专利名称：基于泵/马达的混联式液压挖掘机驱动系统的制作方法
技术领域：
基于泵/马达的混联式液压挖掘机驱动系统技术领域[0001]本实用新型涉及驱动系统领域技术，尤其是指一种基于泵/马达的混联式液压挖掘机的节能驱动系统。
背景技术：
[0002]随着世界范围内能源短缺和环境污染问题的日趋严重，研究液压挖掘机的节能问题具有重要的现实意义。液压挖掘机的节能问题已受到业界的广泛关注。液压挖掘机在工作过程中，动臂的上下摆动以及上车机构的回转运动比较频繁，又由于各运动部件惯性都比较大，所以减速制动时会释放出大量的势能和能量，这部分能量通常都消耗在液压阀的阀口上，不仅浪费了能量，还会导致系统发热和元件寿命的降低。为了减少能量损耗和系统发热量，提高元件的寿命，能量回收成为液压挖掘机节能降耗的一项有效措施。在传统液压挖掘机中，这部分能量难以进行回收、存储和再利用。在液压挖掘机中引入混合动力系统， 由于动力系统中具备电池或电容等储能装置，能量的回收和存储都易于实现。[0003]目前，混合动力液压挖掘机的常规的能量回收方案主要包括两种。一种为动臂势能能量回收方案动臂驱动液压缸的回油腔与液压马达相联，该液压马达与发电机同轴相联。动臂驱动油缸回油腔的液压油驱动液压马达回转，将液压能转化为机械能输出，并带动发电机发电，三相交流电能经变频器整流为直流电能并储存在储能元件当中。当系统需要时，直流电能通过整流器逆变成目标频率的三相交流电能驱动电动机，与发动机共同驱动负载(液压泵)工作。另外一种为上车机构回转制动能量回收系统系统主要采用电动机驱动替代传统液压马达驱动上车机构，利用电动机的二、四象限工作把回转制动时释放出来的大量动能转化成电能储存在电池或电容中。系统中的电量储存单元既为回收能量的储能元件，同时也是混合动力驱动系统中电动机的直流电源。[0004]此种技术方案中动臂势能回收方案中的发电机和回转制动能量回收方案中的电动机为两个不同的电机，成本较高、结构复杂，体积庞大，同时所有势能和制动动能的回收再利用都经过从可回收能量-液压能-机械能-电能-机械能的多次能量转化，系统中能量流动非常复杂，影响了系统的能量回收效率。实用新型内容[0005]有鉴于此，本实用新型针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种基于泵/ 马达的混联式液压挖掘机驱动系统，其能降低动力系统的能量损失，提高能量回收效率，不影响发动机的稳定工作，提高发动机工作效率。[0006]为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是[0007]—种基于泵/马达的混联式液压挖掘机驱动系统，包括动臂驱动油缸和上车机构，还包括电量储存单元、液压控制元件、一组由铲斗油缸、斗杆油缸和行走液压马达组成的其他执行机构，以及同轴机械传动连接的发动机、第一电动机和变量泵，该变量泵通过液压主控阀连接到其他执行机构上；和与上车机构同轴机械传动连接的第二电动机、泵/马达、电磁离合器、减速器；[0008]所述第一电动机通过第一变频器与电量储存单元电性相连，第二电动机通过第二变频器也与电量储存单元电性相连；[0009]所述液压控制元件包括液压主控阀、比例方向阀、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀、第四电磁换向阀，该变量泵的出油口分两路第一路接液压主控阀的输入端，第二路接比例方向阀的油口 P;液压主控阀的出口接其他执行机构的驱动油缸或液压马达；比例方向阀的油口 T接第一电磁换向阀的油口 B，第一电磁换向阀的油口 A接油箱；比例方向阀的油口 A接第四电磁换向阀的油口 T ；比例方向阀的油口 B分两路，第一路接泵/马达的油口 B，第二路接第三电磁换向阀的油口 A ；[0010]泵/马达的油口 A分三路第一路接第二电磁换向阀的油口 A，第二电磁换向阀的油口 B接油箱；第二路接第四电磁换向阀的油口 P ；第三路接第三电磁换向阀的油口 B ；所述第四电磁换向阀的油口 A和油口 B分别和动臂驱动油缸的无杆腔和有杆腔相连。[0011]作为一种优先方案，所述第一变频器(6)内设有电量储存单元(8)的电压传感器以及判断第一变频器(6)和第一电动机( 故障的各传感器。[0012]作为一种优先方案，所述第二变频器(9)内设有电量储存单元(8)的电压传感器以及判断第二变频器(9)和第二电动机(11)故障的各传感器。[0013]作为一种优先方案，所述电量储存单元⑶为电池或电容。[0014]作为一种优先方案，所述变频器和第二电动机为永磁同步电动机及电机控制器。[0015]作为一种优选方案，所述电量储存单元为电池或电容。[0016]本实用新型与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知[0017]一、通过由同轴机械传动连接的发动机、第一电动机和变量泵组成一套并联式混合动力系统；由同轴机械传动连接的第二电动机和泵/马达以及同轴相联的发动机和第一电动机组成一套串联式混合动力系统；一套动臂驱动油缸、上车机构的驱动系统和能量回收系统再由同轴连接的电磁离合器、减速器与第二电动机、泵/马达组成一套动臂驱动油缸、上车机构的驱动系统和能量回收系统；由此可知，本实用新型的动力系统为混联式驱动系统，对于动臂和上车机构既可采用串联式混合动力驱动系统，也可采用并联式混合动力驱动系统；对于其它执行机构采用并联式混合动力驱动系统，能降低动力系统的能量损失， 提高系统的可靠性。[0018]二、动臂有两种控制模式，其中一种控制模式为泵/马达的容积控制模式，另外一种控制模式为由比例方向阀的节流控制模式，两种控制模式的切换可以根据电量储存单元的电量、电动机的故障等状态进行切换，提高系统的可靠性运行和发动机的工作效率。[0019]三、上车回转机构有两种控制模式，其中一种控制模式为电动机和减速器组成的电机控制模式，另外一种控制模式为由比例方向阀的节流控制模式，两种控制模式的切换可以根据电容的电量、电动机的故障等状态切换，这样保证了发动机的稳定工作，提高了发动机的工作效率。[0020]四、充分利用了液压挖掘机中动臂和上车回转的复合动作特性，动臂势能既可以通过泵/马达直接驱动上车机构回转，也可以通过泵/马达驱动电动机转换成电能储存在电量储存单元中。上车机构回转制动时释放的制动动能既可以通过泵/马达直接驱动动臂上升，也可以通过电动机转换成电能储存在电量储存单元中。既避免了能量回收过程中的多次转换，提高了能量回收的效率，又增加了能量流动的灵活性，同时动臂和回转共用一套驱动回收系统，降低了系统经济成本。[0021]为更清楚地阐述本实用新型的结构特征和功效，
以下结合附图与具体实施例来对本实用新型进行详细说明。
[0022]图1是本实用新型之较佳实施例的整体结构框图。[0023]附图标识说明[0024]1、发动机[0025]3、变量泵[0026]5、其它液压执行机构[0027]7、第一电磁换向阀[0028]9、第二变频器[0029]11、第二电动机[0030]13、电磁离合器[0031]15、上车机构[0032]17、第三电磁换向阀[0033]19、动臂驱动油缸。
具体实施方式
[0034]请参照图1所示，其显示出了本实用新型之较佳实施例的具体结构，其包括一发动机1、一变量泵3、一液压主控阀4、一组由铲斗油缸、斗杆油缸和行走液压马达组成的其它液压执行机构5、一泵/马达12、一比例方向阀10、两电动机2、11、两变频器6、9、一套电量储存单元8、四个电磁换向阀7、16、17、18、一电磁离合器13、一减速器14和一动臂驱动油缸19。[0035]各组成部件的相互连接关系如下[0036]发动机1、第一电动机2和变量泵3三者同轴机械传动连接组成一套并联式混合动力系统；[0037]第二电动机11和泵/马达12同轴机械传动连接相联，其与同轴相联的发动机1、 第一电动机2和变量泵3共同组成一套串联式混合动力系统；[0038]电磁离合器13、减速器14与第二电动机11、泵/马达12同轴相联组成动臂驱动油缸19和上车机构15的驱动系统和能量回收系统；[0039]变量泵3的出油口分两路第一路接液压主控阀4的输入端，第二路接比例方向阀 10的油口 P ；液压主控阀4的出口接其它液压执行机构5的驱动油缸或液压马达；比例方向阀10的油口 T接第一电磁换向阀7的油口 B，第一电磁换向阀7的油口 A接油箱；比例方向阀10的油口 A接第四电磁换向阀18的油口 T ；比例方向阀10的油口 B分两路，第一路接泵/马达12的油口 B，第二路接第三电磁换向阀17的油口 A ；[0040]泵/马达12的油口 A分三路第一路接第二电磁换向阀16的油口 A，第二电磁换2、第一电动机 4、液压主控阀 6、第一变频器 8、电量储存单元 10、比例方向阀 12、泵/马达 14、减速器 16、第二电磁换向阀 18、第四电磁换向阀向阀16的油口 B接油箱；第二路接第四电磁换向阀18的油口 P ；第三路接第三电磁换向阀 17的油口 B ；[0041]第四电磁换向阀9的油口 A和油口 B分别和动臂驱动油缸19的无杆腔和有杆腔相连。[0042]第一电动机2通过第一变频器6与电量储存单元8电性相连，第二电动机11通过第二变频器9也与电量储存单元8电性相连。[0043]本实施例中，所述变频器和电动机可选用永磁同步电动机及电机控制器。[0044]所述第一变频器6内设有电量储存单元8的电压传感器以及判断第一变频器6和第一电动机2故障的各传感器，并可通过总线向外输出电量储存单元8的电压以及第一变频器6和第一电动机2的故障信号。所述第二变频器9内设有电量储存单元8的电压传感器以及判断第二变频器9和第二电动机11故障的各传感器，并可通过总线向外输出电量储存单元8的电压以及第二变频器9和第二电动机11的故障信号。[0045]本实用新型的具体工作原理如下[0046]挖掘机的控制器(未图示)通过对先导控制手柄(未图示)输出的压力信号进行采集和数据处理，获得先导控制压力，判断得到动臂的工作模式处于上升还是处于下放以及上车机构的工作模式处于左回转还是右回转，同时挖掘机的控制器接受变频器6和9输出信号，判断得到电量储存单元8的电压信号和变频器6和9的故障信号，向发动机1、变量泵3、第一电磁换向阀7、第二电磁换向阀16、第三电磁换向阀17、第四电磁换向阀18、比例换向阀10发送控制指令，从而控制发动机1的油门、变量泵3的排量、第一电磁换向阀7、第二电磁换向阀16、第三电磁换向阀17、第四电磁换向阀18的工位、比例换向阀的阀芯位移。 频器6和9通过接收挖掘机的控制器(未图示)传输过来的信号，向第一电动机2和第二电动机11发出控制指令，以控制第一电动机2及第二电动机11的工作模式和目标转速。[0047]本实用新型的具体控制过程如下[0048](一 )、动臂单独上升动作[0049]当第二电动机11无故障时，第四电磁换向阀18的左边电磁铁得电，工作在左工位；比例方向阀10的电磁铁均不得电，工作在中位模式；第一电磁换向阀7的电磁铁得电； 第二电磁换向阀16和第三电磁换向阀17的电磁铁均不得电；电磁离合器13松开；动臂上升的速度通过调节第二电动机11的转速和泵/马达12的排量来控制。[0050]当第二电动机11出现故障时，第四电磁换向阀18的左边电磁铁得电，工作在左工位，第一电磁换向阀7的电磁铁得电，第二电磁换向阀16和第三电磁换向阀17的电磁铁均不得电；电磁离合器13松开，通过调节比例方向阀10的左边电磁铁的控制电流来控制动臂上升的速度。此时能量来源于由发动机1、第一电动机2和变量泵3组成的并联式混合动力驱动系统。[0051]( 二 )、动臂单独下放动作[0052]当第二电动机11无故障时，第四电磁换向阀18的左边电磁铁得电，工作在左工位；比例方向阀10的电磁铁均不得电，工作在中位模式；第一电磁换向阀7的电磁铁得电， 第二电磁换向阀16和第三电磁换向阀17的电磁铁均不得电，电磁离合器13松开；动臂下放的速度通过调节第二电动机11的转速和调节泵/马达12的排量来控制；[0053]当第二电动机11出现故障时，第四电磁换向阀18的左边电磁铁得电，工作在左工位；第一电磁换向阀7的电磁铁得电，第二电磁换向阀16的电磁铁不得电，第三电磁换向阀 17的电磁铁得电，电磁离合器13松开，通过调节比例方向阀10的右边电磁铁的控制电流来控制动臂下放的速度，此时系统不能回收动臂下时放释放的势能。[0054](三)、上车机构单独左回转动作[0055]当第二电动机11无故障时，第四电磁换向阀18的电磁铁不得电，工作在中位，比例方向阀10的电磁铁均不得电，工作在中位模式；第一电磁换向阀7的电磁铁得电、第二电磁换向阀16和第三电磁换向阀17的电磁铁均不得电，电磁离合器13闭合；此时，上车机构 15采用电动机驱动模式，其左回转速度通过调节第二电动机11的转速，当上车机构15回转加速时，第二电动机11工作在电动模式，当上车机构15处于制动过程时，第二电动机11工作在发电模式，把上车机构15回转制动释放的制动动能转化成电能储存在电量储存单元8 中。[0056]当第二电动机11出现故障时，第四电磁换向阀18的电磁铁不得电，工作在中位， 第一电磁换向阀7得电，第二电磁换向阀16和第三电磁换向阀17的电磁铁均不得电，电磁离合器13闭合，通过调节比例方向阀10的左边电磁铁的控制电流来控制上车机构15左回转的速度。[0057](四)、上车单独右回转动作[0058]当第二电动机11无故障时，第四电磁换向阀18的电磁铁不得电，工作在中位，比例方向阀10的电磁铁均不得电，工作在中位模式；第一电磁换向阀7的电磁铁得电，第二电磁换向阀16和第三电磁换向阀17的电磁铁均不得电，电磁离合器13闭合；此时，上车机构 15采用电动机驱动模式，其右回转速度通过调节第二电动机11的转速，当上车机构15回转加速时，第二电动机11工作在电动模式，当上车处于制动过程时，第二电动机11工作在发电模式，把上车机构15回转制动释放的制动动能转化成电能储存在电量储存单元8中。[0059]当第二电动机11出现故障时，第四电磁换向阀18的电磁铁不得电，工作在中位， 第一电磁换向阀7得电，第二电磁换向阀16和第三电磁换向阀17的电磁铁均不得电，电磁离合器13闭合，通过调节比例方向阀10的右边电磁铁的控制电流来控制上车右回转的速度。[0060](五)、动臂上升和上车机构左回转复合动作[0061]当第二电动机11无故障时，第四电磁换向阀18的左边电磁铁得电，工作在左工位，比例方向阀10的电磁铁均不得电，工作在中位模式；第一电磁换向阀7的电磁铁得电， 第二电磁换向阀16和第三电磁换向阀17的电磁铁均不得电；动臂上升的速度根据第二电动机11的当前转速和动臂上升的目标速度所对应的目标流量通过调节调节泵/马达12的排量来控制；电磁离合器13吸合，调节第二电动机11的转速来调节上车机构15左回转速度；当上车机构15回转制动时，当动臂上升的所需要的功率小于回转制动功率时，部分回转制动能量通过驱动泵/马达12驱动动臂上升，剩余的回转制动能量通过第二电动机11 工作在发电模式转换成电能储存在电量储存单元8中。当动臂上升的所需要的功率大于回转制动功率时，所有回转制动能量通过驱动泵/马达12驱动动臂上升，不足的能量通过第二电动机11工作在电动模式提供；此时上车机构15的回转制动能量首先保证动臂上升所需能量，实现一次回收，多余的能量转化成电能，实现二次回收。[0062]当第二电动机11出现故障时，当系统通过显示屏设定动臂优先功能时，动臂相对回转优先，系统必须保证动臂提升到某个位置后，才可进行回转，电磁离合器13松开，第四电磁换向阀18的左边电磁铁得电，工作在左工位，第一电磁换向阀7的电磁铁和第三电磁换向阀17的电磁铁得电，第二电磁换向阀16的电磁铁不得电，通过调节比例方向阀10的左边电磁铁的控制电流来控制动臂上升的速度；待动臂上升到目标位置后，第四电磁换向阀18的电磁铁不得电，工作在中位，电磁离合器13闭合，通过调节比例方向阀10的左边电磁铁的控制电流来控制上车机构15左回转的速度。当系统显示屏没有设定为动臂优化功能时，回转相对动臂优先，第四电磁换向阀18的电磁铁不得电，工作在中位，第一电磁换向阀7的电磁铁得电，第二电磁换向阀16和第三电磁换向阀17的电磁铁均不得电，电磁离合器13闭合，通过调节比例方向阀10的左边电磁铁的控制电流来控制上车机构15左回转的速度；待回转制动模式时，第四电磁换向阀18的左边电磁铁得电，工作在左工位，由回转制动的能量驱动动臂上升，待回转停止后，电磁离合器13松开，通过调节比例方向阀10的左边电磁铁的控制电流来控制动臂上升的速度。[0063](六)、动臂上升和上车机构右驱动复合动作[0064]当第二电动机11无故障时，第四电磁换向阀18的右电磁铁得电，工作在右工位， 比例方向阀10的电磁铁不得电，第一电磁换向阀7的电磁铁不得电，第二电磁换向阀16得电，第三电磁换向阀17的电磁铁不得电，动臂上升的速度根据第二电动机11的当前转速和动臂上升的目标速度所对应的目标流量通过调节调节泵/马达12的排量来控制；电磁离合器13吸合，调节第二电动机11的转速来调节上车右回转速度；当上车机构15回转制动时， 当动臂上升的所需要的功率小于回转制动功率时，部分回转制动能量通过驱动泵/马达12 驱动动臂上升，剩余的回转制动能量通过第二电动机11工作在发电模式转换成电能储存在电量储存单元8中。当动臂上升的所需要的功率大于回转制动功率时，所有回转制动功率通过驱动泵/马达12驱动动臂上升，不足的能量通过第二电动机11工作在电动模式提 {共。[0065]当第二电动机11出现故障时，当系统通过显示屏设定动臂优先功能时，动臂相对回转优先，系统必须保证动臂提升到某个位置后，才可进行回转，电磁离合器13松开，第四电磁换向阀18的右边电磁铁得电，工作在右工位，第一电磁换向阀7的电磁铁得电，第二电磁换向阀16和第三电磁换向阀17的电磁铁均不得电，通过调节比例方向阀10的右电磁铁的控制电流来控制动臂上升的速度；待动臂上升到某个位置后，动臂先导操作手柄回中位， 第四电磁换向阀18的电磁铁不得电，工作在中位，电磁离合器13闭合，通过调节比例方向阀10的右电磁铁的控制电流来控制上车右回转的速度。当系统显示屏没有设定为动臂优化功能时，回转相对动臂优先，第四电磁换向阀18的电磁铁不得电，工作在中位，第一电磁换向阀7的电磁铁得电，第二电磁换向阀16和第三电磁换向阀17的电磁铁均不得电，电磁离合器13闭合，通过调节比例方向阀10的右电磁铁的控制电流来控制上车右回转的速度； 待回转制动模式时，第四电磁换向阀18的右电磁铁得电，工作在右工位，由上车机构15回转制动的能量驱动动臂上升，待回转停止后，电磁离合器13松开，通过调节比例方向阀10 的右电磁铁的控制电流来控制动臂上升的速度。[0066](七)、动臂下放和上车机构左回转复合动作[0067]当第二电动机11无故障时，第四电磁换向阀18的右电磁铁得电，工作在右工位， 比例方向阀10的电磁铁均不得电，工作在中位模式；第一电磁换向阀7的电磁铁不得电，第二电磁换向阀16和第三电磁铁17的电磁铁均不得电，动臂下放的速度根据第二电动机11 的当前转速和动臂下放的目标速度通过调节调节泵/马达12的排量来控制。同时电磁离合器13吸合，调节第二电动机11的转速来调节上车左回转速度；当回转加速时，当动臂下放的功率大于上车回转加速所需要的功率时，动臂下放时释放的势能可以通过驱动泵/马达12后，经过电磁离合器13、减速器14后驱动上车机构15左回转，多余的动臂势能通过第二电动机11工作在发电模式转化成电能储存在电量储存单元8中；当上车回转制动时，动臂下放释放的势能和回转制动释放的动能均通过第二电动机11工作在发电机模式转换成电能储存在电量储存单元8中。此时，动臂势能在上车机构15回转加速时，实现势能的一次回收，多余的势能通过第二电动机11转化成电能实现二次回收，同时上车机构15的回转制动动能通过第二电动机11转化成电能实现二次回收。[0068]当第二电动机11出现故障时，当系统通过显示屏设定动臂优先功能时，动臂相对回转优先，系统必须保证动臂下放到某个位置后，才可进行回转，电磁离合器13松开，第四电磁换向阀18的右电磁铁得电，工作在右工位，第三电磁换向阀6的电磁铁不得电，第一电磁换向阀7的电磁铁得电，第三电磁换向阀17的电磁铁得电，此时动臂下放的速度通过调节比例方向阀10的左边电磁铁的控制电流；当动臂下放到目标位置后，动臂先导操作手柄回到中位时，电磁离合器13闭合，第四电磁换向阀18的电磁铁不得电，工作在中位，第三电磁换向阀6的电磁铁不得电，第二电磁换向阀7的电磁铁得电，第三电磁换向阀17的电磁铁不得电，此时上车机构15向左的回转速度通过调节比例方向阀10的左边电磁铁的控制电流。当系统显示屏没有设定为动臂优化功能时，回转相对动臂优先，电磁离合器13闭合， 第四电磁换向阀18的电磁铁不得电，工作在中位，第三电磁换向阀6的电磁铁不得电，第二电磁换向阀7的电磁铁得电，第三电磁换向阀17的电磁铁不得电，此时上车机构15向左的回转速度通过调节比例方向阀10的左边电磁铁的控制电流。待上车机构15回转到目标位置时，上车机构回转先导操作手柄回转中位，电磁离合器13松开，第四电磁换向阀18的右电磁铁得电，工作在右工位，第三电磁换向阀6的电磁铁不得电，第一电磁换向阀7的电磁铁得电，第三电磁换向阀17的电磁铁得电，此时动臂下放的速度通过调节比例方向阀10的左边电磁铁的控制电流。[0069](八)、动臂下放和上车机构右回转复合动作[0070]当第二电动机11无故障时，第四电磁换向阀18的左边电磁铁得电，工作在左工位，比例方向阀10的电磁铁均不得电，工作在中位模式；第一电磁换向阀7的电磁铁不得电，第二电磁换向阀16和第三电磁铁17的电磁铁均不得电，动臂下放的速度根据第二电动机11的当前转速和动臂下放的目标速度通过调节调节泵/马达12的排量来控制。同时电磁离合器13吸合，调节第二电动机11的转速来调节上车右回转速度；当回转加速时，当动臂下放的功率大于上车回转加速所需要的功率时，动臂下放时释放的势能可以通过驱动泵 /马达12后，经过电磁离合器13、减速器14后驱动上车机构15右回转，多余的动臂势能通过第二电动机11工作在发电模式转化成电能储存在电量储存单元8中；当上车回转制动时，动臂下放释放的势能和回转制动释放的动能均通过第二电动机11工作在发电机模式转换成电能储存在电量储存单元8中。此时，动臂势能在上车机构15回转加速时，实现势能的一次回收，多余的势能通过第二电动机11转化成电能实现二次回收，同时上车机构15 的回转制动动能通过第二电动机11转化成电能实现二次回收。8/9页[0071]当第二电动机11出现故障时，当系统通过显示屏设定动臂优先功能时，动臂相对回转优先，系统必须保证动臂下放到某个位置后，才可进行回转，电磁离合器13松开，第四电磁换向阀18的左边电磁铁得电，工作在左工位，第一电磁换向阀7的电磁铁得电，第二电磁换向阀16的电磁铁不得电，第三电磁换向阀17的电磁铁得电，此时动臂下放的速度通过调节比例方向阀10的右电磁铁的控制电流；当动臂下放到目标位置后，动臂先导操作手柄回到中位时，电磁离合器13闭合，第四电磁换向阀18的电磁铁不得电，工作在中位，第二电磁换向阀16的电磁铁不得电，第一电磁换向阀7的电磁铁得电，第三电磁换向阀17的电磁铁不得电，此时上车机构15右回转速度通过调节比例方向阀10的右电磁铁的控制电流。当系统显示屏没有设定为动臂优化功能时，回转相对动臂优先，电磁离合器13闭合，第四电磁换向阀18的电磁铁不得电，工作在中位，第二电磁换向阀16的电磁铁不得电，第一电磁换向阀7的电磁铁得电，第三电磁换向阀17的电磁铁不得电，此时上车机构15右回转速度通过调节比例方向阀10的右电磁铁的控制电流。待上车机构15回转到目标位置时，上车机构回转先导操作手柄回转中位，电磁离合器13松开，第四电磁换向阀18的左边电磁铁得电，工作在左工位，第一电磁换向阀7的电磁铁得电，第二电磁换向阀16的电磁铁不得电， 第三电磁换向阀17的电磁铁得电，此时动臂下放的速度通过调节比例方向阀10的右电磁铁的控制电流；[0072]以上各种动作的判断由先导控制手柄判断。实际系统中电量储存单元8可以采用电池或电容等。在实际工作时，当电量储存单元8的电量较低时，第一电动机2工作，发动机1的输出能量通过第一电动机2工作在发电模式转化成电能储存在电量储存单元8中； 当电量储存单元8的电量较高时，第一电动机2停止工作，同时发动机1的档位降一档。同时系统中只要电量储存单元8和第一电动机2出现故障时，系统必须停止工作。[0073]综上所述，本实用新型的设计重点在于[0074]一、通过由同轴机械传动连接的发动机、第一电动机和变量泵组成一套并联式混合动力系统；由同轴机械传动连接的第二电动机和泵/马达以及同轴相联的发动机和第一电动机组成一套串联式混合动力系统；一套动臂驱动油缸、上车机构的驱动系统和能量回收系统再由同轴连接的电磁离合器、减速器与第二电动机、泵/马达组成一套动臂驱动油缸、上车机构的驱动系统和能量回收系统；由此可知，本实用新型的动力系统为混联式驱动系统，对于动臂和上车机构既可采用串联式混合动力驱动系统，也可采用并联式混合动力驱动系统；对于其它执行机构采用并联式混合动力驱动系统，能降低动力系统的能量损失， 提高系统的可靠性。[0075]二、动臂有两种控制模式，其中一种控制模式为泵/马达的容积控制模式，另外一种控制模式为由比例方向阀的节流控制模式，两种控制模式的切换可以根据电量储存单元的电量、电动机的故障等状态进行切换，提高系统的可靠性运行和发动机的工作效率。[0076]三、上车回转机构有两种控制模式，其中一种控制模式为电动机和减速器组成的电机控制模式，另外一种控制模式为由比例方向阀的节流控制模式，两种控制模式的切换可以根据电容的电量、电动机的故障等状态切换，这样保证了发动机的稳定工作，提高了发动机的工作效率。[0077]四、充分利用了液压挖掘机中动臂和上车回转的复合动作特性，动臂势能既可以通过泵/马达直接驱动上车机构回转，也可以通过泵/马达驱动电动机转换成电能储存在10电量储存单元中。上车机构回转制动时释放的制动动能既可以通过泵/马达直接驱动动臂上升，也可以通过电动机转换成电能储存在电量储存单元中。既避免了能量回收过程中的多次转换，提高了能量回收的效率，又增加了能量流动的灵活性，同时动臂和回转共用一套驱动回收系统，降低了系统经济成本。[0078] 以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型的技术范围作任何限制，故凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
权利要求1.一种基于泵/马达的混联式液压挖掘机驱动系统，包括动臂驱动油缸(19)和上车机构(15)，其特征在于还包括电量储存单元(8)、液压控制元件(4、7、10、16、17、18)、一组由铲斗油缸、斗杆油缸和行走液压马达组成的其他执行机构( ，以及同轴机械传动连接的发动机(1)、第一电动机( 和变量泵(3)，该变量泵C3)通过液压主控阀(4)连接到其他执行机构(5)上；和与上车机构(15)同轴机械传动连接的第二电动机(11)、泵/马达(12)、 电磁离合器(13)、减速器(14)；所述第一电动机( 通过第一变频器(6)与电量储存单元(8)电性相连，第二电动机(11)通过第二变频器(9)也与电量储存单元⑶电性相连；所述液压控制元件包括液压主控阀G)、比例方向阀(10)、第一电磁换向阀(7)、第二电磁换向阀(16)、第三电磁换向阀(17)、第四电磁换向阀(18)，该变量泵(3)的出油口分两路第一路接液压主控阀(4)的输入端，第二路接比例方向阀(10)的油口 P ；液压主控阀 ⑷的出口接其他执行机构(5)的驱动油缸或液压马达；比例方向阀(10)的油口 T接第一电磁换向阀(7)的油口 B，第一电磁换向阀(7)的油口 A接油箱；比例方向阀(10)的油口 A接第四电磁换向阀(18)的油口 T ；比例方向阀(10)的油口 B分两路，第一路接泵/马达(12)的油口B，第二路接第三电磁换向阀(17)的油口 A;泵/马达(12)的油口 A分三路第一路接第二电磁换向阀(16)的油口 A，第二电磁换向阀(16)的油口 B接油箱；第二路接第四电磁换向阀(18)的油口 P;第三路接第三电磁换向阀(17)的油口 B;所述第四电磁换向阀(19)的油口 A和油口 B分别和动臂驱动油缸(19) 的无杆腔和有杆腔相连。
2.根据权利要求1所述的基于泵/马达的混联式液压挖掘机驱动系统，其特征在于 所述第一变频器(6)内设有电量储存单元⑶的电压传感器以及判断第一变频器(6)和第一电动机( 故障的各传感器。
3.根据权利要求1所述的基于泵/马达的混联式液压挖掘机驱动系统，其特征在于 所述第二变频器(9)内设有电量储存单元⑶的电压传感器以及判断第二变频器(9)和第二电动机(11)故障的各传感器。
4.根据权利要求1所述的基于泵/马达的混联式液压挖掘机驱动系统，其特征在于 所述电量储存单元(8)为电池或电容。
5.根据权利要求1所述的基于泵/马达的混联式液压挖掘机驱动系统，其特征在于 所述变频器和第二电动机为永磁同步电动机及电机控制器。
专利摘要本实用新型公开一种基于泵/马达的混联式液压挖掘机驱动系统，包括动臂驱动油缸、上车机构、电量储存单元、液压控制元件、一组由铲斗油缸、斗杆油缸和行走液压马达组成的其他执行机构及同轴机械传动连接的发动机、第一电动机和变量泵，该变量泵通过液压主控阀连接到其他执行机构上；和与上车机构同轴机械传动连接的第二电动机、泵/马达、电磁离合器、减速器；所述第一电动机与电量储存单元电性相连，第二电动机也与电量储存单元电性相连；所述液压控制元件与动臂驱动油缸、并联式混合动力系统、串联式混合动力系统及其他执行机构的油路相通连接。本实用新型提高了能量回收系统的效率，增加了可回收能量流动的灵活性和控制模式的多样性，降低了成本。
文档编号E02F9/20GK202298690SQ201120422628
公开日2012年7月4日 申请日期2011年10月28日 优先权日2011年10月28日
发明者林添良 申请人:华侨大学