[發明專利]一種高效能量回收液壓驅動系統

在審

• 申請號: 202310297683.0
• 申請日: 2023-03-24
• 公開（公告）號: CN116292455A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 高曉輝;田野;田丹凌;張佳明;劉永光;童賽賽
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: F15B11/02
• 分類號: F15B11/02;F15B13/02;F15B13/04;F15B21/00;F15B21/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明為一種高效能量回收液壓驅動系統，針對目前抽油機、挖掘機等領域嚴重的負載重力勢能浪費現象，提出了高效能量回收液壓驅動系統。采用包含液壓驅動結構和能量回收結構的液壓系統與滑輪組結構形成高效能量回收液壓驅動系統。采用液壓能量回收結構回收負載重力勢能，并可通過液壓驅動結構釋放出回收的能量，實現負載重力勢能的回收以及再利用，同時液壓驅動系統使得負載速度可調且可以適配重量頻繁變化的負載，具有低能耗、效率高且可控性高等優點。

技術領域

本發明涉及一種高效能量回收液壓驅動系統，尤其適用于負載能量回收領域。

背景技術

很多系統中的負載在運行過程中，存在嚴重的負載重力勢能浪費現象。這類系統的負載往復運動，上半程中負載上行，系統克服負載重力做功，同時負載積累重力勢能；下半程中負載下行，重力勢能釋放，系統無法利用這部分能量，從而產生能量浪費，例如挖掘機的動臂重力勢能，抽油機的驢頭重力勢能等。以工程液壓挖掘機為例，據統計，截止到2021年，我國國內挖掘機保有量約為200萬臺。而數量龐大的挖掘機在帶來施工效率提升的同時，也因其能量利用效率低和排放標準低的特點引起了廣泛的關注。諸多研究文獻指出，傳統挖掘機的總效率只有約20％～30％。有研究表明，對于20噸級的挖掘機，一個動臂下放動作中浪費的勢能可達178kJ。考慮到挖掘機的銷量和市場保有量，其浪費的能量極為巨大。在這樣的背景下，深入研究負載勢能回收技術，能減少能源消耗，具有重大的現實意義。

發明內容

鑒于上述問題，本發明的目的是提供一種高效能量回收液壓驅動系統，該系統主要包括液壓系統和滑輪組傳動結構兩大部分。在負載運動過程中，液壓系統中的液壓泵通過高壓液壓油驅動液壓缸活塞桿，液壓缸活塞桿通過滑輪組提升負載；負載下降時，通過滑輪組拉動液壓缸活塞桿，由液壓系統把負載重力勢能回收到液壓系統儲能元件中，并在下一個周期負載上行時通過液壓系統釋放出這部分能量，如此實現負載的往復運動并同時回收利用負載重力勢能。

為實現上述目的，本發明為一種高效能量回收液壓驅動系統，包括：液壓系統與滑輪組傳動結構。液壓系統包含能量回收結構、驅動結構和傳感器系統三部分，能量回收結構負責回收負載重力勢能，并將其儲存到液壓儲能元件中；驅動結構負責控制協調液壓泵與液壓儲能元件中儲存的負載重力勢能兩路動力源，驅動液壓缸活塞桿升降負載；傳感器系統負責實時監測收集液壓系統信息，從而可根據傳感器信息實時對系統進行調整。滑輪組傳動結構包含定滑輪和動滑輪兩部分，定滑輪負責把液壓缸活塞桿的水平運動轉化為負載的豎直運動；動滑輪負責縮短液壓缸活塞桿的行程，從而可以使本系統適應一些大行程負載。

液壓系統包含驅動結構、能量回收結構和傳感器系統三大部分。液壓驅動機構包括：液壓油箱，吸油濾，液壓變量泵，進油單向閥，卸荷閥，高精度過濾器，穩壓蓄能器，三位四通閥，液壓缸，溢流閥，回油濾。能量回收結構包括：二位三通閥，儲能蓄能器，二位二通閥。傳感器系統包括：油箱液位計，液壓油溫度傳感器，流量傳感器，驅動結構壓力傳感器，能量回收結構壓力傳感器。

負載上行過程中，電機驅動液壓變量泵從液壓油箱中吸入液壓油，高壓液壓油經過高精度過濾器、蓄能器和負載三位四通閥后，進入液壓缸有桿腔驅動液壓缸活塞桿通過滑輪組提升負載，液壓缸無桿腔的液壓油則經過負載三位四通閥、二位三通閥和回油濾回到液壓油箱，完成負載上行過程；負載下行過程中，負載通過滑輪組拉動液壓缸活塞桿，與變量泵共同驅動液壓缸有桿腔的液壓油經過負載三位四通閥和二位三通閥之后進入儲能蓄能器，實現負載重力勢能的回收并完成負載下行過程；負載再次上行時，儲能蓄能器與變量泵共同驅動液壓缸活塞桿提升負載，實現系統回收能量的利用。