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专利号: 2020109644993
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种挖掘机能量再生系统,其特征在于,包括:能量再生回路和挖掘机原液压系统;

所述能量再生回路包括电液比例方向阀、液压蓄能器、铲斗液压缸、斗杆液压缸、动臂液压缸、回转马达、电比例手柄、信号处理装置、控制器和压力传感器;

所述电液比例方向阀包括:第一电液比例方向阀、第二电液比例方向阀、第三电液比例方向阀、第四电液比例方向阀、第五电液比例方向阀、第六电液比例方向阀、第七电液比例方向阀、第八电液比例方向阀;所述第一电液比例方向阀的一端、所述第二电液比例方向阀的一端、所述第三电液比例方向阀的一端、所述第四电液比例方向阀的一端、所述第五电液比例方向阀的一端、所述第六电液比例方向阀的一端、所述第七电液比例方向阀的一端及所述第八电液比例方向阀的一端均通过液压管路相连通;

所述第一电液比例方向阀的另一端与所述动臂液压缸的无杆腔连接;所述第二电液比例方向阀的另一端与所述回转马达的上侧油腔连接;所述第三电液比例方向阀的另一端与所述回转马达的下侧油腔连接;所述第四电液比例方向阀的另一端与所述液压蓄能器连接;所述第五电液比例方向阀的另一端与所述斗杆液压缸的有杆腔连接;所述第六电液比例方向阀的另一端与所述斗杆液压缸的无杆腔连接;所述第七电液比例方向阀的另一端与所述铲斗液压缸的有杆腔连接;所述第八电液比例方向阀的另一端与所述铲斗液压缸的无杆腔连接;

所述动臂液压缸、所述回转马达、所述斗杆液压缸和所述铲斗液压缸均与所述挖掘机原液压系统连接;

所述压力传感器和所述挖掘机原液压系统均与所述信号处理装置连接;所述信号处理装置、所述电液比例方向阀、所述电比例手柄和所述挖掘机原液压系统均与所述控制器连接;所述压力传感器分别与所述动臂液压缸、所述回转马达、所述斗杆液压缸、所述铲斗液压缸和所述液压蓄能器相连接;所述压力传感器用于采集所述动臂液压缸、所述回转马达、所述斗杆液压缸、所述铲斗液压缸和所述液压蓄能器的压力信息,并将所述压力信息通过所述信号处理装置传送到所述控制器;

所述控制器根据所述压力信息、所述电比例手柄的操作信号和所述原液压系统的工况信号对所述挖掘机原液压系统和所述电液比例方向阀的阀门开度进行调控,对挖掘机的能量进行回收与流量再生;

所述挖掘机原液压系统包括:转速传感器、电控变量泵、原动机、铲斗联电液比例阀、斗杆联电液比例阀、动臂联电液比例阀和回转联电液比例阀;

所述原动机与所述电控变量泵通过联轴器机械连接;所述转速传感器采集所述电控变量泵的转速信息,发送到所述信号处理装置;所述电控变量泵、所述铲斗联电液比例阀、所述斗杆联电液比例阀、所述动臂联电液比例阀和所述回转联电液比例阀均与所述控制器电信号连接;

所述铲斗联电液比例阀、所述斗杆联电液比例阀、所述动臂联电液比例阀和所述回转联电液比例阀均与所述电控变量泵通过液压管路连接;所述铲斗联电液比例阀与所述铲斗液压缸连接;所述斗杆联电液比例阀与所述斗杆液压缸连接;所述动臂联电液比例阀与所述动臂液压缸连接;所述回转联电液比例阀与所述回转马达连接;

所述挖掘机原液压系统还包括:第一安全吸油阀、第二安全吸油阀、第三安全吸油阀、第四安全吸油阀、第五安全吸油阀、第六安全吸油阀、第七安全吸油阀、第八安全吸油阀;

所述第一安全吸油阀与所述回转马达的下侧油腔连接;所述第二安全吸油阀与所述回转马达的上侧油腔连接;所述第三安全吸油阀与所述动臂液压缸的有杆腔连接;所述第四安全吸油阀与所述动臂液压缸的无杆腔连接;所述第五安全吸油阀与所述斗杆液压缸的有杆腔连接;所述第六安全吸油阀与所述斗杆液压缸的无杆腔连接;所述第七安全吸油阀与所述铲斗液压缸的有杆腔连接;所述第八安全吸油阀与所述铲斗液压缸的无杆腔连接。

2.根据权利要求1所述的一种挖掘机能量再生系统,其特征在于,所述压力传感器具体包括:第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、第五压力传感器、第六压力传感器、第七压力传感器、第八压力传感器、第九压力传感器和第十压力传感器;所述第一压力传感器与所述铲斗液压缸的有杆腔连接;所述第二压力传感器与所述铲斗液压缸的无杆腔连接;所述第三压力传感器与所述斗杆液压缸的有杆腔连接;所述第四压力传感器与所述斗杆液压缸的无杆腔连接;所述第五压力传感器与所述动臂液压缸的有杆腔连接;所述第六压力传感器与所述动臂液压缸的无杆腔连接;所述第七压力传感器与所述回转马达的下侧油腔连接;所述第八压力传感器与所述回转马达的上侧油腔连接;所述第九压力传感器与所述第一电液比例方向阀的一端连接;所述第十压力传感器与所述液压蓄能器连接。

3.一种挖掘机能量再生控制方法,所述挖掘机能量回收与再生方法基于权利要求1‑2任意一项所述的一种挖掘机能量再生系统,其特征在于,所述挖掘机能量回收与再生方法包括:

获取电比例手柄的操作信号和原液压系统的工况信号;

根据电比例手柄的操作信号和原液压系统的工况信号确定回转马达、动臂液压缸、斗杆液压缸、铲斗液压缸和液压蓄能器的当前工作状态;所述操作信号包括回转联电液比例阀的电操作信号、动臂联电液比例阀的电操作信号、斗杆联电液比例阀的电操作信号、铲斗联电液比例阀的电操作信号;所述工况信号包括由压力传感器采集的回转马达进出口工作油腔的压力信号、动臂液压缸大小工作油腔的压力信号、斗杆液压缸大小油腔的压力信号、铲斗液压缸大小油腔的压力信号、第一电液比例方向阀左侧工作容腔的压力信号、液压蓄能器内的压力信号和电控变量泵的转速信号;所述当前工作状态包括动臂液压缸单独作动、回转马达单独作动、斗杆液压缸单独动作、铲斗液压缸单独动作,及动臂液压缸、回转马达、斗杆液压缸和铲斗液压缸的复合动作,液压蓄能器的充能状态;

根据所述当前工作状态对挖掘机的能量进行回收,并存储回收后的能量;所述回收后的能量包括动臂下降势能和转台制动动能所产生的液压流量;

所述根据所述当前工作状态对挖掘机的能量进行回收,并存储回收后的能量,具体包括:

当动臂液压缸单独作动时,挖掘机动臂单独下降,所述动臂液压缸产生所述下降势能液压流量,控制器通过调控第一电液比例方向阀和第四电液比例方向阀,将所述下降势能液压流量回收至液压蓄能器中,具体包括:挖掘机动臂下降时,动臂液压缸活塞杆缩回,受动臂的重力作用,所述动臂液压缸无杆腔为高压腔;若所述动臂液压缸下降且所述动臂液压缸单独动作时进行下降势能回收,控制器使动臂联电液比例阀保持关闭状态,打开第一电液比例阀与第四电液比例阀,所述动臂液压缸无杆腔与液压蓄能器之间形成通路,动臂液压缸无杆腔向液压蓄能器充入高压油以备再利用;同时,所述动臂液压缸有杆腔通过第三安全吸油阀从油箱吸油;

当回转马达单独作动时,挖掘机转台单独回转制动且回转马达的上侧工作腔为高压腔,所述回转马达产生所述制动动能液压流量,所述控制器调控第二电液比例方向阀和所述第四电液比例方向阀,将所述制动动能液压流量回收至所述液压蓄能器中;

当回转马达单独作动时,挖掘机转台单独回转制动且回转马达的下侧工作腔为高压腔,所述回转马达产生所述制动动能液压流量,所述控制器调控第三电液比例方向阀和所述第四电液比例方向阀,将所述制动动能液压流量回收至所述液压蓄能器中;

当动臂液压缸和回转马达的复合作动时,所述挖掘机动臂下降和挖掘机转台回转制动同时进行且所述回转马达的上侧工作腔为高压腔,所述控制器控制所述第一电液比例方向阀、所述第二电液比例方向阀和所述第三电液比例方向阀将所述下降势能液压流量和所述制动动能液压流量,储存到所述液压蓄能器中;

当动臂液压缸和回转马达的复合作动时,所述挖掘机动臂下降和挖掘机转台回转制动同时进行且所述回转马达的下侧工作腔为高压腔,所述控制器控制所述第一电液比例方向阀、所述第三电液比例方向阀和所述第四电液比例方向阀将所述下降势能液压流量和所述制动动能液压流量,储存到所述液压蓄能器中;

将所述回收后的能量传输至待需求液压执行器;所述待需求液压执行器包括动臂液压缸、回转马达、斗杆液压缸和铲斗液压缸。

4.根据权利要求3所述的一种挖掘机能量再生控制方法,其特征在于,所述将所述回收后的能量传输至待需求液压执行器,具体包括:当所述动臂液压缸具有流量需求时,所述控制器控制第一电液比例方向阀和第四电液比例方向阀,将所述液压蓄能器储存的所述回收后的能量,经液压管路传输到所述动臂液压缸;

当所述回转马达的上侧工作腔具有流量需求时,所述控制器控制所述第二电液比例方向阀和所述第四电液比例方向阀,将所述液压蓄能器储存的所述回收后的能量,经液压管路传输到所述回转马达的上侧工作腔;

当所述回转马达的下侧工作腔具有流量需求时,所述控制器控制所述第三电液比例方向阀和所述第四电液比例方向阀,将所述液压蓄能器储存的所述回收后的能量,经液压管路传输到所述回转马达的下侧工作腔;

当所述斗杆液压缸的无杆腔具有流量需求时,所述控制器控制所述第四电液比例方向阀和第六电液比例方向阀,将所述液压蓄能器储存的所述回收后的能量,经液压管路传输到所述斗杆液压缸的无杆腔;

当所述斗杆液压缸的有杆腔具有流量需求时,所述控制器控制所述第四电液比例方向阀和第五电液比例方向阀,将所述液压蓄能器储存的所述回收后的能量,经液压管路传输到所述斗杆液压缸的有杆腔;

当所述铲斗液压缸的无杆腔具有流量需求时,所述控制器控制所述第四电液比例方向阀和第八电液比例方向阀,将所述液压蓄能器储存的所述回收后的能量,经液压管路传输到所述铲斗液压缸的无杆腔;

当所述铲斗液压缸的有杆腔具有流量需求时,所述控制器控制所述第四电液比例方向阀和第七电液比例方向阀,将所述液压蓄能器储存的所述回收后的能量,经液压管路传输到所述铲斗液压缸的有杆腔。

5.根据权利要求3所述的一种挖掘机能量再生控制方法,其特征在于,根据电比例手柄的操作信号和原液压系统的工况信号确定回转马达、动臂液压缸、斗杆液压缸、铲斗液压缸和液压蓄能器的当前工作状态,之后还包括:当所述回转马达的上侧工作腔具有流量需求时,所述控制器控制所述第一电液比例方向阀和所述第二电液比例方向阀,将所述挖掘机动臂下降时产生的下降势能液压流量,经液压管路传输到所述回转马达的上侧工作腔;

当所述回转马达的下侧工作腔具有流量需求时,所述控制器控制所述第一电液比例方向阀和所述第三电液比例方向阀,将所述挖掘机动臂下降时产生的下降势能液压流量,经液压管路传输到所述回转马达的下侧工作腔;

当所述斗杆液压缸的无杆腔具有流量需求时,所述控制器控制所述第一电液比例方向阀和所述第六电液比例方向阀,将所述挖掘机动臂下降时产生的下降势能液压流量,经液压管路传输到所述斗杆液压缸的无杆腔;

当所述斗杆液压缸的有杆腔具有流量需求时,所述控制器控制所述第一电液比例方向阀和所述第五电液比例方向阀,将所述挖掘机动臂下降时产生的下降势能液压流量,经液压管路传输到所述斗杆液压缸的有杆腔;

当所述铲斗液压缸的无杆腔具有流量需求时,所述控制器控制所述第一电液比例方向阀和所述第八电液比例方向阀,将所述挖掘机动臂下降时产生的下降势能液压流量,经液压管路传输到所述铲斗液压缸的无杆腔;

当所述铲斗液压缸的有杆腔具有流量需求时,所述控制器控制所述第一电液比例方向阀和所述第七电液比例方向阀,将所述挖掘机动臂下降时产生的下降势能液压流量,经液压管路传输到所述铲斗液压缸的有杆腔。

6.根据权利要求3所述的一种挖掘机能量再生控制方法,其特征在于,根据电比例手柄的操作信号和原液压系统的工况信号确定回转马达、动臂液压缸、斗杆液压缸、铲斗液压缸和液压蓄能器的当前工作状态,之后还包括:当所述动臂液压缸具有流量需求时,挖掘机转台回转制动且回转马达上侧为高压腔时,控制所述第一电液比例方向阀和所述第二电液比例方向阀,将挖掘机转台回转制动时产生的所述制动动能液压流量,经液压管路传输到所述动臂液压缸;

当所述动臂液压缸具有流量需求时,挖掘机转台回转制动且回转马达下侧为高压腔时,控制所述第一电液比例方向阀和所述第三电液比例方向阀,所述将挖掘机转台回转制动时产生的所述制动动能液压流量,经液压管路传输到所述动臂液压缸;

当所述斗杆液压缸的无杆腔具有流量需求时,挖掘机转台回转制动且回转马达上侧为高压腔时,控制所述第二电液比例方向阀和所述第六电液比例方向阀,将所述挖掘机转台回转制动时产生的所述制动动能液压流量,经液压管路传输到所述斗杆液压缸的无杆腔;

当所述斗杆液压缸的有杆腔具有流量需求时,挖掘机转台回转制动且回转马达上侧为高压腔时,控制所述第二电液比例方向阀和所述第五电液比例方向阀,将挖所述掘机转台回转制动时产生的所述制动动能液压流量,经液压管路传输到所述斗杆液压缸的有杆腔;

当所述斗杆液压缸的无杆腔具有流量需求时,挖掘机转台回转制动且回转马达下侧为高压腔时,控制所述第三电液比例方向阀和所述第六电液比例方向阀,将所述挖掘机转台回转制动时产生的所述制动动能液压流量,经液压管路传输到所述斗杆液压缸的无杆腔;

当所述斗杆液压缸的有杆腔具有流量需求时,挖掘机转台回转制动且回转马达下侧为高压腔时,控制所述第三电液比例方向阀和所述第五电液比例方向阀,将所述挖掘机转台回转制动时产生的所述制动动能液压流量,经液压管路传输到所述斗杆液压缸的有杆腔;

当所述铲斗液压缸的无杆腔具有流量需求时,挖掘机转台回转制动且回转马达上侧为高压腔时,控制所述第二电液比例方向阀和所述第八电液比例方向阀,将所述挖掘机转台回转制动时产生的所述制动动能液压流量,经液压管路传输到所述铲斗液压缸的无杆腔;

当所述铲斗液压缸的有杆腔具有流量需求时,挖掘机转台回转制动且回转马达上侧为高压腔时,控制所述第二电液比例方向阀和所述第七电液比例方向阀,将所述挖掘机转台回转制动时产生的所述制动动能液压流量,经液压管路传输到所述铲斗液压缸的有杆腔;

当所述铲斗液压缸的无杆腔具有流量需求时,挖掘机转台回转制动且回转马达下侧为高压腔时,控制所述第三电液比例方向阀和所述第八电液比例方向阀,将所述挖掘机转台回转制动时产生的所述制动动能液压流量,经液压管路传输到所述铲斗液压缸的无杆腔;

当所述铲斗液压缸的有杆腔具有流量需求时,挖掘机转台回转制动且回转马达下侧为高压腔时,控制所述第三电液比例方向阀和所述第七电液比例方向阀,将所述挖掘机转台回转制动时产生的所述制动动能液压流量,经液压管路传输到所述铲斗液压缸的有杆腔。