CN104831775A - 一种带发动机启停功能的采用主动调压式压力共轨的挖掘机液压系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具备主动调压功能的基于压力共轨的液压混合动力挖掘机的液压系统，包括：液压压力控制系统和执行机构，其中液压压力控制系统包括：控制器、主泵、变量油缸和伺服阀；控制器伺服阀控制变量油缸的位移量，变量油缸直接驱动主泵的斜盘转动，完成对主泵排量的控制，从而控制高压管路的压力。本发明针对各个液压元件在不同工况下实时效率具有较大差异的问题，由于增加了高压管路压力变化这个自由度，从而可以调整液压执行元件以最优效率组合方式进行工作，达到提高整机液压系统效率的目的，此外，通过控制发动机的启停模式，可在挖掘机待机状态下暂停发动机，从而可以进一步节能。

Description

一种带发动机启停功能的采用主动调压式压力共轨的挖掘机液压系统

技术领域

本发明涉及一种挖掘机液压系统，具体涉及一种具备主动调压功能的基于压力共轨的液压混合动力挖掘机的液压系统。

背景技术

近年来，在能源短缺以及环境污染问题持续加剧的背景下，对普遍存在着效率低、排放差缺点的液压系统进行节能减排研究已成为热点。虽然现有的液压系统节能方法在提高效率方面起到了重要的作用，但仍然具有比较明显的缺点，例如采用液压阀控节流调速系统由于不可避免的节流损失导致其工作效率较低(挖掘机的液压系统效率大多在30％以下)，而且难以回收能量；此外，采用泵控或者变频电机直接驱动定量泵的系统由于难以对多执行元件进行复合控制而未得到广泛的应用。专利“基于CPR网络混合动力全液压挖掘机的液压系统”(公开号为：CN101718107A)提出了一种新型的挖掘机液压系统，其隶属于液压混合动力挖掘机。“恒压变量泵、定量泵与发动机的输出轴连接，与高压蓄能器、安全阀构成恒压油源”。但在实际的应用中，这种理想的恒压油源很难实现，尤其是在挖掘机所属的行走工程机械领域，或者说提供理想的油源需要一般应用的系统付出很高的、甚至无法忍受的成本(要求大功率的泵和大容量的液压蓄能器)；另外，由于系统中采用的轴向柱塞变量元件的效率随工作状态变化很大，例如18ml/r的轴向柱塞式变量液压泵/马达在同样压差和转速的前提下满排量的容积效率会从0.92降至50％排量时的0.31，而在输出同样转矩的条件下，“恒压”会限制元件工作区间调整的自由度，所以“恒压”必然会造成元件有时工作于低效率区而影响整机能耗。

发明内容

本发明的目的是提供一种主动调压功能的基于压力共轨的挖掘机液压系统，以通过控制主泵的排量来完成系统压力的主动调整，从而提高挖掘机液压系统的整机效率，此外，当挖掘机处于暂时性待机状态时，通过程序设定关闭发动机，达到进一步节油的目的。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种具备主动调压功能的基于压力共轨的液压混合动力挖掘机的液压系统，该液压系统包括：液压压力控制系统和执行机构，

其中液压压力控制系统包括：控制器、主泵、变量油缸和伺服阀；

控制器通过伺服阀控制变量油缸的位移量，变量油缸直接驱动主泵的斜盘转动，完成对主泵排量的控制，从而控制高压管路的的压力。

所述的液压系统，其中：

执行机构包括：行走变量泵/马达、回转变量泵/马达、动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸、第一液压变压器、第二液压变压器和第三液压变压器；

主泵的出油口通过管路同时与行走变量泵/马达的A口、回转变量泵/马达的A口、动臂油缸的A口、斗杆油缸的A口、铲斗油缸的A口、第一液压变压器的A口、第二液压变压器的A口、第三液压变压器的A口连通，该管路即为该系统的高压管路；

第一液压变压器的B口、第二液压变压器的B口、第三液压变压器的B口分别通过管路与动臂油缸的B口、斗杆油缸的B口、铲斗油缸的B口连通。

所述的液压系统，其中：

液压压力控制系统还包括：过滤器、发动机、压力传感器、高压蓄能器、溢流阀、控制油源和油箱；

发动机、主泵同轴机械连接，变量油缸直接驱动主泵的斜盘转动，变量油缸通过伺服阀与控制油源相连；

压力传感器分别连接主泵的出油口、高压蓄能器的进出油口、行走变量泵/马达的A口、回转变量泵/马达的A口、动臂油缸的A口、斗杆油缸的A口、铲斗油缸的A口，用于测量高压管路的压力，并将压力信号传送给控制器；

溢流阀的进油口与主泵的出油口相连；

溢流阀的出油口、行走变量泵/马达的T口、回转变量泵/马达的T口、第一液压变压器的T口、第二液压变压器的T口、第三液压变压器的T口同时通过管路与油箱相连，该管路即为该系统的低压管路；高、低压管路之间的压力差变化直接影响执行元件的工作状态；

主泵的T口与过滤器的出油口连通，通过过滤器的吸油口连接于油箱。

所述的液压系统，其中

控制器接收压力传感器检测到的挖掘机液压系统中高压管路的压力，综合分析各执行元件在不同系统压力下的综合效率，来计算出满足整机综合效率最高所对应的系统压力。

本发明的有益效果是：

本发明提出的一种采用液压伺服阀控制主泵排量的变化来主动调整高压管路压力的挖掘机液压系统，在各个液压元件的实时效率具有较大差异的背景下，由于增加了高压管路压力变化这个自由度，从而可以调整液压执行元件以最优效率组合方式进行工作，达到提高整机液压系统效率的目的。

本发明具体优点表现为：

1本发明解除了公开的专利CN101718107A中要求高压管路压力恒定的要求，通过统筹考虑执行元件瞬时转矩需求以及效率，利用调整主泵的排量完成高压管路压力的主动调整，从而使得多个液压执行元件尽可能多的处于高效率区域来提高液压系统整体效率。

2鉴于“恒压”要求选用较大的泵站和液压蓄能器，而按照本发明提出的控制方法，可以选用功率较小以及容量较小的液压蓄能器，所以节约了成本。

3主泵是唯一与发动机连接的负载，通过主动调整主泵的排量，可以调整发动机的工作点，从而降低发动机的油耗。

4当发动机处于工作循环中的待机工况时，关闭发动机，降低油耗。

与CN101718107A的主要区别：

1.采用的元件不同：CN101718107A中采用恒压变量泵，其采用压力反馈并由机械结构控制恒压变量泵的输出压力恒定，而本发明采用伺服阀控制变量油缸，再由变量油缸控制主泵排量的方式完成对主泵输出压力的主动控制。

2.连接方式不同：本发明中主泵为轴向柱塞变量泵，通过伺服阀控制变量油缸，变量油缸直接驱动主泵的斜盘转动，完成对主泵的排量的变化，从而控制高压管路的压力。

3.控制方法不同：本发明中的主泵兼容CN101718107A中的恒压控制，此外，本发明对于高压管路压力的控制更具备多样性，可以整机效率为目标而设计控制策略来调整压力，使得系统中的主要液压元件处于高效率区域来提高整机效率。同时，在系统处于暂时性待机状态时，通过程序设定关闭发动机，达到进一步节油的目的。

附图说明

图1为本发明液压系统示意图。

具体实施方式

本发明的具体的控制方式如下：整机执行元件的控制系统为速度控制系统，即操作员通过手柄设定各个执行元件的目标速度，然后通过调整变量泵/马达的排量或者液压变压器的配流盘转动角度来完成对变量泵/马达或者液压缸的速度跟踪。由于轴向柱塞变量元件的效率随工作状态变化很大，控制器会在满足各执行元件能够满足速度跟踪能力的前提下综合分析各执行元件在不同系统压力下的综合效率，来计算出满足整机综合效率最高所对应的系统压力，这个系统压力作为主泵控制的目标压力。主泵通过排量变量机构，即通过伺服阀控制变量油缸的位移来完成对主泵排量的控制，从而控制主泵的输出流量，最终达到控制系统压力的目的。使得整机运行在最高效率状态。

结合图1，对本发明实施方式进行说明：

本发明液压系统包括液压压力控制系统和执行机构，其中液压压力控制系统包括：过滤器1、发动机10、控制器11、压力传感器12、高压蓄能器13、主泵14、变量油缸15、伺服阀16、溢流阀17、控制油源18和油箱19。执行机构包括：行走变量泵/马达21、回转变量泵/马达22、动臂油缸23、斗杆油缸25、铲斗油缸27、第一液压变压器24、第二液压变压器26、第三液压变压器28。主泵14优选为轴向柱塞变量泵。

发动机10、主泵14同轴机械连接，变量油缸15通过伺服阀16与控制油源18相连。

主泵14的出油口通过管路同时与高压蓄能器13的进出油口、行走变量泵/马达21的A口、回转变量泵/马达22的A口、动臂油缸23的A口、斗杆油缸25的A口、铲斗油缸的27A口、第一液压变压器24的A口、第二液压变压器26的A口、第三液压变压器28的A口连通(以上A口为工作进油口)。该管路即为该系统的高压管路

第一液压变压器24的B口、第二液压变压器26的B口、第三液压变压器28的B口分别通过管路与动臂油缸23的B口、斗杆油缸25的B口、铲斗油缸27的B口连通(以上B口为工作回油口)。

压力传感器12分别连接主泵14的出油口、高压蓄能器13的进出油口、行走变量泵/马达21的A口、回转变量泵/马达22的A口、动臂油缸23的A口、斗杆油缸25的A口、铲斗油缸27的A口，用于测量高压管路的压力，并将压力信号传送给控制器11。

溢流阀17的进油口与主泵14的出油口相连。

溢流阀17的出油口、行走变量泵/马达21的T口、回转变量泵/马达22的T口、第一液压变压器24的T口、第二液压变压器26的T口、第三液压变压器28的T口同时通过管路与油箱19相连(以上T口为主回油口)。该管路即为该系统的低压管路。

主泵14的T口与过滤器1的出油口连通，通过过滤器1的吸油口连接于油箱19。

控制器11接收压力传感器12检测到的挖掘机液压系统中各元件特别是各执行元件的压力，在满足各执行元件能够满足速度跟踪能力的前提下综合分析各执行元件在不同系统压力下的综合效率，来计算出满足整机综合效率最高所对应的系统压力，这个系统压力作为主泵14控制的目标压力。控制器11通过控制排量变量机构，即通过控制伺服阀16控制变量油缸15的位移来完成对主泵14排量的控制，从而控制主泵14的输出流量，最终达到控制系统压力的目的，使得整机运行在最高效率状态。主泵14为轴向柱塞变量泵，通过伺服阀16控制变量油缸15，变量油缸15直接驱动主泵14的排量，完成对主泵的排量的变化，从而控制系统中高压管路的压力。

液压系统压力控制举例如下：当控制器11在综合分析了各个执行元件的实时效率后计算出符合下一步的最优高压管路压力为20MPa，但现在的高压管路压力为15MPa，则控制器11通过伺服阀16控制变量油缸15的位移量，变量油缸15直接驱动主泵14的斜盘转动，完成对主泵14的排量提高的控制，由于发动机转速不变，从而增加了主泵的输出流量，来控制高压管路的压力提高。反之，当控制器11需要将系统压力从20Mpa调节到10Mpa时，则控制器11通过伺服阀16控制变量油缸15的位移量，变量油缸15直接驱动主泵14的斜盘转动，完成对主泵14的排量减少的控制，从而控制高压管路的压力降低。

Claims (4)

1.一种具备主动调压功能的基于压力共轨的液压混合动力挖掘机的液压系统，该液压系统包括：液压压力控制系统和执行机构，

其中液压压力控制系统包括：控制器、主泵、变量油缸和伺服阀；

控制器通过伺服阀控制变量油缸的位移量，变量油缸直接驱动主泵的斜盘转动，完成对主泵排量的控制，从而控制高压管路的压力。

2.根据权利要求1所述的液压系统，其中：

执行机构包括：行走变量泵/马达、回转变量泵/马达、动臂油缸、斗杆油缸、铲斗油缸、第一液压变压器、第二液压变压器和第三液压变压器；

主泵的出油口通过管路同时与行走变量泵/马达的A口、回转变量泵/马达的A口、动臂油缸的A口、斗杆油缸的A口、铲斗油缸的A口、第一液压变压器的A口、第二液压变压器的A口、第三液压变压器的A口连通，该管路即为该系统的高压管路；

第一液压变压器的B口、第二液压变压器的B口、第三液压变压器的B口分别通过管路与动臂油缸的B口、斗杆油缸的B口、铲斗油缸的B口连通。

3.根据权利要求2所述的液压系统，其中：

液压压力控制系统还包括：过滤器、发动机、压力传感器、高压蓄能器、溢流阀、控制油源和油箱；

发动机、主泵同轴机械连接，变量油缸直接驱动主泵的斜盘转动，变量油缸通过伺服阀与控制油源相连；

压力传感器分别连接主泵的出油口、高压蓄能器的进出油口、行走变量泵/马达的A口、回转变量泵/马达A口、动臂油缸的A口、斗杆油缸的A口、铲斗油缸的A口，用于测量高压管路的压力，并将压力信号传送给控制器；

溢流阀的进油口与主泵的出油口相连；

溢流阀的出油口、行走变量泵/马达的T口、回转变量泵/马达的T口、第一液压变压器的T口、第二液压变压器的T口、第三液压变压器的T口同时通过管路与油箱相连，该管路即为该系统的低压管路；高、低压管路之间的压力差变化直接影响执行元件的工作状态；

主泵的T口与过滤器的出油口连通，通过过滤器的吸油口连接于油箱。

4.根据权利要求1-3之一所述的液压系统，其中：

控制器接收压力传感器检测到的挖掘机液压系统中高压管路的压力，综合分析各执行元件在不同系统压力下的综合效率，来计算出满足整机综合效率最高所对应的系统压力。