CN104563193A - 一种挖掘机及其液压动力系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种挖掘机及其液压动力系统，包括工作液压泵和执行元件，工作液压泵由发动机驱动为液压油加压，并将加压后的液压油供向所述执行元件，还包括回收所述执行元件的制动回油的能量回收模块和将所述制动回油供向执行元件的进油油路和/或供向驱动所述执行元件的驱动元件的能量分配模块。通过能量回收模块和能量分配模块，首先将执行元件的回油回收，然后再将回收的回油加以利用，能够较大程度地利用执行元件的回油，不造成能量浪费；回油的液压能转化为机械能，回收的能量通过驱动元件以转矩的方式与系统耦合，制动能量充分利用，能量回收效率高，同时，还能够直接供向执行元件的进油油路，回油以压力的方式与系统耦合，响应较快。

Description

一种挖掘机及其液压动力系统

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，特别涉及一种挖掘机及其液压动力系统。

背景技术

挖掘机能够起吊重物，并将重物移至指定工作地点，在这个工作过程中，一般涉及到上车回转运动、动臂起升和下落等步骤，上车转动由回转马达驱动，动臂起落由动臂油缸驱动，而回转马达和动臂油缸均由液压系统提供液压油而执行动作。

现有的挖掘机液压动力系统包括以下主要元件：发动机、工作液压泵、多路阀组，以及回转马达、动臂油缸等执行元件。发动机驱动工作液压泵为液压油加压，工作液压泵通过工作主油路连通至多路阀组，多路阀组包括多种控制阀，与执行元件的出油端口和进油端口连通。由工作液压泵升压后的液压油进入多路阀组，多路阀组进而根据先导信号，将高压油分配至不同的执行元件，以执行不同的动作，实现挖掘机的装载和卸料。各执行元件执行动作完成后，比如，上车回转停止或者动臂下降时，输出的液压油通过回油油路流向油箱。

可见，现有的液压动力系统并没有合理利用执行元件的制动能量，造成能量的浪费。

因此，如何提供一种液压动力系统，使其能够将执行元件的制动能量进行合理地回收再利用，使得该系统具有较高的工作效率，从而在一定程度上降低挖掘机的能耗，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的为提供一种挖掘机及其液压动力系统。该液压动力系统能够将执行元件的制动能量进行合理地回收再利用，使得该系统具有较高的工作效率，从而在一定程度上降低挖掘机的能耗。

为解决上述技术问题，本发明提供一种挖掘机的液压动力系统，包括工作液压泵和执行元件，工作液压泵由发动机驱动为液压油加压，并将加压后的液压油供向所述执行元件，还包括能量回收模块和能量分配模块：

所述能量回收模块具有连通至所述执行元件的回收油路，以回收所述执行元件处于制动状态时的制动回油；

所述能量分配模块包括连通所述能量回收模块，以将所述制动回油供向所述执行元件的进油油路的第一用油油路，和/或供向一驱动元件为所述工作液压泵提供动力并回油至回油设备的第二用油油路。

可见，本发明的液压动力系统通过能量回收模块和能量分配模块，首先将执行元件的回油回收，然后再将回收的回油加以利用，能够较大程度地利用执行元件的回油，不造成能量浪费；另外，回油的液压能转化为机械能驱动驱动元件，回收的能量通过驱动元件以转矩的方式与系统耦合，制动能量充分利用，能量回收效率高，同时，还能够直接供向执行元件的进油油路，回油以压力的方式与系统耦合，响应较快。

优选地，所述第一用油油路设有比例控制阀。

优选地，所述第一用油油路至所述执行元件的进油油路设有单向阀。

优选地，所述驱动元件通过转矩耦合机构与所述发动机共同驱动所述工作液压泵加压。

优选地，所述发动机的输出轴和所述驱动元件的输出端均连接至所述转矩耦合机构。

优选地，所述第二用油油路设有通断阀。

优选地，还包括具有预定压力的高压蓄能器，所述高压蓄能器的油口连通所述第一用油油路和/或所述第二用油油路。

优选地，所述能量分配模块包括连通至所述高压蓄能器的油口的第一储油油路和第二储油油路，所述第二储油油路设有通断阀和将所述制动回油加压至所述预定压力的加压元件；

所述制动回油的压力不大于所述预定压力时，所述通断阀接通，所述制动回油通过所述第二储油油路的加压元件加压后存储至所述高压蓄能器；

所述制动回油的压力大于所述预定压力时，所述通断阀断开，所述制动回油通过所述第一储油油路储存至所述高压蓄能器。

优选地，所述加压元件为所述驱动元件，且为液压泵/马达；

所述能量分配模块还包括控制阀；

所述第一储油油路至所述高压蓄能器设有单向阀；

所述控制阀能够连通所述回油设备和所述液压泵/马达的出油口，以与所述通断阀共同导通第三用油油路，所述制动回油通过所述第三用油油路供向所述液压泵/马达，以驱动所述工作液压泵；

所述控制阀能够连通所述高压蓄能器和所述液压泵/马达的出油口，以与所述通断阀共同导通所述第二用油油路，或者与所述通断阀共同导通所述第二储油油路。

优选地，所述执行元件包括回转马达和动臂油缸；所述回收油路包括连通所述动臂油缸的第一回收油路，以及连通所述回转马达的第二回收油路。

优选地，所述第一回收油路和所述第二回收油路至所述能量分配模块均设有单向阀。

优选地，还具有回油装置，所述执行元件具有连通至所述回油装置的回油油路；所述回收油路设有控制阀，以导通所述回收油路或所述回油油路。

本发明还提供一种挖掘机，包括液压动力系统和由所述液压动力系统控制的上车和动臂，所述液压动力系统为上述任一项所述的液压动力系统。

挖掘机与上述各实施方式的液压动力系统具有相同的有益效果。

附图说明

图1为本发明提供的液压动力系统的一种实施方式的液压原理图。

图1中：

能量回收模块1：第一回收油路111、第二回收油路112、第二回收油路113、单向阀11、单向阀12、单向阀13、控制阀101、通断阀102、通断阀103、电控信号链接器121；

能量分配模块2：第一用油油路211、第二用油油路212、第三用油油路213、第一储油油路214、第二储油油路215、单向阀21、单向阀22、单向阀23、控制阀201、通断阀202、比例控制阀203、通断阀204、液压泵/马达221、油箱222、高压蓄能器223、电控信号链接器224；

回转马达3、动臂油缸4、转矩耦合机构5、工作液压泵6、发动机7、动力总成控制器8、多路阀组9、工作主油路31

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1，图1为本发明提供的液压动力系统的一种实施方式的液压原理图。

如图1所示，本发明提供一种挖掘机的液压动力系统(以下简称系统)，挖掘机的发动机7用于驱动该系统，该液压动力系统包括工作液压泵6和执行元件，发动机7驱动工作液压泵6对系统的液压油加压后，供给各执行元件，并驱动执行元件动作。

该系统还包括能量回收模块1(以下简称回收模块1)、和能量分配模块2(以下简称分配模块2)，上述两个模块均为液压控制模块。

回收模块1包括连通至分配模块2的回收油路，该回收油路用于将执行元件的处于制动状态时的制动回油回收至回收模块1。分配模块2具有第一用油油路211或第二用油油路212，或者同时具有第一用油油路211和第二用油油路212。第一用油油路211将制动回油供向执行元件的进油油路，第二用油油路212将制动回油供向一驱动执行元件动作的驱动元件，并回油至回油设备。

本文中的制动回油是指，执行元件制动时的可回收的回油，比如，挖掘机的上车回转停止时，在惯性作用下降继续回转，此时的回转马达3的回油即为制动回油；或者，动臂下降时，动臂油缸4的回油也属于制动回油。

可见，本发明的液压动力系统通过能量回收模块1和能量分配模块2，首先将执行元件的制动回油回收，然后再将回收的回油加以利用，能够较大程度地利用执行元件的回油，不造成能量浪费，包括以下两种用油模式：

第一，将回油直接供向执行元件的进油油路，回油以压力的方式与系统耦合，响应随度快；

第二，回油的液压能转化为机械能驱动驱动元件，回收的能量通过驱动元件以转矩的方式与系统耦合，制动能量充分利用，能量回收效率高。

进一步地，第一用油油路211设有比例控制阀203，回油经过比例控制阀进入进油油路，比如，工作液压泵6与执行元件之间的工作主油路31，从而调节进入工作主油路31的的油液量。

进一步地，第一用油油路211设有单向阀23，以防止工作液压泵6的供油在第一用油油路211中逆流。当然，也可以采用电控制方式控制第一用油油路211的油压始终较高，或者其他方式避免逆流。通过第一用油油路211实施的第一种用油模式的流向为：a-h-d-e-比例控制阀203-b-单向阀23-c。

进一步地，第二用油油路212的驱动元件连接于转矩耦合机构5，并在转矩耦合机构5的调节作用下，与发动机7共同驱动工作液压泵6加压，而驱动元件的回油流向回油设备，比如油箱222，或者其他的能够利用低压油的用油设备。

如此，驱动元件提供的转矩能够减少发动机7的功率输出，实现节油。

另外，驱动元件的输出轴和发动机7的输出轴还可以均连接至转矩耦合机构5，即二者采用并联的连接方式，通过转矩耦合机构5将二者的转矩共同应用至驱动元件。当然，还可以将转矩耦合机构5连接在发动机7和驱动元件之间，即二者采用串联的连接方式，相比较而言，并联的连接方式更有利于空间布置。

上述转矩耦合机构5可以为齿轮组。

进一步地，第二用油油路212还可以设有通断阀204，从而能够灵活控制系统具有通过第一用油油路211实施的第一种用油模式，和/或通过第二用油油路212实施的第二种用油模式。

那么，第二种用油模式的流向为：a-h-d-e-通断阀204-i-驱动元件-油箱222。

应当说明的是，无论上述第一种用油模式还是第二种用油模式，其可以直接利用从回收模块回收的制动回油，也可以利用储油装置中的油液，比如：

本发明提供的系统还可以包括高压蓄能器223，其具有预定压力，其油口连通至第一用油油路211，或者第二用油油路212，或者同时连通至第一用油油路211和第二用油油路212。

高压蓄能器223既可以储存来自回收模块1的制动回油，以供用油，也可以将外部液压油储存起来，以备使用，为该系统的用油来源提供更为灵活的选择方式。

实际上，能量分配模块2形成了连通至高压蓄能器223油口的第一储油油路214和第二储油油路215，用于储存制动回油。并且，第二储油油路215还设置有通断阀202和加压元件，该加压元件能够将回油加压至高压蓄能器223的预定压力。

用油时，高压蓄能器223释放回油，以供向工作主油路31，即形成第一用油油路211的另一种形式，具有第三种用油模式，如图1中的流向：高压蓄能器223-d-e-比例控制阀203-b-单向阀23-c；或者用于供向驱动元件，即形成第二用油油路212的另一种形式，具有第四种用油模式，如图1中的流向：高压蓄能器223-d-e-通断阀204-i-驱动元件-油箱222。

当来自回收模块1的制动回油的油压过于充足，以至于大于高压蓄能器223的预定压力时，通断阀202断开，制动回油通过第一储油油路214流向高压蓄能器223储存，形成第一种储油模式，并同时利用第一种用油模式或第二种用油模式；

或者，在高压蓄能器223储油之后，再利用该储油，而具有上述第三种用油模式和第四种用油模式。

当回油的油压不大于所述预定压力时，通断阀202控制第二储油油路215接通，回油通过第二储油油路215流向高压蓄能器223储存，具有第二种储油模式。

即使回油的油压不足以达到高压蓄能器223的预定压力，也能够通过加压的方式而被储存，更进一步地对油压较低的回油加以利用，提高回收效率。

另外，高压蓄能器223的预定压力应该根据液压动力系统的适用场合确定，对于不同的执行元件，其回油的油压可能相差很多，该预定压力应该在保证高压蓄能器223能够尽量多地储存回油的基础上，不至于过低，以便保证释放的油压。

上述加压元件可以为液压泵，或者具有泵功能和马达功能的液压泵/马达221；而上述驱动元件可以为液压泵/马达221或者液压马达等。

当然，为了避免应用第三种拥有模式和第四种用油模式时，从高压蓄能器223释放的回油在第一储油油路214或者第二储油油路215中逆流，还可以在两储油油路中设有抑制逆流的单向阀21和单向阀22。

当然，也可以不设置单向阀，但是，需要严格控制各油路的油压，可能需要采用电控辅助，较为复杂，因此，设置单向阀为最优的实施方式。

若系统中同时具备第一储油油路214、第二储油油路215和第二用油油路212，那么，还可以采用如下的优选方案：

第二用油油路212和第二储油油路215可以共用同一个液压泵/马达221，分别作为各自的驱动元件和加压元件；设有控制阀201，其各阀口分别连通至高压蓄能器223、回油设备如回油箱222、液压泵/马达221的出油口；第一储油油路214至高压蓄能器223设有单向阀21，以便进行以下操作：

通断阀202接通，通断阀204断开，控制阀201接通高压蓄能器223与液压泵/马达221的出油口，以便导通第二储油油路215，如图1中的走向：a-h-通断阀202-i-液压泵/马达221-控制阀201-d-高压蓄能器223，其中液压泵/马达221作为液压泵工作；

通断阀202接通，通断阀204断开，控制阀201接通油箱222与液压泵/马达221的出油口，以便导通第三用油油路213，该第三用油油路213连通分配模块2的进油口和油箱222，回收模块1的回油直接供向液压泵/马达221，形成第五种用油模式，如图1中的走向：a-h-通断阀202-i-液压泵/马达221-控制阀201-油箱222，其中液压泵/马达221作为液压马达工作；

通断阀202断开，通断阀204接通，此时，若油压充足以至于能够通过单向阀21，那么，控制阀201接通油箱222与液压泵/马达221的出油口，以便导通第二用油油路212，如图1中的走向：a-h-d-e-通断阀204-i-液压泵/马达221-控制阀201-油箱222，即上述第二种用油模式，其中液压泵/马达221作为液压马达工作。

由于无论是液压泵还是液压马达，其成本均较高，而为了降低成本，本实施例采用液压泵马达同时为两条油路工作，如此，达到节约成本的目的。

通过设置控制阀201不仅能够使得第二用油油路212和第二储油油路215进一步简化，从而精简系统布置；更重要的是，还能获得采用第三用油油路213的第五种用油模式，使得本发明的液压动力系统的用油方式更为灵活。

上述各实施方式中的执行元件可以为回转马达3和动臂油缸4，动臂连通有第一回收油路111，回转马达3连通有第二回收油路，以回收利用挖掘机的上车停止回转时的惯性动能和动臂下降时的重物势能。

更为优选的是，在第一回收油路111和第二回收油路上分别设有单向阀11和单向阀12，则制动回油经第一回收油路111流向分配模块2时，不会在第二回收油路内逆流，流经第二回收油路供向分配模块时，也不会在第一回收油路111中逆流，保证工作安全。

进一步地，还包括回油装置，动臂油缸4具有连通至其的第一回油油路，回转马达3具有连通至其的第二回油油路，此处所述的回油装置均指不同于上文中所述的回油设备、动臂油缸4和回转马达3的原有的回油装置，比如，动臂油缸4和回转马达3可以均有多路阀组9供油，并回油至多路阀组9，那么，多路阀组9即为该回油装置。

在分配模块2不工作时，执行元件依然可以正常回油，不影响其原有工作系统；相应地，本发明仅仅在原有的回油系统上并联接入回收模块1和分配模块2，原有系统的集成十分方便，原有的液压工作系统并不过多地做改变，设计成本很低。

更进一步地，动臂油缸4的第一回收油路111还设有控制阀101，控制阀101可以为二位三通阀，其各阀口连通至所述能量回收模块1的进油口、所述能量分配模块2的进油口、所述回油装置。

动臂下降时，控制阀101使得动臂油缸4的回油口连通至能量分配模块2，导通第一回收油路111回收能量；举升时，控制阀101使得动臂油缸4的回油口连通至回油装置，正常回油。

若不设置控制阀101也是可以的，比如，在第一回油油路和第一回收油路111均设置通断阀，动臂下降时，第一回油油路的通断阀断开，第一回收油路111的通断阀接通，使得回油流经第一回油油路。显然，设置控制阀更为便捷。

同理，回转马达3的第二回收油路也可以设置控制阀，如图1中的通断阀102。

通断阀102方便控制对回转马达3的回油控制，做回转运动时，可以关闭通断阀102，正常回转；回转停止时，通断阀102接通，回收能量。

当回转马达3为双向回转马达时，回转马达3的两个油口的油路可以分别连通有第二回收油路112和第二回收油路113，并还设置有通断阀102和通断阀103，以及单向阀12和单向阀13，当然，回转马达3的回收油路也可以设置二位三通阀等。

应当指出，图1为液压原理图，由于画法限制，虽然一些油路处于图中框选的分配模块2和回收模块1的区域，但是可能并不属于分配模块2和回收模块1，比如，回收模块1中的第一回油油路和第二回油油路。

另外，本发明提供的系统还包括分别控制回收模块1和分配模块2的电控信号连接器121和电控信号连接器224，二者均由动力总成控制器8控制。通过控制根据整机运行状态决定最佳回收再利用形式，以满足复杂的工况。

本发明还提供一种挖掘机，包括液压动力系统和由所述液压动力系统控制的上车和动臂，所述液压动力系统为上述任一项所述的液压动力系统。

挖掘机与上述各实施方式的液压动力系统具有相同的有益效果。

以上对本发明所提供的一种挖掘机及其液压动力系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (13)

1.一种挖掘机的液压动力系统，包括工作液压泵(6)和执行元件，所述工作液压泵(6)由发动机(7)驱动为液压油加压，并将加压后的液压油供向所述执行元件，其特征在于，还包括能量回收模块(1)和能量分配模块(2)：

所述能量回收模块(1)具有连通至所述执行元件的回收油路，以回收所述执行元件处于制动状态时的制动回油；

所述能量分配模块(2)包括连通所述能量回收模块(1)，以将所述制动回油供向所述执行元件的进油油路的第一用油油路(211)，和/或供向一驱动元件为所述工作液压泵(6)提供动力并回油至回油设备的第二用油油路(212)。

2.如权利要求1所述的液压动力系统，其特征在于，所述第一用油油路(211)设有比例控制阀(203)。

3.如权利要求2所述的液压动力系统，其特征在于，所述第一用油油路(211)至所述执行元件的进油油路设有单向阀(23)。

4.如权利要求1所述的液压动力系统，其特征在于，所述驱动元件通过转矩耦合机构(5)与所述发动机(7)共同驱动所述工作液压泵(6)加压。

5.如权利要求4所述的液压动力系统，其特征在于，所述发动机(7)的输出轴和所述驱动元件的输出端均连接至所述转矩耦合机构(5)。

6.如权利要求5所述的液压动力系统，其特征在于，所述第二用油油路(212)设有通断阀(204)。

7.如权利要求1所述的液压动力系统，其特征在于，还包括具有预定压力的高压蓄能器(223)，所述高压蓄能器(223)的油口连通所述第一用油油路(211)和/或所述第二用油油路(212)。

8.如权利要求7所述的液压动力系统，其特征在于，所述能量分配模块(2)包括连通至所述高压蓄能器(223)的油口的第一储油油路(214)和第二储油油路(215)，所述第二储油油路(215)设有通断阀(202)和将所述制动回油加压至所述预定压力的加压元件；

所述制动回油的压力不大于所述预定压力时，所述通断阀(202)接通，所述制动回油通过所述第二储油油路(215)的加压元件加压后存储至所述高压蓄能器(223)；

所述制动回油的压力大于所述预定压力时，所述通断阀(202)断开，所述制动回油通过所述第一储油油路(214)储存至所述高压蓄能器(223)。

9.如权利要求8所述的液压动力系统，其特征在于，

所述加压元件为所述驱动元件，且为液压泵/马达(221)；

所述能量分配模块(2)还包括控制阀(201)；

所述第一储油油路(214)至所述高压蓄能器(223)设有单向阀(21)；

所述控制阀(201)能够连通所述回油设备和所述液压泵/马达(221)的出油口，以与所述通断阀(202)共同导通第三用油油路(213)，所述制动回油通过所述第三用油油路(213)供向所述液压泵/马达(221)，以驱动所述工作液压泵(6)；

所述控制阀(201)能够连通所述高压蓄能器(223)和所述液压泵/马达(221)的出油口，以与所述通断阀(204)共同导通所述第二用油油路(212)，或者与所述通断阀(202)共同导通所述第二储油油路(215)。

10.如权利要求1-9任一项所述的液压动力系统，其特征在于，所述执行元件包括回转马达(3)和动臂油缸(4)；所述回收油路包括连通所述动臂油缸(4)的第一回收油路(111)，以及连通所述回转马达(3)的第二回收油路。

11.如权利要求10所述的液压动力系统，其特征在于，所述第一回收油路(111)和所述第二回收油路至所述能量分配模块(2)均设有单向阀。

12.如权利要求1-9任一项所述的液压动力系统，其特征在于，还具有回油装置，所述执行元件具有连通至所述回油装置的回油油路；所述回收油路设有控制阀，以导通所述回收油路或所述回油油路。

13.一种挖掘机，包括液压动力系统和由所述液压动力系统控制的上车和动臂，其特征在于，所述液压动力系统为权利要求1-12任一项所述的液压动力系统。