CN115962167B - 基于多级恒压网络和伺服电机泵组的液压混合动力系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多级恒压网络和伺服电机泵组的液压混合动力系统，属于液压混合动力系统技术领域，包括多级恒压源网络、与液压执行器连接的伺服电机泵组、负载检测装置、能量储存装置以及控制装置，本发明利用功率密度高的液压系统来传递设备所需的大部分功率，剩余部分使用高效可控的电机组件进行控制，从而用来满足系统的需求。与此同时，取消了传统阀控系统中的节流损失与溢流损失，具有不需要成本高昂的大功率电机的情况下获得电气化驱动的优点，同时将多余能量与可回收的能量以电能或液压能的方式回收到系统，提高系统能量利用率。

Description

基于多级恒压网络和伺服电机泵组的液压混合动力系统

技术领域

本发明涉及液压混合动力系统技术领域，尤其是涉及一种基于多级恒压网络和伺服电机泵组的液压混合动力系统。

背景技术

随着目前世界对可持续能源和环境保护的关注，混合动力技术目前被认为是解决能源问题的有效方法。

液压控制技术凭借其高功率密度、低成本和稳定运行的优势，已经在非常多的领域内得到应用。然而，传统阀控液压系统的能量利用效率通常很低，其主要原因是用于调节执行器运动相关的控制阀带来的节流损失，溢流损失以及对潜在可回收能量的浪费。以挖掘机、轮式装载机、起重机和农用拖拉机等为首的工程机械与农业机械通常采用集中式液压架构。以典型的挖掘机装载循环为例，研究表明在没有能量回收系统的情况下，整个液压系统的总能量利用效率仅有22.5%。因此，采用分布式液压架构成为了提高能量利用效率的一种选择。

分布式液压架构主要通过以下两种方式实现:1)基于可变排量泵和定速发动机的变量控制系统；2)电动静液压执行器(Electro-hydrostatic actuator ，EHA)。两者都可以从根本上消除与控制阀相关的节流损失与溢流损失。研究表明，与标准负载敏感系统相比，使用多泵变量控制系统的挖掘机可节省40%的燃油。虽然多泵变量控制系统非常适用于使用内燃机驱动的机械，但多泵变量控制系统的成本过于昂贵，而且不能进行能量回收。电动静液压执行器(EHA)是基于使用专用电动机作为每个液压作动器的原动机的液压驱动系统，由于电动静液压执行器可以用蓄电池、超级电容或者液压蓄能器来驱动，因此EHA通常用于作为油电混合动力系统的动力组件。作为一个电动液压混合动力系统，EHA在辅助工作模式下能够通过电池或液压蓄能器回收能量，这与多泵变量控制系统相比是一大优势。通过使用定量泵-电机的低成本组合实现EHA的高效配置，其具有实用性和低成本的特点，并且允许在很大的速度范围内控制液压执行器。在大多数情况下EHA的能量利用效率在70%左右，在最佳工况点下能量利用效率可以达到80%的峰值。然而，由于EHA所有的动力都是通过电力提供的，在大功率的农业机械与工程机械上的EHA需要用大功率电机来驱动，但大功率电机的使用成本极高，同时为了保证机器具有足够的续航时间，导致电池容量也要非常大，因此，EHA大多仍用于低功率的机器。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于多级恒压网络和伺服电机泵组的液压混合动力系统，利用功率密度高的液压系统来传递设备所需的大部分功率，剩余部分使用高效可控的电机组件进行控制，从而用来满足系统的需求。与此同时，取消了传统阀控系统中的节流损失与溢流损失，具有不需要成本高昂的大功率电机的情况下获得电气化驱动的优点，同时将多余能量与可回收的能量以电能或液压能的方式回收到系统，提高系统能量利用率。

本发明的一种基于多级恒压网络和伺服电机泵组的液压混合动力系统，包括多级恒压源网络、与液压执行器连接的伺服电机泵组、负载检测装置、能量储存装置以及控制装置，所述多级恒压源网络与所述伺服电机泵组，所述伺服电机泵组与所述能量储存装置相连接，所述多级恒压源网络、所述伺服电机泵组、所述负载检测装置和所述能量储存装置均与所述控制装置电连接。

优选的，所述多级恒压源网络包括至少两个不同压力级别的蓄能器、恒压网络压力传感器、发动机、油箱以及恒压源，所述恒压源通过对应设置的电磁换向阀与每个所述蓄能器相连接，所述恒压源与所述发动机相连接，所述恒压源与油箱相连接，每个蓄能器和电磁换向阀之间均设置有所述恒压网络压力传感器。

优选的，所述恒压源为变量泵或定量泵，每个所述恒压网络压力传感器实时检测相对应级别恒压网络的压力，检测到的压力数据传输到控制装置中进行计算，当实时压力值低于相对应的下限值时，控制装置控制相应的电磁换向阀使得恒压源泵出压力油，为相应的蓄能器充油，当实时压力值达到设定值时，通过控制装置控制相应的电磁换向阀的电磁铁的得失电使恒压源重新恢复高压小排量或卸荷状态。

优选的，所述负载检测装置包括设置在液压执行器两腔的负载压力传感器。

优选的，所述伺服电机泵组包括液压泵和伺服电机，所述伺服电机与所述液压泵相连接，所述液压泵与蓄能器之间设置有电磁换向阀，所述液压泵与所述液压执行器之间设置有电磁换向阀。

优选的，所述能量储存装置为蓄电池或超级电容，所述能量储存装置与所述伺服电机相连接。

优选的，所述伺服电机的工作模式包括用于驱动液压泵的电机模式和用于将多余动能转化为电能的发电模式；

所述液压泵的工作模式包括用于输出压力油驱动负载的液压泵模式和用于能量回收的液压马达模式。

优选的，所述负载传感器实时检测负载压力并将负载压力数据传输至控制装置进行计算，根据负载压力值确定相应级别的恒压网络，控制装置通过控制相应的电磁换向阀接入相应级别的恒压网络；

当负载压力小于恒压网络的压力时，伺服电机泵组中的液压泵处于马达工作模式，伺服电机处于发电机模式，恒压网络与负载之间的压力差驱动马达带动伺服电机发电存储到能量储存装置中，控制装置通过控制伺服电机转速来控制执行元件运动速度；

当负载压力大于等于恒压网络的压力时，伺服电机泵组中的液压泵处于泵工作模式，伺服电机处于电机模式，恒压网络与负载之间的压力差由伺服电机驱动泵补偿，通过控制伺服电机转速来控制执行元件运动速度。

优选的，所述控制装置为单片机、PLC或计算机，所述控制装置通过控制电磁换向阀的通断电接入相对应的恒压网络和控制执行元件的运动方向，通过控制伺服电机的转速来控制执行元件运动速度。

优选的，所述液压执行器为直线执行器或回转执行器。

因此，本发明采用上述一种基于多级恒压网络和伺服电机泵组的液压混合动力系统具有以下有益效果：

（1）系统中没有节流损失与溢流损失，并且可进行能量回收，提高系统能量利用率。

（2）多级恒压网络可满足多个执行元件同时工作的需要，便于扩展，且恒压网络可以根据实际需要设置多级，级数越多，节能效果越好。

（3）伺服电机功率只需满足恒压网络与负载压力差值最大流量时的功率，相比于纯电驱动系统，电机功率小，一部分功率由伺服电机提供，因此可减小发动机的装机功率，发动机工作在最佳工况点附近，效率更高。

（4）执行元件速度或转速通过伺服电机控制，控制精度高，响应速度快。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明基于多级恒压网络和伺服电机泵组的液压混合动力系统结构示意图；

图2为本发明以变量泵为恒压源的多级恒压网络原理示意图；

图3为本发明以定量泵为恒压源的多级恒压网络原理示意图；

图4为本发明以直线执行器为液压执行器原理示意图；

图5为本发明以回转执行器为液压执行器原理示意图。

附图标记

1、多级恒压源网络；101、蓄能器；102、恒压网络压力传感器；103、发动机；104、恒压源；105、油箱；2、伺服电机泵组；201、液压泵；202、伺服电机；3、能量储存装置；4、控制装置；5、液压执行器；501、直线执行器；502、回转执行器；6、负载压力传感器；7、电磁换向阀；8、溢流阀；9、先导式溢流阀。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的实施方式作详细说明。

实施例1

参考图1，一种基于多级恒压网络和伺服电机202泵组2的液压混合动力系统，包括多级恒压源104网络1、与液压执行器5连接的伺服电机202泵组2、负载检测装置、能量储存装置3以及控制装置4。多级恒压源104网络1与伺服电机202泵组2，伺服电机202泵组2与能量储存装置3相连接，多级恒压源104网络1、伺服电机202泵组2、负载检测装置和能量储存装置3均与控制装置4电连接。

多级恒压源104网络1可以任意多级，级数越多，节能效果越好，但级数过多会造成系统过于复杂，本实施例以四级恒压网络（30MPa，20MPa，10MPa，0MPa即油箱105）为例进行说明，如图1所示，多级恒压源104网络1包括三个不同压力级别的蓄能器101（30MPa，20MPa，10MPa）、恒压网络压力传感器102、发动机103、油箱105以及恒压源104，本实施例恒压源104为变量泵，恒压源104通过对应设置的电磁换向阀7与每个蓄能器101相连接，恒压源104与发动机103相连接，恒压源104与油箱105相连接，每个蓄能器101和电磁换向阀7之间均设置有恒压网络压力传感器102。每个恒压网络压力传感器102实时检测相对应级别恒压网络的压力，检测到的压力数据传输到控制装置4中进行计算，当实时压力值低于相对应的下限值时，控制装置4控制相应的电磁换向阀7使得恒压源104泵出压力油，为相应的蓄能器101充油，当实时压力值达到设定值时，通过控制装置4控制相应的电磁换向阀7的电磁铁的得失电使恒压源104重新恢复高压小排量。本实施例还设置有溢流阀8，溢流阀8一端与油箱105相连接，溢流阀8另一端与恒压源104的出油端相连接。

具体过程如下：

参考图2，电磁换向阀7中的电磁铁1DT-5DT都不得电，变量泵以高压最小排量（接近0）运行，此时功率损失很小；三个恒压网络压力传感器102分别实时检测三个恒压网络的压力，如果当检测到30MPa网络压力降低到下限值时，电磁换向阀7的电磁铁4DT得电，其他电磁铁均不得电，变量泵泵出压力油为30MPa恒压网络的蓄能器101充油，当蓄能器101压力达到设定压力后，电磁换向阀7的电磁铁4DT失电，变量泵恢复高压小排量状态；当检测到20MPa网络压力降低到下限值时，电磁铁2DT、3DT得电，其他电磁铁均不得电，变量泵泵出压力油为20MPa恒压网络的蓄能器101充油，当蓄能器101压力达到设定压力后，电磁铁2DT、3DT失电，变量泵恢复高压小排量状态；如果当检测到10MPa网络压力降低到下限值时，电磁铁1DT、5DT得电，其他电磁铁均不得电，变量泵泵出压力油为10MPa恒压网络蓄能器101充油，当蓄能器101压力达到设定压力后，电磁铁1DT、5DT失电，变量泵恢复高压小排量状态。

负载检测装置包括设置在液压执行器5两腔的负载压力传感器6，用于检测负载压力。本实施例中设置有3个液压执行器5，其中2个直线执行器501和1个回转执行器502。

伺服电机202泵组2包括液压泵201和伺服电机202，伺服电机202与液压泵201相连接，伺服电机202可以做电机驱动液压泵201也可以做发电机发电，液压泵201即可以做液压泵201，也可以做液压马达，液压泵201与蓄能器101之间设置有电磁换向阀7，液压泵201与液压执行器5之间设置有电磁换向阀7。本实施例能量储存装置3为蓄电池，蓄电池与伺服电机202相连接。

负载传感器实时检测负载压力并将负载压力数据传输至控制装置4进行计算，根据负载压力值确定相应级别的恒压网络，控制装置4通过控制相应的电磁换向阀7接入相应级别的恒压网络。

当负载压力小于恒压网络的压力时，伺服电机202泵组2中的液压泵201处于马达工作模式，伺服电机202处于发电机模式，恒压网络与负载之间的压力差驱动马达带动伺服电机202发电存储到蓄电池中，控制装置4通过控制伺服电机202转速来控制执行元件运动速度。

当负载压力大于等于恒压网络的压力时，伺服电机202泵组2中的液压泵201处于泵工作模式，伺服电机202处于电机模式，恒压网络与负载之间的压力差由伺服电机202驱动泵补偿，通过控制伺服电机202转速来控制执行元件运动速度。

以直线执行器501为液压执行器5时具体过程如下：

如图4所示，如果直线执行器501的驱动负载压力小于5MPa，电磁铁9DT得电，此时0压网络接入系统，直线执行器501工作所需全部功率由伺服电机202泵组2提供，直线执行器501的运动速度通过控制伺服电机202转速实现，电磁换向阀7的电磁铁11DT失电，直线执行器501的油缸外伸；电磁铁11DT得电，直线执行器501的油缸回缩。

如果直线执行器501的驱动负载压力大于5MPa，小于15MPa，电磁铁10DT得电，此时10MPa恒压网络接入系统。

当负载压力大于5MPa，小于10MPa时，伺服电机202泵组2中的液压泵201处于马达工作模式，伺服电机202处于发电机模式，恒压网络与负载之间的压力差驱动液压泵201带动伺服电机202发电存储到蓄电池中，通过控制发电机转速来控制油缸运动速度。

当负载压力大于10MPa，小于15MPa时，伺服电机202泵组2中的液压泵201处于泵工作模式，伺服电机202处于电机模式，恒压网络与负载之间的压力差由伺服电机202驱动泵补偿，通过控制伺服电机202转速来控制直线执行器501的油缸运动速度。电磁铁11DT失电，直线执行器501的油缸外伸；电磁铁11DT得电，直线执行器501的油缸回缩。

如果直线执行器501的驱动负载压力大于15MPa，小于25MPa，电磁铁7DT得电，此时20MPa恒压网络接入系统。

当负载压力大于15MPa，小于20MPa时，伺服电机202泵组2中的液压泵201处于马达工作模式，伺服电机202处于发电机模式，恒压网络与负载之间的压力差驱动马达带动伺服电机202发电存储到蓄电池中，通过控制发电机转速来控制直线执行器501的油缸运动速度。

当负载压力大于20MPa，小于25MPa时，伺服电机202泵组2中的液压泵201处于泵工作模式，伺服电机202处于电机模式，恒压网络与负载之间的压力差由伺服电机202驱动液压泵201补偿，通过控制伺服电机202的转速来控制直线执行器501的油缸运动速度。电磁换向阀7的电磁铁11DT失电，直线执行器501的油缸外伸；电磁换向阀7的电磁铁11DT得电，直线执行器501的油缸回缩。

如果直线执行器501的驱动负载压力大于25MPa，电磁铁8DT得电，此时30MPa恒压网络接入系统。

负载压力大于25MPa，小于30MPa时，伺服电机202泵组2中的液压泵201处于马达工作模式，伺服电机202处于发电机模式，恒压网络与负载之间的压力差驱动马达带动伺服电机202发电存储到蓄电池中，通过控制发电机转速来控制直线执行器501的油缸运动速度。

当负载压力大于30MPa时，伺服电机202泵组2中的液压泵201处于泵工作模式，伺服电机202处于电机模式，恒压网络与负载之间的压力差由伺服电机202驱动液压泵201补偿，通过控制伺服电机202转速来控制直线执行器501的油缸运动速度。电磁换向阀7的电磁铁11DT失电，直线执行器501的油缸外伸；电磁换向阀7的电磁铁11DT得电，直线执行器501的油缸回缩。

在负载驱动直线执行器501（液压缸）时，如叉车货叉或装载机、挖掘机动臂下降过程，重力驱动液压油缸运动，此时这部分能量会被系统回收。在能量回收阶段时，直线执行器501两腔压力传感器2检测负载压力，根据负载压力大小选择接入哪个恒压网络。

如果负载产生压力小于10MPa，电磁铁9DT得电，此时0压网络接入系统，伺服电机202泵组2中的液压泵201处于马达工作模式，伺服电机202处于发电机模式，负载与恒压网络之间的压力差驱动马达带动伺服电机202发电存储到蓄电池中，通过控制伺服电机202的转速来控制直线执行器501的油缸运动速度。

如果负载产生压力大于10MPa，小于20MPa，有两种工作状态：

（1）当检测10MPa恒压网络压力低于下限值时，电磁铁10DT得电，此时10MPa恒压网络接入系统，伺服电机202泵组2中的液压泵201处于马达工作模式，伺服电机202处于发电机模式，一部分能量以液压能的形式通过液压泵201存储到10MPa恒压网络的蓄能器101中，另一部分能量通过伺服电机202发电以电能的形式存储到蓄电池中，通过控制伺服电机202转速来控制油缸运动速度。

（2）当检测10MPa恒压网络压力达到上限值时，电磁铁9DT得电，此时0压网络接入系统，伺服电机202泵组2中的液压泵201处于马达工作模式，伺服电机202处于发电机模式，负载与恒压网络之间的压力差驱动马达带动伺服电机202发电存储到蓄电池中，通过控制发电机转速来控制直线执行器501运动速度。

如果负载产生压力大于20MPa，小于30MPa，有三种工作状态：

（1）检测10MPa、20MPa恒压网络压力是否低于下限值，如果都低于下限值，优先选择接入10MPa恒压网络，电磁铁10DT得电，此时10MPa恒压网络接入系统，伺服电机202泵组2中的液压泵201处于马达工作模式，伺服电机202处于发电机模式，一部分能量以液压能的形式通过液压泵201存储到10MPa恒压网络的蓄能器101中，另一部分能量通过液压泵201带动伺服电机202发电以电能的形式存储到蓄电池中，通过控制伺服电机202转速来控制油缸运动速度。

（2）当检测10MPa恒压网络压力达到上限值时，电磁铁7DT得电，此时20MPa恒压网络接入系统，伺服电机202泵组2中的液压泵201处于马达工作模式，伺服电机202处于发电机模式，一部分能量以液压能的形式通过液压马达存储到20MPa恒压网络的蓄能器101中，另一部分能量通过伺服电机202发电以电能的形式存储到蓄电池中，通过控制发电机转速来控制直线执行器501运动速度。

（3）当检测20MPa恒压网络压力达到上限值时，电磁铁9DT得电，此时0压网络接入系统，伺服电机202泵组2中的液压泵201处于马达工作模式，伺服电机202处于发电机模式，负载与恒压网络之间的压力差驱动马达带动伺服电机202发电存储到蓄电池中，通过控制发电机转速来控制直线执行器501运动速度。

如果负载产生压力大于30MPa，有四种工作状态：

（1）检测10MPa、20MPa、30MPa恒压网络压力是否低于下限值，如果都低于下限值，优先选择接入10MPa恒压网络，电磁铁10DT得电，此时10MPa恒压网络接入系统，伺服电机202泵组2中的液压泵201处于马达工作模式，伺服电机202处于发电机模式，一部分能量以液压能的形式通过液压泵201存储到10MPa恒压网络的蓄能器101中，另一部分能量通过伺服电机202发电以电能的形式存储到蓄电池中，通过控制发电机转速来控制直线执行器501运动速度。

（2）当检测10MPa恒压网络压力达到上限值时，电磁铁7DT得电，此时20MPa恒压网络接入系统，伺服电机202泵组2中的液压泵201处于马达工作模式，伺服电机202处于发电机模式，一部分能量以液压能的形式通过液压泵201存储到20MPa恒压网络的蓄能器101中，另一部分能量通过发电机发电以电能的形式存储到蓄电池中，通过控制发电机转速来控制直线执行器501运动速度。

（3）当检测20MPa恒压网络压力达到上限值时，电磁铁8DT得电，此时30MPa恒压网络接入系统，伺服电机202泵组2中的液压泵201处于马达工作模式，伺服电机202处于发电机模式，一部分能量以液压能的形式通过液压泵201存储到30MPa恒压网络的蓄能器101中，另一部分能量通过发电机发电以电能的形式存储到蓄电池中，通过控制发电机转速来控制直线执行器501运动速度。

（4）当检测30MPa恒压网络压力达到上限值时，电磁铁9DT得电，此时0压网络接入系统，伺服电机202泵组2中的液压泵201处于马达工作模式，伺服电机202处于发电机模式，负载与恒压网络之间的压力差驱动马达带动伺服电机202发电存储到蓄电池中，通过控制发电机转速来控制直线执行器501运动速度。

以回转执行器502为液压执行器5时具体过程如下：

如图5所示，如果驱动负载压力小于10MPa，电磁换向阀7的电磁铁10DT得电，此时10MPa恒压网络接入系统，伺服电机202泵组2中的液压泵201处于马达模式，回转执行器502利用10MPa恒压网络压力驱动负载旋转，同时伺服电机202处于发电机模式，将多余能量以电能形式储存到蓄电池中，回转执行器502回转速度通过控制伺服电机202转速实现，回转执行器502回转方向通过电磁换向阀7的电磁铁11DT得失电控制。

如果驱动负载压力大于10MPa，小于20MPa，电磁铁7DT得电，此时20MPa恒压网络接入系统。伺服电机202泵组2中的液压泵201处于马达模式，回转执行器502利用20MPa恒压网络压力驱动负载旋转，同时伺服电机202处于发电机模式，将多余能量以电能形式储存到蓄电池中，回转执行器502回转速度通过控制伺服电机202转速实现，回转执行器502回转方向通过电磁换向阀7的电磁铁11DT的得电与失电控制。

如果驱动负载压力大于20MPa，小于30MPa，电磁铁8DT得电，此时30MPa恒压网络接入系统。伺服电机202泵组2中的液压泵201处于马达模式，回转执行器502利用30MPa恒压网络压力驱动负载旋转，同时伺服电机202处于发电机模式，将多余能量以电能形式储存到蓄电池中，回转执行器502回转速度通过控制伺服电机202转速实现，回转执行器502回转方向通过电磁换向阀7的电磁铁11DT得失电控制。

在负载驱动回转执行器502时，如挖掘机转台回转制动过程，惯性力驱动回转执行器502运动，此时这部分能量会被系统回收。在能量回收阶段时，回转执行器502两腔压力传感器检测负载压力，根据负载压力大小选择接入哪个恒压网络。

如果负载产生压力小于10MPa，电磁铁9DT得电，此时0压网络接入系统，伺服电机202泵组2中的液压泵201处于马达工作模式，伺服电机202处于发电机模式，负载与恒压网络之间的压力差驱动马达带动伺服电机202发电存储到蓄电池中，通过控制发电机转速来控制回转执行器502回转速度。

如果负载产生压力大于10MPa，小于20MPa，此时有两种工作状态：

（1）当检测10MPa恒压网络压力低于下限值时，电磁换向阀7的电磁铁10DT得电，此时10MPa恒压网络接入系统，伺服电机202泵组2中的液压泵201处于马达工作模式，伺服电机202处于发电机模式，一部分能量以液压能的形式通过回转执行器502存储到10MPa恒压网络的蓄能器101中，另一部分能量通过发电机发电以电能的形式存储到蓄电池中，通过控制发电机转速来控制回转执行器502回转速度。

（2）当检测10MPa恒压网络压力达到上限值时，电磁铁9DT得电，此时0压网络接入系统，伺服电机202泵组2中的液压泵201处于马达工作模式，伺服电机202处于发电机模式，负载与恒压网络之间的压力差驱动马达带动伺服电机202发电存储到蓄电池中，通过控制发电机转速来控制回转执行器502回转速度。

如果负载产生压力大于20MPa，小于30MPa，有三种工作状态：

（1）检测10MPa、20MPa恒压网络压力是否低于下限值，如果都低于下限值，优先选择接入10MPa恒压网络，电磁换向阀7的电磁铁10DT得电，此时10MPa恒压网络接入系统，伺服电机202泵组2中的液压泵201处于马达工作模式，伺服电机202处于发电机模式，一部分能量以液压能的形式通过回转执行器502存储到10MPa恒压网络的蓄能器101中，另一部分能量通过伺服电机202发电以电能的形式存储到蓄电池中，通过控制发电机转速来控制回转执行器502回转速度。

（2）当检测10MPa恒压网络压力达到上限值时，电磁铁7DT得电，此时20MPa恒压网络接入系统，伺服电机202泵组2中的液压泵201处于马达工作模式，伺服电机202处于发电机模式，一部分能量以液压能的形式通过回转执行器502存储到20MPa恒压网络的蓄能器101中，另一部分能量通过伺服电机202发电以电能的形式存储到蓄电池中，通过控制发电机转速来控制回转执行器502回转速度。

（3）当检测20MPa恒压网络压力达到上限值时，电磁铁9DT得电，此时0压网络接入系统，伺服电机202泵组2中的液压泵201处于马达工作模式，伺服电机202处于发电机模式，负载与恒压网络之间的压力差驱动马达带动伺服电机202发电存储到蓄电池中，通过控制伺服电机202转速来控制回转执行器502回转速度。

如果负载产生压力大于30MPa，有四种工作状态：

（1）检测10MPa、20MPa、30MPa恒压网络压力是否低于下限值，如果都低于下限值，优先选择接入10MPa恒压网络，电磁换向阀7的电磁铁10DT得电，此时10MPa恒压网络接入系统，伺服电机202泵组2中的液压泵201处于马达工作模式，伺服电机202处于发电机模式，一部分能量以液压能的形式通过回转执行器502存储到10MPa恒压网络的蓄能器101中，另一部分能量通过伺服电机202发电以电能的形式存储到蓄电池中，通过控制伺服电机202转速来控制回转执行器502回转速度。

（2）当检测10MPa恒压网络压力达到上限值时，电磁铁7DT得电，此时20MPa恒压网络接入系统，伺服电机202泵组2中的液压泵201处于马达工作模式，伺服电机202处于发电机模式，一部分能量以液压能的形式通过回转执行器502存储到20MPa恒压网络的蓄能器101中，另一部分能量通过伺服电机202发电以电能的形式存储到蓄电池中，通过控制伺服电机202转速来控制回转执行器502回转速度。

（3）当检测20MPa恒压网络压力达到上限值时，电磁铁8DT得电，此时30MPa恒压网络接入系统，伺服电机202泵组2中的液压泵201处于马达工作模式，伺服电机202处于发电机模式，一部分能量以液压能的形式通过回转执行器502存储到30MPa恒压网络的蓄能器101中，另一部分能量通过伺服电机202发电以电能的形式存储到蓄电池中，通过控制伺服电机202转速来控制回转执行器502回转速度。

（4）当检测30MPa恒压网络压力达到上限值时，电磁铁9DT得电，此时0压网络接入系统，伺服电机202泵组2中的液压泵201处于马达工作模式，伺服电机202处于发电机模式，负载与恒压网络之间的压力差驱动马达带动伺服电机202发电存储到蓄电池中，通过控制伺服电机202转速来控制回转执行器502回转速度。

控制装置4为单片机、PLC或计算机，控制装置4通过控制电磁换向阀7的通断电接入相对应的恒压网络和控制执行元件的运动方向，通过控制伺服电机202的转速来控制执行元件运动速度。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于本实施例中的恒压源104为定量泵，如图3所示，具体过程如下：

1DT得电，2DT-6DT都不得电，先导式溢流阀9遥控口与油箱105相连接，定量泵的出口压力接近0处于卸荷状态，此时定量泵功率损失很小；三个恒压网络压力传感器102分别实时检测三个恒压网络的压力，如果当检测到30MPa网络压力降低到下限值时，电磁换向阀7的电磁铁5DT得电，其他电磁铁均不得电，定量泵泵出压力油为30MPa恒压网络的蓄能器101充油，当蓄能器101压力达到设定压力后，电磁换向阀7电磁铁5DT失电，1DT得电，定量泵恢复卸荷状态；如果当检测到20MPa网络压力降低到下限值时，电磁换向阀7的电磁铁3DT、4DT得电，其他电磁铁均不得电，定量泵泵出压力油为20MPa恒压网络蓄能器101充油，当蓄能器101压力达到设定压力后，电磁换向阀7的电磁铁3DT、4DT失电，1DT得电，定量泵恢复卸荷状态；如果当检测到10MPa网络压力降低到下限值时，电磁铁2DT、6DT得电，其他电磁铁均不得电，定量泵泵出压力油为10MPa恒压网络蓄能器101充油，充到设定压力后，电磁铁2DT、6DT失电，1DT得电，定量泵恢复卸荷状态。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于本实施例的能量储存装置为超级电容。

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进行限制，尽管参照较佳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：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种基于多级恒压网络和伺服电机泵组的液压混合动力系统，其特征在于：包括多级恒压源网络、与液压执行器连接的伺服电机泵组、负载检测装置、能量储存装置以及控制装置，所述多级恒压源网络与所述伺服电机泵组，所述伺服电机泵组与所述能量储存装置相连接，所述多级恒压源网络、所述伺服电机泵组、所述负载检测装置和所述能量储存装置均与所述控制装置电连接；

所述多级恒压源网络包括至少两个不同压力级别的蓄能器、恒压网络压力传感器、发动机、油箱以及恒压源，所述恒压源通过对应设置的电磁换向阀与每个所述蓄能器相连接，所述恒压源与所述发动机相连接，所述恒压源与油箱相连接，每个蓄能器和电磁换向阀之间均设置有所述恒压网络压力传感器；

所述恒压源为变量泵或定量泵，每个所述恒压网络压力传感器实时检测相对应级别恒压网络的压力，检测到的压力数据传输到控制装置中进行计算，当实时压力值低于相对应的下限值时，控制装置控制相应的电磁换向阀使得恒压源泵出压力油，为相应的蓄能器充油，当实时压力值达到设定值时，通过控制装置控制相应的电磁换向阀的电磁铁的得失电使恒压源重新恢复高压小排量或卸荷状态；

所述负载检测装置包括设置在液压执行器两腔的负载压力传感器；

所述伺服电机泵组包括液压泵和伺服电机，所述伺服电机与所述液压泵相连接，所述液压泵与蓄能器之间设置有电磁换向阀，所述液压泵与所述液压执行器之间设置有电磁换向阀；

所述负载传感器实时检测负载压力并将负载压力数据传输至控制装置进行计算，根据负载压力值确定相应级别的恒压网络，控制装置通过控制相应的电磁换向阀接入相应级别的恒压网络；

当负载压力小于恒压网络的压力时，伺服电机泵组中的液压泵处于马达工作模式，伺服电机处于发电机模式，恒压网络与负载之间的压力差驱动马达带动伺服电机发电存储到能量储存装置中，控制装置通过控制伺服电机转速来控制执行元件运动速度；

当负载压力大于等于恒压网络的压力时，伺服电机泵组中的液压泵处于泵工作模式，伺服电机处于电机模式，恒压网络与负载之间的压力差由伺服电机驱动泵补偿，通过控制伺服电机转速来控制执行元件运动速度。

2.根据权利要求1所述的一种基于多级恒压网络和伺服电机泵组的液压混合动力系统，其特征在于：所述能量储存装置为蓄电池或超级电容，所述能量储存装置与所述伺服电机相连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于多级恒压网络和伺服电机泵组的液压混合动力系统，其特征在于：所述伺服电机的工作模式包括用于驱动液压泵的电机模式和用于将多余动能转化为电能的发电模式；

所述液压泵的工作模式包括用于输出压力油驱动负载的液压泵模式和用于能量回收的液压马达模式。

4.根据权利要求3所述的一种基于多级恒压网络和伺服电机泵组的液压混合动力系统，其特征在于：所述控制装置为单片机、PLC或计算机，所述控制装置通过控制电磁换向阀的通断电接入相对应的恒压网络和控制执行元件的运动方向，通过控制伺服电机的转速来控制执行元件运动速度。

5.根据权利要求4所述的一种基于多级恒压网络和伺服电机泵组的液压混合动力系统，其特征在于：所述液压执行器为直线执行器或回转执行器。

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