本發(fā)明屬于舉升機(jī)構(gòu)能量回收領(lǐng)域，具體涉及一種用于舉升機(jī)構(gòu)的液電混合節(jié)能系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，廣泛使用的挖掘機(jī)，裝載機(jī)等作業(yè)機(jī)械因?yàn)楣ぷ鳝h(huán)境惡劣、作業(yè)狀態(tài)復(fù)雜、載荷變化劇烈，使得發(fā)動(dòng)機(jī)工作范圍變化大，造成整機(jī)能源利用率較低，排放特性差。同時(shí)這些裝備的舉升機(jī)構(gòu)主要采用液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，在工作過(guò)程中需要?jiǎng)颖垲l繁升降，由于動(dòng)臂自重較大，液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)其上升時(shí)需要克服重力做功，部分液壓能轉(zhuǎn)換為工作機(jī)構(gòu)的勢(shì)能，但在其下降時(shí)，動(dòng)臂的勢(shì)能通常轉(zhuǎn)化為液壓能，再經(jīng)過(guò)控制閥轉(zhuǎn)化為熱量耗散掉，這使得液壓系統(tǒng)溫度升高，可靠性下降，同時(shí)造成了大量的能源浪費(fèi)。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，常采用液氣儲(chǔ)能方式或電氣儲(chǔ)能方式來(lái)回收利用能量。專利(cn202391827u)和專利(cn103993625a)使用了液氣儲(chǔ)能方式來(lái)回收動(dòng)臂的下降勢(shì)能。然而使用液氣儲(chǔ)能方式需要考慮氣體的泄漏問(wèn)題、所需機(jī)械體積的問(wèn)題、動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢的問(wèn)題及蓄能器壓力波動(dòng)較大影響可控性的問(wèn)題。專利(cn101435451a)利用電氣儲(chǔ)能方式來(lái)回收能量，在動(dòng)臂下放時(shí)，首先將油液儲(chǔ)存到蓄能器中，在利用蓄能器中的油液驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)，液壓馬達(dá)再驅(qū)動(dòng)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)，最終將動(dòng)臂重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換為電能，存儲(chǔ)到超級(jí)電容或電池中。這種能量回收方式能量經(jīng)過(guò)多次轉(zhuǎn)換，效率較低，不適合于小型機(jī)械。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有能量回收技術(shù)的不足，提供一種用于舉升機(jī)構(gòu)的液電混合節(jié)能系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)臂勢(shì)能的高效回收和再利用。

一種用于舉升機(jī)構(gòu)的液電混合節(jié)能系統(tǒng)，包括動(dòng)力源(1)、液壓泵(2)、油箱(3)、溢流閥(4)、液壓回路(5)、至少一個(gè)動(dòng)臂液壓缸(11)、動(dòng)臂(7)、控制單元(13)、至少一個(gè)電動(dòng)缸(8)、電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器(12)、雙向dc/dc變換器(10)、超級(jí)電容組(9)和壓力傳感器(6)；動(dòng)力源輸出軸與液壓泵連接，液壓泵的出油口與液壓回路的進(jìn)油口p和溢流閥進(jìn)油口連接，溢流閥的出油口與油箱連接；液壓回路的回油口t與油箱連接；動(dòng)臂液壓缸的無(wú)桿腔和有桿腔分別通過(guò)管路與液壓回路的工作油口a和工作油口b連接，壓力傳感器安裝在與動(dòng)臂液壓缸無(wú)桿腔連接的管路上，用于檢測(cè)動(dòng)臂液壓缸無(wú)桿腔的壓力pa；電動(dòng)缸的驅(qū)動(dòng)電機(jī)與電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器相連；雙向dc/dc變換器的輸入端和輸出端分別與電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器連接的直流母線和超級(jí)電容組連接；壓力傳感器、電控閥、電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器以及雙向dc/dc變換器與控制單元連接并交互信號(hào)；

動(dòng)臂液壓缸與電動(dòng)缸前后布置在舉升機(jī)構(gòu)的中心線上，其缸體端分別通過(guò)第二液壓缸銷(xiāo)軸和第二電動(dòng)缸銷(xiāo)軸鉸接至上車(chē)架上，其活塞桿端分別通過(guò)第一液壓缸銷(xiāo)軸和第一電動(dòng)缸銷(xiāo)軸鉸接至動(dòng)臂上。

在舉升機(jī)構(gòu)開(kāi)始工作時(shí)，控制單元根據(jù)壓力傳感器輸出信號(hào)u與其預(yù)設(shè)值的比對(duì)結(jié)果控制電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器與雙向dc/dc變換器的工作狀態(tài)：動(dòng)臂下降時(shí)，壓力傳感器的輸出信號(hào)u低于其預(yù)設(shè)值，此時(shí)電動(dòng)缸的驅(qū)動(dòng)電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，控制單元控制電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器與雙向dc/dc變換器工作，使電動(dòng)缸的驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)出的電能通過(guò)雙向dc/dc變換器為超級(jí)電容組充電，這樣，動(dòng)臂的重力勢(shì)能直接轉(zhuǎn)化為電能被部分回收；當(dāng)動(dòng)臂提升時(shí)，壓力傳感器的輸出信號(hào)u高于其預(yù)設(shè)值，此時(shí)電動(dòng)缸的驅(qū)動(dòng)電機(jī)應(yīng)處于電動(dòng)狀態(tài)，控制單元控制電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器與雙向dc/dc變換器工作，使得超級(jí)電容組為電動(dòng)缸的驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供電能，電動(dòng)缸與動(dòng)臂液壓缸一起驅(qū)動(dòng)動(dòng)臂上升。

當(dāng)系統(tǒng)中包括兩個(gè)動(dòng)臂液壓缸或兩個(gè)電動(dòng)缸時(shí)，單個(gè)的動(dòng)臂液壓缸或電動(dòng)缸布置在舉升機(jī)構(gòu)的中心線上，動(dòng)臂液壓缸與電動(dòng)缸平行布置，其缸體端通過(guò)第二液壓缸銷(xiāo)軸同軸鉸接至上車(chē)架上，其活塞桿端分別通過(guò)第一液壓缸銷(xiāo)軸和第一電動(dòng)缸銷(xiāo)軸鉸接至動(dòng)臂上。

所述電動(dòng)缸的驅(qū)動(dòng)電機(jī)由電網(wǎng)或蓄電池組供電。

所述電動(dòng)缸的驅(qū)動(dòng)電機(jī)是交流異步電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)、直流電機(jī)或伺服電機(jī)中的一種。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的一種用于舉升機(jī)構(gòu)的液電混合節(jié)能系統(tǒng)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明采用動(dòng)臂重力勢(shì)能-電能直接轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)利用的方法：動(dòng)臂下降時(shí)，電動(dòng)缸的驅(qū)動(dòng)電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，發(fā)出的電能通過(guò)雙向dc/dc變換器為超級(jí)電容組充電，動(dòng)臂重力勢(shì)能直接轉(zhuǎn)化為電能。當(dāng)動(dòng)臂提升時(shí)，電動(dòng)缸的驅(qū)動(dòng)電機(jī)應(yīng)處于電動(dòng)狀態(tài)，超級(jí)電容組為電動(dòng)缸的驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供電能，電能直接轉(zhuǎn)化為動(dòng)臂重力勢(shì)能。因此，本發(fā)明避免了現(xiàn)有技術(shù)存在節(jié)流損失、能量多次轉(zhuǎn)換的損失，可顯著提升動(dòng)臂勢(shì)能的存儲(chǔ)利用效率。

2.本發(fā)明可以使液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)條件下，復(fù)雜狀態(tài)的出現(xiàn)而導(dǎo)致動(dòng)力源工作環(huán)境波動(dòng)的問(wèn)題得到緩解，使動(dòng)力源的輸出平穩(wěn)，減小裝機(jī)功率。

3.本發(fā)明適用于多種舉升機(jī)構(gòu)，特別適合于混合動(dòng)力或者全電驅(qū)動(dòng)的工程機(jī)械的動(dòng)臂舉升機(jī)構(gòu)，并且可運(yùn)用于固定式舉升機(jī)械。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)組成示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1系統(tǒng)組成示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例2系統(tǒng)組成示意圖。

圖中：1：動(dòng)力源；2：液壓泵；3：油箱；4：溢流閥；5：液壓回路；6：壓力傳感器；7：動(dòng)臂；8：電動(dòng)缸；9：超級(jí)電容組；10：雙向dc/dc變換器；11：動(dòng)臂液壓缸；12：電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器；13：控制單元；14：第一液壓缸銷(xiāo)軸；15：動(dòng)臂銷(xiāo)軸；16：上車(chē)架；17：第二液壓缸銷(xiāo)軸；18：第一電動(dòng)缸銷(xiāo)軸；19：第二電動(dòng)缸銷(xiāo)軸。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖介紹本發(fā)明的詳細(xì)技術(shù)方案：

如圖1所示，一種用于舉升機(jī)構(gòu)的液電混合節(jié)能系統(tǒng)，包括動(dòng)力源1、液壓泵2、油箱3、溢流閥4、液壓回路5、至少一個(gè)動(dòng)臂液壓缸11、動(dòng)臂7、控制單元13、至少一個(gè)電動(dòng)缸8、電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器12、雙向dc/dc變換器10、超級(jí)電容組9、壓力傳感器6動(dòng)力源輸出軸與液壓泵連接，液壓泵的出油口與液壓回路的進(jìn)油口p和溢流閥進(jìn)油口連接，溢流閥的出油口與油箱連接；液壓回路的回油口t與油箱連接；動(dòng)臂液壓缸的無(wú)桿腔和有桿腔分別通過(guò)管路與液壓回路的工作油口a和工作油口b連接，壓力傳感器安裝在與動(dòng)臂液壓缸無(wú)桿腔連接的管路上，用于檢測(cè)動(dòng)臂液壓缸無(wú)桿腔的壓力pa；電動(dòng)缸的驅(qū)動(dòng)電機(jī)與電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器相連；雙向dc/dc變換器的輸入端和輸出端分別與電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器連接的直流母線和超級(jí)電容組連接；壓力傳感器、電控閥、電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器以及雙向dc/dc變換器與控制單元連接并交互信號(hào)。

動(dòng)臂液壓缸與電動(dòng)缸前后布置在舉升機(jī)構(gòu)的中心線上，其缸體端分別通過(guò)第二液壓缸銷(xiāo)軸和第二電動(dòng)缸銷(xiāo)軸鉸接至上車(chē)架上，其活塞桿端分別通過(guò)第一液壓缸銷(xiāo)軸和第一電動(dòng)缸銷(xiāo)軸鉸接至動(dòng)臂上。

當(dāng)系統(tǒng)中包括兩個(gè)動(dòng)臂液壓缸或兩個(gè)電動(dòng)缸時(shí)，單個(gè)的動(dòng)臂液壓缸或電動(dòng)缸布置在舉升機(jī)構(gòu)的中心線上，動(dòng)臂液壓缸與電動(dòng)缸平行布置，其缸體端通過(guò)第二液壓缸銷(xiāo)軸同軸鉸接至上車(chē)架上，其活塞桿端分別通過(guò)第一液壓缸銷(xiāo)軸和第一電動(dòng)缸銷(xiāo)軸鉸接至動(dòng)臂上。

在舉升機(jī)構(gòu)開(kāi)始工作時(shí)，控制單元根據(jù)壓力傳感器輸出信號(hào)u與其預(yù)設(shè)值的比對(duì)結(jié)果控制電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器與雙向dc/dc變換器的工作狀態(tài)：動(dòng)臂下降時(shí)，壓力傳感器的輸出信號(hào)u低于其預(yù)設(shè)值，此時(shí)電動(dòng)缸的驅(qū)動(dòng)電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，控制單元控制電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器與雙向dc/dc變換器工作，使電動(dòng)缸的驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)出的電能通過(guò)雙向dc/dc變換器為超級(jí)電容組充電，這樣，動(dòng)臂的重力勢(shì)能直接轉(zhuǎn)化為電能被部分回收；當(dāng)動(dòng)臂提升時(shí)，壓力傳感器的輸出信號(hào)u高于其預(yù)設(shè)值，此時(shí)電動(dòng)缸的驅(qū)動(dòng)電機(jī)應(yīng)處于電動(dòng)狀態(tài)，控制單元控制電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器與雙向dc/dc變換器工作，使得超級(jí)電容組為電動(dòng)缸的驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供電能，電動(dòng)缸與動(dòng)臂液壓缸一起驅(qū)動(dòng)動(dòng)臂上升。

所述電動(dòng)缸的驅(qū)動(dòng)電機(jī)由電網(wǎng)或蓄電池組供電。

所述電動(dòng)缸的驅(qū)動(dòng)電機(jī)是交流異步電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)、直流電機(jī)或伺服電機(jī)中的一種。

實(shí)施例1

如圖2所示，一種用于舉升機(jī)構(gòu)的液電混合節(jié)能系統(tǒng)，包括動(dòng)力源1、液壓泵2、油箱3、溢流閥4、液壓回路5、兩個(gè)動(dòng)臂液壓缸11、動(dòng)臂7、控制單元13、一個(gè)電動(dòng)缸8、電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器12、雙向dc/dc變換器10、超級(jí)電容組9、壓力傳感器6動(dòng)力源輸出軸與液壓泵連接，液壓泵的出油口與液壓回路的進(jìn)油口p和溢流閥進(jìn)油口連接，溢流閥的出油口與油箱連接；液壓回路的回油口t與油箱連接；動(dòng)臂液壓缸的無(wú)桿腔和有桿腔分別通過(guò)管路與液壓回路的工作油口a和工作油口b連接，壓力傳感器安裝在與動(dòng)臂液壓缸無(wú)桿腔連接的管路上，用于檢測(cè)動(dòng)臂液壓缸無(wú)桿腔的壓力pa；電動(dòng)缸的驅(qū)動(dòng)電機(jī)與電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器相連；雙向dc/dc變換器的輸入端和輸出端分別與電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器連接的直流母線和超級(jí)電容組連接；壓力傳感器、電控閥、電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器以及雙向dc/dc變換器與控制單元連接并交互信號(hào)。

電動(dòng)缸布置在舉升機(jī)構(gòu)的中心線上，兩個(gè)動(dòng)臂液壓缸與電動(dòng)缸平行布置，兩個(gè)動(dòng)臂液壓缸對(duì)稱式分布于電動(dòng)缸的兩側(cè)，其缸體端通過(guò)第二液壓缸銷(xiāo)軸同軸鉸接至上車(chē)架上，其活塞桿端分別通過(guò)第一液壓缸銷(xiāo)軸和第一電動(dòng)缸銷(xiāo)軸鉸接至動(dòng)臂上。動(dòng)臂通過(guò)動(dòng)臂銷(xiāo)軸鉸接在上車(chē)架上。

實(shí)施例2

如圖3所示，一種用于舉升機(jī)構(gòu)的液電混合節(jié)能系統(tǒng)，包括動(dòng)力源1、液壓泵2、油箱3、溢流閥4、液壓回路5、一個(gè)動(dòng)臂液壓缸11、動(dòng)臂7、控制單元13、兩個(gè)電動(dòng)缸8、兩個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器12、雙向dc/dc變換器10、超級(jí)電容組9、壓力傳感器6動(dòng)力源輸出軸與液壓泵連接，液壓泵的出油口與液壓回路的進(jìn)油口p和溢流閥進(jìn)油口連接，溢流閥的出油口與油箱連接；液壓回路的回油口t與油箱連接；動(dòng)臂液壓缸的無(wú)桿腔和有桿腔分別通過(guò)管路與液壓回路的工作油口a和工作油口b連接，壓力傳感器安裝在與動(dòng)臂液壓缸無(wú)桿腔連接的管路上，用于檢測(cè)動(dòng)臂液壓缸無(wú)桿腔的壓力pa；電動(dòng)缸的驅(qū)動(dòng)電機(jī)與電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器相連；雙向dc/dc變換器的輸入端和輸出端分別與電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器連接的直流母線和超級(jí)電容組連接；壓力傳感器、電控閥、電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器以及雙向dc/dc變換器與控制單元連接并交互信號(hào)。

動(dòng)臂液壓缸布置在舉升機(jī)構(gòu)的中心線上，動(dòng)臂液壓缸與兩個(gè)電動(dòng)缸平行布置，兩個(gè)電動(dòng)缸對(duì)稱式分布于動(dòng)臂液壓缸的兩側(cè)，其缸體端通過(guò)第二液壓缸銷(xiāo)軸同軸鉸接至上車(chē)架上，其活塞桿端分別通過(guò)第一液壓缸銷(xiāo)軸和第一電動(dòng)缸銷(xiāo)軸鉸接至動(dòng)臂上。動(dòng)臂通過(guò)動(dòng)臂銷(xiāo)軸鉸接在上車(chē)架上。

實(shí)施例1和實(shí)施例2均采用以下控制方法：

在舉升機(jī)構(gòu)開(kāi)始工作時(shí)，控制單元根據(jù)壓力傳感器輸出信號(hào)u與其預(yù)設(shè)值的比對(duì)結(jié)果控制電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器與雙向dc/dc變換器的工作狀態(tài)：動(dòng)臂下降時(shí)，壓力傳感器的輸出信號(hào)u低于其預(yù)設(shè)值，此時(shí)電動(dòng)缸的驅(qū)動(dòng)電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，控制單元控制電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器與雙向dc/dc變換器工作，使電動(dòng)缸的驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)出的電能通過(guò)雙向dc/dc變換器為超級(jí)電容組充電，這樣，動(dòng)臂的重力勢(shì)能直接轉(zhuǎn)化為電能被部分回收；當(dāng)動(dòng)臂提升時(shí)，壓力傳感器的輸出信號(hào)u高于其預(yù)設(shè)值，此時(shí)電動(dòng)缸的驅(qū)動(dòng)電機(jī)應(yīng)處于電動(dòng)狀態(tài)，控制單元控制電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器與雙向dc/dc變換器工作，使得超級(jí)電容組為電動(dòng)缸的驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供電能，電動(dòng)缸與動(dòng)臂液壓缸一起驅(qū)動(dòng)動(dòng)臂上升。

以上所述僅標(biāo)明了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并非是對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍的限制。本發(fā)明并不限于挖掘機(jī)，也可以適用于裝載機(jī)，起重機(jī)等其他工程機(jī)械中。

本發(fā)明使用電動(dòng)缸與液壓缸共同驅(qū)動(dòng)動(dòng)臂，電動(dòng)缸和液壓缸的布置可按不同情況靈活變化：本發(fā)明用于輕型機(jī)械時(shí)，電動(dòng)缸主要驅(qū)動(dòng)動(dòng)臂工作，液壓缸可減少數(shù)目；用于重型機(jī)械時(shí)，電動(dòng)缸輔助液壓缸驅(qū)動(dòng)動(dòng)臂工作，電動(dòng)缸用于回收動(dòng)臂下放時(shí)勢(shì)能。