一种电液复合回收再生一体化卷扬系统

本发明涉及卷扬驱动系统领域技术，具体涉及一种电液复合回收再生一体化卷扬系统。

背景技术：

1、现代工程机械中旋挖钻机、起重机等重型机械均会运用到卷扬系统，传统卷扬系统较多采用内燃机作为动力来源，这样势必会对环境造成不可逆转的影响，而将电池代替内燃机作为卷扬系统动力来源完成纯电动化卷扬机械工作不仅是大势所趋并且积极响应了国家节能减排的号召。

2、现市面上的工程机械实用的卷扬系统一般分为电动机直驱卷扬技术与液压驱动卷扬技术两种，当前电动机直驱卷扬技术与液压驱动卷扬技术在工程机械领域均有独立成熟产品；但是，现有的电动机直驱卷扬技术在近零转速大扭矩时可控性低且能耗高，并且当长期处于近零转速工况或堵转工况时，会产生大量热量对电动机造成不可逆损坏；另外由于工程机械的装机空间有限，导致电动机的体积和功率不可能做得很大，限制了电机的驱动能力，对于取电不便的工作地点，电驱卷扬技术也会受到相应限制；现如今部分工程机械生产商已在旋挖钻机、起重机上采用电机直驱卷扬进行势能回收但由于所需电机功率大从而要求电机、电池尺寸大导致投入成本高，另外对于起重机而言，它的工作能耗比较低运用电机直驱会更不划算。

3、现有的液驱卷扬技术，其能够在堵转工况有很低的能耗损失与良好的控制效果并且利用液压系统瞬时大功率输出的特点可以满足卷扬升降平稳性；但其阀控马达系统虽控制特性好但存在节流、溢流损失，泵控马达系统虽能效高但动态相应慢导致控制卷扬升降精度低，大部分负值负载能量也无法通过有限空间液压蓄能器进行回收并且液压马达建压的滞后性也难以有效改善卷扬二次下滑现象；现市面上的电动机直驱卷扬技术与液压驱动卷扬技术都存在各自优缺点。

4、有鉴于此，提出本技术。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电液复合回收再生一体化卷扬系统，能够有效解决现有技术中的卷扬技术存在可控性低且能耗高，并且当长期处于近零转速工况或堵转工况时，会产生大量热量对电动机造成不可逆损坏，以及节流、溢流损失、卷扬升降精度低、液压马达建压的滞后性也难以有效改善卷扬二次下滑现象的问题。

2、本发明公开了一种电液复合回收再生一体化卷扬系统,包括：总成控制器、传动组件、第一电驱组件、第二电驱组件、液驱组件、传感组件、电控手柄、以及配置在所述传动组件上的负载；

3、其中，所述总成控制器的输出端与所述第一电驱组件的控制端、所述第二电驱组件的控制端、所述液驱组件的控制端电气连接，所述总成控制器的输入端与所述传感组件的输出端、所述电控手柄的输出端电气连接，所述第一电驱组件与所述液驱组件、所述传动组件同轴机械连接，所述第二电驱组件与所述液驱组件同轴机械连接；

4、其中，所述总成控制器被配置为通过执行其内部存储的计算机程序以实现如下步骤：

5、实时获取所述电控手柄发送的输入信号，以及所述传感组件采集到的参数集；

6、根据所述输入信号确定所述负载当前的运行状态和目标速度；

7、在根据所述运行状态判断到所述负载为上升状态时，根据所述参数集的所述液驱组件的压力值和所述负载的重力值控制所述第一电驱组件驱动所述传动组件以所述负载的目标速度对应的转速转动，或控制所述第一电驱组件、所述第二电驱组件与所述液驱组件复合驱动所述传动组件以所述负载的目标速度对应的转速转动，以保证所述液驱组件的输出恒定功率，稳定提升所述负载；

8、在根据所述运行状态判断到所述负载为下降状态时，根据所述参数集的所述液驱组件的压力值和所述负载的重力值控制所述第一电驱组件驱动所述传动组件以所述负载的目标速度对应的转速转动，或控制所述第一电驱组件、所述第二电驱组件与所述液驱组件复合驱动所述传动组件以所述负载的目标速度对应的转速转动，以保证所述液驱组件的反拖扭矩恒定，稳定下降所述负载。

9、优选地，所述传动组件为卷扬减速器。

10、优选地，所述参数集包括所述液驱组件的压力值和所述负载的重力值、所述第一电驱组件和所述传动组件的转矩值和速度值、以及所述负载的位移值。

11、优选地，在根据所述运行状态判断到所述负载为上升状态时，根据所述参数集的所述液驱组件的压力值和所述负载的重力值控制所述第一电驱组件驱动所述传动组件以所述负载的目标速度对应的转速转动，或控制所述第一电驱组件、所述第二电驱组件与所述液驱组件复合驱动所述传动组件以所述负载的目标速度对应的转速转动，以保证所述液驱组件的输出恒定功率，稳定提升所述负载，具体为：

12、当判断所述运行状态为上升状态时，根据所述参数集判断所述液驱组件的压力值和所述负载的重力值；

13、当判断到所述负载的重力值低于预设值时，控制所述第一电驱组件驱动所述传动组件以所述负载的目标速度对应的转速转动，以带动所述负载上升；

14、当判断到所述负载的重力值高于预设值时，控制所述第一电驱组件与驱动所述液驱组件复合所述传动组件以所述负载的目标速度对应的转速转动，以保证所述液驱组件的输出恒定功率，稳定提升所述负载；

15、当判断到所述负载的重力值高于预设值，且驱动所述液驱组件的液压蓄能器的压力值低于预设阈值或无法通过改变驱动所述液驱组件的排量和开度保证驱动所述液驱组件的输出功率恒定时，控制所述第一电驱组件、所述第二电驱组件与驱动所述液驱组件复合所述传动组件以所述负载的目标速度对应的转速转动，以保证所述液驱组件的输出恒定功率，稳定提升所述负载。

16、优选地，在根据所述运行状态判断到所述负载为下降状态时，根据所述参数集的所述液驱组件的压力值和所述负载的重力值控制所述第一电驱组件驱动所述传动组件以所述负载的目标速度对应的转速转动，或控制所述第一电驱组件、所述第二电驱组件与所述液驱组件复合驱动所述传动组件以所述负载的目标速度对应的转速转动，以保证所述液驱组件的反拖扭矩恒定，稳定下降所述负载，具体为：

17、当判断所述运行状态为下降状态时，根据所述参数集判断所述液驱组件的压力值和所述负载的重力值；

18、当判断到所述负载的重力值低于预设值时，控制所述第一电驱组件驱动所述传动组件以所述负载的目标速度对应的转速转动，以带动所述负载下降；

19、当判断到所述负载的重力值高于预设值时，控制所述第一电驱组件、所述第二电驱组件与驱动所述液驱组件复合所述传动组件以所述负载的目标速度对应的转速转动，以保证所述液驱组件的反拖扭矩恒定，稳定下降所述负载；

20、当判断到所述负载的重力值高于预设值，且驱动所述液驱组件的液压蓄能器的压力值低于预设阈值或无法通过改变驱动所述液驱组件的排量和开度保证驱动所述液驱组件的反拖扭矩恒定时，控制所述第一电驱组件与驱动所述液驱组件复合所述传动组件以所述负载的目标速度对应的转速转动，以保证所述液驱组件的反拖扭矩恒定，稳定下降所述负载。

21、优选地，所述第一电驱组件包括动力电池、第一电机控制器、以及电动发电机，其中，所述电动发电机与所述传动组件、所述液驱组件同轴机械连接，所述动力电池与所述第一电机控制器电气连接，所述第一电机控制器的输出端与所述电动发电机的控制端电气连接，所述总成控制器的输出端与所述第一电机控制器的控制端电气连接。

22、优选地，所述第二电驱组件包括第二电机控制器、以及电动机，其中，所述电动机与所述液驱组件同轴机械连接，所述第二电机控制器的输出端与所述电动机的控制端电气连接，所述总成控制器的输出端与所述第二电机控制器的控制端电气连接，所述动力电池与所述第二电机控制器电气连接。

23、优选地，所述液驱组件包括变量液压泵、变量液压泵马达、三位四通电磁换向阀、两位两通电磁换向阀、两位三通电磁换向阀、单向阀、第一补油单向阀、第二补油单向阀、液压蓄能器、液压油箱、第一溢流阀、第二溢流阀、第三溢流阀、以及第四溢流阀；

24、其中，所述变量液压泵的第一出口与所述三位四通电磁换向阀的第三接口相连，所述变量液压泵的第二出口与所述第一溢流阀的进油口相连，所述变量液压泵的第三出口与所述传感组件相连，所述变量液压泵的进油口、所述第一溢流阀的出油口、所述第二溢流阀的出油口、所述第三溢流阀的出油口、所述第四溢流阀的出油口、所述第一补油单向阀的第一接口、所述第二补油单向阀的第一接口均与所述液压油箱连接，所述三位四通电磁换向阀的第一接口与两位三通电磁换向阀的第一接口相连，所述液压蓄能器的第一出油口与所述第二溢流阀的进油口连接，所述液压蓄能器的第二出油口与所述单向阀的第二接口连接，所述液压蓄能器的第三出油口与所述第二两位两通电磁换向阀的第二接口连接，所述液压蓄能器的第四出油口与所述传感组件相连，所述两位三通电磁换向阀的第三接口、所述两位两通电磁换向阀的第一接口、所述单向阀的第一接口两两相连，所述变量液压泵马达的第二接口、所述传感组件、所述第三溢流阀的进油口、所述第一补油单向阀的第二接口、所述两位三通电磁换向阀的第二接口两两相连，所述变量液压泵马达的第一接口、所述传感组件、所述第四溢流阀的进油口、所述第二补油单向阀的第二接口、所述三位四通电磁换向阀的第二接口两两相连，所述电动发电机与所述传动组件相连，所述电动发电机和所述传动组件的轴端与所述传感组件相连，所述总成控制器的输出端与所述三位四通电磁换向阀的控制端、所述两位两通电磁换向阀的控制端、所述两位三通电磁换向阀的控制端、所述变量液压泵的控制端、所述变量液压泵马达的控制端电气连接。

25、优选地，所述传感组件包括配置在所述变量液压泵的出口处的第一压力传感器、配置在所述液压蓄能器的出口处的第二压力传感器、配置在所述变量液压泵马达的第二接口处的第三压力传感器、配置在所述变量液压泵马达的第一接口处的第四压力传感器、以及所述负载和所述传动组件相连处的第五压力传感器；

26、其中，所述变量液压泵的第三出口与所述第一压力传感器相连，所述液压蓄能器的第四出油口与所述第二压力传感器相连，所述变量液压泵马达的第二接口、所述第三压力传感器、所述第三溢流阀的进油口、所述第一补油单向阀的第二接口、所述两位三通电磁换向阀的第二接口两两相连，所述变量液压泵马达的第一接口、所述第四压力传感器、所述第四溢流阀的进油口、所述第二补油单向阀的第二接口、所述三位四通电磁换向阀的第二接口两两相连，所述第一压力传感器的输出端、所述第二压力传感器的输出端、所述第三压力传感器的输出端、所述第四压力传感器的输出端、所述第五压力传感器的输出端与所述总成控制器的输入端电气连接。

27、优选地，所述传感组件还包括速度传感器、转矩传感器、以及配置在所述负载和所述传动组件相连处的位移传感器，其中，所述电动发电机和所述传动组件的轴端与所述速度传感器、所述转矩传感器相连，所述速度传感器的输出端、所述转矩传感器的输出端、所述位移传感器的输出端与所述总成控制器的输入端电气连接。

28、综上所述，本实施例提供的一种电液复合回收再生一体化卷扬系统，该系统采取电液复合驱动系统，以动力电池供电作为卷扬系统能量来源符合国家节能减排发展要求，同时用电动机驱动变量液压泵、或用蓄能器完成对变量液压泵/马达的动力输入；变量液压泵/马达的动力输出与电动/发电机动力输出进行动力耦合实现电液复合驱动卷扬，这种电液复合驱动卷扬系统即利用了液压动力系统中变量液压泵/马达高功率密度输出、也利用了电力动力系统中动力电池的高能量密度和电动/发电机良好控制特性，能够较好的控制卷扬驱动系统的升降运动。从而解决现有技术中的卷扬技术存在可控性低且能耗高，并且当长期处于近零转速工况或堵转工况时，会产生大量热量对电动机造成不可逆损坏，以及节流、溢流损失、卷扬升降精度低、液压马达建压的滞后性也难以有效改善卷扬二次下滑现象的问题。