CN106223380B - 一种液压混合动力挖掘机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种液压混合动力挖掘机系统，主要由动臂驱动回路和能量收放回路构成，包括第一变量液压泵、第二变量液压泵、第三变量液压泵、主阀、第一油缸、第二油缸、风扇、用于驱动风扇工作的第一液压马达、第四控制阀、第五控制阀、第六控制阀、蓄能器、安全阀、第七控制阀以及用于辅助发动机驱动第三变量液压泵的第二液压马达，第一油缸为铲斗油缸，用于驱动挖掘机铲斗装置挖掘、卸载工作；第二油缸为动臂油缸，用于驱动挖掘机动臂升降工作。本发明既能在动臂势能回收时避免动臂和铲斗复合操作干涉，又能在回收能量释放利用时效率最高；操作性好、传动效率高。

Description

一种液压混合动力挖掘机系统
技术领域
本发明涉及一种液压混合动力挖掘机系统，属于挖掘机技术领域。
背景技术
随着社会经济的迅速发展，能源短缺和环境污染问题日趋严重，各国都已将降低能源损耗、保护环境提上日程。同时，能效比是液压挖掘机市场竞争的关键参数之一，因此液压挖掘机的节能技术研究及应用尤为必要。
目前，油液混合动力技术研究已列入国家十三五科技支撑计划，基于挖掘机能量回收的液压混合动力节能技术研究及应用，主要是对挖掘机动臂势能、回转制动能进行回收，回收的能量通过蓄能器存储。现有的挖掘机液压驱动系统和现有液压混合动力系统分别如图1、图2所示。如图1所示，当动臂下降与铲斗同时作业时，通过一个主泵(图1中第三变量液压泵4)驱动动臂油缸(图1中第一油缸6)伸出和铲斗油缸(图1中第二油缸7)伸缩，流量分配依靠控制阀(图1中第二控制阀5-2和第三控制阀5-3)来调节。但当回收动臂势能时，如图2所示，现有液压混合动力系统采用回收阀(图2中第六控制阀)使动臂油缸(图2中第二油缸)大腔与蓄能器(图2中蓄能器15)连通，通过一个主泵(图2中第二变量液压泵3)驱动动臂油缸(图2中第一油缸6)伸出和铲斗油缸(图2中第二油缸7)伸缩，由于动臂油缸大腔压力受蓄能器压力影响而不稳定，所以此时动臂和铲斗复合作业难以控制。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种液压混合动力挖掘机系统，既能在动臂势能回收时避免动臂和铲斗复合操作干涉，又能提高回收能量释放利用时的效率；具有操作性好、传动效率高等特征。
为了实现上述目的，本发明采用的一种液压混合动力挖掘机系统，主要由动臂驱动回路和能量收放回路构成，包括第一变量液压泵、第二变量液压泵、第三变量液压泵、主阀、第一油缸、第二油缸、风扇、用于驱动风扇工作的第一液压马达、第四控制阀、第五控制阀、第六控制阀、蓄能器、安全阀、第七控制阀以及用于辅助发动机驱动第三变量液压泵的第二液压马达，主阀包括第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀，第一油缸为铲斗油缸，用于驱动挖掘机铲斗装置挖掘、卸载工作；第二油缸为动臂油缸，用于驱动挖掘机动臂升降工作；油箱与第一变量液压泵、第二变量液压泵、第三变量液压泵的进油口连接；第一变量液压泵的出油口与第六控制阀的油口A连接，并通过第一单向阀与第五控制阀的进油口连接；第五控制阀的出油口与第一液压马达的进油口连接；第六控制阀的油口D与第二油缸有杆腔连接，第二油缸无杆腔与第六控制阀的油口C连接，第六控制阀的油口B通过第二单向阀与蓄能器连接；蓄能器与安全阀进油口连接，并通过第三单向阀与第四控制阀、第七控制阀的进油口连接，第四控制阀的出油口与第一液压马达的进油口连接；第七控制阀的出油口与第二液压马达的进油口连接；第二变量液压泵的出油口与第二控制阀的油口A、第三控制阀的油口A连接，第二控制阀的油口B与第二油缸无杆腔连接，第二控制阀的油口C与第二油缸有杆腔连接，第二控制阀的油口D与油箱连接；第三控制阀的油口B与第一油缸无杆腔连接，第三控制阀的油口C与第一油缸有杆腔连接；第三变量液压泵的出油口与第一控制阀的进油口连接，第一控制阀的出油口与第二油缸无杆腔连接；风扇与第一液压马达机械连接，第二液压马达与第三变量液压泵机械连接；第一液压马达、第二液压马达、安全阀的出油口均与油箱连接。
其中，第一变量液压泵、第二变量液压泵、第三变量液压泵、第六控制阀、第二控制阀、第一控制阀及第二油缸构成动臂驱动回路；第一变量液压泵、第六控制阀、第二油缸、第四控制阀、第五控制阀、第一液压马达、风扇、安全阀、第七控制阀及第二液压马达构成能量收放回路。
优选地，所述第六控制阀能控制第二油缸缩回动作速度，以控制动臂下降速度，又能控制第二油缸无杆腔油液回收进入蓄能器储存起来。
优选地，所述蓄能器根据油温、水温及自身状态，控制第四控制阀、第五控制阀、第六控制阀、第七控制阀的开关动作，安全阀控制蓄能器的压力不超过设定值。
优选地，所述蓄能器驱动第一液压马达工作，带动风扇旋转进行散热。
优选地，所述蓄能器能分别或同时用于驱动第一液压马达和第二液压马达。
优选地，动臂下降时，第一变量液压泵驱动第二油缸缩回的同时，第一变量液压泵通过控制第五控制阀驱动第一液压马达工作。
与现有技术相比，本发明既能在动臂势能回收时避免动臂和铲斗复合操作干涉，又能在回收能量释放利用时效率最高，使操作性好、能量利用效率高。
附图说明
图1为现有挖掘机液压驱动系统；
图2为现有液压混合动力系统；
图3为本发明的结构示意图。
图中：1、油箱，2、第一变量液压泵，3、第二变量液压泵，4、第三变量液压泵，5、主阀，5-1、第一控制阀，5-2、第二控制阀，5-3、第三控制阀，6、第一油缸7、第二油缸，8、风扇，9、第一液压马达，10、第四控制阀，11、第五控制阀，12、第六控制阀，13、第一单向阀，14、第二单向阀，15、蓄能器，16、第三单向阀，17、安全阀，18、第七控制阀，19、第二液压马达。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图3所示，一种液压混合动力挖掘机系统，主要由动臂驱动回路和能量收放回路构成，包括第一变量液压泵2、第二变量液压泵3、第三变量液压泵4、主阀5、第一油缸6、第二油缸7、风扇8、用于驱动风扇8工作进行散热的第一液压马达9、第四控制阀10、第五控制阀11、第六控制阀12、蓄能器15、安全阀17、第七控制阀18以及用于辅助发动机驱动第三变量液压泵4的第二液压马达19，主阀5包括第一控制阀5-1、第二控制阀5-2和第三控制阀5-3，第一油缸6为铲斗油缸，用于驱动挖掘机铲斗装置挖掘、卸载工作；第二油缸7为动臂油缸，用于驱动挖掘机动臂升降工作；油箱1与第一变量液压泵2、第二变量液压泵3、第三变量液压泵4的进油口连接；第一变量液压泵2的出油口与第六控制阀12的油口A连接，并通过第一单向阀13与第五控制阀11的进油口连接；第五控制阀11的出油口与第一液压马达9的进油口连接；第六控制阀12的油口D与第二油缸7有杆腔连接，第二油缸7无杆腔与第六控制阀12的油口C连接，第六控制阀12的油口B通过第二单向阀14与蓄能器15连接；蓄能器15与安全阀17进油口连接，并通过第三单向阀16与第四控制阀10、第七控制阀18的进油口连接，第四控制阀10的出油口与第一液压马达9的进油口连接；第七控制阀18的出油口与第二液压马达19的进油口连接；第二变量液压泵3的出油口与第二控制阀5-2的油口A、第三控制阀5-3的油口A连接，第二控制阀5-2的油口B与第二油缸7无杆腔连接，第二控制阀5-2的油口C与第二油缸7有杆腔连接，第二控制阀5-2的油口D与油箱1连接；第三控制阀5-3的油口B与第一油缸6无杆腔连接，第三控制阀5-3的油口C与第一油缸6有杆腔连接；第三变量液压泵4的出油口与第一控制阀5-1的进油口连接，第一控制阀5-1的出油口与第二油缸7无杆腔连接；风扇8与第一液压马达9机械连接，第二液压马达19与第三变量液压泵4机械连接；第一液压马达9、第二液压马达19、安全阀17的出油口均与油箱1连接。
其中，第一变量液压泵2、第二变量液压泵3、第三变量液压泵4、第六控制阀12、第二控制阀5-2、第一控制阀5-1及第二油缸7构成动臂驱动回路；第一变量液压泵2、第六控制阀12、第二油缸7、第四控制阀10、第五控制阀11、第一液压马达9、风扇8、安全阀17、第七控制阀18及第二液压马达19构成能量收放回路。
优选地，所述第六控制阀12能控制第二油缸7缩回动作速度，以控制动臂下降速度，又能控制第二油缸7无杆腔油液回收进入蓄能器15储存起来。
优选地，所述蓄能器15根据油温、水温及自身状态，控制第四控制阀10、第五控制阀11、第六控制阀12、第七控制阀18的开关动作，安全阀17控制蓄能器15的压力不超过设定值。
优选地，所述蓄能器15驱动第一液压马达9工作，带动风扇8旋转进行散热。此回路为容积调速，相比阀控马达回路传动效率高。同时，蓄能器直接驱动风扇马达进行能量释放，传动环节最少，能量损耗最小。
此外，所述蓄能器15所储存的能量可以分别或同时用于驱动第一液压马达9和第二液压马达19。第一液压马达9用于驱动风扇8使系统散热，第二液压马达19主要用于辅助发动机驱动第三变量液压泵4。
再者，动臂下降时，第一变量液压泵2驱动第二油缸7缩回的同时，第一变量液压泵2通过控制第五控制阀驱动第一液压马达9工作。
工作过程：
动臂下降与铲斗挖掘/卸载同时作业时，第六控制阀12工作，使第六控制阀12的油口A与油口D连通，油口C与油口B连通，使第一变量液压泵2输出油液流经油口A、油口D，流入第二油缸7的有杆腔，第二油缸7的无杆腔回油流经第六控制阀12的油口C、油口B，打开第二单向阀14，流入蓄能器15。此时，第二控制阀5-2处于关闭状态，第一变量液压泵2驱动第二油缸7缩回，动臂下降，回收动臂势能，能量存储于蓄能器15。同时，第三控制阀5-3工作，第二变量液压泵3输出油液经第三控制阀5-3驱动第一油缸6伸出/缩回，使铲斗执行挖掘/卸载动作。这时，第一变量液压泵2和第二变量液压泵3分别驱动动臂和铲斗同时动作，互不干涉，动作协调；动臂上升时，第一控制阀5-1、第二控制阀5-2同时工作，第一控制阀5-1的油口A和油口B连通，第二控制阀5-2的油口A和油口B连通，第三变量液压泵4输出油液流经第一控制阀5-1的油口A、油口B流入第二油缸7无杆腔，第二变量液压泵3输出油液流经第二控制阀5-2的油口A、油口B也流入第二油缸7无杆腔，第二油缸7有杆腔油液经第二控制阀5-2的油口C流回油箱1，此时，第二变量液压泵3和第三变量液压泵4共同驱动第二油缸7伸出，使动臂上升。
总的来说，动臂上升时，第六控制阀12处于关闭状态，第二油缸7伸出完全由第二变量液压泵3、第三变量液压泵4、第一控制阀5-1和第二控制阀5-2合流控制；动臂下降时，第一控制阀5-1和第二控制阀5-2均处于关闭状态，第二油缸7缩回完全由第一变量液压泵2、第六控制阀12控制。
由上述结构可见，本发明既能在动臂势能回收时避免动臂和铲斗复合操作干涉，又能在回收能量释放利用时效率最高，使操作性好、能量利用效率高。

Claims (6)

1.一种液压混合动力挖掘机系统，其特征在于，主要由动臂驱动回路和能量收放回路构成，包括第一变量液压泵(2)、第二变量液压泵(3)、第三变量液压泵(4)、主阀(5)、第一油缸(6)、第二油缸(7)、风扇(8)、用于驱动风扇(8)工作的第一液压马达(9)、第四控制阀(10)、第五控制阀(11)、第六控制阀(12)、蓄能器(15)、安全阀(17)、第七控制阀(18)以及用于辅助发动机驱动第三变量液压泵(4)的第二液压马达(19)，主阀(5)包括第一控制阀(5-1)、第二控制阀(5-2)和第三控制阀(5-3)，第一油缸(6)为铲斗油缸，用于驱动挖掘机铲斗装置挖掘、卸载工作；第二油缸(7)为动臂油缸，用于驱动挖掘机动臂升降工作；
油箱(1)与第一变量液压泵(2)、第二变量液压泵(3)、第三变量液压泵(4)的进油口连接；
第一变量液压泵(2)的出油口与第六控制阀(12)的油口A连接，并通过第一单向阀(13)与第五控制阀(11)的进油口连接；第五控制阀(11)的出油口与第一液压马达(9)的进油口连接；第六控制阀(12)的油口D与第二油缸(7)有杆腔连接，第二油缸(7)无杆腔与第六控制阀(12)的油口C连接，第六控制阀(12)的油口B通过第二单向阀(14)与蓄能器(15)连接；蓄能器(15)与安全阀(17)进油口连接，并通过第三单向阀(16)与第四控制阀(10)、第七控制阀(18)的进油口连接，第四控制阀(10)的出油口与第一液压马达(9)的进油口连接；第七控制阀(18)的出油口与第二液压马达(19)的进油口连接；
第二变量液压泵(3)的出油口与第二控制阀(5-2)的油口A、第三控制阀(5-3)的油口A连接，第二控制阀(5-2)的油口B与第二油缸(7)无杆腔连接，第二控制阀(5-2)的油口C与第二油缸(7)有杆腔连接，第二控制阀(5-2)的油口D与油箱(1)连接；第三控制阀(5-3)的油口B与第一油缸(6)无杆腔连接，第三控制阀(5-3)的油口C与第一油缸(6)有杆腔连接；
第三变量液压泵(4)的出油口与第一控制阀(5-1)的进油口连接，第一控制阀(5-1)的出油口与第二油缸(7)无杆腔连接；
风扇(8)与第一液压马达(9)机械连接，第二液压马达(19)与第三变量液压泵(4)机械连接；第一液压马达(9)、第二液压马达(19)、安全阀(17)的出油口均与油箱(1)连接。
2.根据权利要求1所述的一种液压混合动力挖掘机系统，其特征在于，所述第六控制阀(12)能控制第二油缸(7)缩回动作速度，以控制动臂下降速度，又能控制第二油缸(7)无杆腔油液回收进入蓄能器(15)储存起来。
3.根据权利要求1所述的一种液压混合动力挖掘机系统，其特征在于，所述蓄能器(15)根据油温、水温及自身状态，控制第四控制阀(10)、第五控制阀(11)、第六控制阀(12)、第七控制阀(18)的开关动作，安全阀(17)控制蓄能器(15)的压力不超过设定值。
4.根据权利要求1所述的一种液压混合动力挖掘机系统，其特征在于，所述蓄能器(15)驱动第一液压马达(9)工作，带动风扇(8)旋转进行散热。
5.根据权利要求1所述的一种液压混合动力挖掘机系统，其特征在于，所述蓄能器(15)能分别或同时用于驱动第一液压马达(9)和第二液压马达(19)。
6.根据权利要求1所述的一种液压混合动力挖掘机系统，其特征在于，动臂下降时，第一变量液压泵(2)驱动第二油缸(7)缩回的同时，第一变量液压泵(2)通过控制第五控制阀驱动第一液压马达(9)工作。
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