阅读说明：本技术 一种基于蓄能器的挖掘机动臂势能回收系统 (A kind of excavator swing arm potential energy recovery system based on accumulator ) 是由 李建松 周波 黎少辉 孙金海 张文婷 于 2019-07-24 设计创作，主要内容包括：一种基于蓄能器的挖掘机动臂势能回收系统,主换向阀的A、B口分别与动臂液压缸的有杆腔、无杆腔连接；切换阀的A口与动臂液压缸的无杆腔连接,其B口通过第四单向阀与第一换向阀的B口连接,其B口还通过第二单向阀与第二换向阀的T口连接,第一换向阀的A口和T口分别与动臂液压缸的有杆腔和油箱连接；第二换向阀的P口通过第三单向阀与油箱连接,第二换向阀的P口还与辅助液压缸的无杆腔连接,第二换向阀的A口和B口分别与蓄能器和油箱连接；辅助液压缸的缸筒铰接在转台上,其活塞杆端铰接在动臂的中部；控制器分别与操纵手柄、主换向阀、切换阀、第一、二换向阀连接。该系能对动臂的势能进行回收和存储,并能将回收的能量反馈于系统中。(A, B mouth of a kind of excavator swing arm potential energy recovery system based on accumulator, main reversing valve are connect with the rod chamber of boom cylinder, rodless cavity respectively；The A mouth of switching valve is connect with the rodless cavity of boom cylinder, its B mouthfuls is connect by the 4th check valve with the B of the first reversal valve mouth, its B mouthfuls is also connect with the T of the second reversal valve mouth by second one-way valve, and the A mouth of the first reversal valve and T mouthfuls are connect with the rod chamber of boom cylinder and fuel tank respectively；The P mouth of second reversal valve is connect by third check valve with fuel tank, and the P mouth of the second reversal valve is also connect with the rodless cavity of auxiliary hydraulic cylinder, and the A mouth of the second reversal valve and B mouthfuls are connect with accumulator and fuel tank respectively；The cylinder barrel of auxiliary hydraulic cylinder is hinged on turntable, and tailpiece of the piston rod is hinged on the middle part of swing arm；Controller is connect with control crank, main reversing valve, switching valve, the first and second reversal valve respectively.This is that can the potential energy of swing arm be recycled and be stored, and can be by the energy back of recycling in system.)

一种基于蓄能器的挖掘机动臂势能回收系统

技术领域

本发明属于液压传动技术领域，具体是一种基于蓄能器的挖掘机动臂势能回收系统。

背景技术

液压挖掘机在各类施工领域广泛应用，液压挖掘机具有油耗高、效率低等缺点，其节能研究迫在眉睫。

图1为当前一种普遍的挖掘机动臂系统结构示意图。其中，动臂100的端部铰接在转台200上，动臂液压缸4的缸筒铰接在转台200上，动臂液压缸4的活塞杆端铰接在动臂100的中部。当动臂液压缸4的活塞杆做伸缩运动时，即可带动动臂100做提升和下放动作。挖掘机在工作过程中，动臂升降动作频繁，又由于工作装置和负载质量大，在下降过程中会释放出大量的势能。图2是现有技术中挖掘机动臂液压系统的简化原理图。结合图2可知，上述的能量绝大部分消耗在主换向阀3的阀口上并转换为热能，这不仅造成了能量的浪费和系统的发热，同时，也降低了液压元件的寿命。因此，研究动臂势能回收与再利用问题，对延长设备使用寿命，提高能量利用率具有重要意义。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于蓄能器的挖掘机动臂势能回收系统，该系统在动臂下放过程中，对动臂的势能进行回收和存储，从而能避免因转化为油液热能造成的能量浪费和液压元器件升温的现象；另外，当动臂需要提升时，存储的能量能反馈于系统中用于动臂的提升，能减少对电动机的功率需求，该系统具有显著的节能效果。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于蓄能器的挖掘机动臂势能回收系统，包括电动机、液压泵、主换向阀、动臂液压缸、油箱、用于操纵动臂的操纵手柄、切换阀、第一换向阀、第二换向阀、辅助液压缸和控制器；

所述电动机与液压泵同轴连接，液压泵的S口与油箱连接，液压泵的出油口P通过第一单向阀与主换向阀的P口连接；主换向阀的A口和B口分别与动臂液压缸的有杆腔和无杆腔连接，主换向阀T口与油箱连接；

所述切换阀的A口与动臂液压缸的无杆腔连接，其B口通过第四单向阀与第一换向阀的B口连接，其B口还通过第二单向阀与第二换向阀的T口连接，第一换向阀的A口和T口分别与动臂液压缸的有杆腔和油箱连接；第二换向阀的P口通过第三单向阀与油箱连接，第二换向阀的P口还与辅助液压缸的无杆腔连接，第二换向阀的A口和B口分别与蓄能器和油箱连接；

所述辅助液压缸与动臂液压缸的布置位置相同，辅助液压缸的缸筒铰接在转台上，辅助液压缸的活塞杆端铰接在动臂的中部；

所述控制器的输入端与操纵手柄的输出端连接，所述控制器的输出端与主换向阀、第一换向阀、第二换向阀和切换阀连接。

进一步，为了有效地保护系统在设定压力内工作，主换向阀的P口还通过溢流阀与油箱连接。

作为一种优选，所述辅助液压缸为弹簧复位式液压缸。

本发明设置了辅助液压缸和蓄能器，能在动臂下放过程中将能量存储在蓄能器中，同时，能在系统需要时将储存的能量通过作用于辅助液压缸的形式反馈于液压系统中。通过控制器控制主换向阀、切换阀、第一换向阀和第二换向阀来控制能量回收或再利用过程，能使能量的转化或再利用过程更便捷、更高效。由于储存在蓄能器中的能量反馈给辅助液压缸而不是动臂液压缸，这样，能减少能量再利用过程对原有液压系统的影响。该系统能在现有的液压系统的基础上直接进行改装，易于移植，通用性强，可以有效地对能量进行回收，并能降低对原动机功率的需求。

附图说明

图1是现有技术中挖掘机的结构示意图；

图2是现有技术中挖掘机动臂液压系统的简化原理图；

图3是本发明的液压原理图。

图中：1、液压泵，2、第一单向阀，3、主换向阀，4、动臂液压缸，5、油箱，6、电动机，7、液压马达，8、飞轮，9、蓄能器，10、第二单向阀，11、第三单向阀，12、第四单向阀，701、切换阀，702、第一换向阀，702、第二换向阀，703、第二换向阀，100、动臂，200、转台。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图3所示，一种基于蓄能器的挖掘机动臂势能回收系统，包括电动机6、液压泵1、主换向阀3、动臂液压缸4、油箱5、用于操纵动臂的操纵手柄、切换阀701、第一换向阀702、第二换向阀703、辅助液压缸8和控制器；，所述电动机6与液压泵1同轴连接，液压泵1的S口与油箱5连接，液压泵1的出油口P通过第一单向阀2与主换向阀3的P口连接；主换向阀3的A口和B口分别与动臂液压缸4的有杆腔和无杆腔连接，主换向阀3T口与油箱5连接；其特征在于；

所述切换阀701的A口与动臂液压缸4的无杆腔连接，其B口通过第四单向阀12与第一换向阀702的B口连接，其B口还通过第二单向阀10与第二换向阀703的T口连接，第一换向阀702的A口和T口分别与动臂液压缸4的有杆腔和油箱5连接；第二换向阀703的P口通过第三单向阀11与油箱5连接，第二换向阀703的P口还与辅助液压缸8的无杆腔连接，第二换向阀703的A口和B口分别与蓄能器9和油箱5连接；

所述辅助液压缸8与动臂液压缸4的布置位置相同，辅助液压缸8与动臂液压缸4可以并行地设置，辅助液压缸8的缸筒铰接在转台200上，辅助液压缸8的活塞杆端铰接在动臂100的中部；

所述控制器的输入端与操纵手柄的输出端连接，所述控制器的输出端与主换向阀3、第一换向阀702、第二换向阀703和切换阀701连接。

主换向阀3的P口还通过溢流阀与油箱5连接。

所述辅助液压缸8为弹簧复位式液压缸。

工作原理：

结合图3，对工作原理做进一步的说明。

1、动臂下放过程(动臂势能回收)：

控制器(未画出)收到操纵手柄发出的动臂下放的指令后，使主换向阀3的电磁铁Ymb得电，同时，控制切换阀701得电，切换阀701得电后工作在左位，其A口与B口之间的油路连通，第二换向阀703不得电，工作在左位，其A口和T口之间的油路、其B口和P口之间的油路均连通。液压泵1排出的油液经第一单向阀2，主换向阀3的P口至A口，进入动臂液压缸4的有杆腔。由于动臂液压缸4上作用有动臂等负载，动臂液压缸4的有杆腔的压力很小。动臂液压缸4无杆腔内的高压油液流入切换阀701的A口，再经其B口输出经第二单向阀10进入第二换向阀703的T口，再经第二换向阀703的A口进入蓄能器9中进行存储。动臂液压缸4排出的高压油液具有的压力能，大部分储存到了蓄能器9中，消耗在主换向阀3的阀口上的能量很少。该过程中，可以根据需要控制第一换向阀702得电或不得电，第一换向阀702不得电时工作在左位，其B口截止，其A口与T口之间的油路连通，得电时工作在右位，其T口截止，其A口与B口之间的油路连通。当第一换向阀702得电时，可以使动臂液压缸4流出的油液一部分进入有杆腔中，以降低动臂100的下落速度。

当由于某些原因，例如铲斗触地等，动臂不能继续依靠重力下放时，动臂必须在动臂液压缸4的带动下才能继续向下运动。此时，液压泵1要为动臂液压缸4有杆腔提供高压油液，无杆腔的油液也不再具有很高的压力。这意味着此时动臂没有可以回收的势能，此时，通过控制器控制第二换向阀703得电，使油液直接经第二换换向阀703的T口和B口流回油箱。此时，不再回收动臂势能。

2、动臂提升过程(能量再利用)

控制器(未画出)收到动臂提升的指令后，使主换向阀3的电磁铁Yma得电，主换向阀3工作在右位，同时，控制器控制切换阀701断电，切换阀701工作在右位，其A口和B口之间的油路关闭，液压泵1提供的油液经第一单向阀2，主换向阀3的P口至B口进入动臂液压缸4的无杆腔，其有杆腔的油液经主换向阀3的A口至T口流回油箱5。动臂液压缸4的活塞杆伸出，对应图1中动臂提升动作。同时，控制器(未画出)使第三换向阀703得电，其A口和P口之间的油路连通，储存在蓄能器9中的能量具有一定的压力，进入辅助液压缸8的无杆腔和动臂液压缸4一起举升动臂100，可以使辅助液压缸8的无杆腔截面小于动臂液压缸4无杆腔截面，以使储存在蓄能器9中的能量可以更高效地作用于辅助液压缸8，从而能有效降低了液压泵1的进出油口的压力差，所以可以减小液压泵1对原动机6的功率需求，降低了能量消耗。进一步，在设备的设计阶段，可以适当选用较小的原动机型号，减小设备的体积和重量。