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升降机势能回收液压电梯分析

    相信很多客户在查找有关于液压电梯的相关知识时都会接触过升降机这一名词,今天上海默信集团小编就这一问题跟大家解释一下。
    液压电梯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,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。
    本文对液压电梯实现能量回收的方式作了对比分析,并对采用蓄能器回收势能的液压系统进行了改进设计。用两个液压缸互补实现能量回收介绍了一种采用辅助缸回收能量的方法,现对其工作原理、过程和特点进行分析和探讨。该系统主要由主、辅液压缸、泵站和控制阀等组成。
    由此可见,主缸3和辅助缸4的无杆腔中的液压油是一种互补关系,通过这种液压油问的互补交换,实现了工作台1与配重2之间的能量互补交换,这样,液压泵10的供油(工作)压力可明显低于无辅助缸的液压系统中液压泵的供油(工作)压力,因而降低了能耗。二位三通阀12起控制油路的切换作用;溢流阀13作背压阀用;电、液动二位二通换向阀14用来起保护作用。其工作原理为:如果工作平台下降时所携带工件重量很大,运动速度过快时,该阀控制端的液压力较低,不足以克服弹簧力,阀芯处于左位,截断主缸或辅助缸的有杆腔与油箱之间的直通油路,经溢流阀13(作背压阀用)回油箱,增加了回液阻力,减小液压缸的运动速度,起到保护作用。当需要快速下降时,可使阀14(为电、液动阀)的电磁铁通电,利用电磁力将阀芯推至右位,接通回油路。
    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中向液压泵供油相当于在系统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,启动液压泵电机,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。 
    上海默信集团最后总结: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,不利于其推广应用;用蓄能器回收势能的液压系统能有效地回收工作台下降过程中所释放出的势能,减少工作台再次上升过程中液压泵消耗的功率;采用较高的工作压力,利于减小蓄能器的工作容积和容量;适当的系统设计,在实现能量回收的同时,又能使液压系统结构简单、运行平稳、工作可靠、效率高、能耗小。


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