一种飞轮与蓄能器组合装置及应用方法，飞轮轴的轴心处设置有轴心腔，轴心腔的右开口端位于飞轮轴的右端面上；轴心腔的右端内侧装配有回转体；回转体由活塞段和进油段组成，回转体的轴心线处设置有中心通道；活塞段的外圆面与轴心腔内表面转动式密封配合；飞轮盘的内腔固定连接有环形隔板，环形隔板将飞轮盘的内腔分隔为内、外环形腔；多个蓄能器沿周向均匀地固定装配在外环形腔中，蓄能器均沿径向设置，蓄能器的进油口靠近飞轮轴地设置；在环形隔板对应蓄能器的进油口的位置开设有过油孔一；在飞轮轴中部的径向上开设有过油孔二。该组合装置能同时利用飞轮和蓄能器进行综合储能，能有利于简化液压储能系统，能使液压储能系统的控制过程更为简单。
1.一种飞轮与蓄能器组合装置，包括飞轮本体（1）和多个蓄能器（2），所述飞轮本体（1）由位于轴心处的飞轮轴（3）和固定套装在飞轮轴（3）外部的飞轮盘（4）组成；其特征在于；
所述飞轮轴（3）的轴心处设置有圆柱形的轴心腔（5），所述轴心腔（5）的右开口端位于飞轮轴（3）的右端面上；轴心腔（5）的右端内侧装配有回转体（6）；所述回转体（6）由位于左端的活塞段（7）和固定连接在活塞段（7）右侧旋转中心处的进油段（8）组成，回转体（6）的轴心线处设置有依次贯穿活塞段（7）和进油段（8）的中心通道（9）；所述活塞段（7）的外圆面与轴心腔（5）内表面转动式密封配合；
所述飞轮盘（4）为空腔结构，飞轮盘（4）的内腔靠近飞轮轴（3）的位置固定连接有与飞轮轴（3）同轴心的环形隔板（10），所述环形隔板（10）将飞轮盘（4）的内腔分隔为内环形腔（11）和外环形腔（12）；
多个蓄能器（2）沿周向均匀地固定装配在外环形腔（12）中，所述蓄能器（2）均沿径向地设置，蓄能器（2）的里端与环形隔板（10）固定连接，蓄能器（2）的进油口靠近飞轮轴（3）地设置；
在环形隔板（10）对应蓄能器（2）的进油口的位置开设有过油孔一（13）；在飞轮轴（3）中部的径向上开设有与轴心腔（5）连通的多个周向均匀分布的过油孔二（14）。
2.根据权利要求1所述的一种飞轮与蓄能器组合装置，其特征在于，所述蓄能器（2）为弹簧式蓄能器。
3.根据权利要求2所述的一种飞轮与蓄能器组合装置，其特征在于，所述蓄能器（2）内部的活塞在远离飞轮轴（3）的一端的中心处固定连接有活塞杆（15），所述活塞杆（15）的外端滑动密封地穿过蓄能器（2）壳体的外端后与重物块（16）固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种飞轮与蓄能器组合装置，其特征在于，所述重物块（16）的断面为弧形结构。
5.根据权利要求4所述的一种飞轮与蓄能器组合装置，其特征在于，所述飞轮轴（3）在飞轮盘（4）以左的部分和以右的部分各套装有一个轴承（17）。
6.根据权利要求5所述的一种飞轮与蓄能器组合装置，其特征在于，所述过油孔一（13）和过油孔二（14）数量相同，且一一对应地设置。
7.一种飞轮与蓄能器组合装置的应用方法，包括如权利要求1至6任一项所述的飞轮与蓄能器组合装置（200）和液压泵/马达（100），飞轮与蓄能器组合装置（200）的飞轮轴通过离合器（300）与液压泵/马达（100）的传动轴连接，飞轮与蓄能器组合装置（200）的工作油口S依次通过换向阀一（400）、换向阀二（600）与液压泵/马达（100）的P1口连接，液压泵/马达（100）的T口与油箱（500）通过管路连接，油箱（500）通过单向阀（700）与液压泵/马达（100）的P1口连接，与液压系统连接的接入口O分别通过管路与换向阀一（400）和换向阀二（600）的P口连接，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：S1、控制液压泵/马达（100）的排量为零、并控制换向阀一（400）得电、换向阀二（600）不得电，使飞轮与蓄能器组合装置（200）工作在蓄能器工作模式；
在进入接入口O处的油液压力超过飞轮与蓄能器组合装置（200）中蓄能器（2）内的压力时，油液经过换向阀一（400）进入蓄能器（2）进行储能，在进入接入口O处的油液压力低于飞轮与蓄能器组合装置（200）中蓄能器（2）内的压力时，油液经过换向阀一（400）补充进入液压系统以进行能量的释放；
S2、控制控制换向阀一（400）不得电、换向阀二（600）得电，使飞轮与蓄能器组合装置（200）工作在飞轮工作模式；
需要储能时，控制离合器（300）吸合，在接入口O处有高压油液进入时，液压泵/马达（100）作为马达工作，液压泵/马达（100）旋转过程中驱动飞轮本体（1）旋转以进行储能，根据飞轮本体（1）的转速情况适时断开离合器（300）；需要利用能量时，控制离合器（300）吸合，液压泵/马达（100）作为泵工作，飞轮本体（1）带动液压泵/马达（100）从油箱（500）中吸油并排出供给液压系统中以进行能量的释放；
S3、控制换向阀一（400）和换向阀二（600）均得电，使飞轮与蓄能器组合装置（200）工作在飞轮与蓄能器组合工作模式；
在进入接入口O的油液压力超过飞轮与蓄能器组合装置（200）中蓄能器（2）内的压力时，油液经过换向阀一（400）进入蓄能器（2）进行储能，同时，通过控制离合器（300）吸合，使液压泵/马达（100）作为马达工作，液压泵/马达（100）在旋转过程中即能驱动飞轮本体（1）旋转以进行储能，据飞轮本体（1）的转速情况适时断开离合器（300）；
在接入口O处的油液压力低于飞轮与蓄能器组合装置（200）中蓄能器（2）内的压力时，油液经过换向阀一（400）补充进入液压系统以进行能量的释放；同时，控制离合器（300）吸合，液压泵/马达（100）作为泵工作，飞轮本体（1）带动液压泵/马达（100）从油箱（500）中吸油并排出供给液压系统中以进行能量的释放。
一种飞轮与蓄能器组合装置及应用方法
技术领域
[0001] 本发明属于液压控制技术领域，具体是一种飞轮与蓄能器组合装置及应用方法。
背景技术
[0002] 在液压系统中，常见的能量回收和再利用装置有电力式和液压式两种。电力式主要采用马达、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。但是现有技术的蓄电池难以承受大的充电功率。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变量液压泵/马达作为能量转换元件，以蓄能器为储能元件。其工作原理为，通过变量泵或马达来回收能量并转化为液压能，并储存于液压蓄能器中，当系统中需要用能时，储存的能量释放出来对外做功。液压式回收方案利用了液压元件功率密度大，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，会占用较大的空间，且这种蓄能器的安装也非常不方便。
发明内容
[0003] 针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种飞轮与蓄能器组合装置，该组合装置能同时利用飞轮高速旋转的动能和蓄能器的液压能来进行综合储能，能有效满足大型系统蓄能的需要，且能有利于简化液压储能系统，能使液压储能系统的控制过程更为简单。
[0004] 为了实现上述目的，本发明提供一种飞轮与蓄能器组合装置，包括飞轮本体和多个蓄能器，所述飞轮本体由位于轴心处的飞轮轴和固定套装在飞轮轴外部的飞轮盘组成；
[0005] 所述飞轮轴的轴心处设置有圆柱形的轴心腔，所述轴心腔的右开口端位于飞轮轴的右端面上；轴心腔的右端内侧装配有回转体；所述回转体由位于左端的活塞段和固定连接在活塞段右侧旋转中心处的进油段组成，回转体的轴心线处设置有依次贯穿活塞段和进油段的中心通道；所述活塞段的外圆面与轴心腔内表面转动式密封配合；
[0006] 所述飞轮盘为空腔结构，飞轮盘的内腔靠近飞轮轴的位置固定连接有与飞轮轴同轴心的环形隔板，所述环形隔板将飞轮盘的内腔分隔为内环形腔和外环形腔；
[0007] 多个蓄能器沿周向均匀地固定装配在外环形腔中，所述蓄能器均沿径向地设置，蓄能器的里端与环形隔板固定连接，蓄能器的进油口靠近飞轮轴地设置；
[0008] 在环形隔板对应蓄能器的进油口的位置开设有过油孔一；在飞轮轴中部的径向上开设有与轴心腔连通的多个周向均匀分布的过油孔二。
[0009] 在该技术方案中，通过使多个蓄能器均匀地设置在飞轮盘的外环形腔中，不仅能使蓄能器以高压油液的形式存储液压能，而且还能使进入蓄能器中的油液增加飞轮本体的转动惯量，从而增加了存储的动能。这样的设计方案，增大了装置的能量存储能力。由中心通道依次经过过油孔二、过油孔一进入蓄能器内部的油液在飞轮旋转的离心的作用下会形成抛物面状的压力分布，能增加液压能的储能密度，进而能使位于飞轮盘内部的蓄能器存储的液压能较同体积的传统蓄能器存储的液压能更多。利用该装置能实现双能量存储方式，不仅提高了储能元件的能量密度，且能有效减少储能液压系统的复杂程度，也能更有利于对储能的控制过程更简单。
[0010] 作为一种优选，所述蓄能器为弹簧式蓄能器。
[0011] 进一步，为了增加储能密度，同时，也为了使位于飞轮盘内部的蓄能器能较传统的蓄能器能存储更多的液压能，所述蓄能器内部的活塞在远离飞轮轴的一端的中心处固定连接有活塞杆，所述活塞杆的外端滑动密封地穿过蓄能器壳体的外端后与重物块固定连接。
[0012] 进一步，为了减小旋转过程中的阻力，所述重物块的断面为弧形结构。
[0013] 进一步，为了便于装配，所述飞轮轴在飞轮盘以左的部分和以右的部分各套装有一个轴承。
[0014] 进一步，所述过油孔一和过油孔二数量相同，且一一对应地设置。
[0015] 本发明与常规的仅使用蓄能器储能相比，增加了动能形式的能量，因而提高了储能的数量，也提高了能量密度。
[0016] 针对上述现有技术存在的问题，本发明还提供一种飞轮与蓄能器组合装置的应用方法，该方法能使飞轮与蓄能器组合装置在应用于液压系统中时能具有蓄能器、飞轮和蓄能器与飞轮组合三种工作状态，进而能液压系统根据需要灵活地选择其中一种工作状态，能有效提高应用飞轮与蓄能器组合装置的液压系统的通用性。
[0017] 为了实现上述目的，本发明还提供一种飞轮与蓄能器组合装置的应用方法，包括飞轮与蓄能器组合装置和液压泵/马达，飞轮与蓄能器组合装置的飞轮轴通过离合器与液压泵/马达的传动轴连接，飞轮与蓄能器组合装置的工作油口S依次通过换向阀一、换向阀二与液压泵/马达的P1口连接，液压泵/马达的T口与油箱通过管路连接，油箱通过单向阀与液压泵/马达的P1口连接，与液压系统连接的接入口O分别通过管路与换向阀一和换向阀二的P口连接，该方法具体包括以下步骤：
[0018] S1、控制液压泵/马达的排量为零、并控制换向阀一得电、换向阀二不得电，使飞轮与蓄能器组合装置工作在蓄能器工作模式；
[0019] 在进入接入口O处的油液压力超过飞轮与蓄能器组合装置中蓄能器内的压力时，油液经过换向阀一进入蓄能器进行储能，在进入接入口O处的油液压力低于飞轮与蓄能器组合装置中蓄能器内的压力时，油液经过换向阀一补充进入液压系统以进行能量的释放；
[0020] S2、控制控制换向阀一不得电、换向阀二得电，使飞轮与蓄能器组合装置工作在飞轮工作模式；
[0021] 需要储能时，控制离合器吸合，在接入口O处有高压油液进入时，液压泵/马达作为马达工作，液压泵/马达旋转过程中驱动飞轮本体旋转以进行储能，根据飞轮本体的转速情况适时断开离合器；需要利用能量时，控制离合器吸合，液压泵/马达作为泵工作，飞轮本体带动液压泵/马达从油箱中吸油并排出供给液压系统中以进行能量的释放；
[0022] S3、控制换向阀一和换向阀二均得电，使飞轮与蓄能器组合装置工作在飞轮与蓄能 组合工作模式；
[0023] 在进入接入口O的油液压力超过飞轮与蓄能器组合装置中蓄能器内的压力时，油液经过换向阀一进入蓄能器进行储能，同时，通过控制离合器吸合，使液压泵/马达作为马达工作，液压泵/马达在旋转过程中即能驱动飞轮本体旋转以进行储能，据飞轮本体的转速情况适时断开离合器；
[0024] 在接入口O处的油液压力低于飞轮与蓄能器组合装置中蓄能器内的压力时，油液经过换向阀一补充进入液压系统以进行能量的释放；同时，控制离合器吸合，液压泵/马达作为泵工作，飞轮本体带动液压泵/马达从油箱中吸油并排出供给液压系统中以进行能量的释放。
[0025] 本发明能根据需要选择接入飞轮与蓄能器组合装置的工作模式，从而能使接入飞轮与蓄能器组合装置的液压系统根据工况需要来选择任意一种储能及能量再利用方式，能有效提高接入飞轮与蓄能器组合装置的液压系统的通用性。
附图说明
[0026] 图1是本发明的结构示意图；
[0027] 图2是本发明的左视图；
[0028] 图3是本发明应用时的液压原理图。
[0029] 图中： 1、飞轮本体，2、蓄能器，3、飞轮轴，4、飞轮盘，5、轴心腔，6、回转体，7、活塞段，8、进油段，9、中心通道，10、环形隔板，11、内环形腔，12、外环形腔，13、过油孔一，14、过油孔二，15、活塞杆，16、重物块，17、轴承，100、液压泵/马达，200、飞轮与蓄能器组合装置，300、离合器，400、换向阀一，500、油箱，600、换向阀二，700、单向阀。
具体实施方式
[0030] 下面对本发明作进一步说明。
[0031] 如图1和图2所示，一种飞轮与蓄能器组合装置，包括飞轮本体1和多个蓄能器2，所述飞轮本体1由位于轴心处的飞轮轴3和固定套装在飞轮轴3外部的飞轮盘4组成；
[0032] 所述飞轮轴3的轴心处设置有圆柱形的轴心腔5，所述轴心腔5的右开口端位于飞轮轴3的右端面上；轴心腔5的右端内侧装配有回转体6；回转体6高压高速旋转接头；所述回转体6由位于左端的活塞段7和固定连接在活塞段7右侧旋转中心处的进油段8组成，回转体6的轴心线处设置有依次贯穿活塞段7和进油段8的中心通道9；所述活塞段7的外圆面与轴心腔5内表面转动式密封配合；
[0033] 所述飞轮盘4为空腔结构，飞轮盘4的内腔靠近飞轮轴3的位置固定连接有与飞轮轴3同轴心的环形隔板10，所述环形隔板10将飞轮盘4的内腔分隔为内环形腔11和外环形腔12；
[0034] 多个蓄能器2沿周向均匀地固定装配在外环形腔12中，所述蓄能器2均沿径向地设置，蓄能器2的里端与环形隔板10固定连接，蓄能器2的进油口靠近飞轮轴3地设置；
[0035] 在环形隔板10对应蓄能器2的进油口的位置开设有过油孔一13；在飞轮轴3中部的径向上开设有与轴心腔5连通的多个周向均匀分布的过油孔二14。
[0036] 通过使多个蓄能器均匀地设置在飞轮盘的外环形腔中，不仅能使蓄能器以高压油液的形式存储液压能，而且还能使进入蓄能器中的油液增加飞轮本体的转动惯量，从而增加了存储的动能。这样的设计方案，增大了装置的能量存储能力。由中心通道依次经过过油孔二、过油孔一进入蓄能器内部的油液在飞轮旋转的离心的作用下会形成抛物面状的压力分布，能增加液压能的储能密度，进而能使位于飞轮盘内部的蓄能器存储的液压能较同体积的传统蓄能器存储的液压能更多。利用该装置能实现双能量存储方式，不仅提高了储能元件的能量密度，且能有效减少储能液压系统的复杂程度，也能更有利于对储能的控制过程更简单。
[0037] 作为一种优选，所述蓄能器2为弹簧式蓄能器。为了增加储能密度，同时，也为了使位于飞轮盘内部的蓄能器能较传统的蓄能器能存储更多的液压能，所述蓄能器2内部的活塞在远离飞轮轴3的一端的中心处固定连接有活塞杆15，所述活塞杆15的外端滑动密封地穿过蓄能器2壳体的外端后与重物块16固定连接。
[0038] 为了减小旋转过程中的阻力，所述重物块16的断面为弧形结构。
[0039] 为了便于装配，所述飞轮轴3在飞轮盘4以左的部分和以右的部分各套装有一个轴承17。
[0040] 作为一种优选，所述过油孔一13和过油孔二14数量相同，且一一对应地设置。
[0041] 在使用时，在进油段8处连接油路，通过飞轮轴3左右两侧的轴承装配于固定架上即可。
[0042] 图3为本发明在液压系统中应用时的原理图。O口接入液压系统中。O口通过换向阀二600分为两路，一路通过换向阀一400与本装置的S口连接，另一路与液压泵/马达100的P1口连接，本装置的飞轮轴3与液压泵/马达100的传动轴之间串接离合器300。液压泵/马达100的T口与油箱500连通。单向阀700的进油口通过管路与油箱500连接，单向阀700的出油口与液压泵/马达100的P1口连接。单向阀700的作用是为了防止液压泵/马达100产生吸空现象，以便于向液压泵/马达100进行补油。
[0043] 工作原理：
[0044] 1、仅蓄能器起作用：使液压泵/马达100的排量为零，且换向阀二600不得电，故液压泵/马达100将O口与油箱500截止。同时，使换向阀一400的电磁铁得电，换向阀一400得电后工作在左位，换向阀一400的P口和A口之间的油路导通，故本装置内部的蓄能器2接入系统。当O口有高压油液且压力超过蓄能器2的压力时，油液经换向阀一400的P口至A口，最后经S口进入本装置，进入蓄能器2。此为能量回收过程。当O口油液压力低于蓄能器2的压力时，蓄能器2内油液经换向阀一400排出进入液压系统工作。此为能量再利用过程。此工况下，本装置仅以压力能的形式回收和释放能量。
[0045] 2、仅飞轮功能起作用：使换向阀二600得电，换向阀一400的电磁铁不得电，换向阀二600得电后工作在下位，其P口和A口之间的油路接通，换向阀一400工作在右位，其P口和A口之间的油路关断，故O口的液压油不能进入本装置内部的蓄能器2中。使离合器300吸合，本装置的飞轮轴3与液压泵/马达100的传动轴连接。调整液压泵/马达100的排量，此时液压泵/马达100作为马达工作。当O口有高压油液时，液压泵/马达100旋转，驱动本装置旋转。通过合理的调整液压泵/马达100的排量，使本装置获得尽可能高的转速，就可以存储更多的机械能。这个过程中，液压泵/马达100作为能量转化元件，将油液的压力能转化为飞轮本体1的机械能。此为能量回收过程。
[0046] 需要飞轮本体1释放能量时，控制液压泵/马达100使之工作在泵工况， 控制离合器300吸合。飞轮本体1将带动液压泵/马达100从油箱500吸油，并排出高压油液供给系统。液压泵/马达100的排量大小和飞轮的转速决定了供给系统流量的大小。此时，飞轮本体1的机械能转化为液压泵/马达100的油液的压力能。此为能量再利用过程。
[0047] 此工况下，本装置仅以旋转的机械能的形式回收和再利用能量。
[0048] 3、飞轮与蓄能器联合起作用：使换向阀二600、换向阀一400的电磁铁均得电，故本飞轮与蓄能器组合装置200内部的蓄能器接入系统。同时，使离合器300吸合，本装置200的飞轮轴3与液压泵/马达100的传动轴连接。调整液压泵/马达100的排量，此时液压泵/马达100作为马达工作。当O口有高压油液时，液压泵/马达100旋转，驱动本装置200旋转从而存储机械能。与此同时，高压油液也会经换向阀一400进入蓄能器，存储压力能。此为能量的回收过程。
[0049] 当O口的压力降低，蓄能器内的压力油可以经换向阀一400的A口到P口流出供给系统。通过调整液压泵/马达100使之工作在泵工况，控制离合器300吸合，旋转的飞轮本体1带动液压泵/马达100旋转，液压泵/马达100从油箱500吸油，并排出高压油液供给系统。此为能量再利用过程。
[0050] 此工况下，本装置同时利用了机械能和压力能进行能量的回收和再利用。
