一种挖掘机能量再生系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开的一种挖掘机能量再生系统及控制方法。所述系统包括：挖掘机原液压系统、电液比例方向阀、液压蓄能器、铲斗液压缸、斗杆液压缸、动臂液压缸、回转马达、电比例手柄、信号处理装置、控制器和压力传感器。本发明专利技术将8个电液比例方向阀安装在挖掘机上并与原液压系统并联，控制器根据各个压力传感器采集的电比例手柄的操作信号和原液压系统的工况信号对系统中各电液比例方向阀的阀门开度进行调控，能够对挖掘机转台回转制动动能和动臂下降势能进行回收，可提高能量利用效率；本发明专利技术能够调节系统压力动态，增加能量回收与流量再生工作模式下的系统稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种挖掘机能量再生系统及控制方法
本专利技术涉及液压挖掘机节能控制
，特别是涉及一种挖掘机能量再生系统及控制方法。
技术介绍
液压挖掘机具有高能耗、高排放的特点，主要表现在多路阀存在很大节流损失、系统泄漏损失、溢流损失、动臂下降时存在的重力势能损失及转台制动时的动能损失，其中动臂下降势能与转台制动动能可通过一定方法进行回收与再利用。现有挖掘机能量节能技术，主要依托于液压挖掘机能量回收技术与流量再生技术，而现有挖掘机能量节能技术中能量回收技术主要是只针对单一液压执行器(动臂液压缸/回转马达)进行动势能回收；现有流量再生技术因仅加装了液控式的再生单项阀，不能不进行主动流量控制而引发了系统稳定性变差的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种挖掘机能量再生系统及控制方法，以解决现有挖掘机能耗高与稳定性差的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种挖掘机能量再生系统，包括：能量再生回路和挖掘机原液压系统；所述能量再生回路包括电液比例方向阀、液压蓄能器、铲斗液压缸、斗杆液压缸、动臂液压缸、回转马达、挖掘机原液压系统、电比例手柄、信号处理装置、控制器和压力传感器；所述电液比例方向阀包括：第一电液比例方向阀、第二电液比例方向阀、第三电液比例方向阀、第四电液比例方向阀、第五电液比例方向阀、第六电液比例方向阀、第七电液比例方向阀、第八电液比例方向阀；所述第一电液比例方向阀的一端、所述第二电液比例方向阀的一端、所述第三电液比例方向阀的一端、所述第四电液比例方向阀的一端、所述第五电液比例方向阀的一端、所述第六电液比例方向阀的一端、所述第七电液比例方向阀的一端及所述第八电液比例方向阀的一端均通过液压管路相连通；所述第一电液比例方向阀的另一端与所述动臂液压缸的无杆腔连接；所述第二电液比例方向阀的另一端与所述回转马达的上侧油腔连接；所述第三电液比例方向阀的另一端与所述回转马达的下侧油腔连接；所述第四电液比例方向阀的另一端与所述液压蓄能器连接；所述第五电液比例方向阀的另一端与所述斗杆液压缸的有杆腔连接；所述第六电液比例方向阀的另一端与所述斗杆液压缸的无杆腔连接；所述第七电液比例方向阀的另一端与所述铲斗液压缸的有杆腔连接；所述第八电液比例方向阀的另一端与所述铲斗液压缸的无杆腔连接；所述动臂液压缸、所述回转马达、所述斗杆液压缸和所述铲斗液压缸均与所述挖掘机原液压系统连接；所述压力传感器和所述挖掘机原液压系统均与所述信号处理装置连接；所述信号处理装置、所述电液比例方向阀、所述电比例手柄和所述挖掘机原液压系统均与所述控制器连接；所述压力传感器分别与所述动臂液压缸、所述回转马达、所述斗杆液压缸、所述铲斗液压缸和所述液压蓄能器相连接；所述压力传感器用于采集所述动臂液压缸、所述回转马达、所述斗杆液压缸、所述铲斗液压缸和所述液压蓄能器的压力信息，并将所述压力信息通过所述信号处理装置传送到所述控制器；所述控制器根据所述压力信息、所述电比例手柄的操作信号和所述原液压系统的工况信号对所述挖掘机原液压系统和所述电液比例方向阀的阀门开度进行调控，对挖掘机的能量进行回收与流量再生。可选的，所述压力传感器具体包括：第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、第五压力传感器、第六压力传感器、第七压力传感器、第八压力传感器、第九压力传感器和第十压力传感器；所述第一压力传感器与所述铲斗液压缸的有杆腔连接；所述第二压力传感器与所述铲斗液压缸的无杆腔连接；所述第三压力传感器与所述斗杆液压缸的有杆腔连接；所述第四压力传感器与所述斗杆液压缸的无杆腔连接；所述第五压力传感器与所述动臂液压缸的有杆腔连接；所述第六压力传感器与所述动臂液压缸的无杆腔连接；所述第七压力传感器与所述回转马达的下侧油腔连接；所述第八压力传感器与所述回转马达的上侧油腔连接；所述第九压力传感器与所述第一电液比例方向阀的一端连接；所述第十压力传感器与所述液压蓄能器连接。可选的，所述挖掘机原液压系统包括：转速传感器、电控变量泵、原动机、铲斗联电液比例阀、斗杆联电液比例阀、动臂联电液比例阀和回转联电液比例阀；所述原动机与所述电控变量泵通过联轴器机械连接；所述转速传感器采集所述电控变量泵的转速信息，发送到所述信号处理装置；所述电控变量泵、所述铲斗联电液比例阀、所述斗杆联电液比例阀、所述动臂联电液比例阀和所述回转联电液比例阀均与所述控制器电信号连接；所述铲斗联电液比例阀、所述斗杆联电液比例阀、所述动臂联电液比例阀和所述回转联电液比例阀均与所述电控变量泵通过液压管路连接；所述铲斗联电液比例阀与所述铲斗液压缸连接；所述斗杆联电液比例阀与所述斗杆液压缸连接；所述动臂联电液比例阀与所述动臂液压缸连接；所述回转联电液比例阀与所述回转马达连接。可选的，所述挖掘机原液压系统还包括：第一安全吸油阀、第二安全吸油阀、第三安全吸油阀、第四安全吸油阀、第五安全吸油阀、第六安全吸油阀、第七安全吸油阀、第八安全吸油阀；所述第一安全吸油阀与所述回转马达的下侧油腔连接；所述第二安全吸油阀与所述回转马达的上侧油腔连接；所述第三安全吸油阀与所述动臂液压缸的有杆腔连接；所述第四安全吸油阀与所述动臂液压缸的无杆腔连接；所述第五安全吸油阀与所述斗杆液压缸的有杆腔连接；所述第六安全吸油阀与所述斗杆液压缸的无杆腔连接；所述第七安全吸油阀与所述铲斗液压缸的有杆腔连接；所述第八安全吸油阀与所述铲斗液压缸的无杆腔连接。一种挖掘机能量再生控制方法，所述挖掘机能量回收与再生方法包括：获取电比例手柄的操作信号和原液压系统的工况信号；根据电比例手柄的操作信号和原液压系统的工况信号确定回转马达、动臂液压缸、斗杆液压缸、铲斗液压缸和液压蓄能器的当前工作状态；所述操作信号包括回转联电液比例阀的电操作信号、动臂联电液比例阀的电操作信号、斗杆联电液比例阀的电操作信号、铲斗联电液比例阀的电操作信号；所述工况信号包括回转马达进出口工作油腔的压力信号、动臂液压缸大小工作油腔的压力信号、斗杆液压缸大小油腔的压力信号、铲斗液压缸大小油腔的压力信号、第一电液比例方向阀左侧工作容腔的压力信号、液压蓄能器内的压力信号和电控变量泵的转速信号；所述当前工作状态包括动臂液压缸单独作动、回转马达单独作动、斗杆液压缸单独动作、铲斗液压缸单独动作，及动臂液压缸、回转马达、斗杆液压缸和铲斗液压缸的复合动作，液压蓄能器的充能状态；根据所述当前工作状态对挖掘机的能量进行回收，并存储回收后的能量；所述回收后的能量包括动臂下降势能和转台制动动能所产生的液压流量；将所述回收后的能量传输至待需求液压执行器；所述待需求液压执行器包括动臂液压缸、回转马达、斗杆液压缸和铲斗液压缸。可选的，所述根据所述当前工作状态对挖掘机的能量进行回收，并存储回收后的能量，具体包括：当动臂液压缸单独作动时，挖掘机动臂单独下降，所述动臂液压缸产生所述下降势能液压流量，控制器通过调控第一电液比例方向阀和第四电液比例方向阀，将所述下降势能液压流量回收至液压蓄能器中；当回转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种挖掘机能量再生系统，其特征在于，包括：能量再生回路和挖掘机原液压系统；/n所述能量再生回路包括电液比例方向阀、液压蓄能器、铲斗液压缸、斗杆液压缸、动臂液压缸、回转马达、电比例手柄、信号处理装置、控制器和压力传感器；/n所述电液比例方向阀包括：第一电液比例方向阀、第二电液比例方向阀、第三电液比例方向阀、第四电液比例方向阀、第五电液比例方向阀、第六电液比例方向阀、第七电液比例方向阀、第八电液比例方向阀；所述第一电液比例方向阀的一端、所述第二电液比例方向阀的一端、所述第三电液比例方向阀的一端、所述第四电液比例方向阀的一端、所述第五电液比例方向阀的一端、所述第六电液比例方向阀的一端、所述第七电液比例方向阀的一端及所述第八电液比例方向阀的一端均通过液压管路相连通；/n所述第一电液比例方向阀的另一端与所述动臂液压缸的无杆腔连接；所述第二电液比例方向阀的另一端与所述回转马达的上侧油腔连接；所述第三电液比例方向阀的另一端与所述回转马达的下侧油腔连接；所述第四电液比例方向阀的另一端与所述液压蓄能器连接；所述第五电液比例方向阀的另一端与所述斗杆液压缸的有杆腔连接；所述第六电液比例方向阀的另一端与所述斗杆液压缸的无杆腔连接；所述第七电液比例方向阀的另一端与所述铲斗液压缸的有杆腔连接；所述第八电液比例方向阀的另一端与所述铲斗液压缸的无杆腔连接；/n所述动臂液压缸、所述回转马达、所述斗杆液压缸和所述铲斗液压缸均与所述挖掘机原液压系统连接；/n所述压力传感器和所述挖掘机原液压系统均与所述信号处理装置连接；所述信号处理装置、所述电液比例方向阀、所述电比例手柄和所述挖掘机原液压系统均与所述控制器连接；所述压力传感器分别与所述动臂液压缸、所述回转马达、所述斗杆液压缸、所述铲斗液压缸和所述液压蓄能器相连接；所述压力传感器用于采集所述动臂液压缸、所述回转马达、所述斗杆液压缸、所述铲斗液压缸和所述液压蓄能器的压力信息，并将所述压力信息通过所述信号处理装置传送到所述控制器；/n所述控制器根据所述压力信息、所述电比例手柄的操作信号和所述原液压系统的工况信号对所述挖掘机原液压系统和所述电液比例方向阀的阀门开度进行调控，对挖掘机的能量进行回收与流量再生。/n...

【技术特征摘要】
1.一种挖掘机能量再生系统，其特征在于，包括：能量再生回路和挖掘机原液压系统；
所述能量再生回路包括电液比例方向阀、液压蓄能器、铲斗液压缸、斗杆液压缸、动臂液压缸、回转马达、电比例手柄、信号处理装置、控制器和压力传感器；
所述电液比例方向阀包括：第一电液比例方向阀、第二电液比例方向阀、第三电液比例方向阀、第四电液比例方向阀、第五电液比例方向阀、第六电液比例方向阀、第七电液比例方向阀、第八电液比例方向阀；所述第一电液比例方向阀的一端、所述第二电液比例方向阀的一端、所述第三电液比例方向阀的一端、所述第四电液比例方向阀的一端、所述第五电液比例方向阀的一端、所述第六电液比例方向阀的一端、所述第七电液比例方向阀的一端及所述第八电液比例方向阀的一端均通过液压管路相连通；
所述第一电液比例方向阀的另一端与所述动臂液压缸的无杆腔连接；所述第二电液比例方向阀的另一端与所述回转马达的上侧油腔连接；所述第三电液比例方向阀的另一端与所述回转马达的下侧油腔连接；所述第四电液比例方向阀的另一端与所述液压蓄能器连接；所述第五电液比例方向阀的另一端与所述斗杆液压缸的有杆腔连接；所述第六电液比例方向阀的另一端与所述斗杆液压缸的无杆腔连接；所述第七电液比例方向阀的另一端与所述铲斗液压缸的有杆腔连接；所述第八电液比例方向阀的另一端与所述铲斗液压缸的无杆腔连接；
所述动臂液压缸、所述回转马达、所述斗杆液压缸和所述铲斗液压缸均与所述挖掘机原液压系统连接；
所述压力传感器和所述挖掘机原液压系统均与所述信号处理装置连接；所述信号处理装置、所述电液比例方向阀、所述电比例手柄和所述挖掘机原液压系统均与所述控制器连接；所述压力传感器分别与所述动臂液压缸、所述回转马达、所述斗杆液压缸、所述铲斗液压缸和所述液压蓄能器相连接；所述压力传感器用于采集所述动臂液压缸、所述回转马达、所述斗杆液压缸、所述铲斗液压缸和所述液压蓄能器的压力信息，并将所述压力信息通过所述信号处理装置传送到所述控制器；
所述控制器根据所述压力信息、所述电比例手柄的操作信号和所述原液压系统的工况信号对所述挖掘机原液压系统和所述电液比例方向阀的阀门开度进行调控，对挖掘机的能量进行回收与流量再生。


2.根据权利要求1所述的一种挖掘机能量再生系统，其特征在于，所述压力传感器具体包括：第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器、第五压力传感器、第六压力传感器、第七压力传感器、第八压力传感器、第九压力传感器和第十压力传感器；所述第一压力传感器与所述铲斗液压缸的有杆腔连接；所述第二压力传感器与所述铲斗液压缸的无杆腔连接；所述第三压力传感器与所述斗杆液压缸的有杆腔连接；所述第四压力传感器与所述斗杆液压缸的无杆腔连接；所述第五压力传感器与所述动臂液压缸的有杆腔连接；所述第六压力传感器与所述动臂液压缸的无杆腔连接；所述第七压力传感器与所述回转马达的下侧油腔连接；所述第八压力传感器与所述回转马达的上侧油腔连接；所述第九压力传感器与所述第一电液比例方向阀的一端连接；所述第十压力传感器与所述液压蓄能器连接。


3.根据权利要求1所述的一种挖掘机能量再生系统，其特征在于，所述挖掘机原液压系统包括：转速传感器、电控变量泵、原动机、铲斗联电液比例阀、斗杆联电液比例阀、动臂联电液比例阀和回转联电液比例阀；
所述原动机与所述电控变量泵通过联轴器机械连接；所述转速传感器采集所述电控变量泵的转速信息，发送到所述信号处理装置；所述电控变量泵、所述铲斗联电液比例阀、所述斗杆联电液比例阀、所述动臂联电液比例阀和所述回转联电液比例阀均与所述控制器电信号连接；
所述铲斗联电液比例阀、所述斗杆联电液比例阀、所述动臂联电液比例阀和所述回转联电液比例阀均与所述电控变量泵通过液压管路连接；所述铲斗联电液比例阀与所述铲斗液压缸连接；所述斗杆联电液比例阀与所述斗杆液压缸连接；所述动臂联电液比例阀与所述动臂液压缸连接；所述回转联电液比例阀与所述回转马达连接。


4.根据权利要求3所述的一种挖掘机能量再生系统，其特征在于，所述挖掘机原液压系统还包括：第一安全吸油阀、第二安全吸油阀、第三安全吸油阀、第四安全吸油阀、第五安全吸油阀、第六安全吸油阀、第七安全吸油阀、第八安全吸油阀；
所述第一安全吸油阀与所述回转马达的下侧油腔连接；所述第二安全吸油阀与所述回转马达的上侧油腔连接；所述第三安全吸油阀与所述动臂液压缸的有杆腔连接；所述第四安全吸油阀与所述动臂液压缸的无杆腔连接；所述第五安全吸油阀与所述斗杆液压缸的有杆腔连接；所述第六安全吸油阀与所述斗杆液压缸的无杆腔连接；所述第七安全吸油阀与所述铲斗液压缸的有杆腔连接；所述第八安全吸油阀与所述铲斗液压缸的无杆腔连接。


5.一种挖掘机能量再生控制方法，所述挖掘机能量回收与再生方法基于权利要求1-4任意一项所述的一种挖掘机能量再生系统，其特征在于，所述挖掘机能量回收与再生方法包括：
获取电比例手柄的操作信号和原液压系统的工况信号；
根据电比例手柄的操作信号和原液压系统的工况信号确定回转马达、动臂液压缸、斗杆液压缸、铲斗液压缸和液压蓄能器的当前工作状态；所述操作信号包括回转联电液比例阀的电操作信号、动臂联电液比例阀的电操作信号、斗杆联电液比例阀的电操作信号、铲斗联电液比例阀的电操作信号；所述工况信号包括由压力传感器采集的回转马达进出口工作油腔的压力信号、动臂液压缸大小工作油腔的压力信号、斗杆液压缸大小油腔的压力信号、铲斗液压缸大小油腔的压力信号、第一电液比例方向阀左侧工作容腔的压力信号、液压蓄能器内的压力信号和电控变量泵的转速信号；所述当前工作状态包括动臂液压缸单独作动、回转马达单独作动、斗杆液压缸单独动作、铲斗液压缸单独动作，及动臂液压缸、回转马达、斗杆液压缸和铲斗液压缸的复合动作，液压蓄能器的充能状态；
根据所述当前工作状态对挖掘机的能量进行回收，并存储回收后的能量；所述回收后的能量包括动臂下降势能和转台制动动能所产生的液压流量；
将所述回收后的能量传输至待需求液压执行器；所述待需求液压执行器包括动臂液压缸、回转马达、斗杆液压缸和铲斗液压缸。


6.根据权利要求5所述的一种挖掘机能量再生控制方法，其特征在于，所述根据所述当前工作状态对挖掘机的能量进行回收，并存储回收后的能量，具体包括：
当动臂液压缸单独作动时，挖掘机动臂单独下降，所述动臂液压缸产生所述下降势能液压流量，控制器通过调控第一电液比例方向阀和第四电液比例方向阀，将所述下降势能液压流量回收至液压蓄能器中；
当回转马达单独作动时，挖掘机转台单独回转制动且回转马达的上侧工作腔为高压腔，所述回转马达产生所述制动动能液压流量，所述控制器调控第二电液比例方向阀和所述第四电液比例方向阀，将所述制动动能液压流量回收至所述液压蓄能器中；
当回转马达单独作动时，挖掘机转台单独回转制动且回转马达的下侧工作腔为高压腔，所述回转马达产生所述制动动能液压流量，所述控制器调控第三电液比例方向阀和所述第四电液比例方向阀，将所述制动动能液压流量回收至所...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁晓明，付文博，孟昭亮，张立杰，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13