[發明專利]工程機械動臂勢能變幅能量回收裝置

有效

• 申請號: 201510055900.0
• 申請日: 2015-02-04
• 公開（公告）號: CN104747544B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發明（設計）人: 卞永明;易萬力;劉廣軍;李安虎
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: F15B21/14
• 分類號: F15B21/14;E02F9/22
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司31200
• 代理人: 張磊

技術領域

本發明涉及一種工程機械動臂勢能回收再生裝置，特別是一種使用蓄能器的工程機械動臂勢能變幅能量回收裝置，屬于工程機械技術領域。

背景技術

工程機械是使用廣泛的一類工程建設用機械產品。隨著工程機械保有量的不斷增加，大量工程機械所消耗的能源、排放的污染物對環境產生了嚴重的影響。節能、高效的工程機械新產品已經成為國內外工程機械的研發目標。

工程機械在作業過程中，帶載工作裝置的質量和慣性大，下放過程中的重力勢能絕大部分轉化為熱能，不僅浪費能量，而且還使液壓油溫度上升，需要專門的液壓油冷卻器冷卻液壓油。同時，為了防止動臂下降速度過快，通常設置節流調速回路，使用節流閥調節動臂油缸的下降速度。在這個過程中，較多的能量消耗在節流閥口上，不僅造成能量浪費，大量的勢能轉化成熱能，增加了燃料的消耗，而且容易引起液壓系統發熱，降低元件的壽命。

為了提高系統的節能性和減少排放，應考慮對液壓系統采用能量回收與再生利用技術。這不僅可以節約能源、減輕排放，還能有效保護機件，延長整機維修和使用壽命。目前，工程機械能量回收方法主要有電氣式、液壓式以及兩者相結合的電氣液壓式。

電氣式能量回收借鑒了混合動力汽車的能量回收系統的概念：將工程機械每個動作循環中的剩余勢能和回轉平臺的剩余動能等，通過液壓馬達和發電機，轉化為電能存儲起來進行二次應用，使得能量的利用率進一步提高，達到節能的目的。例如專利CN1830750A利用馬達回收重力勢能和動能，并通過與馬達相連電機的再生制動功能將能量回收到電池。又例如專利CN102182730A通過液壓馬達將壓力能轉化為機械能，并通過與液壓馬達相連的發電機將機械能轉化為電能，存儲到超級電容中，實現勢能回收。

但電氣式能量回收系統存在很多問題。第一是高性能蓄電池和超級電容等電氣式能量存儲單元成本較高，限制了該方案在實際中的應用。第二是動臂的下降過程時間很短，而在轉速大幅度變化的過程中，發電機的發電及電池或電容的充電效率較低。第三是機械能、壓力能、電能的反復轉化大大降低了能量回收的利用率。

液壓式能量回收采用蓄能器作為儲能元件，蓄能器能夠儲存并釋放壓力，其性能穩定，能夠滿足工程機械快速節能的要求。例如專利CN1958972A利用蓄能器直接吸收并直接釋放重力勢能；專利CN2076972U利用蓄能器通過雙向泵/馬達間接吸收間接釋放重力勢能。但先前的液壓式能量回收系統都存在各種缺點，例如，專利CN1958972A所述系統，在蓄能器的釋放能量的過程中，壓力下降，當其壓力不足以推動工作機具運動時，存儲在蓄能器里的能量得不到釋放，造成能量回收效率低。又如，專利CN2076972U所述系統，雖然能完全釋放蓄能器內的壓力油，但是能量回收與釋放時泵的轉動方向不一致，這樣的裝置應用于舉升與下降頻繁的工程機械動臂是不合適的。

電氣液壓式能量回收利用電機再生制動與蓄能器的混合節能方法，例如專利CN101408213A利用蓄能器進行直接吸收并直接釋放能量，同時利用電機對雙向泵/馬達進行再生制動。

發明內容

本發明的目的在于提供一種工程機械動臂勢能變幅能量回收裝置，通過液壓比例控制實現變幅回收利用工程機械動臂勢能，提高能量回收效率，并對工程機械動臂液壓回路進行保護，以解決上述背景技術中的不足之處。

本發明所采用的技術方案是：一種工程機械動臂勢能變幅能量回收裝置，包括動臂油缸1、第一壓力傳感器2、第二壓力傳感器14、平衡閥3、兩位兩通電磁閥4、第一溢流閥5、第二溢流閥18、三位四通電磁換向閥6、單向閥、液壓泵8、電動機9、油箱10、蓄能器13、比例流量閥15和控制器，其中：