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摘要：机械回转制动的能量回收系统由液压回路和控制回路组成，采用多种液压阀体组成的液压调节器，回收回转马达制动时的能量，并以液压能的形式储存在蓄能器中。当蓄能器释放能量时，蓄能器中液压油驱动变量马达和电动机经过分动箱的动力分配后带动主泵对工作负载做功，并且流经变量马达的液压油可进入其他执行机构，实现了液压油流量的再生，降低了油耗。
关键词：机械；回转制动；能量回收系统；设计
引言
近年来，节能减排已成为工程机械、车辆工程等领域的研究重点与难点。所以机械回转制动能量回收系统的研究意义重大。制动能量回收系统分为机械式储能、电容／蓄电池式储能、液压式储能。机械式储能采用飞轮储能，普通钢制飞轮具有较大的重量与体积，需要的安装空间大，在恶劣环境下存在安全隐患；以超级电容和蓄电池为储能元件的油电混合动力技术存在功率密度低、能量转换环节多引起能量回收效率低、现有电容／蓄电池技术不成熟等缺陷；现阶段采用蓄能器作为储能装置的液压混合动力技术逐渐成为热点，它具有功率密度大、能量转换次数少、能量回收效率高、造价低、便于控制等优点。
1设计思路
机械的回转装置质量很大，从而惯性很大，回转工作时产生大量位能和动能，可采用能量回收的理念来进行设计回转制动液压系统。能量回收和节能控制的目的不仅是提高燃油利用率，更重要的在于能够取得一系列降低使用成本的效果。根据相关文献，该节能系统可使燃料消耗降低12％～1８％，使生产效率提高10％～25％。
2设计方法
如图1所示，能量回收系统由液压回路和控制回路组成，液压回路包括发动机、主泵、分动箱、主换向阀、第一液控换向阀、第二液控换向阀、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三液控单向阀、第四液控单向阀、回转马达、蓄能器、变量马达和第一油箱。控制回路包括先导操作手柄、增压阀、ＰＬＣ控制器、压力计以及转速传感器。其中，4为三位四通电磁换向阀，有4个油口。5和6为二位二通换向阀，有2个油口，11和12为二位三通换向阀，有3个油口，22和节流阀16为二位二通换向阀，有2个油口。
图1 机械液压回转制动能量回收系统设计图
先导操作手柄17的控制信号从Ｘ、Ｙ分别输出到4的左右信号端，20可同时接收Ｘ、Ｙ的操作信号、25的压力信号还有27的转速信号，然后由20向2、22、3、16和26输出控制信号。17置于Ｘ端，4的左位工作，12的右位工作，液压油从1流经2、4、11，进入13的Ａ腔，13的Ｂ腔中液压油经12、6、第二单向阀８流回1，此时，13转动。之后，液压油从Ａ腔流向Ｂ腔，回转平台制动，20发出信号给2和16，因此2工作停止，16左位工作，6关闭，1８打开，第一液控单向阀14工作，第二液控单向阀15关闭，13在惯性下继续转动，Ａ腔压力变高，压力油由第二油箱29经16、14进入13的Ａ腔，此时Ｂ腔压力油通过12、1８、22进入23，23进入蓄能状态，当25检测到变小的压力信号，20发出信号给22，22关闭，第五液控单向阀24打开，回收能量的过程完成。同理，17置于Ｙ端，4的右位工作，11的左位工作，液压油从1流经2、4、12，进入13的Ｂ腔，13的Ａ腔中液压油经11、5、第一单向阀7流回1，此时，13转动。之后液压油从Ｂ腔流向Ａ腔，回转平台制动，20发出信号给2和和16，因此2工作停止，16左位工作，5关闭，19打开，第二液控单向阀15工作，第一液控单向阀14关闭，13在惯性下继续转动，Ｂ腔压力变高，压力油由第二油箱29经16、15进入13的Ｂ腔，此时Ａ腔压力油通过11、19、22进入23，23进入蓄能状态，当25检测到变小的压力信号，20发出信号给22，22关闭，第五液控单向阀24打开，回收能量的过程完成。但是，13依然在转动，为了避免发动机输出不足，并使发动机高效率工作，20发出信号给26、3、2，使23中的压力油经24带动26和3通过分动箱的动力分配驱动2工作，若27检测到26的输出转速下降，那么20就会发出信号给2、3、26，让26停止工作，留下3带动2工作，带动13转动，对负载做功，并且流经26的液压油还可进入其他执行机构，来实现流量的再生，这就是蓄能器的能量释放过程。
此过程中，变量马达将蓄能器中储存的能量转化为机械能，和发动机一同工作带动回转马达转动，防止了发动机因负载过大引起的问题，也使发动机更加稳定地进行做功，不仅降低燃油损耗，还减少了转换环节中能量的流失。
结束语
1）液压回转制动能量回收系统，其液压调节器由增压阀、液控单向阀、变量马达和蓄能器组成，可接收回转马达压力油，通过增压阀的增压和蓄能器的蓄能以达到液压能自身转换的目的，从高到低克服了液压到机械能、电能再到液压能的转换，很大程度上减少能量的转换环节，实现节能。
2）在能量回收阶段，油液压力较高时，则不需增压阀增压进入蓄能器，而是直接进入，从而提高能量回收效率。在能量释放阶段，蓄能器压力油带动变量马达与电动机经过分动箱的动力分配后带动主泵工作，回收的能量充分释放，发动机稳定的工作于高效燃油经济区，减少了燃油消耗，降低了使用成本。
3）经过理论分析可知，若蓄能器将液压执行元件回油路能量进行回收，在利用蓄能器和变量马达分配动力源流量驱动负载工作是可行的，且回收的能量益处很大，能够减轻能量的损失，保护液压元件，增强燃油消耗的经济性，更重要的是不影响原系统的操作特性。
4）该设计为机械回转制动节能的研究提供了理论基础，适用于汽车式起重机、履带式起重机、挖掘机等大型机械，对节能减排具有较好的意义。
参考文献
[1]雷天觉．新编液压工程手册[M]．北京：北京理工大学出版社，1998．
[2]李壮云,液压元件与系统[M].北京：机械工业出版社1999
[3]陈奎先,液压与气压传动[M].武汉理工大学出版社,2001
[4]杨培元.液压系统设计简明手册[M].机械工业出版社1999
论文作者:李荣,徐公会,朱文超
论文发表刊物:《基层建设》2018年第33期
论文发表时间:2019/1/3
标签：能量论文; 液压油论文; 蓄能器论文; 液压论文; 单向阀论文; 工作论文; 马达论文; 《基层建设》2018年第33期论文;