CN109267599A - 分布式双泵并联直驱的挖掘机动力系统 - Google Patents

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刘喜涛
黄豪杰
张兰
练国富
唐文
唐一文
晏岱
陈丙三
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    • E02F9/2278Hydraulic circuits
    • E02F9/2292Systems with two or more pumps

Abstract

本发明公开了分布式双泵并联直驱的挖掘机动力系统,其包括控制器、电源和至少一液压模块,液压模块包括液压缸、二位二通阀A,二位二通阀B、第一双向定量泵、第二双向定量泵、伺服电机、伺服驱动器和蓄能器,所述伺服驱动器电连接伺服电机,电源为伺服驱动器供电,伺服电机同轴或串连接第一双向定量泵和第二双向定量泵,第一双向定量泵的一端与第二双向定量泵的一端并联后接二位二通阀A的一端,第一双向定量泵的另一端连接低压蓄能器,第二双向定量泵的另一端与二位二通阀B的一端连接,二位二通阀A和二位二通阀B的另一端分别与液压缸的无杆腔和有杆腔连接。本发明减少了传感器需求,元件相对减少,减小泵排量之和,提高系统的鲁棒性。

Description

分布式双泵并联直驱的挖掘机动力系统
技术领域
本发明涉及液压技术领域,尤其涉及分布式双泵并联直驱的挖掘机动力系统。
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。减少排放的混合动力驱动技术和绿色的电驱动技术是当前的研究热点。
目前的挖掘机仍然采用发动机-定量泵-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为30%,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。
另外,发明专利“分布式液压驱动的挖掘机及其动力系统”(申请号:
201810213965.7)公开了采用伺服电机驱动双定量泵的串联直驱结构,但是该系统还是存在双泵排量之和相对较大的缺陷。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足,提供一种排量小,结构更紧凑,质量更小的分布式双泵并联直驱的挖掘机动力系统。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
分布式双泵并联直驱的挖掘机动力系统,包括控制器、电源和至少一液压模块,液压模块包括液压缸、二位二通阀A,二位二通阀B、第一双向定量泵、第二双向定量泵、伺服电机、伺服驱动器和蓄能器,所述伺服驱动器电连接伺服电机,电源为伺服驱动器供电,所述伺服电机同轴或串连接第一双向定量泵和第二双向定量泵,第一双向定量泵的一端与第二双向定量泵的一端并联后接二位二通阀A的一端,第一双向定量泵的另一端连接低压蓄能器,第二双向定量泵的另一端与二位二通阀B的一端连接,二位二通阀A和二位二通阀B的另一端分别与液压缸的无杆腔和有杆腔连接。
所述液压模块存在以下4种工况:
工况1,在负值负载的情况下,液压缸的活塞杆伸出,有杆腔内部的压力大于无杆腔内部的压力,有杆腔与无杆腔内部压力差驱动第二双向定量泵运行在马达工况,带动伺服电机运行在发电机工况,进行能量回收;同时第二双向定量泵输出的油液和第一双向定量泵输出的油液合流送至无杆腔,实现流量平衡;
工况2,为正值负载的情况下,液压缸的活塞杆伸出,无杆腔内部的压力大于小杆腔内部的压力,伺服电机驱动第一双向定量泵和第二双向定量泵运行在泵工况,将有杆腔回流的油液和蓄能器输出的油液送到无杆腔,实现流量平衡;
工况3,在负值负载的情况下,液压缸的活塞杆收回,有杆腔内部的压力大于无杆腔内部的压力,伺服电机驱动第二双向定量泵运行在泵工况,将无杆腔中的部分油液送到有杆腔,无杆腔中的另一部分油液经第一双向定量泵送到蓄能器,实现流量平衡;
工况4,在正值负载的情况下,液压缸的活塞杆收回,无杆腔内部的压力大于有杆腔内部的压力,无杆腔与有杆腔内部压力差驱动第二双向定量泵运行在马达工况,带动伺服电机运行在发电机工况,进行能量回收;同时无杆腔中的部分油液经第二双向定量泵送到有杆腔,无杆腔中的另一部分油液经第一双向定量泵送到蓄能器,实现流量平衡。
其还包括第一单向阀和第二单向阀,第一单向阀的正向端和第二单向阀的正向端连接后与蓄能器连接,第一单向阀的反向端与第一双向定量泵的一端连接,第二单向阀的反向端与第二双向定量泵的另一端连接。
所述液压模块为三个,分别为动臂液压模块、斗杆液压模块和铲斗液压模块。
本发明采用以上技术方案,具有以下有益效果:通过伺服驱动器来控制伺服电机转速,实现同轴连接双向定量泵的转速控制,即实现流量控制。该过程避免了传统液压流量控制阀,同时伺服电机自身有转速反馈,减少了传感器需求,元件相对减少,减小泵排量之和,提高系统的鲁棒性。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明:
图1为本发明结构示意图;
图2为本发明液压模块工况1的示意图;
图3为本发明液压模块工况2的示意图;
图4为本发明液压模块工况3的示意图;
图5为本发明液压模块工况4的示意图;
图6为本发明液压模块的另实施方式。
具体实施方式
参阅图1-5之一所示,本发明包括控制器、电源9和至少一液压模块,液压模块包括液压缸1、二位二通阀A2,二位二通阀B3、第一双向定量泵6、第二双向定量泵4、伺服电机5、伺服驱动器7和蓄能器8,所述伺服驱动器7电连接伺服电机5,电源9为伺服驱动器7供电,所述伺服电机5同轴或串连接第一双向定量泵6和第二双向定量泵4,第一双向定量泵6的一端与第二双向定量泵4的一端并联后接二位二通阀A2的一端,第一双向定量泵6的另一端连接低压蓄能器8,第二双向定量泵4的另一端与二位二通阀B3的一端连接,二位二通阀A2和二位二通阀B3的另一端分别与液压缸1的无杆腔和有杆腔连接。
其还包括第一单向阀10和第二单向阀11,第一单向阀10的正向端和第二单向阀11的正向端连接后与蓄能器8连接,第一单向阀10的反向端与第一双向定量泵6的一端连接,第二单向阀11的反向端与第二双向定量泵4的另一端连接。通过第一单向阀10和第二单向阀11可以防止液压模块中出现气穴等其它不良影响。
本发明中液压模块为三个,分别为动臂液压模块、斗杆液压模块和铲斗液压模块,实现三者分别独立驱动,方便控制。三个独立的液压模块布置在各个液压执行元件附近,极大程度缩短管路。控制器接收通过手柄输入的控制各个液压执行元件速度的信号,并计算出各个液压执行元件的控制信号,再传输到伺服驱动器7,各伺服驱动器7输出相应频率的电压来控制各个伺服电机5的转速大小和转速方向,从而来控制与其连接的双向定量泵的输出流量的大小和方向,最终完成对各个液压执行元件的速度控制。
另外,参阅图6所示,也可以将第一双向定量泵和第二双向定量泵分别连接于伺服电机的两端。
本发明的工作原理,存在以下四种工况:请参阅图2至图5所示,图中F为负载施加在活塞杆的外力,v为所述活塞杆的运行速度;
工况1,参阅图2所示:在负值负载的情况下,液压缸1的活塞杆伸出,有杆腔内部的压力大于无杆腔内部的压力,有杆腔与无杆腔内部压力差驱动第二双向定量泵4运行在马达工况,带动伺服电机5运行在发电机工况,进行能量回收;同时第二双向定量泵4输出的油液和第一双向定量泵6输出的油液合流送至无杆腔,实现流量平衡。
工况2,参阅图3所示:为正值负载的情况下,液压缸1的活塞杆伸出,无杆腔内部的压力大于小杆腔内部的压力,伺服电机5驱动第一双向定量泵6和第二双向定量泵4运行在泵工况,将有杆腔回流的油液和蓄能器8输出的油液送到无杆腔,实现流量平衡。
工况3,参阅图4所示:在负值负载的情况下,液压缸1的活塞杆收回,有杆腔内部的压力大于无杆腔内部的压力,伺服电机5驱动第二双向定量泵4运行在泵工况,将无杆腔中的部分油液送到有杆腔,无杆腔中的另一部分油液经第一双向定量泵6送到蓄能器8,实现流量平衡。
工况4,参阅图5所示:在正值负载的情况下,液压缸1的活塞杆收回,无杆腔内部的压力大于有杆腔内部的压力,无杆腔与有杆腔内部压力差驱动第二双向定量泵4运行在马达工况,带动伺服电机5运行在发电机工况,进行能量回收;同时无杆腔中的部分油液经第二双向定量泵4送到有杆腔,无杆腔中的另一部分油液经第一双向定量泵6送到蓄能器8,实现流量平衡。
本发明与在先申请专利“分布式液压驱动的挖掘机及其动力系统”(申请号:201810213965.7)的主要区别:两个系统均为单伺服电机-双定量泵的结构,但油路不同(分别是并联双泵和串联双泵),使得本发明专利的双泵排量之和更小,结构更紧凑,质量更小,成本更低,具体如下表:
双泵直驱中,第一双向定量泵6和第二双向定量泵4的排量与液压缸1两侧的面积要相比匹配,以实现流量平衡。假设液压缸1无杆腔面积为A,有杆腔面积为0.5A,则本发明中在先申请专利中双泵的排量之为1.5V,而本发明中双泵排量之和为V,减小了33.33%(0.5V)。
以上对本专利的较佳实施方式作了详细说明,但是本专利并不限于上述实施方式,在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (3)

1.分布式双泵并联直驱的挖掘机动力系统,包括控制器、电源和至少一液压模块,液压模块包括液压缸、二位二通阀A,二位二通阀B、第一双向定量泵、第二双向定量泵、伺服电机、伺服驱动器和蓄能器,所述伺服驱动器电连接伺服电机,电源为伺服驱动器供电,其特征在于:所述伺服电机同轴或串连接第一双向定量泵和第二双向定量泵,第一双向定量泵的一端与第二双向定量泵的一端并联后接二位二通阀A的一端,第一双向定量泵的另一端连接低压蓄能器,第二双向定量泵的另一端与二位二通阀B的一端连接,二位二通阀A和二位二通阀B的另一端分别与液压缸的无杆腔和有杆腔连接;
所述液压模块存在以下4种工况:
工况1,在负值负载的情况下,液压缸的活塞杆伸出,有杆腔内部的压力大于无杆腔内部的压力,有杆腔与无杆腔内部压力差驱动第二双向定量泵运行在马达工况,带动伺服电机运行在发电机工况,进行能量回收;同时第二双向定量泵输出的油液和第一双向定量泵输出的油液合流送至无杆腔;
工况2,为正值负载的情况下,液压缸的活塞杆伸出,无杆腔内部的压力大于小杆腔内部的压力,伺服电机驱动第一双向定量泵和第二双向定量泵运行在泵工况,将有杆腔回流的油液和蓄能器输出的油液送到无杆腔;
工况3,在负值负载的情况下,液压缸的活塞杆收回,有杆腔内部的压力大于无杆腔内部的压力,伺服电机驱动第二双向定量泵运行在泵工况,将无杆腔中的部分油液送到有杆腔,无杆腔中的另一部分油液经第一双向定量泵送到蓄能器;
工况4,在正值负载的情况下,液压缸的活塞杆收回,无杆腔内部的压力大于有杆腔内部的压力,无杆腔与有杆腔内部压力差驱动第二双向定量泵运行在马达工况,带动伺服电机运行在发电机工况,进行能量回收;同时无杆腔中的部分油液经第二双向定量泵送到有杆腔,无杆腔中的另一部分油液经第一双向定量泵送到蓄能器。
2.根据权利要求1所述的分布式双泵并联直驱的挖掘机动力系统,其特征在于:其还包括第一单向阀和第二单向阀,第一单向阀的正向端和第二单向阀的正向端连接后与蓄能器连接,第一单向阀的反向端与第一双向定量泵的一端连接,第二单向阀的反向端与第二双向定量泵的另一端连接。
3.根据权利要求1所述的分布式双泵并联直驱的挖掘机动力系统,其特征在于:所述液压模块为三个,分别为动臂液压模块、斗杆液压模块和铲斗液压模块。
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