一种液电混合驱动的旋挖钻机的制作方法

本发明涉及工程机械领域，具体涉及到一种液电混合驱动的旋挖钻机。

背景技术

旋挖钻机是一种建筑工程中成孔作业的施工机械，在灌注桩、连续墙、基础加固等多种地基基础施工中得到广泛应用。旋挖钻机主要包括有钻具、钻杆、动力头、加压油缸、变幅机构、桅杆、主卷扬、副卷扬、车身、行走机构，目前国内外变幅机构都是通过桅杆液压缸和变幅液压缸的伸缩来实现桅杆的起落、工作时桅杆角度的变化、支撑的稳定性，从而实现钻具位置和垂直度的调整，动力头通过动力头马达控制钻具的旋转，主副卷扬通过卷扬马达控制钻杆的升降，车身通过回转马达控制车身整体的回转，行走机构通过行走马达控制整机的行走。

旋挖钻机在工作时工作负载不断地变化，目前主要通过采用负载敏感的技术来控制压力与负载的匹配，以减少能量浪费。但对于多执行器的旋挖钻机来说，由于液压泵的输出压力始终与最高负载压力相匹配，只有最高负载压力联上的节流损失较小，其余低负载联上的节流损失较大。针对这个问题，出现了一种基于二次调节原理的恒压网络系统，该恒压网络系统的原理是在恒压网络系统的高压管路压力基本不变的条件下，通过控制执行器的排量来对负载进行控制，消除了传统阀控液压系统的节流损失。但是，目前恒压网络系统主要是针对执行器为旋转运动的变量泵/马达，而对于驱动直线负载的研发目前仍是该领域内的一项重要研究课题。其中，专利号为cn104176639b的专利采用了液压变压器，通过改变液压变压器的摆角改变输出压力，从而控制液压缸的直线位移，但液压变压器存在效率低、控制难、成本昂贵的问题。

进一步地，变幅机构用来完成桅杆及工作部件的举升及调垂工作，液压系统驱动变幅油缸带动桅杆和工作部件的移动，变幅油缸下降时，为了防止由于重力作用而失重，需保证液压油缸具有一定的背压，为此原液压系统在回流通道增设了节流装置，液压油通过节流装置后流回油箱，这个过程中工作部件的势能将转化为液压油的热能，能源浪费比较严重。

技术实现要素：

为解决上述旋挖钻机能量损失大的问题，本发明旨在提供一种液电混合驱动的旋挖钻机，采用电液机械缸或液压机械缸代替传统活塞缸，采用液电混合驱动方式驱动，能有效解决旋挖钻机能量损失大的不足，降低系统发热，提高能量利用率；

一种液电混合驱动的旋挖钻机，包括：钻具(1)、钻杆(2)、动力头(3)、加压缸(4)、2个桅杆缸(5)、三角连接件(6)、动臂(7)、2个变幅缸(8)、连杆(9)、主卷扬(10)、副卷扬(11)、车身(12)、行走机构(13)、4个履带展宽缸(14)、桅杆(15)及液压控制回路(28)；车身安装在行走机构上，主卷扬和副卷扬安装在车身上，桅杆缸的一端和三角连接件与桅杆相连，桅杆缸的另一端与车身相连，动力头安装在钻杆上，钻具安装在钻杆的下端；

所述的加压缸、桅杆缸、变幅缸是电液机械缸(37)，履带展宽缸是液压机械缸(29)，其中，电液机械缸包括：第ⅰ变量泵/马达(33)、电动/发电机(34)、第ⅰ传动箱(35)和第ⅰ机械缸(36)；第ⅰ变量泵/马达、电动/发电机和第ⅰ传动箱的输入端同轴机械连接，连接的方式是第ⅰ变量泵/马达-电动/发电机-第ⅰ传动箱输入端或电动/发电机-第ⅰ变量泵/马达-第ⅰ传动箱输入端；第ⅰ传动箱的输出端和第ⅰ机械缸的输入端同轴连接；液压机械缸包括：第ⅱ变量泵/马达(30)、第ⅱ传动箱(31)和第ⅱ机械缸(32)；第ⅱ变量泵/马达和第ⅱ传动箱的输入端同轴连接，第ⅱ传动箱的输出端和第ⅱ机械缸的输入端同轴连接；第ⅱ变量泵/马达通过第ⅱ传动箱连接至第ⅱ机械缸；

所述的液压控制回路包括：油箱(16)，第ⅰ过滤器(17)，动力源(18)，主液压泵(19)，第ⅰ溢流阀(20)，第ⅰ单向阀(21)，油压传感器(22)，压力切换阀(23)，第ⅱ溢流阀(24)，第ⅰ蓄能器(25)，第ⅱ蓄能器(26)和第ⅲ溢流阀(27)，高压管路(38)，低压管路(39)，第ⅱ单向阀(40)，第ⅲ单向阀(41)，第ⅱ过滤器(42)；动力源与主液压泵机械联接，主液压泵的吸油口通过第ⅰ过滤器与油箱连通，主液压泵的出油口p同时与第ⅰ单向阀的进油口和第ⅰ溢流阀的进油口连通，第ⅰ溢流阀的出油口与油箱连通，第ⅰ溢流阀在这里做安全阀使用，第ⅰ单向阀的出油口同时与压力切换阀的第ⅰ工作油口b、油压传感器和高压管路连通；压力切换阀的第ⅱ工作油口c与第ⅰ蓄能器的出油口、第ⅱ溢流阀的进油口连通，压力切换阀的第ⅲ工作油口d与第ⅱ蓄能器的出油口、第ⅲ溢流阀的进油口连通，第ⅱ溢流阀、第ⅲ溢流阀的出油口分别与油箱连通；加压缸、桅杆缸、变幅缸及履带展宽缸的第ⅰ工作口a与高压管路连通，其第ⅱ工作口r与低压管路连通，低压管路与第ⅱ单向阀的进油口和第ⅲ单向阀的出油口连通，第ⅱ单向阀的出油口与油箱连通，第ⅲ单向阀通过第ⅱ过滤器与油箱连通。

所述的主液压泵是恒压变量泵、恒功率变量泵、比例恒压泵或电比例变排量泵等中的一种。

所述的第ⅰ蓄能器和第ⅱ蓄能器是一个液压蓄能器，或是两个及两个以上的液压蓄能器构成的液压蓄能器组。

所述的电液机械缸与液压机械缸根据需要可以互换使用。

所述电液机械缸中的电动/发电机是交流异步电机、开关磁阻电动机、直流电机或伺服电机中的一种。

所述电液机械缸的电动/发电机和第ⅰ变量泵/马达通过机械联接或离合器联接。

所述的传动箱可以是齿轮传动箱或带传动箱。

所述的电液机械缸和液压机械缸采用行星滚柱丝杠、滚柱丝杠或梯形丝杠中的任意一种形式传动。

与现有技术相比，本发明提供的一种液电混合驱动的旋挖钻机，具有以下优点：

(1)本发明创新性地为电动缸的电动机增设了液压马达，或直接将电动机替换为液压马达，克服了电动缸无法承受较大负载的问题，可以使旋挖钻机适应于更多的工况；

(2)本发明采用新型液压元件电液机械缸和液压机械缸作为二次调节元件，很好地解决了恒压网络系统中驱动直线负载难的问题；

(3)本发明液电混合驱动系统采用由恒压变量泵和第ⅰ蓄能器、第ⅱ蓄能器组成的恒压油源，采用液-电-机械驱动器取代了传统驱动器，通过控制变量泵/马达的摆角控制各腿的运动，相对于阀控系统，能够减少节流损失，降低系统发热；

(4)本发明采用电液机械缸来驱动直线负载，将液压技术功率密度大的优点和电气技术控制精度高的优点结合起来，弥补了动力源功率不足的问题，同时又具有高的定位精度；

(5)本发明可以通过电气和液压两种方式进行能量回收。通过电液机械缸中的电动/发电机将超越负载产生的势能转化为电能进行存储；通过电液机械缸中的第ⅰ变量泵/马达将超越负载产生的势能转化为液压能存储在液压蓄能器中；

(6)本发明设计的电液机械缸相比于相同功率的电动缸具有更大的功重比，使用空间小，空间布置比较灵活；

(7)不改变原有机械机构。用于改装时，只需将原液压缸替换为本发明中的电液机械缸或液压机械缸，在原液压系统中增加本发明中的液压回路即可，无需改变机械结构，操作性比较好。

附图说明

图1是本发明液电混合驱动的旋挖钻机的结构图；

图2是本发明液电混合驱动的旋挖钻机的系统原理图；

图3是本发明电液机械缸的剖视图；

图4是本发明液压机械缸的剖视图。

其中，1-钻具，2-钻杆，3-动力头，4-加压缸，5-桅杆缸，6-三角连接件，7-动臂，8-变幅缸，9-连杆，10-主卷扬，11-副卷扬，12-车身，13-行走机构，14-履带展宽缸，15-桅杆，16-油箱，17-第ⅰ过滤器，18-动力源，19-主液压泵，20-第ⅰ溢流阀，21-第ⅰ单向阀，22-油压传感器，23-压力切断阀，24-第ⅱ溢流阀，25-第ⅰ蓄能器，26-第ⅱ蓄能器，27-第ⅲ溢流阀，28-液压控制回路，29-液压机械缸，30-第ⅱ变量泵/马达，31-第ⅱ传动箱，32-第ⅱ机械缸，33-第ⅰ变量泵/马达，34-电动/发电机，35-第ⅰ传动箱，36-第ⅰ机械缸，37-电液机械缸，38-高压管路，39-低压管路，40-第ⅱ单向阀，41-第ⅲ单向阀，42-第ⅱ过滤器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步说明：

如图1-2所示，一种液电混合驱动的旋挖钻机，包括：钻具1、钻杆2、动力头3、加压缸4、2个桅杆缸5、三角连接件6、动臂7、2个变幅缸8、连杆9、主卷扬10、副卷扬11、车身12、行走机构13、4个履带展宽缸14、桅杆15及液压控制回路28；车身安装在行走机构上，主卷扬和副卷扬安装在车身上，桅杆缸的一端和三角连接件与桅杆相连，桅杆缸的另一端与车身相连，动力头安装在钻杆上，钻具安装在钻杆的下端。

所述的加压缸、桅杆缸、变幅缸是电液机械缸37，履带展宽缸是液压机械缸29，其中，如图3所示，电液机械缸包括：第ⅰ变量泵/马达33、电动/发电机34、第ⅰ传动箱35和第ⅰ机械缸36；第ⅰ变量泵/马达、电动/发电机和第ⅰ传动箱的输入端同轴机械连接，连接的方式是第ⅰ变量泵/马达-电动/发电机-第ⅰ传动箱输入端或电动/发电机-第ⅰ变量泵/马达-第ⅰ传动箱输入端；第ⅰ传动箱的输出端和第ⅰ机械缸的输入端同轴连接；如图4所示，液压机械缸包括：第ⅱ变量泵/马达30、第ⅱ传动箱31和第ⅱ机械缸32；第ⅱ变量泵/马达和第ⅱ传动箱的输入端同轴连接，第ⅱ传动箱的输出端和第ⅱ机械缸的输入端同轴连接；第ⅱ变量泵/马达通过第ⅱ传动箱连接至第ⅱ机械缸。

如图2所示，所述的液压控制回路包括：油箱16，第ⅰ过滤器17，动力源18，主液压泵19，第ⅰ溢流阀20，第ⅰ单向阀21，油压传感器22，压力切换阀23，第ⅱ溢流阀24，第ⅰ蓄能器25，第ⅱ蓄能器26和第ⅲ溢流阀27，高压管路38，低压管路39，第ⅱ单向阀40，第ⅲ单向阀41，第ⅱ过滤器42；动力源与主液压泵机械联接，主液压泵的吸油口通过第ⅰ过滤器与油箱连通，主液压泵的出油口p同时与第ⅰ单向阀的进油口和第ⅰ溢流阀的进油口连通，第ⅰ溢流阀的出油口与油箱连通，第ⅰ溢流阀在这里做安全阀使用，第ⅰ单向阀的出油口同时与压力切换阀的第ⅰ工作油口b、油压传感器和高压管路连通；压力切换阀的第ⅱ工作油口c与第ⅰ蓄能器的出油口、第ⅱ溢流阀的进油口连通，压力切换阀的第ⅲ工作油口d与第ⅱ蓄能器的出油口、第ⅲ溢流阀的进油口连通，第ⅱ溢流阀、第ⅲ溢流阀的出油口分别与油箱连通；加压缸、桅杆缸、变幅缸及履带展宽缸的第ⅰ工作口a与高压管路连通，其第ⅱ工作口r与低压管路连通，低压管路与第ⅱ单向阀的进油口和第ⅲ单向阀的出油口连通，第ⅱ单向阀的出油口与油箱连通，第ⅲ单向阀通过第ⅱ过滤器与油箱连通。

所述的主液压泵是恒压变量泵、恒功率变量泵、比例恒压泵或电比例变排量泵等中的一种。

所述的第ⅰ蓄能器和第ⅱ蓄能器是一个液压蓄能器，或是两个及两个以上的液压蓄能器构成的液压蓄能器组。

所述的电液机械缸与液压机械缸根据需要可以互换使用。

所述电液机械缸中的电动/发电机是交流异步电机、开关磁阻电动机、直流电机或伺服电机中的一种。

所述电液机械缸的电动/发电机和第ⅰ变量泵/马达通过机械联接或离合器联接。

所述的传动箱可以是齿轮传动箱或带传动箱。

所述的电液机械缸和液压机械缸采用行星滚柱丝杠、滚柱丝杠或梯形丝杠中的任意一种形式传动。