專利名稱：一種挖掘機動臂勢能回收混合動力系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及挖掘機械動力系統(tǒng)，特別涉及一種挖掘機動臂勢能回收混合動力系統(tǒng)。
背景技術：
傳統(tǒng)液壓挖掘機動臂下降時，整個工作裝置的下降位能通過液壓節(jié)流轉化為熱量浪費掉，其能量損失約占作業(yè)總能耗的20%。目前采用混合動力方案被認為是有效的解決方案。

目前，國內已經(jīng)開始了挖掘機混合動力的相關研究，并提出了一些專利成果，其類型主要有(I)將動臂油缸無桿腔的回油與液壓馬達連接，液壓馬達驅動發(fā)電機發(fā)電，電能存儲到蓄能元件或驅動與發(fā)動機相連的電動機。動臂下降時的最大回油量接近兩個主泵流量的2倍，而壓力只有系統(tǒng)工作壓力的1/4，因此需要配備很大規(guī)格的泵，但不能利用泵的高壓能力，動臂下降時的速度微調操縱性能也不好。(2)將動臂油缸無桿腔的回油接蓄能器，但油壓較低很難被利用，由于動臂油缸無桿腔的回油量很大，要求蓄能器體積龐大，實際應用困難，動臂油缸無桿腔的回油壓力與工作裝置姿態(tài)位置有關，壓力變化可達到一倍以上，實際蓄能器匹配只能按最小壓力考慮，使能量不能完全回收。(3)動臂油缸無桿腔的回油直接驅動液壓馬達再驅動液壓泵以便以高壓形式存儲到蓄能器，使用時將蓄能器的油并入主泵的出口，該方案使用元件多、規(guī)格大、成本高，使用時不僅影響負荷敏感泵的調節(jié)特性，而且蓄能器的壓力與作業(yè)油缸所需壓力不一致，工作壓力高時甚至蓄能器的油不能流出。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺點和不足，提供一種挖掘機動臂勢能回收混合動力系統(tǒng)，本系統(tǒng)成本低，占用空間小，操縱性好，不影響原系統(tǒng)正常工作。本發(fā)明通過下述技術方案實現(xiàn)一種挖掘機動臂勢能回收混合動力系統(tǒng)，包括油箱、主變量泵、發(fā)動機、主換向閥、動臂油缸、先導操縱閥、單向閥I、分動箱、電機、電存儲單元、電機控制器、壓力傳感器I、壓力傳感器II、液壓馬達、離合器、總控制器、單向閥II ；單向閥I位于主變量泵到油箱的油路上，即單向閥I的出口接主變量泵，進口接油箱；分動箱分別與發(fā)動機、電機、離合器的一端、主變量泵連接并相互形成聯(lián)動機構，液壓馬達與離合器的另一端聯(lián)接；主換向閥的P油口接主變量泵出口，主換向閥的T油口接液壓馬達的進口并同時連接單向閥I到主變量泵進口之間的油路上，主換向閥的A油口和B油口分別連接動臂油缸的有桿腔和無桿腔的油口；先導操縱閥包括兩個先導閥，該兩個先導閥的出油口分別連接主換向閥兩端的液控油口，其中一個用于打開主換向閥使動臂油缸的有桿腔進油的先導閥的出油口還同時連接到離合器；液壓馬達出油口接油箱；單向閥II出口接液壓馬達進口，進口接油箱；壓力傳感器I接在先導操縱閥到離合器之間油路上；壓力傳感器II接在液壓馬達進口油路上；主變量泵的變量調節(jié)器、發(fā)動機的轉速傳感器、液壓馬達的變量調節(jié)器、壓力傳感·器I、壓力傳感器II、電機控制器、電存儲單元分別電連接總控制器；電機電連接電機控制器，電機控制器電連接電存儲單元。電存儲單元是電池，也可以是電容與電池組成的復合電源系統(tǒng)。電機是發(fā)電電動機，即電機是具有發(fā)電功能的電動機。本發(fā)明與現(xiàn)有的技術相比具有以下優(yōu)點( I)動臂油缸無桿腔的回油分為兩路，分別接到主變量泵進口和液壓馬達進口，由于動臂油缸無桿腔與有桿腔的面積之比約為2:1，進入主變量泵和液壓馬達的油流量各占一半，因此液壓馬達的規(guī)格和占用空間比現(xiàn)有技術減小，成本降低。(2)動臂油缸無桿腔的回油能量完全反饋到動力系統(tǒng)，便于集中控制，節(jié)省了專用于動臂勢能回收的發(fā)電機，成本降低。(3)主換向閥仍然可以對挖掘機的動臂下降速度進行操縱控制，操縱可靠。(4)不使用液壓蓄能器，能量回收率高，占用空間小。


圖I是本發(fā)明挖掘機動臂勢能回收混合動力系統(tǒng)的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步地說明，需要說明的是，具體實施方式
并不是對本發(fā)明保護范圍的限制。實施例如圖I所示，本發(fā)明挖掘機動臂勢能回收混合動力系統(tǒng)，包括油箱I、主變量泵3、發(fā)動機5、主換向閥7、動臂油缸8、先導操縱閥9、單向閥I 2、分動箱4、電機6、電存儲單元10、電機控制器11、壓力傳感器I 12、壓力傳感器II 13、液壓馬達14、離合器15、總控制器16、單向閥II 17 ；單向閥I 2位于主變量泵3到油箱I的油路上，即單向閥I 2的出口接主變量泵3，進口接油箱I ;分動箱4分別與發(fā)動機5、電機6、離合器15的一端、主變量泵3連接并相互形成聯(lián)動機構；液壓馬達14與離合器15的另一端聯(lián)接；主換向閥7的P油口接主變量泵3出口，主換向閥7的T油口接液壓馬達14的進口并同時連接單向閥I 2到主變量泵3進口之間的油路上，主換向閥7的A油口和B油口分別連接動臂油缸8的有桿腔和無桿腔的油口 ；先導操縱閥9包括兩個先導閥，該兩個先導閥的出油口分別連接主換向閥7兩端的液控油口，其中一個用于打開主換向閥使動臂油缸的有桿腔進油的先導閥(用于控制動臂下降)的出油口還同時連接到離合器15 ；液壓馬達14出油口接油箱I ;單向閥II 出口接液壓馬達14進口，進口接油箱I ;壓力傳感器I 12接在先導操縱閥9到離合器15之間油路上；壓力傳感器II 13接在液壓馬達14進口油路上；主變量泵3的變量調節(jié)器、發(fā)動機5的轉速傳感器、液壓馬達14的變量調節(jié)器、壓力傳感器I 12、壓力傳感器II 13、電機控制器11、電存儲單元10分別電連接總控制器16;電機6電連接電機控制器11，電機控制器11電連接電存儲單元10。電存儲單元10是電池也可以是電容與電池組成的復合電源系統(tǒng)。電機6是發(fā)電電動機，即電機6是具有發(fā)電功能的電動機。本挖掘機動臂勢能回收混合動力系統(tǒng)，工作原理如下挖掘機的動臂提升時，搬動先導操縱閥9的手柄，右側先導閥打開，推動主換向閥7進入左閥位，主變量泵3泵出的油進入動臂油缸8的無桿腔，動臂油缸8的有桿腔的油經(jīng)主換向閥7流回液壓馬達14的進口和主變量泵3的進口，由于動臂油缸8的進油量大于回油量，因此回油在主變量泵3的進口處沒有阻力，由于液壓馬達14也處于自由狀態(tài)(離合器分離)，回油也可以經(jīng)液壓馬達14回油箱。挖掘機的動臂下降時，搬動先導操縱閥9的手柄，左側先導閥打開，推動主換向閥7進入右閥位，同時驅動離合器15結合并帶動液壓馬達14旋轉。主變量泵3泵出的油進入動臂油缸8的有桿腔，動臂油缸8的無桿腔主要在重力作用下被壓縮，具有一定壓力(相當于工作壓力的20-30%)的油經(jīng)主換向閥7流回液壓馬達14進口和主變量泵3的進口，由于動臂油缸8的進油量小于回油量(動臂油缸8的有桿腔和無桿腔的面積之比約1:2)，因此回油在主變量泵3的進口處保持壓力，幫助驅動主變量泵3旋轉，這一部分液壓能量被主變量泵3吸收。另一部分回油(約占總回油量的1/2)進入液壓馬達14被轉換為驅動動力。主變量泵3、發(fā)動機5、電機6、液壓馬達14通過分動箱4組合為一個整體動力系統(tǒng)，其中電機6起主要調節(jié)作用，根據(jù)發(fā)動機5的轉速進行總功率調節(jié)，滿足發(fā)動機5在最佳功率利用率和最低比油耗下工作，發(fā)動機5負載增大時，電機6輸出動力，反之電機6發(fā)電儲存能量到電存儲單元10，電機6由電機控制器11具體控制，控制要求來自總控制器16。挖掘機動臂下降時的速度控制，采用主換向閥7和液壓馬達14組合控制，高速大流量時以液壓馬達14控制為主，挖掘機動臂最大下降速度的回油流量等于液壓馬達14的最大流量與主變量泵3的最大流量之和。在液壓馬達14的調節(jié)范圍內，主換向閥7開度的控制應滿足盡量減小主換向閥7的節(jié)流損失，使挖掘機動臂下降勢能主要由主變量泵3和液壓馬達14吸收。當挖掘機動臂下降速度較小時(回油流量較小)，則主換向閥7參與速度調節(jié)，此時能量消耗較少，優(yōu)先保證更好的操控性。當只有挖掘機動臂單獨動作時，由于回油量總是大于主變量泵3的供油量，因此總可以通過調節(jié)液壓馬達14來保持主變量泵3和液壓馬達14的進口為正壓力，并實現(xiàn)對挖掘機動臂下降速度的控制。但是當其它裝置(如回轉)同時動作時，可能會出現(xiàn)回油量小于主變量泵3的供油量情況(這種情況只發(fā)生在挖掘機動臂下降速度控制的很小而其它裝置流量很大的情況下)，此時對挖掘機動臂速度的控制完全靠主換向閥7，為了防止液壓馬達14吸空，設有單向閥II 17，可從油箱I補充油液回流進入液壓馬達14。液壓馬達14的流量控制是根據(jù)壓力傳感器I 12的先導壓力(即先導操縱閥9的開度)和壓力傳感器II 13的回油壓力，先導操縱閥9開度越大，先導壓力越大，主換向閥7的開度和液壓馬達14的流量也越大，動臂下降速度也越快。當壓力傳感器II 13的回油壓力較低時，說明主換向閥7的節(jié)流損失太大或液壓馬達14的流量太大使得主變量泵3進口處的回油量小于供油量，此時要調小液壓馬達14的流量，以保證壓力維持和能量回收，使液壓馬達14的流量與先導操縱閥9開度形成合理的對應。如上所述，便可較好地實現(xiàn)本發(fā)明。上述實施例僅為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他任何未背離本發(fā)明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種挖掘機動臂勢能回收混合動力系統(tǒng)，包括油箱、主變量泵、發(fā)動機、主換向閥、動臂油缸、先導操縱閥，其特征在于還包括單向閥I、分動箱、電機、電存儲單元、電機控制器、壓力傳感器I、壓力傳感器II、液壓馬達、離合器、總控制器、單向閥II ； 單向閥I位于主變量泵到油箱的油路上，即單向閥I的出口接主變量泵，進口接油箱； 分動箱分別與發(fā)動機、電機、離合器的一端、主變量泵連接并相互形成聯(lián)動機構，液壓馬達與離合器的另一端聯(lián)接； 主換向閥的P油口接主變量泵出口，主換向閥的T油口接液壓馬達的進口并同時連接單向閥I到主變量泵進口之間的油路上，主換向閥的A油口和B油口分別連接動臂油缸的有桿腔和無桿腔的油口； 先導操縱閥包括兩個先導閥，該兩個先導閥的出油口分別連接主換向閥兩端的液控油口，其中一個用于打開主換向閥使動臂油缸的有桿腔進油的先導閥的出油口還同時連接到離合器； 液壓馬達出油口接油箱； 單向閥II出口接液壓馬達進口，進口接油箱； 壓力傳感器I接在先導操縱閥到離合器之間油路上； 壓力傳感器II接在液壓馬達進口油路上； 主變量泵的變量調節(jié)器、發(fā)動機的轉速傳感器、液壓馬達的變量調節(jié)器、壓力傳感器I、壓力傳感器II、電機控制器、電存儲單元分別電連接總控制器；電機電連接電機控制器，電機控制器電連接電存儲單兀。
2.根據(jù)權利要求I所述的挖掘機動臂勢能回收混合動力系統(tǒng)，其特征在于電存儲單元是蓄電池。
3.根據(jù)權利要求I所述的挖掘機動臂勢能回收混合動力系統(tǒng)，其特征在于電存儲單元是由蓄電池、電容組成的復合電源系統(tǒng)。
4.根據(jù)權利要求I所述的挖掘機動臂勢能回收混合動力系統(tǒng)，其特征在于電機是發(fā)電電動機。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種挖掘機動臂勢能回收混合動力系統(tǒng)，在常規(guī)挖掘機基礎上增設了單向閥Ⅰ、分動箱、電機、電存儲單元、電機控制器、壓力傳感器Ⅰ、壓力傳感器Ⅱ、液壓馬達、離合器、總控制器、單向閥Ⅱ，其中發(fā)動機、電機、液壓馬達、主變量泵通過分動箱組合為一個動力系統(tǒng)，當動臂下降時，回油分兩路，第一路進入液壓馬達，第二路進入主變量泵，分別將動力傳遞給動力系統(tǒng)，上述電機為具有發(fā)電功能的電動機，通過對電機的控制實現(xiàn)吸收能量發(fā)電或輸出能量提供驅動的功能，達到節(jié)能目的，具有使用元件少、元件規(guī)格小、成本低的優(yōu)點。
文檔編號E02F3/42GK102877495SQ20121033520
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月11日 優(yōu)先權日2012年9月11日
發(fā)明者遲永濱 申請人:華南理工大學