电液混合驱动的电铲提升系统的制作方法

本发明属于露天矿开采大型装备领域，具体涉及一种电液混合驱动的电铲提升系统。

背景技术：

随着国家经济的快速发展,我国的能源工业尤其煤炭产业发展遇到了瓶颈,如何高效节能的实现煤炭的开采运输等任务成为了当前煤炭产业发展的主题。电铲(也称大型矿用机械正铲式挖掘机)的铲斗容量大，作业范围广，环境适应性强，可承受较大的振动与冲击载荷，工作可靠性高，维护保养费用低,是大型露天煤矿、铁矿及有色金属矿开采剥离和矿物采装作业中的主要设备之一。在露天矿山间断开采工艺和半连续开采工艺系统中,电铲是不可或缺的关键采装设备。但是随着国外采矿技术的高速发展，我国采矿业正面临着严峻的考验，如何能够在降低生产成本的情况下，以一种清洁绿色的方法有效提高露天开采的生产效率成为目前煤炭产业急需解决的问题。

国家专利局2015年公布的中国发明专利公开号CN105089087，一种电铲的提升系统，公开了一种新型电铲提升系统，在铲斗回落时控制系统将供电模式转换为发电模式，铲斗带动卷筒反转，带动内部马达转动进行发电，经整流逆变后，回馈到电网或者其他用电设备。但是由于电铲运动过程中会随机向电网馈电，并且提升装置的峰值电流依然很大，对电网造成大的电流冲击和谐波干扰，影响了电铲的工作稳定性与可靠性。

同样，在2015年国家专利局公布的一项中国发明专利，一种矿用挖掘机提升机构，公布号：CN104555774A，公开了一种新型矿用挖掘机提升机构的传动装置，优化了提升机构的结构，从减少提升机构自重方面入手达到节能减排的目的，但是通过减重虽然能减少部分能耗，却没有充分利用电铲提升装置所产生的电能。

上述两种节能方式没有减小电铲提升电机的装机功率与峰值电流，也没有充分利用电铲下降过程中的势能。

技术实现要素：

为了节约电能，提高电铲的生产效率，降低电铲的使用成本，本发明设计了一种电液混合驱动的电铲提升系统。

本发明的技术方案：电液混合驱动的电铲提升系统，其特征是：在现有的电铲提升系统中增设液压泵/马达，液压泵/马达安置于提升电机与减速器之间的任意传动轴的输出端，其油口与蓄能器组相连，将铲斗下落的势能转变为液压能储存于蓄能器组当中，液压泵/马达处于液压泵工作状态时，将油液吸入蓄能器组当中；液压泵/马达处于马达工作状态时，蓄能器组能够将能量释放，驱动液压泵/马达工作；提升电机变频器的直流母线与DC/DC变换器相连，DC/DC变换器与超级电容组连接，储存提升电机发电状态时产生的电能。

当电铲铲斗下落时，提升电机处于发电状态，变频器中的直流母线电压升高，通过DC/DC变换器后，对超级电容组充电，同时，液压泵/马达处于泵工作状态，将油液吸入蓄能器组当中，将铲斗下落的重力势能转化为液压能储存于蓄能器组中。

当电铲铲斗提升时，提升电机处于电动状态，变频器中的直流母线电压不会升高，超级电容组通过DC/DC变换器后，为提升电机提供电能，辅助其工作，同时，液压泵/马达处于马达工作状态，将下落时存于蓄能器组中的液压能释放，驱动马达工作，辅助提升电机工作。

不需要蓄能器组辅助工作时，将液压泵/马达的摆角调节到零度，即液压泵/马达的排量为零，此时液压泵/马达空转，为提升电机增加了阻尼，提高了电铲提升系统的稳定性。

现有的电铲提升系统包括铲斗，提升卷筒，减速器，提升电机，高压蓄能器组，溢流阀，低压蓄能器组，压力传感器，单向阀，补油泵，补油泵电机，变频器。

本发明所述的电液混合驱动的电铲提升机构有如下优点：

将电铲铲斗下落时提升电机产生的电能储存于超级电容组中，减小了电铲电机的峰值电流，提高其工作稳定性。同时将下落过程中电铲铲斗重力势能转变为液压能储存于蓄能器组中，在铲斗提升时，这些能量将得到有效利用，辅助电机工作，降低了电铲提升电机的装机功率，提高了工作效率，达到绿色环保的目的，同时还提高了电铲的工作可靠性与稳定性。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是本发明实施例2的液压控制系统图，只含一组蓄能器，并且有加压油箱。

图3是是本发明实施例3的液压控制系统图，含一个由四个两位两通比例换向阀组成的比例阀组。

图中：1.铲斗；2：提升卷筒；3：减速器；4：提升电机；5：液压泵/马达；6：高压蓄能器组；7：第I溢流阀；8：低压蓄能器组；9：第Ⅱ溢流阀；10：压力传感器；11：单向阀，12：补油泵；13：补油泵电机；14：变频器；15：DC/DC变换器；16：超级电容组；17：蓄能器组；18：溢流阀；19：两位两通电磁换向阀；20：加压油箱；21：两位两通比例换向阀组。

具体实施方式

实施例1：图1所示，电液混合驱动的电铲提升系统包括铲斗1，提升卷筒2，减速器3，提升电机4，液压泵/马达5，高压蓄能器组6，第I溢流阀7，低压蓄能器组8，第Ⅱ溢流阀9，压力传感器10，单向阀11，补油泵12，补油泵电机13，变频器14，DC/DC变换器15，超级电容组16。液压泵/马达5安放在减速器与电机之间的任意传动轴的输出轴上，如附图1所示，虚线所画液压泵/马达外形图表示可以安放液压泵/马达5的位置，若液压泵/马达与提升电机4直接相连，则提升电机4为双出轴电机。提升电机4变频器14的直流母线上连接DC/DC变换器15，并且DC/DC变换器15与超级电容组16相连；液压泵/马达5处于液压泵工作状态时，其吸油口与低压蓄能器组8连接，低压蓄能器组8与第I溢流阀7连接，其排油口与高压蓄能器组6连接，高压蓄能器组6与第Ⅱ溢流阀9连接，补油泵12的排油口与单向阀11连接。

当电铲铲斗下降时，提升电机4处于发电状态，变频器14中的直流母线电压升高，通过DC/DC变换器15为超级电容组16充电，同时，液压泵/马达5处于泵工作状态，其吸油口与低压蓄能器组8相连，排油口与高压蓄能器组6相连，将油液从低压蓄能器组8中吸入到高压蓄能器组6中，将铲斗下落的重力势能转化为液压能储存于高压蓄能器组6中，如果低压蓄能器组8压力降低，压力传感器检测到这一信息，会通过控制器控制补油泵电机13工作，驱动补油泵12为系统补油。

当电铲铲斗提升时，提升电机4处于电动状态，变频器14中的直流母线电压不变，超级电容组16通过DC/DC变换器15为提升电机4供电，同时液压泵/马达5处于马达工作状态，高压蓄能器组6将储存的能量释放，驱动液压泵/马达5工作，辅助提升电机4工作，增加其工作能力与效率。

如果要断开液压泵/马达5与传动轴的连接，只需将液压泵/马达的摆角调节到零度，即流量为零，此时，液压泵/马达空转，增加了提升电机的阻尼，提高了系统的稳定性。

说明：本实施例的液压泵/马达5可以是单向泵/马达，也可以是双向泵/马达，还可以多组泵/马达并联使用。

实施例2：图2所示，本实施例与实施例1的工作原理类似，区别是取消了补油泵12，补油泵电机13，高压蓄能器组6与第I溢流阀7，低压蓄能器组8与第Ⅱ溢流阀9，增加两位两通电磁换向阀19与加压油箱20。

当电铲铲斗下落时，提升电机4处于发电状态，变频器14中的直流母线电压升高，通过DC/DC变换器15为超级电容组16充电，同时，液压泵/马达5处于泵工作状态，其吸油口与单向阀11连接，排油口与蓄能器组17连接，为蓄能器组17蓄能，将铲斗的重力势能转化为液压能储存于蓄能器组17中，此时电磁换向阀19电磁铁不得电。

当电铲铲斗提升时，提升电机4处于电动状态，变频器14中的直流母线电压不变，超级电容组16将储存的电能通过DC/DC变换器15为提升电机4供电，同时液压泵/马达5处于马达工作状态，电磁换向阀电磁铁19得电，蓄能器组17将储存的能量释放，驱动液压泵/马达5工作，辅助提升电机4工作。

实施例3：图3所示，本实施例与实施例1的工作原理类似，区别是取消了补油泵12，补油泵电机13，高压蓄能器组6与第I溢流阀7，低压蓄能器组8与第Ⅱ溢流阀9，增加了一个由四个两位两通比例换向阀组成的比例换向阀组21，其P口连接的两个两位两通比例换向阀为常闭状态，T口连接的两个两位两通比例换向阀为常开状态，通过调节任一两位两通比例换向阀的节流口开度，可以对液压泵/马达进行调速，同时增加系统阻尼，提高系统稳定性。