[發明專利]一種電驅動非道路移動作業機械驅動與傳控系統

在審

• 申請號: 202310109094.5
• 申請日: 2023-02-07
• 公開（公告）號: CN116330968A
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 權龍;崔金元;王翔宇;黃偉男;葛磊
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: B60K17/10
• 分類號: B60K17/10;B60K1/02;B60L7/10;B60L7/18;E02F9/20;E02F9/22;E02F9/08;E02F9/12;E02F3/42;F15B11/17
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王芳

本發明公開了一種電驅動非道路移動作業機械驅動與傳控系統，涉及工程機械技術領域，包括：第Ⅰ電機驅動器和第Ⅱ電機驅動器分別與行走單元連接，電液控制系統與回轉單元和直線執行器系統連接，電液控制系統與第Ⅰ電機驅動器和第Ⅱ電機驅動器兩端同軸連接，第Ⅲ電機驅動器和回轉單元并聯連接于回轉體，控制器分別與第Ⅰ電機驅動器、第Ⅱ電機驅動器、第Ⅲ電機驅動器、電液控制系統和直線執行器系統連接。本發明既可高效驅動非道路移動作業機械行走、實現回收利用機器制動動能和作業機構重力勢能的驅動與傳動控制，又能消除作業機構的節流損失，降低機器的裝機功率和峰值功率，實現非道路移動機械的節能與減碳。

技術領域

本發明涉及工程機械技術領域，特別是涉及一種電驅動非道路移動作業機械行走驅動與作業機構的動力分配與控制系統。

背景技術

隨著化石能源的日益枯竭，溫室氣體效應的不斷加劇，環境保護、節能減碳成為各行各業的重點，高耗能非道路移動作業機械節能減排也成為體現機器競爭力最重要的評價指標。非道路移動作業機械主要有輪式裝載機、叉車、輪式挖掘機、集裝箱吊、重卡等，保有量巨大，普遍采用柴油發動機作為動力源，液壓系統分配動力的作業方式，整機能效非常低，因而其碳排放和能耗遠超乘用車，是排在汽車之后的燃油消耗和碳排放大戶。因此，改進非道路移動機械的驅動與傳控系統，提升整機能效，對節能減碳意義重大。

非道路移動作業機械主要采用發動機提供動力，經液力耦合器，通過減速器將動力分配給行走系統和作業系統。工作過程中，液力耦合器常處于非高效工作點造成較大的能耗，整機頻繁的起制動造成非常大的動能損失，機器行走系統能效較低；機器的作業機構普遍采用液壓泵供能，多路閥分配動力到各液壓缸的作業方式，多路閥閥口節流損失、大質量的工作機構驅動外負載高頻次升降過程中的重力勢能損耗，使得作業機構的能量損耗也非常嚴重，行走和作業過程大的能耗也使得整機的能效非常低。

降低行走系統的能耗，目前采用的主要方式是采用高效的無極變速傳動替代現有的液力耦合器和減速器，提高傳動系統的能效，另一種方式是采用混合動力、或電驅動方式替代內燃機提高動力源的能效。如公開號為CN113306388A的中國專利公開了雙電機電液混合驅動的系統，采用主電機經過行星減速器減速后再經過變速箱直接驅動行走機構，另一臺電動機驅動液壓泵為液壓馬達提供動力，液壓馬經控制閥后經過減速器與主驅動并聯一起驅動行走系統。作業中，主電機負責正常的行走驅動，液壓馬達提供附加的扭矩用于加速啟動、爬坡和克服大的外部扭矩，提高了行走驅動能力和起步能力，防止了驅動失效導致的溜坡。該專利采用電動機替代內燃機，提高了整機能效并消除了碳排放，機械無極變速取代液力耦合器提高了傳動系統能效，但仍存在缺少對行走制動動能的回收利用，采用集中式的方式提供動能難以適應大型的機器等不足。

對于作業機構，公開號為CN104831775A的中國專利公開了一種帶發動機啟停功能的采用主動調壓式壓力共軌的挖掘機液壓系統，在集中動力源恒壓供能的液壓系統中，通過采用連續變排量的液壓變壓器實現液壓缸的無節流容積控制，這樣的系統方案不僅完全消除了控制閥的節流損失，同時還可回收利用工作機構的動勢能。方案雖然理論上可行，但因需要將液壓泵和液壓馬達二者集成為一體，還需要連續電子調控排量，受結構的限制，自從上世紀80年代提出以來，世界上至今沒有實際可用的液壓變壓器可供采用，該方案的研究仍然停留在實驗室階段。

通過分析比較現有非道路行走作業機械的節能減碳方式可知，液壓變壓器方案雖然理論上可行，但目前無法實現。電機經行星減速器與液壓馬達并聯的行走驅動方案，雖然去掉了液力耦合器，提高了系統能效，但受耦合方式限制，仍存在較大制動動能量的浪費需要改進。

發明內容

本發明的目的是提供一種電驅動非道路移動作業機械驅動與傳控系統，既可高效驅動非道路移動作業機械行走、回收利用機器制動動能和作業機構重力勢能，又能消除作業機構的節流損失，通過動勢能的高效利用，降低機器的裝機功率和峰值功率，實現非道路移動機械的節能與減碳。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：