用蓄能器和差动缸组成能量回收式举升系统

　　1 引言

　　液压技术经常被用于大吨位的举升系统。在常见的液压举升系统中,无论采用什么控制原理,有一点是共同的,即在重物下降的过程中,液压油通过各种方式的节流返回油箱,用节流来控制重物下降的速度。在这个过程中,机械势能通过液压系统转变为热能,并通过各种方式耗散到空气当中去。

　　对于需要频繁升降的大吨位举升系统而言,重物的升降,不仅需要消耗大量的能量,而且会产生大量的热量,这是令人非常头痛的问题。

　　笔者在长期从事大型游艺机液压系统研究的基础上,针对起升臂式举升系统,提出了一种能量回收液压举升系统方案,讫今已实际装机近10台套。实践表明,该方案能量回收率较高,系统发热量很小,而且重物的速度非常容易控制。

　　2 系统的基本原理

　　本方案特别针对起升臂式举升系统,这种系统在实际中非常常见,譬如吊车和修理平台等等,如图1所示。

　　此类系统的特点是,当上升时,系统依靠液压缸的动力驱动起升臂带动负载上升,下降时,依靠负载的自重下降,液压缸只提供制动力,用以控制负载下降的速度不至于过快。

　　经过受力分析,此类系统当起升臂在最低点时,液压缸受力最大。随起升臂起升,液压缸受力急剧减小。可用公式表达如下:

　　液压缸伸出量l与水平面夹角:

　　式中 M--载荷质量

　　g--重力加速度

　　可算出随起升臂转角变化液压缸压力的变化曲线,见图2。

　　观察图2可知,液压缸压力变化曲线与蓄能器放油压力变化曲线相似。因此笔者提出了用蓄能器放压实现近似恒速控制,用差动缸实现能量回收的系统方案,如图3所示。

　　图中,液压缸的上升下降用带行程限制器的电液换向阀进行控制(相当于换向阀加节流阀控制)。蓄能器的容量、工作压力、充气压力经过精确计算,其放油压力变化曲线与负载压力变化曲线平行,压力略高于负载压力变化曲线(按无杆腔面积折算,约2MPa)。由于油源的压力与负载压力的差值保持基本不变,在节流口开度调定的情况下,流过换向阀的流量基本恒定,因而实现了近似的恒速控制。

　　液压缸采用大速比,其无杆腔面积大于差动时有效面积约20%。上升时,有杆腔接油箱,压力油的作用面积等于无杆腔面积。这时液压缸输出力大于负载,缸上升。下降时将缸接成差动缸,由于其有效面积减小,缸输出力小于负载,缸下降,负载将液压缸推回,使蓄能器充压,实现能量回收。下降时,蓄能器充压曲线与负载压力曲线也是基本平行的,因此在节流口恒定的情况下,流量也是比较稳定的。