CN106740085B - 一种带液压储能的直驱式电动轮卡车电液控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明针对现有矿用自卸车采用电驱动能量回收储存困难的缺点，公开了一种带液压储能的直驱式电液传动矿用自卸车控制系统。该系统传动功率大，稳定性好，能实现无级变速，功率利用率高，传动布置灵活，并且与传统车辆部件互换性强。同时该系统能够把矿用自卸车下坡、减速和制动过程中的能量储存，然后在矿用自卸车上坡、加速和起动过程中再进行利用，起到节能减排的作用，提高矿车的续驶里程。该装置包括机械能与液压能互换系统、液压驱动系统、液压储能与放能系统、过压安全保护系统、电气控制系统和电液传动系统。

Description

一种带液压储能的直驱式电动轮卡车电液控制系统
技术领域
本发明具体涉及一种带液压储能的直驱式电动轮卡车电液控制系统，属于大型非公路车辆电液控制技术和再生储能技术领域。
背景技术
矿用自卸车是露天矿大型运输车辆，现阶段的矿用自卸车普遍采用电传动系统，电传动系统的缺点在于矿车在下坡过程中产生的大量电能，由于电能在回收过程中找不到理想的储能元件，所以现阶段这些能量都被以热量的形式散失掉，浪费极其严重。如果把这部分能量加以回收并利用，不仅节省了能源，而且节约了车辆运行成本。
在这个领域现有技术中，中国发明专利CN201110266269、CN201410660269，中国实用新型专利CN201120108245，三件专利中都对相关的能量回收利用进行了研究并提出了可行的方案，但是，这些现有技术的共同问题是：只解决了能量回收的问题，在能量利用上则存在不足，如回收的能量不能直接应用到为自卸车的行进提供动力上，不能直接驱动自卸车，能量利用效率不高。
发明内容
因此，为解决现有技术能量回收利用中存在的不足，本发明目的是提供一种直驱式电液传动及液压储能技术，该技术不仅解决了能量回收再利用的问题，而且利用直驱式电液传动技术，系统传动功率增大，由于液压系统是柔性系统所以稳定性更好，并且有能实现无级变速、提高功率利用率等诸多优点。
具体的，系统包括机械能与液压能互换系统、液压驱动系统、液压储能与放能系统、过压安全保护系统、电气控制系统和电液传动系统，
所述机械能与液压能互换系统有两套，第一套包括第一泵马达、第一轴、第一车轮；第二套包括第二泵马达、第二轴、第二车轮；
所述液压驱动系统包括泵、第一换向阀、第二换向阀；
所述液压储能与放能系统包括油箱、第一单向阀、第二单向阀、蓄能器，油箱与第二换向阀相连，第二换向阀分别与第一泵马达、第二泵马达相连，第二换向阀与第一换向阀相连，第一换向阀分别与第一单向阀、第二单向阀相连，第一单向阀及第二单向阀均与蓄能器相连；
电气控制系统包括控制器、蓄电池、制动信号传感器、加速信号传感器、第一速度信号传感器、第二速度信号传感器、启动/停止开关、前行/倒车开关，以及第一换向阀、第二换向阀、第三换向阀的电磁铁线圈，制动信号传感器、加速信号传感器、第一速度信号传感器、第二速度信号传感器、启动/停止开关、前行/倒车开关均连接在控制器相应输入端子上，第一换向阀、第二换向阀、第三换向阀的电磁铁线圈均连接在控制器相应输出端子上，蓄电池连接在控制器的电源端子上，制动信号传感器安装在制动器脚踏板上，加速信号传感器安装在加速器脚踏板上，速度信号传感器安装在第一车轮上，速度信号传感器安装在第二车轮上。
进一步的，所述过压安全保护系统包括第一溢流阀、第二溢流阀、压力继电器和压力表，第一溢流阀安装在蓄能器与油箱之间，第二溢流阀安装在第一换向阀与油箱之间，第三换向阀、压力继电器、压力表均连接在蓄能器端口上。
进一步的，所述电液传动系统包括发动机、第三轴、发电机、电动机、第四轴、泵，发动机通过第三轴连接发电机，发电机通过输电线路经过控制器连接电动机，电动机通过第四轴连接泵。
进一步的，在机械能与液压能互换系统中，第一轴的一端与第一车轮相连，第一轴的另一端与第一泵马达相连；第二轴的一端与第二车轮相连，第二轴的另一端与第二泵马达相连。
进一步的，在液压驱动系统中，泵安装在油箱与第一换向阀之间，第一换向阀安装在泵的高压口与第二换向阀之间，第二换向阀安装在第一泵马达、第二泵马达与第一换向阀之间，第一泵马达、第二泵马达安装在第二换向阀与油箱之间。
本发明的有益效果在于：本发明的带液压储能的直驱式电动轮卡车电液控制系统，提供一种应用在矿用自卸车上的直驱式电液传动及液压储能技术，直驱式电液传动技术使矿用自卸车驱动系统传动功率增大，稳定性更好，并且能实现无级变速、提高功率利用率。液压储能技术能把矿用自卸车在下坡过程产生的能量加以回收再利用，不仅节省了能源，而且节约了车辆运行成本。
附图说明
图1是带液压储能的直驱式电液传动矿用自卸车控制系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明：
如图1所示。
车辆启动时，启动/停止开关16打到启动位置，控制器10控制发动机9启动，发动机9启动后通过第三轴13带动发电机14发电。当没有起动信号前进或倒车信号时，控制器10断开电动机19的励磁电源，电动机19没有动力输出。当有起动信号前进或倒车信号时，控制器10接通电动机19的励磁电源，电动机19有动力输出，电动机19通过第四轴22驱动泵24旋转。
车辆正常行驶时，即车辆处在平路前行或倒车状态。启动/停止开关16打到启动位置时,如前所述，发电机14开始发电。前行/倒车开关20打到前行或倒车位置时，如前所述控制器10接通电动机19的励磁电源，电动机19有动力输出，电动机19通过第四轴22驱动泵24旋转。控制器10控制第一换向阀21工作在中位即左位和右位电磁铁都不得电。前行/倒车开关20打到前行位置时，控制器10控制第二换向阀25左位电磁铁得电并工作在左位。前行/倒车开关20打到倒车位置时，控制器10控制第二换向阀25右位电磁铁得电并工作在右位。需要短时停车时，比如前行和倒车切换时，控制器10控制第二换向阀25左右电磁铁都失电并工作在中位。
车辆非正常行驶时，即车辆处在下坡、减速和制动状态，或处在上坡、加速和起动状态时，此时需要储能或放能。当踩下的是制动器脚踏板1时，那么制动信号将通过制动信号传感器4送到控制器10中，控制器10控制电动机19的电源频率降低，降低的幅度根据制动器脚踏板1踩下的幅度来决定，下坡和减速时根据需要的速度控制踩下的幅度。制动停车时可以完全踩下，此时控制器10切断电动机19的励磁电源。当制动器脚踏板1踩下时即给定电动机19速度信号，给定电动机19的速度信号和速度传感器2627采集的速度信号进行比较，如果采集的速度大于给定的速度并超出设定值，控制器10将控制第一换向阀21右端电磁铁得电并工作在右位，否则保持中位不变。控制器10将控制第二换向阀25右端电磁铁得电并工作在右位；当踩下的是加速器脚踏板2时，那么加速信号将通过加速信号传感器5送到控制器10中，控制器10控制电动机19的电源频率升高，升高的幅度根据加速器脚踏板2踩下的幅度来决定，上坡、加速和起动时根据需要的速度控制踩下的幅度。当制动器脚踏板1踩下时即给定电动机19速度信号，给定电动机19的速度信号和速度传感器2627采集的速度信号进行比较，如果采集的速度小于给定的速度并超出设定值，控制器10将控制电磁第一换向阀21左端电磁铁得电并工作在左位，否则保持中位不变。控制器10将控制第二换向阀25左端电磁铁得电并工作在左位。
一.正常平路前行模式
启动/停止开关16打到启动位置时,前行/倒车开关20打到前行位置时，如前所述泵24开始运行，第一换向阀21工作在中位，第二换向阀25工作在左位。泵24将油箱中的液压油经过第一换向阀21中位通路、第二换向阀25左位通路送入第一泵马达30、第二泵马达31，再经第二换向阀25左位通路回到油箱。泵马达30和泵马达31在液压油的驱动下开始正向转动，分别通过轴32和轴33给第一车轮28和第二车轮29提供前行动力。如果发生过载情况，第二溢流阀23卸荷。矿车的运行速度大小可以通过加速器脚踏板2进行控制，根据加速器脚踏板27踩下的力度，通过加速信号传感器5送到控制器10中对电动机19进行调速控制。
二.正常平路倒车模式
启动/停止开关16打到启动位置时,前行/倒车开关20打到倒车位置时，如前所述泵24开始运行，第一换向阀21工作在中位，第二换向阀25工作在右位。泵24将油箱中的液压油经过第一换向阀21中位通路、第二换向阀25右位通路送入第一泵马达30、第二泵马达31，再经第二换向阀25右位通路回到油箱。泵马达30和泵马达31在液压油的驱动下开始反向转动，分别通过轴32和轴33给第一车轮28和第二车轮29提供倒车动力。如果发生过载情况，第二溢流阀23卸荷。矿车的运行速度大小可以通过加速器脚踏板2进行控制，根据加速器脚踏板2踩下的力度，通过加速信号传感器5送到控制器10中对电动机19进行调速控制。在倒车模式下,禁止进行储能和放能。
三.下坡、减速和制动模式
当车辆处于下坡、减速和制动时，踩下制动器脚踏板1，如前所述，如果采集的速度大于给定的速度并超出设定值，控制器10将控制第一换向阀21右端电磁铁得电并工作在右位，控制器10将控制第二换向阀25右端电磁铁得电并工作在右位。下坡、减速和制动时矿车在惯性力的作用下将动能通过第一车轮28、轴32传给泵马达30此时泵马达30工作在泵模式，右边传动系与左边传动系传动过程相同。泵马达30和泵马达31开始转动，油箱6中的液压油经过第二换向阀25右位的通路、第一泵马达30、第二泵马达31、第二换向阀25右位的通路、第一换向阀21右位的通路、第一单向阀17进入蓄能器3，此时泵24仍与正常平路前行模式时的液压回路相连，为系统提供低速动力。如果蓄能器3里的压力超过设定的压力时,此时压力表8显示压力超限，第一溢流阀7打开,将压力油卸荷回油箱6，当车辆恢复正常行驶时即不进行储能和放能时，压力继电器12检测到压力仍超过其上限时会控制第三换向阀15工作在左位，对蓄能器3泄压，压力继电器12检测到压力下降到其下限时会控制第三换向阀15工作在右位，对蓄能器3停止泄压，为下次储能放能做准备。如果需要停车制动，制动器脚踏板1完全踩下，利用制动器脚踏板1的机械制动系统使车速减慢，当控制器10通过速度传感器2627检测到速度接近于零时，控制器10控制第二换向阀25工作在中位，车轮可以利用第二换向阀25的中位机能锁住。
四.上坡、加速和起动模式
当车辆处于上坡、加速和起动时，踩下加速器脚踏板2，如前所述，如果采集的速度小于给定的速度并超出设定值，控制器10将控制第一换向阀21左端电磁铁得电并工作在左位，控制器10将控制第二换向阀25左端电磁铁得电并工作在左位。上坡、加速和起动时需要蓄能系统释放能量，此时泵马达30工作在马达模式，泵马达30将动力通过轴32传给第一车轮28，右边传动系与左边传动系传动过程相同。蓄能器3中的压力油经过第二单向阀18，第一换向阀21左位通路，第二换向阀25左位通路，第一泵马达30、第二泵马达31，第二换向阀25左位通路回到油箱。此时泵24仍与正常平路前行模式时的液压回路相连，为系统提供高速动力。如果蓄能器3里的压力下降到设定的压力下限时,此时压力表8显示压力不足，压力继电器12检测到压力不足时控制第一换向阀21回到中位，单纯利用正常平路前行模式对车辆进行上坡、加速和起动控制。
五.储能系统维修
在储能系统维修时，如果需要卸掉蓄能器3中的压力，可以利用第三换向阀15进行手动卸荷。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种带液压储能的直驱式电动轮卡车电液控制系统，包括机械能与液压能互换系统、液压驱动系统、液压储能与放能系统、过压安全保护系统、电气控制系统和电液传动系统，机械能与液压能互换系统有两套，第一套包括第一泵马达(30)、第一轴(32)、第一车轮(28)；第二套包括第二泵马达(31)、第二轴(33)、第二车轮(29)；液压驱动系统包括泵(24)、第一换向阀(21)、第二换向阀(25)；其特征在于，
所述液压储能与放能系统包括油箱(6)、第一单向阀(17)、第二单向阀(18)、蓄能器(3)，油箱(6)与第二换向阀(25)相连，第二换向阀(25)分别与第一泵马达(30)、第二泵马达(31)相连，第二换向阀(25)与第一换向阀(21)相连，第一换向阀(21)分别与第一单向阀(17)、第二单向阀(18)相连，第一单向阀(17)及第二单向阀(18)均与蓄能器(3)相连；
电气控制系统包括控制器(10)、蓄电池(11)、制动信号传感器(4)、加速信号传感器(5)、第一速度信号传感器(26)、第二速度信号传感器(27)、启动/停止开关(16)、前行/倒车开关(20)，以及第一换向阀(21)、第二换向阀(25)、第三换向阀(15)的电磁铁线圈，制动信号传感器(4)、加速信号传感器(5)、第一速度信号传感器(26)、第二速度信号传感器(27)、启动/停止开关(16)、前行/倒车开关(20)均连接在控制器(10)相应输入端子上，第一换向阀(21)、第二换向阀(25)、第三换向阀(15)的电磁铁线圈均连接在控制器(10)相应输出端子上，蓄电池(11)连接在控制器(10)的电源端子上，制动信号传感器(4)安装在制动器脚踏板(1)上，加速信号传感器(5)安装在加速器脚踏板(2)上，第一速度信号传感器(26)安装在第一车轮(28)上，第二速度信号传感器(27)安装在第二车轮(29)上；
所述电液传动系统包括发动机(9)、第三轴(13)、发电机(14)、电动机(19)、第四轴(22)、泵(24)，发动机(9)通过第三轴(13)连接发电机(14)，发电机(14)通过输电线路经过控制器(10)连接电动机(19)，电动机(19)通过第四轴(22)连接泵(24)；
在机械能与液压能互换系统中，第一轴(32)的一端与第一车轮(28)相连，第一轴(32)的另一端与第一泵马达(30)相连；第二轴(33)的一端与第二车轮(29)相连，第二轴(33)的另一端与第二泵马达(31)相连；
在液压驱动系统中，泵(24)安装在油箱(6)与第一换向阀(21)之间，第一换向阀(21)安装在泵(24)的高压口与第二换向阀(25)之间，第二换向阀(25)安装在第一泵马达(30)、第二泵马达(31)与第一换向阀(21)之间，第一泵马达(30)、第二泵马达(31)安装在第二换向阀(25)与油箱(6)之间。
2.如权利要求1所述的带液压储能的直驱式电动轮卡车电液控制系统，其特征在于，所述过压安全保护系统包括第一溢流阀(7)、第二溢流阀(23)、压力继电器(12)和压力表(8)，第一溢流阀(7)安装在蓄能器(3)与油箱(6)之间，第二溢流阀(23)安装在第一换向阀(21)与油箱(6)之间，第三换向阀(15)、压力继电器(12)、压力表(8)均连接在蓄能器(3)端口上。
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