[发明专利]工程机械动臂势能变幅能量回收装置

说明书

技术领域

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

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。

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：