專利名稱：工程機械液壓馬達雙泵－馬達液壓驅(qū)動系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電液控制技術為特征的液壓控制系統(tǒng)，尤其是涉及一種工程機械液壓馬達雙泵—馬達液壓驅(qū)動系統(tǒng)。
背景技術：
近年來，隨著世界范圍內(nèi)工業(yè)技術的發(fā)展，能源短缺和環(huán)境污染問題日趨嚴重。工程機械多采用柴油機—液壓系統(tǒng)—多執(zhí)行器驅(qū)動方案，耗油高、排放差，其節(jié)能問題已受到業(yè)界的廣泛關注。馬達是工程機械中常用的執(zhí)行元件，目前在工程機械回轉(zhuǎn)馬達節(jié)能方面的研究主要體現(xiàn)在如下三個方面提高工作元件(柴油機和液壓元件)性能、改進液壓系統(tǒng)和改善柴油機—液壓系統(tǒng)—執(zhí)行器的功率匹配。在工作元件(包括柴油機、液壓泵、控制閥、油缸和液壓馬達等)方面，主要是通過改進結構和提高加工工藝來提高元件的工作效率，但由于技術已經(jīng)比較成熟，節(jié)能潛力有限，效果不很明顯。在功率匹配方面，主要是通過采用先進的控制技術，如負載自適應控制、分段功率控制、分工況控制、壓力切斷控制、轉(zhuǎn)速感應控制和自動怠速控制等，來提高能量的利用率。電子控制系統(tǒng)在液壓挖掘機領域也得到了越來越多的應用。這方面的進一步研究有助于提高系統(tǒng)的操作性和控制精度，而對系統(tǒng)節(jié)能效果的提高已不很顯著。在液壓系統(tǒng)方面，負載敏感、正負流量控制、恒功率控制等節(jié)能技術在液壓挖掘機系統(tǒng)中都得到了應用，并取得了一定的節(jié)能效果。但是進一步在這些方面取得進展已經(jīng)比較困難了。
以工程機械中用量最大的液壓挖掘機為例，正常工作過程中液壓系統(tǒng)的效率大約為13％～24％，其中，控制閥的效率只有40％。一般情況下，提高柴油機、泵、油缸和馬達的效率比較困難，除非有大的突破，否則單從元件上節(jié)能的空間不是很大；而在控制閥上的60％的損失方面具有較大的發(fā)掘潛力。
液壓馬達是工程機械中常用的液壓執(zhí)行元件，其工作特點在于正反轉(zhuǎn)換向頻繁、經(jīng)常承受負載荷、轉(zhuǎn)動慣量比較大、制動頻繁且制動能損失比較大，特別是卷揚馬達下放和制動時釋放的重力勢能尤為可觀，容易引起液壓油發(fā)熱、噪聲，甚至系統(tǒng)故障，降低系統(tǒng)壽命。
近年來提出的利用柴油機發(fā)電并利用電力驅(qū)動液壓系統(tǒng)的動力方案有利于改善柴油機的工作狀態(tài)，提高了系統(tǒng)的燃油利用率。同時，由于系統(tǒng)采用電機帶泵，這也為液壓系統(tǒng)的節(jié)能提供了一個新的研究方向。
發(fā)明內(nèi)容
為了降低液壓控制閥的節(jié)流損失，充分利用馬達回轉(zhuǎn)過程中釋放出來的重力勢能、慣性能和制動能，本發(fā)明的目的在于提供一種工程機械液壓馬達雙泵—馬達液壓驅(qū)動系統(tǒng)，利用液壓馬達對上述能量進行回收，即將原本消耗在節(jié)流閥口處的液壓能通過回收馬達轉(zhuǎn)換為機械能，再通過電動機的反工況運行發(fā)電，將電能回饋或儲存再利用。
為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如包括增速閥、補油系統(tǒng)、兩個泵—馬達、比例方向閥、液壓馬達、控制手柄、信號控制單元、變頻器和變頻電機；其相互連接關系如下1)變頻電機分別和排量相等的第一、第二泵—馬達同軸相聯(lián)；2)比例方向閥的P口分別與第一泵—馬達的排油口和增速閥的油口B口相連，比例方向閥的T口分別與第二泵—馬達吸油口、補油系統(tǒng)的第一單向閥的出油口和增速閥的油口A口相連，比例方向閥的A口和B口與液壓馬達的兩個油口A口和B口相連；3)增速閥的P口與第二泵—馬達的排油口相連，增速閥的T口分別與第一泵—馬達吸油口和補油系統(tǒng)的第二單向閥的出油口相連，增速閥的A口分別與第二泵—馬達的吸油口、補油系統(tǒng)的第一單向閥的出油口和比例方向閥的T口相連；4)與控制手柄相連的信號控制單元分別與變頻器、比例方向閥和增速閥(1)的控制信號接口電連接；變頻器與變頻電機電連接。
所述的信號控制單元是一臺帶有模數(shù)A/D和數(shù)模D/A信號轉(zhuǎn)換功能的工控機或單片機。
所述的補油系統(tǒng)包括溢流閥、油泵和兩個單向閥；溢流閥的一端分別與兩個單向閥的進油口和油泵的出油口相連，第一單向閥的出油口接第二泵—馬達的吸油口，第二單向閥的出油口接第一泵—馬達的吸油口。
本發(fā)明與背景技術相比，具有有益的效果是1、系統(tǒng)采用雙泵—馬達系統(tǒng)驅(qū)動，利用電動機的反工況發(fā)電，有效地回收液壓執(zhí)行元件的重力勢能、慣性能和制動能；2、變頻電機和兩泵—馬達的旋轉(zhuǎn)方向固定不變，當系統(tǒng)快速換向時，電機轉(zhuǎn)速可以不必下降到零就可以繼續(xù)下一項工作，從而提高了工作效率和系統(tǒng)元件的壽命，同時也對系統(tǒng)液壓油的清潔很有好處；3、兩泵—馬達在工作的過程中根據(jù)控制信號的大小既可以單獨工作，也可以并聯(lián)工作，充分發(fā)揮二者的潛能，降低了裝機功率，節(jié)約成本；4、電機轉(zhuǎn)速隨著控制信號成線性變化，比例方向閥的過流面積與控制信號成非線性變化當控制信號較小時，比例方向閥開口較小，可以配合泵控，實現(xiàn)閥控與泵控的相互結合；當控制信號升高到一定值后，比例方向閥的過流面積開始迅速升高到最大，系統(tǒng)轉(zhuǎn)為泵控，從不僅降低系統(tǒng)的節(jié)流損失，又可以盡可能地維持系統(tǒng)的操作性。
附圖是工程機械液壓馬達的雙泵—馬達驅(qū)動系統(tǒng)結構原理圖。
圖中1、增速閥，2、補油系統(tǒng)，3、泵—馬達，4、比例方向閥，5、液壓馬達，6、控制手柄，7、信號控制單元，8、變頻器，9、變頻電機，10、泵—馬達。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
本發(fā)明包括增速閥1、補油系統(tǒng)2、兩個泵—馬達3、10、比例方向閥4、液壓馬達5、控制手柄6、信號控制單元7、變頻器8和變頻電機9；其相互連接關系如下1)變頻電機9分別和排量相等的第一、第二泵—馬達3、10同軸相聯(lián)；2)比例方向閥4的P口分別與第—泵—馬達3的排油口和增速閥1的油口B口相連，比例方向閥4的T口分別與第二泵—馬達10吸油口、補油系統(tǒng)2的第一單向閥的出油口和增速閥1的油口A口相連，比例方向閥4的A口和B口與液壓馬達5的兩個油口A口和B口相連；3)增速閥1的P口與第二泵—馬達10的排油口相連，增速閥1的T口分別與第一泵—馬達3吸油口和補油系統(tǒng)2的第二單向閥的出油口相連，增速閥1的A口分別與第二泵—馬達10的吸油口、補油系統(tǒng)2的第一單向閥的出油口和比例方向閥4的T口相連；4)與控制手柄6相連的信號控制單元7分別與變頻器8、比例方向閥4和增速閥1的控制信號接口電連接；變頻器8與變頻電機9電連接。
所述的信號控制單元13是一臺帶有模數(shù)A/D和數(shù)模D/A信號轉(zhuǎn)換功能的工控機或單片機。
所述的補油系統(tǒng)2包括溢流閥、油泵和兩個單向閥；溢流閥的一端分別與兩個單向閥的進油口和油泵的出油口相連，第一單向閥的出油口接第二泵—馬達10的吸油口，第二單向閥的出油口接第一泵—馬達3的吸油口。
本發(fā)明的工作原理如下控制手柄6發(fā)出控制信號經(jīng)信號控制單元7的數(shù)據(jù)處理之后，向變頻器8發(fā)出控制指令，控制變頻電機9的轉(zhuǎn)速，即控制了泵—馬達3和10的流量，變頻電機9的旋轉(zhuǎn)方向固定不變；同時，向比例方向閥4發(fā)出控制信號，控制閥心的位移，即控制兩閥口的過流面積。當控制信號較小時，閥口的開度很小，此時系統(tǒng)處于節(jié)流調(diào)速狀態(tài)；當控制信號升高到某值以后，繼續(xù)升高控制信號則閥口會迅速開大，系統(tǒng)由節(jié)流調(diào)速轉(zhuǎn)變?yōu)樽冾l調(diào)速，從而減小了系統(tǒng)的節(jié)流損失。
當控制信號為正，比例方向閥4右行，泵—馬達3高壓油進入液壓馬達5的B口，推動液壓馬達正轉(zhuǎn)；液壓馬達的回油經(jīng)A口、比例方向閥4的A口和T口、泵—馬達10、增速閥1的P口和T口通向泵—馬達3的吸油口，實現(xiàn)閉式系統(tǒng)的工作回路。
如果變頻電機9轉(zhuǎn)速已經(jīng)達到最大，繼續(xù)增大控制信號，則增速閥1的閥心右行，泵—馬達10的排油口經(jīng)增速閥1的P口和B口通向泵—馬達3的排油口，實現(xiàn)兩泵—馬達3和10的并聯(lián)。
當液壓馬達5在外力作用下拖動回轉(zhuǎn)時，馬達工作在泵工況，所排出的高壓油推動泵—馬達10轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)速超過變頻電機9的同步轉(zhuǎn)速時，變頻電機9處于發(fā)電狀態(tài)，回收外力所做的功。發(fā)出的電能可以回饋或者儲存再利用。
制動時，控制信號經(jīng)變頻器8控制電機減速，液壓馬達5的回油推動泵—馬達10并帶動變頻電機9發(fā)電，實現(xiàn)慣性能和制動能的回收。繼續(xù)減小控制信號，比例方向閥4逐漸關小，系統(tǒng)轉(zhuǎn)為閥控，使液壓馬達準確可靠制動。
當控制信號為負，比例方向閥4左行，泵—馬達3高壓油比例方向閥4的P口和A口、與液壓馬達5的A口相連，驅(qū)動液壓馬達5反轉(zhuǎn)；液壓馬達5回油經(jīng)液壓馬達5的B口、比例方向閥4的B口和T口、泵—馬達10、增速閥1的P口和T口通向泵—馬達3的吸油口，實現(xiàn)閉式系統(tǒng)的工作回路。
如果變頻電機9轉(zhuǎn)速已經(jīng)達到最大，繼續(xù)增大控制信號，則增速閥1的閥心右行，泵—馬達10的排油口經(jīng)增速閥1的P口和B口通向泵—馬達3的排油口，實現(xiàn)兩泵—馬達3和10的并聯(lián)。
當液壓馬達5在外力作用下拖動回轉(zhuǎn)時，液壓馬達5工作在泵工況，所排出的高壓油推動泵—馬達10轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)速超過變頻電機9的同步轉(zhuǎn)速時，變頻電機9處于發(fā)電狀態(tài)，回收外力所做的功。發(fā)出的電能可以回饋或者儲存再利用。
同樣，制動時可以回收回轉(zhuǎn)慣性能和制動能。當變頻電機已達到速度極限時，為了獲得較大的回轉(zhuǎn)速度，增速閥1閥心左行，泵—馬達10的排油口經(jīng)增速閥1的P口和B口通向泵—馬達3的排油口，實現(xiàn)兩泵—馬達3和10的并聯(lián)。
權利要求
1.一種工程機械液壓馬達雙泵-馬達液壓驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于包括增速閥(1)、補油系統(tǒng)(2)、兩個泵—馬達(3、10)、比例方向閥(4)、液壓馬達(5)、控制手柄(6)、信號控制單元(7)、變頻器(8)和變頻電機(9)；其相互連接關系如下1)變頻電機(9)分別和排量相等的第一、第二泵—馬達(3、10)同軸相聯(lián)；2)比例方向閥(4)的P口分別與第一泵—馬達(3)的排油口和增速閥(1)的油口B口相連，比例方向閥(4)的T口分別與第二泵—馬達(10)吸油口、補油系統(tǒng)(2)的第一單向閥的出油口和增速閥(1)的油口A口相連，比例方向閥(4)的A口和B口與液壓馬達(5)的兩個油口A口和B口相連；3)增速閥(1)的P口與第二泵—馬達(10)的排油口相連，增速閥(1)的T口分別與第一泵—馬達(3)吸油口和補油系統(tǒng)(2)的第二單向閥的出油口相連，增速閥(1)的A口分別與第二泵—馬達(10)的吸油口、補油系統(tǒng)(2)的第一單向閥的出油口和比例方向閥(4)的T口相連；4)與控制手柄(6)相連的信號控制單元(7)分別與變頻器(8)、比例方向閥(4)和增速閥(1)的控制信號接口電連接；變頻器(8)與變頻電機(9)電連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種工程機械舉升油缸雙泵-馬達液壓驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于所述的信號控制單元(13)是一臺帶有模數(shù)A/D和數(shù)模D/A信號轉(zhuǎn)換功能的工控機或單片機。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種工程機械液壓馬達雙泵-馬達液壓驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于所述的補油系統(tǒng)(2)包括溢流閥、油泵和兩個單向閥；溢流閥的一端分別與兩個單向閥的進油口和油泵的出油口相連，第一單向閥的出油口接第二泵—馬達(10)的吸油口，第二單向閥的出油口接第一泵—馬達(3)的吸油口。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種工程機械液壓馬達的雙泵－馬達液壓驅(qū)動系統(tǒng)。系統(tǒng)中兩泵－馬達同軸相聯(lián)，變頻電機驅(qū)動液壓系統(tǒng)，并回收執(zhí)行機構工作過程中的慣性能、重力勢能以及制動能。比例方向閥控制執(zhí)行元件的換向，在低速小流量時起到閥控作用，同時還可以用來控制能量的回收。當系統(tǒng)所須的工作速度較大時，雙泵－馬達并聯(lián)工作，從而提高系統(tǒng)的工作速度，滿足工作需要。本發(fā)明克服了工程機械中閥控系統(tǒng)效率低下和泵控系統(tǒng)響應慢精度低的缺陷，綜合利用了閥控系統(tǒng)高響應高精度和泵控系統(tǒng)高效率的優(yōu)勢，采用了馬達能量回收提高了系統(tǒng)的效率，同時增速閥的采用使得系統(tǒng)在采用相對小型泵－馬達可以獲得較高的工作速度，降低了元件的成本。
文檔編號E02F9/22GK1664384SQ200510049370
公開日2005年9月7日 申請日期2005年3月15日 優(yōu)先權日2005年3月15日
發(fā)明者王慶豐, 張彥廷, 肖清, 付強 申請人:浙江大學