CN108468358A - 分布式液压驱动的挖掘机及其动力系统 - Google Patents

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黄豪杰
练国富
唐文
唐一文
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Abstract

本发明提供了一种分布式液压驱动的挖掘机及其动力系统，包括一控制器和一液压系统，所述液压系统包括一电源和一液压单元；所述液压单元包括一变频器、一电机、两液压泵/马达、两个二位三通阀、一液压缸和一蓄能器；所述控制器控制连接变频器；所述变频器的一端与电源连接，另一端与电机连接；所述电机的输出端分别驱动连接两所述液压泵/马达，每所述液压泵/马达均与一个二位三通阀、所述蓄能器连接，且两液压泵/马达彼此连接；所述两个二位三通阀分别连接于液压缸的下腔和上腔。本发明减少了传统液压流量控制阀，同时电机自身有转速反馈，减少了传感器部件，元件减少，提高了系统的鲁棒性。

Description

分布式液压驱动的挖掘机及其动力系统
【技术领域】
本发明涉及一种分布式液压驱动的挖掘机及其动力系统。
【背景技术】
随着世界范围内能源短缺和环境污染问题的日趋严重，节能减排技术是目前研究的热点。液压挖掘机是一种功率比较大的工程机械，但是其能量的总利用率较低。液压挖掘机实现节约能源、降低排放一直是业界努力追求的目标。目前的挖掘机仍然采用发动机-变量泵-多路阀-执行器的驱动系统，发动机带动液压泵，由多路阀将液压能分配到各个执行机构，液压系统是基于开式的阀控原理，大量能量消耗在节流口和溢流上，同时在该过程中存在大量的沿程损失和局部损失，即管路部分、液压阀引起的压力损失等。据报道工程机械的液压系统效率大约30％左右，大量的液压能损失后转化为热能引起系统发热，系统效率较低。因此，现有系统：发动机-变量泵-多路阀-执行器的驱动系统，集中供压力油驱动管路长，损失大；传统阀控系统效率低，不易实现混合动力驱动或纯电驱动，大量的重力势能和制动能被浪费，转化为热能，造成系统发热。
【发明内容】
为克服现有设备存在的缺陷之一，本发明在于提供一种分布式液压驱动的挖掘机动力系统。
本发明是这样实现的：一种分布式液压驱动的挖掘机动力系统，包括一控制器和一液压系统，所述液压系统包括一电源和一液压单元；所述液压单元包括一变频器、一电机、两液压泵/马达、两个二位三通阀、一液压缸和一蓄能器；所述控制器控制连接变频器；所述变频器的一端与电源连接，另一端与电机连接；所述电机的输出端分别驱动连接两所述液压泵/马达，每所述液压泵/马达均与一个二位三通阀、所述蓄能器连接，且两液压泵/马达彼此连接；所述两个二位三通阀分别连接于液压缸的下腔和上腔。
为克服现有设备存在的缺陷之二，本发明在于提供一种分布式液压驱动的挖掘机。
本发明是这样实现的：一种分布式液压驱动的挖掘机，包括一动臂、一斗杆和一铲斗，还包括一控制器和一液压系统，所述液压系统包括一电源和三液压单元；每所述液压单元均包括一变频器、一电机、两液压泵/马达、两个二位三通阀、一液压缸和一蓄能器；所述控制器控制连接变频器；所述变频器的一端与电源连接，另一端与电机连接；所述电机的输出端分别驱动连接两所述液压泵/马达，每所述液压泵/马达均与一个二位三通阀、所述蓄能器连接，且两液压泵/马达彼此连接；所述两个二位三通阀分别连接于液压缸的下腔和上腔；所述三液压缸的活塞杆分别驱动连接所述动臂、斗杆和铲斗。
本发明的优点在于：减少了传统液压流量控制阀，同时电机自身有转速反馈，减少了传感器部件，元件减少，提高了系统的鲁棒性。
【附图说明】
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1为本发明分布式液压驱动的挖掘机动力系统的示意图。
图2为本发明中挖掘机的结构示意图。
【具体实施方式】
请参阅图1和图2，一种分布式液压驱动的挖掘机动力系统100，包括一控制器(未图示)和一液压系统，在一优选实施例中，所述液压系统包括一电源12和一液压单元a；所述液压单元a包括一变频器7、一电机5、两液压泵/马达(液压泵/马达4，液压泵/马达6)、两个二位三通阀(二位三通阀2，二位三通阀3)、一液压缸1和一蓄能器8；所述控制器控制连接变频器7；所述变频器7的一端与电源12连接，另一端与电机5连接；所述电机5的输出端分别驱动连接两所述液压泵/马达(液压泵/马达4，液压泵/马达6)，每所述液压泵/马达(液压泵/马达4，液压泵/马达6)均与一个二位三通阀(二位三通阀2，二位三通阀3)、所述蓄能器8连接，且两液压泵/马达(液压泵/马达4，液压泵/马达6)彼此连接；所述两个二位三通阀(二位三通阀2，二位三通阀3)分别连接于液压缸1的下腔和上腔。
请再参阅图1和图2，一种分布式液压驱动的挖掘机，包括一动臂、一斗杆和一铲斗，还包括一控制器和一液压系统，在另一优选实施例中，所述液压系统包括一电源12和三液压单元(即动臂液压单元9，斗杆液压单元10和铲斗液压单元11)；每所述液压单元a均包括一变频器7、一电机5、两液压泵/马达(液压泵/马达4，液压泵/马达6)、两个二位三通阀(二位三通阀2，二位三通阀3)、一液压缸1和一蓄能器8；所述控制器控制连接变频器7；所述变频器7的一端与电源12连接，另一端与电机5连接；所述电机5的输出端分别驱动连接两所述液压泵/马达(液压泵/马达4，液压泵/马达6)，每所述液压泵/马达(液压泵/马达4，液压泵/马达6)均与一个二位三通阀(二位三通阀2，二位三通阀3)、所述蓄能器8连接，且两液压泵/马达(液压泵/马达4，液压泵/马达6)彼此连接；所述两个二位三通阀(二位三通阀2，二位三通阀3)分别连接于液压缸1的下腔和上腔；所述三液压缸1的活塞杆分别驱动连接所述动臂、斗杆和铲斗，即动臂、斗杆和铲斗分别由三液压单元提供独立驱动。
请再参阅图1，当应用本发明工作时，所述控制器接收通过手柄输入的控制各个液压缸1活塞杆速度的信号，并计算出控制信号，再传输到变频器7，变频器7输出相应频率的电压来控制各个电机5的转速大小和转速方向，从而来控制与其连接的两液压泵/马达(液压泵/马达4，液压泵/马达6)的输出流量的大小和方向，最终完成对各个液压缸1活塞杆的速度控制。当液压缸1伸出时，二位三通阀2和二位三通阀3打开，电源12为变频器7提供电能，变频器7输出所需频率的电压，控制电机5转速和方向，并驱动液压泵/马达4工作于泵状态，而另一液压泵/马达6于马达工况，液压泵/马达4将液压泵/马达6中和蓄能器8(低压，替代油箱)中的油液升压送到液压缸1下腔，而液压缸1上腔中的油液流到液压泵/马达6，当液压缸1的活塞杆伸出时，采用蓄能器8来平衡液压缸1两腔中的流量差(上腔输出流量<下腔输入流量)，即液压缸1上腔中的油液经液压泵/马达6后，与蓄能器8的输出油液合流供给液压泵/马达4并最终输送到液压缸1下腔中。当液压缸1的活塞杆缩回时，即液压缸1大腔中的油液经液压泵/马达4后，一部分储存到蓄能器8中，另一部分供给液压泵/马达6并最终输送到液压缸1小腔中。当液压缸1活塞杆缩回时，二位三通阀2和二位三通阀3打开，在负值负载的作用下，液压缸1下腔压力油驱动所述液压泵/马达4工作于马达状态，电机5处于发电机状态，将回馈的势能转化为电能储存到电源12中，而另一液压泵/马达6则于泵状态，油液依次回流至液压泵/马达4、液压泵/马达6，再由液压泵/马达6将油液泵送到蓄能器8。
本发明独立的三液压单元a布置在各个液压缸1附近，极大程度缩短管路，控制器输入给变频器7的控制信号为控制电压，变频器7控制液压单元a中的电机5的转速和方向，来实现对活塞杆的控制。本发明更容易实现混合动力驱动或者纯电驱动，与常规动力系统相比，本发明更效率更高，大幅度缩短了液压管路，减少压力损失且减少泄漏点提高系统鲁棒性，按需要提供动力(无待机等)，为重力势能的回收提供了条件。

Claims (2)

1.一种分布式液压驱动的挖掘机动力系统，其特征在于：包括一控制器和一液压系统，所述液压系统包括一电源和一液压单元；所述液压单元包括一变频器、一电机、两液压泵/马达、两个二位三通阀、一液压缸和一蓄能器；所述控制器控制连接变频器；所述变频器的一端与电源连接，另一端与电机连接；所述电机的输出端分别驱动连接两所述液压泵/马达，每所述液压泵/马达均与一个二位三通阀、所述蓄能器连接，且两液压泵/马达彼此连接；所述两个二位三通阀分别连接于液压缸的下腔和上腔。
2.一种分布式液压驱动的挖掘机，包括一动臂、一斗杆和一铲斗，其特征在于：还包括一控制器和一液压系统，所述液压系统包括一电源和三液压单元；每所述液压单元均包括一变频器、一电机、两液压泵/马达、两个二位三通阀、一液压缸和一蓄能器；所述控制器控制连接变频器；所述变频器的一端与电源连接，另一端与电机连接；所述电机的输出端分别驱动连接两所述液压泵/马达，每所述液压泵/马达均与一个二位三通阀、所述蓄能器连接，且两液压泵/马达彼此连接；所述两个二位三通阀分别连接于液压缸的下腔和上腔；所述三液压缸的活塞杆分别驱动连接所述动臂、斗杆和铲斗。
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