CN104093911A - 混合动力挖掘机的动臂驱动系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及混合动力挖掘机的动臂驱动系统及其控制方法，包括：电动机，其作为马达或发电机进行运转；电能存储装置，其存储由电动机生产的电；液压泵马达，其由电动机驱动，向动臂驱动器供应工作油；动臂控制阀，其构成使液压泵马达的吐出管线/流入管线选择性地与动臂缸的盖侧/杆侧连接或者切断的闭回路；第一控制阀，其连接流入管线与工作油的排泄槽；第二控制阀，其连接吐出管线与工作油的排泄槽，并以在动臂驱动器下降运转时开度面积根据作用于动臂电动机的扭矩大小而可变的方式进行控制；及控制部，其控制电动机、液压泵马达、动臂控制阀和第一、第二控制阀。
Description
技术领域
本发明涉及混合动力挖掘机的动臂驱动系统及其控制方法，更详细而言，涉及一种驱动液压泵马达而使动臂升降运转，借助于电动机回收动臂的再生动力，提高燃油效率的混合动力挖掘机的动臂驱动系统及其控制方法。
背景技术
一般而言，混合动力挖掘机具备用于使动臂进行升降运转的液压泵马达，在液压泵马达的一端，连接有体现发电与电动的电动机，在电动机的另一端，包括对发电的电力进行充电的超级电容器等电能存储装置构成。
另外，从液压泵马达吐出的工作油经由动臂控制阀提供给动臂，根据动臂控制阀的控制，动臂进行上升、停止或下降。
参照附图图1，进一步详细说明如上所述的混合动力挖掘机的构成。
动臂驱动器100连接于动臂控制阀125，动臂控制阀125连接于液压泵马达120。
动臂控制阀125有三个位置，在第一位置126，使得动臂驱动器100进行上升运转，在第二位置127，使得动臂驱动器100进行下降运转，第三位置128作为中立位置，使动臂驱动器100的升降停止。
所述的液压泵马达120可以兼备液压泵与液压马达的运转。
在液压泵马达120中，连接有吐出管线121和流入管线122。另外，吐出管线121与流入管线122的另一端连接于所述动臂控制阀125。
另外，在流入管线122的一端，在连接到排泄槽的路径上，连接有第一控制阀151。第一控制阀151在借助于动臂驱动器100的下降而回收再生能时进行关闭控制，当在不回收再生能，或液压泵马达120超过允许容量的情况下进行开放控制，排出工作油。
另外，在吐出管线121的一端，在连接到排泄槽的路径上连接有第二控制阀152。第二控制阀152在动臂上升运转时进行关闭控制，在动臂驱动器100下降运转时进行开放控制，排出工作油。
另外，具备分别连接于吐出管线121和流入管线122的马达旁通阀200，马达旁通阀200连接或切断吐出管线121与流入管线122之间。
另一方面，在所述吐出管线121上，可以连接有动臂辅助管线145的一端，在动臂辅助管线145的另一端，可以具备动臂辅助阀144。动臂辅助阀144进行控制，使得从主液压泵向吐出管线121补充供应工作油。
如上所述的以往的混合动力挖掘机的动臂驱动系统被指出如下问题。
图1是假设动臂驱动系统中液压泵马达的允许流量多于再生流量的情形。
动臂驱动器100的动臂缸盖侧高压的流体(工作油)传递到液压泵马达120的吸入侧。液压泵马达120借助于压力油(工作油)而体现液压马达功能，使电动机旋转。结果，电动机把动臂的势能再生为电能，电能充电到电能存储装置。
通过液压泵马达120的低压的工作油向动臂驱动器100的动臂缸杆侧供应，因缸面积差而导致的过量流量经由第二控制阀152排出到排泄槽。
当动臂下降时，动臂驱动器100的收缩速度根据动臂电动机的旋转速度而控制。即，如图2的(a)所示，使得电动机的旋转速度与动臂下降操纵杆压力成比例地增加。
在动臂驱动器100的动臂缸盖侧供应的流量及压力充分的情况下，动臂电动机借助于作为液压马达进行运转的液压泵马达120而驱动，此时，电动机体现发电机功能，因而电动机的扭矩具有如图2的(b)的实线所示的负(-)值。
但是，诸如倾斜面挖掘作业等，在挖掘机的动臂下降时，在动臂驱动器100的动臂缸盖侧供应的流量及压力不充分。由此，从动臂驱动器100的动臂缸向液压泵马达120供应的动力会不够充分。
如图2的(a)所示，电动机为了以希望的旋转速度旋转，如图2的(b)的虚线所示，利用电能存储装置(capacitor)的电力，作为电动机进行运转，此时电动机的扭矩具有正(+)值。
就诸如挖掘机动臂下降时的情形而言，在动臂驱动器中，为了体现既定速度以上的收缩速度，需在动臂驱动器100的缸杆侧形成高压，但在以往的混合动力挖掘机的动臂驱动系统中，虽然电动机能够以目标速度旋转，但吐出流路121经由第二控制阀152与排泄槽连接在一起，因此，吐出流路121内的压力保持较低。
由此，在动臂驱动器100中，存在无法提高控制杆收缩的速度和力量的问题。
[现有技术文献]
专利文献1：大韩民国公开专利公报第10-2011-0072723号(2011.06.29.)
发明内容
技术课题
因此，本发明要实现的技术课题的目的在于提供一种混合动力挖掘机的动臂驱动系统及其控制方法，使得在动臂下降时，能够以目标速度控制动臂驱动器的收缩速度及力量，使得电动机(发电机)能够正常地生产电。
本发明要实现的技术课题并不限定于以上言及的技术课题，未言及的其它技术课题是本发明所属技术领域的技术人员能够从以下记载明确理解的。
课题解决方案
旨在达成所述技术课题的本发明的混合动力挖掘机的动臂驱动系统包括：电动机，其作为马达或发电机进行运转；电能存储装置，其存储由所述电动机生产的电；液压泵马达120，其由所述电动机驱动，向动臂驱动器100供应工作油；动臂控制阀125，其构成使所述液压泵马达120的吐出管线121和所述液压泵马达120的流入管线122选择性地与使所述动臂驱动器100运转的动臂缸的盖侧或杆侧闭回路或切断的闭回路；第一控制阀151，其连接所述流入管线122与排泄槽；第二控制阀300，其连接所述吐出管线121与所述排泄槽，并以在所述动臂驱动器100下降运转时开度面积根据作用于动臂电动机的扭矩大小而可变的方式进行控制；及控制部160，其控制所述电动机、所述液压泵马达120、所述动臂控制阀125和所述第一、第二控制阀151、300。
另外，本发明的混合动力挖掘机动臂驱动系统的所述第一控制阀151可以在所述动臂驱动器100上升运转时连接，在所述动臂驱动器100下降运转时切断；所述第二控制阀300可以在所述动臂驱动器100上升运转时切断，在所述动臂驱动器100下降运转时连接。
另外，本发明的混合动力挖掘机的动臂驱动系统的控制方法包括：第一检测步骤(S10)，检测动臂下降操纵杆压力值；第二检测步骤(S20)，检测动臂电动机的运转扭矩；判断步骤(S30)，判断在所述第二检测步骤(S20)中的运转扭矩为正(+)值还是负(-)值；第一执行步骤(S40)，如果所述判断步骤(S30)中的运转扭矩值为负(-)，则最大限度开放第二控制阀300；及第二执行步骤(S50)，如果所述判断步骤(S30)中的运转扭矩值为正(+)，则控制第二控制阀300，使得开度面积减小。
其它实施例的具体事项包含于详细说明及附图中。
发明效果
如上所述构成的本发明的混合动力挖掘机的动臂驱动系统及其控制方法，能够在动臂下降时，以目标速度及力量控制动臂驱动器的收缩速度，由此能够在电动机(发电机)中正常地生产力。
附图说明
图1及图2是用于说明以往的混合动力挖掘机的动臂驱动系统的图。
图3及图4作为用于说明本发明一个实施例的混合动力挖掘机的动臂驱动系统及其控制方法的图，是用于说明在动臂下降时动臂再生下降与动臂负载下降作用的图。
图5是用于说明本发明一个实施例的混合动力挖掘机的动臂驱动系统的特性的曲线图。
图6是用于说明本发明一个实施例的混合动力挖掘机的动臂驱动系统及其控制方法的流程图。
符号说明
100-动臂驱动器，110-电子装置(电动机、电能存储装置、逆变器等)，120-液压泵马达，121-吐出管线，122-流入管线，125-动臂控制阀，126、127、128-第一、第二、第三位置，144-动臂辅助阀，145-动臂辅助管线，151、152-第一、第二控制阀，160-控制部200-马达旁通阀，300-第二控制阀，301-完全开放位置，302-开度面积减小位置，303-完全关闭位置。
具体实施方式
参照附图及一同详细说明的后述的实施例，本发明的优点和特征以及达成其的方法将会明确。
在通篇说明书中，相同参照符号指代相同构成要素，对于与以往的技术相同的构成要素，赋予相同的符号并省略重复的详细说明。
另一方面，后述的术语作为考虑在本发明中的功能而设定的术语，其会因生产者的意图或惯例而异，因此，其定义应以本说明书通篇内容为基础而作出。
下面参照图3至图6，对本发明一个实施例的混合动力挖掘机的动臂驱动系统及其控制方法进行说明。
附图图3及图4作为用于说明本发明一个实施例的混合动力挖掘机的动臂驱动系统及其控制方法的图，是用于说明在动臂下降时的动臂再生下降与动臂负载下降的运转的图。附图图5是用于说明本发明一个实施例的混合动力挖掘机的动臂驱动系统的特性的曲线图。附图图6是用于说明本发明一个实施例的混合动力挖掘机的动臂驱动系统及其控制方法的流程图。
本发明一个实施例的混合动力挖掘机的动臂驱动系统结合有电子装置和液压装置。
电子装置包括电动机、电能存储装置、逆变器等。电动机作为马达或发电机而运转。逆变器使电动机的驱动实现稳定化。电能存储装置存储电动机生产的电。
液压装置包括动臂驱动器100、液压泵马达120和动臂控制阀125构成。
所述液压泵马达120可以兼备液压泵与液压马达的运转。在液压泵马达120作为液压泵运转的情况下，以电动机驱动，向动臂驱动器100供应工作油。在液压泵马达120作为液压马达运转的情况下，借助于从动臂驱动器100排出的工作油而驱动，使所述电动机驱动。
在液压泵马达120的一端，连接有吐出管线121和流入管线122。吐出管线121和流入管线122的另一端连接于所述动臂控制阀125。
所述动臂控制阀125为使所述动臂驱动器100上升运转而可以正向连接，为使所述动臂驱动器100下降运转而可以逆向连接，可以提供中立位置，以便使所述动臂驱动器100的升降停止。
另一方面，在所述吐出管线121，可以连接有动臂辅助管线145的一端，在动臂辅助管线145的另一端，可以具备动臂辅助阀144。动臂辅助阀144进行控制，使得从主液压泵向吐出管线121补充供应工作油。
再一方面，本发明一个实施例的混合动力挖掘机的动臂驱动系统还可以包括连接流入管线122与工作油的排泄槽的第一控制阀151，其中，所述流入管线122连接液压泵马达120与动臂控制阀125。另外，还可以包括连接吐出管线121与工作油的排泄槽的第二控制阀300，其中，所述吐出管线121连接液压泵马达120与动臂控制阀125。
控制部160控制第一控制阀151和第二控制阀300。
更详细而言，第一控制阀151在动臂驱动器100上升运转时连接，在动臂驱动器100下降运转时切断。
第二控制阀300在动臂驱动器100上升运转时切断，在动臂驱动器100下降运转时连接。
另外，第二控制阀300可以以三位置二通型提供。第一位置可以为完全开放位置301，第二位置可以为开度面积减小位置302，第三位置可以为完全关闭位置303。
其中，就第二控制阀300而言，流量通过的开度面积随着阀柱的位置而可变。
另一方面，在与动臂上升信号对应的要求流量超过液压泵马达120的供应流量或超过电动机110的容量时，动臂辅助阀144可以进行开放控制，使得第一液压泵141吐出的工作油供应给动臂驱动器100。
另外，第一控制阀151可以是在动臂驱动器100下降运转时，当从动臂驱动器100流入液压泵马达120侧的流量超过液压泵马达120的容许容量或超过电动机110的发电容量时进行连接，使过量的流量排出到排泄槽。
下面参照附图图5及图6，说明本发明一个实施例的混合动力挖掘机的动臂驱动系统的控制方法。
第一检测步骤(S10)，检测动臂下降操纵杆压力值。
第二检测步骤(S20)，检测动臂电动机的运转扭矩。
判断步骤(S30)，判断第二检测步骤(S20)中的运转扭矩为正(+)值还是负(-)值。
第一执行步骤(S40)，如果判断步骤(S30)中的运转扭矩值为负(-)，则最大限度开放第二控制阀300。即，以完全开放位置301进行控制。
第二执行步骤(S50)，如果所述判断步骤(S30)中的运转扭矩值为正(+)，则控制第二控制阀300，使得开度面积减小。即，控制使得开度面积具有比最大开放狭小的开度面积。
在本发明的一个实施例中，作为判断再生下降或负载下降的根据，以作用于电动机的作用扭矩值进行判断。更详细而言，把作用扭矩值为负(-)的情形判断为再生下降，把作用扭矩值为正(+)的情形判断为负载下降。其中，作用扭矩是为了使电动机以目标旋转速度旋转而控制的电动机扭矩。
在动臂进行负载下降时，控制第二控制阀300，当动臂下降时，在与动臂驱动器的缸杆连接的吐出管线121内，压力受到控制。
在动臂进行负载下降时，第二控制阀300以开度面积减小位置302进行控制，从而能够减小与排泄槽连接的流路，由此，吐出管线121内的压力上升。如此上升的压力传递到动臂驱动器100的缸杆侧，由此使得动臂驱动器100能够按所需速度控制收缩的速度。
下面参照图5所示曲线图，说明第二控制阀300的运转。
在动臂进行再生下降时，第二控制阀300打开到最大。动臂电动机借助于液压泵马达120而驱动，其中，所述液压泵马达120借助于从动臂驱动器100的缸盖通过流入管线122供应的压力油，作为液压马达进行运转。此时，操纵杆的压力定义为p1，电动机的旋转速度定义为w1。
此时，作用于动臂驱动器100的外部负载为f1，借助于此，最终传递给动臂电动机的扭矩为T1。动臂电动机使与w1×T1相应的动力再生。此时，第二控制阀300如图5的(c)所示，开放到最大。
另一方面，由于外力作用于铲斗，存在能够再生的负载从f1减小到f2的情形。此时，传递到动臂电动机的扭矩从T1减小到T2。但是，在这种情况下，动臂电动机也使与w1×T2相应的动力再生。同样地，第二控制阀300如图5的(c)所示，开放到最大。
又一方面，如果更大的外力作用于铲斗，则发生流入管线122的压力无法使动臂电动机按照图5的(a)中的目标旋转速度旋转的情形。动臂电动机利用电能存储装置的电力进行旋转，此时，外部负载定义为f3，电动机扭矩定义为T3。
此时，动臂电动机的扭矩从负(-)变更为正(+)后，控制部160控制第二控制阀300，控制使得流体将通过的开度面积减小，达到a3。如果在外部负载变得大于f3，因而所需电动机扭矩更大的情况下，最终使第二控制阀300关闭，把借助于液压泵马达而吐出的工作油全部传递到动臂驱动器100的杆侧，从而能够使动臂下降时的下降力增加。
如果连接到排泄槽的第二控制阀300的开度面积减小，则吐出管线121的流路压力上升。该压力传递到动臂驱动器100的动臂缸杆侧，使得能够按所需速度控制动臂缸。
如上所述构成的本发明一个实施例的混合动力挖掘机的动臂驱动系统及其控制方法，可以在动臂下降时，按目标速度控制动臂驱动器的收缩速度，由此，电动机(发电机)能够正常地生产电。
以上参照附图说明了本发明的实施例，但本发明所属技术领域的技术人员可以理解，本发明可以在不变更其技术思想或必需特征的前提下以其他具体形态实施。
因此，以上记述的实施例应理解为在所有方面只是示例，而非限定，本发明的范围应解释为由后述的权利要求书表现，由权利要求书的意义及范围以及其均等概念导出的所有变更或变形的形态包含于本发明的范围内。
工业上的利用可能性
本发明的混合动力挖掘机的动臂驱动系统及其控制方法可以用于体现动臂升降，在动臂下降时回收再生能。
Claims (3)
1.一种混合动力挖掘机动臂驱动系统，其特征在于，包括：
电动机，其作为马达或发电机进行运转；
电能存储装置，其存储由所述电动机生产的电；
液压泵马达(120)，其由所述电动机驱动，向动臂驱动器(100)供应工作油；
动臂控制阀(125)，其构成使所述液压泵马达(120)的吐出管线(121)和所述液压泵马达(120)的流入管线(122)选择性地与使所述动臂驱动器(100)运转的动臂缸的盖侧或杆侧连接或切断的闭回路；
第一控制阀(151)，其连接所述流入管线(122)与排泄槽；
第二控制阀(300)，其连接所述吐出管线(121)与所述排泄槽，并以在所述动臂驱动器(100)下降运转时开度面积根据作用于动臂电动机的扭矩大小而可变的方式进行控制；及
控制部(160)，其控制所述电动机、所述液压泵马达(120)、所述动臂控制阀(125)和所述第一、第二控制阀(151、300)。
2.根据权利要求1所述的混合动力挖掘机的动臂驱动系统，其特征在于，
所述第一控制阀(151)在所述动臂驱动器(100)进行上升作用时连接，在所述动臂驱动器(100)进行下降作用时切断；
所述第二控制阀(300)在所述动臂驱动器(100)进行上升作用时切断，在所述动臂驱动器(100)进行下降作用时连接。
3.一种混合动力挖掘机动臂驱动系统的控制方法，其特征在于，包括：
第一检测步骤(S10)，检测动臂下降操纵杆压力值；
第二检测步骤(S20)，检测动臂电动机的运转扭矩；
判断步骤(S30)，判断在所述第二检测步骤(S20)中的运转扭矩为正(+)值还是负(-)值；
第一执行步骤(S40)，如果所述判断步骤(S30)中的运转扭矩值为负(-)，则最大限度开放第二控制阀(300)；及
第二执行步骤(S50)，如果所述判断步骤(S30)中的运转扭矩值为正(+)，则控制第二控制阀(300)，使得开度面积减小。
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