一種工程機械動臂節能驅動系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及驅動系統領域技術，尤其是指一種工程機械動臂節能驅動系統。
【背景技術】
[0002]液壓挖掘機作為國家基礎建設的最重要的工程機械機種之一，已經廣泛應用于建筑、交通、水利、礦山以及軍事領域中。液壓挖掘機的節能減排已引起了人們的廣泛關注與重視。液壓挖掘機在工作過程中，各執行機構頻繁進行往復運動，且存在負值負載，在下降過程中，大量的重力勢能消耗在節流口。
[0003]目前，常規的動臂勢能回收方案主要基于電氣式能量回收和液壓式能量回收展開。電氣式能量回收系統中動臂驅動液壓缸的回油腔與液壓馬達相連，該液壓馬達與發電機同軸相連。驅動油缸回油腔的液壓油驅動液壓馬達回轉，將液壓能轉化為機械能輸出，并帶動發電機發電，三相交流電能經變頻器整流為直流電能并儲存在儲能元件當中。當系統需要時，直流電能通過整流器逆變成目標頻率的三相交流電能驅動電動機，與發動機共同驅動負載工作。該技術方案中所有動臂勢能回收再利用都經過從勢能-液壓能-機械能-電能-電容-驅動變量泵的機械能的多次能量轉化，系統中能量轉換環節較多，影響了系統的能量回收效率。
[0004]液壓式能量回收系統中一般直接通過某個控制閥塊將動臂驅動油缸的無桿腔和液壓蓄能器相連，動臂下放時，蓄能器的壓力也會逐漸升高，使得動臂下放的速度逐漸減慢，影響了駕駛員的操作習慣。因此為了解決液壓蓄能器壓力對動臂速度的影響。當前提出了基于平衡油缸和液壓蓄能器的能量回收方案。當目前的方案主要針對叉車、起重機等工程機械，驅動油缸只需要單方向輸出力，驅動油缸的有桿腔始終通往油箱。為了克服液壓蓄能器壓力對執行器操控性的影響，在原驅動油缸的基礎上再增加一組平衡油缸和液壓蓄能器作為負載的平衡單元，將液壓蓄能器壓力的變化通過平衡油缸轉換成力的變化直接和驅動油缸的輸出力在動臂上進行耦合。平衡油缸通過液壓蓄能器平衡動臂的重力，驅動油缸等效于驅動一個輕負載；當起重機的動臂下放時，蓄能器回收動臂勢能；動臂上升時，其動臂油缸無桿腔的壓力由負載和蓄能器壓力決定。然而將該方案應用于對于液壓挖掘機類似工程機械時，需要考慮挖掘機動臂具有上升、停止、下放和挖掘等工作模式，動臂驅動油缸需要雙向輸出力，驅動油缸的兩腔都存在高壓模式。因此當動臂挖掘時，此時動臂油缸的無桿腔如果仍然與液壓蓄能器相連，會降低鏟斗的挖掘力；此外，采用液壓蓄能器和平衡油缸的無桿腔直接相連的方案中，在動臂能量回收和釋放過程中，液壓蓄能器壓力的變化會導致驅動油缸的無桿腔的壓力隨之變化，而驅動油缸的無桿腔壓力即為損耗的動臂勢能；由于該方案中液壓蓄能器壓力和平衡油缸的無桿腔面積都不能主動控制，因此在驅動油缸的無桿腔仍然存在大量的壓力液壓油，損耗在驅動油缸的控制閥口上。
[0005]鑒于此，本案發明人對上述問題進行深入研宄，遂有本案產生。

【發明內容】

[0006]有鑒于此，本發明針對現有技術存在之缺失，其主要目的是提供一種工程機械動臂節能驅動系統，其既能回收動臂勢能，同時不影響動臂的操作性。
[0007]為實現上述目的，本發明采用如下之技術方案:
[0008]一種工程機械動臂節能驅動系統，包括有動力單元、液壓泵、第一溢流閥、三通比例調速閥、二通比例調速閥、三位四通換向閥、第二溢流閥、第三溢流閥、第一單向閥、第二單向閥、驅動油缸、第一平衡油缸、第二平衡油缸、第一兩位三通換向閥、第二兩位三通換向閥、第一兩位兩通換向閥、第二兩位兩通換向閥、第三兩位兩通換向閥、第四兩位兩通換向閥、液壓蓄能器、第四溢流閥、動臂、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器以及控制器；
[0009]該動力單元和液壓泵同軸相連；該驅動油缸、第一平衡油缸和第二平衡油缸均與動臂機械剛性連接；
[0010]該液壓泵的進油口和油箱相連，液壓泵出口分別和第一溢流閥的進油口、三通比例調速閥的進油口相連，第一溢流閥的出油口接油箱，三通比例調速閥的回油口和油箱相連，三通比例調速閥的出油口和三位四通換向閥的油口 P相連，三位四通換向閥的油口 T和二通比例調速閥的進油口相連，二通比例調速閥的出油口和油箱相連；
[0011]該三位四通換向閥的油口 A連接第二溢流閥的進油口、第一單向閥的出油口以及第三路接驅動油缸的有桿腔，第二溢流閥的出口接油箱，第一單向閥的進油口接油箱；
[0012]該三位四通換向閥的油口 B連接第三溢流閥的進油口、第二單向閥的出油口以及驅動油缸的無桿腔，第三溢流閥的出口接油箱，第二單向閥的進油口接油箱；
[0013]該第一平衡油缸的無桿腔和有桿腔分別連接第一兩位三通換向閥的油口 A和第二兩位三通換向閥的油口 A，第一兩位三通換向閥和第二兩位三通換向閥的油口 T均接油箱，第一兩位三通換向閥的油口 P和第二兩位三通換向閥的油口 P分別連接第二平衡油缸的有桿腔和無桿腔；
[0014]該第二平衡油缸的有桿腔連接第一兩位兩通換向閥的油口 A和第二兩位兩通換向閥的油口 B，第一兩位兩通換向閥的油口 B接油箱，第二兩位兩通換向閥的油口 A連接液壓蓄能器、第四溢流閥的進油口、第四兩位兩通換向閥的油口 A和第二壓力傳感器，第四溢流閥的出油口接油箱；該第二平衡油缸的無桿腔連接第二兩位兩通換向閥的油口 A和第二兩位兩通換向閥的油口 B，第二兩位兩通換向閥的油口 B接油箱；
[0015]該第一壓力傳感器和第二壓力傳感器的輸出信號作為控制器的輸入信號，控制器輸出信號作為第一兩位三通換向閥、第二兩位三通換向閥、第一兩位兩通換向閥、第二兩位兩通換向閥、第三兩位兩通換向閥和第四兩位兩通換向閥的電氣控制信號。
[0016]作為一種優選方案，所述三位四通電磁換向閥為液控、電磁控制或電液控制換向閥。
[0017]作為一種優選方案，所述三通比例調速閥和二通比例調速閥均為液控式或電控式比例調速閥。
[0018]本發明與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果，具體而言，由上述技術方案可知:
[0019]1、采用了驅動油缸和多個平衡油缸對動臂進行復合驅動，把液壓蓄能器壓力的變化轉變成平衡油缸輸出力的變化，和驅動油缸的輸出力耦合在一起驅動動臂，解決了把驅動油缸油腔和液壓蓄能器直接相連的方案中液壓蓄能器壓力變化對動臂速度的影響的不足之處。
[0020]2、采用了多個平衡油缸切換控制方案，當驅動油缸的無桿腔壓力較大時，多個平衡油缸同時工作，進而降低驅動油缸的無桿腔壓力；當驅動油缸的無桿腔壓力較小時，一個平衡油缸工作，保證了液壓蓄能器壓力較低時平衡油缸對動臂重力的平衡作用。
[0021]3、動臂上升過程中，平衡油缸的無桿腔與液壓蓄能器連接，有桿腔與油箱連接，蓄能器儲存的液壓油進入平衡油缸的無桿腔，輔助驅動油缸驅動動臂上升。動臂驅動油缸無桿腔的壓力由負載壓力和液壓蓄能器壓力的差值決定，由于平衡油缸提供了部分動力，因此液壓泵的輸出壓力降低，達到節能的目的。
[0022]4、動臂下降過程中且未碰到地面，平衡油缸的無桿腔與液壓蓄能器連接，有桿腔與油箱連接，動臂部分勢能以液壓能的形式通過液壓蓄能器進行回收儲存，此時蓄能器壓力逐漸上升，驅動油缸無桿腔壓力由最大值逐漸減小為零，減小了回油的節流損耗。
[0023]5、動臂處于挖掘工況時，平衡油缸的有桿腔與液壓蓄能器連接，無桿腔與油箱連接，液壓蓄能器儲存的液壓油進入平衡油缸有桿腔，增加挖掘力。
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