CN101705700A - 挖掘机的液压混合动力*** - Google Patents

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Abstract

一种挖掘机的液压混合动力***，属于挖掘机。该液压混合动力***的发动机依次与液压变量泵、驱动机构液压泵/马达机械连接，液压变量泵的出油端口与主控制阀的进油端口、第二溢流阀的进油端口连通，主控阀分别与与第一轮边马达、第二轮边马达、斗杆油缸、铲斗油缸、动臂油缸的进油端口和出油口连通；单向阀分别与主控阀的第五回油端口、液压马达的进油端口连通，回转机构液压泵/马达与转台机械连接，第三两位两通换向阀的出油端口与驱动机构液压马达的进油端口连通，各出油端口均与油箱连通。优点：结构简单，技术成熟，可靠性高，成本低，控制平稳、精确，减少了液压***的能量损失，并可回收回转机构的惯性势能，油耗低。

Description

挖掘机的液压混合动力***
技术领域
本发明涉及一种挖掘机，具体的是一种挖掘机的液压混合动力***。
背景技术
随着世界范围内工业技术的迅速发展，能源短缺和环境污染问题也日趋严重。工程机械中的液压挖掘机由于使用量大、耗油高、排放差，已逐渐成为人们普遍关注的主要对象。液压挖掘机在工作过程中，动臂、斗杆和铲斗的上下摆动以及回转机构的回转运动比较频繁，并且各运动部件惯性都比较大，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。为了减少能量损耗和***发热量，提高元件的寿命，能量回收成为液压挖掘机节能降耗的一项有效措施。目前的混合动力挖掘机通常采用蓄电池储能方式，但电池技术功率密度小，使得蓄电池瞬间充放大电流困难，造成电源***效率低、能量回收不高，而超级电容和燃料电池又存在着明显的成本和技术安全性等问题。
现有挖掘机普遍存在着高油耗、高排放、***效率低下以及减速制动时的惯性势能和重物势能被转化为热能浪费掉等问题。
发明内容
本发明的目的是要提供一种：油耗低、***效率高、以及减速制动时的惯性势能和重物势能可能再利用的挖掘机的液压混合动力***。
本发明的目的是这样实现的：该液压混合动力***包括第一轮边马达(1)、第二轮边马达(2)、铲斗油缸(3)、斗杆油缸(4)、动臂油缸(5)、单向阀(6)、液压马达(7)、第一液压马达(8)、第一两位两通换向阀(9)、第二两位两通换向阀(10)、第一溢流阀(11)、液压蓄能器(12)、压力传感器(13)、油箱(14)、转台(15)、回转机构液压泵/马达(16)、第三两位两通换向阀(17)、第四两位两通换向阀(18)、驱动机构液液压泵/马达(19)、中央控制器(20)、第二液压变量泵(21)、发动机(22)、第二溢流阀(23)、主控制阀(24)；
发动机(22)依次与液压变量泵(21)、驱动机构液压泵/马达(19)机械连接，液压变量泵(21)的出油端口与主控制阀(24)的进油端口、第二溢流阀(23)的进油端口连通，主控阀(24)的第一出油端口与第一轮边马达(1)的进油端口连通，主控阀(24)的第一回油端口与第一轮边马达(1)的回油端口连通，主控阀(24)的第二出油端口与第二轮边马达(2)的进油端口连通，主控阀(24)的第二回油端口与第二轮边马达(2)的回油端口连通，主控阀(24)的第三出油端口与斗杆油缸(4)的进油端口连通，主控阀(24)的第三回油端口与斗杆油缸(4)的回油端口连通，主控阀(24)的第四出油端口与铲斗油缸(3)的进油端口连通，主控阀(24)的第四回油端口与铲斗油缸(3)的回油端口连通，主控阀(24)的第五出油端口与动臂油缸(5)的进油端口连通，动臂油缸(5)的出油端口与单向阀(6)的出油口连通，单向阀(6)的进油端口与主控阀(24)的第五回油端口连通，单向阀(6)的出油端口与液压马达(7)的进油端口连通，液压马达(7)的出油端口与单向阀(6)的进油端、主控阀(24)的第五回油端口连通，第一液压变量泵(8)的出油端口与第一两位两通换向阀(9)的进油端口连通，液压蓄能器(12)的油路端口分别与第一两位两通换向阀(9)的出油端口、第二两位两通换向阀(10)的进油端口、第三两位两通换向阀(17)的进油端口、第一溢流阀(11)的进油端口连通，第二两位两通换向阀(10)的出油端口与回转机构液压泵/马达(16)的进油端口连通，回转机构液压泵/马达(16)与转台(15)机械连接，第三两位两通换向阀(17)的出油端口与驱动机构液压马达(19)的进油端口连通，第四两位两通换向阀(17)的出油端口与回转机构液压泵/马达(16)的进油端口连通，第四两位两通换向阀(18)的进油端口与主控制阀(24)的第六进油端口连通，第一溢流阀(14)的出油端口、第二溢流阀(23)的出油端口、第一液压变量泵(8)、第二液压变量泵(21)的进油端口、回转机构液压泵/马达(16)、驱动机构液压泵/马达(19)的出油端口、主控制阀(24)的出油端口与油箱(14)连通，发动机(22)的控制信号输入端与中央控制器(20)的第一控制信号输出端连通，第一液压变量泵(8)、第二液压变量泵(21)的控制信号输入端与中央控制器(20)的第二、第三控制信号输出端连通，驱动机构液压泵/马达(19)的控制信号输入端与中央控制器(20)的第四控制信号输出端连通，回转机构液压泵/马达(16)的控制信号输入端与中央控制器(20)的第五控制信号输出端连通，第一两位两通换向阀(9)的控制信号输入端与中央控制器(20)的第六控制信号输出端连通，第二两位两通换向阀(10)的控制信号输入端与中央控制器(20)的第七控制信号输出端连通，第三两位两通换向阀(17)的控制信号输入端与中央控制器(20)的第八控制信号输出端连通，第四两位两通换向阀(18)的控制信号输入端与中央控制器(20)的第九控制信号输出端连通，压力传感器(13)的输出信号与中央控制器(20)的第一信号输入端连通.
所述的中央控制器(20)为PIC系列单片机。
有益效果，由于采用了上述方案，发动机分别与液压变量泵和液压泵/马达连接，构成了液压混合动力驱动***。转台的回转是由回转液压泵/马达直接驱动，回收制动时的惯性势能，减少了液压***的能量损失。动臂液压缸增加了能量回收***，液压缸的回油驱动液压马达带动液压泵向液压蓄能器充压，以实现重物势能的回收。中央控制器通过控制液压泵/马达、液压变量泵和液压蓄能器的充放能来实现能量的回收和再利用。
(1)动臂油缸回缩工况下，中央控制器控制第一两位两通换向阀开通，在重物势能的作用下，液压缸的回油驱动液压马达带动液压泵向液压蓄能器充压，以实现能量的回收。
(2)回转机构制动时，中央控制器控制第二两位两通换向阀开通，控制液压泵/马达工作于泵工况，在惯性势能的作用下，向液压蓄能器回馈能量，中央控制器通过控制液压泵/马达的排量控制回转机构的制动速度。回转机构再次启动时，中央控制器控制第二两位两通换向阀开通，控制液压泵/马达工作于马达工况，驱动回转机构工作。
(3)整机正常工作时，发动机处于最佳燃油经济区，若负载功率低于发动机在最佳燃油经济区的输出功率，中央控制器控制第三两位两通阀开启，液压泵/马达工作于泵工况，回收多余的功率；若负载功率高于发动机在最佳燃油经济区的输出功率，中央控制器控制第三两位两通阀开启，液压泵/马达工作于马达工况，补充剩余的功率；若负载功率高于发动机在最佳燃油经济区的输出功率，液压蓄能器的压力接近最低工作压力，中央控制器控制第三两位两通阀关闭，液压泵/马达不工作，调整发动机的工作状态，提供全部驱动功率。
油耗低、***效率高、以及减速制动时的惯性势能和重物势能可能再利用，达到了本发明的目的。
优点：发动机提供整车所需的平均功率，多余或不足的部分用于液压泵/马达吸收或补偿，降低了发动机的装机功率，在配备相同发动机情况下可以获得更大的功率输出，驱动效率高，油耗低。回转机构单独驱动，控制平稳、精确，减少了液压***的能量损失，并可回收回转机构的惯性势能。动臂油缸处的重物势能可以被回收，用于为发动机提供辅助功率，降低油耗，减少尾气排放。液压蓄能器功率密度大，解决了电动混合动力能量回收率低的问题。同时挖掘机的液压混合动力***还具有结构简单，技术成熟，可靠性高，成本低等优点。
附图说明
图1是本发明挖掘机的液压混合动力***的结构示意图。
图中，第一轮边马达1、第二轮边马达2、铲斗油缸3、斗杆油缸4、动臂油缸5、单向阀6、液压马达7、液压马达8、第一两位两通换向阀9、第二两位两通换向阀10、第一溢流阀11、液压蓄能器12、压力传感器13、油箱14、转台15、回转机构液压泵/马达16、第三两位两通换向阀17、第四两位两通换向阀18、驱动机构液液压泵/马达19、中央控制器20、液压变量泵21、发动机22、第二溢流阀23、主控阀24。
具体实施方式
实施例1：该液压混合动力***包括第一轮边马达1、第二轮边马达2、铲斗油缸3、斗杆油缸4、动臂油缸5、单向阀6、液压马达7、第一液压马达8、第一两位两通换向阀9、第二两位两通换向阀10、第一溢流阀11、液压蓄能器12、压力传感器13、油箱14、转台15、回转机构液压泵/马达16、第三两位两通换向阀17、第四两位两通换向阀18、驱动机构液液压泵/马达19、中央控制器20、第二液压变量泵21、发动机22、第二溢流阀23、主控制阀24；
发动机22依次与液压变量泵21、驱动机构液压泵/马达19机械连接，液压变量泵21的出油端口与主控制阀24的进油端口、第二溢流阀23的进油端口连通，主控阀24的第一出油端口与第一轮边马达1的进油端口连通，主控阀24的第一回油端口与第一轮边马达1的回油端口连通，主控阀24的第二出油端口与第二轮边马达2的进油端口连通，主控阀24的第二回油端口与第二轮边马达2的回油端口连通，主控阀24的第三出油端口与斗杆油缸4的进油端口连通，主控阀24的第三回油端口与斗杆油缸4的回油端口连通，主控阀24的第四出油端口与铲斗油缸3的进油端口连通，主控阀24的第四回油端口与铲斗油缸3的回油端口连通，主控阀24的第五出油端口与动臂油缸5的进油端口连通，动臂油缸5的出油端口与单向阀6的出油口连通，单向阀6的进油端口与主控阀24的第五回油端口连通，单向阀6的出油端口与液压马达7的进油端口连通，液压马达7的出油端口与单向阀6的进油端、主控阀24的第五回油端口连通，第一液压变量泵8的出油端口与第一两位两通换向阀9的进油端口连通，液压蓄能器12的油路端口分别与第一两位两通换向阀9的出油端口、第二两位两通换向阀10的进油端口、第三两位两通换向阀17的进油端口、第一溢流阀11的进油端口连通，第二两位两通换向阀10的出油端口与回转机构液压泵/马达16的进油端口连通，回转机构液压泵/马达16与转台15机械连接，第三两位两通换向阀17的出油端口与驱动机构液压马达19的进油端口连通，第四两位两通换向阀17的出油端口与回转机构液压泵/马达16的进油端口连通，第四两位两通换向阀18的进油端口与主控制阀24的第六进油端口连通，第一溢流阀14的出油端口、第二溢流阀23的出油端口、第一液压变量泵8、第二液压变量泵21的进油端口、回转机构液压泵/马达16、驱动机构液压泵/马达19的出油端口、主控制阀24的出油端口与油箱14连通，发动机22的控制信号输入端与中央控制器20的第一控制信号输出端连通，第一液压变量泵8、第二液压变量泵21的控制信号输入端与中央控制器20的第二、第三控制信号输出端连通，驱动机构液压泵/马达19的控制信号输入端与中央控制器20的第四控制信号输出端连通，回转机构液压泵/马达16的控制信号输入端与中央控制器20的第五控制信号输出端连通，第一两位两通换向阀9的控制信号输入端与中央控制器20的第六控制信号输出端连通，第二两位两通换向阀10的控制信号输入端与中央控制器20的第七控制信号输出端连通，第三两位两通换向阀17的控制信号输入端与中央控制器20的第八控制信号输出端连通，第四两位两通换向阀18的控制信号输入端与中央控制器20的第九控制信号输出端连通，压力传感器13的输出信号与中央控制器20的第一信号输入端连通.
所述的液压蓄能器压力传感器13的信号输出端与中央控制器20的第一信号输入端连通，通过测量液压蓄能器的压力来判断其能量储备，合理分配发动机和液压蓄能器的能量输出。
所述的中央控制器20为PIC系列单片机。

Claims (2)

1.一种挖掘机的液压混合动力***，其特征是：该液压混合动力***包括第一轮边马达(1)、第二轮边马达(2)、铲斗油缸(3)、斗杆油缸(4)、动臂油缸(5)、单向阀(6)、液压马达(7)、第一液压马达(8)、第一两位两通换向阀(9)、第二两位两通换向阀(10)、第一溢流阀(11)、液压蓄能器(12)、压力传感器(13)、油箱(14)、转台(15)、回转机构液压泵/马达(16)、第三两位两通换向阀(17)、第四两位两通换向阀(18)、驱动机构液液压泵/马达(19)、中央控制器(20)、第二液压变量泵(21)、发动机(22)、第二溢流阀(23)、主控制阀(24)；
发动机(22)依次与液压变量泵(21)、驱动机构液压泵/马达(19)机械连接，液压变量泵(21)的出油端口与主控制阀(24)的进油端口、第二溢流阀(23)的进油端口连通，主控阀(24)的第一出油端口与第一轮边马达(1)的进油端口连通，主控阀(24)的第一回油端口与第一轮边马达(1)的回油端口连通，主控阀(24)的第二出油端口与第二轮边马达(2)的进油端口连通，主控阀(24)的第二回油端口与第二轮边马达(2)的回油端口连通，主控阀(24)的第三出油端口与斗杆油缸(4)的进油端口连通，主控阀(24)的第三回油端口与斗杆油缸(4)的回油端口连通，主控阀(24)的第四出油端口与铲斗油缸(3)的进油端口连通，主控阀(24)的第四回油端口与铲斗油缸(3)的回油端口连通，主控阀(24)的第五出油端口与动臂油缸(5)的进油端口连通，动臂油缸(5)的出油端口与单向阀(6)的出油口连通，单向阀(6)的进油端口与主控阀(24)的第五回油端口连通，单向阀(6)的出油端口与液压马达(7)的进油端口连通，液压马达(7)的出油端口与单向阀(6)的进油端、主控阀(24)的第五回油端口连通，第一液压变量泵(8)的出油端口与第一两位两通换向阀(9)的进油端口连通，液压蓄能器(12)的油路端口分别与第一两位两通换向阀(9)的出油端口、第二两位两通换向阀(10)的进油端口、第三两位两通换向阀(17)的进油端口、第一溢流阀(11)的进油端口连通，第二两位两通换向阀(10)的出油端口与回转机构液压泵/马达(16)的进油端口连通，回转机构液压泵/马达(16)与转台(15)机械连接，第三两位两通换向阀(17)的出油端口与驱动机构液压马达(19)的进油端口连通，第四两位两通换向阀(17)的出油端口与回转机构液压泵/马达(16)的进油端口连通，第四两位两通换向阀(18)的进油端口与主控制阀(24)的第六进油端口连通，第一溢流阀(14)的出油端口、第二溢流阀(23)的出油端口、第一液压变量泵(8)、第二液压变量泵(21)的进油端口、回转机构液压泵/马达(16)、驱动机构液压泵/马达(19)的出油端口、主控制阀(24)的出油端口与油箱(14)连通，发动机(22)的控制信号输入端与中央控制器(20)的第一控制信号输出端连通，第一液压变量泵(8)、第二液压变量泵(21)的控制信号输入端与中央控制器(20)的第二、第三控制信号输出端连通，驱动机构液压泵/马达(19)的控制信号输入端与中央控制器(20)的第四控制信号输出端连通，回转机构液压泵/马达(16)的控制信号输入端与中央控制器(20)的第五控制信号输出端连通，第一两位两通换向阀(9)的控制信号输入端与中央控制器(20)的第六控制信号输出端连通，第二两位两通换向阀(10)的控制信号输入端与中央控制器(20)的第七控制信号输出端连通，第三两位两通换向阀(17)的控制信号输入端与中央控制器(20)的第八控制信号输出端连通，第四两位两通换向阀(18)的控制信号输入端与中央控制器(20)的第九控制信号输出端连通，压力传感器(13)的输出信号与中央控制器(20)的第一信号输入端连通。
2.根据权利要求1所述的挖掘机的液压混合动力***，其特征是：所述的中央控制器(20)为PIC系列单片机.
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