液壓混合動力挖掘機系統的制作方法

本發明涉及一種液壓混合動力挖掘機系統，屬于挖掘機技術領域。

背景技術：

隨著社會經濟的迅速發展，能源短缺和環境污染問題日趨嚴重，各國都已將降低能源損耗、保護環境提上日程。同時，能效比是液壓挖掘機市場競爭的關鍵參數之一，因此液壓挖掘機的節能技術研究及應用尤為必要。

目前，油液混合動力技術研究已列入國家十三五科技支撐計劃，基于挖掘機能量回收的液壓混合動力節能技術研究及應用，主要是對挖掘機動臂勢能、回轉制動能進行回收，回收的能量通過蓄能器存儲。現有的挖掘機液壓驅動系統和現有液壓混合動力系統分別如圖1、圖2所示。如圖1所示，當動臂下降與鏟斗同時作業時，通過一個主泵(圖1中第三變量液壓泵4)驅動動臂油缸(圖1中第一油缸6)伸出和鏟斗油缸(圖1中第二油缸7)伸縮，流量分配依靠控制閥(圖1中第二控制閥5-2和第三控制閥5-3)來調節。但當回收動臂勢能時，如圖2所示，現有液壓混合動力系統采用回收閥(圖2中第六控制閥)使動臂油缸(圖2中第二油缸)大腔與蓄能器(圖2中蓄能器15)連通，通過一個主泵(圖2中第二變量液壓泵3)驅動動臂油缸(圖2中第一油缸6)伸出和鏟斗油缸(圖2中第二油缸7)伸縮，由于動臂油缸大腔壓力受蓄能器壓力影響而不穩定，所以此時動臂和鏟斗復合作業難以控制。

技術實現要素：

針對上述現有技術存在的問題，本發明提供一種液壓混合動力挖掘機系統，既能在動臂勢能回收時避免動臂和鏟斗復合操作干涉，又能提高回收能量釋放利用時的效率；具有操作性好、傳動效率高等特征。

為了實現上述目的，本發明采用的一種液壓混合動力挖掘機系統，主要由動臂驅動回路和能量收放回路構成，包括第一變量液壓泵、第二變量液壓泵、第三變量液壓泵、主閥、第一油缸、第二油缸、風扇、用于驅動風扇工作的第一液壓馬達、第四控制閥、第五控制閥、第六控制閥、蓄能器、安全閥、第七控制閥以及用于輔助發動機驅動第三變量液壓泵的第二液壓馬達，主閥包括第一控制閥、第二控制閥和第三控制閥，第一油缸為鏟斗油缸，用于驅動挖掘機鏟斗裝置挖掘、卸載工作；第二油缸為動臂油缸，用于驅動挖掘機動臂升降工作；油箱與第一變量液壓泵、第二變量液壓泵、第三變量液壓泵的進油口連接；第一變量液壓泵的出油口與第六控制閥的油口A連接，并通過第一單向閥與第五控制閥的進油口連接；第五控制閥的出油口與第一液壓馬達的進油口連接；第六控制閥的油口D與第二油缸有桿腔連接，第二油缸無桿腔與第六控制閥的油口C連接，第六控制閥的油口B通過第二單向閥與蓄能器連接；蓄能器與安全閥進油口連接，并通過第三單向閥與第四控制閥、第七控制閥的進油口連接，第四控制閥的出油口與第一液壓馬達的進油口連接；第七控制閥的出油口與第二液壓馬達的進油口連接；第二變量液壓泵的出油口與第二控制閥的油口A、第三控制閥的油口A連接，第二控制閥的油口B與第二油缸無桿腔連接，第二控制閥的油口C與第二油缸有桿腔連接，第二控制閥的油口D與油箱連接；第三控制閥的油口B與第一油缸無桿腔連接，第三控制閥的油口C與第一油缸有桿腔連接；第三變量液壓泵的出油口與第一控制閥的進油口連接，第一控制閥的出油口與第二油缸無桿腔連接；風扇與第一液壓馬達機械連接，第二液壓馬達與第三變量液壓泵機械連接；第一液壓馬達、第二液壓馬達、安全閥的出油口均與油箱連接。

其中，第一變量液壓泵、第二變量液壓泵、第三變量液壓泵、第六控制閥、第二控制閥、第一控制閥及第二油缸構成動臂驅動回路；第一變量液壓泵、第六控制閥、第二油缸、第四控制閥、第五控制閥、第一液壓馬達、風扇、安全閥、第七控制閥及第二液壓馬達構成能量收放回路。

優選地，所述第六控制閥能控制第二油缸縮回動作速度，以控制動臂下降速度，又能控制第二油缸無桿腔油液回收進入蓄能器儲存起來。

優選地，所述蓄能器根據油溫、水溫及自身狀態，控制第四控制閥、第五控制閥、第六控制閥、第七控制閥的開關動作，安全閥控制蓄能器的壓力不超過設定值。

優選地，所述蓄能器驅動第一液壓馬達工作，帶動風扇旋轉進行散熱。

優選地，所述蓄能器能分別或同時用于驅動第一液壓馬達和第二液壓馬達。

優選地，動臂下降時，第一變量液壓泵驅動第二油缸縮回的同時，第一變量液壓泵通過控制第五控制閥驅動第一液壓馬達工作。

與現有技術相比，本發明既能在動臂勢能回收時避免動臂和鏟斗復合操作干涉，又能在回收能量釋放利用時效率最高，使操作性好、能量利用效率高。

附圖說明

圖1為現有挖掘機液壓驅動系統；

圖2為現有液壓混合動力系統；

圖3為本發明的結構示意圖。

圖中：1、油箱，2、第一變量液壓泵，3、第二變量液壓泵，4、第三變量液壓泵，5、主閥，5-1、第一控制閥，5-2、第二控制閥，5-3、第三控制閥，6、第一油缸7、第二油缸，8、風扇，9、第一液壓馬達，10、第四控制閥，11、第五控制閥，12、第六控制閥，13、第一單向閥，14、第二單向閥，15、蓄能器，16、第三單向閥，17、安全閥，18、第七控制閥，19、第二液壓馬達。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步說明。

如圖3所示，一種液壓混合動力挖掘機系統，主要由動臂驅動回路和能量收放回路構成，包括第一變量液壓泵2、第二變量液壓泵3、第三變量液壓泵4、主閥5、第一油缸6、第二油缸7、風扇8、用于驅動風扇8工作進行散熱的第一液壓馬達9、第四控制閥10、第五控制閥11、第六控制閥12、蓄能器15、安全閥17、第七控制閥18以及用于輔助發動機驅動第三變量液壓泵4的第二液壓馬達19，主閥5包括第一控制閥5-1、第二控制閥5-2和第三控制閥5-3，第一油缸6為鏟斗油缸，用于驅動挖掘機鏟斗裝置挖掘、卸載工作；第二油缸7為動臂油缸，用于驅動挖掘機動臂升降工作；油箱1與第一變量液壓泵2、第二變量液壓泵3、第三變量液壓泵4的進油口連接；第一變量液壓泵2的出油口與第六控制閥12的油口A連接，并通過第一單向閥13與第五控制閥11的進油口連接；第五控制閥11的出油口與第一液壓馬達9的進油口連接；第六控制閥12的油口D與第二油缸7有桿腔連接，第二油缸7無桿腔與第六控制閥12的油口C連接，第六控制閥12的油口B通過第二單向閥14與蓄能器15連接；蓄能器15與安全閥17進油口連接，并通過第三單向閥16與第四控制閥10、第七控制閥18的進油口連接，第四控制閥10的出油口與第一液壓馬達9的進油口連接；第七控制閥18的出油口與第二液壓馬達19的進油口連接；第二變量液壓泵3的出油口與第二控制閥5-2的油口A、第三控制閥5-3的油口A連接，第二控制閥5-2的油口B與第二油缸7無桿腔連接，第二控制閥5-2的油口C與第二油缸7有桿腔連接，第二控制閥5-2的油口D與油箱1連接；第三控制閥5-3的油口B與第一油缸6無桿腔連接，第三控制閥5-3的油口C與第一油缸6有桿腔連接；第三變量液壓泵4的出油口與第一控制閥5-1的進油口連接，第一控制閥5-1的出油口與第二油缸7無桿腔連接；風扇8與第一液壓馬達9機械連接，第二液壓馬達19與第三變量液壓泵4機械連接；第一液壓馬達9、第二液壓馬達19、安全閥17的出油口均與油箱1連接。

其中，第一變量液壓泵2、第二變量液壓泵3、第三變量液壓泵4、第六控制閥12、第二控制閥5-2、第一控制閥5-1及第二油缸7構成動臂驅動回路；第一變量液壓泵2、第六控制閥12、第二油缸7、第四控制閥10、第五控制閥11、第一液壓馬達9、風扇8、安全閥17、第七控制閥18及第二液壓馬達19構成能量收放回路。

優選地，所述第六控制閥12能控制第二油缸7縮回動作速度，以控制動臂下降速度，又能控制第二油缸7無桿腔油液回收進入蓄能器15儲存起來。

優選地，所述蓄能器15根據油溫、水溫及自身狀態，控制第四控制閥10、第五控制閥11、第六控制閥12、第七控制閥18的開關動作，安全閥17控制蓄能器15的壓力不超過設定值。

優選地，所述蓄能器15驅動第一液壓馬達9工作，帶動風扇8旋轉進行散熱。此回路為容積調速，相比閥控馬達回路傳動效率高。同時，蓄能器直接驅動風扇馬達進行能量釋放，傳動環節最少，能量損耗最小。

此外，所述蓄能器15所儲存的能量可以分別或同時用于驅動第一液壓馬達9和第二液壓馬達19。第一液壓馬達9用于驅動風扇8使系統散熱，第二液壓馬達19主要用于輔助發動機驅動第三變量液壓泵4。

再者，動臂下降時，第一變量液壓泵2驅動第二油缸7縮回的同時，第一變量液壓泵2通過控制第五控制閥驅動第一液壓馬達9工作。

工作過程：

動臂下降與鏟斗挖掘/卸載同時作業時，第六控制閥12工作，使第六控制閥12的油口A與油口D連通，油口C與油口B連通，使第一變量液壓泵2輸出油液流經油口A、油口D，流入第二油缸7的有桿腔，第二油缸7的無桿腔回油流經第六控制閥12的油口C、油口B，打開第二單向閥14，流入蓄能器15。此時，第二控制閥5-2處于關閉狀態，第一變量液壓泵2 驅動第二油缸7縮回，動臂下降，回收動臂勢能，能量存儲于蓄能器15。同時，第三控制閥5-3工作，第二變量液壓泵3輸出油液經第三控制閥5-3驅動第一油缸6伸出/縮回，使鏟斗執行挖掘/卸載動作。這時，第一變量液壓泵2和第二變量液壓泵3分別驅動動臂和鏟斗同時動作，互不干涉，動作協調；動臂上升時，第一控制閥5-1、第二控制閥5-2同時工作，第一控制閥5-1的油口A和油口B連通，第二控制閥5-2的油口A和油口B連通，第三變量液壓泵4輸出油液流經第一控制閥5-1的油口A、油口B流入第二油缸7無桿腔，第二變量液壓泵3輸出油液流經第二控制閥5-2的油口A、油口B也流入第二油缸7無桿腔，第二油缸7有桿腔油液經第二控制閥5-2的油口C流回油箱1，此時，第二變量液壓泵3和第三變量液壓泵4共同驅動第二油缸7伸出，使動臂上升。

總的來說，動臂上升時，第六控制閥12處于關閉狀態，第二油缸7伸出完全由第二變量液壓泵3、第三變量液壓泵4、第一控制閥5-1和第二控制閥5-2合流控制；動臂下降時，第一控制閥5-1和第二控制閥5-2均處于關閉狀態，第二油缸7縮回完全由第一變量液壓泵2、第六控制閥12控制。

由上述結構可見，本發明既能在動臂勢能回收時避免動臂和鏟斗復合操作干涉，又能在回收能量釋放利用時效率最高，使操作性好、能量利用效率高。