[發明專利]分腔獨立變轉速容積直驅純電液壓挖掘機能量回收系統

有效

• 申請號: 201410476492.1
• 申請日: 2014-09-17
• 公開（公告）號: CN104196067A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 權龍;郝惠敏;黃家海;程珩;武兵
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: E02F3/42
• 分類號: E02F3/42
• 代理公司: 山西五維專利事務所(有限公司) 14105
• 代理人: 雷立康

技術領域

本發明屬于液壓系統技術領域，具體涉及一種容腔獨立變轉速容積直驅純電液壓挖掘機的主被動復合能量回收系統。

背景技術

隨著我國工程機械行業的巨大發展，挖掘機已成為重要的支柱產業之一。在挖掘機作業中，動臂舉升而產生的勢能、大慣性上車加速回轉具有的動能都是很大的，而這兩種動作又非常頻繁，如不對其進行有效的再生，將是巨大的損失。因此，如何高效地回收利用這部分能量，成為了降低挖掘機能耗亟需解決的重要問題。

目前，對液壓挖掘機進行能量回收的研究主要集中在回轉制動動能回收和動臂、斗桿的勢能回收兩個方面。關于回轉制動動能的回收，德國、瑞典及我國的姜繼海教授均對采用二次調節技術進行回轉動能回收進行了大量研究并提出了相應措施；韓國釜山大學的Triet?Hung?Ho、浙江大學管成教授、中南大學李賽白及德國力士樂公司研究了在液壓回路中增設蓄能器及相應控制閥對液壓挖掘機的回轉動能進行回收，并發布了相關專利(如：US?2009/0165451?Al)；德國利勃海爾公司曾提出閉式和開式回路結合、高低壓儲能的回轉制動動能回收方案(CN?101861437?A)，國內重汽集團專用汽車公司也申請了液壓馬達驅動液壓泵向蓄能器充液的回收方案專利(CN?101858094?A)，柳工常州挖掘機公司申請了混合動力二次調節回轉驅動的專利(CN?102561444?A)；油電混合動力挖掘機，大多采用電動機直接驅動回轉機構，將制動動能存儲在超級電容和蓄電池中進行能量回收。盡管有許多研究成果，但現有回轉制動動能的回收仍存在技術復雜、回收效率低等問題。

關于動臂、斗桿的勢能回收，以回收動臂的勢能為研究的重點，其方法包括：1)閉式回路控制動臂經過蓄能器回收，該方法取得了較好的勢能回收效果，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)在混合動力機器中采用液壓馬達驅動發電機用超級電容或蓄電池儲能，能量存儲有限；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驅動輔助裝置(冷卻系統等)，也可以引入液壓泵的入口，輔助動力源驅動主泵，該方法屬于無源儲能，回收效率較低；5)在動臂缸并列一個起儲能作用的氣液缸進行能量回收，該方法的回收效率同樣較低。

發明內容

本發明針對液壓挖掘機能量回收存在的上述問題和不足，在容腔獨立變轉速容積直驅的基礎上，提出一種分腔獨立變轉速容積直驅純電液壓挖掘機能量回收系統。液壓挖掘機的動力源既是驅動單元，也是儲能單元，可根據不同的需要處于驅動工況或儲能工況，使驅動與能量回收一體化，能量在蓄電池、直流母線、電動發電機、蓄能器之間直接傳遞、轉換，大大提高了挖掘機能量的再生效率。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：

分腔獨立變轉速容積直驅純電液壓挖掘機能量回收系統，包括動臂液壓缸、斗桿液壓缸、鏟斗液壓缸、回轉馬達、左行走馬達、右行走馬達、共用直流母線、總電源開關、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動力源、B動力源、C動力源、動臂缸控制閥組、斗桿缸控制閥組、鏟斗控制閥、回轉控制閥、回轉馬達控制閥組、左行走控制閥、右行走控制閥、序號依次為Ⅰ到Ⅷ的第Ⅰ-第Ⅷ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動力源均包括液壓泵、電動發電機及逆變器，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動電動發電機，電動發電機連接所驅動液壓泵；所述動臂缸控制閥組、斗桿缸控制閥組及回轉馬達控制閥組均由A、B、C、D兩位兩通閥組成，A兩位兩通閥和D兩位兩通閥的一個油口均與油箱連接，另一個油口分別與B兩位兩通閥的一個油口和C兩位兩通閥的一個油口連通，B兩位兩通閥的另一個油口與C兩位兩通閥的另一個油口連通，從A、B兩位兩通閥連接的管路上引出一條油路分別與動臂液壓缸的有桿腔、斗桿液壓缸的有桿腔及回轉馬達的第一油口連接；從C、D兩位兩通閥連接的管路上引出一條油路分別與動臂液壓缸的無桿腔、斗桿液壓缸的無桿腔及回轉馬達的第二油口連接；

所述的A動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；