混合动力液压挖掘机主被动复合控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种混合动力液压挖掘机主被动复合控制系统，其控制回路包括A液压泵、B液压泵、C液压泵、动臂缸控制阀组、斗杆缸控制阀组、铲斗控制阀、回转控制阀、回转马达控制阀组、序号依次为Ⅰ到Ⅶ的第Ⅰ-第Ⅶ两位两通阀、第Ⅰ和第Ⅱ两位三通阀、第Ⅰ和第Ⅱ蓄能器，控制回路采用开式控制回路，液压缸的两腔各由一个动力源控制，各腔的压力和流量独立调节。本发明专利技术公开的混合动力液压挖掘机主被动复合控制系统，具有能效高、集成性高、功耗低、动力源冗余以及无需先导油源、噪声低、动势能回收一体化等多方面的技术优势。

【技术实现步骤摘要】
混合动力液压挖掘机主被动复合控制系统
本专利技术属于液压系统
，具体涉及一种混合动力液压挖掘机主被动复合控制系统。
技术介绍
随着我国工程机械行业的巨大发展，挖掘机已成为重要的支柱产业之一。于是，如何有效降低液压挖掘机工作中的能耗，同时，对其动力、传动、液压等系统和能量回收技术的研究成为国内外机械工程学科的重要研究方向和研究热点。 在挖掘机中引入混合动力，能够改善发动机和液压系统的匹配效果，使发动机更多的工作在高效区，降低燃油消耗，同时采用电气方式，回收利用浪费掉的动势能，成为近年来挖掘机的重要发展方向。本世纪初，日本主要的工程机械企业，小松、日立建机、神钢建机、新卡特三菱等，在国际上最早公开了混合动力挖掘机的专利，其中日立、小松和新三菱采用并联型的混合动力方式，日立建机采用液压马达驱动发电机回收回转和动臂的能量；小松采用液压泵和蓄能器回收动臂势能。神钢建机也公开了串联型和并联型混合动力驱动方法，其中，行走、回转用电机驱动，串联型的发动机驱动发电机，储能单元供电到电动机，电机驱动液压泵。日本的住友重工、卡亚巴工业株式会社、韩国斗山、瑞典的沃尔沃等也相继申请了混合动力挖掘机的专利，重点是回收挖掘机回转的动能和动臂的势能。与日本采用油电的混合动力不同，欧美更多采用液压混合动力技术，德国利勃海尔申请了液压混合动力挖掘机的专利并研制了样机，美国卡特彼勒申请了采用泵控差动缸做执行器的液压混合动力挖掘机专利，并与美国普渡大学的Monika教授合作开出发样机。我国浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室在国内率先开展了油电混合动力挖掘机的研究工作，针对多方面关键技术方面进行了系统性研究。 但是，目前的混合动力技术多采用集中动力源方式，存在节流损失大、排放等问题。
技术实现思路
本专利技术针对混合动力驱动液压挖掘机存在的上述问题和不足，提供一种混合动力液压挖掘机主被动复合控制系统；采用开式控制回路，液压缸的两腔各由一个动力源控制，各腔的压力和流量通过电机的转速、转矩控制方式独立可调。 为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是: 混合动力液压挖掘机主被动复合控制系统，包括动臂液压缸、斗杆液压缸、铲斗液压缸、回转马达、供电系统、动力源、联轴器、分动箱、A电动发电机、B电动发电机及控制回路，其中:控制回路包括A液压泵、B液压泵、C液压泵、动臂缸控制阀组、斗杆缸控制阀组、回转马达控制阀组、铲斗控制阀、回转控制阀、序号依次为I到VII的第I 一第νπ两位两通阀、第I和第II两位三通阀、第I和第II蓄能器；动力源与分动箱连接，A电动发电机通过联轴器与分动箱连接，分动箱通过联轴器与A液压泵和B液压泵连接，B电动发电机与C液压泵连接；控制回路与动臂液压缸、斗杆液压缸、铲斗液压缸和回转马达连接；A电动发电机和B电动发电机连接供电系统； 所述动臂缸控制阀组、斗杆缸控制阀组及回转马达控制阀组均由A、B、C、D两位两通阀组成，A两位两通阀和D两位两通阀的一个油口均与油箱连接，另一个油口分别与B两位两通阀的一个油口和C两位两通阀的一个油口连通，B两位两通阀的另一个油口与C两位两通阀的另一个油口连通，从A、B两位两通阀连接的管路上引出一条油路分别与动臂液压缸的有杆腔、斗杆液压缸的有杆腔及回转马达的第一油口连接；从C、D两位两通阀连接的管路上引出一条油路分别与动臂液压缸的无杆腔、斗杆液压缸的无杆腔及回转马达的第二油口连接； 所述的A液压泵的第一工作油口连接第I两位三通阀的第一油口，第I两位三通阀的第二和第三油口分别连接第I蓄能器和油箱4液压泵的第二工作油口与铲斗控制阀的第一油口、动臂缸控制阀组中B两位两通阀和C两位两通阀连接的管路以及第II1、第IV、第V两位两通阀的第一油口连接，第III两位两通阀的第二油口与斗杆液压缸的有杆腔连通； 所述的B液压泵的进油口与油箱连接，其出油口与第V两位两通阀的第二油口连接；同时，B液压泵的出油口与斗杆缸控制阀组和回转马达控制阀组中B两位两通阀和C两位两通阀连接的管路连接，还与第VI两位两通阀的第一油口相连； 所述的C液压泵的第一工作油口连接第II两位三通阀的第一油口，第II两位三通阀的第二和第三油口分别连接第II蓄能器和油箱；C液压泵的第二工作油口与第IV两位两通阀和第VI两位两通阀的第二油口相连，还与第I两位两通阀、第II两位两通阀的第二油口以及回转控制阀的第一油口相连；同时，C液压泵的第二工作油口通过第νπ两位两通阀与第II蓄能器连接；第I两位两通阀和第II两位两通阀的第一油口分别与动臂液压缸和斗杆液压缸的有杆腔连通； 所述回转控制阀的第二和第三油口分别与回转马达的两个油口连接；所述铲斗控制阀的第二油口连接油箱，第三和第四油口分别与铲斗液压缸的有杆腔和无杆腔连接。 所述Α、B、C液压泵是定量液压泵或各种类型的变量泵，Α、B电动发电机是永磁同步电动发电机或交流异步电动发电机或开关磁阻电动发电机。 所述的动臂缸控制阀组、斗杆缸控制阀组和回转马达控制阀组中的Α、B、C、D两位两通阀、铲斗控制阀、回转控制阀、左行走控制阀、右行走控制阀、序号依次为I到νπ的第I 一第νπ两位两通阀以及第I和第II两位三通阀是电磁开关式换向阀或液控和电控比例换向阀或插装阀组成的阀组。 构成动臂缸控制阀组、斗杆缸控制阀组和回转马达控制阀组的A、B、C、D两位两通阀也可以是其它可实现相同功能的三位三通阀的任意组合。 本专利技术具有以下有益效果: I)高能效:本专利技术采用分布式变速泵进出油口独立直接驱动差动缸回路原理、主被动复合回转控制技术，可以消除节流损失，较集中动力源驱动变量泵，每台电动机、定量液压泵都工作在高效区，显著提高整机效率。 2)高集成性:本专利技术整机控制方案布置灵活、方便，高度集成，不受空间限制。 3)低功耗:本专利技术整机控制方案降低了机器的装机功率，减小了系统的发热，增加机器可持续工作时间并降低冷却功率，解决了工程机械液压油箱小易引起液压油发热和老化的问题。 4)动力源冗余:本专利技术整机控制方案动力源具有冗余功能，可切断故障动力源，确保执行器在动力源故障情况下仍可稳定工作。 5)其它:本专利技术的控制方案在保留闭式回路优点的基础上开放式工作，有效消除了闭式控制的不足，具有无需先导油源、噪声低、动势能回收一体化等多方面的技术优势。 【附图说明】 图1为本专利技术混合动力液压挖掘机主被动复合控制系统回路示意图； 图2为本专利技术动臂缸控制阀组、斗杆缸控制阀组及回转马达控制阀组组成示意图； 图3为本专利技术实施例1回路示意图； 图4为本专利技术实施例2回路示意图； 图5为本专利技术实施例3回路示意图； 图6为本专利技术实施例4回路示意图。 图中:1_动臂液压缸、2-斗杆液压缸、3-铲斗液压缸、4-回转马达、5-动力源、6-联轴器、7-共用直流母线、8-总电源开关、9-整流器、10-平滑电容、11-减速箱、12-蓄电池、13-A电动发电机、14-B电动发电机、15-回转体、16-动臂缸控制阀组、17-斗杆缸控制阀组、18-回转马达控制阀组、20铲斗控制阀、21-回转控制阀、24?31-第I?第VDI两位两通阀、32-第I两位三通阀、33-第II两位三通阀、34-第I蓄能器、3本文档来自技高网...

【技术保护点】
混合动力液压挖掘机主被动复合控制系统，包括动臂液压缸(1)、斗杆液压缸(2)、铲斗液压缸(3)、回转马达(4)、动力源(5)、联轴器(6)、分动箱(11)、A电动发电机(13)、B电动发电机(14)、供电系统(44)及控制回路，其特征在于：控制回路包括A液压泵(36)、B液压泵(37)、C液压泵(38)、动臂缸控制阀组(16)、斗杆缸控制阀组(17)、回转马达控制阀组(18)、铲斗控制阀(20)、回转控制阀(21)、第Ⅰ—第Ⅶ两位两通阀(24～30)、第Ⅰ和第Ⅱ两位三通阀(32、33)、第Ⅰ和第Ⅱ蓄能器(34、35)；动力源与分动箱连接，A电动发电机通过联轴器与分动箱连接，分动箱通过联轴器与A液压泵和B液压泵连接，B电动发电机与C液压泵连接；控制回路与动臂液压缸、斗杆液压缸、铲斗液压缸和回转马达连接；A电动发电机和B电动发电机连接供电系统；所述动臂缸控制阀组、斗杆缸控制阀组及回转马达控制阀组均由A、B、C和D两位两通阀组成，A两位两通阀和D两位两通阀的一个油口均与油箱连接，另一个油口分别与B两位两通阀的一个油口和C两位两通阀的一个油口连通，B两位两通阀的另一个油口与C两位两通阀的另一个油口连通，从A、B两位两通阀连接的管路上引出一条油路分别与动臂液压缸的有杆腔、斗杆液压缸的有杆腔及回转马达的第一油口连接，从C、D两位两通阀连接的管路上引出一条油路分别与动臂液压缸的无杆腔、斗杆液压缸的无杆腔及回转马达的第二油口连接；所述的A液压泵的第一工作油口连接第Ⅰ两位三通阀的第一油口，第Ⅰ两位三通阀的第二和第三油口分别连接第Ⅰ蓄能器和油箱；A液压泵的第二工作油口与铲斗控制阀的第一油口、动臂缸控制阀组中B两位两通阀和C两位两通阀连接的管路以及第Ⅲ、第Ⅳ、第Ⅴ两位两通阀的第一油口连接，第Ⅲ两位两通阀的第二油口与斗杆液压缸的有杆腔连通；所述的B液压泵的进油口与油箱连接，其出油口与第Ⅴ两位两通阀的第二油口连接；同时，B液压泵的出油口与斗杆缸控制阀组和回转马达控制阀组中B两位两通阀和C两位两通阀连接的管路连接，还与第Ⅵ两位两通阀的第一油口相连；所述的C液压泵的第一工作油口连接第Ⅱ两位三通阀的第一油口，第Ⅱ两位三通阀的第二和第三油口分别连接第Ⅱ蓄能器和油箱；C液压泵的第二工作油口与第Ⅳ两位两通阀和第Ⅵ两位两通阀的第二油口相连，还与第Ⅰ两位两通阀、第Ⅱ两位两通阀的第二油口以及回转控制阀的第一油口相连；同时，C液压泵的第二工作油口通过第Ⅶ两位两通阀与第Ⅱ蓄能器连接；第Ⅰ两位两通阀和第Ⅱ两位两通阀的第一油口分别与动臂液压缸和斗杆液压缸的有杆腔连通；所述回转控制阀的第二和第三油口分别与回转马达的两个油口连接；所述铲斗控制阀的第二油口连接油箱，第三和第四油口分别与铲斗液压缸的有杆腔和无杆腔连接。...

【技术特征摘要】
1.混合动力液压挖掘机主被动复合控制系统，包括动臂液压缸(I)、斗杆液压缸(2)、铲斗液压缸(3)、回转马达(4)、动力源(5)、联轴器(6)、分动箱(11)、A电动发电机(13)、B电动发电机(14)、供电系统(44)及控制回路，其特征在于:控制回路包括A液压泵(36)、B液压泵(37)、C液压泵(38)、动臂缸控制阀组(16)、斗杆缸控制阀组(17)、回转马达控制阀组(18)、铲斗控制阀(20)、回转控制阀(21)、第I 一第VII两位两通阀(24?30)、第I和第II两位三通阀(32、33)、第I和第II蓄能器(34、35);动力源与分动箱连接，A电动发电机通过联轴器与分动箱连接，分动箱通过联轴器与A液压泵和B液压泵连接，B电动发电机与C液压泵连接；控制回路与动臂液压缸、斗杆液压缸、铲斗液压缸和回转马达连接；Α电动发电机和B电动发电机连接供电系统； 所述动臂缸控制阀组、斗杆缸控制阀组及回转马达控制阀组均由A、B、C和D两位两通阀组成，A两位两通阀和D两位两通阀的一个油口均与油箱连接，另一个油口分别与B两位两通阀的一个油口和C两位两通阀的一个油口连通，B两位两通阀的另一个油口与C两位两通阀的另一个油口连通，从A、B两位两通阀连接的管路上引出一条油路分别与动臂液压缸的有杆腔、斗杆液压缸的有杆腔及回转马达的第一油口连接，从C、D两位两通阀连接的管路上引出一条油路分别与动臂液压缸的无杆腔、斗杆液压缸的无杆腔及回转马达的第二油口连接； 所述的A液压泵的第一工作油口连接第I两位三通阀的第一油口，第I两位三通阀的第二和第三油口分别连接第I蓄能器和油箱;A液压泵的第二工作油口与铲斗控制阀的第一油口、动臂缸控制阀组中B两位两通阀和C两位两通阀连接的管路以及第II1、第IV、第V两位两通阀的第一油口连接，第III两...

【专利技术属性】
技术研发人员：权龙，郝惠敏，熊晓燕，程珩，韩晓红，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14