CN107601312A - 起升机构混合动力系统及其控制方法、起重机 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种起升机构混合动力系统及其控制、起重机。所述起升机构混合动力系统包括液压马达、电池、电机、第一离合器、第二离合器和起升卷扬，液压马达通过第一离合器与起升卷扬相连，电机通过第二离合器与起升卷扬相连，电池用于向电机供应电能和用于存储电机产生的电能。本公开提供的起升机构混合动力系统，能够在负载下落时将重力势能回收转化为电能储存在电池中，负载起升时电池单独提供动力或与液压系统一起提供动力以实现负载快速起升，实现节能的同时，能够提高起重机作业性能和作业效率。

Description

起升机构混合动力系统及其控制方法、起重机

技术领域

本公开涉及起重机领域，具体地，涉及一种起升机构混合动力系统及其控制方法。

背景技术

汽车起重机有三大主要作业机构：起升机构、变幅机构和回转机构。起升机构功能是将负载从一个位置起升到一定高度，到另一位置，将负载放下。起升卷扬旋转实现钢丝绳的收放，从而使负载起升或下落。变幅机构功能是调整吊臂的角度，实现起升高度的调节。回转机构功能是调整吊臂在回转平面内角度。三大机构中，起升机构起升时要克服负载重力，下落时要控制负载下降速度，消耗能量最大。变幅机构和回转机构消耗能量较小。现有的汽车起重机，三大作业机构全部为静液压驱动。起升机构将负载提升一定高度后，负载的重力势能转化为下降时负载的动能及起升液压系统的热能。从能量回收角度分析，负载下降过程中重力势能有巨大回收潜力。

发明内容

本公开的目的是提供一种能够实现负载重力势能回收利用的起升机构混合动力系统。

为了实现上述目的，根据本公开的一个方面，提供一种起升机构混合动力系统，包括液压马达、电池、电机、第一离合器、第二离合器和起升卷扬，所述液压马达通过第一离合器与所述起升卷扬相连，所述电机通过所述第二离合器与所述起升卷扬相连，所述电池用于向所述电机供应电能和用于存储所述电机产生的电能。

可选地，所述起升机构混合动力系统还包括逆变器，所述逆变器连接在所述电池和电机之间。

可选地，所述起升机构混合动力系统还包括齿轮箱和减速机，所述电机通过所述第一离合器与所述齿轮箱的第一输入轴相连，所述液压马达通过所述第二离合器与所述齿轮箱的第二输入轴相连，所述齿轮箱的输出轴通过所述减速机与所述起升卷扬相连。

可选地，所述起升机构混合动力系统还包括第一减速机和第二减速机，所述液压马达依次通过所述第一离合器和第一减速机以连接所述起升卷扬，所述电机依次通过所述第二离合器和第二减速机以连接所述起升卷扬。

本公开提供的起升机构混合动力系统，能够在负载下落时将重力势能回收转化为电能储存在电池中，负载起升时电池单独提供动力或与液压系统一起提供动力以实现负载快速起升，实现节能的同时，能够提高起重机作业性能和作业效率。

根据本公开的另一方面，提供一种起重机，该起重机包括如上所述的起升机构混合动力系统。

可选地，所述起重机包括电气设备，所述电池还与所述电气设备相连，以向所述电气设备供应电能。

可选地，所述电气设备为空调。

可选地，所述起重机包括平衡重，所述电池安装在所述平衡重的内部或安装在所述平衡重上。

根据本公开的再一方面，提供一种起升机构混合动力系统的控制方法，所述控制方法包括：

接收起升指令；

获取负载数据，判断负载是否大于负载预设值；

获取所述电池的电量数据，判断所述电池的电量是否大于电量预设值；

如果负载大于所述负载预设值，且所述电池的电量大于所述电量预设值，则控制所述第一离合器和第二离合器均接合；

如果负载大于所述负载预设值，且所述电池的电量不大于所述电量预设值，则控制所述第一离合器接合，所述第二离合器分离；

如果负载不大于所述负载预设值，且所述电池的电量大于所述电量预设值，则控制所述第一离合器分离，所述第二离合器接合；

如果负载不大于所述负载预设值，且所述电池的电量不大于所述电量预设值，则控制所述第一离合器接合，所述第二离合器分离。

根据本公开的又一方面，提供一种起升机构混合动力系统的控制方法，所述控制方法包括：

接收下落指令；

控制所述第一离合器接合；

获取负载数据，判断负载是否大于负载设定值；

获取所述电池的电量数据，判断所述电池处于充满电状态还是未充满电状态；

如果负载大于所述负载设定值，且所述电池处于未充满电状态，则控制所述第二离合器接合；

如果负载大于所述负载设定值，且所述电池处于充满电状态，则控制所述第二离合器分离；

如果负载不大于所述负载设定值，则控制所述第二离合器分离。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是根据本公开的第一种实施方式的起升机构混合动力系统的原理图；

图2是根据本公开的第一种实施方式的起升机构混合动力系统的部分部件的位置布置主视图；

图3是根据本公开的第一种实施方式的起升机构混合动力系统的部分部件的位置布置俯视图；

图4是根据本公开的第二种实施方式的起升机构混合动力系统的原理图；

图5是根据本公开的第二种实施方式的起升机构混合动力系统的部分部件的位置布置主视图；

图6是根据本公开的第二种实施方式的起升机构混合动力系统的部分部件的位置布置俯视图；

图7是本公开的起升机构混合动力系统的负载起升工况控制逻辑图；

图8是本公开的起升机构混合动力系统的负载下落工况控制逻辑图。

附图标记说明

1 液压系统 2 液压马达

3 第一离合器 4 电池

5 逆变器 6 电机

7 第二离合器 8 齿轮箱

9 减速机 10 第一减速机

11 第二减速机 12 起升卷扬

13 负载 14 电气设备

15 转台 16 平衡重

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

如图1和图4所示，根据本公开的一个方面，提供一种起升机构混合动力系统，包括起升卷扬12、以及用于驱动起升卷扬12的液压动力系统和电气动力系统。

其中，液压动力系统可以包括液压系统1、液压马达2和第一离合器3，液压系统1用于向液压马达2提供动力，液压系统1可以与现有技术的起重机起升机构液压系统相同，例如可以包括液压泵和换向阀，液压泵通过换向阀驱动液压马达2转动，液压马达2通过第二离合器7连接起升卷扬12。电气动力系统可以包括电池4、电机6和第二离合器7，电池4与电机6相连，电机6通过第二离合器7连接起升卷扬12。

电机6具有反向发电功能，也就是说，电机6既可以作为发电机，也可以作为电动机。具体地，在负载下落工况，当第二离合器2接合时，电机6可以作为发电机，将负载13的重力势能转化为电能并传输给电池4存储起来；在负载起升工况，当第二离合器2接合时，电机6可以作为电动机，电池4将存储的电能供应给电机6以驱动电机6转动，使得电机6单独驱动(轻载时)或者与液压马达2一起驱动(重载时)起升卷扬12，从而实现轻载快速起升和重载提供助力。

在本公开中，电池4可以只向电机6供应电能，也可以既向电机6供应电能，又向起重机的其他电气设备14供应电能，该电气设备14例如可以为空调。

由于在输出同等功率的情况下，直流电机的尺寸比交流电机大。因此，为了减小电机6的体积，方便在整车上安装布置，电机11可以为交流电机。在这种情况下，需要在电池4和电机6之间设置逆变器5，以将电池4输出的直流电先转换成交流电，然后再传递给电机6。

为了降低起升卷扬12的转速，增大起升卷扬12的转矩，可以在动力系统与起升卷扬12之间设置减速机。

作为第一种实施方式，如图1至图3所示，起升机构混合动力系统还可以包括齿轮箱8和减速机9，电机6通过第一离合器3与齿轮箱8的第一输入轴相连，液压马达2通过第二离合器7与齿轮箱8的第二输入轴相连，齿轮箱8的输出轴通过减速机9与起升卷扬12相连。液压动力系统和电气动力系统以齿轮箱8为节点形成并联输入。

具体地，在第一种实施方式中，如图2和图3所示，起升卷扬12可以安装在转台15的后端内部，可相对于转台15旋转。平衡重16可以安装在转台15尾部，齿轮箱8可以安装在转台15后部侧面且位于起升卷扬12的一端。齿轮箱8具有两个输入轴，其中，第一输入轴连接液压马达2、第一离合器3，第二输入轴连接电机6、第二离合器7。齿轮箱8的输出轴连接减速机8，减速机8可以安装在起升卷扬12内部靠近齿轮箱8的一端。

电池4可以安装在平衡重16的位置，可以安装在平衡重16内部，也可以安装在平衡重16上以与平衡重16并排设置。由于电池4自重较重，采用这种方式可以使电池4兼具平衡重16的功能，以替代一部分平衡重16，从而达到尽量不增加整车重量的目的。

作为第二种实施方式，如图4至图6所示，起升机构混合动力系统还可以包括第一减速机10和第二减速机11，液压马达2依次通过第一离合器3和第一减速机10以连接起升卷扬12，电机6依次通过第二离合器7和第二减速机11以连接起升卷扬12。液压动力系统和电气动力系统以起升卷扬12为结点形成并联输入。

具体地，在第二种实施方式中，如图5和图6所示，起升卷扬12可以安装在转台15的后端内部，可相对于转台15旋转。平衡重16可以安装在转台15尾部。起升卷扬12内部一端固定安装第一减速机10，另一端固定安装第二减速机11。第一减速机10的输入端与第一离合器3、液压马达2连接，第二减速机11的输入端与第二离合器7、电机6连接。电池4可以安装在平衡重16的位置，可以安装在平衡重16内部，也可以安装在平衡重16上以与平衡重16并排设置。

根据本公开的一个方面，提供一种起重机，该起重机包括如上所述的起升机构混合动力系统。

如图7所示，根据本公开的再一方面，提供一种如上所述的起升机构混合动力系统的控制方法，用于负载起升工况，该控制方法包括：

接收起升指令；

获取负载数据，判断负载是否大于负载预设值；

获取电池4的电量数据，判断电池4的电量是否大于电量预设值；

如果负载大于所述负载预设值，且电池4的电量大于所述电量预设值，则控制第一离合器3和第二离合器7均接合，所述换向阀的阀芯处于起升位置，以使液压动力系统和电气动力系统同时向起升卷扬12提供动力，起升卷扬12正向旋转，实现重载快速起升，提升作业性能及效率；

如果负载大于所述负载预设值，且电池4的电量不大于所述电量预设值，则控制第一离合器3接合，第二离合器7分离，所述换向阀的阀芯处于起升位置，以使液压动力系统单独向起升卷扬12提供动力，起升卷扬12正向旋转，实现起升功能；

如果负载不大于所述负载预设值，且电池4的电量大于所述电量预设值，则控制第一离合器3分离，第二离合器7接合，以使电气动力系统单独向起升卷扬12提供动力，起升卷扬12正向旋转，此工况可以充分利用电气驱动速度快的优势，提高起升速度，提高作业效率；

如果负载不大于所述负载预设值，且电池4的电量不大于所述电量预设值，则控制第一离合器3接合，第二离合器7分离，所述换向阀的阀芯处于起升位置，以使液压动力系统单独向起升卷扬12提供动力，起升卷扬12正向旋转，实现起升功能。

通过这种控制方法，可以实现负载快速起升(尤其是轻载工况下)，提高起升速度，提高作业效率。

所述负载预设值可以根据起重机的额定负载和其他工作参数来确定。所述电量预设值可以根据电池特性及试验数据来确定。

在一种实施方式中，所述负载预设值可以为零，也就是说，如果有负载，且电池4的电量大于所述电量预设值，则控制第一离合器3和第二离合器7均接合；如果有负载，且电池4的电量不大于所述电量预设值，则控制第一离合器3接合，第二离合器7分离；如果无负载，且电池4的电量大于所述电量预设值，则控制第一离合器3分离，第二离合器7接合；如果无负载，且电池4的电量不大于所述电量预设值，则控制第一离合器3接合，第二离合器7分离。

如图8所示，根据本公开的又一方面，提供一种如上所述的起升机构混合动力系统的控制方法，用于负载下落工况，该控制方法包括：

接收下落指令；

控制第一离合器3接合，所述换向阀的阀芯切换至下降位置，以使液压动力系统与起升卷扬12连接，负载下降，起升卷扬12反向旋转；

获取负载数据，判断负载是否大于负载设定值；

获取电池4的电量数据，判断电池4处于充满电状态还是未充满电状态；

如果负载大于所述负载设定值，并且电池4处于未充满电状态，则控制第二离合器7接合，以使电气动力系统与起升卷扬12连接，负载下降，起升卷扬12反向旋转，并通过电机6反向给电池4充电；

如果负载大于所述负载设定值，并且电池4处于充满电状态，则控制第二离合器7分离，以使电气动力系统与起升卷扬12断开；

如果负载不大于所述负载设定值，则控制第二离合器7分离，以使电气动力系统与起升卷扬12断开。

通过这种控制方法，可以在重载下落工况回收重力势能，节约能源。

所述负载设定值可以根据起重机的额定负载和其他工作参数来确定。所述负载设定值与上述负载预设值可以相同，也可以不同。

综上，本公开提供的起升机构混合动力系统，能够在负载下落时将重力势能回收转化为电能储存在电池中，负载起升时单独提供动力或与液压系统一起提供动力实现负载快速起升，或供其他电气设备使用。实现节能的同时，能够提高起重机作业性能和作业效率。

本公开的起升机构混合动力系统适用于具有卷扬起升机构的所有起重机类产品，包括但不限于汽车起重机和履带起重机。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种起升机构混合动力系统，其特征在于，包括液压马达(2)、电池(4)、电机(6)、第一离合器(3)、第二离合器(7)和起升卷扬(12)，所述液压马达(2)通过第一离合器(3)与所述起升卷扬(12)相连，所述电机(6)通过所述第二离合器(7)与所述起升卷扬(12)相连，所述电池(4)用于向所述电机(6)供应电能和用于存储所述电机(6)产生的电能。

2.根据权利要求1所述的起升机构混合动力系统，其特征在于，所述起升机构混合动力系统还包括逆变器(5)，所述逆变器(5)连接在所述电池(4)和电机(6)之间。

3.根据权利要求1或2所述的起升机构混合动力系统，其特征在于，所述起升机构混合动力系统还包括齿轮箱(8)和减速机(9)，所述电机(6)通过所述第一离合器(3)与所述齿轮箱(8)的第一输入轴相连，所述液压马达(2)通过所述第二离合器(7)与所述齿轮箱(8)的第二输入轴相连，所述齿轮箱(8)的输出轴通过所述减速机(9)与所述起升卷扬(12)相连。

4.根据权利要求1或2所述的起升机构混合动力系统，其特征在于，所述起升机构混合动力系统还包括第一减速机(10)和第二减速机(11)，所述液压马达(2)依次通过所述第一离合器(3)和第一减速机(10)以连接所述起升卷扬(12)，所述电机(6)依次通过所述第二离合器(7)和第二减速机(11)以连接所述起升卷扬(12)。

5.一种起重机，其特征在于，包括权利要求1-4中任一项所述的起升机构混合动力系统。

6.根据权利要求5所述的起重机，其特征在于，所述起重机包括电气设备(14)，所述电池(4)还与所述电气设备(14)相连，以向所述电气设备(14)供应电能。

7.根据权利要求6所述的起重机，其特征在于，所述电气设备(14)为空调。

8.根据权利要求5所述的起重机，其特征在于，所述起重机包括平衡重(16)，所述电池(4)安装在所述平衡重(16)的内部或安装在所述平衡重(16)上。

9.一种起升机构混合动力系统的控制方法，所述起升机构混合动力系统为权利要求1所述的起升机构混合动力系统，其特征在于，所述控制方法包括：

接收起升指令；

获取负载数据，判断负载是否大于负载预设值；

获取所述电池(4)的电量数据，判断所述电池(4)的电量是否大于电量预设值；

如果负载大于所述负载预设值，且所述电池(4)的电量大于所述电量预设值，则控制所述第一离合器(3)和第二离合器(7)均接合；

如果负载大于所述负载预设值，且所述电池(4)的电量不大于所述电量预设值，则控制所述第一离合器(3)接合，所述第二离合器(7)分离；

如果负载不大于所述负载预设值，且所述电池(4)的电量大于所述电量预设值，则控制所述第一离合器(3)分离，所述第二离合器(7)接合；

如果负载不大于所述负载预设值，且所述电池(4)的电量不大于所述电量预设值，则控制所述第一离合器(3)接合，所述第二离合器(7)分离。

10.一种起升机构混合动力系统的控制方法，所述起升机构混合动力系统为权利要求1所述的起升机构混合动力系统，其特征在于，所述控制方法包括：

接收下落指令；

控制所述第一离合器(3)接合；

获取负载数据，判断负载是否大于负载设定值；

获取所述电池(4)的电量数据，判断所述电池(4)处于充满电状态还是未充满电状态；

如果负载大于所述负载设定值，且所述电池(4)处于未充满电状态，则控制所述第二离合器(7)接合；

如果负载大于所述负载设定值，且所述电池(4)处于充满电状态，则控制所述第二离合器(7)分离；

如果负载不大于所述负载设定值，则控制所述第二离合器(7)分离。