工程机械动臂势能变幅能量回收装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种工程机械动臂势能回收再生装置，特别是一种使用蓄能器的工程机械动臂势能变幅能量回收装置，属于工程机械技术领域。
【背景技术】
[0002]工程机械是使用广泛的一类工程建设用机械产品。随着工程机械保有量的不断增加，大量工程机械所消耗的能源、排放的污染物对环境产生了严重的影响。节能、高效的工程机械新产品已经成为国内外工程机械的研发目标。
[0003]工程机械在作业过程中，带载工作装置的质量和惯性大，下放过程中的重力势能绝大部分转化为热能，不仅浪费能量，而且还使液压油温度上升，需要专门的液压油冷却器冷却液压油。同时，为了防止动臂下降速度过快，通常设置节流调速回路，使用节流阀调节动臂油缸的下降速度。在这个过程中，较多的能量消耗在节流阀口上，不仅造成能量浪费，大量的势能转化成热能，增加了燃料的消耗，而且容易引起液压系统发热，降低元件的寿命O
[0004]为了提高系统的节能性和减少排放，应考虑对液压系统采用能量回收与再生利用技术。这不仅可以节约能源、减轻排放，还能有效保护机件，延长整机维修和使用寿命。目前，工程机械能量回收方法主要有电气式、液压式以及两者相结合的电气液压式。
[0005]电气式能量回收借鉴了混合动力汽车的能量回收系统的概念:将工程机械每个动作循环中的剩余势能和回转平台的剩余动能等，通过液压马达和发电机，转化为电能存储起来进行二次应用，使得能量的利用率进一步提高，达到节能的目的。例如专利CN1830750A利用马达回收重力势能和动能，并通过与马达相连电机的再生制动功能将能量回收到电池。又例如专利CN102182730A通过液压马达将压力能转化为机械能，并通过与液压马达相连的发电机将机械能转化为电能，存储到超级电容中，实现势能回收。
[0006]但电气式能量回收系统存在很多问题。第一是高性能蓄电池和超级电容等电气式能量存储单元成本较高，限制了该方案在实际中的应用。第二是动臂的下降过程时间很短，而在转速大幅度变化的过程中，发电机的发电及电池或电容的充电效率较低。第三是机械能、压力能、电能的反复转化大大降低了能量回收的利用率。
[0007]液压式能量回收采用蓄能器作为储能元件，蓄能器能够储存并释放压力，其性能稳定，能够满足工程机械快速节能的要求。例如专利CN1958972A利用蓄能器直接吸收并直接释放重力势能；专利CN2076972U利用蓄能器通过双向泵/马达间接吸收间接释放重力势能。但先前的液压式能量回收系统都存在各种缺点，例如，专利CN1958972A所述系统，在蓄能器的释放能量的过程中，压力下降，当其压力不足以推动工作机具运动时，存储在蓄能器里的能量得不到释放，造成能量回收效率低。又如，专利CN2076972U所述系统，虽然能完全释放蓄能器内的压力油，但是能量回收与释放时泵的转动方向不一致，这样的装置应用于举升与下降频繁的工程机械动臂是不合适的。
[0008]电气液压式能量回收利用电机再生制动与蓄能器的混合节能方法，例如专利CN101408213A利用蓄能器进行直接吸收并直接释放能量，同时利用电机对双向泵/马达进行再生制动。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提供一种工程机械动臂势能变幅能量回收装置，通过液压比例控制实现变幅回收利用工程机械动臂势能，提高能量回收效率，并对工程机械动臂液压回路进行保护，以解决上述【背景技术】中的不足之处。
[0010]本发明所采用的技术方案是:一种工程机械动臂势能变幅能量回收装置，包括动臂油缸1、第一压力传感器2、第二压力传感器14、平衡阀3、两位两通电磁阀4、第一溢流阀5、第二溢流阀18、三位四通电磁换向阀6、单向阀、液压泵8、电动机9、油箱10、蓄能器13、比例流量阀15和控制器，其中:
所述电动机9与液压泵8机械传动连接；所述液压泵8进油口与油箱10连接，液压泵8出油口与第一单向阀7进油口相连；所述三位四通电磁换向阀6的P 口与第一单向阀7出油口相连，三位四通电磁换向阀6的T 口与油箱10相连，三位四通电磁换向阀6的A 口与动臂油缸I的小腔油口 L相连，三位四通电磁换向阀6的B 口与平衡阀3的I 口相连；所述平衡阀3的H 口与动臂油缸I的大腔油口 M相连，平衡阀3的G 口与两位两通电磁阀4的F 口相连；所述两位两通电磁阀4的E 口与三位四通电磁换向阀6的A 口相连；所述第一溢流阀5的进油口 C与三位四通电磁换向阀6的A 口相连，第一溢流阀5的出油口 D与三位四通电磁换向阀6的B 口相连；所述比例流量阀15的K油口分别与第二单向阀11和第三单向阀12的进油口相连，所述比例流量阀15的J油口分别与第四单向阀16和第五单向阀17的出油口相连；所述第二单向阀11的出油口分别和第五单向阀17的进油口与动臂油缸I的大腔油口 M相连；所述第三单向阀12的出油口分别与第四单向阀16的进油口与蓄能器13油口 N连接；所述第一压力传感器2与动臂油缸I的大腔油口 M相连；所述第二压力传感器14与蓄能器13的油口 N相连；所述第二溢流阀18的进油口与第一单向阀7的出油口相连，第二溢流阀18的出油口与油箱10相连；
所述三位四通电磁换向阀6具有第一开关式电磁铁DI和第二开关式电磁铁D2，所述两位两通电磁阀4具有第三开关式电磁铁D3，所述比例流量阀15具有比例电磁铁BI，所述第一开关式电磁铁D1、第二开关式电磁铁D2、第三开关式电磁铁D3和比例电磁铁BI分别连接控制器。
[0011]本发明动臂势能变幅能量回收的基本原理是:
1.动臂下降的初始阶段，动臂油缸I靠自重缩缸；控制器控制第二开关式电磁铁D2得电、第一开关式电磁铁Dl失电，三位四通电磁换向阀6工作在右位，主回路油液进入动臂油缸I的小腔；控制器控制第三开关式电磁铁D3失电，两位两通电磁阀4关闭，从而使平衡阀3关闭，同时控制器控制比例电磁铁BI按照一定开度打开比例流量阀15，使动臂油缸I大腔的油液通过比例流量阀15进入蓄能器13，此为蓄能过程。
[0012]2.动臂下降到一定程度时，重力逐渐受阻被平衡，动臂油缸的下降也受阻，此时控制器控制第三开关式电磁铁D3得电，两位两通电磁阀4打开，从而使平衡阀3打开，蓄能器13的蓄能过程结束，动臂油缸I按照正常的液压回路下降到底。
[0013]3.动臂上升的初始阶段，控制器控制第三开关式电磁铁D3失电，两位两通电磁阀4关闭，从而使平衡阀3关闭，控制器根据第一压力传感器2和第二压力传感器14的压力值控制比例电磁铁BI的打开时间及开度，油液从蓄能器13释放，经过比例流量阀15后进入动臂油缸I的大腔，使动臂上升，此为放能过程；控制器控制电磁铁Dl得电、D2失电，三位四通电磁换向阀6工作在左位，液压泵10也可同时为动臂油缸I的大腔供油。
[0014]4.动臂上升到一定程度后，随着放能时间的增加，蓄能器的释放能力会有所减弱，当第二压力传感器14的压力值略大于第一压力传感器2的值时，控制器控制比例电磁铁BI失电，关闭比例流量阀15，蓄能器13的放能过程结束，动臂油缸按正常的液压回路继续上升到所需位置。
[0015]本发明的有益效果是:
1.节能效果。本发明通过液压蓄能器有效地回收工程机械动臂的势能，在动臂上升开始阶段释放所回收的能