[發明專利]基于滑動副和氣體蓄能的挖掘機動臂節能裝置及工作方法

有效

• 申請號: 202110452511.7
• 申請日: 2021-04-26
• 公開（公告）號: CN113152574B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 周連佺;瞿煒煒;張寧;張楚;薄曉楠
• 申請（專利權）人: 徐州納維爾機械制造有限公司
• 主分類號: E02F9/22
• 分類號: E02F9/22
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

一種基于滑動副和氣體蓄能的挖掘機動臂節能裝置及工作方法，適用于挖掘機使用。包括設置在挖掘機的動臂與上部轉臺之間的液壓滑動裝置，以及設置在上部轉臺尾部的繞繩凸板；所述液壓滑動裝置包括設置在挖掘機的動臂上的滑軌和氣缸，滑軌上設有滑塊，氣缸的缸體與上部轉臺鉸接，活塞桿與滑塊鉸接，氣缸的活塞缸通過氣管連接有氣瓶；繞繩凸板與滑塊之間設有連接彼此的鋼絲繩。其結構簡單、實施方便、成本低，不需要額外添加液壓元件和電動控制系統，避免混合動力單元復雜的能量轉換和傳遞環節。

技術領域

本發明涉及一種基于滑動副和氣體蓄能的挖掘機動臂節能裝置及工作方法，尤其適用于液壓工程中使用，屬于液壓傳動與控制領域。

背景技術

液壓挖掘機作為一種重要的工程機械，具有開采能力強、環境適應性好等優點，已被廣泛應用在工業生產、交通運輸、礦山開采、基礎設施建設等許多領域。

隨著國家對工程機械排放標準的日趨嚴格，液壓挖掘機能量利用效率低的缺點引起了廣泛關注。傳統的液壓挖掘機發動機輸出的功率只有大約20％轉化成了有用功，其中損失在液壓系統上的就達到53％。以液壓挖掘機的動臂為例，由于工作裝置質量大，下放過程中需要釋放出大量的勢能，該能量消耗在液壓閥節流口并轉換為熱能，造成了能量的浪費和油液發熱，降低了液壓元件的壽命。

在液壓挖掘機的動臂、斗桿、鏟斗和回轉4個主要動作中均有類似的能量浪費問題，且以動臂所占的比重最大，約為51％。因此對挖掘機進行動臂下降勢能回收再利用研究，是提高挖掘機效率的重要一步，同時，對節能減排、保護環境也具有著重要意義。

對于挖掘機動臂勢能的回收，一般采用液壓式和電氣式回收，但這些現有的方法對原系統改動大，需要額外添加液壓元件和電動控制系統，過程較為復雜，操作性不高，且成本較高，在一定程度上限制了其實際應用。

液壓挖掘機在作業過程中動臂提升和下落頻繁，在沒有勢能回收裝置的系統中，動臂的勢能會在節流閥口轉化為熱能耗散，不僅浪費資源還會使油溫升高，需要額外添加大功率的散熱器，增加了挖掘機的裝機成本。為提高液壓挖掘機的能量利用效率，減輕能源消耗和環境污染問題，本發明提出一種基于滑動副和氣體蓄能的挖掘機動臂勢能回收和再利用節能裝置，通過鋼絲繩沿著繞繩凸板輪廓面纏繞與分離，改變氣缸與滑塊鉸接點的運動軌跡，在動臂下降時，使氣缸產生的扭矩稍小于重力產生的扭矩；在動臂上升時，使氣缸產生的扭矩能夠達到充分釋放氣體分子內能的大小，從而助力挖掘機動臂正常進行升降作業，最終最大限度回收再利用動臂下降勢能。目前大多數對動臂下降勢能的研究都集中在液壓式和電氣式能量回收這兩個方面，這兩方面都存在各自的缺點，液壓式能量回收系統將動臂下降勢能以液能形式儲存于液壓蓄能器中，整個過程對原液壓系統的改動很大，而且現有液壓蓄能器存在儲能密度不夠高的問題，導致其體積較大，可靠性不高；電氣式能量回收系統的問題存在設備復雜、成本較高的問題，由于電儲能元件及發電機的成本較高，限制了該回收方案在實際中的應用，而且機械能、壓力能、電能的反復轉換也降低了能量回收的利用率。

發明內容

針對上述技術的不足之處，提供一種結構簡單、實施方便、成本低，不需要額外添加液壓元件和電動控制系統，避免混合動力單元復雜的能量轉換和傳遞環節，液壓油在節流閥口和流經管路時損耗小的基于滑動副和氣體蓄能的挖掘機動臂節能裝置及方法。

為實現上述技術目的，本發明的基于滑動副和氣體蓄能的挖掘機動臂節能裝置，包括設置在挖掘機的動臂與上部轉臺之間的液壓滑動裝置，以及設置在上部轉臺尾部的繞繩凸板；所述液壓滑動裝置包括設置在挖掘機的動臂上的滑軌和氣缸，滑軌上設有滑塊，氣缸的缸體與上部轉臺鉸接，活塞桿與滑塊鉸接，氣缸的活塞缸通過氣管連接有氣瓶；所述的繞繩凸板上設有類似機械凸輪的凸出的輪廓面，外緣輪廓面上設有容納鋼絲繩的繩槽。

所述動臂一側設有定滑輪，所述繞繩凸板與滑塊之間連接的鋼絲繩中間纏繞在定滑輪，使鋼絲繩始終處于張緊狀態。