工程机械混联动力系统技术方案

本发明专利技术涉及一种工程机械混联动力系统，包括行走机构动力系统和工作装置动力系统两部分，两个系统之间通过分动箱与离合器进行连接。其中，行走机构动力系统为并联式油液混合动力系统；工作装置动力系统为串联式油电液混合动力系统。通过控制发电机离合器、液压行走驱动离合器和发动机离合器的连接与断开，可实现并联动力与串联动力模式的切换，并且能够通过液压蓄能器和动力电池对工作装置制动能量和行走机构制动能量进行回收再利用。该混联动力系统不仅能够充分发挥并联系统与串联系统的优势，而且还通过液压储能和电池储能相结合，提高了工作装置的能量回收效率。有效降低整机燃油消耗。

Mixed power system of construction machinery

The invention relates to a mechanical hybrid power system, including two parts of walking mechanism of power system and working device of power system, between the two systems are connected through the transfer case and clutch. The power system of the walking mechanism is a parallel oil hydraulic hybrid power system, and the power system of the working device is a series of hybrid system of oil, electricity and liquid. By controlling the generator, hydraulic driving clutch clutch and engine clutch connecting and disconnecting switch can be realized, and the dynamic model of parallel power series, and can through the hydraulic accumulator and the power battery of the working device of braking energy and walking mechanism of braking energy recycling. The hybrid power system not only gives full play to the advantages of the parallel system and series system, but also improves the energy recovery efficiency of the working device through the combination of hydraulic energy storage and battery energy storage. Effectively reduce the fuel consumption of the engine.

【技术实现步骤摘要】
工程机械混联动力系统
本专利技术属于工程机械领域，具体涉及一种工程机械混联动力系统。
技术介绍
当下石油资源的日益紧缺，电能独立驱动技术的尚未成熟。油液混合动力技术成为最具推广前景的车辆节能技术，特别是在工程机械领域其节能技术愈加显著。传统工程机械通常采用柴油机进行驱动。由于其工况复杂多变，需要在行驶工况和作业工况之间频繁切换，并且具有较高功率要求。因此，发动机难以保证长时间工作在低油耗区。并且对重载下的工程机械频繁地进行启制动操作，存在着严重的能源损耗。近几年来，为了提高能源利用率，混合动力系统逐渐在工程机械领域得到推广。混合动力系统从结构上来分有串联、并联和混联三种形式，从能源类型上来分，有油液混合和油电混合两种。油电混合动力中，由于电池功率密度小，难以实现较大电流的快速充放，且能量回收量不高，电源系统效率较低；而在油液混合动力中，通常采用蓄能器作为储能装置，虽然其功率密度高，但能量密度较小，不适于持续性驱动。因此，为了进一步提高工程机械节能效率，有必要设计一种工程机械混联动力系统。充分发挥串并联与油电液混合动力系统的优势，有效回收和释放能量，降低发动机油耗，提高工程机械制动装置寿命。
技术实现思路
本专利技术提供一种油电液相结合的工程机械混联动力系统，使工程机械在工作状态和行走状态都能实现混合驱动和能量回收，达到较为理想的节能效果。本专利技术提出的工程机械混联动力系统，包括行走机构动力系统和工作装置动力系统，其中：行走机构动力系统由行走驱动低压蓄能器1、行走驱动高压蓄能器2、发动机3、右驱动轮13、主减速器14、左驱动轮15、主分动箱16、液压行走驱动离合器17、行走驱动泵/马达18、发动机离合器19和副分动箱20组成；发动机3通过副分动箱20与发动机离合器19机械连接，发动机离合器19与主分动箱16机械连接，主分动箱16与主减速器14机械连接，主减速器14分别与右驱动轮13和左驱动轮15机械连接，行走驱动泵/马达18的进油口通过液压管道连接行走驱动低压蓄能器1，出油口通过液压管道连接行走驱动高压蓄能器2；行走驱动泵/马达18通过液压行走驱动离合器17与主分动箱16机械连接；工作装置动力系统由发电机离合器4、发电机5、动力电池6、电机控制器7、电机8、工作装置泵/马达9、工作装置低压蓄能器10、工作装置高压蓄能器11和工作装置12组成，发电机5通过发电机离合器4与副分动箱20机械连接，发电机5、动力电池6、电机8和电机控制器7依次采用电气连接，动力电池6和电机控制器7采用电气连接，使电机控制器7可对动力电池6的开关和电机8的运行状态进行控制（包括转向、转速、运行时间等参数的调节）；电机8与工作装置泵/马达9之间通过机械连接；工作装置泵/马达9的进油口通过液压管道连接工作装置低压蓄能器10一端，出油口连接工作装置高压蓄能器11一端，工作装置两端分别连接工作装置低压蓄能器10另一端和工作装置高压蓄能器11另一端。本专利技术中，行走机构动力系统为并联式油液混合动力系统，工作装置动力系统为串联式油电液混合动力系统；并联式油液混合动力系统的功率流有两条，第一条功率流为：发动机3依次将动力传送给副分动箱20、主分动箱16、主减速器14、右驱动轮13和左驱动轮15，此过程与传统车辆驱动一致，完全依靠燃油供能；第二条功率流为：行走驱动高压蓄能器2的液压能经行走驱动泵/马达18转变为机械能，驱动泵/马达18将机械能依次传送给主分动箱16、主减速器14、右驱动轮13和左驱动轮15，行走驱动高压蓄能器内的液压能经过液压泵/马达转变为机械能，为工程机械行走机构提供驱动力，并且这个过程是可逆的；在制动时，车辆动能经过行走驱动泵/马达18转化为液压能储存在行走驱动高压蓄能器2内；第一条功率流和第二条功率流通过主分动箱16汇合，可根据不同工况需求，协同或单独驱动工程机械运动；串联式混合动力系统为油电液混合模式，为工程机械的工装置提供驱动力，其功率流为：动力电池6依次将能量提供给电机8、工作装置泵/马达9和工作装置12；当驱动功率不足时，工作装置高压蓄能器11辅助供能；该过程同样可逆向进行；即在工作装置12处于卸载或制动状态时，外负载机械能经过工作装置转化为液压能储存在工作装置高压蓄能器11内，以及转化为电能储存在动力电池6内;当工程机械的发动机功率有富余时，发电机离合器4连接，发动机3带动发电机8转动，为动力电池6进行充电。本专利技术中，所述电机控制器7采用ARM单片机。本专利技术中，所述工作装置12可根据实际工况选用液压马达或液压缸。本专利技术中，所述工作装置泵/马达9、行走驱动泵/马达18均为双作用泵/马达。本专利技术中，所述电机8为电动机/发电机双向电机。相比现有的工程机械混合动力系统，本专利技术更加具有节能优势，具体体现在以下几个方面：1）行走机构动力系统与工作装置动力系统均为混合动力系统，能够回收工程机械在工作和行走过程中的制动能量；2）行走机构动力系统为并联式油液混合动力。高压蓄能器吸收的车辆制动动能可以作为下一次车辆启动和加速的辅助动力，使之快速加速。避免车辆在低速运行时，发动机长期处于高油耗状态；3）工作装置动力系统为串联式油电液混合动力。具有液压蓄能器和动力电池两个动力源，可以提高输出功率，且两者都可以回收和储存工作装置制动产生的能量，两者结合能够充分发挥液压驱动和电力驱动的优势；4）车辆高速运行过程中，发动机富余功率可通过分动箱给动力电池充电和蓄能器充液，使发动机功率得到充分利用。附图说明图1本专利技术结构示意图；图2纯发动机行走驱动功率流；图3油液混合行走驱动功率流；图4电液混合工作装置驱动功率流；图5发动机充液功率流；图6发动机充电功率流；图7行走制动能量回收功率流；图8工作装置制动能量回收功率流；图中标号：１为行走驱动低压蓄能器、２为行走驱动高压蓄能器、３为发动机、４为发电机离合器、５为发电机、６为动力电池、７为电机控制器、８为电机、９为工作装置泵/马达、10为工作装置低压蓄能器、11为工作装置高压蓄能器、12为工作装置、13为右驱动轮、14为主减速器、15为左驱动轮、16为主分动箱、17为液压行走驱动离合器、18为行走驱动泵/马达、19为发动机离合器、20为副分动箱。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术提供的工程机械混联动力系统的结构示意图进行详细说明。实施例１：如图1所示，工程机械混联动力系统包括行走机构动力系统和工作装置动力系统，行走机构动力系统由行走驱动低压蓄能器1、行走驱动高压蓄能器2、发动机3、右驱动轮13、主减速器14、左驱动轮15、主分动箱16、液压行走驱动离合器17、行走驱动泵/马达18、发动机离合器19和副分动箱20组成；工作装置动力系统由发电机离合器4、发电机5、动力电池6、电机控制器7、电机8、工作装置泵/马达9、工作装置低压蓄能器10、工作装置高压蓄能器11和工作装置12组成。发动机3一方面通过副分动箱20和发电机离合器4实现与发电机5的机械连接。发电机5、动力电池6、电机8和电机控制器7之间采用电气连接，电机控制器7可对动力电池6的开关和电机8的运行状态进行控制（包括转向、转速、运行时间等参数的调节）。电机8与工作装置泵/马达9之间通过机械连接。工作装置泵/马达9的进出油口通过液压管道分别与工作装本文档来自技高网...

【技术保护点】
工程机械混联动力系统，包括行走机构动力系统和工作装置动力系统，其特征在于：行走机构动力系统由行走驱动低压蓄能器(1)、行走驱动高压蓄能器(2)、发动机(3)、右驱动轮(13)、主减速器(14)、左驱动轮(15)、主分动箱(16)、液压行走驱动离合器(17)、行走驱动泵/马达(18)、发动机离合器(19)和副分动箱(20)组成；发动机(3)通过副分动箱(20)与发动机离合器(19)机械连接，发动机离合器(19)与主分动箱(16)机械连接，主分动箱(16)与主减速器(14)机械连接，主减速器(14)分别与右驱动轮(13)和左驱动轮(15)机械连接，行走驱动泵/马达(18)的进油口通过液压管道连接行走驱动低压蓄能器(1)，出油口通过液压管道连接行走驱动高压蓄能器(2)；行走驱动泵/马达(18)通过液压行走驱动离合器(17)与主分动箱(16)机械连接；工作装置动力系统由发电机离合器(4)、发电机(5)、动力电池(6)、电机控制器(7)、电机(8)、工作装置泵/马达(9)、工作装置低压蓄能器(10)、工作装置高压蓄能器(11)和工作装置(12)组成；发电机(5)通过发电机离合器(4)与副分动箱(20)机械连接，发电机(5)、动力电池(6)、电机(8)和电机控制器(7)依次采用电气连接，动力电池(6)和电机控制器(7)采用电气连接，使电机控制器(7)可对动力电池(6)的开关和电机(8)的运行状态进行控制；电机(8)与工作装置泵/马达(9)之间通过机械连接；工作装置泵/马达(9)的进油口通过液压管道连接工作装置低压蓄能器(10)一端，出油口连接工作装置高压蓄能器(11)一端，工作装置两端分别连接工作装置低压蓄能器(10)另一端和工作装置高压蓄能器(11)另一端。...

【技术特征摘要】
1.工程机械混联动力系统，包括行走机构动力系统和工作装置动力系统，其特征在于：行走机构动力系统由行走驱动低压蓄能器(1)、行走驱动高压蓄能器(2)、发动机(3)、右驱动轮(13)、主减速器(14)、左驱动轮(15)、主分动箱(16)、液压行走驱动离合器(17)、行走驱动泵/马达(18)、发动机离合器(19)和副分动箱(20)组成；发动机(3)通过副分动箱(20)与发动机离合器(19)机械连接，发动机离合器(19)与主分动箱(16)机械连接，主分动箱(16)与主减速器(14)机械连接，主减速器(14)分别与右驱动轮(13)和左驱动轮(15)机械连接，行走驱动泵/马达(18)的进油口通过液压管道连接行走驱动低压蓄能器(1)，出油口通过液压管道连接行走驱动高压蓄能器(2)；行走驱动泵/马达(18)通过液压行走驱动离合器(17)与主分动箱(16)机械连接；工作装置动力系统由发电机离合器(4)、发电机(5)、动力电池(6)、电机控制器(7)、电机(8)、工作装置泵/马达(9)、工作装置低压蓄能器(10)、工作装置高压蓄能器(11)和工作装置(12)组成；发电机(5)通过发电机离合器(4)与副分动箱(20)机械连接，发电机(5)、动力电池(6)、电机(8)和电机控制器(7)依次采用电气连接，动力电池(6)和电机控制器(7)采用电气连接，使电机控制器(7)可对动力电池(6)的开关和电机(8)的运行状态进行控制；电机(8)与工作装置泵/马达(9)之间通过机械连接；工作装置泵/马达(9)的进油口通过液压管道连接工作装置低压蓄能器(10)一端，出油口连接工作装置高压蓄能器(11)一端，工作装置两端分别连接工作装置低压蓄能器(10)另一端和工作装置高压蓄能器(11)另一端。2.根据权利要求１所述的工程机械混联动力系统，其特征在于行走机构动力系统为并联式油液混合动力系统，工作装置动力系统为串联式油电液混合动力系统；并联式油液混合动力系...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘广军，周兆程，卞永明，钱鑫，李安虎，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31