CN112709283B - 一种纯电动装载机液压控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纯电动装载机液压控制系统及控制方法，该系统包括液压电机、第一齿轮泵、第二齿轮泵、多路阀、先导油源阀、先导阀、优先阀、转向器和制动阀，还包括控制器、角速度传感器、压力传感器、第一压力开关、第二压力开关，所述控制器根据所接收的信号控制第一齿轮泵和第二齿轮泵的转速。本发明通过装载在电动液压电机上的控制单元，能够根据装载机的转向过程、工作过程以及在蓄能器蓄能不足的情况下，操控电机的运转速度，既避免了定量泵在工作、转向、行驶过程中存在的能量损失，实现节能的目的，又保证了电机的平稳运行。

Description

一种纯电动装载机液压控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于工程机械领域，具体涉及一种纯电动装载机液压控制系统及控制方法。

背景技术

现有技术中，纯电动装载机与传统内燃机采用相同定量液压系统，仅将动力源由发动机改为电机，控制方法不变，但传统内燃机定量液压系统流量受发动机转速控制，作业时工作装置动作速度受行走速度限制无法发挥至最大，作业区域越小，则受限越大。

传统内燃机行走时发动机转速较高，将其应用与纯电动装载机，运行时液压系统会产生较大流量，转向时浪费大量能源，且停车待机时也需维持一定转速，使液压系统始终存在一定流量，浪费能源。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种纯电动装载机液压控制系统及控制方法。

实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种纯电动装载机液压控制系统，包括液压电机、第一齿轮泵、第二齿轮泵、多路阀、先导油源阀、先导阀、优先阀、转向器和制动阀；液压电机同时驱动第一齿轮泵和第二齿轮泵；所述第一齿轮泵出油口与优先阀相连；优先阀CF口与转向器相连，EF口与多路阀相连；所述先导阀与多路阀先导控制口相连；所述第二齿轮泵出油口与制动阀P口相连；制动阀N口与先导油源阀P口相连；先导油源阀A口与所述先导阀进油口相连；

还包括控制单元，所述控制单元包括控制器；

角速度传感器，与转向器相连，用于检测转向器的转速；

压力传感器，分别设于所述先导阀各个油口，用于检测各油口的输出压力；

所述控制器接受所述角速度传感器或所述压力传感器信号控制所述第一齿轮泵的转速；

还包括

第一压力开关，与所述先导油源阀MA口相连，用于检测与先导油源阀相连的蓄能器的压力；

第二压力开关，与所述制动阀相连，用于检测与所述制动阀相连的蓄能器的压力；所述控制器接受所述第一压力开关或第二压力开关信号控制第二齿轮泵的转速。

作为本发明的进一步改进，所述控制单元还包括第三压力开关，所述第三压力开关与所述优先阀LS口相连，用于检测转向压力，所述控制器在未接受到所述角速度传感器信号的前提下根据所接收的第三压力开关的信号控制所述液压电机的转速。

作为本发明的进一步改进，还包括溢流阀，所述制动阀N口还与溢流阀进油口相连。

本发明还提供了一种基于所述的控制系统控制纯电动装载机液压运行的方法，包括

当转向器发生转动时，所述控制器根据所接收的所述角速度传感器的转速信号控制第一齿轮泵的转速；

当先导手柄控制先导阀换向时，所述控制器根据换向油口的所述压力传感器检测的压力信号控制第一齿轮泵的转速；

以及当与所述先导油源阀或所述制动阀相连的蓄能器的压力低于设定值时，所述控制器分别开启与所述先导油源阀或所述制动阀相连的第一压力开关或第二压力开关，根据接收的压力信号控制所述第二齿轮泵的转速和运行时间。

作为本发明的进一步改进，当转向器发生转动时，所述控制器根据所检测的转向器的转速信号控制所述第一齿轮泵的转速，满足以下关系：

n₁×V₁≤n₂×V₂

式中：n₁为转向器的转速，V₁为转向器排量，mL/r；n₂为第一齿轮泵的转速，V₂为第一齿轮泵排量，mL/r。

作为本发明的进一步改进，当先导手柄控制先导阀换向时，所述控制器根据所检测的压力传感器的压力信号控制所述第一齿轮泵的转速包括：

当所述先导阀换向a油口，控制所述第一齿轮泵转速与负载p满足以下关系：

式中：V为第一齿轮泵排量，单位为mL/r；C_d为流体流量系数；A为a油口先导输出压力p下P-T多路阀开口等效节流面积，单位为m²；p为空载时系统压力，单位为MPa；ρ为液压油密度，kg/m³；

或

当所述先导阀换向b油口，控制所述第一齿轮泵转速与负载p满足以下关系：

式中：V为第一齿轮泵排量，单位为mL/r；C_d为流体流量系数；A₁为b油口先导输出压力p下P-T多路阀开口等效节流面积，单位为m²；k为油缸大小腔容积比；p为空载时系统压力，单位为MPa；ρ为液压油密度，kg/m³。

作为本发明的进一步改进，对所述第二齿轮泵转速的控制包括当与先导油源阀相连的蓄能器压力低于设定阈值，第一压力开关开启，所述控制器根据接收的第一压力开关的信号控制第二齿轮泵的旋转，所述第二齿轮泵的转速和提升时间满足如下关系：

式中：p为先导油源阀输出压力，MPa；v为蓄能器容积，mL；n₃为第二齿轮泵转速，r/min；V₃为第二齿轮泵排量，mL/r；P_开为第一压力开关开启压力，MPa；P_预为蓄能器预充压力，MPa。

作为本发明的进一步改进，对所述第二齿轮泵转速的控制包括当与制动阀相连的蓄能器压力低于设定阈值，第二压力开关开启，所述控制器根据接收的第二压力开关的信号控制第二齿轮泵的旋转，所述第二齿轮泵的转速和提升时间满足如下关系：

式中：P_断1为制动阀充液切断压力，MPa；v为蓄能器容积，mL；n₃为第二齿轮泵转速，r/min；V₃为第二齿轮泵排量，mL/r；P_开1为第二压力开关开启压力，MPa；P_预1为蓄能器预充压力，MPa。

作为本发明的进一步改进，还包括在所述角速度传感器失效时，所述控制器根据接收第三压力开关的信号控制第一齿轮泵的旋转，将其提升至设定转速。

本发明的有益效果：本发明通过电动装载机液压电机上的控制单元，能够根据装载机的行走、工作、转向过程以及在蓄能器蓄能不足的情况下，操控电机的运转速度，同时在方向盘信号失效情况下仍可确保电机正常运行，既避免定量泵在行走、工作、转向过程中存在的能力损失，实现节能的目的，又保证了电机的平稳运行。

附图说明

图1为本发明纯电动装载机液压系统的油路结构示意图；

其中：1-液压电机、2-第一齿轮泵、3-第二齿轮泵、4-多路阀、5-先导油源阀、6-先导阀、7-优先阀、8-转向器、9-制动阀、10-角速度传感器、11-压力传感器、12-第一压力开关、13-控制器、14-第二压力开关、15-溢流阀、16-第三压力开关。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明包括液压电机1、第一齿轮泵2、第二齿轮泵3、多路阀4、先导油源阀5、先导阀6、优先阀7、转向器8、制动阀9、角速度传感器10、压力传感器11、第一压力开关12、控制器13、第二压力开关14、溢流阀15、第三压力开关16。

具体的连接结构为：

液压电机1同时驱动第一齿轮泵2与第二齿轮泵3。第一齿轮泵2出油口与优先阀7相连；优先阀7CF口与转向器8相连，EF口与多路阀相连；先导阀6与多路阀4先导控制口相连。

第二齿轮泵2出油口与制动阀9P口相连；制动阀9N口与先导油源阀5P口和溢流阀进油口相连；先导油源阀5A口与先导阀进油相连。

另外角速度传感器10与转向器8连接，检测转向器8转速；压力传感器11分别于先导阀6各输出口相连，检测先导阀6各输出口压力。

第一压力开关12与先导油源阀5MA口相连，检测先与导油源阀5相连的蓄能器的压力；第二压力开关14与制动阀9DS2口相连，检测与制动阀9相连的蓄能器的压力；第三压力开关16与优先阀7LS口相连，检测转向压力；控制器13接收来自角速度传感器10、压力传感器11、第一压力开关12、第二压力开关14、第三压力开关16信号，同时输出信号至液压电机1。

具体的逻辑控制过程如下：

1)当操作方向盘控制转向器8发生转动时，与转向器8相连的角速度传感器10将转向器8的转速信号传递至控制器13，控制器13输出信号至液压电机1，使得第一齿轮泵2转速与转向器8转速满足以下关系：

n₁×V₁≤n₂×V₂

其中，V₁为转向器8排量，mL/r；V₂为第一齿轮泵2排量，mL/r。

转向器8转动过程中需要流量为n₁×V₁，因此第一齿轮泵2所提供流量n₂×V₂应大于等于转向器8需要流量，否则将出现流量不足，导致转向沉重，若提供流量过大，则在转向过程中多余流量将由EF口回油，造成能量损失；实际转向操作过程中，电信号的传递与液压电机1转速提升过程存在一定的延时，因此应使n₂×V₂略大于n₁×V₁，避免在转向过程中出现硬点。

2.1)当操作先导手柄控制先导阀6换向，a₁、a₂口先导输出压力p₁、p₂，控制多路阀4阀杆换向，对应先导输出压力p₁、p₂有P-T开口等效节流面积A，多路阀4换向过程中P-T开口逐渐减小，P-A₁、P-A₂开启，A₁、A₂口存在负载p，第一齿轮泵2泵口流量经过P-T等效节流面积A产生节流，泵口流量应使节流所产生压力达到A₁、A₂口负载p，因此第一齿轮泵2转速n₂应满足以下关系：

其中，V为第一齿轮泵(2)排量，mL/r；C_d为流体流量系数；A为a₁、a₂口先导输出压力p₁、p₂下P-T多路阀开口等效节流面积，m²；p为空载时系统压力，MPa；ρ为液压油密度，kg/m³。

2.2)当操作先导手柄控制先导阀6换向b₁、b₂口先导输出压力p₃、p₄，控制多路阀4阀杆换向，对应先导输出压力p₃、p₄有A₁-T、A₂-T开口等效节流面积A₁，多路阀4换向过程中A₁-T、A₂-T开口逐渐增加，P-B开启，A₁、A₂口存在负载p，负载p驱动油缸运动，大腔流量经A₁-T、A₂-T产生节流，当流量所产生节流达到负载p，此时小腔需流量进行补充，因此第一齿轮泵2转速n₂应满足以下关系：

其中，V为第一齿轮泵(2)排量，mL/r；C_d为流体流量系数；k为油缸大小腔容积比；A₂为b₁、b₂口先导输出压力p₃、p₄下A₁-T、A₂-T多路阀开口等效节流面积，m²；p为空载时系统压力，MPa；ρ为液压油密度，kg/m³。

3.1)由于先导油源阀蓄能器存在一定泄漏，当电机转速为0时，蓄能器压力将逐渐降低，当先导压力低于一定值，则先导阀6换向输出压力不足以推动多路阀4换向并将压力信号传递至控制器，因此当先导油源阀5所连接的蓄能器的压力低于目标值，第一压力开关12开启，信号传递至控制器13，控制器13输出信号控制液压电机1提升转速并维持一定时间，使得第二齿轮泵输出流量对蓄能器进行充液，满足先导压力需求，因此第二齿轮泵转速n₃(r/min)与转速提升持续时间t(s)应满足以下关系：

其中，p为先导油源阀输出压力，MPa；v为蓄能器容积，mL；n₃为第二齿轮泵转速，r/min；V₃为第二齿轮泵排量，mL/r；P_开为第一压力开关开启压力，MPa；P_预为蓄能器预充压力，MPa。

3.2)当控制器13无信号输入时，连续进行制动，制动阀9所连接的蓄能器压力逐渐降低，当蓄能器压力低于一定值，将导致制动阀9无法输入足够的制动压力，影响整机制动。因此当制动阀9相连蓄能器压力低于目标值时，第二压力开关开启，信号传递至控制器，控制器输出信号控制液压电机提升转速并持续一定时间，使得第二齿轮泵2输出足够流量对蓄能器进行充液，满足制动需求，因此第二齿轮泵2转速n₃(r/min)与转速提升持续时间t(s)应满足以下关系：

其中，P_断1为制动阀充液切断压力，MPa；v为蓄能器容积，mL；n₃为第二齿轮泵转速，r/min；V₃为第二齿轮泵排量，mL/r；P_开1为第二压力开关开启压力，MPa；P_预1为蓄能器预充压力，MPa。

当控制器13无信号输入，角速度传感器10失效时，则液压电机1无流量输出，造成整机转向失效，因此在优先阀7LS增加第三压力开关16，当优先阀7LS口压力高于目标值时，第三压力开关16开启，信号传递至控制器13，此时控制器13检测角速度传感器10是否输入信号，若角速度传感器10输入信号，则忽略第三压力开关16信号，若无角速度传感器10信号，则提升液压电机1转速至设定值，以保证角速度传感器10失效时整机转向性能。

通过以上控制逻辑，当整机行走或待机时，控制器13无信号输入时，则液压电机1可保持0转速，实现节能，并提高整机续航能力。

另外，在本发明中的先导手柄上有按钮SL1，可用于通过按动按钮将电机转速提升至设定值，以满足系统响应性等特殊工况需求。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种控制纯电动装载机液压控制系统运行的方法，液压控制系统包括液压电机、第一齿轮泵、第二齿轮泵、多路阀、先导油源阀、先导阀、优先阀、转向器和制动阀； 液压电机同时驱动第一齿轮泵和第二齿轮泵；所述第一齿轮泵出油口与优先阀相连；优先阀CF口与转向器相连，EF口与多路阀相连；所述先导阀与多路阀先导控制口相连；所述第二齿轮泵出油口与制动阀P口相连；制动阀N口与先导油源阀P口相连；先导油源阀A口与所述先导阀进油口相连；

还包括控制单元，所述控制单元包括控制器；

角速度传感器，与转向器相连，用于检测转向器的转速；

压力传感器，分别设于所述先导阀各个油口，用于检测各油口的输出压力；

所述控制器接受所述角速度传感器或所述压力传感器信号控制所述第一齿轮泵的转速；

还包括

第一压力开关，与所述先导油源阀MA口相连，用于检测与先导油源阀相连的蓄能器的压力；

第二压力开关，与所述制动阀相连，用于检测与所述制动阀相连的蓄能器的压力；所述控制器接受所述第一压力开关或第二压力开关信号控制第二齿轮泵的转速；

其特征在于：包括

当转向器发生转动时，所述控制器根据所接收的所述角速度传感器的转速信号控制第一齿轮泵的转速；

当先导手柄控制先导阀换向时，所述控制器根据换向油口的所述压力传感器检测的压力信号控制第一齿轮泵的转速；

以及当与所述先导油源阀或所述制动阀相连的蓄能器的压力低于设定值时，所述控制器分别开启与所述先导油源阀或所述制动阀相连的第一压力开关或第二压力开关，根据接收的压力信号控制所述第二齿轮泵的转速和运行时间。

2.根据权利要求1所述的一种控制纯电动装载机液压控制系统运行的方法，其特征在于：当转向器发生转动时，所述控制器根据所检测的转向器的转速信号控制所述第一齿轮泵的转速，满足以下关系：

式中：n₁为转向器的转速，V₁为转向器排量，mL/r； n₂为第一齿轮泵的转速，V₂为第一齿轮泵排量,mL/r。

3.根据权利要求1所述的一种控制纯电动装载机液压控制系统运行的方法，其特征在于：当先导手柄控制先导阀换向时，所述控制器根据所检测的压力传感器的压力信号控制所述第一齿轮泵的转速包括:

当所述先导阀换向a油口，控制所述第一齿轮泵转速与负载p满足以下关系：

式中：V为第一齿轮泵排量，单位为mL/r；C_d为流体流量系数； A为a油口先导输出压力p下P-T多路阀开口等效节流面积，单位为m²； p为空载时系统压力，单位为MPa；ρ为液压油密度，kg/m³；

或

当所述先导阀换向b油口，控制所述第一齿轮泵转速与负载p满足以下关系：

式中：V为第一齿轮泵排量，单位为mL/r；C_d为流体流量系数； A₁为b油口先导输出压力p下P-T多路阀开口等效节流面积，单位为m²；k为油缸大小腔容积比；p为空载时系统压力，单位为MPa；ρ为液压油密度，kg/m³。

4.根据权利要求1所述的一种控制纯电动装载机液压控制系统运行的方法，其特征在于：对所述第二齿轮泵转速的控制包括当与先导油源阀相连的蓄能器压力低于设定阈值，第一压力开关开启，所述控制器根据接收的第一压力开关的信号控制第二齿轮泵的旋转，所述第二齿轮泵的转速和提升时间满足如下关系：

式中：p为先导油源阀输出压力，MPa；v为蓄能器容积，mL；n₃为第二齿轮泵转速，r/min；V₃为第二齿轮泵排量，mL/r；P_开为第一压力开关开启压力， MPa；P_预为蓄能器预充压力，MPa。

5.根据权利要求1所述的一种控制纯电动装载机液压控制系统运行的方法，其特征在于：对所述第二齿轮泵转速的控制包括当与制动阀相连的蓄能器压力低于设定阈值，第二压力开关开启，所述控制器根据接收的第二压力开关的信号控制第二齿轮泵的旋转，所述第二齿轮泵的转速和提升时间满足如下关系：

式中：P_断1为制动阀充液切断压力，MPa；v为蓄能器容积，mL；n₃为第二齿轮泵转速，r/min；V₃为第二齿轮泵排量，mL/r；P_开1为第二压力开关开启压力， MPa；P_预1为蓄能器预充压力，MPa。

6.根据权利要求1所述的一种控制纯电动装载机液压控制系统运行的方法，其特征在于：所述控制单元还包括第三压力开关，所述第三压力开关与所述优先阀LS口相连，用于检测转向压力，所述控制器在未接受到所述角速度传感器信号的前提下根据所接收的第三压力开关的信号控制所述液压电机的转速。

7.根据权利要求6所述的一种控制纯电动装载机液压控制系统运行的方法，其特征在于：还包括在所述角速度传感器失效时，所述控制器根据接收第三压力开关的信号控制第一齿轮泵的旋转，将其提升至设定转速。

8.根据权利要求1所述的一种控制纯电动装载机液压控制系统运行的方法，其特征在于：还包括溢流阀，所述制动阀N口还与溢流阀进油口相连。

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