CN102653228A - 混联式混合动力装载机 - Google Patents

Abstract

一种混联式混合动力装载机。其特点是包括传动系统应用并联混合动力系统和液压工作装置应用串联混合动力系统，传动系统的驱动电机的动力输出与发动机的动力输出并联于动力输出轴，驱动电机的电极是与蓄电装置连接，构成了并联混合动力系统，发动机和驱动电机的动力耦合输出，驱动装载机的传动系统、转向油泵和制动油泵，并利用驱动电机吸收发动机的盈余功率转化成电能储存到蓄电装置中；工作油泵是与油泵电机的输出轴连接；油泵电机电极是与蓄电装置连接，因而液压工作装置构成串联系统。其优点是可以有效的改善装载机等工程机械的燃油消耗高和排放污染重的现状，实现节能减排，降低油耗和排放。

Description

混联式混合动力装载机

技术领域

本发明是涉及一种应用于装载机等既有行走要求又有驱动工作装置液压系统工作要求的工程机械领域，特别是涉及一种混联式混合动力装载机。

背景技术

装载机等工程机械具有循环周期短、工作周期性和波动性强、传动效率低、能耗高、污染严重等特点。装载机的典型工况可以描述为：空载驶向物料-铲装-运输-举升-卸载-空载返程，其中既有行驶运输过程也有液压工作过程。传统装载机依靠发动机提供这两方面的动力，现有的混合动力装载机在发动机之外还设置电动-发电设备，电动-发电设备同轴并联于动力输出轴，当功率需求较大时，电动-发电设备起到电动机的作用，从储电设备获取电能转化为机械能并将动力并联于动力输出轴，补充发动机的功率，当功率需求较小时，电动-发电设备起到发电机的作用，将发电机的盈余功率转化为电能，存储于储电设备，实现对发动机动力“补峰挖谷”满足装载机的负荷波动要求。但这种情况，向液压工作装置提供高压液压油的工作油泵始终与动力输出轴相连，始终保持转动工作状态，产生溢流损失，造成很大的能量浪费，对于降低油耗和排放十分不利。

发明内容

本发明的目的就是提供一种能解决装载机输出功率在一定范围内有规律波动、燃油和排放性能差的问题，发明了一种降低油耗和排放的混联式混合动力装载机。

本发明的解决方案是这样的：动力系统中发动机和驱动电机的动力经动力输出轴输出，一方面经过齿轮传动驱动转向油泵和制动油泵，另一方面经过液力变矩器驱动装载机的传动系统，驱动电机的动力输出与发动机的动力输出并联于动力输出轴，驱动电机的电极是与蓄电装置连接；液压工作装置由工作油泵向其供油，工作油泵由油泵电机驱动。因而本发明的传动系统连接关系为：发动机与驱动电机并联，合成的动力经通过传动齿轮驱动转向油泵和制动油泵，以及通过液力变矩器传递给变速器，构成了并联混合动力系统，并联系统稳定发动机工作区域降低油耗，驱动电机对发动机动力实现“补峰挖谷”满足装载机的负荷波动要求，并联系统的驱动电机还起发电机的作用，吸收发动机的盈余功率转化成电能储存在蓄电装置中以备用。所述的工作油泵与油泵电机的输出轴连接，油泵电机电极是与蓄电装置连接，构成本发明的液压工作装置串联系统，该系统的工作油泵由油泵电机驱动，当装载机的液压工作装置的液压系统需要工作时油泵电机处于驱动状态，油泵电机的工作状态和工作负荷可以根据液压负载的功率需求调节，当液压工作装置的液压系统不工作时可以关闭油泵电机，从而避免了装载机由发动机直接驱动工作油泵而产生的溢流损失，驱动油泵电机的电能来自蓄电装置。这种将发动机与液压工作装置的液压系统分离的技术方案，将液压工作装置的液压系统独立于发动机工作，从而可以实现消除发动机怠速等功能。串联系统利用油泵电机驱动工作油泵为液压工作装置提供液压能，利用电机驱动具有快速启/停特性、可控性强和灵活可靠的特点实现工作装置的液压能的按需供应，从而避免发动机一直驱动油泵所造成的溢流损失，还能实现铲斗的势能回收。

本发明的优点是可以有效的改善装载机等工程机械的燃油消耗高和排放污染重的现状，实现节能减排，降低油耗和排放。

附图说明

附图是本发明的实施例。

附图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

本实施例附图中各部件明细如下：

1是转斗油缸，2是动臂油缸，3动力输出轴，4是发动机，5驱动电机，6是油泵传动齿轮，7是转向油泵，8是制动油泵，9是液力变矩器，10是变速器，11是蓄电装置，12是油泵电机，13是工作油泵， 14是液压油箱，15是限压溢流阀，16是高压回油通道，17是换向阀，18是动臂操纵阀，19是转斗操纵阀。

本发明包括并联系统和串联系统，并联系统中发动机4和驱动电机5的动力经动力输出轴3将动力合成后输出，一方面通过传动齿轮驱动转向油泵和制动油泵，另一方面经过液力变矩器驱动装载机的传动系统，所述的驱动电机5的电极是与蓄电装置11连接，并联系统除了驱动传动系统、转向油泵7和制动油泵8外，还向蓄电装置11储存电能；串联系统中液压工作装置由工作油泵13向其供油，所述的工作油泵13是与油泵电机12的输出轴连接，油泵电机12的电极是与蓄电装置11连接构成液压工作装置应用串联混合动力系统的结构，从蓄电装置11获取电能供给油泵电机12，油泵电机12的负荷率由装载机液压工作装置决定，当工作装置负载较大时油泵电机的负荷率较大；当工作装置负载较小时油泵电机的负荷率较小；当工作装置不工作时油泵电机关闭，系统压力由液压装置保持。蓄电装置11为超级电容或蓄电池或复合电源。

下面结合附图对本发明的一个实施例进行详细说明。

本实施例主要包括传动系统应用并联混合动力系统和液压工作装置应用串联混合动力系统。其中油泵电机12是采用电动机/发电机双作用电机，工作油泵13是采用马达/油泵双向油泵。

如附图1所示，传动系统的并联混合动力系统将发动机4、驱动电机5为同轴并联输出，输出的动力一方面驱动装载机的转向油泵和制动油泵；另一方面经过液力变矩器驱动装载机的传动系统。并联系统可以实现发动机单独驱动模式，中等负荷时，发动机4单独工作，驱动电机5关闭；电机助力模式，大负荷时，发动机4驱动同时驱动电机5也驱动；驱动发电模式，小负荷时，发动机4除了驱动传动装置还要拖动驱动电机5发电，驱动电机发电产生的电能储存到蓄电装置11中备用。

如附图1所示，液压工作装置应用串联混合动力系统的工作油泵13由油泵电机12驱动，当装载机的液压工作装置的液压系统需要工作时油泵电机12处于驱动状态，油泵电机12的工作状态和工作负荷可以根据液压负载的功率需求调节，当液压系统不工作时可以关闭油泵电机12，从而避免了传统装载机由发动机直接驱动工作油泵而产生的溢流损失。驱动油泵电机12的电能均来自蓄电装置11。本发明使发动机4与液压工作装置的液压系统分离，使液压工作装置的液压系统独立于发动机工作，从而可以实现消除发动机怠速的功能；液压工作装置能量流动关系如下：蓄电装置11的电能来自驱动电机5和油泵电机12，驱动电机5吸收来自发动机的盈余功率和制动能量回收的能量，油泵电机12吸收铲斗的势能回收的能量。当液压工作装置的液压系统工作时，油泵电机12以适当的工作状态和工作负荷驱动油泵，为转斗油缸1和动臂油缸2提供足够的压力和流量；当液压工作装置的液压系统不工作时，关闭油泵电机12，不消耗电能，系统压力靠液压工作装置保持；当铲斗回落动臂下降时，铲斗的势能转化为动臂油缸的液压能，液压能再通过工作油泵13（此时用作液压马达）转化为机械能，拖动油泵电机12（此时作为发电机用）发电转化为电能存储于蓄电装置11中。

当液压工作装置工作时，油泵电机12以适当转矩和转速驱动工作油泵13并为液压系统提供足够的液压能，此时换向阀17处于下位，动臂油缸2和转斗油缸1的回油管路经换向阀17与液压油箱14联通，驱动油泵电机12的电能来自蓄电装置11。当液压系统不工作时，油泵电机12关闭，系统压力由液压装置保持，从而减低了系统的能耗。

当动臂下降时，换向阀17处于上位，动臂的势能转化为动臂油缸2大腔的液压能，高压液压油经动臂操纵阀18的右位和换向阀17的上位输送到高压回油通道16，高压回油通道16分成两部分，一部分经动臂操纵阀18的右位对动臂油缸2小腔进行补油，另一部分驱动工作油泵13（此时用作液压马达）转动，工作油泵13拖动油泵电机12转动并发电，为蓄电装置11充电。在此过程中动臂的势能转化为动臂油缸2的液压能，液压能又转化为工作油泵13（此时用作液压马达）的动能，动能又转化为电机的电能，最终储存到蓄电装置11中备用。

附图1中的液压工作装置的执行部件包括转斗油缸1和动臂油缸2，工作油泵13为双向油泵/马达，液压工作装置应用串联混合动力系统的结构还为铲斗的势能回收创造条件，当铲斗下降时，铲斗的势能转化为动臂液压缸无杆腔的液压能，液压能驱动工作油泵13（此时用作液压马达）转化为机械能，马达再带动油泵电机12发电，将马达的机械能转化为电能，最终将铲斗的势能以电能的方式回收并储存到蓄电装置11中以备用。

实施本发明对系统的功率匹配较佳的方式是：发动机4除了为并联混合动力系统提供平均功率外，还要拖动驱动电机5给储能设备11充电，以供串联系统使用，因此发动机4和驱动电机5的功率在满足并联系统的功率需求的基础上，还要适当的增大功率裕值以满足串联混合动力系统的用电需求。油泵电机12可以按工作油泵13的驱动和回收最高动力要求进行匹配。

Claims (2)

1.一种混联式混合动力装载机，包括动力系统、液压工作装置、蓄电装置，动力系统中发动机（4）和驱动电机（5）的动力经动力输出轴（3）输出，一方面经过传动齿轮驱动转向油泵和制动油泵，另一方面经过液力变矩器驱动装载机的传动系统；液压工作装置由工作油泵（13）向其供油，其特征在于还包括油泵电机（12），所述油泵电机（12）与所述工作油泵（13）相连，油泵电机（12）的电极与蓄电装置（11）连接。

2.根据权利要求1所述的混联式混合动力装载机，其特征在于所述的工作油泵（13）为马达/油泵双作用油泵，所述油泵电机（12）为电动机/发电机双向电机。

Images