CN202416431U - 一种混合动力液压挖掘机 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种混合动力液压挖掘机，包括控制系统，控制系统包括第一能量释放阀块(1)、第二能量释放阀块(2)、第一蓄能器(4)、第二蓄能器(3)、第一回转能量回收阀块(5)、第二回转能量回收阀块(6)、回转马达(7)、动臂油缸(8)、动臂能量回收阀块(9)、先导控制阀块(10)、泵控系统阀块(11)、多路阀(12)、先导液压泵(13)、第一主液压泵(14)、第二主液压泵(15)、液压油箱(16)、混合动力控制器(17)。本实用新型的液压挖掘机能在减速制动能量回收阶段对回转系统运动状态自动进行判断并回收制动能量，同时使发动机始终工作于高效区间。

Description

一种混合动力液压挖掘机
技术领域
本实用新型涉及一种具有控制系统的工程机械，具体涉及一种具有液压回转减速制动系统及执行机构下降势能回收的液压挖掘机。
背景技术
液压挖掘机的使用范围广，能量损失多，研究液压挖掘机的节能具有很大的经济价值和十分重要的现实意义。传统的液压挖掘机回转系统在减速制动时往往通过反向背压达到制动效果，回转体的动能转化为被压油的热能白白损失掉；动臂下降时，油缸大腔的油液经主阀回油箱，动臂油缸下降势能转化为被压油的热能；引起液压系统发热，产生气穴等各种液压系统的缺陷，降低液压系统的寿命。由于回转动作在液压挖掘机中是一种十分频繁的动作，动臂下降时的流量比较大，因此其所带来的能量损失是十分严重的，将其损失能量进行回收和再利用具有十分可观的经济效益。
目前，混合动力挖掘机是一种较为先进的技术，其采用油电混合的动力方式，其中有些还同时带有动臂能量回收系统，对动臂下降的势能进行回收，并转换为电能储存在储能元件中。例如，公开号为CN101037869A的发明专利，其公开了一种混合动力建筑机械，采用发动机通过动力分配器将液压泵与发电机/电动机并联连接，由蓄能池驱动回转电动机，但是由于有限的工程机械安装空间使元件的安装比较困难，能量回收方面，只对回转动能进行再生回收制动回收，而没有回收动臂下降的势能。公开号为CN101408212A的发明专利，其公开了一种混合动力工程机械执行元件的能量回收系统，采用并联式混合动力驱动结构，同时引入以回收马达、蓄能器和发电机为核心元件的动臂能量回收系统，对动臂下降的势能进行回收，其尽管对动臂的势能进行回收，但是由于蓄能器的出口直接与主泵相连，当液压系统压力高于蓄能器压力时，蓄能器在动臂下降时蓄存的能量得不到释放。
实用新型内容
混合动力的提出为液压挖掘机的节能方式开拓了新的思路，本实用新型正是基于液压混合动力稳定发动机工作点概念的考虑，通过提高蓄能器的回收压力，在挖掘机回转系统减速制动的时候既回收制动能量，又提高了主泵的出口压力，使在减速制动能量回收时，也保持主泵的一定负载，间接保证了发动机的负载稳定，使得在能量回收时，防止由于主泵不需要提供反向背压造成发动机的负载波动、避免发动机不工作在高效工作区间而造成能量浪费。
针对上述问题，本实用新型提供一种具有回转减速制动能量回收系统的液压挖掘机，因此，液压挖掘机能在减速制动能量回收阶段对回转系统运动状态自动进行判断并回收制动能量，同时使发动机始终工作于高效区间。
为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：一种混合动力挖掘机，包括控制系统，所述控制系统包括第一能量释放阀块1、第二能量释放阀块2、第一蓄能器4、第二蓄能器3、第一回转能量回收阀块5、第二回转能量回收阀块6、回转马达7、动臂油缸8、动臂能量回收阀块9、先导控制阀块10、泵控系统阀块11、多路阀12、先导液压泵13、第一主液压泵14、第二主液压泵15、液压油箱16、混合动力控制器17；
所述第一主液压泵14、第二主液压泵15的出口通过胶管与多路阀12的进油口连接，所述多路阀12的第一先导油口通过胶管与泵控系统阀块11的进油口连接，多路阀12的第二先导油口通过胶管与泵控系统阀块11的进油口连接，泵控系统阀块11的第一先导油口通过胶管与第二主液压泵15的先导油口连接，泵控系统阀块11的第二先导油口通过胶管与第一主液压泵14的先导油口连接，泵控系统阀块11的第三先导油口通过胶管分别与先导液压泵13的出油口及先导控制阀块10的进油口连接，先导控制阀块10的第一先导油口通过胶管与右回转先导手柄R1连接，先导控制阀块10的第二先导油口通过胶管与左回转先导手柄L1连接，先导控制阀块10的第三先导油口通过胶管与动臂下降先导手柄B1连接，先导控制阀块10的第四先导油口通过胶管与动臂能量回收阀块9的先导油口连接，动臂能量回收阀块9的第一、二出油口通过胶管与动臂油缸8的大腔、小腔分别连接，先导控制阀块10的第五先导油口通过胶管与第二回转能量回收阀块6的先导油口连接，先导控制阀块10的第六先导油口通过胶管与第一回转能量回收阀块5的先导油口连接；多路阀12的第一、二出油口与第一回转能量回收阀块5、第二回转能量回收阀块6的进油口分别连接，第一回转能量回收阀块5、第二回转能量回收阀块6的出油口通过胶管与回转马达7的进、出油口分别连接，第一回转能量回收阀块5、第二回转能量回收阀块6的出油口之间通过胶管连接，第一回转能量回收阀块5的出口通过胶管与第一能量释放阀块1连接；多路阀12的第三、四出油口与动臂能量回收阀块9的第一、二进油口分别连接，动臂能量回收阀块9的第三出油口通过胶管与第二能量释放阀块2的第一进口连接，第二能量释放阀块2的第二进口通过胶管与第一主液压泵14的出口连接，第二能量释放阀块2与第一能量释放阀块1之间通过胶管分别连接，第一能量释放阀块1的进口与第二主液压泵15的出口连接，第一能量释放阀块1、第二能量释放阀块2的出油口通过螺纹与第一蓄能器4、第二蓄能器3分别连接。
第一、第二能量释放阀块1、2通过螺栓连接安装在驾驶室后面的转台支架上，第一、第二蓄能器4、3通过接头螺纹连接安装在第一、第二能量释放阀块1、2上面，第一、第二回转能量回收阀块5、6及动臂能量回收阀块9通过螺栓连接安装在回转马达上方的支架上，先导控制阀块10、泵控系统阀块11安装在第一、第二主液压泵14、15的下方的支架上，混合动力控制器17安装在散热器的左侧平台支架上面。
本实用新型的有益效果是：
1.蓄能器的高压油液和主泵提供的油液这两种油液来源在某种意义上也是一种混合动力的体现。当蓄能器存储了减速制动所回收的能量后，又可以在挖掘机回转启动或是进行复合动作等负载突变情况下，向系统补充蓄能器中的高压油液，减轻发动机的负载压力，使发动机提供的能量减少，达到节能的效果。
2.液压混合动力挖掘机空间布局优化设计，进行混合动力装置在挖掘机上的空间结构设计，在液压挖掘机成熟稳定的结构基础上，对适用于液压混合动力挖掘机的工作装置、回转平台等部件进行结构、参数优化设计及整机稳定性校核；对液压系统、蓄能器等进行合理布置；尽量减少原型机的覆盖件、配重等方面上的改变，提高整机设计过程中的互换性，并达到整机的作业稳定性要求。
附图说明
图1为本实用新型控制系统结构示意图。
图2为本实用新型的挖掘机的整体结构示意图。
1-第一能量释放阀块    2-第二能量释放阀块        3-第二蓄能器
4-第一蓄能器          5-第一回转能量回收阀块    6-第二回转能量回收阀块
7-回转马达            8-动臂油缸                9-动臂能量回收阀块
10-先导控制阀块       11-泵控系统阀块           12-多路阀
13-先导液压泵         14-第一主液压泵           15-第二主液压泵
16-液压油箱           17-混合动力控制器         18-混合动力挖掘机
19-控制系统           r-发动机转速信号          I-工作状态信号
P3-第一蓄能器压力     P4-第二蓄能器压力         Pi1-负流量先导压力
Pi2-负流量先导压力    Pi3-二次压力              P14-第一主液压泵压力
P15-第二主液压泵压力  R1-右回转先导手柄         L1-左回转先导手柄
B1-动臂下降先导手柄
具体实施方式
参照图1和图2，本实用新型的混合动力挖掘机的控制系统包括第一能量释放阀块1、第二能量释放阀块2、第一蓄能器4、第二蓄能器3、第一回转能量回收阀块5、第二回转能量回收阀块6、回转马达7、动臂油缸8、动臂能量回收阀块9、先导控制阀块10、泵控系统阀块11、多路阀12、先导液压泵13、第一主液压泵14、第二主液压泵15、液压油箱16、混合动力控制器17；
所述第一主液压泵14、第二主液压泵15的出口通过胶管与多路阀12的进油口连接，所述多路阀12的第一先导油口通过胶管与泵控系统阀块11的进油口连接，多路阀12的第二先导油口通过胶管与泵控系统阀块11的进油口连接，泵控系统阀块11的第一先导油口通过胶管与第二主液压泵15的先导油口连接，泵控系统阀块11的第二先导油口通过胶管与第一主液压泵14的先导油口连接，泵控系统阀块11的第三先导油口通过胶管分别与先导液压泵13的出油口及先导控制阀块10的进油口连接，先导控制阀块10的第一先导油口通过胶管与右回转先导手柄R1连接，先导控制阀块10的第二先导油口通过胶管与左回转先导手柄L1连接，先导控制阀块10的第三先导油口通过胶管与动臂下降先导手柄B1连接，先导控制阀块10的第四先导油口通过胶管与动臂能量回收阀块9的先导油口连接，动臂能量回收阀块9的第一、二出油口通过胶管与动臂油缸8的大腔、小腔分别连接，先导控制阀块10的第五先导油口通过胶管与第二回转能量回收阀块6的先导油口连接，先导控制阀块10的第六先导油口通过胶管与第一回转能量回收阀块5的先导油口连接；多路阀12的第一、二出油口与第一回转能量回收阀块5、第二回转能量回收阀块6的进油口分别连接，第一回转能量回收阀块5、第二回转能量回收阀块6的出油口通过胶管与回转马达7的进、出油口分别连接，第一回转能量回收阀块5、第二回转能量回收阀块6的出油口之间通过胶管连接，第一回转能量回收阀块5的出口通过胶管与第一能量释放阀块1连接；多路阀12的第三、四出油口与动臂能量回收阀块9的第一、二进油口分别连接，动臂能量回收阀块9的第三出油口通过胶管与第二能量释放阀块2的第一进口连接，第二能量释放阀块2的第二进口通过胶管与第一主液压泵14的出口连接，第二能量释放阀块2与第一能量释放阀块1之间通过胶管分别连接，第一能量释放阀块1的进口与第二主液压泵15的出口连接，第一能量释放阀块1、第二能量释放阀块2的出油口通过螺纹与第一蓄能器4、第二蓄能器3分别连接。
控制过程如下：在回转马达7减速制动时，高压液压油经第一、第二回转能量回收阀块5或6至第一能量释放阀块1，然后储存在第一蓄能器4中；当系统需要时，在混合动力控制器17的控制下，液压油由第一蓄能器4经第一能量释放阀块1，将液压油输送至第二主液压泵15的出口，与泵一起将油液输送至多路阀12；
在动臂油缸8下降时，多余的高压油液经动臂能量回收阀块9至第二能量释放阀块2，然后储存在第二蓄能器3中；当系统需要时，在混合动力控制器17的控制下，液压油由第二蓄能器3经第二能量释放阀块2，将液压油输送至主泵14的出口，与泵一起将油液输送至多路阀12；
先导控制阀块10由先导手柄右回转R1、先导手柄左回转L1、先导手柄动臂下降B1进行实施控制；
混合动力控制器17对第二蓄能器3的压力P3、第一蓄能器4的压力P4、负流量先导压力Pi1、负流量先导压力Pi2、二次压力Pi3、工作状态信号I、发动机转速信号r、第一主液压泵14的压力P14、第二主液压泵15的压力P15及先导控制阀块10、泵控系统阀块11、第一能量释放阀块1、第二能量释放阀块2进行实时监控。
先导液压泵13向先导控制阀块10、泵控系统阀块11提供先导压力油。
控制系统的主要构件在液压挖掘机上的安装关系是：第一、第二能量释放阀块1、2通过螺栓连接安装在驾驶室后面的转台支架上，第一、第二蓄能器4、3通过接头螺纹连接安装在第一、第二能量释放阀块1、2上面，第一、第二回转能量回收阀块5、6及动臂能量回收阀块9通过螺栓连接安装在回转马达上方的支架上，先导控制阀块10、泵控系统阀块11安装在第一、第二主液压泵14、15的下方的支架上，混合动力控制器17安装在散热器的左侧平台支架上面。
混合动力的提出为液压挖掘机的节能方式开拓了新的思路，本实用新型正是基于液压混合动力稳定发动机工作点概念的考虑，通过提高蓄能器的回收压力，在挖掘机回转系统减速制动的时候既回收制动能量，又提高了主泵的出口压力，使在减速制动能量回收时，也保持主泵的一定负载，间接保证了发动机的负载稳定，使得在能量回收时，防止由于主泵不需要提供反向背压造成发动机的负载波动、避免发动机不工作在高效工作区间而造成能量浪费。
当蓄能器存储了减速制动所回收的能量后，又可以在挖掘机回转启动或是进行复合动作等负载突变情况下，向系统补充蓄能器中的高压油液，减轻发动机的负载压力，使发动机提供的能量减少，达到节能的效果。蓄能器的高压油液和主泵提供的油液这两种油液来源在某种意义上也是一种混合动力的体现。
液压混合动力挖掘机空间布局优化设计，进行混合动力装置在挖掘机上的空间结构设计，在液压挖掘机成熟稳定的结构基础上，对适用于液压混合动力挖掘机的工作装置、回转平台等部件进行结构、参数优化设计及整机稳定性校核；对液压系统、蓄能器等进行合理布置；尽量减少原型机的覆盖件、配重等方面上的改变，提高整机设计过程中的互换性，并达到整机的作业稳定性要求。
上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (2)

1.一种混合动力挖掘机，包括控制系统，所述控制系统包括第一能量释放阀块(1)、第二能量释放阀块(2)、第一蓄能器(4)、第二蓄能器(3)、第一回转能量回收阀块(5)、第二回转能量回收阀块(6)、回转马达(7)、动臂油缸(8)、动臂能量回收阀块(9)、先导控制阀块(10)、泵控系统阀块(11)、多路阀(12)、先导液压泵(13)、第一主液压泵(14)、第二主液压泵(15)、液压油箱(16)、混合动力控制器(17)；
所述第一主液压泵(14)、第二主液压泵(15)的出口通过胶管与多路阀(12)的进油口连接，所述多路阀(12)的第一先导油口通过胶管与泵控系统阀块(11)的进油口连接，多路阀(12)的第二先导油口通过胶管与泵控系统阀块(11)的进油口连接，泵控系统阀块(11)的第一先导油口通过胶管与第二主液压泵(15)的先导油口连接，泵控系统阀块(11)的第二先导油口通过胶管与第一主液压泵(14)的先导油口连接，泵控系统阀块(11)的第三先导油口通过胶管分别与先导液压泵(13)的出油口及先导控制阀块(10)的进油口连接，先导控制阀块(10)的第一先导油口通过胶管与右回转先导手柄(R1)连接，先导控制阀块(10)的第二先导油口通过胶管与左回转先导手柄(L1)连接，先导控制阀块(10)的第三先导油口通过胶管与动臂下降先导手柄(B1)连接，先导控制阀块(10)的第四先导油口通过胶管与动臂能量回收阀块(9)的先导油口连接，动臂能量回收阀块(9)的第一、二出油口通过胶管与动臂油缸(8)的大腔、小腔分别连接，先导控制阀块(10)的第五先导油口通过胶管与第二回转能量回收阀块(6)的先导油口连接，先导控制阀块(10)的第六先导油口通过胶管与第一回转能量回收阀块(5)的先导油口连接；多路阀(12)的第一、二出油口与第一回转能量回收阀块(5)、第二回转能量回收阀块(6)的进油口分别连接，第一回转能量回收阀块(5)、第二回转能量回收阀块(6)的出油口通过胶管与回转马达(7)的进、出油口分别连接，第一回转能量回收阀块(5)、第二回转能量回收阀块(6)的出油口之间通过胶管连接，第一回转能量回收阀块(5)的出口通过胶管与第一能量释放阀块(1)连接；多路阀(12)的第三、四出油口与动臂能量回收阀块(9)的第一、二进油口分别连接，动臂能量回收阀块(9)的第三出油口通过胶管与第二能量释放阀块(2)的第一进口连接，第二能量释放阀块(2)的第二进口通过胶管与第一主液压泵(14)的出口连接，第二能量释放阀块(2)与第一能量释放阀块(1)之间通过胶管分别连接，第一能量释放阀块(1)的进口与第二主液压泵(15)的出口连接，第一能量释放阀块(1)、第二能量释放阀块(2)的出油口通过螺纹与第一蓄能器(4)、第二蓄能器(3)分别连接。
2.根据权利要求1所述的混合动力挖掘机，其特征在于，所述第一能量释放阀块(1)、第二能量释放阀块(2)通过螺栓连接安装在驾驶室后面的转台支架上，所述第一蓄能器(4)、第二蓄能器(3)通过接头螺纹连接安装在第一能量释放阀块(1)、第二能量释放阀块(2)上面，第一回转能量回收阀块(5)、第二回转能量回收阀块(6)及动臂能量回收阀块(9)通过螺栓连接安装在所述回转马达(7)上方的支架上，所述先导控制阀块(10)、泵控系统阀块(11)安装在第一主液压泵(14)、第二主液压泵(15)的下方的支架上，所述混合动力控制器(17)安装在散热器的左侧平台支架上面。
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