[發(fā)明專利]動臂閉式控制的混合動力液壓挖掘機系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310405323.4
• 申請日: 2013-09-09
• 公開（公告）號: CN103452150A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 權(quán)龍;楊敬;權(quán)仲翊
• 申請（專利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類號: E02F3/42
• 分類號: E02F3/42
• 代理公司: 山西五維專利事務(wù)所(有限公司) 14105
• 代理人: 李印貴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種混合動力的液壓挖掘機，特別是一種動臂采用閉式控制方式的混合動力液壓挖掘機系統(tǒng)。

背景技術(shù)

液壓挖掘機在工作過程中由于動臂、斗桿和鏟斗的上下擺動以及回轉(zhuǎn)機構(gòu)的回轉(zhuǎn)運動十分頻繁，同時，由于各運動部件慣性比較大，所以傳統(tǒng)閥控方式在挖掘機回轉(zhuǎn)減速制動和動臂下降時會浪費大量能量。為了減少這部分能量的浪費和保護液壓元件，需要對液壓挖掘機回轉(zhuǎn)制動動能和動臂下放的勢能進行回收再利用。近年來提出的混合動力驅(qū)動方式為液壓挖掘機動勢能的儲存和再利用提供了便利條件，2012.11.07授權(quán)的發(fā)明專利，混合動力建筑機械的控制裝置（CN200980110700.3）就公開了這樣一種系統(tǒng)，采用液壓馬達、變量液壓泵和電動發(fā)電機同軸連接作為能量轉(zhuǎn)換單元，一方面將挖掘機動臂下方的勢能和回轉(zhuǎn)制動的動能，經(jīng)過液壓馬達驅(qū)動發(fā)電機轉(zhuǎn)化為電能存儲到高壓電池中，同時也可驅(qū)動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：混合動力建筑機械的控制方法及混合動力建筑機械（CN200880008679.1）中，采用發(fā)電機和電動機組成的系統(tǒng)獨立控制挖掘機的回轉(zhuǎn)運動，不足是只能回收再利用挖掘機回轉(zhuǎn)制動的動能，而不能利用動臂下方的勢能，系統(tǒng)中也沒有設(shè)置儲能單元。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有混合動力液壓挖掘機驅(qū)動系統(tǒng)能量回收方式存在的能量損失大、成本高等的不足，提供一種基于動臂閉式控制的混合動力液壓挖掘機驅(qū)動系統(tǒng)，實現(xiàn)液壓挖掘機動臂勢能的高效回收再利用，采用電動/發(fā)電機將回轉(zhuǎn)制動動能和動臂下放勢能轉(zhuǎn)化為電能，存儲到增設(shè)的電能存儲單元中，將兩種能量統(tǒng)一回收，互相補充和再利用，以最大限度降低液壓挖掘機作業(yè)過程的能量消耗。

動臂閉式控制的混合動力液壓挖掘機系統(tǒng)包括內(nèi)燃機、多路閥組、變排量液壓泵、發(fā)電機、電能存儲單元、動臂控制系統(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：

所述的動臂控制系統(tǒng)由動臂逆變器、轉(zhuǎn)速可變電動機、控制單元、三油口液壓泵、蓄能器、小通徑液控單向閥、安全閥及動臂液壓缸組成；所述的電能存儲單元連接到動臂逆變器，動臂逆變器連接到可變轉(zhuǎn)速電動機，轉(zhuǎn)速可變電動機驅(qū)動三油口液壓泵，三油口液壓泵的第1進出油口P_A與動臂液壓缸的無桿腔相連通，第2進出油口P_B與動臂液壓缸的有桿腔相連通，吸排油口P_T與蓄能器相連通；控制單元采集動臂液壓缸的位移信號或速度信號，經(jīng)過動臂逆變器控制轉(zhuǎn)速可變電動機的轉(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/發(fā)電機組成，回轉(zhuǎn)逆變器與電能存儲單元相連，回轉(zhuǎn)電動/發(fā)電機與回轉(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/發(fā)電機的轉(zhuǎn)速信號并控制回轉(zhuǎn)電動/發(fā)電機的工作狀態(tài)；

所述的內(nèi)燃機與變排量液壓泵、發(fā)電機相連，發(fā)電機與電能存儲單元連接，發(fā)電機發(fā)出的電能存儲于電能存儲單元，電能存儲單元與動臂逆變器、回轉(zhuǎn)逆變器連接，電能存儲單元為轉(zhuǎn)速可變電動機、回轉(zhuǎn)電動/發(fā)電機供電，內(nèi)燃機驅(qū)動變排量液壓泵，同時驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。

所述的充電器與電能存儲單元連接，充電器連接到電源上。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1.動臂液壓缸采用三油口液壓泵直接控制，沒有節(jié)流損失，方便實現(xiàn)控制動臂勢能的回收和再利用，而不需要通過液壓馬達及發(fā)電機的多次能量交換，能量回收效率高。

2.三油口液壓泵由轉(zhuǎn)速可變的電動機驅(qū)動，這樣三油口液壓泵只需采用定排量的液壓泵就可，相對于變排量的控制方式，簡化了結(jié)構(gòu)；動力驅(qū)動采用混合動力方式，有利于提高內(nèi)燃機的負荷率，使內(nèi)燃機工作在高效燃油區(qū)間，從而節(jié)省整機燃油消耗。

3.動臂和回轉(zhuǎn)都采用電機驅(qū)動，動臂的勢能和回轉(zhuǎn)的動能都可以直接轉(zhuǎn)化為電能存儲，且共用一個電能存儲單元，存儲的能量可以互相補充和利用，提高了整機工作的效率和能量利用率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明液壓挖掘機驅(qū)動系統(tǒng)工作原理圖。

圖中，01-動臂控制系統(tǒng)、02-回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)、1-內(nèi)燃機、2-多路閥組、3-變排量液壓泵、4-發(fā)電機、5-電能存儲單元、6-轉(zhuǎn)速可變電動機、7-控制單元、8-三油口液壓泵、9-蓄能器、10-A小通徑液控單向閥、11-B小通徑液控單向閥、12-A安全閥、13-B安全閥、14-動臂液壓缸、15-回轉(zhuǎn)電動機逆變器、16-回轉(zhuǎn)電動/發(fā)電機、17-鏟斗液壓缸、18-斗桿液壓缸、19-動臂電動機逆變器、20-充電器。