[实用新型]一种混合动力工程机械执行元件的能量回收系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及电液控制技术为特征的液压控制系统，尤其是涉及一种混合动力工程机械执行元件的能量回收系统。

背景技术

随着世界范围内能源短缺和环境污染问题的日趋严重，研究工程机械的节能问题具有重要的现实意义。

工程机械中的执行机构要反复举升和下放重物，而工程机械各机械臂惯性较大，在机械臂下降或制动时，会释放出大量的能量，在传统工程机械中，这部分能量难以进行回收、存储和再利用，不仅造成了能源的浪费，还会引起发热、噪声、振动和降低寿命等危害。若能将这部分能量回收并加以再利用，可提高工程机械的能量利用率，从而降低其能耗。

在工程机械中引入混合动力系统，由于动力系统中具备电池或电容等储能装置，能量的回收和存储都易于实现。当工程机械执行元件下降时间较长时，利用液压缸的回油腔与一液压马达相连，该液压马达与发电机同轴相联。液压执行元件回油腔的液压油驱动液压马达回转，将液压能转化为机械能输出，并带动发电机发电，三相交流电能经整流/逆变器整流为直流电能并储存在储能元件中。当系统需要时，直流电可以逆变成三相交流电能驱动电动机，与发动机共同驱动负载。但是当工程机械执行元件的下降时间较短时，以挖掘机动臂为例，其下降时间只有2～3秒，如果只采用液压马达和发电机的能量回收系统，能量回收系统的频响很难达到工程机械执行元件的频响要求，从而影响系统的操作性能，同时能量回收系统中的发电机受到负载剧烈波动的影响，回收效率较低。

发明内容

为了降低液压控制阀的节流损失，提高能量回收系统的效率，同时不影响工程机械执行机构的操作性能，本实用新型的目的在于提供一种混合动力工程机械执行元件的能量回收系统，利用液压马达对上述能量进行回收，并通过电动机的反工况运行发电，将电能回馈或储存再利用，同时利用蓄能器的比功率大和能量储存释放的快速性提高能量回收系统的频响，利用蓄能器来平缓负载波动改善发电机发电工况，提高系统的回收效率。

为达到上述目的，本实用新型采用的的技术方案如下：

本实用新型包括两个变频电机、两个整流/逆变器、发动机、变量泵、变量马达、蓄能器、截止阀、电磁换向阀、比例方向阀、两个单向阀、比例溢流阀、安全阀、三个压力传感器、控制手柄、信号控制单元、电池和油缸；其相互连接关系如下：

发动机、变量泵和第一变频电机同轴相联；变量马达和第二变频电同轴相连；第一变频电机接第一整流/逆变器，第二变频电机接第二整流/逆变器；两个整流/逆变器接电池；第一变量泵的出口接第一单向阀的进油口，第一单向阀的出油口分四路，第一路接比例溢流阀的进油口，第二路接比例方向阀的P口，第三路接第一压力传感器的输入端，第四路接安全阀进油口；比例方向阀的A口分两路，第一路接油缸的无杆腔，第二路接第二压力传感器的输入端；B口接油缸的有杆腔，T口接电磁换向阀的P口；电磁换向阀的A口分四路，第一路经截止阀后接蓄能器，第二路接第三压力传感器的输入端，第三路接第一变量马达的进油口，第一变量马达的出油口接油箱；第四路接第二单向阀的出油口，第二单向阀的进油口接油箱；信号控制单元从控制手柄获得控制信号，从第一、第二、第三压力传感器获得检测信号，向发动机、比例方向阀、变量泵、变量马达、第一、第二整流/逆变器、比例溢流阀发出控制指令控制发动机的油门位置信号、比例方向阀的阀心位移、变量泵的排量、变量马达的排量、第一、第二变频电机的转速和比例溢流阀的阀心位移，从而控制油缸的动作。

本实用新型与背景技术相比，具有有益的效果是：

1、系统采用混合动力系统的电量蓄能装置，采用了液压马达-发电机-电池的能量回收系统，把工程机械执行机构下降释放的势能转化成电能，当系统需要时，电能通过整流器逆变成目标频率的三相交流电能驱动电动机，与发动机共同驱动负载(液压泵)工作。

2、蓄能器的比功率较高，能够满足能量存储和释放的快速性要求，在工程机械执行机构下降时，可以在短时间里快速的吸收执行机构释放的能量，解决了采用液压马达和发电机组成的能量回收系统动态响应较低的问题。

3、系统采用蓄能器，缓冲负载的波动，改善发电机的发电工况，提高了能量回收效率。

4、系统采用蓄能器后，在工程机械执行机构下降时，利用需能器可以快速吸收工程机械释放的能量，在执行机构上升时释放出来继续驱动液压马达-发电机的回收能量，延长了能量回收时间，延长了电量储存装置的充电时间，提高了系统的能量回收效率，降低了对电量储存装置比功率的要求，克服了电池比功率较低的缺陷。