CN102493517B - 液压混合动力挖掘机回转系统及该回转系统的驱动和制动方法 - Google Patents
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Abstract
液压混合动力挖掘机回转系统及该回转系统的驱动和制动方法，属于挖掘机液压系统技术领域。它解决了现有液压混合动力挖掘机的回转系统制动时的能量回收效率低的问题。回转系统包括变量泵和多路阀，它还包括电比例节流阀、单向阀、电控开关阀、第一手动换向阀、第二手动换向阀、溢流阀、液压泵/马达、液压蓄能器、压力传感器和控制器；基于所述回转系统的驱动和制动方法，将第一手动换向阀调至上位并将第二手动换向阀调至中位，使所述回转系统进入具有回收能量功能的混合动力模式，该模式利用液压泵/马达可工作于四象限的特点，来完成回转系统的驱动和制动。本发明适用作液压混合动力挖掘机的回转系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种液压混合动力挖掘机回转系统及该回转系统的驱动和制动方法，属于挖掘机液压系统技术领域。
背景技术
挖掘机是一种应用范围非常广泛的工程机械，目前的挖掘机普遍存在着油耗高，排放差的缺点，究其原因，主要是其液压系统的效率较低。随着能源危机的持续加重以及环保要求的不断提高，对于挖掘机液压系统的节能研究逐渐成为研究的热点。
近年来，相关学者开发了多项节能技术用于提高挖掘机液压系统效率，但这些技术都无法消除液压系统主阀口的节流损失，并且无法回收回转装置制动时的能量，所以节能空间有限。对于采用电动混合动力技术的混合动力挖掘机，虽然回转装置制动时的能量可以回收，但由于能量转换经历了机械能、液压能和电能三个环节，因此导致能量损失较大，并且这种方式很难在现有的挖掘机生产制造体系上进行改造。
发明内容
本发明是为了解决对现有液压混合动力挖掘机的回转系统制动时的能量回收效率低的问题，提供一种液压混合动力挖掘机回转系统及该回转系统的驱动和制动方法。
本发明所述液压混合动力挖掘机回转系统，它包括变量泵和多路阀，它还包括电比例节流阀、单向阀、电控开关阀、第一手动换向阀、第二手动换向阀、溢流阀、液压泵/马达、液压蓄能器、压力传感器和控制器，
多路阀的进油口连通变量泵的高压油口，多路阀的A口连通第二手动换向阀的d口，多路阀的B口连通第二手动换向阀的c口，第二手动换向阀的b口连通液压泵/马达的低压油端口，第二手动换向阀的a口连通液压泵/马达的高压油端口，
液压泵/马达的高压油端口还同时连通第一手动换向阀的a口，压力传感器用于测量所述液压泵/马达的高压油端口的压力，液压泵/马达的低压油端口还连接第一手动换向阀的b口，第一手动换向阀的c口连通电控开关阀的一个进出油端口，电控开关阀的另一个进出油端口同时连通液压蓄能器的输油口和单向阀的出油口，单向阀的进油口同时连通电比例节流阀的一个进出油端口和变量泵的高压油口，电比例节流阀的另一个进出油端口连接变量泵内部的变量机构的控制油口；
液压泵/马达高压油端口连通溢流阀的进油口，溢流阀的出油口连通液压泵/马达的低压油端口；
控制器的液压泵/马达控制信号输出端连接液压泵/马达的控制信号输入端，控制器的开度信号输出端连接电比例节流阀的开度信号输入端，控制器的开关信号输出端连接电控开关阀的开关控制信号输入端。
本发明所述基于上述液压混合动力挖掘机回转系统的驱动和制动方法，所述方法的过程为：
将第一手动换向阀调至上位并将第二手动换向阀调至中位，
控制器根据采集获得的回转系统控制手柄的目标速度信号以及液压泵/马达的实际速度信号，来控制液压泵/马达的斜盘倾角的方向和大小，从而使得液压泵/马达跟踪目标速度，当目标速度信号大于液压泵/马达的实际速度时，液压泵/马达工作于马达工况；当目标速度信号小于液压泵/马达实际速度时，控制器控制液压泵/马达的斜盘倾角使其工作于液压泵工况，从而将回转系统的制动能转化为液压能储存在液压蓄能器中；
在液压泵/马达处于静止状态时，利用电控开关阀切断油路，控制器控制电比例节流阀的开度，从而调整变量泵排量。
本发明的优点是：本发明在现有的液压混合动力挖掘机回转系统的基础上进行改进获得，在保证原液压混合动力挖掘机回转系统性能不减的同时，能够实现对回转系统制动时进行能量回收，由于避免了现有技术中机械能、液压能和电能等多次转换环节，而提高了能量回收效率。
本发明所述回转系统在转动时，液压泵/马达工作于马达工况，回转系统在制动时，液压泵/马达工作于泵工况，从而将制动能转换为液压能并储存在液压蓄能器中，通过合理的控制策略控制液压蓄能器释放能量，可显著提高液压系统效率，同时，本发明系统基于现有的挖掘机液压系统进行改造，容易实现，而且利用冗余设计思想，当回转系统出现故障时，可通过两个手动换向阀换向，使得回转系统恢复成传统液压挖掘机回转系统的配置方式，提高了挖掘机回转液压系统的可靠性。
本发明通过液压泵/马达的四象限工作特性以及加装液压蓄能器，可回收回转系统的制动能。由控制器控制电比例节流阀的开度，从而模拟回转系统的压力信号，并反馈到原系统变量泵的变量机构，与挖掘机其他执行元件的压力反馈信号共同作用来调整原系统变量泵的排量。通过手动换向阀可将回转系统切换至原回转系统模式，避免了回转系统在出现故障后导致的挖掘机整机无法正常工作的弊端。
本发明在提高液压系统效率的同时，在控制性能上对挖掘机的其他子系统影响小。并且结构简单，成本低。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述液压混合动力挖掘机回转系统，它包括变量泵1和多路阀2，它还包括电比例节流阀3、单向阀4、电控开关阀5、第一手动换向阀6、第二手动换向阀7、溢流阀8、液压泵/马达9、液压蓄能器10、压力传感器11和控制器12，
多路阀2的进油口连通变量泵1的高压油口，多路阀2的A口连通第二手动换向阀7的d口，多路阀2的B口连通第二手动换向阀7的c口，第二手动换向阀7的b口连通液压泵/马达9的低压油端口，第二手动换向阀7的a口连通液压泵/马达9的高压油端口，
液压泵/马达9的高压油端口还同时连通第一手动换向阀6的a口，压力传感器11用于测量所述液压泵/马达9的高压油端口的压力，液压泵/马达9的低压油端口还连接第一手动换向阀6的b口，第一手动换向阀6的c口连通电控开关阀5的一个进出油端口，电控开关阀5的另一个进出油端口同时连通液压蓄能器10的输油口和单向阀4的出油口，单向阀4的进油口同时连通电比例节流阀3的一个进出油端口和变量泵1的高压油口，电比例节流阀3的另一个进出油端口连接变量泵1内部的变量机构13的控制油口；
液压泵/马达9高压油端口连通溢流阀8的进油口，溢流阀8的出油口连通液压泵/马达9的低压油端口；
控制器12的液压泵/马达控制信号输出端连接液压泵/马达9的控制信号输入端，控制器12的开度信号输出端连接电比例节流阀3的开度信号输入端，控制器12的开关信号输出端连接电控开关阀5的开关控制信号输入端。
具体实施方式二：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式为基于实施方式一所述液压混合动力挖掘机回转系统的驱动和制动方法，本实施方式所述回转系统将现有回转系统中的马达更换为液压泵/马达9，并加装其它相关元件以后，通过两个手动换向阀的切换，来实现工作模式的切换。
本发明所述的回转系统在实际工作中具有两种工作模式：
第一种：混合动力模式，是采用本发明所述的回转系统实现驱动和制动的模式，将第一手动换向阀6调至上位并将第二手动换向阀7调至中位，使所述回转系统进入具有回收能量功能的混合动力模式，该模式利用液压泵/马达9可工作于四象限的特点，来完成回转系统的驱动和制动。具体过程为：
控制器12根据采集获得的回转系统控制手柄的目标速度信号以及液压泵/马达9的实际速度信号，来控制液压泵/马达9的斜盘倾角的方向和大小，从而使得液压泵/马达9跟踪目标速度。当目标速度信号大于液压泵/马达9的实际速度(驱动工况)时，液压泵/马达9工作于马达工况。当目标速度信号小于液压泵/马达9实际速度(制动工况)时，控制器12控制液压泵/马达9的斜盘倾角使其工作于液压泵工况，从而将回转系统的制动能转化为液压能储存在液压蓄能器10中。储存在液压蓄能器10中的能量可用于回转系统的下一次驱动。
单向阀4的作用是比较主系统压力和回转系统压力，防止回转系统的压力波动对主系统其他执行元件进行干扰。
在液压泵/马达9处于静止状态时，利用电控开关阀5切断油路，对其锁死。控制器12根据回转系统的压力以及原回转系统工作时反馈的压力情况来调整电比例节流阀3的开度，从而模拟回转系统的压力信号，反馈到原系统变量泵1的变量机构13，与挖掘机其他执行元件的压力反馈信号共同作用来调整变量泵1排量。
第二种：原有回转系统模式，是当本发明回转系统出现故障时，原回转系统的工作模式，，通过将第一手动换向阀6调至中位，并将第二手动换向阀7调至上位，同时将液压泵/马达9的排量定为最大值，使回转系统处于原回转系统模式，该模式的工作状态如下：
此时，回转系统的旋转方向和速度都由多路阀2中回转系统子控制阀的控制方向和阀口开度来决定，从而提高了回转系统的可靠性，避免了本发明回转系统在出现故障后导致的挖掘机整机无法正常工作的弊端。
Claims (2)
1.一种液压混合动力挖掘机回转系统，它包括变量泵（1）和多路阀（2），其特征在于：它还包括电比例节流阀（3）、单向阀（4）、电控开关阀（5）、第一手动换向阀（6）、第二手动换向阀（7）、溢流阀（8）、液压泵/马达（9）、液压蓄能器（10）、压力传感器（11）和控制器（12），
多路阀（2）的进油口连通变量泵（1）的高压油口，多路阀（2）的A口连通第二手动换向阀（7）的一个工作油口，多路阀（2）的B口连通第二手动换向阀（7）的另一个工作油口,第二手动换向阀（7）的出油口连通液压泵/马达（9）的低压油端口，第二手动换向阀（7）的进油口连通液压泵/马达（9）的高压油端口，
液压泵/马达（9）的高压油端口还同时连通第一手动换向阀（6）的进油口，压力传感器（11）用于测量所述液压泵/马达（9）的高压油端口的压力，液压泵/马达（9）的低压油端口还连接第一手动换向阀（6）的出油口，第一手动换向阀（6）的一个工作油口连通电控开关阀（5）的一个进出油端口，电控开关阀（5）的另一个进出油端口同时连通液压蓄能器（10）的输油口和单向阀（4）的出油口，单向阀（4）的进油口同时连通电比例节流阀（3）的一个进出油端口和变量泵（1）的高压油口,电比例节流阀（3）的另一个进出油端口连接变量泵（1）内部的变量机构（13）的控制油口；
液压泵/马达（9）高压油端口连通溢流阀（8）的进油口，溢流阀（8）的出油口连通液压泵/马达（9）的低压油端口；
控制器（12）的液压泵/马达控制信号输出端连接液压泵/马达（9）的控制信号输入端，控制器（12）的开度信号输出端连接电比例节流阀（3）的开度信号输入端，控制器（12）的开关信号输出端连接电控开关阀（5）的开关控制信号输入端。
2.一种基于权利要求1所述液压混合动力挖掘机回转系统的驱动和制动方法，其特征在于所述方法的过程为：
将第一手动换向阀（6）调至上位并将第二手动换向阀（7）调至中位，
控制器（12）根据采集获得的回转系统控制手柄的目标速度信号以及液压泵/马达（9）的实际速度信号，来控制液压泵/马达（9）的斜盘倾角的方向和大小，从而使得液压泵/马达（9）跟踪目标速度，当目标速度信号大于液压泵/马达（9）的实际速度时，液压泵/马达（9）工作于马达工况；当目标速度信号小于液压泵/马达（9）实际速度时，控制器（12）控制液压泵/马达（9）的斜盘倾角使其工作于液压泵工况，从而将回转系统的制动能转化为液压能储存在液压蓄能器（10）中；
在液压泵/马达（9）处于静止状态时，利用电控开关阀（5）切断油路，控制器（12）控制电比例节流阀（3）的开度，从而调整变量泵（1）排量。
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