CN112901567A - 一种混合动力旋挖钻机液压系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种混合动力旋挖钻机液压系统，包括液压动力单元、主卷马达、第一动力头马达和第二动力头马达，液压动力单元包括发动机、发电机、第一变量泵和第二变量泵，主卷马达和主卷制动解除油缸与第二变量泵和油箱之间设有伺服电机调速油路，第一动力头马达和第二动力头马达与第一变量泵和油箱之间设有动力头马达供油油路，主卷制动解除油缸与油箱之间设有与下降油路、液压动力单元和泵马达连通的控制油路，液压动力单元的发电、发动串联混动，伺服电机调速油路控制泵马达与动力头马达供油油路、主卷扬马达供油油路合流、发电，消峰填谷节能供油，减小发动机施工成本、燃油消耗、系统发热和能源消耗，显著提高能源利用率。
Description
技术领域
本发明涉及一种混合动力旋挖钻机液压系统，属于工程机械液压系统技术领域。
背景技术
旋挖钻机是一种建筑工程中成孔作业的施工机械，在地基基础施工中得到广泛应用，主要有由液压系统控制执行动力头、主卷扬、副卷扬、行走机构、加压油缸、变幅机构、桅杆、回转等功能动作，其主要部件动力头带动钻杆、为钻具提供扭转动力、卷扬控制提钻。目前国内外液压系统，主要采用发动机带动泵组，然后通过两组负载敏感多路阀的负载敏感系统控制旋挖钻机的各功能动作，通过负载敏感技术控制压力、流量与负载匹配，以减少能量损失，减少系统发热，具有以下缺陷：
(1)负载敏感系统液压泵的输出压力始终与最高负载压力相匹配，只有最高负载压力联上的节流损失较小，其余低负载联上的节流损失较大；
(2)旋挖钻机动力头和主卷扬为主作业部件两者作业时长可达总作业时长的80％以上，而对于回转、行走、副卷扬、加压、变幅、展宽、桅杆等部件动作工作时长占比均较少、打钻作业时基本不工作，因此虽然存在多个动作共同执行的复合动作，但是复合动作作业时长占比较小，由此导致整机在单动作作业、复合动作作业以及不同动作作业时发动机的负荷率发生较大的不可控变化，发动机被动响应负载需求功率，发动机实际工作点分布，呈点状零星分布的特点，无法实现最优控制；
(3)为了满足占比较少的复合动作功率需求，发动机功率选择较大功率后，造成能源浪费，实际工作时，燃油消耗也进一步增加，施工成本增加；
(4)钻具下放和制动时的势能和动能都以液压系统发热的形式耗散，该部分能量无法进行回收，造成液压系统温度升高，需增加额外的耗能进行液压系统散热。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种混合动力旋挖钻机液压系统，液压动力单元的发电、发动串联混动，伺服电机调速油路控制泵马达与动力头马达供油油路、主卷扬马达供油油路合流、发电，消峰填谷节能供油，减小发动机施工成本、燃油消耗、系统发热和能源消耗，显著提高能源利用率。
本发明是通过如下的技术方案予以实现的：
一种混合动力旋挖钻机液压系统，包括液压动力单元、主卷马达、第一动力头马达和第二动力头马达，所述主卷马达连接有主卷制动解除油缸，其中，所述液压动力单元包括发动机、与发动机串接的发电机、与发电机串接的第一变量泵和第二变量泵，所述第一变量泵和第二变量泵均连接油箱；
所述第二变量泵的P口与第一变量泵的E口相连，所述第二变量泵为恒压控制的负载敏感泵，所述第一变量泵为电比例排量和恒压控制的恒功率泵或电比例排量的负载敏感泵，第一变量泵的出油口连接有第一压力传感器；
所述主卷马达和主卷制动解除油缸与第二变量泵和油箱之间设有伺服电机调速油路，所述伺服电机调速油路上设有位于主卷马达与第二变量泵之间的第一负载敏感多路阀、与油箱相连的泵马达；
所述第一负载敏感多路阀至少包括第一联控制阀，第一联控制阀与主卷马达之间设有分别与油箱和泵马达相连的下降油路和上升油路，所述上升油路上设有单向阀，所述泵马达连接有电机，所述电机和发电机连接有动力蓄电池；
所述第一动力头马达和第二动力头马达与第一变量泵和油箱之间设有动力头马达供油油路，所述动力头马达供油油路上设有换向并向第一动力头马达和第二动力头马达供油的换向阀，所述主卷马达和主卷制动解除油缸与第一变量泵和油箱之间设有主卷扬马达供油油路，所述第一联控制阀设置在主卷扬马达供油油路上，所述泵马达所在的伺服电机调速油路上设有换向并向动力头马达供油油路或主卷扬马达供油油路供油的阀组；
所述主卷制动解除油缸与油箱之间设有与下降油路、液压动力单元和泵马达连通的控制油路，所述控制油路上设有第一两位三通电磁阀，所述发电机还串接有辅泵，所述第二变量泵、第一变量泵、辅泵与油箱之间均设有吸油过滤器，所述控制油路与第一负载敏感多路阀的Pp口相连或与辅泵相连；
所述电机为电动发电一体式电机，所述动力蓄电池、电机和发电机连接有蓄电池管理系统BMS，所述电机为可调电机或主卷马达为变量马达，所述伺服电机调速油路、动力头马达供油油路和动力头马达供油油路主回油路上设有冷却器、与泵马达和油箱相连的吸回油过滤器；
所述下降油路上设有位于主卷马达B1出口的第二压力传感器，所述下降油路与上升油路之间设有浮动溢流阀，所述浮动溢流阀包括相连的两位两通电磁阀和先导溢流阀；
上述一种混合动力旋挖钻机液压系统，其中，所述阀组为第二两位三通电磁阀和第一液控单向阀，所述下降油路上设有第二液控单向阀，所述控制油路上设有与第一液控单向阀和第二液控单向阀相连的第一三位四通电磁阀。
上述一种混合动力旋挖钻机液压系统，其中，所述换向阀为第一三位四通换向阀，所述动力头马达供油油路上设有缓冲补油阀、与换向阀独立或组合设置的第二三位四通电磁阀和位于出油口的溢流旁通阀，组合设置时第二三位四通电磁阀的中位机能为O型，所述溢流旁通阀包括相连的第三两位三通电磁阀和第一电比例溢流阀，所述第一动力头马达和第二动力头马达为变量马达，所述控制油路与第一动力头马达和第二动力头马达相连、且设有第四两位三通电磁阀。
上述一种混合动力旋挖钻机液压系统，其中，所述阀组为包括第二三位四通换向阀和第三三位四通电磁阀的插装阀，插装阀的P口设有高压溢流阀，插装阀与第二变量泵之间设有逻辑控制阀，所述下降油路上设有第三液控单向阀，所述控制油路上设有位于第三液控单向阀一侧的第六两位三通电磁阀。
上述一种混合动力旋挖钻机液压系统，其中，所述第一变量泵的负载敏感反馈口X口设有梭阀，所述梭阀与第一负载敏感多路阀相连、并连接有第二负载敏感多路阀，所述梭阀与油箱之间设有LS反馈管路，所述LS反馈管路上设有第二电比例溢流阀；
所述第一负载敏感多路阀还包括分别与液压系统副卷扬油路、左行走油路、右行走油路相连的第二联控制阀、第三联控制阀和第四联控制阀，所述第二负载敏感多路阀包括分别与液压系统回转油路、加压油路、变幅油路、左桅杆油路、右桅杆油路和展宽油路的各联控制阀；
所述第一负载敏感多路阀和第二负载敏感多路阀为前反馈负载敏感阀或后反馈负载敏感阀，所述第一联控制阀和第二联控制阀的A、B油道上均设有溢流缓冲阀，第三联控制阀和第四联控制阀的A、B口出油油道上均设有补油阀。
本发明的有益效果为：
(1)液压动力单元的发动机串接发电机、再串接第二变量泵、第一变量泵和辅泵，发动机工作中富裕的能量发电储集、复合动作或尖峰能量需求时，电动机与发动机一起参与能源输出，消峰填谷，实现串联混动系统，以便减小发动机格型号选型，减小燃油消耗，能源利用率大幅提高，节省施工成本，节能环保；
(2)伺服电机调速油路通过电机带动泵马达给第一动力头马达、第二动力头马达供油、实现与第一变量泵供油合流，也可以通过电机带动泵马达给主卷马达供油、实现与第二变量泵供油合流，对于大流量需求时，实现大流量输出，使发动机工作于最佳油耗点，流量不足时，由伺服电机调速油路供油节能模式，减少燃油消耗，节省能源；
电机最低转速为0r/min、且可高转速运行，充分利用泵马达的最高转速，泵马达最低稳定转速小于1r/min,对马达转速实现无极调速、启停平稳控制；
(3)卷扬下降时，钻具下放和制动时的势能和动能通过伺服电机调速油路发电、蓄电池管理系统管理、将回收的能量应用到卷扬、动力头动作，增加能源利用率减少燃油消耗，节省能源；
(4)部分流量通过伺服电机调速油路的电机带动泵马达输出，进入第一负载敏感多路阀的压降大、背压过高时，通过引导部分回油减少回油背压，减少系统发热，减少了部分流量发热，减少了能源损失；
(5)发动机可以超低怠速，当需要启动时，发电机工作于发动机状态，起到了发动机上的启动电机作用，代替发动机上的启动电机，既减少燃油消耗，又增加了发动机的寿命。
附图说明
图1为本发明实施例1的液压系统结构图。
图2为本发明实施例1的液压动力单元结构图。
图3为本发明实施例1的伺服电机调速油路结构图。
图4为本发明实施例1的动力头马达供油油路和溢流旁通阀放大结构图。
图5为本发明实施例1的主卷扬马达供油油路和浮动溢流阀放大结构图。
图6为本发明实施例1的第一负载敏感多路阀结构图。
图7为本发明实施例1的第二负载敏感多路阀结构图。
图8为本发明实施例2的液压系统结构图。
图中标记：主卷马达1、第一动力头马达2和第二动力头马达3，主卷制动解除油缸4，发动机5、发电机6、第一变量泵7和第二变量泵8，油箱9，第一压力传感器10，第一负载敏感多路阀11、泵马达12，单向阀13，动力蓄电池14，第一三位四通换向阀15，第一两位三通电磁阀16，辅泵17，吸油过滤器18，蓄电池管理系统BMS19，冷却器20、吸回油过滤器21、第二压力传感器22，浮动溢流阀23，两位两通电磁阀24和先导溢流阀25，第二两位三通电磁阀26和第一液控单向阀27，第二液控单向阀28，第一三位四通电磁阀29，缓冲补油阀30、第二三位四通电磁阀31，溢流旁通阀32，第三两位三通电磁阀33和第一电比例溢流阀34，第四两位三通电磁阀35，梭阀36，第二负载敏感多路阀37，第二电比例溢流阀38，溢流缓冲阀39，补油阀40，第二三位四通换向阀41、第三三位四通电磁阀42、插装阀43，高压溢流阀44，逻辑控制阀45，第三液控单向阀46，第六两位三通电磁阀47，电机49。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。
实施例1：
一种混合动力旋挖钻机液压系统，包括液压动力单元、主卷马达1、第一动力头马达2和第二动力头马达3，所述主卷马达1连接有主卷制动解除油缸4，其中，所述液压动力单元包括发动机5、与发动机5串接的发电机6、与发电机6串接的第一变量泵7和第二变量泵8，所述第一变量泵7和第二变量泵8均连接油箱9；
所述第二变量泵8的P口与第一变量泵7的E口相连，所述第二变量泵8为恒压控制的负载敏感泵，所述第一变量泵7为电比例排量和恒压控制的恒功率泵或电比例排量的负载敏感泵，第一变量泵7的出油口连接有第一压力传感器10；
所述主卷马达1和主卷制动解除油缸4与第二变量泵8和油箱9之间设有伺服电机调速油路，所述伺服电机调速油路上设有位于主卷马达1与第二变量泵8之间的第一负载敏感多路阀11、与油箱9相连的泵马达12；
所述第一负载敏感多路阀11至少包括第一联控制阀，第一联控制阀与主卷马达1之间设有分别与油箱9和泵马达12相连的下降油路和上升油路，所述上升油路上设有单向阀13，所述泵马达12连接有电机49，所述电机49和发电机6连接有动力蓄电池14；
所述第一动力头马达和第二动力头马达与第一变量泵7和油箱9之间设有动力头马达供油油路，所述动力头马达供油油路上设有换向并向第一动力头马达和第二动力头马达供油的换向阀，所述主卷马达1和主卷制动解除油缸4与第一变量泵7和油箱9之间设有主卷扬马达供油油路，所述第一联控制阀设置在主卷扬马达供油油路上，所述泵马达12所在的伺服电机调速油路上设有换向并向动力头马达供油油路或主卷扬马达供油油路供油的阀组；
所述主卷制动解除油缸4与油箱9之间设有与下降油路、液压动力单元和泵马达12连通的控制油路，所述控制油路上设有第一两位三通电磁阀16，所述发电机6还串接有辅泵17，所述第二变量泵8、第一变量泵7、辅泵17与油箱9之间均设有吸油过滤器18，所述控制油路与第一负载敏感多路阀11的Pp口相连或与辅泵17相连；
所述电机49为电动发电一体式电机49，所述动力蓄电池14、电机49和发电机6连接有蓄电池管理系统BMS19，所述电机49为可调电机49或主卷马达1为变量马达，所述伺服电机调速油路、动力头马达供油油路和动力头马达供油油路主回油路上设有冷却器20、与泵马达12和油箱9相连的吸回油过滤器21；
所述下降油路上设有位于主卷马达1B1出口的第二压力传感器22，所述下降油路与上升油路之间设有浮动溢流阀23，所述浮动溢流阀23包括相连的两位两通电磁阀24和先导溢流阀25；
所述阀组为第二两位三通电磁阀26和第一液控单向阀27，所述下降油路上设有第二液控单向阀28，所述控制油路上设有与第一液控单向阀27和第二液控单向阀28相连的第一三位四通电磁阀29；
所述换向阀为第一三位四通换向阀15，所述动力头马达供油油路上设有缓冲补油阀30、与换向阀独立设置的第二三位四通电磁阀31和位于出油口的溢流旁通阀32，第二三位四通电磁阀31上对应油箱的液压代号，所述溢流旁通阀32包括相连的第三两位三通电磁阀33和第一电比例溢流阀34，所述第一动力头马达2和第二动力头马达3为变量马达，所述控制油路与第一动力头马达2和第二动力头马达3相连、且设有第四两位三通电磁阀35；
所述第一变量泵7的负载敏感反馈口X口设有梭阀36，所述梭阀36与第一负载敏感多路阀11相连、并连接有第二负载敏感多路阀37，所述梭阀36与油箱9之间设有LS反馈管路，所述LS反馈管路上设有第二电比例溢流阀38；
所述第一负载敏感多路阀11还包括分别与液压系统副卷扬油路、左行走油路、右行走油路相连的第二联控制阀、第三联控制阀和第四联控制阀，所述第二负载敏感多路阀37包括分别与液压系统回转油路、加压油路、变幅油路、左桅杆油路、右桅杆油路和展宽油路的各联控制阀；
所述第一负载敏感多路阀11和第二负载敏感多路阀37为后反馈负载敏感阀，所述第一联控制阀和第二联控制阀的A、B油道上均设有溢流缓冲阀39，第三联控制阀和第四联控制阀的A、B口出油油道上均设有补油阀40。
实施例2：
一种混合动力旋挖钻机液压系统，包括液压动力单元、主卷马达1、第一动力头马达2和第二动力头马达3，所述主卷马达1连接有主卷制动解除油缸4，其中，所述液压动力单元包括发动机5、与发动机5串接的发电机6、与发电机6串接的第一变量泵7和第二变量泵8，所述第一变量泵7和第二变量泵8均连接油箱9；
所述第二变量泵8的P口与第一变量泵7的E口相连，所述第二变量泵8为恒压控制的负载敏感泵，所述第一变量泵7为电比例排量和恒压控制的恒功率泵或电比例排量的负载敏感泵，第一变量泵7的出油口连接有第一压力传感器10；
所述主卷马达1和主卷制动解除油缸4与第二变量泵8和油箱9之间设有伺服电机调速油路，所述伺服电机调速油路上设有位于主卷马达1与第二变量泵8之间的第一负载敏感多路阀11、与油箱9相连的泵马达12；
所述第一负载敏感多路阀11至少包括第一联控制阀，第一联控制阀与主卷马达1之间设有分别与油箱9和泵马达12相连的下降油路和上升油路，所述上升油路上设有单向阀13，所述泵马达12连接有电机49，所述电机49和发电机6连接有动力蓄电池14；
所述第一动力头马达和第二动力头马达与第一变量泵7和油箱9之间设有动力头马达供油油路，所述动力头马达供油油路上设有换向并向第一动力头马达和第二动力头马达供油的换向阀，所述主卷马达1和主卷制动解除油缸4与第一变量泵7和油箱9之间设有主卷扬马达供油油路，所述第一联控制阀设置在主卷扬马达供油油路上，所述泵马达12所在的伺服电机调速油路上设有换向并向动力头马达供油油路或主卷扬马达供油油路供油的阀组；
所述主卷制动解除油缸4与油箱9之间设有与下降油路、液压动力单元和泵马达12连通的控制油路，所述控制油路上设有第一两位三通电磁阀16，所述发电机6还串接有辅泵17，所述第二变量泵8、第一变量泵7、辅泵17与油箱9之间均设有吸油过滤器18，所述控制油路与第一负载敏感多路阀11的Pp口相连或与辅泵17相连；
所述电机49为电动发电一体式电机49，所述动力蓄电池14、电机49和发电机6连接有蓄电池管理系统BMS19，所述电机49为可调电机49或主卷马达1为变量马达，所述伺服电机调速油路、动力头马达供油油路和动力头马达供油油路主回油路上设有冷却器20、与泵马达12和油箱9相连的吸回油过滤器21；
所述下降油路上设有位于主卷马达1B1出口的第二压力传感器22，所述下降油路与上升油路之间设有浮动溢流阀23，所述浮动溢流阀23包括相连的两位两通电磁阀24和先导溢流阀25；
所述换向阀为第一三位四通换向阀15，所述动力头马达供油油路上设有缓冲补油阀30、与换向阀组合设置的第二三位四通电磁阀31和位于出油口的溢流旁通阀32，组合设置时第二三位四通电磁阀31的中位机能为O型，所述溢流旁通阀32包括相连的第三两位三通电磁阀33和第一电比例溢流阀34，所述第一动力头马达2和第二动力头马达3为变量马达，所述控制油路与第一动力头马达2和第二动力头马达3相连、且设有第四两位三通电磁阀35；
所述阀组为包括第二三位四通换向阀41和第三三位四通电磁阀42的插装阀43，插装阀43的P口设有高压溢流阀44，插装阀43与第二变量泵8之间设有逻辑控制阀45，所述下降油路上设有第三液控单向阀46，所述控制油路上设有位于第三液控单向阀46一侧的第六两位三通电磁阀47；
所述第一变量泵7的负载敏感反馈口X口设有梭阀36，所述梭阀36与第一负载敏感多路阀11相连、并连接有第二负载敏感多路阀37，所述梭阀36与油箱9之间设有LS反馈管路，所述LS反馈管路上设有第二电比例溢流阀38；
所述第一负载敏感多路阀11还包括分别与液压系统副卷扬油路、左行走油路、右行走油路相连的第二联控制阀、第三联控制阀和第四联控制阀，所述第二负载敏感多路阀37包括分别与液压系统回转油路、加压油路、变幅油路、左桅杆油路、右桅杆油路和展宽油路的各联控制阀；
所述第一负载敏感多路阀11和第二负载敏感多路阀37为前反馈负载敏感阀，所述第一联控制阀和第二联控制阀的A、B油道上均设有溢流缓冲阀39，第三联控制阀和第四联控制阀的A、B口出油油道上均设有补油阀40。
本发明的工作原理为：
1液压动力单元：
第二变量泵8的P口与第一变量泵7的E口相连，确保第一变量泵7P口压力始终满足第一变量泵7内控制模块的压力需求,比如丹佛斯泵的电比例排量控制，要求泵出口压力至少30Bar，对于没有该控制压力的可以不引该油路，具体接法根据第一变量泵7的控制要求；
第一变量泵7出油口的第一压力传感器10，用于检测液压系统压力，配合第一变量泵7的电比例排量控制可以实现功率控制，实现发动机5防熄火功能；
当发动机5功率在满足功能动作情况下，能量富余时，多余的能量用于发动机5后的发电机6发电，存储于动力蓄电池14，当发动机5功率不充足时，动力蓄电池14电能供给发电机6，发电机6工作于电动机工况，此时发动机5与发电机6共同提供动力，因此通过程序可以设定大部分工况使发动机5工作于最佳油耗点，不足的功率由发电机6工作于电动机工况，进行补充能量，由蓄电池管理系统BMS19控制动力蓄电池14充电或放电。
2伺服电机调速油路：
功能：可以通过电机49带动泵马达12给第一动力头马达2、第二动力头马达3供油，实现与第一变量泵7供油合流，也可以通过电机49带动泵马达12给主卷马达1供油，实现与第二变量泵8供油合流，具体如下：
电机49为电动发电一体式可调速电机49，通过控制电机49转速、电机49相当于提供了反向扭矩，但小于卷扬下降的负载来控制卷扬下降速度，电机49具备电动机与发电机6功能两种功能，当电机49正转，电机49带动泵马达12，这时泵马达12为泵工况，压油提供液压能；
伺服电机调速油路、动力头马达供油油路和动力头马达供油油路回油进入冷却器20，然后进入吸回油过滤器21，吸回油过滤器21出油一部分通往泵马达12，构成闭式系统，一部分进入油箱9，与第二变量泵8、第一变量泵7、辅泵17构成开式系统；
实施例1：当第二两位三通电磁阀26不得电时，油液进入动力头马达油路，当第二两位三通电磁阀26得电时，油液进入主卷扬马达供油油路；
实施例1伺服电机调速油路的发电功能：第一负载敏感多路阀11的第一联控制阀得电，下降油路进油，第一两位三通电磁阀16得电，主卷制动解除油缸4进油，打开制动，上升油路回油路上的单向阀13用于油液截止，而同时第二两位三通电磁阀26得电，工作于右位，第一三位四通电磁阀29右位得电，控制油路经过第一三位四通电磁阀29右位打开第一液控单向阀27，油液通过第一两位三通电磁阀16和第一液控单向阀27，第二两位三通电磁阀26与动力头马达供油油路之间形成再生能源供油油路，进入泵马达12，泵马达12工作于马达工况，带动电机49，电机49开式发电，发的电进入动力蓄电池14，当动力蓄电池14电量超过充电阈值上限时，外接电缆不为动力电池补电，蓄电池管理系统BMS19用于控制动力蓄电池14充电或放电；
实施例2：第三三位四通电磁阀42的得失电控制第二三位四通换向阀41换向，当插装阀43中的第二三位四通换向阀41工作于右位时，伺服电机调速油路可以向主卷扬马达供油油路供油，当插装阀43中的第二三位四通换向阀41工作于左位时，伺服电机调速油路可以向动力头马达供油油路供油；
还可以通过插装阀43中的第二三位四通换向阀41中位，经过逻辑控制阀45，与第二变量泵8油路合流，当逻辑控制阀45中的两位三通电磁阀断电时，A、B口导通，伺服电机调速油路可以经过A，从B口出油，当逻辑控制阀45中的两位三通电磁阀通电时，A、B截止，实现伺服电机调速油路与第二变量泵8液压的合流，正常情况，两位三通电磁阀得电时，A，B油路截止；
插装阀43P口的高压溢流阀44防止伺服电机调速油路压力过高，高压溢流阀44的位置不局限设定与插装阀43上面，只要能满足压力限制即可；由于上述插装阀43的中位机能，出油口A、B油液截止，不需要实施例1第一液控单向阀27的截止功能，因此去掉了第一液控单向阀27以及第一液控单向阀27对应的先导控制机能；实施例1中第一三位四通电磁阀29仅需要给第二液控单向阀28提供先导油路即可，故第一三位四通电磁阀29改为实施例2的第六两位三通电磁阀47；
实施例2伺服电机调速油路的发电功能：主卷马达1回油通过插装阀43进入泵马达12，泵马达12带动电机49发电，发的电进入动力蓄电池14，当动力蓄电池14电量超过充电阈值上限时，外接电缆不为动力电池补电，蓄电池管理系统BMS19控制动力蓄电池14充电或放电；
3动力头马达供油油路：
功能：采用独立第一变量泵7控制第一动力头马达2、第二动力头马达3、正反转，具体如下：
实施例1：
第一三位四通换向阀15为液控换向阀，通过第二三位四通电磁阀31两端电磁阀的得电与失电，来控制第一三位四通换向阀15的换向，油箱9中的油液经发动机5通过发电机6带动第一变量泵7，第一变量泵7经过第一三位四通换向阀15进入第一动力头马达2、第二动力头马达3，控制油路工作于第一三位四通换向阀15的左位或右位，进而控制第一动力头马达2、第二动力头马达3的正转或反转，该发明仅列举一种方法，实现动力头马达正反转回路有很多，比如不同的开关阀、电比例换向阀等；
出油口的溢流旁通阀32中的第三两位三通电磁阀33得电时，第三两位三通电磁阀33换向工作于下位，在系统压力超过溢流旁通阀32中的第一电比例溢流阀34的设定值时，溢流旁通阀32溢流，当第三两位三通电磁阀33失电，第三两位三通电磁阀33换向工作于上位，溢流旁通阀32将一直处于旁通状态；
动力头马达供油油路主油路上的缓冲补油阀30，确保系统瞬间压力冲击不会超过液压件要求，当主油路存在吸空危险时，通过缓冲补油阀30给予补油；
实施例2：
第一三位四通换向阀15、第二三位四通电磁阀31、溢流旁通阀32可以组合成一个阀，将该阀靠近动力头马达，减少管路安装、减少系统延迟损失，组合设置时第二三位四通电磁阀31的中位机能为O型，通过程序控制均可以实现很好的参数匹配，满足流量需求输出，动力头的旋向改变由第一三位四通换向阀15换向实现，阀组安装于动力头马达附近，动力头方向切换的瞬间，缓冲补油阀30卸荷给予就近补油；
4主卷扬马达供油油路
功能：由第二变量泵8通过负载敏感多路阀控制卷扬马达正反转，实现卷扬上升与下降动作：
第一变量泵7在发动机5与发电机6带动下，压油进入第一负载敏感多路阀11，第一负载敏感多路阀11的第一联控制阀得电，进而实现三位四通电磁阀换向，与此同时，第一两位三通电磁阀16得电，控制油路进入主卷制动解除油缸4，液压油进入主卷马达1，带动主卷马达1正反转，实现卷扬上升与下降动作；
第一变量泵7负载敏感反馈口X口通过梭阀36将第一负载敏感多路阀11和第二负载敏感多路阀37的负载反馈压力反馈至第一变量泵7，实现负载敏感控制；LS反馈管路设置第二电比例溢流阀38，通过电控设置匹配的第二电比例溢流阀38压力设定值，来满足系统应用；
在主卷扬B1出口油路设置第二压力传感器22，B1出油、主卷扬下降时，用于检测B1口压力；主卷马达1为变量马达，当系统流量不变的情况下，通过改变马达排量可以改变马达转速，改变主卷升降速度；
通过设置在下降油路和上升油路之间的浮动溢流阀23，当其中的两位两通电磁阀24得电时，浮动溢流阀23的先导溢流阀25低压溢流，实现下降时的浮动功能，当两位两通电磁阀24失电时，起到高压溢流的功能，使液压系统的压力不会超过液压元件压力适用范围，起到安全作用，且此处两位两通电磁阀24可以被多种多路阀替代；
实施例1：下降油路的第二液控单向阀28，当伺服电机调速油路与主卷扬马达供油油路合流给主卷马达1供油，控制卷扬上升时，回油侧回油流量大，进入第一负载敏感多路阀11回油油路产生的压降大，背压过高，此时可以通过第一三位四通电磁阀29左侧电磁阀得电，工作于左位，使先导控制油路打开第二液控单向阀28，这样可以引导部分回油从第二液控单向阀28回油箱9，减少回油背压，减少系统发热；
实施例2：当快速下降，大流量输出下降时，逻辑控制阀45中的两位三通电磁阀断电，A、B口导通，当插装阀43中的第三三位四通电磁阀42右位得电，先导油进入第二三位四通换向阀41右位，第二三位四通换向阀41工作于右位，此时第一变量泵7变排量输出液压油可以通过插装阀43和逻辑控制阀45进入主卷扬马达供油油路，第二变量泵8与第一变量泵7合流，大流量输出；
5控制油路：
控制油路可以由第一负载敏感多路阀11的Pp口供油，也可以由辅泵17供油；
第一动力头马达2和第二动力头马达3为变量马达，控制油路与第一动力头马达2和第二动力头马达3之间通过第四两位三通电磁阀35得电与失电，失电时先导控制油进入变量马达伺服机构即马达内两位三通换向阀，马达进油高压油就会通过自身伺服机构换向阀进入马达的伺服油缸，推动马达变排量，实现第一动力头马达2、第二动力头马达3大小排量切换，进而实现高低速切换；
6第一负载敏感多路阀11不限制具体联数，主要是配合第二负载敏感多路阀37完成其余动作功能：
第一负载敏感多路阀11的第一联控制阀、第二联控制阀、第三联控制阀和第四联控制阀分别用于控制主卷扬、副卷扬、左行走和右行走液压油路动作执行，第二负载敏感多路阀37的各联控制阀分别用于控制回转、加压、变幅、左桅杆、右桅杆和展宽的液压油路动作执行；
所述第一负载敏感多路阀11和第二负载敏感多路阀37为如实施例2的前反馈负载敏感阀或如实施例1的后反馈负载敏感阀，第一联控制阀和第二联控制阀的A、B油道上均设有溢流缓冲阀39，压力补偿可以采用阀前补偿也可采用阀后补偿，具体情况根据系统流量设计要求，满足使用即可；第三联控制阀和第四联控制阀的A、B口出油油道上均设有补油阀40，当液压系统的行走马达出现吸空时进行补油；
综上，本发明具有以下优点：
1液压动力单元的发动机5串接发电机6、再串接第二变量泵8、第一变量泵7和辅泵17，工作中，发动机5富裕的能量可以用于发电机6发电、直接用于伺服电机调速油路的电机49带动泵马达12工作、或发电储存于动力蓄电池14，当出现复合动作或尖峰能量需求、发动机5功率不足时，发电机6工作于电动机工况、与发动机5一起参与能源输出，提供动力，消峰填谷，实现串联混动系统，以便减小发动机5格型号选型，减小燃油消耗，能源利用率大幅提高，节省施工成本，节能环保；
2伺服电机调速油路可以单独给主卷扬马达、第一动力头马达2、第二动力头马达3转速供油，也可以与发动机5带动的第一变量泵7供油的力头马达供油油路、第二变量泵8供油的主卷扬供油油路配合合流，对于大流量需求时，实现大流量输出；
另外，伺服电机调速油路的电机49转速最低转速为0r/min，并且可以高转速运行，充分利用泵马达12的最高转速，能量再生的泵马达12最低稳定转速小于1r/min,由此可以对马达转速实现无极调速、启停平稳控制；
主卷扬马达、第一动力头马达2、第二动力头马达3工作时，可以通过电控程序设定，使发动机5工作于最佳油耗点，流量不足时，由伺服电机调速油路供油，使旋挖钻机尽可能的工作于节能模式，使得整机在单动作作业、复合动作作业以及不同动作作业时发动机5的负荷率可控，减少燃油消耗，节省能源；
3可以实现卷扬下降时，将下降的势能能量回收至动力蓄电池14，通过蓄电池管理系统，将回收的能量应用到旋挖钻机的主卷扬马达、第一动力头马达2、第二动力头马达3，钻具下放和制动时的势能和动能得以回收利用，增加能源利用率减少燃油消耗，节省能源；
4传统旋挖钻机液压系统方式，全部流量由主泵压油，进入第一负载敏感多路阀11，再由多路阀控制全部流量，但一般有3MPa压损，会产生发热，产生能源浪费，针对液压散热系统，也需要增大散热系统功率，该发明部分流量通过伺服电机调速油路的电机49带动泵马达12输出，进入第一负载敏感多路阀11的压降大、背压过高时，通过引导部分回油减少回油背压，减少系统发热，减少了部分流量发热，减少了能源损失；
5发动机5可以超低怠速，当需要启动时，发电机6工作于发动机5状态，起到了发动机5上的启动电机49作用，代替发动机5上的启动电机49，既减少燃油消耗，又增加了发动机5的寿命。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“若干”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种混合动力旋挖钻机液压系统，包括液压动力单元、主卷马达(1)、第一动力头马达(2)和第二动力头马达(3)，所述主卷马达(1)连接有主卷制动解除油缸(4)，其特征在于，所述液压动力单元包括发动机(5)、与发动机(5)串接的发电机(6)、与发电机(6)串接的第一变量泵(7)和第二变量泵(8)，所述第一变量泵(7)和第二变量泵(8)均连接油箱(9)；
所述主卷马达(1)和主卷制动解除油缸(4)与第二变量泵(8)和油箱(9)之间设有伺服电机调速油路，所述伺服电机调速油路上设有位于主卷马达(1)与第二变量泵(8)之间的第一负载敏感多路阀(11)、与油箱(9)相连的泵马达(12)；
所述第一负载敏感多路阀(11)至少包括第一联控制阀，第一联控制阀与主卷马达(1)之间设有分别与油箱(9)和泵马达(12)相连的下降油路和上升油路，所述上升油路上设有单向阀(13)，所述泵马达(12)连接有电机(49)，所述电机(49)和发电机(6)连接有动力蓄电池(14)；
所述第一动力头马达(2)和第二动力头马达(3)与第一变量泵(7)和油箱(9)之间设有动力头马达供油油路，所述动力头马达供油油路上设有换向并向第一动力头马达和第二动力头马达供油的换向阀，所述主卷马达(1)和主卷制动解除油缸(4)与第一变量泵(7)和油箱(9)之间设有主卷扬马达供油油路，所述第一联控制阀设置在主卷扬马达供油油路上，所述泵马达(12)所在的伺服电机调速油路上设有换向并向动力头马达供油油路或主卷扬马达供油油路供油的阀组；
所述主卷制动解除油缸(4)与油箱(9)之间设有与下降油路、液压动力单元和泵马达(12)连通的控制油路，所述控制油路上设有第一两位三通电磁阀(16)。
2.根据权利要求1所述的一种混合动力旋挖钻机液压系统，其特征在于，所述发电机(6)还串接有辅泵(17)，所述第二变量泵(8)、第一变量泵(7)、辅泵(17)与油箱(9)之间均设有吸油过滤器(18)，所述控制油路与第一负载敏感多路阀(11)的Pp口相连或与辅泵(17)相连。
3.根据权利要求1所述的一种混合动力旋挖钻机液压系统，其特征在于，所述第二变量泵(8)的P口与第一变量泵(7)的E口相连，所述第二变量泵(8)为恒压控制的负载敏感泵，所述第一变量泵(7)为电比例排量和恒压控制的恒功率泵或电比例排量的负载敏感泵，第一变量泵(7)的出油口连接有第一压力传感器(10)。
4.根据权利要求1所述的一种混合动力旋挖钻机液压系统，其特征在于，所述电机(49)为电动发电一体式电机(49)，所述动力蓄电池(14)、电机(49)和发电机(6)连接有蓄电池管理系统BMS(19)，所述电机(49)为可调电机(49)或主卷马达(1)为变量马达。
5.根据权利要求1所述的一种混合动力旋挖钻机液压系统，其特征在于，所述伺服电机调速油路、动力头马达供油油路和动力头马达供油油路主回油路上设有冷却器(20)、与泵马达(12)和油箱(9)相连的吸回油过滤器(21)。
6.根据权利要求1所述的一种混合动力旋挖钻机液压系统，其特征在于，所述下降油路上设有位于主卷马达(1)B1出口的第二压力传感器(22)，所述下降油路与上升油路之间设有浮动溢流阀(23)，所述浮动溢流阀(23)包括相连的两位两通电磁阀(24)和先导溢流阀(25)。
7.根据权利要求1所述的一种混合动力旋挖钻机液压系统，其特征在于，所述阀组为第二两位三通电磁阀(26)和第一液控单向阀(27)，所述下降油路上设有第二液控单向阀(28)，所述控制油路上设有与第一液控单向阀(27)和第二液控单向阀(28)相连的第一三位四通电磁阀(29)。
8.根据权利要求1所述的一种混合动力旋挖钻机液压系统，其特征在于，所述换向阀为第一三位四通换向阀(15)，所述动力头马达供油油路上设有缓冲补油阀(30)、与换向阀独立或组合设置的第二三位四通电磁阀(31)和位于出油口的溢流旁通阀(32)，组合设置时第二三位四通电磁阀(31)的中位机能为O型，所述溢流旁通阀(32)包括相连的第三两位三通电磁阀(33)和第一电比例溢流阀(34)，所述第一动力头马达(2)和第二动力头马达(3)为变量马达，所述控制油路与第一动力头马达(2)和第二动力头马达(3)相连、且设有第四两位三通电磁阀(35)。
9.根据权利要求1所述的一种混合动力旋挖钻机液压系统，其特征在于，所述阀组为包括第二三位四通换向阀(41)和第三三位四通电磁阀(42)的插装阀(43)，插装阀(43)的P口设有高压溢流阀(44)，插装阀(43)与第二变量泵(8)之间设有逻辑控制阀(45)，所述下降油路上设有第三液控单向阀(46)，所述控制油路上设有位于第三液控单向阀(46)一侧的第六两位三通电磁阀(47)。
10.根据权利要求1～9任意一项所述的一种混合动力旋挖钻机液压系统，其特征在于，所述第一变量泵(7)的负载敏感反馈口X口设有梭阀(36)，所述梭阀(36)与第一负载敏感多路阀(11)相连、并连接有第二负载敏感多路阀(37)，所述梭阀(36)与油箱(9)之间设有LS反馈管路，所述LS反馈管路上设有第二电比例溢流阀(38)；
所述第一负载敏感多路阀(11)还包括分别与液压系统副卷扬油路、左行走油路、右行走油路相连的第二联控制阀、第三联控制阀和第四联控制阀，所述第二负载敏感多路阀(37)包括分别与液压系统回转油路、加压油路、变幅油路、左桅杆油路、右桅杆油路和展宽油路的各联控制阀；
所述第一负载敏感多路阀(11)和第二负载敏感多路阀(37)为前反馈负载敏感阀或后反馈负载敏感阀，所述第一联控制阀和第二联控制阀的A、B油道上均设有溢流缓冲阀(39)，第三联控制阀和第四联控制阀的A、B口出油油道上均设有补油阀(40)。
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