CN105421509B - 一种混合动力挖掘机动臂势能回收装置及混合动力挖掘机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及挖掘机技术领域，尤其涉及一种混合动力挖掘机动臂势能回收装置及混合动力挖掘机。该装置包括动臂油缸、液压泵/马达组件(液压泵或马达组件)及动臂油缸控制阀，该动臂油缸控制阀上设置有A口、B口、P口、T口及D口；该动臂油缸控制阀在挖掘机动臂举升时，使其A口与P口接通、B口与D口接通，且D口与油箱连接；在挖掘机动臂下降时，使其A口与T口接通、B口与P口接通；而且动臂油缸的大腔与A口连接；动臂油缸的小腔与B口连接；液压泵/马达组件的出油口与P口连接，能量回收再利用油路与T口连接，用于在挖掘机动臂下降时使动臂油缸的大腔与液压泵/马达组件的进油口之间保持连通，从而实现对挖掘机动臂势能的回收利用。

Description

一种混合动力挖掘机动臂势能回收装置及混合动力挖掘机
技术领域
本发明涉及挖掘机技术领域，尤其涉及一种混合动力挖掘机动臂势能回收装置及混合动力挖掘机。
背景技术
一般情况下，当挖掘机动臂下降时，动臂油缸小腔进油，大腔回油。通常大腔的回油通过动臂油缸控制阀内部油道直接进入回油油路；或者是小部分油液通过动臂油缸控制阀内部的再生回路进入小腔供油油路再利用，其余大部分回油通过动臂油缸控制阀内部油道直接进入回油油路。但是由于动臂下降时动臂势能的存在，大腔回油具有很多能量，如果按上述方式让油液直接进入回油油路，无疑是一种巨大的浪费。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是现有挖掘机动臂在频繁起降时造成势能浪费的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种混合动力挖掘机动臂势能回收装置，其包括：
动臂油缸控制阀，所述动臂油缸控制阀上设置有A口、B口、P口、T口及D口；所述动臂油缸控制阀在挖掘机动臂举升时，使其A口与P口接通、B口与D口接通，且所述D口与油箱连接；所述动臂油缸控制阀在挖掘机动臂下降时，使其A口与T口接通、B口与P口接通；
动臂油缸，所述动臂油缸的大腔与A口连接；所述动臂油缸的小腔与B口连接；
液压泵/马达组件，所述液压泵/马达组件的出油口与P口连接，且其进油口通过单向控制阀与油箱连接，在该进油口与所述单向控制阀之间连接有能量回收再利用油路；所述能量回收再利用油路与T口连接，用于在挖掘机动臂下降时使所述动臂油缸的大腔与所述液压泵/马达组件的进油口之间保持连通。
其中，所述动臂油缸控制阀连接有第一信号控制单元和第二信号控制单元；
当所述挖掘机动臂举升时，所述第一信号控制单元控制所述动臂油缸控制阀切换至左位，使A口与P口接通、B口与D口接通；
当所述挖掘机动臂下降时，所述第二信号控制单元控制所述动臂油缸控制阀切换至右位，使A口与T口接通、B口与P口接通。
其中，所述能量回收再利用油路上设有分流的压力控制阀，所述压力控制阀与油箱连接。
其中，所述压力控制阀为溢流阀或安全阀，所述压力控制阀的溢流压力设置为5-15MPa。
其中，所述液压泵/马达组件的出油口还连接有负载机构，所述负载机构包括斗杆油缸、铲斗油缸、回转马达或行走马达中的一种或多种。
其中，所述斗杆油缸通过斗杆油缸控制阀与所述液压泵/马达组件的出油口连接，所述斗杆油缸控制阀分别连接有第三信号控制单元和第四信号控制单元；
当所述斗杆油缸需要伸出动作时，所述第三信号控制单元控制所述斗杆油缸控制阀切换至右位，使从出油口流出的油液进入所述斗杆油缸的大腔；
当所述斗杆油缸需要收回动作时，所述第四信号控制单元控制所述斗杆油缸控制阀切换至左位，使从出油口流出的油液进入所述斗杆油缸的小腔。
其中，所述铲斗油缸通过铲斗油缸控制阀与所述液压泵/马达组件的出油口连接，所述铲斗油缸控制阀分别连接有第五信号控制单元和第六信号控制单元；
当所述铲斗油缸需要伸出动作时，所述第五信号控制单元控制所述铲斗油缸控制阀切换至右位，使从出油口流出的油液进入所述铲斗油缸的大腔；
当所述铲斗油缸需要收回动作时，所述第六信号控制单元控制所述铲斗油缸控制阀切换至左位，使从出油口流出的油液进入所述铲斗油缸的小腔。
其中，所述动臂油缸为单油缸、双油缸及多油缸中的一种或多种。
其中，所述能量回收再利用油路上连接有蓄能器。
本发明还提供一种混合动力挖掘机，其包括所述的混合动力挖掘机动臂势能回收装置。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有以下有益效果：本发明针对现有挖掘机动臂在频繁起降的过程中，其势能浪费的缺点，提供一种新型混合动力挖掘机动臂势能回收装置，对挖掘机动臂下降所产生的势能进行回收再利用，以达到提高挖掘机能量利用率，节约能耗的效果。
附图说明
图1为本发明实施例一混合动力挖掘机动臂势能回收装置的结构示意图；
图2为本发明实施例二混合动力挖掘机动臂势能回收装置的结构示意图。
其中，1：动臂油缸；1a：小腔；1b：大腔；2：斗杆油缸；3：铲斗油缸；4：动臂油缸控制阀；5：斗杆油缸控制阀；6：铲斗油缸控制阀；7a：第一信号控制单元；7b：第二信号控制单元；8a：第三信号控制单元；8b：第四信号控制单元；9a：第五信号控制单元；9b：第六信号控制单元；10：动力元件；11：液压泵/马达组件；12：单向控制阀；13：压力控制阀；14：能量回收再利用油路；15：挖掘机动臂；16：蓄能器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
如图1所示，本实施例提供一种混合动力挖掘机动臂势能回收装置，其包括：动臂油缸1、液压泵/马达组件11(液压泵或马达组件)及动臂油缸控制阀4。动臂油缸控制阀4上设置有A口、B口、P口、T口及D口；该动臂油缸控制阀4在挖掘机动臂15举升时，使其A口与P口接通、B口与D口接通，且D口与油箱连接；动臂油缸控制阀4在挖掘机动臂15下降时，使其A口与T口接通、B口与P口接通；动臂油缸1的大腔1b与A口连接；动臂油缸1的小腔1a与B口连接；液压泵/马达组件11的出油口与P口连接，且其进油口通过单向控制阀12与油箱连接，在该进油口与单向控制阀12之间连接有能量回收再利用油路14；能量回收再利用油路14与T口连接，用于在挖掘机动臂15下降时使动臂油缸1的大腔1b与液压泵/马达组件11的进油口之间保持连通，从而实现对挖掘机动臂15势能的回收利用。
值得说明的是，该势能回收装置不仅仅局限于对挖掘机动臂15进行势能回收，同样适用于其他进行举升或下降的执行元件。
具体的，在动臂油缸控制阀4连接有第一信号控制单元7a和第二信号控制单元7b；其中，第一信号控制单元7a和第二信号控制单元7b用于施加控制信号，实现自动化控制。
当挖掘机动臂15举升时，第一信号控制单元7a控制动臂油缸控制阀4切换至左位，从而使A口与P口接通、B口与D口接通；具体执行过程为：第一信号控制单元7a施加动臂油缸1举升控制阀控制信号，使得动臂油缸控制阀4换到左位，同时液压泵/马达组件11的进油口通过单向控制阀12从油箱吸油，油液通过动臂油缸控制阀4的P口流向A口，从而进入动臂油缸1的大腔1b。动臂油缸1的小腔1a的油液通过动臂油缸控制阀4的B口与D口接通后，回到油箱。
当挖掘机动臂15下降时，第二信号控制单元7b控制动臂油缸控制阀4切换至右位，使A口与T口接通、B口与P口接通。具体执行过程为：第二信号控制单元7b施加动臂油缸1下降控制阀控制信号，使得动臂油缸控制阀4换到右位，动臂油缸1的大腔1b的油液通过动臂油缸控制阀4的A口与T口接通后，进入能量回收再利用油路14。进一步的，能量回收再利用油路14上还设有分流的压力控制阀13，压力控制阀13与油箱连接。回油进入能量回收再利用油路14以后，油路前方有单向阀和溢流阀或安全阀(其中，溢流阀或安全阀设定的溢流压力通常可考虑为7～15MPa)，这两个阀阻止回油直接回到油箱，使油液进入液压泵或马达组件的进油口。然后，油液通过动臂油缸控制阀4的P口流向B口，进入动臂油缸1的小腔1a，实现动臂势能的回收再利用。
应当理解的是，上述披露的动臂油缸控制阀4的形式可以有多种多样，可以采用具有其它功能的组合阀或独立的形式，满足动臂或执行机构下降时动臂油缸1大腔1b与液压泵进油口连通的功能，在举升时实现动臂油缸1大腔1b与油箱连通的功能。
此外，压力控制阀13的形式也不局限，可以为溢流阀或安全阀，压力控制阀13的溢流压力设置为5-15MPa。当然，具体可为开关阀、比例阀等类似功能的阀，用于排除多余的流量。
此外，液压泵/马达组件11的出油口还连接有负载机构，负载机构包括斗杆油缸2、铲斗油缸3、回转马达或行走马达中的一种或多种。
其中，斗杆油缸2通过斗杆油缸控制阀5与液压泵/马达组件11的出油口连接，斗杆油缸控制阀5分别连接有第三信号控制单元8a和第四信号控制单元8b；当斗杆油缸2需要伸出动作时，第三信号控制单元8a控制斗杆油缸控制阀5切换至右位，使从出油口流出的油液进入斗杆油缸2的大腔1b；当斗杆油缸2需要收回动作时，第四信号控制单元8b控制斗杆油缸控制阀5切换至左位，使从出油口流出的油液进入斗杆油缸2的小腔1a。
其中，铲斗油缸3通过铲斗油缸控制阀6与液压泵/马达组件11的出油口连接，铲斗油缸控制阀6分别连接有第五信号控制单元9a和第六信号控制单元9b；当铲斗油缸3需要伸出动作时，第五信号控制单元9a控制铲斗油缸控制阀6切换至右位，使从出油口流出的油液进入铲斗油缸3的大腔1b；当铲斗油缸3需要收回动作时，第六信号控制单元9b控制铲斗油缸控制阀6切换至左位，使从出油口流出的油液进入铲斗油缸3的小腔1a。
此外，对于其他负载机构也可以对应设置其他负载元件控制阀，其控制原理与上述记载相同或相似。
优选的，动臂油缸1为单油缸、双油缸及多油缸中的一种或多种，组合方式灵活多样。
进一步的，液压泵/马达组件11的动力输入端与发动机或电动机等动力元件10连接，可以是单泵、组合泵、具有泵功能的马达。
综上，本实施例设计了一种新型混合动力挖掘机动臂势能回收装置，直接将动臂油缸1的大腔1b的高压回油引到液压泵或马达的进油口，提升进油压力，有效利用了动臂或执行机构下降时的势能，降低液压泵或马达的需求功率(或扭矩)，减少动力源的能量消耗，达到节能目的。
而且，该装置结构简单，与传统原理相比增加零件不多，能够适应不同机型的选用。同时其还能够实现很好的节能效果，可以选用相对较小功率的原动机，从而降低了设备成本。
实施例二
如图2所示，本实施例二与实施例一相同的技术内容不重复描述，实施例一公开的内容也属于本实施例二公开的内容，本实施例二与实施例一区别在于：在能量回收再利用油路14上还连接有蓄能器16。也就是说，在动臂油缸控制阀4与液压泵或马达组件进油口之间的油路上，可按图2设置有蓄能器16，提高动臂势能的回收量。蓄能器16是液压气动***中的一种能量储蓄装置。它在适当的时机将***中的能量转变为压缩能或位能储存起来，当***需要时，又将压缩能或位能转变为液压或气压等能而释放出来，重新补供给***。
实施例三
根据上述实施例一与实施例二中公开的内容，本实施例三提供一种混合动力挖掘机，包括上述披露的混合动力挖掘机动臂势能回收装置，具有与其相同的技术效果。相比传统的挖掘机液压油路，可以降低液压泵或马达的需求功率(或扭矩)，即，降低发动机或电动机等动力元件10的功率输出，减少其能量消耗，以此达到节能的目的。
本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种混合动力挖掘机动臂势能回收装置，其特征在于，包括：
动臂油缸控制阀，所述动臂油缸控制阀上设置有A口、B口、P口、T口及D口；所述动臂油缸控制阀在挖掘机动臂举升时，使其A口与P口接通、B口与D口接通，且所述D口与油箱连接；所述动臂油缸控制阀在挖掘机动臂下降时，使其A口与T口接通、B口与P口接通；
动臂油缸，所述动臂油缸的大腔与A口连接；所述动臂油缸的小腔与B口连接；
液压泵/马达组件，所述液压泵/马达组件的出油口与P口连接，且其进油口通过单向控制阀与油箱连接，在该进油口与所述单向控制阀之间连接有能量回收再利用油路；所述能量回收再利用油路与T口连接，用于在挖掘机动臂下降时使所述动臂油缸的大腔与所述液压泵/马达组件的进油口之间保持连通。
2.根据权利要求1所述的混合动力挖掘机动臂势能回收装置，其特征在于，所述动臂油缸控制阀连接有第一信号控制单元和第二信号控制单元；
当所述挖掘机动臂举升时，所述第一信号控制单元控制所述动臂油缸控制阀切换至左位，使A口与P口接通、B口与D口接通；
当所述挖掘机动臂下降时，所述第二信号控制单元控制所述动臂油缸控制阀切换至右位，使A口与T口接通、B口与P口接通。
3.根据权利要求1所述的混合动力挖掘机动臂势能回收装置，其特征在于，所述能量回收再利用油路上设有分流的压力控制阀，所述压力控制阀与油箱连接。
4.根据权利要求3所述的混合动力挖掘机动臂势能回收装置，其特征在于，所述压力控制阀为溢流阀或安全阀，所述压力控制阀的溢流压力设置为5-15MPa。
5.根据权利要求1所述的混合动力挖掘机动臂势能回收装置，其特征在于，所述液压泵/马达组件的出油口还连接有负载机构，所述负载机构包括斗杆油缸、铲斗油缸、回转马达或行走马达中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的混合动力挖掘机动臂势能回收装置，其特征在于，所述斗杆油缸通过斗杆油缸控制阀与所述液压泵/马达组件的出油口连接，所述斗杆油缸控制阀分别连接有第三信号控制单元和第四信号控制单元；
当所述斗杆油缸需要伸出动作时，所述第三信号控制单元控制所述斗杆油缸控制阀切换至右位，使从出油口流出的油液进入所述斗杆油缸的大腔；
当所述斗杆油缸需要收回动作时，所述第四信号控制单元控制所述斗杆油缸控制阀切换至左位，使从出油口流出的油液进入所述斗杆油缸的小腔。
7.根据权利要求5所述的混合动力挖掘机动臂势能回收装置，其特征在于，所述铲斗油缸通过铲斗油缸控制阀与所述液压泵/马达组件的出油口连接，所述铲斗油缸控制阀分别连接有第五信号控制单元和第六信号控制单元；
当所述铲斗油缸需要伸出动作时，所述第五信号控制单元控制所述铲斗油缸控制阀切换至右位，使从出油口流出的油液进入所述铲斗油缸的大腔；
当所述铲斗油缸需要收回动作时，所述第六信号控制单元控制所述铲斗油缸控制阀切换至左位，使从出油口流出的油液进入所述铲斗油缸的小腔。
8.根据权利要求1所述的混合动力挖掘机动臂势能回收装置，其特征在于，所述动臂油缸为单油缸、双油缸及多油缸中的一种。
9.根据权利要求1所述的混合动力挖掘机动臂势能回收装置，其特征在于，所述能量回收再利用油路上连接有蓄能器。
10.一种混合动力挖掘机，其特征在于，包括根据权利要求1-9中任一项所述的混合动力挖掘机动臂势能回收装置。
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