1.一种大型液压挖掘机的重载动臂势能回收利用系统,在原动臂液压系统上设有能量回收利用系统构成,其特征在于:所述原动臂液压系统包括动臂(4)和动臂油缸(5)、主阀(6),主泵(7)和发动机(8),其中动臂(4)和动臂油缸(5)相互匹配构成的完整液压臂,动臂油缸(5)中被动臂(4)的活塞分为有杆腔和无杆腔,有杆腔和无杆腔的管路分别通过主阀(6)与主泵(7)连接,主泵(7)与发动机(8)连接;
所述的能量回收利用系统包括顺序连接的变量马达(1)、蓄能器(2)和控制阀组(3),其中变量马达(1)设置在主泵(7)与发动机(8)之间,变量马达(1)与发动机(8)组成混合动力共同驱动主泵(7)从而低发动机(8)的能耗;
所述控制阀组(3)包括第一单向阀(3.1)、液控单向阀(3.2)、比例方向阀(3.3)、第二单向阀(3.4)和电磁换向阀(3.5),其中第一单向阀(3.1)和液控单向阀(3.2)同向并排设置,第一单向阀(3.1)和液控单向阀(3.2)的入口端分别与动臂油缸(5)的有杆腔和无杆腔相连接从而构成差动回路,第一单向阀(3.1)和液控单向阀(3.2)的出口端通过三通匀与比例方向阀(3.3)的入口端相连接,比例方向阀(3.3)的输出端与第二单向阀(3.4)的入口端相连接,蓄能器(2)经过电磁换向阀(3.5)管路连接变量马达(1),第二单向阀(3.4)的出口端与蓄能器(2)和电磁换向阀(3.5)之间的管路相连接;动臂油缸(5)的无杆腔的一部分高压油液通过差动回路流入有杆腔,以实现动臂的流量再生,另一部分高压油液进入蓄能器(2)和变量马达(1),该差动回路可使进入蓄能器(2)的油液体积减少50%,使油液压力增加1倍。
2.根据权利要求1所述的大型液压挖掘机的重载动臂势能回收利用系统,其特征在于:
所述第二单向阀(3.4)、有杆腔和无杆腔上均设有压力传感器(10),变量马达(1)与发动机(8)之间设有转速扭矩仪(11);比例方向阀(3.3)、所有传感器(10)、变量马达(1)和转速扭矩仪(11)分别通过线路连接有控制器(9),控制器(9)的型号为S71200,控制器(9)通过电缆分别控制比例方向阀(3.3)的换向及开度、变量马达(1)的排量以及电磁换向阀(3.5)的换向。
3.根据权利要求1所述的大型液压挖掘机的重载动臂势能回收利用系统,其特征在于:
液控单向阀(3.2)上还连接有先导阀组(12),用以控制液控单向阀(3.2)的开启与关闭。
4.根据权利要求1所述的大型液压挖掘机的重载动臂势能回收利用系统,其特征在于:
所述蓄能器(2)为皮囊式蓄能器,比例方向阀(3.3)为两位两通比例换向阀。
5.一种使用权利要求1所述的大型液压挖掘机的重载动臂势能回收利用系统的控制方法,其特征在于包括流量再生、蓄能器蓄能、下降混合动力驱动和抬升混合动力驱动四种状态;
在大型液压挖掘机的动臂(4)下放阶段,首先同时实施流量再生,然后蓄能器蓄能与混合驱动同时进行;在大型液压挖掘机的动臂(4)抬升阶段,蓄能器释放能量,驱动变量马达旋转,以混合驱动;
具体步骤如下:
1)流量再生:当大型液压挖掘机的动臂(4)下降阶段时,控制器(9)打开液控单向阀(3.2),动臂油缸(5)无杆腔中的一部分高压油液经差动回路进入有杆腔,构成高压油液的流量再生,从而减少进入蓄能器(2)的油液体积,并且增加蓄能器(2)的蓄能压力从而提高变量马达(1)的输出扭矩;
2)蓄能器蓄能:当大型液压挖掘机的动臂(4)下降阶段时,在控制器(9)打开液控单向阀(3.2)的同时打开比例方向阀(3.3),此时动臂油缸(5)无杆腔中的一部分高压油液进入蓄能器(2)进行存储;
3)下降混合动力驱动:在大型液压挖掘机的动臂(4)下降阶段时,电磁换向阀(3.5)开启,动臂油缸(5)无杆腔中的一部分高压油液进入变量马达(1),辅助驱动变量马达(1)旋转并输出扭矩,使变量马达(1)与发动机(8)组成混合动力,以共同驱动主泵(7);
4)抬升混合动力驱动:在大型液压挖掘机的动臂(4)举升阶段时,关闭比例方向阀(3.3)和液控单向阀(3.2),蓄能器(2)释放所存储的高压油液,释放的高压油液驱动变量马达(1),变量马达(1)继续辅助发动机(8)驱动主泵(7);
下降混合动力驱动和抬升混合动力驱动中,变量马达(1)的扭矩与发动机(8)的扭矩进行混合构成混合动力,从而共同驱动主泵(7),通过混合动力可以利用动臂势能,降低发动机的能耗,通过调节变量马达(1)的排量,可优化混合驱动单元的功率分配。