一種液壓鏟工作裝置的控制回路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于控制液壓鏟工作裝置的液壓系統(tǒng)，用于液壓鏟動臂和斗桿舉升機構(gòu)，降低其工作能耗的控制回路。
【背景技術(shù)】
[0002]在挖掘機，裝載機以及其它由液壓缸驅(qū)動，需要工作裝置頻繁上下往復(fù)運動的機械裝置中，通常由于工作裝置自身重量較大，液壓缸驅(qū)動其上升時，液壓系統(tǒng)需要克服其重力做工，工作裝置下降時，工作裝置的勢能經(jīng)液壓閥節(jié)流轉(zhuǎn)換為熱能消耗掉，不僅浪費能源，且會使液壓系統(tǒng)油溫升高，增加系統(tǒng)故障概率，影響液壓系統(tǒng)的使用壽命。尤其像液壓鏟這樣的重型設(shè)備，工作裝置自重大，每次舉升動作都需要消耗巨大的能量用于舉升工作裝置本身。
[0003]若能將此類工作裝置具有的勢能回收利用，將會有可觀的節(jié)能效果，且能延長液壓系統(tǒng)的壽命。為了利用這部分能量，德國利勃海爾公司申請了使用能量回收缸平衡工作裝置重力，減小這部分能耗的發(fā)明專利(CN 102561442 A)，我國楊雙來也申請了在挖掘機原有雙液壓缸驅(qū)動工作裝置的基礎(chǔ)上，增設(shè)氣液儲能缸平衡工作裝置重量的發(fā)明專利(CN102518606 A)。但這種方法需要在原有雙液壓缸的基礎(chǔ)上增加第三個液壓缸，會改變原有機械裝置的結(jié)構(gòu)，布置也較為困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種結(jié)構(gòu)簡單，不改變原有工作裝置的結(jié)構(gòu)，且可回收并再利用工作裝置勢能的一種液壓鏟工作裝置的控制回路。
[0005]本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，集成度高，不影響機械裝置的原有液壓系統(tǒng)，適用于多種液壓系統(tǒng)，有多種組合解決方案。
[0006]本發(fā)明的控制回路包括液壓缸液-氣儲能平衡回路和液壓缸驅(qū)動回路兩部分，使用的液壓缸為具有三個容腔的液壓缸。
[0007]所述液壓缸液-氣儲能平衡回路包括高壓蓄能器、低壓蓄能器、第一截止閥、第二截止閥、第三截止閥、原動機、液壓栗馬達(dá)、壓力傳感器、第二控制器、安全閥、單向閥、油箱、位移傳感器。動臂液壓缸第三工作油口通過第一截止閥與高壓蓄能器相連;液壓栗馬達(dá)的一個工作油口通過第二截止閥與高壓蓄能器相連，液壓栗馬達(dá)的另一個工作油口通過第三截止閥與低壓蓄能器相連。
[0008]在每個蓄能器的油口處均連接安全閥和單向閥，其中安全閥高壓側(cè)連接蓄能器，低壓側(cè)連接油箱。每個蓄能器均連接一個單向閥，單向閥連接油箱，允許的油液流動方向為從油箱到蓄能器。在兩組蓄能器的油口處均安裝有壓力傳感器，壓力傳感器采集到的油壓信號輸送至第二控制器。原動機與液壓栗馬達(dá)通過聯(lián)軸器連接，用于驅(qū)動液壓栗馬達(dá)。在液壓缸上裝有位移傳感器，有位移傳感器采集液壓缸伸出的位移信號輸送至第二控制器。由第二控制器采用合適的控制方法控制三個截止閥以及原動機。
[0009]使用時，低壓蓄能器預(yù)先充入較低壓力的氣體或不充入氣體，而高壓蓄能器需要預(yù)先充入一定的高壓氣體，并通過第一截止閥與液壓缸的一個油口(Pa和Pc中的一個)連接，通常第一截止閥處于打開狀態(tài)，第二截止閥和第三截止閥處于關(guān)閉狀態(tài)。此時與高壓蓄能器相連的腔室具有與高壓蓄能器一樣的壓力，通過調(diào)定預(yù)充的壓力，即可使與高壓蓄能器相連的腔室具有足夠的平衡力來平衡工作裝置的重量。當(dāng)液壓缸驅(qū)動回路驅(qū)動液壓缸縮回時，工作裝置下降，與高壓蓄能器相連的腔室體積減小，該腔室油液進(jìn)入高壓蓄能器，工作裝置的勢能轉(zhuǎn)換并儲存在高壓蓄能器中，避免了在液壓閥口處由于節(jié)流作用損失。液壓缸驅(qū)動回路驅(qū)動液壓缸伸出時，工作裝置上升，與高壓蓄能器相連的腔室體積增大，高壓蓄能器中的油液進(jìn)入該腔室，儲存在高壓蓄能器中的能量裝換為工作裝置的勢能，減少液壓栗輸出能量，具有較好的節(jié)能效果。
[0010]由于蓄能器內(nèi)油液壓力會隨著體積的變化而變化，因此設(shè)置低壓蓄能器及相關(guān)元件用以調(diào)節(jié)高壓蓄能器的壓力。第二控制器具有三種工作模式:
(I)靜態(tài)工作點模式
在該模式下，第二控制器內(nèi)設(shè)有三個壓力閾值P1，P2和P3，且P1>P2>P3。其中pi為高壓蓄能器的最高工作壓力，P3為高壓蓄能器的最低工作壓力，P2為高壓蓄能器的預(yù)設(shè)工作壓力。第二控制器通過壓力傳感器實時監(jiān)測高壓蓄能器的壓力P。
[0011]當(dāng)P>P1時，打開第二截止閥和第三截止閥，并啟動原動機，原動機驅(qū)動液壓栗馬達(dá)將高壓蓄能器中的油液轉(zhuǎn)移至低壓蓄能器，直至P <p2時停止原動機，同時關(guān)閉第二截止閥和第三截止閥，從而降低高壓蓄能器的壓力，并趨于預(yù)設(shè)工作壓力P2。該過程中，若第二控制器通過壓力傳感器監(jiān)測到低壓蓄能器壓力超過安全限定值時，同樣停止原動機，同時關(guān)閉第二截止閥和第三截止閥。
[0012]當(dāng)P<P3時，打開第二截止閥和第三截止閥，并啟動原動機，原動機驅(qū)動液壓栗馬達(dá)將低壓蓄能器中的油液轉(zhuǎn)移至高壓蓄能器，直至P >p2時停止原動機，同時關(guān)閉第二截止閥和第三截止閥，從而提高高壓蓄能器的壓力，并趨于預(yù)設(shè)工作壓力P2。
[0013]兩個安全閥防止蓄能器壓力超過安全值，兩個單向閥防止蓄能器被吸空。
[0014](2)動態(tài)工作點一預(yù)設(shè)壓力曲線模式
通過在第二控制器中預(yù)設(shè)壓力與位移關(guān)系曲線，通過位移傳感器33實時采集位移信號，對比預(yù)設(shè)曲線，得出實時理想壓力值PO。
[0015]gp>po時，打開第二截止閥和第三截止閥，并啟動原動機，原動機驅(qū)動液壓栗馬達(dá)將高壓蓄能器中的油液轉(zhuǎn)移至低壓蓄能器，直至P =PQ時停止原動機，同時關(guān)閉第二截止閥和第三截止閥，從而降低高壓蓄能器的壓力至Po。該過程中，若第二控制器通過壓力傳感器監(jiān)測到低壓蓄能器壓力超過安全限定值時，同樣停止原動機，同時關(guān)閉第二截止閥和第三截止閥。
[0016]若P<PQ時，打開第二截止閥和第三截止閥，并啟動原動機，原動機驅(qū)動液壓栗馬達(dá)將低壓蓄能器中的油液轉(zhuǎn)移至高壓蓄能器，直至P =PQ時停止原動機，同時關(guān)閉第二截止閥和第三截止閥，從而提高高壓蓄能器的壓力至PO。
[0017](3)動態(tài)工作點一壓力匹配模式
第一控制器與第二控制器可以實時通信。第一控制器通過壓力傳感器實時采集液壓缸各腔壓力值，計算出高壓蓄能器所需的壓力，并實時調(diào)節(jié)高壓蓄能器油液壓力至理想值。
[0018]該液壓缸液-氣儲能平衡回路根據(jù)需要可簡化為只包含高壓蓄能器，安全閥和單向閥的簡單系統(tǒng)，動臂液壓缸工作油口PA(或PC)與高壓蓄能器油口連接，同時高壓蓄能器油口連接安全閥和單向閥。其中安全閥高壓側(cè)連接蓄能器，低壓側(cè)連接油箱。單向閥連接蓄能器和油箱，允許的油液流動方向為從油箱到蓄能器。同樣具有良好的節(jié)能效果。
[0019]液壓缸驅(qū)動回路具有多種形式:開式液壓系統(tǒng)、閉式栗控系統(tǒng)等。
[0020]所述開式液壓系統(tǒng)包含:操縱手柄，第一控制器，液壓栗，原動機，換向閥，油箱，安全閥，壓力傳感器，流量再生閥。
[0021]該系統(tǒng)在驅(qū)動液壓缸時，第一控制器根據(jù)操縱手柄的信號，控制換向閥處于不同的位置，從而實現(xiàn)液壓缸伸出與縮回。壓力傳感器采集兩個工作油口壓力信號，實時傳輸至第一控制