[發(fā)明專利]壓力耦合液壓混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)回路及其控制方法、挖掘機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010321320.2
• 申請(qǐng)日: 2020-04-22
• 公開（公告）號(hào): CN113529843B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何清華;方慶琯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山河智能裝備股份有限公司
• 主分類號(hào): E02F9/22
• 分類號(hào): E02F9/22
• 代理公司: 長沙正奇專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 43113
• 代理人: 盧宏;王娟

本發(fā)明公開了一種壓力耦合液壓混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)回路及其控制方法、挖掘機(jī)，壓力耦合液壓混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)回路包括三通壓力匹配器，所述三通壓力匹配器的第一外接油口接執(zhí)行元件的第一油口；所述三通壓力匹配器第二油口、執(zhí)行元件第二外接油口通過控制閥接液壓泵和油箱；所述三通壓力匹配器第三油口接蓄能器油口。三通壓力匹配器油口壓力和流量滿足壓力耦合關(guān)系式：（PA1±△P）q1=P2·q2+PX·q3和q1=q2+q3。通過調(diào)節(jié)P2和q2，實(shí)現(xiàn)蓄能器作為輔助動(dòng)力源的功能不會(huì)因執(zhí)行元件負(fù)載壓力PA1的變化而缺失，解決了混合動(dòng)力現(xiàn)有技術(shù)中液壓泵壓力、執(zhí)行元件的負(fù)載壓力和蓄能器的液壓油壓力難以匹配、節(jié)能運(yùn)行困難的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及液壓傳動(dòng)技術(shù)，特別是一種壓力耦合液壓混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)回路及其控制方法、挖掘機(jī)。

背景技術(shù)

為適應(yīng)執(zhí)行元件所受負(fù)載在正負(fù)區(qū)間變化的工況，具有能量回收功能的液壓系統(tǒng)通常采用液壓泵+蓄能器作混合動(dòng)力源的驅(qū)動(dòng)回路。當(dāng)執(zhí)行元件的負(fù)載為負(fù)時(shí)，負(fù)載對(duì)執(zhí)行元件做功，執(zhí)行元件輸出的液壓能（壓力油）被儲(chǔ)存在蓄能器中，此時(shí)液壓泵處于卸荷或小功率運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)執(zhí)行元件的負(fù)載為正時(shí)，蓄能器將儲(chǔ)存的液壓能（壓力油）釋放出來和液壓泵輸出的壓力油一起，共同驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件對(duì)負(fù)載做功；此時(shí)液壓泵雖然為大功率運(yùn)行狀態(tài)，但由于有蓄能器作輔助動(dòng)力源，所以也節(jié)省了驅(qū)動(dòng)功率，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能。因此液壓泵+蓄能器的液壓混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)回路在工程機(jī)械、起重舉升機(jī)械和軋鋼設(shè)備中都會(huì)得到廣泛應(yīng)用。目前，制約該液壓混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)回路推廣應(yīng)用的技術(shù)難題是液壓泵壓力、執(zhí)行元件的負(fù)載壓力和蓄能器的液壓油壓力（以下簡稱蓄能器油壓）三者之間的壓力匹配問題。液壓泵的壓力由最小的負(fù)載壓力決定；執(zhí)行元件的壓力由外負(fù)載決定；蓄能器油壓由充氣壓力及氣體容積的變化決定，與外負(fù)載無關(guān)。這就給壓力匹配帶來困難：（1）負(fù)負(fù)載工況，外負(fù)載對(duì)執(zhí)行元件做功時(shí)，執(zhí)行元件輸出液壓油的壓力由負(fù)載決定，若此壓力小于蓄能器油壓，則執(zhí)行元件輸出的壓力油根本不能進(jìn)入蓄能器儲(chǔ)存。（2）正負(fù)載工況時(shí)，若執(zhí)行元件的負(fù)載壓力不小于蓄能器油壓，則蓄能器儲(chǔ)存的壓力油釋放不出來，無法起輔助動(dòng)力源作用；而執(zhí)行元件的負(fù)載壓力過多小于蓄能器油壓時(shí)，又會(huì)產(chǎn)生蓄能器儲(chǔ)存壓力油的瞬間釋放，超出執(zhí)行元件所需后溢流浪費(fèi)。（3）無論負(fù)負(fù)載工況或正負(fù)載工況，只要外負(fù)載變化引起的執(zhí)行元件負(fù)載壓力的變化達(dá)到一定限度，都會(huì)使蓄能器正常的收（儲(chǔ)存）或放（釋放）壓力油過程終止，無法起輔助動(dòng)力源作用。（4）若考慮到蓄能器油壓還會(huì)在蓄能器收（儲(chǔ)存）或放（釋放）油的過程中發(fā)生變化（因蓄能器充氣體積變化），則問題就更加復(fù)雜。

現(xiàn)有技術(shù)克服上述困難的方法有兩種。其一，優(yōu)化設(shè)計(jì)執(zhí)行元件的承壓面積（或馬達(dá)排量），精準(zhǔn)計(jì)算蓄能器的充氣壓力和初始容積，使蓄能器油壓和執(zhí)行元件的負(fù)載壓力匹配（蓄能器收油時(shí)，負(fù)載壓力始終略大于蓄能器油壓；蓄能器放油時(shí)，負(fù)載壓力始終略小于蓄能器油壓）。顯然，優(yōu)化設(shè)計(jì)承壓面積的難度很大，因?yàn)槌袎好娣e的設(shè)計(jì)首先是要保證滿足負(fù)載驅(qū)動(dòng)力的需要和負(fù)載速度的需要，此后才能考慮和蓄能器油壓的匹配。同時(shí)，這種方法只適用于外負(fù)載確定且變化較小的工況，對(duì)工程機(jī)械基本不適用。其二，在執(zhí)行元件和蓄能器、液壓泵之間設(shè)置增壓器、比例減壓閥或調(diào)壓閥組，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)蓄能器出口油壓、液壓泵輸出壓力及負(fù)負(fù)載時(shí)執(zhí)行元件輸出油壓，以實(shí)現(xiàn)基本的壓力匹配。這是目前工程機(jī)械液壓混合動(dòng)力系統(tǒng)中采用的主要方法。這種方法將產(chǎn)生較大的溢流能量損失和節(jié)流能量損失，衰減蓄能器作輔助動(dòng)力源的節(jié)能效果。同時(shí)還使系統(tǒng)復(fù)雜，增加了故障率和檢修難度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種壓力耦合液壓混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)回路及其控制方法、挖掘機(jī)，在不產(chǎn)生溢流能量損失和節(jié)流能量損失的前提下，實(shí)現(xiàn)液壓泵壓力、執(zhí)行元件負(fù)載壓力和蓄能器液壓油壓力的在線匹配，保證蓄能器作為輔助動(dòng)力源的功能不因負(fù)載變化而缺失。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明說采用的技術(shù)方案為：一種壓力耦合液壓混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)回路，包括三通壓力匹配器，所述三通壓力匹配器的第一外接油口接執(zhí)行元件的第一油口；所述三通壓力匹配器第二油口、執(zhí)行元件第二外接油口通過控制閥接液壓泵和油箱；所述三通壓力匹配器第三油口接蓄能器油口。