CN112922773B - 势能回收***和工程设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种势能回收***和工程设备，解决了现有技术中势能回收***进行举升和下降动作切换时响应速度较慢的问题。势能回收***，包括：蓄电池、第一电机、第二电机、泵、马达、换向阀、平衡阀和举升油缸。第一电机和第二电机分别和蓄电池电连接，第一电机、泵、阀门组和举升油缸顺次连接，第二电机、马达、阀门组和举升油缸顺次连接。

Description

势能回收***和工程设备

技术领域

本申请涉及工程机械技术领域，具体涉及一种势能回收***和工程设备。

背景技术

现有技术中的势能回收***通常是利用一台电机，通过转变电机的旋向来切换举升和下降动作。然而，由于电机的转动惯量较大，导致动作切换时响应速度较慢，影响用户体验满意度。

申请内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种势能回收***和工程设备，以解决现有技术中势能回收***进行举升和下降动作切换时响应速度较慢的问题。

本申请第一方面提供了一种势能回收***，包括：蓄电池、第一电机、第二电机、泵、马达、换向阀、平衡阀和举升油缸。第一电机和第二电机分别和蓄电池电连接，第一电机、泵、换向阀和举升油缸顺次连接，第二电机、马达、平衡阀和举升油缸顺次连接。

在一种可能的实现方式中，泵包括电比例柱塞泵，电比例柱塞泵通过换向阀连接举升油缸的无杆腔。势能回收***还包括控制器，用于根据获取到的上升速度指令控制换向阀的开度，并根据开度控制电比例柱塞泵的流量与开度匹配。

在一种可能的实现方式中，换向阀包括电比例换向阀；控制器用于根据获取到的上升速度指令控制换向阀的开度包括：控制器用于根据上升速度指令匹配出与上升速度指令对应的流量，并向电比例换向阀输出与流量匹配的电流，以使电比例换向阀切换至开度。

在一种可能的实现方式中，电比例换向阀为三位四通电比例换向阀。

在一种可能的实现方式中，马达包括电比例柱塞马达，电比例柱塞马达通过平衡阀连接举升油缸的无杆腔。控制器还用于根据获取到的下降速度指令控制平衡阀将举升油缸的无杆腔与电比例柱塞马达连通，并根据下降速度指令控制电比例柱塞马达的流量。

在一种可能的实现方式中，平衡阀包括负载保持阀。

在一种可能的实现方式中，势能回收***还包括控制泵，控制泵用于将油箱中的液压油泵出到电比例柱塞泵和电比例柱塞马达中至少一者的外控口。

在一种可能的实现方式中，控制泵的出油口通过单向阀连接电比例柱塞马达的所述外控口。

在一种可能的实现方式中，还包括油箱，电比例换向阀、控制泵、电比例柱塞马达和电比例柱塞泵中的至少一者与油箱连通。

本申请第二方面提供了一种工程设备，包括上述任一的势能回收***。

根据本申请提供的势能回收***，上升用的第一电机、泵和下降用的第二电机、马达独立开来，避免了现有技术中上升和下降动作切换时，需要切换电机的旋向所导致的响应速度慢的问题，从而提升了动作切换的响应速率。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的势能回收***的结构示意图。

图2为本申请另一实施例提供的势能回收***的结构示意图。

图3为图2所示势能回收***中的电比例柱塞泵的放大图。

图4为图2所示势能回收***中的电比例柱塞马达的放大图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1为本申请一实施例提供的势能回收***的结构示意图。如图1所示，势能回收***10包括蓄电池1、第一电机2、第二电机3、泵4、马达5、换向阀6、平衡阀8和举升油缸7。第一电机2和第二电机3分别和蓄电池1电连接，第一电机2、泵4、换向阀6和举升油缸7顺次连接，第二电机3、马达5、平衡阀8和举升油缸7顺次连接。

泵4可以是任意变量泵，例如电比例柱塞泵等。马达5包括电比例柱塞马达或液控柱塞马达等。

举升油缸7上升时，蓄电池1为第一电机2供电，第一电机2驱动泵4泵出压力油，压力油经过换向阀6进入举升油缸7的无杆腔，使举升油缸7上升。举升油缸7下降时，举升油缸7的无杆腔内的压力油经过平衡阀8进入马达5，以驱动马达5旋转，马达5带动第二电机3转动，第二电机3将机械能转化为电能存储在蓄电池1内。根据本实施例提供的势能回收***10，上升用的第一电机2、泵4和下降用的第二电机3、马达5独立开来，避免了现有技术中上升和下降动作切换时，需要切换电机的旋向所导致的响应速度慢的问题，从而提升了动作切换的响应速率。

图2为本申请另一实施例提供的势能回收***的结构示意图。如图2所示，势能回收***10包括蓄电池1、第一电机2、第二电机3、电比例柱塞泵40、电比例柱塞马达50、电比例换向阀61、负载保持阀62和举升油缸7。第一电机2和第二电机3分别和蓄电池1电连接，第一电机2、电比例柱塞泵40、电比例换向阀61和举升油缸7顺次连接，第二电机3、电比例柱塞马达50、负载保持阀62和举升油缸7顺次连接。

电比例换向阀40可以是三位四通电液比例换向阀。以弹簧对中型三位四通电液比例换向阀为例，其工作原理包括：当先导阀左右两端的比例电磁铁均不通电时，先导阀阀芯在对中弹簧的作用下处于中位，此时来自油口P的控制压力油不能进入主阀芯左右两端的控制腔，主阀左右两端的控制腔的油液通过先导阀中间位置经先导阀的油口T流回油箱。并且主阀芯在两端对中弹簧的作用下，依靠阀体定位，准确地处于中间位置，此时主阀芯的各个油口均不相通。当先导阀右侧比例电磁铁通电后，使其阀芯向左移动，来自主阀芯油口P的控制压力油经先导阀进入主阀左端的控制腔，推动主阀芯向左移动，此时主阀芯右端控制腔中的油液经先导阀流回油箱，使主阀的油口P与油口A、油口B与油口T的油路连通。反之，当先导阀左侧比例电磁铁通电后，可使油口P与油口B、油口A与油口T的油路连通。

负载保持阀62包括两个工作位，负载保持阀62的一端设置有电磁铁，另一端设置有复位弹簧。当负载保持阀62的电磁铁通电时，负载保持阀62处于右位，以将举升油缸7的无杆腔和电比例柱塞马达50连接；当负载保持阀62的电磁铁断电时，负载保持阀62处于左位，以保持举升油缸7的无杆腔内油液的压力。

在一个实施例中，势能回收***10还包括控制泵9，控制泵9用于将油箱中的液压油泵出到电比例柱塞泵40和电比例柱塞马达50中至少一者的外控口。这种情况下，电比例柱塞泵40和电比例柱塞马达50中至少一者采用压力供油方式，相比于自吸油方式而言，稳定性更高。

势能回收***10的工作过程包括：

待机时，电比例柱塞泵40处于零排量工作状态，电比例换向阀61处于中位，负载保持阀62处于左位，电比例柱塞马达50处于零排量工作状态。

举升油缸7上升时，蓄电池1给第一电机2供电，第一电机2驱动电比例柱塞泵40旋转。控制器根据获取到的上升速度指令控制电比例换向阀61的开度，并根据电比例换向阀61的开度控制电比例柱塞泵40的流量与开度匹配。电比例柱塞泵40输出的液压油经过电比例换向阀61流入举升油缸7的无杆腔，以实现举升油缸7的上升动作。

具体而言，当控制器接收到工作人员输入的上升速度指令时，控制器根据上升速度指令匹配出与之对应的流量，并向电比例换向阀61输出与该流量匹配的电流，使电比例换向阀61切换至相应的开度。与此同时，控制电比例柱塞泵40工作在正排量工作状态。由于电比例柱塞泵40输出的流量等于其排量和电机转速的乘积，因此，控制器同步控制第一电机2的转速和电比例柱塞泵40的排量，以使第一电机2的转速和电比例柱塞泵40的排量的乘积等于上升速度指令对应的流量。采用电比例柱塞泵40和电比例换向阀61匹配实现举升油缸7的上升动作，可根据电比例换向阀61的开度精准地调节电比例柱塞泵40的流量，从而降低了液压油的压力损失。

举升油缸7保持在预定上升位置时，电比例柱塞泵40处于零排量工作状态，电比例换向阀61处于中位，负载保持阀62处于左位，电比例柱塞马达50处于零排量工作状态。

举升油缸7下降时，电比例柱塞泵40处于零排量工作状态，电比例换向阀61处于中位。控制器根据获取到的下降速度指令控制负载保持阀62切换至右位，以将举升油缸7的无杆腔和电比例柱塞马达50连通。举升油缸7中的液压油经过负载保持阀62流入电比例柱塞马达50，以驱动电比例柱塞马达50旋转。控制器还用于根据下降速度指令控制电比例柱塞马达50的流量。电比例柱塞马达50发电储存在蓄电池1内。

具体而言，当控制器接收到工作人员输入的下降速度指令时，控制器根据下降速度指令给负载保持阀62通电，使负载保持阀62切换至右位。与此同时，控制器根据下降速度指令匹配出与之对应的流量，并且同步控制第二电机3的转速和电比例柱塞马达50的排量，以使第二电机3的转速和电比例柱塞马达50的排量的乘积等于下降速度指令对应的流量。采用电比例柱塞马达50实现重力势能回收，可以获得较好的微动性能和快速的响应性能。

图3为图2所示势能回收***中的电比例柱塞泵的放大图。如图3所示，电比例柱塞泵40包括第一变量柱塞泵41和用于控制第一变量柱塞泵41的第一集成控制***。第一变量柱塞泵41包括第一斜盘411，第一斜盘411安装在第一变量柱塞泵41的内部，其倾斜角度决定了第一变量柱塞泵41的排量，第一变量柱塞泵41具有进油口和出油口。第一集成控制***包括第一连杆421、第二连杆422、第一变量缸423、第二变量缸424、集成控制组件和控制油路426。第一连杆421和第二连杆422分别与第一斜盘411的两端铰接。第一连杆421作为第一变量缸423的活塞与第一变量缸423连接，第二连杆422作为第二变量缸424的活塞与第二变量缸424连接。在第一变量缸423和第二变量缸424的差动作用下，第一斜盘311倾角改变，从而改变第一变量柱塞泵41的排量。第一变量缸423常通第一变量柱塞泵41的出油口的高压油或外控口的控制油。第一集成控制组件通过控制油路426与第一变量缸423和第一变量柱塞泵41的出油口连接，且第一集成控制组件与第一连杆421连接。第二变量缸424通过控制油路426与第一集成控制组件连接。第一集成控制组件还连接一回油油路。

第一集成控制组件包括阀体和位于阀体内的第一电比例控制阀4251、液压控制阀4252和第一压力切断控制阀4253，以及第一反馈杆4254。第一反馈杆4254的一端***阀体内部与电比例控制阀4251连接，另一端与第一连杆421连接。第一反馈杆4254在第一连杆421带动下运动，第一连杆421实时感知第一变量柱塞泵41的排量变化。第一电比例控制阀4251远离第一反馈杆4254的一端安装有比例电磁铁，第一电比例控制阀4251朝向第一反馈杆4254的一端通过反馈弹簧与第一反馈杆4254连接，与此同时，第一电比例控制阀4251具有电比例控制调节弹簧。回油油路与第一电比例控制阀4251连接。液压控制阀4252与第一电比例控制阀4251平行设置，第一反馈杆4254朝向第一电比例控制阀4251运动会推动液压控制阀4252，从而改变液压控制阀4252的状态。第一压力切断控制阀4253具有调节弹簧，且通过调节第一压力切断控制阀4253的调节弹簧可以设定第一压力切断控制阀4253的开启压力。当第一变量柱塞泵41的出油口A的压力达到开启压力时，第一压力切断控制阀4253开启，第一变量柱塞泵41的处于零排量工作状态。

第一电比例控制阀4251的第二端通过油路与第一变量柱塞泵41的出油口连接，第一电比例控制阀4251的第一端通过油路与第一压力切断控制阀4253的第二端连接。第一压力切断控制阀4253的第二端还通过油路与第一变量柱塞泵41的出油口连接，第一压力切断控制阀4253的外控口通过油路与第一变量柱塞泵41的出油口连接，第一压力切断控制阀4253的第一端通过油路与液压控制阀4252的第二端连接。液压控制阀4252的第二端通过油路与第一变量柱塞泵41的出油口连接，液压控制阀4252的第二端通过控制油路426与第二变量缸424连接。第一电比例控制阀4251、第一压力切断控制阀4253和液压控制阀4252均具有左位和右位。第一电比例控制阀4251、第一压力切断控制阀4253和液压控制阀4252通过左位和右位的切换可以改变各自第一端和第二端油路的连通状态。通过改变第一电比例控制阀4251、第一压力切断控制阀4253和液压控制阀4252的左右位组合，可以改变集成控制组件中油路流向，从而实现排量控制和切断控制功能。

为了更清楚地说明电比例柱塞泵40的排量调节过程，以下从不同工作状态分情况进行说明。设定第一变量柱塞泵41的最小排量为Y，对应的控制电流为X。第一电比例控制阀4251右侧的反馈弹簧的作用力为Fs，电比例控制调节弹簧的作用力为Ft，左侧的比例电磁铁的推力为F，Fs及Ft与F方向相反。当控制电流为X时，比例电磁铁221的推力为Fx，且Fx＝Fs+Ft。

为了实现第一变量柱塞泵41的排量为设定的最小流量Y，控制输入电流小于等于X，此时比例电磁铁的推力F小于Fs和Ft的合力，第一电比例控制阀4251处于右位，液压控制阀4252处于右位；第一变量柱塞泵41的出油口的高压油或外控口的控制油通过第一集成控制组件和控制油路426流入第二变量缸424；在第二变量缸424和第一变量缸423的差动作用下，第一斜盘411顺时针转动，第一变量柱塞泵41的排量减小，第一连杆421带动第一反馈杆4254推动液压控制阀4252，使得液压控制阀4252切换至左位，流向第二变量缸424的油液被液压控制阀4252阻截，此时第一变量柱塞泵41的排量为设定的最小流量Y；由于流向第二变量缸424的油液被液压控制阀4252阻截，第二变量缸424卸荷，在第一变量缸423和第二变量缸424的差动作用下，第一斜盘411逆时针转动，第一变量柱塞泵41的排量增大，第一连杆421带动第一反馈杆4254向远离液压控制阀4252的方向移动，液压控制阀4252回复至右位，油液再次进入第二变量缸424，第一变量柱塞泵41的排量减小。以上述过程往复进行，实现第一变量柱塞泵41在液压控制阀4252的控制下，保持最小设定排量Y。

在比例电磁铁失效或主机***电流输入装置失效的情况下，比例电磁铁的推力F为0，通过液压控制阀4252可以控制第一变量柱塞泵41保持最小排量。由于最小设定排量通过调节液压控制阀4252进行设定，可根据主机工作所需的最小排量进行设定。当比例电磁铁突然失效时，第一变量柱塞泵41的排量不会降至0，而会维持在最小设定排量Y，主机仍能工作，有效提高安全性。

为了实现第一变量柱塞泵41的电比例正排量控制，设定控制电流X1，X1大于X。当控制电流为X1时，比例电磁铁的推力Fx1大于Fs和Ft的合力，比例电磁铁推动第一电比例控制阀4251处于左位，第二变量缸424中的油液回流，实现卸荷；在第二变量缸424和第一变量缸423的差动作用下，变量柱塞泵41的排量增大，第一连杆421带动第一反馈杆4254推动第一电比例控制阀4251，压缩反馈弹簧，使得Fs逐渐增大，直至Fs和Ft的合力大于Fx1，从而推动第一电比例控制阀4251切换至右位；油液流入第二变量缸424，在第二变量缸424和第一变量缸423的差动作用下，第一变量柱塞泵41的排量减小，第一连杆421带动第一反馈杆4254向远离第一电比例控制阀4251的反向移动，放松对反馈弹簧的压缩，使得Fs逐渐减小，直至Fs和Ft的合力小于Fx1，比例电磁铁推动第一电比例控制阀4251回复左位。以上过程往复进行，实现第一变量柱塞泵41在控制电流X1下的排量动态平衡控制，即实现了电比例正排量控制。

为了实现第一变量柱塞泵41的压力切断控制，通过调节第一压力切断控制阀4253的调节弹簧设定第一压力切断控制阀4253的开启压力。当第一变量柱塞泵41的出油口处的压力达到开启压力时，第一压力切断控制阀4253收到的液压压力大于调节弹簧作用力，第一压力切断控制阀4253从右位切换至左位，第一变量柱塞泵41的出油口的高压油通过第一压力切断控制阀4253和液压控制阀4252进入第二变量缸424，在第二变量缸424和第一变量缸423的差动作用下，第一变量柱塞泵41变量至零排量，实现压力切断控制。

图4为图2所示势能回收***中的电比例柱塞马达的放大图。如图4所示，电比例柱塞马达50包括第二变量柱塞泵51和用于控制第二变量柱塞泵51的第二集成控制***。第二变量柱塞泵51包括第二斜盘511。第二集成控制***包括第三连杆521、第三变量缸522和第二集成控制组件。第三连杆521作为第三变量缸522的活塞与第三变量缸522连接，第三连杆521远离第三变量缸522的一端连接与第二斜盘511铰接。第三变量缸522的有杆腔常通第二变量柱塞泵51的外控口，第三变量缸522的无杆腔通过第二集成控制组件连接油箱。

具体而言，第二集成控制组件包括第二反馈杆5231、第二电比例控制阀5232和第二压力切断控制阀5233。第二反馈杆5231的一端连接第三连杆521，第二反馈杆5231的另一端通过反馈弹簧与第二电比例控制阀5232连接。第二电比例控制阀5232的第一端通过油路与第二变量柱塞泵51的出油口连接，第二电比例控制阀5232的第二端通过油路与第二压力切断控制阀5233的第一端连接。第二压力切断控制阀5233的第二端通过油路与第三变量缸522的无杆腔连接。第二电比例控制阀5232和第二压力切断控制阀5233均具有左位和右位，第二电比例控制阀5232和第二压力切断控制阀5233通过左位和右位的切换可以改变各自第一端和第二端油路的连通状态。

本申请还提供了一种工程设备，包括上述任一实施例提供的势能回收***。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (9)

1.一种势能回收***，其特征在于，包括：蓄电池、第一电机、第二电机、泵、马达、换向阀、平衡阀、举升油缸和控制器；

所述第一电机和所述第二电机分别和所述蓄电池电连接，所述第一电机、所述泵、所述换向阀和所述举升油缸顺次连接，所述第二电机、所述马达、所述平衡阀和所述举升油缸顺次连接；

其中，所述马达包括电比例柱塞马达，所述电比例柱塞马达通过所述平衡阀连接所述举升油缸的无杆腔；所述控制器用于根据获取到的下降速度指令控制所述平衡阀将所述举升油缸的所述无杆腔与所述电比例柱塞马达连通，并根据所述下降速度指令控制所述电比例柱塞马达的流量。

2.根据权利要求1所述的势能回收***，其特征在于，所述泵包括电比例柱塞泵，所述电比例柱塞泵通过所述换向阀连接所述举升油缸的无杆腔；

所述控制器还用于根据获取到的上升速度指令控制所述换向阀的开度，并根据所述开度控制所述电比例柱塞泵的流量与所述开度匹配。

3.根据权利要求2所述的势能回收***，其特征在于，所述换向阀包括电比例换向阀；所述控制器用于根据获取到的上升速度指令控制所述换向阀的开度包括：

所述控制器用于根据所述上升速度指令匹配出与所述上升速度指令对应的流量，并向所述电比例换向阀输出与所述上升速度指令对应的流量匹配的电流，以使所述电比例换向阀切换至所述开度。

4.根据权利要求3所述的势能回收***，其特征在于，所述电比例换向阀为三位四通电比例换向阀。

5.根据权利要求1所述的势能回收***，其特征在于，所述平衡阀包括负载保持阀。

6.根据权利要求3所述的势能回收***，其特征在于，还包括控制泵和油箱，所述控制泵用于将所述油箱中的液压油泵出到所述电比例柱塞泵和电比例柱塞马达中至少一者的外控口。

7.根据权利要求6所述的势能回收***，其特征在于，所述控制泵的出油口通过单向阀连接所述电比例柱塞马达的所述外控口。

8.根据权利要求6所述的势能回收***，其特征在于，所述电比例换向阀、所述控制泵、所述电比例柱塞马达和所述电比例柱塞泵中的至少一者与所述油箱连通。

9.一种工程设备，其特征在于，包括权利要求1-8中任一所述的势能回收***。

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