CN101704336B - 装载机的节能液压混合动力*** - Google Patents

装载机的节能液压混合动力*** Download PDF

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Abstract

一种装载机的节能液压混合动力***，属于装载机的动力***。该混合动力***的发动机分别与液压变量泵、液力变矩器机械连接，液压变量泵的出油端口与单向阀的进油端口连通，第二溢流阀的进油口、分配阀分别与单向阀、油箱、动臂油缸、铲斗油缸、转向油缸的进油端口或回油端口连通，液压泵/马达控制组件的进油端口与减压阀的出油端口连通，各回油端口与油箱连通，两位两通换向阀的出油口与液压泵/马达的进油端口连通，液压泵/马达控制组件与液压泵/马达机械连接，液压泵/马达的输出轴通过电磁离合器、扭矩耦合器与前桥和后桥的输入端机械连接。优点：液压混合动力***能回收整机的制动动能，提高了整机的工作效率和工作性能，使用寿命长。

Description

装载机的节能液压混合动力***
技术领域
本发明涉及一种装载机的动力***，具体的涉及一种装载机的节能液压混合动力***。
背景技术
装载机既要行驶又要进行装载作业，其发动机的动力，一部分通过液力变矩器和变速箱驱动行驶机构，另一部分通过液压油泵驱动液压油缸，实现转向和装载工作。装载机作业过程中存在频繁起停和往复运动，由于整机重量大，所以减速制动时会释放出大量的能量，这部分能量通常都消耗在液压阀的阀口上，不仅浪费了能量，还会导致***发热和元件寿命的降低。液力传动的传动效率较低，尤其是遇到重载的时候，液力变矩器的传动效率反而大幅下降，使作业效率降低，造成了能源的浪费。目前，装载机的制动动能被刹车装置转化为热能浪费掉；对于液力变矩器效率低下的问题，现有的节能装载机通常采用双泵轮、双导轮、双涡轮以及变速器等方法提高传动效率，但上述方法没能从根本上解决重载下传动效率低的问题，且故障率高。
现有的装载机的动力***普遍存在着高油耗、高排放、重载时***效率低下以及制动动能被普遍浪费等问题。
发明内容
本发明的目的是要提供一种：油耗低、***效率高、能回收制动动能的装载机的节能液压混合动力***。
本发明的目的是这样实现的：该混合动力***包括发动机(1)、液力变矩器(2)、液压变量泵(3)、单向阀(4)、第二溢流阀(5)、变速器(6)、湿式离合器(7)、机械摩擦制动控制器(8)、扭矩耦合器(9)、内位移传感器(10)、高压液压蓄能组件(11)、高压液压蓄能器(12)、两位两通换向阀(13)、第一后桥机械摩擦制动器(14)、第一溢流阀(15)、后桥(16)、减压阀(17)、第二后桥机械摩擦制动器(18)、液压泵/马达(19)、油箱(20)、变量油缸(21)、电液伺服阀(22)、液压泵/马达控制组件(23)、中央控制器(24)、电磁离合器(25)、分配阀(26)、转向油缸(27)、动臂油缸(28)、铲掘机构的压力传感器(29)、铲斗油缸(30)、液压执行组件(31)、第二前桥机械摩擦制动器(32)、前桥(33)和第一前桥机械摩擦制动器(34)；
发动机(1)分别与液压变量泵(3)、液力变矩器(2)机械连接，液压变量泵(3)的出油端口与单向阀(4)的进油端口连通，第二溢流阀(5)的进油端口和分配阀(26)的进油端口与单向阀(4)的出油端口连通，分配阀(26)的第四出油端口与油箱(20)油路端口连通，分配阀(26)的第一出油端口与动臂油缸(28)的进油端口连通，分配阀(26)的第一回油端口与动臂油缸(28)的回油端口连通，分配阀(26)的第二出油端口与铲斗油缸(30)的进油端口连通，分配阀(26)的第二回油端口与铲斗油缸(30)的回油端口连通，分配阀(26)的第三出油端口与转向油缸(27)的进油端口连通，分配阀(26)的第三回油端口与转向油缸(27)的回油端口连通，液压泵/马达(19)的进油端口与高压液压蓄能组件(11)的油路端口连通，所述的高压液压蓄能组件(11)由高压液压蓄能器(12)和两位两通电液换向阀(13)组成，两位两通换向阀(13)的出油口与液压泵/马达(19)的进油端口连通；两位两通换向阀(13)的进油端口、第一溢流阀(15)的进油端口和减压阀(17)的进油端口与高压液压蓄能器(12)的油路端口连通，液压泵/马达控制组件(23)的进油端口与减压阀(17)的出油端口连通，液压泵/马达(19)的出油端口、液压变量泵(3)的吸油端口、液压泵/马达控制组件(23)出油端口、第一溢流阀(15)的出油端口和分配阀(26)的第四回油端口与油箱(20)连通，液压泵/马达控制组件(23)与液压泵/马达(19)机械连接，液压泵/马达(19)的输出轴通过电磁离合器(25)和扭矩耦合器(9)与前桥(33)和后桥(16)的输入端机械连接，机械摩擦制动控制器(8)的油路输出端分别与第一前桥机械摩擦制动器(34)、第二前桥机械摩擦制动器(32)、第一后桥机械摩擦制动器(14)和第二后桥机械摩擦制动器(18)的油路输入端连接；机械摩擦制动控制器内位移传感器(10)的信号输出端与中央控制器(24)的第一信号输入端连接，高压液压蓄能组件(11)的控制输入端与中央控制器(24)的第一控制输出端连接，铲掘机构的压力传感器(29)的信号输出端与中央控制器(24)的第二控制输入端连接，发动机(1)的控制输入端与中央控制器(24)的第二控制输出端连接，变速器(6)内的档位触发开关与中央控制器(24)的第三输入端连接，高压液压蓄能组件(11)的信号输出端与中央控制器(24)的第四控制输入端连接，液压泵/马达控制组件(23)的信号输入端与中央控制器(24)的第三控制输出端连接，液压变量泵(3)的信号输入端与中央控制器(24)的第四控制输出端连接，电磁离合器(25)的信号输入端与中央控制器(24)的第五控制输出端连接。
所述的液压泵/马达控制组件(23)由电液伺服阀(22)和变量油缸(21)组成，电液伺服阀(22)的P口与减压阀(17)的出油端口连通，电液伺服阀(22)的O口与油箱(20)的油口连通，电液伺服阀(22)的A、B端口分别与变量油缸(21)的进、出油口连通，变量油缸(21)的活塞杆与液压泵/马达(19)的斜盘机械连接。
所述的中央控制器(24)为PIC系列单片机。
有益效果，由于采用了上述方案，发动机与液压变量泵、液力变矩器机械连接，发动机的动力，一部分通过液力变矩器和变速器驱动行驶机构，实现装载机行驶；另一部分通过液压油泵驱动液压油缸，实现转向和装载工作。液压泵/马达、高压液压蓄能器组件、电磁离合器、扭矩耦合器组成液压混合动力***回收和再利用车辆的制动动能，中央控制器通过液压泵/马达控制组件实时控制液压泵/马达的转向和排量，同时控制发动机的输出功率。
(1)装载机起动时，中央控制器根据油门踏板的位移信号识别出车辆所需的驱动扭矩，根据液压蓄能器组件内压力传感器的压力信号，送控制信号给液压泵/马达控制组件，由液压泵/马达控制组件来调节前桥液压泵/马达的斜盘倾角，使其工作于马达工况，同时中央控制器控制两位两通换向阀开启，高压液压蓄能器为液压泵/马达提供高压油源，发动机停机。当液压蓄能器内压力接近最低工作压力时，发动机启动，中央控制器发送控制信号给液压泵/马达控制组件，使液压泵/马达的排量为零，同时控制两位两通换向阀关闭。
(2)装载机铲掘时，中央控制器根据动臂油缸内压力传感器的压力信号识别出装载机的铲掘工况，发送控制信号给液压泵/马达控制组件，使液压泵/马达工作于马达工况为装载机提供辅助牵引力，有效地抑制发动机的掉转，同时控制发动机工作于最佳燃油经济区，减少液压***的溢流损失。
(3)当车辆制动时，根据变速器内的档位触发开关识别档位，一档情况下制动，由液压泵/马达提供制动扭矩，中央控制器发送控制信号给液压泵/马达控制组件来调节液压泵/马达的排量，液压泵/马达工作于泵工况，在整机惯性能的作用下，向高压液压蓄能器回馈能量，若液压泵/马达提供的最大制动转矩不能满足整机的目标制动转矩，中央控制器发送控制信号给机械制动控制器，摩擦制动***提供剩余的制动扭矩；其他档位情况下制动，液压泵/马达停止工作，由机械摩擦制动控制器直接控制机械摩擦制动器提供制动扭矩。
油耗低、***效率高、能回收制动动能，达到了本发明的目的。
优点：新型装载机的节能液压混合动力***采用并联式的液压混合动力***回收整机的制动动能，采用电控发动机和可控变量泵，根据载荷的不同自动控制发动机的功率输出，改善整机在作业工况下的燃油经济性，以降低有害气体的排放，提高了整机的工作效率和工作性能，延长了发动机和制动***的使用寿命。
(1)装载机制动时，液压泵马达工作于泵工况，回收整机的制动动能，并存储于高压液压蓄能器中，降低制动***的使用次数和强度。在装载机的起动时，液压泵马达工作于马达工况，释放回收的制动动能驱动车辆，降低发动机的燃油消耗和尾气排放。
(2)通过调节发动机和液压泵/马达的协调工作，提高了铲掘时的牵引力，抑制了发动机掉转现象，整机工作效率高。
(3)液压变量泵根据载荷情况自动调节排量，液压***需要多少供给多少，避免了高压溢流。
附图说明
图1是本发明装载机的节能液压混合动力***的结构示意图。
图中，1、发动机；2、液力变矩器；3、液压变量泵；4、单向阀；5、第二溢流阀；6、变速器；7、湿式离合器；8、机械摩擦制动控制器；9、扭矩耦合器；10、内位移传感器；11、高压液压蓄能组件；12、高压液压蓄能器；13、两位两通换向阀；14、第一后桥机械摩擦制动器；15、第一溢流阀；16、后桥；17、减压阀；18、第二后桥机械摩擦制动器；19、液压泵/马达；20油箱；21、变量油缸；22、电液伺服阀；23、液压泵/马达控制组件；24、中央控制器；25、电磁离合器；26、分配阀；27、转向油缸；28、动臂油缸；29、铲掘机构的压力传感器；30、铲斗油缸；31、液压执行组件；32、第二前桥机械摩擦制动器；33、前桥；34、第一前桥机械摩擦制动器。
具体实施方式
实施例1：该混合动力***包括发动机1、液力变矩器2、液压变量泵3、单向阀4、第二溢流阀5、变速器6、湿式离合器7、机械摩擦制动控制器8、扭矩耦合器9、内位移传感器10、高压液压蓄能组件11、高压液压蓄能器12、两位两通换向阀13、第一后桥机械摩擦制动器14、第一溢流阀15、后桥16、减压阀17、第二后桥机械摩擦制动器18、液压泵/马达19、油箱20、变量油缸21、电液伺服阀22、液压泵/马达控制组件23、中央控制器24、电磁离合器25、分配阀26、转向油缸27、动臂油缸28、铲掘机构的压力传感器29、铲斗油缸30、液压执行组件31、第二前桥机械摩擦制动器32、前桥33和第一前桥机械摩擦制动器34。
发动机1分别与液压变量泵3、液力变矩器2机械连接，液压变量泵3的出油端口与单向阀4的进油端口连通，第二溢流阀5的进油端口、分配阀26的进油端口与单向阀4的出油端口连通，分配阀26出油端口与油箱20油路端口连通，分配阀26的第一出油端口与动臂油缸28的进油端口连通，分配阀26的第一回油端口与动臂油缸28的回油端口连通，分配阀26的第二出油端口与铲斗油缸30的进油端口连通，分配阀26的第二回油端口与铲斗油缸30的回油端口连通，分配阀26的第三出油端口与转向油缸27的进油端口连通，分配阀26的第三回油端口与转向油缸27的回油端口连通，液压泵/马达19的进油端口与高压液压蓄能组件11的油路端口连通，所述的高压液压蓄能组件11由高压液压蓄能器12和两位两通电液换向阀13组成，两位两通换向阀13的出油口与液压泵/马达(19)的进油端口连通；两位两通换向阀13的进油端口、第一溢流阀15的进油端口、减压阀17的进油端口与高压液压蓄能器12的油路端口连通，液压泵/马达控制组件23的进油端口与减压阀17的出油端口连通，液压泵/马达19的出油端口、液压变量泵3的吸油端口、液压泵/马达控制组件23出油端口、第一溢流阀15的出油端口、分配阀26的回油端口与油箱20连通，液压泵/马达控制组件23与液压泵/马达19机械连接，液压泵/马达19的输出轴通过电磁离合器25、扭矩耦合器9与前桥33和后桥16的输入端机械连接，机械摩擦制动控制器8的油路输出端分别与第一前桥机械摩擦制动器34、第二前桥机械摩擦制动器32、第一后桥机械摩擦制动器14和第二后桥机械摩擦制动器18的油路输入端连接；机械摩擦制动控制器内位移传感器10的信号输出端与中央控制器24的第一信号输入端连接，高压液压蓄能组件11的控制输入端与中央控制器24的第一控制输出端连接，铲掘机构的压力传感器29的信号输出端与中央控制器24的第二控制输入端连接，发动机1的控制输入端与中央控制器24的第二控制输出端连接，变速器6内的档位触发开关与中央控制器24的第三输入端连接，高压液压蓄能组件11的信号输出端与中央控制器24的第四控制输入端连接，液压泵/马达控制组件23的信号输入端与中央控制器24的第三控制输出端连接，液压变量泵3的信号输入端与中央控制器24的第四控制输出端连接，电磁离合器25的信号输入端与中央控制器24的第五控制输出端连接。
所述的液压泵/马达控制组件23由电液伺服阀22和变量油缸21组成，电液伺服阀22的P口与减压阀17的出油端口连通，电液伺服阀22的O口与油箱20的油口连通，电液伺服阀22的A、B端口分别与变量油缸21的进、出油口连通，变量油缸21的活塞杆与液压泵/马达19的斜盘机械连接。
所述的中央控制器24为PIC系列单片机。
所述的高压液压蓄能组件11由高压液压蓄能器12和两位两通电液换向阀13组成，两位两通电液换向阀13的一个油路端口与液压泵/马达19的进油端口连通，两位两通电液换向阀13的另一个油路端口与高压液压蓄能组件11的油路端口、第一溢流阀15的进油口、减压阀17的进油口连通。
所述的铲掘机构的压力传感器29的信号输出端与中央控制器24的第二信号输入端连通，通过测量油缸的压力来判断装载机所处工作段。
所述的变速器6的档位槽内装有触发开关，触发开关的信号输出端与中央控制器24的第三信号输入端连通，通过档位槽内的触发开关来判断装载机行驶工况的档位状态。
所述的液压蓄能器组件11压力信号输出端与中央控制器24的第四信号输入端连通，通过测量蓄能器内压力来分配发动机和液压蓄能器的能量输出。

Claims (3)

1.一种装载机的节能液压混合动力***，其特征是：该混合动力***的发动机(1)分别与液压变量泵(3)、液力变矩器(2)机械连接，液压变量泵(3)的出油端口与单向阀(4)的进油端口连通，第二溢流阀(5)的进油端口和分配阀(26)的进油端口与单向阀(4)的出油端口连通，分配阀(26)的第四出油端口与油箱(20)油路端口连通，分配阀(26)的第一出油端口与动臂油缸(28)的进油端口连通，分配阀(26)的第一回油端口与动臂油缸(28)的回油端口连通，分配阀(26)的第二出油端口与铲斗油缸(30)的进油端口连通，分配阀(26)的第二回油端口与铲斗油缸(30)的回油端口连通，分配阀(26)的第三出油端口与转向油缸(27)的进油端口连通，分配阀(26)的第三回油端口与转向油缸(27)的回油端口连通，液压泵/马达(19)的进油端口与高压液压蓄能组件(11)的油路端口连通，所述的高压液压蓄能组件(11)由高压液压蓄能器(12)和两位两通电液换向阀(13)组成，两位两通换向阀(13)的出油端口与液压泵/马达(19)的进油端口连通；两位两通换向阀(13)的进油端口、第一溢流阀(15)的进油端口和减压阀(17)的进油端口与高压液压蓄能器(12)的油路端口连通，液压泵/马达控制组件(23)的进油端口与减压阀(17)的出油端口连通，液压泵/马达(19)的出油端口、液压变量泵(3)的吸油端口、液压泵/马达控制组件(23)出油端口、第一溢流阀(15)的出油端口和分配阀(26)的第四回油端口与油箱(20)连通，液压泵/马达控制组件(23)与液压泵/马达(19)机械连接，液压泵/马达(19)的输出轴通过电磁离合器(25)和扭矩耦合器(9)与前桥(33)和后桥(16)的输入端机械连接，机械摩擦制动控制器(8)的油路输出端分别与第一前桥机械摩擦制动器(34)、第二前桥机械摩擦制动器(32)、第一后桥机械摩擦制动器(14)和第二后桥机械摩擦制动器(18)的油路输入端连接；机械摩擦制动控制器内位移传感器(10)的信号输出端与中央控制器(24)的第一信号输入端连接，高压液压蓄能组件(11)的控制输入端与中央控制器(24)的第一控制输出端连接，铲掘机构的压力传感器(29)的信号输出端与中央控制器(24)的第二控制输入端连接，发动机(1)的控制输入端与中央控制器(24)的第二控制输出端连接，变速器(6)内的档位触发开关与中央控制器(24)的第三输入端连接，高压液压蓄能组件(11)的信号输出端与中央控制器(24)的第四控制输入端连接，液压泵/马达控制组件(23)的信号输入端与中央控制器(24)的第三控制输出端连接，液压变量泵(3)的信号输入端与中央控制器(24)的第四控制输出端连接，电磁离合器(25)的信号输入端与中央控制器(24)的第五控制输出端连接。
2.根据权利要求1所述的装载机的节能液压混合动力***，其特征是：所述的液压泵/马达控制组件(23)由电液伺服阀(22)和变量油缸(21)组成，电液伺服阀(22)的P口与减压阀(17)的出油端口连通，电液伺服阀(22)的O口与油箱(20)的油口连通，电液伺服阀(22)的A、B端口分别与变量油缸(21)的进、出油口连通，变量油缸(21)的活塞杆与液压泵/马达(19)的斜盘机械连接。
3.根据权利要求1所述的装载机的节能液压混合动力***，其特征是：所述的中央控制器(24)为PIC系列单片机。
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