[发明专利]一种高效能量回收液压驱动系统

说明书

本发明为一种高效能量回收液压驱动系统，针对目前抽油机、挖掘机等领域严重的负载重力势能浪费现象，提出了高效能量回收液压驱动系统。采用包含液压驱动结构和能量回收结构的液压系统与滑轮组结构形成高效能量回收液压驱动系统。采用液压能量回收结构回收负载重力势能，并可通过液压驱动结构释放出回收的能量，实现负载重力势能的回收以及再利用，同时液压驱动系统使得负载速度可调且可以适配重量频繁变化的负载，具有低能耗、效率高且可控性高等优点。

技术领域

本发明涉及一种高效能量回收液压驱动系统，尤其适用于负载能量回收领域。

背景技术

很多系统中的负载在运行过程中，存在严重的负载重力势能浪费现象。这类系统的负载往复运动，上半程中负载上行，系统克服负载重力做功，同时负载积累重力势能；下半程中负载下行，重力势能释放，系统无法利用这部分能量，从而产生能量浪费，例如挖掘机的动臂重力势能，抽油机的驴头重力势能等。以工程液压挖掘机为例，据统计，截止到2021年，我国国内挖掘机保有量约为200万台。而数量庞大的挖掘机在带来施工效率提升的同时，也因其能量利用效率低和排放标准低的特点引起了广泛的关注。诸多研究文献指出，传统挖掘机的总效率只有约20％～30％。有研究表明，对于20吨级的挖掘机，一个动臂下放动作中浪费的势能可达178kJ。考虑到挖掘机的销量和市场保有量，其浪费的能量极为巨大。在这样的背景下，深入研究负载势能回收技术，能减少能源消耗，具有重大的现实意义。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种高效能量回收液压驱动系统，该系统主要包括液压系统和滑轮组传动结构两大部分。在负载运动过程中，液压系统中的液压泵通过高压液压油驱动液压缸活塞杆，液压缸活塞杆通过滑轮组提升负载；负载下降时，通过滑轮组拉动液压缸活塞杆，由液压系统把负载重力势能回收到液压系统储能元件中，并在下一个周期负载上行时通过液压系统释放出这部分能量，如此实现负载的往复运动并同时回收利用负载重力势能。

为实现上述目的，本发明为一种高效能量回收液压驱动系统，包括：液压系统与滑轮组传动结构。液压系统包含能量回收结构、驱动结构和传感器系统三部分，能量回收结构负责回收负载重力势能，并将其储存到液压储能元件中；驱动结构负责控制协调液压泵与液压储能元件中储存的负载重力势能两路动力源，驱动液压缸活塞杆升降负载；传感器系统负责实时监测收集液压系统信息，从而可根据传感器信息实时对系统进行调整。滑轮组传动结构包含定滑轮和动滑轮两部分，定滑轮负责把液压缸活塞杆的水平运动转化为负载的竖直运动；动滑轮负责缩短液压缸活塞杆的行程，从而可以使本系统适应一些大行程负载。

液压系统包含驱动结构、能量回收结构和传感器系统三大部分。液压驱动机构包括：液压油箱，吸油滤，液压变量泵，进油单向阀，卸荷阀，高精度过滤器，稳压蓄能器，三位四通阀，液压缸，溢流阀，回油滤。能量回收结构包括：二位三通阀，储能蓄能器，二位二通阀。传感器系统包括：油箱液位计，液压油温度传感器，流量传感器，驱动结构压力传感器，能量回收结构压力传感器。

负载上行过程中，电机驱动液压变量泵从液压油箱中吸入液压油，高压液压油经过高精度过滤器、蓄能器和负载三位四通阀后，进入液压缸有杆腔驱动液压缸活塞杆通过滑轮组提升负载，液压缸无杆腔的液压油则经过负载三位四通阀、二位三通阀和回油滤回到液压油箱，完成负载上行过程；负载下行过程中，负载通过滑轮组拉动液压缸活塞杆，与变量泵共同驱动液压缸有杆腔的液压油经过负载三位四通阀和二位三通阀之后进入储能蓄能器，实现负载重力势能的回收并完成负载下行过程；负载再次上行时，储能蓄能器与变量泵共同驱动液压缸活塞杆提升负载，实现系统回收能量的利用。