一种液压挖掘机混合动力系统及其液压挖掘的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种液压挖掘机混合动力系统及其挖掘机，所述挖掘机包含所述液压挖掘机混合动力系统，包括：动力单元，复合蓄能单元，以及控制单元；其中，所述动力单元包含：与外部液压系统连接的电动/发电机，与所述电动/发电机连接的发动机；所述复合蓄能单元包含：经第一整流逆变器连接至所述电动/发电机的蓄电器，与所述蓄电器连接的第二整流逆变器，与所述第二整流逆变器连接的飞轮，与所述第二整流逆变器连接的电机，将所述飞轮和所述电机耦合后连接至外部回转平台的减速机构。本发明提供的液压挖掘机混合动力系统中，复合蓄能单元采用蓄电器和飞轮复合储能的方式，功率密度大﹑使用寿命长，且具有安全、绿色、环保的特点。
【专利说明】一种液压挖掘机混合动力系统及其液压挖掘机
【技术领域】
[0001]本发明涉及工程机械，具体是涉及一种液压挖掘机混合动力系统及其液压挖掘机。
【背景技术】
[0002]具统计显示，液压挖掘机回转机构回转的能量消耗约占25%?40%，回转液压油路的发热量约占液压系统总发热量的30%?40%。回转制动时必然产生液压冲击和溢流发热，给液压元件的使用寿命和液压系统的热平衡带来不利影响，如把这部分能量回收利用起来，即保护了系统和元件，又节约了能量。
[0003]目前液压挖掘机涉及的能量回收通常采用油电混合动力系统或油液混合动力系统进行。在现有混合动力液压挖掘机中，通常由发动机提供负载所需的平均功率，并由蓄电器或液压系统用以平衡负载功率。
[0004]中国发明专利CN201020232332公开了一种挖掘机液压混合动力装置，如图1所示，该挖掘机液压混合动力装置与挖掘机的液压回转马达连接，其包括:相背联结的变量泵101、变量泵102，以及单向阀103、换向阀104、换向阀107、蓄能器105、梭阀106、梭阀108，梭阀两端连接回转马达的进出油口，变量泵101、变量泵102分别通过换向阀与两个梭阀连接，蓄能器105与换向阀104连接，变量泵102通过单向阀103与蓄能器105连接。可有效吸收挖掘机回转制动时的能量，并在挖掘机反向回转时释放出来，从而实现能量的回收利用。
[0005]但是，上述的挖掘机液压混合动力装置受当前制造工艺水平限制，普遍存在液压油泄漏问题，另外，利用电液二次调节系统作为传动方式，存在的问题是液压泵/马达出现振动噪声。
【发明内容】
[0006]为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种具有复合蓄能单元的液压挖掘机混合动力系统及其液压挖掘机。
[0007]为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案:
[0008]一种液压挖掘机混合动力系统，具有这样的特征，包括:驱动外部液压系统的动力单元；与动力单元连接的复合蓄能单元；以及控制动力单元和复合蓄能单元运行的控制单兀；其中，动力单兀包含:与外部液压系统连接的电动/发电机，与电动/发电机连接的发动机；复合蓄能单元包含:经第一整流逆变器连接至电动/发电机的蓄电器，与蓄电器连接的第二整流逆变器，与第二整流逆变器连接的飞轮，与第二整流逆变器连接的电机，将飞轮和电机耦合后连接至外部回转平台的减速机构。
[0009]进一步地，在本发明提供的液压挖掘机混合动力系统中，还可以具有这样的特征:控制单元包含:与发动机连接的发动机控制器，与蓄电器连接的蓄电器管理模块，与电动/发电机连接的第一电机控制器，与电机连接的第二电机控制器，与飞轮连接的飞轮控制器，以及主控制器；主控制器分别与发动机控制器、蓄电器管理模块、第一电机控制器、第二电机控制器、以及飞轮控制器连接。
[0010]进一步地，在本发明提供的液压挖掘机混合动力系统中，还可以具有这样的特征:动力单元还包含:信号输出端与主控制器连接的第一转速传感器，第一转速传感器用于检测发动机的输出端转速。
[0011]进一步地，在本发明提供的液压挖掘机混合动力系统中，还可以具有这样的特征:复合蓄能单元还包含:信号输出端与主控制器连接的第二转速传感器，第二转速传感器用于检测减速机构的输出端转速。
[0012]进一步地，在本发明提供的液压挖掘机混合动力系统中，还可以具有这样的特征:主控制器为单片机。
[0013]进一步地，在本发明提供的液压挖掘机混合动力系统中，还可以具有这样的特征:飞轮由高强度的碳素纤维材料制成。
[0014]另外，在本发明还提供了一种液压挖掘机，还可以具有这样的特征:包括上述任意一项中的液压挖掘机混合动力系统。
[0015]本发明在上述基础上具有的积极效果是:
[0016]本发明提供的液压挖掘机混合动力系统及其液压挖掘机，复合蓄能单元采用蓄电器和飞轮复合储能的方式，具有功率密度大、制造成本低，寿命长，控制简单的优点，并且不存在液压油泄漏和噪声问题，具有安全、绿色、环保的特点。
[0017]另外，由于飞轮具有响应快，动态特性好的特点，在液压挖掘机的回转平台进行转动时，利用飞轮回收制动能，并将制动能转换为飞轮的动能，在需要驱动回转平台回转时，再将飞轮的动能转换为回转平台的动能，从而往复循环，能量转换效率高，同时，具有重量轻，体积小的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0019]图1为【背景技术】中挖掘机液压混合动力装置的结构示意图。
[0020]图2为本发明的实施例中液压挖掘机混合动力系统的结构示意图。
[0021]其中，I为电动/发电机、2为发动机、3为第一整流逆变器、4为蓄电器、5为第二整流逆变器、6为飞轮、7为电机、8为减速机构、9为发动机控制器、10为蓄电器管理模块、11为第一电机控制器、12为第二电机控制器、13为飞轮控制器、14为主控制器、15为第一转速传感器、16为第二转速传感器、30为外部液压系统、40为外部回转平台。
【具体实施方式】
[0022]为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明提供的液压挖掘机混合动力系统及其液压挖掘机作具体阐述。
[0023]本实施例提供的液压挖掘机包括如图2所示液压挖掘机混合动力系统。
[0024]本实施例提供的液压挖掘机混合动力系统包括:动力单元,复合蓄能单元，以及控制单元。动力单元用于驱动外部液压系统30，复合蓄能单元与动力单元连接，控制单元控制动力单元和复合蓄能单元运行。
[0025]动力单元包含:电动/发电机1，发动机2，以及第一转速传感器15。
[0026]电动/发电机I与外部液压系统30连接,发动机2与电动/发电机I连接，第一转速传感器15用于检测发动机2的输出端转速。在液压挖掘机的挖掘和行走过程中，发动机2为液压挖掘机提供工作所述的平均功率，电动/发电机I通过电动和发电两种工作模式的切换平衡负载功率，起到“削峰填谷”的作用。
[0027]复合蓄能单元包含:蓄电器4，第二整流逆变器5，飞轮6，电机7，减速机构8，以及第二转速传感器16。
[0028]蓄电器4经第一整流逆变器3连接至电动/发电机I，第二整流逆变器5与蓄电器4连接。飞轮6也与第二整流逆变器5连接，同样的，电机7与第二整流逆变器5连接，减速机构8将飞轮6和电机7耦合后连接至外部回转平台40，第二转速传感器16的信号输出端与主控制器14连接,第二转速传感器16用于检测减速机构8的输出端转速。
[0029]控制单元包含:与发动机2连接的发动机控制器9，与蓄电器4连接的蓄电器管理模块10，与电动/发电机I连接的第一电机控制器11，与电机7连接的第二电机控制器12，与飞轮6连接的飞轮控制器13，以及主控制器14。
[0030]主控制器14为单片机，并且，主控制器14分别与发动机控制器9、蓄电器管理模块10、第一电机控制器11、第二电机控制器12、以及飞轮控制器13连接。
[0031]第一转速传感器15的信号输出端与主控制器14连接,主控制器14根据第一转速传感器15输出的信号判断外部液压系统30处的挖掘负载与发动机2的输出功率大小。
[0032]蓄电器4用于平衡液压挖掘机的挖掘负载功率，即当外部液压系统30处的挖掘负载大于发动机2的输出功率时，电动/发电机I处于电动模式，此时，第一整流逆变器3将蓄电器4的直流电转换成交流电驱动电动/发电机I，从而对外部液压系统30进行联合驱动；当外部液压系统30处的挖掘负载小于发动机2的输出功率时，电动/发电机I处于发电模式，此时，第一整流逆变器3将电动/发电机I产生的交流电转换成直流电并储存在蓄电器4中。
[0033]第二转速传感器16的信号输出端与主控制器14连接，主控制器14根据第二转速传感器16输出的信号判断飞轮6的能量储备。
[0034]飞轮用于驱动外部回转平台40的回转和外部回转平台40的制动能量回收，即当需要驱动外部回转平台40回转时，主控制器14根据外部回转平台40的负载大小和飞轮6转速情况分配电机7和飞轮6的功率，使电机7和飞轮6共同驱动外部回转平台40回转；当需要对外部回转平台40进行制动时，制动能经减速机构8驱动飞轮6旋转，将外部回转平台40的制动能以飞轮6的动能形式储存起来。
[0035]本实施例提供的液压挖掘机混合动力系统及其液压挖掘机，复合蓄能单元采用蓄电器和飞轮复合储能的方式，具有功率密度大、制造成本低，寿命长，控制简单的优点，并且不存在液压油泄漏和噪声问题，具有安全、绿色、环保的特点。
[0036]另外，由于飞轮具有响应快，动态特性好的特点，在液压挖掘机的回转平台进行转动时，利用飞轮回收制动能，并将制动能转换为飞轮的动能，在需要驱动回转平台回转时，再将飞轮的动能转换为回转平台的动能，从而往复循环，能量转换效率高，同时，具有重量轻、体积小、以及转速高的优点。
[0037]以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
【权利要求】
1.一种液压挖掘机混合动力系统，其特征在于，包括: 驱动外部液压系统(30)的动力单元； 与所述动力单元连接的复合蓄能单元； 控制所述动力单元和所述复合蓄能单元运行的控制单元； 其中，所述动力单元包含:与所述外部液压系统(30)连接的电动/发电机(1)，与所述电动/发电机⑴连接的发动机⑵； 所述复合蓄能单元包含:经第一整流逆变器(3)连接至所述电动/发电机(I)的蓄电器(4)，与所述蓄电器(4)连接的第二整流逆变器(5)，与所述第二整流逆变器(5)连接的飞轮出)，与所述第二整流逆变器(5)连接的电机(7)，将所述飞轮(6)和所述电机(7)耦合后连接至外部回转平台(40)的减速机构(8)。
2.根据权利要求1所述的液压挖掘机混合动力系统，其特征在于: 所述控制单元包含:与所述发动机(2)连接的发动机控制器(9)，与所述蓄电器(4)连接的蓄电器管理模块(10)，与所述电动/发电机⑴连接的第一电机控制器(11)，与所述电机(7)连接的第二电机控制器(12)，与所述飞轮(6)连接的飞轮控制器(13)，以及主控制器(14)； 所述主控制器(14)分别与所述发动机控制器(9)、所述蓄电器管理模块(10)、所述第一电机控制器(11)、所述第二电机控制器(12)、以及所述飞轮控制器(13)连接。
3.根据权利要求2所述的液压挖掘机混合动力系统，其特征在于: 所述动力单元还包含:信号输出端与所述主控制器(14)连接的第一转速传感器(15)，所述第一转速传感器(15)用于检测所述发动机(2)的输出端转速。
4.根据权利要求2所述的液压挖掘机混合动力系统，其特征在于: 所述复合蓄能单元还包含:信号输出端与所述主控制器(14)连接的第二转速传感器(16)，所述第二转速传感器(16)用于检测所述减速机构(8)的输出端转速。
5.根据权利要求1所述的液压挖掘机混合动力系统，其特征在于: 所述主控制器(14)为单片机。
6.根据权利要求1所述的液压挖掘机混合动力系统，其特征在于: 所述飞轮￠)由高强度的碳素纤维材料制成。
7.一种液压挖掘机，其特征在于: 包括权利要求1至6中任意一项中所述的液压挖掘机混合动力系统。
【文档编号】E02F9/22GK104196079SQ201410359852
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】王建明, 薛运锋, 杜道佳 申请人:昆山三一数字科技有限公司