CN107447803B - 混合驱动的机械式矿用挖掘机 - Google Patents

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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices

Abstract

本发明公开了一种混合驱动的机械式矿用挖掘机,包括三个动势能储运回路与电动机复合驱动系统、超级电容器组及控制器,通过回收利用工作装置下降过程的势能、行走制动的动能来混合驱动机械式矿用挖掘机。本发明公开的混合驱动的机械式矿用挖掘机具有工作效率高、节流损失少、能量损耗低等优点。

Description

混合驱动的机械式矿用挖掘机
技术领域
本发明属于露天矿开采大型装备领域,具体涉及一种混合驱动的机械式矿用挖掘机。
背景技术
大型机械式矿用挖掘机(也称电铲)是露天矿山间断开采工艺和半连续开采工艺系统中必不可少的关键设备之一,具有铲斗容量大、作业范围广、环境适应性强、可承受较大的振动与冲击载荷、工作可靠性高和维护保养费用低等优点。为了满足电铲工作中各执行器瞬时大功率的需求,电铲的提升电动机、推压电动机、行走电动机都按照所需的峰值功率配置电动机,一方面增大了电动机的体积,增大了电铲整体布置的难度,同时降低了电动机的工作效率。另根据电铲的工作特性,上述各电动机常常处于低速大扭矩运行工况,受目前电动机输出扭矩的制约,必须要附加减速器才能实现这一功能,这就使得这些电动机的整体体积进一步增大,除此之外,电铲的提升电动机、推压电动机、行走电动机存在着启动电流大,发热严重等问题,尤其是在铲斗下降时和行走装置制动时,电动机处于发电动机状态,通常采用设置制动电阻的方式,将电铲的动能和铲斗的势能转化为热能消耗掉,这样会造成较大的能耗并引起电动机发热。为满足短时间的峰值功率需求,需按照最大的启动负载来配置电动机的装机功率,使电动机长时间工作在低效工作区域,造成较大的能量损耗,过大的启动电流也会对电网产生冲击和影响。为了回收利用铲斗下降时的势能,现有方法是:通过逆变器将电动机发出的电能回馈到主电网,这种方法会对电网产生冲击并引起大的波动,影响其他用电设备安全运行。
公开号为CN101457537A的一项中国发明专利公开了一种大型矿用挖掘机交流变频调速装置及其控制系统,使用能量再生式公用直流母线实现矿用挖掘机的变频调速,克服了现有大型挖掘机直流调速系统存在容易实现出故障、可靠性差和生产效率低等技术难点,且能够将电动机制动过程中发出的电能回馈到电网,但会对电网电压造成冲击和波动。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明旨在提供一种混合驱动的机械式矿用挖掘机,通过回收利用工作装置下降过程的势能、行走制动的动能,提高能量利用率。
混合驱动的机械式矿用挖掘机,包括提升减速器(2)、轴承(3)、机座(4)、卷筒(5)、推压减速器(23)、推压齿轮(24)、动臂(30)、斗杆(31)、铲斗(32)、钢丝绳(33)、天轮(34)、A型架(35)、履带式行走机构(36),其特征在于:还包括第Ⅰ动势能储运回路与电动机复合驱动系统(37)、第Ⅱ动势能储运回路与电动机复合驱动系统(38)、第Ⅲ动势能储运回路与电动机复合驱动系统(39)、超级电容器组(25)及控制器(26),其中:第Ⅰ动势能储运回路与电动机复合驱动系统包括:第Ⅰ动势能储运回路(40)、提升电动机(1)、提升变频器(7.1)、第Ⅰ转速传感器(8.1)及第Ⅰ双向DC-DC变换器(6.1);提升电动机的第一、第二输出轴分别与提升减速器的输入轴和第Ⅰ动势能储运回路中的第Ⅰ电比例四象限液压泵/马达的驱动轴连接,提升减速器的输出轴与卷筒连接,提升变频器的输入端和输出端分别与控制器和提升电动机连接,提升变频器的直流母线与第Ⅰ双向DC-DC变换器的一端连接,第Ⅰ双向DC-DC变换器的另一端连接到超级电容器组,第Ⅰ双向DC-DC变换器的控制端与控制器连接;第Ⅰ转速传感器与提升电动机的第二输出轴连接,其输出信号输入控制器;
所述的第Ⅱ动势能储运回路与电动机复合驱动系统包括:第Ⅱ动势能储运回路(41)、推压电动机(22)、第Ⅱ转速传感器(8.2)、推压变频器(7.2)及第Ⅱ双向DC-DC变换器(6.2);推压电动机的第一、第二输出轴分别与推压减速器的输入轴和第Ⅱ动势能储运回路双向液压泵/马达的输出轴连接,推压减速器的输出轴与推压齿轮的驱动轴连接,推压变频器的输入端和输出端分别与控制器和推压电动机连接,推压变频器的直流母线与第Ⅱ双向DC-DC变换器的一端连接,第Ⅱ双向DC-DC变换器的另一端连接到超级电容器组,第Ⅱ双向DC-DC变换器的控制端与控制器连接;第Ⅱ转速传感器与推压电动机的第二输出轴连接,其输出信号输入控制器;
所述的第Ⅲ动势能储运回路与电动机复合驱动系统包括:第Ⅰ动势能储运回路、行走电动机(27)、行走变频器(7.3)、第Ⅲ转速传感器(8.3)及第Ⅲ双向DC-DC变换器(6.3);行走电动机的第一、第二输出轴分别与行走减速器的输入轴和第Ⅰ动势能储运回路中第Ⅰ电比例四象限液压泵/马达的驱动轴连接,行走减速器的输出轴与履带主动轮连接,行走变频器的输入端和输出端分别与控制器和行走电动机连接,行走变频器的直流母线与第Ⅲ双向DC-DC变换器的一端连接,第Ⅲ双向DC-DC变换器的另一端连接到超级电容器组,第Ⅲ双向DC-DC变换器的控制端与控制器连接;第Ⅲ转速传感器与行走电动机的第二输出轴连接,其输出信号输入控制器;
所述的第Ⅰ动势能储运回路(40)包括:第Ⅰ电比例四象限液压泵/马达(9.1)、恒压变量液压泵(11)、液压泵驱动电动机(10)、第Ⅰ变频器(42)、第Ⅰ溢流阀(12.1)、油箱(44)、二位二通电磁阀(13)、液压蓄能器(15)、压力传感器(14)及第Ⅰ位移传感器(20.1);第Ⅰ电比例四象限液压泵/马达的第一油口P1、恒压变量液压泵的出油口、第Ⅰ溢流阀的进油口与二位二通电磁阀的A油口通过液压管路连通;二位二通电磁阀的B油口、压力传感器与液压蓄能器连接,压力传感器的输出信号输入控制器;第Ⅰ电比例四象限液压泵/马达的第二油口P2、恒压变量液压泵的进油口、第Ⅰ溢流阀的出油口均与油箱连通;第Ⅰ位移传感器与第Ⅰ电比例四象限液压泵/马达的变量活塞连接以检测其摆角变化,第Ⅰ位移传感器的输出信号输入控制器;第Ⅰ变频器的输入端和输出端分别与控制器和液压泵驱动电动机连接,液压泵驱动电动机的输出轴与恒压变量液压泵的驱动轴连接;第Ⅰ电比例四象限液压泵/马达的摆角控制器、二位二通电磁阀的控制端均与控制器连接;
所述的第Ⅱ动势能储运回路(41)包括:第Ⅱ电比例四象限液压泵/马达(9.2)、第Ⅱ溢流阀(12.2)、第Ⅲ溢流阀(12.3)、第Ⅰ单向阀(17.1)、第Ⅱ单向阀(17.2)、补油泵(18)、补油溢流阀(19)、双向液压泵/马达(21)、第Ⅱ位移传感器(20.2)、电动/发电机(16)、第Ⅱ变频器(43)、第Ⅳ双向DC-DC变换器(6.4)及油箱;双向液压泵/马达的第一油口、第II溢流阀的进油口、第Ⅰ单向阀的出油口与第Ⅱ电比例四象限液压泵/马达的第一油口连通,双向液压泵马达的第二油口、第Ⅲ溢流阀的进油口、第Ⅱ单向阀的出油口均与第Ⅱ电比例四象限液压泵/马达的第二油口连通,第Ⅱ溢流阀的出油口、第Ⅲ溢流阀的出油口、第Ⅰ单向阀的进油口、第Ⅱ单向阀的进油口、补油溢流阀的进油口均与补油泵的出油口连通,补油泵的进油口、补油溢流阀的出油口均与油箱连通,第Ⅱ位移传感器与第Ⅱ电比例四象限液压泵/马达的变量活塞连接以检测其摆角变化,第Ⅱ位移传感器的输出信号输入控制器,第Ⅱ电比例四象限液压泵/马达的输入轴与电动/发电机的驱动轴连接,电动/发电机与第Ⅱ变频器的一端连接,第Ⅱ变频器的直流母线与第Ⅳ双向DC-DC变换器的一端,第Ⅳ双向DC-DC的另一端连接超级电容器组,第Ⅱ变频器和第Ⅳ双向DC-DC变换器的控制端均与控制器连接;
所述的控制器包括协调控制器(26.1)、提升系统控制器(26.2)、推压系统控制器(26.3)和行走系统控制器(26.4),协调控制器与提升系统控制器、推压系统控制器和行走系统控制器连接,协调控制器接收第I、第II、第Ⅲ转速传感器的输出信号、第Ⅰ、第Ⅱ位移传感器的输出信号以及压力传感器的输出信号,提升系统控制器、推压系统控制器和行走系统控制器分别向提升系统、推压系统和行走系统发送控制指令H、T、W。
所述的恒压变量液压泵是机械信号控制的恒压泵或电信号控制的比例恒压泵。
所述的蓄能器是单一的液压蓄能器或两个以上的液压蓄能器组。
所述的提升电动机的第一输出轴与提升减速器连接或直接与卷筒驱动轴连接;推压电动机第一输出轴与推压减速器连接或直接与推压齿轮驱动轴连接。
所述的第I动势能储运回路与第Ⅱ动势能储运回路能够互换使用。
混合驱动的机械式矿用挖掘机的上车回转系统由第I动势能储运回路与电动机复合驱动系统或第Ⅱ动势能储运回路与电动机复合驱动系统驱动。
与现有技术相比,本发明提供的一种混合驱动的机械式矿用挖掘机,具有以下优点与积极效果:
1、本发明通过液压辅助动力系统辅助提升电动机、推压电动机、行走电动机工作,在满足电铲作业瞬时大功率需求的前提下,使各电动机不必附加减速器也可实现低速大扭矩工况,减小了各电动机的体积,为各电动机在电铲上的合理布置提供了便利。
2、本发明通过采用液电混合驱动方式,结合电气驱动大功率和液压驱动高功率密度的优点,可显著降低驱动该系统的重量和体积。
3、本发明通过电比例四象限液压泵/马达将铲斗下降过程的势能存储到液压蓄能器中,可以取消原有的制动电阻,因而可以提高能效并降低系统的发热。
4、本发明通过电比例四象限液压泵/马达辅助提升电动机和行走电动机启动,可以降低提升电动机和行走电动机的装机功率,提高工作效率,降低电铲工作过程中的能量损耗。
5、本发明采用闭式液压辅助动力系统辅助推压电动机启制动,将工作装置下降的部分势能存储到超级电容器组中,减小对电网的冲击,延长了推压电动机的使用寿命,降低了推压电动机的装机功率,采用闭式液压辅助动力较阀控液压辅助系统减少了节流损失,降低了能量损耗。
6、本发明采用超级电容器组存储工作装置下降过程的部分重力势能,并且在启动过程中补充峰值电流,减小推压电动机直接启动时过大的启动电流对电网的冲击影响。
附图说明
图1是本发明机械式矿用挖掘机的整机简图。
图2是本发明混合驱动控制原理图。
图中:1-提升电动机;2-提升减速器;3-轴承;4-机座;5-卷筒;6.1-第Ⅰ双向DC-DC变换器;6.2-第Ⅱ双向DC-DC变换器;6.3-第Ⅲ双向DC-DC变换器;7.1-提升变频器;7.2-推压变频器;7.3-行走变频器;8.1-第Ⅰ转速传感器;8.2-第Ⅱ转速传感器;8.3-第Ⅲ转速传感器;9.1-第Ⅰ电比例四象限液压泵/马达;9.2-第Ⅱ电比例四象限液压泵/马达;10-液压泵驱动电动机;11-恒压变量液压泵;12.1-第Ⅰ溢流阀;12.2-第Ⅱ溢流阀;12.3-第Ⅲ溢流阀;13-二位二通电磁阀;14-压力传感器;15-蓄能器;16-电动/发电机;17.1-第Ⅰ单向阀;17.2-第Ⅱ单向阀;18-补油泵;19-补油溢流阀;20.1-第Ⅰ位移传感器;20.2-第Ⅱ位移传感器;21-双向液压泵/马达;22-推压电动机;23-推压减速器;24-推压齿轮;25-超级电容器组;26-控制器;26.1-协调控制器;26.2-提升系统控制器;26.3-推压系统控制器;26.4-行走系统控制器;27-行走电动机;28-行走减速器;29-履带主动轮;30-动臂;31-斗杆;32-铲斗;33-钢丝绳;34-天轮;35-A型架;36-履带式行走系统;37-第Ⅰ动势能储运回路与电动机复合驱动系统;38-第Ⅱ动势能储运回路与电动机复合驱动系统;39-第Ⅲ动势能储运回路与电动机复合驱动系统;40-第Ⅰ动势能储运回路;41-第Ⅱ动势能储运回路;42-第Ⅰ变频器;43-第Ⅱ变频器;44-油箱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做出进一步的详细说明。
如图1-2所示,混合驱动的机械式矿用挖掘机,包括提升减速器2、轴承3、机座4、卷筒5、推压减速器23、推压齿轮24、动臂30、斗杆31、铲斗32、钢丝绳33、天轮34、A型架35、履带式行走机构36,还包括第Ⅰ动势能储运回路与电动机复合驱动系统37、第Ⅱ动势能储运回路与电动机复合驱动系统38、第Ⅲ动势能储运回路与电动机复合驱动系统39、超级电容器组25及控制器26。
所述的第Ⅰ动势能储运回路与电动机复合驱动系统包括:第Ⅰ动势能储运回路40、提升电动机1、提升变频器7.1、第Ⅰ转速传感器8.1及第Ⅰ双向DC-DC变换器6.1;提升电动机的第一、第二输出轴分别与提升减速器的输入轴和第Ⅰ动势能储运回路中的第Ⅰ电比例四象限液压泵/马达的驱动轴连接,提升减速器的输出轴与卷筒连接,提升变频器的输入端和输出端分别与控制器和提升电动机连接,提升变频器的直流母线与第Ⅰ双向DC-DC变换器的一端连接,第Ⅰ双向DC-DC变换器的另一端连接到超级电容器组,第Ⅰ双向DC-DC变换器的控制端与控制器连接;第Ⅰ转速传感器与提升电动机的第二输出轴连接,其输出信号输入控制器;
所述的第Ⅱ动势能储运回路与电动机复合驱动系统包括:第Ⅱ动势能储运回路41、推压电动机22、第Ⅱ转速传感器8.2、推压变频器7.2及第Ⅱ双向DC-DC变换器6.2;推压电动机的第一、第二输出轴分别与推压减速器的输入轴和第Ⅱ动势能储运回路双向液压泵/马达的输出轴连接,推压减速器的输出轴与推压齿轮的驱动轴连接,推压变频器的输入端和输出端分别与控制器和推压电动机连接,推压变频器的直流母线与第Ⅱ双向DC-DC变换器的一端连接,第Ⅱ双向DC-DC变换器的另一端连接到超级电容器组,第Ⅱ双向DC-DC变换器的控制端与控制器连接;第Ⅱ转速传感器与推压电动机的第二输出轴连接,其输出信号输入控制器;
所述的第Ⅲ动势能储运回路与电动机复合驱动系统包括:第Ⅰ动势能储运回路、行走电动机27、行走变频器7.3、第Ⅲ转速传感器8.3及第Ⅲ双向DC-DC变换器6.3;行走电动机的第一、第二输出轴分别与行走减速器的输入轴和第Ⅰ动势能储运回路中第Ⅰ电比例四象限液压泵/马达的驱动轴连接,行走减速器的输出轴与履带主动轮连接,行走变频器的输入端和输出端分别与控制器和行走电动机连接,行走变频器的直流母线与第Ⅲ双向DC-DC变换器的一端连接,第Ⅲ双向DC-DC变换器的另一端连接到超级电容器组,第Ⅲ双向DC-DC变换器的控制端与控制器连接;第Ⅲ转速传感器与行走电动机的第二输出轴连接,其输出信号输入控制器。
所述的提升电动机、提升减速器、卷筒、A型架均安装在机座上,提升电动机的第一输出轴与提升减速器的输入轴连接,提升减速器的输出轴和卷筒的驱动轴连接,卷筒上的钢丝绳通过天轮与铲斗连接,天轮通过销轴安装在动臂上端,动臂下端铰接在机座上,上端通过钢丝绳连接到A型架上;推压电动机安装在斗杆上,其第一输出轴与推压减速器的输入轴连接,推压减速器的输出轴与推压齿轮的驱动轴连接,推压齿轮与斗杆上的齿条啮合,行走电动机的第一输出轴与行走减速器的输出轴连接,行走减速器的输出轴与履带主动轮的驱动轴连接。提升变频器与提升电动机连接,推压变频器与推压电动机连接,行走变频器与行走电动机连接。
所述的第Ⅰ动势能储运回路40包括:第Ⅰ电比例四象限液压泵/马达9.1、恒压变量液压泵11、液压泵驱动电动机10、第I变频器42、第Ⅰ溢流阀12.1、油箱44、二位二通电磁阀13、液压蓄能器15、压力传感器14及第Ⅰ位移传感器20.1;第Ⅰ电比例四象限液压泵/马达的第一油口P1、恒压变量液压泵的出油口、第Ⅰ溢流阀的进油口与二位二通电磁阀的A油口通过液压管路连通;二位二通电磁阀的B油口、压力传感器与液压蓄能器连接,压力传感器的输出信号输入控制器;第Ⅰ电比例四象限液压泵/马达的第二油口P2、恒压变量液压泵的进油口、第Ⅰ溢流阀的出油口均与油箱连通;第Ⅰ位移传感器与第Ⅰ电比例四象限液压泵/马达的变量活塞连接以检测其摆角变化,第Ⅰ位移传感器的输出信号输入控制器;第I变频器的输入端和输出端分别与控制器和液压泵驱动电动机连接,液压泵驱动电动机的输出轴与恒压变量液压泵的驱动轴连接;第Ⅰ电比例四象限液压泵/马达的摆角控制器、二位二通电磁阀的控制端均与控制器连接;
所述的第Ⅱ动势能储运回路41包括:第Ⅱ电比例四象限液压泵/马达9.2、第Ⅱ溢流阀12.2、第Ⅲ溢流阀12.3、第Ⅰ单向阀17.1、第Ⅱ单向阀17.2、补油泵18、补油溢流阀19、双向液压泵/马达21、第Ⅱ位移传感器20.2、电动/发电机16、第II变频器43、第Ⅳ双向DC-DC变换器6.4及油箱;双向液压泵/马达的第一油口、第II溢流阀的进油口、第Ⅰ单向阀的出油口与第Ⅱ电比例四象限液压泵/马达的第一油口连通,双向液压泵马达的第二油口、第Ⅲ溢流阀的进油口、第Ⅱ单向阀的出油口均与第Ⅱ电比例四象限液压泵/马达的第二油口连通,第Ⅱ溢流阀的出油口、第Ⅲ溢流阀的出油口、第Ⅰ单向阀的进油口、第Ⅱ单向阀的进油口、补油溢流阀的进油口均与补油泵的出油口连通,补油泵的进油口、补油溢流阀的出油口均与油箱连通,第Ⅱ位移传感器与第Ⅱ电比例四象限液压泵/马达的变量活塞连接以检测其摆角变化,第Ⅱ位移传感器的输出信号输入控制器,第Ⅱ电比例四象限液压泵/马达的输入轴与电动/发电机的驱动轴连接,电动/发电机与第II变频器的一端连接,第II变频器的直流母线与第Ⅳ双向DC-DC变换器的一端连接,第Ⅳ双向DC-DC的另一端连接超级电容器组,第II变频器和第Ⅳ双向DC-DC变换器的控制端均与控制器连接。
所述的控制器包括协调控制器26.1、提升系统控制器26.2、推压系统控制器26.3和行走系统控制器26.4,协调控制器与提升系统控制器、推压系统控制器和行走系统控制器连接,协调控制器接收第I、第II、第Ⅲ转速传感器的输出信号n、第Ⅰ、第Ⅱ位移传感器的输出信号x以及压力传感器的输出信号p,提升系统控制器、推压系统控制器和行走系统控制器分别向提升系统、推压系统和行走系统发送控制指令。
混合驱动的机械式矿用挖掘机开始工作之前,控制器发出控制指令到第Ⅰ变频器,控制恒压变量液压泵开始工作,打开二位二通电磁阀,恒压变量液压泵为蓄能器补充油液。
当铲斗开始提升时,控制器发出指令到提升变频器,控制提升电动机启动,并通过控制第Ⅰ电比例四象限液压泵/马达的摆角使其处于液压马达工况,此时二位二通电磁阀处于开启状态,蓄能器释放液压能与恒压变量液压泵共同驱动第Ⅰ电比例四象限液压泵/马达;同时,控制器发出指令到第Ⅰ双向DC-DC变换器,控制超级电容器组释放电能,补充提升电动机启动过程中所需的峰值电流,提升电动机与第Ⅰ电比例四象限液压泵/马达共同驱动卷筒使铲斗提升。
铲斗提升过程中,当需要斗杆的推压动作配合钢丝绳的提升实现相应的运动轨迹时,控制器发出指令到推压变频器,推压电动机开始工作,控制器控制第II双向DC-DC变换器使超级电容器组释放电能,补充推压电动机的峰值电流;同时控制器控制电动/发电机启动,且通过控制第Ⅳ双向DC-DC变换器使超级电容器组释放电能为电动/发电机供电,驱动第Ⅱ电比例四象限液压泵/马达开始转动,此时第Ⅱ电比例四象限液压泵/马达处于液压泵工况,第Ⅱ电比例四象限液压泵/马达驱动双向液压泵/马达工作,辅助推压电动机驱动推压齿轮实现斗杆的推压动作。
铲斗下放过程中,铲斗的重力带动提升电动机反转,控制器发出指令到第Ⅰ双向DC-DC变换器,将提升电动机发出的电能存储到超级电容器组内,同时提升电动机使第Ⅰ电比例四象限液压泵/马达反向旋转,控制器发出指令控制电第Ⅰ比例四象限液压泵/马达的摆角使其处于液压泵工况,将油箱中的液压油泵入蓄能器中,进而将铲斗下降过程中的部分势能储存到蓄能器中。当压力传感器检测到蓄能器中的油液压力达到设定极限值时,控制器发出指令使二位二通电磁阀关闭,油液通过第I溢流阀流回油箱。
铲斗下放过程中,当需要斗杆的推压动作配合钢丝绳下放实现相应的运动轨迹时,推压电动机处于发电状态,控制器控制第II双向DC-DC变换器,将推压电动机发出的电能存储到超级电容器组中;同时,推压电动机带动双向液压泵/马达反转,双向液压泵/马达驱动第II电比例四象限液压泵/马达转动,此时第II电比例四象限液压泵/马达处于液压马达工况,第II电比例四象限液压泵/马达带动电动/发电机工作,控制器发出指令到第Ⅳ双向DC-DC变换器,将铲斗下降过程中的部分势能存储到超级电容器组中。工作过程中补油泵为第II动势能储运回路补充油液,弥补第II动势能储运回路的泄漏损失。
当机械式矿用挖掘机开始行走时,控制器发出指令到行走变频器,控制行走电动机启动,并通过控制电比例四象限液压泵/马达的摆角使其处于液压马达工况,打开二位二通阀,蓄能器释放液压能,与恒压变量液压泵同时驱动电比例四象限液压泵/马达;同时,控制器发出指令到第III双向DC-DC变换器,控制超级电容器组释放电能,补充行走电动机启动过程所需的峰值电流,行走电动机与电比例四象限液压泵/马达共同驱动履带主动轮使机械式矿用挖掘机开始行走。
当机械式矿用挖掘机的履带制动时,行走电动机处于发电状态,控制器发出指令到第III双向DC-DC变换器,将行走电动机发出的电能存储到超级电容器组中,同时行走电动机带动电比例四象限液压泵/马达转动,控制器控制电比例四象限液压泵/马达使其处于液压泵工况,打开二位二通电磁阀,电比例四象限液压泵/马达将油箱中的液压油泵入蓄能器中,进而将机械式矿用挖掘机的部分动能存储到蓄能器中。
所述的恒压变量液压泵是机械信号控制的恒压泵或电信号控制的比例恒压泵。
所述的蓄能器是单一的液压蓄能器或两个以上的液压蓄能器组。
所述的提升电动机的第一输出轴与提升减速器连接或直接与卷筒驱动轴连接;推压电动机第一输出轴与推压减速器连接或直接与推压齿轮驱动轴连接。
所述的第I动势能储运回路与第Ⅱ动势能储运回路能够互换使用。
混合驱动的机械式矿用挖掘机的上车回转系统由第I动势能储运回路与电动机复合驱动系统或第Ⅱ动势能储运回路与电动机复合驱动系统驱动。

Claims (6)

1.混合驱动的机械式矿用挖掘机,包括提升减速器(2)、轴承(3)、机座(4)、卷筒(5)、推压减速器(23)、推压齿轮(24)、动臂(30)、斗杆(31)、铲斗(32)、钢丝绳(33)、天轮(34)、A型架(35)、履带式行走机构(36),其特征在于:还包括第Ⅰ动势能储运回路与电动机复合驱动系统(37)、第Ⅱ动势能储运回路与电动机复合驱动系统(38)、第Ⅲ动势能储运回路与电动机复合驱动系统(39)、超级电容器组(25)及控制器(26),其中:第Ⅰ动势能储运回路与电动机复合驱动系统包括:第Ⅰ动势能储运回路(40)、提升电动机(1)、提升变频器(7.1)、第Ⅰ转速传感器(8.1)及第Ⅰ双向DC-DC变换器(6.1);提升电动机的第一、第二输出轴分别与提升减速器的输入轴和第Ⅰ动势能储运回路中的第Ⅰ电比例四象限液压泵或马达的驱动轴连接,提升减速器的输出轴与卷筒连接,提升变频器的输入端和输出端分别与控制器和提升电动机连接,提升变频器的直流母线与第Ⅰ双向DC-DC变换器的一端连接,第Ⅰ双向DC-DC变换器的另一端连接到超级电容器组,第Ⅰ双向DC-DC变换器的控制端与控制器连接;第Ⅰ转速传感器与提升电动机的第二输出轴连接,其输出信号输入控制器;
所述的第Ⅱ动势能储运回路与电动机复合驱动系统包括:第Ⅱ动势能储运回路(41)、推压电动机(22)、第Ⅱ转速传感器(8.2)、推压变频器(7.2)及第Ⅱ双向DC-DC变换器(6.2);推压电动机的第一、第二输出轴分别与推压减速器的输入轴和第Ⅱ动势能储运回路双向液压泵或马达的输出轴连接,推压减速器的输出轴与推压齿轮的驱动轴连接,推压变频器的输入端和输出端分别与控制器和推压电动机连接,推压变频器的直流母线与第Ⅱ双向DC-DC变换器的一端连接,第Ⅱ双向DC-DC变换器的另一端连接到超级电容器组,第Ⅱ双向DC-DC变换器的控制端与控制器连接;第Ⅱ转速传感器与推压电动机的第二输出轴连接,其输出信号输入控制器;
所述的第Ⅲ动势能储运回路与电动机复合驱动系统包括:第Ⅰ动势能储运回路、行走电动机(27)、行走变频器(7.3)、第Ⅲ转速传感器(8.3)及第Ⅲ双向DC-DC变换器(6.3);行走电动机的第一、第二输出轴分别与行走减速器的输入轴和第Ⅰ动势能储运回路中第Ⅰ电比例四象限液压泵或马达的驱动轴连接,行走减速器的输出轴与履带主动轮连接,行走变频器的输入端和输出端分别与控制器和行走电动机连接,行走变频器的直流母线与第Ⅲ双向DC-DC变换器的一端连接,第Ⅲ双向DC-DC变换器的另一端连接到超级电容器组,第Ⅲ双向DC-DC变换器的控制端与控制器连接;第Ⅲ转速传感器与行走电动机的第二输出轴连接,其输出信号输入控制器;
所述的第Ⅰ动势能储运回路(40)包括:第Ⅰ电比例四象限液压泵或马达(9.1)、恒压变量液压泵(11)、液压泵驱动电动机(10)、第Ⅰ变频器(42)、第Ⅰ溢流阀(12.1)、油箱(44)、二位二通电磁阀(13)、液压蓄能器(15)、压力传感器(14)及第Ⅰ位移传感器(20.1);第Ⅰ电比例四象限液压泵或马达的第一油口P1、恒压变量液压泵的出油口、第Ⅰ溢流阀的进油口与二位二通电磁阀的A油口通过液压管路连通;二位二通电磁阀的B油口、压力传感器与液压蓄能器连接,压力传感器的输出信号输入控制器;第Ⅰ电比例四象限液压泵或马达的第二油口P2、恒压变量液压泵的进油口、第Ⅰ溢流阀的出油口均与油箱连通;第Ⅰ位移传感器与第Ⅰ电比例四象限液压泵或马达的变量活塞连接以检测其摆角变化,第Ⅰ位移传感器的输出信号输入控制器;第Ⅰ变频器的输入端和输出端分别与控制器和液压泵驱动电动机连接,液压泵驱动电动机的输出轴与恒压变量液压泵的驱动轴连接;第Ⅰ电比例四象限液压泵或马达的摆角控制器、二位二通电磁阀的控制端均与控制器连接;
所述的第Ⅱ动势能储运回路(41)包括:第Ⅱ电比例四象限液压泵或马达(9.2)、第Ⅱ溢流阀(12.2)、第Ⅲ溢流阀(12.3)、第Ⅰ单向阀(17.1)、第Ⅱ单向阀(17.2)、补油泵(18)、补油溢流阀(19)、双向液压泵或马达(21)、第Ⅱ位移传感器(20.2)、电动或发电机(16)、第Ⅱ变频器(43)、第Ⅳ双向DC-DC变换器(6.4)及油箱;双向液压泵或马达的第一油口、第II溢流阀的进油口、第Ⅰ单向阀的出油口与第Ⅱ电比例四象限液压泵或马达的第一油口连通,双向液压泵马达的第二油口、第Ⅲ溢流阀的进油口、第Ⅱ单向阀的出油口均与第Ⅱ电比例四象限液压泵或马达的第二油口连通,第Ⅱ溢流阀的出油口、第Ⅲ溢流阀的出油口、第Ⅰ单向阀的进油口、第Ⅱ单向阀的进油口、补油溢流阀的进油口均与补油泵的出油口连通,补油泵的进油口、补油溢流阀的出油口均与油箱连通,第Ⅱ位移传感器与第Ⅱ电比例四象限液压泵或马达的变量活塞连接以检测其摆角变化,第Ⅱ位移传感器的输出信号输入控制器,第Ⅱ电比例四象限液压泵或马达的输入轴与电动或发电机的驱动轴连接,电动或发电机与第Ⅱ变频器的一端连接,第Ⅱ变频器的直流母线与第Ⅳ双向DC-DC变换器的一端,第Ⅳ双向DC-DC的另一端连接超级电容器组,第Ⅱ变频器和第Ⅳ双向DC-DC变换器的控制端均与控制器连接;
所述的控制器包括协调控制器(26.1)、提升系统控制器(26.2)、推压系统控制器(26.3)和行走系统控制器(26.4),协调控制器与提升系统控制器、推压系统控制器和行走系统控制器连接,协调控制器接收第I、第II、第Ⅲ转速传感器的输出信号、第Ⅰ、第Ⅱ位移传感器的输出信号以及压力传感器的输出信号,提升系统控制器、推压系统控制器和行走系统控制器分别向提升系统、推压系统和行走系统发送控制指令。
2.根据权利要求1所述的混合驱动的机械式矿用挖掘机,其特征在于:所述的恒压变量液压泵是机械信号控制的恒压泵或电信号控制的比例恒压泵。
3.根据权利要求1所述的混合驱动的机械式矿用挖掘机,其特征在于:所述的蓄能器是单一的液压蓄能器或两个以上的液压蓄能器组。
4.根据权利要求1所述的混合驱动的机械式矿用挖掘机,其特征在于:所述的提升电动机的第一输出轴与提升减速器连接或直接与卷筒驱动轴连接;推压电动机第一输出轴与推压减速器连接或直接与推压齿轮驱动轴连接。
5.根据权利要求1所述的混合驱动的机械式矿用挖掘机,其特征在于:所述的第I动势能储运回路与第Ⅱ动势能储运回路能够互换使用。
6.根据权利要求1所述的混合驱动的机械式矿用挖掘机,其特征在于:混合驱动的机械式矿用挖掘机的上车回转系统由第I动势能储运回路与电动机复合驱动系统或第Ⅱ动势能储运回路与电动机复合驱动系统驱动。
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