一种电驱动非道路移动作业机械驱动与传控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种电驱动非道路移动作业机械驱动与传控系统，涉及工程机械技术领域，包括：第Ⅰ电机驱动器和第Ⅱ电机驱动器分别与行走单元连接，电液控制系统与回转单元和直线执行器系统连接，电液控制系统与第Ⅰ电机驱动器和第Ⅱ电机驱动器两端同轴连接，第Ⅲ电机驱动器和回转单元并联连接于回转体，控制器分别与第Ⅰ电机驱动器、第Ⅱ电机驱动器、第Ⅲ电机驱动器、电液控制系统和直线执行器系统连接。本发明专利技术既可高效驱动非道路移动作业机械行走、实现回收利用机器制动动能和作业机构重力势能的驱动与传动控制，又能消除作业机构的节流损失，降低机器的装机功率和峰值功率，实现非道路移动机械的节能与减碳。路移动机械的节能与减碳。路移动机械的节能与减碳。

【技术实现步骤摘要】
一种电驱动非道路移动作业机械驱动与传控系统


[0001]本专利技术涉及工程机械
，特别是涉及一种电驱动非道路移动作业机械行走驱动与作业机构的动力分配与控制系统。

技术介绍

[0002]随着化石能源的日益枯竭，温室气体效应的不断加剧，环境保护、节能减碳成为各行各业的重点，高耗能非道路移动作业机械节能减排也成为体现机器竞争力最重要的评价指标。非道路移动作业机械主要有轮式装载机、叉车、轮式挖掘机、集装箱吊、重卡等，保有量巨大，普遍采用柴油发动机作为动力源，液压系统分配动力的作业方式，整机能效非常低，因而其碳排放和能耗远超乘用车，是排在汽车之后的燃油消耗和碳排放大户。因此，改进非道路移动机械的驱动与传控系统，提升整机能效，对节能减碳意义重大。
[0003]非道路移动作业机械主要采用发动机提供动力，经液力耦合器，通过减速器将动力分配给行走系统和作业系统。工作过程中，液力耦合器常处于非高效工作点造成较大的能耗，整机频繁的起制动造成非常大的动能损失，机器行走系统能效较低；机器的作业机构普遍采用液压泵供能，多路阀分配动力到各液压缸的作业方式，多路阀阀口节流损失、大质量的工作机构驱动外负载高频次升降过程中的重力势能损耗，使得作业机构的能量损耗也非常严重，行走和作业过程大的能耗也使得整机的能效非常低。
[0004]降低行走系统的能耗，目前采用的主要方式是采用高效的无极变速传动替代现有的液力耦合器和减速器，提高传动系统的能效，另一种方式是采用混合动力、或电驱动方式替代内燃机提高动力源的能效。如公开号为CN113306388A的中国专利公开了双电机电液混合驱动的系统，采用主电机经过行星减速器减速后再经过变速箱直接驱动行走机构，另一台电动机驱动液压泵为液压马达提供动力，液压马经控制阀后经过减速器与主驱动并联一起驱动行走系统。作业中，主电机负责正常的行走驱动，液压马达提供附加的扭矩用于加速启动、爬坡和克服大的外部扭矩，提高了行走驱动能力和起步能力，防止了驱动失效导致的溜坡。该专利采用电动机替代内燃机，提高了整机能效并消除了碳排放，机械无极变速取代液力耦合器提高了传动系统能效，但仍存在缺少对行走制动动能的回收利用，采用集中式的方式提供动能难以适应大型的机器等不足。
[0005]对于作业机构，公开号为CN104831775A的中国专利公开了一种带发动机启停功能的采用主动调压式压力共轨的挖掘机液压系统，在集中动力源恒压供能的液压系统中，通过采用连续变排量的液压变压器实现液压缸的无节流容积控制，这样的系统方案不仅完全消除了控制阀的节流损失，同时还可回收利用工作机构的动势能。方案虽然理论上可行，但因需要将液压泵和液压马达二者集成为一体，还需要连续电子调控排量，受结构的限制，自从上世纪80年代提出以来，世界上至今没有实际可用的液压变压器可供采用，该方案的研究仍然停留在实验室阶段。
[0006]通过分析比较现有非道路行走作业机械的节能减碳方式可知，液压变压器方案虽然理论上可行，但目前无法实现。电机经行星减速器与液压马达并联的行走驱动方案，虽然
去掉了液力耦合器，提高了系统能效，但受耦合方式限制，仍存在较大制动动能量的浪费需要改进。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种电驱动非道路移动作业机械驱动与传控系统，既可高效驱动非道路移动作业机械行走、回收利用机器制动动能和作业机构重力势能，又能消除作业机构的节流损失，通过动势能的高效利用，降低机器的装机功率和峰值功率，实现非道路移动机械的节能与减碳。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0009]本专利技术提供了一种电驱动非道路移动作业机械驱动与传控系统，包括第Ⅰ电机驱动器、第Ⅱ电机驱动器、第Ⅲ电机驱动器、电液控制系统、直线执行器系统、行走单元、回转单元和控制器；所述第Ⅰ电机驱动器和所述第Ⅱ电机驱动器分别与所述行走单元连接，所述回转单元和所述直线执行器系统分别与所述电液控制系统连接，所述电液控制系统与所述第Ⅰ电机驱动器和所述第Ⅱ电机驱动器两端同轴连接，所述第Ⅲ电机驱动器和所述回转单元并联连接于回转体，所述控制器分别与所述第Ⅰ电机驱动器、所述第Ⅱ电机驱动器、所述第Ⅲ电机驱动器、所述电液控制系统和所述直线执行器系统连接。
[0010]优选地，所述第Ⅰ电机驱动器包括第Ⅰ电动/发电机、第Ⅰ逆变器、第Ⅰ储能结构、第ⅠDC/DC转换器、第Ⅰ直流母线、第Ⅰ整流单元和第Ⅰ电源开关；
[0011]所述第Ⅰ电源开关的输入端与电源线连接、所述第Ⅰ电源开关的输出端与所述第Ⅰ整流单元的输入端连接，所述第Ⅰ整流单元的输出端与所述第Ⅰ直流母线连接，所述第ⅠDC/DC转换器的输入端与所述第Ⅰ直流母线连接，所述第ⅠDC/DC转换器的输出端与所述第Ⅰ储能结构连接，所述第Ⅰ逆变器的输入端与所述第Ⅰ直流母线连接，所述第Ⅰ逆变器的输出端与所述第Ⅰ电动/发电机连接；
[0012]所述第Ⅱ电机驱动器包括第Ⅱ电动/发电机、第Ⅱ逆变器、第Ⅱ储能结构、第ⅡDC/DC转换器、第Ⅱ直流母线、第Ⅱ整流单元和第Ⅱ电源开关；
[0013]所述第Ⅱ电源开关的输入端与电源线连接，所述第Ⅱ电源开关的输出端与所述第Ⅱ整流单元的输入端连接，所述第Ⅱ整流单元输的出端与所述第Ⅱ直流母线连接，所述第ⅡDC/DC转换器的输入端与所述第Ⅱ直流母线连接，所述第ⅡDC/DC转换器的输出端与所述第Ⅱ储能结构连接，所述第Ⅱ逆变器的输入端与所述第Ⅱ直流母线连接，所述第Ⅱ逆变器的输出端与第Ⅱ电动/发电机连接；
[0014]所述第Ⅲ电机驱动器包括第Ⅲ电动/发电机、第Ⅲ逆变器、第Ⅲ储能结构、第ⅢDC/DC转换器、第Ⅲ直流母线、第Ⅲ整流单元和第Ⅲ电源开关；
[0015]所述第Ⅲ电源开关的输入端与电源线连接、所述第Ⅲ电源开关的输出端与第Ⅲ整流单元的输入端连接，所述第Ⅲ整流单元的输出端与所述第Ⅲ直流母线连接，所述第ⅢDC/DC转换器的输入端与所述第Ⅲ直流母线连接，所述第ⅢDC/DC转换器的输出端与所述第Ⅲ储能结构连接，所述第Ⅲ逆变器的输入端与所述第Ⅲ直流母线连接，所述第Ⅲ逆变器输出端与所述第Ⅲ电动/发电机连接；
[0016]所述电液控制系统包括前桥行走液压泵/马达、后桥行走液压泵/马达、电动机结构、液压泵结构、溢流阀、压力传感器、蓄能器结构和控制阀；
[0017]所述前桥行走液压泵/马达的输出轴与所述第Ⅱ电动/发电机的输入轴机械连接，所述后桥行走液压泵/马达的输出轴与所述第Ⅰ电动/发电机的输入轴机械连接，所述电动机结构的输出轴与所述液压泵结构机械连接，液压泵出油口通过液压管路分别与前桥行走液压泵/马达进油口、后桥行走液压泵/马达进油口、溢流阀进油口、控制阀进油口以及蓄能器进出油口连接；所述压力传感器进油口连接在所述蓄能器结构与所述溢流阀之间的管路上；
[0018]所述直线执行器系统包括第Ⅰ液压机械缸、第Ⅱ液压机械缸、第Ⅲ液压机械缸、第Ⅳ液压机械缸、第
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液压机械缸、第
Ⅵ
液压机械缸、第Ⅰ控制阀、第Ⅱ控制阀、第Ⅲ控制阀、第Ⅳ控制阀和第
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电驱动非道路移动作业机械驱动与传控系统，其特征在于：包括第Ⅰ电机驱动器、第Ⅱ电机驱动器、第Ⅲ电机驱动器、电液控制系统、直线执行器系统、行走单元、回转单元和控制器；所述第Ⅰ电机驱动器和所述第Ⅱ电机驱动器分别与所述行走单元连接，所述回转单元和所述直线执行器系统分别与所述电液控制系统连接，所述电液控制系统与所述第Ⅰ电机驱动器和所述第Ⅱ电机驱动器两端同轴连接，所述第Ⅲ电机驱动器和所述回转单元并联连接于回转体，所述控制器分别与所述第Ⅰ电机驱动器、所述第Ⅱ电机驱动器、所述第Ⅲ电机驱动器、所述电液控制系统和所述直线执行器系统连接。2.根据权利要求1所述的电驱动非道路移动作业机械驱动与传控系统，其特征在于：所述第Ⅰ电机驱动器包括第Ⅰ电动/发电机、第Ⅰ逆变器、第Ⅰ储能结构、第ⅠDC/DC转换器、第Ⅰ直流母线、第Ⅰ整流单元和第Ⅰ电源开关；所述第Ⅰ电源开关的输入端与电源线连接、所述第Ⅰ电源开关的输出端与所述第Ⅰ整流单元的输入端连接，所述第Ⅰ整流单元的输出端与所述第Ⅰ直流母线连接，所述第ⅠDC/DC转换器的输入端与所述第Ⅰ直流母线连接，所述第ⅠDC/DC转换器的输出端与所述第Ⅰ储能结构连接，所述第Ⅰ逆变器的输入端与所述第Ⅰ直流母线连接，所述第Ⅰ逆变器的输出端与所述第Ⅰ电动/发电机连接；所述第Ⅱ电机驱动器包括第Ⅱ电动/发电机、第Ⅱ逆变器、第Ⅱ储能结构、第ⅡDC/DC转换器、第Ⅱ直流母线、第Ⅱ整流单元和第Ⅱ电源开关；所述第Ⅱ电源开关的输入端与电源线连接，所述第Ⅱ电源开关的输出端与所述第Ⅱ整流单元的输入端连接，所述第Ⅱ整流单元输的出端与所述第Ⅱ直流母线连接，所述第ⅡDC/DC转换器的输入端与所述第Ⅱ直流母线连接，所述第ⅡDC/DC转换器的输出端与所述第Ⅱ储能结构连接，所述第Ⅱ逆变器的输入端与所述第Ⅱ直流母线连接，所述第Ⅱ逆变器的输出端与第Ⅱ电动/发电机连接；所述第Ⅲ电机驱动器包括第Ⅲ电动/发电机、第Ⅲ逆变器、第Ⅲ储能结构、第ⅢDC/DC转换器、第Ⅲ直流母线、第Ⅲ整流单元和第Ⅲ电源开关；所述第Ⅲ电源开关的输入端与电源线连接、所述第Ⅲ电源开关的输出端与第Ⅲ整流单元的输入端连接，所述第Ⅲ整流单元的输出端与所述第Ⅲ直流母线连接，所述第ⅢDC/DC转换器的输入端与所述第Ⅲ直流母线连接，所述第ⅢDC/DC转换器的输出端与所述第Ⅲ储能结构连接，所述第Ⅲ逆变器的输入端与所述第Ⅲ直流母线连接，所述第Ⅲ逆变器输出端与所述第Ⅲ电动/发电机连接；所述电液控制系统包括前桥行走液压泵/马达、后桥行走液压泵/马达、电动机结构、液压泵结构、溢流阀、压力传感器、蓄能器结构和控制阀；所述前桥行走液压泵/马达的输出轴与所述第Ⅱ电动/发电机的输入轴机械连接，所述后桥行走液压泵/马达的输出轴与所述第Ⅰ电动/发电机的输入轴机械连接，所述电动机结构的输出轴与所述液压泵结构机械连接，液压泵出油口通过液压管路分别与前桥行走液压泵/马达进油口、后桥行走液压泵/马达进油口、溢流阀进油口、控制阀进油口以及蓄能器进出油口连接；所述压力传感器进油口连接在所述蓄能器结构与所述溢流阀之间的管路上；所述直线执行器系统包括第Ⅰ液压机械缸、第Ⅱ液压机械缸、第Ⅲ液压机械缸、第Ⅳ液压机械缸、第
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液压机械缸、第
Ⅵ
液压机械缸、第Ⅰ控制阀、第Ⅱ控制阀、第Ⅲ控制阀、第Ⅳ控制阀和第
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控制阀，所述第Ⅰ液压机械缸、所述第Ⅱ液压机械缸、所述第Ⅲ液压机械缸、所述
第Ⅳ液压机械缸、所述第
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液压机械缸和所述第
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液压机械缸均包括液压泵/马达；控制阀出油口分别与第Ⅰ控制阀进油口、第Ⅱ控制阀进油口、第Ⅲ控制阀进油口、第Ⅳ控制阀进油口和第
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控制阀进油口连接；第Ⅰ控制阀出油口分别与所述第Ⅰ液压机械缸的液压泵/马达进油口、所述第Ⅱ液压机械缸的液压泵/马达进油口连接，第Ⅱ控制阀出油口与所述第Ⅲ液压机械缸的液压泵/马达进油口连接，第Ⅲ控制阀出油口与所述第Ⅳ液压机械缸的液压泵/马达进油口连接，第Ⅳ控制阀出油口与所述第
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液压机械缸的液压泵/马达进油口连接，第
Ⅴ
控制阀出油口与所述第
Ⅵ
液压机械缸的液压泵/马达进油口连接；所述回转单元包括回转液压泵/马达、左溢流阀、右溢流阀、左单向阀、右单向阀、回转控制阀和上车回转体；回转控制阀进油口与所述控制阀出油口连接，回转控制阀出油口分别与右溢流阀进油口、右单向阀出油口和回转液压泵/马达进油口连接，回转控制阀进油口分别与回转液压泵/马达出油口、左单向阀出油口和左溢流阀进油口连接；所述回转液压泵/马达的输出轴和所述第Ⅲ电动/发电机的输出轴与所述上车回转体并联连接；所述控制器的输出端分别与所述第Ⅰ逆变器的控制端、所述第Ⅱ逆变器的控制端、所述第Ⅲ逆变器的控制端、所述控制阀的控制端、所述直线执行器系统中的所述第Ⅰ控制阀、所述第Ⅱ控制阀、所述第Ⅲ控制阀、所述第Ⅳ控制阀、所述第
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控制阀、所述回转控制阀的控制端、所述压力传感器的输出端电气连接。3.根据权利要求2所述的电驱动非道路移动...

【专利技术属性】
技术研发人员：权龙，崔金元，王翔宇，黄伟男，葛磊，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：