具有能量回饋功能的挖掘機液壓系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及工程機械，特別涉及的是液壓挖掘機能量回收技術。
【背景技術】
[0002]挖掘機是工程機械重要機種，廣泛地應用于國家建設工程中，挖掘機一般采用柴油機為一次動力，通過液壓系統驅動執行機構行走作業。普通挖掘機為循環作業機械、載荷工況多變，工作時間長，作業負荷重，消耗大量能源，但能效很低。
[0003]不同廠家和型號的挖掘機液壓系統是多變的，不管挖掘機的液壓系統怎樣變化，液壓系統的主要執行元件均由行走馬達、回轉馬達、動臂油缸、斗桿油缸和鏟斗油缸所組成。以圖1的液壓系統為例說明本發明是如何實現能量回饋的:
[0004]未接入能量回饋模塊的挖掘機系統如圖1，其包含了主泵I 1、主泵II 2、油箱3、發動機4、行走馬達5、動臂油缸6、鏟斗油缸7、斗桿油缸8、回轉馬達9、多路閥(10-14)、安全閥15、溢流閥16、單向閥17。其工作原理是，由發動機為原動力，驅動兩個液壓主泵(挖掘機液壓主泵通常為2個)，為液壓系統供油，執行元件有行走馬達5動臂油缸6鏟斗油缸7斗桿油缸8回轉馬達9，用于驅動機械行走和作業，多路閥用于控制執行元件的動作。在每個執行元件的進出油口都安裝了一對溢流閥16，一對單向閥17。其中溢流閥16用于執行元件有壓力波動時保護執行元件。單向閥17用于防止執行元件吸空時補油。此外在主泵的出口處安裝了安全閥15保護整個液壓系統。
[0005]據統計發動機輸出功率大致只有20 %左右變為挖掘機的有效功。其余都消耗到了從液壓傳動系統到負載的各環節，約38%損失于液壓元件，20%損失于車體和作業裝置的運動，20%左右損失于節流調速控制。其中液壓元件如泵、馬達、缸、閥自身的節能技術已達到了一定的水平，進一步提高效率已經很困難。
【發明內容】
[0006]鑒于現有技術的以上不足，本發明的目的是提供一種具有能量回饋功能的挖掘機液壓系統，使之克服現有技術的以上不足。
[0007]本發明的目的是通過如下的手段實現的。
[0008]具有能量回饋功能的挖掘機液壓系統，包括系統主泵、主要執行元件:行走馬達、回轉馬達、動臂油缸、斗桿油缸和鏟斗油缸及相應用于控制執行元件的動作的多路閥，其特征在于，液壓系統接入能量回饋模塊，所述能量回饋模塊包含了子模塊I和子模塊II ;
[0009]子模塊I包含了四個二位二通電磁閥(25、26、27和28)兩個單向閥(29和30)、輔助變量馬達31、輔助變量泵32、二位二通電磁閥33、比例節流閥34、比例方向流量閥35、壓力傳感器37，并具有標準油口 N1-N4，R、S、Q1、Q2 ；
[0010]子模塊I內，并聯設置的四個二位二通電磁閥(25、26、27和28)的出口管路19通過單向閥29與R 口相通，在出口管路19的單向閥29前部位與油口 S之間設置有兩條支路:連接比例節流閥34的第一支路和由二位二通電磁閥33、輔助變量馬達31串聯的第二支路；出口管路19上單向閥29后部位依次設置由單向閥30、輔助變量泵32組成并與油口S相通的第三支路、連接比例方向流量閥35的第四支路以及36-安全閥；油口 S與油箱相連；油口 Q1、Q2連接到系統主泵出口 ；
[0011]子模塊II安裝在各執行元件與多路閥之間，包含了梭閥21、三個二位二通電磁閥(22、23 和 24)及標準油口 C、C1、D、D1、E、E1、F、F1、G、G1、H、H1 J、J1、K、K1 U1-U4 ；
[0012]在回轉馬達進出油口并聯梭閥21，梭閥21與U4 口間接；在動臂油缸、斗桿油缸和鏟斗油缸無桿腔的油路上分別安裝二位二通電磁閥(24、23和22)，并分別與Ul、U2、U3 口連接；
[0013]子模塊I的N1-N4油口分別和子模塊II的U1-U4油口分別通過油管38連接；
[0014]蓄能器20與R 口相連。
[0015]能量回饋模塊的二位二通電磁閥(常開)22-24、二位二通電磁閥25-28、二位二通電磁閥(常閉)33、輔助變量馬達31輔助變量泵32、比例節流閥34、比例方向流量閥35、壓力傳感器37與挖掘機控制系統電氣連接，除了二位二通電磁閥(常開)22-24、二位二通電磁閥25-28、二位二通電磁閥33、比例節流閥34、比例方向流量閥35采用電控外，輔助變量馬達31和輔助變量泵32的變量采用電控調節(如采用比例調節排量)。
[0016]本回收采用蓄能器回收能量。
[0017]與現有技術相比，本發明液壓系統，使作業裝置的運動、節流調速控制方面得到能量回收，本發明將能量回饋模塊作為增設模塊安裝到挖掘機系統并獨立于挖掘機系統，形成一種新的獨立的能量回饋作業模式。模式根據負載的載荷和速度需求情況，能夠自動調整工作點，最大限度回收了無用能量，并自動反饋到液壓系統中，模塊通用性強。回收模式采用了精細的能量回收過程，通過將回油按瞬態所需工作壓力和流量分成:高壓小流量，低壓大流量，高壓大流量，低壓小流量四種精細工況，不同工況對蓄能器充液經過的回路不同，最大限度地回收了能量。通過電磁閥切換動臂油缸、鏟斗油缸、斗桿油缸、回轉馬達的無用能耗都可以通過該模塊回收。通過采用比例流量閥將蓄能器能量自動饋與系統，并可實現系統的調速。
[0018]當不需要回收時，系統不影響原系統和其工作狀態。
【附圖說明】
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[0019]附圖1未安裝能量回饋模塊的挖掘機液壓系統示意圖。
[0020]附圖2安裝了能量回饋模塊挖掘機液壓系統示意圖
[0021]附圖3能量回饋模塊與液壓挖掘機控制器電氣連接示意圖
[0022]附圖4能量回饋模塊子模塊I的放大示意圖
[0023]附圖5能量回饋模塊子模塊II的放大示意圖。
[0024]在以上各圖中，1-主泵2-主泵II 3-油箱4-發動機5-行走馬達6_動臂油缸7-鏟斗油缸8-斗桿油缸9-回轉馬達、10-14-多路閥、15-安全閥、16-溢流閥17-單向閥子模塊1、子模塊I1、19-出口管路、20-蓄能器、21-梭閥、22-24 二位二通電磁閥(常開)、25-28 二位二通電磁閥、29、30—單向閥、31-輔助變量馬達、32-輔助變量泵、33- 二位二通電磁閥(常閉)、34_比例節流閥、35-比例方向流量閥、36安全閥、37-壓力傳感器、38-液壓管路、39-單向閥、40-控制器【具體實施方式】:
[0025]動臂油缸和回轉馬達的無用能耗很大，節能意義最大，下邊分別以動臂油缸和回轉馬達工作過程為例說明模塊如何工作。
[0026](I)當挖掘機液壓系統需要能量回收時，按圖安裝好子模塊I子模塊I1、蓄能器20、單向閥39。
[0027](2)當動臂油缸工作時，如果動臂在大腔進油，動臂舉升重物，消耗的能量可視作有效能量。當小腔進油，動臂下降、此時動臂在重物或外載作用下具有巨大勢能，動臂下降對活塞桿做功，加速動臂運動，為了動臂獲得平穩的運動，通常在回油路上裝節流閥，通過控制器發出相應的信號，動臂回油路就產生合適的背壓ro和流量QD，實現平穩運動，在油液流經節流閥時這部分能量就白白損失了。當需要回收這些能量時，在本發明的能量回饋模塊中，24-電磁閥得電，將原系統通向多路閥的動臂油缸的回路切斷；同時電磁閥28得電，進入動臂回收模式。控制系統發出所需理想的H)、QD指令。
[0028]如果所需的H)較大，而QD又很小時，控制電磁閥28通電，動臂油缸大腔回油經電磁閥28、單向閥29直接充入蓄能器20。而且在此壓力下的，由于充入蓄能器流量是一定的，也就是QD不一定全部充入蓄能器20，多余的少部分流量通過調整比例節流閥34的節流口排到油箱。在此過程中，由于充入蓄能器20沒有經過節流消耗，而經過比例閥節流的流量又很少，所以最大限度回收了能量。
[0029]如果所需的ro較