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1、(10)授权公告号 CN 202391827 U(45)授权公告日 2012.08.22CN202391827U*CN202391827U*(21)申请号 201120551900.7(22)申请日 2011.12.26201110412723.9 2011.12.12 CNF15B 1/02(2006.01)B66C 23/82(2006.01)B66C 13/20(2006.01)E02F 3/43(2006.01)(73)专利权人杨双来地址 150010 黑龙江省哈尔滨市道里区友谊路505号哈公馆兰亭座2402(72)发明人杨双来(74)专利代理机构北京市中咨律师事务所 11247代理人。
2、马江立 吴鹏(54) 实用新型名称用于作业机械的起重臂的升降系统及作业机械(57) 摘要本实用新型涉及用于作业机械的起重臂的升降系统及作业机械。该系统包括：具有蓄能油缸和蓄能器的蓄能装置，蓄能油缸具有上下腔及与起重臂连接的蓄能活塞杆，蓄能器上部充有气体，下部充有液压油且与蓄能油缸下腔连通；控制起重臂升降并具有上下腔及与起重臂连接的控制活塞杆的控制油缸；液压泵，当该泵经分配器向控制油缸上腔供油时控制活塞杆使起重臂下降，起重臂重量推压蓄能活塞杆将蓄能油缸下腔的液压油推入蓄能器下部而压缩上部的气体以回收势能，当该泵经分配器向控制油缸下腔供油时控制活塞杆使起重臂上升而提升蓄能活塞杆，蓄能器上部的压缩气。
3、体将下部的液压油推入蓄能油缸下腔而释放所回收的能量推动蓄能活塞杆将起重臂升起。(66)本国优先权数据(51)Int.Cl.(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 权利要求书2页 说明书6页 附图1页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利权利要求书 2 页 说明书 6 页 附图 1 页1/2页21.一种用于作业机械的起重臂(1)的升降系统，包括：用于在起重臂(1)下降时储存起重臂的重力势能和在起重臂(1)上升时利用所储存的能量举升起重臂的蓄能装置，该蓄能装置包括蓄能油缸(4)和蓄能器(7)，蓄能油缸(4)具有由蓄能活塞(13)分开的蓄能油缸上腔(4a)和蓄能油缸下腔(4b)。
4、，以及与起重臂(1)操作连接的蓄能活塞杆(2)，蓄能器(7)内的上部空间充有有压气体(20)，其下部空间充有有压液压油(19)且与蓄能油缸下腔(4b)流体连通；用于控制起重臂升降的控制油缸(12)，控制油缸(12)具有由控制活塞(22)分开的控制油缸上腔(12a)和控制油缸下腔(12b)，以及与起重臂(1)操作连接的控制活塞杆(23)；用于通过分配器(10)有选择地向控制油缸上腔(12a)或控制油缸下腔(12b)供给有压液压油的液压泵(9)，当液压泵(9)通过分配器(10)向控制油缸上腔(12a)供给有压液压油时，控制活塞杆(23)带动起重臂(1)下降，起重臂(1)的重量推压蓄能油缸(4)的蓄。
5、能活塞杆(2)，将蓄能油缸下腔(4b)的液压油推入蓄能器(7)下部空间中，由此压缩蓄能器(7)上部空间内的气体以回收起重臂(1)的重力势能；当液压泵(9)通过分配器(10)向控制油缸下腔(12b)供给有压液压油时，控制活塞杆(23)带动起重臂(1)上升，使蓄能活塞杆(2)被提升，从而蓄能器(7)上部空间内的压缩气体将蓄能器(7)下部空间内的液压油推入蓄能油缸下腔(4b)，由此释放所回收的能量而推动蓄能活塞杆(2)向上升起起重臂(1)。2.根据权利要求1所述的升降系统，其特征在于，蓄能器(7)中所充的气体和液压油的压力设定成使得蓄能器(7)中的液压油作用在蓄能活塞杆(2)上的作用力与由起重臂(1。
6、)的重量作用在蓄能活塞杆(2)上的作用力基本平衡。3.根据权利要求1所述的升降系统，其特征在于，蓄能器(7)中所充的气体和液压油的压力可根据需要进行调节。4.根据权利要求1至3中任一项所述的升降系统，其特征在于，还包括控制器(11)和传感器(26)，该控制器分别与液压泵(9)所配备的分配器(10)、蓄能油缸上腔(4a)、控制油缸上腔(12a)和一液压油箱连接并且构造成：在液压泵(9)要通过分配器(10)向控制油缸上腔(12a)供给液压油时打开从液压泵(9)经分配器(10)通向控制油缸上腔(12a)的通路以使得液压泵(9)通过分配器(10)和控制器(11)向控制油缸上腔(12a)供给有压液压油；。
7、在起重臂(1)上升时打开蓄能油缸上腔(4a)通向液压油箱的通路以使得蓄能油缸上腔(4a)中的液压油经控制器(11)回到液压油箱；在起重臂(1)下降时打开液压油箱通向蓄能油缸上腔(4a)的通路以使得液压油箱中的液压油经控制器(11)被吸入到蓄能油缸上腔(4a)中；以及在利用传感器(26)检测出由液压泵(9)通过分配器(10)和控制器(11)输入到控制油缸上腔(12a)内的液压油的压力高于预定值时，响应于传感器(26)发出的信号而打开从液压泵(9)经分配器(10)通向蓄能油缸上腔(4a)的通路并关闭蓄能油缸上腔(4a)通向液压油箱的通路，以使得液压泵(9)通过分配器(10)和控制器(11)同时向控。
8、制油缸上腔(12a)和蓄能油缸上腔(4a)供给有压液压油。5.根据权利要求1至3中任一项所述的升降系统，其特征在于，分配器(10)由作业机械的驾驶员通过操纵操作手柄控制，以有选择地向控制油缸上腔(12a)和/或蓄能油缸上腔(4a)供给有压液压油或者向控制油缸下腔(12b)供给有压液压油。6.根据权利要求1至3中任一项所述的升降系统，其特征在于，还包括连接在蓄能器权 利 要 求 书CN 202391827 U2/2页3(7)和蓄能油缸下腔(4b)之间以向它们供给有压气体的充气装置(21)和向它们供给有压液压油的液压泵站(5)。7.根据权利要求1至3中任一项所述的升降系统，其特征在于，还包括散热器。
9、(29)，该散热器连接在蓄能器(7)和蓄能油缸下腔(4b)之间的液压油通路上以对液压油进行散热。8.根据权利要求1至3中任一项所述的升降系统，其特征在于，控制油缸(12)的数量为一个或多个，蓄能油缸(4)的数量为一个或多个，并且控制油缸(12)与蓄能油缸(4)可调换位置使用。9.根据权利要求8所述的升降系统，其特征在于，在起重臂(1)的下方并行地安装有一个控制油缸(12)和分别位于该控制油缸两侧的两个蓄能油缸(4)。10.一种作业机械，包括起重臂(1)和根据权利要求1至9中任一项所述的升降系统。权 利 要 求 书CN 202391827 U1/6页4用于作业机械的起重臂的升降系统及作业机械技术。
10、领域0001 本实用新型涉及一种用于作业机械的起重臂的升降系统和包括该系统的作业机械。背景技术0002 挖掘机、装载机、吊车等作业机械利用起重臂的上升和下降来执行作业，但是，对于现有的起重臂升降系统来说，由于起重臂的重量往往很大，所以在提升起重臂时需要作业机械的动力系统提供很大的力并耗费很多的能量，并且起重臂提升的速度较慢；而在起重臂下降时，其重力势能又常常被损失掉，得不到有效利用。虽然已开发出了一些可在起重臂下降时回收其重力势能的系统，但这些系统结构复杂，操作不便，且不能有效地释放所回收的能量来使起重臂快速提升。实用新型内容0003 本实用新型旨在解决现有技术中的上述问题，即提供一种结构简单。
11、、操作简便、节省能量、可有效地回收和利用起重臂下降时的重力势能快速提升起重臂的起重臂升降系统。0004 一方面，本实用新型提供了一种用于作业机械的起重臂的升降系统，包括：用于在起重臂下降时储存起重臂的重力势能和在起重臂上升时利用所储存的能量举升起重臂的蓄能装置，该蓄能装置包括蓄能油缸和蓄能器，蓄能油缸具有由蓄能活塞分开的蓄能油缸上腔和蓄能油缸下腔，以及与起重臂操作连接的蓄能活塞杆，蓄能器内的上部空间充有有压气体，其下部空间充有有压液压油且与蓄能油缸下腔流体连通；用于控制起重臂升降的控制油缸，控制油缸具有由控制活塞分开的控制油缸上腔和控制油缸下腔，以及与起重臂操作连接的控制活塞杆；用于通过分配器。
12、有选择地向控制油缸上腔或控制油缸下腔供给有压液压油的液压泵，当液压泵通过分配器向控制油缸上腔供给有压液压油时，控制活塞杆带动起重臂下降，起重臂的重量推压蓄能油缸的蓄能活塞杆，将蓄能油缸下腔的液压油推入蓄能器下部空间中，由此压缩蓄能器上部空间内的气体以回收起重臂的重力势能；当液压泵通过分配器向控制油缸下腔供给有压液压油时，控制活塞杆带动起重臂上升，使蓄能活塞杆被提升，从而蓄能器上部空间内的压缩气体将蓄能器下部空间内的液压油推入蓄能油缸下腔，由此释放所回收的能量而推动蓄能活塞杆向上升起起重臂。0005 另一方面，本实用新型还提供了一种包括起重臂和上述的起重臂升降系统的作业机械。0006 本实用新型。
13、利用由蓄能器和蓄能油缸构成的蓄能装置所储存的能量基本平衡起重臂自身的重量，其中蓄能器和蓄能油缸本身构成一个完全封闭的系统，只起蓄能和能量释放的作用，不用设置任何控制阀，该系统若不发生泄漏便可一直工作。这样，与现有技术相比，作业机械本身的液压动力系统不再起全部的举升作用，只是通过控制油缸对起重臂的升降进行控制和提供部分推力。由此，本实用新型的起重臂升降系统结构简单，安装和操说 明 书CN 202391827 U2/6页5作方便，可靠耐用，并且可节省能量，提高起重臂的工作效率。附图说明0007 图1是根据本实用新型一个实施例的用于作业机械的起重臂的升降系统的示意图。0008 附图标记列表0009 。
14、1 起重臂0010 2 蓄能油缸的活塞杆0011 3 重物0012 4 蓄能油缸0013 4a 蓄能油缸的上腔0014 4b 蓄能油缸的下腔0015 5 带有液压油箱的液压泵站0016 6 管路0017 7 蓄能器0018 8 发动机0019 9 液压泵0020 10 分配器0021 11 控制器0022 12 控制油缸0023 12a 控制油缸的上腔0024 12b 控制油缸的下腔0025 13 蓄能油缸的活塞0026 14 阀门0027 15 单向阀0028 16 液压表0029 17 管路0030 18 阀0031 19 液压油0032 20 气体0033 21 充气装置(充气阀)003。
15、4 22 控制油缸的活塞0035 23 控制油缸的活塞杆0036 24 阀0037 25 回油管路0038 26 传感器0039 27 液压管路0040 28 液压管路0041 29 散热器说 明 书CN 202391827 U3/6页6具体实施方式0042 图1以挖掘机的起重臂1为例示出了本实用新型的起重臂升降系统的一个实施例，该挖掘机利用安装在起重臂1端部的铲斗挖掘和转移重物3以执行作业。该起重臂升降系统包括安装在起重臂1下方的三个油缸，其中，连接在起重臂1正下方的为控制油缸12，而在控制油缸12的两侧分别连接到起重臂1两侧的为两个蓄能油缸4。每个油缸都具有缸体、活塞和活塞杆，并且被各自的。
16、活塞22、13分成上下两个腔，这些腔中充填液压油以推压活塞及活塞杆运动。这三个油缸并行地排布，在下端固定在挖掘机的底架上，并在上端经由各自的活塞杆与起重臂1操作连接。0043 蓄能油缸4的下腔4b可通过管路17和6连接到蓄能器7。蓄能器7和蓄能油缸4共同构成蓄能装置。蓄能器7可安装一个或多个与蓄能油缸4连通。在本实施例中，蓄能器7的上部空间充有有压气体20，而下部空间充有有压液压油19。在将蓄能器7与蓄能油缸4的下腔连接的管路6上可连接有充气装置21(在本实施例中为充气阀)和带有液压油箱的液压泵站5，分别用于向蓄能器7和蓄能油缸下腔4b供给有压气体和有压液压油。另外，由于液压油在工作时会产生热。
17、量，所以在管路6上还可连接有散热器29，用于对液压油进行散热，以保证液压油温度正常。控制油缸12可通过液压管路27连接到由挖掘机的发动机8驱动的液压系统，在本实施例中为液压泵9。液压泵9可配备有分配器10，液压泵9通过分配器10和液压管路27分别与控制油缸12的上腔12a和下腔12b流体连通。分配器10可例如响应于挖掘机驾驶员发出的信号或手动操作有选择地使液压泵9向控制油缸12的上腔12a或下腔12b供给有压液压油。0044 在本实施例中，如图1所示，还可设置有控制器11，该控制器11分别通过液压管路27、27、28和回油管路25与液压泵9的分配器10、控制油缸12的上腔12a、蓄能油缸4的上。
18、腔4a和液压泵站5的液压油箱连接，以有选择地打开或断开液压泵9的分配器10、控制油缸12的上腔12a、蓄能油缸4的上腔4a和液压泵站5之间的流体连通。通常情况下，在液压泵9要通过分配器10向控制油缸12的上腔12a供给液压油时，控制器11打开分配器10通向控制油缸12的上腔12a的通路以使得液压泵9通过分配器10和控制器11向控制油缸12的上腔12a供给有压液压油。控制器11的其它控制操作将在下文中描述。0045 下面描述利用根据本实用新型上述实施例的起重臂升降系统来使起重臂1升降的操作方法。0046 在使起重臂1升降之前，首先对起重臂升降系统进行预加压。如图1所示，先打开设在管路6中的阀门1。
19、4，然后利用安装在管路6中的充气阀21经管路6向蓄能器7填充气体，例如氮气，此时要将液压泵站5中的阀24关闭以防气体从管路6经液压泵站跑出。等将气体填充到一定压力后，停止充气，并关闭充气阀21。然后，打开阀24，并开动液压泵站5以将液压油经单向阀15充入蓄能器7和相连的蓄能油缸4的下腔中，相应地，液压油使管路6、17和蓄能油缸4的下腔中的气体经阀24排出。等装在管路6上的液压表16的压力读数达到要求时，关掉液压泵站5，停止充液压油。这时，在蓄能器7的上部空间内填充有有压气体20，而在其下部空间和与之流体连通的蓄能油缸下腔4b内填充有有压液压油19(其中，气体20比重轻，而液压油19比重大，所以。
20、气体20永远在蓄能器7的上部空间内，而液压油19永远在下部空间内)，并且在蓄能器7和蓄能油缸下腔4b内存在一定的压力，其中，说 明 书CN 202391827 U4/6页7该压力可设定成使得蓄能器7中的液压油作用在蓄能油缸4的活塞杆2上的作用力能够与由起重臂1的重量作用在活塞杆2上的作用力基本平衡。0047 在如上面描述地那样填充完气体和液压油以进行预加压之后，由蓄能器7和蓄能油缸4构成的蓄能装置便成为一封闭的系统，如果不发生泄漏的话其可一直工作而不用再填充气体和液压油。即使发生泄漏，也可利用充气装置21和液压泵站5向蓄能器7和蓄能油缸4的下腔4b中补充有压气体和有压液压油，直到由蓄能器7中的。
21、液压油作用在蓄能油缸4的活塞杆2上的作用力与由起重臂1的重量作用在活塞杆2上的作用力基本平衡。0048 上述预加压工作完成之后，便可利用该起重臂升降系统来使起重臂1上升和下降。首先，起动发动机8，使液压系统(液压泵9)开始工作。起重臂1需要下降时，作业机械的驾驶员推动操纵手柄给液压泵9的分配器10信号，分配器10将液压油送到控制油缸12上腔，推动控制油缸12的活塞杆23下降并带动起重臂1下降。这时起重臂1(和重物3)的重量全部压在蓄能油缸4上。于是，利用起重臂自重下降时产生的势能推动蓄能油缸4，使蓄能油缸4的活塞杆下方的液压油被压缩，压力开始上升，于是将蓄能油缸4的活塞杆下方的液压油通过管路6。
22、强行从蓄能器7底部的进油口推到蓄能器7里面。由于液压油从蓄能器7底部的进油口被强行推到蓄能器7里，使蓄能器7里面的空间减小，使得蓄能器7的上部空间内的气体20被压缩来达到蓄能的目的。等起重臂1需要升起时，驾驶员推动操纵手柄给液压系统的分配器10信号，分配器10将液压油送到控制油缸12下腔，推动控制油缸12的活塞杆23上升，并带动起重臂1上升。这样便打破了蓄能油缸4下腔与蓄能器7里面的液压油的压力平衡。这时蓄能油缸4下腔的压力开始下降，蓄能器7里面的液压油压力高于蓄能油缸4下腔的液压油压力。于是蓄能器7里的高压液压油19通过管路6涌入蓄能油缸4的下腔中，推动蓄能油缸4的活塞杆2向上运动，这样起重。
23、臂1便快速和轻松地升起来。0049 在现有的技术中，起重臂1上下往复运动是由发动机8的液压系统9和10强行推动的，而本实用新型则是利用蓄能器7和蓄能油缸4将起重臂1和重物3的重量平衡。这样发动机8的液压泵9和分配器10不再起全部举升作用，只是起控制起重臂1的上下往复运动和部分推动力的作用。本实用新型的特点一是利用控制油缸12对起重臂的升降进行控制；二是利用起重臂1的蓄能油缸4和蓄能器7来蓄能，其中蓄能器7和蓄能油缸4本身没有控制阀，只是起蓄能和能量释放作用，将起重臂1的重量与蓄能器7内的压力互相维持基本平衡。这样，与现有的技术相比，提升起重臂1所需的由液压泵9向控制油缸12供给的液压动力可大大。
24、减小，从而可使发动机8省油，并加快起重臂1的提升速度。也就是说，根据本实用新型，蓄能器7在起重臂1下降时通过蓄能油缸4储存起重臂自重的势能，而在提升起重臂1时释放所储存的能量以辅助和加快起重臂1的提升。这样，便有效充分地回收和利用了起重臂1下降时的重力势能，同时提高了作业机械的作业效率。0050 此外，由蓄能油缸4和蓄能器7构成的蓄能装置不与主液压系统9连接，而是独立机构，只是利用该机构与起重臂1的自重平衡，因此不必担心起重臂1的自重在升降时会消耗过多能量，于是可将起重臂1制造得较重以加强起重臂1的强度。0051 本实用新型的起重臂升降系统结构简单，安装方便，使用可靠耐用，操作简便，节能效果显。
25、著。0052 接下来，对控制器11的具体操作进行说明。在由控制油缸12控制起重臂1上升说 明 书CN 202391827 U5/6页8时，控制器11打开从蓄能油缸4的上腔4a到液压泵站5的液压油箱的通路，使得蓄能油缸4的上腔4a中的液压油通过控制器11的分配并通过回油管路25回到液压油箱；当控制油缸12控制起重臂1下降时，蓄能油缸4的活塞13开始下降，蓄能油缸4的上腔4a就开始真空以将液压油从液压泵站5的液压油箱中经控制器11吸到上腔4a内；如果控制油缸12往下带动起重臂1下降时需要更大的力(即控制油缸12上腔压力的推动力不够时)，控制油缸上腔内的压力增高，此时可向控制器11发出信号，让控制器。
26、11关闭从蓄能油缸4上腔回到液压泵站5的液压油箱的通路，同时打开从分配器10到蓄能油缸4上腔的通路，使得由液压泵9供给的有压液压油也能通过分配器10和控制器11输送到蓄能油缸4的上腔。也就是说，此时控制器11使蓄能油缸4的上腔与控制油缸12上腔并联式地连通，于是由控制油缸12的一个上腔面积增加到多个油缸的上腔面积，这使得油缸的上腔推力增大，进一步推动它们的活塞向下运动，从而增大推动起重臂1下降的作用力。这里，例如，当用设置在管路27中或控制油缸上腔内的传感器26检测出控制油缸12的上腔12a内的压力高于预定值时，表明所需的向下推力较大，此时传感器26发出信号通知控制器11使控制油缸12的上腔与。
27、蓄能油缸4的上腔连通以帮助推动起重臂1下降。0053 这里应注意，控制器11也可以没有，就是由分配器10直接往控制油缸12上腔供给液压油，这时蓄能油缸4上腔和液压泵站5的液压油箱直接连通而没有控制器11控制；也可以是分配器10直接往控制油缸12上腔和蓄能油缸4上腔并联地供给液压油；还可以是分配器10直接往蓄能油缸4上腔供给液压油，这时控制油缸12上腔与液压油箱直接连通，没有控制器11控制。这几种方式都能完成控制起重臂1升降的作用，只是控制起重臂1升降的速度和推力不如有控制器11时的效果好。0054 起重臂1的提升和下降动作交替地往复进行，直到作业机械停止工作。此时，可关闭管路6中的阀门14，以。
28、避免蓄能器7中的有压液压油推动起重臂，在没人控制时自动上升。另外，也可为蓄能器7配备单独的阀18，从而提高安全性和更换蓄能器时的便利性。0055 在起重臂1上升和下降的工作过程中，由蓄能器7和蓄能油缸4构成的封闭系统中的压力因起重臂1的升降而有所波动，但由起重臂1的重量作用在蓄能油缸的活塞杆上的作用力也由于起重臂的升降而对应地波动，因此由蓄能器7内的液压油作用在蓄能油缸的活塞杆上的作用力始终维持为与由起重臂1的重量作用在蓄能油缸的活塞杆上的作用力基本平衡，以节省需要由发动机的液压系统提供的作用力和能量。但是，由蓄能器7和蓄能油缸4构成的封闭系统中的压力的大小也可以根据需要来调节(例如通过充气装。
29、置21和/或液压泵站5的充放气和/或充放油来进行)。0056 上文中已描述了本实用新型的一个实施例，但在本实用新型中蓄能油缸和控制油缸的数量和相对位置不限于上述实施例中描述的情况，而是可将任意适当数量(例如，一个、两个或更多个)的蓄能油缸和任意适当数量(例如，一个、两个或更多个)的控制油缸安装在起重臂1的任一侧或中间或两侧，并且蓄能油缸和控制油缸也可调换位置使用。0057 本实用新型利用由蓄能器和蓄能油缸构成的蓄能装置所储存的能量来基本平衡起重臂自身的重量，其中蓄能器和蓄能油缸本身构成一个完全封闭的系统，只起蓄能和能量释放的作用，不用设置任何控制阀，该系统若不发生泄漏便可一直工作。这样，与现有。
30、技术相比，作业机械本身的液压动力系统(由发动机驱动)不再起全部的举升作用，只是通过控制油缸对起重臂的升降进行控制和提供部分推力。由此，本实用新型的起重臂升降系统说 明 书CN 202391827 U6/6页9结构简单，安装和操作方便，可靠耐用，并且可节省能量，提高起重臂的工作效率。0058 本实用新型的起重臂升降系统可应用于具有起重臂的任何作业机械，例如挖掘机、装载机、吊车等等。0059 显然，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型的范围或精神的情况下，可对上文所公开的实施例作出各种修改和变型。根据本说明书所公开的对本实用新型的实践，本实用新型的其它实施例对于本领域技术人员而言是显而易见的。本说明书及其公开的示例应被认为只是例示性的，本实用新型的真正范围由所附权利要求来限定。说 明 书CN 202391827 U1/1页10图1说 明 书 附 图CN 202391827 U10。