[发明专利]一种挖掘机动臂势能分级回收及释放装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及挖掘机，具体是一种油液混合动力挖掘机动臂势能能量回收及释放液压系统，属工程机械技术领域。

背景技术

液压挖掘机动臂具有频繁运动，且质量大的特性。在动臂下降过程中，大量的油液通过主控阀的节流口浪费掉，不仅造成能量损失而且由于油温增加导致的系统寿命降低。通过回收动臂势能并利用，形成二次动力源，与发动机形成混合动力系统，能显著提高挖掘机的节油率。

目前对动臂势能的回收利用主要集中在两方面：一是通过马达回收，并转化成电能储存在蓄电池或超级电容中，再通过电动机释放，这类系统称之为油电混合动力系统；一类是通过液压蓄能器回收，并通过辅助马达释放或直接通过开关阀释放到主系统中，这类系统称之为油液混合动力系统。目前对动臂势能的回收主要集中在油电混合动力系统，但该类系统能量转化环节多，转化效率低，系统昂贵；所以目前国内有部分单位已对油液混合动力系统回收动臂势能。但是目前相关的研究主要有：

(1)通过液控换向阀来回收：由于挖掘机的工作环境恶劣、载荷变化大、能量回收条件要求高，单纯的通过液控换向阀来判断是否进行能量回收不能判断系统是否带载，而如果带载此时能量回收系统开启，会因为蓄能器压力低而引起动臂快速下降，出现失速现象。

(2)通过比例换向阀或比例节流阀、调速阀来回收：比例换向阀或比例节流阀、调速阀的引入会带来一定的节流损失，减少能量回收率，且比例信号需与挖掘机工况、位姿等做各种匹配，控制性能复杂，可移植性差。

而且现有的研究不能解决挖掘机带载时动臂下降能量回收的问题，一旦挖掘机带载时动臂下降(如装车卸料过程中，动臂会有小位移下降以调整最佳卸土位姿)，由于铲斗装满了物料，负载增加很多，而由于力臂较长，使的动臂油缸无杆腔的压力比空载时增加了约6MPa(以中吨位挖掘机为例)，此时如果仍然通过原蓄能器回收，要么会由于蓄能器压力过低，而导致能量回收时动臂快速掉落，这时候速度不能控制，而强行制动会引起整车剧烈颠簸，危险性大；而如果提高蓄能器的工作压力，使蓄能器的压力与带载时动臂大腔压力相等，可解决带载下降时动臂快速掉落现象，但是空载时会由于蓄能器压力较大，而因为下降速度变慢，主泵功率增加，一定程度上也抵消了能量回收效果。并且通过判断压力传感器来判断是否带载，从而带载时不回收，控制时回收也不具备可行性，因为如果换向阀以较大开口开启时，动臂大腔压力迅速降低，此时带载与不带载时动臂大腔的压力大小差不多，不能区分是否带载，而且如果带载时不回收能量会降低能量回收率；而如前面所述，采用平衡阀或者调速阀等节流元件来改善带载下降时动臂快速掉落现象，会带来一定的压力损失，降低能量回收率。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种挖掘机动臂势能分级回收及释放装置及方法，能在挖掘机空载、重载等多种工况下进行能量回收与利用，并解决添加了能量回收系统之后带来的一些其他问题。

为实现上述目的所采用的技术方案：一种挖掘机动臂势能分级回收及释放装置，包括：先导泵、主泵、操作手柄、第一压力传感器、动臂锁紧控制阀、液控换向阀、第一梭阀、动臂锁紧阀、低压释放阀、低压蓄能器、第二压力传感器、低压回收阀、第三压力传感器、第四压力传感器、动臂油缸、第一单向阀、第五压力传感器、控制器、第二单向阀、高压回收阀、高压蓄能器、高压释放阀、第三单向阀、第四单向阀、背压阀、辅助马达、发动机；

发动机与主泵、先导泵和辅助马达依次相连，主泵的进油口与油箱相连，出油口与液控换向阀的进油口P相连；液控换向阀的回油口T与油箱相连，出油口B与动臂油缸的有杆腔相连，出油口A与动臂锁紧阀的进油口相连；动臂锁紧阀的出油口与动臂油缸的无杆腔相连；动臂油缸的无杆腔分别与第一单向阀的进油口、第二单向阀的进油口、高压回收阀的控制油口、低压回收阀的控制油口相连；

第一单向阀的出油口与低压回收阀的进油口相连，低压回收阀的回油口与油箱相连，低压回收阀的出油口分别与低压蓄能器、低压释放阀的进油口相连；低压释放阀的出油口与第一梭阀的一个进油口相连；

第二单向阀的出油口与高压回收阀的进油口相连；高压回收阀的回油口与油箱相连，高压回收阀的出油口分别与高压蓄能器、高压释放阀的进油口相连；高压释放阀的出油口与第一梭阀的另一个进油口相连；

第一梭阀的出油口分别与第四单向阀的出油口、辅助马达的进油口相连；第四单向阀的进油口分别与第三单向阀的出油口、辅助马达的出油口、背压阀的进油口相连，背压阀的出油口与油箱相连，第三单向阀的进油口与油箱相连；