CN107503395B - 节流容积直驱复合进出油口独立控制电液系统 - Google Patents

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Abstract

一种节流容积直驱复合进出油口独立控制电液系统，所述系统包括动力源、液压缸、三位四通阀、二位二通阀、DC‑DC模块及超级电容模块，其中两个液压马达/泵的出油口分别通过三位四通阀与液压缸连通，进油口分别与油箱或是蓄能器连通，液压马达/泵输出轴分别与电动/发电机的输出轴连接，超级电容模块连接在电动/发电机驱动器直流母线上构成。本系统通过控制三位四通阀、或二位二通阀/比例节流阀，达到背压调控，进出口独立控制，动力匹配，能量回收的不同结构功能，实现不同工况的结构效果。

Description

节流容积直驱复合进出油口独立控制电液系统
技术领域
本发明涉及一种进出油口独立控制电液系统，具体地是一种节流容积直驱式复合进出油口独立控制电液系统。
背景技术
随着经济与科技的发展，液压挖掘机在工程机械行业的应用越来越广泛，在现代化建设中发挥着巨大的作用。液压挖掘机有高效、耐用、对工作环境要求不高等优点，但其高能耗、高排放的弊端同样不可忽视。当今世界资源日益匮乏，环境污染日益严重。因此，对液压挖掘机进行高效、节能、减排、环保的研究具有重要的现实意义。
现有对液压挖掘机进行节能研究的方向主要集中在能量回收方面。例如采用泵控闭式回路驱动工作机构，用蓄能器或超级电容回收工作机构势能，或者是用油电混合动力的方法，即用液压马达驱动发电机，将重力势能转化为电能存储在超级电容或蓄电池中。如德国利渤海尔公司曾提出闭式和开式回路结合高低压储能的回转制动动能回收方案，国内重汽集团专用汽车公司申请了液压马达驱动液压泵向蓄能器充液的回收方案。但目前的方法普遍存在技术复杂、回收效率低的问题。
发明内容
本发明针对液压挖掘机高能耗、高排放存在的不足，综合进出口独立调节、流量再生、能量回收等多种提高液压系统效率的结构，提供一种节流容积直驱复合进出油口独立控制电液系统，通过控制两个三位四通阀，实现不同的组合结构，达到背压调控、进出口独立控制、动力匹配、能量回收等不同结构的效果，在不同的工况中发挥不同结构的功能。
为了实现上述目的，本发明采取如下的技术方案。
一种节流容积直驱复合进出油口独立控制电液系统，包括液压缸、三位四通阀、二位二通阀、动力源、DC-DC模块、超级电容模块；其特征在于：
所述动力源是由A动力源与B动力源两个动力源构成，均包括液压马达/泵、电动/发电机及逆变器构成；
所述A动力源中液压马达/泵的第一工作油口连通油箱，或连通蓄能器，第二工作油口与第Ⅰ三位四通阀的第一个油口连通；所述B动力源中液压马达/泵的第一个工作油口连通油箱，或连通蓄能器，第二工作油口与第Ⅱ三位四通阀的第一个油口连通；所述第Ⅰ三位四通阀的第二油口和第Ⅱ三位四通阀的第二个油口连通，并与二位二通阀的一油口连通，二位二通阀的另一油口连通油箱；第Ⅰ三位四通阀的第三油口和第Ⅱ三位四通阀的第三油口连通，并与液压缸的无杆腔连通；第Ⅰ三位四通阀的第四油口和第Ⅱ三位四通阀的第四油口连通，并与液压缸的有杆腔连通；所述液压马达/泵输出轴分别与电动/发电机的输出轴连接，超级电容模块连接有电动/发电机驱动器直流母线上；逆变器的输入端均与直流母线连接，逆变器的输出端连接所驱动的电动/发电机，电动/发电机连接所驱动的液压马达/泵；
当第Ⅰ三位四通阀、第Ⅱ三位四通阀和二位二通阀左位工作时，A动力源、B动力源均向液压缸的无杆腔供油，液压缸有杆腔的油通过二位二通阀流回油箱，实现双进一出进出口独立控制；
当第Ⅰ三位四通阀、第Ⅱ三位四通阀和二位二通阀左位工作时，A动力源、B动力源均向液压缸的有杆腔供油，液压缸无杆腔的油通过二位二通阀流回油箱，实现双进一出进出口独立控制；
当第Ⅰ三位四通阀左位工作、第Ⅱ三位四通阀和二位二通阀右位工作时，A动力源向液压缸的有杆腔供油；而在液压缸的无杆腔形成背压，实现背压调控，减少执行元件的冲击和振动，增加运动的平稳性；
当第Ⅰ三位四通阀右位工作、第Ⅱ三位四通阀左位工作、二位二通阀右位工作时，A动力源向液压缸的无杆腔供油；而在液压缸的有杆腔形成背压，实现背压调控，减少执行元件的冲击和振动，增加运动的平稳性；当举升机构下落时，将重力势能回收到超级电容中，进行能量再生利用。
附件技术方案在于：所述动力源采用两个电动/发电机驱动，则液压马达/泵是定量的、或是变量的；若采用电动/发电机驱动，则液压马达/泵是变量的，且两泵是连轴的。
所述A动力源和B动力源中的电动/发电机是永磁同步、交流异步、或开关磁阻电动/发电机。
所述第Ⅰ三位四通阀、第Ⅱ三位四通阀、二位二通阀是电磁开关式换向阀、或是液控和电控比例换向阀构成的阀组。
所述阀组是由五个比例节流阀、或是五个二位二通阀构成的阀组。
所述执行器可以是液压缸也可以是液压马达。
本发明上述所提供的一种节流容积直驱复合进出油口独立控制电液系统，采用两个阀控制液压执行元件的进油口、出油口，如液压缸，使液压缸在运动过程中，系统的压力始终与负载相适应，降低了系统的能量消耗和液压泵的发热；而且本液压系统的两个三位四通阀有多种组合方式，实现了背压调控、能量回收、动力匹配的功能；本发明综合了进出口独立调节、流量再生、能量回收等多种提高液压系统效率的结构，进一步地提高了液压系统的节能性，其具体的有益效果如下。
多功能性：本系统通过调节两个三位四通阀实现多种功能，例如背压调控、“双进一出”进出口独立控制、动力匹配、能量回收，可以在不同的工况中发挥不同的功能。
高能效性：本系统采用液压马达/泵作为能量回收控制元件，能量储存在蓄能器和超级电容之中，能量转换效率高。
本发明无需设置专用储能单元，每一个动力源既是驱动元也是储能再生源，存储和再生不受负载大小和储能器中压力变化的影响。
本发明可以用阀来分别控制两个腔的压力和流量，也可以用泵来分别控制两个腔的压力和流量。
附图说明
图1是本发明系统双电动机驱动结构示意图。
图2是本发明系统电动机—内燃机驱动结构示意图。
图3是本发明系统五个二位二通阀控制结构示意图。
图4是本发明系统五个比例节流阀控制结构示意图。
图中：1-液压缸、2-第Ⅰ三位四通阀、3-第Ⅱ三位四通阀、4-二位二通阀、5-A动力源、6-B动力源、7-液压马达/泵、8-电动/发电机、9-逆变器、10-DC-DC变换器、11-超级电容、12-共用直流母线、13-平滑电容、14-整流器、15-总电源开关、16-内燃机、17-第Ⅰ二位二通阀、18-第Ⅱ二位二通阀、19-第Ⅲ二位二通阀、20-第Ⅳ二位二通阀、21-第Ⅴ二位二通阀、22-第Ⅰ比例节流阀、23-第Ⅱ比例节流阀、24-第Ⅲ比例节流阀、25-第Ⅳ比例节流阀、26-第Ⅴ比例节流阀。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作出进一步的详细说明。
如附图1所示，包括液压缸1、第Ⅰ三位四通阀2、第Ⅱ三位四通阀3、二位二通阀4、A动力源5、B动力源6、DC-DC变换器10、超级电容11、共用直流母线12、平滑电容13、整流器14、总电源开关15。其中A动力源和B动力源均包括液压马达/泵7、电动/发电机8、逆变器9。逆变器9的输入端均与共用直流母线12连接，逆变器9的输出端连接所驱动电动/发电机8，电动/发电机8连接所驱动液压马达/泵7。
节流容积直驱复合进出油口独立控制电液系统，包括液压缸1、第Ⅰ三位四通阀2、第Ⅱ三位四通阀3、二位二通阀4、A动力源5、B动力源6、DC-DC模块10以及超级电容模块11。具体构成如下。
本动力源是由A动力源5和B动力源6两个构成，均包括液压马达/泵7、电动/发电机8及逆变器9。其中：A动力源5中液压马达/泵7的第一个工作油口连通油箱，也可以连通蓄能器，第二个工作油口与第Ⅰ三位四通阀2的第一个油口连通；B动力源6中液压马达/泵7的第一个工作油口连通油箱、或蓄能器，第二个工作油口与第Ⅱ三位四通阀3的第一个油口连通；第Ⅰ三位四通阀2的第二个油口和第Ⅱ三位四通阀3的第二个油口连通，从这条连接的管路上引出一条油路与二位二通阀4的一个油口连通，二位二通阀4的另一个油口连通油箱。第Ⅰ三位四通阀2的第三油口和第Ⅱ三位四通阀3的第三油口连通，从这条连接的管路上引出一条油路与液压缸1的无杆腔连接。第Ⅰ三位四通阀2的第四油口和第Ⅱ三位四通阀3的第四油口连通，从这条连接的管路上引出一条油路与液压缸1的有杆腔连通。液压马达/泵7输出轴分别与电动/发电机8的输出轴连接，超级电容模块连接在电动/发电机8驱动器直流母线上。逆变器9的输入端均与直流母线连接，逆变器9的输出端连接所驱动的电动/发电机8，电动/发电机8连接所驱动的液压马达/泵7。
当第Ⅰ三位四通阀2左位工作、第Ⅱ三位四通阀3左位工作、二位二通阀4左位工作时，A动力源5、B动力源6均向液压缸1的无杆腔供油，液压缸1的有杆腔的油通过二位二通阀4流回油箱，实现“双进一出”进出口独立控制。
当第Ⅰ三位四通阀2右位工作、第Ⅱ三位四通阀3右位工作、二位二通阀4左位工作时，A动力源5、B动力源6均向液压缸1的有杆腔供油，液压缸1的无杆腔的油通过二位二通阀4流回油箱，实现“双进一出”进出口独立控制。
当第Ⅰ三位四通阀2左位工作、第Ⅱ三位四通阀3右位工作、二位二通阀4右位工作时，A动力源5向液压缸1的有杆腔供油，而在液压缸1的无杆腔会形成背压，实现背压调控，可以减少执行元件的冲击和振动，增加运动的平稳性。
当第Ⅰ三位四通阀2右位工作、第Ⅱ三位四通阀3左位工作、二位二通阀4右位工作时，A动力源5向液压缸1的无杆腔供油，而在液压缸1的有杆腔会形成背压，实现背压调控，可以减少执行元件的冲击和振动，增加运动的平稳性。并且，当举升机构下落时，可以将重力势能回收到超级电容中，对这部分能量进行再生利用，实现节能减排，提高工作效率。此系统还可以做到动力匹配，由于电动机在额定点有最高的工作效率，故可以利用背压调控将工作点提上来，存储多余的能量，下次再利用。

Claims (6)

1.一种节流容积直驱复合进出油口独立控制电液系统，包括液压缸、三位四通阀、二位二通阀、动力源、DC-DC模块、超级电容模块；其特征在于：
所述动力源是由A动力源（5）与B动力源（6）两个动力源构成，均包括液压马达/泵（7）、电动/发电机（8）及逆变器（9）构成；
所述A动力源（5）中液压马达/泵（7）的第一工作油口连通油箱，或连通蓄能器，第二工作油口与第Ⅰ三位四通阀（2）的第一个油口连通；所述B动力源（6）中液压马达/泵（7）的第一个工作油口连通油箱，或连通蓄能器，第二工作油口与第Ⅱ三位四通阀（3）的第一个油口连通；所述第Ⅰ三位四通阀（2）的第二油口和第Ⅱ三位四通阀（3）的第二个油口连通，并与二位二通阀（4）的一油口连通，二位二通阀（4）的另一油口连通油箱；第Ⅰ三位四通阀（2）的第三油口和第Ⅱ三位四通阀（3）的第三油口连通，并与液压缸（1）的无杆腔连通；第Ⅰ三位四通阀（2）的第四油口和第Ⅱ三位四通阀（3）的第四油口连通，并与液压缸（1）的有杆腔连通；所述液压马达/泵（7）的输出轴与电动/发电机（8）的输出轴连接，超级电容模块与共用直流母线连接；逆变器（9）的输入端与共用直流母线连接，逆变器（9）的输出端连接所驱动的电动/发电机（8），电动/发电机（8）连接所驱动的液压马达/泵（7）；
当第Ⅰ三位四通阀（2）、第Ⅱ三位四通阀（3）和二位二通阀（4）左位工作时，A动力源（5）、B动力源（6）均向液压缸（1）的无杆腔供油，液压缸（1）有杆腔的油通过二位二通阀（4）流回油箱，实现双进一出进出口独立控制；
当第Ⅰ三位四通阀（2）、第Ⅱ三位四通阀（3）和二位二通阀（4）左位工作时，A动力源（5）、B动力源（6）均向液压缸（1）的有杆腔供油，液压缸（1）无杆腔的油通过二位二通阀（4）流回油箱，实现双进一出进出口独立控制；
当第Ⅰ三位四通阀（2）左位工作、第Ⅱ三位四通阀（3）和二位二通阀（4）右位工作时，A动力源（5）向液压缸（1）的有杆腔供油；而在液压缸（1）的无杆腔形成背压，实现背压调控，减少执行元件的冲击和振动，增加运动的平稳性；
当第Ⅰ三位四通阀（2）右位工作、第Ⅱ三位四通阀（3）左位工作、二位二通阀（4）右位工作时，A动力源（5）向液压缸（1）的无杆腔供油；而在液压缸（1）的有杆腔形成背压，实现背压调控，减少执行元件的冲击和振动，增加运动的平稳性；当举升机构下落时，将重力势能回收到超级电容中，进行能量再生利用。
2.根据权利要求1所述的节流容积直驱复合进出油口独立控制电液系统，其特征在于：所述动力源采用两个电动/发电机（8）驱动，则液压马达/泵（7）是定量的、或是变量的；若采用一个电动/发电机（8）驱动，则两个液压马达/泵（7）是连轴的，且是变量的。
3.根据权利要求1所述的节流容积直驱复合进出油口独立控制电液系统，其特征在于：所述A动力源（5）和B动力源（6）中的电动/发电机（8）是永磁同步、交流异步、或开关磁阻电动/发电机。
4.根据权利要求1所述的节流容积直驱复合进出油口独立控制电液系统，其特征在于：所述第Ⅰ三位四通阀（2）、第Ⅱ三位四通阀（3）、二位二通阀（4）是电磁开关式换向阀、或是液控和电控比例换向阀构成的阀组。
5.根据权利要求4所述的节流容积直驱复合进出油口独立控制电液系统，其特征在于：所述阀组是由五个比例节流阀、或是五个二位二通阀构成的阀组。
6.根据权利要求1所述的节流容积直驱复合进出油口独立控制电液系统，其特征在于：所述执行元件是液压缸或是液压马达。
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