升降机势能回收液压系统分析

1、升降机势能回收液压系统分析 液压升降机是应用比较广泛的一种物流机械，主要由工作台、支撑杆件、底座、升降缸和液压系统组成，工作时靠液压缸提供的动力实现升降。由其结构原理和工作特点所决定，在升降机工作台携带着货物和工件上升时，需要液压缸向其提供驱动力，即液压缸输出能量，把机械(液压能转换成势能；而在工作台携带着工件下降时，其势能将被释放出来。这种势能如果不能有效地回收利用，则会造成能量浪费。这种能量浪费对于小型升降机来说尚不显严重，但对于载重和举升高度较大、需频烦工作的机型来说，就非常可观了。对于此类机型，应在其液压系统中设计储能装置，以把工作台下降过程中释放出的势能储存起来，并在上升时加以利用，

2、以减少无用功的消耗，提高能量的利用效率，并同时达成使系统运行平稳、工作安全、可靠的目的。 为便于制造和安装，宜选用相同规格的主缸和辅助缸；配重2的重量要可调，其基本重量应大于工作台1的重量与工作台最大负载的一半之和。采用两个液压缸互补实现能量回收的方法，要增设一个辅助液压缸和较大的配重，使升降机的结构趋于复杂和笨重，制造成本增加，液压系统的结构也比较复杂，其推广应用受到限制。采用蓄能器实现能量回收为克服上述缺点，扩大应用范围，设计了采用蓄能器回收势能的液压系统。 该系统的能量回收原理为：在升降机下降过程中，使液压缸下腔中的油液排入蓄能器并储存在其中，将机械势能转换成液压能；在工作台再次上升过程

3、中向液压泵供油(相当于在系统图2采用蓄能器回收势能的液压系统中设置了压力油箱，减少了液压泵进、出油口的压力差，使再次上升过程中液压泵消耗的电动机功率减少，达到节能目的。因升降机只在垂直方向运动，其下降可借助重力实现，为简化液压缸结构、降低制造成本，采用了单作用缸，两缸并联；为缩短液压缸长度，使机器结构紧凑，并便于安装，采用了两级伸缩液压缸；系统采用限压式变量叶片泵3和调速阀4组成的容积一节流调速回路调节升降液压缸9的运动速度，以提高效率；用二位四通电磁换向阀7控制液压缸的运动方向；变量泵的工作压力由负载决定，溢流阀13用来限制系统的最高工作压力，作安全阀用；用分流-集流阀8提高2个升降液压缸的

4、同步运动精度；单向阀6用来在工作台升起，液压泵关闭后封闭液压缸下腔的油路，使其较长时间停留在工作位置；单向阀14作背压阀用。以使蓄能器在排油后其内仍然具有一定的最低压力(蓄能器正常工作所需要；单向阀3用来使液压泵在初次 上升时从油箱吸油，二次上升时先从蓄能器中吸油；单向阀12用来使工作台下降时，液压缸无杆腔中的油液直接排人蓄能器，二次上升时，由于泵出口处的压力高于蓄能器中的压力而被关闭；二位二通阀15可在出现紧急情况时使液压缸下腔中的油液直接通油箱，实现工作台的快速下降。综合以上考虑，设计了液压系统，现对其工作过程分析如下。 1初次上升 使二位四通阀9置于图示位置(电磁铁2YA断电，启动液压泵

5、电机，泵经单向阀3、过滤器2从油箱1吸油(此时蓄能器中无油液，再经调速阀5、单向阀6、二位四通阀7的左位和分流一集流阀8向液压缸9的无杆腔供油，实现上升，上升速度大小可通过调速阀进行调节。 2停留 工作台到达预定位置后，关闭液压泵电机，泵停止供油，单向阀6将升降液压缸9的下腔封闭，工作台可较长时间的停留在工作位置。 3下降 将二位四通换向阀7中的电磁铁2YA通电，使其切换到右位，液压缸9的无杆腔因工作台自重而产生的压力油经分流集流阀8、二位四通阀7的右位、单向阀12和二位四通阀9的右位通路、截止阀1 l(开启进入蓄能器10，将液压缸在工作台自重作用下排出的压力油储存在蓄能器10中，使工作台在下

6、降过程中释放出的势能转变成液压能，实现能量回收。由于蓄能器10中液体的压力随着逐渐被充满而上升，相当于液压缸下腔排油时有一背压，且渐渐加大，从而对工作台的下降起到制动作用，可使工作台下降平稳。 4快速下降 若遇到紧急情况，工作台需快速下降时，可将二位二通阀15的电磁铁1YA通电，使其切换到左位，使升降缸的无杆腔接通油箱，工作台实现快速下降。 5再次上升 再次启动液压泵电机，并使二位四通换向阀7中的电磁铁2YA断电，使其切换到左位，泵4经二位四通阀7的左位和单向阀14从蓄能器中吸取有一定压力的油液，再经调速阀5、单向阀6、二位四通阀7的左位和分流一集流阀8进入升降液压缸9的下腔，使活塞杆伸出，推

7、动工作台上升。由于泵吸入的是有一定压力的油液，液压泵进出口的压差减小，其所消耗的电机功率将会减少，从而达成节能效果。若工作台再次上升的高度大于初次上升高度或因泄漏等原因造成蓄能器中储存的油液量不足，泵将通过单向阀3从油箱吸油，使工作台继续上升；由于单向阀14(作背压阀用的开启压力比较高，可保证蓄能器内具有一定的最低压力，防止出现真空，满足正常工作的需要，但也不能过大，以免造成过大的压力损失和蓄能器的容量规格过大。以上动作，各电磁铁的通、断电情况为：该系统的优点是使用元件数量少、系统简单、运 行平稳、工作可靠、效率高、蓄能器容量小。 主要技术参数的确定次上升停留慢速下降+快速下降+ +再次上升及

8、几何同运动分析可得到液压缸行程的计算公式S=2mln(mm式中：m为液压缸安装位置到支撑杆近端距离和支撑杆长的比值；z为最大举升高度时工作台底面和底板之间的距离，mm；n为支撑杆层数；蓄能器压力依照能量原理，蓄能器在储油结束时的压力可按下式计算：P=kwhv(MPa式中：k为压力损失系数，取1113；秽为蓄能器工作容积，mill3；训为工作台和载重的总重量，N；为工作台和载重的最大行程。 此压力即为蓄能器在充油结束时的压力(最高压力；其排油结束时的压力(最低压力可由单向阀14(作背压阀用设定，为避免蓄能器的规格过大和减小压力损失，以03 MPa左右为宜，蓄能器的充气压力可按相关推荐文献确定；蓄

9、能器容量蓄能器的工作容积(所能排、放的油液量应略大于升降机从最大高度下降到最低位时，液压缸所排出的油液总体积(等于液压缸的行程和其无杆腔面积及液压缸数量的乘积，其总容积可按相关公式旧。计算。由于升降机采用剪叉式结构，有较大的行程放大作用，所需升降液压缸的的工作行程较小，若液压系统采用较高的工作压力，则可减小升降液压缸的内径、容积及排液量，从而减小蓄能器所需要的工作容积；系统压力和流量如前所述，系统的工作压力可由设备类型或液压缸负载确定，为使机器结构紧凑，以取较高为宜，可选20 MPa左右；系统流量可由升降液压缸的运动速度要求和液压缸的无杆腔面积确定，泵的规格可据此选取。 采用两个液压缸互补可降低液压泵的工作压力，实现能量回收，但要增设一个辅助液压缸和较大的配重，使升降机的结构趋于复杂和笨重，制造成本增加，液压系统的结构也比较复杂，不利