阅读说明：本技术 基于液压马达的溢流损耗回收系统及其控制方法 (Overflow loss recovery system based on hydraulic motor and control method thereof ) 是由 林添良 苏玲 缪骋 叶月影 李钟慎 任好玲 陈其怀 付胜杰 郭桐 于 2020-05-21 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种能基于液压马达的溢流损耗回收系统,包括油箱、主泵、第一单向阀、第一换向阀和第一溢流阀以及液压缸,所述第一溢流阀具有第一阀出油口和先导出油口,所述第一阀出油口上连接有第二换向阀,所述第二换向阀具有第二出油口和第二进油口,其中一个所述第二出油口连接有液压马达,所述液压马达传动连接有发电机。本发明还提供一种基于液压马达的溢流损耗回收控制方法。通过对换向阀、溢流阀、单向阀、液压马达和发电机等的有机组合作用,实现对溢流阀口溢流损耗能量回收,通过采用液压马达和发电机将溢流阀出口损耗的液压能转化为电能实现能量回收,由于发电机能够进行主动控制,能够解决阀口压差损耗以实现高效能量回收。(The invention provides an overflow loss recovery system based on a hydraulic motor, which comprises an oil tank, a main pump, a first one-way valve, a first reversing valve, a first overflow valve and a hydraulic cylinder, wherein the first overflow valve is provided with a first valve oil outlet and a pilot oil outlet, the first valve oil outlet is connected with a second reversing valve, the second reversing valve is provided with a second oil outlet and a second oil inlet, one of the second oil outlets is connected with the hydraulic motor, and the hydraulic motor is in transmission connection with a generator. The invention also provides an overflow loss recovery control method based on the hydraulic motor. Through the organic combined action to switching-over valve, overflow valve, check valve, hydraulic motor and generator etc. realize realizing the energy recuperation to overflow valve port overflow loss, realize energy recuperation through adopting hydraulic motor and generator to turn into the electric energy with the hydraulic energy of overflow valve exit loss, because the generator can carry out active control, can solve valve port pressure differential loss in order to realize high-efficient energy recuperation.)

基于液压马达的溢流损耗回收系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种节能控制系统及其控制方法，尤其是一种基于液压马达的溢流损耗回收系统及其控制方法。

背景技术

比例溢流阀(常规)的出口一般接油箱，溢流阀工作，其阀口压差损耗即为溢流阀的进口压力，溢流压力等级越大，阀口压差损耗越大，溢流流量随液压系统类型的不同而不同，随着液压系统等级高压化的趋势，溢流损耗问题将更加严重。溢流阀的溢流损失与液压系统的类型、工作过程中的实际工况和操作人员的操作方式有关。按溢流阀的功能将溢流损耗主要分成调压溢流损耗和安全溢流损耗。在进口节流调速和出口节流调速回路中，溢流阀起溢流调压功能，始终有部分液压油通过溢流阀回油箱，因此溢流阀始终存在溢流损耗。溢流阀起安全阀作用时，虽然只有在某些工况下，溢流阀才会工作，但也同样存在溢流损耗。目前诸如正流量技术、负流量技术、负载敏感技术等传统的节能液压驱动系统都属于流量耦合系统，虽然可以在某种程度上提高液压挖掘机能量利用率，但更多地是解决液压系统节流损耗问题，或者通过流量优化匹配，尽可能减少通过溢流阀口的流量，并未根本上解决溢流元件自身的溢流损耗问题。

公布号为CN106122188B的中国发明专利公开的一种基于液压蓄能器的常规溢流阀溢流损耗回收与再利用系统是本申请人早期设计的一种系统，其采用液压蓄能器为储能元件，虽然在一定条件下能够解决溢流元件自身的溢流损耗问题，但由于蓄能器的压力不能主动控制，在目标压力会动态调整的比例溢流阀中，溢流阀口的压差不能按最小压差设置，仍然存在一定的阀口压差损耗，难以实现高效能量回收。

有鉴于此，本申请人对上述问题进行了深入的研究，遂有本案产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够解决阀口压差损耗以实现高效能量回收的基于液压马达的溢流睡好回收系统及其控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于液压马达的溢流损耗回收系统，包括油箱、进油口与所述油箱连接的主泵、进油口与所述主泵的出油口连接的第一单向阀、进油口分别与所述第一单向阀的出油口连接的第一换向阀和第一溢流阀以及与所述第一换向阀连接的液压缸，所述第一换向阀具有第一卸油口和两个第一出油口，其中一个所述第一出油口与所述液压缸的有杆腔连通，另一个所述第一出油口与所述液压缸的无杆腔连通，所述第一卸油口和所述油箱连通，所述第一溢流阀具有第一阀出油口和与所述油箱连通的先导出油口，所述第一阀出油口上连接有第二换向阀，所述第二换向阀具有两个第二出油口和与所述第一阀出油口连通的第二进油口，其中一个所述第二出油口连接有液压马达，另一个所述第二出油口与所述油箱连接，所述液压马达传动连接有发电机，所述发电机的电接口连接有电机驱动器，所述电机驱动器上连接有电源。

作为本发明的一种改进，所述电源为蓄电池。

作为本发明的一种改进，连接有所述液压马达的所述第二出油口上还连接有第二单向阀，所述第二单向阀的进油口与连接有所述液压马达的所述第一出油口连通，所述第二单向阀的出油口与所述油箱连通。

作为本发明的一种改进，连接有所述液压马达的所述第一出油口上还连接有第二溢流阀，所述第二溢流阀的出油口与所述油箱连通。

作为本发明的一种改进，所述第一换向阀为三位四通换向阀，所述第二换向阀为两位两通换向阀。

作为本发明的一种改进，所述第二溢流阀为先导式溢流阀或直动式溢流阀。

作为本发明的一种改进，还包括与所述电机驱动器通讯连接的控制器，所述控制器上还通讯连接有用于检测所述第一阀出油口的油压的第一传感器和用于检测所述第一溢流阀的进油口的油压的第二传感器。

一种基于液压马达的溢流损耗回收控制方法，采用上述的液压马达的溢流损耗回收系统，采集所述第一溢流阀的进油口的油压获得进口压力，采集所述第一阀出油口的油压获得出口压力，以所述进口压力和所述出口压力的差值为目标值、以所述出口压力为反馈量对所述液压马达和/或所述发电机的转速进行控制以确保所述进口压力和所述出口压力的差值维持在预先设定的范围内。

采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

1、通过对换向阀、溢流阀、单向阀、液压马达和发电机等的有机组合作用，实现对溢流阀口溢流损耗能量回收，通过采用液压马达和发电机将溢流阀出口损耗的液压能转化为电能实现能量回收，由于发电机能够进行主动控制，能够解决阀口压差损耗以实现高效能量回收。

2、通过采用基于变转速的阀口压差控制方法，使系统在目标压力和溢流流量动态变化的溢流阀中能有效的解决溢流阀口压差损耗，实现高效的能量回收，同时改善了溢流阀的压力控制精度与系统流量的稳定性。

附图说明

图1为本发明基于液压马达的溢流损耗回收系统的结构示意图；

图2为本发明控制方法的控制策略流程图。

图中对应标示如下：

1-油箱； 2-主泵；

3-第一单向阀； 4-第一换向阀；

5-第一溢流阀； 6-液压缸；

7-驱动电机； 8-第二换向阀；

9-液压马达； 10-第二单向阀；

11-第二溢流阀； 12-发电机；

13-电机驱动器； 14-电源；

15-控制器。

具体实施方式

下面结合具体实施例对发明做进一步的说明：

如图1所示，本实施例提供一种基于液压马达的溢流损耗回收系统，包括油箱1、进油口与油箱连接的主泵2、进油口与主泵2的出油口连接的第一单向阀3、进油口分别与第一单向阀3的出油口连接的第一换向阀4和第一溢流阀5以及与第一换向阀4连接的液压缸6。其中，主泵2可以为定量泵或变量泵，可根据实际需要选用；主泵2通过驱动电机7进行驱动，具体的，主泵2的输入轴和驱动电机7的输出轴通过联轴器同轴连接。此外，本实施例提及的各阀门都为电磁阀。

第一换向阀4为三位四通换向阀，其具有一个第一卸油口(即换向阀T口)、两个第一出油口(即换向阀A口和B口)以及一个与第一单向阀3的出油口连通的进油口(即换向阀P口)，第一卸油口和油箱1连通，其中一个第一出油口(在本实施例中为换向阀A口)与液压缸6的有杆腔连通，另一个第一出油口(在本实施例中为换向阀B口)与液压缸6的无杆腔连通，用于控制液压缸6的伸缩动作，具体的，当油液流入无杆腔时，有杆腔的油液通过换向阀B口回流到油箱1，液压缸6执行活塞杆伸出动作，反之则液压缸6执行活塞杆回缩动作，这类具有无杆腔和有杆腔的液压缸6为常规的液压缸，广泛应用于挖掘机等各类液压驱动设备中，可从市场上直接购买获得，并非本实施例的重点，此处不再详述。

第一溢流阀5为先导式溢流阀，且具有第一阀出油口、与油箱1连通的先导出油口以及与第一单向阀3的出油口连通的进油口(即溢流阀P口)，第一阀出油口上连接有第二换向阀8，由于先导出油口与油箱1连通可起到泄压作用，有效避免第一阀出油口的油压影响溢流阀P口的油压。

第二换向阀8为两位两通换向阀，其有两个第二出油口(即换向阀A口和B口)和与第一阀出油口连通的第二进油口(换向阀P口)，其中一个第二出油口(在本实施例中为换向阀A口)连接有液压马达9，另一个第二出油口(在本实施例中为换向阀B口)与油箱1连接，优选的，为了防止液压马达9出现吸空现象，连接有液压马达9的第二出油口(即换向阀A口)上还连接有第二单向阀10，该第二单向阀10的进油口与连接有液压马达的第一出油口连通，该第二单向阀10的出油口与油箱1连通，这样可以通过第二单向阀10进行补油以避免液压马达9出现吸空现象；此外，为了防止在系统启动或停止的瞬间液压马达9的入口的压力突变而影响第一溢流阀5正常工作，在本实施例中，连接有液压马达9的第一出油口上还连接有第二溢流阀11，第二溢流阀11可以为先导式溢流阀或直动式溢流阀，其出油口与油箱1连通，用于在系统启动或停止的瞬间进行泄压。

液压马达9的出油口与油箱1连通，且液压马达9传动连接有发电机12，具体的，发电机12的输入轴和液压马达9的输出轴通过联轴器同轴连接。发电机12的电接口连接有电机驱动器13，电机驱动器13上连接有电源14，该电源优选为蓄电池。此外，本实施例提供的系统还包括与电机驱动器13通讯连接的控制器15，该控制器15上还通讯连接有用于检测第一阀出油口的油压的第一传感器和用于检测所述第一溢流阀5的进油口的油压的第二传感器。需要说明的是，控制器15为常规的控制器，可直接从市场上购买并根据实际功能需求进行设置而获得，控制器与电机驱动器13、第一传感器和第二传感器之间的具体通讯连接结构也为常规的结构，例如导线连接或蓝牙无线连接等，并非本实施例的重点，此处不再详述。

如图2所示，本实施例还提供了一种基于液压马达的溢流损耗回收控制方法，该方法采用上述液压马达的溢流损耗回收系统实现，具体的，在上述系统使用时，采集第一溢流阀5的进油口的油压获得进口压力，同时采集第一阀出油口的油压获得出口压力，然后以进口压力和出口压力的差值为目标值、以出口压力为反馈量对液压马达9和/或发电机12的转速进行控制以确保进口压力和出口压力的差值维持在预先设定的范围内，该预先设定的范围通常为目标值，其具体数值需要根据实际情况进行确定，在溢流阀目标压力会动态变化的系统中，可按最小值设置阀口压差，有效解决溢流阀压差损耗问题。

使用时，当系统工作在传统工作模式时，第二换向阀8工作在下位(第二换向阀8的上下位参见图1)，液压油通过第一溢流阀5的先导出油口流回油箱1；当系统工作在能量回收模式时，第二换向阀8工作在上位，从第一溢流阀5的第一阀出油口通过的液压油进入液压马达9，为防止液压马达9出现吸空，通过第二单向阀10进行补油；通过第二溢流阀11来控制液压马达9入口的最高压力，防止在系统启动或停止时，液压马达9入口的压力突变，影响第一溢流阀5的正常工作。

本实施例提供的系统和方法，适用的油路包括进口节流调速回路、出口节流调速回来、进出口联动节流调速回来和旁路节流调速等，对这些回路产生的调压溢流损耗或安全溢流损耗进行能量回收。本实施例提供的系统和方法主要用于挖掘机、叉车和装载机等行走机械和各类型的固定机械的溢流阀溢流损耗能量回收，在各种工况下，控制阀口压差值始终为保证溢流阀正常工作的最小值，解决了溢流阀压差损耗问题，扩大了溢流损耗的回收压力范围，提高了能量回收利用率。

本实施例提出的一种基于液压马达的溢流损耗回收系统及其控制方法，把原来大部分消耗在溢流阀口上的压差通过液压马达与发电机转化为电能回收起来；系统采用基于变转速的阀口压差控制方法，控制溢流阀的进出口压差值为保证溢流阀能正常工作的最小值，解决了溢流阀上自身的压差损耗问题。在溢流阀目标压力和溢流流量动态变化时，系统的压力能够快速的响应，使系统具有良好的回收效率。该能量回收方式增大了溢流阀出口压力，这在一定程度上提高了液压系统的稳定性和溢流阀压力控制特性。

上面结合附图对本发明做了详细的说明，但是本发明的实施方式并不仅限于上述实施方式，本领域技术人员根据现有技术可以对本发明做出各种变形，这些都属于本发明的保护范围。