[发明专利]一种挖掘机用分布式独立变转速闭式泵控液压系统

说明书

本发明涉及工程机械领域，具体公开了一种挖掘机用分布式独立变转速闭式泵控液压系统，包括挖掘机分布式独立电液控制系统以及为系统提供电能的直流母线电气耦合动力系统，通过直流母线电气耦合动力系统给独立电液控制系统供电；挖掘机分布式独立电液控制系统包括第一泵控液压系统、第二泵控液压系统、第三泵控液压系统、第四泵控液压系统，且分别集成一体式电液执行机构；挖掘机的动能和势能一部分通过电动/发电机单元转化为电能储存并利用，另外一部分能量由第三和第四泵控液压系统中高压蓄能器储存并利用；四个泵控液压系统的集成一体式电液执行机构分别依次独立安装在相应的液压缸或液压马达上，减少管路使布置更加紧凑。

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体公开了一种挖掘机用分布式独立变转速闭式泵控液压系统。

背景技术

液压挖掘机是典型的工程机械，在建筑、施工和矿山开采等领域应用广泛。目前，液压挖掘机广泛采用定转速柴油发动机驱动变量液压泵作为动力源，提供高压油液，并通过管路和控制阀分配和传递能量，驱动控制多个液压缸和液压马达，即集中式“容积-节流”调速系统。研究表明，该系统控制阀口压力损失、发动机/液压泵低效区长时工作以及大容量动势能的耗散；此外，冗长的管道也会产生较大沿程损失。这些原因均会造成工程机械装机功率大、燃油消耗大，是其排放和发热等问题的根源，也是制约工程机械节能减排、绿色化的关键瓶颈。

为了实现“双碳”目标，工程机械的节能减排与绿色化迫在眉睫。现有挖掘机电动化方案仅仅是将采用高能量转化效率的电机代替传统内燃机，对液压系统的改进仍有限。混合动力、负载口独立等节能系统仍然是采用集中式驱动方式，仅能部分提高液压系统能效，不仅仍存在大量节流、溢流等能量损失，电动化之后还存在所需电池体积大、续航时间短的难题。因此还需要从根本上提高液压系统的能量效率。泵控系统可以消除液压系统中的节流损失。如果采用单泵控单执行器的泵控系统，可以提高液压系统的能量效率。但是，不能像原有集中式系统那样多个执行器共用一个泵，通过单泵驱动单执行器系统需要该泵完全独立地覆盖相应执行器所需的所有负载特性，不仅导致装机功率大，还存在泵低速效率低/平稳性差、高速流量饱和导致的调速范围小的问题。

发明内容

有鉴于此，为了解决现有的挖掘机集中式液压系统节能效果差、系统管路冗长复杂等问题，并解决单泵控单执行器系统装机功率大、调速范围小的问题，本发明提供一种挖掘机用分布式独立变转速闭式泵控液压系统。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种挖掘机用分布式独立变转速闭式泵控液压系统，包括挖掘机分布式独立电液控制系统以及为挖掘机分布式独立电液控制系统提供电能的直流母线电气耦合动力系统；

挖掘机分布式独立电液控制系统包括第一泵控液压系统、第二泵控液压系统、第三泵控液压系统、第四泵控液压系统，且分别集成一体式电液执行机构；第一泵控液压系统、第二泵控液压系统、第三泵控液压系统、第四泵控液压系统的集成一体式电液执行机构分别依次独立安装在相应的液压缸或液压马达上。

进一步，直流母线电气耦合动力系统包括超级电容、与超级电容并联的蓄电池、一端与并联的超级电容和蓄电池串联的DC-DC转换器，与DC-DC转换器的另一端相连的直流母线，分别与直流母线连接的第一伺服驱动器、第二伺服驱动器、第三伺服驱动器、第四伺服驱动器，第一伺服驱动器、第二伺服驱动器、第三伺服驱动器、第四伺服驱动器分别与对应的伺服电动/发电机相连。有益效果：蓄电池与超级电容并联后再与DC-DC转换器串联，能够很好的维持电压稳定。当能量回收单元的发电机产生的电能通过直流母线传送给超级电容和蓄电池，根据系统能量管理策略，可以实现蓄电池和超级电容的能量分配。当挖掘机立刻进行后续动作需要电能时，蓄电池和超级电容一起提供电能；当挖掘机无后续动作不需要电能时，超级电容会把储存的电能给蓄电池充电。超级电容还可以在系统所需瞬时大功率时短时间释放储存的电能，降低系统装机功率。