本實用新型是一種挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)動能回收及補(bǔ)油裝置，用于混合動力挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)，屬于工程機(jī)械領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
液壓挖掘機(jī)在工程技術(shù)領(lǐng)域有十分廣泛的應(yīng)用，但同時它又具有高油耗等缺點。所以液壓系統(tǒng)挖掘機(jī)的節(jié)能研究迫在眉睫。
挖掘機(jī)在回轉(zhuǎn)馬達(dá)制動時，由于慣性力的原因，回轉(zhuǎn)馬達(dá)并不會馬上停止轉(zhuǎn)動，它在繼續(xù)回轉(zhuǎn)的時候壓縮回轉(zhuǎn)馬達(dá)出油口油液，使回轉(zhuǎn)馬達(dá)出油口產(chǎn)生瞬間高壓，并從溢流閥溢流掉，而回轉(zhuǎn)馬達(dá)由于繼續(xù)回轉(zhuǎn)，由于制動時液控?fù)Q向閥已經(jīng)關(guān)閉，回轉(zhuǎn)馬達(dá)進(jìn)油口需要補(bǔ)油，此時溢流閥溢流掉的高壓油液可以通過單向閥給回轉(zhuǎn)馬達(dá)補(bǔ)油。這就存在了以高壓油液為只需要低壓油液的回轉(zhuǎn)馬達(dá)進(jìn)口腔補(bǔ)油，存在浪費。而挖掘機(jī)最基本的工作就是90°裝車，此時回轉(zhuǎn)馬達(dá)需頻繁制動，一個周期約16s的時間內(nèi)可以產(chǎn)生兩次制動，長久工作下，回轉(zhuǎn)馬達(dá)制動溢流浪費掉的高壓非?？捎^，如果能回收制動時產(chǎn)生的高壓油液，并通過別的油路為馬達(dá)提供低壓油液，勢必能節(jié)省挖掘機(jī)能量消耗。
已有專利在挖掘機(jī)的能量回收方面做了有益的探索，但也存在很多明顯的不足。如在回轉(zhuǎn)馬達(dá)回收能量過程中，會使回轉(zhuǎn)制動時的制動性能顯著降低。在回轉(zhuǎn)馬達(dá)動能回收時，高壓油液經(jīng)順序閥進(jìn)入蓄能器，順序閥的設(shè)定壓力要低于回轉(zhuǎn)馬達(dá)兩側(cè)的溢流閥設(shè)定壓力方可實現(xiàn)能量回收。而順序閥壓力設(shè)置過低，則回收的油液體積較多，馬達(dá)制動的角度也會變大，影響馬達(dá)的制動效果。但如果將溢流閥調(diào)高，將順序閥壓力也調(diào)的跟原系統(tǒng)一樣，則在回收時制動效果雖然一樣，但是如果切換回原系統(tǒng)，則對原系統(tǒng)制動效果造成影響，嚴(yán)重的情況可能造成回轉(zhuǎn)馬達(dá)損壞。已有專利沒能解決“馬達(dá)回轉(zhuǎn)動能回收”與“馬達(dá)制動效果下降”這對矛盾。而且由于將制動時溢流的油液回收，則馬達(dá)沒回收的一側(cè)若補(bǔ)油壓力或補(bǔ)油流量不夠就很容易引起回轉(zhuǎn)馬達(dá)吸空。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本實用新型的目的是在于解決傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)馬達(dá)制動時溢流能量回收時產(chǎn)生的制動力矩較原系統(tǒng)小，制動角度大的問題。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所采用的技術(shù)方案：一種挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)動能回收及補(bǔ)油裝置及其方法，包括先導(dǎo)泵、主泵、發(fā)動機(jī)、液控?fù)Q向閥、順序閥、蓄能器、開關(guān)閥、梭閥、第一溢流閥、第一單向閥、回轉(zhuǎn)馬達(dá)、第二單向閥、第二溢流閥、補(bǔ)油蓄能器、第一減壓閥、第二減壓閥、模式切換閥和安全閥。
先導(dǎo)泵的進(jìn)油口與油箱相連，先導(dǎo)泵的出油口與模式切換閥P口相連，模式切換閥的A口分別與第一減壓閥和第二減壓閥的進(jìn)油口相連，第一減壓閥的出油口分別與第一溢流閥和第二溢流閥的控制油口相連；第二減壓閥的出油口與補(bǔ)油蓄能器相連，補(bǔ)油蓄能器分別與第一單向閥、第二單向閥的進(jìn)油口相連，模式切換閥的T口分別與補(bǔ)油蓄能器、第一單向閥和第二單向閥的進(jìn)油口相連，模式切換閥的T口與油箱相連；
安全閥的進(jìn)油口與先導(dǎo)泵的出油口相連，安全閥的出油口與油箱相連；
發(fā)動機(jī)與主泵、先導(dǎo)泵相連，主泵的進(jìn)油口與油箱相連，主泵的出油口與液控?fù)Q向閥的P口相連，液控?fù)Q向閥的T口與油箱相連；
液控?fù)Q向閥的A口分別與梭閥的一個進(jìn)油口、第一溢流閥的進(jìn)油口、第一單向閥的出油口和回轉(zhuǎn)馬達(dá)的A口相連，液控?fù)Q向閥的B口分別與梭閥的另一個進(jìn)油口、第二溢流閥的進(jìn)油口、第二單向閥的出油口和回轉(zhuǎn)馬達(dá)的B口相連；
梭閥的出油口與開關(guān)閥的進(jìn)油口相連，開關(guān)閥的出油口與順序閥的進(jìn)油口相連，順序閥的出油口與蓄能器相連。
進(jìn)一步地，第一溢流閥和第二溢流閥是先導(dǎo)式溢流閥。
進(jìn)一步地，模式切換閥為二位四通手動換向閥或二位四通電磁換向閥。
進(jìn)一步地，模式切換閥工作在彈簧位時，P口和A口連通，T口與B口均關(guān)閉，模式切換閥工作在得電位時，P口與A口均關(guān)閉，T口和B口連通；
進(jìn)一步地，模式切換閥和開關(guān)閥的控制類型相同，即同為液控或者電控，且兩者處于同時打開或同時關(guān)閉。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有的有益效果是：
現(xiàn)有技術(shù)采用的能量回收原理是通過設(shè)定壓力較原系統(tǒng)溢流閥壓力小的順序閥來回收油液，設(shè)定壓力越大，則制動效果越好，但所能回收的油液體積越小，一般是以2MPa的壓差來設(shè)定順序閥的調(diào)定壓力。但是這種方式由于順序設(shè)定壓力較小，制動效果差，不能滿足挖掘機(jī)實際工作要求，而即使順序閥設(shè)定壓力與原系統(tǒng)溢流閥設(shè)定壓力相等，部分油液從溢流閥溢流，所能回收的油液體積大大減少。本實用新型通過先導(dǎo)泵與減壓閥為溢流閥提供液控壓力，使溢流閥設(shè)定壓力較高，并且使順序閥設(shè)定的壓力與原系統(tǒng)溢流閥設(shè)定壓力相等，使得能量回收時制動特性與原系統(tǒng)相等，改善了操作特性。
通過控制器控制開關(guān)閥、模式切換閥能夠使挖掘機(jī)在“普通”模式與“動能回收”模式之間切換，以防“動能回收”模式某元件出現(xiàn)故障，挖掘機(jī)仍然能以“普通”模式正常工作。而且在動能回收的同時通過先導(dǎo)泵與補(bǔ)油蓄能器同時為回轉(zhuǎn)馬達(dá)補(bǔ)油，避免了回轉(zhuǎn)動能回收時的吸空問題。并且模式切換閥關(guān)閉的同時，蓄能器也能通過模式切換閥進(jìn)行卸荷，以防蓄能器長期儲存油液縮短蓄能器使用壽命。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，元件少，控制方法簡單，性能可靠。
附圖說明
圖1為本實用新型控制系統(tǒng)的原理框圖。
圖中，1先導(dǎo)泵，2主泵，3發(fā)動機(jī)，4液控?fù)Q向閥，6順序閥，7蓄能器，5開關(guān)閥，8梭閥，9第一溢流閥，10第一單向閥，11回轉(zhuǎn)馬達(dá)，13第二單向閥，14第二溢流閥，12補(bǔ)油蓄能器，15第一減壓閥，16第二減壓閥，17模式切換閥，18安全閥。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖1對本實用新型的具體實施方式進(jìn)行說明。
如圖1所示，一種挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)動能回收及補(bǔ)油裝置及其方法，包括先導(dǎo)泵1、主泵2、發(fā)動機(jī)3、液控?fù)Q向閥4、順序閥6、蓄能器7、開關(guān)閥5、梭閥8、第一溢流閥9、第一單向閥10、回轉(zhuǎn)馬達(dá)11、第二單向閥13、第二溢流閥14、補(bǔ)油蓄能器12、第一減壓閥15、第二減壓閥16、模式切換閥17和安全閥18。
先導(dǎo)泵1的進(jìn)油口與油箱相連，先導(dǎo)泵1的出油口與模式切換閥17P口相連，模式切換閥17的A口分別與第一減壓閥15和第二減壓閥16的進(jìn)油口相連，第一減壓閥15的出油口分別與第一溢流閥9和第二溢流閥14的控制油口相連；第二減壓閥16的出油口與補(bǔ)油蓄能器12相連，補(bǔ)油蓄能器12分別與第一單向閥10、第二單向閥13的進(jìn)油口相連，模式切換閥17的T口分別與補(bǔ)油蓄能器12、第一單向閥10和第二單向閥13的進(jìn)油口相連，模式切換閥17的T口與油箱相連；
安全閥18的進(jìn)油口與先導(dǎo)泵1的出油口相連，安全閥18的出油口與油箱相連；
發(fā)動機(jī)3與主泵2、先導(dǎo)泵1相連，主泵2的進(jìn)油口與油箱相連，主泵2的出油口與液控?fù)Q向閥4的P口相連，液控?fù)Q向閥4的T口與油箱相連；
液控?fù)Q向閥4的A口分別與梭閥8的一個進(jìn)油口、第一溢流閥9的進(jìn)油口、第一單向閥10的出油口和回轉(zhuǎn)馬達(dá)11的A口相連，液控?fù)Q向閥4的B口分別與梭閥8的另一個進(jìn)油口、第二溢流閥14的進(jìn)油口、第二單向閥13的出油口和回轉(zhuǎn)馬達(dá)11的B口相連；
梭閥8的出油口與開關(guān)閥5的進(jìn)油口相連，開關(guān)閥5的出油口與順序閥6的進(jìn)油口相連，順序閥的出油口6與蓄能器7相連。
進(jìn)一步地，第一溢流閥9和第二溢流閥14是先導(dǎo)式溢流閥。
進(jìn)一步地，模式切換閥17為二位四通手動換向閥或二位四通電磁換向閥。
進(jìn)一步地，模式切換閥工作在彈簧位時，P口和A口連通，T口與B口均關(guān)閉，模式切換閥工作在得電位時，P口與A口均關(guān)閉，T口和B口連通；
進(jìn)一步地，模式切換閥17和開關(guān)閥5的控制類型相同，即同為液控或者電控，且兩者處于同時打開或同時關(guān)閉。
所述裝置的回轉(zhuǎn)動能回收及補(bǔ)油過程如下：
模式切換閥17和開關(guān)閥5處于失電狀態(tài)時，此時處于“普通”模式，第一溢流閥9和第二溢流閥14的先導(dǎo)控制腔無壓力，第一溢流閥9和第二溢流閥14的設(shè)定壓力根據(jù)彈簧預(yù)緊力調(diào)節(jié)；以回轉(zhuǎn)馬達(dá)11從A口進(jìn)油為例，當(dāng)回轉(zhuǎn)馬達(dá)11制動時，由于慣性力的原因，回轉(zhuǎn)馬達(dá)11并不會馬上停止轉(zhuǎn)動，它在繼續(xù)回轉(zhuǎn)的時候壓縮回轉(zhuǎn)馬達(dá)11出油口B口油液，使回轉(zhuǎn)馬達(dá)11B口產(chǎn)生瞬間高壓，并從第二溢流閥14溢流，通過第一單向閥10向回轉(zhuǎn)馬達(dá)11A口補(bǔ)油。
當(dāng)模式切換閥17和開關(guān)閥5得電時，此時處于“動能回收”模式，此時先導(dǎo)油經(jīng)第一減壓閥15、第二減壓閥16分別與第一溢流閥、第二溢流閥的先導(dǎo)口、補(bǔ)油蓄能器相連。由于先導(dǎo)油的作用，此時第一溢流閥9、第二溢流閥14的設(shè)定壓力根據(jù)彈簧預(yù)緊力與第一減壓閥15設(shè)定的壓力共同調(diào)定，比“普通”模式中第一溢流閥9、第二溢流閥14的設(shè)定壓力高出ΔP，ΔP為第一減壓閥15調(diào)定的壓力，順序閥6的開啟壓力設(shè)置與“普通”模式中第一溢流閥9、第二溢流閥14的設(shè)定壓力相等。當(dāng)回轉(zhuǎn)馬達(dá)11制動時，產(chǎn)生的瞬間高壓油液從設(shè)定壓力更低的順序閥6經(jīng)單向閥到蓄能器7，從而實現(xiàn)回收回轉(zhuǎn)馬達(dá)11制動時溢流浪費掉的高壓壓力。
在挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)動能回收過程中，由于在馬達(dá)急停瞬間，高壓腔油液回收至蓄能器7，低壓腔若不能及時補(bǔ)油或補(bǔ)油流量不夠就會出現(xiàn)吸空現(xiàn)象。為避免吸空現(xiàn)象發(fā)生，在模式切換閥17切換至“動能回收”模式時，先導(dǎo)泵1出口油液經(jīng)第二減壓閥16到補(bǔ)油蓄能器12，并經(jīng)第一單向閥10或第二單向閥13為回轉(zhuǎn)馬達(dá)11補(bǔ)油。補(bǔ)油蓄能器12的作用是儲存補(bǔ)油油液，由于回轉(zhuǎn)馬達(dá)11制動時，需要很大流量的補(bǔ)油油液，而先導(dǎo)泵1的排量較小，補(bǔ)油油液不夠，所以需要增加補(bǔ)油蓄能器12，在馬達(dá)非制動時間時，儲存足夠油液并在回轉(zhuǎn)馬達(dá)11制動時提供大流量補(bǔ)油油液，確保吸空現(xiàn)象不會發(fā)生。同時，為保護(hù)蓄能器，在先導(dǎo)泵與蓄能器之間設(shè)置第二減壓閥16，以免蓄能器壓力過高對壽命造成損害。并且模式切換閥關(guān)閉的同時，蓄能器也能通過模式切換閥進(jìn)行卸荷，以防蓄能器長期儲存油液縮短蓄能器使用壽命。
本實用新型通過控制器控制開關(guān)閥5、模式切換閥17能夠使挖掘機(jī)在“普通”模式與“動能回收”模式，“動能回收”模式時解決了傳統(tǒng)方法挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)動能回收過程中制動效果差的問題。而先導(dǎo)泵1與補(bǔ)油蓄能器12同時為回轉(zhuǎn)馬達(dá)補(bǔ)油，避免了回轉(zhuǎn)動能回收時的吸空問題。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，元件少，控制方法簡單，性能可靠。