[發明專利]電驅動液壓挖掘機的節能型轉臺驅動系統及驅動控制方法

有效

• 申請號: 201410131013.2
• 申請日: 2014-04-02
• 公開（公告）號: CN103924626A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 林添良;付勝杰;楊帆;劉強;葉月影;黃偉平;繆騁
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: E02F9/12
• 分類號: E02F9/12
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭

1.電驅動液壓挖掘機的節能型轉臺驅動系統，其特征在于：包括先導操作手柄、動力電池、電動機、電機控制器、液壓蓄能器、油箱、定量泵/馬達、定量泵、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第三壓力傳感器、第四壓力傳感器、第五壓力傳感器、轉速傳感器、第一溢流閥、第二溢流閥、第三溢流閥、第四溢流閥、電磁溢流閥、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、第五電磁換向閥、梭閥、節流口、第一單向閥、第二單向閥、第三單向閥、開中心六通比例方向閥、液壓馬達、減速器、轉臺及總成控制器；

其中：電動機、定量泵和定量泵/馬達同軸機械連接；定量泵/馬達的進油口連接第二電磁換向閥的B口和第一單向閥的出油口，其出油口連接第二溢流閥的進油口、開中心六通比例方向閥的P口和P1口，第一單向閥的進油口連接油箱，第二溢流閥的出油口連接油箱；開中心六通比例方向閥的T口連接油箱，其A口分為三路，其第一路連接液壓馬達的A腔，其第二路連接梭閥的一進油口，其第三路連接第二單向閥的出油口，其B口分為三路，其第一路連接液壓馬達的B腔，其第二路連接梭閥的另一進油口，其第三路連接第三單向閥的出油口，其D口連接第五電磁換相閥的A口，第二單向閥和第三單向閥的進油口均連接油箱；第五電磁溢流閥的B口連接第四溢流閥的進油口、第四壓力傳感器和節流口的進油口；節流口的出油口和第四溢流閥的出油口均連接油箱；梭閥的出油口分為三路，其第一路連接第三壓力傳感器，其第二路連接電磁溢流閥的進油口，其第三路連接第四電磁換向閥的A口，電磁溢流閥的出油口連接油箱；第四電磁換向閥的B口連接第一電磁換向閥的B口、第二電磁換向閥的A口和第三電磁換向閥的B口；第三電磁換向閥的A口連接第三溢流閥的進油口、液壓蓄能器和第五壓力傳感器，第三溢流閥的出油口連接油箱；先導操作手柄的P口、第一溢流閥的進油口均連接定量泵的出油口，第一溢流閥的出油口和先導操作手柄的T口均連接油箱，先導操作手柄的出油口b1和b2分別連接開中心六通比例方向閥的兩端控制油口并分別連接第一壓力傳感器和第二壓力傳感器；定量泵的進油口連接油箱；液壓馬達、減速器和轉臺傳動機械連接；電動機通過電機控制器與動力電池連接；第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第三壓力傳感器、第四壓力傳感器、第五壓力傳感器和用于檢測液壓馬達轉速的轉速傳感器均電信號連接總成控制器；總成控制器電信號連接該電機控制器、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、第五電磁換向閥和電磁溢流閥。

2.根據權利要求1該的電驅動液壓挖掘機的節能型轉臺驅動系統，其特征在于：除機械連接、電信號連接以外的其他連接都為油路連接。

3.根據權利要求1該的電驅動液壓挖掘機的節能型轉臺驅動系統，其特征在于：該電動機包括電動模式和發電模式。

4.根據權利要求1該的電驅動液壓挖掘機的節能型轉臺驅動系統，其特征在于：該定量泵/馬達包括泵模式和馬達模式。

5.根據權利要求1該的電驅動液壓挖掘機的節能型轉臺驅動系統，其特征在于：該動力電池包括鎳氫電池。

6.根據權利要求1該的電驅動液壓挖掘機的節能型轉臺驅動系統，其特征在于：還包括用于驅動其他執行器的液壓驅動系統，其進油口連接定量泵/馬達的出油口、第二溢流閥的進油口和開中心六通比例方向閥的P口和P1口。

7.根據權利要求5該的電驅動液壓挖掘機的節能型轉臺驅動系統，其特征在于：該用于驅動其他執行器的液壓驅動系統包括斗桿驅動系統和行走驅動系統。

8.電驅動液壓挖掘機的節能型轉臺驅動控制方法，基于權利要求1-6中任一項該的電驅動液壓挖掘機的節能型轉臺驅動系統，其特征在于：

該第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第三壓力傳感器、第四壓力傳感器、第五壓力傳感器以及轉速傳感器分別實時獲得先導操作手柄b1口，b2口對應的輸出信號P_i1和P_i2、液壓馬達兩腔的最大壓力P_i3、負流量控制壓力P_i4、液壓蓄能器的壓力P_i5和液壓馬達的轉速信號n_m，設定轉臺的一個合理制動時間范圍所對應的液壓蓄能器的壓力區間為[P_a1，P_a2]，其中：負流量控制壓力由第四溢流閥和節流口組成的負流量控制壓力檢測單元所提供；

該電驅動液壓挖掘機的節能型轉臺轉臺處于不同模式下的驅動控制方法包括：

轉臺處于停止模式，包括：

步驟11，開中心六通比例方向閥處于中位，定量泵/馬達的全部液壓油通過該開中心六通比例方向閥的油路P1-D、第五電磁換向閥和節流口回油箱；

步驟12，若該總成控制器判斷該液壓蓄能器的壓力P_i5大于P_a2，則由總成控制器控制對應的電磁換向閥得電和失電，液壓蓄能器的高壓液壓油釋放到定量泵/馬達的進油口，定量泵/馬達驅動電動機發電以將該液壓蓄能器的液壓能轉換成電能并儲存在動力電池中，否則，執行步驟13；

步驟13，若該總成控制器判斷該液壓蓄能器的壓力P_i5小于P_a2且大于P_a1，則總成控制器控制對應的電磁換向閥得電和失電，定量泵/馬達的全部液壓油通過該開中心六通比例方向閥的油路P1-D、第五電磁換向閥和節流口回油箱，同時，該第四壓力傳感器獲得負流量控制壓力P_i4的最大值，并使得電動機的轉速自動減少到最小，否則，執行步驟14；

步驟14，若該總成控制器判斷該液壓蓄能器的壓力P_i5小于P_a1，則總成控制器控制對應的電磁換向閥得電和失電，定量泵/馬達對該液壓蓄能器進行充油，以提高液壓蓄能器的壓力P_i5，防止轉臺的制動時間過長，當液壓蓄能器的壓力達到P_a1，第一電磁換向閥失電，停止充油；

轉臺處于旋轉模式，包括：

步驟21，總成控制器根據先導操作手柄的輸出壓力信號P_i1和P_i2計算得到液壓馬達的目標轉速，再根據轉速傳感器的輸出信號n_m計算得到液壓馬達的目標加速扭矩，再通過液壓馬達的排量計算液壓馬達的驅動腔的目標壓力，最后根據定量泵/馬達的排量計算得到電動機的目標扭矩，從而控制液壓馬達的驅動腔的液壓油壓力不超過電磁溢流閥的最大溢流壓力，同時，該開中心比例方向閥處于中位，定量泵/馬達的全部液壓油通過開中心六通比例方向閥的油路P-B進入馬達驅動腔驅動轉臺的轉動；

步驟22，若該總成控制器判斷該液壓蓄能器的壓力P_i5大于P_a2，則由總成控制器控制對應的電磁換向閥得電和失電，液壓蓄能器的高壓液壓油釋放到定量泵/馬達的進油口，定量泵/馬達工作在泵模式，否則，執行步驟23；

步驟23，若該總成控制器判斷該液壓蓄能器的壓力P_i5小于P_a1，則總成控制器控制對應的電磁換向閥得電和失電，定量泵/馬達對該液壓蓄能器進行充油，以提高液壓蓄能器的壓力P_i5，防止轉臺的制動時間過長，當液壓蓄能器的壓力達到P_a1，第一電磁換向閥失電，停止充油；

轉臺處于制動模式，包括：

步驟31，若該總成控制器判斷該液壓蓄能器的壓力P_i5小于P_a2，則總成控制器控制對應的電磁換向閥得電和失電，定量泵/馬達的全部液壓油通過該開中心六通比例方向閥的油路P1-D、第五電磁換向閥和節流口回油箱，同時，該第四壓力傳感器獲得負流量控制壓力P_i4的最大值，并使得電動機的轉速自動減少到最小，進而該總成控制器控制對應的電磁換向閥得電和失電，液壓馬達的制動腔的高壓液壓油進入液壓蓄能器，以將轉臺的制動動能轉化為液壓能儲存在液壓蓄能器中，否則，執行步驟32；

步驟32，若該總成控制器判斷該液壓蓄能器的壓力P_i5大于P_a2，則由總成控制器控制對應的電磁換向閥得電和失電，液壓蓄能器的高壓液壓油釋放到定量泵/馬達的進油口，定量泵/馬達驅動電動機發電以將該液壓蓄能器的液壓能轉換成電能并儲存在動力電池中。