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

基于cpr网络混合动力全液压挖掘机的液压系统 Download PDF

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CN101718107A CN200910310301A CN200910310301A CN101718107A CN 101718107 A CN101718107 A CN 101718107A CN 200910310301 A CN200910310301 A CN 200910310301A CN 200910310301 A CN200910310301 A CN 200910310301A CN 101718107 A CN101718107 A CN 101718107A
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Abstract

基于CPR网络混合动力全液压挖掘机的液压系统,它涉及挖掘机液压系统,它解决了现有油电混合动力系统能量回收率低、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。本系统适用于挖掘机,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系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种挖掘机液压系统,具体涉及一种基于CPR网络混合动力全液压挖 掘机的液压系统。
背景技术
[0002] 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系统的发热,简化系统设计,提高系统设备的可靠性和工作寿 命,降低系统的装机功率,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 电混合动力系统能量回收率低,节能效果不明显。
发明内容
[0003] 本发明为解决现有油电混合动力系统能量回收率低、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系统。
[0004] 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 ; [0005] 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; [0006] 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;
[0007] 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;
[0008] 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;
[0009] 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;
[0010] 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。 [0011] 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。 [0012] 本发明的有益效果是:该系统用来解决现有混合动力系统传动效率、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。简单的液压系统,结构紧凑重量轻、制造成本低,系统不易被污 染。本系统适用于挖掘机,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
[0013] 图1是本发明的结构示意图。 具体实施方式
[0014] 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;
[0015] 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; [0016] 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
5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;
[0017] 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;
[0018] 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;
[0019] 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;
[0020] 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。 [0021] 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。 [0022] 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。
[0023] 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。 [0024] 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。[0025] 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。
[0026] 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。 [0027] 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。 [0028] 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。
[0029] 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。 [0030] 工作原理:
[0031] (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。 [0032] (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。
[0033] (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
7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的压力超过系统设定最高压力时,液压油通过安全阀4流回油箱。 [0034] (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。
[0035] (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的压力超过系统设定最高压力时,液压 油通过安全阀4流回油箱。
[0036] (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。
[0037] (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的压力超过系统设定最高压力时,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系统,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. 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系统,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. 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系统,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. 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系统,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. 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系统,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. 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系统,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. 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系统,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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