[發明專利]挖掘機回轉制動能量回收控制方法

有效

• 申請號: 201410087883.4
• 申請日: 2014-03-11
• 公開（公告）號: CN103882901A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 何清華;劉昌盛;張大慶;唐中勇;龔俊
• 申請（專利權）人: 山河智能裝備股份有限公司
• 主分類號: E02F9/20
• 分類號: E02F9/20;E02F9/22
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 黃美成

技術領域

本發明涉及一種挖掘機回轉制動能量回收控制方法。

背景技術

隨著能源短缺與環境污染的問題日趨嚴重，研究工程機械的節能減排與新能源開發成為各大生產廠家迫在眉睫的現實問題。而液壓挖掘機由于數量多、耗油高、排放差，已成為人們關注的主要對象。

液壓挖掘機由于其工作的高效性和可靠性被廣泛應用于建筑施工行業，在其典型定點挖掘回轉卸土工況下，一次挖掘工作循環中存在兩次回轉兩次制動。其中回轉動能全部轉化為熱能損失，同時引起液壓油溫升高，降低液壓系統的使用壽命。若能將這部分能量進行有效回收并再利用，可提高挖掘機的能量利用率，從而降低能耗與排放，具有較高的經濟價值和社會意義。

近些年來，國內外許多廠家對挖掘機的能量回收進行了不同程度和不同方法的研究。

在液壓挖掘機回轉制動能量回收方面，對上車平臺運動狀態判斷上有采用基于回轉馬達進/出口壓差來識別回轉啟動加速和減速制動過程的方法，但該方法需在回轉馬達制動口壓力建立后才能判斷，相較于上車平臺實際回轉運動狀態存在一定滯后，將影響運動周期較短的回轉制動工況的能量回收效果。同樣，在通過電機發電來回收回轉制動能量時，以往的方法是判斷上車平臺回轉處于制動狀態后系統才發出指令啟動電機工作，并未考慮電機由靜止狀態轉為發電工作狀態的過程（轉速從零提升到高效工作轉速區域），與回轉制動實際狀態的滯后也大大降低了能量回收效率。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種高效的挖掘機回轉制動能量回收控制方法，在挖掘機上車回轉平臺回轉工況下，該方法能最大化高效回收回轉制動能量并轉化為電能進行儲存，可以降低動力系統的能量損失，提高了能量回收效率，實現挖掘機節能減排的目的。

一種挖掘機回轉制動能量回收控制方法，采用挖掘機能量回收系統，所述挖掘機能量回收系統包括發動機1、液壓泵3、多路閥4、臂油缸8、回轉馬達5和整機控制器14，驅動電機2與所述的液壓泵3傳動連接；所述的動臂油缸8的無桿腔油口與所述的多路閥之間設有第一電磁換向閥9，所述的第一電磁換向閥9出口連接回收液壓馬達11的入口；所述的回收液壓馬達11與具有發電功能的回收電機10傳動連接，所述的驅動電機2和所述的具有發電功能的回收電機10通過電機控制器12與電儲能元件13電相連，所述回轉馬達5的進油口與出油口之間并聯有單向閥6，單向閥6后連接第一電磁閥7，第一電磁閥7與回收液壓馬達11油路相連；所述的回轉馬達5并聯有單向閥6；

控制方法包括以下步驟：

步驟1：設定電儲能元件正常工作時電荷狀態SOC的上限SOC_max與下限SOC_min；；

步驟2：挖掘機上車回轉平臺進入回轉工況，檢測電儲能元件SOC值，當SOC<SOC_max時，進入步驟3；否則，重復步驟2；

步驟3：利用整機控制器14通過壓力傳感器采集回轉先導手柄輸出的先導壓力，當回轉先導手柄輸出的先導壓力在設定的ΔT時間內呈遞增變化時，啟動具有發電功能的電機10，并使具有發電功能的回收電機10的轉速穩定在設定的第一轉速，進入步驟4，否則，返回步驟2；

步驟4：當回轉先導手柄輸出的先導壓力在設定的ΔT時間內呈遞減變化時，第一電磁換向閥9開啟，挖掘機能量回收系統開始進行能量回收，進入步驟5，否則，重復步驟4；

步驟5：整車控制器發出指令由電機控制器向具有發電功能的回收電機10施加方向轉矩信號，通過與回收電機同軸相聯的回收馬達作用于回轉馬達，完成上車回轉平臺制動，同時具有發電功能的回收電機10向電儲能元件充電，完成發電儲存的回轉制動能量回收，返回步驟2。

所述電儲能元件正常工作時電荷狀態SOC的上限SOC_max與下限SOC_min分別為0.4和0.8。

用于判斷回轉先導手柄輸出的先導壓力在設定的時間ΔT變化情況的時間ΔT為10ms-20ms。

所述電儲能元件為超級電容。

所述步驟5中整車控制器發出指令由電機控制器向具有發電功能的回收電機10施加方向轉矩信號T_m是按照以下公式進行計算獲得：