CN108517904B - 一种液电混合驱动的液压挖掘机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液电混合驱动的液压挖掘机，包括回转马达，左行走马达，右行走马达，动臂，斗杆，铲斗，二次调节回路，动臂电液机械缸，斗杆电液机械缸及铲斗电液机械缸，该液电混合驱动的液压挖掘机用动臂电液机械缸，斗杆电液机械缸和铲斗电液机械缸替代传统的液压缸，实现液压和电力的混合驱动。本发明公开的液电混合驱动的液压挖掘机具有结构简单，节能高效，易于实现等优点。
Description
技术领域
本发明属于液压控制技术领域，具体涉及一种液电混合驱动的液压挖掘机。
背景技术
液压挖掘机在工程中是一种用量大、能耗高的工程机械，在工作过程中，各执行机构负载惯性大，各机械臂上下摆动频繁，尤其是动臂、斗杆这两个执行机构。传统的液压挖掘机并没有对这一部分势能加以利用，而是使这部分势能在节流口以热能的形式损耗，不仅造成了能量的浪费，还使得液压系统温升破坏系统稳定性。因此，如何高效地回收利用这部分能量，寻求高效、节能的液压系统，对提高液压挖掘机整机节能具有重要意义。
申请号为CN 201110453095.9的发明专利，公开了一种全电动伺服挖掘机。该专利使用伺服电机驱动丝杠的机械结构来代替传统液压挖掘机的动臂液压缸、斗杆液压缸、铲斗液压缸，使用伺服电机来代替回转液压马达、行走液压马达。该方案采用电机直接驱动丝杠机构，虽然能量转换环节减少，但是与液压缸相比，电动缸功率密度较低，承载能力也较弱，主要用于轻型机构的运动控制，难以用于直接驱动大惯性、大载荷、频繁加减速的重型机械臂。
发明内容
为解决上述问题，针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种结构简单，节能高效，易于实现的液电混合驱动的液压挖掘机。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种液电混合驱动的液压挖掘机，包括：回转马达(5)，左行走马达(6)，右行走马达(7)，动臂(34)，斗杆(35)，铲斗(36)，还包括：二次调节回路(1)，动臂电液机械缸(2)，斗杆电液机械缸(3)及铲斗电液机械缸(4)；
所述二次调节回路包括：动力源(8)，主液压泵(9)，第Ⅰ过滤器(10)，油箱(11)，第Ⅰ溢流阀(12)，第Ⅰ单向阀(13)，第Ⅱ溢流阀(14)，蓄能器(15)，压力传感器(16)，第Ⅱ单向阀(17)，第Ⅱ过滤器(18)和第Ⅲ单向阀(19)，高压管路(20)和低压管路(21)；动力源与主液压泵机械联接，主液压泵的吸油口通过第Ⅰ过滤器与油箱连通，主液压泵的出油口P同时与第Ⅰ单向阀的进油口和第Ⅰ溢流阀的进油口连通，第Ⅰ溢流阀的出油口与油箱连通，第Ⅰ单向阀的出油口同时与第Ⅱ溢流阀的进油口、蓄能器的进油口、压力传感器的压力端和高压管路连通，第Ⅱ溢流阀的出油口与油箱连通；第Ⅱ单向阀的进油口和第Ⅲ单向阀的出油口与低压管路连通，第Ⅲ单向阀的进油口与油箱连通，第Ⅱ单向阀通过第Ⅱ过滤器与油箱连通；
所述动臂电液机械缸包括两组电液机械缸(40)，其中，电液机械缸包括第Ⅰ变量泵/马达(22)，第Ⅰ电动/发电机(23)，第Ⅰ传动箱(24)和第Ⅰ机械缸(25)；第Ⅰ变量泵/马达与第Ⅰ电动/发电机机械联接，第Ⅰ电动/发电机的输出轴与第Ⅰ传动箱的输入端同轴机械联接，第Ⅰ传动箱的输出端与第Ⅰ机械缸的输入轴同轴机械联接，第Ⅰ变量泵/马达的第Ⅰ工作油口与高压管路连通，第Ⅱ工作油口与低压管路连通；
所述斗杆电液机械缸包括第Ⅱ变量泵/马达(26)，第Ⅱ电动/发电机(27)，第Ⅱ传动箱(28)和第Ⅱ机械缸(29)；第Ⅱ变量泵/马达与第Ⅱ电动/发电机机械联接，第Ⅱ电动/发电机的输出轴与第Ⅱ传动箱的输入端同轴机械联接，第Ⅱ传动箱的输出端与第Ⅱ机械缸的输入轴同轴机械联接，第Ⅱ变量泵/马达的第Ⅰ工作油口与高压管路连通，第Ⅱ工作油口与低压管路连通；
所述铲斗电液机械缸包括第Ⅲ变量泵/马达(30)，第Ⅲ电动/发电机(31)，第Ⅲ传动箱(32)和第Ⅲ机械缸(33)；第Ⅲ变量泵/马达与第Ⅲ电动/发电机机械联接，第Ⅲ电动/发电机的输出轴与第Ⅲ传动箱的输入端同轴机械联接，第Ⅲ传动箱的输出端与第Ⅲ机械缸的输入轴同轴机械联接，第Ⅲ变量泵/马达的第Ⅰ工作油口与高压管路连通，第Ⅱ工作油口与低压管路连通；
所述回转马达的第Ⅰ工作油口与高压管路连通，第Ⅱ工作油口与低压管路连通；所述左行走马达的第Ⅰ工作油口与高压管路连通，第Ⅱ工作油口与低压管路连通；所述右行走马达的第Ⅰ工作油口与高压管路连通，第Ⅱ工作油口与低压管路连通。
所述的动臂电液机械缸，斗杆电液机械缸，铲斗电液机械缸，是液压泵/马达与电动/发电机共同驱动丝杠、螺母组成的机械缸或直接由液压泵/马达驱动丝杠、螺母组成的机械缸。
所述二次调节回路中的动力源是发动机或电动机。
所述的主液压泵是定量泵、机械式恒压变量泵、恒功率变量泵、比例恒压泵或电比例变排量泵中的一种。
所述的第Ⅰ传动箱、第Ⅱ传动箱、第Ⅲ传动箱是齿轮传动箱或带传动箱。
所述的第Ⅰ机械缸、第Ⅱ机械缸、第Ⅲ机械缸中采用行星滚柱丝杠或滚柱丝杠或梯形丝杠中的任意一种形式传动。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明提供一种基于二次调节回路的液压挖掘机，具有结构简单、操作方便、节能高效等优点，能够始终使动力源工作在高效区，达到节能减排的目标；
2、本发明采用新型液压元件电液机械缸作为二次调节元件，解决了恒压网络系统中驱动直线负载难的问题，具有结构简单、成本低、易于实现等优点；
3、本发明采用电液机械缸来驱动直线负载，将液压技术功率密度大的优点和电气技术控制精度高的优点结合起来，弥补了电动机功率不足的问题，同时又具有高的定位精度；
4、本发明可以实现电气和液压两种方式进行能量回收。通过电液机械缸中的电动机/发电机将超越负载产生的势能转化为电能进行存储；通过电液机械缸中的变量泵/马达将超越负载产生的势能转化为液压能存储在液压蓄能器中；
5、本发明将因为超越负载而产生的势能直接转换为电能和液压能存储起来，避免了能量多次转换产生的损失，能量存储和利用率高。
附图说明
图1为本发明液电混合驱动的液压挖掘机的系统原理图；
图2为本发明液电混合驱动的液压挖掘机的工作装置图；
图3为本发明实施例的系统原理图。
图中：1-二次调节回路，2-动臂电液机械缸，3-斗杆电液机械缸，4-铲斗电液机械缸，5-回转马达，6-左行走马达，7-右行走马达，8-动力源，9-主液压泵，10-第Ⅰ过滤器，11-油箱，12-第Ⅰ溢流阀，13-第Ⅰ单向阀，14-第Ⅱ溢流阀，15-蓄能器，16-压力传感器，17-第Ⅱ单向阀，18-第Ⅱ过滤器，19-第Ⅲ单向阀，20-高压管路，21-低压管路，22-第Ⅰ变量泵/马达，23-第Ⅰ电动/发电机，24-第Ⅰ传动箱，25-第Ⅰ机械缸，26-第Ⅱ变量泵/马达，27-第Ⅱ电动/发电机，28-第Ⅱ传动箱，29-第Ⅱ机械缸，30-第Ⅲ变量泵/马达，31-第Ⅲ电动/发电机，32-第Ⅲ传动箱，33-第Ⅲ机械缸,34-动臂，35-斗杆，36-铲斗,37-动臂液压机械缸，38-斗杆液压机械缸，39-铲斗液压机械缸，40-电液机械缸，41-液压机械缸。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明：
如图1-2所示，一种液电混合驱动的液压挖掘机，包括：回转马达5，左行走马达6，右行走马达7，动臂34，斗杆35，铲斗36，还包括：二次调节回路1，动臂电液机械缸2，斗杆电液机械缸3及铲斗电液机械缸4。
所述二次调节回路包括：动力源8，主液压泵9，第Ⅰ过滤器10，油箱11，第Ⅰ溢流阀12，第Ⅰ单向阀13，第Ⅱ溢流阀14，蓄能器15，压力传感器16，第Ⅱ单向阀17，第Ⅱ过滤器18和第Ⅲ单向阀19，高压管路20和低压管路21；动力源与主液压泵机械联接，主液压泵的吸油口通过第Ⅰ过滤器与油箱连通，主液压泵的出油口P同时与第Ⅰ单向阀的进油口和第Ⅰ溢流阀的进油口连通，第Ⅰ溢流阀的出油口与油箱连通，第Ⅰ单向阀的出油口同时与第Ⅱ溢流阀的进油口、蓄能器的进油口、压力传感器的压力端和高压管路连通，第Ⅱ溢流阀的出油口与油箱连通；第Ⅱ单向阀的进油口和第Ⅲ单向阀的出油口与低压管路连通，第Ⅲ单向阀的进油口与油箱连通，第Ⅱ单向阀通过第Ⅱ过滤器与油箱连通。
所述动臂电液机械缸包括两组电液机械缸40，其中，电液机械缸包括第Ⅰ变量泵/马达22，第Ⅰ电动/发电机23，第Ⅰ传动箱24和第Ⅰ机械缸25；第Ⅰ变量泵/马达与第Ⅰ电动/发电机机械联接，第Ⅰ电动/发电机的输出轴与第Ⅰ传动箱的输入端同轴机械联接，第Ⅰ传动箱的输出端与第Ⅰ机械缸的输入轴同轴机械联接，第Ⅰ变量泵/马达的第Ⅰ工作油口与高压管路连通，第Ⅱ工作油口与低压管路连通。
所述斗杆电液机械缸包括第Ⅱ变量泵/马达26，第Ⅱ电动/发电机27，第Ⅱ传动箱28和第Ⅱ机械缸29；第Ⅱ变量泵/马达与第Ⅱ电动/发电机机械联接，第Ⅱ电动/发电机的输出轴与第Ⅱ传动箱的输入端同轴机械联接，第Ⅱ传动箱的输出端与第Ⅱ机械缸的输入轴同轴机械联接，第Ⅱ变量泵/马达的第Ⅰ工作油口与高压管路连通，第Ⅱ工作油口与低压管路连通。
所述铲斗电液机械缸包括第Ⅲ变量泵/马达30，第Ⅲ电动/发电机31，第Ⅲ传动箱32和第Ⅲ机械缸33；第Ⅲ变量泵/马达与第Ⅲ电动/发电机机械联接，第Ⅲ电动/发电机的输出轴与第Ⅲ传动箱的输入端同轴机械联接，第Ⅲ传动箱的输出端与第Ⅲ机械缸的输入轴同轴机械联接，第Ⅲ变量泵/马达的第Ⅰ工作油口与高压管路连通，第Ⅱ工作油口与低压管路连通。
所述回转马达的第Ⅰ工作油口与高压管路连通，第Ⅱ工作油口与低压管路连通；所述左行走马达的第Ⅰ工作油口与高压管路连通，第Ⅱ工作油口与低压管路连通；所述右行走马达的第Ⅰ工作油口与高压管路连通，第Ⅱ工作油口与低压管路连通。
所述的动臂电液机械缸，斗杆电液机械缸，铲斗电液机械缸，是液压泵/马达与电动/发电机共同驱动丝杠、螺母组成的机械缸或直接由液压泵/马达驱动丝杠、螺母组成的机械缸。
所述二次调节回路中的动力源是发动机或电动机。
所述的主液压泵是定量泵、机械式恒压变量泵、恒功率变量泵、比例恒压泵或电比例变排量泵中的一种。
所述的第Ⅰ传动箱、第Ⅱ传动箱、第Ⅲ传动箱是齿轮传动箱或带传动箱。
所述的第Ⅰ机械缸、第Ⅱ机械缸、第Ⅲ机械缸中采用行星滚柱丝杠或滚柱丝杠或梯形丝杠中的任意一种形式传动。
工作过程：主液压泵在动力源的驱动下提供设定的压力值，并与蓄能器构成系统的恒压油源，保证高压管路维持在一定的压力水平，从而使各个执行器可以从同一个压力点获取能量。其中，第回转马达、左行走马达，右行马达驱动负载做旋转运动，动臂电液机械缸的第Ⅰ变量泵/马达和第Ⅰ电动/发电机、斗杆电液机械缸的第Ⅱ变量泵/马达和第二电动/发电机、铲斗电液机械缸的第Ⅲ变量泵/马达和第Ⅲ电动/发电机将旋转运动转化为直线运动，驱动负载作往复直线运动。各执行器均可通过调节变量泵/马达的斜盘摆角来与工作过程中共不断变化的负载相匹配。变量泵/马达可以在四个象限内进行工作。在阻抗负载工况时，液压泵/马达处于“液压马达”工况，在高压管路的驱动下，作旋转运动；超越负载工况时，液压泵/马达处于“液压泵”工况，将负载的动、势能转换为液压能，储存在液压蓄能器中，实现能量回收，同时电液机械缸中的电动/发电机处于发电状态，将负载的动、势能转换为电能。此外，第Ⅰ蓄能器还具有修正压力峰值、稳定系统压力的优点。
实施例1
如图3所示，一种液电混合驱动的液压挖掘机，包括：回转马达5，左行走马达6，右行走马达7，动臂34，斗杆35，铲斗36，还包括：二次调节回路1，动臂液压机械缸37，斗杆液压机械缸38及铲斗液压机械缸39。
所述二次调节回路包括：动力源8，主液压泵9，第Ⅰ过滤器10，油箱11，第Ⅰ溢流阀12，第Ⅰ单向阀13，第Ⅱ溢流阀14，蓄能器15，压力传感器16，第Ⅱ单向阀17，第Ⅱ过滤器18和第Ⅲ单向阀19，高压管路20和低压管路21；动力源与主液压泵机械联接，主液压泵的吸油口通过第Ⅰ过滤器与油箱连通，主液压泵的出油口P同时与第Ⅰ单向阀的进油口和第Ⅰ溢流阀的进油口连通，第Ⅰ溢流阀的出油口与油箱连通，第Ⅰ单向阀的出油口同时与第Ⅱ溢流阀的进油口、蓄能器的进油口、压力传感器的压力端和高压管路连通，第Ⅱ溢流阀的出油口与油箱连通；第Ⅱ单向阀的进油口和第Ⅲ单向阀的出油口与低压管路连通，第Ⅲ单向阀的进油口与油箱连通，第Ⅱ单向阀通过第Ⅱ过滤器与油箱连通。
所述动臂电液机械缸包括两组液压机械缸41，其中，液压机械缸包括第Ⅰ变量泵/马达22，第Ⅰ传动箱24和第Ⅰ机械缸25；第Ⅰ变量泵/马达的输出轴与第Ⅰ传动箱的输入端同轴机械联接，第Ⅰ传动箱的输出端与第Ⅰ机械缸的输入轴同轴机械联接，第Ⅰ变量泵/马达的第Ⅰ工作油口与高压管路连通，第Ⅱ工作油口与低压管路连通。
所述斗杆液压机械缸包括第Ⅱ变量泵/马达26，第Ⅱ传动箱28和第Ⅱ机械缸29；第Ⅱ变量泵/马达的输出轴与第Ⅱ传动箱的输入端同轴机械联接，第Ⅱ传动箱的输出端与第Ⅱ机械缸的输入轴同轴机械联接，第Ⅱ变量泵/马达的第Ⅰ工作油口与高压管路连通，第Ⅱ工作油口与低压管路连通。
所述铲斗液压机械缸包括第Ⅲ变量泵/马达30，第Ⅲ传动箱32和第Ⅲ机械缸33；第Ⅲ变量泵/马达的输出轴与第Ⅲ传动箱的输入端同轴机械联接，第Ⅲ传动箱的输出端与第Ⅲ机械缸的输入轴同轴机械联接，第Ⅲ变量泵/马达的第Ⅰ工作油口与高压管路连通，第Ⅱ工作油口与低压管路连通。
所述回转马达的第Ⅰ工作油口与高压管路连通，第Ⅱ工作油口与低压管路连通；所述左行走马达的第Ⅰ工作油口与高压管路连通，第Ⅱ工作油口与低压管路连通；所述右行走马达的第Ⅰ工作油口与高压管路连通，第Ⅱ工作油口与低压管路连通。
Claims (6)
1.一种液电混合驱动的液压挖掘机，包括：回转马达(5)，左行走马达(6)，右行走马达(7)，动臂(34)，斗杆(35)，铲斗(36)，其特征在于：还包括二次调节回路(1)，动臂电液机械缸(2)，斗杆电液机械缸(3)及铲斗电液机械缸(4)；
所述二次调节回路包括：动力源(8)，主液压泵(9)，第Ⅰ过滤器(10)，油箱(11)，第Ⅰ溢流阀(12)，第Ⅰ单向阀(13)，第Ⅱ溢流阀(14)，蓄能器(15)，压力传感器(16)，第Ⅱ单向阀(17)，第Ⅱ过滤器(18)和第Ⅲ单向阀(19)，高压管路(20)和低压管路(21)；动力源与主液压泵机械联接，主液压泵的吸油口通过第Ⅰ过滤器与油箱连通，主液压泵的出油口P同时与第Ⅰ单向阀的进油口和第Ⅰ溢流阀的进油口连通，第Ⅰ溢流阀的出油口与油箱连通，第Ⅰ单向阀的出油口同时与第Ⅱ溢流阀的进油口、蓄能器的进油口、压力传感器的压力端和高压管路连通，第Ⅱ溢流阀的出油口与油箱连通；第Ⅱ单向阀的进油口和第Ⅲ单向阀的出油口与低压管路连通，第Ⅲ单向阀的进油口与油箱连通，第Ⅱ单向阀通过第Ⅱ过滤器与油箱连通；
所述动臂电液机械缸包括两组电液机械缸(40)，其中，电液机械缸包括第Ⅰ变量泵/马达(22)，第Ⅰ电动/发电机(23)，第Ⅰ传动箱(24)和第Ⅰ机械缸(25)；第Ⅰ变量泵/马达与第Ⅰ电动/发电机机械联接，第Ⅰ电动/发电机的输出轴与第Ⅰ传动箱的输入端同轴机械联接，第Ⅰ传动箱的输出端与第Ⅰ机械缸的输入轴同轴机械联接，第Ⅰ变量泵/马达的第Ⅰ工作油口与高压管路连通，第Ⅱ工作油口与低压管路连通；
所述斗杆电液机械缸包括第Ⅱ变量泵/马达(26)，第Ⅱ电动/发电机(27)，第Ⅱ传动箱(28)和第Ⅱ机械缸(29)；第Ⅱ变量泵/马达与第Ⅱ电动/发电机机械联接，第Ⅱ电动/发电机的输出轴与第Ⅱ传动箱的输入端同轴机械联接，第Ⅱ传动箱的输出端与第Ⅱ机械缸的输入轴同轴机械联接，第Ⅱ变量泵/马达的第Ⅰ工作油口与高压管路连通，第Ⅱ工作油口与低压管路连通；
所述铲斗电液机械缸包括第Ⅲ变量泵/马达(30)，第Ⅲ电动/发电机(31)，第Ⅲ传动箱(32)和第Ⅲ机械缸(33)；第Ⅲ变量泵/马达与第Ⅲ电动/发电机机械联接，第Ⅲ电动/发电机的输出轴与第Ⅲ传动箱的输入端同轴机械联接，第Ⅲ传动箱的输出端与第Ⅲ机械缸的输入轴同轴机械联接，第Ⅲ变量泵/马达的第Ⅰ工作油口与高压管路连通，第Ⅱ工作油口与低压管路连通；
所述回转马达的第Ⅰ工作油口与高压管路连通，第Ⅱ工作油口与低压管路连通；所述左行走马达的第Ⅰ工作油口与高压管路连通，第Ⅱ工作油口与低压管路连通；所述右行走马达的第Ⅰ工作油口与高压管路连通，第Ⅱ工作油口与低压管路连通。
2.根据权利要求1所述的一种液电混合驱动的液压挖掘机，其特征在于：所述二次调节回路中的动力源是发动机或电动机。
3.根据权利要求1所述的一种液电混合驱动的液压挖掘机，其特征在于：所述的主液压泵是定量泵、机械式恒压变量泵、恒功率变量泵、比例恒压泵或电比例变排量泵中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种液电混合驱动的液压挖掘机，其特征在于：所述的第Ⅰ传动箱、第Ⅱ传动箱、第Ⅲ传动箱是齿轮传动箱或带传动箱。
5.根据权利要求1所述的一种液电混合驱动的液压挖掘机，其特征在于：所述的第Ⅰ机械缸、第Ⅱ机械缸、第Ⅲ机械缸中采用滚柱丝杠或梯形丝杠中的任意一种形式传动。
6.根据权利要求1所述的一种液电混合驱动的液压挖掘机，其特征在于：所述的动臂电液机械缸，斗杆电液机械缸，铲斗电液机械缸，是液压泵/马达与电动/发电机共同驱动丝杠、螺母组成的机械缸或直接由液压泵/马达驱动丝杠、螺母组成的机械缸。
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