[发明专利]一种油电混合动力挖掘机动臂节能系统及其控制方法

说明书

本发明公开了本发明的一种油电混合动力挖掘机动臂节能系统及其控制方法，涉及工程机械技术领域。包括与挖掘机动臂连接的三腔液压缸，三腔液压缸的活塞杆端与动臂连接参与动臂活动，活塞缸端与挖掘机机身连接作为支撑，三腔液压缸通过油液管连接有变量泵/马达、电动/发电机b，变量泵/马达的两个油口通过油管分别与挖掘机动臂的三腔液压缸的无杆腔A和有杆腔B相连接，变量泵/马达的出油口通过二位二通阀a与三腔液压缸的无杆腔A连接，三腔液压缸的蓄能腔C通过管路连接有蓄能器，变量泵/马达的两个油口连接的两根通油管之间设有补油蓄能器。其结构简单，能够有效提高挖掘机动臂的能量利用率，将动臂下降时的动能进行回收和再利用。

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，尤其涉及一种油电混合动力挖掘机动臂节能系统及其控制方法。

背景技术

面对日益严重的能源危机和环境污染等问题，节能减排已成为全球焦点。挖掘机作为工程机械的主要机型，广泛应用于水利工程、矿山采掘和交通运输等机械施工中中，但是由于其动力及液压系统效率低、与负载不匹配等问题，导致整机能耗高，总能效仅有20％左右。在液压挖掘机典型工况中，动臂频繁升降，由于多执行器之间压力耦合严重，发动机的负载功率波动大，难以工作在高效区，加上阀控系统的节流损失严重，导致动臂液压系统的效率低。此外，动臂装置质量大，下放过程中释放出大量的势能，可回收能量约占整机总可回收能量的40％以上，而目前的能量回收方式单一，电气式回收一般采用液压马达—发电机回收能量转换为电能，存入电储能单元，但转换次数多，导致回收效率不高。液压式回收以蓄能器为储能元件，但蓄能器具有非线性被动充压特性，且能量密度低，难以储存大量的可回收能量。此外，现有的混合动力技术方式单一，不考虑其它液压系统的能量转化，只能将机械臂的机械能与电能之间进行转化，无法收集液压势能，同时系统反应速度慢，动臂势能的转化效率低下。因此，提高发动机的工作效率，降低液压系统节流损失和提高动臂能量回收效率已成为挖掘机节能研究的热点方向。

发明内容

针对目前挖掘机动臂系统存在的耗能高、效率低等问题，本发明提供一种油电混合动力挖掘机动臂节能系统及其控制方法，可有效提高系统效率，减少节流损失，提高动能的回收利用率，实现挖掘机动臂的高动态和高能效控制。

为实现上述技术目标，本发明的一种油电混合动力挖掘机动臂节能系统，包括与挖掘机动臂连接的动臂势油电混合动力系统、与其它液压系统的油电混合动力系统以及储能电池组，其它液压系统包括转台回转系统、挖掘机行走系统、斗杆系统和铲斗系统；

其它液压系统的油电混合动力系统包括同轴连接的柴油发动机、电动/发电机a和液压泵，电动/发电机a通过电缆顺序连接有电机控制器，液压泵的入口连接油箱、出口连接其他液压系统；

动臂势油电混合动力系统包括与挖掘机动臂连接的三腔液压缸，三腔液压缸的活塞杆端与动臂连接参与动臂活动，活塞缸端与挖掘机机身连接作为支撑，其中三腔液压缸包括无杆腔A、有杆腔B和蓄能腔C；三腔液压缸通过油液管连接有变量泵/马达，变量泵/马达同轴连接有电动/发电机b，电动/发电机b通过电机控制器与储能电池组连接，其中变量泵/马达的两个油口通过油管分别与挖掘机动臂的三腔液压缸的无杆腔A和有杆腔B相连接，变量泵/马达的出油口通过二位二通阀a与三腔液压缸的无杆腔A连接，变量泵/马达的进油口通过二位二通阀b与挖掘机动臂的三腔液压缸的有杆腔B相连接，三腔液压缸的蓄能腔C通过管路连接有蓄能器，变量泵/马达的两个油口连接的两根通油管之间设有两个相对设置且正向连接的单向阀a和单向阀b，单向阀a和单向阀b之间管路连接有补油蓄能器，三腔液压缸的无杆腔A和有杆腔B分别通过管路反向连接有单向阀c和单向阀d，单向阀c和单向阀d之间通过安全阀管路与油箱连接。

进一步，补油蓄能器和蓄能器均为都是液压蓄能器，蓄能器内包括通过活塞隔开的气体腔和液压油腔，压入液压油后，压缩气体腔，气体的压力变大，当需要释放能量时，气体腔变大，将液压油腔的液压油挤出去。