一种汽车起重机变幅系统势能回收及再利用系统

技术领域

本发明属于液压控制技术领域，涉及一种汽车起重机变幅系统势能回收及再利用系统。

背景技术

随着人类经济、社会的快速发展，基础设施建设的规模越来越大，汽车起重机凭借着灵活、转移迅速、吊装速度快、功率高等优点被广泛应用于建筑、铁路、桥梁、大型设备安装等多个工程领域，随之而来的能源危机和环保问题日益严峻，节能环保的理念越来越普及，为响应节能减排的要求，越来越多的汽车起重机进行了转型升级，进而对汽车起重机的液压系统能耗也提出了更高的要求。

传统汽车起重机变幅液压系统通过多路阀直接与油箱连通，释放压力油以实现负载下降。这样的方法对于载重大、需要频繁地进行升降工作的汽车起重机来说，能量的利用率低，能量损失巨大。因此，需要对汽车起重机的变幅液压系统进行新型节能设计，将负载下降时，所损失的势能进行适当的回收及利用，降低汽车起重机的能耗，提高能量的利用率。

目前已有的汽车起重机变幅联能量回收系统，通常采用将势能通过电机转化为电能储存到超级电容的方法，但超级电容的体积大、容量小、价格昂贵，很难同时满足起重机设备再生能量回收效率和装置投入的经济性。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，解决汽车起重机变幅液压系统能量回收的技术问题，本发明提供一种汽车起重机变幅系统势能回收及再利用系统。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种汽车起重机变幅系统势能回收及再利用系统，其中：

第一油箱通过管道分别与电液比例变量泵和蓄能器连通，第一油箱的出油口位置处设置第一单向阀；所述电液比例变量泵将第一油箱中的液压油泵送至三位四通电磁比例换向阀的P口以及摆角控制系统，通过定转速电机控制电液比例变量泵的转速，通过摆角控制系统控制电液比例变量泵的摆角，进而通过转速和摆角控制电液比例变量泵出口的油量，电液比例变量泵和定转速电机为系统提供液压动力；电液比例变量泵与三位四通电磁比例换向阀的P口连通的管道上设置第一溢流阀，第一溢流阀起安全作用，第一溢流阀与三位四通电磁比例换向阀的P口连通的管道上设置第一压力传感器；在所述第一油箱与蓄能器连通的管道上，靠近第一油箱一侧设置第二二位三通电磁比例换向阀，靠近蓄能器的一侧设置截止阀，截止阀用于维修拆卸蓄能器时泄压，蓄能器的进油口位置处设置第三压力传感器，电液比例变量泵根据需要从蓄能器中吸取压力油，第二二位三通电磁比例换向阀通过第一二位三通电磁比例换向阀与三位四通电磁比例换向阀的T口连通，三位四通电磁比例换向阀的B口与液压油缸的有杆腔连通，三位四通电磁比例换向阀的A口通过主阀与液压油缸的无杆腔连通，主阀用于保证系统运行稳定可靠，主阀具有压力补偿功能，当液压油缸为上升阶段时，主阀工作于右位，此时主阀的功能等效为单向阀；当液压油缸为下降阶段时，主阀工作于左位，此时主阀的功能等效为比例阀；三位四通电磁比例换向阀的A口位置处设置第二压力传感器，液压油缸的活塞杆上设置位移传感器；

第二油箱通过管道依次与定量泵、减压阀和主阀顺序连通，减压阀用于限制作用于控制活塞端面上的最高压力，最高压力由控制器输入，通过减压阀接收控制器的信号控制主阀阀口的开度，进而控制液压油缸的下降速度；第二油箱与定量泵连通的管道上设置滤网，在定量泵的出口安装第二溢流阀，第二溢流阀起调压作用；

所述控制器的信号输入端与第三压力传感器电性连接，控制器的信号输出端分别与第一二位三通电磁比例换向阀、第二二位三通电磁比例换向阀、减压阀、流量控制器的信号输入端、压力控制器的信号输入端电性连接；第一压力传感器、第二压力传感器均与压力控制器的信号输入端电性连接，压力控制器的信号输出端分别与摆角控制器的信号输入端和三位四通电磁比例换向阀电性连接，流量控制器的信号输出端分别与摆角控制器的信号输入端和三位四通电磁比例换向阀电性连接，摆角控制器的信号输出端与摆角控制系统电性连接。蓄能器在负载下降时与液压油缸的无杆腔连通，回收势能；蓄能器在负载上升时与电液比例变量泵的进口处连通，释放储存的能量。

进一步地，采用定量泵替换电液比例变量泵，并且采用加变转速电机替换定转速电机。

进一步地，所述摆角控制系统包括变量活塞缸、二位三通电磁比例换向阀、第二旁通阻尼和第三油箱，第三油箱通过第二旁通阻尼与二位三通电磁比例换向阀的T口连通；变量活塞缸控制电液比例变量泵斜盘倾角的大小，变量活塞缸的无杆腔与二位三通电磁比例换向阀的A口连通，二位三通电磁比例换向阀的P口、电液比例变量泵的出油口、三位四通电磁比例换向阀的P口以及第一溢流阀通过四通连接。

进一步地，第四油箱的出油口与减压阀的进油口连通，减压阀出油口一侧的管道通过回油管与第四油箱的进油口连通，回油管上按照液压油的流动方向依次设置第一旁通阻尼与第二单向阀。

进一步地，手柄与控制器电性连接，控制器根据手柄的开度信号进行工作模式识别，控制器输出相应的控制信号给流量控制器或者压力控制器。

进一步地，根据手柄的开度信号，液压油缸在运动过程中有以下四种工作模式，其中L为手柄的开度，L

1)、当L>L

系统主要考虑运行速度和能效特性，所述控制器输出信号给流量控制器，流量控制器控制三位四通电液比例换向阀工作于左位并使其阀口全开；控制器计算出摆角信号输出给摆角控制器，通过控制电液比例变量泵的摆角控制泵的输出流量；

2)、当0

系统主要考虑控制精度，所述压力控制器接收第一压力传感器、第二压力传感器的检测值，计算出阀前、阀后压差ΔP，与接收的预设压力阈值P

3)、当L<0时，液压油缸为下降模式：

所述控制器输出信号给流量控制器，流量控制器控制三位四通电液比例换向阀工作于右位并使其阀口全开，平衡阀组通过控制主阀开口大小来控制液压油缸的下降速度；所述流量控制器输出信号给摆角控制器，使电液比例变量泵处于较小摆角工作，足够补充液压油缸有杆腔油液和系统泄露油液即可；

4)、当L＝0时，为液压油缸停止模式：

所述控制器输出信号给流量控制器，流量控制器控制三位四通电液比例换向阀工作于中位，并输出信号给摆角控制器，使电液比例变量泵处于较小摆角工作，足够补充系统泄漏。

进一步地：

1)、当所述液压油缸为下降阶段时，控制器控制第一二位三通电磁换向阀工作于右位，控制第二二位三通电磁换向阀工作于左位，高压油液依次从液压油缸无杆腔经过主阀、三位四通电液比例换向阀、第一二位三通电磁换向阀、第二二位三通电磁换向阀进入蓄能器，完成势能回收；

2)、当所述液压油缸下降阶段结束、或者为停止模式时，或者第三压力传感器检测到蓄能器达到最大工作压力时，控制器控制第一二位三通电磁换向阀工作于左位、控制第二二位三通电磁换向阀工作于左位，此时高压油液储存在蓄能器当中；

3)、当所述液压油缸为上升阶段时，控制器控制第一二位三通电磁换向阀工作于左位，控制第二二位三通电磁换向阀工作于右位，此时蓄能器中的高压油液通过第二二位三通电磁换向阀流入电液比例变量泵的入口处，供电液比例变量泵为起重机举升负载使用。

与现有技术相比本发明的有益效果为：

1.本发明在起重机将负载从高处运往低处的过程中回收负载的势能，并在举升负载时释放回收的势能，降低了汽车起重机的能耗，提高了能量利用率，降低了汽车起重机的使用成本；

2.本发明将蓄能器连接于电液比例变量泵的入口处，降低了泵进出口之间的压差，减少了泵的泄露，降低了液压系统的泄漏损失，同时对电机的功率需求下降；

总之，本发明是在原有汽车起重机液压系统的基础上加以改进的，结构简单，改进成本低，利用蓄能器回收势能，可回收多种动能，位置势能，能量回收量大，能量密度高。可选择配置不同种类的蓄能器，来满足不同载荷需求的汽车起重机，产品覆盖范围广。

附图说明

图1为本发明原理图，或者负载高空停止状态原理图；

图2为负载稳定下降能量回收状态原理图；

图3为本发明所述的负载快速上升状态原理图；

图4为本发明所述的负载缓慢上升状态原理图。

图中：1-1为第一油箱，1-2为第二油箱，1-3为第三油箱，1-4为第四油箱，2为第一单向阀，3为电液比例变量泵，4为定转速电机，5为变量活塞缸，6为二位三通电磁比例换向阀，7为第一溢流阀，8为三位四通电液比例换向阀，9为第一二位三通电磁换向阀，10为第二二位三通电磁换向阀，11为主阀，12为减压阀，13为第二溢流阀，14为定量泵，15为滤网，16为第一旁通阻尼，17为第二单向阀，18为液压油缸，19为蓄能器，20为第二压力传感器，21为第一压力传感器，22为第三压力传感器，23为位移传感器，24为流量控制器，25为压力控制器，26为控制器，27为摆角控制器，28为第二旁通阻尼，29为截止阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示的一种汽车起重机变幅系统势能回收及再利用系统，其中：

第一油箱1-1通过管道分别与电液比例变量泵3和蓄能器19连通，第一油箱1-1的出油口位置处设置第一单向阀2；所述电液比例变量泵3将第一油箱1-1中的液压油泵送至三位四通电磁比例换向阀8的P口以及摆角控制系统，通过定转速电机4控制电液比例变量泵3的转速，通过摆角控制系统控制电液比例变量泵3的摆角，进而通过转速和摆角控制电液比例变量泵3出口的油量，电液比例变量泵3与三位四通电磁比例换向阀8的P口连通的管道上设置第一溢流阀7，第一溢流阀7与三位四通电磁比例换向阀8的P口连通的管道上设置第一压力传感器21；在所述第一油箱1-1与蓄能器19连通的管道上，靠近第一油箱1-1一侧设置第二二位三通电磁比例换向阀10，靠近蓄能器19的一侧设置截止阀29，蓄能器19的进油口位置处设置第三压力传感器22，第二二位三通电磁比例换向阀10通过第一二位三通电磁比例换向阀9与三位四通电磁比例换向阀8的T口连通，三位四通电磁比例换向阀8的B口与液压油缸18的有杆腔连通，三位四通电磁比例换向阀8的A口通过主阀11与液压油缸18的无杆腔连通，三位四通电磁比例换向阀8的A口位置处设置第二压力传感器20，液压油缸18的活塞杆上设置位移传感器23；

第二油箱1-2通过管道依次与定量泵14、减压阀12和主阀11顺序连通，第二油箱1-2与定量泵14连通的管道上设置滤网15，在定量泵14的出口安装第二溢流阀13；

所述控制器26的信号输入端与第三压力传感器22电性连接，控制器26的信号输出端分别与第一二位三通电磁比例换向阀9、第二二位三通电磁比例换向阀10、减压阀12、流量控制器24的信号输入端、压力控制器25的信号输入端电性连接；第一压力传感器21、第二压力传感器20均与压力控制器25的信号输入端电性连接，压力控制器25的信号输出端分别与摆角控制器27的信号输入端和三位四通电磁比例换向阀8电性连接，流量控制器24的信号输出端分别与摆角控制器27的信号输入端和三位四通电磁比例换向阀8电性连接，摆角控制器27的信号输出端与摆角控制系统电性连接。

将所述主阀11、减压阀12、第二溢流阀13、定量泵14、滤网15、第一旁通阻尼16、第二单向阀17和第二油箱1-2组成平衡阀组，将所述第一油箱1-1、第一单向阀2、电液比例变量泵3、定转速电机4、变量活塞缸5、二位三通电磁比例换向阀6、第一溢流阀7、三位四通电液比例换向阀8、平衡阀组和液压油缸18组成驱动模块；将所述蓄能器19、第一二位三通电磁换向阀9、第二二位三通电磁换向阀10和截止阀29组成能量回收及再利用模块；将所述控制器26、压力控制器25、流量控制器24以及电性连接的压力传感器、位移传感器和阀组组成控制模块。

进一步地，采用定量泵替换电液比例变量泵3，并且采用加变转速电机替换定转速电机4。

进一步地，所述摆角控制系统包括变量活塞缸5、二位三通电磁比例换向阀6、第二旁通阻尼28和第三油箱1-3，第三油箱1-3通过第二旁通阻尼28与二位三通电磁比例换向阀6的T口连通；变量活塞缸5控制电液比例变量泵3斜盘倾角的大小，变量活塞缸5的无杆腔与二位三通电磁比例换向阀6的A口连通，二位三通电磁比例换向阀6的P口、电液比例变量泵3的出油口、三位四通电磁比例换向阀8的P口以及第一溢流阀7通过四通连接。

进一步地，第四油箱1-4的出油口与减压阀12的进油口连通，减压阀12出油口一侧的管道通过回油管与第四油箱1-4的进油口连通，回油管上按照液压油的流动方向依次设置第一旁通阻尼16与第二单向阀17。

进一步地，手柄与控制器26电性连接，控制器26根据手柄的开度信号进行工作模式识别，控制器26输出相应的控制信号给流量控制器24或者压力控制器25。

进一步地，根据手柄1的开度信号，液压油缸(18)在运动过程中有以下四种工作模式，其中L为手柄1的开度，L

1)、当L>L

所述控制器26输出信号给流量控制器24，流量控制器24控制三位四通电液比例换向阀8工作于左位并使其阀口全开；控制器26计算出摆角信号输出给摆角控制器27，通过控制电液比例变量泵3的摆角控制泵的输出流量；

2)、当0

所述压力控制器25接收第一压力传感器21、第二压力传感器20的检测值，计算出阀前、阀后压差ΔP，与接收的预设压力阈值P

3)、当L<0时，液压油缸18为下降模式：

所述控制器26输出信号给流量控制器24，流量控制器24控制三位四通电液比例换向阀8工作于右位并使其阀口全开，平衡阀组通过控制主阀11开口大小来控制液压油缸18的下降速度；所述流量控制器24输出信号给摆角控制器27，使电液比例变量泵3处于较小摆角工作，足够补充液压油缸18有杆腔油液和系统泄露油液即可；

4)、当L＝0时，为液压油缸18停止模式：

所述控制器26输出信号给流量控制器24，流量控制器24控制三位四通电液比例换向阀8工作于中位，并输出信号给摆角控制器27，使电液比例变量泵3处于较小摆角工作，足够补充系统泄漏。

下面以汽车起重机负载快速上升、负载缓慢上升、负载稳定下降、负载停止分析四种典型作业工况为具体实施例，对汽车起重机变幅系统势能回收及再利用系统的运行方式进行具体描述，实施例用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整也属于本发明保护的范围。

如图2所示，手柄1将信号L<0输出给控制器26，所述流量控制器24接收控制器26的信号控制三位四通电液比例换向阀8工作于右位并使其阀口全开，并输出信号给摆角控制器27，使电液比例变量泵3处于较小摆角工作，足够补充液压油缸18有杆腔油液和系统泄露油液即可；所述减压阀12接收控制器26的信号控制主阀11工作于左位，并通过控制其阀口开度来控制负载的下降速度；控制器26控制第一二位三通电磁换向阀9工作于右位，控制第二二位三通电磁换向阀10工作于左位，高压油液从液压油缸18无杆腔流进蓄能器19，实现势能回收。

如图3所示，当汽车起重机搬运负载快速上升时，手柄1将信号L>L

如图4所示，当汽车起重机搬运负载缓慢上升时，手柄1将信号0

如图1所示，当汽车起重机搬运负载至目标高度时，手柄1将信号L＝0输出给控制器26，所述流量控制器24接收控制器26的信号控制三位四通电液比例换向阀8工作于中位，并输出信号给摆角控制器27，使电液比例变量泵3处于较小摆角工作，足够补充系统泄漏即可；控制器26控制第一二位三通电磁换向阀9工作于左位，第二二位三通电磁换向阀10工作于左位，主阀11工作于右位，此时高压油液储存在蓄能器19中。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。