本發明涉及一種挖掘機能量回收及利用系統，屬于挖掘機能量回收及利用技術領域。

背景技術：

隨著社會經濟的迅速發展，能源短缺和環境污染問題日趨嚴重，各國都已將降低能源損耗、保護環境提上日程。同時，能效比是液壓挖掘機市場競爭的關鍵參數之一，因此液壓挖掘機的節能技術研究及應用尤為必要。

目前，油液混合動力技術研究已列入國家十三五科技支撐計劃，基于挖掘機能量回收的液壓混合動力節能技術研究及應用，主要是對挖掘機動臂勢能、回轉制動能進行回收，回收的能量通過蓄能器存儲。回收的能量利用方式主要有直接和間接兩種，直接利用是將回收的能量直接驅動執行元件工作，間接利用是將回收的能量通過泵/馬達等元件轉化后再驅動執行元件工作，間接利用方式傳動效率較低，直接利用方式傳動效率較高。

技術實現要素：

針對上述現有技術存在的問題，本發明提供一種挖掘機能量回收及利用系統，實現動臂升降的同時，可實現動臂勢能的直接回收和利用；結構簡單，可提高操作性和傳動效率。

為了實現上述目的，本發明采用的一種挖掘機能量回收及利用系統，包括變量液壓泵、第一控制閥、第一油缸、第二控制閥、第二油缸、液壓蓄能器以及溢流閥，變量液壓泵的進油口與油箱連接，出油口與第一控制閥的油口A連接；第一控制閥的油口B與第一油缸的有桿腔連接，第一控制閥的油口C與第一油缸的無桿腔連接；第二控制閥的油口A與第一油缸的無桿腔連接，第二控制閥的油口B通過第一單向閥與第二油缸的油口A連接，第二油缸的油口B與液壓蓄能器、溢流閥的進油口連接；第二控制閥的油口C通過第二單向閥與液壓蓄能器、溢流閥的進油口連接；第一控制閥的油口D、溢流閥的出油口與油箱連接；第一油缸為動臂油缸，用于驅動挖掘機動臂升降工作；動臂下降時，通過第一控制閥使第一油缸縮回，第一油缸無桿腔經第二控制閥、第二油缸使回收油液增壓進入液壓蓄能器，實現動臂勢能的直接回收；當動臂提升時，根據第一油缸流量需要，控制變量液壓泵和液壓蓄能器驅動第一油缸運行，實現動臂勢能的直接利用。

優選地，所述變量液壓泵的排量能根據第一油缸的需要和液壓蓄能器的能量多少自動變化匹配，同時，液壓蓄能器的釋放流量大小根據自身的能量多少和變量液壓泵的排量大小通過第二控制閥進行實時控制。

優選地，所述第二油缸為增壓缸，可以通過第二油缸內活塞的左側面A1與第二油缸內活塞的右側面A2的面積比和液壓蓄能器的預充壓力來控制充入液壓蓄能器的油液壓力大小。

優選地，所述第二控制閥為流量和方向控制閥，能根據液壓蓄能器的輸出壓力和第一油缸無桿腔處油口A的壓力來控制液壓蓄能器的輸出流量。

工作原理：

動臂下降動作時，控制第一控制閥換向，使第一控制閥的油口A與油口B連通。當第一油缸有桿腔壓力達到設定值時，第一控制閥的油口C與油口D連通，變量液壓泵輸出油液，經第一控制閥的油口A、油口B流入第一油缸的有桿腔，第一油缸的無桿腔油液流出，并經第一控制閥的油口C、油口D流回油箱。當第一油缸有桿腔壓力未達到設定值時，第一控制閥的油口C與油口D斷開，控制第二控制閥，使第二控制閥的油口A與油口B連通，變量液壓泵輸出油液，經第一控制閥的油口A、油口B流入第一油缸的有桿腔，第一油缸的無桿腔油液流出，并經第二控制閥的油口A、B，經第一方向閥流入第二油缸的油口A，油液從第二油缸的油口B流出進入液壓蓄能器，第一油缸縮回，隨著進入液壓蓄能器的油液增多，液壓蓄能器的壓力增大。當達到或超過液壓蓄能器的設定壓力時，油液經溢流閥流回油箱，這里第二油缸的油口B的壓力為油口A的壓力與A1/A2面積比的乘積。

動臂慢速提升時，第一控制閥的油口A與油口C連通，油口B與油口D連通。此時，變量液壓泵輸出油液經第一控制閥的油口A、C，流入第一油缸的無桿腔，第一油缸有桿腔內油液流出，并經第一控制閥的油口B、D流回油箱，驅動第一油缸伸出，以慢速提升挖掘機動臂。

動臂快速提升時，控制第一控制閥和第二控制閥，使第一控制閥的油口A與油口C連通，第二控制閥的油口C與油口A連通。此時，變量液壓泵輸出油液，流經第一控制閥得油口A 與油口C，液壓蓄能器的油液流經第二單向閥、第二控制閥的油口C和A，與第一控制閥油口 C的油液匯合進入第一油缸的無桿腔，驅動第一油缸4伸出動作，使挖掘機動臂快速上升。

與現有技術相比，本發明通過各個控制閥的控制操控兩個油缸及液壓蓄能器的工作，實現了動臂的升降，同時實現了動臂勢能的直接回收和利用，節約了成本。具體是，動臂下降時，通過第一控制閥使第一油缸縮回，第一油缸無桿腔經第二控制閥、第二油缸使回收油液增壓進入液壓蓄能器，實現動臂勢能的直接回收；當動臂提升時，根據第一油缸流量需要，控制變量液壓泵和液壓蓄能器驅動第一油缸運行，實現動臂勢能的直接利用。最終通過閥直接回收和利用挖掘機動臂勢能，不影響操作性，結構簡單、傳動效率高。

附圖說明

圖1為本發明的液壓原理圖。

圖中：1、油箱，2、變量液壓泵，3、第一控制閥，4、第一油缸，5、第二控制閥，6、第一單向閥，7、第二油缸，8、第二單向閥，9、液壓蓄能器，10、溢流閥。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步說明。

如圖1所示，一種挖掘機能量回收及利用系統，包括變量液壓泵2、第一控制閥3、第一油缸4、第二控制閥5、第二油缸7、液壓蓄能器9以及溢流閥10，變量液壓泵2的進油口與油箱1連接，出油口與第一控制閥3的油口A連接；第一控制閥3的油口B與第一油缸4的有桿腔連接，第一控制閥3的油口C與第一油缸4的無桿腔連接；第二控制閥5的油口A與第一油缸4的無桿腔連接，第二控制閥5的油口B通過第一單向閥6與第二油缸7的油口A 連接，第二油缸7的油口B與液壓蓄能器9、溢流閥10的進油口連接；第二控制閥5的油口 C通過第二單向閥8與液壓蓄能器9、溢流閥10的進油口連接；第一控制閥3的油口D、溢流閥10的出油口與油箱1連接；第一油缸4為動臂油缸，用于驅動挖掘機動臂升降工作；動臂下降時，通過第一控制閥3使第一油缸4縮回，第一油缸4無桿腔經第二控制閥5、第二油缸7使回收油液增壓進入液壓蓄能器9，實現動臂勢能的直接回收；當動臂提升時，根據第一油缸4流量需要，控制變量液壓泵2和液壓蓄能器9驅動第一油缸4運行，實現動臂勢能的直接利用。

優選地，所述變量液壓泵2的排量能根據第一油缸4的需要和液壓蓄能器9的能量多少自動變化匹配，同時，液壓蓄能器9的釋放流量大小根據自身的能量多少和變量液壓泵2的排量大小通過第二控制閥5進行實時控制。

優選地，所述第二油缸7為增壓缸，可以通過第二油缸內活塞的左側面A1與第二油缸內活塞的右側面A2的面積比和液壓蓄能器9的預充壓力來控制充入液壓蓄能器9的油液壓力大小。

優選地，所述第二控制閥5為流量和方向控制閥，能根據液壓蓄能器9的輸出壓力和第一油缸4無桿腔處油口A的壓力來控制液壓蓄能器9的輸出流量。

工作過程(詳見圖1)：

動臂下降動作時，可控制第一控制閥3換向，使第一控制閥3的油口A與油口B連通。當第一油缸4有桿腔的壓力達到設定值時，第一控制閥3的油口C和油口D連通，變量液壓泵2輸出油液，經第一控制閥3的油口A、油口B流入第一油缸4的油口B進入第一油缸4 的有桿腔，第一油缸4無桿腔油液經油口A流出，經第一控制閥3的油口C、油口D流回油箱1。當第一油缸4有桿腔壓力未達到設定值時，第一控制閥3的油口C和油口D斷開，控制第二控制閥5，使第二控制閥5的油口A與油口B連通，變量液壓泵2輸出油液，經第一控制閥3的油口A與油口B，流入第一油缸4的油口B進入第一油缸4的有桿腔，第一油缸4 的無桿腔油液經油口A流出，經第二控制閥5的油口A、油口B、第一方向閥6流入第二油缸 7的油口A，油液從第二油缸7的油口B流出進入液壓蓄能器9，第一油缸4縮回。隨著進入液壓蓄能器9的油液增多，液壓蓄能器9的壓力增大；當達到或超過液壓蓄能器9的設定壓力時，油液經溢流閥10流回油箱1，這里第二油缸7的出油口B的壓力為進油口A的壓力與 A1/A2面積比的乘積。

動臂慢速提升時，第一控制閥3的油口A與油口C連通，油口B與油口D連通。此時，變量液壓泵2輸出油液經第一控制閥3的油口A、油口C流入第一油缸4的油口A進入第一油缸4的無桿腔，第一油缸4的有桿腔油液經油口第一油缸4的油口B流出，流經第一控制閥3的油口B和油口D，流回油箱1，驅動第一油缸4伸出，以提升挖掘機動臂。

動臂快速提升時，控制第一控制閥3和第二控制閥5，使第一控制閥3的油口A與油口C 連通，第二控制閥5的油口C與油口A連通。此時，變量液壓泵2輸出油液，流經第一控制閥3的油口A與油口C，液壓蓄能器9的油液流經第二單向閥8、第二控制閥5的油口C、A，與第一控制閥3的油口C的油液匯合進入第一油缸4的油口A，流入第一油缸4的無桿腔，驅動第一油缸4伸出動作，使挖掘機動臂上升。

由上述結構可見，本發明通過各個控制閥的控制操控兩個油缸及液壓蓄能器的工作，實現了動臂的升降，同時實現了動臂勢能的直接回收和利用，節約了成本。最終通過閥直接回收和利用挖掘機動臂勢能，不影響操作性，結構簡單、傳動效率高。