CN109437031B

CN109437031B - 一种塔机回转制动能量回收及再利用液压系统

Info

Publication number: CN109437031B
Application number: CN201811491327.8A
Authority: CN
Inventors: 王文浩; 费烨; 李鹏程
Original assignee: Shenyang Jianzhu University
Current assignee: Shenyang Jianzhu University
Priority date: 2018-12-07
Filing date: 2018-12-07
Publication date: 2023-08-18
Anticipated expiration: 2038-12-07
Also published as: CN109437031A

Abstract

本发明属于液压控制技术领域，具体涉及一种塔机回转制动能量回收及再利用液压系统。技术方案如下：包括负载敏感泵、换向阀I、液控单向阀、单向阀I、蓄能器、换向阀II、单向阀II、溢流阀I、回转马达、换向阀III、顺序阀、散热马达、溢流阀II、溢流阀III、散热泵和油箱，负载敏感泵、回转马达、换向阀I、液控单向阀、换向阀II、单向阀II及油箱连接形成回转回路；回转马达、换向阀I、换向阀II、单向阀I及蓄能器连接形成制动能量回收回路；散热泵、散热马达、换向阀III、溢流阀I、溢流阀II、溢流阀III、顺序阀、单向阀I、蓄能器及油箱连接形成能量再利用回路。本发明实现塔机回转制动的同时，可实现回转制动过程能量的回收及利用。

Description

一种塔机回转制动能量回收及再利用液压系统

技术领域

本发明属于液压控制技术领域，具体涉及一种塔机回转制动能量回收及再利用液压系统。

背景技术

随着全球经济的高速发展，能源危机和环境问题凸显，各国都已将降低能源损耗、保护环境提上日程。对于工程机械这一高能耗施工装备，其液压系统的能量回收再利用是实现节能减排的重要手段。

目前，工程机械液压系统主要通过优点和油液混合两种动力方式将作业中的重力势能、转动惯性能回收后用于补充发动机功率。前者通过增加电动机/发动机、电池/电容以及相关控制元件，以电能的方式将能量回收再利用；后者通过蓄能器、泵/马达二次元件，以压力能的方式实现。相比于油液混合，油电混合结构更为轻巧、控制方便，在结构紧凑性要求较高的挖掘机系统中得到了一定的应用。但由于工程机械工况复杂多变、工作环境恶劣，对油电混合中的电器元件要求过高而未能广泛使用。油液混合方式由于能量转换环节少，能量回收及利用率较高，目前在工况较为平稳的工程车辆液压系统能量回收再利用上取得了较好的成果。但由于蓄能器功率密度低的固有缺陷使得该方式难以适应工况复杂的工程机械系统级动力需求，而在结构紧凑性要求不高的大功率工程机械液压系统上的应用值得期待。

发明内容

本发明提供一种塔机回转制动能量回收及再利用液压系统，结构可靠，可提高操作性和回转制动过程稳定性，实现塔机回转制动的同时，可实现回转制动过程能量的回收及利用。

本发明的技术方案如下：

一种塔机回转制动能量回收及再利用液压系统，包括负载敏感泵、换向阀I、液控单向阀、单向阀I、蓄能器、换向阀II、单向阀II、溢流阀I、回转马达、换向阀III、顺序阀、散热马达、溢流阀II、溢流阀III、散热泵和油箱，负载敏感泵、回转马达、换向阀I、液控单向阀、换向阀II、单向阀II及油箱连接形成回转回路；回转马达、换向阀I、换向阀II、单向阀I及蓄能器连接形成制动能量回收回路；散热泵、散热马达、换向阀III、溢流阀I、溢流阀II、溢流阀III、顺序阀、单向阀I、蓄能器及油箱连接形成能量再利用回路。

进一步地，所述的塔机回转制动能量回收及再利用液压系统，其中所述换向阀I为三位四通手动换向阀，设置在负载敏感泵的出口处，用于控制回转马达回转和制动状态的切换；所述换向阀II为二位三通液控换向阀，其两条控制油路分别连接回转马达左右两腔所在主油路，为油液回油箱和回蓄能器的选择阀；所述换向阀III为二位二通手动换向阀，设置在蓄能器出口，作为控制蓄能器油液是否进入散热马达的选择阀；所述液控单向阀的控制油路分别与回转马达正反转两种工况下的进油路相连，为回转马达提供回油背压；所述单向阀II设置在回转马达与油箱之间，作为回转马达的补油阀；所述溢流阀I为直动式溢流阀，设置在蓄能器的出口油路上，其调定压力高于蓄能器的调定压力，作为蓄能器的安全阀；所述顺序阀为外控式顺序阀，设置在蓄能器的出口油路上，其调定压力低于蓄能器的调定压力，作为控制蓄能器给散热马达供油的压力开关；所述溢流阀II为先导式溢流阀，设置在散热泵的出口油路上，作为散热泵的卸荷阀；所述溢流阀III为直动式溢流阀，设置在散热泵出口油路上，作为散热泵的安全阀。

进一步地，所述的塔机回转制动能量回收及再利用液压系统，回转马达处于马达工况时，负载敏感泵从油箱吸油，压力油经换向阀I、液控单向阀、换向阀II进入回转马达进油腔，回转马达的回油经换向阀II、液控单向阀、换向阀I流回油箱；回转马达处于泵工况时，换向阀I处在中位工作状态，回转马达的供油被切断，回转马达的回油经换向阀II、单向阀I进入蓄能器，完成蓄能器充液，实现制动能量回收。

进一步地，所述的塔机回转制动能量回收及再利用液压系统，系统油温达到设定值时，换向阀III处于开启状态，当蓄能器压力未到达设定值时，散热泵单独给散热马达供油；当蓄能器压力到达设定值时，蓄能器油液经单向阀I、换向阀III、顺序阀进入散热马达，单独给散热马达供油，实现能量的再利用。

进一步地，所述的塔机回转制动能量回收及再利用液压系统，当回转马达制动时，负载敏感泵停止向回转马达供油，在惯性作用下回转马达仍有转速，导致回转马达回油腔压力升高，进油腔压力低于大气压力，油箱的油液在大气压作用下经过单向阀II进入回转马达进油腔，完成补油，防止回转马达吸空，使制动平稳。

本发明的有益效果为：本发明在保证塔机回转动作的基础上，增加了制动能量回收回路和能量再利用回路。制动能量回收回路将塔机制动过程的惯性能转化为液压油的压力能，储存在蓄能器中。能量再利用回路中，蓄能器给散热马达供油，将蓄能器回收的能量用于塔机回转系统的散热，实现能量的再利用。本发明符合节能减排的设计理念，减少塔机回转制动过程中的能量损失，提升液压系统效率。制动过程中回收的惯性能以油液的压力能的形式储存在蓄能器中，由蓄能器给散热系统提供压力油液，从而避免了从主系统油箱提供压力油，减小了对回转回路工作特性的影响。

附图说明

图1为塔机回转制动能量回收及再利用液压系统的液压原理图；

图中：1—油箱，2—负载敏感泵，3—换向阀I，4—液控单向阀，5—单向阀I，6—蓄能器，7—换向阀II，8—单向阀II，9—溢流阀I，10—回转马达，11—换向阀III，12—顺序阀，13—散热马达，14—溢流阀II，15—溢流阀III，16—散热泵。

具体实施方式

如图1所示，一种塔机回转制动能量回收及再利用液压系统，包括负载敏感泵2、换向阀I 3、液控单向阀4、单向阀I 5、蓄能器6、换向阀II 7、单向阀II 8、溢流阀I 9、回转马达10、换向阀III 11、顺序阀12、散热马达13、溢流阀II 14、溢流阀III 15、散热泵16和油箱1，负载敏感泵2、回转马达10、换向阀I 3、液控单向阀4、换向阀II 7、单向阀II 8及油箱1连接形成回转回路；回转马达10、换向阀I 3、换向阀II 7、单向阀I 5及蓄能器6连接形成制动能量回收回路；散热泵16、散热马达13、换向阀III 11、溢流阀I9、溢流阀II14、溢流阀III15、顺序阀12、单向阀I5、蓄能器6及油箱1连接形成能量再利用回路。

所述换向阀I 3为三位四通手动换向阀，设置在负载敏感泵2的出口处，用于控制回转马达10回转和制动状态的切换；所述换向阀II 7为二位三通液控换向阀，其两条控制油路分别连接回转马达10左右两腔所在主油路，为油液回油箱1和回蓄能器6的选择阀；所述换向阀III 11为二位二通手动换向阀，设置在蓄能器6出口，作为控制蓄能器6油液是否进入散热马达13的选择阀；所述液控单向阀4的控制油路分别与回转马达10正反转两种工况下的进油路相连，为回转马达10提供回油背压；所述单向阀II 8设置在回转马达10与油箱1之间，作为回转马达10的补油阀；所述溢流阀I 9为直动式溢流阀，设置在蓄能器6的出口油路上，其调定压力高于蓄能器6的调定压力，作为蓄能器6的安全阀；所述顺序阀12为外控式顺序阀，设置在蓄能器6的出口油路上，其调定压力低于蓄能器6的调定压力，作为控制蓄能器6给散热马达13供油的压力开关；所述溢流阀II 14为先导式溢流阀，设置在散热泵16的出口油路上，作为散热泵16的卸荷阀；所述溢流阀III 15为直动式溢流阀，设置在散热泵16出口油路上，作为散热泵16的安全阀。

上述塔机回转制动能量回收及再利用液压系统工作过程如下：

回转马达10左侧进油，右侧回油为正转；回转马达10正转时，回转马达10处于马达工况，负载敏感泵2从油箱1吸油，油液到达换向阀I 3，换向阀I 3处于左位工作状态，油液经过换向阀I 3左位、液控单向阀4左侧到达换向阀II 7，在弹簧力的作用下，换向阀II 7左侧处在左位工作状态，换向阀II 7右侧处在右位工作状态，液控单向阀4右侧在压力油的作用下反向导通，油液经过换向阀II 7左位进入回转马达10左腔，回油由回转马达10右腔经过换向阀II 7右位、液控单向阀4、换向阀I 3右位流回油箱1，回转马达10正转；换向阀I 3处在右位工作状态，回转马达10反转；实现塔机回转动作；

回转马达10制动时，回转马达10处于泵工况，换向阀I 3处在中位工作状态，回转马达10的供油被切断，回转马达10的回油经换向阀II 7、单向阀I 5进入蓄能器6，完成蓄能器6充液，实现制动能量回收；当回转马达10制动时，负载敏感泵2停止向回转马达10供油，在惯性作用下回转马达10仍有转速，导致回转马达10回油腔压力升高，进油腔压力低于大气压力，油箱1的油液在大气压作用下经过单向阀II 8进入回转马达10进油腔，完成补油，防止回转马达10吸空，使制动平稳；

塔机工作伴随着系统油温升高，油温较低时无需散热，换向阀III11处于关闭状态；系统油温达到设定值时，换向阀III 11处于开启状态，当蓄能器6压力未到达设定值时，散热泵16单独给散热马达13供油；当蓄能器6压力到达设定值时，蓄能器6油液经单向阀I5、换向阀III 11、顺序阀12进入散热马达13，散热泵16卸荷，由蓄能器6单独给散热马达13供油，实现能量的再利用。

Claims

1.一种塔机回转制动能量回收及再利用液压系统，其特征在于，包括负载敏感泵、换向阀I、2个液控单向阀、2个单向阀I、蓄能器、2个换向阀II、2个单向阀II、溢流阀I、回转马达、换向阀III、顺序阀、散热马达、溢流阀II、溢流阀III、散热泵和油箱，负载敏感泵、回转马达、换向阀I、液控单向阀、换向阀II、单向阀II及油箱连接形成回转回路；回转马达、换向阀I、换向阀II、单向阀I及蓄能器连接形成制动能量回收回路；散热泵、散热马达、换向阀III、溢流阀I、溢流阀II、溢流阀III、顺序阀、单向阀I、蓄能器及油箱连接形成能量再利用回路；所述换向阀I为三位四通手动换向阀，设置在负载敏感泵的出口处，用于控制回转马达回转和制动状态的切换；所述换向阀II为二位三通液控换向阀，其两条控制油路分别连接回转马达左右两腔所在主油路，为油液回油箱和回蓄能器的选择阀；所述换向阀III为二位二通手动换向阀，设置在蓄能器出口，作为控制蓄能器油液是否进入散热马达的选择阀；所述液控单向阀的控制油路分别与回转马达正反转两种工况下的进油路相连，为回转马达提供回油背压；所述单向阀II设置在回转马达与油箱之间，作为回转马达的补油阀；所述溢流阀I为直动式溢流阀，设置在蓄能器的出口油路上，其调定压力高于蓄能器的调定压力，作为蓄能器的安全阀；所述顺序阀为外控式顺序阀，设置在蓄能器的出口油路上，其调定压力低于蓄能器的调定压力，作为控制蓄能器给散热马达供油的压力开关；所述溢流阀II为先导式溢流阀，设置在散热泵的出口油路上，作为散热泵的卸荷阀；所述溢流阀III为直动式溢流阀，设置在散热泵出口油路上，作为散热泵的安全阀。

2.根据权利要求1所述的塔机回转制动能量回收及再利用液压系统，其特征在于，回转马达处于马达工况时，负载敏感泵从油箱吸油，压力油经换向阀I、液控单向阀、换向阀II进入回转马达进油腔，回转马达的回油经换向阀II、液控单向阀、换向阀I流回油箱；回转马达处于泵工况时，换向阀I处在中位工作状态，回转马达的供油被切断，回转马达的回油经换向阀II、单向阀I进入蓄能器，完成蓄能器充液，实现制动能量回收。

3.根据权利要求1所述的塔机回转制动能量回收及再利用液压系统，其特征在于，系统油温达到设定值时，换向阀III处于开启状态，当蓄能器压力未到达设定值时，散热泵单独给散热马达供油；当蓄能器压力到达设定值时，蓄能器油液经单向阀I、换向阀III、顺序阀进入散热马达，单独给散热马达供油，实现能量的再利用。

4.根据权利要求1所述的塔机回转制动能量回收及再利用液压系统，其特征在于，当回转马达制动时，负载敏感泵停止向回转马达供油，在惯性作用下回转马达仍有转速，油箱的油液经过单向阀II进入回转马达进油腔，完成补油，防止回转马达吸空，使制动平稳。