動(dòng)臂閉式控制的混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種動(dòng)臂閉式控制的混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)系統(tǒng)，系統(tǒng)包括內(nèi)燃機(jī)、多路閥組、變排量液壓泵、發(fā)電機(jī)、電能存儲(chǔ)單元、動(dòng)臂控制系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)、鏟斗液壓缸及斗桿液壓缸，系統(tǒng)由轉(zhuǎn)速可變的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)三油口液壓泵直接控制動(dòng)臂液壓缸，實(shí)現(xiàn)液壓挖掘機(jī)動(dòng)臂的上下運(yùn)動(dòng)；回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)通過(guò)控制回轉(zhuǎn)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)液壓挖掘機(jī)上部旋轉(zhuǎn)主體相對(duì)于下部行進(jìn)主體的旋轉(zhuǎn)；系統(tǒng)采用混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)方式，且動(dòng)臂的勢(shì)能和回轉(zhuǎn)的動(dòng)能可直接轉(zhuǎn)化為電能存儲(chǔ)在一個(gè)電能存儲(chǔ)單元中。該發(fā)明方便地實(shí)現(xiàn)了控制動(dòng)臂勢(shì)能的回收和釋放，具有能量效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、整機(jī)燃油消耗低、工作效率和能量利用率高等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】動(dòng)臂閉式控制的混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種混合動(dòng)力的液壓挖掘機(jī)，特別是一種動(dòng)臂采用閉式控制方式的混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]液壓挖掘機(jī)在工作過(guò)程中由于動(dòng)臂、斗桿和鏟斗的上下擺動(dòng)以及回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)十分頻繁，同時(shí)，由于各運(yùn)動(dòng)部件慣性比較大，所以傳統(tǒng)閥控方式在挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)減速制動(dòng)和動(dòng)臂下降時(shí)會(huì)浪費(fèi)大量能量。為了減少這部分能量的浪費(fèi)和保護(hù)液壓元件，需要對(duì)液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)制動(dòng)動(dòng)能和動(dòng)臂下放的勢(shì)能進(jìn)行回收再利用。近年來(lái)提出的混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)方式為液壓挖掘機(jī)動(dòng)勢(shì)能的儲(chǔ)存和再利用提供了便利條件，2012.11.07授權(quán)的發(fā)明專利，混合動(dòng)力建筑機(jī)械的控制裝置(CN200980110700.3)就公開(kāi)了這樣一種系統(tǒng)，采用液壓馬達(dá)、變量液壓泵和電動(dòng)發(fā)電機(jī)同軸連接作為能量轉(zhuǎn)換單元，一方面將挖掘機(jī)動(dòng)臂下方的勢(shì)能和回轉(zhuǎn)制動(dòng)的動(dòng)能，經(jīng)過(guò)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能存儲(chǔ)到高壓電池中，同時(shí)也可驅(qū)動(dòng)變量液壓泵再生利用這部分能量，不足是能量回收系統(tǒng)較復(fù)雜、再生利用轉(zhuǎn)換次數(shù)多，效率低；在2012.03.07授權(quán)的發(fā)明專利:混合動(dòng)力建筑機(jī)械的控制方法及混合動(dòng)力建筑機(jī)械(CN200880008679.1)中，采用發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)組成的系統(tǒng)獨(dú)立控制挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，不足是只能回收再利用挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)制動(dòng)的動(dòng)能，而不能利用動(dòng)臂下方的勢(shì)能，系統(tǒng)中也沒(méi)有設(shè)置儲(chǔ)能單元。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能量回收方式存在的能量損失大、成本高等的不足，提供一種基于動(dòng)臂閉式控制的混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)液壓挖掘機(jī)動(dòng)臂勢(shì)能的高效回收再利用，采用電動(dòng)/發(fā)電機(jī)將回轉(zhuǎn)制動(dòng)動(dòng)能和動(dòng)臂下放勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能，存儲(chǔ)到增設(shè)的電能存儲(chǔ)單元中，將兩種能量統(tǒng)一回收，互相補(bǔ)充和再利用，以最大限度降低液壓挖掘機(jī)作業(yè)過(guò)程的能量消耗。
[0004]動(dòng)臂閉式控制的混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)系統(tǒng)包括內(nèi)燃機(jī)、多路閥組、變排量液壓泵、發(fā)電機(jī)、電能存儲(chǔ)單元、動(dòng)臂控制系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)、鏟斗液壓缸及斗桿液壓缸；其特征在于:
[0005]所述的動(dòng)臂控制系統(tǒng)由動(dòng)臂逆變器、轉(zhuǎn)速可變電動(dòng)機(jī)、控制單元、三油口液壓泵、蓄能器、小通徑液控單向閥、安全閥及動(dòng)臂液壓缸組成；所述的電能存儲(chǔ)單元連接到動(dòng)臂逆變器，動(dòng)臂逆變器連接到可變轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速可變電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)三油口液壓泵，三油口液壓泵的第I進(jìn)出油口 Pa與動(dòng)臂液壓缸的無(wú)桿腔相連通，第2進(jìn)出油口 Pb與動(dòng)臂液壓缸的有桿腔相連通，吸排油口 Pt與蓄能器相連通；控制單元采集動(dòng)臂液壓缸的位移信號(hào)或速度信號(hào)，經(jīng)過(guò)動(dòng)臂逆變器控制轉(zhuǎn)速可變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；
[0006]所述的回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)由回轉(zhuǎn)逆變器、回轉(zhuǎn)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)組成，回轉(zhuǎn)逆變器與電能存儲(chǔ)單元相連，回轉(zhuǎn)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)與回轉(zhuǎn)逆變器相連；回轉(zhuǎn)逆變器受控制單元控制；控制單元采集回轉(zhuǎn)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)并控制回轉(zhuǎn)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)；
[0007]所述的內(nèi)燃機(jī)與變排量液壓泵、發(fā)電機(jī)相連，發(fā)電機(jī)與電能存儲(chǔ)單元連接，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能存儲(chǔ)于電能存儲(chǔ)單元，電能存儲(chǔ)單元與動(dòng)臂逆變器、回轉(zhuǎn)逆變器連接，電能存儲(chǔ)單元為轉(zhuǎn)速可變電動(dòng)機(jī)、回轉(zhuǎn)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)供電，內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)變排量液壓泵，同時(shí)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。
[0008]所述的充電器與電能存儲(chǔ)單元連接，充電器連接到電源上。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0010]1.動(dòng)臂液壓缸采用三油口液壓泵直接控制，沒(méi)有節(jié)流損失，方便實(shí)現(xiàn)控制動(dòng)臂勢(shì)能的回收和再利用，而不需要通過(guò)液壓馬達(dá)及發(fā)電機(jī)的多次能量交換，能量回收效率高。
[0011]2.三油口液壓泵由轉(zhuǎn)速可變的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，這樣三油口液壓泵只需采用定排量的液壓泵就可，相對(duì)于變排量的控制方式，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)；動(dòng)力驅(qū)動(dòng)采用混合動(dòng)力方式，有利于提高內(nèi)燃機(jī)的負(fù)荷率，使內(nèi)燃機(jī)工作在高效燃油區(qū)間，從而節(jié)省整機(jī)燃油消耗。
[0012]3.動(dòng)臂和回轉(zhuǎn)都采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，動(dòng)臂的勢(shì)能和回轉(zhuǎn)的動(dòng)能都可以直接轉(zhuǎn)化為電能存儲(chǔ)，且共用一個(gè)電能存儲(chǔ)單元，存儲(chǔ)的能量可以互相補(bǔ)充和利用，提高了整機(jī)工作的效率和能量利用率。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明液壓挖掘機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作原理圖。
[0014]圖中，01-動(dòng)臂控制系統(tǒng)、02-回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)、1-內(nèi)燃機(jī)、2-多路閥組、3-變排量液壓泵、4-發(fā)電機(jī)、5-電能存儲(chǔ)單元、6-轉(zhuǎn)速可變電動(dòng)機(jī)、7-控制單元、8-三油口液壓泵、9-蓄能器、IO-A小通徑液控單向閥、Il-B小通徑液控單向閥、12-A安全閥、13-B安全閥、14-動(dòng)臂液壓缸、15-回轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)逆變器、16-回轉(zhuǎn)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)、17-鏟斗液壓缸、18-斗桿液壓缸、19-動(dòng)臂電動(dòng)機(jī)逆變器、20-充電器。
【具體實(shí)施方式】
[0015]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步進(jìn)行說(shuō)明:
[0016]如圖1所示，動(dòng)臂閉式控制系統(tǒng)的混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括內(nèi)燃機(jī)1、多路閥組2、變排量液壓泵3、發(fā)電機(jī)4、電能存儲(chǔ)單元5、動(dòng)臂控制系統(tǒng)01、回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)02、鏟斗液壓缸17以及斗桿液壓缸18。
[0017]動(dòng)臂控制系統(tǒng)01由動(dòng)臂逆變器19、轉(zhuǎn)速可變電動(dòng)機(jī)6、控制單元7、可平衡差動(dòng)液壓缸面積差的三油口液壓泵8、蓄能器9、2個(gè)小通徑液控單向閥10、11、2個(gè)安全閥12、13以及動(dòng)臂液壓缸14組成。動(dòng)臂控制系統(tǒng)01中，電能存儲(chǔ)單元5連接到動(dòng)臂逆變器19，動(dòng)臂逆變器19連接到轉(zhuǎn)速可變電動(dòng)機(jī)6，轉(zhuǎn)速可變電動(dòng)機(jī)6驅(qū)動(dòng)三油口液壓泵8，三油口液壓泵8的第I進(jìn)出油口 Pa與動(dòng)臂液壓缸14的無(wú)桿腔相連通，第2進(jìn)出油口 Pb與動(dòng)臂液壓缸14的有桿腔相連通，吸排油口 Pt與蓄能器9相連通；A安全閥12與A小通徑液控單向閥10并聯(lián)，A安全閥的O 口和A小通徑液控單向閥的進(jìn)油口接三油口液壓泵8的吸排油口 PT，A安全閥的P 口和A小通徑液控單向閥的出油口接三油口液壓泵8的第I進(jìn)出油口 Pa ;Β安全閥與B小通徑液控單向閥并聯(lián)，B安全閥的O 口和B小通徑液控單向閥的進(jìn)油口接三油口液壓泵8的吸排油口 Ρτ，B安全閥的P 口和B小通徑液控單向閥的出油口接三油口液壓泵的第2進(jìn)出油口 PB。
[0018]回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)02由回轉(zhuǎn)變壓器15和回轉(zhuǎn)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)16組成，回轉(zhuǎn)逆變器15與電能存儲(chǔ)單元5相連，與回轉(zhuǎn)逆變器15連接到回轉(zhuǎn)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)16。
[0019]動(dòng)臂控制系統(tǒng)01控制動(dòng)臂液壓缸14實(shí)現(xiàn)液壓挖掘機(jī)動(dòng)臂的上下運(yùn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)02通過(guò)控制回轉(zhuǎn)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)16實(shí)現(xiàn)液壓挖掘機(jī)上部旋轉(zhuǎn)主體相對(duì)于下部行進(jìn)主體的旋轉(zhuǎn)；變排量液壓泵3通過(guò)多路閥組2驅(qū)動(dòng)挖掘機(jī)鏟斗液壓缸17和斗桿液壓缸18工作。
[0020]控制單元7采集動(dòng)臂液壓缸14的位移信號(hào)或速度信號(hào)，經(jīng)過(guò)動(dòng)臂逆變器19控制轉(zhuǎn)速可變電動(dòng)機(jī)8的轉(zhuǎn)速；；回轉(zhuǎn)逆變器15受控制單元7的控制；控制單元7采集回轉(zhuǎn)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)16的轉(zhuǎn)速信號(hào)控制回轉(zhuǎn)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)16的工作狀態(tài)。
[0021]整機(jī)工作時(shí)，內(nèi)燃機(jī)I與變排量液壓泵3與發(fā)電機(jī)4相連，內(nèi)燃機(jī)I驅(qū)動(dòng)變排量液壓泵3，同時(shí)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)4發(fā)電；發(fā)電機(jī)4與電能存儲(chǔ)單元5連接，發(fā)電機(jī)4發(fā)出的電能存儲(chǔ)于電能存儲(chǔ)單元5中，電能存儲(chǔ)單元5與動(dòng)臂逆變器19和回轉(zhuǎn)逆變器15連接，電能存儲(chǔ)單元5為轉(zhuǎn)速可變電動(dòng)機(jī)6和回轉(zhuǎn)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)16供電。轉(zhuǎn)速可變電機(jī)6驅(qū)動(dòng)三油口液壓泵8，控制單元7采集動(dòng)臂液壓缸14的位移或轉(zhuǎn)速信號(hào)，控制轉(zhuǎn)速可變電動(dòng)機(jī)6的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)三油口液壓泵8轉(zhuǎn)速和方向的控制，從而與三油口液壓泵8的排量相配合，提高系統(tǒng)的能量效率。
[0022]當(dāng)動(dòng)臂下降時(shí)，動(dòng)臂液壓缸14的活塞桿收回，三油口液壓泵8的第I進(jìn)出油口 Pa從動(dòng)臂液壓缸14的無(wú)桿腔吸油，三油口液壓泵8的第2進(jìn)出油口 Pb向動(dòng)臂液壓缸14的有桿腔供油，無(wú)桿腔多出的高壓油經(jīng)吸排油口進(jìn)入蓄能器9，實(shí)現(xiàn)勢(shì)能回收；當(dāng)動(dòng)臂舉升時(shí)，動(dòng)臂液壓缸14的活塞桿伸出，三油口液壓泵8的第I進(jìn)出油口 Pa向無(wú)桿腔供油，第2進(jìn)出油口 Pb從有桿腔吸油，無(wú)桿腔不夠的油液由蓄能器9補(bǔ)充。
[0023]當(dāng)挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)啟動(dòng)、加速和勻速回轉(zhuǎn)時(shí)，回轉(zhuǎn)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)16為電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)，控制單元7控制回轉(zhuǎn)逆變器15，實(shí)現(xiàn)電能儲(chǔ)存單元5向回轉(zhuǎn)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)16供給電能；當(dāng)挖掘機(jī)處于回轉(zhuǎn)制動(dòng)時(shí)，回轉(zhuǎn)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)16為發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)，控制單元7控制回轉(zhuǎn)逆變器15，實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)16所發(fā)電能向電能儲(chǔ)存單元5儲(chǔ)存。
[0024]當(dāng)挖掘機(jī)工作附近有電源，或者挖掘機(jī)存放在有電源的場(chǎng)所，將充電器20連接到電源上充電，充電器20與電能存儲(chǔ)單元5連接，可采用充電器20向電能存儲(chǔ)單元5充電，補(bǔ)充電能，或者使機(jī)器處于全電動(dòng)的狀態(tài)。
【權(quán)利要求】
1.一種動(dòng)臂閉式控制的混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)系統(tǒng)，包括內(nèi)燃機(jī)、多路閥組、變排量液壓泵、發(fā)電機(jī)、電能存儲(chǔ)單元、動(dòng)臂控制系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)、鏟斗液壓缸及斗桿液壓缸；其特征在于: 所述的動(dòng)臂控制系統(tǒng)由動(dòng)臂逆變器、轉(zhuǎn)速可變電動(dòng)機(jī)、控制單元、三油口液壓泵、蓄能器、小通徑液控單向閥、安全閥及動(dòng)臂液壓缸組成；所述的電能存儲(chǔ)單元連接到動(dòng)臂逆變器，動(dòng)臂逆變器連接到可變轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速可變電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)三油口液壓泵，三油口液壓泵的第I進(jìn)出油口 Pa與動(dòng)臂液壓缸的無(wú)桿腔相連通，第2進(jìn)出油口 Pb與動(dòng)臂液壓缸的有桿腔相連通，吸排油口 Pt與蓄能器相連通；控制單元采集動(dòng)臂液壓缸的位移信號(hào)或速度信號(hào)，經(jīng)過(guò)動(dòng)臂逆變器控制轉(zhuǎn)速可變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速； 所述的回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)由回轉(zhuǎn)逆變器、回轉(zhuǎn)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)組成，回轉(zhuǎn)逆變器與電能存儲(chǔ)單元相連，回轉(zhuǎn)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)與回轉(zhuǎn)逆變器相連；回轉(zhuǎn)逆變器受控制單元控制；控制單元采集回轉(zhuǎn)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)并控制回轉(zhuǎn)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)； 所述的內(nèi)燃機(jī)與變排量液壓泵、發(fā)電機(jī)相連，發(fā)電機(jī)與電能存儲(chǔ)單元連接，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能存儲(chǔ)于電能存儲(chǔ)單元，電能存儲(chǔ)單元與動(dòng)臂逆變器、回轉(zhuǎn)逆變器連接，電能存儲(chǔ)單元為轉(zhuǎn)速可變電動(dòng)機(jī)、回轉(zhuǎn)電動(dòng)/發(fā)電機(jī)供電，內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)變排量液壓泵，同時(shí)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種動(dòng)臂閉式控制的混合動(dòng)力液壓挖掘機(jī)系統(tǒng)，其特征在于:所述的充電器與電能存儲(chǔ)單元連接，充電器連接到電源上。
【文檔編號(hào)】E02F3/42GK103452150SQ201310405323
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月9日
【發(fā)明者】權(quán)龍 , 楊敬, 權(quán)仲翊 申請(qǐng)人:太原理工大學(xué)