分腔獨(dú)立變轉(zhuǎn)速容積直驅(qū)純電液壓挖掘機(jī)能量回收系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種分腔獨(dú)立變轉(zhuǎn)速容積直驅(qū)純電液壓挖掘機(jī)能量回收系統(tǒng)，其驅(qū)動(dòng)控制回路包括A動(dòng)力源、B動(dòng)力源、C動(dòng)力源、動(dòng)臂缸控制閥組、斗桿缸控制閥組、鏟斗控制閥、回轉(zhuǎn)控制閥、回轉(zhuǎn)馬達(dá)控制閥組、左行走控制閥、右行走控制閥、八個(gè)兩位兩通閥、第Ⅰ和第Ⅱ兩位三通閥、第Ⅰ和第Ⅱ蓄能器，能量回收控制回路采用主被動(dòng)復(fù)合能量回收回路，系統(tǒng)能量可以存入第Ⅰ或第Ⅱ蓄能器，也可以經(jīng)過電動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能存入直流母線。本發(fā)明公開的分腔獨(dú)立變轉(zhuǎn)速容積直驅(qū)純電液壓挖掘機(jī)能量回收系統(tǒng)，具有能量回收效率高、集成性高、主動(dòng)回路裝機(jī)功率低等多方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
【專利說(shuō)明】分腔獨(dú)立變轉(zhuǎn)速容積直驅(qū)純電液壓挖掘機(jī)能量回收系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于液壓系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種容腔獨(dú)立變轉(zhuǎn)速容積直驅(qū)純電液壓挖掘機(jī)的主被動(dòng)復(fù)合能量回收系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)工程機(jī)械行業(yè)的巨大發(fā)展，挖掘機(jī)已成為重要的支柱產(chǎn)業(yè)之一。在挖掘機(jī)作業(yè)中，動(dòng)臂舉升而產(chǎn)生的勢(shì)能、大慣性上車加速回轉(zhuǎn)具有的動(dòng)能都是很大的，而這兩種動(dòng)作又非常頻繁，如不對(duì)其進(jìn)行有效的再生，將是巨大的損失。因此，如何高效地回收利用這部分能量，成為了降低挖掘機(jī)能耗亟需解決的重要問題。
[0003]目前，對(duì)液壓挖掘機(jī)進(jìn)行能量回收的研究主要集中在回轉(zhuǎn)制動(dòng)動(dòng)能回收和動(dòng)臂、斗桿的勢(shì)能回收兩個(gè)方面。關(guān)于回轉(zhuǎn)制動(dòng)動(dòng)能的回收，德國(guó)、瑞典及我國(guó)的姜繼海教授均對(duì)采用二次調(diào)節(jié)技術(shù)進(jìn)行回轉(zhuǎn)動(dòng)能回收進(jìn)行了大量研究并提出了相應(yīng)措施；韓國(guó)釜山大學(xué)的Triet Hung Ho、浙江大學(xué)管成教授、中南大學(xué)李賽白及德國(guó)力士樂公司研究了在液壓回路中增設(shè)蓄能器及相應(yīng)控制閥對(duì)液壓挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)動(dòng)能進(jìn)行回收，并發(fā)布了相關(guān)專利(如:US 2009/0165451 Al);德國(guó)利勃海爾公司曾提出閉式和開式回路結(jié)合、高低壓儲(chǔ)能的回轉(zhuǎn)制動(dòng)動(dòng)能回收方案(CN 101861437 A)，國(guó)內(nèi)重汽集團(tuán)專用汽車公司也申請(qǐng)了液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)液壓泵向蓄能器充液的回收方案專利(CN 101858094 A)，柳工常州挖掘機(jī)公司申請(qǐng)了混合動(dòng)力二次調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的專利(CN 102561444 A);油電混合動(dòng)力挖掘機(jī)，大多采用電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，將制動(dòng)動(dòng)能存儲(chǔ)在超級(jí)電容和蓄電池中進(jìn)行能量回收。盡管有許多研究成果，但現(xiàn)有回轉(zhuǎn)制動(dòng)動(dòng)能的回收仍存在技術(shù)復(fù)雜、回收效率低等問題。
[0004]關(guān)于動(dòng)臂、斗桿的勢(shì)能回收，以回收動(dòng)臂的勢(shì)能為研究的重點(diǎn)，其方法包括:1)閉式回路控制動(dòng)臂經(jīng)過蓄能器回收，該方法取得了較好的勢(shì)能回收效果，但需要四象限工作的變排量泵；2)在原有控制回路的基礎(chǔ)上增加液壓變壓器和蓄能器回收，或直接利用，該方法的回收效率約為50%;3)在混合動(dòng)力機(jī)器中采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)用超級(jí)電容或蓄電池儲(chǔ)能，能量存儲(chǔ)有限；4)采用液壓蓄能器直接回收，存入蓄能器的液壓能可以直接用來(lái)驅(qū)動(dòng)輔助裝置(冷卻系統(tǒng)等)，也可以引入液壓泵的入口，輔助動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)主泵，該方法屬于無(wú)源儲(chǔ)能，回收效率較低；5)在動(dòng)臂缸并列一個(gè)起儲(chǔ)能作用的氣液缸進(jìn)行能量回收，該方法的回收效率同樣較低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)液壓挖掘機(jī)能量回收存在的上述問題和不足，在容腔獨(dú)立變轉(zhuǎn)速容積直驅(qū)的基礎(chǔ)上，提出一種分腔獨(dú)立變轉(zhuǎn)速容積直驅(qū)純電液壓挖掘機(jī)能量回收系統(tǒng)。液壓挖掘機(jī)的動(dòng)力源既是驅(qū)動(dòng)單元，也是儲(chǔ)能單元，可根據(jù)不同的需要處于驅(qū)動(dòng)工況或儲(chǔ)能工況，使驅(qū)動(dòng)與能量回收一體化，能量在蓄電池、直流母線、電動(dòng)發(fā)電機(jī)、蓄能器之間直接傳遞、轉(zhuǎn)換，大大提高了挖掘機(jī)能量的再生效率。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]分腔獨(dú)立變轉(zhuǎn)速容積直驅(qū)純電液壓挖掘機(jī)能量回收系統(tǒng)，包括動(dòng)臂液壓缸、斗桿液壓缸、鏟斗液壓缸、回轉(zhuǎn)馬達(dá)、左行走馬達(dá)、右行走馬達(dá)、共用直流母線、總電源開關(guān)、整流器、平滑電容、DC-DC變換器和蓄電池，其中:它還包括能量回收控制回路；所述能量回收控制回路包括A動(dòng)力源、B動(dòng)力源、C動(dòng)力源、動(dòng)臂缸控制閥組、斗桿缸控制閥組、鏟斗控制閥、回轉(zhuǎn)控制閥、回轉(zhuǎn)馬達(dá)控制閥組、左行走控制閥、右行走控制閥、序號(hào)依次為I到珊的第1-第VDI兩位兩通閥、第I和第II兩位三通閥、第I和第II蓄能器；所述A、B和C動(dòng)力源均包括液壓泵、電動(dòng)發(fā)電機(jī)及逆變器，逆變器的輸入端均與直流母線連接，逆變器的輸出端連接所驅(qū)動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)，電動(dòng)發(fā)電機(jī)連接所驅(qū)動(dòng)液壓泵；所述動(dòng)臂缸控制閥組、斗桿缸控制閥組及回轉(zhuǎn)馬達(dá)控制閥組均由A、B、C、D兩位兩通閥組成，A兩位兩通閥和D兩位兩通閥的一個(gè)油口均與油箱連接，另一個(gè)油口分別與B兩位兩通閥的一個(gè)油口和C兩位兩通閥的一個(gè)油口連通，B兩位兩通閥的另一個(gè)油口與C兩位兩通閥的另一個(gè)油口連通，從A、B兩位兩通閥連接的管路上引出一條油路分別與動(dòng)臂液壓缸的有桿腔、斗桿液壓缸的有桿腔及回轉(zhuǎn)馬達(dá)的第一油口連接；從C、D兩位兩通閥連接的管路上引出一條油路分別與動(dòng)臂液壓缸的無(wú)桿腔、斗桿液壓缸的無(wú)桿腔及回轉(zhuǎn)馬達(dá)的第二油口連接；
[0008]所述的A動(dòng)力源中液壓泵的第一工作油口連接第I兩位三通閥的第一油口，第I兩位三通閥的第二和第三油口分別連接第I蓄能器和油箱；A動(dòng)力源中液壓泵的第二工作油口與左行走控制閥的第一油口、鏟斗控制閥的第一油口、動(dòng)臂缸控制閥組中B兩位兩通閥和C兩位兩通閥連接的管路以及第IV、第V兩位兩通閥的第一油口連接；
[0009]所述的B動(dòng)力源中液壓泵的進(jìn)油口與油箱連接，其出油口與第V兩位兩通閥的第二油口連接；同時(shí)，B動(dòng)力源中液壓泵的出油口與斗桿缸控制閥組和回轉(zhuǎn)馬達(dá)控制閥組中B兩位兩通閥和C兩位兩通閥連接的管路以及右行走控制閥的第一油口連接，還與第VI兩位兩通閥的第一油口相連動(dòng)力源中液壓泵的出油口還通過第YD兩位兩通閥與第II蓄能器連接；
[0010]所述的C動(dòng)力源中液壓泵的第一工作油口連接第II兩位三通閥的第一油口，第II兩位三通閥的第二和第三油口分別連接第II蓄能器和油箱；C動(dòng)力源中液壓泵的第二工作油口與第VI兩位兩通閥的第二油口相連，還與第I兩位兩通閥、第II兩位兩通閥的第二油口以及回轉(zhuǎn)控制閥的第一油口相連；同時(shí)，C動(dòng)力源中液壓泵的第二工作油口分別通過第VDI兩位兩通閥和第IV兩位兩通閥與第II蓄能器和A動(dòng)力源中液壓泵的第二工作油口連接；第I兩位兩通閥和第II兩位兩通閥的第一油口分別與動(dòng)臂液壓缸和斗桿液壓缸的有桿腔連通；
[0011]所述回轉(zhuǎn)控制閥的第二和第三油口分別與回轉(zhuǎn)馬達(dá)的兩個(gè)油口連接；所述的左行走馬達(dá)、右行走馬達(dá)的工作油口分別與左行走控制閥和右行走控制閥連接；所述第III兩位兩通閥的第一工作油口與斗桿液壓缸的無(wú)桿腔連接，第III兩位兩通閥的第二工作油口與第II兩位兩通閥的第一工作油口連接；
[0012]所述的動(dòng)臂液壓缸、斗桿液壓缸和回轉(zhuǎn)馬達(dá)的控制回路均為主被動(dòng)復(fù)合能量回收回路，當(dāng)?shù)贗和第II蓄能器內(nèi)壓力低于蓄能器設(shè)定的最低值時(shí)，所述動(dòng)臂液壓缸、斗桿液壓缸的勢(shì)能和回轉(zhuǎn)馬達(dá)制動(dòng)的動(dòng)能通過接通第IV -第VDI兩位兩通閥存入第I或第II蓄能器內(nèi)；當(dāng)?shù)贗和第II蓄能器內(nèi)壓力達(dá)到蓄能器設(shè)定的最高值時(shí)，動(dòng)臂液壓缸、斗桿液壓缸的勢(shì)能和回轉(zhuǎn)馬達(dá)制動(dòng)的動(dòng)能可以經(jīng)過電動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能存入直流母線；向第I或第II蓄能器、直流母線中儲(chǔ)能也可以同時(shí)進(jìn)行；系統(tǒng)能量在蓄能器、直流母線、電動(dòng)發(fā)電機(jī)之間傳遞、轉(zhuǎn)換，也可通過控制A、B或C動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)負(fù)載；
[0013]所述的A、B和C動(dòng)力源冗余控制為:當(dāng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)回收能量時(shí)為發(fā)電機(jī)，A動(dòng)力源、B動(dòng)力源及C動(dòng)力源可以單獨(dú)，也可以任意組合實(shí)現(xiàn)動(dòng)臂液壓缸、斗桿液壓缸勢(shì)能和回轉(zhuǎn)馬達(dá)制動(dòng)動(dòng)能的能量回收。
[0014]所述A、B、C動(dòng)力源中的液壓泵是定量液壓泵或各種類型的變量泵，A、B、C動(dòng)力源中的電動(dòng)發(fā)電機(jī)是永磁同步電動(dòng)發(fā)電機(jī)或交流異步電動(dòng)發(fā)電機(jī)或開關(guān)磁阻電動(dòng)發(fā)電機(jī)。
[0015]所述的動(dòng)臂缸控制閥組、斗桿缸控制閥組和回轉(zhuǎn)馬達(dá)控制閥組中的A、B、C、D兩位兩通閥、鏟斗控制閥、回轉(zhuǎn)控制閥、左行走控制閥、右行走控制閥、序號(hào)依次為I到珊的第
1-第VDI兩位兩通閥以及第I和第II兩位三通閥是電磁開關(guān)式換向閥或液控和電控比例換向閥或插裝閥組成的閥組。
[0016]所述動(dòng)臂缸控制閥組、斗桿缸控制閥組和回轉(zhuǎn)馬達(dá)控制閥組中的A、B、C、D兩位兩通閥也可以是其它可實(shí)現(xiàn)相同功能的三位三通閥的任意組合。
[0017]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0018]I)能量回收效率高:驅(qū)動(dòng)與能量回收一體化，能量在蓄能器、直流母線、電動(dòng)發(fā)電機(jī)以及蓄能器之間傳遞、轉(zhuǎn)換，再生效率高。
[0019]2)降低主動(dòng)回路裝機(jī)功率:主被動(dòng)復(fù)合回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，使被動(dòng)回路在儲(chǔ)存能量后可以輔助驅(qū)動(dòng)，從而降低主動(dòng)回路的裝機(jī)功率。
[0020]3)高集成性:本發(fā)明整機(jī)控制方案布置靈活、方便，高度集成，不受空間限制，且系統(tǒng)無(wú)需設(shè)置專用儲(chǔ)能單元，每一個(gè)動(dòng)力源既是驅(qū)動(dòng)源也是儲(chǔ)能再生源，存儲(chǔ)和再生不受負(fù)載大小和蓄能器中壓力變化的影響。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明分腔獨(dú)立變轉(zhuǎn)速容積直驅(qū)純電液壓挖掘機(jī)能量回收系統(tǒng)示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明動(dòng)臂缸控制閥組、斗桿缸控制閥組及回轉(zhuǎn)馬達(dá)控制閥組組成示意圖；
[0023]圖3為本發(fā)明主被動(dòng)復(fù)合能量回收回路原理示意圖。
[0024]圖中:1_動(dòng)臂液壓缸、2-斗桿液壓缸、3-鏟斗液壓缸、4-回轉(zhuǎn)馬達(dá)、5-左行走馬達(dá)、6-右行走馬達(dá)、7-共用直流母線、8-總電源開關(guān)、9-整流器、10-平滑電容、Il-DC-DC變換器、12-蓄電池、13-A動(dòng)力源、14-B動(dòng)力源、15-C動(dòng)力源、16-動(dòng)臂缸控制閥組、17-斗桿缸控制閥組、18-回轉(zhuǎn)馬達(dá)控制閥組、20鏟斗控制閥、21-回轉(zhuǎn)控制閥、22-左行走控制閥、23-右彳丁走控制閥、24?31-第I?VDI兩位兩通閥、32-第I兩位二通閥、33-第II兩位二通閥、34-第I蓄能器、35-第II蓄能器、38-逆變器、39-電動(dòng)發(fā)電機(jī)、40-液壓泵、41-執(zhí)行機(jī)構(gòu)、42-電機(jī)控制器、43-控制系統(tǒng)。

【具體實(shí)施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述:
[0026]如圖1所示，分腔獨(dú)立變轉(zhuǎn)速容積直驅(qū)純電液壓挖掘機(jī)能量回收系統(tǒng)，包括動(dòng)臂液壓缸1、斗桿液壓缸2、鏟斗液壓缸3、回轉(zhuǎn)馬達(dá)4、左行走馬達(dá)5、右行走馬達(dá)6、共用直流母線7、總電源開關(guān)8、整流器9、平滑電容10、DC-DC變換器11和蓄電池12，其中，它還包括能量回收控制回路；所述能量回收控制回路包括A動(dòng)力源13、B動(dòng)力源14、C動(dòng)力源15、動(dòng)臂缸控制閥組16、斗桿缸控制閥組17、回轉(zhuǎn)馬達(dá)控制閥組18、鏟斗控制閥20、回轉(zhuǎn)控制閥21、左行走控制閥22、右行走控制閥23、序號(hào)依次為I到VDI的第1-第VDI兩位兩通閥24?31、第I和第II兩位三通閥32?33、第I和第II蓄能器34?35 ;所述A、B和C動(dòng)力源均包括液壓泵40、電動(dòng)發(fā)電機(jī)39及逆變器38，逆變器的輸入端均與直流母線連接，逆變器的輸出端連接所驅(qū)動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)，電動(dòng)發(fā)電機(jī)連接所驅(qū)動(dòng)液壓泵。
[0027]如圖1和圖2所示，所述動(dòng)臂缸控制閥組、斗桿缸控制閥組及回轉(zhuǎn)馬達(dá)控制閥組均由A、B、C、D四個(gè)兩位兩通閥組成,A兩位兩通閥和D兩位兩通閥的一個(gè)油口均與油箱連接，另一個(gè)油口分別與B兩位兩通閥的一個(gè)油口和C兩位兩通閥的一個(gè)油口連通，B兩位兩通閥的另一個(gè)油口與C兩位兩通閥的另一個(gè)油口連通，從A、B兩位兩通閥連接的管路上引出一條油路分別與動(dòng)臂液壓缸的有桿腔、斗桿液壓缸的有桿腔及回轉(zhuǎn)馬達(dá)的第一油口連接；從C、D兩位兩通閥連接的管路上引出一條油路分別與動(dòng)臂液壓缸的無(wú)桿腔、斗桿液壓缸的無(wú)桿腔及回轉(zhuǎn)馬達(dá)的第二油口連接。
[0028]所述的A動(dòng)力源中液壓泵的第一工作油口連接第I兩位三通閥的第一油口，第I兩位三通閥的第二和第三油口分別連接第I蓄能器和油箱；A動(dòng)力源中液壓泵的第二工作油口與左行走控制閥的第一油口、鏟斗控制閥的第一油口、動(dòng)臂缸控制閥組中B兩位兩通閥和C兩位兩通閥連接的管路以及第IV、第V兩位兩通閥的第一油口連接。
[0029]所述的B動(dòng)力源中液壓泵的進(jìn)油口與油箱連接，其出油口與第V兩位兩通閥的第二油口連接；同時(shí)，B動(dòng)力源中液壓泵的出油口與斗桿缸控制閥組和回轉(zhuǎn)馬達(dá)控制閥組中B兩位兩通閥和C兩位兩通閥連接的管路以及右行走控制閥的第一油口連接，還與第VI兩位兩通閥的第一油口相連動(dòng)力源中液壓泵的出油口還通過第YD兩位兩通閥與第II蓄能器連接。
[0030]所述的C動(dòng)力源中液壓泵的第一工作油口連接第II兩位三通閥的第一油口，第II兩位三通閥的第二和第三油口分別連接第II蓄能器和油箱；C動(dòng)力源中液壓泵的第二工作油口與第VI兩位兩通閥的第二油口相連，還與第I兩位兩通閥、第II兩位兩通閥的第二油口以及回轉(zhuǎn)控制閥的第一油口相連；同時(shí)，C動(dòng)力源中液壓泵的第二工作油口分別通過第VDI兩位兩通閥和第IV兩位兩通閥與第II蓄能器和A動(dòng)力源中液壓泵的第二工作油口連接；第I兩位兩通閥和第II兩位兩通閥的第一油口分別與動(dòng)臂液壓缸和斗桿液壓缸的有桿腔連通。
[0031]所述回轉(zhuǎn)控制閥的第二和第三油口分別與回轉(zhuǎn)馬達(dá)的兩個(gè)油口連接；所述的左行走馬達(dá)、右行走馬達(dá)的工作油口分別與左行走控制閥和右行走控制閥連接。所述第III兩位兩通閥的第一工作油口與斗桿液壓缸的無(wú)桿腔連接，第III兩位兩通閥的第二工作油口與第
II兩位兩通閥的第一工作油口連接。
[0032]所述的動(dòng)臂液壓缸、斗桿液壓缸和回轉(zhuǎn)馬達(dá)的控制回路均為主被動(dòng)復(fù)合能量回收回路，當(dāng)?shù)贗和第II蓄能器內(nèi)壓力低于蓄能器設(shè)定的最低值時(shí)，所述動(dòng)臂液壓缸、斗桿液壓缸的勢(shì)能和回轉(zhuǎn)馬達(dá)制動(dòng)的動(dòng)能通過接通第IV -第VDI兩位兩通閥存入第I或第II蓄能器內(nèi)；當(dāng)?shù)贗和第II蓄能器內(nèi)壓力達(dá)到蓄能器設(shè)定的最高值時(shí)，動(dòng)臂液壓缸、斗桿液壓缸的勢(shì)能和回轉(zhuǎn)馬達(dá)制動(dòng)的動(dòng)能經(jīng)過電動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能存入直流母線；向第I或第II蓄能器、直流母線中儲(chǔ)能也可以同時(shí)進(jìn)行；系統(tǒng)能量在蓄能器、直流母線、電動(dòng)發(fā)電機(jī)之間傳遞、轉(zhuǎn)換，也可通過控制A、B或C動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)負(fù)載；
[0033]所述的A、B和C動(dòng)力源冗余控制為:當(dāng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)回收能量時(shí)為發(fā)電機(jī)，A動(dòng)力源、B動(dòng)力源及C動(dòng)力源可以單獨(dú)，也可以任意組合實(shí)現(xiàn)動(dòng)臂液壓缸、斗桿液壓缸勢(shì)能和回轉(zhuǎn)馬達(dá)制動(dòng)動(dòng)能的能量回收。
[0034]回收動(dòng)臂、斗桿液壓缸勢(shì)能和回轉(zhuǎn)馬達(dá)制動(dòng)動(dòng)能的主被動(dòng)復(fù)合能量回收回路原理如圖3所示。圖中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)41可以是動(dòng)臂液壓缸或斗桿液壓缸，也可以是回轉(zhuǎn)馬達(dá)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)負(fù)載M ；A動(dòng)力源13和B動(dòng)力源14均包括電機(jī)控制器42、電動(dòng)發(fā)電機(jī)39和液壓泵40，電機(jī)控制器的輸入端與控制系統(tǒng)43連接，電機(jī)控制器的輸出端連接所驅(qū)動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)，電動(dòng)發(fā)電機(jī)連接所驅(qū)動(dòng)液壓泵。
[0035]以執(zhí)行機(jī)構(gòu)為回轉(zhuǎn)馬達(dá)為例，主動(dòng)回路為驅(qū)動(dòng)回路，通過控制回轉(zhuǎn)馬達(dá)控制閥組和回轉(zhuǎn)控制閥的通斷，A、B動(dòng)力源根據(jù)負(fù)載需要，獨(dú)立或共同為回轉(zhuǎn)馬達(dá)的兩個(gè)油口供油；被動(dòng)回路為能量?jī)?chǔ)存回路，通過控制回轉(zhuǎn)控制閥和第珊兩位兩通閥31的通斷，使回轉(zhuǎn)馬達(dá)的制動(dòng)動(dòng)能儲(chǔ)存到第II蓄能器35 ;通過控制系統(tǒng)43實(shí)現(xiàn)對(duì)各控制閥、A和B動(dòng)力源的控制，回轉(zhuǎn)馬達(dá)的制動(dòng)動(dòng)能存儲(chǔ)到第II蓄能器后，可根據(jù)不同負(fù)載的需要從第二蓄能器中釋放能量用于系統(tǒng)的輔助驅(qū)動(dòng)。
[0036]將圖3所示的主被動(dòng)復(fù)合回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)原理應(yīng)用于液壓挖掘機(jī)，采用A、B、C三個(gè)動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并將三個(gè)動(dòng)力源均與直流母線連接，構(gòu)成圖1所示的分腔獨(dú)立變轉(zhuǎn)速容積直驅(qū)純電液壓挖掘機(jī)能量回收系統(tǒng)。采用A、B、C動(dòng)力源可以驅(qū)動(dòng)動(dòng)臂液壓缸、斗桿液壓缸、回轉(zhuǎn)馬達(dá)、左行走馬達(dá)、右行走馬達(dá)及鏟斗液壓缸，同時(shí)也可以回收動(dòng)臂液壓缸、斗桿液壓缸的重力勢(shì)能以及回轉(zhuǎn)馬達(dá)的制動(dòng)動(dòng)能。當(dāng)?shù)贗和第II蓄能器內(nèi)壓力較低時(shí)，所述動(dòng)臂液壓缸、斗桿液壓缸的勢(shì)能和回轉(zhuǎn)馬達(dá)制動(dòng)的動(dòng)能可以通過接通第IV-第VDI兩位兩通閥存入第I或第II蓄能器；當(dāng)?shù)贗和第II蓄能器內(nèi)壓力高到無(wú)法存儲(chǔ)能量時(shí)，動(dòng)臂液壓缸、斗桿液壓缸的勢(shì)能和回轉(zhuǎn)馬達(dá)制動(dòng)的動(dòng)能可以經(jīng)過電動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能存入直流母線。
[0037]電動(dòng)發(fā)電機(jī)可根據(jù)負(fù)載的不同需要，同時(shí)充當(dāng)電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的角色，當(dāng)其驅(qū)動(dòng)時(shí)是電動(dòng)機(jī)，當(dāng)其回收能量時(shí)為發(fā)電機(jī)，系統(tǒng)的能量在蓄能器、直流母線、電動(dòng)發(fā)電機(jī)以及蓄能器之間傳遞、轉(zhuǎn)換，無(wú)需增加特定的能量?jī)?chǔ)存原件，在系統(tǒng)需要大的驅(qū)動(dòng)力時(shí)，可通過控制A、B或C動(dòng)力源輔助驅(qū)動(dòng)負(fù)載。
[0038]上述實(shí)施例中的A、B、C動(dòng)力源中的液壓泵是定量液壓泵或各種類型的變量泵，A、
B、C動(dòng)力源中的電動(dòng)發(fā)電機(jī)是永磁同步電動(dòng)發(fā)電機(jī)或交流異步電動(dòng)發(fā)電機(jī)或開關(guān)磁阻電動(dòng)發(fā)電機(jī)。
[0039]上述實(shí)施例中的動(dòng)臂缸控制閥組、斗桿缸控制閥組和回轉(zhuǎn)馬達(dá)控制閥組中的A、B、
C、D兩位兩通閥、鏟斗控制閥、回轉(zhuǎn)控制閥、左行走控制閥、右行走控制閥、序號(hào)依次為I到VDI的第1-第VDI兩位兩通閥以及第I和第II兩位三通閥是電磁開關(guān)式換向閥或液控和電控比例換向閥或插裝閥組成的閥組。
[0040]上述實(shí)施例中的動(dòng)臂缸控制閥組、斗桿缸控制閥組和回轉(zhuǎn)馬達(dá)控制閥組中的A、B、C、D兩位兩通閥也可以是其它可實(shí)現(xiàn)相同功能的三位三通閥的任意組合。
【權(quán)利要求】
1.分腔獨(dú)立變轉(zhuǎn)速容積直驅(qū)純電液壓挖掘機(jī)能量回收系統(tǒng)，包括動(dòng)臂液壓缸、斗桿液壓缸、鏟斗液壓缸、回轉(zhuǎn)馬達(dá)、左行走馬達(dá)、右行走馬達(dá)、共用直流母線、總電源開關(guān)、整流器、平滑電容、DC-DC變換器和蓄電池，其特征在于:它還包括能量回收控制回路；所述能量回收控制回路包括A動(dòng)力源、B動(dòng)力源、C動(dòng)力源、動(dòng)臂缸控制閥組、斗桿缸控制閥組、鏟斗控制閥、回轉(zhuǎn)控制閥、回轉(zhuǎn)馬達(dá)控制閥組、左行走控制閥、右行走控制閥、第1-第珊兩位兩通閥、第I和第II兩位三通閥、第I和第II蓄能器；所述A、B和C動(dòng)力源均包括液壓泵、電動(dòng)發(fā)電機(jī)及逆變器，逆變器的輸入端均與直流母線連接，逆變器的輸出端連接所驅(qū)動(dòng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)，電動(dòng)發(fā)電機(jī)連接所驅(qū)動(dòng)液壓泵；所述動(dòng)臂缸控制閥組、斗桿缸控制閥組及回轉(zhuǎn)馬達(dá)控制閥組均由A、B、C、D兩位兩通閥組成，A兩位兩通閥和D兩位兩通閥的一個(gè)油口均與油箱連接，另一個(gè)油口分別與B兩位兩通閥的一個(gè)油口和C兩位兩通閥的一個(gè)油口連通，B兩位兩通閥的另一個(gè)油口與C兩位兩通閥的另一個(gè)油口連通，從A、B兩位兩通閥連接的管路上引出一條油路分別與動(dòng)臂液壓缸的有桿腔、斗桿液壓缸的有桿腔及回轉(zhuǎn)馬達(dá)的第一油口連接；從C、D兩位兩通閥連接的管路上引出一條油路分別與動(dòng)臂液壓缸的無(wú)桿腔、斗桿液壓缸的無(wú)桿腔及回轉(zhuǎn)馬達(dá)的第二油口連接； 所述的A動(dòng)力源中液壓泵的第一工作油口連接第I兩位三通閥的第一油口，第I兩位三通閥的第二和第三油口分別連接第I蓄能器和油箱；A動(dòng)力源中液壓泵的第二工作油口與左行走控制閥的第一油口、鏟斗控制閥的第一油口、動(dòng)臂缸控制閥組中B兩位兩通閥和C兩位兩通閥連接的管路以及第IV、第V兩位兩通閥的第一油口連接； 所述的B動(dòng)力源中液壓泵的進(jìn)油口與油箱連接，其出油口與第V兩位兩通閥的第二油口連接；同時(shí)，B動(dòng)力源中液壓泵的出油口與斗桿缸控制閥組和回轉(zhuǎn)馬達(dá)控制閥組中B兩位兩通閥和C兩位兩通閥連接的管路以及右行走控制閥的第一油口連接，還與第VI兩位兩通閥的第一油口相連動(dòng)力源中液壓泵的出油口還通過第YD兩位兩通閥與第II蓄能器連接； 所述的C動(dòng)力源中液壓泵的第一工作油口連接第II兩位三通閥的第一油口，第II兩位三通閥的第二和第三油口分別連接第II蓄能器和油箱；C動(dòng)力源中液壓泵的第二工作油口與第VI兩位兩通閥的第二油口相連，還與第I兩位兩通閥、第II兩位兩通閥的第二油口以及回轉(zhuǎn)控制閥的第一油口相連；同時(shí)，C動(dòng)力源中液壓泵的第二工作油口分別通過第珊兩位兩通閥和第IV兩位兩通閥與第II蓄能器和A動(dòng)力源中液壓泵的第二工作油口連接；第I兩位兩通閥和第II兩位兩通閥的第一油口分別與動(dòng)臂液壓缸和斗桿液壓缸的有桿腔連通； 所述回轉(zhuǎn)控制閥的第二和第三油口分別與回轉(zhuǎn)馬達(dá)的兩個(gè)油口連接；所述的左行走馬達(dá)、右行走馬達(dá)的工作油口分別與左行走控制閥和右行走控制閥連接；所述第III兩位兩通閥的第一工作油口與斗桿液壓缸的無(wú)桿腔連接jim兩位兩通閥的第二工作油口與第II兩位兩通閥的第一工作油口連接； 所述的動(dòng)臂液壓缸、斗桿液壓缸和回轉(zhuǎn)馬達(dá)的控制回路均為主被動(dòng)復(fù)合能量回收回路，當(dāng)?shù)贗和第II蓄能器內(nèi)壓力低于蓄能器設(shè)定的最低值時(shí)，所述動(dòng)臂液壓缸、斗桿液壓缸的勢(shì)能和回轉(zhuǎn)馬達(dá)制動(dòng)的動(dòng)能通過接通第IV -第VDI兩位兩通閥存入第I或第II蓄能器內(nèi)；當(dāng)?shù)贗和第II蓄能器內(nèi)壓力達(dá)到蓄能器設(shè)定的最高值時(shí)，動(dòng)臂液壓缸、斗桿液壓缸的勢(shì)能和回轉(zhuǎn)馬達(dá)制動(dòng)的動(dòng)能經(jīng)過電動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能存入直流母線；向第I或第II蓄能器、直流母線中儲(chǔ)能也可以同時(shí)進(jìn)行；系統(tǒng)能量在蓄能器、直流母線、電動(dòng)發(fā)電機(jī)之間傳遞、轉(zhuǎn)換，也可通過控制A、B或C動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)負(fù)載； 所述的A、B和C動(dòng)力源冗余控制為:當(dāng)電動(dòng)發(fā)電機(jī)回收能量時(shí)為發(fā)電機(jī)，A動(dòng)力源、B動(dòng)力源及C動(dòng)力源可以單獨(dú)，也可以任意組合實(shí)現(xiàn)動(dòng)臂液壓缸、斗桿液壓缸勢(shì)能和回轉(zhuǎn)馬達(dá)制動(dòng)動(dòng)能的能量回收。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分腔獨(dú)立變轉(zhuǎn)速容積直驅(qū)純電液壓挖掘機(jī)能量回收系統(tǒng)，其特征在于:所述A、B、C動(dòng)力源中的液壓泵是定量液壓泵或各種類型的變量泵，A、B、C動(dòng)力源中的電動(dòng)發(fā)電機(jī)是永磁同步電動(dòng)發(fā)電機(jī)或交流異步電動(dòng)發(fā)電機(jī)或開關(guān)磁阻電動(dòng)發(fā)電機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分腔獨(dú)立變轉(zhuǎn)速容積直驅(qū)純電液壓挖掘機(jī)能量回收系統(tǒng)，其特征在于:所述的動(dòng)臂缸控制閥組、斗桿缸控制閥組和回轉(zhuǎn)馬達(dá)控制閥組中的A、B、C、D兩位兩通閥、鏟斗控制閥、回轉(zhuǎn)控制閥、左行走控制閥、右行走控制閥、第1-第珊兩位兩通閥以及第I和第II兩位三通閥是電磁開關(guān)式換向閥或液控和電控比例換向閥或插裝閥組成的閥組。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分腔獨(dú)立變轉(zhuǎn)速容積直驅(qū)純電液壓挖掘機(jī)能量回收系統(tǒng)，其特征在于:所述動(dòng)臂缸控制閥組、斗桿缸控制閥組和回轉(zhuǎn)馬達(dá)控制閥組中的A、B、C、D兩位兩通閥也可以是其它可實(shí)現(xiàn)相同功能的三位三通閥的任意組合。
【文檔編號(hào)】E02F3/42GK104196067SQ201410476492
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月17日
【發(fā)明者】權(quán)龍 , 郝惠敏, 黃家海, 程珩, 武兵 申請(qǐng)人:太原理工大學(xué)