基于液电复合驱动的液压挖掘机的制作方法

本发明属于液压挖掘机领域，具体涉及一种基于液电复合驱动的液压挖掘机。

背景技术

目前，95％以上的挖掘机都采用了液压控制技术，特点是功率密度大和操作性好。但实际工作中，由于工作环境恶劣、作业状态复杂、载荷变化剧烈，使得发动机工作范围变化大，造成整机系统能量利用率仅有35％。尤其对于挖掘机斗杆，工况复杂，需分别处于四个象限内进行工作，负载力大小和方向变化频繁，造成了控制阀上存在大的节流损失，能量损失超过30％；而且集聚的动、势能往往经控制阀节流转换为热能消耗掉，使得油液温度升高，元件使用寿命缩短，还造成了严重的能量浪费。

为了提高系统能量效率，目前常采用动、势能回收再利用和直接流量再生方法。申请号为cn101435451a的中国专利，公开了一种液压挖掘机动臂势能回收方法及装置，采用液压蓄能器对挖掘机动臂的势能进行回收，并将回收的高压油液用来驱动液压马达旋转，从而带动与液压马达同轴连接的发电机发电，最终将发出的电能存储到超级电容组或蓄电池中进行再利用。这种回收方式，势能需经过多次转换为电能才能最终利用，能量利用率低。申请号为cn108104183a的中国专利，公开了一种液压挖掘机斗杆再生装置以及液压挖掘机，将斗杆液压缸的有杆腔与无杆腔连通，在超越负载的作用下，斗杆有杆腔的油液直接流向无杆腔，实现液压油的再生，降低了系统的燃油消耗。但斗杆流量再生过程中，需要控制多路阀来调节有杆腔的背压，仍存在大的节流损失，而且这种方式应用范围窄，不适用于斗杆的四象限工况，不能对斗杆无杆腔的流量进行再生，再生的流量只能用来驱动斗杆下降，不能用来辅助挖掘，存在很大的局限性。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种基于液电复合驱动的液压挖掘机，其斗杆驱动回路采用电动缸做为主驱动缸，并增设了液气辅助缸来平衡斗杆自重、高效回收超越负载势能、辅助斗杆举升和辅助斗杆挖掘，可适用于斗杆四象限工况，具有能量存储利用率高、功能多样、性价比高和节能环保的优点。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：基于液电复合驱动的液压挖掘机，包括行驶体(1)，回转体(2)，回转体安装在行驶体上，与该回转体连接将进行上下方向转动的动臂(4)，用来驱动动臂工作的动臂驱动回路(3)，安装在动臂前端的斗杆(6)，用来驱动斗杆工作的斗杆驱动回路(5)，安装在斗杆前端的铲斗(8)以及用来驱动铲斗工作的铲斗驱动回路(7)；

所述的斗杆驱动回路，包括至少一个电动缸(9)，至少一个液气辅助缸(14)，至少一个变频器(10)，dc/dc变换器(11)，超级电容组(12)，控制器(13)，电磁换向阀(15)，油箱(16)，压力传感器(17)，液压蓄能器(18)；电动缸的电源端e通过电源线与变频器的功率输出级连接，变频器通过直流母线与dc/dc变换器连接，dc/dc变换器与超级电容组连接；液气辅助缸的无杆腔通过液压管路与电磁换向阀的b口连通，有杆腔与电磁换向阀的a口连通，电磁换向阀的c口与液压蓄能器的进油口、压力传感器的压力端连通，电磁换向阀的d口与油箱连通；控制器分别与变频器、dc/dc变换器、电动缸的信号端f、压力传感器的信号端、电磁换向阀连接；电动缸和液气辅助缸的缸体铰接在动臂上，电动缸和液气辅助缸的活塞杆铰接在斗杆上。

所述的电动缸由电网或者蓄电池供电。

所述的电动缸的驱动电机是交流异步电机、步进电机、开关磁阻电机、直流电机或伺服电机中的一种。

所述的电动缸采用行星滚珠丝杠、滚柱丝杠或梯形丝杠中的任意一种形式传动。

所述的液气辅助缸是活塞式液压缸或柱塞式液压缸。

所述的液压蓄能器是一个液压蓄能器，或两个及两个以上的液压蓄能器构成的液压蓄能器组。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明采用电力驱动的电动缸作为斗杆主驱动缸，具有响应速度快、控制精度高和可靠性高的优点，运行稳定，无污染排放；

2.本发明采用与液压蓄能器连通的液气辅助缸来平衡斗杆自身的重力势能，可显著降低电动缸的装机功率和工作时的能量消耗，节能环保；

3.本发明采用电动缸和液气辅助缸高效回收斗杆工作中超越负载的势能，并将其直接转化为电能和液压能分别存储在超级电容组和液压蓄能器中，避免了能量多次转换产生的损失，能量存储和利用率高；

4.本发明采用电磁换向阀控制液气辅助缸的工作腔，可根据不同工况选择液气辅助缸的有杆腔或无杆腔作为工作腔辅助斗杆工作，可有效适用于斗杆特殊的四象限工况；

5.本发明功能多样，采用同一套装置，基于同样的物理量，实现了平衡斗杆自重、超越负载势能回收、辅助斗杆举升和辅助斗杆挖掘一体化控制，具有高的性价比。

附图说明

图1为本发明液压挖掘机的外观结构图；

图2为本发明斗杆驱动回路的系统原理图；

图3为本发明实施例2的系统原理图；

图4为本发明实施例3的系统原理图。

图中：1-行驶体，2-回转体，3-动臂驱动回路，4-动臂，5-斗杆驱动回路，6-斗杆，7-铲斗驱动回路，8-铲斗，9-电动缸，10-变频器，11-dc/dc变换器，12-超级电容组，13-控制器，14-液气辅助缸，15-电磁换向阀，16-油箱，17-压力传感器，18-液压蓄能器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明技术方案做进一步详细说明。

如图1和图2所示，基于液电复合驱动的液压挖掘机，包括行驶体1，回转体2，回转体2安装在行驶体1上，与该回转体2连接将进行上下方向转动的动臂4，用来驱动动臂4工作的动臂驱动回路3，安装在动臂4前端的斗杆6，用来驱动斗杆6工作的斗杆驱动回路5，安装在斗杆6前端的铲斗8以及用来驱动铲斗8工作的铲斗驱动回路7；所述的斗杆驱动回路5，包括至少一个电动缸9，至少一个液气辅助缸14，至少一个变频器10，dc/dc变换器11，超级电容组12，控制器13，电磁换向阀15，油箱16，压力传感器17，液压蓄能器18；电动缸9的电源端e通过电源线与变频器10的功率输出级连接，变频器10通过直流母线与dc/dc变换器11连接，dc/dc变换器11与超级电容组12连接；液气辅助缸14的无杆腔通过液压管路与电磁换向阀15的b口连通，有杆腔与电磁换向阀15的a口连通，电磁换向阀15的c口与液压蓄能器18的进油口、压力传感器17的压力端连通，电磁换向阀15的d口与油箱16连通；控制器13分别与变频器10、dc/dc变换器11、电动缸9的信号端f、压力传感器17的信号端、电磁换向阀15连接；电动缸9和液气辅助缸14的缸体铰接在动臂4上，电动缸9和液气辅助缸14的活塞杆铰接在斗杆6上。

所述的电动缸9由电网或者蓄电池供电。

所述的电动缸9的驱动电机是交流异步电机、步进电机、开关磁阻电机、直流电机或伺服电机中的一种。

所述的电动缸9采用行星滚珠丝杠、滚柱丝杠或梯形丝杠中的任意一种形式传动。

所述的液气辅助缸14是活塞式液压缸或柱塞式液压缸。

所述的液压蓄能器18是一个液压蓄能器，或两个及两个以上的液压蓄能器构成的液压蓄能器组。

实施例1

如图2所示，本实施例—一种基于液电复合驱动的液压挖掘机中的斗杆驱动回路5，包括一个液气辅助缸14和两个电动缸9；液气辅助缸14布置在中间，两个电动缸9对称布置在液气辅助缸14的两侧。液气辅助缸14的缸体端和两个电动缸9的缸体端同轴铰接在动臂4上，液气辅助缸14的活塞杆端和两个电动缸9的活塞杆端同轴铰接斗杆6上。液气辅助缸14的无杆腔通过液压管路与电磁换向阀15的b口连通，有杆腔与电磁换向阀15的a口连通，电磁换向阀15的c口与液压蓄能器18的进油口、压力传感器17的压力端连通，电磁换向阀15的d口与油箱16连通。两个电动缸9的电源端e通过电源线分别与两个变频器10的功率输出级连接，两个变频器10通过直流母线与dc/dc变换器11连接，dc/dc变换器11与超级电容组12连接。控制器13分别与两个电动缸9的信号端f、两个变频器10、dc/dc变换器11、压力传感器17的信号端、电磁换向阀15连接。

实施例2

如图3所示，本实施例中的斗杆驱动回路5，包括两个液气辅助缸14和一个电动缸9；电动缸9布置在中间，两个液气辅助缸14对称布置在电动缸9的两侧，两个液气辅助缸14和电动缸9的缸体端同轴铰接在动臂4上，两个液气辅助缸14和电动缸9的活塞杆端同轴铰接在斗杆6上。两个液气辅助缸14的无杆腔通过液压管路与电磁换向阀15的b口连通，有杆腔与电磁换向阀15的a口连通，电磁换向阀15的c口与液压蓄能器18的进油口、压力传感器17的压力端连通，电磁换向阀15的d口与油箱16连通。电动缸9的电源端e通过电源线与变频器10的功率输出级连接，变频器10通过直流母线与dc/dc变换器11连接，dc/dc变换器11与超级电容组12连接。控制器13分别与电动缸9的信号端f、变频器10、dc/dc变换器11、压力传感器12的信号端、电磁换向阀15连接。

实施例3

如图4所示，本实施例中的斗杆驱动回路5包括：一个液气辅助缸14和一个电动缸9；电动缸9和液气辅助缸14采用前后布置，电动缸9在前，液气辅助缸14在后。电动缸9的缸体端和液气辅助缸14的缸体端前后铰接在动臂4上，电动缸9的活塞杆端和液气辅助缸14的活塞杆端前后铰接斗杆6上。液气辅助缸14的无杆腔通过液压管路与电磁换向阀15的b口连通，有杆腔与电磁换向阀15的a口连通，电磁换向阀15的c口与液压蓄能器18的进油口、压力传感器17的压力端连通，电磁换向阀15的d口与油箱16连通。电动缸9的电源端e通过电源线与变频器10的功率输出级连接，变频器10通过直流母线与dc/dc变换器11连接，dc/dc变换器11与超级电容组12连接。控制器13分别与电动缸9的信号端f、变频器10、dc/dc变换器11、压力传感器17的信号端、电磁换向阀15连接。

以上所述仅表明了本发明的几种实施方式，描述较为具体和详细，但并非是对本发明的保护范围的限制。对本领域技术人员而言，在不脱离本发明构思的前提下，做出的若干变形和改进都属于本发明的保护范围。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作出的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。