CN104763696A - 一种用于工业车辆的电控液压驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明一种用于工业车辆的电控液压驱动系统，只用一电机、一控制器和变量液压系统，实现车辆行走、溜坡、限速、补油、转向、提升和倾斜等功能，同时实现动能回收和位能重载回收和轻载卸荷。优点在于：1），通过行走限速装置，限制车速，使车辆行走平稳，在溜坡、制动时液压系统能够自动补油；2）采用组合式油箱，实现机电一体的油冷式安装，电气元件不与空气接触，降低了液压系统噪声，具有防水、防爆和降温功能；3）液压系统对行走与提升、倾斜装置实行互锁，使行走、提升和倾斜动作不能同时进行，不存在叠加大电流，提高蓄电池放电容量效率；4）电机启动电流在600毫米时间内完成零至负载电流的启动，不存在启动大电流，节约能源15％以上。

Description

一种用于工业车辆的电控液压驱动系统

技术领域

本发明属于工业车辆技术领域，具体涉及一种用于工业车辆的电控液压驱动系统。

背景技术

目前市场上销售和使用的非公路移动装备和电动工程车辆，包括平衡重电动叉车、前移式电动叉车、多向电动叉车和堆垛电动车等，其行走、提升和倾斜装置大多采用国际上流行的三相交流异步感应电机（简称AC电机），但这些装备和车辆存在以下缺陷：

1) 启动电流大；

2) 爬坡电流大（需要额定电流的2～3倍）；

3) AC电机存在功率因数低、低速时效率低和电机高效区狭窄等缺陷；

4) 进口控制驱动器成本高；

5) 车辆无位能再生回馈技术；

6) 多电机同时重复起动和运行，造成叠加起动和运行大电流，使铅酸蓄电池的放电电流容量下降40％，造成运行成本增加，充电时间延长，车辆使用装卸效率下降；

7) 普通电动叉车在叉取货物下降时，通过阀的节流，控制货物下降速度，在这过程中货物下降的位能转化成液压系统的热能，使油液温升，长期这样操作，会造成油液变质，影响液压元件的可靠性和工作效率，同时由于要调换液压油，使用成本增加；

8) 目前国内生产的电动叉车 (包括国外已有的电动叉车) ，叉车转向器与提升及倾斜机构采用同一个液压系统，由于提升机构驱动功率大，提升时问短，转向机构驱动功率小，驱动时间长，提升机构和转向机构驱动功率相差10倍以上，驱动时间相差几十倍，是典型的大马拉小车，造成能源损耗，使用成本高。

现有专利WO2009/100378存在以下缺陷：

1)行走装置在全速运行时，机械效率下降达18%；

2)操作繁复，影响装卸效率；

3)提升装置不可电控调速，存在节流损耗；

4)无动、位能再生回馈技术；

5)制动装置及液压马达背压损耗严重。

专利200410016648.4存在以下缺点：

1)油液进入电机内冷却，转子和定子之间充满液压油，转子转动时受到油液粘度的影响，电机转子转速在1500r/min以上时耗能达额定功率的50％以上；

2) 在行走系统中设置二个液控单向阀，使系统复杂，增加成本和能耗；

3) 行走装置中在溜坡时由于没有溜坡限速，会造成飞车使操作者带来精神负担和危险；

4)在车辆制动和溜坡时缺少补油装置，会造成元器件损害；

5)提升装置在下降再生时，需要在提升分配阀处于中位时操作，操作者容易误操作，影响装卸效率。

发明内容

本发明针对现有技术存在的缺陷，提供一种用于工业车辆的电控液压驱动系统。

本发明的技术方案是：本发明一种用于工业车辆的电控液压驱动系统，以蓄电池为动力源，包括微机控制器、电动机、变量泵、液压驱动行走装置、液压驱动倾斜装置、液压驱动提升装置、液压转向装置、动能回收装置和位能回收装置，其特征在于：还包括轻载卸荷装置和行走限速装置；蓄电池通过微机控制器给电动机提供动力，带动变量泵工作，通过液压驱动行走装置、液压驱动倾斜装置、液压驱动提升装置和液压转向装置，实现全液压叉车的行走、倾斜、提升和转向功能；当从货架取下重货物时，通过位能回收装置，回收位能，将货物位能用于蓄电池充电；当从货架取下轻货物时，通过轻载卸荷装置，实现轻载卸荷；叉车溜坡和减速运行时，通过动能回收装置，回收动能，将车动能用于蓄电池充电；通过行走限速装置，限制车速，使车行走平稳。

一种用于工业车辆的电控液压驱动系统，还包括多级组合式液压油箱，所述多级组合式液压油箱由上位油箱和下位油箱组成；下位油箱内安装有油温传感器、微机控制器、电动机、变量泵、速度传感器、第一单向阀、液压油、液位传感器、动能再生阀、位能再生液动阀；电动机与变量泵同轴联接；液位传感器和油温传感器输出的信息输入微机控制器，微机控制器检测到液压油的液面低于某一位置和油温上升超过预定值时，立即输出报警信号或强行停机。

所述液压驱动行走装置，包括微机控制器3、电动机4、变量泵5、倾角调节装置6、第一单向阀8、行走换向阀12、液压马达30、31、限速阀41、第二单向阀44和第三单向阀45；变量泵5进油口装有第一单向阀8，行走换向阀12与第一单向阀8、液压马达30、31进出油口和限速阀41通过油管连接，液压马达30、31制动时，变量泵5输出液压油，给液压马达30、31供油；当车辆爬坡时，负载压力升高，变量泵5根据负载压力调定值进行自动变量，达到低速大扭矩爬坡功能。

所述动能回收装置，由微机控制器3、电动机4、变量泵5、速度传感器7、行走换向阀12、液压马达30、31、踏板36、加速度传感器37和动能再生阀43组成；在车辆溜坡或减速运行时，踏板36抬起，通过速度传感器7，测得电动机4实际速度大于给定速度，微机控制器3输出高电平，使动能再生阀43成通路状态，在车辆的惯性带动下，液压马达30、31工况变为液压油泵的工况，液压马达30、31输出的液压油通过第二单向阀44、第三单向阀45、油管29、动能再生阀43，进入变量泵5的进油口，使变量泵5变为液压马达工况，带动电动机4呈发电机工况，通过控制器3，向蓄电池1充电。

所述行走限速装置，包括液压马达30、31、行走换向阀12和限速阀41；当踏板36处于减速状态时，由于整车惯性的存在，液压马达30、31仍按原速度运行，会造成泵供油不足，油管20内液压油压力下降，油管42内液压油压力同时下降，限速阀41阀口逐渐关小，使液压马达30、31平稳运转。

所述液压驱动倾斜装置，包括倾斜换向阀和倾斜油缸，倾斜换向阀与倾斜油缸通过油管相连。

所述液压驱动提升装置，包括提升换向阀和提升油缸，提升换向阀与提升油缸通过油管相连。

所述位能回收装置，由提升换向阀13、压力传感器47、位能再生液动阀48、提升油缸28和变量泵5组成；当取货物时，若为重载，提升油缸28的液压油经油管15，推动位能再生液动阀48，使得位能再生液动阀48处于闭路状态；提升油缸28内负载液压油，经油管17、提升换向阀13、油管22进入变量泵5的吸油口58，这时变量泵5为液压马达工况，带动电动机4呈发电机工况，通过控制器3，向蓄电池1充电；提升油缸28的液压油经油管15，推动位能再生液动阀48，使得位能再生液动阀48处于通路状态；提升油缸28下降时输出的液压油经油管17、提升换向阀13、油管22、位能再生液动阀48、油管27，直接回下位油箱40。

所述位能回收装置，由提升换向阀13、压力传感器47、位能再生电磁阀46、提升油缸28和变量泵5组成；当取货物时，若为重载，压力传感器47根据油压的高低，发出一信号给控制器3，使位能再生电磁阀46处于关闭状态，负载液压油经提升油缸28、油管17、提升换向阀13、油管22进入变量泵5的吸油口58，这时变量泵5变为液压马达工况，带动电动机4呈发电机工况，通过微机控制器3控制提升油缸28的下降速度，产生的位能向蓄电池1充电；若为轻载，压力传感器47发出一信号给微机控制器3，使位能再生电磁阀46处于通路状态，提升油缸28下降时，输出液压油通过油管17、提升换向阀13、油管22、位能再生电磁阀46和油管27回油箱。

所述电动机包含交流电机和永磁无刷电机，所述变量泵5为液压变量柱塞泵；所述电控液压驱动系统采用了永磁无刷电机、变频控制器和液压变量柱塞泵，因此在电动机转动时，其电动机起动电流为零电流起动至负载电流，不存在起动大电流，起动时间实行毫米级起动。

所述液压系统对行走与提升、倾斜装置实行互锁，使行走、提升和倾斜动作不能同时进行，不存在叠加大电流，从而不造成蓄电池放电容量效率严重下降。

本发明的优点是：

1) 本发明只采用一个电机和一个控制器和变量液压系统，实现叉车的行走，转向，提升，倾斜等功能，同时实现动能回收和位能回收，结构简单，成本低；

2) 本发明实现双重调速：一种是变频调节液压泵的输出流量从而实现调速，另一种是变量泵自动调节输出流量从而实现调速。变频调速避免了耗能的节流调速损失，变量泵实施自动转矩切换，既提高了叉车爬坡能力，又避免了叉车爬坡时的大电流放电。与现有国内同类叉车相比，爬坡大电流降底一倍以上，提高了蓄电池放电容量效率；

3) 本发明组合式油箱，实现机电一体的油冷式安装，有关电气元件不与空气接触，有效地降低了液压系统噪声，具有防水、防爆、降温功能；

4) 本发明电动机起动至工作状态时间短：电动机在满负载下，只需≤600毫秒时间实现电动机零启动至负载电流，这是电动叉车技术的一项突破。

附图说明：

图1本发明工作流程图；

图2本发明实施例一；

图3本发明实施例二；

图4本发明实施例三；

图5本发明实施例四；

图6本发明实施例五；

图7本发明实施例六；

图8本发明实施例七；

图9本发明实施例八。

 具体实施方式

本发明具体实施方式如下：本发明图1的工作流程:蓄电池为动力源，绐微机控制器、油冷式永磁无刷电动机供电。电动机驱动变量泵输出液压油给车辆工作装置、液压转向装置和其他液压工作装置，车辆工作装置包括：液压驱动倾斜装置、液压驱动提升装置、液压驱动行走装置、轻载卸荷装置、位能回收装置、动能回收装置和行走限速装置。

图2是本发明具体的实施例一：

行走运行：当车辆前进运行时，行走换向阀12手柄置于前进档位置，踏下加速踏板36，加速踏板36带动加速度传感器37发出信号给微机控制器3，微机控制器3产生相应频率和电压信号，驱动电动机4旋转，带动变量泵5输出相应的液压油，经过油管20、行走换向阀12、油管32、驱动液压马达30、31工作。液压马达30、31经油管33、行走换向阀12、油管35、限速阀41(油管20内液压油压力升高，经油管42，推动限速阀41打开)、油管49、回油箱38，油箱38与油箱40连通，完成行走驱动。通过踏板36的加速度传感器37输出的信号控制液压马达转动速度，当踏板36处于减速状态时，由于整车惯性的存在，液压马达30、31仍按原速度运行，会造成泵供油不足，油管20内液压油压力下降，油管42内液压油压力同时下降，限速阀41阀口逐渐关小，使液压马达30、31平稳运转。

车辆爬坡运行：当车辆爬坡运行时，变量泵5的负载压力大于调定值，变量泵5通过倾角调节装置6自动调节倾角，变量泵5以小排量输出高压液压油，使液压马达30、31的负载转矩增大，转速减慢，车辆在爬坡时做低速高转矩运行。电动机在额定功率范围运转，限制了蓄电池的大电流放电，节约能源。

车辆制动：当车辆要停止运用时，放开踏板36，行走换向阀12置于中位，踩下制动阀55，微机控制器3以预定设置程序使电动机4带动变量泵5以一定时间和速度提供液压油，绐液压驱动行走装置补油。

紧急制动时，行走换向阀12置于中位，踩下制动踏板51，推动微动开关56，微动开关56发出信号给微机控制器3，微机控制器3使变量泵5不输出液压油，同时制动踏板51推动制动泵50输出液压油，通过制动油路52，使液压马达制动器53、54将车辆制动。

动能回收：当车辆作下坡运行时，踏下踏板36，加速速传感器37产生位移，控制变量泵5输出的相应的液压油，使液压马达30、31运行。当踏板36抬起做减速动作时，通过速度传感器7，测得电动机4实际速度大于给定速度，微机控制器3输出高电平，使动能再生阀43成通路状态，在车辆的惯性带动下，液压马达30、31工况变为液压油泵的工况。液压马达30、31输出的液压油通过第二单向阀44、第三单向阀45、油管29、动能再生阀43，进入变量泵5的进油口，使变量泵5变为液压马达工况(单向阀8作用)，带动电动机4呈发电机工况，通过控制器3，向蓄电池1充电。

倾斜运行：当操作倾斜换向阀14的手柄时，倾斜开关16输出开关量信号给微机控制器3，微机控制器3将预设指令信号发送给电动机4，带动变量泵5输出相应液压油，经倾斜换向阀14、油管34、57，使倾斜油缸18完成前倾、后倾动作。

提升运行：当提升换向阀13手柄切换到提升位置时，通过提升加速器23输出信号给微机控制器3，微机控制器3发出信号，控制电动机4转动，带动变量泵5输出相应液压油，经油管20、提升换向阀13、油管17，使提升油缸28做提升运行。

位能回收：当提升换向阀13手柄切换到下降位置，微机控制器3判断提升油缸28载荷，如果提升油缸28为空载或轻载，提升油缸28的液压油经油管15，推动位能再生液动阀48，使得位能再生液动阀48处于通路状态；提升油缸28下降时输出的液压油经油管17、提升换向阀13、油管22、位能再生液动阀48、油管27，直接回下位油箱40。

提升换向阀13手柄切换到下降位置，如果提升油缸28是重载，提升油缸28的液压油经油管15，推动位能再生液动阀48，使得位能再生液动阀48处于闭路状态；提升油缸28内负载液压油，经油管17、提升换向阀13、油管22进入变量泵5的吸油口58（单向阀8作用，这时变量泵5为液压马达工况，带动电动机4呈发电机工况，通过控制器3，向蓄电池1充电。

所述液压系统通过行走换向阀12、提升换向阀13、倾斜换向阀14对行走、提升和倾斜机构进行串连连接，实现互锁，使各工况不能同时动作，使叉车的操作过程安全、可靠，不容易发生机毁人亡事故，同时不存在叠加大电流造成蓄电池放电容量效率严重下降情况，既节约蓄电池容量，减少充电时间与充电费用，又提高车辆使用率。

本发明具体的实施另一实例方式之二：

本发明图3与图2相比，位能回收装置不同，其它装置相同。

位能回收：当提升换向阀13手柄切换到下降位置，如果提升油缸28为空载或轻载，压力传感器47发出一信号给微机控制器3，使位能再生电磁阀46处于通路状态，提升油缸28下降时，输出液压油通过油管17、提升换向阀13、油管22、位能再生电磁阀46和油管27回油箱。

当提升换向阀13手柄切换到下降位置，如果提升油缸28为重载，压力传感器47根据油压的高低，发出一信号给控制器3，使位能再生电磁阀46处于关闭状态，负载液压油经提升油缸28、油管17、提升换向阀13、油管22进入变量泵5的吸油口58（单向阀8作用），这时变量泵5变为液压马达工况，带动电动机4呈发电机工况，通过微机控制器3控制提升油缸28的下降速度，产生的位能向蓄电池1充电。

本发明具体的实施另一实例方式之三：

本发明图4与图2相比，动能回收装置不同，其它装置相同。

行走运行：电动叉车根据叉车场地使用条件，判断是否需要设置动能回收装置，如果场地几乎没有大的坡度，就没有必要设置动能回收装置。

本发明具体的实施另一实例方式之四：

本发明图5与图2相比，增加了优先阀，其它装置相同。

当踩下踏板36，加速器传感器37发出指令绐微机控制器3，电动机4带动变量泵5输出液压油经管路20，把液压油输给优先阀19，优先阀19输出管路分成二路，一路连接转向器24（优先阀19的作用是保证转向器24的用油），另一路连接行走换向阀12。

本发明具体的实施另一实例方式之五：

本发明图6与图3相比，增加了优先阀，其它装置相同。

当踩下踏板36，加速器传感器37发出指令绐微机控制器3，电动机4带动变量泵5输出液压油经管路20，把液压油输给优先阀19，优先阀19输出管路分成二路，一路连接转向器24（优先阀19的作用是保证转向器24的用油），另一路连接行走换向阀12。

本发明具体的实施另一实例方式之六：

本发明图7与图5相比，动能回收装置不同，其它装置相同。

行走运行：电动叉车根据叉车场地使用条件，判断是否需要设置动能回收装置，如果场地几乎没有大的坡度，就没有必要设置动能回收装置。

本发明具体的实施另一实例方式之七：

本发明图8与图7相比，去掉制动阀55，其它装置相同。

本发明具体的实施另一实例方式之八：

本发明图9与图6相比，去掉制动阀55，其它装置相同。

Claims (10)

1.一种用于工业车辆的电控液压驱动系统，以蓄电池（1）为动力源，包括微机控制器（3）、电动机（4）、变量泵（5）、液压驱动行走装置、液压驱动倾斜装置、液压驱动提升装置、液压转向装置、动能回收装置和位能回收装置，其特征在于：还包括轻载卸荷装置和行走限速装置；蓄电池（1）通过微机控制器（3）给电动机（4）提供动力，带动变量泵（5）工作，通过液压驱动行走装置、液压驱动倾斜装置、液压驱动提升装置和液压转向装置，实现全液压叉车的行走、倾斜、提升和转向功能；当从货架取下重货物时，通过位能回收装置，回收位能，将货物位能用于蓄电池（1）充电；当从货架取下轻货物时，通过轻载卸荷装置，实现轻载卸荷；叉车溜坡和减速运行时，通过动能回收装置，回收动能，将车动能用于蓄电池（1）充电；通过行走限速装置，限制车速，使车行走平稳。

2.根据权利要求1所述一种用于工业车辆的电控液压驱动系统，其特征在于：还包括多级组合式液压油箱，所述多级组合式液压油箱由上位油箱（38）和下位油箱（40）组成；下位油箱（40）内安装有油温传感器（2）、微机控制器（3）、电动机（4）、变量泵（5）、速度传感器（7）、第一单向阀（8）、液压油（10）、液位传感器（11）、动能再生阀（43）、位能再生液动阀（48）；电动机（4）与变量泵（5）同轴联接；液位传感器（11）和油温传感器（2）输出的信息输入微机控制器（3），微机控制器（3）检测到液压油（10）的液面低于某一位置和油温上升超过预定值时，立即输出报警信号或强行停机。

3.根据权利要求1所述一种用于工业车辆的电控液压驱动系统，其特征在于：所述液压驱动行走装置，包括微机控制器（3）、电动机（4）、变量泵（5）、倾角调节装置（6）、第一单向阀（8）、行走换向阀（12）、液压马达（30、31）、限速阀（41）、第二单向阀（44）和第三单向阀（45）；变量泵（5）进油口装有第一单向阀（8），行走换向阀（12）与第一单向阀（8）、液压马达（30、31）进出油口和限速阀（41）通过油管连接，液压马达（30、31）制动时，变量泵（5）输出液压油，给液压马达（30、31）供油；当车辆爬坡时，负载压力升高，变量泵（5）根据负载压力调定值进行自动变量，达到低速大扭矩爬坡功能；当车辆要停止运用时，放开踏板（36），行走换向阀（12）置于中位，踩下制动阀（55），微机控制器（3）以预定设置程序使电动机（4）带动变量泵（5）以一定时间和速度提供液压油，绐液压驱动行走装置补油。

4.根据权利要求1所述一种用于工业车辆的电控液压驱动系统，其特征在于：所述动能回收装置，由微机控制器（3）、电动机（4）、变量泵（5）、速度传感器（7）、行走换向阀（12）、液压马达（30、31）、踏板（36）、加速度传感器（37）和动能再生阀（43）组成；在车辆溜坡或减速运行时，踏板（36）抬起，通过速度传感器（7），测得电动机(4)实际速度大于给定速度，微机控制器(3)输出高电平，使动能再生阀(43)成通路状态，在车辆的惯性带动下，液压马达(30、31)工况变为液压油泵的工况，液压马达(30、31)输出的液压油通过第二单向阀(44)、第三单向阀(45)、油管(29)、动能再生阀(43)，进入变量泵(5)的进油口，使变量泵(5)变为液压马达工况，带动电动机(4)呈发电机工况，通过控制器(3)，向蓄电池(1)充电。

5.根据权利要求1所述一种用于工业车辆的电控液压驱动系统，其特征在于：所述行走限速装置，包括液压马达（30、31）、行走换向阀（12）和限速阀（41）；当踏板（36）处于减速状态时，由于整车惯性的存在，液压马达（30、31）仍按原速度运行，会造成泵供油不足，油管（20）内液压油压力下降，油管（42）内液压油压力同时下降，限速阀（41）阀口逐渐关小，使液压马达（30、31）平稳运转。

6.根据权利要求1所述一种用于工业车辆的电控液压驱动系统，其特征在于：所述液压驱动倾斜装置，包括倾斜换向阀和倾斜油缸，倾斜换向阀与倾斜油缸通过油管相连；所述液压驱动提升装置，包括提升换向阀和提升油缸，提升换向阀与提升油缸通过油管相连。

7.根据权利要求1所述一种用于工业车辆的电控液压驱动系统，其特征在于：所述位能回收装置，由提升换向阀（13）、压力传感器（47）、位能再生液动阀（48）、提升油缸（28）和变量泵（5）组成；当取货物时，若为重载，提升油缸（28）的液压油经油管（15），推动位能再生液动阀（48），使得位能再生液动阀（48）处于闭路状态；提升油缸（28）内负载液压油，经油管（17）、提升换向阀（13）、油管（22）进入变量泵（5）的吸油口（58），这时变量泵（5）为液压马达工况，带动电动机（4）呈发电机工况，通过控制器（3），向蓄电池（1）充电；提升油缸（28）的液压油经油管（15），推动位能再生液动阀（48），使得位能再生液动阀（48）处于通路状态；提升油缸（28）下降时输出的液压油经油管（17）、提升换向阀（13）、油管（22）、位能再生液动阀（48）、油管（27），直接回下位油箱（40）。

8.根据权利项要求1所述一种用于工业车辆的电控液压驱动系统，其特征在于：所述位能回收装置，由提升换向阀（13）、压力传感器（47）、位能再生电磁阀（46）、提升油缸（28）和变量泵（5）组成；当取货物时，若为重载，压力传感器（47）根据油压的高低，发出一信号给控制器（3），使位能再生电磁阀（46）处于关闭状态，负载液压油经提升油缸（28）、油管（17）、提升换向阀（13）、油管（22）进入变量泵(5)的吸油口(58)，这时变量泵(5)变为液压马达工况，带动电动机(4)呈发电机工况，通过微机控制器(3)控制提升油缸(28)的下降速度，产生的位能向蓄电池(1)充电；若为轻载，压力传感器(47)发出一信号给微机控制器(3)，使位能再生电磁阀(46)处于通路状态，提升油缸(28)下降时，输出液压油通过油管(17)、提升换向阀(13)、油管(22)、位能再生电磁阀(46)和油管(27)回油箱。

9.根据权利要求1所述一种用于工业车辆的电控液压驱动系统，其特征在于：所述电动机(4)包含交流电机和永磁无刷电机,所述变量泵（5）为液压变量柱塞泵；所述电控液压驱动系统采用了永磁无刷电机、变频控制器和液压变量柱塞泵，因此在电动机转动时，其电动机起动电流为零电流起动至负载电流，不存在起动大电流，起动时间实行毫米级起动。

10.根据权利要求1所述一种用于工业车辆的电控液压驱动系统，其特征在于：所述液压系统对行走与提升、倾斜装置实行互锁，使行走、提升和倾斜动作不能同时进行，不存在叠加大电流，从而不造成蓄电池放电容量效率严重下降。