專利名稱：一種用于均衡內(nèi)燃機(jī)輸出扭矩的液壓裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于流體傳動(dòng)領(lǐng)域，適用于負(fù)載變化劇烈的各種工程機(jī)械設(shè)備，尤其是 各種大功率工程機(jī)械，例如液壓挖掘機(jī)、推土機(jī)、裝載機(jī)等。通過(guò)在小負(fù)載時(shí)存儲(chǔ)能量， 在大負(fù)載時(shí)釋放能量，本裝置可以用來(lái)調(diào)節(jié)這些設(shè)備中內(nèi)燃機(jī)的輸出扭矩，使內(nèi)燃機(jī)的 輸出扭矩趨于平穩(wěn)，同時(shí)又能滿足變化劇烈的負(fù)載功率需求，從而在這些設(shè)備的設(shè)計(jì)中 可以選用小功率內(nèi)燃機(jī)，達(dá)到降低成本和節(jié)約能源的目的。
技術(shù)背景在許多機(jī)械設(shè)備中，由于負(fù)載的變化，導(dǎo)致原動(dòng)機(jī)的輸出扭矩也隨之發(fā)生大幅度的 變化。例如，在工程機(jī)械如液壓挖掘機(jī)、推土機(jī)、裝載機(jī)中，其負(fù)載變化非常大，導(dǎo)致 驅(qū)動(dòng)這些設(shè)備的內(nèi)燃機(jī)的輸出扭矩也發(fā)生很大變化。在以往通常的設(shè)計(jì)中，為滿足這些 設(shè)備的正常工作要求，必須按照可能出現(xiàn)的最大負(fù)載來(lái)選擇內(nèi)燃機(jī)。而在實(shí)際工作過(guò)程 中，這些設(shè)備上的平均負(fù)載功率并不大，遠(yuǎn)小于最大負(fù)載功率。因此，按照最大負(fù)載功 率選擇的內(nèi)燃機(jī)功率在整個(gè)工作過(guò)程中的大部分時(shí)間里就顯得過(guò)大，導(dǎo)致內(nèi)燃機(jī)在大部 分時(shí)間內(nèi)都工作在低效區(qū)，使燃油得不到充分利用，造成能源的浪費(fèi)。另外，大功率柴 油機(jī)還將導(dǎo)致制造成本的上升。在以往通常的設(shè)計(jì)中，這是為滿足最大負(fù)載功率的要求 而必須付出的代價(jià)，因此形成了滿足最大負(fù)載功率需求與制造成本上升和節(jié)約能源之間 的矛盾。為解決以上所提到的矛盾，通常在設(shè)備中附加儲(chǔ)能環(huán)節(jié)來(lái)調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的輸出扭矩。 例如，在柴油機(jī)的輸出端附加一個(gè)大慣量飛輪，可以使柴油機(jī)的輸出扭矩趨于平穩(wěn)。為 提高飛輪的儲(chǔ)能，通常采用加大轉(zhuǎn)速和加大慣量的方式，但由于受內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速限制，因 此通過(guò)轉(zhuǎn)速提高儲(chǔ)能效果有限；如果采用加大飛輪慣量的方法，則飛輪的體積和重量由于受機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，取得的效果也有限。因此，也有的設(shè)備采用可充電電池或超級(jí)電 容作為儲(chǔ)能元件，例如混合動(dòng)力汽車。但電池由于受到目前技術(shù)發(fā)展的限制，其容量和 單體電壓偏低，用于大功率設(shè)備時(shí)體積較大，成本較高，而且可重復(fù)充電次數(shù)不高，而 且與之對(duì)應(yīng)的功率電路復(fù)雜，成本也較高。如果采用超級(jí)電容作為儲(chǔ)能元件，雖然在充 電壽命上遠(yuǎn)高于電池，但單體電壓也是偏低，用于功率較大的設(shè)備時(shí)也存在體積龐大、 電路復(fù)雜、成本高昂的的缺點(diǎn)。除次之外，飛輪電池也是一種選擇，但這種技術(shù)目前在 大功率設(shè)備上應(yīng)用還不成熟，成本也是居高不下。目前還有一種比較成熟的儲(chǔ)能方式是采用液壓蓄能器，適用于采用液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械 設(shè)備，通常用于液壓混合動(dòng)力汽車。通過(guò)在小負(fù)載時(shí)向蓄能器內(nèi)蓄能，在大負(fù)載時(shí)利用 蓄能器中儲(chǔ)存的能量輔助內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以在采用小功率內(nèi)燃機(jī)的條件下滿足短時(shí)間內(nèi) 大負(fù)載功率的需求。另外，這種蓄能方式還廣泛用于液壓混合動(dòng)力車輛制動(dòng)能量的回收。 但這些裝置一方面具有較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)，通常采用靜壓傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)方案，另一 方面沒(méi)有考慮工程機(jī)械的工作特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，不適合工程機(jī)械應(yīng)用，尚未有一種適用 于負(fù)載變化劇烈的工程機(jī)械設(shè)備的蓄能系統(tǒng)。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決現(xiàn)有采用液壓蓄能器的蓄能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不適合工程機(jī)械應(yīng)用 的問(wèn)題，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適合工程機(jī)械應(yīng)用的采用液壓蓄能器的用于均衡內(nèi)燃機(jī)輸 出扭矩的液壓裝置。本實(shí)用新型所述的一種用于均衡內(nèi)燃機(jī)輸出扭矩的液壓裝置，包括相互連接的液壓 泵、蓄能器，所述的液壓泵的輸入軸與內(nèi)燃機(jī)輸出軸間接連接，所述的蓄能器上裝有壓 力傳感器，所述的液壓泵的進(jìn)口通過(guò)第一單向閥連接油箱，第一單向閥允許液壓油的流 動(dòng)方向是從油箱到所述的液壓泵的進(jìn)口；同時(shí)液壓泵的進(jìn)口通過(guò)第一液控單向閥連接蓄 能器的進(jìn)口，在沒(méi)有液控信號(hào)的條件下第一液控單向閥允許的液壓油流動(dòng)方向是從所述的液壓泵的進(jìn)口到蓄能器；液壓泵的出口通過(guò)第二單向闊連接蓄能器的進(jìn)口，第二單向 閥允許的液壓油流動(dòng)方向是從所述的液壓泵的出口到蓄能器;液壓泵的出口通過(guò)第二液 控單向閥連接油箱，在沒(méi)有液控信號(hào)的條件下第二液控單向閥允許的液壓油流動(dòng)方向是 從油箱到所述的液壓泵的出口；液壓泵的出口還通過(guò)一個(gè)液控或電磁截止閥連接油箱； 所述的壓力傳感器的輸出連接控制電路，控制電路的輸出連接所述的截止閥的切換開 關(guān)；所述的第一液控單向閥、第二液控單向閥的控制口連接所述的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的工程機(jī) 械的液壓系統(tǒng)的先導(dǎo)壓力信號(hào)Pi。進(jìn)一步，所述的第一液控單向閥、第二液控單向閥可以是液控或電磁截止閥。更進(jìn)一步，所述的蓄能器的出口通過(guò)溢流闊連接油箱。考慮到工程機(jī)械設(shè)備通常都采用液壓驅(qū)動(dòng)，本實(shí)用新型采用了液壓蓄能器作為儲(chǔ)能 元件，利用一個(gè)與工程機(jī)械柴油機(jī)直接或間接相連的液壓泵完成小負(fù)載功率時(shí)的儲(chǔ)能， 同時(shí)液壓泵也能工作在馬達(dá)狀態(tài)，由蓄能器驅(qū)動(dòng)，作為柴油機(jī)的輔助動(dòng)力以滿足大功率 負(fù)載需求。本實(shí)用新型提出的液壓控制結(jié)構(gòu)，通過(guò)兩個(gè)單向閥、兩個(gè)液控單向閥或兩個(gè) 液控或電磁截止閥、 一個(gè)溢流閥、 一個(gè)電磁截止閥或液控截止閥，在工程機(jī)械先導(dǎo)操縱 壓力的控制下，在沒(méi)有先導(dǎo)壓力或工程機(jī)械不動(dòng)作時(shí)由所實(shí)用新型裝置中的泵向蓄能器 儲(chǔ)能，在有先導(dǎo)壓力或工程機(jī)械有動(dòng)作時(shí)此泵則變成馬達(dá)狀態(tài)，由蓄能器驅(qū)動(dòng)作為柴油 機(jī)的輔助驅(qū)動(dòng)，以滿足此時(shí)大扭矩負(fù)載的需求。通過(guò)在工程機(jī)械沒(méi)有操作或沒(méi)有動(dòng)作時(shí) 向蓄能器蓄能，在工程機(jī)械有操作或有動(dòng)作時(shí)蓄能器向外釋放能量作為柴油機(jī)的輔助動(dòng) 力，從而使柴油機(jī)輸出扭矩趨于平均。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠，適用于負(fù)載變化劇烈的工程機(jī)械，能 夠使工程機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)中采用小功率發(fā)動(dòng)機(jī)，使發(fā)動(dòng)機(jī)的效率更高，更節(jié)省燃油，同 時(shí)也降低了發(fā)動(dòng)機(jī)成本。


以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。圖l是本實(shí)用新型的系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖。圖2是本實(shí)用新型的第二種系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖。圖3是工程機(jī)械的操縱信號(hào)和系統(tǒng)負(fù)載功率關(guān)系圖。圖4是本實(shí)用新型的一種應(yīng)用實(shí)例。圖中，l.液壓泵，2.第一單向閥，3.第一液控單向閥，4.蓄能器，5. 第二單向閥，6.第二液控單向閥，7.壓力傳感器，8.溢流閥，9.油箱， 10.電磁截止閥，ll.主泵，12.柴油機(jī)，13.工程機(jī)械主液壓回路。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一參照?qǐng)D1、 3、 4:本實(shí)施例所述的一種用于均衡內(nèi)燃機(jī)輸出扭矩的液壓裝置，包括相互連接的液壓泵1、蓄能器4，所述的液壓泵l的輸入軸與內(nèi)燃機(jī)輸出軸連接，所述的蓄能器4上裝有 壓力傳感器7，所述的液壓泵1的進(jìn)口通過(guò)第一單向閥2連接油箱9，第一單向閥允許 液壓油的流動(dòng)方向是從油箱到所述的液壓泵的進(jìn)口 ；液壓泵1的進(jìn)口通過(guò)第一液控單向 闊3連接蓄能器4的進(jìn)口 ，在沒(méi)有液控信號(hào)的條件下第一液控單向閥允許的液壓油流動(dòng) 方向是從所述的液壓泵的進(jìn)口到蓄能器;液壓泵1的出口通過(guò)第二單向閥5連接蓄能器 4的進(jìn)口，第二單向閥允許的液壓油流動(dòng)方向是從所述的液壓泵的出口到蓄能器；液壓 泵l的出口通過(guò)第二液控單向閥6連接油箱9，在沒(méi)有液控信號(hào)的條件下第二液控單向 閥允許的液壓油流動(dòng)方向是從油箱到所述的液壓泵的出口；液壓泵l的出口通過(guò)截止閥 10連接油箱9;所述的壓力傳感器7的輸出連接控制電路，控制電路的輸出連接所述的截止閥10的切換開關(guān)；所述的第一液控單向閥3、第二液控單向閥6的控制口連接所述的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的工程機(jī)械的液壓系統(tǒng)的先導(dǎo)壓力信號(hào)Pi。第一液控單向閥3、第二液控單向閥6受先導(dǎo)壓力信號(hào)Pi的控制，電磁截止閥10受電 壓信號(hào)Pe的控制。在圖3中，表示出了先導(dǎo)壓力信號(hào)Pi與系統(tǒng)負(fù)載壓力Put間的關(guān)系，當(dāng)先導(dǎo)壓力信號(hào) Pi上升時(shí)，通常系統(tǒng)負(fù)載壓力R也會(huì)上升。將先導(dǎo)壓力信號(hào)Pi接到第一液控單向閥3、第二液控單向閥6的控制口上，用先導(dǎo)壓 力信號(hào)Pi控制第一液控單向閥3、第二液控單向閥6。當(dāng)先導(dǎo)壓力信號(hào)Pi為零壓時(shí)，第一 液控單向閥3和第二液控單向閥6與普通單向閥一樣，液壓油只能單向流動(dòng)，油箱9中的 液壓油經(jīng)由第一單向閥2進(jìn)入液壓泵1，此時(shí)如果蓄能器4中壓力還沒(méi)有達(dá)到溢流閥8的開 啟壓力，而且電壓信號(hào)Pc控制截止閥ll處于關(guān)斷狀態(tài)，液壓泵l輸出的液壓油經(jīng)由第二 單向閥5流入蓄能器4，完成儲(chǔ)能過(guò)程。在蓄能器4的出口處，安裝有壓力傳感器7以檢測(cè) 蓄能器4中的壓力。當(dāng)壓力傳感器7檢測(cè)到蓄能器4中的壓力升高到某一個(gè)設(shè)定值P,時(shí)， 則控制電壓信號(hào)Pe打開截止閥lO，使液壓泵1輸出的液壓油直接通過(guò)截止闊10回油箱， 實(shí)現(xiàn)卸荷。此時(shí)，如果先導(dǎo)壓力信號(hào)P,依然為零壓，使第一液控單向閥3、第二液控單 向閥6仍然處于單向狀態(tài)，則蓄能器4中的壓力始終保持在這一設(shè)定值。當(dāng)開始操縱設(shè)備 時(shí)，先導(dǎo)壓力信號(hào)Pi不再為零壓，因此會(huì)控制第一液控單向閥3、第二液控單向閥6處于 雙向?qū)顟B(tài)。由于第二單向閥5的作用，蓄能器4中的液壓油不會(huì)流入液壓泵1的出口， 而是通過(guò)第一液控單向閥3流入液壓泵1的入口處。由于第一單向閥2的作用，液壓泵l 完全由蓄能器4中的高壓油驅(qū)動(dòng)而變?yōu)轳R達(dá)運(yùn)行狀態(tài)，液壓泵1輸出的液壓油此時(shí)直接通 過(guò)第二液控單向闊6回到油箱9。在液壓泵l變?yōu)轳R達(dá)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，'蓄能器4中的壓力會(huì)不 斷降低，當(dāng)降低到比設(shè)定值Pi更低的P2時(shí)，由壓力傳感器7檢測(cè)出來(lái)，然后控制電壓信號(hào) Pc關(guān)斷電磁截止閥lO，為蓄能器4的蓄能過(guò)程做好準(zhǔn)備。當(dāng)設(shè)備工作裝置暫時(shí)停止工 作時(shí)，先導(dǎo)壓力信號(hào)Pi回到零壓，第一液控單向閥3、第二液控單向閥6又回到單向?qū)?狀態(tài)，使液壓泵l重新回到泵工作狀態(tài)，給蓄能器4補(bǔ)充液壓油，進(jìn)入蓄能狀態(tài)，直到蓄能器中的壓力達(dá)到設(shè)定值Pi或先導(dǎo)操縱信號(hào)不為O為止。通過(guò)以上的運(yùn)行過(guò)程，就可以實(shí)現(xiàn)在有先導(dǎo)操縱信號(hào)時(shí)，由蓄能器釋放能量以輔助 內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械設(shè)備，沒(méi)有先導(dǎo)操縱信號(hào)時(shí)，由蓄能器吸收能量以充分利用內(nèi)燃機(jī)功率， 從而實(shí)現(xiàn)均衡內(nèi)燃機(jī)輸出扭矩的作用。通常工程機(jī)械動(dòng)力系統(tǒng)由主液壓泵ll，柴油機(jī)12和主液壓回路13組成，本實(shí)施例 中的液壓泵l與主泵ll共軸串聯(lián)安裝，通過(guò)連軸器與柴油機(jī)12的輸出軸相連，由柴油機(jī) 12的輸出軸驅(qū)動(dòng)。在這種連接方式下，當(dāng)沒(méi)有先導(dǎo)操縱信號(hào)時(shí)，先導(dǎo)壓力信號(hào)Pi為零， 主泵ll負(fù)載較輕，柴油機(jī)12的部分輸出功率用來(lái)驅(qū)動(dòng)液壓泵1向蓄能器4蓄能；當(dāng)對(duì)工 程機(jī)械進(jìn)行操作時(shí)，先導(dǎo)壓力信號(hào)P,不為零，主泵ll的負(fù)載較大，第一液控單向閥3、 第二液控單向閥6在先導(dǎo)壓力信號(hào)Pi的作用下雙向?qū)?，使液壓泵l工作在馬達(dá)狀態(tài)，由 蓄能器4中的高壓液壓油驅(qū)動(dòng)，輔助柴油機(jī)12共同驅(qū)動(dòng)主泵11，從而實(shí)現(xiàn)均衡柴油機(jī)12 輸出扭矩的作用。 實(shí)施例二參照?qǐng)D2、 3、 4:在本實(shí)施例中，用液控截止閥3A和6A代替前例中的第一液控單向閥 3、第二液控單向閥6，起到同樣的作用。 其余與前例相同。
權(quán)利要求1. 一種用于均衡內(nèi)燃機(jī)輸出扭矩的液壓裝置，包括相互連接的液壓泵、蓄能器，所述的液壓泵的輸入軸與內(nèi)燃機(jī)輸出軸間接連接，所述的蓄能器上裝有壓力傳感器，其特征在于所述的液壓泵的進(jìn)口通過(guò)第一單向閥連接油箱，第一單向閥允許液壓油的流動(dòng)方向是從油箱到所述的液壓泵的進(jìn)口；同時(shí)液壓泵的進(jìn)口通過(guò)第一液控單向閥連接蓄能器的進(jìn)口，在沒(méi)有液控信號(hào)的條件下第一液控單向閥允許的液壓油流動(dòng)方向是從所述的液壓泵的進(jìn)口到蓄能器；液壓泵的出口通過(guò)第二單向閥連接蓄能器的進(jìn)口，第二單向閥允許的液壓油流動(dòng)方向是從所述的液壓泵的出口到蓄能器；液壓泵的出口通過(guò)第二液控單向閥連接油箱，在沒(méi)有液控信號(hào)的條件下第二液控單向閥允許的液壓油流動(dòng)方向是從油箱到所述的液壓泵的出口；液壓泵的出口還通過(guò)一個(gè)液控或電磁截止閥連接油箱；所述的壓力傳感器的輸出連接控制電路，控制電路的輸出連接所述的截止閥的切換開關(guān)；所述的第一液控單向閥、第二液控單向閥的控制口連接所述的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的工程機(jī)械的液壓系統(tǒng)的先導(dǎo)壓力信號(hào)Pi
2. 如權(quán)利要求1所述的一種用于均衡內(nèi)燃機(jī)輸出扭矩的液壓裝置，其特征 在于所述的第一液控單向閥、第二液控單向閥可以是液控或電磁截止閥。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的一種用于均衡內(nèi)燃機(jī)輸出扭矩的液壓裝置，其特 征在于所述的蓄能器的出口通過(guò)溢流閥連接油箱。
專利摘要本實(shí)用新型所述的一種用于均衡內(nèi)燃機(jī)輸出扭矩的液壓裝置，包括相互連接的液壓泵、蓄能器，所述的液壓泵的輸入軸與內(nèi)燃機(jī)輸出軸連接，所述的蓄能器上裝有壓力傳感器，所述的液壓泵的進(jìn)口通過(guò)第一單向閥連接油箱，液壓泵的進(jìn)口通過(guò)第一液控單向閥連接蓄能器的進(jìn)口，液壓泵的出口通過(guò)第二單向閥連接蓄能器的進(jìn)口，液壓泵的出口通過(guò)第二液控單向閥連接油箱，液壓泵的出口通過(guò)截止閥連接油箱；所述的壓力傳感器的輸出連接控制電路，控制電路的輸出連接所述的截止閥的切換開關(guān)；所述的第一液控單向閥、第二液控單向閥的控制口連接受所述的內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的工程機(jī)械的液壓系統(tǒng)的先導(dǎo)壓力信號(hào)P_i。
文檔編號(hào)F15B15/18GK201095777SQ20072010587
公開日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2007年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月23日
發(fā)明者峰 高 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)