CN208009522U - 一种电驱动装载机电液复合控制*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电驱动装载机电液复合控制***，所述控制***由整车控制器、优先转向液压***、行驶***以及检测反馈单元组成，所述整车控制器接收驾驶员输入的档位信号、加速踏板信号以及反馈单元检测的方向盘转速信号、动臂手柄和铲斗手柄的位移信号以及转向回路和工作回路的压力信号，经分析处理后，分别向优先转向液压***中的工作电机控制器和行驶***中行驶电机控制器输出控制信号，进而控制工作电机和行驶电机向外输出动力，并进一步控制工作电机在普通模式和节能模式之间进行切换。本实用新型减小了液压***的溢流、节流损失以及中位载荷损失，提高了整车的工作效率。

Description

一种电驱动装载机电液复合控制***

技术领域

本实用新型属于工程车辆控制技术领域，适用于电驱动装载机，具体涉及一种电驱动装载机电液复合控制***。

背景技术

装载机作为一种工程车辆，广泛应用于农业、矿山、建筑、水利、筑路等领域，在国家重大工程、民用工程和国防建设等方面起到了重要作用。在能源短缺和环境污染日益严重的形势下，其节能减排技术的发展也受到了国家以及企业越来越多的关注和重视，而电驱动技术也因其高效、环保、低噪音以及结构灵活、响应快速等优点，在工程应用中显示出了其巨大的价值与良好的发展前景。

目前装载机多采用发动机驱动液力变矩器，变矩器再将动力传递给液压泵和变速器，从而驱动液压***及行驶***工作；液压***基本可分为双定量***、定变量***以及全变量***。

首先，传统装载机的行驶***与液压工作***存在机械耦合，在转场不需要转向以及工作装置不工作的情况下，会导致液压***存在一定的中位卸荷损失；

其次，定量***中由于液压泵排量固定，装载机在工作过程中很容易出现输出流量与负载需求不匹配的现象，导致发动机燃油经济性降低，液压油温度升高，并且液压***溢流损失严重，工作效率较低。

最后，变量泵***虽然效率高，但是结构复杂，成本较高，在实际应用中还存在一定的局限性。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型提供了一种电驱动装载机电液复合控制***，以减小液压***的溢流、节流损失以及中位载荷损失，提高整车工作效率。结合说明书附图，本实用新型的技术方案如下：

一种电驱动装载机电液复合控制***，所述控制***由整车控制器、优先转向液压***、行驶***以及检测反馈单元组成；

所述优先转向液压***中，工作电机控制器4、工作电机5、定量泵6和优先阀9的P口依次连接，优先阀9的CF口经单向阀7与转向回路34中转向器14的P口相连，优先阀 9的EF口与工作回路35中多路阀27相连；单向阀7的出油口与优先阀9的EF口分别通过一个溢流阀连接油箱2的回油口；所述多路阀27中含有一个控制动臂液压缸动作的四位四通换向阀24和一个控制铲斗动作的三位六通换向阀26；

所述行驶***中，行驶电机控制器33、行驶电机32和传动***31依次连接；

所述工作电机控制器4和行驶电机控制器33分别与整车控制器1信号连接；

所述检测反馈单元由分别与整车控制器1信号连接的转速传感器13、转向压力传感器 10、工作压力传感器30、动臂手柄位移传感器25以及铲斗手柄位移传感器28组成；所述转速传感器13安装连接在控制转向器14的方向盘上，以检测方向盘的转速；所述转向压力传感器10安装连接在所述单向阀7的出油口处，以检测转向回路34的压力；所述工作压力传感器30安装连接在优先阀9的EF口处，以检测工作回路35的压力；所述动臂手柄位移传感器25安装连接在控制动臂液压缸动作的四位四通换向阀24的控制手柄处，以检测动臂控制手柄的位移；所述铲斗手柄位移传感器28安装连接在控制铲斗油缸23动作的三位六通换向阀26的控制手柄处，以检测铲斗控制手柄的位移。

所述转向回路34由转向器14、第一溢流阀11、第二溢流阀15、蓄能器12、右转向限位阀16、左转向限位阀17、或门型梭阀18、左转向液压缸19和右转向液压缸20组成；

所述蓄能器12连接在单向阀7的出油口处；

所述转向器14为闭芯无反应式转向器，转向器14的P口与定量泵6的出油口口管路连接，且在定量泵6向优先阀9的P口连接的管路上安装有一个单向阀，转向器14的L口与左转向限位阀17的进油口管路连接，左转向限位阀17的出油口分别与左转向液压缸19的有杆腔和右转向液压缸20的无杆腔管路连接；转向器14的R口与右转向限位阀16的进油口管路连接，右转向限位阀16的出油口分别与左转向液压缸19的无杆腔和右转向液压缸 20的有杆腔管路连接；所述或门型梭阀18的两端进油口分别与左转向限位阀17的出油口和右转向限位阀16的出油口管路连接，或门型梭阀18的出油口与第二溢流阀15的进油口管路连接，第二溢流阀15的出油口经第二过滤器8与油箱2相连；所述第一溢流阀11的进油口与单向阀7的出油口相连，第一溢流阀11的出油口经第二过滤器8与油箱2相连；转向器14的T口经第二过滤器8与油箱2相连。

所述工作回路35由多路阀27、第一动臂液压缸21、第二动臂液压缸22和铲斗油缸23 组成；

所述多路阀27包括一个四位四通换向阀24、一个三位六通换向阀26和第三溢流阀29；所述四位四通换向阀24和三位六通换向阀26均为手动换向阀；所述三位六通换向阀26的 P口和P1口均分别与优先阀9的EF口管路连接，且在优先阀9的EF口向三位六通换向阀26的P1口连接的支路上安装有一个单向阀；三位六通换向阀26的A口经一个单向阀与四位四通换向阀24的P口相连；三位六通换向阀26的A1口与铲斗油缸23的有杆腔管路连接，三位六通换向阀26的B口与铲斗油缸23的无杆腔管路连接；三位六通换向阀26的T 口经第一过滤器3与油箱2相连；所述四位四通换向阀24的A口与第一动臂液压缸21的无杆腔和第二动臂液压缸22的无杆腔管路连接，四位四通换向阀24的B口与第一动臂液压缸21的有杆腔和第二动臂液压缸22的有杆腔管路连接，四位四通换向阀24的T口经第一过滤器3与油箱2相连；所述第三溢流阀29的进油口与优先阀9的EF口相连，第三溢流阀 29的出油口经第一过滤器3与油箱2相连。

所述工作电机5和行驶电机32均为永磁同步电机，以实现对转速转矩的精确控制。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型所述控制***利用电机驱动定量泵，与变量***相比，价格低廉，且工作可靠的定量泵能够达到与变量***相同的控制效果，从而简化了***结构，降低了成本，提高了***的可靠性。

2、本实用新型所述控制***分别利用电机驱动优先转向液压***和行驶***，实现了二者之间的机械解耦，使驾驶员不必考虑踏板与操作手柄开度的匹配关系问题，从而减轻了驾驶员的操作疲劳度。

3、本实用新型所述控制***利用电机驱动定量泵，对定量泵的转速进行控制，进而精确控制液压***的输出流量，并根据包括方向盘转速和手柄开度在内的驾驶员实际需求控制液压***的输出流量，有效避免了传统装载机的踏板开度与操作手柄开度不匹配的问题及液压***怠速工作状态，有效减少了***的节流损失、溢流损失及中位卸荷损失。

附图说明

图1为本实用新型所述一种电驱动装载机电液复合控制***的结构示意图；

图2为本实用新型所述一种电驱动装载机电液复合控制***的控制过程逻辑框图。

图中：

1-整车控制器 2-油箱 3-第一过滤器 4-工作电机控制器

5-工作电机 6-定量泵 7-单向阀 8-第二过滤器

9-优先阀 10-转向压力传感器 11-第一溢流阀 12-蓄能器

13-转速传感器 14-转向器 15-第二溢流阀 16-右转向限位阀

17-左转向限位阀 18-或门型梭阀 19-左转向液压缸 20-右转向液压缸

21-第一动臂液压缸 22-第二动臂液压缸 23-铲斗油缸 24-四位四通换向阀

25-动臂手柄位移传感器 26-三位六通换向阀 27-多路阀 28-铲斗手柄位移传感器

29-第三溢流阀 30-工作压力传感器 31-传动*** 32-行驶电机

33-行驶电机控制器 34-转向回路 35-工作回路。

具体实施方式

为进一步阐述本实用新型的技术方案及其所带来的有益效果，结合说明书附图，本实用新型的具体实施方式如下：

如图1所示，本实用新型提供了一种电驱动装载机电液复合控制***，所述控制***由整车控制器、优先转向液压***、行驶***以及检测反馈单元组成。

所述优先转向液压***包括：工作电机控制器4、工作电机5、油箱2、定量泵6、单向阀7、第一过滤器3、第二过滤器8、优先阀9以及转向回路34和工作回路35。

所述工作电机控制器4的信号接收端与整车控制器1的信号输出端通过CAN总线连接；所述工作电机控制器4的输出端与工作电机5通过强电导线和弱点信号线连接，所述工作电机控制器4接收整车控制器1的控制指令，进而对工作电机5的输出功率进行控制；所述工作电机5为永磁同步电机，所述工作电机5的输出轴通过联轴器与定量泵6的输入轴机械连接，所述定量泵6的进油口与油箱2管路连接，所述定量泵6的出油口与所述优先阀9的进油口P口管路连接，且在定量泵6与优先阀9的P口之间安装由一个单向阀，该单向阀为从定量泵6向优先阀9的P口单向导通；所述优先阀9的CF口与转向回路34中转向器14的 P口管路连接，且在优先阀9的CF口与转向器14的P口之间的连接管路上安装有单向阀7，所述单向阀7为从优先阀9的CF口向转向器14的P口单向导通；所述优先阀9的EF口分别与工作回路35中三位六通换向阀26的P口和P1口管路连接；所述第一过滤器3和第二过滤器8分别安装在油箱2的两个回油口处。

所述转向回路34由转向器14、第一溢流阀11、第二溢流阀15、蓄能器12、右转向限位阀16、左转向限位阀17、或门型梭阀18、左转向液压缸19和右转向液压缸20组成。在所述转向回路34中，所述蓄能器12安装连接在单向阀7的出油口处；所述转向器14为闭芯无反应式转向器；转向器14的L口与左转向限位阀17的进油口管路连接，左转向限位阀 17的出油口分别与左转向液压缸19的有杆腔和右转向液压缸20的无杆腔管路连接；转向器14的R口与右转向限位阀16的进油口管路连接，右转向限位阀16的出油口分别与左转向液压缸19的无杆腔和右转向液压缸20的有杆腔管路连接；所述或门型梭阀18的两端进油口分别与左转向限位阀17的出油口和右转向限位阀16的出油口管路连接，或门型梭阀 18的出油口与第二溢流阀15的进油口管路连接，第二溢流阀15的出油口经第二过滤器8 与油箱2相连；所述第一溢流阀11的进油口与单向阀7的出油口相连，第一溢流阀11的出油口经第二过滤器8与油箱2相连；转向器14的T口经第二过滤器8与油箱2相连。

所述工作回路35由多路阀27、第一动臂液压缸21、第二动臂液压缸22和铲斗油缸23 组成。在所述工作回路35中，所述多路阀27包括一个四位四通换向阀24、一个三位六通换向阀26和第三溢流阀29；所述四位四通换向阀24和三位六通换向阀26均为手动换向阀；如前所述，所述三位六通换向阀26的P口和P1口均分别与优先阀9的EF口管路连接，且在优先阀9的EF口与三位六通换向阀26的P1口连接的支路上安装有一个单向阀，该单向阀为由优先阀9的EF口向三位六通换向阀26的P1口单向导通；三位六通换向阀26的A 口经一个单向阀与四位四通换向阀24的P口相连，且该单向阀为由三位六通换向阀26的A 口向四位四通换向阀24的P口单向导通；三位六通换向阀26的A1口与铲斗油缸23的有杆腔管路连接，三位六通换向阀26的B口与铲斗油缸23的无杆腔管路连接；三位六通换向阀26的T口经第一过滤器3与油箱2相连；所述四位四通换向阀24的A口与第一动臂液压缸21的无杆腔和第二动臂液压缸22的无杆腔管路连接，四位四通换向阀24的B口与第一动臂液压缸21的有杆腔和第二动臂液压缸22的有杆腔管路连接，四位四通换向阀24的 T口经第一过滤器3与油箱2相连；所述第三溢流阀29的进油口与优先阀9的EF口相连，第三溢流阀29的出油口经第一过滤器3与油箱2相连。

所述行驶***包括：行驶电机控制器33、行驶电机32和传动***31。所述行驶电机控制器33的信号接收端与整车控制器1的信号输出端通过CAN总线连接；所述行驶电机控制器33的输出端与行驶电机32通过强电导线和弱点信号线连接，所述行驶电机控制器33接收整车控制器1的控制指令，进而对行驶电机32的输出功率进行控制；所述行驶电机32为永磁同步电机；所述行驶电机32的输出轴与传动***31机械连接。

所述检测反馈单元包括转速传感器13、转向压力传感器10、工作压力传感器30、动臂手柄位移传感器25以及铲斗手柄位移传感器28。所述转速传感器13安装连接在控制转向器14的方向盘上，以检测方向盘的转速，所述转速传感器13与整车控制器1信号连接，以向整车控制器1发送检测到的方向盘转速信号；所述转向压力传感器10安装连接在所述单向阀7的出油口处，以检测转向回路34的压力，所述转向压力传感器10与整车控制器1信号连接，以向整车控制器1发送检测到的转向回路压力信号；工作压力传感器30安装连接在优先阀9的EF口处，以检测工作回路35的压力，所述工作压力传感器30与整车控制器 1信号连接，以向整车控制器1发送检测到的工作回路压力信号；所述动臂手柄位移传感器 25安装连接在控制动臂液压缸动作的四位四通换向阀24的控制手柄处，以检测动臂控制手柄的位移，所述动臂手柄位移传感器25与整车控制器1信号连接，以向整车控制器1发送检测到的动臂控制手柄位移信号；所述铲斗手柄位移传感器28安装连接在控制铲斗油缸23 动作的三位六通换向阀26的控制手柄处，以检测铲斗控制手柄的位移，所述铲斗手柄位移传感器28与整车控制器1信号连接，以向整车控制器1发送检测到的铲斗控制手柄位移信号。

本实用新型所述电驱动装载机电液复合控制***的工作过程为：

整车控制器1接收驾驶员输入的档位信号、加速踏板信号、方向盘转速信号、动臂手柄和铲斗手柄的位移信号以及检测到的转向回路和工作回路的压力信号，经分析处理后，分别向工作电机控制器4和行驶电机控制器33输出控制信号，进而控制工作电机5和行驶电机 32向外输出动力，实现驱动优先转向液压***及行驶***工作。

其中：

加速踏板信号值为V_APS，与行驶电机转矩对应系数为K，且K为变量；

工作电机转速为N_pm1，行驶电机转矩为T_pm2；转速传感器13检测到的方向盘转速值为N_zx，与工作电机转速对应系数为K1，且K1为常数；

转向压力传感器10检测到的转向回路34的压力值为P1，设定第一溢流阀11和第二溢流阀15的溢流压力均为P1_max，设定转向回路34的压力阈值为P_zx，且0≤P_zx<P1_max；

工作压力传感器30检测到的工作回路35的压力值为P2，设定第三溢流阀29的溢流压力为P2_max，设定工作回路35的压力阈值为P_gz，且0≤P_gz<P2_max；

动臂手柄位移传感器26检测到的动臂手柄位移值为S_zx，铲斗手柄位移传感器28检测到的铲斗手柄位移值为S_gz，与工作电机转速对应系数均为K2，且K2为常数。

如图2所示，具体工作过程如下：

对行驶电机32的控制：

整车控制器1在接收到加速踏板信号后，对行驶电机32进行控制，行驶电机32根据需求输出的转矩为：T_pm2＝V_APS×K；

对工作电机5的控制：

整车控制器1在接收到方向盘转速信号、动臂手柄和铲斗手柄的位移信号以及转向回路和工作回路的压力信号后，根据所设计的控制方法对工作电机5的转速进行控制。工作电机5的转速控制整体分为两种模式：普通模式和节能模式。普通模式下，工作电机5转速正常响应驾驶员需求；节能模式下，结合转向回路和工作回路的压力值对工作电机5的转速进行限制。所述两种模式的切换将根据转向压力传感器10检测到的转向回路的压力值，以及工作压力传感器30检测到的工作回路的压力值进行判断。其中，动臂和铲斗统称为工作装置。

当工作装置不动作，装载机转向时，即：S_zx+S_gz＝0，N_zx>0时，若转向压力传感器 10检测到的转向回路压力值小于等于设定的转向回路的压力阈值，即：P1≤P_zx，则工作电机5工作在普通模式，此时，工作电机5的输出转速为：

N_pm1＝N_zx×K1；

当工作装置不动作，装载机转向时，即：S_zx+S_gz＝0，N_zx>0时，若转向压力传感器 10检测到的转向回路压力值大于设定的转向回路的压力阈值，即：P1>P_zx，则工作电机5 工作在节能模式，控制***对工作电机5的转速进行限制，工作电机5的输出转速为：

N_pm1＝N_zx×K1×[1-(P1-P_zx)/(P1_max-P_zx)]。

当工作装置不动作时，如装载机不转向，则工作电机5不输出。

当工作装置动作时，若转向压力传感器10检测到的转向回路压力值小于等于设定的转向回路的最大压力值(即：第一溢流阀11和第二溢流阀15的溢流压力)，工作压力传感器 30检测到的工作回路压力值小于等于设定的工作回路的压力阈值，即：P1≤P1_max，P2≤P_gz 时，工作电机5工作在普通模式，正常响应驾驶员的需求，此时，工作电机输出转速为：

N_pm1＝K2×(S_zx+S_gz)+N_zx×K1。

当工作装置动作时，若转向压力传感器10检测到的转向回路压力值小于等于设定的转向回路的压力阈值，工作压力传感器30检测到的工作回路压力值大于设定的工作回路的压力阈值，即：P1≤P_zx，P2>P_gz时，工作电机5工作在节能模式，控制***对工作电机转速进行限制，工作电机输出转速为：

N_pm1＝N_zx×K1+K2×(S_zx+S_gz)×[1-(P2-P_gz)/(P2_max-P_gz)]。

当工作装置动作时，若转向压力传感器10检测到的转向回路压力值大于设定的转向回路的压力阈值，工作压力传感器30检测到的工作回路压力值大于设定的工作回路的压力阈值，即：P1>P_zx，P2>P_gz时，工作电机5工作在节能模式，控制***对工作电机转速进行限制，工作电机输出转速为：

N_pm1＝N_zx×K1×[1-(P1-P_zx)/(P1_max-P_zx)]+K2×(S_zx+S_gz)×[1-(P2-P_gz) /(P2_max-P_gz)]。

综上所述，整车控制器1根据接收到的整车信号，控制工作电机5和行驶电机32输出的情况如下表一所示：

表一

Claims (4)

1.一种电驱动装载机电液复合控制***，其特征在于：

所述控制***由整车控制器、优先转向液压***、行驶***以及检测反馈单元组成；

所述优先转向液压***中，工作电机控制器(4)、工作电机(5)、定量泵(6)和优先阀(9)的P口依次连接，优先阀(9)的CF口经单向阀(7)与转向回路(34)中转向器(14)的P口相连，优先阀(9)的EF口与工作回路(35)中多路阀(27)相连；单向阀(7)的出油口与优先阀(9)的EF口分别通过一个溢流阀连接油箱(2)的回油口；所述多路阀(27)中含有一个控制动臂液压缸动作的四位四通换向阀(24)和一个控制铲斗动作的三位六通换向阀(26)；

所述行驶***中，行驶电机控制器(33)、行驶电机(32)和传动***(31)依次连接；

所述工作电机控制器(4)和行驶电机控制器(33)分别与整车控制器(1)信号连接；

所述检测反馈单元由分别与整车控制器(1)信号连接的转速传感器(13)、转向压力传感器(10)、工作压力传感器(30)、动臂手柄位移传感器(25)以及铲斗手柄位移传感器(28)组成；所述转速传感器(13)安装连接在控制转向器(14)的方向盘上，以检测方向盘的转速；所述转向压力传感器(10)安装连接在所述单向阀(7)的出油口处，以检测转向回路(34)的压力；所述工作压力传感器(30)安装连接在优先阀(9)的EF口处，以检测工作回路(35)的压力；所述动臂手柄位移传感器(25)安装连接在控制动臂液压缸动作的四位四通换向阀(24)的控制手柄处，以检测动臂控制手柄的位移；所述铲斗手柄位移传感器(28)安装连接在控制铲斗油缸(23)动作的三位六通换向阀(26)的控制手柄处，以检测铲斗控制手柄的位移。

2.如权利要求1所述一种电驱动装载机电液复合控制***，其特征在于：

所述转向回路(34)由转向器(14)、第一溢流阀(11)、第二溢流阀(15)、蓄能器(12)、右转向限位阀(16)、左转向限位阀(17)、或门型梭阀(18)、左转向液压缸(19)和右转向液压缸(20)组成；

所述蓄能器(12)连接在单向阀(7)的出油口处；

所述转向器(14)为闭芯无反应式转向器，转向器(14)的P口与定量泵(6)的出油口口管路连接，且在定量泵(6)向优先阀(9)的P口连接的管路上安装有一个单向阀，转向器(14)的L口与左转向限位阀(17)的进油口管路连接，左转向限位阀(17)的出油口分别与左转向液压缸(19)的有杆腔和右转向液压缸(20)的无杆腔管路连接；转向器(14)的R口与右转向限位阀(16)的进油口管路连接，右转向限位阀(16)的出油口分别与左转向液压缸(19)的无杆腔和右转向液压缸(20)的有杆腔管路连接；所述或门型梭阀(18)的两端进油口分别与左转向限位阀(17)的出油口和右转向限位阀(16)的出油口管路连接，或门型梭阀(18)的出油口与第二溢流阀(15)的进油口管路连接，第二溢流阀(15)的出油口经第二过滤器(8)与油箱(2)相连；所述第一溢流阀(11)的进油口与单向阀(7)的出油口相连，第一溢流阀(11)的出油口经第二过滤器(8)与油箱(2)相连；转向器(14)的T口经第二过滤器(8)与油箱(2)相连。

3.如权利要求1所述一种电驱动装载机电液复合控制***，其特征在于：

所述工作回路(35)由多路阀(27)、第一动臂液压缸(21)、第二动臂液压缸(22)和铲斗油缸(23)组成；

所述多路阀(27)包括一个四位四通换向阀(24)、一个三位六通换向阀(26)和第三溢流阀(29)；所述四位四通换向阀(24)和三位六通换向阀(26)均为手动换向阀；所述三位六通换向阀(26)的P口和P1口均分别与优先阀(9)的EF口管路连接，且在优先阀(9)的EF口向三位六通换向阀(26)的P1口连接的支路上安装有一个单向阀；三位六通换向阀(26)的A口经一个单向阀与四位四通换向阀(24)的P口相连；三位六通换向阀(26)的A1口与铲斗油缸(23)的有杆腔管路连接，三位六通换向阀(26)的B口与铲斗油缸(23)的无杆腔管路连接；三位六通换向阀(26)的T口经第一过滤器(3)与油箱(2)相连；所述四位四通换向阀(24)的A口与第一动臂液压缸(21)的无杆腔和第二动臂液压缸(22)的无杆腔管路连接，四位四通换向阀(24)的B口与第一动臂液压缸(21)的有杆腔和第二动臂液压缸(22)的有杆腔管路连接，四位四通换向阀(24)的T口经第一过滤器(3)与油箱(2)相连；所述第三溢流阀(29)的进油口与优先阀(9)的EF口相连，第三溢流阀(29)的出油口经第一过滤器(3)与油箱(2)相连。

4.如权利要求1所述一种电驱动装载机电液复合控制***，其特征在于：

所述工作电机(5)和行驶电机(32)均为永磁同步电机，以实现对转速转矩的精确控制。