專利名稱：節(jié)能型行走式液壓搬運機械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明節(jié)能型行走式液壓搬運機械，它是在行走式液壓搬運機械頻繁舉升、放降和制動、起動的過程中，利用添加的液壓元件并借助搬運機械原有液壓系統(tǒng)，將重物放降前的勢能和車輛制動前的動能，部分轉(zhuǎn)換成流體的壓力能并儲存到液壓蓄能器中，并用于下次舉升重物和起動車輛，使消耗動力獲得的機械能(勢能和動能)部分得到再生。這種節(jié)能型行走式液壓搬運機械，包括起重和行走的驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等，在原液壓系統(tǒng)中附加部分液壓元件，構(gòu)成新的液壓系統(tǒng)，其特征在于具有至少一個油泵/油馬達和至少一個液壓蓄能器，在至少一個油泵/油馬達的出油路上有控制出油去蓄能器或去工作油缸的換向閥，在至少一個油泵/油馬達的進油路上有控制工作油缸的回油去油泵/油馬達的入口或回油箱的換向閥，新液壓系統(tǒng)在保留該機械原有的全部功能和操控方式的基礎(chǔ)上，具有能實現(xiàn)重物勢能回收與再生和車輛動能回收與再生兩者的部分或全部功能。成為節(jié)能型行走式液壓搬運機械，達到節(jié)能減排的目的。屬機械設計領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
本文中，行走式液壓搬運機械是泛指用油缸升降重物的車輛，它們廣泛地應用在海港碼頭、公路鐵路貨場、工程機械和工廠、倉儲的運輸裝卸作業(yè)中，如叉車，集裝箱正面吊、空箱堆高機、液壓挖掘機、部分軌道起重機和汽車起重機等。它們均是靠動力機械(柴油機、電機等)驅(qū)動油泵推動油缸而舉升重物和通過機械傳動驅(qū)動車輛，轉(zhuǎn)變?yōu)樗鼈兊臋C械能(勢能和動能)。目前，該類機械在重物的放降過程中，使油缸的回油通過控制閥的狹小的開度來操控重物下降的速度，重物的勢能轉(zhuǎn)換成液壓節(jié)流而產(chǎn)生的熱能，通過冷卻器 (水冷或風冷)散發(fā)到大氣中；利用機械摩擦制動，使車輛動能變成熱能散發(fā)到周圍環(huán)境中。大量的能量就這樣白白地流失了。如能回收行走式液壓搬運機械在重物放降過程中的勢能和制動前的動能并用于下次舉升和起動，使其成為節(jié)能型機械，是對節(jié)能減排的貢獻。 節(jié)能型液壓搬運機械已成為用戶的要求并引領(lǐng)生產(chǎn)廠商的研發(fā)方向。近期的一些信息和報道也反映出該種趨勢，如專利申請?zhí)枮?00810143874. 7的名為“一種液壓挖掘機動臂勢能回收方法及裝置”等，這些技術(shù)方案的共同點是將重物的勢能在放降過程中通過發(fā)電機轉(zhuǎn)換為電能儲存在電池或超級電容中，它們的問題是放降過程時間很短，普通電池來不及充電，回收的勢能有限；而超級電容和大容量鋰電池在經(jīng)濟、技術(shù)和壽命上都存在不少瓶頸難題，目前離廣泛實際應用尚有較大距離。專利申請?zhí)枮?00710120715.0的名為發(fā)電態(tài)能量再利用電液壓節(jié)能游梁式抽油機，它將“驢頭”下降過程中，電動機處于發(fā)電工況時的少部分勢能，通過下降的油缸直接儲存到液壓蓄能器中，在舉升時直接放至油缸而助力，它只適用于勢能基本不變的機械，無法適應勢能大小變化無常的普通液壓搬運機械中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明節(jié)能型行走式液壓搬運機械，提供了一個不改動原機械傳動系統(tǒng)，僅在原液壓系統(tǒng)中附加部分液壓元件，使形成的新的液壓系統(tǒng)中具有至少一個液壓泵/馬達和至少一個蓄能器，同時新的液壓系統(tǒng)還具有在保留該機械原有的全部功能和操控方式的基礎(chǔ)上，可在放降、舉升重物或制動、起動車輛的過程中，自動實現(xiàn)重物放降前的勢能和車輛制動前的動能的部分回收和再生。現(xiàn)有的行走式液壓搬運機械是動作反復循環(huán)的設備，舉升或放降、前進或后退、制動或起動。升降操作的傳動方式是動力機械(柴油機或電動機)8帶動油泵9，油泵9輸出的壓力油經(jīng)控制閥組(KF) 20到升降油缸19的下腔，舉升重物作功而轉(zhuǎn)換為重物的勢能；放降重物時，油泵9處于卸荷狀態(tài)，升降油缸19下腔的液壓油，被重物的重力通過控制閥組20 壓回油箱，為使重物以一定速度平穩(wěn)放降，必須使油缸的回油通過控制閥組20中的狹小的開度或設置平衡閥(實質(zhì)為自動調(diào)整的節(jié)流閥)，來操控重物下降的速度；車輛進退操作的傳動方式是動力機械(柴油機或電動機)8通過帶離合器的減速箱5及后橋6帶動車輪7 而驅(qū)動車輛，制動時靠剎車的機械摩擦來消耗動能。本發(fā)明的技術(shù)方案概述如下節(jié)能型行走式液壓搬運機械，包括起重和行走的驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等，在原液壓系統(tǒng)中附加部分液壓元件，使形成的新的液壓系統(tǒng)中具有至少一個油泵/油馬達和至少一個蓄能器，在至少一個油泵/油馬達的出油路上有控制出油去蓄能器或去工作油缸的換向閥，在至少一個油泵/油馬達的進油路上有控制工作油缸的回油去油泵/油馬達的入口或回油箱的換向閥，具有能實現(xiàn)重物勢能回收與再生和車輛動能回收與再生兩者的部分或全部功能。所述的液壓系統(tǒng)中的油泵/油馬達可以是變量油泵/油馬達與定量油泵/油馬達的組合；定量油泵/油馬達的組合；變量油泵/油馬達的組合。該液壓系統(tǒng)的油泵/油馬達的工況可以是下述三種狀態(tài)之一油泵工況；油馬達工況；卸荷工況?！⒅匚飫菽艿幕厥张c再生在重物下降回收勢能的過程中，部分油泵/油馬達進入油馬達工況，被工作油缸的壓力回油所驅(qū)動，輸出轉(zhuǎn)矩；另有部分油泵/油馬達進入油泵工況，被前者所輸出的轉(zhuǎn)矩所驅(qū)動，將油從油箱壓入蓄能器中。以雙油泵/油馬達為例(圖 1)，在原只有一個油泵9的液壓系統(tǒng)中并聯(lián)增設一個油馬達27，它與原液壓系統(tǒng)的油泵9同軸安裝或機械連動，重物放降時，重物的重力將升降油缸19的回油壓至油馬達27的進口， 驅(qū)動油馬達27帶動油泵9工作，將油液壓入蓄能器15中，實現(xiàn)重物勢能的部分回收；舉升重物時，蓄能器15內(nèi)壓力油先后通到油泵9和油馬達27(此時為油泵工況)的吸油口，對其實施壓力供油，減小了舉升過程中動力機械的實際輸出功率，實現(xiàn)重物的勢能的部分再生。具體敘述如下在原液壓系統(tǒng)中并聯(lián)設置一個油馬達27，它與油泵9同軸安裝或機械連動，(有些大型液壓升降機械常設有兩個或數(shù)個并聯(lián)同時工作的油泵，如集裝箱空箱堆高機、正面吊等，因一般的油馬達可當油泵使用，可將其全部或部分油泵改為油馬達27 的型號，而不需增設。)該系統(tǒng)的油路連結(jié)途徑是，油箱1經(jīng)單向閥3通向油泵9的進油口， 其出口經(jīng)單向閥22與兩位四通電磁換向閥11的H 口相連，兩位四通電磁換向閥11的I、 Z和D 口分別通向油泵9的進油口、經(jīng)截止閥14到蓄能器15和控制閥組20的壓力油進口 PA，兩位四通電磁換向閥11的Z與I 口之間并聯(lián)了一個有節(jié)流孔的小兩位兩通電磁換向閥 10，蓄能器15的旁路上設有安全閥12和測壓點13 ；增設的與原液壓系統(tǒng)的油泵9同軸安裝或機械連動的油馬達27的進油口經(jīng)單向閥M與油箱1連接，并在油馬達27與油泵9的進油口之間的通道上設有兩位二通電磁換向閥25，油馬達27的出口經(jīng)單向閥30與兩位五通電磁換向閥32的F 口相連，兩位五通電磁換向閥32的G、A、B和0 口分別通向油馬達27的進油口、控制閥組20的壓力油進口 Pa、控制閥組20的回油口 T和回油過濾器2 ；原液壓系統(tǒng)中的控制閥組20通向升降油缸19的油路不變，但應將控制閥組20的回油通道上的流阻變小。該系統(tǒng)適用于定量泵也適用于變量泵，重物放降速度的控制方法A、在定量油泵/定量油馬達的系統(tǒng)中，在重物放降的蓄能過程中，回油經(jīng)兩位三通電磁換向閥23到油馬達27的進口，隨著蓄能器15內(nèi)壓力的升高，放降速度也減慢，當蓄能器15內(nèi)壓力與升降油缸19下腔壓力相等時，重物將不再下降。因此當重物放降速度低于要求值時，處于怠速工況的動力機械8可繼續(xù)驅(qū)動油泵9和油馬達27轉(zhuǎn)動，在向蓄能器 15繼續(xù)充能的同時，轉(zhuǎn)動的油馬達27可使重物在要求速度下繼續(xù)放降至需要高度。當蓄能器已滿，兩位三通電磁換向閥23換向，回油經(jīng)節(jié)流閥34再經(jīng)回油過濾器2回到油箱1，放降速度由節(jié)流閥；34控制，同時兩位三通電磁換向閥33通電換向，油泵9和油馬達27均在卸荷狀態(tài)。B、在變量油泵/定量油馬達的系統(tǒng)中，可只將負責給蓄能器充能的定量油泵改換為變量油泵9，保留與其同軸或機械相連一個定量油馬達27 ；或在原系統(tǒng)中只有一個定量油泵的升降機械中，可將其改換為變量油泵9，并增設一個與其同軸或機械相連一個定量油馬達27。專用控制器31 (K1)將采集的蓄能器的壓力P、流量Q和泵的轉(zhuǎn)速ω等數(shù)據(jù)處理后，對變量油泵的排量作適時的調(diào)節(jié)，以便在舉升完成后使動力機械卸荷或在放降過程中控制重物放降的速度和平穩(wěn)性。重物放降的即時速度取決于定量油馬達27的流量 Q(Q- Xqi)，式中ω為定量油馬達27的角速度，Ql是定量油馬達27的排量(是常數(shù))， 只需控制定量油馬達27的轉(zhuǎn)速，就能控制重物放降的速度。定量油馬達27和變量油泵9 的轉(zhuǎn)速是相同的，角速度ω的增減取決于定量油馬達27的輸出轉(zhuǎn)矩M1和變量油泵9輸入轉(zhuǎn)矩M2之間的平衡。M1 α ΡιΧ(1ι，Ρι為定量油馬達27進口壓力(它取決于重物的重量，在該一次放降過程中基本不變)，Q1為常量，因此M1也是常量；Μ2 - P2Xq2, P2為蓄能器15的壓力(在蓄能過程中由小變大)，q2為變量油泵9的排量。當M1 > M2時，ω增大，放降速度加快；當M1 < Μ2，ω減小，放降速度減慢。檢測角速度ω數(shù)值并輸入至控制器31 (K1)與設定的ω比對，調(diào)整變量油泵9的排量q2，就可改變 M2,若不考慮機械傳動和液壓系統(tǒng)的效率，在理論上就可在不發(fā)生節(jié)流發(fā)熱損耗的情況下， 迅速有效地控制重物的放降速度并最大限度地回收重物的勢能。重物落地前的緩速或中間懸停，仍由司機操作完成。C、在大型液壓搬運機械中，常使用多臺變量柱塞油泵(如正面吊有三臺流量較大的負載敏感型變量柱塞油泵)，可將其全部或部分改換為變量柱塞油馬達，讓分別來自伸縮油缸和變幅油缸的回油通向不同的油馬達，并在泵軸上設置轉(zhuǎn)速傳感器28，同理，專用控制器31 (K1)和^KK2)分別將采集的蓄能器的壓力P、流量Q和泵的轉(zhuǎn)速ω等數(shù)據(jù)處理后，對變量油泵9和變量油馬達27的排量作適時的調(diào)節(jié)，以便在舉升完成后使動力機械卸荷或在放降過程中控制重物放降的速度和平穩(wěn)性。重物放降的即時速度取決于變量油馬達27的流量(KQoc ωΧ(1ι)，式中ω為變量油馬達27的角速度，Ql是變量油馬達27的即時排量，只需及時有效地調(diào)整變量油馬達27的轉(zhuǎn)速和變排量機構(gòu)，就能控制重物放降的速度。變量油馬達27和變量油泵9的轉(zhuǎn)速是相同的，角速度ω的增減取決于變量油馬達27的輸出轉(zhuǎn)矩 M1和變量油泵9輸入轉(zhuǎn)矩M2之間的平衡。M1 α P1 χ qi，P1為變量油馬達27進口壓力(它取決于重物的重量，在該一次放降過程中基本不變)，Q1為變量油馬達27的排量；M2 Ocp2X q2， P2為蓄能器15的壓力(在蓄能過程中由小變大)，q2為變量油泵9的排量。當M1 > M2時，ω增大，放降速度加快；當M1 < Μ2，ω減小，放降速度減慢。檢測角速度ω數(shù)值并輸入至專用控制器31 (K1)和四(1(2)與設定的ω比對，分別調(diào)整變量油馬達 27的排量Ql和變量油泵9的排量q2，就可同時改變M1和M2，若不考慮機械傳動和液壓系統(tǒng)的效率，在理論上就可在不發(fā)生節(jié)流發(fā)熱損耗的情況下，迅速有效地控制重物的放降速度并最大限度地回收重物的勢能。重物落地前的緩速或中間懸停，仍由司機操作完成。上述的幾種系統(tǒng)中，勢能的再生過程是將蓄能器15內(nèi)的壓力油，先經(jīng)有節(jié)流孔的小兩位兩通電磁換向閥10釋放至油泵9的進油口，提高了該處壓力，兩位四通電磁換向閥斷電復位大流量放能時，以減少或消除液壓沖擊，蓄能器15對油泵9實施壓力供油，減少了動力機械8的輸出功率，油泵9的出油經(jīng)控制閥組20到升降油缸19舉升重物。二、車輛制動前動能的回收與再生在上述能完成勢能回收與再生的液壓系統(tǒng)中，再加一個兩位三通電磁換向閥33， 其中一個進油路經(jīng)單向閥沈與油泵9的出口相連，另一進油路則與兩位四通電磁換向閥11 的D 口相連，兩位三通電磁換向閥33的出口，一路與兩位五通電磁換向閾32的0 口連接， 另一路與油泵27的出口相連，此外還需在原機械控制閥組KF的壓力油進口 Pa之前加裝一個兩位二通電磁換向閥4。車輛制動時，兩位二通電磁換向閥4通電斷開，車輛慣性動能反過來通過帶離合器的減速箱5帶動油泵9和油泵27轉(zhuǎn)動，將油液自油箱1充入蓄能器15 內(nèi)，油泵9和油泵27共同作為負載形成的阻力矩配合機械剎車使車輛減速以至停下，提高了車輛的制動力；車輛起動時，兩位四通電磁換向閥11失電、兩位五通電磁換向閾32得電， 蓄能器15內(nèi)的壓力油驅(qū)動油泵9和油泵27 (此時均為油馬達工況)，通過帶離合器的減速箱5，共同邦助動力機械起動車輛，加大了車輛的起動力。車輛前進或后退，動力機械和油泵的轉(zhuǎn)向不變，都能正常進行動能的回收與再生。這樣，該系統(tǒng)就能在保持該行走式液壓搬運機械原有全部功能的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)重物勢能和車輛動能的回收與再生。變量油泵系統(tǒng)電磁鐵動作與工況表
復原放降蓄勢能助升生勢能制動蓄動能起動生動能離合器狀態(tài)++IDT+延時-+延時-5DT++6DT+4DT先+先+8DT++ 三、叉車等中小型行走式液壓搬運機械的勢能和動能的回收和再生
它們一般是中、小型行走式液壓搬運機械，液壓系統(tǒng)較簡單，一般只有一個定量油泵，改造它們的技術(shù)方案是，將該定量油泵改為同排量的定量油馬達9，定量油馬達9的進口經(jīng)單向閥3與油箱1相連，定量油馬達9的出口一路經(jīng)兩位二通電磁換向閥21直接與回油過濾器2相連，另一路經(jīng)單向閥22通到兩位四通電磁換向閥11的H 口，兩位四通電磁換向閥11的I、Z和D 口分別通向定量油泵9的進油口、經(jīng)截止閥14到蓄能器15和通向控制閥組20的壓力油進口 PA，兩位四通電磁換向閥11的Z與I 口之間并聯(lián)了一個有節(jié)流孔的小兩位兩通電磁換向閥10，蓄能器15的旁路上設有安全閥12和測壓點13，控制閥組20通向升降油缸19，升降油缸19下降時的回油經(jīng)控制閥組20的出口 T到兩位三通電磁換向閥 23的進口，兩位三通電磁換向閥23的出口，一路到油泵9的進口，另一路經(jīng)可調(diào)節(jié)流閥34 與回油過濾器2相連。市場上5-10噸的叉車，雖然在液壓系統(tǒng)中設有兩個定量泵，但由于他們是同軸相連且機械聯(lián)動的，所以也可應用上述方案。因此可以總結(jié)出此方案的特點為在重物下降回收勢能的過程中，工作油缸的壓力回油在進入蓄能器前，所經(jīng)過的油泵/油馬達均不為油馬達工況，而是卸荷工況或被引擎所驅(qū)動的油泵工況，并且勢能和動能由相同的油泵/油馬達來回收或再生。需要注意的是當勢能再生時，須在兩個或多個泵的方案中加裝兩位兩通電磁換向閥25，避免有時因重物的重量太輕而造成柴油機失載致超速。而在一個泵的方案中則可由司機控制升降閥的開度或在油路上安裝調(diào)速閥以保持升舉速度的穩(wěn)定。為防止周圍環(huán)境對油液的污染，油箱可選用保持常壓的模板活塞閉式油箱(專利號為200720068995. 0)，以保證系統(tǒng)的可靠性和使用壽命。節(jié)能型行走式液壓搬運機械的液壓系統(tǒng)，可選用各類標準的油泵/油馬達和液壓閥等液壓元件組合而成，所采用的液壓元件的規(guī)格型號，應和原機液壓系統(tǒng)相匹配，在定型設計之后，應將本系統(tǒng)融合在該液壓舉升機械的整體設計中，制造專用集成閥，以減小體積并降低成本。動力機械(柴油機或電動機)在原地怠速(或非舉升工況)時，可向蓄能器充能，以備下次舉升、起動出全力，此時動力機械選型之功率應可減小，以獲得更佳的技術(shù)經(jīng)濟效益和節(jié)能減排效果。有益效果1、節(jié)能型行走式液壓搬運機械的液壓系統(tǒng)，它利用和發(fā)展了原液壓系統(tǒng)的功能來實現(xiàn)重物勢能和車輛動能的回收和再生，并降低了液壓系統(tǒng)的溫升。2、節(jié)能型行走式液壓搬運機械，勢能和動能的回收和再生是簡單的物理過程，而非電化學過程，能實現(xiàn)高速、高效的勢能和動能的回收和再生。3、節(jié)能型行走式液壓搬運機械，動力機械(柴油機或電動機)在原地怠速(或非舉升工況)時，可向蓄能器充能，以備下次舉升出全力。這樣，在設計新的機型時，可減小動力機械的功率，從而進一步提高節(jié)能減排效果4、節(jié)能型行走式液壓搬運機械，所用的技術(shù)是成熟的液壓技術(shù)，對原機械傳動系統(tǒng)和操作方法未作改變，無論是新造還是舊設備改造，都簡便易行、可靠性好、壽命長，且投入少、經(jīng)濟性好。5、節(jié)能型行走式液壓搬運機械，它的液壓系統(tǒng)中的幾個電磁換向閥都斷電時，不需任何改動就能恢復原機械液壓系統(tǒng)原先的非節(jié)能工作模式。6、節(jié)能型行走式液壓搬運機械的液壓系統(tǒng)，與原機械制動可同時作用，可提高制動效果，也可延長機械制動部件的使用壽命。7、節(jié)能型行走式液壓搬運機械的液壓系統(tǒng)，可同時回收動能和勢能，并允許叉車的多種聯(lián)合動作。8、節(jié)能型行走式液壓搬運機械的雙泵或多泵的液壓系統(tǒng)，可組合起制動或起動作用，從而加大車輛的制動力或起動力，提高車輛的工作效率。圖1、節(jié)能型行走式液壓搬運機械的液壓原理圖(采用變量泵與定量馬達組合)。圖2、節(jié)能型行走式液壓搬運機械的液壓原理圖(采用定量泵與定量馬達組合)。圖3、節(jié)能型行走式液壓搬運機械的液壓原理圖(采用變量泵與變量馬達組合)。圖4、節(jié)能型行走式液壓搬運機械的液壓原理圖(采用單個定量泵/馬達)圖5、節(jié)能通用型叉車的液壓原理圖。圖6、節(jié)能型正面吊的液壓原理圖。圖7、節(jié)能型行走式液壓搬運機械的液壓原理圖(雙泵/馬達的另一種方案)。圖8、節(jié)能通用型叉車的勢、動能組合方案的液壓原理圖。實施方案現(xiàn)結(jié)合


本發(fā)明的具體實施方案，變量泵與定量馬達的組合系統(tǒng)見圖1，是較佳的自適應性方案，它能自動適應不同工況下的勢能回收，當司機利用動力機械(柴油機或電動機)8帶動變量油泵9驅(qū)動升降油缸19舉升重物后，若操控機械進行放降作業(yè)，在重物放降過程中，升降油缸19的下腔(無桿腔)的油液，被重物的重力壓至控制閥組20的暢通(流阻調(diào)至最小)的回油通道T，與此同時，IDT和5DT通電，換向閥11和32換向，帶壓力的回油經(jīng)換向閥32的B 口到G至定量油馬達27的進口，定量油馬達27的出油經(jīng)單向閥30回經(jīng)換向閥32的0 口至回油過濾器2到油箱1，此時，由重物的勢能造成的回油壓力， 形成的定量油馬達27的轉(zhuǎn)矩帶動同軸或機械連動的變量油泵9工作，將油液自油箱1經(jīng)單向閥3抽出，再經(jīng)單向閥22至換向閥11的H 口到Z 口經(jīng)開啟的截止閥14 (維修時可關(guān)斷) 通至蓄能器15。這樣，重物在放降過程中，其勢能部分轉(zhuǎn)換為流體的壓力能儲存在蓄能器 15中，安全閥12起限壓保護作用。需要再次舉升作業(yè)時，在操縱控制閥組20的同時，4DT先通電，蓄能器15內(nèi)的壓力油經(jīng)節(jié)流的兩位二通電磁換向閥10到兩位四通電磁換向閥11的I 口，再至變量油泵9的進油口，提高了該處壓力，兩位四通電磁換向閥11斷電復位大流量放能時，以減少或消除液壓沖擊，延時后IDT和5DT都斷電，換向閥11和換向閥32復位，蓄能器15內(nèi)的壓力油通到變量油泵9的進口，實施壓力供油，動力機械8帶動變量油泵9和定量油馬達27 (此時為泵工況)，它們出口的壓力油分別經(jīng)單向閥22和30，再分別經(jīng)電磁換向閥11和32共同到控制閥組20的壓力油進口 PA，并經(jīng)控制閥組20至升降油缸19。此時分兩種狀況(1)蓄能器15內(nèi)的壓力小于泵組的出口壓力PA，兩位二通電磁換向閥25通電開通，蓄能器15內(nèi)的壓力油經(jīng)換向閥11的Z 口和I 口至變量油泵9的進口，并經(jīng)兩位二通電磁換向閥25至泵工況的定量油馬達27的進口，對兩個泵實施壓力供油，大大減小了油泵組的進出口壓差，當流量不變時，油泵的功率與其進出口壓差成正比 (N - ΔΡ)，從而大大降低了動力機械的能耗，直至蓄能器15內(nèi)的壓力油放完，動力機械才開始全力帶動油泵組工作；(2)蓄能器15內(nèi)的壓力大于泵組的出口壓力PA，兩位二通電磁換向閥25關(guān)閉，蓄能器15內(nèi)的壓力油只到達變量油泵9的進口，只對變量油泵9實施壓力供油，泵工況的定量油馬達27由動力機械全力驅(qū)動，這使動力機械避免失載而超速，隨著蓄能器15內(nèi)的壓力降至小于泵組的出口壓力Pa時，兩位二通電磁換向閥25開通，則同時向兩個泵實施壓力供油，減少動力機械的能耗?？刂破?1(ig將采集的蓄能器的壓力P、流量Q和泵的轉(zhuǎn)速ω等數(shù)據(jù)處理后，對變量油泵的排量作適時的調(diào)節(jié)，以便在舉升完成后使動力機械卸荷或在放降過程中控制重物放降的速度和平穩(wěn)性。重物放降的即時速度取決于定量油馬達27的流量(KQ oc WXq1), 式中ω為定量油馬達27的角速度，Ql是定量油馬達27的排量，是常數(shù)，只需控制定量油馬達27的轉(zhuǎn)速，就能控制重物放降的速度。定量油馬達27和變量油泵9的轉(zhuǎn)速是相同的，角速度ω的增減取決于定量油馬達27的輸出轉(zhuǎn)矩M1和變量油泵9輸入轉(zhuǎn)矩M2之間的平衡。 M1 - P1Xq1, P1為定量油馬達27進口壓力(它取決于重物的重量，在該一次放降過程中基本不變)，Q1為常量，因此M1也是常量；Μ2 - P2Xq2jP2為蓄能器15的壓力(在蓄能過程中由小變大)，q2為變量油泵9的排量。當M1 > M2時，ω增大，放降速度加快；當M1 < Μ2，ω減小，放降速度減慢。檢測角速度ω數(shù)值并輸入至控制器31 (K1)與設定的ω比對，調(diào)整變量油泵9的排量q2，就可改變 M2,若不考慮機械傳動和液壓系統(tǒng)的效率，在理論上就可在不發(fā)生節(jié)流發(fā)熱損耗的情況下， 迅速有效地控制重物的放降速度并最大限度地回收重物的勢能。重物落地前的緩速或中間懸停，仍由司機操作完成。定量泵與定量油馬達組合的系統(tǒng)如圖2所示，勢能回收和再生過程和圖1完全一樣。在重物放降的蓄能過程中，隨著蓄能器15內(nèi)壓力的升高，放降速度也減慢，當重物較輕時當蓄能器15內(nèi)壓力與升降油缸19下腔壓力相等時，重物將不再下降，因此當重物放降速度低于要求值時，處于怠速工況的動力機械8可繼續(xù)驅(qū)動油泵9和油馬達27轉(zhuǎn)動，在向蓄能器15繼續(xù)充能的同時，轉(zhuǎn)動的油馬達27可使重物繼續(xù)放降至需要高度，當蓄能器已滿， 兩位三通電磁換向閥23換向，回油經(jīng)可調(diào)節(jié)流閥34再經(jīng)回油過濾器2回到油箱1，放降速度由節(jié)流閥；34控制，同時兩位三通電磁換向閥33通電換向，油泵9和油馬達27均在卸荷狀態(tài)。變量泵與變量油馬達組合的系統(tǒng)如圖3所示，勢能回收和再生過程和圖1完全一樣。可在泵軸上設置轉(zhuǎn)速傳感器觀，控制器31 (K1)和四(1(2)分別將采集的蓄能器壓力P、 流量Q和泵的轉(zhuǎn)速ω等數(shù)據(jù)處理后，對變量油泵9和變量油馬達27的排量作適時的調(diào)節(jié)， 以便在舉升完成后使動力機械卸荷或在放降過程中控制重物放降的速度和平穩(wěn)性。重物放降的即時速度取決于變量油馬達27的流量(KQ oc CoXq1),式中ω為變量油馬達27的角速度，Q1是變量油馬達27的即時排量，只需及時有效地調(diào)整變量油馬達27的轉(zhuǎn)速和變排量機構(gòu)，就能控制重物放降的速度。變量油馬達27和變量油泵9的轉(zhuǎn)速是相同的，角速度ω的增減取決于變量油馬達27的輸出轉(zhuǎn)矩M1和變量油泵9輸入轉(zhuǎn)矩M2之間的平衡。 M1 - ΡΑχqi, Pa為變量油馬達27進口壓力(它取決于重物的重量，在該一次放降過程中基本不變)，Cl1為變量油馬達27的排量；M2 oc ρ χ %，為蓄能器15的壓力(在蓄能過程中由小變大)，q2為變量油泵9的排量。當M1 > M2時，ω增大，放降速度加快；當M1 < Μ2，ω減小，放降速度減慢。檢測角速度ω數(shù)值并輸入至控制器31 (K1)和四(1(2)與設定的ω比對，分別調(diào)整變量油馬達27 的排量Cl1和變量油泵9的排量q2，就可同時改變M1和M2,若不考慮機械傳動和液壓系統(tǒng)的效率，在理論上就可在不發(fā)生節(jié)流發(fā)熱損耗的情況下，迅速有效地控制重物的放降速度并最大限度地回收重物的勢能。重物落地前的緩速或中間懸停，仍由司機操作完成。車輛動能回收和再生是在上述能完成勢能回收與再生的液壓系統(tǒng)中，再加一個兩位三通電磁換向閥33，其中一亇進油路經(jīng)單向閥沈與油泵9的出口相連，另一進油路則與兩位四通電磁換向閥11的D 口相連，兩位三通電磁換向閥33的出口，一路與兩位五通電磁換向閾32的0 口連接，另一路與油泵27的出口相連，此外還需在原機械控制閥組KF的壓力油進口 Pa之前加裝一個兩位二通電磁換向閥4。車輛制動時，兩位二通電磁換向閥4通電斷開，車輛慣性動能反過來通過帶離合器的減速箱5帶動油泵9和油泵27轉(zhuǎn)動，將油液自油箱1充入蓄能器15內(nèi)，油泵9和油泵27共同作為負載形成的阻力矩配合機械剎車使車輛減速以至停下，提高車輛的制動力；車輛起動時，兩位四通電磁換向閥11失電、兩位五通電磁換向閾32得電，蓄能器15內(nèi)的壓力油驅(qū)動油泵9和油泵27 (此時均為油馬達工況)，通過帶離合器的減速箱5，共同邦助動力機械起動車輛，加大車輛的起動力。車輛前進或后退， 動力機械和油泵的轉(zhuǎn)向不變，都能正常進行動能的回收與再生。這樣，該系統(tǒng)就能在保持該移動式液壓升降機械原有全部功能的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)重物勢能和車輛動能的回收與再生。圖4是單個定量泵/定量油馬達的節(jié)能型移動式液壓升降機械的液壓系統(tǒng)原理圖，是簡易型的，它們一般適用于中、小型的液壓升降機械，液壓系統(tǒng)較簡單，一般只有一個定量油泵，改進它們的技術(shù)方案是，將該定量油泵改為同排量的定量油馬達9，油馬達9的進口經(jīng)單向閥3與油箱1相連，油馬達9的出口一路經(jīng)兩位二通電磁換向閥21與回油過濾器2直接相連，另一路經(jīng)單向閥22通到兩位四通電磁換向閥11的H 口，兩位四通電磁換向閥11的I、Z和D 口分別經(jīng)單向閥4通向油泵9的進油口、經(jīng)截止閥14到蓄能器15和通向控制閥組20的壓力油進口 PA，兩位四通電磁換向閥11的Z與I 口之間并聯(lián)了一個有節(jié)流孔的小兩位兩通電磁換向閥10，蓄能器15的旁路上設有安全閥12和測壓點13，控制閥組 20通向升降油缸19，升降油缸19下降時的回油經(jīng)控制閥組20的出口 T到兩位三通電磁換向閥23的進口，兩位三通電磁換向閥23的出口，一路到油泵9的進口，另一路經(jīng)可調(diào)節(jié)流閥34到回油過濾器2。需要說明的是，當重物放降時，如果蓄能器容量已滿，則令1DT(閥11)和2DT(閥 21)得電，此時，柴油機將進入怠速工況，油泵9卸荷，其出油經(jīng)兩位二通電磁換向閥21回油箱；而升降油缸的回油則經(jīng)過閥23、節(jié)流閥34，并經(jīng)回油過濾器2回到油箱1，從而可以繼續(xù)控制重物的放降速度。圖5是目前常見的通用型叉車改造后的液壓原理圖。16的點劃線框內(nèi)是原叉車的轉(zhuǎn)向隨動系統(tǒng)，20的點劃線框內(nèi)是原叉車的控制閥組，20-2是分流閥，它將油泵9的流量按比例分流給升降、傾斜油缸和轉(zhuǎn)向機構(gòu)；20-1是升降、傾斜油路的調(diào)壓閥；20-3是轉(zhuǎn)向油路的調(diào)壓閥；20-4是升降油缸的操縱閥；20-5是傾斜油缸的操縱閥。油泵9的出油先經(jīng)控制閥組20里的分流閥20-2分流后，再到兩位四通電磁換向閥11的H 口，并經(jīng)兩位四通電磁換向閥11回到控制閥組20通向操縱閥，17為油路的切斷閥，防止重物急落。其工作原理與圖3相同。圖5叉車的電磁鐵動作與工況表
10復原放降蓄勢放降蓄勢器滿時)助升生勢制動蓄動能起動生動匕 目匕離合器狀態(tài)(+ -)一++1 DT-++延時-+延時-2 DT--+--+3 DT-+----4 DT---先+-先+圖6是節(jié)能型正面吊的液壓原理圖，點劃線框內(nèi)的B6、B7、B12、B23和B25是原正面吊液壓控制閥組，它在勢能回收時，分別將壓力不同的伸縮缸和變幅缸下腔的油液通向兩個變量油馬達的進口，形成的合力矩帶動油泵向蓄能器充能，其工作原理和圖3相同。圖7是兩個液壓泵/液壓馬達的另一種方案，它省去了單向閥沈和兩位二通電磁換向閥4，并將兩位三通電磁換向閥33改為兩位二通電磁換向閥，并可將兩位二通電磁換向閥25改為液控換向閥。系統(tǒng)雖較圖1、圖2和圖3的方案簡單，但難以實現(xiàn)雙泵同時起制動或起動作用。圖8是節(jié)能通用型叉車的勢、動能組合方案，它的特點是一亇雙聯(lián)定量泵9通過單向超越離合器41與柴油機8的輸出軸相連；在變速箱5的輸出軸上加裝一個定量泵37，使勢能和動能的收放可由不同的油泵/油馬達完成，制動回收動能時柴油機的離合器42可脫開，超越離合器41使下降蓄勢能時的下降速度與柴油機怠速的轉(zhuǎn)速無關(guān)。為了適應叉車經(jīng)常的倒車作業(yè)，在油泵37的進出油口上加裝了一個較大通徑的液動兩位四通換向閥38，它可在正或倒車作業(yè)時，保持油泵37的輸出的流向不變。其中的兩位二通電磁換向閥39導通時實施動能再生操作，該閥關(guān)斷時，可實施勢能再生操作。該系統(tǒng)當離合器42結(jié)合時，兩組泵(9和37)組合起耒都可參與動能回收或動能再生，這樣可加大車輛的制動力矩或起動力矩，提高搬運機械的工作效率。其它部分工作原理同圖5。本發(fā)明不僅可用于行走式液壓搬運機械，其勢能回收和再生的原理也可用于固定式液壓升降機械，上述的實施例只是幾種選例，并不限定本專利的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種節(jié)能型行走式液壓搬運機械，包括起重和行走的驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等，在原液壓系統(tǒng)中附加部分液壓元件，構(gòu)成新的液壓系統(tǒng)，其特征在于具有至少一個油泵/油馬達和至少一個液壓蓄能器，在至少一個油泵/油馬達的出油路上有控制出油去蓄能器或去工作油缸的換向閥，在至少一個油泵/油馬達的進油路上有控制工作油缸的回油去油泵/ 油馬達的入口或回油箱的換向閥，新液壓系統(tǒng)在保留該機械原有的全部功能和操控方式的基礎(chǔ)上，具有能實現(xiàn)重物勢能回收與再生和車輛動能回收與再生兩者的部分或全部功能。
2.如權(quán)利要求1所述的節(jié)能型行走式液壓搬運機械，其特征在于所述的液壓系統(tǒng)中的油泵/油馬達可以是變量油泵/油馬達與定量油泵/油馬達的組合；定量油泵/油馬達的組合；變量油泵/油馬達的組合。
3.如權(quán)利要求1和2所述的節(jié)能型行走式液壓搬運機械，其特征在于該液壓系統(tǒng)的油泵/油馬達的工況可以是下述三種狀態(tài)之一油泵工況；油馬達工況；卸荷工況。
4.如權(quán)利要求1、2和3所述的節(jié)能型行走式液壓搬運機械，其特征在于在重物下降回收勢能的過程中，部分油泵/油馬達進入油馬達工況，被工作油缸的壓力回油所驅(qū)動，輸出轉(zhuǎn)矩；另有部分油泵/油馬達進入油泵工況，被前者所輸出的轉(zhuǎn)矩所驅(qū)動，將油從油箱壓入蓄能器中。
5.如權(quán)利要求1、2和3所述的節(jié)能型行走式液壓搬運機械，其特征在于在重物下降回收勢能的過程中，工作油缸的壓力回油在進入蓄能器前，所經(jīng)過的油泵/油馬達均不為油馬達工況，而是卸荷工況或被引擎所驅(qū)動的油泵工況。
6.如權(quán)利要求1、2、3、4和5所述的節(jié)能型行走式液壓搬運機械，其特征在于勢能和動能分別由不同的油泵/油馬達來回收或再生，它們還可以組合發(fā)揮功能。
7.如權(quán)利要求1、2、3、4和5所述的節(jié)能型行走式液壓搬運機械，其特征在于勢能和動能由相同的油泵/油馬達來回收或再生。
8.如權(quán)利要求1、2、3、4、5、6和7所述的的節(jié)能型行走式液壓搬運機械，其特征在于 所述的液壓系統(tǒng)中含有防止柴油機失載超速的控制閥。
9.如權(quán)利要求1、2、3、4、5、6和7所述的節(jié)能型行走式液壓搬運機械，其特征在于兩個或多個定量油泵/油馬達的組合和單個油泵/油馬達的液壓系統(tǒng)中含有可控制重物下降速度的可調(diào)節(jié)流閥。
10.如權(quán)利要求2所述的節(jié)能型行走式液壓搬運機械，其特征在于所述的含有變量油泵與油馬達的組合，配備有專用的控制器。
11.如權(quán)利要求1、2、3、4、5、6和7所述的節(jié)能型行走式液壓搬運機械，其特征在于所述液壓系統(tǒng)中設有在能量再生過程中起緩沖作用的有節(jié)流孔的兩位兩通電磁換向閥。
12.如權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10和11所述的節(jié)能型行走式液壓搬運機械，其特征在于所述的液壓系統(tǒng)可選用各類標準的油泵/油馬達和液壓閥等液壓元件組合而成， 也可設計制造專用集成閥。
全文摘要
節(jié)能型行走式液壓搬運機械，是在行走式液壓搬運機械頻繁地舉升、放降和制動、起動過程中，利用添加的液壓元件并借助搬運機械原有液壓系統(tǒng)，將重物放降前的勢能和車輛制動前的動能，部分轉(zhuǎn)換成流體的壓力能并儲存到液壓蓄能器中，并用于下次舉升重物和起動車輛，使消耗動力獲得的機械能(勢能和動能)部分得到再生，以降低驅(qū)動油泵和起動車輛的動力機械的負荷和功率，使消耗動力獲得的重物勢能和車輛動能，在再次舉升重物和起動車輛過程中部分得到再生，回收和再生效率高，節(jié)能減排效益顯著。簡便易行，投資少，壽命長。新造時配置或舊機改造時添置均可。
文檔編號B66F9/06GK102241379SQ20101029779
公開日2011年11月16日 申請日期2010年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月13日
發(fā)明者姚航, 張桂珍, 江紹成, 白瑞海 申請人:濟南謹恒節(jié)能技術(shù)有限公司