CN101718107A - 基于cpr网络混合动力全液压挖掘机的液压*** - Google Patents

基于cpr网络混合动力全液压挖掘机的液压*** Download PDF

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Abstract

基于CPR网络混合动力全液压挖掘机的液压***，它涉及挖掘机液压***，它解决了现有油电混合动力***能量回收率低、节能效果不明显的问题。恒压变量泵、定量泵与发动机的输出轴连接，与高压蓄能器、安全阀构成恒压油源，中央控制器控制发动机间歇工作于最佳燃油经济区。三个双向变量液压泵/马达和液压变压器接在恒压油源上，直接驱动工作机构，中央控制器通过各控制组件分别实行控制每一个液压泵/马达的转向和排量及液压变压器的变压比。本***适用于挖掘机，仅需对现有挖掘机进行加装改造，不但明显提高车辆的燃油经济性，减少尾气的排放，而且提高车辆的动力性能，延长了发动机和刹车装置的使用寿命。

Description

基于CPR网络混合动力全液压挖掘机的液压***
技术领域
本发明涉及一种挖掘机液压***，具体涉及一种基于CPR网络混合动力全液压挖掘机的液压***。
背景技术
传统挖掘机结构复杂、制造难度大、价格昂贵。近年来，随着世界范围内工业技术的发展，能源短缺和环境污染问题日趋严重。挖掘机耗油高、排放差，其节能和减排问题不容忽视。节能研究有助于降低***的发热，简化***设计，提高***设备的可靠性和工作寿命，降低***的装机功率，从而在一定程度上有助于节约设备的制造和维护成本。现有的油电混合动力***能量回收率低，节能效果不明显。
发明内容
本发明为解决现有油电混合动力***能量回收率低、节能效果不明显的问题，而提供了一种基于CPR网络混合动力全液压挖掘机的液压***。
本发明包括发动机1、定量泵2、安全阀4、高压蓄能器5、电磁换向阀6、左行走液压泵/马达控制组件7、左行走液压泵/马达9、右行走液压泵/马达控制组件11、右行走液压泵/马达10、回转机构液压泵/马达控制组件13、回转机构液压泵/马达12、中央控制器17、恒压变量泵24、第一工作机构油缸15、第二工作机构油缸28、第三工作机构油缸29、第四工作机构油缸31、第一液压变压器16、第二液压变压器30、第三液压变压器32、第一液压变压器控制组件14、第二液压变压器控制组件34和第三液压变压器控制组件33；
高压蓄能器5的进出油口与电磁换向阀6的一个进出油端口连通；
恒压变量泵24的出油口同时与电磁换向阀6的另一个进出油端口、安全阀4的进油端口、左行走液压泵/马达9的进油端口、右行走液压泵/马达10的进油端口、回转机构液压泵/马达12的进油端口、第一液压变压器16的A口、第一工作机构油缸15的有杆腔的进出油口、第二工作机构油缸28的有杆腔的进出油口、第二液压变压器30的A口、第三工作机构油缸29的有杆腔的进出油口、第三液压变压器32的A口和第四工作机构油缸31的有杆腔的进出油口连通；
定量泵2的出油口同时与左行走液压泵/马达控制组件7的进油端口、右行走液压泵/马达控制组件11的进油端口、回转机构液压泵/马达控制组件13的进油端口、第一液压变压器控制组件14的进油端口、第二液压变压器控制组件34的进油端口和第三液压变压器控制组件33的进油端口连通；
安全阀4的出油端口同时与左行走液压泵/马达控制组件7的出油端口、左行走液压泵/马达9的出油端口、右行走液压泵/马达10的出油端口、右行走液压泵/马达控制组件11的出油端口、回转机构液压泵/马达12的出油端口、回转机构液压泵/马达控制组件13的出油端口、第一液压变压器控制组件14的出油端口、第二液压变压器控制组件34的出油端口、第三液压变压器控制组件33的出油端口、第一液压变压器16的T口、第二液压变压器30的T口和第三液压变压器32的T口连通；
第一液压变压器16的B口同时与第一工作机构油缸15的无杆腔的进出油口和第二工作机构油缸28的无杆腔的进出油口连通；第二液压变压器30的B口与第三工作机构油缸29的无杆腔的进出油口连通；第三液压变压器32的B口和第四工作机构油缸31的无杆腔的进出油口连通；
中央控制器17的控制端分别与电磁换向阀6的被控端、左行走液压泵/马达控制组件7的被控端、右行走液压泵/马达控制组件11的被控端、回转机构液压泵/马达控制组件13的被控端、第一液压变压器控制组件14的被控端、恒压变量泵24的被控端、第三液压变压器控制组件33的被控端和第二液压变压器控制组件34的被控端连接。
发动机1、定量泵2与恒压变量泵24同轴机械连接；左行走液压泵/马达控制组件7用于控制左行走液压泵/马达9的斜盘转动，右行走液压泵/马达控制组件11用于控制右行走液压泵/马达10的斜盘转动，回转机构液压泵/马达控制组件13用于控制回转机构液压泵/马达12的斜盘机械转动；第一液压变压器控制组件14用于控制第一液压变压器16的配油盘转动，第二液压变压器控制组件34用于控制第二液压变压器30的配油盘转动，第三液压变压器控制组件33用于控制第三液压变压器32的配油盘转动。
本发明的有益效果是：该***用来解决现有混合动力***传动效率、能量回收率和再利用率偏低的问题。制动时，液压泵/马达工作于泵工况，回收挖掘机的制动动能，并存储于高压液压蓄能器中。动臂缸下降的工况，通过液压变压器改变压力，将液压能存储于高压蓄能器中。在车辆的起动、回转、动臂缸上升过程中，回收的液压能为车辆提供动力。液压泵的主动冲压功能能调节发动机的运行工况，使其工作于最佳经济区，同时弥补了液压蓄能器能量密度小的缺点。简单的液压***，结构紧凑重量轻、制造成本低，***不易被污染。本***适用于挖掘机，仅需对现有挖掘机进行加装改造，不但明显提高车辆的燃油经济性，减少尾气的排放，而且提高车辆的动力性能，延长了发动机和刹车装置的使用寿命。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式由发动机1、定量泵2、安全阀4、高压蓄能器5、电磁换向阀6、左行走液压泵/马达控制组件7、左行走液压泵/马达9、右行走液压泵/马达控制组件11、右行走液压泵/马达10、回转机构液压泵/马达控制组件13、回转机构液压泵/马达12、中央控制器17、恒压变量泵24、第一工作机构油缸15、第二工作机构油缸28、第三工作机构油缸29、第四工作机构油缸31、第一液压变压器16、第二液压变压器30、第三液压变压器32、第一液压变压器控制组件14、第二液压变压器控制组件34和第三液压变压器控制组件33组成；
高压蓄能器5的进出油口与电磁换向阀6的一个进出油端口连通；
恒压变量泵24的出油口同时与电磁换向阀6的另一个进出油端口、安全阀4的进油端口、左行走液压泵/马达9的进油端口、右行走液压泵/马达10的进油端口、回转机构液压泵/马达12的进油端口、第一液压变压器16的A口、第一工作机构油缸15的有杆腔的进出油口、第二工作机构油缸28的有杆腔的进出油口、第二液压变压器30的A口、第三工作机构油缸29的有杆腔的进出油口、第三液压变压器32的A口和第四工作机构油缸31的有杆腔的进出油口连通；
定量泵2的出油口同时与左行走液压泵/马达控制组件7的进油端口、右行走液压泵/马达控制组件11的进油端口、回转机构液压泵/马达控制组件13的进油端口、第一液压变压器控制组件14的进油端口、第二液压变压器控制组件34的进油端口和第三液压变压器控制组件33的进油端口连通；
安全阀4的出油端口同时与左行走液压泵/马达控制组件7的出油端口、左行走液压泵/马达9的出油端口、右行走液压泵/马达10的出油端口、右行走液压泵/马达控制组件11的出油端口、回转机构液压泵/马达12的出油端口、回转机构液压泵/马达控制组件13的出油端口、第一液压变压器控制组件14的出油端口、第二液压变压器控制组件34的出油端口、第三液压变压器控制组件33的出油端口、第一液压变压器16的T口、第二液压变压器30的T口和第三液压变压器32的T口连通；
第一液压变压器16的B口同时与第一工作机构油缸15的无杆腔的进出油口和第二工作机构油缸28的无杆腔的进出油口连通；第二液压变压器30的B口与第三工作机构油缸29的无杆腔的进出油口连通；第三液压变压器32的B口和第四工作机构油缸31的无杆腔的进出油口连通；
中央控制器17的控制端分别与电磁换向阀6的被控端、左行走液压泵/马达控制组件7的被控端、右行走液压泵/马达控制组件11的被控端、回转机构液压泵/马达控制组件13的被控端、第一液压变压器控制组件14的被控端、恒压变量泵24的被控端、第三液压变压器控制组件33的被控端和第二液压变压器控制组件34的被控端连接。
发动机1、定量泵2与恒压变量泵24同轴机械连接；左行走液压泵/马达控制组件7用于控制左行走液压泵/马达9的斜盘转动，右行走液压泵/马达控制组件11用于控制右行走液压泵/马达10的斜盘转动，回转机构液压泵/马达控制组件13用于控制回转机构液压泵/马达12的斜盘机械转动；第一液压变压器控制组件14用于控制第一液压变压器16的配油盘转动，第二液压变压器控制组件34用于控制第二液压变压器30的配油盘转动，第三液压变压器控制组件33用于控制第三液压变压器32的配油盘转动。
恒压变量泵24、定量泵2与发动机1的输出轴连接，与高压蓄能器5、安全阀4构成恒压油源，中央控制器17控制发动机1间歇工作于最佳燃油经济区。三个双向变量液压泵/马达和液压变压器接在恒压油源上，直接驱动工作机构，中央控制器17通过各控制组件分别实行控制每一个液压泵/马达的转向和排量及液压变压器的变压比。左行走液压泵/马达9的进出油端口和右行走液压泵/马达10的进出油端口通过液压挖掘机的回转接头8与上车相连接。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于增加了溢流阀组件20，定量泵2的出油口与溢流阀组件20的进油端口连通，溢流阀组件20的出油端口连接油箱23。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式二不同点在于增加了安全阀组件19，恒压变量泵24的出油口与安全阀组件19的进油端口连通，安全阀组件19的出油端口连接油箱23。其它组成和连接方式与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式三不同点在于增加了第一单向阀3，恒压变量泵24的出油口与第一单向阀3的进油口连通，第一单向阀3的出油口同时与电磁换向阀6的另一个进出油端口、安全阀4的进油端口、左行走液压泵/马达9的进油端口、右行走液压泵/马达10的进油端口、回转机构液压泵/马达12的进油端口、第一液压变压器16的A口、第一工作机构油缸15的一个进出油口、第二工作机构油缸28的一个进出油口、第二液压变压器30的A口、第三工作机构油缸29的一个进出油口、第三液压变压器32的A口和第四工作机构油缸31的一个进出油口连通；其它组成和连接方式与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式四不同点在于增加了第一过滤器22，定量泵2的进油口与第一过滤器22的出油口连通，第一过滤器22的吸油口连接油箱23。其它组成和连接方式与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式五不同点在于增加了第二过滤器21，恒压变量泵24的进油口与第二过滤器21的出油口连通，第二过滤器21的吸油口连接油箱23。其它组成和连接方式与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式六不同点在于增加了第二单向阀25、第三单向阀27、第三过滤器26和第四过滤器18，安全阀4的出油端口还同时与第二单向阀25的出油端口和第三单向阀27的进油端口连通，第二单向阀25的进油端口与第三过滤器26的出油端口连通，第三单向阀27的出油端口与第四过滤器18的进油端口连通，第三过滤器26的进油端口和第四过滤器18的出油端口连接油箱23。其它组成和连接方式与具体实施方式六相同。
本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。
工作原理：
(1)挖掘机行走机构起动时，中央控制器17根据油门踏板的位移信号识别出车辆所需的驱动扭矩，并发送信号给左行走液压泵/马达控制组件7和右行走液压泵/马达控制组件11，由左行走液压泵/马达控制组件7和右行走液压泵/马达控制组件11分别来调节左行走液压泵/马达9和右行走液压泵/马达10的斜盘倾角，使其工作于马达工况，同时中央控制器17控制两位两通的电磁换向阀6开启，高压蓄能器5为左行走液压泵/马达控制组件7和右行走液压泵/马达控制组件11提供高压油源，发动机1可怠速或停机。
(2)在挖掘机正常行走时，恒压变量泵24在发动机1的带动下，与高压蓄能器5及安全阀组件19组成恒压油源，左行走液压泵/马达9和右行走液压泵/马达10驱动挖掘机履带运动，当负载功率大于发动机1在经济区域所能输出的功率时，通过高压蓄能器5放能进行补偿，当负载功率小于发动机1在经济区域所能输出的功率时，通过高压蓄能器5充能进行补偿，使发动机1工作于最佳燃油经济区。
(3)当挖掘机行走机构制动时，中央控制器17根据制动踏板的位移信号识别确定制动转矩的大小。中央控制器17发送控制信号给左行走液压泵/马达控制组件7和右行走液压泵/马达控制组件11，由左行走液压泵/马达控制组件7和右行走液压泵/马达控制组件11来调节左行走液压泵/马达9和右行走液压泵/马达10的斜盘倾角，使其工作于泵工况，中央控制器17控制电磁换向阀6开启，高压蓄能器5和左行走液压泵/马达9和右行走液压泵/马达10为车辆提供必需的制动扭矩，同时车辆的制动动能拖动左行走液压泵/马达9和右行走液压泵/马达10将液压油由油箱23压入高压蓄能器5中。如果高压蓄能器5的压力超过***设定最高压力时，液压油通过安全阀4流回油箱。
(4)挖掘机回转机构起动时，中央控制器17根据操纵杆的位移信号识别出车辆所需的驱动扭矩，并发送信号给回转机构液压泵/马达控制组件13，由回转机构液压泵/马达控制组件13来调节回转机构液压泵/马达12的斜盘倾角，使其工作于马达工况，同时中央控制器17控制两位两通的电磁换向阀6开启，高压蓄能器5为回转机构液压泵/马达12提供高压油源，发动机1可怠速或停机。
(5)当挖掘机回转机构制动时，中央控制器17根据操纵杆的位移信号识别确定制动转矩的大小。中央控制器17发送控制信号给回转机构液压泵/马达控制组件13，由回转机构液压泵/马达控制组件13来调节回转机构液压泵/马达12的斜盘倾角，使其工作于泵工况，中央控制器17控制电磁换向阀6开启，高压蓄能器5和回转机构液压泵/马达12为车辆提供必需的制动扭矩，同时车辆的制动动能拖动回转机构液压泵/马达12将液压油由油箱23压入高压蓄能器5中。如果高压蓄能器5的压力超过***设定最高压力时，液压油通过安全阀4流回油箱。
(6)当挖掘机工作机构动臂缸上升时，中央控制器17根据操纵杆的位移信号识别出车辆提升重物所需的力，并发送信号给第一液压变压器控制组件14，由第一液压变压器控制组件14来调节第一液压变压器16的配油盘转角，通过第一液压变压器16将有杆腔的液压油转变为高压油，由B口进入。
(7)当挖掘机工作机构动臂缸下降时，中央控制器17将操纵杆的位移信号直接发送给第一液压变压器控制组件14，由第一液压变压器控制组件14来调节第一液压变压器16的配油盘转角，液压缸无杆腔的液压油由B口流入第一液压变压器16，经过第一液压变压器16变为高压油自A口流出存储于高压蓄能器5中，同时中央控制器17控制电磁换向阀6开启，将液压油由第一液压变压器16的A口压入高压蓄能器5中，存储能量。如果高压蓄能器5的压力超过***设定最高压力时，液压油通过安全阀4流回油箱23。

Claims (7)

1.基于CPR网络混合动力全液压挖掘机的液压***，其特征在于它包括发动机(1)、定量泵(2)、安全阀(4)、高压蓄能器(5)、电磁换向阀(6)、左行走液压泵/马达控制组件(7)、左行走液压泵/马达(9)、右行走液压泵/马达控制组件(11)、右行走液压泵/马达(10)、回转机构液压泵/马达控制组件(13)、回转机构液压泵/马达(12)、中央控制器(17)、恒压变量泵(24)、第一工作机构油缸(15)、第二工作机构油缸(28)、第三工作机构油缸(29)、第四工作机构油缸(31)、第一液压变压器(16)、第二液压变压器(30)、第三液压变压器(32)、第一液压变压器控制组件(14)、第二液压变压器控制组件(34)和第三液压变压器控制组件(33)；
高压蓄能器(5)的进出油口与电磁换向阀(6)的一个进出油端口连通；
恒压变量泵(24)的出油口同时与电磁换向阀(6)的另一个进出油端口、安全阀(4)的进油端口、左行走液压泵/马达(9)的进油端口、右行走液压泵/马达(10)的进油端口、回转机构液压泵/马达(12)的进油端口、第一液压变压器(16)的A口、第一工作机构油缸(15)的有杆腔的进出油口、第二工作机构油缸(28)的有杆腔的进出油口、第二液压变压器(30)的A口、第三工作机构油缸(29)的有杆腔的进出油口、第三液压变压器(32)的A口和第四工作机构油缸(31)的有杆腔的进出油口连通；
定量泵(2)的出油口同时与左行走液压泵/马达控制组件(7)的进油端口、右行走液压泵/马达控制组件(11)的进油端口、回转机构液压泵/马达控制组件(13)的进油端口、第一液压变压器控制组件(14)的进油端口、第二液压变压器控制组件(34)的进油端口和第三液压变压器控制组件(33)的进油端口连通；
安全阀(4)的出油端口同时与左行走液压泵/马达控制组件(7)的出油端口、左行走液压泵/马达(9)的出油端口、右行走液压泵/马达(10)的出油端口、右行走液压泵/马达控制组件(11)的出油端口、回转机构液压泵/马达(12)的出油端口、回转机构液压泵/马达控制组件(13)的出油端口、第一液压变压器控制组件(14)的出油端口、第二液压变压器控制组件(34)的出油端口、第三液压变压器控制组件(33)的出油端口、第一液压变压器(16)的T口、第二液压变压器(30)的T口和第三液压变压器(32)的T口连通；
第一液压变压器(16)的B口同时与第一工作机构油缸(15)的无杆腔的进出油口和第二工作机构油缸(28)的无杆腔的进出油口连通；第二液压变压器(30)的B口与第三工作机构油缸(29)的无杆腔的进出油口连通；第三液压变压器(32)的B口和第四工作机构油缸(31)的无杆腔的进出油口连通；
中央控制器(17)的控制端分别与电磁换向阀(6)的被控端、左行走液压泵/马达控制组件(7)的被控端、右行走液压泵/马达控制组件(11)的被控端、回转机构液压泵/马达控制组件(13)的被控端、第一液压变压器控制组件(14)的被控端、恒压变量泵(24)的被控端、第三液压变压器控制组件(33)的被控端和第二液压变压器控制组件(34)的被控端电连接。
发动机(1)、定量泵(2)与恒压变量泵(24)同轴机械连接；左行走液压泵/马达控制组件(7)用于控制左行走液压泵/马达(9)的斜盘转动，右行走液压泵/马达控制组件(11)用于控制右行走液压泵/马达(10)的斜盘转动，回转机构液压泵/马达控制组件(13)用于控制回转机构液压泵/马达(12)的斜盘机械转动；第一液压变压器控制组件(14)用于控制第一液压变压器(16)的配油盘转动，第二液压变压器控制组件(34)用于控制第二液压变压器(30)的配油盘转动，第三液压变压器控制组件(33)用于控制第三液压变压器(32)的配油盘转动。
2.根据权利要求1所述的基于CPR网络混合动力全液压挖掘机的液压***，其特征在于还包括溢流阀组件(20)，定量泵(2)的出油口与溢流阀组件(20)的进油端口连通，溢流阀组件(20)的出油端口连接油箱(23)。
3.根据权利要求2所述的基于CPR网络混合动力全液压挖掘机的液压***，其特征在于还包括安全阀组件(19)，恒压变量泵(24)的出油口与安全阀组件(19)的进油端口连通，安全阀组件(19)的出油端口连接油箱(23)。
4.根据权利要求3所述的基于CPR网络混合动力全液压挖掘机的液压***，其特征在于还包括第一单向阀(3)，恒压变量泵(24)的出油口与第一单向阀(3)的进油口连通，第一单向阀(3)的出油口同时与电磁换向阀(6)的另一个进出油端口、安全阀(4)的进油端口、左行走液压泵/马达(9)的进油端口、右行走液压泵/马达(10)的进油端口、回转机构液压泵/马达(12)的进油端口、第一液压变压器(16)的A口、第一工作机构油缸(15)的一个进出油口、第二工作机构油缸(28)的一个进出油口、第二液压变压器(30)的A口、第三工作机构油缸(29)的一个进出油口、第三液压变压器(32)的A口和第四工作机构油缸(31)的一个进出油口连通。
5.根据权利要求4所述的基于CPR网络混合动力全液压挖掘机的液压***，其特征在于还包括第一过滤器(22)，定量泵(2)的进油口与第一过滤器(22)的出油口连通，第一过滤器(22)的吸油口连接油箱(23)。
6.根据权利要求5所述的基于CPR网络混合动力全液压挖掘机的液压***，其特征在于还包括第二过滤器(21)，恒压变量泵(24)的进油口与第二过滤器(21)的出油口连通，第二过滤器(21)的吸油口连接油箱(23)。
7.根据权利要求6所述的基于CPR网络混合动力全液压挖掘机的液压***，其特征在于还包括第二单向阀(25)、第三单向阀(27)、第三过滤器(26)和第四过滤器(18)，安全阀(4)的出油端口还同时与第二单向阀(25)的出油端口和第三单向阀(27)的进油端口连通，第二单向阀(25)的进油端口与第三过滤器(26)的出油端口连通，第三单向阀(27)的出油端口与第四过滤器(18)的进油端口连通，第三过滤器(26)的进油端口和第四过滤器(18)的出油端口连接油箱(23)。
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