CN103255790A - 共用直流母线的电动液压挖掘机 - Google Patents

共用直流母线的电动液压挖掘机 Download PDF

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Abstract

一种共用直流母线的电动液压挖掘机是设置有公共直流母线电连接有斗杆逆变器的输入端、开式回路逆变器的输入端、回转逆变器的输入端和动臂逆变器的输入端;所述动臂液压缸及其控制回路是泵直接控制的闭式回路、阀控制的开式回路、或是泵和阀复合控制的回路;所述斗杆液压缸及其控制回路是泵直接控制的闭式回路、阀控制的开式回路、或是泵和阀复合控制的回路;所述铲斗液压缸及其控制回路是阀控制的开式回路;所述回转控制回路是电动机直接控制的系统。本挖掘机采用电动力,结构简单,效率高,维护方便,不仅大大地降低了施工费用,而且实现了施工无尾气排放,更加绿色环保。

Description

共用直流母线的电动液压挖掘机
[0001] 技术领域
本发明涉及一种电动机驱动的液压挖掘机,具体地说,是一种采用电网电能和电池电力驱动多台共用直流母线的电动机作动力源的液压挖掘机。
背景技术
[0002] 作为工程机械之一的液压挖掘机一般具有下部行驶体,能够旋转地设置在该下部行驶体上的上部旋转体,能够俯仰地设置在该上部旋转体上且包含动臂、斗杆以及铲斗的多关节型的作业工作装置。目前,液压挖掘机的动力源主要采用的是内燃发动机,由内燃发动机驱动液压泵,通过控制阀分别对多个液压执行机构,具体就是动臂用液压缸、斗杆用液压缸、铲斗用液压缸和回转用液压马达等进行控制,这样的系统属于单动力源的多执行器回路,为了降低能量损失,目前采用最多的方式是负载敏感原理,就是当同时有多个执行器同时工作时,液压泵在满足流量要求的前提下,泵输出压力和系统中最大的负载相匹配,这样的不足是会在负载压力较低的执行器上产生较大的节流损失,增大了机器的能耗和发热,同时也产生较大的排放污染。
[0003] 为了降低液压挖掘机工作中的能耗,提高整机的能量利用率,一种新的技术是采用混合动力方式控制发动机的运行情况,在现有液压挖掘机的内燃动力源上再增设发电/电动机作为辅助动力源,提高发动机的高效工作区,具体就是,当发动机驱动的外负载较小时,发动/电动机同时驱动发动机,发电机向电池充电,当外负载较大时,发动机和发电/电动机共同驱动液压泵,电池提供辅助的动力,这样同时也就降低了发动机的装机功率,目前,日本日立建机、小松和住友等多个企业都已经推出了混合动力的挖掘机,也有许多这方面的发明专利公开,有代表性的有日本住友株式会社的发明申请:US 2011/0000722 Al,日本神钢建设机械株式会社申请的中国发明专利:201110096143.3,日本卡亚巴公司申请的中国发明专利:20098011987 1,以及日本株式会社小松制作所申请的中国发明专利:201180013882.z等。这些专利的共同特点是用内燃发动机通过机械传动机构驱动液压泵和电动/发电机,或者内燃发动机、电动/发电机和液压泵同轴布置,液压泵经过控制阀驱动工作装置和行走液压马 达,用电动机独立驱动回转机构,动臂和回转机构通过液压马达驱动电动发电机实现动臂势能和回转动能的存储。
[0004] 混合动力较单独的内燃机驱动提高了能效、降低了污染排放,但仍然由有内燃机驱动,工作效率较低,仍然存在排放污染,所以日本的企业进一步申请了采用纯电动驱动的液压挖掘机专利;株式会社竹内掣作所,2007年申请了名称为“Electrically-DrivenService Vehicle”,电动挖掘机的欧洲专利,公开号EP I 985 767 Al,其发明点就是用一台变转速驱动的电动机替代现有液压挖掘机中的内燃发动机,驱动一台主液压泵,通过控制阀控制动臂、斗杆、铲斗和回转机构的运动,专利中给出了整机的布局关系。日立建机申请了类似的专利,日本公开特许公报,JP 2009-114653 A,来降低排放和提高效率,工作过程中通过外部电源对机器上带有的蓄电池充电,蓄电池提供机器工作过程的动力,而其余组成部分与现有液压挖掘机一样。日立建机2009.11.5公开的名称为“電動式作業機械”的电动液压挖掘机专利,日本公开特许公报,JP 2009-256988 A,在前述专利的基础上,采用主电机同轴驱动二台主液压泵和一台先导液压泵,进一步降低节流损失。该公司申请的“電気駆動式作業機械”的电动液压挖掘机专利,日本公开特许公报公开的,JP 2009-197514A,进一步将回转机构改为电机直接驱动,降低节流损失。株式会社竹内掣作所2012年4月19日申请公开的发明专利,WO 2012/049812 Al,将先导泵独立用一台变速电机驱动,并在主液压泵和先导液压泵的出油口设置了蓄能器。日本住友公司2010申请了发明名称为,“Hybrid Working Machine and Servo Control System” 的电动液压挖掘机发明专利,US 20110288711 Al,其结构特点是用内燃发动机驱动发电机,发电机经过逆变器驱动液压泵,液压泵再经过控制阀控制工作装置和行走,用电动机独立驱动回转机构,同时将多余的电能存储在蓄电池中备用和用于峰值功率的工况。国内也有许多企业申请了类似的实用新型专利和发明专利,如实用新型专利“电动挖掘机”,专利号ZL 200620120546.1 ;“电动液压挖掘机”,专利号ZL 200720139425.6 ;“立井施工用电动挖掘机”,专利号ZL200820004895.6 ;“电动液压挖掘机”,专利号为200820113727.0 ;一种新型电动液压挖掘机,申请号201120263102.4 ;申请的专利有,“一种电动液压挖掘机”,申请号20111044296
1.4 ;“一种电动挖掘机的动力系统”,申请号201110074783.4 ;但是这些专利技术,只是用电动机取代了内燃发动机,挖掘机的主要结构及控制方式基本没有变化,仍然保留了传统的阀控方式,也未能充分利用电动控制的原理,对挖掘机工作中浪费的动势能进行回收利用,所以存在非常大的节流损失,需要进一步加以的改进。
发明内容
[0005] 本发明的目的是提供的一种共用直流母线的电动液压挖掘机,该电动液压挖掘机正是充分利用电动控制技术的优势,尽可能多的回收再利用挖掘机工作中积累的动能和势能,同时采用新的分布式变转速控制液压控制回路,尽可能多的减小节流损失,是一种更为节能,环保的挖掘机。
[0006] 为了实现上述目的, 本发明所采取的措施是一种电动液压挖掘机的技术方案,该方案包含有动臂液压缸及其控制回路;斗杆液压缸及其控制回路;铲斗液压缸及其控制回路;驱动回转机构及其回转控制回路;还包含有整流器、充电器、蓄电池、DC-DC变换器、超级电容器组、电抗器和滤波电容;其结构特征如下:
设置有一公共直流母线电连接有斗杆逆变器的输入端、开式回路逆变器的输入端、回转逆变器的输入端和动臂逆变器的输入端;所述动臂液压缸及其控制回路是泵直接控制的闭式回路、阀控制的开式回路、或是泵和阀复合控制的回路;所述斗杆液压缸及其控制回路是泵直接控制的闭式回路、阀控制的开式回路、或是泵和阀复合控制的回路;所述铲斗液压缸及其控制回路是阀控制的开式回路;所述回转控制回路是电动机直接控制的系统。
[0007] 在上述技术方案中,进一步的附加技术特征如下:
所述动臂液压缸及其控制回路的泵直接控制的闭式回路是动臂液压泵的进油口依次连通有第一二位二通阀的进油口和动臂液压缸的无杆腔、出油口依次连通有第二二位二通阀和动臂液压缸的有杆腔。
[0008] 所述动臂液压缸及其控制回路的阀控制的开式回路是开式回路逆变器的输出端依次连接有开式回路电动机和开式回路液压泵;动臂控制阀的出油口分别与动臂液压缸的无杆腔和有杆腔连通、进油口与开式回路液压泵的出油口连通。
[0009] 所述动臂液压缸及其控制回路的泵和阀复合控制的回路是动臂逆变器的输出端依次连接有动臂电动机和动臂液压泵;动臂液压泵的进油口依次连接有第一二位二通阀和动臂液压缸的无杆腔、出油口依次连接有第二二位二通阀和动臂液压缸的有杆腔、第三油口与第II液压蓄能器的进油口连通;
开式回路逆变器的输出端依次连接有开式回路电动机和开式回路液压泵。
[0010] 动臂控制阀的两个出油口分别与动臂液压缸的有杆腔和无杆腔连通、进油口与开式回路液压泵的出油口连通。
[0011] 所述斗杆液压缸及其控制回路的泵直接控制的闭式回路是动臂液压泵的进油口依次连通有第三二位二通阀的进油口和斗杆液压缸的无杆腔、出油口依次连通有第四二位二通阀的进油口和斗杆液压缸的有杆腔、第三油口与第II液压蓄能器的进油口连通。
[0012] 所述斗杆液压缸及其控制回路的阀控制的开式回路是开式回路逆变器的输出端依次连接有开式回路电动机和开式回路液压泵;动臂控制阀的出油口分别与动臂液压缸的无杆腔和有杆腔连通、进油口与开式回路液压泵的出油口连通。
[0013] 所述斗杆液压缸及其控制回路的泵和阀复合控制的回路是斗杆逆变器的输出端依次连接有斗杆电动机和斗杆液压泵;斗杆液压泵的进油口依次连通有第三二位二通阀的进油口和斗杆液压缸的无杆腔、出油口依次连通有第四二位二通阀的进油口和斗杆液压缸的有杆腔、第三油口与第一液压蓄能器的进油口连通;斗杆控制阀的两个出油口分别与动臂液压缸的有杆腔和无杆腔连通、进油口与开式回路液压泵的出油口连通。
[0014] 所述的回转控制回路是回转逆变器的输出端依次连接有回转电动机和回转机构上。
[0015] 所述的斗杆电动机,开式`回路电动机,动臂电动机,分别可以是永磁同步电动机、交流异步电动机、或者是开关磁阻电动机。
[0016] 所述的斗杆液压泵、开式回路液压泵和动臂液压泵是定量液压泵、变量液压泵、进排油流量相等的液压泵、或是平衡差动缸面积差的三排油口液压泵。
[0017] 所述的动臂控制阀是开关式换向阀、液控和电控比例多路阀、或是插装阀组成的阀组。
[0018] 本发明上述所提供的一种共用直流母线的电动液压挖掘机,与现有的挖掘机相t匕,所具有的的特点及效果如下:
本挖掘机是全电驱动的液压挖掘机,利用380V的电网电能为挖掘机工作提供动力源,与采用柴油动力的挖掘机相比,大幅度地提升了其工作效率,因为电动机的效率可达到85%以上,而发动机的效率不到50% ;而且结构简单,噪音低,安全可靠,维护方便,在相同功率下使用,电动机用电的费用远低于内燃机燃油的费用,大大降低了施工费用,实现了尾气的零排放,更加的绿色环保。
[0019] 本挖掘机采用防爆型的电器元件,根除了产生火花的隐患,能够使机器在易燃易爆场所内安全作业,这样使小型履带式液压挖掘机可以方便安全地在隧道、矿井等一些空气稀薄、封闭的场合工作,拓宽了挖掘机的应用领域。
[0020] 本挖掘机设置有公共直流母线,方便实现了基于总线的分布式控制,多台电动机采用分布式控制方式,无需外部的能量回收机构,实现了挖掘机动臂势能的回收再利用,方便实现斗杆动势能的回收再利用和回转制动动能的回收再利用,具有非常高的能量利用率。
[0021] 本挖掘机采用定排量液压泵通过变转速来改变泵输出的流量,使液压泵的结构大为简化,也不需要复杂的先导控制油路和泵排量的控制机构,简化了系统管路布置。
[0022] 本挖掘机较采用变量泵,定量泵在低压工作范围具有更高的总效率,进一步提高了整机的能量利用率。
[0023] 本挖掘机的电动机调速和启停方便,在机器处于非工作周期时,电动机处于非常低的转速,因而具有非常低的待机能耗。
附图说明
[0024] 图1是本发明电动液压挖掘机的整体结构示意图。
[0025] 图2是本发明采用4台电机3台液压泵控制的电动液压挖掘机结构示意图。
[0026] 图3是本发明采用4台电机3台液压泵,闭式泵采用通用型泵的电动液压挖掘机结构示意图。
[0027] 图4是本发明采用3台电机2台液压泵控制的电动液压挖掘机结构示意图。
[0028] 图5是本发明采用3台电机2台液压泵,闭式回路采用通用性泵的电动液压挖掘机结构示意图。
[0029]
[0030] 图中:1:上车体,2:驾驶室,3:动臂,4:动臂液压缸,5:斗杆,6:斗杆液压缸,7:韦产斗,8:铲斗液压缸,9:左行走马达,10:右行走马达,11:下车体,12:回转机构,13:动臂控制阀,14:铲斗控制阀,15:左行走控制阀,16:右行走控制阀,17:斗杆逆变器,18:斗杆电动机,19:斗杆液压泵,20:第一液压蓄能器,21:开式回路逆变器,22:开式回路电动机,23:开式回路液压泵,24:回转逆变器,25:回转电动机,26:回转减速器,27:总电源开关,28:整流器,29:充电器,30:蓄电池,31 =DC-DC变换器,32:超级电容器组,33:电抗器,34:滤波电容,35:公共直流母线,36:动臂逆变器,37:动臂电动机,38动臂液压泵,39:第二液压蓄能器,40:斗杆控制阀,41:第一二位二通阀,42:第二二位二通阀,43:第三二位二通阀,44:第四二位二通阀,45:回转控制回路。
具体实施方式
[0031] 对本发明的具体实施方式作出说明如下:
实施本发明所提供的一种共用直流母线的电动液压挖掘机,包含有上车体1,下车体11,回转机构12,上车体上设置有驾驶室2,可升降的动臂3,驱动动臂升降的动臂液压缸4及控制回路,伸缩铲斗的斗杆5,驱动斗杆的斗杆液压缸6及控制回路,挖掘用的铲斗7,驱动铲斗的铲斗液压缸8及控制回路;下车体上设置有驱动行走履带的左行走马达9和右行走马达10,左行走控制阀15的出油口分别连通左行走马达9的进出油口,右行走控制阀16的出油口分别连通右行走马达10的进出油口,左行走控制阀15和右行走控制阀16的进油口与开式回路液压泵23出油口连通;回转控制回路45驱动回转机构12,使上车体I相对于下车体11做旋转运动;还包含有总电源开关27,整流器28,充电器29,蓄电池30,DC-DC变换器31,超级电容器组32,电抗器33和滤波电容34 ;其构成如下:
设置一直流母线35为公共直流母线,并将斗杆逆变器17的输入端,开式回路逆变器21的输入端,回转逆变器24的输入端,动臂逆变器36的输入端都电连接在这一直流母线上。其中:
动臂液压缸4及控制回路可以是采用泵直接控制的闭式回路,也可以是阀控制的开式回路,还可以是泵和阀复合控制的回路。
[0032] 斗杆液压缸6及控制回路可以是采用泵直接控制的闭式回路,也可以是阀控制的开式回路,还可以是泵和阀复合控制的回路。
[0033] 铲斗液压缸8及控制回路是采用阀控制的开式回路。
[0034] 回转控制回路45是采用电动机直接控制的系统。
[0035] 在实施上述第一技术方案的基础上,进一步地实施一种所述的动臂液压缸及控制回路是泵和阀复合控制的回路,该泵和阀复合控制回路是由动臂液压缸4,动臂逆变器36,动臂电动机37,动臂液压泵38,开式回路逆变器21,开式回路电动机22,开式回路液压泵23,动臂控制阀13,第一二位二通阀41,第二二位二通阀41构成;动臂逆变器36的输出端连接到动臂电动机37上,控制动臂电动机37的转速和旋转方向,动臂电动机37连接到动臂液压泵38,动臂液压泵38的进油口连通第一二位二通阀41]的进油口,第一二位二通阀41的出油口连通动臂液压缸4的无杆腔;动臂液压泵38的出油口连通第二二位二通阀42的进油口,第二二位二通阀42的出油口连通动臂液压缸4的有杆腔,动臂液压泵38的第3个油口与第二液压蓄能器39的进油口连通;开式回路逆变器21的输出端连接到开式回路电动机22上,控制开式回路电动机22的转速和旋转方向,开式回路电动机22连接到开式回路液压泵23,动臂控制阀13的两个出油口分别与动臂液压缸4的有杆腔和无杆腔连通,其进油口与开式回路液压泵23的出油口连通。
[0036] 在实施上述第一技术方案的基础上,进一步地实施一种所述的动臂液压缸及控制回路是泵直接闭式控制的回路,是由由动臂液压缸4,动臂逆变器36,动臂电动机37,动臂液压泵38,第二液压蓄能器39,第一二位二通阀41,第二二位二通阀42组成组成;动臂液压泵38的进油口连通第一二位二通阀41的进油口,第一二位二通阀41的出油口连通动臂液压缸4的无杆腔,动臂液压泵38的出油口连通第二二位二通阀42的进油口,第二二位二通阀42的出油口连通动臂液压缸4的有杆腔。
[0037] 在实施上述第一技术方案的基础上,进一步地实施一种所述的动臂液压缸及控制回路是阀控制的开式回路,该阀控制的开式回路是由动臂液压缸4,开式回路逆变器21,开式回路电动机22,开式回路液压泵23,动臂控制阀13构成,开式回路逆变器21的输出端连接到开式回路电动机22上,控制开式回路电动机22的转速和旋转方向,开式回路电动机22连接到开式回路液压泵23,动臂控制阀13的出油口分别与动臂液压缸4的无杆腔和有杆腔连通,其进油口与开式回路液压泵23的出油口连通。
[0038] 在实施上述第一技术方案的基础上,进一步地实施一种所述的斗杆液压缸及控制回路是泵和阀复合控制的回路,该泵和阀复合控制的回路是由斗杆液压缸6,斗杆逆变器17,斗杆电动机18,斗杆液压泵19,第I液压蓄能器20,开式回路逆变器21,开式回路电动机22,开式回路液压泵23,斗杆控制阀40,第III二位二通阀43,第IV二位二通阀44构成;具体结构是斗杆逆变器17的 输出端连接到斗杆电动机18上,控制斗杆电动机18的转速和旋转方向,斗杆电动机18连接到斗杆液压泵19,斗杆液压泵19的进油口连通第三二位二通阀43的进油口,第三二位二通阀43的出油口连通斗杆液压缸6的无杆腔;斗杆液压泵19的出油口连通第IV二位二通阀44的进油口,第四二位二通阀44的出油口连通斗杆液压缸6的有杆腔,斗杆液压泵19的第3个油口与第一液压蓄能器20的进油口连通;斗杆控制阀40的两个出油口分别与动臂液压缸4的有杆腔和无杆腔连通,其进油口与开式回路液压泵23的出油口连通。开式回路逆变器21的输出端连接到开式回路电动机22上,控制开式回路电动机22的转速和旋转方向,开式回路电动机22连接到开式回路液压泵23。
[0039] 在实施上述第一技术方案的基础上,进一步地实施一种斗杆液压缸及控制回路中,可省去斗杆逆变器17,斗杆电动机18,斗杆液压泵19和第I液压蓄能器20,与动臂液压缸回路共用一个液压泵组成闭式回路,具体构成关系是将动臂液压泵38的进油口连通第三二位二通阀43的进油口,第三二位二通阀43的出油口连通斗杆液压缸6的无杆腔;动臂液压泵38的出油口连通第四二位二通阀44的进油口,第四二位二通阀44的出油口连通斗杆液压缸6的有杆腔,动臂液压泵38的第3个油口与第二液压蓄能器39的进油口连通。
[0040] 在实施上述第一技术方案的基础上,进一步地实施一种铲斗液压缸及控制回路,该回路是由铲斗液压缸8,开式回路逆变器21,开式回路电动机22,开式回路液压泵23,铲斗控制阀14构成,铲斗控制阀14的进出油口分别与铲斗液压缸8的无杆腔和有杆腔连通,其进油口与开式回路液压泵23的出油口连通。
[0041] 在实施上述第一技术方案的基础上,进一步地实施一种回转控制回路45,该回路是由回转逆变器24,回转电动机25,回转减速器26构成,回转逆变器24的输出端连接到回转电动机25上,控制回转电动机25的转速和旋转方向,回转电动机25连接到回转机构12上,驱动上车体I相对下车体11旋转。
[0042] 在实施上述第一技术方案的基础上,进一步选用上述所述的斗杆电动机18、开式回路电动机22和动臂电动机37为永磁同步电动机(交流伺服电动机)、交流异步电动机,和/或是开关磁阻电动机中的一种均可实现本发明的目的。
[0043] 在实施上述第一技术方案的基础上,进一步选用上述所述的斗杆液压泵19、开式回路液压泵23和动臂液压泵38为定量的液压泵、各种类型的变量液压泵、普通的进排油流量相等的液压泵、也可以是能平衡差动缸面积差的三排油口液压泵。
[0044] 在实施上述第一技术方案的基础上,进一步选用上述所述的动臂控制阀13为开关式的换向阀、液控和电控比例多路阀、也可以是插装阀组成的阀组。
[0045] 下面结合附图对本发明的具体实施方式做出进一步的详细说明。
[0046] 各个实时例中共同的特征是,都包含有上车体1,下车体11,回转机构12,上车体上设置有驾驶室2,可升降的动臂3,驱动动臂升降的动臂液压缸4及控制回路,伸缩铲斗的斗杆5,驱动斗杆的斗杆液压缸6及控制回路,挖掘用的铲斗7,驱动铲斗的铲斗液压缸8及控制回路;下车体上设置有驱动行走履带的左行走马达9和右行走马达10,左行走控制阀15的出油口分别连通左行走马达9的进出油口,右行走控制阀16的出油口分别连通右行走马达10的进出油口,左行走控制阀15和右行走控制阀16的进油口与开式回路液压泵23出油口连通;回转控制回路45驱动回转机构12,使上车体I相对于下车体11做旋转运动;还包含有总电源开关27,整流器28,充电器29,蓄电池30,DC-DC变换器31,超级电容器组32,电抗器33,滤波电容34和直流母线35。[0047] 其中,直流母线35为公共直流母线,斗杆逆变器17的输入端,开式回路逆变器21的输入端,回转逆变器24的输入端,动臂逆变器36的输入端都连接在这一母线上。
[0048] 驱动动臂升降的动臂液压缸4及控制回路可以是采用泵直接控制的闭式回路,也可以是阀控制的开式回路,还可以是泵和阀复合控制的回路。
[0049] 驱动斗杆的斗杆液压缸6及控制回路可以是采用泵直接控制的闭式回路,也可以是阀控制的开式回路,还可以是泵和阀复合控制的回路。
[0050] 驱动铲斗的铲斗液压缸8及控制回路是采用阀控制的开式回路。
[0051] 回转控制回路45是采用电动机直接控制的系统。
[0052] 具体实施方式I
如图1和图2,对本发明的第I实施例进行说明。实施本发明所述的一种共用直流母线的电动液压挖掘机,其构成于:
驱动动臂升降的动臂液压缸4及控制回路是泵和阀复合控制的回路。
[0053] 驱动斗杆的斗杆液压缸6及控制回路是采用泵和阀复合控制的回路。
[0054] 驱动铲斗的铲斗液压缸8及控制回路是采用阀控制的开式回路。
[0055] 回转控制回路45是采用电动机直接控制的系统。
[0056] 进一步的特征是所述的动臂液压缸及控制回路,是由动臂液压缸4,动臂逆变器36,动臂电动机37,动臂液压泵38,开式回路逆变器21,开式回路电动机22,开式回路液压泵23,动臂控制阀13,第一二位二 通阀41,第二二位二通阀42组成;动臂逆变器36的输出端连接到动臂电动机37上,控制动臂电动机37的转速和旋转方向,动臂电动机37连接到动臂液压泵38,动臂液压泵38的进油口连通第一二位二通阀41的进油口,第一二位二通阀41的出油口连通动臂液压缸4的无杆腔;动臂液压泵38的出油口连通第二二位二通阀42的进油口,第二二位二通阀42的出油口连通动臂液压缸4的有杆腔;开式回路逆变器21的输出端连接到开式回路电动机22上,控制开式回路电动机22的转速和旋转方向,开式回路电动机22连接到开式回路液压泵23,动臂控制阀13的两个出油口分别与动臂液压缸4的有杆腔和无杆腔连通,其进油口与开式回路液压泵23的出油口连通。
[0057] 进一步的,斗杆液压缸及控制回路是由斗杆液压缸6,斗杆逆变器17,斗杆电动机18,斗杆液压泵19,第一液压蓄能器20,开式回路逆变器21,开式回路电动机22,开式回路液压泵23,斗杆控制阀40,第三二位二通阀43,第四二位二通阀44构成;其中,斗杆逆变器17的输出端连接到斗杆电动机18上,控制斗杆电动机18的转速和旋转方向,斗杆电动机18连接到斗杆液压泵19,斗杆液压泵19是可平衡差动液压缸面积比的3配流窗口轴向柱塞泵,斗杆液压泵19的进油口连通第三二位二通阀43的进油口,第三二位二通阀43的出油口连通斗杆液压缸6的无杆腔;斗杆液压泵19的出油口连通第IV二位二通阀44的进油口,第四二位二通阀44的出油口连通斗杆液压缸6的有杆腔,斗杆液压泵19的第3个油口与第一液压蓄能器20的进油口连通;斗杆控制阀40的两个出油口分别与动臂液压缸4的有杆腔和无杆腔连通,其进油口与开式回路液压泵23的出油口连通。
[0058] 铲斗液压缸及控制回路是由铲斗液压缸8,开式回路逆变器21,开式回路电动机22,开式回路液压泵23,铲斗控制阀14组成,铲斗控制阀14的进出油口分别与铲斗液压缸8的无杆腔和有杆腔连通,其进油口与开式回路液压泵23的出油口连通。
[0059] 回转控制回路45是由回转逆变器24,回转电动机25,回转减速器26组成,回转逆变器24的输出端连接到回转电动机25上,控制回转电动机25的转速和旋转方向,回转电动机25连接到回转机构12上,驱动上车体I相对下车体11旋转。
[0060] 斗杆电动机18,开式回路电动机22,动臂电动机37,是永磁同步电动机(交流伺服电动机)。
[0061] 斗杆液压泵19,开式回路液压泵23,动臂液压泵38,都是可双向旋转的定量液压泵/马达,斗杆液压泵19,动臂液压泵38是能平衡差动缸面积差的三排油口液压泵。
[0062] 动臂控制阀13是电控比例多路阀。
[0063] 如附图1和2,系统最基本的作业过程是,铲斗控制阀控制铲斗液压缸进行挖掘,开式回路液压泵提供动力,也可以采用斗杆挖掘,优先采用斗杆液压泵提供动力,按闭式回路原理控制斗杆液压缸进行挖掘,在斗杆液压泵动力不足时,开式回路液压泵提供辅助动力,斗杆控制阀也一起参与控制挖掘;根据作业需求,也可以采用铲斗和斗杆的复合挖掘。挖掘结束后,动臂液压泵控制动臂液压缸提升动臂,动力由动臂电动机提供,当提升动力不足时,动臂控制阀也一起参与控制;回转电动机经减速器驱动上车转动。
[0064] 具体实施方式2
本实施例一种共用直流母线的电动液压挖掘机如附图1和3所示,本实施例中,特征是所述的斗杆液压泵和动臂液压泵都采用进排油流量相等的双向旋转定量液压泵,除此之夕卜,系统的组成及控制过程和实施例1相同。
[0065] 具体实施方式3
本实施例一种共用直流母线的电动液压挖掘机,如附图1和4所示,其构成关系如下: 驱动动臂升降的动臂液压缸4及控制回路是泵和阀复合控制的回路。
[0066] 驱动斗杆的斗杆液压缸6及控制回路是泵和阀复合控制的回路。
[0067] 驱动铲斗的铲斗液压缸8及控制回路是阀控制的开式回路。
[0068] 回转控制回路45是电动机直接控制的系统。
[0069] 上述动臂液压缸及控制回路是由动臂液压缸4,动臂逆变器36,动臂电动机37,动臂液压泵38,开式回路逆变器21,开式回路电动机22,开式回路液压泵23,动臂控制阀13,第一二位二通阀41,第二二位二通阀42构成;其中,动臂逆变器36的输出端连接到动臂电动机37上,控制动臂电动机37的转速和旋转方向,动臂电动机37连接到动臂液压泵38,动臂液压泵38的进油口连通第一二位二通阀41的进油口,第一二位二通阀41的出油口连通动臂液压缸4的无杆腔;动臂液压泵38的出油口连通第二二位二通阀42的进油口,第二二位二通阀42的出油口连通动臂液压缸4的有杆腔;开式回路逆变器21的输出端连接到开式回路电动机22上,控制开式回路电动机22的转速和旋转方向,开式回路电动机22连接到开式回路液压泵23,动臂控制阀[13]的两个出油口分别与动臂液压缸4的有杆腔和无杆腔连通,其进油口与开式回路液压泵23的出油口连通。
[0070] 其结构特征在于斗杆液压缸及控制回路,是由斗杆液压缸6,动臂逆变器36,动臂电动机37,动臂液压泵38,第二液压蓄能器39,开式回路逆变器21,开式回路电动机22,开式回路液压泵23,斗杆控制阀40,第三二位二通阀43,第四二位二通阀44]构成;动臂逆变器36的输出端连接到动臂电动机37上,控制动臂电动机37的转速和旋转方向,动臂电动机37连接到动臂液压泵38,动臂液压泵38的进油口连通第三二位二通阀43的进油口,第三二位二通阀43的出油口连通斗杆液压缸6的无杆腔;动臂液压泵38的出油口连通第四二位二通阀44的进油口,第四二位二通阀44的出油口连通斗杆液压缸6的有杆腔;斗杆控制阀40的两个出油口分别与动臂液压缸4的有杆腔和无杆腔连通,其进油口与开式回路液压泵23的出油口连通。开式回路逆变器21的输出端连接到开式回路电动机22上,控制开式回路电动机22的转速和旋转方向,开式回路电动机22连接到开式回路液压泵23。
[0071] 铲斗液压缸及控制回路是由铲斗液压缸8,开式回路逆变器21,开式回路电动机22,开式回路液压泵23,铲斗控制阀14组成,铲斗控制阀14的进出油口分别与铲斗液压缸8的无杆腔和有杆腔连通,其进油口与开式回路液压泵23的出油口连通。
[0072] 回转控制回路45是由回转逆变器24,回转电动机25,回转减速器26组成,回转逆变器24的输出端连接到回转电动机25上,控制回转电动机25的转速和旋转方向,回转电动机25连接到回转机构12上,驱动上车体I相对下车体11旋转。
[0073] 斗杆电动机18,开式回路电动机22,动臂电动机37,是永磁同步电动机(交流伺服电动机)。
[0074] 斗杆液压泵19,开式回路液压泵23,动臂液压泵38,是进排油流量相等的双向旋转的定量的液压泵/马达。
[0075] 动臂控制阀13,是电控比例多路阀。
[0076] 如附图1和4,系统最基本的作业过程是,铲斗控制阀控制铲斗液压缸进行挖掘,开式回路液压泵提供动力,也可以采用斗杆挖掘,优先采用动臂液压泵提供动力,按闭式回路原理控制斗杆液压缸进行挖掘,在动臂液压泵动力不足时,开式回路液压泵提供辅助动力,斗杆控制阀也一起参与控制挖掘;根据作业需求,也可以采用铲斗和斗杆的复合挖掘。挖掘结束后,动臂液压泵控制动臂液压缸提升动臂,动力由动臂电动机提供,当提升动力不足时,动臂控制阀13也一起参与控制;当动臂和斗杆同时动作时,动臂液压泵优先提供动力给动臂液压缸,开式回 路液压泵提供动力给斗杆液压缸,回转电动机经减速器驱动上车转动。
[0077] 具体实施方式4
本实施例一种共用直流母线的电动液压挖掘机如附图1和5所示,本实施例的结构特征是:
驱动动臂升降的动臂液压缸4及控制回路是阀控制的开式回路。
[0078] 驱动斗杆的斗杆液压缸6及控制回路是泵控制闭式回路。
[0079] 驱动铲斗的铲斗液压缸8及控制回路是阀控制的开式回路。
[0080] 回转控制回路45是电动机直接控制的系统。
[0081] 其中,电动液压挖掘机的共用直流母线的动臂液压缸及控制回路是阀控制的开式回路,该阀控制的开式回路是由动臂液压缸4,开式回路逆变器21,开式回路电动机22,开式回路液压泵23,动臂控制阀13构成,其中,开式回路逆变器21的输出端连接到开式回路电动机22上,控制开式回路电动机22的转速和旋转方向,开式回路电动机22连接到开式回路液压泵23,动臂控制阀13的出油口分别与动臂液压缸4的无杆腔和有杆腔连通,其进油口与开式回路液压泵23的出油口连通。
[0082] 其结构特征在于斗杆液压缸及控制回路是由斗杆液压缸6,斗杆逆变器17,斗杆电动机18,斗杆液压泵19,第一液压蓄能器20,第三二位二通阀43,第四二位二通阀44构成;斗杆逆变器17的输出端连接到斗杆电动机18上,控制斗杆电动机18的转速和旋转方向,斗杆电动机18连接到斗杆液压泵19,斗杆液压泵19的进油口连通第三二位二通阀43的进油口,第三二位二通阀43的出油口连通斗杆液压缸6的无杆腔;斗杆液压泵19的出油口连通第IV二位二通阀44的进油口,第四二位二通阀44的出油口连通斗杆液压缸6的有杆腔,斗杆液压泵19的第3个油口与第一液压蓄能器20的进油口连通。
[0083] 铲斗液压缸及控制回路是由铲斗液压缸8,开式回路逆变器21,开式回路电动机22,开式回路液压泵23,铲斗控制阀14组成,铲斗控制阀14的进出油口分别与铲斗液压缸
[8]的无杆腔和有杆腔连通,其进油口与开式回路液压泵23的出油口连通。
[0084] 回转控制回路45是由回转逆变器24,回转电动机25,回转减速器26组成,回转逆变器24的输出端连接到回转电动机25上,控制回转电动机25的转速和旋转方向,回转电动机25连接到回转机构12上,驱动上车体I相对下车体11旋转。
[0085] 斗杆电动机18,开式回路电动机22,是永磁同步电动机(交流伺服电动机)。
[0086] 斗杆液压泵19,开式回路液压泵23,是进排油流量相等的双向旋转的定量的液压栗。
[0087] 动臂控制阀13,是电控比例多路阀。
[0088] 如附图1和5,系统最基本的作业过程是,铲斗控制阀控制铲斗液压缸进行挖掘,开式回路液压泵提供动力,也可以采用斗杆挖掘,采用斗杆液压泵提供动力,按闭式回路原理控制斗杆液压缸进行挖掘;根据作业需求,也可以采用铲斗和斗杆的复合挖掘。挖掘结束后,动臂控制阀控制动臂液压缸提升动臂,动力由开式回路液压泵提供;回转电动机经减速器驱动上车转动。
[0089] 上述虽然结 合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内,如减少某一个控制阀,增加一个元件等。

Claims (11)

1. 一种共用直流母线的电动液压挖掘机,包含有动臂液压缸[4]及其控制回路、斗杆液压缸[6]及其控制回路、铲斗液压缸[8]及其控制回路、驱动回转机构[12]及其回转控制回路[45];其特征在于: 设置有一公共直流母线[35],并将斗杆逆变器[17]的输入端、开式回路逆变器[21]的输入端、回转逆变器[24]的输入端和动臂逆变器[36]的输入端连接于公共直流母线[35];公共直流母线[35]的两端设置有整流器[28]和滤波电容[34]; 所述动臂液压缸[4]及其控制回路是泵直接控制的闭式回路、阀控制的开式回路、或是泵和阀复合控制的回路; 所述斗杆液压缸[6]及其控制回路是泵直接控制的闭式回路、阀控制的开式回路、或是泵和阀复合控制的回路; 所述铲斗液压缸[8]及其控制回路是阀控制的开式回路; 所述回转控制回路[45]是电动机直接控制的系统。
2.根据权利要I所述的共用直流母线的电动液压挖掘机,其特征在于: 所述动臂液压缸[4]及其控制回路的泵直接控制的闭式回路是动臂液压泵[38]的进油口依次连通有第一二位二通阀[41]的进油口和动臂液压缸[4]的无杆腔、出油口依次连通有第二二位二通阀[42]和动臂液压缸[4]的有杆腔。
3.根据权利要I所述的共用直流母线的电动液压挖掘机,其特征在于: 所述动臂液压缸[4]及其控制回路的阀控制的开式回路是开式回路逆变器[21]的输出端依次连接有开式回路电动机[22]和开式回路液压泵[23];动臂控制阀[13]的出油口分别与动臂液压缸[4]的无杆腔和有杆腔连通、进油口与开式回路液压泵[23]的出油口连通。
4.根据权利要I所述的共用直流母线的电动液压挖掘机,其特征在于: 所述动臂液压缸[4]及其控制回路的泵和阀复合控制的回路是动臂逆变器[36]的输出端依次连接有动臂电动机[37]和动臂液压泵[38 ];动臂液压泵[38]的进油口依次连接有第一二位二通阀[41]和动臂液压缸[4]的无杆腔、出油口依次连接有第二二位二通阀[42]和动臂液压缸[4]的有杆腔、第三油口与第II液压蓄能器[39]的进油口连通; 开式回路逆变器[21]的输出端依次连接有开式回路电动机[22]和开式回路液压泵[23]; 动臂控制阀[13]的两个出油口分别与动臂液压缸[4]的有杆腔和无杆腔连通、进油口与开式回路液压泵[23]的出油口连通。
5.根据权利要I所述的共用直流母线的电动液压挖掘机,其特征在于: 所述斗杆液压缸[6]及其控制回路的泵直接控制的闭式回路是动臂液压泵[38]的进油口依次连通有第三二位二通阀[43]的进油口和斗杆液压缸[6]的无杆腔、出油口依次连通有第四二位二通阀[44]的进油口和斗杆液压缸[6]的有杆腔、第三油口与第二液压蓄能器[39]的进油口连通。
6.根据权利要I所述的共用直流母线的电动液压挖掘机,其特征在于: 所述斗杆液压缸[6]及其控制回路的阀控制的开式回路是开式回路逆变器[21]的输出端依次连接有开式回路电动机[22]和开式回路液压泵[23];动臂控制阀[13]的出油口分别与动臂液压缸[4]的无杆腔和有杆腔连通、进油口与开式回路液压泵[23]的出油口连通。
7.根据权利要I所述的共用直流母线的电动液压挖掘机,其特征在于: 所述斗杆液压缸[6]及其控制回路的泵和阀复合控制的回路是斗杆逆变器[17]的输出端依次连接有斗杆电动机[18]和斗杆液压泵[19];斗杆液压泵[19]的进油口依次连通有第三二位二通阀[43]的进油口和斗杆液压缸[6]的无杆腔、出油口依次连通有第四二位二通阀[44]的进油口和斗杆液压缸[6]的有杆腔、第三油口与第I液压蓄能器[20]的进油口连通;斗杆控制阀[40]的两个出油口分别与动臂液压缸[4]的有杆腔和无杆腔连通、进油口与开式回路液压泵[23]的出油口连通。
8.根据权利要I所述的共用直流母线的电动液压挖掘机,其特征在于: 所述的回转控制回路[45]是回转逆变器[24]的输出端依次连接有回转电动机[25]和回转机构[12]上。
9.根据权利要2到8的任一项所述的共用直流母线的电动液压挖掘机,其特征在于: 所述的斗杆电动机[18]、开式回路电动机[22]和动臂电动机[37]是永磁同步电动机、交流异步电动机、或者是开关磁阻电动机。
10.根据权利要2到8的任一项所述的共用直流母线的电动液压挖掘机,其特征在于: 所述的斗杆液压泵[19]、开式回路液压泵[23]和动臂液压泵[38]是定量液压泵、变量液压泵、进排油流量相等的液压泵、或是平衡差动缸面积差的三排油口液压泵。
11.根据权利要2或4所述的共用直流母线的电动液压挖掘机,其特征在于: 所述的动臂控制阀[13]是开关式换向阀、液控和电控比例多路阀、或是插装阀组成的阀组。
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