本發(fā)明屬于工程機(jī)械領(lǐng)域，具體涉及一種工程機(jī)械混聯(lián)動力系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

當(dāng)下石油資源的日益緊缺，電能獨(dú)立驅(qū)動技術(shù)的尚未成熟。油液混合動力技術(shù)成為最具推廣前景的車輛節(jié)能技術(shù)，特別是在工程機(jī)械領(lǐng)域其節(jié)能技術(shù)愈加顯著。傳統(tǒng)工程機(jī)械通常采用柴油機(jī)進(jìn)行驅(qū)動。由于其工況復(fù)雜多變，需要在行駛工況和作業(yè)工況之間頻繁切換，并且具有較高功率要求。因此，發(fā)動機(jī)難以保證長時間工作在低油耗區(qū)。并且對重載下的工程機(jī)械頻繁地進(jìn)行啟制動操作，存在著嚴(yán)重的能源損耗。近幾年來，為了提高能源利用率，混合動力系統(tǒng)逐漸在工程機(jī)械領(lǐng)域得到推廣?；旌蟿恿ο到y(tǒng)從結(jié)構(gòu)上來分有串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)三種形式，從能源類型上來分，有油液混合和油電混合兩種。油電混合動力中，由于電池功率密度小，難以實(shí)現(xiàn)較大電流的快速充放，且能量回收量不高，電源系統(tǒng)效率較低；而在油液混合動力中，通常采用蓄能器作為儲能裝置，雖然其功率密度高，但能量密度較小，不適于持續(xù)性驅(qū)動。

因此，為了進(jìn)一步提高工程機(jī)械節(jié)能效率，有必要設(shè)計(jì)一種工程機(jī)械混聯(lián)動力系統(tǒng)。充分發(fā)揮串并聯(lián)與油電液混合動力系統(tǒng)的優(yōu)勢，有效回收和釋放能量，降低發(fā)動機(jī)油耗，提高工程機(jī)械制動裝置壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種油電液相結(jié)合的工程機(jī)械混聯(lián)動力系統(tǒng)，使工程機(jī)械在工作狀態(tài)和行走狀態(tài)都能實(shí)現(xiàn)混合驅(qū)動和能量回收，達(dá)到較為理想的節(jié)能效果。

本發(fā)明提出的工程機(jī)械混聯(lián)動力系統(tǒng)，包括行走機(jī)構(gòu)動力系統(tǒng)和工作裝置動力系統(tǒng)，其中：

行走機(jī)構(gòu)動力系統(tǒng)由行走驅(qū)動低壓蓄能器1、行走驅(qū)動高壓蓄能器2、發(fā)動機(jī)3、右驅(qū)動輪13、主減速器14、左驅(qū)動輪15、主分動箱16、液壓行走驅(qū)動離合器17、行走驅(qū)動泵/馬達(dá)18、發(fā)動機(jī)離合器19和副分動箱20組成；發(fā)動機(jī)3通過副分動箱20與發(fā)動機(jī)離合器19機(jī)械連接，發(fā)動機(jī)離合器19與主分動箱16機(jī)械連接，主分動箱16與主減速器14機(jī)械連接，主減速器14分別與右驅(qū)動輪13和左驅(qū)動輪15機(jī)械連接，行走驅(qū)動泵/馬達(dá)18的進(jìn)油口通過液壓管道連接行走驅(qū)動低壓蓄能器1，出油口通過液壓管道連接行走驅(qū)動高壓蓄能器2；行走驅(qū)動泵/馬達(dá)18通過液壓行走驅(qū)動離合器17與主分動箱16機(jī)械連接；

工作裝置動力系統(tǒng)由發(fā)電機(jī)離合器4、發(fā)電機(jī)5、動力電池6、電機(jī)控制器7、電機(jī)8、工作裝置泵/馬達(dá)9、工作裝置低壓蓄能器10、工作裝置高壓蓄能器11和工作裝置12組成，發(fā)電機(jī)5通過發(fā)電機(jī)離合器4與副分動箱20機(jī)械連接，發(fā)電機(jī)5、動力電池6、電機(jī)8和電機(jī)控制器7依次采用電氣連接，動力電池6和電機(jī)控制器7采用電氣連接，使電機(jī)控制器7可對動力電池6的開關(guān)和電機(jī)8的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制（包括轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速、運(yùn)行時間等參數(shù)的調(diào)節(jié)）；電機(jī)8與工作裝置泵/馬達(dá)9之間通過機(jī)械連接；工作裝置泵/馬達(dá)9的進(jìn)油口通過液壓管道連接工作裝置低壓蓄能器10一端，出油口連接工作裝置高壓蓄能器11一端，工作裝置兩端分別連接工作裝置低壓蓄能器10另一端和工作裝置高壓蓄能器11另一端。

本發(fā)明中，行走機(jī)構(gòu)動力系統(tǒng)為并聯(lián)式油液混合動力系統(tǒng)，工作裝置動力系統(tǒng)為串聯(lián)式油電液混合動力系統(tǒng)；

并聯(lián)式油液混合動力系統(tǒng)的功率流有兩條，第一條功率流為：發(fā)動機(jī)3依次將動力傳送給副分動箱20、主分動箱16、主減速器14、右驅(qū)動輪13和左驅(qū)動輪15，此過程與傳統(tǒng)車輛驅(qū)動一致，完全依靠燃油供能；第二條功率流為：行走驅(qū)動高壓蓄能器2的液壓能經(jīng)行走驅(qū)動泵/馬達(dá)18轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，驅(qū)動泵/馬達(dá)18將機(jī)械能依次傳送給主分動箱16、主減速器14、右驅(qū)動輪13和左驅(qū)動輪15，行走驅(qū)動高壓蓄能器內(nèi)的液壓能經(jīng)過液壓泵/馬達(dá)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，為工程機(jī)械行走機(jī)構(gòu)提供驅(qū)動力，并且這個過程是可逆的；在制動時，車輛動能經(jīng)過行走驅(qū)動泵/馬達(dá)18轉(zhuǎn)化為液壓能儲存在行走驅(qū)動高壓蓄能器2內(nèi)；第一條功率流和第二條功率流通過主分動箱16匯合，可根據(jù)不同工況需求，協(xié)同或單獨(dú)驅(qū)動工程機(jī)械運(yùn)動；

串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)為油電液混合模式，為工程機(jī)械的工裝置提供驅(qū)動力，其功率流為：動力電池6依次將能量提供給電機(jī)8、工作裝置泵/馬達(dá)9和工作裝置12；當(dāng)驅(qū)動功率不足時，工作裝置高壓蓄能器11輔助供能；該過程同樣可逆向進(jìn)行；即在工作裝置12處于卸載或制動狀態(tài)時，外負(fù)載機(jī)械能經(jīng)過工作裝置轉(zhuǎn)化為液壓能儲存在工作裝置高壓蓄能器11內(nèi)，以及轉(zhuǎn)化為電能儲存在動力電池6內(nèi);當(dāng)工程機(jī)械的發(fā)動機(jī)功率有富余時，發(fā)電機(jī)離合器4連接，發(fā)動機(jī)3帶動發(fā)電機(jī)8轉(zhuǎn)動，為動力電池6進(jìn)行充電。

本發(fā)明中，所述電機(jī)控制器7采用ARM單片機(jī)。

本發(fā)明中，所述工作裝置12可根據(jù)實(shí)際工況選用液壓馬達(dá)或液壓缸。

本發(fā)明中，所述工作裝置泵/馬達(dá)9、行走驅(qū)動泵/馬達(dá)18均為雙作用泵/馬達(dá)。

本發(fā)明中，所述電機(jī)8為電動機(jī)/發(fā)電機(jī)雙向電機(jī)。

相比現(xiàn)有的工程機(jī)械混合動力系統(tǒng)，本發(fā)明更加具有節(jié)能優(yōu)勢，具體體現(xiàn)在以下幾個方面：

1）行走機(jī)構(gòu)動力系統(tǒng)與工作裝置動力系統(tǒng)均為混合動力系統(tǒng)，能夠回收工程機(jī)械在工作和行走過程中的制動能量；

2）行走機(jī)構(gòu)動力系統(tǒng)為并聯(lián)式油液混合動力。高壓蓄能器吸收的車輛制動動能可以作為下一次車輛啟動和加速的輔助動力，使之快速加速。避免車輛在低速運(yùn)行時，發(fā)動機(jī)長期處于高油耗狀態(tài)；

3）工作裝置動力系統(tǒng)為串聯(lián)式油電液混合動力。具有液壓蓄能器和動力電池兩個動力源，可以提高輸出功率，且兩者都可以回收和儲存工作裝置制動產(chǎn)生的能量，兩者結(jié)合能夠充分發(fā)揮液壓驅(qū)動和電力驅(qū)動的優(yōu)勢；

4）車輛高速運(yùn)行過程中，發(fā)動機(jī)富余功率可通過分動箱給動力電池充電和蓄能器充液，使發(fā)動機(jī)功率得到充分利用。

附圖說明

圖1本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2純發(fā)動機(jī)行走驅(qū)動功率流；

圖3油液混合行走驅(qū)動功率流；

圖4電液混合工作裝置驅(qū)動功率流；

圖5發(fā)動機(jī)充液功率流；

圖6發(fā)動機(jī)充電功率流；

圖7行走制動能量回收功率流；

圖8工作裝置制動能量回收功率流；

圖中標(biāo)號：１為行走驅(qū)動低壓蓄能器、２為行走驅(qū)動高壓蓄能器、３為發(fā)動機(jī)、４為發(fā)電機(jī)離合器、５為發(fā)電機(jī)、６為動力電池、７為電機(jī)控制器、８為電機(jī)、９為工作裝置泵/馬達(dá)、10為工作裝置低壓蓄能器、11為工作裝置高壓蓄能器、12為工作裝置、13為右驅(qū)動輪、14為主減速器、15為左驅(qū)動輪、16為主分動箱、17為液壓行走驅(qū)動離合器、18為行走驅(qū)動泵/馬達(dá)、19為發(fā)動機(jī)離合器、20為副分動箱。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體的實(shí)施例對本發(fā)明提供的工程機(jī)械混聯(lián)動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖進(jìn)行詳細(xì)說明。

實(shí)施例１：如圖1所示，工程機(jī)械混聯(lián)動力系統(tǒng)包括行走機(jī)構(gòu)動力系統(tǒng)和工作裝置動力系統(tǒng)，行走機(jī)構(gòu)動力系統(tǒng)由行走驅(qū)動低壓蓄能器1、行走驅(qū)動高壓蓄能器2、發(fā)動機(jī)3、右驅(qū)動輪13、主減速器14、左驅(qū)動輪15、主分動箱16、液壓行走驅(qū)動離合器17、行走驅(qū)動泵/馬達(dá)18、發(fā)動機(jī)離合器19和副分動箱20組成；工作裝置動力系統(tǒng)由發(fā)電機(jī)離合器4、發(fā)電機(jī)5、動力電池6、電機(jī)控制器7、電機(jī)8、工作裝置泵/馬達(dá)9、工作裝置低壓蓄能器10、工作裝置高壓蓄能器11和工作裝置12組成。發(fā)動機(jī)3一方面通過副分動箱20和發(fā)電機(jī)離合器4實(shí)現(xiàn)與發(fā)電機(jī)5的機(jī)械連接。發(fā)電機(jī)5、動力電池6、電機(jī)8和電機(jī)控制器7之間采用電氣連接，電機(jī)控制器7可對動力電池6的開關(guān)和電機(jī)8的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制（包括轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速、運(yùn)行時間等參數(shù)的調(diào)節(jié)）。電機(jī)8與工作裝置泵/馬達(dá)9之間通過機(jī)械連接。工作裝置泵/馬達(dá)9的進(jìn)出油口通過液壓管道分別與工作裝置低壓蓄能器10和工作裝置高壓蓄能器11相連，并連接到工作裝置兩端；發(fā)動機(jī)3另一方面通過副分動箱20、發(fā)動機(jī)離合器19、主分動箱16以及液壓行走驅(qū)動離合器17實(shí)現(xiàn)與行走驅(qū)動泵/馬達(dá)18的機(jī)械連接。行走驅(qū)動泵/馬達(dá)18進(jìn)出油口通過液壓管道分別與行走驅(qū)動低壓蓄能器1和行走驅(qū)動高壓蓄能器2相連。主分動箱16、主減速器14、左驅(qū)動輪15和右驅(qū)動輪13之間采用機(jī)械連接，實(shí)現(xiàn)行走驅(qū)動力的傳輸。

所述電機(jī)控制器7采用ARM單片機(jī)。

所述工作裝置12可根據(jù)實(shí)際工況選用液壓馬達(dá)或液壓缸的形式。

所述工作裝置泵/馬達(dá)9、行走驅(qū)動泵/馬達(dá)18均為雙作用泵/馬達(dá)。

所述電機(jī)8為電動機(jī)/發(fā)電機(jī)雙向電機(jī)。

本實(shí)施例中所述混聯(lián)動力系統(tǒng)具有驅(qū)動模式、發(fā)動機(jī)供能模式和能量回收模式，具體如下所示：

一、驅(qū)動模式

1）純發(fā)動機(jī)行走驅(qū)動模式：發(fā)動機(jī)3工作，通過副分動箱20向外輸出動力。發(fā)電機(jī)離合器4斷開。液壓行走驅(qū)動離合器17斷開。發(fā)動機(jī)離合器19連接，發(fā)動機(jī)的動力通過主分動箱16、主減速器14傳遞到左驅(qū)動輪15和右驅(qū)動輪13。此時，發(fā)動機(jī)3的功率完全用于工程機(jī)械行走驅(qū)動，其功率流如圖2所示。

2）油液混合行走驅(qū)動模式：發(fā)動機(jī)3工作，通過副分動箱20向外輸出動力。發(fā)電機(jī)離合器4斷開。液壓行走驅(qū)動離合器17、發(fā)動機(jī)離合器19連接，行走驅(qū)動泵/馬達(dá)18切換為馬達(dá)模式。此時，高壓行走驅(qū)動蓄能器2向低壓行走驅(qū)動蓄能器1釋放的液壓能和發(fā)動機(jī)3產(chǎn)生的動力在主分動箱16處實(shí)現(xiàn)動力耦合，經(jīng)過主減速器14傳遞到左驅(qū)動輪15和右驅(qū)動輪13。其功率流如圖3所示。

3）電液混合工作裝置驅(qū)動模式：動力電池6向外提供電源，電機(jī)8在電機(jī)控制器7的控制下帶動工作裝置泵/馬達(dá)9在馬達(dá)模式下工作，同時工作裝置高壓蓄能器11中的油液流向工作裝置低壓蓄能器10，向外放能，共同驅(qū)動工作裝置12執(zhí)行動作。此時發(fā)電機(jī)離合器4斷開，發(fā)電機(jī)5不工作。其功率流如圖4所示。

二、發(fā)動機(jī)供能模式

4）發(fā)動機(jī)充液模式：發(fā)動機(jī)3工作，發(fā)電機(jī)離合器4斷開。液壓行走驅(qū)動離合器17、發(fā)動機(jī)離合器19連接，行走驅(qū)動泵/馬達(dá)18切換為泵模式。此時，發(fā)動機(jī)3通過副分動箱20向外輸出動力，經(jīng)過發(fā)動機(jī)離合器19、主分動箱16，一部分傳遞至主減速器14，驅(qū)動左驅(qū)動輪15和右驅(qū)動輪13轉(zhuǎn)動，一部分通過行走驅(qū)動泵/馬達(dá)18，使油液從低壓行走驅(qū)動蓄能器1充入高壓行走驅(qū)動蓄能器2以液壓能形式儲存，其功率流如圖5所示。

5）發(fā)動機(jī)充電模式：發(fā)動機(jī)3工作，通過副分動箱20向外輸出動力。發(fā)電機(jī)離合器4連接。發(fā)動機(jī)3的輸出功率帶動發(fā)電機(jī)5運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)控制器7控制動力電池6進(jìn)入充電狀態(tài)，電機(jī)8不工作，能量以電能形式儲存在動力電池6中，其功率流如圖6所示。

三、能量回收模式

6）行走制動能量回收模式：發(fā)動機(jī)3不工作，發(fā)動機(jī)離合器19斷開，副分動箱20無動力傳遞。行走驅(qū)動泵/馬達(dá)18為泵模式，液壓行走驅(qū)動離合器17連接，。此時，車輛行駛的動能由左驅(qū)動輪15和右驅(qū)動輪13經(jīng)過主減速器14、主分動箱16和液壓行走驅(qū)動離合器17傳遞至行走驅(qū)動泵/馬達(dá)18，使油液從低壓行走驅(qū)動蓄能器1向高壓行走驅(qū)動蓄能器2充液，車輛的行駛動能轉(zhuǎn)化為液壓能儲存，功率流如圖7所示。

7）工作裝置制動能量回收模式：發(fā)電機(jī)離合器4斷開，工作裝置泵/馬達(dá)9為馬達(dá)模式，工作裝置低壓蓄能器10釋放油液，外負(fù)載的動能和勢能一部分可轉(zhuǎn)化為液壓能儲存在工作裝置高壓蓄能器11中，另一部分可通過工作裝置泵/馬達(dá)9驅(qū)動電機(jī)8轉(zhuǎn)動，將其轉(zhuǎn)化為電能儲存在動力電池6中電機(jī)控制器此時控制動力電池6處于充電模式，其功率流如圖8所示。