CN112942480A - 混合动力工程机械液压系统以及混合动力工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合动力工程机械液压系统以及混合动力工程机械，涉及工程机械领域，用以优化混合动力工程机械液压系统的性能。该液压系统包括泵、切换阀组、冷却器、执行元件以及蓄能器。泵被构造为泵送油液；切换阀组与泵流体连通，切换阀组被构造为具有两个阀位。冷却器与切换阀组流体连通；当切换阀组处于第一阀位，泵和冷却器之间的油路导通。执行元件与切换阀组流体连通；当切换阀组处于第二阀位，泵和执行元件之间的油路导通。蓄能器被构造为回收混合动力工程机械的重力势能或者转动动能释放的油液，蓄能器与执行元件流体连通，以驱动执行元件工作。上述技术方案，优化了液压系统的性能。

Description

混合动力工程机械液压系统以及混合动力工程机械

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体涉及一种混合动力工程机械液压系统以及混合动力工程机械。

背景技术

挖掘机、抓料机等具有动臂的工程机械，动臂的上升与下降由油缸进行控制。在动臂下降的过程中，工作装置的重力势能转化为热能损失，造成能量的浪费。为了利用工作装置的重力势能，工程机械会增加蓄能器，以存储工作装置的重力势能。

发明人发现，现有技术中至少存在下述问题：蓄能器存储的能量有限，在一些情况下，蓄能器中的能量不足以驱动执行元件工作。但是，如果单独再设置一个驱动源，又会造成部件数量的增加、成本增加，而且驱动源也有能耗，整个工程机械的能量利用率没有多少改善。

发明内容

本发明提出一种混合动力工程机械液压系统以及混合动力工程机械，用以优化混合动力工程机械液压系统的性能。

本发明实施例提供了一种混合动力工程机械液压系统，包括：

泵，被构造为泵送油液；

切换阀组，与所述泵流体连通，所述切换阀组被构造为具有两个阀位：第一阀位和第二阀位；

冷却器，与所述切换阀组流体连通；当所述切换阀组处于第一阀位，所述泵、所述切换阀组和所述冷却器之间的油路导通；

执行元件，与所述切换阀组流体连通；当所述切换阀组处于第二阀位，所述泵、所述切换阀组和所述执行元件之间的油路导通；以及

蓄能器，被构造为回收混合动力工程机械的重力势能或者转动动能释放的油液，所述蓄能器与所述执行元件流体连通，以驱动所述执行元件工作。

在一些实施例中，所述切换阀组包括：

溢流阀，所述溢流阀的进油口与所述泵的出油口流体连通，所述溢流阀的出油口与所述冷却器的进油口流体连通；所述溢流阀具有第一控制端和第二控制端；所述第一控制端与所述泵的出油口流体连通；所述第二控制端设置有第一控制弹簧；

第一单向阀，所述第一单向阀的进油口与所述泵的出油口；以及

先导阀，设于所述溢流阀的第二控制端；

其中，所述先导阀为第一换向阀，所述先导阀具有第三阀位和第四阀位；当所述先导阀处于第三阀位，所述先导阀所在的先导油路导通，所述泵、所述溢流阀和所述冷却器之间的油路导通；当所述先导阀处于第四阀位，所述先导阀所在的先导油路截至，所述泵、所述第一单向阀和所述执行元件之间的油路导通。

在一些实施例中，所述第一单向阀的出油口设置有第二控制弹簧，所述第二控制弹簧提供的开启压力小于所述第一控制弹簧提供的开启压力。

在一些实施例中，所述第一换向阀被构造为两位两通第一换向阀。

在一些实施例中，混合动力工程机械液压系统还包括：

调速阀组，设置于所述蓄能器和所述执行元件之间的油路上，所述调速阀组被构造为所述蓄能器输出的油液的油量。

在一些实施例中，所述调速阀组包括：

第二换向阀，设置于所述蓄能器和所述执行元件之间的油路上；

节流阀，与所述第二换向阀并联设置；以及

第二单向阀，位于所述第二换向阀和所述节流阀的下游，所述第二单向阀被构造为使得蓄能器中的油液单向流至所述执行元件。

在一些实施例中，混合动力工程机械液压系统还包括：

第三换向阀，设置于所述执行元件和所述切换阀组之间的油路上，也位于所述执行元件和所述蓄能器之间的油路上。

在一些实施例中，混合动力工程机械液压系统还包括：

控制器，与所述切换阀组控制连接，所述控制器被构造为控制所述切换阀组的阀位。

在一些实施例中，所述执行元件包括：

马达，与所述切换阀组、所述蓄能器均流体连通；以及

风扇，与马达驱动连接，以被所述马达驱动而工作。

在一些实施例中，混合动力工程机械液压系统还包括：

油箱，与所述冷却器的出油口以及所述泵的进油口均流体连通。

本发明实施例还提供一种混合动力工程机械，包括本发明任一技术方案所提供的混合动力工程机械液压系统。

在一些实施例中，所述混合动力工程机械为以下其中一种：挖掘机、抓料机。

上述技术方案提供的混合动力工程机械液压系统，同时具有蓄能器和泵，能够采用蓄能器驱动执行元件工作；泵可以单独或者与蓄能器共同驱动执行元件工作。在蓄能器输出的油液足够驱动执行元件工作时，泵和冷却器配合，起到给系统中的油液降温的作用；在蓄能器输出的油液不足以驱动执行元件工作时，泵可以单独或者与蓄能器一起驱动执行元件工作。可见上述技术方案，虽然设置了泵，但是并不会因为引入泵而增加系统能耗、还实现了给液压系统中的油液降温，并且还使得执行元件始终能够正常工作，不会因为蓄能器存储的油液不足而影响执行元件的正常工作。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的混合动力工程机械液压系统原理示意图。

具体实施方式

下面结合图1对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。

本发明实施例提供一种混合动力工程机械液压系统，包括泵1、切换阀组2、冷却器3、执行元件4以及蓄能器5。

泵1被构造为泵送油液。泵1与混合动力工程机械的发动机驱动连接，在混合动力工程机械开机状态下，发动机一直工作，泵1也一直工作。泵1泵送出的油液有两个流向，这两个流向与切换阀组2的阀位状态相关。根据切换阀组2的阀位状态，泵1输出的油液可切换地流向冷却器3、执行元件4中的其中一个。如果蓄能器5输送的油液足够驱动执行元件4工作，则泵1输出的油液全部流向冷却器3。此时，泵1起到将待冷却的油液泵送至冷却器3，以实现冷却油液的作用。如果蓄能器5输送的油液不足以驱动执行元件4工作，则泵1输出的油液流向执行元件4。此时，泵1可以和蓄能器5一起驱动执行元件4工作，也可以采用泵1单独驱动执行元件4工作。也就是说，从驱动执行元件4的驱动源来看，有三种情况：第一种情况，单独采用蓄能器5驱动执行元件4工作。第二种情况，单独采用泵1驱动执行元件4工作。第三种情况，同时采用泵1和蓄能器5驱动执行元件4工作。

切换阀组2与泵1流体连通，切换阀组2被构造为具有两个阀位：第一阀位和第二阀位。冷却器3与切换阀组2流体连通。执行元件4也与切换阀组2流体连通。切换阀组2通过切换自身的阀位，来改变泵1输出的油液的流向。

当切换阀组2处于第一阀位，泵1、切换阀组2和冷却器3之间的油路导通。即，泵1输出的油液全部经过冷却器3降温，以实现给油液降温的效果。

当切换阀组2处于第二阀位，泵1、切换阀组2和执行元件4之间的油路导通。也就是说，泵1输出的油液全部流向执行元件4，以驱动执行元件4工作。

蓄能器5被构造为回收混合动力工程机械的重力势能或者转动动能释放的油液，蓄能器5与执行元件4流体连通，以驱动执行元件4工作。执行元件4比如为马达41等，通过马达41可以驱动风扇42工作，以对工程机械的液压油等部件降温。当然，马达41亦可驱动其他的元件工作。

蓄能器5可以回收混合动力工程机械中无用的动能和势能。以回收势能为例，蓄能器5与混合动力工程机械的动臂图未示出的油缸(图未示出)流体连接，在动臂下降时，存储动臂油缸输出的油液。以回收动能为例，蓄能器5与混合动力工程机械的回转马达41(图未示出)流体连接，在回转马达41排油时，存储回转马达41输出的油液。

上述技术方案提供的混合动力工程机械液压系统，同时具有蓄能器5和泵1，能够采用蓄能器5驱动执行元件4工作；泵1可以单独或者与蓄能器5共同驱动执行元件4工作。在蓄能器5输出的油液足够驱动执行元件4工作时，泵1和冷却器3配合，起到给系统中的油液降温的作用；在蓄能器5输出的油液不足以驱动执行元件4工作时，泵1可以单独或者与蓄能器5一起驱动执行元件4工作。可见上述技术方案提供的混合动力工程机械液压系统，虽然设置了泵1，但是并不会因为引入泵1而增加系统能耗、还实现了给液压系统中的油液降温，并且还使得执行元件4始终能够正常工作，不会因为蓄能器5存储的油液不足而影响执行元件4的正常工作。

在一些实施例中，混合动力工程机械液压系统还包括油箱9，油箱9与冷却器3的出油口以及泵1的进油口均流体连通。

参见图1，在一些实施例中，切换阀组2包括溢流阀21、第一单向阀22以及先导阀23。溢流阀21的进油口M1与泵1的出油口P2流体连通，溢流阀21的出油口与冷却器3的进油口流体连通。溢流阀21具有第一控制端和第二控制端。第一控制端与泵1的出油口流体连通。第二控制端设置有第一控制弹簧K1。第一单向阀22的进油口与泵1的出油口。

先导阀23设于溢流阀21的第二控制端。先导阀23为第一换向阀，第一换向阀具有第三阀位和第四阀位。当先导阀23处于第三阀位(即图1所示意的状态、先导阀23处于左位工作)，先导阀23所在的先导油路导通，泵1、溢流阀21和冷却器3之间的油路导通。当先导阀23处于第四阀位(即先导阀23处于图1中的右位)，先导阀23所在的先导油路截至，泵1、第一单向阀22和执行元件4之间的油路导通。

参见图1，在一些实施例中，第一单向阀22的出油口设置有第二控制弹簧K2，第二控制弹簧K2提供的开启压力小于第一控制弹簧K1提供的开启压力。第二控制弹簧K2提供的开启压力比较小，第二控制弹簧K2用于防止第一单向阀22所在的支路被错误导通或者无意导通。

在一些实施例中，第一换向阀被构造为两位两通第一换向阀。参见图1，当第一换向阀处于图1所示意的状态，即作为导通，此时，溢流阀21两端的先导压力分别为n1和n2。位于溢流阀21的主阀芯的左端受到的力为F1，F1等于n1和阀芯左端面积S1的乘积，即F1＝n1*S1。位于溢流阀21的主阀芯的右端受到的力为F2。F2等于第一控制弹簧K1施加的弹性力F_K、n2和阀芯右端面积S2的乘积两部分之和。即F2＝n2*S2+F_K。F1大于F2，溢流阀21处于导通状态，即实现溢流。此状态下，泵1输出的油液全部经由溢流阀21流向冷却器3、然后流回到油箱9里。

当先导阀23处于右位，此时先导阀23所在的先导油路截至，溢流阀21处于断开状态，油液无法流过溢流阀21。此状态下，泵1输出的油液经由第一单向阀22流向执行元件4。

在一些实施例中，混合动力工程机械液压系统还包括调速阀组6，调速阀组6设置于蓄能器5和执行元件4之间的油路上，调速阀组6被构造为蓄能器5输出的油液的油量。

参见图1，调速阀组6包括并联的第二换向阀61、节流阀62和第二单向阀63。第二换向阀61设置于蓄能器5和执行元件4之间的油路上。节流阀62与第二换向阀61并联设置。第二单向阀63位于第二换向阀61和节流阀62的下游，第二单向阀63被构造为使得蓄能器5中的油液单向流至执行元件4，而不能反向流动。即油液不能从执行元件4或者泵1流向蓄能器5。参见图1，第二换向阀61的右侧为导通阀位；左侧通过反向安装的单向阀元件实现截至，即左侧为截至阀位。当第二换向阀61导通时，蓄能器5输出的油液经由第二换向阀61、第二单向阀63流向执行元件4。当第二换向阀61截至时，蓄能器5输出的油液经由节流阀62、第二单向阀63流向执行元件4。以此实现对蓄能器5输出的油量的控制。

参见图1，在一些实施例中，混合动力工程机械液压系统还包括第三换向阀7，第三换向阀7设置于执行元件4和切换阀组2之间的油路上，也位于执行元件4和蓄能器5之间的油路上。第三换向阀7比如采用两位四通换向阀，通过第三换向阀7，实现执行元件4的正向工作(比如正转)和反向工作(比如反转)。

参见图1，在一些实施例中，混合动力工程机械液压系统还包括控制器8，控制器8与切换阀组2控制连接，控制器8被构造为控制切换阀组2的阀位。控制器8可以采用PLC控制器8等。通过电气开关控制控制器8的开启和关闭。

混合动力工程机械液压系统所有需要调节阀位的阀均可与控制器8信号连接。比如，切换阀组2的第一换向阀、第二换向阀61、第三换向阀7均可与控制器8信号连接。

参见图1，在一些实施例中，执行元件4包括马达41以及风扇42。马达41与切换阀组2、蓄能器5均流体连通。风扇42与马达41驱动连接，以被马达41驱动而工作。马达41与风扇42通过联轴器相连。

下面以蓄能器5回收动臂势能为例，介绍混合动力工程机械液压系统的工作原理。

在混合动力模式下，动臂下降过程中，将工作装置的重力势能储存到蓄能器5。蓄能器5中的高压油进过调速阀组6、第三换向阀7、驱动马达41带动风扇42旋转，带走冷却器3的热量，给液压油、发动机冷却水等散热。同时，泵1将油箱9中液压油通过切换阀组2，输送到冷却器3，给整个液压系统的液压油冷却降温。

在原动力模式下，控制器8使切换阀组2右位工作，此时切换阀组2做溢流阀21使用。泵1从油箱9吸油，输出的高压油经第三换向阀7进入马达41，驱动马达41带动风扇42旋转，带走冷却器3的热量，给液压油、发动机冷却水等散热。

本发明实施例还提供一种混合动力工程机械，包括本发明任一技术方案提供的混合动力工程机械液压系统。

在一些实施例中，混合动力工程机械为以下其中一种：挖掘机、抓料机。

挖掘机和抓料机都具有动臂油缸，动臂油缸与蓄能器5流体连通。在动臂下降时，利用动臂自身重力就能使得动臂油缸中的油液排出到蓄能器5中存储，这就实现了重力势能的回收。蓄能器5驱动马达41带动风扇42旋转，以实现给液压油、发动机冷却水等散热，这就实现了重力势能的再利用。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1.一种混合动力工程机械液压系统，其特征在于，包括：

泵(1)，被构造为泵送油液；

切换阀组(2)，与所述泵(1)流体连通，所述切换阀组(2)被构造为具有两个阀位：第一阀位和第二阀位；

冷却器(3)，与所述切换阀组(2)流体连通；当所述切换阀组(2)处于第一阀位，所述泵(1)、所述切换阀组(2)和所述冷却器(3)之间的油路导通；

执行元件(4)，与所述切换阀组(2)流体连通；当所述切换阀组(2)处于第二阀位，所述泵(1)、所述切换阀组(2)和所述执行元件(4)之间的油路导通；以及

蓄能器(5)，被构造为回收混合动力工程机械的重力势能或者转动动能释放的油液，所述蓄能器(5)与所述执行元件(4)流体连通，以驱动所述执行元件(4)工作。

2.根据权利要求1所述的混合动力工程机械液压系统，其特征在于，所述切换阀组(2)包括：

溢流阀(21)，所述溢流阀(21)的进油口与所述泵(1)的出油口流体连通，所述溢流阀(21)的出油口与所述冷却器(3)的进油口流体连通；所述溢流阀(21)具有第一控制端和第二控制端；所述第一控制端与所述泵(1)的出油口流体连通；所述第二控制端设置有第一控制弹簧；

第一单向阀(22)，所述第一单向阀(22)的进油口与所述泵(1)的出油口；以及

先导阀(23)，设于所述溢流阀(21)的第二控制端；

其中，所述先导阀(23)为第一换向阀，所述先导阀(23)具有第三阀位和第四阀位；当所述先导阀(23)处于第三阀位，所述先导阀(23)所在的先导油路导通，所述泵(1)、所述溢流阀(21)和所述冷却器(3)之间的油路导通；当所述先导阀(23)处于第四阀位，所述先导阀(23)所在的先导油路截至，所述泵(1)、所述第一单向阀(22)和所述执行元件(4)之间的油路导通。

3.根据权利要求2所述的混合动力工程机械液压系统，其特征在于，所述第一单向阀(22)的出油口设置有第二控制弹簧，所述第二控制弹簧提供的开启压力小于所述第一控制弹簧提供的开启压力。

4.根据权利要求2所述的混合动力工程机械液压系统，其特征在于，所述第一换向阀被构造为两位两通第一换向阀。

5.根据权利要求1所述的混合动力工程机械液压系统，其特征在于，还包括：

调速阀组(6)，设置于所述蓄能器(5)和所述执行元件(4)之间的油路上，所述调速阀组(6)被构造为所述蓄能器(5)输出的油液的油量。

6.根据权利要求5所述的混合动力工程机械液压系统，其特征在于，所述调速阀组(6)包括：

第二换向阀(61)，设置于所述蓄能器(5)和所述执行元件(4)之间的油路上；

节流阀(62)，与所述第二换向阀(61)并联设置；以及

第二单向阀(63)，位于所述第二换向阀(61)和所述节流阀(62)的下游，所述第二单向阀(63)被构造为使得蓄能器(5)中的油液单向流至所述执行元件(4)。

7.根据权利要求1所述的混合动力工程机械液压系统，其特征在于，还包括：

第三换向阀(7)，设置于所述执行元件(4)和所述切换阀组(2)之间的油路上，也位于所述执行元件(4)和所述蓄能器(5)之间的油路上。

8.根据权利要求1所述的混合动力工程机械液压系统，其特征在于，还包括：

控制器(8)，与所述切换阀组(2)控制连接，所述控制器(8)被构造为控制所述切换阀组(2)的阀位。

9.根据权利要求1所述的混合动力工程机械液压系统，其特征在于，所述执行元件(4)包括：

马达(41)，与所述切换阀组(2)、所述蓄能器(5)均流体连通；以及

风扇(42)，与马达(41)驱动连接，以被所述马达(41)驱动而工作。

10.根据权利要求1所述的混合动力工程机械液压系统，其特征在于，还包括：

油箱(9)，与所述冷却器(3)的出油口以及所述泵(1)的进油口均流体连通。

11.一种混合动力工程机械，其特征在于，包括权利要求1～10任一所述的混合动力工程机械液压系统。

12.根据权利要求11所述的混合动力工程机械，其特征在于，所述混合动力工程机械为以下其中一种：挖掘机、抓料机。

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