[0021] 下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0022] 如图1所示，一种机液复合能量快速补偿机构，包括主供油管路9、蓄能器1、辅助液压马达5和飞轮储能装置3；所述主供油管路9具有进液端10和出液端11，所述蓄能器1与主供油管路9靠近进液端10的一侧相连接，所述辅助液压马达5为小排量变量马达，辅助液压马达5优选为电比例变量马达，可以根据控制信号成比例地调整自身排量大小，辅助液压马达5以A口连通进液端10、B口连通出液端11的方式串接在主供油管路9靠近出液端11的一侧，辅助液压马达5的输出轴通过第一离合器4与所述飞轮储能装置3中的下飞轮轴12相连接，当然也可在辅助液压马达5的输出轴与第一离合器4之间和/或第一离合器4与飞轮储能装置3之间串接减速器。所述的蓄能器1可以是弹簧式、重力式或充气式等任意形式。飞轮储能装置3采用金属材质制成的盘形零件，例如可以采用钢材或复合金属材料等制成的具有较大惯量的部件。飞轮储能装置3自身的摩擦阻力要尽可能小，以保证在较长时间内能量损失较小，速度降低也较小。
[0023] 为了便于对蓄能器接入的控制，还包括切换阀2，所述蓄能器1通过切换阀2与主供油管路9连接。切换阀2优选为两位两通电磁换向阀，其工作在左位时进油口P和出油口A之间的油路接通，其工作在右位时，进油口P和出油口A之间的油路断开，当然也可以采用电磁比例阀。这样，可以通过通断电的方式控制蓄能器的接入或断开。
[0024] 还包括补油单向阀6和第一溢流阀7；所述补油单向阀6的进油口和出油口分别通过管路与油箱8和辅助液压马达5的A口连接；所述第一溢流阀7的进油口和出油口分别通过管路与辅助液压马达5的B口和油箱连接，以用于保护辅助液压马达5的B口压力不超过其设定值。当辅助液压马达5的A口压力低于油箱8的压力时，补油单向阀6允许油箱8的油液流向辅助液压马达5；在任何情况下，补油单向阀6阻止辅助液压马达5的A口油液流向油箱8。
[0025] 为了能进一步提高负载响应速度和响应能力，还包括辅助电机13，所述辅助电机13的输出轴通过第二离合器14与所述飞轮储能装置3中的上飞轮轴15相连接。
[0026] 第一离合器4和第二离合器14均为电磁离合器，可以根据控制信号进行接合或断开。当通电时，离合器吸合；断电时，离合器断开。
[0027] 如图2所示，本发明还提供一种节能电液系统，包括液压动力源17、液压执行单元18和如权利要求1至4任一项所述的机液复合能量快速补偿机构19，所述液压动力源17通过所述机液复合能量快速补偿机构19与液压执行单元18连接。
[0028] 作为一种优选，所述液压动力源17由驱动电机和与驱动电机连接的变量液压泵21组成，其中所述变量液压泵21的进油口通过管路与油箱8连接；所述液压执行单元18包括电磁换向阀22、主液压马达23，电磁换向阀22的第一工作油口、第二工作油口分别与主液压马达23的两个工作油口通过管路连接。
[0029] 为了便于自动化地控制，还包括控制器20、设置在主液压马达23上的第一转速传感器24、设置在辅助电机13上的第二转速传感器25、设置在飞轮储能装置3上的第三转速传感器26、设置在液压动力源17输出端的第一压力传感器27和设置在主供油管路9的出液端11上的第二压力传感器28；所述变量液压泵21、切换阀2、电磁换向阀22、第一离合器4、第二离合器14、辅助液压马达5、第一转速传感器24、第二转速传感器25、第三转速传感器26、第一压力传感器27和第二压力传感器28均与所述控制器20连接。当然也可以使辅助电机13与控制器20连接，以便于控制器20可以自动地控制辅助电机13的启停及转速。
[0030] 为了使保证液压动力源输出的稳定性，同时也为了保证液压动力源的压力不会超过设定值，所述液压动力源17还包括连接在变量液压泵21出油管路上的第一单向阀29和第二溢流阀30，其中第一单向阀29的出油口作为液压动力源17的输出端，第二溢流阀30的出油口通过管路与油箱8连接。
[0031] 为了提高液压执行单元的可靠性和稳定性，所述液压执行单元19还包括安全阀组和补油阀组，所述安全阀组由第三溢流阀31和第四溢流阀32组成，第三溢流阀31和第四溢流阀32的进油口分别与主液压马达23的两个进油口所在的油路连接，第三溢流阀31和第四溢流阀32的出油口通过管路连通后再与油箱8连接；所述补油阀组由第二单向阀33和第三单向阀34组成，第二单向阀33和第三单向阀34的出油口分别与主液压马达23的两个进油口所在的油路连接，第二单向阀33和第三单向阀34的进油口通过管路连通后再与油箱8连接。
[0032] 工作基本原理：当变量液压泵21提供的能量多于主液压马达23的需要时，将部分能量存储在蓄能器1和飞轮储能装置3中。当变量液压泵21提供给系统的能量少于主液压马达23的需要时，利用辅助液压马达5将其取出，供给主液压马达23使用。辅助液压马达5的排量相对较小，惯性小，故变量速度比变量液压泵21快。飞轮储能装置3的惯性很大，速度变化较慢。
[0033] 具体工作过程如下：在系统的初始启动阶段，控制器20使第一离合器4吸合，则变量液压泵21输出的压力能主要分成三个部分，一部分供给主液压马达23以驱动负载，一部分驱动飞轮储能装置3转化成飞轮的动能，还有一部分进入蓄能器1中进行储存。在蓄能器1工作过程中，切换阀2始终工作在右位。
[0034] 经历了初始阶段后，假设主液压马达23和辅助液压马达5均稳定在某个工作转速，飞轮储能装置3也稳定在一个理想转速nF下转动。在这个稳定运行阶段内，控制第一离合器4断开辅助液压马达5与飞轮储能装置3的连接。
[0035] 当需要主液压马达23转速提高至某个值nM时，则控制器20发出对应控制信号，变量液压泵21的排量变大，同时将辅助液压马达5的排量变大。变量液压泵21因自身变量速度慢，无法立刻调整到控制信号对应的排量。而辅助液压马达5的排量小，变量速度快，故辅助液压马达5的排量会立刻变大，相应转速降低。此时，控制器20控制第一离合器4接合，因为飞轮储能装置3的转速高于辅助液压马达5此时的转速，在第一离合器4接合后，辅助液压马达5会在飞轮储能装置3的作用下加速转动，以使辅助液压马达5的B口排出更多的油液，进而使主液压马达23的转速提高。如果需要进一步提升响应速度，控制器20启动辅助电机13转动，并通过第二转速传感器25实时检测辅助电机13的转速，通过第三转速传感器26实时检测飞轮储能装置3的转速，当辅助电机13的转速大于飞轮储能装置3时，控制器20控制第二离合器14接合，通过辅助电机13对飞轮储能装置3的转速进行快速提升。当检测到飞轮储能装置3的转速提升到设定值时，控制器20控制第二离合器14断开，同时控制第一离合器4接合，使高速转动的飞轮储能装置3迅速带动辅助液压马达5加速转动，以使辅助液压马达5的B口排出更多的油液。当第一转速传感器24测得主液压马达23的转速达到nM时，控制器20将第一离合器4断开，飞轮储能装置3与辅助液压马达5分开。变量液压泵21的排量继续增大，直到控制信号对应合适的排量值(假设为V0)，加速过程结束。在主液压马达23加速的过程中，因为变量液压泵21为大排量液压泵，其变量速度较慢，因此，变量液压泵21的输出流量与辅助液压马达5之间存在一定的流量差，这部分流量差由蓄能器1中的油液排出进行补足，即在主液压马达23加速过程中，在飞轮储能装置3的加速带动下，变量液压泵21排出的油液和蓄能器1补充到主供油管路9中的油液共同作用于负载，以满足快速响应的目的。蓄能器1是否对系统进行能量的补充，由飞轮储能装置3的接入转速进行控制，当飞轮储能装置3接入时，带动辅助液压马达5快速转动，当变量液压泵21不能及时提供足够多的油液流量以满足系统的需要时，主供油管路9进油侧的油压会低于蓄能器1内部的压力，进而蓄能器1中储存的油液在飞轮储能装置3的介入下能自动快速地补充到主供油管路9中并供给负载，以实现快速匹配负载的目的。
[0036] 加速过程结束后，变量液压泵21需要重新给蓄能器1和飞轮储能装置3补充能量。根据变量液压泵21出口的第一压力传感器27可以测得该处压力。该压力值等于蓄能器1入口的压力值。根据该压力值，可以计算出蓄能器1的充液状态。控制器20再结合辅助液压马达5出口的压力值，该压力值由第二压力传感器28测得，由此，可以计算出蓄能器1理想的充液状态。进一步可以计算出变量液压泵21排量的理论值V1，进而调整变量液压泵21的排量，使之对蓄能器1充液。与此同时，根据测得的飞轮储能装置3的转速，调整辅助液压马达5的排量，使其转速与飞轮储能装置3相等。然后，接合第一离合器4。以缓慢的速度调节辅助液压马达5的排量，同时因为变量液压泵21的排量V1稍大于理想排量V0，故其出口压力高于辅助液压马达5出口压力，这样，辅助液压马达5就对飞轮储能装置3进行加速。当飞轮储能装置3速度上升到理想的转速时，控制第一离合器4分离辅助液压马达5和飞轮储能装置3的连接。同时，将变量液压泵21的排量调整到理想值V0。当然，也可以通过辅助电机13来对飞轮储能装置3进行能量的补充，具体通过控制第二离合器14的接合来实现，通过辅助电机13带动飞轮储能装置3转动，当飞轮储能装置3的转速上升到理想的转速时，控制第二离合器14断开，并停止辅助电机13。
[0037] 如果主液压马达23需要减速，控制器20输出给变量液压泵21的相应理想排量(假设为V2)对应的控制信号，同时将辅助液压马达5的排量减小，故辅助液压马达5的转速提高。合上第一离合器4，因为飞轮储能装置3的转速低于辅助液压马达5此时的转速，辅助液压马达5在飞轮储能装置3的拖动下减速，造成辅助液压马达5排出的油液减少，使主液压马达23的转速降低。还可以通过先控制第二离合器14接合，使辅助电机13以小于飞轮储能装置3的转速转动，进而通过辅助电机13拖动飞轮储能装置3迅速减速，通过第三转速传感器26检测到飞轮储能装置3的转速下降到设定值时，控制器20控制第二离合器14断开，同时控制第一离合器4接合，以实现飞轮储能装置3拖动辅助液压马达5的转速快速降低的目的。当第一转速传感器24测得主液压马达23的转速达到要求时，控制器20将第一离合器4断开，飞轮储能装置3与辅助液压马达5分开。变量液压泵21的排量继续减小，直到控制信号理想值V2，减速过程结束。在主液压马达23减速的过程中，因为变量液压泵21的变量速度较慢，变量液压泵21的流量大于辅助液压马达5的流量，多余的这部分流量由蓄能器1吸收。
[0038] 减速过程结束后，变量液压泵21需要重新平衡蓄能器1和飞轮储能装置3的能量。具体来说，蓄能器1的液压能和飞轮储能装置3的机械能均超过了自身的理想值，需要释放出一部分。根据变量液压泵21出口的第一压力传感器27，可以测得该处压力。该压力值等于蓄能器1入口的压力值。根据该压力值，可以计算出蓄能器1的充液状态。控制器20再结合辅助液压马达5出口的压力值，可以计算出蓄能器1理想充液状态。由此，可以计算出变量液压泵21的排量的理论值V3，进而调整变量液压泵21的排量，使之流量适当减小，蓄能器1排油，即实现变量液压泵21与蓄能器1合流向辅助液压马达5的A口供油。与此同时，根据测得的飞轮储能装置3转速，调整辅助液压马达5的排量，使其转速与飞轮储能装置3相等。然后，接合第一离合器4，以缓慢的速度调节辅助液压马达5的排量，同时因为变量液压泵21的排量V3稍小于理想排量V2，故其出口压力低于辅助液压马达5出口压力，这样，飞轮储能装置3就对辅助液压马达1进行加速，换句话说，辅助液压马达5就对飞轮储能装置3进行减速。此时的辅助液压马达5相当于工作在泵工况，即，排出的油液压力高于入口的压力。当飞轮储能装置3速度下降到理想的待命转速时，控制第一离合器4分离辅助液压马达5和飞轮储能装置3的连接。同时，将变量液压泵21的排量调整到理想值V2。另外，还可以使第二离合器13接合，同时，使辅助电机13工作在发电工作模式，以通过飞轮储能装置3的转动来拖动辅助电机13转动，进而将飞轮储能装置3的动能转化为电能，可以将这部分电能通过蓄电池组进行储存。当飞轮储能装置3速度下降到理想的待命转速时，控制第二离合器14断开。
[0039] 与现有技术相比，本发明涉及的节能电液系统，可以将能量同时存储在蓄能器1和飞轮储能装置3中。在需要的时候，通过调整辅助液压马达5的排量，经两处的能量同时取出，供给系统使用。排出的油液的压力可以高于变量液压泵21的压力，同时短时间的流量也可以作为变量液压泵21流量的补充。对于一个工作周期内仅有很短时间需要高压大流量的系统来说，本发明涉及的节能电液系统，可以选用较小排量，较低工作压力的液压泵，相应对应原动机(电动机等)有可以适当减小，具有明显的降低设计成本的优点，同时也减小系统的装机功率，起到节能作用。在主液压马达23需要减速或制动时，可以利用蓄能器1和飞轮储能装置3吸收能量，以备后续工作过程中加速使用，减少了制动过程中不必要的溢流或节流损失，这也是本系统节能的重要原因。同时，因为选用的辅助液压马达5的排量较小，比变量液压泵或变频电机的响应速度快，又综合利用了蓄能器1储能方式的功率密度大、飞轮储能装置3能量密度大的特点，故本发明涉及的节能电液系统可以加快系统的响应速度。
