本實用新型涉及液壓控制系統領域技術，尤其是指一種工程機械轉臺能量自動回收和再利用的驅動系統。

背景技術：

隨著全球經濟的發展，全球變暖和能源危機日益嚴重，因此各國政府均在提高能源能效、開發新能源、節能減排等方面提出了新的需求。工程機械在國民生產建設中起著重要作用，但也是當前的能耗大戶，研究工程機械中的能量回收和再利用問題對于提高工程機械的效率，降低能量消耗具有重要和積極的作用。

工程機械在工作過程中需要不斷的往復回轉以完成相應的工作，在此過程中，轉臺就不斷的處于啟動加速和停止制動的循環之中。在傳統回轉系統中，當轉臺由靜止開始啟動加速過程中，由于轉臺是一個大慣量系統，因此液壓泵提供的液壓油大部分經過溢流安全閥回油箱，只有當轉臺的轉速升高后，回轉馬達腔的壓力降低，液壓泵提供的液壓油才全部進入回轉馬達推動轉臺回轉；當回轉操作手柄回到中位時，切斷了回轉馬達與多路閥之間的油路，此時由于轉臺具有慣性仍繼續回轉，此時導致回油腔的壓力升高，超過溢流安全閥的設定壓力而產生溢流。因此在轉臺往復回轉一個工作循環的過程中，有四次溢流損耗，造成大量的能量消耗，且產生大量的熱量，嚴重影響工程機械的安全穩定運行。

目前對于回轉能量的回收主要分為電氣式和液壓式兩類。電氣式能量回收系統的轉臺由電動機代替液壓馬達直接驅動，在減速制動時，制動動能通過電動機工作在發電機模式轉化為電能儲存在電池或超級電容中，但由于要額外增加液壓馬達-發電機和電池或超級電容，成本高，系統復雜，不具有普遍適應性。液壓式能量回收系統又分為兩種，一種是基于二次調節回路的節能系統，一種是基于液壓蓄能器的能量回收系統?；诙握{節回路的系統，在主油路中不存在閥控節流損失，能大幅提高回轉系統的效率，但是基于二次調節回路的節能系統需配備液壓變壓器，且規格不一，易增加系統改造成本，另外液壓變壓器技術還不成熟，該技術也難以在實際產品中加以推廣應用。基于液壓蓄能器的轉臺能量回收系統對原有系統的改動較小，成本較低。但現有的研究大多集中于制動能量的回收，對于起動能量的回收僅局限于方案和仿真階段；并且各種基于液壓蓄能器的能量回收和再利用系統，雖然能自動回收起動和制動能量，但能量再利用時，卻需要進行單獨的控制，不能根據工況自動釋放，增加了控制的難度和復雜性。

技術實現要素：

有鑒于此，本實用新型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轉臺能量自動回收和再利用的驅動系統，其能自動回收轉臺啟動和制動過程中產生的溢流能量，并根據回轉馬達和液壓蓄能器的壓力在轉臺回轉過程中自動釋放出來，輔助液壓泵完成對轉臺的驅動，從而降低了能量的消耗，提高了驅動系統的效率，并有效避免由于系統因能量損耗而產生的大量熱量對液壓系統穩定性的影響。

為實現上述目的，本實用新型采用如下之技術方案：

一種工程機械轉臺能量自動回收和再利用的驅動系統，包括驅動泵、先導泵、回轉操作手柄、單向閥、安全閥、多路閥、液控單向閥、溢流安全閥、補油單向閥、回轉馬達、減速器、轉臺、第一梭閥、第一二位二通液控換向閥、二位三通液控換向閥、第二二位二通液控換向閥、第二梭閥、三位三通電磁換向閥、二位二通電磁換向閥、電控系統、內燃機、液壓蓄能器和溢流閥；

所述回轉馬達與減速器的輸入軸相連，減速器的輸出軸與轉臺相連；驅動泵和先導泵與內燃機同軸安裝，驅動泵和先導泵的吸油口均與油箱相通，驅動泵的出油口與單向閥的入口相通，先導泵的出口與回轉操作手柄的進油口相連；單向閥的出油口一路與安全閥相連，一路與多路閥的進油口相連；多路閥回油口直接與油箱相連，多路閥的左右控制油口分別與回轉操作手柄的兩個出油口相連；回轉操作手柄的控制由電控系統控制；回轉操作手柄的兩個出油口分別分三路，一路與多路閥的控制油口相連，一路與液控單向閥的控制油口相連，一路與第二梭閥的一個進油口相連；多路閥的兩路出油口對稱，每路各分五條支路，分別與液控單向閥的入口、溢流安全閥、補油單向閥的出口、回轉馬達進油口以及第一梭閥相連；液控單向閥的控制油口與回轉操作手柄的出油口相連，出油口分三路，第一路與另一液控單向閥的出口相連，第二路與二位三通液控換向閥的入口相連，第三路與第一二位二通液控換向閥的入口相連；溢流安全閥的出油口與油箱相連；補油單向閥的進油口與油箱相連；

所述第一梭閥的輸出油口與第一二位二通液控換向閥的下側控制油口相連；所述第一二位二通液控換向閥的上側控制油口與液壓蓄能器的進油口相連；第一二位二通液控換向閥的出油口與液壓蓄能器的進油口相連；

所述二位三通液控換向閥的上側為彈簧，下側的控制油口與第二梭閥的出油口相連；二位三通液控換向閥的上側油口與液壓蓄能器的油口相連，下側油口與油箱相連，出油口與第二二位二通液控換向閥上側的控制油口相連；

所述第二二位二通液控換向閥的下側為彈簧，進油口與三位三通電磁換向閥的上側油口相連，出油口與液壓蓄能器相連；所述三位三通電磁換向閥的下側油口與油箱相連，三位三通電磁換向閥的上下電磁鐵由電控系統控制；

所述液壓蓄能器的進油口一路與溢流閥相連，一路與第一二位二通液控換向閥的出口相連，一路與第一二位二通液控換向閥的上側控制油口相連，一路與第二二位二通液控換向閥的出口相連，一路與二位三通液控換向閥的進油口相連，一路與二位二通電磁換向閥的進油口相連；所述二位二通電磁換向閥的電磁鐵由電控單元控制；

所述內燃機、三位三通電磁換向閥、二位二通電磁換向閥、回轉操作手柄的控制信號均由電控系統控制。

本實用新型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：

通過在回轉馬達與液壓蓄能器之間設置相應的液壓閥，來檢測液壓泵出口壓力、回轉操作手柄的輸出壓力、回轉馬達兩腔壓力以及液壓蓄能器的壓力，并使相應的換向閥處于相應的工作位置，連通回轉馬達腔與液壓蓄能器之間的不同能量流通通道，使得驅動系統不需安裝很多的壓力傳感器即能實現壓力的比較，自動完成對回轉驅動系統能量的回收和再利用。一方面降低了轉臺驅動系統的能量消耗，增強了驅動系統運行的穩定性，另一方面簡化了控制系統，提高了控制系統的可靠性。

為更清楚地闡述本實用新型的結構特征和功效，下面結合附圖與具體實施例來對本實用新型進行詳細說明：

附圖說明

圖1為本實用新型之較佳實施例的啟動加速過程原理示意圖；

圖2為本實用新型之較佳實施例的無能量回收和再利用時的工作原理示意圖；

圖3為本實用新型之較佳實施例的制動能量回收原理示意圖；

圖4為本實用新型之較佳實施例的轉臺處于靜止時的液壓驅動系統圖；

圖5為本實用新型之較佳實施例的多級能量回收與再利用工作原理示意圖。

附圖標識說明：

1、驅動泵 2、先導泵

3、回轉操作手柄 4、單向閥

5、安全閥 6、多路閥

71、72、液控單向閥 81、82、溢流安全閥

91、92、補油單向閥 10、回轉馬達

11、減速器 12、轉臺

13、第一梭閥 14、第一二位二通液控換向閥

15、二位三通液控換向閥 16、第二二位二通液控換向閥

17、第二梭閥 18、三位三通電磁換向閥

19、二位二通電磁換向閥 20、電控系統

21、內燃機 22、液壓蓄能器

23、溢流閥

具體實施方式

請參照圖1至圖5所示，其顯示出了本實用新型之較佳實施例的具體結構，包括有驅動泵1、先導泵2、回轉操作手柄3、單向閥4、安全閥5、多路閥6、液控單向閥71、72、溢流安全閥81、82、補油單向閥91、92、回轉馬達10、減速器11、轉臺12、第一梭閥13、第一二位二通液控換向閥14、二位三通液控換向閥15、第二二位二通液控換向閥16、第二梭閥17、三位三通電磁換向閥18、二位二通電磁換向閥19、電控系統20、內燃機21、液壓蓄能器22和溢流閥23。

所述回轉馬達10與減速器11的輸入軸相連，減速器11的輸出軸與轉臺12相連；驅動泵1和先導泵2與內燃機21同軸安裝，驅動泵1和先導泵2的吸油口均與油箱相通，驅動泵1的出油口與單向閥4的入口相通，先導泵2的出口與回轉操作手柄3的進油口相連；單向閥4的出油口一路與安全閥5相連，一路與多路閥6的進油口相連；多路閥6回油口直接與油箱相連，多路閥6的左右控制油口分別與回轉操作手柄3的兩個出油口相連；回轉操作手柄3的控制由電控系統20控制；回轉操作手柄3的兩個出油口分別分三路，一路與多路閥6的控制油口相連，一路與液控單向閥71、72的控制油口相連，一路與第二梭閥17的一個進油口相連；多路閥6的兩路出油口對稱，每路各分五條支路，分別與液控單向閥71、72的入口、溢流安全閥81、82、補油單向閥91、92的出口、回轉馬達10進油口以及第一梭閥13相連；液控單向閥71的控制油口與回轉操作手柄3的出油口相連，出油口分三路，第一路與另一液控單向閥72的出口相連，第二路與二位三通液控換向閥15的入口相連，第三路與第一二位二通液控換向閥14的入口相連；溢流安全閥81、82的出油口與油箱相連；補油單向閥91、92的進油口與油箱相連。

所述第一梭閥13的輸出油口與第一二位二通液控換向閥14的下側控制油口相連；所述第一二位二通液控換向閥14的上側控制油口與液壓蓄能器22的進油口相連；第一二位二通液控換向閥14的出油口與液壓蓄能器22的進油口相連。

所述二位三通液控換向閥15的上側為彈簧，下側的控制油口與第二梭閥17的出油口相連；二位三通液控換向閥15的上側油口與液壓蓄能器22的油口相連，下側油口與油箱相連，出油口與第二二位二通液控換向閥16上側的控制油口相連。

所述第二二位二通液控換向閥16的下側為彈簧，進油口與三位三通電磁換向閥18的上側油口相連，出油口與液壓蓄能器22相連；所述三位三通電磁換向閥18的下側油口與油箱相連，三位三通電磁換向閥18的上下電磁鐵18a、18b由電控系統20控制。

所述液壓蓄能器22的進油口一路與溢流閥23相連，一路與第一二位二通液控換向閥14的出口相連，一路與第一二位二通液控換向閥14的上側控制油口相連，一路與第二二位二通液控換向閥16的出口相連，一路與二位三通液控換向閥15的進油口相連，一路與二位二通電磁換向閥19的進油口相連；所述二位二通電磁換向閥19的電磁鐵由電控單元控制。

所述內燃機21、三位三通電磁換向閥18、二位二通電磁換向閥19、回轉操作手柄3的控制信號均由電控系統控制。

下面根據本實施例工程機械轉臺能量自動回收和再利用的驅動系統的不同工作階段對本實施例的驅動系統使用做進一步說明。

(1)啟動加速階段：

當表征回轉的回轉操作手柄3離開中位(以左回轉為例)向左運動時，電控系統20使三位三通電磁換向閥18的下位電磁鐵18b通電，下位工作；同時先導泵2經回轉操作手柄3左側輸出高壓油，而右側油口則輸出低壓油；輸出的高壓油分別作用于多路閥6左側、第二梭閥17的右側及左側的液控單向閥71的控制油口。第二梭閥17輸出高壓油作用于二位三通液控換向閥15的下側控制油口，使二位三通液控換向閥15下位工作；二位三通液控換向閥15的右側油口與油箱連通，從而使得第二二位二通液控換向閥16的上側控制油路壓力為零，在下側彈簧力作用下處于下位工作；第一梭閥13的左側與處于高壓狀態的回轉馬達10左腔連通，因此第一梭閥13輸出高壓油作用于第一二位二通液控換向閥14的下側控制油口，使得第一二位二通液控換向閥14下位工作。二位二通電磁換向閥19的電磁鐵不通電，處于左位工作，切斷液壓蓄能器22與其他執行器的通路。液控單向閥71、72的控制油口接回轉操作手柄3輸出的高壓油，允許液壓油雙向流通。上述各液壓控制閥在啟動加速過程中保持狀態，如圖1所示。

由于多路閥6左側控制油壓高于右側的油壓，因此多路閥6換向，驅動泵1在內燃機21的驅動下，輸出的高壓油經單向閥4從多路閥6左位輸出，流入回轉馬達10的左腔；由于此時轉臺12處于靜止狀態，而且轉臺12屬于大慣量系統，因此回轉馬達10也處于靜止狀態，此時大量涌入到回轉馬達10左腔的液壓油不能驅動回轉馬達10回轉，而只能打開左側的液控單向閥71流出；從液控單向閥71流出的高壓油分兩路，一路經三位三通電磁換向閥18的下位和第二二位二通液控換向閥16的下位進入液壓蓄能器22，另一路經第一二位二通液控換向閥14的下位進入液壓蓄能器22。由于從液控單向閥71輸出的液壓油分成兩部分，從而可以降低系統壓降，提高液壓蓄能器22回收的能量。

當液壓力克服轉臺12的慣性，推動轉臺12開始回轉后，流入回轉馬達10的流量逐漸增加，而流入液壓蓄能器22的流量逐漸減小。轉臺12處于加速回轉狀態。當轉臺12達到額定轉速，驅動泵1輸出的流量完全進入回轉馬達10，起動加速過程結束。

(2)回收能量再利用階段

由于在加速回轉階段，液壓蓄能器22吸收了大量的能量，壓力升高；而回轉馬達10已經完成加速過程，轉速趨于平穩，此時回轉馬達10腔的壓力小于加速階段的壓力，即小于液壓蓄能器22的壓力。此時，在液壓蓄能器22較高壓力的作用下，第一二位二通液控換向閥14上位工作，切斷左右回路的連通；第二梭閥17輸出高壓油并作用于二位三通液控換向閥15的下位控制油口，使二位三通液控換向閥15下位工作，使二位三通液控換向閥15右側油口與油箱連通，并作用于第二二位二通液控換向閥16的上側控制油口，第二二位二通液控換向閥16在下側彈簧作用下處于下位工作；三位三通電磁換向閥18仍然保持下位工作。液控單向閥71、72的控制油口接回轉操作手柄3輸出的高壓油，允許液壓油雙向流通。

此時由于液壓蓄能器22中的壓力較高，因此液壓蓄能器22中的壓力油經第二二位二通液控換向閥16的下位進入三位三通電磁換向閥18的下位并經左側的液控單向閥71、72反向流出，進入回轉馬達10左腔，與驅動泵1提供的液壓油一起，為回轉馬達10提供較大的流量，保證轉臺12的快速運轉。由于液壓蓄能器22提供了一部分回轉馬達10所需要的流量，因此降低了驅動泵1的輸出，降低了系統的能量消耗。

在轉臺12由啟動加速到正常運轉過程中，是依靠液壓蓄能器22與回轉馬達10的壓力自動切換的，不需人為操作，提高了能量回收和再利用的效率和可靠性，并簡化了控制流程。

(3)制動能量回收

當回轉操作手柄3回中位后，回轉操作手柄3切斷先導泵2的對外輸出，回轉操作手柄3的兩個先導輸出油口均與油箱相通。因此，多路閥6在兩側先導油路的控制下回中位，切斷驅動泵1與回轉馬達10腔的通道，同時也切斷了回轉馬達10另一側與油箱的連接通道；第二梭閥17兩側的壓力為零，輸出壓力也為零；液控單向閥71、72的控制油口接低壓油，反向流通被禁止，只能與普通單向閥一樣，保持正向流通。

由于第二梭閥17的輸出為零，因此二位三通液控換向閥15在上側彈簧力作用下處于上位工作，從而使得液壓蓄能器22中的液壓油作用于第二二位二通液控換向閥16的上側控制油口，使第二二位二通液控換向閥16上位工作，切斷左右的油路。

由于轉臺12屬于大慣性負載，因此在驅動泵1停止為回轉馬達10供油時，轉臺12仍然沿著原來的方向繼續運轉，使原來接油箱的右側的馬達腔的油液壓縮，產生很高的壓力，高壓油打開右側的液控單向閥72，從液控單向閥72的正向流出。由于馬達右腔的壓力高，因此第一梭閥13輸出高壓油作用于第一二位二通液控換向閥14的下側控制油口，促使第一二位二通液控換向閥14的下位工作，連通左右油路；因此從回轉馬達10制動腔輸出的高壓油經過右側的液控單向閥72后經第一二位二通液控換向閥14流入到液壓蓄能器22中，從而實現對制動能量的回收。

(4)轉臺處于靜止狀態

當回轉馬達10的轉速趨近于零時，此時回轉馬達10制動腔的壓力降低，不足以克服液壓蓄能器22內的壓力；此時第一梭閥13和第二梭閥17均輸出低壓油；此時液壓蓄能器22壓力高于第一梭閥13的壓力，因此第一二位二通液控換向閥14在液壓蓄能器22作用下處于上位工作，切斷左右油路的通路；第二梭閥17輸出的壓力較低，小于二位三通液控換向閥15上側的彈簧力，因此在彈簧力作用下二位三通液控換向閥15上位工作，使液壓蓄能器22的高壓油作用于第二二位二通液控換向閥16的上側控制油口，第二二位二通液控換向閥16在上側壓力作用下處于上位工作，使左右兩側油路斷開；三位三通電磁換向閥18在電控系統20的作用下，上側的電磁鐵通電，處于上位工作，使右側的油口與油箱相通。

當驅動系統的各液壓閥處于上述工況時，此時回轉馬達10左腔通過單向閥4從油箱吸油，保持在較低壓力；回轉馬達10右腔通過右側液控單向閥72和三位三通電磁換向閥18的上位與油箱相通，也保持在較低壓力；這樣回轉馬達10兩腔壓力相等，能有效防止轉臺12停止后反向旋轉，保證了轉臺12運轉的平穩性。

(5)多級能量回收與再利用

當液壓蓄能器22的壓力在設定壓力范圍的上限時，如果此時轉臺12進行啟動加速或制動等動作時，啟動溢流和制動溢流能量就不能被液壓蓄能器22吸收，從而造成浪費，針對此問題，本實用新型設計了一條通路，通過二位二通電磁換向閥19將這部分能量提供給其他執行器或者存儲在壓力范圍更高的其他液壓蓄能器中，實現能量的直接利用或多級能量儲存與再利用。

圖5所示是當轉臺12開始啟動時，能量的流通關系，工作原理與圖2相似，只是此時啟動溢流能量不是進入液壓蓄能器22，而是經二位二通電磁換向閥19進入其他的執行機構或更高壓力等級的其他液壓蓄能器中；制動能量回收與此相似，可以參照圖3和圖5獲得。

本實用新型的設計重點在于：通過在回轉馬達與液壓蓄能器之間設置相應的液壓閥，來檢測液壓泵出口壓力、回轉操作手柄的輸出壓力、回轉馬達兩腔壓力以及液壓蓄能器的壓力，并使相應的換向閥處于相應的工作位置，連通回轉馬達腔與液壓蓄能器之間的不同能量流通通道，使得驅動系統不需安裝很多的壓力傳感器即能實現壓力的比較，自動完成對回轉驅動系統能量的回收和再利用。一方面降低了轉臺驅動系統的能量消耗，增強了驅動系統運行的穩定性，另一方面簡化了控制系統，提高了控制系統的可靠性。

以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型的技術范圍作任何限制，故凡是依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何細微修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實用新型技術方案的范圍內。