CN115163582B - 一种挖掘机用分布式独立变转速闭式泵控液压系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及工程机械领域，具体公开了一种挖掘机用分布式独立变转速闭式泵控液压系统，包括挖掘机分布式独立电液控制系统以及为系统提供电能的直流母线电气耦合动力系统，通过直流母线电气耦合动力系统给独立电液控制系统供电；挖掘机分布式独立电液控制系统包括第一泵控液压系统、第二泵控液压系统、第三泵控液压系统、第四泵控液压系统，且分别集成一体式电液执行机构；挖掘机的动能和势能一部分通过电动/发电机单元转化为电能储存并利用，另外一部分能量由第三和第四泵控液压系统中高压蓄能器储存并利用；四个泵控液压系统的集成一体式电液执行机构分别依次独立安装在相应的液压缸或液压马达上，减少管路使布置更加紧凑。

Description

一种挖掘机用分布式独立变转速闭式泵控液压系统
技术领域
本发明涉及工程机械领域，具体公开了一种挖掘机用分布式独立变转速闭式泵控液压系统。
背景技术
液压挖掘机是典型的工程机械，在建筑、施工和矿山开采等领域应用广泛。目前，液压挖掘机广泛采用定转速柴油发动机驱动变量液压泵作为动力源，提供高压油液，并通过管路和控制阀分配和传递能量，驱动控制多个液压缸和液压马达，即集中式“容积-节流”调速系统。研究表明，该系统控制阀口压力损失、发动机/液压泵低效区长时工作以及大容量动势能的耗散；此外，冗长的管道也会产生较大沿程损失。这些原因均会造成工程机械装机功率大、燃油消耗大，是其排放和发热等问题的根源，也是制约工程机械节能减排、绿色化的关键瓶颈。
为了实现“双碳”目标，工程机械的节能减排与绿色化迫在眉睫。现有挖掘机电动化方案仅仅是将采用高能量转化效率的电机代替传统内燃机，对液压系统的改进仍有限。混合动力、负载口独立等节能系统仍然是采用集中式驱动方式，仅能部分提高液压系统能效，不仅仍存在大量节流、溢流等能量损失，电动化之后还存在所需电池体积大、续航时间短的难题。因此还需要从根本上提高液压系统的能量效率。泵控系统可以消除液压系统中的节流损失。如果采用单泵控单执行器的泵控系统，可以提高液压系统的能量效率。但是，不能像原有集中式系统那样多个执行器共用一个泵，通过单泵驱动单执行器系统需要该泵完全独立地覆盖相应执行器所需的所有负载特性，不仅导致装机功率大，还存在泵低速效率低/平稳性差、高速流量饱和导致的调速范围小的问题。
发明内容
有鉴于此，为了解决现有的挖掘机集中式液压系统节能效果差、系统管路冗长复杂等问题，并解决单泵控单执行器系统装机功率大、调速范围小的问题，本发明提供一种挖掘机用分布式独立变转速闭式泵控液压系统。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种挖掘机用分布式独立变转速闭式泵控液压系统，包括挖掘机分布式独立电液控制系统以及为挖掘机分布式独立电液控制系统提供电能的直流母线电气耦合动力系统；
挖掘机分布式独立电液控制系统包括第一泵控液压系统、第二泵控液压系统、第三泵控液压系统、第四泵控液压系统，且分别集成一体式电液执行机构；第一泵控液压系统、第二泵控液压系统、第三泵控液压系统、第四泵控液压系统的集成一体式电液执行机构分别依次独立安装在相应的液压缸或液压马达上。
进一步，直流母线电气耦合动力系统包括超级电容、与超级电容并联的蓄电池、一端与并联的超级电容和蓄电池串联的DC-DC转换器，与DC-DC转换器的另一端相连的直流母线，分别与直流母线连接的第一伺服驱动器、第二伺服驱动器、第三伺服驱动器、第四伺服驱动器，第一伺服驱动器、第二伺服驱动器、第三伺服驱动器、第四伺服驱动器分别与对应的伺服电动/发电机相连。有益效果：蓄电池与超级电容并联后再与DC-DC转换器串联，能够很好的维持电压稳定。当能量回收单元的发电机产生的电能通过直流母线传送给超级电容和蓄电池，根据系统能量管理策略，可以实现蓄电池和超级电容的能量分配。当挖掘机立刻进行后续动作需要电能时，蓄电池和超级电容一起提供电能；当挖掘机无后续动作不需要电能时，超级电容会把储存的电能给蓄电池充电。超级电容还可以在系统所需瞬时大功率时短时间释放储存的电能，降低系统装机功率。
进一步，第一泵控液压系统包括由第一单向阀Ⅰ、第一单向阀Ⅱ、过滤器和低压蓄能器Ⅰ组成的第一补油系统、第一电动/发电机单元、与第一电动/发电机单元同轴驱动的第一液压泵、两腔分别与第一液压泵工作油口A和B连通的铲斗单出杆液压缸、与铲斗单出杆液压缸的两腔分别连接的第一压力传感器Ⅰ、第一压力传感器Ⅱ、出油口分别与第一液压泵工作油口和B连通的第一补油单向阀Ⅰ和第一补油单向阀Ⅱ、与第一补油单向阀Ⅰ进油口连通的第一补油系统、进油口与第一液压泵的两腔连通的第一溢流阀Ⅰ和第二溢流阀Ⅱ、一端与铲斗单出杆液压缸无杆腔相连且另一端与第一液压泵工作油口A相连的第一电磁开关切换阀Ⅰ、一端与铲斗单出杆液压缸有杆腔相连另一端与第一液压泵工作油口B相连的第一电磁开关切换阀Ⅱ，第一补油单向阀Ⅱ的进油口与第一液压泵第三油口C连通，第一溢流阀Ⅰ和第一溢流阀Ⅱ的出油口分别与第一补油系统和第一液压泵第三油口C连通。有益效果：由低压蓄能器Ⅰ向第一液压泵进行补油，补偿在实际运行过程中第一液压泵和铲斗第一液压缸的泄漏以及第一液压缸两腔面积不一致导致的不对称流量。采用非对称液压泵工作油口A和B的排量比值等于铲斗单出杆液压缸两腔面积比的非对称液压泵，实现第一液压泵进出口流量平衡。
进一步，第二泵控液压系统包括由第二单向阀Ⅰ、第二单向阀Ⅱ、过滤器和低压蓄能器Ⅱ组成的第二补油系统、第二电动/发电机单元、与第二电动/发电机单元同轴驱动的第二液压泵、两腔分别与第二液压泵工作油口A和B连通的斗杆单出杆液压缸、与斗杆单出杆液压缸的两腔分别连接的第二压力传感器Ⅰ、第二压力传感器Ⅱ、出油口分别与第二液压泵工作油口A和B连通的第二补油单向阀Ⅰ和第二补油单向阀Ⅱ、与第二补油单向阀Ⅰ进油口连通的第二补油系统、进油口与第二液压泵两腔连通的第二溢流阀Ⅰ和第二溢流阀Ⅱ、一端与斗杆单出杆液压缸无杆腔相连且另一端与第二液压泵工作油口A相连的第二电磁开关切换阀Ⅰ、一端与斗杆单出杆液压缸有杆腔相连另一端与第二液压泵工作油口B相连的第二电磁开关切换阀Ⅱ，第二补油单向阀Ⅱ的进油口与第二液压泵第三油口C连通，第二溢流阀Ⅰ和第二溢流阀Ⅱ的出油口分别与第二补油系统和第二液压泵第三油口C连通。有益效果：由低压蓄能器Ⅱ向第二液压泵进行补油，补偿在实际运行过程中第二液压泵和第二液压缸的泄漏以及第二液压缸两腔面积不一致导致的不对称流量。采用非对称液压泵工作油口A和B的排量比值等于斗杆单出杆液压缸两腔面积比的非对称液压泵，实现第二液压泵进出口流量平衡。
进一步，第三泵控液压系统包括由第三单向阀Ⅰ、第三单向阀Ⅱ、过滤器和低压蓄能器Ⅲ组成的第三补油系统、进油口与电液比例方向阀ⅠT口相连第四单向阀Ⅲ、出油口与电液比例方向阀ⅠP口相连第四单向阀Ⅳ、过滤器、第三电动/发电机单元、动臂单出杆液压缸、左行走液压马达、与第三单向阀Ⅲ出油口和第三单向阀Ⅳ进油口相连高压蓄能器Ⅴ、与第三电动/发电机单元同轴驱动的第三液压泵、与动臂单出杆液压缸的两腔分别连接的第三压力传感器Ⅰ、第三压力传感器Ⅱ、与高压蓄能器Ⅴ相连的第三压力传感器Ⅲ、相连的一端与动臂单出杆液压缸无杆腔一腔相连的第三电磁开关切换阀Ⅰ且另一端与动臂单出杆液压缸工作油口A相连、一端与动臂单出杆液压缸有杆腔相连的第三电磁开关切换阀Ⅱ且另一端与第三液压泵工作油口B相连、一端与左行走液压马达A/B口相连且另一端与第三液压泵工作油口A和工作油口B相连的第三电磁开关切换阀Ⅲ和第三电磁开关切换阀Ⅳ、A口与第三液压缸无杆腔相连的电液比例方向阀Ⅰ且B口与第三液压缸有杆腔相连、一端与动臂单出杆液压缸无杆腔相连的第一旁路辅助调速比例阀且另一端与动臂单出杆液压缸有杆腔相连、出油口分别与第三液压泵/左行走液压马达两腔连通的第三液控单向阀Ⅰ和第三液控单向阀Ⅱ、进油口分别与第三液压泵两腔连通的第三溢流阀Ⅰ和第三溢流阀Ⅱ，第三液控单向阀Ⅰ和第三液控单向阀Ⅱ的进油口与第三补油系统连通，第三溢流阀Ⅰ和第三溢流阀Ⅱ出油口与第三补油系统连通，动臂单出杆液压缸的两腔分别通过第三电磁开关切换阀Ⅰ和第三电磁开关切换阀Ⅱ与第三液压泵/左行走液压马达两端连通。有益效果：通过控制第三电磁开关切换阀Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ通断电采用控制动臂或左行走动作；通过低压蓄能器Ⅲ与第三液控单向阀Ⅰ和第三液控单向阀Ⅱ组成的补油系统向低压回路补充回流油液，以解决动第三液压缸面积差以及第三液压泵内泄漏导致的进出口两腔流量不对称问题；第一旁路辅助调速比例阀作用是增加旁路分流/合流、流量再生等功能，解决液压泵低速效率低/稳定性差、高速易饱和导致的系统调速范围窄的问题；通过高压蓄能器Ⅴ和电液比例方向阀Ⅰ、第三单向阀Ⅲ、第三单向阀Ⅳ组成的能量回收系统来对执行器下降产生的势能进行部分能量回收。
进一步，第四泵控液压系统包括由第四单向阀Ⅰ、第四单向阀Ⅱ、过滤器和低压蓄能器Ⅳ组成第四补油系统、进油口与电液比例方向阀ⅡT口相连第四单向阀Ⅲ、出油口与电液比例方向阀ⅡP口相连第四单向阀Ⅳ、与第四单向阀Ⅲ出油口和第四单向阀Ⅳ进油口相连高压蓄能器Ⅵ、第四电动/发电机单元、回转马达、右行走液压马达、与第四电动/发电机单元同轴驱动的第四液压泵、一端与回转马达A口相连且另一端与第四液压泵工作油口A相连的第四电磁开关切换阀Ⅰ、一端与回转马达B口相连且另一端与第四液压泵工作油口B相连的第四电磁开关切换阀Ⅱ、回转马达的A/B口分别连接的第四压力传感器Ⅰ、第四压力传感器Ⅱ、与高压蓄能器Ⅵ相连的第四压力传感器Ⅲ、一端与右行走液压马达A/B口相连且另一端分别与第四液压泵工作油口A和B相连的第四电磁开关切换阀Ⅲ和第四电磁开关切换阀Ⅳ、A/B口分别与回转马达A/B口相连的电液比例方向阀Ⅱ、两端分别与回转马达A/B口相连的第二旁路辅助调速比例阀、出油口分别与第四液压泵、回转马达及右行走液压马达两腔连通的第四液控单向阀Ⅰ和第四液控单向阀Ⅱ、进油口分别与第四液压泵的两腔连通的第四溢流阀Ⅰ和第四溢流阀Ⅱ，第四液控单向阀Ⅰ和第四液控单向阀Ⅱ的进油口分别与第四补油系统连通，第四溢流阀Ⅰ和第四溢流阀Ⅱ的出油口分别与第四补油系统连通，回转马达的两腔分别通过第四电磁开关切换阀Ⅰ和第四电磁开关切换阀Ⅱ和第四液压泵及右行走液压马达的两端连通。有益效果：通过控制第四电磁开关切换阀Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ通断电采用控制回转或右行走动作；第二旁路辅助调速比例阀作用是增加旁路分流/合流、流量再生等功能，解决液压泵低速效率低/稳定性差、高速易饱和导致的系统调速范围窄的问题；通过低压蓄能器Ⅳ与第四液控单向阀Ⅰ和第四液控单向阀Ⅱ组成的补油系统向低压回路补充回流油液，以解决第四液压泵内泄漏导致的进出口两腔流量不对称问题。通过高压蓄能器Ⅵ和电液比例方向阀Ⅱ、第四单向阀Ⅲ、第四单向阀Ⅳ组成的能量回收系统来对执行器产生的动能进行部分能量回收。
进一步，第一液压泵和第二液压泵均为四象限非对称定量液压泵，第一补油单向阀和第二补油单向阀均采用液控单向阀。
进一步，第三液压泵和第四液压泵均为四象限对称定量液压泵，第一旁路辅助调速比例阀和第二旁路辅助调速比例阀均为两位两通阀。
进一步，第一电磁开关切换阀、第二电磁开关切换阀、第三电磁开关切换阀、第四电磁开关切换阀均为两位两通阀。
进一步，电液比例方向阀Ⅰ、电液比例方向阀Ⅱ均为三位四通阀。
进一步，第一液压缸、第二液压缸、第三液压缸、均为单出杆液压缸，第一液压缸、第二液压缸、第三液压缸分别为铲斗油缸、斗杆油缸和动臂油缸；第一泵控液压系统、第二泵控液压系统、第三泵控液压系统、第四泵控液压系统均包括过滤器。
本发明涉及的一种挖掘机用分布式独立变转速闭式泵控液压系统控制方法具体工作原理如下：压力传感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别采集液压缸(马达)两腔压力分别为无杆腔(A口)压力p1、有杆腔(B口)压力p2，高压蓄能器出口压力P3，结合执行器期望速度v和外部负载力F判断系统此时的工作模式，能量回收包括两种方式:一种是通过电机、蓄电池和电容的电气动力系统，计算出伺服电机的转速控制所需要的泵转速nr来进行能量回收利用；另一种是在第三和第四泵控系统中增设的液压回收装置包括：电液比例方向阀、高压蓄能器和两个单向阀液Ⅲ、Ⅳ，计算电液比例方向阀开口控制信号uv。设定速度以液压缸伸出为正方向，负载力F以液压缸收缩为正方向，转速以马达顺时针方向为正方向，负载力F以马达逆时针方向为正方向，从而实现四象限工作模式下的控制。
1)第一和第二泵控系统的执行器为斗杆、铲斗液压缸时控制信号如下：
当执行器期望速度v满足v>0，负载力F满足F>0，阻抗伸出模式，此时液压泵处于泵模式，电机转速信号为nr＝(υAa-Cq1Δp1-Cq2Δp2)/Vd；
当执行器期望速度v满足v<0，负载力F满足F<0，超越伸出模式，此时液压泵处于马达模式，铲斗(斗杆)液压缸超越伸出产生的能量通过电气动力系统进行能量回收，通过液压泵驱动发电机发电，电能储存在蓄电池和电容中，电机转速信号为：nr＝(υAb-Cq1Δp1-Cq2Δp2)/Vd；
当执行器期望速度v满足v<0，负载力F满足F>0，超越缩回模式，此时液压泵处于马达模式，铲斗(斗杆)液压缸超越收缩产生的能量通过液压泵进行能量回收，通过液压泵驱动发电机发电，电能储存在蓄电池和电容中，电机转速信号为nr＝(υAb-Cq1Δp1-Cq2Δp2)/Vd；
当执行器期望速度v满足v<0，负载力F满足F<0，阻抗缩回模式，此时液压泵处于泵模式，电机转速信号为nr＝(vAa+Cq1Δp1+Cq2Δp2)/Vd；
其中，v为执行器期望速度，Aa表示单出杆液压缸无杆腔面积，Ab表示单出杆液压缸有杆腔面积，Cq1表示液压缸泄漏系数，Δp1表示液压缸两腔压力差Δp1＝p1-p2，Cq2表示液压泵泄漏系数，Δp2表示液压泵两腔压力差Δp2＝p1-p2，Vd表示液压泵的排量。
第一和第二泵控系统具体控制流程首先输入执行器期望速度v，根据输入执行器期望速度和外部负载力选择液压泵的工作模式并匹配上述相关公式将速度信号转换成转速信号给电机，电机驱动液压泵通过油路进而准确的控制液压缸伸出和缩回。
2)第三泵控系统的执行器为动臂液压缸时控制信号如下：
由于动臂负载力F常为正，则液压系统有两种工作模式。
当执行器期望速度v满足v<0，负载力F满足F>0，超越缩回模式，此时液压泵处于马达模式，电液比例方向阀切换至左位，动臂液压缸产生的势能分两部分进行回收：一部分由液压回收装置进行能量回收，回收的能量储存在高压蓄能器Ⅴ中，由于高压蓄能器Ⅴ回收流量Qarec是通过电液比例阀流入，而流过电液比例阀的流量受其两端压差的影响，则通过控制电液比例方向阀的开口大小控制回收流量，按照以下公式确定电液比例阀开口控制信号：
Figure BDA0003740960070000061
其中，Qarec表示经液压回收装置储存进高压蓄能器的流量，由高压蓄能器体积和执行器运动时间确定，Kv表示阀口流量压力系数，Δp3为电液比例方向阀两端压差Δp3＝p1-p3，ρ为油液密度。
另外一部分势能由电气动力系统进行回收，通过液压泵驱动发电机发电，电能储存在蓄电池和电容中，按照以下公式计算电机转速nr：
nr＝(vAa-Cq1Δp1-Cq2Δp2-Qarec)/Vd；
其中，v执行器期望速度，Aa表示单出杆液压缸无杆腔面积，Cq1表示液压缸泄漏系数，Δp1表示液压缸两腔压力差Δp1＝p1-p2，Cq2表示液压泵泄漏系数，Δp2表示液压泵两腔压力差Δp2＝p1-p2，Vd表示液压泵的排量。
当执行器期望速度v满足v>0，负载力F满足F>0，阻抗伸出模式，液压泵处于泵模式，此时电液比例方向阀切换至右位，驱动动臂液压缸的能量两部分组成，一部分能量由高压蓄能器Ⅴ提供，由于高压蓄能器Ⅴ再利用的流量Qareg是通过电液比例阀流出，而流过电液比例阀的流量受其两端压差的影响，则通过控制电液比例方向阀的开口大小控制再利用的流量，按照以下公式确定电液比例方向阀开口控制信号：
Figure BDA0003740960070000071
其中，Qareg表示经液压回收装置高压蓄能器释放的流量，由高压蓄能器体积和执行器运动时间确定，Kv表示阀口流量压力系数，Δp3为电液比例方向阀两端压差Δp3＝p3-p1，ρ为油液密度。
另外一部分能量由电气动力系统提供，储存在蓄电池和电容中的能量通过电机驱动液压泵转动经过油路给液压缸提供流量，按照以下公式计算电机转速nr：
nr＝(vAb+Cq1Δp1+Cq2Δp2-Qareg)/Vd；
第三泵控系统具体控制流程首先输入执行器期望速度v，根据输入执行器期望速度和外部负载力选择液压泵的工作模式并匹配上述相关公式将执行器期望速度信号转换成电机转速信号给电机，电机驱动液压泵通过油路和高压蓄能器Ⅴ共同准确的控制液压缸伸出和收缩。
3)第四泵控系统的执行器为回转马达时控制信号如下：
由于回转马达正转和反转情况基本一致，则这里只阐述正转情况下的模式；
当指令转速n满足n>0，负载力F满足F<0，超越伸出模式，此时液压泵处于马达模式，电液比例方向阀切换至右位，马达减速产生的动能分两部分进行回收，一部分由液压装置进行能量回收，回收的能量储存在高压蓄能器Ⅵ中，由于高压蓄能器Ⅵ回收Qarec是通过电液比例阀流入，而流过电液比例阀的流量受其两端压差的影响，则通过控制电液比例方向阀的开口大小控制回收流量，按照以下公式确定电液比例阀开口控制信号：
Figure BDA0003740960070000072
其中，Qarec表示经液压回收装置储存进高压蓄能器的流量，由高压蓄能器体积和执行器运动时间确定，Kv表示阀口流量压力系数，Δp3为电液比例方向阀两端压差Δp3＝p1-p3，ρ为油液密度。
另外一部分动能由电气动力系统进行回收，通过液压泵驱动发电机发电，电能储存在蓄电池和电容中，按照以下公式计算电机转速nr：
nr＝(nVr-Cq1Δp1-Cq2Δp2-Qarec)/Vd；
其中，n表示期望转速，Cq1表示回转马达泄漏系数，Δp1表示回转马达两腔压力差，Cq2表示液压泵泄漏系数，Δp2表示液压泵两腔压力差，Vr为回转马达排量。
当指令转速n满足n>0，负载力F满足F>0，阻抗伸出模式，此时液压泵处于泵模式，电液比例方向阀切换至右位，驱动回转马达的能量两部分组成，一部分能量由高压蓄能器Ⅵ提供，由于高压蓄能器Ⅵ再利用的流量Qareg是通过电液比例阀流出，而流过电液比例阀的流量受其两端压差的影响，则通过控制电液比例方向阀的开口大小控制再利用流量，按照以下公式确定电液比例阀开口控制信号：
Figure BDA0003740960070000081
其中，Qareg表示经液压回收装置高压蓄能器释放的流量，由高压蓄能器体积和执行器运动时间确定，Kv表示阀口流量压力系数，Δp3为电液比例方向阀两端压差Δp3＝p3-p1，ρ为油液密度。
另外一部分能量由电气动力系统提供，储存在蓄电池和电容中的能量通过电机驱动液压泵转动经过油路给液压缸提供流量，按照以下公式计算电机转速nr：
nr＝(nVr+Cq1Δp1+Cq2Δp2-Qareg)/Vd；
第四泵控系统具体控制流程首先输入指令转速n，根据输入指令转速和外部负载力选择液压泵的工作模式并匹配上述相关公式指令转速转换成电机转速信号给电机，电机驱动液压泵通过油路和蓄能器Ⅵ共同准确的控制马达回转和制动。
本方案的工作原理及有益效果在于：
1、本发明公开的一种挖掘机用分布式独立变转速闭式泵控液压系统，采用独立式容积调速，各执行器通过一套变转速闭式泵控液压系统控制，通过改变电动机的转向，来改变液压泵的进出油口，从而实现执行机构液压缸的运动方向转换；通过改变电动机的转速，来改变液压泵输出给执行器的流量，满足执行器速度控制需求，省略了传动集中式容积-节流调速系统的比例方向阀，基本消除了阀口节流产生的压力损失。
2、本发明公开的一种挖掘机用分布式独立变转速闭式泵控液压系统，通过蓄电池及超级电容的直流母线电气动力系统给独立电液控制系统供电，并将挖掘机浪费的部分动势能通过电动/发电机单元转化为电能储存并利用，进一步降低了能耗。此外，还有部分浪费的动势能通过蓄能器进行能量回收系统。通过调节电液比例方向阀、蓄能器预充压力和体积以及液压泵的转速来进行储用能量的分配。相比于单独使用蓄能器和电池/电容其中一种，两者的组合的使用大大减小了蓄能器的体积和直流母线电气动力系统长能量传递路径的能量损失，提高了能量回收效率。同时，在当执行器瞬时需要或产生大功率的能量时，使用蓄能器和电容可以瞬间提供大功率能量或回收大功率能量，降低变转速闭式泵控系统装机功率。
3、本发明公开的一种挖掘机用分布式独立变转速闭式泵控液压系统，不仅省略了液压油箱，还将各执行器泵控液压系统的电动/发电机单元、液压泵、蓄能器、单向阀、电磁阀、液压缸等集成在一起，形成一个一体式电液执行机构分布安装在动臂、斗杆、铲斗、回转作业机构上，能够省去复杂的管路连接使布置更加简单、紧凑。同时，直接液压缸上安装方式也保证了负载保持阀关闭后静止状态的安全可靠性。
4、本发明公开的一种挖掘机用分布式独立变转速闭式泵控液压系统，采用独立式电动机驱动定量泵代替发动机集中同轴驱动变排量泵，不仅电机效率更高，还通过旁路辅助调速阀使得电机-泵组成的动力单元避免低转速导致的效率低、不稳定以及高速饱和等问题，提高了电机-泵单元的机械/容积效率与调速范围。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
图1为本发明一种挖掘机用分布式独立变转速闭式泵控液压系统的多执行器系统原理图；
图2为本发明一种挖掘机用分布式独立变转速闭式泵控液压系统中第一泵控液压系统原理图；
图3为本发明一种挖掘机用分布式独立变转速闭式泵控液压系统中第二泵控液压系统原理图；
图4为本发明一种挖掘机用分布式独立变转速闭式泵控液压系统中第三泵控液压系统原理图；
图5为本发明一种挖掘机用分布式独立变转速闭式泵控液压系统中第四泵控液压系统原理图；
图6为本发明一种挖掘机用分布式独立变转速闭式泵控液压系统的结构示意图。
附图中标记如下：铲斗单出杆液压缸1.1、斗杆单出杆液压缸1.2、动臂单出杆液压缸1.3、第一泵控液压系统2.1、第二泵控液压系统2.2、第三泵控液压系统2.3、第四泵控液压系统2.4、第一电动机/发电机单元3.1、第一液压泵4.1、第二电动机/发电机单元3.2、第二液压泵4.2、第三电动机/发电机单元3.3、第三液压泵4.3、第四电动机/发电机单元3.4、第四液压泵4.4、第一溢流阀Ⅰ5.1.1、第一溢流阀Ⅱ5.1.2、第二溢流阀Ⅰ5.2.1、第二溢流阀Ⅱ5.2.2、第三溢流阀Ⅰ5.3.1、第三溢流阀Ⅱ5.3.2、第四溢流阀Ⅰ5.4.1、第四溢流阀Ⅱ5.4.2、第一补油单向阀Ⅰ6.1.1、第一补油单向阀Ⅱ6.1.2、第二补油单向阀Ⅰ6.2.1、第二补油单向阀Ⅱ6.2.2、第三液控单向阀Ⅰ6.3.1、第三液控单向阀Ⅱ6.3.2、第四液控单向阀Ⅰ6.4.1、第四液控单向阀Ⅱ6.4.2、第一电磁开关切换阀Ⅰ7.1.1、第一电磁开关切换阀Ⅱ7.1.2、第二电磁开关切换阀Ⅰ7.2.1、第二电磁开关切换阀Ⅱ7.2.2、第三电磁开关切换阀Ⅰ7.3.1、第三电磁开关切换阀Ⅱ7.3.2、第四电磁开关切换阀Ⅰ7.4.1、第四电磁开关切换阀Ⅱ7.4.2、第三电磁开关切换阀Ⅲ7.3.3、第三电磁开关切换阀Ⅳ7.3.4、第四电磁开关切换阀Ⅲ7.4.3、第四电磁开关切换阀Ⅳ7.4.4、过滤器8、第一单向阀Ⅰ9.1.1、第一单向阀Ⅱ9.1.2、第二单向阀Ⅰ9.2.1、第二单向阀Ⅱ9.2.2、第三单向阀Ⅰ9.3.1、第三单向阀Ⅱ9.3.2、第三单向阀Ⅲ9.3.3、第三单向阀Ⅳ9.3.4、第四单向阀Ⅰ9.4.1、第四单向阀Ⅱ9.4.2、第四单向阀Ⅲ9.4.3、第四单向阀Ⅳ9.4.4、低压蓄能器Ⅰ10、第一旁路辅助调速比例阀11.1、第一旁路辅助调速比例阀11.2、左行走液压马达12.1、右行走液压马达12.2、回转马达12.3、第一伺服驱动器13.1、第二伺服驱动器13.2、第三伺服驱动器13.3、第四伺服驱动器13.4、直流母线14、DC-DC转换器15、蓄电池16、超级电容17、第一压力传感器Ⅰ18.1.1、第一压力传感器Ⅱ18.1.2第二压力传感器Ⅰ18.2.1、第二压力传感器Ⅱ18.2.2、第三压力传感器Ⅰ18.3.1、第三压力传感器Ⅱ18.3.2、第三压力传感器Ⅲ18.3.3、第四压力传感器Ⅰ18.4.1、第四压力传感器Ⅱ18.4.2、第四压力传感器Ⅲ18.4.3、低压蓄能器Ⅱ19、低压蓄能器Ⅲ20、低压蓄能器Ⅳ21、高压蓄能器Ⅴ22、高压蓄能器Ⅵ23、电液比例方向阀Ⅰ24、电液比例方向阀Ⅱ25。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
实施例
如图1-图6所示的一种挖掘机用分布式独立变转速闭式泵控液压系统，包括挖掘机分布式独立电液控制系统以及为挖掘机分布式独立电液控制系统提供电能的直流母线电气耦合动力系统；挖掘机分布式独立电液控制系统包括第一泵控液压系统2.1、第二泵控液压系统2.2、第三泵控液压系统2.3、第四泵控液压系统2.4，且分别集成一体式电液执行机构，第一泵控液压系统2.1、第二泵控液压系统2.2、第三泵控液压系统2.3的集成一体式电液执行机构独立安装在铲斗单出杆液压缸1.1、斗杆单出杆液压缸1.2、动臂单出杆液压缸1.3上，第四泵控液压系统2.4的集成一体式电液执行机构独立布置在挖掘机回转台上，分布式独立电液控制系统能够驱动动臂的上升/下降，斗杆的伸出/缩回，铲斗的挖掘和卸荷，履带式行走机构和回转机构动作。
直流母线电气耦合动力系统包括超级电容17、与超级电容17并联的蓄电池16、一端与并联的超级电容17和蓄电池16串联的DC-DC转换器15，与DC-DC转换器15的另一端相连的直流母线14，分别与直流母线14连接的第一伺服驱动器13.1、第二伺服驱动器13.2、第三伺服驱动器13.3、第四伺服驱动器13.4，第一伺服驱动器13.1、第二伺服驱动器13.2、第三伺服驱动器13.3、第四伺服驱动器13.4分别与对应的伺服电动/发电机相连，蓄电池16与超级电容17并联后再与DC-DC转换器15串联，能够很好的维持电压稳定。当能量回收单元的发电机产生的电能通过直流母线14传送给超级电容17和蓄电池16，根据系统能量管理策略，可以实现蓄电池16和超级电容17的能量分配。当挖掘机立刻进行后续动作需要电能时，蓄电池16和超级电容17一起提供电能；当挖掘机无后续动作不需要电能时，超级电容17会把储存的电能给蓄电池16充电。
第一泵控液压系统2.1包括由第一单向阀Ⅰ9.1.1、第一单向阀Ⅱ9.1.2、过滤器8和低压蓄能器Ⅰ10组成的第一补油系统、第一电动/发电机单元3.1、与第一电动/发电机单元3.1同轴驱动的第一液压泵4.1、两腔分别与第一液压泵4.1工作油口A和B连通的铲斗单出杆液压缸1.1、与铲斗单出杆液压缸1.1的两腔分别连接的第一压力传感器Ⅰ18.1.1、第一压力传感器Ⅱ18.1.2、出油口分别与第一液压泵4.1工作油口和B连通的第一补油单向阀Ⅰ6.1.1和第一补油单向阀Ⅱ6.1.2、与第一补油单向阀Ⅰ6.1.1进油口连通的第一补油系统、进油口与第一液压泵4.1的两腔连通的第一溢流阀Ⅰ5.1.1和第二溢流阀Ⅱ5.1.2、一端与铲斗单出杆液压缸1.1无杆腔相连且另一端与第一液压泵4.1工作油口A相连的第一电磁开关切换阀Ⅰ7.1.1、一端与铲斗单出杆液压缸1.1有杆腔相连另一端与第一液压泵4.1工作油口B相连的第一电磁开关切换阀Ⅱ7.1.2，第一补油单向阀Ⅱ6.1.2的进油口与第一液压泵4.1第三油口C连通，第一溢流阀Ⅰ5.1.1和第一溢流阀Ⅱ5.1.2的出油口分别与第一补油系统和第一液压泵4.1第三油口C连通，由第一补油系统通过第一液压泵4.1工作油口C向第一液压泵4.1进行补油，补偿在实际运行过程中第一液压泵4.1和铲斗单出杆液压缸1.1的泄漏以及铲斗单出杆液压缸1.1两腔面积不一致导致的不对称流量。采用非对称液压泵工作油口A和B的排量比值等于铲斗单出杆液压缸两腔面积比的非对称液压泵，实现第一液压泵进出口流量平衡。
第一液压泵4.1为四象限非对称定量液压泵，采用非对称液压泵工作油口A和B的排量比值等于铲斗单出杆液压缸1.1两腔面积比的非对称液压泵，实现第一液压泵4.1进出口流量平衡。
第一电磁开关切换阀Ⅰ7.1.1、第一电磁开关切换阀Ⅱ7.1.2为两位两通阀。
采用第一泵控系统来控制铲斗动作。
当铲斗进行挖掘时，外部负载力与铲斗单出杆液压缸1.1伸出方向相反，此时为阻抗负载伸出工况，外部负载力与伸出方向相反，蓄电池16和超级电容17供电经过DC-DC转换器15输出第一电动机/发电机单元3.1所需的固定电压，通过直流母线14到达第一伺服驱动器13.1，并根据控制信号对电机转速和转向进行调节，使得电机正转驱动同轴第一液压泵4.1，第一电磁开关切换阀Ⅰ7.1.1和第一电磁开关切换阀Ⅱ7.1.2打开，油液从第一液压泵4.1的工作油口A排出通过油管进入铲斗单出杆液压缸1.1无杆腔，油液从铲斗单出杆液压缸1.1有杆腔流出从第一液压泵4.1的工作油口B流入入，使得无杆腔压力增大且大于有杆腔压力时，开始推动铲斗单出杆液压缸1.1伸出，由于有杆腔面积小于无杆腔，导致第一液压泵4.1从有杆腔吸入的流量小于无杆腔所需的流量，采用非对称液压泵工作油口A和B的排量比值等于铲斗单出杆液压缸1.1两腔面积比的非对称液压泵，实现第一液压泵4.1进出口流量平衡。此时油液推动铲斗单出杆液压缸1.1保持伸出状态。第一电磁开关切换阀Ⅰ7.1.1和第一电磁开关切换阀Ⅱ7.1.2关闭，铲斗单出杆液压缸1.1保持稳定不动，起负载保持作用。
当铲斗进行卸土时，外部负载力与铲斗单出杆液压缸1.1缩回方向一致此时为超越负载缩回工况，无杆腔的压力大于有杆腔压力，第一液压泵4.1处于马达模式，第一电磁开关切换阀Ⅰ7.1.1和第一电磁开关切换阀Ⅱ7.1.2打开，油液从铲斗单出杆液压缸1.1无杆腔流出，从第一液压泵4.1工作油口A流入，工作油口B流出通过油管进入铲斗单出杆液压缸1.1有杆腔，带动第一液压泵4.1转动从而带动第一电动机/发电机单元3.1转动，发电机产生的电能通过直流母线14最终储存到超级电容17和蓄电池16中。此时负载推动铲斗单出杆液压缸1.1保持缩回状态。第一电磁开关切换阀Ⅰ7.1.1和第一电磁开关切换阀Ⅱ7.1.2关闭，铲斗单出杆液压缸1.1保持稳定不动，起负载保持作用。
第二泵控液压系统2.2包括由第二单向阀Ⅰ9.2.1、第二单向阀Ⅱ9.2.2、过滤器8和低压蓄能器Ⅱ19组成的第二补油系统、第二电动/发电机单元3.2、与第二电动/发电机单元3.2同轴驱动的第二液压泵4.2、两腔分别与第二液压泵4.2工作油口A和B连通的斗杆单出杆液压缸1.2、与斗杆单出杆液压缸1.2的两腔分别连接的第二压力传感器Ⅰ18.2.1、第二压力传感器Ⅱ18.2.2、出油口分别与第二液压泵4.2工作油口A和B连通的第二补油单向阀Ⅰ6.2.1和第二补油单向阀Ⅱ6.2.2、与第二补油单向阀Ⅰ6.2.1进油口连通的第二补油系统、进油口与第二液压泵4.2两腔连通的第二溢流阀Ⅰ5.2.1和第二溢流阀Ⅱ5.2.2、一端与斗杆单出杆液压缸1.2无杆腔相连且另一端与第二液压泵4.2工作油口A相连的第二电磁开关切换阀Ⅰ7.2.1、一端与斗杆单出杆液压缸1.2有杆腔相连另一端与第二液压泵4.2工作油口B相连的第二电磁开关切换阀Ⅱ7.2.2，第二补油单向阀Ⅱ6.2.2的进油口与第二液压泵4.2第三油口C连通，第二溢流阀Ⅰ5.2.1和第二溢流阀Ⅱ5.2.2的出油口分别与第二补油系统和第二液压泵4.2第三油口C连通，由第二补油系统向第二液压泵4.2进行补油，补偿在实际运行过程中第二液压泵4.2和斗杆单出杆液压缸1.2的泄漏以及斗杆单出杆液压缸1.2两腔面积不一致导致的不对称流量。采用非对称液压泵工作油口A和B的排量比值等于铲斗单出杆液压缸两腔面积比的非对称液压泵，实现第一液压泵进出口流量平衡。
第二液压泵4.2为四象限非对称定量液压泵，采用非对称液压泵工作油口A和B的排量比值等于斗杆单出杆液压缸1.2两腔面积比的非对称液压泵，实现第二液压泵4.2进出口流量平衡。
第二电磁开关切换阀Ⅰ7.2.1、第二电磁开关切换阀Ⅱ7.2.2为两位两通阀。
采用第二泵控系统来控制斗杆动作。
斗杆工作时会有四种工况。阻抗负载伸出工况：当斗杆单出杆液压缸1.2伸出时，外部负载力与斗杆单出杆液压缸1.2伸出方向相反时，此时无杆腔压力大于有杆腔压力，第二液压泵4.2处于泵控模式，蓄电池16和超级电容17供电经过DC-DC转换器15输出、第二电动机/发电机单元3.2所需的固定电压，通过直流母线14到达第二伺服驱动器13.2，第二伺服驱动器13.2控制第二液压泵4.2正转，第二电磁开关切换阀Ⅰ7.2.1和第二电磁开关切换阀Ⅱ7.2.2打开，油液从第二液压泵4.2工作油口A进入斗杆单出杆液压缸1.2无杆腔，斗杆单出杆液压缸1.2有杆腔的油液被第二液压泵4.2的工作油口B吸入。此时油液推动斗杆单出杆液压缸1.2保持伸出状态。第二电磁开关切换阀Ⅰ7.2.1和第二电磁开关切换阀Ⅱ7.2.2关闭，斗杆单出杆液压缸1.2保持稳定不动，起负载保持作用。
超越负载伸出工况：当斗杆单出杆液压缸1.2伸出时，外部负载力与斗杆单出杆液压缸1.2伸出方向一致时，有杆腔的压力大于无杆腔压力，第二液压泵4.2处于马达模式，第二电磁开关切换阀Ⅰ7.2.1和第二电磁开关切换阀Ⅱ7.2.2打开，油液从斗杆单出杆液压缸1.2有杆腔流出，从第二液压泵4.2工作油口B流入，工作油口A流出，带动第二液压泵4.2转动从而带动第二电动机/发电机单元3.2转动，第二发电机产生的电能通过直流母线14最终储存到超级电容17和蓄电池16中。此时负载拉动斗杆单出杆液压缸1.2保持伸出状态。第二电磁开关切换阀Ⅰ7.2.1和第二电磁开关切换阀Ⅱ7.2.2关闭，斗杆单出杆液压缸1.2保持稳定不动，起负载保持作用。
阻抗负载缩回工况：当斗杆单出杆液压缸1.2缩回时，外部负载力与斗杆单出杆液压缸1.2伸出方向相反时，有杆腔的压力大于无杆腔压力，第二液压泵4.2处于泵控模式，蓄电池16和超级电容17供电经过DC-DC转换器14输出电机3.2所需的固定电压，通过直流母线14到达伺服驱动器13.2，第二伺服驱动器13.2控制第二液压泵4.2反转，第二电磁开关切换阀Ⅰ7.2.1和第二电磁开关切换阀Ⅱ7.2.2打开，油液从第二液压泵4.2工作油口B进入斗杆单出杆液压缸1.2有杆腔，斗杆单出杆液压缸1.2无杆腔的油液被第二液压泵4.2的工作油口A吸入。此时油液推动斗杆单出杆液压缸1.2保持缩回状态。第二电磁开关切换阀Ⅰ7.2.1和第二电磁开关切换阀Ⅱ7.2.2关闭，斗杆单出杆液压缸1.2保持稳定不动，起负载保持作用。
超越负载缩回工况：当斗杆单出杆液压缸1.2缩回时，外部负载力与斗杆单出杆液压缸1.2伸出方向一致时，无杆腔的压力大于有杆腔压力，第二液压泵4.2处于马达模式，第二电磁开关切换阀Ⅰ7.2.1和第二电磁开关切换阀Ⅱ7.2.2打开，油液从斗杆单出杆液压缸1.2无杆腔流出，从第二液压泵4.2工作油口A流入，工作油口B流出，带动第二液压泵4.2转动从而带动第二电动机/发电机单元3.2转动，发电机产生的电能通过直流母线14最终储存到超级电容17和蓄电池16中。此时负载推动斗杆单出杆液压缸1.2保持缩回状态。第二电磁开关切换阀Ⅰ7.2.1和第二电磁开关切换阀Ⅱ7.2.2关闭，斗杆单出杆液压缸1.2保持稳定不动，起负载保持作用。
第一补油单向阀Ⅰ6.1.1、第一补油单向阀Ⅱ6.1.2、第二补油单向阀Ⅰ6.2.1、第二补油单向阀Ⅱ6.2.2均采用普通单向阀。
第三泵控液压系统2.3包括由第三单向阀Ⅰ9.3.1、第三单向阀Ⅱ9.3.2、过滤器8和低压蓄能器Ⅲ20组成的第三补油系统、进油口与电液比例方向阀Ⅰ24T口相连第四单向阀Ⅲ9.3.3、出油口与电液比例方向阀Ⅰ24P口相连第四单向阀Ⅳ9.3.4、过滤器8、第三电动/发电机单元3.3、动臂单出杆液压缸1.3、左行走液压马达12.1、与第三单向阀Ⅲ9.3.3出油口和第三单向阀Ⅳ9.3.4进油口相连高压蓄能器Ⅴ22、与第三电动/发电机单元3.3同轴驱动的第三液压泵4.3、与动臂单出杆液压缸1.3的两腔分别连接的第三压力传感器Ⅰ18.3.1、第三压力传感器Ⅱ18.3.2、与高压蓄能器Ⅴ22相连的第三压力传感器Ⅲ18.3.3、相连的一端与动臂单出杆液压缸1.3无杆腔一腔相连的第三电磁开关切换阀Ⅰ7.3.1且另一端与动臂单出杆液压缸1.3工作油口A相连、一端与动臂单出杆液压缸1.3有杆腔相连的第三电磁开关切换阀Ⅱ7.3.2且另一端与第三液压泵工作油口B相连、一端与左行走液压马达12.1A/B口相连且另一端分别与第三液压泵工作油口A和工作油口B相连的第三电磁开关切换阀Ⅲ7.3.3和第三电磁开关切换阀Ⅳ7.3.4、A口与第三液压缸无杆腔相连的电液比例方向阀Ⅰ24且B口与第三液压缸有杆腔相连、一端与动臂单出杆液压缸1.3无杆腔相连的第一旁路辅助调速比例阀11.1且另一端与动臂单出杆液压缸1.3有杆腔相连、出油口分别与第三液压泵4.3/左行走液压马达12.1两腔连通的第三液控单向阀Ⅰ6.3.1和第三液控单向阀Ⅱ6.3.2、进油口分别与第三液压泵4.3两腔连通的第三溢流阀Ⅰ5.3.1和第三溢流阀Ⅱ5.3.2，第三液控单向阀Ⅰ6.3.1和第三液控单向阀Ⅱ5.3.2的进油口与第三补油系统连通，第三溢流阀5.3.1Ⅰ和第三溢流阀Ⅱ5.3.2出油口与第三补油系统连通，动臂单出杆液压缸1.3的两腔分别通过第三电磁开关切换阀Ⅰ7.3.1和第三电磁开关切换阀Ⅱ7.3.2与第三液压泵4.3/左行走液压马达12.1两端连通，通过控制第三电磁开关切换阀Ⅰ7.3.1、第三电磁开关切换阀Ⅱ7.3.2、第三电磁开关切换阀Ⅲ7.3.3和第三电磁开关切换阀Ⅳ7.3.4通断电采用控制动臂或左行走动作；第一旁路辅助调速比例阀11.1作用是增加旁路分流/合流、流量再生等功能，解决液压泵低速效率低/稳定性差、高速易饱和导致的系统调速范围窄的问题；通过第三补油系统与第三液控单向阀Ⅰ6.3.1和第三液控单向阀Ⅱ6.3.2组成的补油系统向低压回路补充回流油液，以解决动臂单出杆液压缸1.3面积差以及第三液压泵4.3内泄漏导致的进出口两腔流量不对称问题。通过高压蓄能器Ⅴ22和电液比例方向阀Ⅰ24、第三单向阀Ⅲ9.3.3、第三单向阀Ⅳ9.3.4组成的能量回收系统来对执行器下降产生的势能进行部分能量回收。
第三液压泵4.3为四象限对称定量液压泵，第三电磁开关切换阀Ⅰ7.3.1、第三电磁开关切换阀Ⅱ7.3.2、第三电磁开关切换阀Ⅲ7.3.3和第三电磁开关切换阀Ⅳ7.3.4、第一旁路辅助调速比例阀11.1为两位两通阀，电液比例方向阀Ⅰ为三位四通阀。
采用第三泵控系统、第三电磁开关切换阀Ⅰ7.3.1、第三电磁开关切换阀Ⅱ7.3.2、第三电磁开关切换阀Ⅲ7.3.3和第三电磁开关切换阀Ⅳ7.3.4通断电选择控制动臂或左行走动作。
当动臂向下时，外部负载力与动臂单出杆液压缸1.3收缩方向一致此时为超越负载缩回工况，无杆腔的压力大于有杆腔压力，第三液压泵4.3处于马达模式，第三电磁开关切换阀Ⅰ7.3.1和第三电磁开关切换阀Ⅱ7.3.2打开，第三电磁开关切换阀Ⅲ7.3.3和第三电磁开关切换阀Ⅳ7.3.4关闭，油液从动臂单出杆液压缸1.3无杆腔流出，电液比例方向阀Ⅰ24处于左位工作且阀口全开，一部分高压油从电液比例方向阀Ⅰ24A口流入T口流出经过第三单向阀Ⅲ9.3.3流入高压蓄能器Ⅴ22储存起来为下一次动臂上升提供能量，另一部分高压油从第三液压泵4.3工作油口A流入，工作油口B流出到有杆腔中，带动第三液压泵4.3转动从而带动第三电动机/发电机单元3.3转动，发电机产生的电能通过直流母线14最终储存到超级电容17和蓄电池16中。无杆腔多余的不对称流量通过第三液控单向阀Ⅱ6.3.2、过滤器8和第三单向阀Ⅱ9.3.2回到低压蓄能器Ⅲ20中，此时油液推动动臂单出杆液压缸1.3保持缩回状态。第三电磁开关切换阀Ⅰ7.3.1和第三电磁开关切换阀Ⅱ7.3.2关闭，动臂单出杆液压缸1.3保持稳定不动，起负载保持作用。
当动臂上升时，外部负载力与动臂单出杆液压缸1.3收缩方向相反此时为阻抗伸出工况，蓄电池16和超级电容17供电经过DC-DC转换器15输出电机3.3所需的固定电压，通过直流母线14到达伺服驱动器13.3，并根据控制信号对电机转速和转向进行调节，使得电机正转驱动同轴第三液压泵4.3，第一旁路辅助调速比例阀11.1关闭，第三电磁开关切换阀Ⅰ7.3.1和第三电磁开关切换阀Ⅱ7.3.2打开，第三电磁开关切换阀Ⅳ7.3.4和第四电磁开关切换阀Ⅲ7.4.3关闭，油液从第三液压泵4.3的工作油口A排出通过油管进入动臂单出杆液压缸1.3无杆腔，另外电液比例方向阀Ⅰ24处于右位工作且通过控制阀口开度大小来控制流量，之前下降阶段高压蓄能器Ⅴ22中储存的高压油经过第三单向阀Ⅳ9.3.4从电液比例方向阀Ⅰ24P口流入A口流出到动臂单出杆液压缸1.3无杆腔，从而实现回收的能量再利用。前面两者产生的高压油使得无杆腔压力增大且大于有杆腔压力时，开始推动动臂单出杆液压缸1.3伸出，由于有杆腔面积小于无杆腔，导致第三液压泵4.3从有杆腔吸入的流量小于无杆腔所需的流量，此时第三液控单向阀Ⅱ6.3.2打开，油液从第三补油系统流出通过第三单向阀Ⅰ9.3.1和第三液控单向阀Ⅱ6.3.2流入第三液压泵4.3工作油口B用于补充不对称流量。第三电磁开关切换阀Ⅰ7.3.1和第三电磁开关切换阀Ⅱ7.3.2关闭，动臂单出杆液压缸1.3保持稳定不动，起负载保持作用。
当挖掘机向左行走时，第三电磁开关切换阀Ⅰ7.3.1和第三电磁开关切换阀Ⅱ7.3.2关闭，第三电磁开关切换阀Ⅲ7.3.3和第三电磁开关切换阀Ⅳ7.3.4打开，油液从第三液压泵4.3的工作油口A排出通过油管流入左行走马达12.1A口并从B口流出到第三液压泵4.3的工作油口B，驱动左行走马达12.1转动使得挖掘机向左行走。
第四泵控液压系统包括由第四单向阀Ⅰ9.4.1、第四单向阀Ⅱ9.4.2、过滤器8和低压蓄能器Ⅳ21组成的第四补油系统、进油口与电液比例方向阀Ⅱ25T口相连第四单向阀Ⅲ9.4.3、出油口与电液比例方向阀Ⅱ25P口相连第四单向阀Ⅳ9.4.4、与第四单向阀Ⅲ9.4.3出油口和第四单向阀Ⅳ9.4.4进油口相连高压蓄能器Ⅵ23、第四电动/发电机单元3.4、回转马达12.3、右行走液压马达12.2、与第四电动/发电机单元3.4同轴驱动的第四液压泵4.4、一端与回转马达12.3A口相连且另一端与第四液压泵4.4工作油口A相连的第四电磁开关切换阀Ⅰ7.4.1、一端与回转马达12.3B口相连且另一端与第四液压泵4.4工作油口B相连的第四电磁开关切换阀Ⅱ7.4.2、回转马达12.3的两腔分别连接的第四压力传感器Ⅰ18.4.1、第四压力传感器Ⅱ18.4.2、与高压蓄能器Ⅵ23相连的第四压力传感器Ⅲ18.4.3、一端与右行走液压马达12.2A/B口相连且另一端分别与第四液压泵4.4工作油口A和B相连的第四电磁开关切换阀Ⅲ7.4.3和第四电磁开关切换阀Ⅳ7.4.3、A/B口分别与回转马达12.3A/B口相连的电液比例方向阀Ⅱ25、两端分别与回转马达12.3A/B口相连的第二旁路辅助调速比例阀11.2、出油口分别与第四液压泵4.4、回转马达12.3及右行走液压马达12.2两腔连通的第四液控单向阀Ⅰ6.4.1和第四液控单向阀Ⅱ6.4.2、进油口分别与第四液压泵4.4的A/B口连通的第四溢流阀Ⅰ5.4.1和第四溢流阀Ⅱ5.4.2，第四液控单向阀Ⅰ6.4.1和第四液控单向阀Ⅱ6.4.2的进油口分别与第四补油系统连通，第四溢流阀Ⅰ5.4.1和第四溢流阀Ⅱ5.4.2的出油口分别与第四补油系统连通，回转马达12.3的两腔分别通过第四电磁开关切换阀Ⅰ7.4.1和第四电磁开关切换阀Ⅱ7.4.2与第四液压泵4.4及右行走液压马达12.2的两端连通，通过控制第四电磁开关切换阀Ⅰ7.4.1、第四电磁开关切换阀Ⅱ7.4.2、第四电磁开关切换阀Ⅲ7.4.3和第四电磁开关切换阀Ⅳ7.4.4通断电采用控制回转或右行走动作；第二旁路辅助调速比例阀11.2作用是增加旁路分流/合流、流量再生等功能，解决液压泵低速效率低/稳定性差、高速易饱和导致的系统调速范围窄的问题；通过第四补油系统与第四液控单向阀Ⅰ6.4.1和第四液控单向阀Ⅱ6.4.2组成的补油系统向低压回路补充回流油液，以解决第四液压泵4.4内泄漏导致的进出口两腔流量不对称问题。通过高压蓄能器Ⅵ23和电液比例方向阀Ⅱ25、第四单向阀Ⅲ9.4.3、第四单向阀Ⅳ9.4.4组成的能量回收系统来对执行器产生的动能进行部分能量回收。
第四液压泵4.4为四象限对称定量液压泵，第四电磁开关切换阀Ⅰ7.4.1、第四电磁开关切换阀Ⅱ7.4.2、第四电磁开关切换阀Ⅲ7.4.3和第四电磁开关切换阀Ⅳ7.4.4、第二旁路辅助调速比例阀11.2为两位两通阀，电液比例方向阀Ⅱ为三位四通阀。
采用第四泵控系统、第四电磁开关切换阀Ⅰ7.4.1、第四电磁开关切换阀Ⅱ7.4.2、第四电磁开关切换阀Ⅲ7.4.3和第四电磁开关切换阀Ⅳ7.4.4通断电选择控制回转或右行走动作。
由于回转马达两腔对称且使用的是四象限对称泵，所以马达正转反转的原理基本相同，则在这只介绍正转情况。
当挖掘机正转动作需要停止时，旁路辅助调速比例阀11关闭，第四电磁开关切换阀Ⅰ7.4.1和第四电磁开关切换阀Ⅱ7.4.2打开，第四电磁开关切换阀Ⅲ7.4.3和第四电磁开关切换阀Ⅳ7.4.4关闭，由于惯性力使高压油从回转马达12.3B口流出，电液比例方向阀Ⅱ25处于右位工作通过控制阀口开度大小来控制流入流量，一部分高压油从电液比例方向阀Ⅱ25B口流入T口流出经过第四单向阀Ⅲ9.4.3流入高压蓄能器Ⅵ23储存起来为下一次回转提供能量，另一部分油液流入第四液压泵4.4工作油口B带动其转动从而带动第四电动机/发电机单元3.4转动，发电机产生的电能通过直流母线14最终储存到超级电容17和蓄电池16中，从而实现能量回收。
当挖掘机正转时，蓄电池16和超级电容17供电经过DC-DC转换器15输出第四电动机/发电机单元3.4所需的固定电压，通过直流母线14到达伺服驱动器13.4，并根据控制信号对电机转速和转向进行调节，使得电机正转驱动同轴第四液压泵4.4，第二旁路辅助调速比例阀11.2关闭，当第四电磁开关切换阀Ⅰ7.4.1和第四电磁开关切换阀Ⅱ7.4.2打开，第四电磁开关切换阀Ⅲ7.4.3和第四电磁开关切换阀Ⅳ7.4.4关闭，油液从第四液压泵4.4的工作油口A排出通过油管进入回转马达12.3A口，另外电液比例方向阀Ⅱ25处于右位工作且通过控制阀口开度大小来控制流出流量，之前制动阶段高压蓄能器Ⅵ23中储存的高压油经过第四单向阀Ⅳ9.4.4从电液比例方向阀Ⅱ25P口流入A口流出到回转马达12.3A口，从而实现回收的能量再利用，在前面两者产生的高压油作用下使得回转马达12.3转动，从而使挖掘机转动，实现回收能量再利用。
当挖掘机向右行走时，第四电磁开关切换阀Ⅰ7.4.1、第四电磁开关切换阀Ⅱ7.4.2关闭，第四电磁开关切换阀Ⅲ7.4.3和第四电磁开关切换阀Ⅳ7.4.4、打开，油液从第四液压泵4.4的工作油口A排出通过油管进入右行走马达12.2A口并从B口流出到第四液压泵4.4的工作油口B，驱动右行走马达12.2转动使得挖掘机向右行走。
本发明涉及的一种挖掘机用分布式独立变转速闭式泵控液压系统控制方法具体工作原理如下：压力传感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别采集液压缸(马达)两腔压力分别为无杆腔(A口)压力p1、有杆腔(B口)压力p2，高压蓄能器出口压力p3，结合指令速度v和外部负载力F判断系统此时的工作模式，能量回收包括两种方式:一种是通过电机、蓄电池和电容的电气动力系统，计算出伺服电机的转速控制所需要的泵转速nr来进行能量回收利用；另一种是在第三和第四泵控系统中增设的液压回收装置包括：电液比例方向阀、高压蓄能器和两个单向阀液Ⅲ、Ⅳ，计算电液比例方向阀开口控制信号uv。设定速度以液压缸伸出为正方向，负载力F以液压缸收缩为正方向，转速以马达顺时针方向为正方向，负载力F以马达逆时针方向为正方向，从而实现四象限工作模式下的控制。
1)第一和第二泵控系统的执行器为斗杆、铲斗液压缸时控制信号如下：
当执行器期望速度v满足v>0，负载力F满足F>0，阻抗伸出模式，此时液压泵处于泵模式，电机转速信号为nr＝(υAa+Cq1Δp1+Cq2Δp2)/Vd；
当执行器期望速度v满足v>0，负载力F满足F<0，超越伸出模式，此时液压泵处于马达模式，铲斗(斗杆)液压缸超越伸出产生的能量通过电气动力系统进行能量回收，通过液压泵驱动发电机发电，电能储存在蓄电池和电容中，电机转速信号为：nr＝(nAb+Cq1Δp1+Cq2Δp2)/Vd；
当执行器期望速度v满足v<0，负载力F满足F>0，超越缩回模式，此时液压泵处于马达模式，铲斗(斗杆)液压缸超越收缩产生的能量通过液压泵进行能量回收，通过液压泵驱动发电机发电，电能储存在蓄电池和电容中，电机转速信号为nr＝(nAb+Cq1Δp1+Cq2Δp2)/Vd；
当执行器期望速度v满足v<0，负载力F满足F<0，阻抗缩回模式，此时液压泵处于泵模式，电机转速信号为nr＝(nAa+Cq1Δp1+Cq2Δp2)/Vd；
其中，v为执行器期望速度，Aa表示单出杆液压缸无杆腔面积，Ab表示单出杆液压缸有杆腔面积，Cq1表示液压缸泄漏系数，Δp1表示液压缸两腔压力差Δp1＝p1-p2，Cq2表示液压泵泄漏系数，Δp2表示液压泵两腔压力差Δp2＝p1-p2，Vd表示液压泵的排量。
第一和第二泵控系统具体控制流程首先输入执行器期望速度v，根据输入执行器期望速度和外部负载力选择液压泵的工作模式并匹配上述相关公式将速度信号转换成转速信号给电机，电机驱动液压泵通过油路进而准确的控制液压缸伸出和缩回。
2)第三泵控系统的执行器为动臂液压缸时控制信号如下：
由于动臂负载力F常为正，则液压系统有两种工作模式。
当执行器期望速度v满足v<0，负载力F满足F>0，超越缩回模式，此时液压泵处于马达模式，电液比例方向阀切换至左位，动臂液压缸产生的势能分两部分进行回收：一部分由液压回收装置进行能量回收，回收的能量储存在高压蓄能器Ⅴ中，由于高压蓄能器Ⅴ回收流量Qarec是通过电液比例阀流入，而流过电液比例阀的流量受其两端压差的影响，则通过控制电液比例方向阀的开口大小控制回收流量，按照以下公式确定电液比例阀开口控制信号：
Figure BDA0003740960070000191
其中，Qarec表示经液压回收装置储存进高压蓄能器的流量，由高压蓄能器体积和执行器运动时间确定，Kv表示阀口流量压力系数，Δp3为电液比例方向阀两端压差Δp3＝p1-p3，ρ为油液密度。
另外一部分势能由电气动力系统进行回收，通过液压泵驱动发电机发电，电能储存在蓄电池和电容中，按照以下公式计算电机转速nr：
nr＝(vAa-Cq1Δp1-Cq2Δp2-Qarec)/Vd；
其中，v期望速度，Aa表示单出杆液压缸无杆腔面积，Cq1表示液压缸泄漏系数，Δp1表示液压缸两腔压力差Δp1＝p1-p2，Cq2表示液压泵泄漏系数，Δp2表示液压泵两腔压力差Δp2＝p1-p2，Vd表示液压泵的排量。
当指令速度v满足v>0，负载力F满足F>0，阻抗伸出模式，液压泵处于泵模式，此时电液比例方向阀切换至右位，驱动动臂液压缸的能量由两部分组成，一部分能量由高压蓄能器Ⅴ提供，由于高压蓄能器Ⅴ再利用的流量Qareg是通过电液比例阀流出，而流过电液比例阀的流量受其两端压差的影响，则通过控制电液比例方向阀的开口大小控制再利用的流量，按照以下公式确定电液比例方向阀开口控制信号：
Figure BDA0003740960070000201
其中，Qareg表示经液压回收装置高压蓄能器释放的流量，由高压蓄能器体积和执行器运动时间确定，Kv表示阀口流量压力系数，Δp3为电液比例方向阀两端压差Δp3＝p3-p1，ρ为油液密度。
另外一部分能量由电气动力系统提供，储存在蓄电池和电容中的能量通过电机驱动液压泵转动经过油路给液压缸提供流量，按照以下公式计算电机转速nr：
nr＝(vAb+Cq1Δp1+Cq2Δp2-Qareg)/Vd；
第三泵控系统具体控制流程首先输入指令速度v，根据输入指令速度和外部负载力选择液压泵的工作模式并匹配上述相关公式将指令速度信号转换成电机转速信号给电机，电机驱动液压泵通过油路和高压蓄能器Ⅴ共同准确的控制液压缸伸出和收缩。
3)第四泵控系统的执行器为回转马达时控制信号如下：
由于回转马达正转和反转情况基本一致，则这里只阐述正转情况下的模式；
当指令转速n满足n>0，负载力F满足F<0，超越伸出模式，此时液压泵处于马达模式，电液比例方向阀切换至右位，马达减速产生的动能分两部分进行回收，一部分由液压装置进行能量回收，回收的能量储存在高压蓄能器Ⅵ中，由于高压蓄能器Ⅵ回收Qarec是通过电液比例阀流入，而流过电液比例阀的流量受其两端压差的影响，则通过控制电液比例方向阀的开口大小控制回收流量，按照以下公式确定电液比例阀开口控制信号：
Figure BDA0003740960070000202
其中，Qarec表示经液压回收装置储存进高压蓄能器的流量，由高压蓄能器体积和执行器运动时间确定，Kv表示阀口流量压力系数，Δp3为电液比例方向阀两端压差Δp3＝p1-p3，ρ为油液密度。
另外一部分动能由电气动力系统进行回收，通过液压泵驱动发电机发电，电能储存在蓄电池和电容中，按照以下公式计算电机转速nr：
nr＝(nVr+Cq1Δp1+Cq2Δp2-Qarec)/Vd；
其中，n表示期望转速，Cq1表示回转马达泄漏系数，Δp1表示回转马达两腔压力差，Cq2表示液压泵泄漏系数，Δp2表示液压泵两腔压力差，Vr为回转马达排量。
当指令转速n满足n>0，负载力F满足F>0，阻抗伸出模式，此时液压泵处于泵模式，电液比例方向阀切换至右位，驱动回转马达的能量由两部分组成，一部分能量由高压蓄能器Ⅵ提供，由于高压蓄能器Ⅵ再利用的流量Qareg是通过电液比例阀流出，而流过电液比例阀的流量受其两端压差的影响，则通过控制电液比例方向阀的开口大小控制再利用流量，按照以下公式确定电液比例阀开口控制信号：
Figure BDA0003740960070000211
其中，Qareg表示经液压回收装置高压蓄能器释放的流量，由高压蓄能器体积和执行器运动时间确定，Kv表示阀口流量压力系数，Δp3为电液比例方向阀两端压差Δp3＝p3-p1，ρ为油液密度。
另外一部分能量由电气动力系统提供，储存在蓄电池和电容中的能量通过电机驱动液压泵转动经过油路给液压缸提供流量，按照以下公式计算电机转速nr：
nr＝(nVr+Cq1Δp1+Cq2Δp2-Qareg)/Vd；
第四泵控系统具体控制流程首先输入指令转速n，根据输入指令转速和外部负载力选择液压泵的工作模式并匹配上述相关公式指令转速转换成电机转速信号给电机，电机驱动液压泵通过油路和蓄能器Ⅵ共同准确的控制马达回转和制动。
第三泵控液压系统和第四泵控液压系统既是驱动单元，也是动臂势能以及回转动能的回收利用单元。
当动臂下降运动时，产生的重力势能转化成液压能一部分驱动四象限对称定量液压泵转动，输出转矩驱动电动/发电机单元转动，使得电动/发电机单元工作在发电机状态，产生的电能快速存储在超级电容17和蓄电池16中；另一部分进入高压蓄能器Ⅴ22中储存起来，共同为下一阶段工作提供能量。
当回转动作需要减速至停止运动时，产生的制动能量转化成液压能一部分驱动四象限对称定量液压泵转动，输出转矩驱动电机转动，使得电动/发电机单元工作在发电机状态，快速存储在超级电容17和蓄电池16中，另一部分进入高压蓄能器Ⅵ23中储存起来，共同为下一阶段工作提供能量。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和本发明的实用性。

Claims (5)

1.一种挖掘机用分布式独立变转速闭式泵控液压系统，其特征在于：包括挖掘机分布式独立电液控制系统以及为挖掘机分布式独立电液控制系统提供电能的直流母线电气耦合动力系统；所述挖掘机分布式独立电液控制系统包括第一泵控液压系统、第二泵控液压系统、第三泵控液压系统、第四泵控液压系统，且分别集成一体式电液执行机构；所述第一泵控液压系统、第二泵控液压系统、第三泵控液压系统、第四泵控液压系统的集成一体式电液执行机构分别依次独立安装在相应的液压缸或液压马达上，四个系统分别控制铲斗、斗杆、动臂和左行走、回转和右行走的相关动作；在所述第三泵控系统和第四泵控系统中均采用电磁开关切换阀Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ通断电控制动臂与左行走动作、回转与右行走动作的切换；
所述直流母线电气耦合动力系统包括超级电容、与超级电容并联的蓄电池、一端与并联的超级电容和蓄电池串联的DC-DC转换器，与DC-DC转换器的另一端相连的直流母线，分别与直流母线连接的第一伺服驱动器、第二伺服驱动器、第三伺服驱动器、第四伺服驱动器，第一伺服驱动器、第二伺服驱动器、第三伺服驱动器、第四伺服驱动器分别与对应的伺服电动/发电机相连；
所述第一泵控液压系统包括由第一单向阀Ⅰ、第一单向阀Ⅱ、过滤器和低压蓄能器Ⅰ组成的第一补油系统、第一电动/发电机单元、与第一电动/发电机单元同轴驱动的第一液压泵、两腔分别与第一液压泵工作油口A和B连通的铲斗单出杆液压缸、与铲斗单出杆液压缸的两腔分别连接的第一压力传感器Ⅰ、第一压力传感器Ⅱ、出油口分别与第一液压泵工作油口A和B连通的第一补油单向阀Ⅰ和第一补油单向阀Ⅱ、进油口与第一液压泵的两腔连通的第一溢流阀Ⅰ和第二溢流阀Ⅱ、一端与铲斗单出杆液压缸无杆腔相连且另一端与第一液压泵工作油口A相连的第一电磁开关切换阀Ⅰ、一端与铲斗单出杆液压缸有杆腔相连另一端与第一液压泵工作油口B相连的第一电磁开关切换阀Ⅱ，第一补油单向阀Ⅱ的进油口与第一液压泵第三油口C连通，第一溢流阀Ⅰ和第一溢流阀Ⅱ的出油口分别与第一补油系统和第一液压泵第三油口C连通；
所述第二泵控液压系统包括由第二单向阀Ⅰ、第二单向阀Ⅱ、过滤器和低压蓄能器Ⅱ组成的第二补油系统、第二电动/发电机单元、与第二电动/发电机单元同轴驱动的第二液压泵、两腔分别与第二液压泵工作油口A和B连通的斗杆单出杆液压缸、与斗杆单出杆液压缸的两腔分别连接的第二压力传感器Ⅰ、第二压力传感器Ⅱ、出油口分别与第二液压泵工作油口A和B连通的第二补油单向阀Ⅰ和第二补油单向阀Ⅱ、进油口与第二液压泵两腔连通的第二溢流阀Ⅰ和第二溢流阀Ⅱ、一端与斗杆单出杆液压缸无杆腔相连且另一端与第二液压泵工作油口A相连的第二电磁开关切换阀Ⅰ、一端与斗杆单出杆液压缸有杆腔相连另一端与第二液压泵工作油口B相连的第二电磁开关切换阀Ⅱ，第二补油单向阀Ⅱ的进油口与第二液压泵第三油口C连通，第二溢流阀Ⅰ和第二溢流阀Ⅱ的出油口分别与第二补油系统和第二液压泵第三油口C连通；
所述第三泵控液压系统包括由第三单向阀Ⅰ、第三单向阀Ⅱ、过滤器和低压蓄能器Ⅲ组成的第三补油系统、进油口与电液比例方向阀ⅠT口相连的第四单向阀Ⅲ、出油口与电液比例方向阀ⅠP口相连的第四单向阀Ⅳ、过滤器、第三电动/发电机单元、动臂单出杆液压缸、左行走液压马达、与第三单向阀Ⅲ出油口和第三单向阀Ⅳ进油口相连的高压蓄能器Ⅴ、与第三电动/发电机单元同轴驱动的第三液压泵、与动臂单出杆液压缸的两腔分别连接的第三压力传感器Ⅰ、第三压力传感器Ⅱ、与高压蓄能器Ⅴ相连的第三压力传感器Ⅲ、一端与动臂单出杆液压缸无杆腔一腔相连的第三电磁开关切换阀Ⅰ且另一端与第三液压泵工作油口A相连、一端与动臂单出杆液压缸有杆腔相连的第三电磁开关切换阀Ⅱ且另一端与第三液压泵工作油口B相连、一端与左行走液压马达A/B口相连且另一端与第三液压泵工作油口A和工作油口B相连的第三电磁开关切换阀Ⅲ和第三电磁开关切换阀Ⅳ、A口与动臂单出杆液压缸无杆腔相连的电液比例方向阀Ⅰ且B口与动臂单出杆液压缸有杆腔相连、一端与动臂单出杆液压缸无杆腔相连的第一旁路辅助调速比例阀且另一端与动臂单出杆液压缸有杆腔相连、出油口分别与第三液压泵/左行走液压马达两腔连通的第三液控单向阀Ⅰ和第三液控单向阀Ⅱ、进油口分别与第三液压泵两腔连通的第三溢流阀Ⅰ和第三溢流阀Ⅱ，第三液控单向阀Ⅰ和第三液控单向阀Ⅱ的进油口与第三补油系统连通，第三溢流阀Ⅰ和第三溢流阀Ⅱ出油口与第三补油系统连通，动臂单出杆液压缸的两腔分别通过第三电磁开关切换阀Ⅰ和第三电磁开关切换阀Ⅱ与第三液压泵/左行走液压马达两端连通；
所述第四泵控液压系统包括由第四单向阀Ⅰ、第四单向阀Ⅱ、过滤器和低压蓄能器Ⅳ组成的第四补油系统、进油口与电液比例方向阀ⅡT口相连第四单向阀Ⅲ、出油口与电液比例方向阀ⅡP口相连第四单向阀Ⅳ、与第四单向阀Ⅲ出油口和第四单向阀Ⅳ进油口相连高压蓄能器Ⅵ、第四电动/发电机单元、回转马达、右行走液压马达、与第四电动/发电机单元同轴驱动的第四液压泵、一端与回转马达A口相连且另一端与第四液压泵工作油口A相连的第四电磁开关切换阀Ⅰ、一端与回转马达B口相连且另一端与第四液压泵工作油口B相连的第四电磁开关切换阀Ⅱ、回转马达的A/B口分别连接的第四压力传感器Ⅰ、第四压力传感器Ⅱ、与高压蓄能器Ⅵ相连的第四压力传感器Ⅲ、一端与右行走液压马达A/B口相连且另一端分别与第四液压泵工作油口A和B相连的第四电磁开关切换阀Ⅲ和第四电磁开关切换阀Ⅳ、A/B口分别与回转马达A/B口相连的电液比例方向阀Ⅱ、两端分别与回转马达A/B口相连的第二旁路辅助调速比例阀、出油口分别与第四液压泵、回转马达及右行走液压马达两腔连通的第四液控单向阀Ⅰ和第四液控单向阀Ⅱ、进油口分别与第四液压泵的两腔连通的第四溢流阀Ⅰ和第四溢流阀Ⅱ，第四液控单向阀Ⅰ和第四液控单向阀Ⅱ的进油口分别与第四补油系统连通，第四溢流阀Ⅰ和第四溢流阀Ⅱ的出油口分别与第四补油系统连通，回转马达的两腔分别通过第四电磁开关切换阀Ⅰ和第四电磁开关切换阀Ⅱ和第四液压泵及右行走液压马达的两端连通。
2.根据权利要求1所述的一种挖掘机用分布式独立变转速闭式泵控液压系统，其特征在于：所述第一液压泵和第二液压泵均为四象限非对称定量液压泵，第一补油单向阀和第二补油单向阀均采用普通单向阀，第一电磁开关切换阀Ⅰ、第一电磁开关切换阀Ⅱ、第二电磁开关切换阀Ⅰ、第二电磁开关切换阀Ⅱ均为两位两通阀。
3.根据权利要求1所述的一种挖掘机用分布式独立变转速闭式泵控液压系统，其特征在于：所述第三液压泵和第四液压泵均为四象限对称定量液压泵，第三电磁开关切换阀Ⅰ、第三电磁开关切换阀Ⅱ、第四电磁开关切换阀Ⅰ、第四电磁开关切换阀Ⅱ、第三电磁开关切换阀Ⅲ、第三电磁开关切换阀Ⅳ、第四电磁开关切换阀Ⅲ、第四电磁开关切换阀Ⅳ、第一旁路辅助调速比例阀和第二旁路辅助调速比例阀均为两位两通阀，电液比例方向阀Ⅰ、电液比例方向阀Ⅱ均为三位四通阀。
4.根据权利要求1所述的一种挖掘机用分布式独立变转速闭式泵控液压系统，其特征在于：所述铲斗单出杆液压缸、斗杆单出杆液压缸和动臂单出杆液压缸均为单出杆液压缸。
5.根据权利要求1所述的一种挖掘机用分布式独立变转速闭式泵控液压系统的控制方法，其特征在于，具体控制原理如下：压力传感器Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别采集液压缸两腔压力分别为无杆腔压力p1、有杆腔压力p2，高压蓄能器出口压力p3，结合指令速度v和外部负载力F判断系统此时的工作模式，能量回收包括两种方式:一种是通过电机、蓄电池和电容的电气动力系统，计算出伺服电机的转速控制所需要的泵转速nr来进行能量回收利用；另一种是在第三和第四泵控系统中增设的液压回收装置包括：电液比例方向阀、高压蓄能器和两个单向阀液Ⅲ、Ⅳ，计算电液比例方向阀开口控制信号uv；设定速度以液压缸伸出为正方向，负载力F以液压缸收缩为正方向，转速以马达顺时针方向为正方向，负载力F以马达逆时针方向为正方向，从而实现四象限工作模式下的控制；
1)第一和第二泵控系统的执行器为斗杆、铲斗液压缸时控制信号如下：
当指令速度v满足v>0，负载力F满足F>0，阻抗伸出模式，此时液压泵处于泵模式，电机转速信号为nr＝(vAa+Cq1Δp1+Cq2Δp2)/Vd；
当执行器期望速度v满足v＞0，负载力F满足F＜0，超越伸出模式，此时液压泵处于马达模式，铲斗液压缸超越伸出产生的能量通过电气动力系统进行能量回收，通过液压泵驱动发电机发电，电能储存在蓄电池和电容中，电机转速信号为：nr＝(vAb-Cq1Δp1-Cq2Δp2)/Vd；
当执行器期望速度v满足v＜0，负载力F满足F＞0，超越缩回模式，此时液压泵处于马达模式，铲斗液压缸超越收缩产生的能量通过液压泵进行能量回收，通过液压泵驱动发电机发电，电能储存在蓄电池和电容中，电机转速信号为nr＝(vAb-Cq1Δp1-Cq2Δp2)/Vd；
当执行器期望速度v满足v＜0，负载力F满足F＜0，阻抗缩回模式，此时液压泵处于泵模式，电机转速信号为nr＝(vAa+Cq1Δp1+Cq2Δp2)/Vd；
其中，v为执行器期望速度，Aa表示单出杆液压缸无杆腔面积，Ab表示单出杆液压缸有杆腔面积，Cq1表示液压缸泄漏系数，Δp1表示液压缸两腔压力差Δp1＝p1-p2，Cq2表示液压泵泄漏系数，Δp2表示液压泵两腔压力差Δp2＝p1-p2，Vd表示液压泵的排量；
第一和第二泵控系统具体控制流程是首先输入执行器期望速度v，根据输入执行器期望速度和外部负载力选择液压泵的工作模式并匹配上述相关公式将速度信号转换成转速信号给电机，电机驱动液压泵通过油路进而准确的控制液压缸伸出和缩回；
2)第三泵控系统的执行器为动臂液压缸时控制信号如下：
由于动臂负载力F常为正，则液压系统有两种工作模式；
当执行器期望速度v满足v＜0，负载力F满足F＞0，超越缩回模式，此时液压泵处于马达模式，电液比例方向阀切换至左位，动臂液压缸产生的势能分两部分进行回收：一部分由液压回收装置进行能量回收，回收的能量储存在高压蓄能器V中，由于高压蓄能器V回收流量Qarec是通过电液比例阀流入，而流过电液比例阀的流量受其两端压差的影响，则通过控制电液比例方向阀的开口大小控制回收流量，按照以下公式确定电液比例阀开口控制信号：
Figure FDA0004184926620000041
其中，Qarec表示经液压回收装置储存进高压蓄能器的流量，由高压蓄能器体积和能量回收时间确定，Kv表示阀口流量压力系数，Δp3为电液比例方向阀两端压差Δp3＝p1-p3，ρ为油液密度；
另外一部分势能由电气动力系统进行回收，通过液压泵驱动发电机发电，电能储存在蓄电池和电容中，按照以下公式计算电机转速nr：
nr＝(vAa-Cq1Δp1-Cq2Δp2-Qarec)/Vd；
其中，v表示执行器期望速度，Aa表示单出杆液压缸无杆腔面积，Cq1表示液压缸泄漏系数，Δp1表示液压缸两腔压力差Δp1＝p1-p2，Cq2表示液压泵泄漏系数，Δp2表示液压泵两腔压力差Δp2＝p1-p2，Vd表示液压泵的排量；
当执行器期望速度v满足v＞0，负载力F满足F＞0，阻抗伸出模式，液压泵处于泵模式，此时电液比例方向阀切换至右位，驱动动臂液压缸的能量由两部分组成，一部分能量由高压蓄能器V提供，由于高压蓄能器V再利用的流量Qareg是通过电液比例阀流出，而流过电液比例阀的流量受其两端压差的影响，则通过控制电液比例方向阀的开口大小控制再利用的流量，按照以下公式确定电液比例方向阀开口控制信号：
Figure FDA0004184926620000051
其中，Qareg表示经液压回收装置高压蓄能器释放的流量，由高压蓄能器体积和执行器运动时间确定，Kv表示阀口流量压力系数，Δp3为电液比例方向阀两端压差Δp3＝p3-p1，ρ为油液密度；
另外一部分能量由电气动力系统提供，储存在蓄电池和电容中的能量通过电机驱动液压泵转动经过油路给液压缸提供流量，按照以下公式计算电机转速nr：
nr＝(vAb+Cq1Δp1+Cq2Δp2-Qareg)/Vd；
第三泵控系统具体控制流程首先输入执行器期望速度v，根据输入执行器期望速度和外部负载力选择液压泵的工作模式并匹配上述相关公式将执行器期望速度信号转换成电机转速信号给电机，电机驱动液压泵通过油路和高压蓄能器V共同准确的控制液压缸伸出和收缩；
3)第四泵控系统的执行器为回转马达时控制信号如下：
由于回转马达正转和反转情况基本一致，则这里只阐述正转情况下的模式；
当指令转速n满足n＞0，负载力F满足F＜0，超越伸出模式，此时液压泵处于马达模式，电液比例方向阀切换至右位，马达减速产生的动能分两部分进行回收，一部分由液压装置进行能量回收，回收的能量储存在高压蓄能器VI中，由于高压蓄能器VI回收Qarec是通过电液比例阀流入，而流过电液比例阀的流量受其两端压差的影响，则通过控制电液比例方向阀的开口大小控制回收流量，按照以下公式确定电液比例阀开口控制信号：
Figure FDA0004184926620000052
其中，Qarec表示经液压回收装置储存进高压蓄能器的流量，由高压蓄能器体积和能量回收时间确定，Kv表示阀口流量压力系数，Δp3为电液比例方向阀两端压差Δp3＝p1-p3，ρ为油液密度；
另外一部分动能由电气动力系统进行回收，通过液压泵驱动发电机发电，电能储存在蓄电池和电容中，按照以下公式计算电机转速nr：
nr＝(nVr-Cq1Δp1-Cq2Δp2-Qarec)/Vd；
其中，n表示期望转速，Cq1表示回转马达泄漏系数，Δp1表示回转马达两腔压力差，Cq2表示液压泵泄漏系数，Δp2表示液压泵两腔压力差，Vr为回转马达排量；
当指令转速n满足n＞0，负载力F满足F＞0，阻抗伸出模式，此时液压泵处于泵模式，电液比例方向阀切换至右位，驱动回转马达的能量两部分组成，一部分能量由高压蓄能器VI提供，由于高压蓄能器VI再利用的流量Qareg是通过电液比例阀流出，而流过电液比例阀的流量受其两端压差的影响，则通过控制电液比例方向阀的开口大小控制再利用流量，按照以下公式确定电液比例阀开口控制信号：
Figure FDA0004184926620000061
其中，Qareg表示经液压回收装置高压蓄能器释放的流量，由高压蓄能器体积和执行器运动时间确定，Kv表示阀口流量压力系数，Δp3为电液比例方向阀两端压差Δp3＝p3-p1，ρ为油液密度；
另外一部分能量由电气动力系统提供，储存在蓄电池和电容中的能量通过电机驱动液压泵转动经过油路给液压缸提供流量，按照以下公式计算电机转速nr：
nr＝(nVr+Cq1Δp1+Cq2Δp2-Qareg)/Vd；
第四泵控系统具体控制流程首先输入指令转速n，根据输入指令转速和外部负载力选择液压泵的工作模式并匹配上述相关公式指令转速转换成电机转速信号给电机，电机驱动液压泵通过油路和蓄能器VI共同准确的控制马达回转和制动。
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