[发明专利]一种用于举升机构的液电混合节能系统

说明书

本发明公开了一种用于举升机构的液电混合节能系统，该系统通过增加电动缸、电机转速控制器、双向DC/DC变换器、超级电容组和压力传感器，结合相应的控制方法，实现了动臂下降时，将其重力势能直接转化为电能为超级电容组充电；当动臂提升时，超级电容组为电动缸的驱动电机提供电能以辅助驱动。本发明公开的一种用于举升机构的液电混合节能系统具有动臂势能的存储利用效率高、输出平稳，装机功率小等优点。

技术领域

本发明属于举升机构能量回收领域，具体涉及一种用于举升机构的液电混合节能系统。

背景技术

目前，广泛使用的挖掘机，装载机等作业机械因为工作环境恶劣、作业状态复杂、载荷变化剧烈，使得发动机工作范围变化大，造成整机能源利用率较低，排放特性差。同时这些装备的举升机构主要采用液压系统驱动，在工作过程中需要动臂频繁升降，由于动臂自重较大，液压系统驱动其上升时需要克服重力做功，部分液压能转换为工作机构的势能，但在其下降时，动臂的势能通常转化为液压能，再经过控制阀转化为热量耗散掉，这使得液压系统温度升高，可靠性下降，同时造成了大量的能源浪费。

为解决上述技术问题，常采用液气储能方式或电气储能方式来回收利用能量。专利(CN 202391827 U)和专利(CN 103993625 A)使用了液气储能方式来回收动臂的下降势能。然而使用液气储能方式需要考虑气体的泄漏问题、所需机械体积的问题、动态响应慢的问题及蓄能器压力波动较大影响可控性的问题。专利(CN 101435451 A)利用电气储能方式来回收能量，在动臂下放时，首先将油液储存到蓄能器中，在利用蓄能器中的油液驱动液压马达，液压马达再驱动电动/发电机，最终将动臂重力势能转换为电能，存储到超级电容或电池中。这种能量回收方式能量经过多次转换，效率较低，不适合于小型机械。

发明内容

本发明针对现有能量回收技术的不足，提供一种用于举升机构的液电混合节能系统，以实现动臂势能的高效回收和再利用。

一种用于举升机构的液电混合节能系统，包括动力源(1)、液压泵(2)、油箱(3)、溢流阀(4)、液压回路(5)、至少一个动臂液压缸(11)、动臂(7)、控制单元(13)、至少一个电动缸(8)、电机转速控制器(12)、双向DC/DC变换器(10)、超级电容组(9)和压力传感器(6)；动力源输出轴与液压泵连接，液压泵的出油口与液压回路的进油口P和溢流阀进油口连接，溢流阀的出油口与油箱连接；液压回路的回油口T与油箱连接；动臂液压缸的无杆腔和有杆腔分别通过管路与液压回路的工作油口A和工作油口B连接，压力传感器安装在与动臂液压缸无杆腔连接的管路上，用于检测动臂液压缸无杆腔的压力P_A；电动缸的驱动电机与电机转速控制器相连；双向DC/DC变换器的输入端和输出端分别与电机转速控制器连接的直流母线和超级电容组连接；压力传感器、电控阀、电机转速控制器以及双向DC/DC变换器与控制单元连接并交互信号；

动臂液压缸与电动缸前后布置在举升机构的中心线上，其缸体端分别通过第二液压缸销轴和第二电动缸销轴铰接至上车架上，其活塞杆端分别通过第一液压缸销轴和第一电动缸销轴铰接至动臂上。

在举升机构开始工作时，控制单元根据压力传感器输出信号u与其预设值的比对结果控制电机转速控制器与双向DC/DC变换器的工作状态：动臂下降时，压力传感器的输出信号u低于其预设值，此时电动缸的驱动电机处于发电状态，控制单元控制电机转速控制器与双向DC/DC变换器工作，使电动缸的驱动电机发出的电能通过双向DC/DC变换器为超级电容组充电，这样，动臂的重力势能直接转化为电能被部分回收；当动臂提升时，压力传感器的输出信号u高于其预设值，此时电动缸的驱动电机应处于电动状态，控制单元控制电机转速控制器与双向DC/DC变换器工作，使得超级电容组为电动缸的驱动电机提供电能，电动缸与动臂液压缸一起驱动动臂上升。