[发明专利]基于气缸和变径滚筒的挖掘机动臂势能节能装置及方法

说明书

本发明公开一种基于气缸和变径滚筒的挖掘机动臂势能节能装置及方法，适用于挖掘机使用。包括势能储备装置以及液压系统；势能储备装置包括利用支架同轴设置的大滚筒和减速器小齿轮，以及同轴设置的减速器大齿轮与变径滚筒，其中减速器大齿轮与小减速器齿轮相互咬合，大滚筒上通过缠绕的细钢丝绳与设置在动臂上的拉杆连接，拉杆与细钢丝绳需要保证在动臂升降过程中细钢丝绳不与挖掘机其它部分接触且拉力变化尽量小，变径滚筒通过粗钢丝绳连接有气缸，所述粗钢丝绳与气缸的活塞杆连接，气缸通过管路连接有气瓶。结构简单、实施方便、成本低，不需要额外添加液压元件和电动控制系统，避免混合动力单元复杂的能量转换和传递环节。

技术领域

本发明涉及一种基于气缸和变径滚筒的挖掘机动臂势能节能装置及方法，尤其适用于液压工程中使用，属于液压传动与控制领域。

背景技术

现有的液压挖掘机工作装置在提升作业中会累积较大的重力势能，这部分能量都通过阀的节流作用转换为热能耗散在阀口。统计表明，中型液压挖掘机这部分浪费的能量占整机能耗15％以上，这不仅造成了巨大的能量浪费，还会使液压油温度快速升高，影响连续作业并引发故障。

在挖掘机的可回收能量中，动臂液压缸可回收能量占有很大比例，因此对挖掘机进行动臂下降势能回收再利用研究，是提高挖掘机效率的重要一步，同时，对节能减排、保护环境也具有着重要意义。

对于挖掘机动臂势能的回收，目前主要有油电和油液混合动力方法。但是这样的混合动力单元往往装机功率大，成本高，且重力势能的回收再利用效率受能量转换次数和转换效率制约，在一定程度上限制了其实际应用。

在液压挖掘机动臂提升和下降作业过程中，如果没有势能回收装置的系统中，动臂的势能通过节流调速等转化为热能，不仅浪费资源，还会使液压油温度升高，需另加大规格的散热设备，增加了液压挖掘机的工作功率，耗能较高。为提高液压挖掘机的能量利用效率，减轻能源消耗和环境污染等问题，本发明提出一种基于气缸和变径滚筒的挖掘机动臂势能回收和再利用节能装置，利用两个大小不同的滚筒，随着变径滚筒直径的不断变化以及气缸活塞杆的伸出和缩入，使粗钢丝绳上的力与细钢丝绳上的力相匹配，助力挖掘机动臂下降与上升，最终最大限度回收再利用动臂下降势能。目前对于动臂下降势能的回收再利用，大多数采用油电混合和油液混合方法，在混合动力电力系统中，大量的电气元件会增加系统的成本，而且整个能量回收再利用过程中需要经过多次能量转换以及多个控制环节，这会导致系统的能量再生效率较低；液压混合动力系统通过回转马达、液压泵/马达等能量转换元件将能量以液能的形式储存于液压蓄能器，整个过程对原液压系统的改动较大，能量回收时也有较多的转换和传递环节，动臂重力势能回收再利用效率受到制约。

发明内容

针对上述技术的不足之处，提供一种结构简单、实施方便、成本低，不需要额外添加液压元件和电动控制系统，避免混合动力单元复杂的能量转换和传递环节，液压油在节流阀口和流经管路时损耗小的基于气缸和变径滚筒的基于气缸和变径滚筒的挖掘机动臂势能节能装置及方法。

为实现上述技术目的，本发明的基于气缸和变径滚筒的挖掘机动臂势能节能装置，包括与动臂连接的势能储备装置以及与挖掘机动臂液压缸连接的液压系统；所述势能储备装置设置在上部转台上，其包括利用支架同轴设置的大滚筒和减速器小齿轮，以及同轴设置的减速器大齿轮与变径滚筒，其中减速器大齿轮与小减速器齿轮相互咬合，其中大滚筒上通过缠绕的细钢丝绳与设置在动臂上的拉杆连接，拉杆与细钢丝绳需要保证在动臂升降过程中细钢丝绳不与挖掘机其它部分接触且拉力变化尽量小，变径滚筒通过粗钢丝绳连接有气缸，所述粗钢丝绳与气缸的活塞杆连接，气缸通过管路连接有气瓶。