[发明专利]共用直流母线的电动液压挖掘机

说明书

技术领域

    本发明涉及一种电动机驱动的液压挖掘机，具体地说，是一种采用电网电能和电池电力驱动多台共用直流母线的电动机作动力源的液压挖掘机。

背景技术

    作为工程机械之一的液压挖掘机一般具有下部行驶体，能够旋转地设置在该下部行驶体上的上部旋转体，能够俯仰地设置在该上部旋转体上且包含动臂、斗杆以及铲斗的多关节型的作业工作装置。目前，液压挖掘机的动力源主要采用的是内燃发动机，由内燃发动机驱动液压泵，通过控制阀分别对多个液压执行机构，具体就是动臂用液压缸、斗杆用液压缸、铲斗用液压缸和回转用液压马达等进行控制，这样的系统属于单动力源的多执行器回路，为了降低能量损失，目前采用最多的方式是负载敏感原理，就是当同时有多个执行器同时工作时，液压泵在满足流量要求的前提下，泵输出压力和系统中最大的负载相匹配，这样的不足是会在负载压力较低的执行器上产生较大的节流损失，增大了机器的能耗和发热，同时也产生较大的排放污染。 

    为了降低液压挖掘机工作中的能耗，提高整机的能量利用率，一种新的技术是采用混合动力方式控制发动机的运行情况，在现有液压挖掘机的内燃动力源上再增设发电/电动机作为辅助动力源，提高发动机的高效工作区，具体就是，当发动机驱动的外负载较小时，发动/电动机同时驱动发动机，发电机向电池充电，当外负载较大时，发动机和发电/电动机共同驱动液压泵，电池提供辅助的动力，这样同时也就降低了发动机的装机功率，目前，日本日立建机、小松和住友等多个企业都已经推出了混合动力的挖掘机，也有许多这方面的发明专利公开，有代表性的有日本住友株式会社的发明申请：US 2011/0000722 Al，日本神钢建设机械株式会社申请的中国发明专利：201110096143.3，日本卡亚巴公司申请的中国发明专利：20098011987 1，以及日本株式会社小松制作所申请的中国发明专利：201180013882. x等。这些专利的共同特点是用内燃发动机通过机械传动机构驱动液压泵和电动/发电机，或者内燃发动机、电动/发电机和液压泵同轴布置，液压泵经过控制阀驱动工作装置和行走液压马达，用电动机独立驱动回转机构，动臂和回转机构通过液压马达驱动电动发电机实现动臂势能和回转动能的存储。 

    混合动力较单独的内燃机驱动提高了能效、降低了污染排放，但仍然由有内燃机驱动，工作效率较低，仍然存在排放污染，所以日本的企业进一步申请了采用纯电动驱动的液压挖掘机专利；株式会社竹内掣作所，2007年申请了名称为“Electrically-Driven Service Vehicle”，电动挖掘机的欧洲专利，公开号 EP 1 985 767 A1 ，其发明点就是用一台变转速驱动的电动机替代现有液压挖掘机中的内燃发动机，驱动一台主液压泵，通过控制阀控制动臂、斗杆、铲斗和回转机构的运动，专利中给出了整机的布局关系。日立建机申请了类似的专利，日本公开特许公报，JP 2009-114653 A，来降低排放和提高效率，工作过程中通过外部电源对机器上带有的蓄电池充电，蓄电池提供机器工作过程的动力，而其余组成部分与现有液压挖掘机一样。日立建机2009.11.5公开的名称为“電動式作業機械”的电动液压挖掘机专利，日本公开特许公报，JP 2009-256988 A，在前述专利的基础上，采用主电机同轴驱动二台主液压泵和一台先导液压泵，进一步降低节流损失。该公司申请的“電気駆動式作業機械” 的电动液压挖掘机专利，日本公开特许公报公开的，JP 2009-197514 A，进一步将回转机构改为电机直接驱动，降低节流损失。株式会社竹内掣作所2012 年4 月19 日申请公开的发明专利，WO 2012/049812 Al ，将先导泵独立用一台变速电机驱动，并在主液压泵和先导液压泵的出油口设置了蓄能器。日本住友公司2010申请了发明名称为，“Hybrid Working Machine and Servo Control System”的电动液压挖掘机发明专利，US 20110288711 Al，其结构特点是用内燃发动机驱动发电机，发电机经过逆变器驱动液压泵，液压泵再经过控制阀控制工作装置和行走，用电动机独立驱动回转机构，同时将多余的电能存储在蓄电池中备用和用于峰值功率的工况。国内也有许多企业申请了类似的实用新型专利和发明专利，如实用新型专利 “电动挖掘机”，专利号ZL 200620120546.1；“电动液压挖掘机”，专利号ZL 200720139425.6 ；“立井施工用电动挖掘机”，专利号ZL 200820004895.6；“电动液压挖掘机”，专利号为200820113727.0；一种新型电动液压挖掘机，申请号201120263102. 4；申请的专利有，“一种电动液压挖掘机”，申请号 20111044296 1. 4；“一种电动挖掘机的动力系统”，申请号201110074783.4；但是这些专利技术，只是用电动机取代了内燃发动机，挖掘机的主要结构及控制方式基本没有变化，仍然保留了传统的阀控方式，也未能充分利用电动控制的原理，对挖掘机工作中浪费的动势能进行回收利用，所以存在非常大的节流损失，需要进一步加以的改进。