[发明专利]一种掘进机电液混合动力驱动系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及掘进机械领域，具体是利用电机变频技术结合液压泵/马达组成的混合动力驱动系统，实现对掘进过程中峰值载荷的克服。

背景技术

掘进机主要用于矿山及地下工程中的巷道掘进，由于掘进机具有掘进速度快、巷道成型和稳定性好、利于支护、工程量小、劳动强度低、生产安全等优点，掘进机越来越多的用于城市道路交通、铁路、公路、水利、市政工程等建设事业中。

由于掘进机工作在复杂、恶劣的工作环境中，工作环境中的岩石等障碍物会使得掘进机刀盘的工作负载瞬间增大，传统的方法是此时让电机在较大的功率下工作，待克服峰值载荷后，电机重新回归低功率工作，这样的频繁切换严重影响了电机的正常工作寿命。

发明内容

为了避免掘进机工作过程中峰值载荷现象，本发明提供一种掘进机电液混合动力驱动系统及控制方法，同时该系统可实现主电机快速启停，降低主电机功率，还可实现能量回收的功能，达到节能减排的效果，靠近截割部的蓄能器还可以起到缓冲吸震的作用。

为了实现上述的目的，本发明采取如下技术方案：一种掘进机电液混合动力驱动系统及控制方法，其特征是：主电机通过第一联轴器与减速器连接，减速器与截割臂连接，截割臂通过花键将动力传递给截割头；主电机的另一轴端通过第二联轴器与液压泵/马达连接，液压泵/马达的两个进、出油口P_A和P_B液压换向回路的工作油口A、B连接。补油电机通过第三联轴器与补油泵连接，补油泵的出油口经过第二单向阀后，通过管路与液压换向回路的进油口P、蓄能器的进油口、溢流阀的进油口及压力传感器的进油口连通，液压换向回路的回油口接油箱；油箱经过第一单向阀后，通过管路与补油泵的进油口、二位二通电磁换向阀的进油口连接，二位二通电磁换向阀的出油口与蓄能器的进油口、溢流阀的进油口及压力传感器的进油口连通，溢流阀的出油口与油箱接通。压力传感器检测蓄能器的压力，将输出的信号传递给控制器；转速传感器检测主电机的转速，将转速信号n传递给控制器和变频器；电流传感器检测主电机的电流，将电流信号传递给控制器。控制器的输出端通过导线分别与液压换向回路的控制端、变频器的控制端、补油电机的控制端、二位二通电磁换向阀的控制端连接。

本发明采用上述系统实现克服掘进机工作过程中的峰值载荷，同时实现其他所述功能。所述控制方法如下:在截割头启动工作前，通过控制器向补油电机发出指令信号，使得补油电机启动工作，带动补油泵向蓄能器补充压力油，当压力传感器检测蓄能器压力到达设定值，控制器控制补油电机停止工作。

在截割头启动工作时，控制器向变频器发出指令信号，主电机开始启动；同时控制器向液压换向回路发出指令信号，使得蓄能器压力油与液压泵/马达的第一油口接通，通过液压泵/马达的第二油口与液压换向回路的T口连通回油箱，此时液压泵/马达处于马达工作状态，马达的输出扭矩与主电机一致，辅助主电机快速启动，驱动截割头快速启动工作；

当截割头达到稳定工作状态，转速传感器检测主电机转速达到变频器的设定值，控制器向液压换向回路发出指令信号，使得蓄能器断开与液压泵/马达的连接，蓄能器停止输出压力油，液压泵/马达的两个油口均与油箱连通，液压泵/马达不对主电机产生任何影响；

当截割头在工作过程中遇到障碍物，产生峰值载荷，电流传感器检测到主电机的电流超过设定值，控制器向液压换向回路发出指令信号，使得蓄能器压力油与液压泵/马达的第一油口接通，通过液压泵/马达的第二油口与液压换向回路的T口连通回油箱，此时液压泵/马达处于马达工作状态，马达的输出扭矩与主电机一致，辅助掘进机克服峰值载荷；

在掘进机渡过峰值载荷，电流传感器检测到主电机的电流小于设定值，控制器向液压换向回路发出指令信号，使得蓄能器断开与液压泵/马达的连接，蓄能器停止输出压力油，液压泵/马达的两个油口均与T口油箱连通，液压泵/马达不对主电机产生任何影响；

当截割头制动时，控制器向变频器发出指令信号，控制主电机制动减速；同时控制器向液压换向回路发出指令信号，使得液压泵/马达的第二油口与蓄能器接通，液压泵/马达的第一油口与油箱接通，此时液压泵/马达处于液压泵工作状态，在主电机的带动下，将油箱的油液泵入到蓄能器中，蓄能器成为主电机的负载，实现辅助主电机快速制动，截割头快速制动；

在制动结束后，控制器向液压换向回路发出指令信号，使得蓄能器断开与液压泵/马达的连接，停止向蓄能器补充压力油，液压泵/马达的两个油口均与油箱连通；通过控制器向补油电机发出指令信号，使得补油电机启动工作；