[发明专利]分腔独立变转速容积直驱纯电液压挖掘机能量回收系统

说明书

技术领域

本发明属于液压系统技术领域，具体涉及一种容腔独立变转速容积直驱纯电液压挖掘机的主被动复合能量回收系统。

背景技术

随着我国工程机械行业的巨大发展，挖掘机已成为重要的支柱产业之一。在挖掘机作业中，动臂举升而产生的势能、大惯性上车加速回转具有的动能都是很大的，而这两种动作又非常频繁，如不对其进行有效的再生，将是巨大的损失。因此，如何高效地回收利用这部分能量，成为了降低挖掘机能耗亟需解决的重要问题。

目前，对液压挖掘机进行能量回收的研究主要集中在回转制动动能回收和动臂、斗杆的势能回收两个方面。关于回转制动动能的回收，德国、瑞典及我国的姜继海教授均对采用二次调节技术进行回转动能回收进行了大量研究并提出了相应措施；韩国釜山大学的Triet Hung Ho、浙江大学管成教授、中南大学李赛白及德国力士乐公司研究了在液压回路中增设蓄能器及相应控制阀对液压挖掘机的回转动能进行回收，并发布了相关专利(如：US 2009/0165451 Al)；德国利勃海尔公司曾提出闭式和开式回路结合、高低压储能的回转制动动能回收方案(CN 101861437 A)，国内重汽集团专用汽车公司也申请了液压马达驱动液压泵向蓄能器充液的回收方案专利(CN 101858094 A)，柳工常州挖掘机公司申请了混合动力二次调节回转驱动的专利(CN 102561444 A)；油电混合动力挖掘机，大多采用电动机直接驱动回转机构，将制动动能存储在超级电容和蓄电池中进行能量回收。尽管有许多研究成果，但现有回转制动动能的回收仍存在技术复杂、回收效率低等问题。

关于动臂、斗杆的势能回收，以回收动臂的势能为研究的重点，其方法包括：1)闭式回路控制动臂经过蓄能器回收，该方法取得了较好的势能回收效果，但需要四象限工作的变排量泵；2)在原有控制回路的基础上增加液压变压器和蓄能器回收，或直接利用，该方法的回收效率约为50％；3)在混合动力机器中采用液压马达驱动发电机用超级电容或蓄电池储能，能量存储有限；4)采用液压蓄能器直接回收，存入蓄能器的液压能可以直接用来驱动辅助装置(冷却系统等)，也可以引入液压泵的入口，辅助动力源驱动主泵，该方法属于无源储能，回收效率较低；5)在动臂缸并列一个起储能作用的气液缸进行能量回收，该方法的回收效率同样较低。

发明内容

本发明针对液压挖掘机能量回收存在的上述问题和不足，在容腔独立变转速容积直驱的基础上，提出一种分腔独立变转速容积直驱纯电液压挖掘机能量回收系统。液压挖掘机的动力源既是驱动单元，也是储能单元，可根据不同的需要处于驱动工况或储能工况，使驱动与能量回收一体化，能量在蓄电池、直流母线、电动发电机、蓄能器之间直接传递、转换，大大提高了挖掘机能量的再生效率。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

分腔独立变转速容积直驱纯电液压挖掘机能量回收系统，包括动臂液压缸、斗杆液压缸、铲斗液压缸、回转马达、左行走马达、右行走马达、共用直流母线、总电源开关、整流器、平滑电容、DC-DC变换器和蓄电池，其中：它还包括能量回收控制回路；所述能量回收控制回路包括A动力源、B动力源、C动力源、动臂缸控制阀组、斗杆缸控制阀组、铲斗控制阀、回转控制阀、回转马达控制阀组、左行走控制阀、右行走控制阀、序号依次为Ⅰ到Ⅷ的第Ⅰ-第Ⅷ两位两通阀、第Ⅰ和第Ⅱ两位三通阀、第Ⅰ和第Ⅱ蓄能器；所述A、B和C动力源均包括液压泵、电动发电机及逆变器，逆变器的输入端均与直流母线连接，逆变器的输出端连接所驱动电动发电机，电动发电机连接所驱动液压泵；所述动臂缸控制阀组、斗杆缸控制阀组及回转马达控制阀组均由A、B、C、D两位两通阀组成，A两位两通阀和D两位两通阀的一个油口均与油箱连接，另一个油口分别与B两位两通阀的一个油口和C两位两通阀的一个油口连通，B两位两通阀的另一个油口与C两位两通阀的另一个油口连通，从A、B两位两通阀连接的管路上引出一条油路分别与动臂液压缸的有杆腔、斗杆液压缸的有杆腔及回转马达的第一油口连接；从C、D两位两通阀连接的管路上引出一条油路分别与动臂液压缸的无杆腔、斗杆液压缸的无杆腔及回转马达的第二油口连接；

所述的A动力源中液压泵的第一工作油口连接第Ⅰ两位三通阀的第一油口，第Ⅰ两位三通阀的第二和第三油口分别连接第Ⅰ蓄能器和油箱；A动力源中液压泵的第二工作油口与左行走控制阀的第一油口、铲斗控制阀的第一油口、动臂缸控制阀组中B两位两通阀和C两位两通阀连接的管路以及第Ⅳ、第Ⅴ两位两通阀的第一油口连接；