CN104196080A - 变转速容积直驱纯电液压挖掘机驱动及能量回收系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变转速容积直驱纯电液压挖掘机驱动及能量回收系统，其驱动控制回路包括A动力源、B动力源、C动力源、动臂缸控制阀组、斗杆缸控制阀组、铲斗控制阀、回转控制阀、回转马达控制阀组、左行走控制阀、右行走控制阀、八个两位两通阀、第Ⅰ和第Ⅱ两位三通阀、第Ⅰ和第Ⅱ蓄能器，驱动控制回路采用开式控制的容腔独立的变转速泵控容积直驱回路，液压缸的两腔各由一个动力源控制，各腔的压力和流量通过电机的转速、转矩控制方式独立调节。本发明公开的变转速容积直驱纯电液压挖掘机驱动系统可四象限运行，具有能效高、集成性高、功耗低、动力源冗余以及无需先导油源、噪声低、动势能回收一体化等多方面的技术优势。

Description

变转速容积直驱纯电液压挖掘机驱动及能量回收系统
技术领域
本发明属于液压系统技术领域，具体涉及一种采用分布式互冗余电控动力源供能的变转速容积直驱纯电液压挖掘机驱动及能量回收系统。
背景技术
随着我国工程机械行业的巨大发展，挖掘机已成为重要的支柱产业之一。于是，如何有效降低液压挖掘机工作中的能耗成为摆在我们面前一个亟需解决的问题，对其动力、传动、液压等系统和能量回收技术的研究成为国内外机械工程学科的重要研究方向和研究热点。
目前，液压挖掘机的动力源主要是内燃发动机，由其驱动液压泵并结合控制阀实现多个液压执行机构的动作。为降低液压挖掘机的能量损失，负载敏感及负流量控制是采用最多的技术，但其不足是负载压力较低的执行器上产生的节流损失较大，增大了机器的能耗和发热；为了提高液压挖掘机整机的能量效率，采用混合动力方式控制发动机运行的混合动力技术出现，这种方式较单独内燃机驱动方式提高了效率，但由于采用集中动力源，仍存在大的节流损失和排放污染问题。
全电驱动，将电气控制和液压控制相结合，能够降低能量损失、运行成本和排放污染，代表着未来液压挖掘机的发展方向。2005年，日本小松公司发明了一种采用4台伺服电机驱动8台双定量液压泵，基于闭式回路原理分别控制动臂、斗杆、铲斗差动缸和上车回转驱动的气电型液压挖掘机(US 6962050 B2)；2007年，日本竹内株式会社采用单电机单泵、单电机双泵和双电机双泵方案实现了液压挖掘机的电驱动(EP 1985767 A1)；2013年，日本日立建机发明了一种纯电液压挖掘机，共采用了5台伺服电机、4台主泵和1台补油泵，采用泵控差动缸闭式回路结合复杂的差动缸面积差补偿回路实现了动臂、斗杆和回转的驱动和控制(US 20130312399 A1)；同年，CN 103255790 A公开了一种共用直流母线的电动液压挖掘机，采用泵控闭式回路结合共用直流母线实现了动臂、斗杆的全电驱动和控制。对于上述电驱动技术，均采用泵控闭式回路控制执行机构，所用泵必须至少具有两个以上的高压油口，成本高；同时，由于执行机构液压缸两腔存在面积差，因此需要采用复杂的差动缸面积补偿回路来确保执行机构液压缸正常工作，从而增加了节流损失，增大了成本；当执行机构需要大功率输出时，其驱动电机无法满足需要。
发明内容
本发明针对全电驱动液压挖掘机存在的上述问题和不足，提供一种变转速容积直驱纯电液压挖掘机驱动及能量回收系统，采用开式控制回路，液压缸的两腔各由一个动力源控制，各腔的压力和流量通过电机的转速、转矩控制方式独立可调，可适应系统的各种不对称特性，四象限运行。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
变转速容积直驱纯电液压挖掘机驱动及能量回收系统，包括动臂液压缸、斗杆液压缸、铲斗液压缸、回转马达、左行走马达、右行走马达、共用直流母线、总电源开关、整流器、平滑电容、DC-DC变换器和蓄电池，它还包括驱动控制回路；所述驱动控制回路包括A动力源、B动力源、C动力源、动臂缸控制阀组、斗杆缸控制阀组、铲斗控制阀、回转控制阀、回转马达控制阀组、左行走控制阀、右行走控制阀、序号依次为Ⅰ到Ⅷ的第Ⅰ-第Ⅷ两位两通阀、第Ⅰ和第Ⅱ两位三通阀、第Ⅰ和第Ⅱ蓄能器；所述A、B和C动力源均包括液压泵、电动发电机及逆变器，逆变器的输入端均与直流母线连接，逆变器的输出端连接所驱动电动发电机，电动发电机连接所驱动液压泵；所述动臂缸控制阀组、斗杆缸控制阀组及回转马达控制阀组均由A、B、C和D两位两通阀组成，A两位两通阀和D两位两通阀的一个油口均与油箱连接，另一个油口分别与B两位两通阀的一个油口和C两位两通阀的一个油口连通，B两位两通阀的另一个油口与C两位两通阀的另一个油口连通，从A、B两位两通阀连接的管路上引出一条油路分别与动臂液压缸的有杆腔、斗杆液压缸的有杆腔及回转马达的第一油口连接；从C、D两位两通阀连接的管路上引出一条油路分别与动臂液压缸的无杆腔、斗杆液压缸的无杆腔及回转马达的第二油口连接；
所述的A动力源中液压泵的第一工作油口连接第Ⅰ两位三通阀的第一油口，第Ⅰ两位三通阀的第二和第三油口分别连接第Ⅰ蓄能器和油箱；A动力源中液压泵的第二工作油口与左行走控制阀的第一油口、铲斗控制阀的第一油口、动臂缸控制阀组中B两位两通阀和C两位两通阀连接的管路以及第Ⅳ、第Ⅴ两位两通阀的第一油口连接；
所述的B动力源中液压泵的进油口与油箱连接，其出油口与第Ⅴ两位两通阀的第二油口连接；同时，B动力源中液压泵的出油口与斗杆缸控制阀组和回转马达控制阀组中B两位两通阀和C两位两通阀连接的管路以及右行走控制阀的第一油口连接，还与第Ⅵ两位两通阀的第一油口相连；B动力源中液压泵的出油口还通过第Ⅶ两位两通阀与第Ⅱ蓄能器连接；
所述的C动力源中液压泵的第一工作油口连接第Ⅱ两位三通阀的第一油口，第Ⅱ两位三通阀的第二和第三油口分别连接第Ⅱ蓄能器和油箱；C动力源中液压泵的第二工作油口与第Ⅵ两位两通阀的第二油口相连，还与第Ⅰ两位两通阀、第Ⅱ两位两通阀的第二油口以及回转控制阀的第一油口相连；同时，C动力源中液压泵的第二工作油口分别通过第Ⅷ两位两通阀和第Ⅳ两位两通阀与第Ⅱ蓄能器和A动力源中液压泵的第二工作油口连接；第Ⅰ两位两通阀和第Ⅱ两位两通阀的第一油口分别与动臂液压缸和斗杆液压缸的有杆腔连通；
所述回转控制阀的第二和第三油口分别与回转马达的两个油口连接；所述的左行走马达、右行走马达的工作油口分别与左行走控制阀和右行走控制阀连接；所述第Ⅲ两位两通阀的第一工作油口与斗杆液压缸的无杆腔连接，第Ⅲ两位两通阀的第二工作油口与第Ⅱ两位两通阀的第一工作油口连接；
所述的动臂液压缸、斗杆液压缸和回转马达的控制回路均为容腔独立的变转速泵控容积直驱回路，所述的A动力源为左行走马达、铲斗液压缸和动臂液压缸供油；所述的B动力源为斗杆液压缸、回转马达和右行走马达供油；通过控制第Ⅳ、第Ⅴ、第Ⅵ两位两通阀的通断，所述的C动力源可以为左行走马达、铲斗液压缸、动臂液压缸、斗杆液压缸、回转马达及右行走马达供油；
所述的A、B和C动力源冗余驱动，所述动臂液压缸的有杆腔和无杆腔两腔可分别由A动力源或C动力源或A、C动力源的组合和B动力源或C动力源或B、C动力源的组合控制；所述斗杆液压缸的有杆腔和无杆腔两腔可分别由B动力源或C动力源或B、C动力源的组合和B动力源或C动力源或B、C动力源的组合控制；通过调节第Ⅲ两位两通阀的通断，斗杆液压缸的有杆腔和无杆腔中的油液可以直接连通；
所述的动臂液压缸、斗杆液压缸和回转马达的控制回路也是主被动复合能量回收回路，当第Ⅰ和第Ⅱ蓄能器内压力低于蓄能器设定的最低值时，所述动臂液压缸、斗杆液压缸的势能和回转马达制动的动能通过接通第Ⅳ-第Ⅷ两位两通阀存入第Ⅰ或第Ⅱ蓄能器内；当第Ⅰ和第Ⅱ蓄能器内压力达到蓄能器设定的最高值时，动臂液压缸、斗杆液压缸的势能和回转马达制动的动能经过电动发电机转化为电能存入直流母线；向第Ⅰ或第Ⅱ蓄能器、直流母线中储能也可以同时进行；系统能量在蓄能器、直流母线、电动发电机之间传递、转换，也可通过控制A、B或C动力源驱动负载；
所述的A、B和C动力源冗余能量回收的控制为：当电动发电机回收能量时为发电机，A动力源、B动力源及C动力源可以单独，也可以任意组合实现动臂液压缸、斗杆液压缸势能和回转马达制动动能的能量回收。
所述A、B、C动力源中的液压泵是定量液压泵或各种类型的变量泵，A、B、C动力源中的电动发电机是永磁同步电动发电机或交流异步电动发电机或开关磁阻电动发电机。
所述的动臂缸控制阀组、斗杆缸控制阀组和回转马达控制阀组中的A、B、C、D两位两通阀、铲斗控制阀、回转控制阀、左行走控制阀、右行走控制阀、序号依次为Ⅰ到Ⅷ的第Ⅰ-第Ⅷ两位两通阀以及第Ⅰ和第Ⅱ两位三通阀是电磁开关式换向阀或液控和电控比例换向阀或插装阀组成的阀组。
构成动臂缸控制阀组、斗杆缸控制阀组和回转马达控制阀组的A、B、C、D两位两通阀也可以是其它可实现相同功能的三位三通阀的任意组合。
本发明具有以下有益效果：
1)系统四象限运行：液压缸两腔采用两个动力源独立控制，各腔的压力和流量通过电机的转速、转矩控制方式独立可调，可适应系统的各种不对称特性，满足各种负载驱动的需要，四象限运行。
2)高能效：本发明采用分布式变速泵进出油口独立直接驱动差动缸回路原理、主被动复合回转控制技术，可以消除节流损失，较集中动力源驱动变量泵，每台电动机、定量液压泵都工作在高效区，显著提高整机效率。
3)高集成性：本发明整机控制方案布置灵活、方便，高度集成，不受空间限制。
4)低功耗：本发明整机控制方案降低了机器的装机功率，减小了系统的发热，增加机器可持续工作时间并降低冷却功率，解决了工程机械液压油箱小易引起液压油发热和老化的问题。
5)动力源冗余：本发明整机控制方案动力源具有冗余功能，可切断故障动力源，确保执行器在动力源故障情况下仍可稳定工作。
6)本发明的控制方案在保留闭式回路优点的基础上开放式工作，有效消除了闭式控制的不足，具有无需先导油源、噪声低、动势能回收一体化等多方面的优点。
附图说明
图1为本发明系统示意图；
图2为本发明动臂缸控制阀组、斗杆缸控制阀组及回转马达控制阀组组成示意图；
图3为本发明容腔独立变转速容积直驱差动缸伺服系统回路示意图。
图4为本发明主被动复合能量回收回路原理示意图。
图中：1-动臂液压缸、2-斗杆液压缸、3-铲斗液压缸、4-回转马达、5-左行走马达、6-右行走马达、7-共用直流母线、8-总电源开关、9-整流器、10-平滑电容、11-DC-DC变换器、12-蓄电池、13-A动力源、14-B动力源、15-C动力源、16-动臂缸控制阀组、17-斗杆缸控制阀组、18-回转马达控制阀组、20铲斗控制阀、21-回转控制阀、22-左行走控制阀、23-右行走控制阀、24～31-第Ⅰ～第Ⅷ两位两通阀、32-第Ⅰ两位三通阀、33-第Ⅱ两位三通阀、34-第Ⅰ蓄能器、35-第Ⅱ蓄能器、38-逆变器、39-电动发电机、40-液压泵、41-执行机构、42-电机控制器、43-控制系统。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步的详细描述：
如图1所示，本实施例中的变转速容积直驱纯电液压挖掘机驱动及能量回收系统，包括动臂液压缸1、斗杆液压缸2、铲斗液压缸3、回转马达4、左行走马达5、右行走马达6、共用直流母线7、总电源开关8、整流器9、平滑电容10、DC-DC变换器11和蓄电池12，其中，它还包括驱动控制回路；所述驱动控制回路包括A动力源13、B动力源14、C动力源15、动臂缸控制阀组16、斗杆缸控制阀组17、回转马达控制阀组18、铲斗控制阀20、回转控制阀21、左行走控制阀22、右行走控制阀23、序号依次为Ⅰ到Ⅷ的第Ⅰ-第Ⅷ两位两通阀24～31、第Ⅰ和第Ⅱ两位三通阀32～33、第Ⅰ和第Ⅱ蓄能器34～35；所述A、B和C动力源均包括液压泵40、电动发电机39及逆变器38，逆变器的输入端均与直流母线连接，逆变器的输出端连接所驱动电动发电机，电动发电机连接所驱动液压泵。
如图1和图2所示，动臂缸控制阀组、斗杆缸控制阀组及回转马达控制阀组均由A、B、C和D四个两位两通阀组成，A两位两通阀和D两位两通阀的一个油口均与油箱连接，另一个油口分别与B两位两通阀的一个油口和C两位两通阀的一个油口连通，B两位两通阀的另一个油口与C两位两通阀的另一个油口连通，从A、B两位两通阀连接的管路上引出一条油路分别与动臂液压缸的有杆腔、斗杆液压缸的有杆腔及回转马达的第一油口连接；从C、D两位两通阀连接的管路上引出一条油路分别与动臂液压缸的无杆腔、斗杆液压缸的无杆腔及回转马达的第二油口连接。
所述的A动力源中液压泵的第一工作油口连接第Ⅰ两位三通阀的第一油口，第Ⅰ两位三通阀的第二和第三油口分别连接第Ⅰ蓄能器和油箱；A动力源中液压泵的第二工作油口与左行走控制阀的第一油口、铲斗控制阀的第一油口、动臂缸控制阀组中B两位两通阀和C两位两通阀连接的管路以及第Ⅳ、第Ⅴ两位两通阀的第一油口连接。
所述的B动力源中液压泵的进油口与油箱连接，其出油口与第Ⅴ两位两通阀的第二油口连接；同时，B动力源中液压泵的出油口与斗杆缸控制阀组和回转马达控制阀组中B两位两通阀和C两位两通阀连接的管路以及右行走控制阀的第一油口连接，还与第Ⅵ两位两通阀的第一油口相连；B动力源中液压泵的出油口还通过第Ⅶ两位两通阀与第Ⅱ蓄能器连接。
所述的C动力源中液压泵的第一工作油口连接第Ⅱ两位三通阀的第一油口，第Ⅱ两位三通阀的第二和第三油口分别连接第Ⅱ蓄能器和油箱；C动力源中液压泵的第二工作油口与第Ⅵ两位两通阀的第二油口相连，还与第Ⅰ两位两通阀、第Ⅱ两位两通阀的第二油口以及回转控制阀的第一油口相连；同时，C动力源中液压泵的第二工作油口分别通过第Ⅷ两位两通阀和第Ⅳ两位两通阀与第Ⅱ蓄能器和A动力源中液压泵的第二工作油口连接；第Ⅰ两位两通阀和第Ⅱ两位两通阀的第一油口分别与动臂液压缸和斗杆液压缸的有杆腔连通。
所述回转控制阀的第二和第三油口分别与回转马达的两个油口连接；所述的左行走马达、右行走马达的工作油口分别与左行走控制阀和右行走控制阀连接。所述第Ⅲ两位两通阀的第一工作油口与斗杆液压缸的无杆腔连接，第Ⅲ两位两通阀的第二工作油口与第Ⅱ两位两通阀的第一工作油口连接。
所述的动臂液压缸、斗杆液压缸和回转马达的控制回路均为容腔独立的变转速泵控容积直驱回路，所述的A动力源为左行走马达、铲斗液压缸和动臂液压缸供油；所述的B动力源为斗杆液压缸、回转马达和右行走马达供油；通过控制第Ⅳ、第Ⅴ、第Ⅵ两位两通阀的通断，所述的C动力源可以为左行走马达、铲斗液压缸、动臂液压缸、斗杆液压缸、回转马达及右行走马达供油；
所述的A、B和C动力源冗余控制为：所述动臂液压缸的有杆腔和无杆腔两腔可分别由A动力源或C动力源或A、C动力源的组合和B动力源或C动力源或B、C动力源组合控制；所述斗杆液压缸的有杆腔和无杆腔两腔可分别由B动力源或C动力源或B、C动力源组合控制；通过调节第Ⅲ两位两通阀的通断，斗杆液压缸的有杆腔和无杆腔中的油液可以直接连通。
如图3所示，驱动动臂、斗杆和回转马达的容腔独立的变转速泵控容积直驱回路原理为：图中，执行机构41可以是动臂液压缸或斗杆液压缸，也可以是回转马达，执行机构驱动负载M；动臂液压缸或斗杆液压缸的有杆腔和无杆腔以及回转马达的两个油口分别由A动力源13和B动力源14控制驱动，通过控制第Ⅰ两位两通阀24、第Ⅴ两位两通阀28的通断，A、B动力源根据负载需要可独立或共同为液压缸的两腔或回转马达的两个油口供油，例如，当A动力源单独供油时，动臂缸控制阀组(或斗杆缸控制阀组或回转马达控制阀)中的B和D两位两通阀处于导通状态，A动力源将油液通过动臂缸控制阀组(或斗杆缸控制阀组或回转马达控制阀)中的B两位两通阀输入执行机构的无杆腔，有杆腔的油液通过动臂缸控制阀组(或斗杆缸控制阀组或回转马达控制阀)中的D两位两通阀回油箱；A、B动力源同时供油时，第Ⅴ两位两通阀28处于导通状态，A和B动力源同时将油液输入执行机构的无杆腔，有杆腔的油液通过动臂缸控制阀组(或斗杆缸控制阀组或回转马达控制阀)中的D两位两通阀回油箱。A、B动力源均与共用直流母线连接。图3所示的回路原理中，由于对动臂液压缸或斗杆液压缸的有杆腔和无杆腔、回转马达的两个油口分别进行控制，所以执行机构各腔的压力和流量通过控制电机的转速和转矩独立可调，以适应各种不对称特性系统的需求，实现四象限运行。
将图3所示的原理应用于液压挖掘机，采用A、B、C动力源驱动动臂液压缸、斗杆液压缸、回转马达、左行走马达、右行走马达及铲斗液压缸，常规状态下，A动力源为左行走马达、铲斗液压缸及动臂液压缸供油，B动力源为斗杆液压缸、回转马达及右行走马达供油；当负载需要大的驱动力时，通过调节第Ⅳ两位两通阀27、第Ⅴ两位两通阀28及第Ⅵ两位两通阀29的通断，根据需要采用C动力源为上述各执行机构补充供油；动臂液压缸、斗杆液压缸及回转马达的有杆腔、无杆腔及两个工作油口分别采用两个动力源控制，A、B、C动力源为分布式排列，并均与共用直流母线连接，回路中设置的各个控制阀使得A、B、C动力源相互冗余，可独立驱动执行机构，也可以任意组合共同驱动执行机构；上述驱动模式可以实现执行机构的单独动作，也可以使其多个同时动作；同时，三个动力源中如果有个别动力源出现故障或异常，可通过回路中设置的控制阀对其进行隔离，系统将切换到其它动力源供油的工作模式，即便某个动力源出现异常，也能确保系统正常工作。
如图1所示，本发明的变转速容积直驱纯电液压挖掘机驱动系统同时具有能量回收的功能，构成分腔独立变转速容积直驱纯电液压挖掘机能量回收系统。所述的动臂液压缸、斗杆液压缸和回转马达的控制回路是主被动复合能量回收回路，当第Ⅰ和第Ⅱ蓄能器内压力低于蓄能器设定的最低值时，所述动臂液压缸、斗杆液压缸的势能和回转马达制动的动能通过接通第Ⅳ-第Ⅷ两位两通阀存入第Ⅰ或第Ⅱ蓄能器内；当第Ⅰ和第Ⅱ蓄能器内压力达到蓄能器设定的最高值时，动臂液压缸、斗杆液压缸的势能和回转马达制动的动能可以经过电动发电机转化为电能存入直流母线；向第Ⅰ或第Ⅱ蓄能器、直流母线中储能也可以同时进行；系统能量在蓄能器、直流母线、电动发电机之间传递、转换，也可通过控制A、B或C动力源驱动负载。
所述的A、B和C动力源冗余控制为：当电动发电机回收能量时为发电机，A动力源、B动力源及C动力源可以单独，也可以任意组合实现动臂液压缸、斗杆液压缸势能和回转马达制动动能的能量回收。
回收动臂、斗杆液压缸势能和回转马达制动动能的主被动复合能量回收回路原理如图4所示。图中，执行机构41可以是动臂液压缸或斗杆液压缸，也可以是回转马达，执行机构驱动负载M；A动力源13和B动力源14均包括电机控制器42、电动发电机39和液压泵38，电机控制器的输入端与控制系统43连接，电机控制器的输出端连接所驱动电动发电机，电动发电机连接所驱动液压泵。
以执行机构为回转马达为例，主动回路为驱动回路，通过控制回转马达控制阀组和回转控制阀的通断，A、B动力源根据负载需要，独立或共同为回转马达的两个油口供油；被动回路为能量储存回路，通过控制回转控制阀和第Ⅷ两位两通阀31的通断，使回转马达的制动动能储存到第Ⅱ蓄能器35；通过控制系统43实现对各控制阀、A和B动力源的控制，回转马达的制动动能存储到第Ⅱ蓄能器后，可根据不同负载的需要从第二蓄能器中释放能量用于系统的辅助驱动。
将图4所示的主被动复合回转驱动原理应用于液压挖掘机，采用A、B、C三个动力源驱动执行机构，并将三个动力源均与直流母线连接，构成图1所示的分腔独立变转速容积直驱纯电液压挖掘机能量回收系统。采用A、B、C动力源可以驱动动臂液压缸、斗杆液压缸、回转马达、左行走马达、右行走马达及铲斗液压缸，同时也可以回收动臂液压缸、斗杆液压缸的重力势能以及回转马达的制动动能。当第Ⅰ和第Ⅱ蓄能器内压力较低时，所述动臂液压缸、斗杆液压缸的势能和回转马达制动的动能可以通过接通第Ⅳ-第Ⅷ两位两通阀存入第Ⅰ或第Ⅱ蓄能器；当第Ⅰ和第Ⅱ蓄能器内压力高到无法存储能量时，动臂液压缸、斗杆液压缸的势能和回转马达制动的动能可以经过电动发电机转化为电能存入直流母线。
电动发电机可根据负载的不同需要，同时充当电动机和发电机的角色，当其驱动时是电动机，当其回收能量时为发电机，系统的能量在蓄能器、直流母线、电动发电机以及蓄能器之间传递、转换，无需增加特定的能量储存原件，在系统需要大的驱动力时，可通过控制A、B或C动力源辅助驱动负载。
所述A、B、C动力源中的液压泵是定量液压泵或各种类型的变量泵，A、B、C动力源中的电动发电机是永磁同步电动发电机或交流异步电动发电机或开关磁阻电动发电机。
所述的动臂缸控制阀组、斗杆缸控制阀组和回转马达控制阀组中的A、B、C、D两位两通阀、铲斗控制阀、回转控制阀、左行走控制阀、右行走控制阀、序号依次为Ⅰ到Ⅷ的第Ⅰ-第Ⅷ两位两通阀以及第Ⅰ和第Ⅱ两位三通阀是电磁开关式换向阀或液控和电控比例换向阀或插装阀组成的阀组。
构成动臂缸控制阀组、斗杆缸控制阀组和回转马达控制阀组的A、B、C、D两位两通阀也可以是其它可实现相同功能的三位三通阀的任意组合。

Claims (4)

1.变转速容积直驱纯电液压挖掘机驱动及能量回收系统，包括动臂液压缸(1)、斗杆液压缸(2)、铲斗液压缸(3)、回转马达(4)、左行走马达(5)、右行走马达(6)、共用直流母线(7)、总电源开关(8)、整流器(9)、平滑电容(10)、DC-DC变换器(11)和蓄电池(12)，其特征在于：它还包括驱动控制回路；所述驱动控制回路包括A动力源(13)、B动力源(14)、C动力源(15)、动臂缸控制阀组(16)、斗杆缸控制阀组(17)、回转马达控制阀组(18)、铲斗控制阀(20)、回转控制阀(21)、左行走控制阀(22)、右行走控制阀(23)、第Ⅰ—第Ⅷ两位两通阀(24～31)、第Ⅰ和第Ⅱ两位三通阀(32、33)、第Ⅰ和第Ⅱ蓄能器(34、35)；所述A、B和C动力源均包括液压泵(40)、电动发电机(39)及逆变器(38)，逆变器的输入端与直流母线连接，逆变器的输出端连接所驱动电动发电机，电动发电机连接所驱动液压泵；所述动臂缸控制阀组、斗杆缸控制阀组及回转马达控制阀组均由A、B、C和D两位两通阀组成，A两位两通阀和D两位两通阀的一个油口均与油箱连接，另一个油口分别与B两位两通阀的一个油口和C两位两通阀的一个油口连通，B两位两通阀的另一个油口与C两位两通阀的另一个油口连通，从A、B两位两通阀连接的管路上引出一条油路分别与动臂液压缸的有杆腔、斗杆液压缸的有杆腔及回转马达的第一油口连接；从C、D两位两通阀连接的管路上引出一条油路分别与动臂液压缸的无杆腔、斗杆液压缸的无杆腔及回转马达的第二油口连接；
所述的A动力源中液压泵的第一工作油口连接第Ⅰ两位三通阀的第一油口，第Ⅰ两位三通阀的第二和第三油口分别连接第Ⅰ蓄能器和油箱；A动力源中液压泵的第二工作油口与左行走控制阀的第一油口、铲斗控制阀的第一油口、动臂缸控制阀组中B两位两通阀和C两位两通阀连接的管路以及第Ⅳ、第Ⅴ两位两通阀的第一油口连接；
所述的B动力源中液压泵的进油口与油箱连接，其出油口与第Ⅴ两位两通阀的第二油口连接；同时，B动力源中液压泵的出油口与斗杆缸控制阀组和回转马达控制阀组中B两位两通阀和C两位两通阀连接的管路以及右行走控制阀的第一油口连接，还与第Ⅵ两位两通阀的第一油口相连；B动力源中液压泵的出油口还通过第Ⅶ两位两通阀与第Ⅱ蓄能器连接；
所述的C动力源中液压泵的第一工作油口连接第Ⅱ两位三通阀的第一油口，第Ⅱ两位三通阀的第二和第三油口分别连接第Ⅱ蓄能器和油箱；C动力源中液压泵的第二工作油口与第Ⅵ两位两通阀的第二油口相连，还与第Ⅰ两位两通阀、第Ⅱ两位两通阀的第二油口以及回转控制阀的第一油口相连；同时，C动力源中液压泵的第二工作油口分别通过第Ⅷ两位两通阀和第Ⅳ两位两通阀与第Ⅱ蓄能器和A动力源中液压泵的第二工作油口连接；第Ⅰ两位两通阀和第Ⅱ两位两通阀的第一油口分别与动臂液压缸和斗杆液压缸的有杆腔连通；
所述回转控制阀的第二和第三油口分别与回转马达的两个油口连接；所述的左行走马达、右行走马达的工作油口分别与左行走控制阀和右行走控制阀连接；所述第Ⅲ两位两通阀的第一工作油口与斗杆液压缸的无杆腔连接，第Ⅲ两位两通阀的第二工作油口与第Ⅱ两位两通阀的第一工作油口连接；
所述的动臂液压缸、斗杆液压缸和回转马达的控制回路均为容腔独立的变转速泵控容积直驱回路，所述的A动力源为左行走马达、铲斗液压缸和动臂液压缸供油；所述的B动力源为斗杆液压缸、回转马达和右行走马达供油；通过控制第Ⅳ、第Ⅴ、第Ⅵ两位两通阀的通断，所述的C动力源可以为左行走马达、铲斗液压缸、动臂液压缸、斗杆液压缸、回转马达及右行走马达供油；
所述的A、B和C动力源冗余控制为：所述动臂液压缸的有杆腔和无杆腔两腔可分别由A动力源或C动力源或A、C动力源的组合和B动力源或C动力源或B、C动力源的组合控制；所述斗杆液压缸的有杆腔和无杆腔两腔可分别由B动力源或C动力源或B、C动力源的组合和B动力源或C动力源或B、C动力源的组合控制；通过调节第Ⅲ两位两通阀的通断，斗杆液压缸的有杆腔和无杆腔中的油液可以直接连通；
所述的动臂液压缸、斗杆液压缸和回转马达的控制回路也是主被动复合能量回收回路，当第Ⅰ和第Ⅱ蓄能器内压力低于蓄能器设定的最低值时，所述动臂液压缸、斗杆液压缸的势能和回转马达制动的动能通过接通第Ⅳ-第Ⅷ两位两通阀存入第Ⅰ或第Ⅱ蓄能器内；当第Ⅰ和第Ⅱ蓄能器内压力达到蓄能器设定的最高值时，动臂液压缸、斗杆液压缸的势能和回转马达制动的动能经过电动发电机转化为电能存入直流母线；向第Ⅰ或第Ⅱ蓄能器、直流母线中储能也可以同时进行；系统能量在蓄能器、直流母线、电动发电机之间传递、转换，也可通过控制A、B或C动力源驱动负载；
所述的A、B和C动力源能量回收的冗余控制为：当电动发电机回收能量时为发电机，A动力源、B动力源及C动力源可以单独，也可以任意组合实现动臂液压缸、斗杆液压缸势能和回转马达制动动能的能量回收。
2.根据权利要求1所述的变转速容积直驱纯电液压挖掘机驱动及能量回收系统，其特征在于：所述A、B、C动力源中的液压泵是定量液压泵或各种类型的变量泵，A、B、C动力源中的电动发电机是永磁同步电动发电机或交流异步电动发电机或开关磁阻电动发电机。
3.根据权利要求1所述的变转速容积直驱纯电液压挖掘机驱动及能量回收系统，其特征在于：所述的动臂缸控制阀组、斗杆缸控制阀组和回转马达控制阀组中的A、B、C、D两位两通阀、铲斗控制阀、回转控制阀、左行走控制阀、右行走控制阀、第Ⅰ-第Ⅷ两位两通阀以及第Ⅰ和第Ⅱ两位三通阀是电磁开关式换向阀或液控和电控比例换向阀或插装阀组成的阀组。
4.根据权利要求1所述的变转速容积直驱纯电液压挖掘机驱动及能量回收系统，其特征在于：构成动臂缸控制阀组、斗杆缸控制阀组和回转马达控制阀组的A、B、C、D两位两通阀也可以是其它可实现相同功能的三位三通阀的任意组合。
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