一种电动工程机械液压系统及节能控制方法

本发明涉及工程机械领域，具体涉及一种电动工程机械液压系统及节能控制方法。

背景技术：

1、工程机械(主要包含且不限于电动装载机、电动挖掘机、电动推土机等通过液压传动驱动工作装置的工程机械)在铁路货场、港口码头、矿山开采和庄园农场货物装卸或建筑施工场合有着广泛的应用。随着全球化石能源供应的不断趋紧及温室气体排放要求的不断提升，对工程机械的排放、节能和经济性要求也越来越严格，电动工程机械应运而生。

2、而电动工程机械因为可以实现驱动装置与液压系统的解耦，所以可以实现仅在液压系统需要流量或压力的时候才驱动液压系统工作，大幅降低了工程机械液压系统管路的沿程、阀间和溢流压力损失。现有工程机械中液压控制方法分为两种：

3、一是在车辆静止状态(未挂起行进档、操作手柄未动作)，给液压电机较低的转速控制，以保证车辆的制动及转向系统随时可以工作；在车辆开始动作后(挂档或操作手柄信号不为零)，给液压电机一个较高的转速控制，以保证车辆对流量和压力的需要。

4、二是在车辆静止状态，给液压电机较低的转速控制，以保证车辆的制动及转向系统随时可以工作；在车辆开始动作时，根据操作手柄的动作开度大小赋予液压电机不同的转速，以减少液压系统的溢流。

5、第一种方案较传统工程机械相比大幅降低了高速行驶及工作装置作业过程中的液压系统沿程压力损失及作业过程中的溢流损失。第二种方案在第一个方案基础上减少了工程机械行驶且工作装置未动作工况下的液压系统沿程压力损失，以及液压系统需要大压力而小流量工况下的液压系统溢流损失。两种方案都具有十分重要的意义，但是以上两种方案都无法避免沿程压力损失和溢流损失。

6、针对以上两种系统损失，有人提出了在液压油路上设置蓄能器和在工作装置前端设置多路换向阀，通过对蓄能器和系统压力逻辑门限值的控制，保证了在无作业工况时，系统没有溢流和沿程压力损失；有作业工况时，根据操作手柄开度、系统压力对电机进行控制，避免了在需要大压力小流量和因工作装置限位引起的溢流和阀间压力损失。但是该方法中对蓄能器的控制仅考虑了通过蓄能器存储的能量保持转向系统的正常工作，对作业工况时系统的压力响应速度并未考虑，会因为蓄能器压力不足在作业工况影响系统的响应速度；同时在该方法中虽然对工作油路设置了多路换向阀，但是对工作装置中各部分执行器的压力需求却没有达成协调统一，致使某些部件动作缓慢或无法执行；另外多路换向阀有中位回油就有沿程压力损失。

技术实现思路

1、为了实现上述发明目的，本发明提供一种电动工程机械液压系统及节能控制方法，通过对液压系统中安装的各种阀的控制和系统压力的反馈，分工况对电机和阀等进行控制，以实现系统节能目的。

2、本发明提供一种电动工程机械液压系统，包括：

3、一液压电机，驱动连接液压泵；

4、一蓄能器，接于通往制动系统、转向系统和工作装置的供油主管路上；

5、一开关阀，接于通往蓄能器的油路上；

6、一制动优先阀，接于供油主管路通往制动系统和工作装置的交叉口上；

7、一转向优先阀，接于供油主管路通往转向系统和工作装置的交叉口上；

8、一闭芯控制压力补偿多路换向阀，接于制动优先阀和转向优先阀与工作装置之间；

9、一电液比例先导控制阀，接于闭芯控制压力补偿多路换向阀；

10、一压力传感器，接于供油主管路上；

11、一电控多路阀操作手柄，信号连接于整车控制器，同时所述开关阀、电液比例先导控制阀、压力传感器、液压电机也信号连接于整车控制器。

12、在上述系统的基础上：

13、还包括一单向阀，接于所述液压泵出口处，

14、还包括一溢流阀，接于供油主管路与油箱之间。

15、进一步地，所述制动优先阀和转向优先阀为一进二出阀，并联接于供油主管路上。

16、进一步地，所述整车控制器接收电控多路阀操作手柄的开度信号，接收压力传感器的压力信号；

17、所述整车控制器控制液压电机的转速和转矩；

18、所述整车控制器控制电液比例先导控制阀和开关阀的开关。

19、本发明还提供一种上述电动工程机械液压系统的节能控制方法，其特征在于：分为工作装置有没有工作两种工况，对液压电机、蓄能器的开关阀和电液比例先导控制阀进行控制；

20、首先经标定得到：

21、工作装置动作时各液压缸最大流量为q1、q2…qn；

22、液压泵出口溢流压力为pa、转向系统溢流压力为pb、制动系统溢流压力为pc；

23、系统达到溢流压力pa时电机反馈的转矩值为tmax；

24、液压泵的额定转速为ωm-e、最低转速为ωm-min；

25、(1)工作装置不工作时

26、1)当系统压力p大于等于pa，或者电机转矩t大于等于tmax时，令电机停止工作；

27、2)当系统压力p小于max(pb，pc)时令电机开始工作，对电机进行转速控制：

28、2.1)当系统压力p小于min(pb，pc)时，令电机转速等于液压泵的额定转速；

29、2.2)当系统压力p大于等于min(pb，pc)，且小于pa时，令电机转速等于液压泵的最低转速。

30、进一步地：

31、由于液压系统的压力较难实现准确的定值控制，所以为系统设定两个微小的压力调节量a和b，a的取值在(0，pa-max(pb，pc)之间，b的取值在(0，a)之间，根据此控制电机的转速：

32、1)当系统压力p大于等于pa，或者电机转矩t大于等于tmax时，令电机停止工作；

33、2)当系统压力p小于max(pb，pc)时令电机开始工作，对电机进行转速控制：

34、2.1)当系统压力p小于min(pb，pc)-a时，令电机转速等于液压泵的额定转速；

35、2.2)当系统压力p大于等于min(pb，pc)-a，且小于pa-b时，令电机转速等于液压泵的最低转速。

36、(2)工作装置工作时

37、1)当系统压力p达到pa或者电机转矩t达到tmax，并且电控多路阀操作手柄上传来的开度信号所对应的电机控制转速ωm-c大于等于电机反馈转速ωm-b时，对电机进行转矩控制，该转矩为tmax；

38、2)当系统压力p大于等于pa或者电机转矩t大于等于tmax，同时电机反馈转速ωm-b大于电机控制转速ωm-c时；或者，系统压力p小于pa且电机转矩t小于tmax时，对电机进行转速控制，该转速为：

39、

40、其中，

41、ωm-min为液压泵的最低转速；

42、ki为电控多路阀操作手柄上的第i个动作响应开度值，在[0，1]之间；

43、qi为工作装置中第i个液压缸的最大流量；

44、l为液压泵的排量。

45、进一步地：

46、在工作装置不工作时，蓄能器的开关阀处于打开状态；

47、在工作装置工作时，当工作装置的液压缸动作且电机转速小于液压泵的最低转速时，开关阀打开；当液压电机转速达到液压泵的最低转速后，开关阀关闭。

48、进一步地：

49、在工作装置不工作时，电液比例先导控制阀关闭；

50、在工作装置工作时，当系统只有一个工作装置的液压缸工作时，电液比例先导控制阀全部打开；当系统有两个及以上工作装置的液压缸工作时，按电控多路阀操作手柄的开度信号向电液比例先导控制阀发送相应的开度命令。

51、本发明的有益效果体现在：本发明通过设置蓄能器的开关阀和工装装置的闭芯控制压力补偿多路换向阀，在没有工作装置使用工况时，通过蓄能器和对液压系统压力逻辑门限值的控制，保证了在工作装置在不动作时，液压泵的效率最高，系统没有溢流和中位回油造成的沿程压力损失，从而提高了整车的效率和电能的有效利用率，延长了电动装载机的工作时间；在有工作装置使用工况时，根据操作手柄开度、系统压力(电机转矩)对电机的控制模式进行切换控制，避免了在大压力小流量和因工作装置限位引起的溢流和阀间压力损失，不仅减少了能量的浪费，对电动装载机的液压系统热管理也起到了重要作用。同时考虑到系统的响应速度，在工作装置启动和停止过程中对蓄能器压力实行动态过程控制，使其发挥最大效用。在工作装置有和没有复合动作时对电液比例先导控制阀实行不同的控制策略，以最大限度的减少阀间压力损失。