專利名稱：基于泵/馬達(dá)的混聯(lián)式液壓挖掘機驅(qū)動系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及驅(qū)動系統(tǒng)領(lǐng)域技術(shù)，尤其是指一種基于泵/馬達(dá)的混聯(lián)式液壓挖掘機的節(jié)能驅(qū)動系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著世界范圍內(nèi)能源短缺和環(huán)境污染問題的日趨嚴(yán)重，研究液壓挖掘機的節(jié)能問題具有重要的現(xiàn)實意義。液壓挖掘機的節(jié)能問題已受到業(yè)界的廣泛關(guān)注。液壓挖掘機在工作過程中，動臂的上下擺動以及上車機構(gòu)的回轉(zhuǎn)運動比較頻繁，又由于各運動部件慣性都比較大，所以減速制動時會釋放出大量的勢能和能量，這部分能量通常都消耗在液壓閥的閥口上，不僅浪費了能量，還會導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)熱和元件壽命的降低。為了減少能量損耗和系統(tǒng)發(fā)熱量，提高元件的壽命，能量回收成為液壓挖掘機節(jié)能降耗的一項有效措施。在傳統(tǒng)液壓挖掘機中，這部分能量難以進行回收、存儲和再利用。在液壓挖掘機中引入混合動力系統(tǒng)， 由于動力系統(tǒng)中具備電池或電容等儲能裝置，能量的回收和存儲都易于實現(xiàn)。目前，混合動力液壓挖掘機的常規(guī)的能量回收方案主要包括兩種。一種為動臂勢能能量回收方案動臂驅(qū)動液壓缸的回油腔與液壓馬達(dá)相聯(lián)，該液壓馬達(dá)與發(fā)電機同軸相聯(lián)。動臂驅(qū)動油缸回油腔的液壓油驅(qū)動液壓馬達(dá)回轉(zhuǎn)，將液壓能轉(zhuǎn)化為機械能輸出，并帶動發(fā)電機發(fā)電，三相交流電能經(jīng)變頻器整流為直流電能并儲存在儲能元件當(dāng)中。當(dāng)系統(tǒng)需要時，直流電能通過整流器逆變成目標(biāo)頻率的三相交流電能驅(qū)動電動機，與發(fā)動機共同驅(qū)動負(fù)載(液壓泵)工作。另外一種為上車機構(gòu)回轉(zhuǎn)制動能量回收系統(tǒng)系統(tǒng)主要采用電動機驅(qū)動替代傳統(tǒng)液壓馬達(dá)驅(qū)動上車機構(gòu)，利用電動機的二、四象限工作把回轉(zhuǎn)制動時釋放出來的大量動能轉(zhuǎn)化成電能儲存在電池或電容中。系統(tǒng)中的電量儲存單元既為回收能量的儲能元件，同時也是混合動力驅(qū)動系統(tǒng)中電動機的直流電源。此種技術(shù)方案中動臂勢能回收方案中的發(fā)電機和回轉(zhuǎn)制動能量回收方案中的電動機為兩個不同的電機，成本較高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，同時所有勢能和制動動能的回收再利用都經(jīng)過從可回收能量-液壓能-機械能-電能-機械能的多次能量轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)中能量流動非常復(fù)雜，影響了系統(tǒng)的能量回收效率。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在之缺失，其主要目的是提供一種基于泵/馬達(dá)的混聯(lián)式液壓挖掘機驅(qū)動系統(tǒng)，其能降低動力系統(tǒng)的能量損失，提高能量回收效率，不影響發(fā)動機的穩(wěn)定工作，提高發(fā)動機工作效率。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是—種基于泵/馬達(dá)的混聯(lián)式液壓挖掘機驅(qū)動系統(tǒng)，包括動臂驅(qū)動油缸和上車機構(gòu)，還包括電量儲存單元、液壓控制元件、一組由鏟斗油缸、斗桿油缸和行走液壓馬達(dá)組成的其他執(zhí)行機構(gòu)，以及同軸機械傳動連接的發(fā)動機、第一電動機和變量泵，該變量泵通過液壓主控閥連接到其他執(zhí)行機構(gòu)上；和與上車機構(gòu)同軸機械傳動連接的第二電動機、泵/馬達(dá)、電磁離合器、減速器；所述第一電動機通過第一變頻器與電量儲存單元電性相連，第二電動機通過第二變頻器也與電量儲存單元電性相連；所述液壓控制元件包括液壓主控閥、比例方向閥、第一電磁換向閥、第二電磁換向閥、第三電磁換向閥、第四電磁換向閥，該變量泵的出油口分兩路第一路接液壓主控閥的輸入端，第二路接比例方向閥的油口 P;液壓主控閥的出口接其他執(zhí)行機構(gòu)的驅(qū)動油缸或液壓馬達(dá)；比例方向閥的油口 T接第一電磁換向閥的油口 B，第一電磁換向閥的油口 A接油箱；比例方向閥的油口 A接第四電磁換向閥的油口 T ；比例方向閥的油口 B分兩路，第一路接泵/馬達(dá)的油口 B，第二路接第三電磁換向閥的油口 A ；泵/馬達(dá)的油口 A分三路第一路接第二電磁換向閥的油口 A，第二電磁換向閥的油口 B接油箱；第二路接第四電磁換向閥的油口 P ；第三路接第三電磁換向閥的油口 B ；所述第四電磁換向閥的油口 A和油口 B分別和動臂驅(qū)動油缸的無桿腔和有桿腔相連。作為一種優(yōu)先方案，所述第一變頻器(6)內(nèi)設(shè)有電量儲存單元(8)的電壓傳感器以及判斷第一變頻器(6)和第一電動機( 故障的各傳感器。作為一種優(yōu)先方案，所述第二變頻器(9)內(nèi)設(shè)有電量儲存單元(8)的電壓傳感器以及判斷第二變頻器(9)和第二電動機(11)故障的各傳感器。作為一種優(yōu)先方案，所述電量儲存單元⑶為電池或電容。作為一種優(yōu)先方案，所述變頻器和第二電動機為永磁同步電動機及電機控制器。作為一種優(yōu)選方案，所述電量儲存單元為電池或電容。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果，具體而言，由上述技術(shù)方案可知一、通過由同軸機械傳動連接的發(fā)動機、第一電動機和變量泵組成一套并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)；由同軸機械傳動連接的第二電動機和泵/馬達(dá)以及同軸相聯(lián)的發(fā)動機和第一電動機組成一套串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)；一套動臂驅(qū)動油缸、上車機構(gòu)的驅(qū)動系統(tǒng)和能量回收系統(tǒng)再由同軸連接的電磁離合器、減速器與第二電動機、泵/馬達(dá)組成一套動臂驅(qū)動油缸、上車機構(gòu)的驅(qū)動系統(tǒng)和能量回收系統(tǒng)；由此可知，本發(fā)明的動力系統(tǒng)為混聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)，對于動臂和上車機構(gòu)既可采用串聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)，也可采用并聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)；對于其它執(zhí)行機構(gòu)采用并聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)，能降低動力系統(tǒng)的能量損失，提高系統(tǒng)的可靠性。二、動臂有兩種控制模式，其中一種控制模式為泵/馬達(dá)的容積控制模式，另外一種控制模式為由比例方向閥的節(jié)流控制模式，兩種控制模式的切換可以根據(jù)電量儲存單元的電量、電動機的故障等狀態(tài)進行切換，提高系統(tǒng)的可靠性運行和發(fā)動機的工作效率。三、上車回轉(zhuǎn)機構(gòu)有兩種控制模式，其中一種控制模式為電動機和減速器組成的電機控制模式，另外一種控制模式為由比例方向閥的節(jié)流控制模式，兩種控制模式的切換可以根據(jù)電容的電量、電動機的故障等狀態(tài)切換，這樣保證了發(fā)動機的穩(wěn)定工作，提高了發(fā)動機的工作效率。四、充分利用了液壓挖掘機中動臂和上車回轉(zhuǎn)的復(fù)合動作特性，動臂勢能既可以通過泵/馬達(dá)直接驅(qū)動上車機構(gòu)回轉(zhuǎn)，也可以通過泵/馬達(dá)驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)換成電能儲存在電量儲存單元中。上車機構(gòu)回轉(zhuǎn)制動時釋放的制動動能既可以通過泵/馬達(dá)直接驅(qū)動動臂上升，也可以通過電動機轉(zhuǎn)換成電能儲存在電量儲存單元中。既避免了能量回收過程中的多次轉(zhuǎn)換，提高了能量回收的效率，又增加了能量流動的靈活性，同時動臂和回轉(zhuǎn)共用一套驅(qū)動回收系統(tǒng)，降低了系統(tǒng)經(jīng)濟成本。為更清楚地闡述本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征和功效，下面結(jié)合附圖與具體實施例來對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。


圖1是本發(fā)明之較佳實施例的整體結(jié)構(gòu)框圖。附圖標(biāo)識說明1、發(fā)動機3、變量泵5、其它液壓執(zhí)行機構(gòu)7、第一電磁換向閥9、第二變頻器11、第二電動機13、電磁離合器15、上車機構(gòu)17、第三電磁換向閥19、動臂驅(qū)動油缸。
具體實施例方式請參照圖1所示，其顯示出了本發(fā)明之較佳實施例的具體結(jié)構(gòu)，其包括一發(fā)動機 1、一變量泵3、一液壓主控閥4、一組由鏟斗油缸、斗桿油缸和行走液壓馬達(dá)組成的其它液壓執(zhí)行機構(gòu)5、一泵/馬達(dá)12、一比例方向閥10、兩電動機2、11、兩變頻器6、9、一套電量儲存單元8、四個電磁換向閥7、16、17、18、一電磁離合器13、一減速器14和一動臂驅(qū)動油缸 19。各組成部件的相互連接關(guān)系如下發(fā)動機1、第一電動機2和變量泵3三者同軸機械傳動連接組成一套并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)；第二電動機11和泵/馬達(dá)12同軸機械傳動連接相聯(lián)，其與同軸相聯(lián)的發(fā)動機1、 第一電動機2和變量泵3共同組成一套串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)；電磁離合器13、減速器14與第二電動機11、泵/馬達(dá)12同軸相聯(lián)組成動臂驅(qū)動油缸19和上車機構(gòu)15的驅(qū)動系統(tǒng)和能量回收系統(tǒng)；變量泵3的出油口分兩路第一路接液壓主控閥4的輸入端，第二路接比例方向閥 10的油口 P ；液壓主控閥4的出口接其它液壓執(zhí)行機構(gòu)5的驅(qū)動油缸或液壓馬達(dá)；比例方向閥10的油口 T接第一電磁換向閥7的油口 B，第一電磁換向閥7的油口 A接油箱；比例方向閥10的油口 A接第四電磁換向閥18的油口 T ；比例方向閥10的油口 B分兩路，第一路接泵/馬達(dá)12的油口 B，第二路接第三電磁換向閥17的油口 A ；泵/馬達(dá)12的油口 A分三路第一路接第二電磁換向閥16的油口 A，第二電磁換
2、第一電動機 4、液壓主控閥 6、第一變頻器 8、電量儲存單元 10、比例方向閥 12、泵/馬達(dá) 14、減速器 16、第二電磁換向閥 18、第四電磁換向閥向閥16的油口 B接油箱；第二路接第四電磁換向閥18的油口 P ；第三路接第三電磁換向閥 17的油口 B ；第四電磁換向閥9的油口 A和油口 B分別和動臂驅(qū)動油缸19的無桿腔和有桿腔相連。第一電動機2通過第一變頻器6與電量儲存單元8電性相連，第二電動機11通過第二變頻器9也與電量儲存單元8電性相連。本實施例中，所述變頻器和電動機可選用永磁同步電動機及電機控制器。所述第一變頻器6內(nèi)設(shè)有電量儲存單元8的電壓傳感器以及判斷第一變頻器6和第一電動機2故障的各傳感器，并可通過總線向外輸出電量儲存單元8的電壓以及第一變頻器6和第一電動機2的故障信號。所述第二變頻器9內(nèi)設(shè)有電量儲存單元8的電壓傳感器以及判斷第二變頻器9和第二電動機11故障的各傳感器，并可通過總線向外輸出電量儲存單元8的電壓以及第二變頻器9和第二電動機11的故障信號。本發(fā)明的具體工作原理如下挖掘機的控制器(未圖示)通過對先導(dǎo)控制手柄(未圖示)輸出的壓力信號進行采集和數(shù)據(jù)處理，獲得先導(dǎo)控制壓力，判斷得到動臂的工作模式處于上升還是處于下放以及上車機構(gòu)的工作模式處于左回轉(zhuǎn)還是右回轉(zhuǎn)，同時挖掘機的控制器接受變頻器6和9輸出信號，判斷得到電量儲存單元8的電壓信號和變頻器6和9的故障信號，向發(fā)動機1、變量泵3、第一電磁換向閥7、第二電磁換向閥16、第三電磁換向閥17、第四電磁換向閥18、比例換向閥10發(fā)送控制指令，從而控制發(fā)動機1的油門、變量泵3的排量、第一電磁換向閥7、第二電磁換向閥16、第三電磁換向閥17、第四電磁換向閥18的工位、比例換向閥的閥芯位移。 變頻器6和9通過接收挖掘機的控制器(未圖示)傳輸過來的信號，向第一電動機2和第二電動機11發(fā)出控制指令，以控制第一電動機2及第二電動機11的工作模式和目標(biāo)轉(zhuǎn)速。本發(fā)明的具體控制過程如下(一 )、動臂單獨上升動作當(dāng)?shù)诙妱訖C11無故障時，第四電磁換向閥18的左邊電磁鐵得電，工作在左工位；比例方向閥10的電磁鐵均不得電，工作在中位模式；第一電磁換向閥7的電磁鐵得電； 第二電磁換向閥16和第三電磁換向閥17的電磁鐵均不得電；電磁離合器13松開；動臂上升的速度通過調(diào)節(jié)第二電動機11的轉(zhuǎn)速和泵/馬達(dá)12的排量來控制。當(dāng)?shù)诙妱訖C11出現(xiàn)故障時，第四電磁換向閥18的左邊電磁鐵得電，工作在左工位，第一電磁換向閥7的電磁鐵得電，第二電磁換向閥16和第三電磁換向閥17的電磁鐵均不得電；電磁離合器13松開，通過調(diào)節(jié)比例方向閥10的左邊電磁鐵的控制電流來控制動臂上升的速度。此時能量來源于由發(fā)動機1、第一電動機2和變量泵3組成的并聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)。( 二 )、動臂單獨下放動作當(dāng)?shù)诙妱訖C11無故障時，第四電磁換向閥18的左邊電磁鐵得電，工作在左工位；比例方向閥10的電磁鐵均不得電，工作在中位模式；第一電磁換向閥7的電磁鐵得電， 第二電磁換向閥16和第三電磁換向閥17的電磁鐵均不得電，電磁離合器13松開；動臂下放的速度通過調(diào)節(jié)第二電動機11的轉(zhuǎn)速和調(diào)節(jié)泵/馬達(dá)12的排量來控制；當(dāng)?shù)诙妱訖C11出現(xiàn)故障時，第四電磁換向閥18的左邊電磁鐵得電，工作在左工
6位；第一電磁換向閥7的電磁鐵得電，第二電磁換向閥16的電磁鐵不得電，第三電磁換向閥 17的電磁鐵得電，電磁離合器13松開，通過調(diào)節(jié)比例方向閥10的右邊電磁鐵的控制電流來控制動臂下放的速度，此時系統(tǒng)不能回收動臂下時放釋放的勢能。(三)、上車機構(gòu)單獨左回轉(zhuǎn)動作當(dāng)?shù)诙妱訖C11無故障時，第四電磁換向閥18的電磁鐵不得電，工作在中位，比例方向閥10的電磁鐵均不得電，工作在中位模式；第一電磁換向閥7的電磁鐵得電、第二電磁換向閥16和第三電磁換向閥17的電磁鐵均不得電，電磁離合器13閉合；此時，上車機構(gòu) 15采用電動機驅(qū)動模式，其左回轉(zhuǎn)速度通過調(diào)節(jié)第二電動機11的轉(zhuǎn)速，當(dāng)上車機構(gòu)15回轉(zhuǎn)加速時，第二電動機11工作在電動模式，當(dāng)上車機構(gòu)15處于制動過程時，第二電動機11工作在發(fā)電模式，把上車機構(gòu)15回轉(zhuǎn)制動釋放的制動動能轉(zhuǎn)化成電能儲存在電量儲存單元8 中。當(dāng)?shù)诙妱訖C11出現(xiàn)故障時，第四電磁換向閥18的電磁鐵不得電，工作在中位， 第一電磁換向閥7得電，第二電磁換向閥16和第三電磁換向閥17的電磁鐵均不得電，電磁離合器13閉合，通過調(diào)節(jié)比例方向閥10的左邊電磁鐵的控制電流來控制上車機構(gòu)15左回轉(zhuǎn)的速度。(四)、上車單獨右回轉(zhuǎn)動作當(dāng)?shù)诙妱訖C11無故障時，第四電磁換向閥18的電磁鐵不得電，工作在中位，比例方向閥10的電磁鐵均不得電，工作在中位模式；第一電磁換向閥7的電磁鐵得電，第二電磁換向閥16和第三電磁換向閥17的電磁鐵均不得電，電磁離合器13閉合；此時，上車機構(gòu) 15采用電動機驅(qū)動模式，其右回轉(zhuǎn)速度通過調(diào)節(jié)第二電動機11的轉(zhuǎn)速，當(dāng)上車機構(gòu)15回轉(zhuǎn)加速時，第二電動機11工作在電動模式，當(dāng)上車處于制動過程時，第二電動機11工作在發(fā)電模式，把上車機構(gòu)15回轉(zhuǎn)制動釋放的制動動能轉(zhuǎn)化成電能儲存在電量儲存單元8中。當(dāng)?shù)诙妱訖C11出現(xiàn)故障時，第四電磁換向閥18的電磁鐵不得電，工作在中位， 第一電磁換向閥7得電，第二電磁換向閥16和第三電磁換向閥17的電磁鐵均不得電，電磁離合器13閉合，通過調(diào)節(jié)比例方向閥10的右邊電磁鐵的控制電流來控制上車右回轉(zhuǎn)的速度。(五)、動臂上升和上車機構(gòu)左回轉(zhuǎn)復(fù)合動作當(dāng)?shù)诙妱訖C11無故障時，第四電磁換向閥18的左邊電磁鐵得電，工作在左工位，比例方向閥10的電磁鐵均不得電，工作在中位模式；第一電磁換向閥7的電磁鐵得電， 第二電磁換向閥16和第三電磁換向閥17的電磁鐵均不得電；動臂上升的速度根據(jù)第二電動機11的當(dāng)前轉(zhuǎn)速和動臂上升的目標(biāo)速度所對應(yīng)的目標(biāo)流量通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)泵/馬達(dá)12的排量來控制；電磁離合器13吸合，調(diào)節(jié)第二電動機11的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)上車機構(gòu)15左回轉(zhuǎn)速度；當(dāng)上車機構(gòu)15回轉(zhuǎn)制動時，當(dāng)動臂上升的所需要的功率小于回轉(zhuǎn)制動功率時，部分回轉(zhuǎn)制動能量通過驅(qū)動泵/馬達(dá)12驅(qū)動動臂上升，剩余的回轉(zhuǎn)制動能量通過第二電動機11 工作在發(fā)電模式轉(zhuǎn)換成電能儲存在電量儲存單元8中。當(dāng)動臂上升的所需要的功率大于回轉(zhuǎn)制動功率時，所有回轉(zhuǎn)制動能量通過驅(qū)動泵/馬達(dá)12驅(qū)動動臂上升，不足的能量通過第二電動機11工作在電動模式提供；此時上車機構(gòu)15的回轉(zhuǎn)制動能量首先保證動臂上升所需能量，實現(xiàn)一次回收，多余的能量轉(zhuǎn)化成電能，實現(xiàn)二次回收。當(dāng)?shù)诙妱訖C11出現(xiàn)故障時，當(dāng)系統(tǒng)通過顯示屏設(shè)定動臂優(yōu)先功能時，動臂相對回轉(zhuǎn)優(yōu)先，系統(tǒng)必須保證動臂提升到某個位置后，才可進行回轉(zhuǎn)，電磁離合器13松開，第四電磁換向閥18的左邊電磁鐵得電，工作在左工位，第一電磁換向閥7的電磁鐵和第三電磁換向閥17的電磁鐵得電，第二電磁換向閥16的電磁鐵不得電，通過調(diào)節(jié)比例方向閥10的左邊電磁鐵的控制電流來控制動臂上升的速度；待動臂上升到目標(biāo)位置后，第四電磁換向閥18的電磁鐵不得電，工作在中位，電磁離合器13閉合，通過調(diào)節(jié)比例方向閥10的左邊電磁鐵的控制電流來控制上車機構(gòu)15左回轉(zhuǎn)的速度。當(dāng)系統(tǒng)顯示屏沒有設(shè)定為動臂優(yōu)化功能時，回轉(zhuǎn)相對動臂優(yōu)先，第四電磁換向閥18的電磁鐵不得電，工作在中位，第一電磁換向閥7的電磁鐵得電，第二電磁換向閥16和第三電磁換向閥17的電磁鐵均不得電，電磁離合器13閉合，通過調(diào)節(jié)比例方向閥10的左邊電磁鐵的控制電流來控制上車機構(gòu)15左回轉(zhuǎn)的速度；待回轉(zhuǎn)制動模式時，第四電磁換向閥18的左邊電磁鐵得電，工作在左工位，由回轉(zhuǎn)制動的能量驅(qū)動動臂上升，待回轉(zhuǎn)停止后，電磁離合器13松開，通過調(diào)節(jié)比例方向閥10的左邊電磁鐵的控制電流來控制動臂上升的速度。(六)、動臂上升和上車機構(gòu)右驅(qū)動復(fù)合動作當(dāng)?shù)诙妱訖C11無故障時，第四電磁換向閥18的右電磁鐵得電，工作在右工位， 比例方向閥10的電磁鐵不得電，第一電磁換向閥7的電磁鐵不得電，第二電磁換向閥16得電，第三電磁換向閥17的電磁鐵不得電，動臂上升的速度根據(jù)第二電動機11的當(dāng)前轉(zhuǎn)速和動臂上升的目標(biāo)速度所對應(yīng)的目標(biāo)流量通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)泵/馬達(dá)12的排量來控制；電磁離合器13吸合，調(diào)節(jié)第二電動機11的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)上車右回轉(zhuǎn)速度；當(dāng)上車機構(gòu)15回轉(zhuǎn)制動時， 當(dāng)動臂上升的所需要的功率小于回轉(zhuǎn)制動功率時，部分回轉(zhuǎn)制動能量通過驅(qū)動泵/馬達(dá)12 驅(qū)動動臂上升，剩余的回轉(zhuǎn)制動能量通過第二電動機11工作在發(fā)電模式轉(zhuǎn)換成電能儲存在電量儲存單元8中。當(dāng)動臂上升的所需要的功率大于回轉(zhuǎn)制動功率時，所有回轉(zhuǎn)制動功率通過驅(qū)動泵/馬達(dá)12驅(qū)動動臂上升，不足的能量通過第二電動機11工作在電動模式提 {共。當(dāng)?shù)诙妱訖C11出現(xiàn)故障時，當(dāng)系統(tǒng)通過顯示屏設(shè)定動臂優(yōu)先功能時，動臂相對回轉(zhuǎn)優(yōu)先，系統(tǒng)必須保證動臂提升到某個位置后，才可進行回轉(zhuǎn)，電磁離合器13松開，第四電磁換向閥18的右邊電磁鐵得電，工作在右工位，第一電磁換向閥7的電磁鐵得電，第二電磁換向閥16和第三電磁換向閥17的電磁鐵均不得電，通過調(diào)節(jié)比例方向閥10的右電磁鐵的控制電流來控制動臂上升的速度；待動臂上升到某個位置后，動臂先導(dǎo)操作手柄回中位， 第四電磁換向閥18的電磁鐵不得電，工作在中位，電磁離合器13閉合，通過調(diào)節(jié)比例方向閥10的右電磁鐵的控制電流來控制上車右回轉(zhuǎn)的速度。當(dāng)系統(tǒng)顯示屏沒有設(shè)定為動臂優(yōu)化功能時，回轉(zhuǎn)相對動臂優(yōu)先，第四電磁換向閥18的電磁鐵不得電，工作在中位，第一電磁換向閥7的電磁鐵得電，第二電磁換向閥16和第三電磁換向閥17的電磁鐵均不得電，電磁離合器13閉合，通過調(diào)節(jié)比例方向閥10的右電磁鐵的控制電流來控制上車右回轉(zhuǎn)的速度； 待回轉(zhuǎn)制動模式時，第四電磁換向閥18的右電磁鐵得電，工作在右工位，由上車機構(gòu)15回轉(zhuǎn)制動的能量驅(qū)動動臂上升，待回轉(zhuǎn)停止后，電磁離合器13松開，通過調(diào)節(jié)比例方向閥10 的右電磁鐵的控制電流來控制動臂上升的速度。(七)、動臂下放和上車機構(gòu)左回轉(zhuǎn)復(fù)合動作當(dāng)?shù)诙妱訖C11無故障時，第四電磁換向閥18的右電磁鐵得電，工作在右工位， 比例方向閥10的電磁鐵均不得電，工作在中位模式；第一電磁換向閥7的電磁鐵不得電，第二電磁換向閥16和第三電磁鐵17的電磁鐵均不得電，動臂下放的速度根據(jù)第二電動機11 的當(dāng)前轉(zhuǎn)速和動臂下放的目標(biāo)速度通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)泵/馬達(dá)12的排量來控制。同時電磁離合器13吸合，調(diào)節(jié)第二電動機11的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)上車左回轉(zhuǎn)速度；當(dāng)回轉(zhuǎn)加速時，當(dāng)動臂下放的功率大于上車回轉(zhuǎn)加速所需要的功率時，動臂下放時釋放的勢能可以通過驅(qū)動泵/馬達(dá)12后，經(jīng)過電磁離合器13、減速器14后驅(qū)動上車機構(gòu)15左回轉(zhuǎn)，多余的動臂勢能通過第二電動機11工作在發(fā)電模式轉(zhuǎn)化成電能儲存在電量儲存單元8中；當(dāng)上車回轉(zhuǎn)制動時，動臂下放釋放的勢能和回轉(zhuǎn)制動釋放的動能均通過第二電動機11工作在發(fā)電機模式轉(zhuǎn)換成電能儲存在電量儲存單元8中。此時，動臂勢能在上車機構(gòu)15回轉(zhuǎn)加速時，實現(xiàn)勢能的一次回收，多余的勢能通過第二電動機11轉(zhuǎn)化成電能實現(xiàn)二次回收，同時上車機構(gòu)15的回轉(zhuǎn)制動動能通過第二電動機11轉(zhuǎn)化成電能實現(xiàn)二次回收。當(dāng)?shù)诙妱訖C11出現(xiàn)故障時，當(dāng)系統(tǒng)通過顯示屏設(shè)定動臂優(yōu)先功能時，動臂相對回轉(zhuǎn)優(yōu)先，系統(tǒng)必須保證動臂下放到某個位置后，才可進行回轉(zhuǎn)，電磁離合器13松開，第四電磁換向閥18的右電磁鐵得電，工作在右工位，第三電磁換向閥6的電磁鐵不得電，第一電磁換向閥7的電磁鐵得電，第三電磁換向閥17的電磁鐵得電，此時動臂下放的速度通過調(diào)節(jié)比例方向閥10的左邊電磁鐵的控制電流；當(dāng)動臂下放到目標(biāo)位置后，動臂先導(dǎo)操作手柄回到中位時，電磁離合器13閉合，第四電磁換向閥18的電磁鐵不得電，工作在中位，第三電磁換向閥6的電磁鐵不得電，第二電磁換向閥7的電磁鐵得電，第三電磁換向閥17的電磁鐵不得電，此時上車機構(gòu)15向左的回轉(zhuǎn)速度通過調(diào)節(jié)比例方向閥10的左邊電磁鐵的控制電流。當(dāng)系統(tǒng)顯示屏沒有設(shè)定為動臂優(yōu)化功能時，回轉(zhuǎn)相對動臂優(yōu)先，電磁離合器13閉合， 第四電磁換向閥18的電磁鐵不得電，工作在中位，第三電磁換向閥6的電磁鐵不得電，第二電磁換向閥7的電磁鐵得電，第三電磁換向閥17的電磁鐵不得電，此時上車機構(gòu)15向左的回轉(zhuǎn)速度通過調(diào)節(jié)比例方向閥10的左邊電磁鐵的控制電流。待上車機構(gòu)15回轉(zhuǎn)到目標(biāo)位置時，上車機構(gòu)回轉(zhuǎn)先導(dǎo)操作手柄回轉(zhuǎn)中位，電磁離合器13松開，第四電磁換向閥18的右電磁鐵得電，工作在右工位，第三電磁換向閥6的電磁鐵不得電，第一電磁換向閥7的電磁鐵得電，第三電磁換向閥17的電磁鐵得電，此時動臂下放的速度通過調(diào)節(jié)比例方向閥10的左邊電磁鐵的控制電流。(八)、動臂下放和上車機構(gòu)右回轉(zhuǎn)復(fù)合動作當(dāng)?shù)诙妱訖C11無故障時，第四電磁換向閥18的左邊電磁鐵得電，工作在左工位，比例方向閥10的電磁鐵均不得電，工作在中位模式；第一電磁換向閥7的電磁鐵不得電，第二電磁換向閥16和第三電磁鐵17的電磁鐵均不得電，動臂下放的速度根據(jù)第二電動機11的當(dāng)前轉(zhuǎn)速和動臂下放的目標(biāo)速度通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)泵/馬達(dá)12的排量來控制。同時電磁離合器13吸合，調(diào)節(jié)第二電動機11的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)上車右回轉(zhuǎn)速度；當(dāng)回轉(zhuǎn)加速時，當(dāng)動臂下放的功率大于上車回轉(zhuǎn)加速所需要的功率時，動臂下放時釋放的勢能可以通過驅(qū)動泵 /馬達(dá)12后，經(jīng)過電磁離合器13、減速器14后驅(qū)動上車機構(gòu)15右回轉(zhuǎn)，多余的動臂勢能通過第二電動機11工作在發(fā)電模式轉(zhuǎn)化成電能儲存在電量儲存單元8中；當(dāng)上車回轉(zhuǎn)制動時，動臂下放釋放的勢能和回轉(zhuǎn)制動釋放的動能均通過第二電動機11工作在發(fā)電機模式轉(zhuǎn)換成電能儲存在電量儲存單元8中。此時，動臂勢能在上車機構(gòu)15回轉(zhuǎn)加速時，實現(xiàn)勢能的一次回收，多余的勢能通過第二電動機11轉(zhuǎn)化成電能實現(xiàn)二次回收，同時上車機構(gòu)15 的回轉(zhuǎn)制動動能通過第二電動機11轉(zhuǎn)化成電能實現(xiàn)二次回收。
當(dāng)?shù)诙妱訖C11出現(xiàn)故障時，當(dāng)系統(tǒng)通過顯示屏設(shè)定動臂優(yōu)先功能時，動臂相對回轉(zhuǎn)優(yōu)先，系統(tǒng)必須保證動臂下放到某個位置后，才可進行回轉(zhuǎn)，電磁離合器13松開，第四電磁換向閥18的左邊電磁鐵得電，工作在左工位，第一電磁換向閥7的電磁鐵得電，第二電磁換向閥16的電磁鐵不得電，第三電磁換向閥17的電磁鐵得電，此時動臂下放的速度通過調(diào)節(jié)比例方向閥10的右電磁鐵的控制電流；當(dāng)動臂下放到目標(biāo)位置后，動臂先導(dǎo)操作手柄回到中位時，電磁離合器13閉合，第四電磁換向閥18的電磁鐵不得電，工作在中位，第二電磁換向閥16的電磁鐵不得電，第一電磁換向閥7的電磁鐵得電，第三電磁換向閥17的電磁鐵不得電，此時上車機構(gòu)15右回轉(zhuǎn)速度通過調(diào)節(jié)比例方向閥10的右電磁鐵的控制電流。當(dāng)系統(tǒng)顯示屏沒有設(shè)定為動臂優(yōu)化功能時，回轉(zhuǎn)相對動臂優(yōu)先，電磁離合器13閉合，第四電磁換向閥18的電磁鐵不得電，工作在中位，第二電磁換向閥16的電磁鐵不得電，第一電磁換向閥7的電磁鐵得電，第三電磁換向閥17的電磁鐵不得電，此時上車機構(gòu)15右回轉(zhuǎn)速度通過調(diào)節(jié)比例方向閥10的右電磁鐵的控制電流。待上車機構(gòu)15回轉(zhuǎn)到目標(biāo)位置時，上車機構(gòu)回轉(zhuǎn)先導(dǎo)操作手柄回轉(zhuǎn)中位，電磁離合器13松開，第四電磁換向閥18的左邊電磁鐵得電，工作在左工位，第一電磁換向閥7的電磁鐵得電，第二電磁換向閥16的電磁鐵不得電， 第三電磁換向閥17的電磁鐵得電，此時動臂下放的速度通過調(diào)節(jié)比例方向閥10的右電磁鐵的控制電流；以上各種動作的判斷由先導(dǎo)控制手柄判斷。實際系統(tǒng)中電量儲存單元8可以采用電池或電容等。在實際工作時，當(dāng)電量儲存單元8的電量較低時，第一電動機2工作，發(fā)動機1的輸出能量通過第一電動機2工作在發(fā)電模式轉(zhuǎn)化成電能儲存在電量儲存單元8中； 當(dāng)電量儲存單元8的電量較高時，第一電動機2停止工作，同時發(fā)動機1的檔位降一檔。同時系統(tǒng)中只要電量儲存單元8和第一電動機2出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)必須停止工作。綜上所述，本發(fā)明的設(shè)計重點在于一、通過由同軸機械傳動連接的發(fā)動機、第一電動機和變量泵組成一套并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)；由同軸機械傳動連接的第二電動機和泵/馬達(dá)以及同軸相聯(lián)的發(fā)動機和第一電動機組成一套串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)；一套動臂驅(qū)動油缸、上車機構(gòu)的驅(qū)動系統(tǒng)和能量回收系統(tǒng)再由同軸連接的電磁離合器、減速器與第二電動機、泵/馬達(dá)組成一套動臂驅(qū)動油缸、上車機構(gòu)的驅(qū)動系統(tǒng)和能量回收系統(tǒng)；由此可知，本發(fā)明的動力系統(tǒng)為混聯(lián)式驅(qū)動系統(tǒng)，對于動臂和上車機構(gòu)既可采用串聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)，也可采用并聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)；對于其它執(zhí)行機構(gòu)采用并聯(lián)式混合動力驅(qū)動系統(tǒng)，能降低動力系統(tǒng)的能量損失，提高系統(tǒng)的可靠性。二、動臂有兩種控制模式，其中一種控制模式為泵/馬達(dá)的容積控制模式，另外一種控制模式為由比例方向閥的節(jié)流控制模式，兩種控制模式的切換可以根據(jù)電量儲存單元的電量、電動機的故障等狀態(tài)進行切換，提高系統(tǒng)的可靠性運行和發(fā)動機的工作效率。三、上車回轉(zhuǎn)機構(gòu)有兩種控制模式，其中一種控制模式為電動機和減速器組成的電機控制模式，另外一種控制模式為由比例方向閥的節(jié)流控制模式，兩種控制模式的切換可以根據(jù)電容的電量、電動機的故障等狀態(tài)切換，這樣保證了發(fā)動機的穩(wěn)定工作，提高了發(fā)動機的工作效率。四、充分利用了液壓挖掘機中動臂和上車回轉(zhuǎn)的復(fù)合動作特性，動臂勢能既可以通過泵/馬達(dá)直接驅(qū)動上車機構(gòu)回轉(zhuǎn)，也可以通過泵/馬達(dá)驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)換成電能儲存在電量儲存單元中。上車機構(gòu)回轉(zhuǎn)制動時釋放的制動動能既可以通過泵/馬達(dá)直接驅(qū)動動臂上升，也可以通過電動機轉(zhuǎn)換成電能儲存在電量儲存單元中。既避免了能量回收過程中的多次轉(zhuǎn)換，提高了能量回收的效率，又增加了能量流動的靈活性，同時動臂和回轉(zhuǎn)共用一套驅(qū)動回收系統(tǒng)，降低了系統(tǒng)經(jīng)濟成本。 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明的技術(shù)范圍作任何限制， 故凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何細(xì)微修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于泵/馬達(dá)的混聯(lián)式液壓挖掘機驅(qū)動系統(tǒng)，包括動臂驅(qū)動油缸(19)和上車機構(gòu)(15)，其特征在于還包括電量儲存單元(8)、液壓控制元件(4、7、10、16、17、18)、一組由鏟斗油缸、斗桿油缸和行走液壓馬達(dá)組成的其他執(zhí)行機構(gòu)( ，以及同軸機械傳動連接的發(fā)動機(1)、第一電動機( 和變量泵(3)，該變量泵C3)通過液壓主控閥(4)連接到其他執(zhí)行機構(gòu)(5)上；和與上車機構(gòu)(15)同軸機械傳動連接的第二電動機(11)、泵/馬達(dá)(12)、 電磁離合器(13)、減速器(14)；所述第一電動機( 通過第一變頻器(6)與電量儲存單元(8)電性相連，第二電動機(11)通過第二變頻器(9)也與電量儲存單元⑶電性相連；所述液壓控制元件包括液壓主控閥G)、比例方向閥(10)、第一電磁換向閥(7)、第二電磁換向閥(16)、第三電磁換向閥(17)、第四電磁換向閥(18)，該變量泵(3)的出油口分兩路第一路接液壓主控閥(4)的輸入端，第二路接比例方向閥(10)的油口 P ；液壓主控閥 ⑷的出口接其他執(zhí)行機構(gòu)(5)的驅(qū)動油缸或液壓馬達(dá)；比例方向閥(10)的油口 T接第一電磁換向閥(7)的油口 B，第一電磁換向閥(7)的油口 A接油箱；比例方向閥(10)的油口 A接第四電磁換向閥(18)的油口 T ；比例方向閥(10)的油口 B分兩路，第一路接泵/馬達(dá)(12)的油口B，第二路接第三電磁換向閥(17)的油口 A;泵/馬達(dá)(12)的油口 A分三路第一路接第二電磁換向閥(16)的油口 A，第二電磁換向閥(16)的油口 B接油箱；第二路接第四電磁換向閥(18)的油口 P;第三路接第三電磁換向閥(17)的油口 B ；所述第四電磁換向閥(19)的油口 A和油口 B分別和動臂驅(qū)動油缸(19) 的無桿腔和有桿腔相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于泵/馬達(dá)的混聯(lián)式液壓挖掘機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于 所述第一變頻器(6)內(nèi)設(shè)有電量儲存單元⑶的電壓傳感器以及判斷第一變頻器(6)和第一電動機( 故障的各傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于泵/馬達(dá)的混聯(lián)式液壓挖掘機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于 所述第二變頻器(9)內(nèi)設(shè)有電量儲存單元⑶的電壓傳感器以及判斷第二變頻器(9)和第二電動機(11)故障的各傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于泵/馬達(dá)的混聯(lián)式液壓挖掘機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于 所述電量儲存單元(8)為電池或電容。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于泵/馬達(dá)的混聯(lián)式液壓挖掘機驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于 所述變頻器和第二電動機為永磁同步電動機及電機控制器。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于泵/馬達(dá)的混聯(lián)式液壓挖掘機驅(qū)動系統(tǒng)，包括動臂驅(qū)動油缸、上車機構(gòu)、電量儲存單元、液壓控制元件、一組由鏟斗油缸、斗桿油缸和行走液壓馬達(dá)組成的其他執(zhí)行機構(gòu)及同軸機械傳動連接的發(fā)動機、第一電動機和變量泵，該變量泵通過液壓主控閥連接到其他執(zhí)行機構(gòu)上；和與上車機構(gòu)同軸機械傳動連接的第二電動機、泵/馬達(dá)、電磁離合器、減速器；所述第一電動機與電量儲存單元電性相連，第二電動機也與電量儲存單元電性相連；所述液壓控制元件與動臂驅(qū)動油缸、并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)、串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)及其他執(zhí)行機構(gòu)的油路相通連接。本發(fā)明提高了能量回收系統(tǒng)的效率，增加了可回收能量流動的靈活性和控制模式的多樣性，降低了成本。
文檔編號E02F3/42GK102418354SQ20111033636
公開日2012年4月18日 申請日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者林添良 申請人:華僑大學(xué)