CN101791943A - 用于工程机械的液电混合驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于工程机械的液电混合驱动系统，包括先导控制阀、主阀、动力装置及控制器，其特征在于：所述动力装置为混合动力装置，由液压马达、电动发电机及减速机同轴联接组成，所述液压马达的高压油输出端上分别并联一电磁溢流阀；控制器控制电动发电机，电动发电机的发电输出与一蓄能装置连接，该蓄能装置的输出端与电动发电机的电动输入端连接；所述先导控制阀与主阀之间设有一电磁阀块，电磁阀块的输入输出端上及所述液压马达高压入油口上分别设置一压力传感器，各压力信号分别输入至所述控制器。本发明液压马达与电动发电机同轴联接，回收制动溢流能量作为电动机的电能，实现对工程机械的液电混驱动，降低整机能耗，节约使用成本。

Description

用于工程机械的液电混合驱动系统

技术领域

本发明涉及一种工程机械驱动系统，具体涉及一种用于工程机械的液电混合驱动系统，运用液压马达与电机混合动力驱动工程机械。

背景技术

近年来，鉴于在汽车上的成功应用，混合动力系统受到了各工程机械企业的高度重视，成为工程机械节能降耗，降低排放的重要研究课题之一。为了提高下一代产品的竞争力和市场占有率，日立建机、神钢、小松、卡特彼勒等世界上各大工程机械制造商，纷纷开展了混合动力系统在工程机械领域的应用研究工作。

现有工程机械的驱动方式中，用液压油驱动液压马达来实现机械执行机构运动的占到很大比例，其固有的缺点是：工程机械执行机构运行的惯性非常大，其制动一般通过液压马达的溢流实现，在此过程中机构运动的动能以热能的方式损失掉，损失的这部分能量转化为液压油的热能，在完成相同工作量的条件下燃油消耗多，同时增大了散热系统的散热负担。

目前运用于汽车上的混合动力系统，通常是通过一动力合成装置，将扭矩转化为的动能与发动机输出的动能合并后为车辆提供动力，是由机械能(扭矩)-电能-机械能的转化过程。虽然混合动力系统在汽车上得到了成功使用，但若直接将该套系统套用于工程机械上，是无法实现正常运作的，区别就在于：(1)汽车的传动方式为齿轮、轴等之间的机械能传递，而工程机械是通过液压马达提供动力的，非纯机械传动，存在液压回油等问题；(2)目前是采用电动/发电机联接减速箱驱动，回收制动时的部分能量，但由于电动/发电机的装机容量限制，现有混合动力系统很难达到用液压马达驱动执行机构所拥有的性能。因而，现有的混合动力系统不适合工程机械的使用，需要针对工程机械的动力特点与要求，研究出一种新的混合动力系统。

发明内容

本发明目的是提供一种用于工程机械的液电混合驱动系统，使用该系统可降低整机的能耗，提高动能的提供，减少对液压能的争抢，有助于稳定整机的工作性能。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于工程机械的液电混合驱动系统，包括先导控制阀、主阀、动力装置及控制器，所述动力装置输出端与执行机构连接，所述动力装置为混合动力装置，由液压马达、电动发电机及减速机同轴联接组成，所述液压马达的高压油输出端上分别并联一电磁溢流阀，其流量控制端与所述控制器连接；所述电动发电机的控制端与所述控制器连接，电动发电机的发电输出与一蓄能装置连接，该蓄能装置的输出端与电动发电机的电动输入端连接；所述先导控制阀与主阀之间设有一电磁阀块，位于该电磁阀块的输入输出端上及所述液压马达高压入油口上分别设置一压力传感器，各传感器输出的压力信号分别输入至所述控制器。

上述技术方案中，所述执行机构如液压挖掘机的回转平台，起重机绞盘等，当执行机构接受动力装置的驱动后，便进行额定的操作，而当制动时，动力装置的驱动力撤离，执行机构在其惯性下继续运动一段时间，本发明将在该段时间内产生的动能回收后带动电动发电机的发电，并将该部分电能充入蓄能装置中，待下次驱动执行机构时，蓄能装置中的电能便输出驱动电动发电机转动，与液压马达一同驱动执行机构，实现混合动力驱动。其中，电能与液压能的分配由控制器控制，该控制信息需要出厂前检测得出，其过程为通过设置电磁阀块及多个传感器，分别在不同的工况下检测电磁阀前后的压力信号与液压马达高压油入口的压力信号，而后改变压力，降低主阀的输出，降低的部分由电能补充，测试得出各种工况下最低的液压输出，制成工况对比表，预存于控制器，因而在日后使用时，只需按照工况的不同读取工况对比表中的相应数据，由控制器直接分配液压与电能之间的输出比例即可，实现液电的混合驱动，降低能耗的损失，充分利用回收能量，同时由于是利用内部回收能量，而非外接电能，因而电路较为简单，且真正做到节省能源消耗。

上述技术方案中，所述控制器内设有变频模块，制动状态下，电动发电机产生的交流电经所述变频模块转换为直流电后输入所述蓄能装置，驱动状态下，蓄能装置内的直流电经所述变频模块转换为交流电后输入电动发电机。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1.本发明采用液压与电机混合驱动的方式为工程机械中的执行机构提供能量，由控制器分配液压与电机的能量输出比例，电机能量由回收执行机构制动后的能量，因而混合驱动可减少液压泵的输出，由电能作为补充，以此降低整机的能耗，提高对能量的充分使用；

2.通过设置电磁阀块以及多个传感器，在出厂时通过检测在各种工况下执行机构所需最低功率，确定液压部分与电能部分输出量的对比表，数据预存于控制器中，在用户使用时，控制器根据对比表读取数据，自行控制液压能与电能的分配，操控自动化，使用方便；

3.设置蓄能装置，将执行机构制动时回收的动能，带动发电机发电，电能存储于蓄能装置中，等下一次驱动执行机构时，由蓄能装置中的电能驱动电动机运转，与同轴设置的液压马达一并输出动能，驱动执行机构，对多执行机构工程机械(如液压挖掘机复合动作)，减少了对液压能的争抢，从而提高整机的工作效率，且可使机构动作加速有力、运转平稳，提高了整机系统的运转可靠性；

4.本发明采用的电能为回收制动时产生的能量，而非外接发电机，一方面可充分利用能源，减少溢流损失，另一方面简化了电路结构，避免了因电力系统装机容量的限制，对机械执行机构运转性能的影响。

附图说明

图1是本发明实施例一的系统结构框图；

图2是本发明实施例一中混合动力驱动装置的原理图；

图3是本发明实施例一中混合动力驱动装置的结构示意图。

其中：1、液压马达；2、电动发电机；3、减速机；4、电磁溢流阀；5、溢流阀；6、制动控制回路；7、传感器。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：参见图1～3所示，一种用于工程机械的液电混合驱动系统，包括先导控制阀、主阀、动力装置及控制器，所述动力装置输出端与执行机构连接，所述动力装置为混合动力装置，由液压马达1、电动发电机2及减速机3同轴联接组成(如图3所示)。

在本实施例中，所述执行机构为液压挖掘机上的回转平台，平台的转动惯量非常大，平台的制动通过液压马达1的溢流实现，在此过程中平台的转动动能以热能的方式损失掉，以往损失的这部分能量转化为液压油的热能，散热系统的散热负担重，因而导致整机能耗高，现在通过在液压马达1的高压油输出端上分别并联一电磁溢流阀4，其流量控制端与所述控制器连接，将这部分能量带动电动发电机2转动，产生的电能经设置于控制器内的变频模块转换，存于蓄能装置中，当回转平台由制动状态转换为运动状态后，蓄能装置中的电能经控制器变频器的转换，输入电动发电机2中，为其提供电能，驱动电动发电机2转动，与液压马达1一并为回转平台提供驱动能量，实现液电混合驱动。

所述混合动力装置的工作原理参见图2所示：

[1]制动动作：进行制动动作时，A口(或B口)没有高压油输入，回转平台借助惯性继续转动，这时，继续回转的液压马达低压侧通过M口补油，高压侧新增加的与原有溢流阀5并联的电磁溢流阀打开，打开的开度由控制器调节，释放液压马达1继续回转造成的压力(该释放的压力使得回转平台继续转动)，控制器控制电动发电机发电2，由电动发电机2产生制动转矩制动平台回转，并将机械能转化为电能，经集成于控制器中的变频器转换为直流电储存于蓄能装置中，直至平台停止转动，制动过程结束；

[2]回转动作：进行回转动作时，先导阀动作，回转制动通过制动控制回路6解除。控制器控制电磁阀芯动作，实现对先导油压的三次控制，三次先导油推动主阀阀芯动作(液压泵产生一次先导油压，经先导控制阀后称为二次先导油压)，高压油由A口(或B口)进入混合动力装置驱动液压马达1；控制器中集成的变频器将蓄能装置储存的电能转为交流电驱动电动发电机2输出功率，与液压马达1输出的动能一并经减速机3后共同驱动回转平台转动。

液压能与电能按照一定的比例输出，该比例由控制器根据预存的工况对比表控制，该工况对比表需在出厂前对各种工况下回转平台运转所需的功率进行调试得出。检测方式为，参见图1所示，在所述先导控制阀与主阀之间设有一电磁阀块，位于该电磁阀块的输入输出端上及所述液压马达1高压入油口上分别设置一压力传感器7(S1～S6)，各传感器7输出的压力信号分别输入至所述控制器中，改变电磁阀块的开度，降低主阀的输出，测得各种工况下液压部分最低输出功率，降低部分由电能提供，调试时需注意：①保证系统使用性能(对应工况一定的输出功率)；②保证蓄能装置有一定的能量储备。用户使用时，控制器对照预存的工况对比表，分配液压能与电能所占比例。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权力保护范围内，对本发明作出的任何修改或改变，如将液电混合驱动系统用于起重机绞盘，装载机驱动，轮式液压挖掘机驱动轮等，都落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种用于工程机械的液电混合驱动系统，包括先导控制阀、主阀、动力装置及控制器，所述动力装置输出端与执行机构连接，其特征在于：所述动力装置为混合动力装置，由液压马达、电动发电机及减速机同轴联接组成，所述液压马达的高压油输出端上分别并联一电磁溢流阀，其流量控制端与所述控制器连接；所述电动发电机的控制端与所述控制器连接，电动发电机的发电输出与一蓄能装置连接，该蓄能装置的输出端与电动发电机的电动输入端连接；所述先导控制阀与主阀之间设有一电磁阀块，位于该电磁阀块的输入输出端上及所述液压马达高压入油口上分别设置一压力传感器，各传感器输出的压力信号分别输入至所述控制器。

2.根据权利要求1所述的用于工程机械的液电混合驱动系统，其特征在于：所述控制器内设有变频模块，制动状态下，电动发电机产生的交流电经所述变频模块转换为直流电后输入所述蓄能装置，驱动状态下，蓄能装置内的直流电经所述变频模块转换为交流电后输入电动发电机。

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