CN116411607A - 挖掘机上车回转机构电动回转精确停车辅助系统 - Google Patents

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方静
郝惠敏
权龙�
夏连鹏
黄伟男
葛磊
王慧杰
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Abstract

本发明针对纯电动挖掘机上车回转机构电动回转存在的问题和不足，为有效解决电动回转无法精确停车的问题，公开了一种挖掘机上车回转机构电动回转精确停车辅助系统。该系统利用溢流阀背压溢流功能产生辅助制动力矩，通过在到达目标制动位置前快速切换换向阀组手柄来控制与马达进出油口连接的三位四通比例阀，在电动回转速度降为零之前提前施加辅助制动扭矩，从而实现电动回转系统精确地在目标位置停车。

Description

挖掘机上车回转机构电动回转精确停车辅助系统
技术领域
本发明属于电动挖掘机驱动领域，具体涉及一种挖掘机上车回转机构电动回转精确停车辅助系统。
背景技术
近年来能源短缺和环境污染目前已成为日益紧迫的全球性问题，人类越来越认识到节能减排的重要性，以电池为能量载体的纯电动工程机械取消发动机，采用电机作为主驱单元，具有高动力效、零排放的优势，被认为是最为理想的节能减排驱动方式。
在工程机械设备领域中，以液压能作为执行机构驱动能源的液压挖掘机是使用量最大的土石方机械，传统液压挖掘机在挖掘作业过程中，上车回转频次高，转动惯量大，大量制动能消耗在液压阀的阀口上，不仅浪费能量，而且导致液压系统发热和元件寿命降低。对大转动惯量的高频次作业机构进行制动能量回收是挖掘机液压系统节能降耗的有效措施。大转动惯量制动能量回收方式一是转化为液压能存储在蓄能器然后再利用或直接驱动液压元件，二是转化为电能存储在蓄能元件然后再利用。重汽集团提出了液压马达制动时制动能通过液压泵工况向蓄能器回收能量的方案(CN101858094A)；山河智能提出了在回转液压马达制动期间通过电机回收制动能量的方法(CN103882901A)；常林机械申请了将回转制动能转换成液压能并存储于蓄能器中，在下一次回转启动阶段加以利用的专利(CN105545884A)。混合动力和纯电动挖掘机大多采用电动机直接驱动回转机构，将制动动能存储在超级电容和蓄电池中进行能量回收。由于电机驱动方式的良好控制性能，以及向储能电池回收管理能量在电动汽车领域已较好应用基础，从2004年开始，日立建机、小松、卡特彼勒、三一重工、中联重科、山河智能、柳工等挖掘机主机厂相继推出上车回转机构电动回转试验车型。
挖掘机上车回转机构电动回转系统较好地解决了传统液压挖掘机在回转制动时将动能耗散在液压阀口的问题，但由于挖掘机上车回转机构电动回转系统采用速度控制模式，只有将电机当前转速降为零之后，才可施加反向速度，这将导致挖掘机上车回转体运动至目标角度时，无法准确制动停止，往往是越过目标制动角度后方才停止，这给驾驶员的回转作业操控带来极大不便。上车回转机构回转作业是挖掘机最为常见的作业工况，但是当前电动回转系统依然无法实现精确高效停车，使得电动回转无法像传统液压回转一样高效作业，这限制了挖掘机上车回转机构电动回转技术快速推广。
发明内容
本发明针对纯电动挖掘机上车回转机构电动回转存在的问题和不足，为有效解决电动回转无法精确停车的问题，公开一种挖掘机上车回转机构电动回转精确停车辅助系统。该系统利用溢流阀背压溢流功能产生辅助制动力矩，通过在到达目标制动位置前快速切换换向阀组手柄来控制与马达进出油口连接的三位四通比例阀，在电动回转速度降为零之前提前施加辅助制动扭矩，从而实现电动回转系统精确地在目标位置停车。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
挖掘机上车回转机构电动回转精确停车辅助系统，包括：动力电池1、双向DC-DC逆变器2、回转电机3、回转减速机4、第I溢流安全阀5、第II溢流安全阀6、第I补油单向阀7、第II补油单向阀8、补油油箱9、换向阀组10、左转向先导压力传感器14、右转向先导压力传感器15；还包括：角位移传感器16、液压马达17、第I二位二通电磁阀18、O型机能三位四通比例换向阀19、压力传感器20、溢流阀21、第I回转油箱22、第II回转油箱23、辅助回转控制器24；其中，换向阀组10包含：左转向先导阀11、右转向先导阀12以及梭阀13；
回转电机3的M侧输出轴与回转减速机4连接，回转电机3的N侧输入轴与液压马达17连接，回转电机3通过双向DC-DC逆变器2与动力电池1连接；
液压马达17的A油口连接第I二位二通电磁阀18的C油口，液压马达17的B油口连接第I二位二通电磁阀18的D油口；第I二位二通电磁阀18的C油口连接O型机能三位四通比例换向阀19的E油口，第I二位二通电磁阀18的D油口连接O型机能三位四通比例换向阀19的F油口；O型机能三位四通比例换向阀19的G油口与压力传感器20和溢流阀21的进油口连接，溢流阀21的出油口连接第I回转油箱22，O型机能三位四通比例换向阀19的H油口连接第II回转油箱23；
液压马达17的A油口连接第I溢流安全阀5的进油口，液压马达17的B油口连接第II溢流安全阀6的进油口，液压马达17的A油口连接第I补油单向阀7的出油口，液压马达17的B油口连接第I补油单向阀8的出油口；第I溢流安全阀5和第II溢流安全阀6的出油口与补油油箱9连接，第I补油单向阀7和第II补油单向阀8的进油口与补油油箱9连接；
左转向先导阀11和右转向先导阀12由先导动力源PG提供动力，并在非换向状态时通过卸荷油口T进行卸载；左转向先导压力传感器14和左转向先导阀11均与梭阀13的X1口连接；右转向先导压力传感器15和右转向先导阀12均与梭阀13的X2口连接；梭阀13的SH口在转向状态下输出先导压力油；
辅助回转控制器24分别与角位移传感器16、压力传感器20、左转向先导压力传感器14和右转向先导压力传感器15的反馈信号线路连接；辅助回转控制器24分别与第I二位二通电磁阀18、O型机能三位四通比例换向阀19以及双向DC-DC逆变器2的控制信号线路连接；
换向阀组10发出转向信号，当左转向先导压力传感器14的输出压力达到先导压力源PG的压力时，通过辅助回转控制器24控制上车回转机构左转；当右转向先导压力传感器15的输出压力达到先导压力源PG的压力时，通过辅助回转控制器24控制上车回转机构右转；
溢流阀21为液压马达17的辅助制动提供背压，压力传感器20监测溢流阀21的背压压力，液压马达17为电动回转系统提供辅助制动力矩，角位移传感器16检测回转减速机4输出轴的转角并发送给辅助回转控制器24，辅助回转控制器24通过控制O型机能三位四通比例换向阀19实现对电动回转系统的辅助制动；
回转电机3作为主驱动装置为回转系统提供驱动和制动力矩；挖掘机上车回转机构电动回转精确停车辅助系统在电动回转电机处于制动工况时，O型机能三位四通比例换向阀19预先快速切换，在与其串联的回转轴上提前施加辅助制动力矩，使电动回转装置在目标位置停止回转，确保在目标位置的精确停车及在特殊情况下的紧急停车。
本发明具有以下有益效果：
1)本发明可以使纯电动挖掘机上车回转机构电动回转装置在目标位置精确停车。
2)本发明可以辅助纯电动挖掘机上车回转机构电动回转装置在特殊情况紧急停车。
附图说明
图1为本发明实施例1的系统原理示意图。
图2为本发明实施例2的系统原理示意图。
图中，1-动力电池，2-双向DC-DC逆变器，3-回转电机，4-回转减速机，5-第I溢流安全阀，6-第II溢流安全阀，7-第I补油单向阀，8-第II补油单向阀，9-补油油箱，10-换向阀组，11-左转向先导阀，12-右转向先导阀，13-梭阀，14-左转向先导压力传感器，15-右转向先导压力传感器，16-角位移传感器，17-液压马达，18-第I二位二通电磁阀，19-O型机能三位四通比例换向阀，20-压力传感器，21-溢流阀，22-第I回转油箱，23-第II回转油箱，24-辅助回转控制器，25-第II二位二通电磁阀，26-第III二位二通电磁阀，27-Y型机能三位四通比例换向阀。
具体实施方式
以下结合附图介绍本发明详细技术方案：
实施例1
如图1所示，挖掘机上车回转机构电动回转精确停车辅助系统，包括：动力电池1、双向DC-DC逆变器2、回转电机3、回转减速机4、第I溢流安全阀5、第II溢流安全阀6、第I补油单向阀7、第II补油单向阀8、补油油箱9、换向阀组10、左转向先导压力传感器14、右转向先导压力传感器15；还包括：角位移传感器16、液压马达17、第I二位二通电磁阀18、O型机能三位四通比例换向阀19、压力传感器20、溢流阀21、第I回转油箱22、第II回转油箱23、辅助回转控制器24；其中，换向阀组10包含：左转向先导阀11、右转向先导阀12以及梭阀13；
回转电机3的M侧输出轴与回转减速机4连接，回转电机3的N侧输入轴与液压马达17连接，回转电机3通过双向DC-DC逆变器2与动力电池1连接；
液压马达17的A油口连接第I二位二通电磁阀18的C油口，液压马达17的B油口连接第I二位二通电磁阀18的D油口；第I二位二通电磁阀18的C油口连接O型机能三位四通比例换向阀19的E油口，第I二位二通电磁阀18的D油口连接O型机能三位四通比例换向阀19的F油口；O型机能三位四通比例换向阀19的G油口与压力传感器20和溢流阀21的进油口连接，溢流阀21的出油口连接第I回转油箱22，O型机能三位四通比例换向阀19的H油口连接第II回转油箱23；
液压马达17的A油口连接第I溢流安全阀5的进油口，液压马达17的B油口连接第II溢流安全阀6的进油口，液压马达17的A油口连接第I补油单向阀7的出油口，液压马达17的B油口连接第I补油单向阀8的出油口；第I溢流安全阀5和第II溢流安全阀6的出油口与补油油箱9连接，第I补油单向阀7和第II补油单向阀8的进油口与补油油箱9连接；
左转向先导阀11和右转向先导阀12由先导动力源PG提供动力，并在非换向状态时通过卸荷油口T进行卸载；左转向先导压力传感器14和左转向先导阀11均与梭阀13的X1口连接；右转向先导压力传感器15和右转向先导阀12均与梭阀13的X2口连接；梭阀13的SH口在转向状态下输出先导压力油；
辅助回转控制器24分别与角位移传感器16、压力传感器20、左转向先导压力传感器14和右转向先导压力传感器15的反馈信号线路连接；辅助回转控制器24分别与第I二位二通电磁阀18、O型机能三位四通比例换向阀19以及双向DC-DC逆变器2的控制信号线路连接；
换向阀组10发出转向信号，当左转向先导压力传感器14的输出压力达到先导压力源PG的压力时，通过辅助回转控制器24控制上车回转机构左转；当右转向先导压力传感器15的输出压力达到先导压力源PG的压力时，通过辅助回转控制器24控制上车回转机构右转；
溢流阀21为液压马达17的辅助制动提供背压，压力传感器20监测溢流阀21的背压压力，液压马达17为电动回转系统提供辅助制动力矩，角位移传感器16检测回转减速机4输出轴的转角并发送给辅助回转控制器24，辅助回转控制器24通过控制O型机能三位四通比例换向阀19实现对电动回转系统的辅助制动；
回转电机3作为主驱动装置为回转系统提供驱动和制动力矩；挖掘机上车回转机构电动回转精确停车辅助系统在电动回转电机处于制动工况时，O型机能三位四通比例换向阀19预先快速切换，在与其串联的回转轴上提前施加辅助制动力矩，使电动回转装置在目标位置停止回转，确保在目标位置的精确停车及在特殊情况下的紧急停车。
实施例2
如图2所示，挖掘机上车回转机构电动回转精确停车辅助系统，包括：动力电池1、双向DC-DC逆变器2、回转电机3、回转减速机4、第I溢流安全阀5、第II溢流安全阀6、第I补油单向阀7、第II补油单向阀8、补油油箱9、换向阀组10、左转向先导压力传感器14、右转向先导压力传感器15；还包括：角位移传感器16、液压马达17、压力传感器20、溢流阀21、第I回转油箱22、第II回转油箱23、辅助回转控制器24、第II二位二通电磁阀25、第III二位二通电磁阀26，Y型机能三位四通比例换向阀27；其中，换向阀组10包含：左转向先导阀11、右转向先导阀12以及梭阀13；回转电机3的M侧输出轴与回转减速机4连接，回转电机3的N侧输入轴与液压马达17连接，回转电机3通过双向DC-DC逆变器2与动力电池1连接；
液压马达17的A油口连接第II二位二通电磁阀25的C油口，液压马达17的B油口连接第III二位二通电磁阀26的K油口；第II二位二通电磁阀25的D油口连接Y型机能三位四通比例换向阀27的E油口，第III二位二通电磁阀26的J油口连接Y型机能三位四通比例换向阀27的F油口；Y型机能三位四通比例换向阀27的G油口与压力传感器20和溢流阀21的进油口连接，溢流阀21的出油口连接第I回转油箱22，Y型机能三位四通比例换向阀27的H油口连接第II回转油箱23；
液压马达17的A油口连接第I溢流安全阀5的进油口，液压马达17的B油口连接第II溢流安全阀6的进油口，液压马达17的A油口连接第I补油单向阀7的出油口，液压马达17的B油口连接第I补油单向阀8的出油口；第I溢流安全阀5和第II溢流安全阀6的出油口与补油油箱9连接，第I补油单向阀7和第II补油单向阀8的进油口与补油油箱9连接；
左转向先导阀11和右转向先导阀12由先导动力源PG提供动力，并在非换向状态时通过卸荷油口T进行卸载；左转向先导压力传感器14和左转向先导阀11均与梭阀13的X1口连接；右转向先导压力传感器15和右转向先导阀12均与梭阀13的X2口连接；梭阀13的SH口在转向状态下输出先导压力油；
辅助回转控制器24分别与角位移传感器16、压力传感器20、左转向先导压力传感器14和右转向先导压力传感器15的反馈信号线路连接；辅助回转控制器24分别与第II二位二通电磁阀25、第III二位二通电磁阀26、Y型机能三位四通比例换向阀27以及双向DC-DC逆变器2的控制信号线路连接；
换向阀组10发出转向信号，当左转向先导压力传感器14的输出压力达到先导压力源PG的压力时，通过辅助回转控制器24控制上车回转机构左转；当右转向先导压力传感器15的输出压力达到先导压力源PG的压力时，通过辅助回转控制器24控制上车回转机构右转；
溢流阀21为液压马达17的辅助制动提供背压，压力传感器20监测溢流阀21的背压压力，液压马达17为电动回转系统提供辅助制动力矩，角位移传感器16检测回转减速机4输出轴的转角并发送给辅助回转控制器24，辅助回转控制器24通过控制Y型机能三位四通比例换向阀27实现对电动回转系统的辅助制动；
回转电机3作为主驱动装置为回转系统提供驱动和制动力矩；挖掘机上车回转机构电动回转精确停车辅助系统在电动回转电机处于制动工况时，Y型机能三位四通比例换向阀27预先快速切换，在与其串联的回转轴上提前施加辅助制动力矩，使电动回转装置在目标位置停止回转，确保在目标位置的精确停车及在特殊情况下的紧急停车。

Claims (1)

1.挖掘机上车回转机构电动回转精确停车辅助系统，包括：动力电池(1)、双向DC-DC逆变器(2)、回转电机(3)、回转减速机(4)、第I溢流安全阀(5)、第II溢流安全阀(6)、第I补油单向阀(7)、第II补油单向阀(8)、补油油箱(9)、换向阀组(10)、左转向先导压力传感器(14)、右转向先导压力传感器(15)；其特征在于：还包括：角位移传感器(16)、液压马达(17)、第I二位二通电磁阀(18)、O型机能三位四通比例换向阀(19)、压力传感器(20)、溢流阀(21)、第I回转油箱(22)、第II回转油箱(23)、辅助回转控制器(24)；其中，换向阀组(10)包含：左转向先导阀(11)、右转向先导阀(12)以及梭阀(13)；
回转电机(3)的M侧输出轴与回转减速机(4)连接，回转电机(3)的N侧输入轴与液压马达(17)连接，回转电机(3)通过双向DC-DC逆变器(2)与动力电池(1)连接；
液压马达(17)的A油口连接第I二位二通电磁阀(18)的C油口，液压马达(17)的B油口连接第I二位二通电磁阀(18)的D油口；第I二位二通电磁阀(18)的C油口连接O型机能三位四通比例换向阀(19)的E油口，第I二位二通电磁阀(18)的D油口连接O型机能三位四通比例换向阀(19)的F油口；O型机能三位四通比例换向阀(19)的G油口与压力传感器(20)和溢流阀(21)的进油口连接，溢流阀(21)的出油口连接第I回转油箱(22)，O型机能三位四通比例换向阀(19)的H油口连接第II回转油箱(23)；
液压马达(17)的A油口连接第I溢流安全阀(5)的进油口，液压马达(17)的B油口连接第II溢流安全阀(6)的进油口，液压马达(17)的A油口连接第I补油单向阀(7)的出油口，液压马达(17)的B油口连接第I补油单向阀(8)的出油口；第I溢流安全阀(5)和第II溢流安全阀(6)的出油口与补油油箱(9)连接，第I补油单向阀(7)和第II补油单向阀(8)的进油口与补油油箱(9)连接；
左转向先导阀(11)和右转向先导阀(12)由先导动力源PG提供动力，并在非换向状态时通过卸荷油口T进行卸载；左转向先导压力传感器(14)和左转向先导阀(11)均与梭阀(13)的X1口连接；右转向先导压力传感器(15)和右转向先导阀(12)均与梭阀(13)的X2口连接；梭阀(13)的SH口在转向状态下输出先导压力油；
辅助回转控制器(24)分别与角位移传感器(16)、压力传感器(20)、左转向先导压力传感器(14)和右转向先导压力传感器(15)的反馈信号线路连接；辅助回转控制器(24)分别与第I二位二通电磁阀(18)、O型机能三位四通比例换向阀(19)以及双向DC-DC逆变器(2)的控制信号线路连接；
换向阀组(10)发出转向信号，当左转向先导压力传感器(14)的输出压力达到先导压力源PG的压力时，通过辅助回转控制器(24)控制上车回转机构左转；当右转向先导压力传感器(15)的输出压力达到先导压力源PG的压力时，通过辅助回转控制器(24)控制上车回转机构右转；
溢流阀(21)为液压马达(17)的辅助制动提供背压，压力传感器(20)监测溢流阀(21)的背压压力，液压马达(17)为电动回转系统提供辅助制动力矩，角位移传感器(16)检测回转减速机(4)输出轴的转角并发送给辅助回转控制器(24)，辅助回转控制器(24)通过控制O型机能三位四通比例换向阀(19)实现对电动回转系统的辅助制动；
回转电机(3)作为主驱动装置为回转系统提供驱动和制动力矩；挖掘机上车回转机构电动回转精确停车辅助系统在电动回转电机处于制动工况时，O型机能三位四通比例换向阀(19)预先快速切换，在与其串联的回转轴上提前施加辅助制动力矩，使电动回转装置在目标位置停止回转，确保在目标位置的精确停车及在特殊情况下的紧急停车。
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