專利名稱：混合動力回轉驅動系統和工程機械的制作方法
技術領域：
本發明涉及工程機械領域，特別涉及一種混合動力回轉驅動系統和設置有該混合動力回轉驅動系統的工程機械。
背景技術：
隨著世界范圍內工業技術的迅速發展，能源短缺和環境污染問題日趨嚴重。工程機械中的液壓挖掘機由于作業量大、耗油高、排放差，已逐漸成為人們普遍關注的主要對象。液壓挖掘機的主控制閥與回轉馬達連通，工作過程中，通過操作主控制閥，向回轉馬達供油，回轉馬達帶動回轉平臺做回轉運動；回轉平臺的回轉運動比較頻繁，而且慣性大，在減速制動時會釋放出大量的熱量。這部分能量通常都消耗在液壓閥的閥口上，不僅浪費了能量，還會導致系統發熱和元件壽命的降低。為了減少能量損耗和系統發熱量，提高元件的壽命，研發生產出采用混合動力系統的挖掘機，以實現能量回收成為液壓挖掘機節能降耗的一項有效措施。然而，目前挖掘機的混合動力系統通常采用蓄電池儲能和蓄能器儲能的方式。對于蓄電池儲能方式來說，由于限于現有的電池技術，蓄電池的功率密度小，使得蓄電池瞬間充放大電流困難，造成電源系統效率低、能量回收率不高，而超級電容和燃料電池又存在著明顯的成本和技術安全性等問題。對于蓄能器儲能方式來說，其借助于液壓連接、機械連接和電控連接，導致混合動力系統結構復雜，故障率高。
發明內容
有鑒于此，本發明提出一種混合動力回轉驅動系統和設置有該混合動力回轉驅動系統的工程機械，該混合動力回轉驅動系統包括能夠將回轉平臺制動時的回轉慣性勢能轉換成電能，再進一步轉換成液壓能儲存在蓄能器中，液壓蓄能器功率密度大，解決了電動混合動力能量回收率低的問題，降低了采用超級電容回收能量的成本過高難題，并且結構簡
單，可靠性高。為實現上述目的，一方面，本發明提供了一種混合動力回轉系統，包括主控制閥和回轉馬達，所述主控制閥與所述回轉馬達連通，所述回轉馬達用于與所述回轉平臺機械連接，還包括將所述回轉平臺的機械能轉換為電能并輸出的第一電能轉換單元，其與所述回轉平臺機械連接；將所述第一電能轉換單元輸出的電能轉換為機械能輸出的第二電能轉換單元，其與所述第一電能轉換單元電連接；將第二電能轉換單元輸出的機械能轉換為液壓能并輸出的液壓能轉換單元，其與所述第二電能轉換單元機械連接；與所述液壓能轉換單元選擇性連通的蓄能器。 進一步地，該混合動力回轉驅動系統還包括中央控制器；
所述第一電能轉換單元為第一發電機/電動機單元，所述第二電能轉換單元為第二發電機/電動機單元，所述液壓能轉換單元為液壓泵/馬達單元；所述中央控制器與所述主控制閥、所述第一發電機/電動機單元、所述第二發電機/電動機單元、所述液壓泵/馬達單元電連接。進一步地，該混合動力回轉驅動系統還包括逆變/整流器，所述第一發電機/電動機單元通過所述逆變/整流器與所述第二發電機/電動機單元電連接，且所述中央控制器還與所述逆變/整流器電連接。進一步地，該混合動力回轉驅動系統還包括換向閥，所述液壓泵/馬達單元通過所述換向閥選擇性連通所述蓄能器。進一步地，所述換向閥為電磁換向閥，所述中央控制器與所述電磁換向閥的控制端電連接。進一步地，該混合動力回轉驅動系統還包括與所述蓄能器連接并檢測所述蓄能器內部壓力的壓力傳感器，所述壓力傳感器與所述中央控制器電連接。進一步地，該混合動力回轉驅動系統還包括減速機，所述第一發電機/電動機單元和所述回轉馬達均通過所述減速機與所述回轉平臺連接。進一步地，所述減速機、所述第一發電機/電動機單元和所述回轉馬達同軸設置。本發明的混合動力回轉驅動系統可以用于挖掘機中，例如用于動臂回轉驅動系統，主控制閥可以與挖掘機的液壓系統的主液壓油泵連接，向回轉馬達供油，進而驅動回轉平臺回轉運動；在回轉平臺制動時，第一電能轉換單元、第二電能轉換單元和液壓能轉換單元能夠將回轉慣性勢能轉換為電能，并再進一步轉換成液壓能儲存，實現了回轉平臺的能量回收；同時采用蓄能器進行儲存能量，其功率密度大，解決了電動混合動力能量回收率低的問題，降低了采用超級電容回收能量的成本過高難題；并且采用電能作為能量的轉換媒介，摒棄了采用復雜的機械和液壓連接關系，結構簡單，可靠性高。另一方面，本發明還提供一種工程機械，設置有回轉平臺和驅動所述回轉平臺回轉的驅動系統，所述驅動系統為上所述的混合動力回轉系統。 進一步地，所述工程機械包括挖掘機和起重機。本發明的工程機械采用上述的混合動力回轉系統，因此具有上述相同的技術效果，不再贅述。
構成本發明的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中圖I為本發明實施例提供的一種混合動力回轉系統的結構示意圖。附圖標記說明 I、回轉平臺；2、減速機；3、第一發電機/電動機單元；4、回轉馬達；5、主控制閥；6、中央控制器；7、逆變/整流器；8、第二發電機/電動機單元；9、傳動裝置；10、蓄能器；11、壓力傳感器；12、換向閥；13、液壓泵/馬達單元；14、油箱。
具體實施方式
需要說明的是，在不沖突的情況下，本發明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。下面結合附圖，對本發明的實施例作進一步詳細說明，對本發明的實施例進行說明如圖I所示，本發明的實施例提供一種混合動力回轉驅動系統，包括主控制閥5、回轉馬達4、主控制閥5與回轉馬達4連通，回轉馬達4用于與回轉平臺I機械連接，用于驅動回轉平臺回轉運動，該混合動力回轉驅動系統還包括與回轉平臺I機械連接的第一電能轉換單元，其可以將回轉平臺I的機械能轉換為電能并輸出；與第一電能轉換單元電連接的第二電能轉換單元，其可以將第一電能轉換單元輸出的電能轉換為機械能輸出；與第二電能轉換單元機械連接的液壓能轉換單元，其可以將第二電能轉換單元輸出的機械能轉換為液壓能并輸出；以及與液壓能轉換單元選擇性連通的蓄能器，在與蓄能器10連通時，液壓能轉換單元蓄能器10輸送、并在其中儲存液壓能。該混合動力回轉驅動系統可以用于挖掘機中，例如用于動臂回轉驅動系統，主控制閥5可以與挖掘機的液壓系統的主液壓油泵連接，向回轉馬達4供油，進而驅動挖掘機的回轉平臺I回轉運動；在回轉平臺I制動時，第一電能轉換單元、第二電能轉換單元和液壓能轉換單元能夠將回轉慣性勢能轉換為電能，并再進一步轉換成液壓能儲存，實現了回轉平臺的能量回收；同時采用蓄能器進行儲存能量，其功率密度大，解決了電動混合動力能量回收率低的問題，降低了采用超級電容回收能量的成本過高難題；并且采用電能作為能量的轉換媒介，摒棄了采用復雜的機械和液壓連接關系，結構簡單，可靠性高。需要說明的是，本發明實施例提供的混合動力回轉驅動系統可以用于驅動挖掘機的回轉平臺1，但是回轉平臺I并不屬于混合動力回轉驅動系統本身，亦即不屬于混合動力回轉驅動系統所要求保護的范圍內。本發明的實施例在上述混合動力回轉驅動系統的基礎上，還提供一種更優選的技術方案，使得該混合動力回轉驅動系統在回收回轉平臺的回轉勢能后能夠加以利用。如圖
I所示，上述混合動力回轉驅動系統還包括中央控制器6，其中，主控制閥5與回轉馬達4連通，回轉馬達4用于與回轉平臺I機械連接，第一電能轉換單元優選為第一發電機/電動機單元3，與回轉平臺I機械連接，第二電能轉換單元優選為第二發電機/電動機單元8，與第一發電機/電動機單元3電連接，液壓能轉換單元優選為液壓泵/馬達單元13，與第二發電機/電動機8機械連接，并與蓄能器10選擇性連通；中央控制器6與主控制閥5、第一發電機/電動機單元3、第二發電機/電動機單元8、液壓泵/馬達單元13電連接。需要說明的是，本發明實施例中的混合動力回轉驅動系統用于挖掘機的動臂回轉驅動系統時，主控制閥5可以與挖掘機的液壓系統的主液壓油泵連接，向回轉馬達4供油；該系統中所述的第一發電機/電動機單元3和第二發電機/電動機單元8既可以作為發電機，又可以作為電動機使用，并由中央控制器6選擇控制，所述的液壓泵/馬達單元13也是既可以作為液壓泵使用，又可以作為液壓馬達使用，同樣由中央控制器6選擇控制。本發明實施例中的混合動力回轉驅動系統包括三種工作模式，分別正常工作或啟動模式、能量回收模式和能量釋放模式 I)正常工作或啟動模式正常工作或啟動時，中央控制器6控制主控制閥5向回轉馬達4供油，回轉馬達4帶動回轉平臺I回轉；
2)能量回收模式:在回轉制動時，回轉平臺I的回轉勢能傳遞至第一發電機/電動機單元3，中央控制器6控制選擇第一發電機/電動機單元3按照發電機狀態進行工作，將回轉勢能轉化成電能，然后，中央控制器6控制選擇第二發電機/電動機單元8按照電動機狀態進行工作，將產生的電能轉化為機械能輸出至液壓泵/馬達單元13，并帶動其工作，中央控制器6控制選擇液壓泵/馬達單元13按照液壓泵狀態進行工作，并將機械能轉化為液壓能儲存在畜能器10中；3)能量釋放模式:當蓄能器10中儲存一定液壓能時，中央控制器6控制液壓泵/馬達單元13控制按照液壓馬達狀態進行工作，將液壓能轉化為機械能輸出至第二發電機/電動機8，進而帶動其工作，中央控制器6控制選擇第二發電機/電動機單元8按照發電機狀態進行工作，將機械能轉化為電能，輸出至第一發電機/電動機單元3，中央控制器6控制選擇第一發電機/電動機單元3按照電動機狀態進行工作，將電能轉化為機械能，帶動回轉平臺I回轉以輔助或代替回轉馬達4工作。該混合動力回轉驅動系統的能量轉換儲存過程可逆，實現回收能量的再利用，解決了回轉平臺的能量回收和再利用的問題，可以節省挖掘機整機的工作油耗。作為本發明上述實施例的進一步優選方案，如圖1所示，本發明的混合動力回轉驅動系統還可以包括:減速機2、逆變/整流器7、壓力傳感器11、換向閥12，具體連接關系如下:主控制閥5與回轉馬達4連通，用于將挖掘機主液壓油路中的液壓油提供至回轉馬達4，回轉馬達4、第一發電機/電動機單元3、減速機2同軸連接至回轉平臺1，第一發電機/電動機單元3還與逆變/整流器7連接,并進一步電連接至第二發電機/電動機單元8，第二發電機/電動機單元8通過傳動裝置9與液壓泵/馬達單元13機械連接，液壓泵/馬達單元13的一個油口連接油箱 14，另一油口通過換向閥12連接至蓄能器10，蓄能器10上還連接有壓力傳感器11。上述優選實施方案中，換向閥12優選為電磁換向閥。主控制閥5、第一發電機/電動機單元3、逆變/整流器7、第二發電機/電動機單元8、電磁換向閥(換向閥12)的控制端與中央控制器6電連接，接受中央控制器6的控制；壓力傳感器11也與中央控制器6電連接，將檢測到的蓄能器10的內部壓力值反饋給中央傳感器6。其中，設置逆變/整流器7是因為第一發電機/電動機單元3(或第二發電機/電動機單元8)產生的電流的波形仍然具有不規則的波動，輸出電壓無法保持相對恒定，逆變/整流器7能夠將不規則電壓逆變整流后，消除雜波干擾，輸出穩定電壓，驅動第二發電機/電動機單兀8 (或第一發電機/電動機單兀3)穩定工作。中央控制器6控制第一發電機/電動機單元3或第二發電機/電動機單元8發電時，會同時控制逆變/整流器7進行逆變整流工作。需要中央控制器6控制的還有換向閥12，換向閥12處于常閉狀態，其優選兩位兩通電磁閥，當液壓泵/馬達13向蓄能器10儲存能量時，或者蓄能器10中儲存的能量再次利用時，中央控制器6控制換向閥12打開，連通液壓泵/馬達13與蓄能器10之間的油路。蓄能器10還連接有壓力傳感器11，如圖1所示，優選設置在換向閥12與蓄能器10之間的油路上，用以檢測蓄能器10的內部壓力，并將內部壓力信息向中央控制器6反饋，供中央控制器6判斷蓄能器10的內部壓力是否需要繼續儲能、是否可以釋放能量用于回轉平臺I回轉。例如，在接收到的蓄能器10的內部壓力為小于等于5MPa時，中央控制器6就在回轉平臺I制動回轉時，控制其他部件協同工作，將回轉勢能轉化為液壓能儲存到蓄能器10中；在接收到的蓄能器10的內部壓力大于等于15MPa時，中央控制器6可以控制其他部件協同工作，將蓄能器10中的液壓能釋放出來，并轉化為機械能驅動回轉平臺I回轉。如此實現回收回轉平臺I的回轉勢能并將其再次利用，避免能源浪費，節省挖掘機的油耗。另外需要說明的是，在回轉馬達4帶動回轉平臺I回轉時，減速機2可以將回轉馬達4的轉速降低，傳遞給回轉平臺I適當的回轉速度，并相應提升轉矩；在回轉平臺I制動過程中，減速機2將回轉平臺I的轉速提高傳遞至帶動第一發電機/電動機單元3，供其發電，提高發電效率。可以理解的是，雖然本發明的實施例中，提供了一臺減速機2，并將回轉馬達4、第一發電機/電動機單元3、減速機2同軸設置，然后共同連接至回轉平臺1，設置一臺減速機降低了生產制造成本，并且同軸設置節省了組裝空間，但是，在其他實施例中，可以設置兩臺減速機，分別連接回轉馬達4和第一發電機/電動機單元3，本發明對此不做限定。
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相應地，本發明的實施例還提供一種工程機械(圖中未示出)，該工程機械設置有回轉平臺I和驅動回轉平臺I回轉的驅動系統，該驅動系統為上述的混合動力回轉驅動系統。進一步地，該工程機械優選為挖掘機(圖中未示出)，該混合動力回轉驅動系統可以用于挖掘機的動臂回轉驅動系統中，實現回轉平臺制動時的能量回收，并將回收能量再利用于回轉平臺的回轉，減少回轉馬達的工作，降低挖掘機油耗，減少能源浪費，并且具有與上述混合動力回轉驅動系統的相同的優點和效果，不再贅述。該工程機械還可以是起重機等借助回轉平臺工作的工程機械。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種混合動力回轉驅動系統，包括主控制閥(5)和回轉馬達(4)，所述主控制閥(5)與所述回轉馬達(4)連通，所述回轉馬達(4)用于與回轉平臺(I)機械連接，其特征在于，還包括 將所述回轉平臺(I)的機械能轉換為電能并輸出的第一電能轉換單元，其與所述回轉平臺(I)機械連接； 將所述第一電能轉換單元輸出的電能轉換為機械能輸出的第二電能轉換單元，其與所述第一電能轉換單元電連接； 將第二電能轉換單元輸出的機械能轉換為液壓能并輸出的液壓能轉換單元，其與所述第二電能轉換單元機械連接； 與所述液壓能轉換單元選擇性連通的蓄能器(10)。
2.根據權利要求I所述的混合動力回轉驅動系統，其特征在于，還包括中央控制器(6)； 所述第一電能轉換單元為第一發電機/電動機單元(3)，所述第二電能轉換單元為第二發電機/電動機單元(8)，所述液壓能轉換單元為液壓泵/馬達單元(13)； 所述中央控制器(6)與所述主控制閥(5)、所述第一發電機/電動機單元(3)、所述第二發電機/電動機單元(8)、所述液壓泵/馬達單元(13)電連接。
3.根據權利要求2所述的混合動力回轉驅動系統，其特征在于，還包括逆變/整流器(7),所述第一發電機/電動機單元(3)通過所述逆變/整流器(7)與所述第二發電機/電動機單元(8)電連接，且所述中央控制器(6)還與所述逆變/整流器(7)電連接。
4.根據權利要求2所述的混合動力回轉驅動系統，其特征在于，還包括換向閥(12)，所述液壓泵/馬達單元(13)通過所述換向閥(12)選擇性連通所述蓄能器(10)。
5.根據權利要求4所述的混合動力回轉驅動系統，其特征在于，所述換向閥(12)為電磁換向閥，所述中央控制器(6 )與所述電磁換向閥的控制端電連接。
6.根據權利要求2所述的混合動力回轉驅動系統，其特征在于，還包括與所述蓄能器(10)連接并檢測所述蓄能器內部壓力的壓力傳感器(11)，所述壓力傳感器(11)與所述中央控制器(6)電連接。
7.根據權利要求2所述的混合動力回轉驅動系統，其特征在于，還包括減速機(2)，所述第一發電機/電動機單元(3)和所述回轉馬達(4)均通過所述減速機(2)與所述回轉平臺(I)連接。
8.根據權利要求7所述的混合動力回轉驅動系統，其特征在于，所述減速機(2)、所述第一發電機/電動機單元(3)和所述回轉馬達(4)同軸設置。
9.一種工程機械，設置有回轉平臺(I)和驅動所述回轉平臺(I)回轉的驅動系統，其特征在于，所述驅動系統為權利要求1-8中任意一項所述的混合動力回轉驅動系統。
10.根據權利要求9所述的工程機械，其特征在于，所述工程機械包括挖掘機和起重機。
全文摘要
本發明公開了一種混合動力回轉驅動系統和工程機械，該混合動力回轉驅動系統包括主控制閥和回轉馬達，主控制閥與回轉馬達連通，回轉馬達用于與回轉平臺機械連接，還包括將回轉平臺的機械能轉換為電能并輸出的第一電能轉換單元，其與回轉平臺機械連接；將第一電能轉換單元輸出的電能轉換為機械能并輸出的第二電能轉換單元，其與第一電能轉換單元電連接；將第二電能轉換單元輸出的機械能轉換為液壓能并輸出的液壓能轉換單元，其與第二電能轉換單元機械連接；與液壓能轉換單元選擇性連通的蓄能器。本發明能夠將回轉平臺制動時的回轉慣性勢能經過電能轉換再轉換成液壓能，并利用蓄能器儲存，能量回收率高，結構簡單，可靠性高。
文檔編號E02F9/20GK103215982SQ20131013184
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月16日 優先權日2013年4月16日
發明者陳克雷, 王新富 申請人:三一重機有限公司