CN102080675A - 轮式起重机及其液压控制系统、泵/马达控制回路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泵/马达控制回路，包括与相应待驱动部件固定连接的泵/马达、驱动所述泵/马达的动力泵，以及配合使用的第一蓄能器和第二蓄能器；所述第一蓄能器与处于泵工作模式的所述泵/马达的出油口连通，所述第二蓄能器与处于泵工作模式的所述泵/马达的进油口连通；所述动力泵的出油口与处于马达工作模式的所述泵/马达的进油口连通，且处于马达工作模式的所述泵/马达的出油口与所述动力泵的进油口连通。该泵/马达控制回路能有效提高能源利用效率，提高节能效果。本发明还提供一种包括上述泵/马达控制回路的液压控制系统和包括上述液压控制系统的轮式起重机，该液压控制系统能有效减小轮式起重机的能量消耗，同时降低能量回收的成本。

Description

轮式起重机及其液压控制系统、泵/马达控制回路

技术领域

本发明涉及液压领域，特别是涉及一种泵/马达控制回路和包括上述泵/马达控制回路的轮式起重机液压控制系统。此外，本发明还涉及一种包括上述液压控制系统的轮式起重机。

背景技术

在能源日益短缺、环境污染日益加剧的今天，新型节能工程机械已成为广大设计人员的主要研究对象。对于一个工程机械制造企业，研究开发新型节能工程机械不仅具有前瞻的环卫意识，并且能够增加企业产品的竞争力，增强企业的创新能力，为公司带来新的利益增长点。

以轮式起重机为例，目前轮式起重机液压系统分为上车和下车两部分，故一般的中大吨位的轮式起重机上车和下车具有各自独立的液压驱动系统。下车液压系统主要用于换向、制动或油气悬挂等功能，而下车底盘的驱动是靠机械传动实现的；上车液压系统主要用于控制起重机的各种动作，例如起升、回转、变幅、伸缩以及其他辅助操作等。

下车底盘采用的是汽车底盘，存在很多汽车底盘的缺点，例如不易实现无级变速、尾气排放严重、大功率需要发动机提供很大的动力；上车液压系统也存在能量损失大、系统发热多等问题。

为了节省能量，现有技术中有一种电混合动力技术，目前部分小吨位的轮式起重机采用了这种能量回收方式。电混合动力技术是指在正常下车驱动系统的基础之上，又增加了一套辅助驱动系统，该系统由蓄电池、电动机/发电机、和传动装置组成。轮式起重机正常行驶时，蓄电池作为动力源，驱动电动机带动传动装置工作，以驱动轮式起重机的车轮；轮式起重机制动时，车轮向传动装置传递反向应力，此时电动机以发电机的模式工作，向蓄电池里充电，回收车辆的制动能量，将制动能量以电能的形式储存起来，在下次驱动时提供辅助驱动力，达到节能的效果。

电混合动力技术虽然可以实现能量的回收、降低环境污染，也存在以下缺点：

①、蓄电池价格昂贵；

②、蓄电池充放电效率低，难以快速满足制动能量回收特性；

③、蓄电池使用寿命较低，使用成本高；

④、相对于工程机械而言，电混合动力提供的驱动功率较小，不能满足工程机械大功率的需求，导致电混合动力技术很难应用到大型化的工程机械中，其适用范围很小。

另外，传统卷扬系统在卷扬吊重下降时通过控制平衡阀的开口大小来实现下降速度的调节，重物势能主要以节流发热的形式消耗掉，因此，传统卷扬液压系统具备以下不足：

①、节流控制很容易导致系统发热；

②、平衡阀开启不平稳时很容易导致卷扬下降产生抖动，吊重稳定性难以保证。

因此，如何节省轮式起重机的能量消耗，并在此基础上降低能量回收的成本，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种泵/马达控制回路和包括上述泵/马达控制回路的轮式起重机液压控制系统，该液压控制系统能有效减小轮式起重机的能量消耗，同时降低能量回收的成本，并在此基础上提高卷扬系统的稳定性。本发明的另一目的是提供一种包括上述液压控制系统的轮式起重机，其经济性得到提高。

为实现上述发明目的，本发明提供一种泵/马达控制回路，包括与相应待驱动部件固定连接的泵/马达、驱动所述泵/马达的动力泵，以及配合使用的第一蓄能器和第二蓄能器；所述第一蓄能器与处于泵工作模式的所述泵/马达的出油口连通，所述第二蓄能器与处于泵工作模式的所述泵/马达的进油口连通；所述动力泵的出油口与处于马达工作模式的所述泵/马达的进油口连通，且处于马达工作模式的所述泵/马达的出油口与所述动力泵的进油口连通。

优选地，所述第一蓄能器的工作压力大于所述第二蓄能器的工作压力。

优选地，所述泵/马达为双向作用泵/马达。

优选地，所述动力泵为变量泵，所述泵/马达均为变量泵/马达。

本发明还提供一种轮式起重机液压控制系统，包括输出旋转力矩的液压执行元件，所述液压执行元件具体为泵/马达，且该液压控制系统还包括如上述任一项所述的泵/马达控制回路。

优选地，所述泵/马达包括所述液压控制系统下车液压回路中的若干第一泵/马达，各所述第一泵/马达分别与所述轮式起重机的各车轮中心轴固定连接。

优选地，所述泵/马达包括第二泵/马达，该第二泵/马达设于上车液压回路中的主卷扬液压回路中。

优选地，所述泵/马达还包括第三泵/马达，该第三泵/马达设于上车液压回路中的副卷扬液压回路中。

优选地，所述泵/马达还包括第四泵/马达，该第四泵/马达设于上车液压回路中的转台液压回路中。

本发明还提供一种轮式起重机，包括如权上述任一项所述的液压控制系统。

本发明所提供的泵/马达控制回路，包括泵/马达、动力泵、第一蓄能器和第二蓄能器，其中，泵/马达与相应待驱动部件固定连接，动力泵用于驱动泵/马达，第一蓄能器和第二蓄能器配合使用。泵/马达有泵工作模式和马达工作模式，当泵/马达处于泵工作模式时，泵/马达的出油口与第一蓄能器连通，泵/马达的进油口与第二蓄能器连通；当泵/马达处于马达工作模式时，泵/马达的出油口与动力泵的进油口连通，泵/马达的进油口与动力泵的出油口连通。这样，泵/马达以马达模式工作时，驱动泵将高压的液压油泵入泵/马达中，驱动泵/马达带动与之固定连接的待驱动部件，在泵/马达中工作后的液压油变成低压后，循环回到动力泵进油口，供驱动泵使用。当泵/马达被反向力矩作用时，将以泵模式进行工作，从而将第二蓄能器中的压力油压入第一蓄能器中存储，实现机械能向液压能的转换。当泵/马达再次以马达模式工作时，第一蓄能器中的液压油可以流出，与驱动泵中的液压油一起驱动泵/马达，将液压能再次转换为机械能，以减少驱动泵的能量损失，节省驱动泵的能耗，提高系统的效率。

在一种优选的实施方式中，所述第一蓄能器的工作压力大于所述第二蓄能器的工作压力。使泵/马达处于泵工作模式时，将低压蓄能器里的液压油打入高压的蓄能器中，便于反向动力做功；当泵/马达处于马达工作模式时，液压油从高压蓄能器中流出，对泵/马达做功后流向低压蓄能器，实现液压能向机械能的转换，易于实现。

除了上述的泵/马达控制回路，本发明还提供一种轮式起重机液压控制系统，该液压控制系统输出旋转力矩的液压执行元件，且其液压执行元件具体为泵/马达，同时，提供的液压控制系统包括上述的泵/马达控制回路。由于泵/马达控制回路具有上述技术效果，具有该泵/马达的轮式起重机液压控制系统也具有相应的技术效果。

在一种优选的实施方式中，所述泵/马达包括若干第一泵/马达，设于下车液压回路中，且各所述第一泵/马达分别与所述轮式起重机的各车轮中心轴固定连接。轮式起重机正常行驶时，动力泵将液压油分别向各第一泵/马达的进油口输送，驱动各第一泵/马达以马达的模式工作，带动各车轮的中心轴旋转，使轮式起重机前进。

当轮式起重机制动时，制动力与车轮旋转的方向相反，相反的制动力会驱动第一泵/马达以泵模式工作，将第二蓄能器中的液压油吸入第一泵/马达，加压后经第一泵/马达的出油口进入第一蓄能器中，使液压油在第一蓄能器中以高压的形式储存起来，实现动能向液压能的转换，为下次轮式起重机驱动做好准备。同时，第一泵/马达在给第一蓄能器充油的过程给轮式起重机提供辅助制动力，并将此制动力以能量回收的方式消耗车辆的动能，实现车辆的有效制动。这样，车辆在制动时可以减少摩擦制动片的使用频次和使用时间，延长摩擦制动片的使用寿命。

当轮式起重机爬坡时，第一蓄能器可以充当辅助动力源，提供高压的液压油，连同动力泵一起给各车轮的第一泵/马达供油，不仅实现大驱动功率的快速供给，增大了轮式起重机的驱动力，提高轮式起重机的工作效率，而且增强了轮式起重机的节能效果。同时，第一蓄能器和第二蓄能器能反复使用，其使用寿命较长，相对于蓄电池回收能量相比，可以有效降低能量回收的成本。

在另一种优选的实施方式中，所述上车液压回路包括主卷扬液压回路，该主卷扬回路中设有第二泵/马达。这样，卷扬吊重下降时，重物下降带动第二泵/马达旋转，使第二泵/马达以泵的模式工作，将第二蓄能器里的液压油泵入第一蓄能器中，实现重物势能向液压能的转化，重物的下降速度由第二泵/马达的排量控制。在卷扬吊升重物时，第一蓄能器可以快速打出压力油，联合动力马达一起给第二泵/马达供油，从而实现能量的回收再利用，达到节能、高效的目的。

而且，第一蓄能器既与下车液压回路连通，又与上车液压回路连通，可以充分利用上车液压回路和下车液压回路中的能量，使轮式起重机在多种工况下的能量均可以通过第一蓄能器回收，再应用到其它工况下。与上车液压回路和下车液压回路独立回收利用相比，统一回收、统一利用更有利于充分利用回收能量，提高能量的回收利用率，增强轮式起重机的节能效果。

在提供上述液压控制系统的基础上，本发明还提供一种包括上述液压控制系统的轮式起重机；由于液压控制系统具有上述技术效果，具有该液压控制系统的轮式起重机也具有相应的技术效果。

附图说明

图1为本发明所提供泵/马达控制回路一种具体实施方式的液压原理图；

图2为图1所示泵/马达控制回路回收机械能时的液压原理图；

图3为图1所示泵/马达控制回路释放液压能时的液压原理图；

图4为图1所示泵/马达控制回路处于马达工作模式且正转时的液压原理图；

图5为图1所示泵/马达控制回路处于马达工作模式且反转时的液压原理图；

图6为本发明所提供的轮式起重机液压控制系统一种具体实施方式的液压原理图

图7为图6所示液压系统处于回收能量状态时的液压原理图；

图8为图6所示液压系统处于释放能量状态时的液压原理图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种泵/马达控制回路和包括上述泵/马达控制回路的轮式起重机液压控制系统，该液压控制系统能有效减小轮式起重机的能量消耗，同时降低能量回收的成本，并在此基础上提高卷扬系统的稳定性。本发明的另一核心是提供一种包括上述液压控制系统的轮式起重机，其经济性得到提高。

需要指出的是，本文所述的泵/马达，系指在使用过程中，在一种工况下能作为马达使用，即借由流过的高压油带动输出轴转动做动力输出，将液压能转化为动能；在另一种工况下能作为泵使用，通过驱动轴旋转把液压油泵出，将动能转化为液压能。泵/马达可以兼具泵和马达的两种功能，并在这两种功能中适时切换。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图3，图1为本发明所提供泵/马达控制回路一种具体实施方式的液压原理图；图2为图1所示泵/马达控制回路回收机械能时的液压原理图；图3为图1所示泵/马达控制回路释放液压能时的液压原理图，图中箭头所示方向均为液压油的流向。

本发明所提供的泵/马达控制回路，包括泵/马达、动力泵3、第一蓄能器1和第二蓄能器2，其中，泵/马达与相应待驱动部件固定连接，动力泵3用于驱动泵/马达，第一蓄能器1和第二蓄能器2配合使用。泵/马达有泵工作模式和马达工作模式，当泵/马达处于泵工作模式时，泵/马达的出油口与第一蓄能器1连通，泵/马达的进油口与第二蓄能器2连通；当泵/马达处于马达工作模式时，泵/马达的出油口与动力泵3的进油口连通，泵/马达的进油口与动力泵3的出油口连通。

这样，泵/马达以马达模式工作时，动力泵3将高压的液压油泵入泵/马达中，驱动泵/马达带动与之固定连接的待驱动部件，在泵/马达中工作后的液压油变成低压后，循环回到动力泵进油口，供动力泵3使用。当泵/马达被反向力矩作用时，将以泵模式进行工作，从而将第二蓄能器2中的压力油压入第一蓄能器1中存储，实现机械能向液压能的转换。当泵/马达再次以马达模式工作时，第一蓄能器1中的液压油可以流出，与动力泵3中的液压油一起驱动泵/马达，将液压能再次转换为机械能，以减少动力泵3的能量损失，节省动力泵3的能耗，提高系统的效率。

在一种具体的实施方式中，第一蓄能器1的工作压力大于第二蓄能器2的工作压力。使泵/马达处于泵工作模式时，将低压的第二蓄能器2里的液压油打入高压的第一蓄能器1中，便于反向动力做功；当泵/马达处于马达工作模式时，液压油从高压蓄能器中流出，对泵/马达做功后流向低压蓄能器，实现液压能向机械能的转换，易于实现。

请参考图4和图5，图4为图1所示泵/马达控制回路处于马达工作模式且正转时的液压原理图；图5为图1所示泵/马达控制回路处于马达工作模式且反转时的液压原理图，图中箭头所示方向均为液压油的流向。

在进一步的技术方案中，上述的泵/马达可以是双向作用泵/马达，使泵/马达可以正转，也可以反转，并带动待驱动部件正转或反转，以满足更多的工况，提高泵/马达控制回路的适用范围。

优选的，本发明所提供的泵/马达控制回路中动力泵3可以是变量泵，泵/马达可以是变量泵/马达，以实现待驱动部件的无级变速功能，进一步提高泵/马达控制回路的适用性。

请参考图6，图6为本发明所提供的轮式起重机液压控制系统一种具体实施方式的液压原理图。

本发明还提供一种轮式起重机液压控制系统，包括输出旋转力矩的液压执行元件，该液压执行元件可以为泵/马达，该液压控制系统还包括上述的泵/马达控制回路。利用泵/马达控制回路中的能量回收功能，回收轮式起重机工作中的机械能，转化成液压能储存在第一蓄能器中，在适当的时候释放液压能，转化成机械能做功，以降低轮式起重机的能耗，达到节能的效果，提高轮式起重机的经济性。

在一种具体的实施方式中，上述的泵/马达包括设于轮式起重机液压控制系统下车液压回路中的若干第一泵/马达4，各且第一泵/马达4分别与轮式起重机的各车轮中心轴固定连接。轮式起重机正常行驶时，动力泵3将液压油分别向各第一泵/马达4的进油口输送，驱动各第一泵/马达4以马达的模式工作，带动各车轮8的中心轴旋转，使轮式起重机前进。

当轮式起重机制动时，其制动力与车轮旋转方向相反，制动力将驱动第一泵/马达4以泵模式工作，将与第一泵/马达4的进油口连通的第二蓄能器2中的液压油吸入第一泵/马达4，液压油加压后经第一泵/马达4的出油口进入第一蓄能器1中，将液压油在第一蓄能器1中以高压的形式储存起来，实现动能向液压能的转换，为下次轮式起重机驱动做好准备。

同时，第一泵/马达4在给第一蓄能器1充油的过程给轮式起重机提供的辅助制动力，并将此制动力以能量回收的方式消耗车辆的动能，实现车辆的有效制动。这样，车辆在制动时可以减少摩擦制动片的使用频次和使用时间，延长摩擦制动片的使用寿命。

当轮式起重机爬坡时，第一蓄能器1可以充当辅助动力源，向外打油。使第一蓄能器1同动力泵3一起给和各车轮8的第一泵/马达4供油，不仅实现大驱动功率的快速供给，增大了轮式起重机的驱动力，提高轮式起重机的工作效率，而且减少了原油的消耗，增强了轮式起重机的节能效果。而且第一蓄能器1和第二蓄能器2能反复使用，其使用寿命较长，相对于蓄电池回收能量相比，可以有效降低能量回收的成本。

在一种具体的实施方式中，各第一泵/马达4均为双向作用变量泵/马达。双向作用变量泵/马达均具有双向打油的特点，因此，可以实现轮式起重机前进和后退两种行驶方式，同时实现轮式起重机无极变速功能，满足更多的工况，且提高轮式起重机的舒适性。

轮式起重机前进时，动力泵3将液压油泵出，输送至各第一泵/马达4的进油口，如图4所示，驱动第一泵/马达4工作，作为马达使用，进而带动轮式起重机的各车轮8旋转，轮式起重机前进。

轮式起重机后退时，动力泵3仍将液压油输送至各第一泵/马达4的进油口，如图5所示，只是第一泵/马达4的变量斜盘倾角发生改变，从而使其输出轴的旋向发生改变，从而带动轮式起重机的各车轮8反向旋转，实现轮式起重机后退。

请参考图7和图8，图7为图6所示液压系统处于回收能量状态时的液压原理图；图8为图6所示液压系统处于释放能量状态时的液压原理图；图中箭头所示方向均为液压油的流向，为了表达简洁，图中将轮式起重机中不同工况下各个液压回路中的液压油流向均画在一张示意图中，本领域的技术人员应当理解，并不意味着液压系统中会同时出现图中的所有液压油流向。

在另一种具体的实施方式中，泵/马达包括第二泵/马达5，该第二泵/马达5设于轮式起重机上车液压回路的主卷扬液压回路中，即主卷扬回路中设有第二泵/马达5，第二泵/马达5处于泵工作模式时，第一蓄能器1与第二泵/马达5的出油口连通，第二蓄能器2与第二泵/马达5的进油口连通。这样，卷扬吊重下降时，重物下降带动第二泵/马达5旋转，使第二泵/马达5以泵模式工作，液压控制系统处于能量回收状态，第二蓄能器2里的液压油泵入第一蓄能器1中，实现重物势能向液压能的转化，重物的下降速度由第二泵/马达5的排量控制。在卷扬吊升重物时，液压控制系统处于释放能量状态，第一蓄能器1可以快速打出压力油，联合动力马达一起给第二泵/马达5供油，从而实现能量的回收再利用，达到节能、高效的目的。

而且，第一蓄能器1既与下车液压回路连通，又与上车液压回路连通，可以充分利用上车液压回路和下车液压回路中的能量，使轮式起重机在多种工况下的能量均可以通过第一蓄能器1回收，再应用到其它工况下。与上车液压回路和下车液压回路独立回收利用相比，统一回收、统一利用更有利于充分利用回收能量，提高能量的回收利用率，增强轮式起重机的节能效果。

在进一步的技术方案中，本发明所提供的轮式起重机液压控制系统中的泵/马达还可以包括第三泵/马达6，且第三泵/马达6设于上车液压回路的副卷扬液压回路中，即副卷扬回路中设有第三泵/马达6，第三泵/马达6处于泵工作模式时，第一蓄能器1与第三泵/马达6的出油口连通，第二蓄能器2与第三泵/马达6的进油口连通。即轮式起重机中包括主卷扬和副卷扬，且主卷扬液压回路和副卷扬液压回路中均设有泵/马达。重物下降时，带动第二泵/马达5和第三泵/马达6均以泵模式工作，将第二蓄能器2中的液压油打入第一蓄能器1中，实现重物势能向液压能的转换；主卷扬和副卷扬提升重物时，第一蓄能器1会快速将液压油送出给主卷扬和副卷扬供油，实现回收能量的再利用。

可以对上述的液压系统作进一步改进。

上车液压回路还包括转台液压回路，本发明所提供的液压控制系统中泵/马达还包括第四泵/马达7，且第四泵/马达7设在上车液压回路的转台液压回路中，当第四泵/马达7处于泵工作模式时，第一蓄能器1与第四泵/马达7的出油口连通，第二蓄能器2与第四泵/马达7的进油口连通。即液压控制系统处于能量回收状态时，第二蓄能器2与第四泵/马达7的进油口连通，第一蓄能器1与第四泵/马达7的出油口连通；液压控制系统处于释放能量状态时，第二蓄能器2与第四泵/马达7的出油口连通，第一蓄能器1与第四泵/马达7的进油口连通。回转系统在停止工作时，若不利用制动器进行制动，则转台因为惯性会继续旋转，直到惯性能完全消耗掉为止。本发明所提供的液压系统可以利用第一蓄能器1和第二蓄能器2对回转惯性能进行回收，回收原理和主卷扬液压回路的类似，区别在于主卷扬液压回路回收的是重物的势能，转台液压回路回收的是转台的惯性能。

需要说明的是，主卷扬、副卷扬和转台是轮式起重机的常见组成部分，主卷扬液压回路、副卷扬液压回路和转台液压回路均是本领域技术人员应该通晓的现有技术，在此不作展开阐述。

除了上述液压控制系统，本发明还提供一种包括上述液压控制系统的轮式起重机，该轮式起重机其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

以上对本发明所提供的轮式起重机及其液压控制系统、泵/马达控制回路进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种泵/马达控制回路，其特征在于，包括与相应待驱动部件固定连接的泵/马达、驱动所述泵/马达的动力泵，以及配合使用的第一蓄能器和第二蓄能器；所述第一蓄能器与处于泵工作模式的所述泵/马达的出油口连通，所述第二蓄能器与处于泵工作模式的所述泵/马达的进油口连通；所述动力泵的出油口与处于马达工作模式的所述泵/马达的进油口连通，且处于马达工作模式的所述泵/马达的出油口与所述动力泵的进油口连通。

2.根据权利要求1所述的泵/马达控制回路，其特征在于，所述第一蓄能器的工作压力大于所述第二蓄能器的工作压力。

3.根据权利要求1所述的泵/马达控制回路，其特征在于，所述泵/马达为双向作用泵/马达。

4.根据权利要求3所述的泵/马达控制回路，其特征在于，所述动力泵为变量泵，所述泵/马达均为变量泵/马达。

5.轮式起重机液压控制系统，包括输出旋转力矩的液压执行元件，其特征在于，所述液压执行元件具体为泵/马达，且该液压控制系统还包括如权利要求1至4中任一项所述的泵/马达控制回路。

6.根据权利要求5所述的轮式起重机液压控制系统，其特征在于，所述泵/马达包括所述液压控制系统下车液压回路中的若干第一泵/马达，各所述第一泵/马达分别与所述轮式起重机的各车轮中心轴固定连接。

7.根据权利要求6所述的轮式起重机液压控制系统，其特征在于，所述泵/马达包括第二泵/马达，该第二泵/马达设于上车液压回路中的主卷扬液压回路中。

8.根据权利要求7所述的轮式起重机液压控制系统，其特征在于，所述泵/马达还包括第三泵/马达，该第三泵/马达设于上车液压回路中的副卷扬液压回路中。

9.根据权利要求6所述的轮式起重机液压控制系统，其特征在于，所述泵/马达还包括第四泵/马达，该第四泵/马达设于上车液压回路中的转台液压回路中。

10.一种轮式起重机，其特征在于，包括如权利要求5至9任一项所述的液压控制系统。

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