CN111501870B - 一种基于飞轮和辅助液压缸的动臂节能系统及挖掘机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于飞轮和辅助液压缸的动臂节能系统及挖掘机，液压泵的出油口P通过第一单向阀与主换向阀的P口连接，主换向阀的A口和B口分别与动臂液压缸的有杆腔和无杆腔连接；液压马达的进油口P与主换向阀的T口连接，其传动轴依次通过变速器和第一离合器与飞轮一端的传动轴连接；辅助液压泵单元包括恒压变量泵和先导阀，恒压变量泵的出油口P通过切换阀的P口与辅助液压缸的无杆腔连接；先导阀的P口和T口分别与恒压变量泵的X口和油箱连接；辅助液压缸与动臂液压缸的布置方式置相同。该系统可以实现对动臂能量的回收和再利用，能减少对发动机的功率需求，并具有显著的节能效果。该挖掘机能将回收能量更好的作用于动臂的提升动作。

Description

一种基于飞轮和辅助液压缸的动臂节能系统及挖掘机

技术领域

本发明属于工程机械技术领域，具体涉及一种基于飞轮和辅助液压缸的动臂节能系统及挖掘机。

背景技术

液压挖掘机在各类施工领域广泛应用，液压挖掘机具有油耗高、效率低等缺点，其节能研究迫在眉睫。

图1为当前一种普遍的挖掘机结构示意图。其中，动臂100的端部铰接在转台200上，动臂液压缸101的缸筒铰接在转台200上，动臂液压缸101的活塞杆端铰接在动臂100的中部。当动臂液压缸101的活塞杆做伸缩运动时，即可带动动臂100做提升和下放动作。挖掘机在工作过程中，动臂升降动作频繁，又由于工作装置和负载质量大，在下降过程中会释放出大量的势能。图2是现有技术中挖掘机动臂液压系统的简化原理图。结合图1和图2可知，上述的势能绝大部分消耗在主换向阀3的阀口上并转换为热能，这不仅造成了能量的浪费和系统的发热，同时，油液的高温也会降低液压元件的使用寿命。因此，研究动臂势能回收与再利用问题，对延长设备使用寿命，提高能量利用率具有重要意义。

当前，对于挖掘机动臂势能回收的研究主要集中在电力式(蓄电储能)和液压式(液压储能)两方面。

电力式主要采用液压马达、发电机为能量转化元件，蓄电池和超级电容为储能元件，以实现能量的转换和回收。在系统需要能量时，发电机工作在电动机模式下，驱动液压泵/马达工作在泵模式下，对系统输出液压能。但是动臂下降过程的时间非常短暂，能量值很大，所以功率也很大。现有技术的蓄电池难以承受如此大的充电/放电功率。此外，电池的深度充放电寿命很短，约几千次。而超级电容价格极为昂贵，且其占用空间大，因此电力式回收的实用性不强。

液压式能量回收系统以蓄能器为储能元件。其基本工作原理为，当回收系统重力势能时，以高压油液压力能的形式储存于液压蓄能器中；当系统中需要能量时，储存的油液释放出来进入液压系统工作。液压式回收方案利用了蓄能器功率密度大，能吸收压力冲击等优点，但因蓄能器储存能量的密度低，如果需要储存较多能量时会需要较大体积的蓄能器，进而会占用较大的空间，且蓄能器的安装也非常不方便。此外，蓄能器的压力会随着存储油液的增多而上升，对动臂的下落速度造成影响。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于飞轮和辅助液压缸的动臂节能系统，该系统在动臂下放过程中，能将动臂的势能转化为飞轮旋转的机械能，并能进行存储，从而能避免浪费；另外，当动臂需要提升时，能利用储存在飞轮中的机械能作用于动臂的提升，能减少对发动机的功率需求，并具有显著的节能效果。本发明还提供了一种使用基于飞轮和辅助液压缸的动臂节能系统的挖掘机，本挖掘机可以通过对挖掘机工作姿态的感知，将回收能量更好的作用于动臂的提升动作，能显著提高设备的能量利用效率。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于飞轮和辅助液压缸的动臂节能系统，包括发动机、液压泵、第一单向阀、主换向阀、动臂液压缸、液压马达、变速器、第一离合器、飞轮、第二离合器、辅助液压泵单元、切换阀、辅助液压缸、第三单向阀、转速检测装置、压力传感器和控制器；

所述发动机与液压泵同轴连接，液压泵的吸油口S通过管路与油箱连接，其出油口P通过第一单向阀与主换向阀的P口连接，主换向阀的A口和B口分别与动臂液压缸的有杆腔和无杆腔连接，所述动臂液压缸的缸筒铰接在转台上，动臂液压缸的活塞杆端铰接在动臂的中部；

液压马达的回油口T和进油口P分别与油箱和主换向阀的T口连接，液压马达的传动轴依次通过变速器和第一离合器与飞轮一端的传动轴连接；

所述辅助液压泵单元包括恒压变量泵和先导阀，恒压变量泵的传动轴通过第二离合器与飞轮另一端的传动轴连接，恒压变量泵的吸油口S和出油口P分别与油箱和切换阀的P口连接，切换阀的T口通过第二单向阀与油箱连接，切换阀的A口与辅助液压缸的无杆腔连接；第三单向阀的进油口和出油口分别与油箱和切换阀的A口连接；先导阀的P口和T口分别与恒压变量泵的X口和油箱连接；

所述辅助液压缸与动臂液压缸的布置位置相同，辅助液压缸的缸筒铰接在转台上，辅助液压缸的活塞杆端铰接在动臂的中部；

所述控制器分别与液压泵、主换向阀、第一离合器、第二离合器、辅助液压泵单元、转速检测装置、压力传感器和挖掘机的操纵手柄连接；

所述转速检测装置贴近飞轮地设置，用于检测飞轮的转速信号，并将转速信号实时发送给控制器；所述压力传感器设置在动臂液压缸上，用于检测其有杆腔的压力信号，并将压力信号实时发送给控制器；

所述操纵手柄用于根据操作人员的控制分别发出下放电信号和提升电信号；

所述控制器用于在接收到下放电信号后控制主换向阀的电磁铁Y1b得电、控制第一离合器得电，以进行动臂势能的回收；用于根据接收到的压力信号来获得动臂液压缸有杆腔的压力值，并在压力值小于等于设定值A时控制第一离合器断电，以停止动臂势能的回收；

控制器用于在接收到提升电信号后控制主换向阀的电磁铁Y1a得电、控制第二离合器得电、控制切换阀的电磁铁Y2得电，以进行能量的再利用；用于根据接收到的转速信号来获得飞轮的转速，并在转速小于等于设定值B时控制第二离合器断电、控制切换阀断电，以停止能量的再利用。

作为一种优选，所述转速检测装置为转速传感器。

作为一种优选，所述控制器为PLC控制器。

作为一种优选，所述切换阀为两位三通电磁换向阀，当其电磁铁Y得电时，其工作在左位，A口与T口之间的油路断开，A口与P口之间的油路连通；当电磁铁Y不得电时，其工作在右位，A口与T口之间的油路连通，A口与P口之间的油路断开。

作为一种优选，所述主换向阀为两位四通电磁换向阀，当其电磁铁Y1b得电时，其工作在左位，A口与P口之间的油路连通，B口与T口之间的油路断开；当电磁铁不得电时，其工作在中位，A口、B口、P口和T口均截止；当电磁铁Y1a得电时，其工作在右位，A口与T口之间的油路连通，B口与P口之间的油路连通。

作为一种优选，辅助液压缸为柱塞式液压缸或活塞式液压缸。

本发明中，通过液压马达和飞轮的设置，可以在动臂下降的过程中，通过液压马达将油液的能量转化并存储于飞轮中，避免了动臂下降过程中能量的浪费。同时，通过辅助液压泵单元和辅助液压缸的设置，可以在动臂提升时，利用储存在飞轮中的能量驱动辅助液压泵单元向辅助液压缸的无杆腔中供油，进而使储存的机械能变成压力能，再通过辅助液压缸输出机械能作用于动臂提升。该系统能减少对发动机的功率需求，可以使系统选用更小型号的发动机，具有显著的节能效果，还降低了发动机的投入成本。

本发明还提供了一种基于飞轮和辅助液压缸的动臂节能系统的挖掘机，包括基于飞轮和辅助液压缸的动臂节能系统、第一角度传感器、第一水平倾角传感器、第二角度传感器、第二水平倾角传感器、第三角度传感器和第三水平倾角传感器；

第一角度传感器安装在动臂与转台的铰接处，用于测量动臂与转台之间的角度；第一水平倾角传感器安装在动臂上，用于测量动臂相对于水平面的倾角；

第二角度传感器安装在动臂与斗杆的铰接处，用于测量动臂和斗杆之间的角度；第二水平倾角传感器安装在斗杆上，用于测量斗杆相对于水平面的倾角；

第三角度传感器安装在斗杆和与铲斗的铰接处，用于测量铲斗与斗杆之间的角度；第三水平倾角传感器安装在铲斗上，用于测量铲斗相对于水平面的倾角；

第一角度传感器、第一水平倾角传感器、第二角度传感器、第二水平倾角传感器、第三角度传感器和第三水平倾角传感器均与控制器连接；

所述控制器内部存储有动臂、斗杆和空载的铲斗处于不同姿态下时动臂提升需要的驱动力，以及动臂、斗杆和空载的铲斗处于不同姿态下时先导阀的控制电流大小；控制器还用于在收到提升电信号后，根据第一、第二和第三角度传感器所采集的角度信号、第一、第二和第三水平倾度传感器所采集的倾角信号，计算出当前姿态下铲斗空载的动臂驱动力，并将该动臂驱动力转化为辅助液压缸的压力，并根据该压力输出对应的控制电流给先导阀，以控制辅助液压缸对外输出合适的压力；同时，控制器根据所接收到的转速信号来获得飞轮的飞轮能量，并在飞轮能量小于设定值C时，成比例的降低对先导阀控制电流的输出，以实现能量最大化的利用。

本发明可以实时感知挖掘机的工作姿态，进而可以准确地计算出不同动作所需要的驱动力，进而能实现对挖掘机的精确控制。该挖掘机能够将回收能量更好的作用于动臂的提升动作，能显著提高设备的能量利用效率。

附图说明

图1是现有技术中挖掘机的结构示意图；

图2是现有技术中挖掘机动臂液压系统的简化原理图；

图3是本发明中基于飞轮和辅助液压缸的动臂节能系统的原理图；

图4是本发明中辅助液压泵单元的液压原理图；

图5是本发明中挖掘机的结构示意图。

图中：1、液压泵，2、第一单向阀，3、主换向阀，101、动臂液压缸，5、油箱，6、发动机，7、液压马达，8、飞轮，81、转速检测装置，9、第一离合器，10、变速器，11、第二离合器，12、辅助液压泵单元，1201、先导阀，1202、恒压变量泵，13、切换阀，14、第二单向阀，15、第三单向阀，41、辅助液压缸；

100、动臂，200、转台，300、底盘，400、斗杆，401、斗杆液压缸，500、铲斗，501、铲斗液压缸；

102、第一角度传感器，402、第一角度传感器，502、第一角度传感器。

具体实施方式

下面对本发明作进一步说明。

如图1至图5所示，一种基于飞轮和辅助液压缸的动臂节能系统，包括发动机6、液压泵1、第一单向阀2、主换向阀3、动臂液压缸101、液压马达7、变速器10、第一离合器9、飞轮8、第二离合器11、辅助液压泵单元12、切换阀13、辅助液压缸41、第三单向阀15、转速检测装置81、压力传感器和控制器；

所述发动机6与液压泵1同轴连接，液压泵1的吸油口S通过管路与油箱5连接，其出油口P通过第一单向阀2与主换向阀3的P口连接，主换向阀3的A口和B口分别与动臂液压缸101的有杆腔和无杆腔连接，所述动臂液压缸101的缸筒铰接在转台200上，动臂液压缸101的活塞杆端铰接在动臂100的中部；动臂液压缸101的数量可根据挖掘机型号大小的不同而进行适应性地设置，可以为一只液压缸，也可以采用平行布置的多只液压缸。

液压马达7的回油口T和进油口P分别与油箱5和主换向阀3的T口连接，液压马达7的传动轴依次通过变速器10和第一离合器9与飞轮8一端的传动轴连接；

所述辅助液压泵单元12包括恒压变量泵1202和先导阀1201，恒压变量泵1202的传动轴通过第二离合器11与飞轮8另一端的传动轴连接，恒压变量泵1202的吸油口S和出油口P分别与油箱5和切换阀13的P口连接，切换阀13的T口通过第二单向阀14与油箱连接，切换阀13的A口与辅助液压缸41的无杆腔连接；第三单向阀15的进油口和出油口分别与油箱5和切换阀13的A口连接；先导阀1201的P口和T口分别与恒压变量泵1202的X口和油箱5连接；

图4给出了一种典型配置方案，包括先导阀1201和恒压变量泵1202。所述辅助液压泵单元12可以根据控制信号对外输出具有一定压力和流量的流体。具体说，在工作压力小于其控制信号设定的恒压变量压力时，恒压变量泵1202对外输出其最大流量；当工作压力达到其设定压力时，恒压变量泵1202对外输出合适的流量以维持其设定压力。所述先导阀1201典型的为一电比例压力控制阀，可以根据外部输入的电信号控制自身P口的压力；典型的，所述恒压变量泵1202带有远程控制功能，即，其恒压变量的设定压力可以受到作用于其X口的压力控制。

所述辅助液压缸41与动臂液压缸101的布置位置相同，辅助液压缸41的缸筒铰接在转台200上，辅助液压缸41的活塞杆端铰接在动臂100的中部；

所述转速检测装置81贴近飞轮8地设置，用于检测飞轮8的转速信号，并将转速信号实时发送给控制器；所述压力传感器设置在动臂液压缸101上，用于检测其有杆腔的压力信号，并将压力信号实时发送给控制器；所述控制器分别与液压泵1、主换向阀3、第一离合器9、第二离合器11、辅助液压泵单元12、转速检测装置81、压力传感器和挖掘机的操纵手柄连接；

所述操纵手柄用于根据操作人员的控制分别发出下放电信号和提升电信号；

所述控制器用于在接收到下放电信号后控制主换向阀3的电磁铁Y1b得电、控制第一离合器9得电，以进行动臂势能的回收；用于根据接收到的压力信号来获得动臂液压缸101有杆腔的压力值，并在压力值小于等于设定值A时控制第一离合器9断电，以停止动臂势能的回收；

控制器用于在接收到提升电信号后控制主换向阀3的电磁铁Y1a得电、控制第二离合器11得电、控制切换阀13的电磁铁Y2得电，以进行能量的再利用；用于根据接收到的转速信号来获得飞轮8的转速，并在转速小于等于设定值B时控制第二离合器11断电、控制切换阀13断电，以停止能量的再利用。

作为一种优选，所述转速检测装置81为转速传感器。

作为一种优选，所述控制器为PLC控制器。

作为一种优选，所述切换阀13为两位三通电磁换向阀，当其电磁铁Y2得电时，其工作在左位，A口与T口之间的油路断开，A口与P口之间的油路连通；当电磁铁Y2不得电时，其工作在右位，A口与T口之间的油路连通，A口与P口之间的油路断开。当然，切换阀13也可以采用电液换向阀。

作为一种优选，所述主换向阀3为两位四通电磁换向阀，当其电磁铁Y1b得电时，其工作在左位，A口与P口之间的油路连通，B口与T口之间的油路断开；当电磁铁不得电时，其工作在中位，A口、B口、P口和T口均截止；当电磁铁Y1a得电时，其工作在右位，A口与T口之间的油路连通，B口与P口之间的油路连通。

作为一种优选，辅助液压缸41为柱塞式液压缸或活塞式液压缸。

本发明提供了一种基于飞轮和辅助液压缸的动臂节能系统的挖掘机，包括基于飞轮和辅助液压缸的动臂节能系统、第一角度传感器102、第一水平倾角传感器、第二角度传感器402、第二水平倾角传感器、第三角度传感器502和第三水平倾角传感器；

第一角度传感器102安装在动臂100与转台200的铰接处，用于测量动臂100与转台200之间的角度；第一水平倾角传感器安装在动臂100上，用于测量动臂100相对于水平面的倾角；

第二角度传感器402安装在动臂100与斗杆400的铰接处，用于测量动臂100和斗杆400之间的角度；第二水平倾角传感器安装在斗杆400上，用于测量斗杆400相对于水平面的倾角；

第三角度传感器502安装在斗杆400和与铲斗500的铰接处，用于测量铲斗500与斗杆400之间的角度；第三水平倾角传感器安装在铲斗500上，用于测量铲斗500相对于水平面的倾角；

第一角度传感器102、第一水平倾角传感器、第二角度传感器402、第二水平倾角传感器、第三角度传感器502和第三水平倾角传感器均与控制器连接。

所述控制器内部存储有动臂100、斗杆400和空载的铲斗500处于不同姿态下时动臂提升需要的驱动力，以及动臂100、斗杆400和空载的铲斗500处于不同姿态下时先导阀1201的控制电流大小；控制器还用于在收到提升电信号后，根据第一、第二和第三角度传感器所采集的角度信号、第一、第二和第三水平倾度传感器所采集的倾角信号，计算出当前姿态下铲斗空载的动臂驱动力，并将该动臂驱动力转化为辅助液压缸41的压力，并根据该压力输出对应的控制电流给先导阀1201，以控制辅助液压缸41对外输出合适的压力；同时，控制器根据所接收到的转速信号来获得飞轮8的飞轮能量，并在飞轮能量小于设定值C时，成比例的降低对先导阀1201控制电流的输出，以实现能量最大化的利用。

工作原理：

结合图3，对本发明的工作原理做进一步的说明。

3.1动臂下放过程(动臂势能回收)：

在需要动臂100下放时，操作人员通过操纵手柄发出下放电信号给控制器，控制器(未画出)收到下放电信号后控制主换向阀3的电磁铁Y1b得电、控制第一离合器9得电吸合。结合图3，液压泵1排出的油液经第一单向阀2、主换向阀3的P口至A口进入动臂液压缸101的有杆腔。由于动臂液压缸101上作用有于动臂100等负载，动臂液压缸101的有杆腔的压力很小。动臂液压缸101无杆腔内的高压油液，经主换向阀3的B口至T口，流入液压马达7的P口，然后经其A口流出后回油箱5。液压马达7输出机械能，经变速器10和第一离合器9驱动飞轮8加速旋转。因此，动臂势能转化成飞轮8的机械能。这个过程中，通过合理控制液压马达7的排量及变速器10的传动比，具体地，通过控制器对液压马达7的排量进行控制，对变速器10的传动比进行控制，即可调整动臂液压缸101速度。动臂液压缸101排出的高压油液具有的压力能，大部分经液压马达7转化成了飞轮8的机械能，消耗在主换向阀3的阀口上的能量较少。

动臂100下放过程中，辅助液压缸41也在动臂100的作用下缩回。辅助液压缸41腔体内的油液经切换阀13的A口至T口，经第二单向阀14的A口至B口流回油箱5。因第二单向阀14的开启压力很小，辅助液压缸41对动臂100下放动作的阻碍作用很小。由于设置了第二单向阀14，当辅助液压缸41处于伸出状态时，其腔体内的油液不会因为重力等原因自行流回油箱5。

当由于某些原因，例如铲斗触地等，动臂不能继续依靠重力下放时，动臂100必须在动臂液压缸101的驱动下才能继续向下运动。液压泵1要为动臂液压缸101有杆腔提供高压油液，无杆腔的油液也不再具有很高的压力。这意味着此时动臂100没有可以回收的势能。压力传感器用于实时检测动臂液压缸101有杆腔的油液压力，并实时发送给控制器，在压力传感器检测到进入动臂液压缸101有杆腔的油液压力升高后，控制器断开第一离合器9的连接。这样，液压马达7没有负载，主换向阀3的T口的油液经液压马达7的P口至T口流回油箱5。此时，液压马达7仅是空转，不再回收能量。

3.2动臂提升过程(能量再利用)

根据设计过程中已知的动臂100、斗杆400及铲斗500的质量、几何形状、重心分布等信息(动臂10的质心到其转轴的距离、斗杆400的质心到其转轴的距离、铲斗500的质心到其转轴的距离等参数信息)，设计人员可以计算出动臂100、斗杆400和空载的铲斗500处于不同姿态下时动臂提升需要的驱动力。再结合辅助液压缸41的几何尺寸、先导阀1201的控制参数等信息，可以进一步获得动臂100、斗杆400和铲斗500在不同姿态下时，辅助液压缸41输出的力等于动臂500所需的提升驱动力时的先导阀1201的理想控制信号(电流)大小I_ideal。需要注意，I_ideal是一组数值，而非单一的数值。这些信息可以存储在控制器中，供后续使用过程查询和调用。为了更加精确到获得不同状态下的理想电流值，以达到更好的节能效果，还可以考虑增加挖掘机工作装置更多的参数，例如动臂100、斗杆400和铲斗500的运动速度、加速度信息等。当然，作为一种简化，也可以省略一部分信息，例如铲斗的运动参数对系统的影响。

在需要动臂100提升时，操作人员通过操纵手柄发出提升电信号给控制器，控制器(未画出)收到提升电信号后控制主换向阀3的电磁铁Y1a得电、第二离合器11吸合、切换阀13的电磁铁Y2得电，这样，主换向阀3工作在右位，液压泵1提供的油液经第一单向阀2、主换向阀3的P口至B口进入动臂液压缸101的无杆腔，其有杆腔的油液经主换向阀3的A口至T口、液压马达7的P口至A口流回油箱5。因为此时第一离合器9没有吸合，故液压马达7对油液产生的阻力很小，可以忽略。动臂液压缸101的活塞杆伸出，对应图1中动臂提升动作。同时，控制器使第二离合器11吸合，切换阀13的电磁铁Y2得电而工作在左位机能。控制器还通过第一、第二和第三角度传感器所采集的角度信号、第一、第二和第三水平倾度传感器所采集的倾角信号，以及预先存储的挖掘机工作装置不同姿态下需要的驱动力，计算出当前姿态下铲斗空载的动臂驱动力，并将其转化为辅助液压缸41的压力，也就是先导阀1201对恒压变量泵1202的控制压力。控制器发出控制信号给先导阀1201，控制辅助液压泵单元12的对外输出压力。飞轮8通过第二离合器11驱动辅助液压泵单元12工作。辅助液压泵单元12排出的油液经切换阀13的P口至A口，流入辅助液压缸41。辅助液压缸41与动臂液压缸101共同驱动动臂100提升。因为辅助液压泵单元12排出的油液具有一定的压力，辅助液压缸41承担了一定的动臂提升力，所以本系统可以减小动臂液压缸101对动臂100的输出力，也就相当于减小了液压泵1对发动机6的功率需求，降低了能量消耗。进一步，在设备的设计阶段，可以适当选用较小的发动机型号，减小设备的体积和重量。

需要注意的是，辅助液压缸41提供给动臂的驱动力，比铲斗500空载时动臂100的驱动力要小。这样可以避免辅助液压缸41输出力过大造成的操控性下降的问题。同时，因为动臂100下降时铲斗500是空载的，在挖掘机工作装置保持同样的姿态下，考虑到效率等因素，回收的能量是小于动臂100提升所需要的能量的。

前已述及，动臂100需要的提升力与挖掘机的动臂100、斗杆400和铲斗500的位置有关，而对于任一给定液压缸对动臂100的提升力与其工作压力成正比。恒压变量泵1202的最高输出压力又与先导阀1201的控制信号成比例。先导阀1201的实际控制信号I_p为I_P＝kI_ideal (1)

式中，k为比例系数。

理想情况下，为了实现飞轮8中回收的能量的充分利用，k可以通过下式计算获得

式中，E_max为每次动臂100提升开始时飞轮8内存储的能量；此数值可以通过飞轮8的转速和转动惯量等参数计算获得。E_min为飞轮8需要保留的最小能量值。任何情况下，k大于等于0，且小于1。

综上所述，在动臂100提升过程中，辅助液压缸41提供了克服动臂100等工作装置的负载的大部分，并非全部。这样既能一定程度上减少挖掘机对发动机6的功率需求，实现节能的效果，有能避免对设备的操控性能造成大的影响。

通过第三单向阀15的设置，可以在辅助液压缸41在动臂100提升过程中因为种种原因发生吸空时，便于将油箱5的油液经第三单向阀15的A口至B口进行补充。

作为一种优选，在能量再利用传动链上，为了使飞轮8和辅助液压泵单元12的速度匹配，在第二离合器11和辅助液压泵单元12之间还可以设置第二变速器。

Claims (6)

1.一种基于飞轮和辅助液压缸的动臂节能系统，包括发动机（6）、液压泵（1）、第一单向阀（2）、主换向阀（3）和动臂液压缸（101），所述发动机（6）与液压泵（1）同轴连接，液压泵（1）的吸油口S通过管路与油箱（5）连接，其出油口P通过第一单向阀（2）与主换向阀（3）的P口连接，主换向阀（3）的A口和B口分别与动臂液压缸（101）的有杆腔和无杆腔连接；所述动臂液压缸（101）的缸筒铰接在转台（200）上，动臂液压缸（101）的活塞杆端铰接在动臂（100）的中部；

其特征在于，还包括液压马达（7）、变速器（10）、第一离合器（9）、飞轮（8）、第二离合器（11）、辅助液压泵单元（12）、切换阀（13）、辅助液压缸（41）、第三单向阀（15）、转速检测装置（81）、压力传感器和控制器；

液压马达（7）的回油口T和进油口P分别与油箱（5）和主换向阀（3）的T口连接，液压马达（7）的传动轴依次通过变速器（10）和第一离合器（9）与飞轮（8）一端的传动轴连接；

所述辅助液压泵单元（12）包括恒压变量泵（1202）和先导阀（1201），恒压变量泵（1202）的传动轴通过第二离合器（11）与飞轮（8）另一端的传动轴连接，恒压变量泵（1202）的吸油口S和出油口P分别与油箱（5）和切换阀（13）的P口连接，切换阀（13）的T口通过第二单向阀（14）与油箱连接，切换阀（13）的A口与辅助液压缸（41）的无杆腔连接；第三单向阀（15）的进油口和出油口分别与油箱（5）和切换阀（13）的A口连接；先导阀（1201）的P口和T口分别与恒压变量泵（1202）的X口和油箱（5）连接；

所述辅助液压缸（41）与动臂液压缸（101）的布置位置相同，辅助液压缸（41）的缸筒铰接在转台（200）上，辅助液压缸（41）的活塞杆端铰接在动臂（100）的中部；

所述转速检测装置（81）贴近飞轮（8）地设置，用于检测飞轮（8）的转速信号，并将转速信号实时发送给控制器；所述压力传感器设置在动臂液压缸（101）上，用于检测其有杆腔的压力信号，并将压力信号实时发送给控制器；所述控制器分别与液压泵（1）、主换向阀（3）、第一离合器（9）、第二离合器（11）、辅助液压泵单元（12）、压力传感器和挖掘机的操纵手柄连接；

所述操纵手柄用于根据操作人员的控制分别发出下放电信号和提升信号；

所述控制器用于在接收到下放电信号后控制主换向阀（3）的电磁铁Y1b得电、控制第一离合器（9）得电，以进行动臂势能的回收；用于根据接收到的压力信号来获得动臂液压缸（101）有杆腔的压力值，并在压力值小于等于设定值A时控制第一离合器（9）断电，以停止动臂势能的回收；

控制器用于在接收到提升电信号后控制主换向阀（3）的电磁铁Y1a得电、控制第二离合器（11）得电、控制切换阀（13）的电磁铁Y2得电，以进行能量的再利用；用于根据接收到的转速信号来获得检测飞轮（8）的转速，并在转速小于等于设定值B时控制第二离合器（11）断电、控制切换阀（13）断电，以停止能量的再利用；

所述切换阀（13）为两位三通电磁换向阀；当其电磁铁Y2得电时，其工作在左位，A口与T口之间的油路断开，A口与P口之间的油路连通；当电磁铁Y2不得电时，其工作在右位，A口与T口之间的油路连通，A口与P口之间的油路断开。

2.根据权利要求1所述的一种基于飞轮和辅助液压缸的动臂节能系统，其特征在于，所述转速检测装置（81）为转速传感器。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于飞轮和辅助液压缸的动臂节能系统，其特征在于，所述控制器为PLC控制器。

4.根据权利要求3所述的一种基于飞轮和辅助液压缸的动臂节能系统，其特征在于，所述主换向阀（3）为两位四通电磁换向阀，当其电磁铁Y1b得电时，其工作在左位，A口与P口之间的油路连通，B口与T口之间的油路断开；当电磁铁不得电时，其工作在中位，A口、B口、P口和T口均截止；当电磁铁Y1a得电时，其工作在右位，A口与T口之间的油路连通，B口与P口之间的油路连通。

5.根据权利要求4所述的一种基于飞轮和辅助液压缸的动臂节能系统，其特征在于，辅助液压缸（41）为柱塞式液压缸或活塞式液压缸。

6.一种基于飞轮和辅助液压缸的动臂节能系统的挖掘机，包括如权利要求1至5任一项所述的一种基于飞轮和辅助液压缸的动臂节能系统，其特征在于，还包括第一角度传感器（102）、第一水平倾角传感器、第二角度传感器（402）、第二水平倾角传感器、第三角度传感器（502）和第三水平倾角传感器；

第一角度传感器（102）安装在动臂（100）与转台（200）的铰接处，用于测量动臂（100）与转台（200）之间的角度；第一水平倾角传感器安装在动臂（100）上，用于测量动臂（100）相对于水平面的倾角；

第二角度传感器（402）安装在动臂（100）与斗杆（400）的铰接处，用于测量动臂（100）和斗杆（400）之间的角度；第二水平倾角传感器安装在斗杆（400）上，用于测量斗杆（400）相对于水平面的倾角；

第三角度传感器（502）安装在斗杆（400）和与铲斗（500）的铰接处，用于测量铲斗（500）与斗杆（400）之间的角度；第三水平倾角传感器安装在铲斗（500）上，用于测量铲斗（500）相对于水平面的倾角；

第一角度传感器（102）、第一水平倾角传感器、第二角度传感器（402）、第二水平倾角传感器、第三角度传感器（502）和第三水平倾角传感器均与控制器连接；

所述控制器内部存储有动臂（100）、斗杆（400）和空载的铲斗（500）处于不同姿态下时动臂提升需要的驱动力，以及动臂（100）、斗杆（400）和空载的铲斗（500）处于不同姿态下时先导阀（1201）的控制电流大小；控制器还用于在收到提升电信号后，根据第一、第二和第三角度传感器所采集的角度信号、第一、第二和第三水平倾度传感器所采集的倾角信号，计算出当前姿态下铲斗空载的动臂驱动力，并将该动臂驱动力转化为辅助液压缸（41）的压力，并根据该压力输出对应的控制电流给先导阀（1201），以控制辅助液压缸（41）对外输出合适的压力；同时，控制器根据所接收到的转速信号来获得检测飞轮（8）的飞轮能量，并在飞轮能量小于设定值C时，成比例的降低对先导阀（1201）控制电流的输出，以实现能量最大化的利用。

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