用於工程機械的液電混合驅動系統的製作方法

2024-03-09 11:57:15

專利名稱：用於工程機械的液電混合驅動系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種工程機械驅動系統，具體涉及一種用於工程機械的液電混合驅動
系統，運用液壓馬達與電機混合動力驅動工程機械。
背景技術：
近年來，鑑於在汽車上的成功應用，混合動力系統受到了各工程機械企業的高度 重視，成為工程機械節能降耗，降低排放的重要研究課題之一。為了提高下一代產品的競爭 力和市場佔有率，日立建機、神鋼、小松、卡特彼勒等世界上各大工程機械製造商，紛紛開展 了混合動力系統在工程機械領域的應用研究工作。 現有工程機械的驅動方式中，用液壓油驅動液壓馬達來實現機械執行機構運動的 佔到很大比例，其固有的缺點是工程機械執行機構運行的慣性非常大，其制動一般通過液 壓馬達的溢流實現，在此過程中機構運動的動能以熱能的方式損失掉，損失的這部分能量 轉化為液壓油的熱能，在完成相同工作量的條件下燃油消耗多，同時增大了散熱系統的散 熱負擔。 目前運用於汽車上的混合動力系統，通常是通過一動力合成裝置，將扭矩轉化為 的動能與發動機輸出的動能合併後為車輛提供動力，是由機械能(扭矩)_電能_機械能的 轉化過程。雖然混合動力系統在汽車上得到了成功使用，但若直接將該套系統套用於工程 機械上，是無法實現正常運作的，區別就在於(l)汽車的傳動方式為齒輪、軸等之間的機 械能傳遞，而工程機械是通過液壓馬達提供動力的，非純機械傳動，存在液壓回油等問題； (2)目前是採用電動/發電機聯接減速箱驅動，回收制動時的部分能量，但由於電動/發電 機的裝機容量限制，現有混合動力系統很難達到用液壓馬達驅動執行機構所擁有的性能。 因而，現有的混合動力系統不適合工程機械的使用，需要針對工程機械的動力特點與要求， 研究出一種新的混合動力系統。

發明內容
本發明目的是提供一種用於工程機械的液電混合驅動系統，使用該系統可降低整
機的能耗，提高動能的提供，減少對液壓能的爭搶，有助於穩定整機的工作性能。 為達到上述目的，本發明採用的技術方案是一種用於工程機械的液電混合驅動
系統，包括先導控制閥、主閥、動力裝置及控制器，所述動力裝置輸出端與執行機構連接，所
述動力裝置為混合動力裝置，由液壓馬達、電動發電機及減速機同軸聯接組成，所述液壓馬
達的高壓油輸出端上分別並聯一電磁溢流閥，其流量控制端與所述控制器連接；所述電動
發電機的控制端與所述控制器連接，電動發電機的發電輸出與一蓄能裝置連接，該蓄能裝
置的輸出端與電動發電機的電動輸入端連接；所述先導控制閥與主閥之間設有一電磁閥
塊，位於該電磁閥塊的輸入輸出端上及所述液壓馬達高壓入油口上分別設置一壓力傳感
器，各傳感器輸出的壓力信號分別輸入至所述控制器。 上述技術方案中，所述執行機構如液壓挖掘機的迴轉平臺，起重機絞盤等，當執行機構接受動力裝置的驅動後，便進行額定的操作，而當制動時，動力裝置的驅動力撤離，執 行機構在其慣性下繼續運動一段時間，本發明將在該段時間內產生的動能回收後帶動電動 發電機的發電，並將該部分電能充入蓄能裝置中，待下次驅動執行機構時，蓄能裝置中的電 能便輸出驅動電動發電機轉動，與液壓馬達一同驅動執行機構，實現混合動力驅動。其中， 電能與液壓能的分配由控制器控制，該控制信息需要出廠前檢測得出，其過程為通過設置 電磁閥塊及多個傳感器，分別在不同的工況下檢測電磁閥前後的壓力信號與液壓馬達高壓 油入口的壓力信號，而後改變壓力，降低主閥的輸出，降低的部分由電能補充，測試得出各 種工況下最低的液壓輸出，製成工況對比表，預存於控制器，因而在日後使用時，只需按照 工況的不同讀取工況對比表中的相應數據，由控制器直接分配液壓與電能之間的輸出比例 即可，實現液電的混合驅動，降低能耗的損失，充分利用回收能量，同時由於是利用內部回 收能量，而非外接電能，因而電路較為簡單，且真正做到節省能源消耗。 上述技術方案中，所述控制器內設有變頻模塊，制動狀態下，電動發電機產生的交 流電經所述變頻模塊轉換為直流電後輸入所述蓄能裝置，驅動狀態下，蓄能裝置內的直流 電經所述變頻模塊轉換為交流電後輸入電動發電機。
由於上述技術方案運用，本發明與現有技術相比具有下列優點 1.本發明採用液壓與電機混合驅動的方式為工程機械中的執行機構提供能量，由
控制器分配液壓與電機的能量輸出比例，電機能量由回收執行機構制動後的能量，因而混
合驅動可減少液壓泵的輸出，由電能作為補充，以此降低整機的能耗，提高對能量的充分使
用； 2.通過設置電磁閥塊以及多個傳感器，在出廠時通過檢測在各種工況下執行機 構所需最低功率，確定液壓部分與電能部分輸出量的對比表，數據預存於控制器中，在用戶 使用時，控制器根據對比表讀取數據，自行控制液壓能與電能的分配，操控自動化，使用方 便； 3.設置蓄能裝置，將執行機構制動時回收的動能，帶動發電機發電，電能存儲於 蓄能裝置中，等下一次驅動執行機構時，由蓄能裝置中的電能驅動電動機運轉，與同軸設置 的液壓馬達一併輸出動能，驅動執行機構，對多執行機構工程機械(如液壓挖掘機複合動 作)，減少了對液壓能的爭搶，從而提高整機的工作效率，且可使機構動作加速有力、運轉平 穩，提高了整機系統的運轉可靠性； 4.本發明採用的電能為回收制動時產生的能量，而非外接發電機，一方面可充分 利用能源，減少溢流損失，另一方面簡化了電路結構，避免了因電力系統裝機容量的限制， 對機械執行機構運轉性能的影響。


圖1是本發明實施例一的系統結構框圖； 圖2是本發明實施例一中混合動力驅動裝置的原理圖； 圖3是本發明實施例一中混合動力驅動裝置的結構示意圖。
其中1、液壓馬達；2、電動發電機；3、減速機；4、電磁溢流閥；5、溢流閥；6、制動
控制迴路；7、傳感器。
具體實施例方式
下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述 實施例一 參見圖1 3所示，一種用於工程機械的液電混合驅動系統，包括先導 控制閥、主閥、動力裝置及控制器，所述動力裝置輸出端與執行機構連接，所述動力裝置為 混合動力裝置，由液壓馬達1、電動發電機2及減速機3同軸聯接組成(如圖3所示)。
在本實施例中，所述執行機構為液壓挖掘機上的迴轉平臺，平臺的轉動慣量非常 大，平臺的制動通過液壓馬達1的溢流實現，在此過程中平臺的轉動動能以熱能的方式損 失掉，以往損失的這部分能量轉化為液壓油的熱能，散熱系統的散熱負擔重，因而導致整機 能耗高，現在通過在液壓馬達1的高壓油輸出端上分別並聯一電磁溢流閥4，其流量控制端 與所述控制器連接，將這部分能量帶動電動發電機2轉動，產生的電能經設置於控制器內 的變頻模塊轉換，存於蓄能裝置中，當迴轉平臺由制動狀態轉換為運動狀態後，蓄能裝置中 的電能經控制器變頻器的轉換，輸入電動發電機2中，為其提供電能，驅動電動發電機2轉 動，與液壓馬達1 一併為迴轉平臺提供驅動能量，實現液電混合驅動。
所述混合動力裝置的工作原理參見圖2所示 [1]制動動作進行制動動作時，A 口 (或B 口 )沒有高壓油輸入，迴轉平臺藉助慣 性繼續轉動，這時，繼續迴轉的液壓馬達低壓側通過M 口補油，高壓側新增加的與原有溢流 閥5並聯的電磁溢流閥打開，打開的開度由控制器調節，釋放液壓馬達1繼續迴轉造成的壓 力(該釋放的壓力使得迴轉平臺繼續轉動)，控制器控制電動發電機發電2，由電動發電機 2產生制動轉矩制動平臺迴轉，並將機械能轉化為電能，經集成於控制器中的變頻器轉換為 直流電儲存於蓄能裝置中，直至平臺停止轉動，制動過程結束； [2]迴轉動作進行迴轉動作時，先導閥動作，迴轉制動通過制動控制迴路6解 除。控制器控制電磁閥芯動作，實現對先導油壓的三次控制，三次先導油推動主閥閥芯動作 (液壓泵產生一次先導油壓，經先導控制閥後稱為二次先導油壓)，高壓油由A 口 (或B 口 ) 進入混合動力裝置驅動液壓馬達1 ;控制器中集成的變頻器將蓄能裝置儲存的電能轉為交 流電驅動電動發電機2輸出功率，與液壓馬達1輸出的動能一併經減速機3後共同驅動回 轉平臺轉動。 液壓能與電能按照一定的比例輸出，該比例由控制器根據預存的工況對比表控 制，該工況對比表需在出廠前對各種工況下迴轉平臺運轉所需的功率進行調試得出。檢測 方式為，參見圖1所示，在所述先導控制閥與主閥之間設有一電磁閥塊，位於該電磁閥塊的 輸入輸出端上及所述液壓馬達1高壓入油口上分別設置一壓力傳感器7(Sl S6)，各傳感 器7輸出的壓力信號分別輸入至所述控制器中，改變電磁閥塊的開度，降低主閥的輸出，測 得各種工況下液壓部分最低輸出功率，降低部分由電能提供，調試時需注意①保證系統使 用性能(對應工況一定的輸出功率)；②保證蓄能裝置有一定的能量儲備。用戶使用時，控 制器對照預存的工況對比表，分配液壓能與電能所佔比例。 上述具體實施方式
用來解釋說明本發明，而不是對本發明進行限制，在本發明的 精神和權力保護範圍內，對本發明作出的任何修改或改變，如將液電混合驅動系統用於起 重機絞盤，裝載機驅動，輪式液壓挖掘機驅動輪等，都落入本發明的保護範圍。
權利要求
一種用於工程機械的液電混合驅動系統，包括先導控制閥、主閥、動力裝置及控制器，所述動力裝置輸出端與執行機構連接，其特徵在於所述動力裝置為混合動力裝置，由液壓馬達、電動發電機及減速機同軸聯接組成，所述液壓馬達的高壓油輸出端上分別並聯一電磁溢流閥，其流量控制端與所述控制器連接；所述電動發電機的控制端與所述控制器連接，電動發電機的發電輸出與一蓄能裝置連接，該蓄能裝置的輸出端與電動發電機的電動輸入端連接；所述先導控制閥與主閥之間設有一電磁閥塊，位於該電磁閥塊的輸入輸出端上及所述液壓馬達高壓入油口上分別設置一壓力傳感器，各傳感器輸出的壓力信號分別輸入至所述控制器。
2. 根據權利要求1所述的用於工程機械的液電混合驅動系統，其特徵在於所述控制 器內設有變頻模塊，制動狀態下，電動發電機產生的交流電經所述變頻模塊轉換為直流電 後輸入所述蓄能裝置，驅動狀態下，蓄能裝置內的直流電經所述變頻模塊轉換為交流電後 輸入電動發電機。
全文摘要
本發明公開了一種用於工程機械的液電混合驅動系統，包括先導控制閥、主閥、動力裝置及控制器，其特徵在於所述動力裝置為混合動力裝置，由液壓馬達、電動發電機及減速機同軸聯接組成，所述液壓馬達的高壓油輸出端上分別並聯一電磁溢流閥；控制器控制電動發電機，電動發電機的發電輸出與一蓄能裝置連接，該蓄能裝置的輸出端與電動發電機的電動輸入端連接；所述先導控制閥與主閥之間設有一電磁閥塊，電磁閥塊的輸入輸出端上及所述液壓馬達高壓入油口上分別設置一壓力傳感器，各壓力信號分別輸入至所述控制器。本發明液壓馬達與電動發電機同軸聯接，回收制動溢流能量作為電動機的電能，實現對工程機械的液電混驅動，降低整機能耗，節約使用成本。
文檔編號B60W20/00GK101791943SQ20101014724
公開日2010年8月4日 申請日期2010年4月2日 優先權日2010年4月2日
發明者戴晴華, 易迪升, 蒲金鵬, 龍也 申請人:三一重機有限公司