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CN108560632B - 一种电液混合驱动的装载机 - Google Patents

一种电液混合驱动的装载机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电液混合驱动的装载机，该电液混合驱动的装载机采用电液机械缸或液压机械缸替换现有的液压缸，采用液电混合驱动的方式，不需要改变装载机的机械结构，具有控制精确、能量利用率高，且可适用于不同吨位机型等优点。

Description

一种电液混合驱动的装载机
技术领域
本发明涉及工程机械领域，特别是一种电液混合驱动的装载机。
背景技术
装载机作为一种应用广泛的工程机械，具有作业速度快、机动性能好、操作简单等优点，主要用于土壤、砂石等散状物料的铲装、运输。传统的装载机驱动系统主要依靠液压泵集中供油，通过控制液压阀来调节各液压缸的速度和压力，进而驱动工作装置完成相应的动作，存在较大的节流损失，且在工作装置下降时存在较大的能量浪费，另外，目前阀控液压缸系统要想获得的较高的控制精度，势必会增加控制系统的复杂性。
为了解决这一问题，专利CN 104632778A公开了一种方法：采用装载机动臂智能液压缸，活塞杆在运动过程中带动安装在活塞杆内部的磁环在波导管上移动，产生信号经线路反馈到控制器上，通过液压系统控制流入缸筒内的液压油，达到控制活塞杆运动速度的目的。此方法增加了液压缸结构的复杂程度，提高了成本；专利CN 103225321公开了一种方法，采用添加蓄能器来回收动臂的动势能，但蓄能器的功率密度比较低，而且占用空间大，不便安装，在重量大时效果不明显，容易造成结构疲劳。
发明内容
针对现有装载机驱动存在的不足，本发明提出了一种电液混合驱动的装载机，该电液混合驱动的装载机采用电液机械缸或液压机械缸替换现有的液压缸，采用液电混合驱动的方式，不需要改变装载机的机械结构，具有控制精确、能量利用率高，且可适用于不同吨位机型等优点。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种电液混合驱动的装载机，包括车架(30)、车轮(31)、操控系统(32)、动臂(33)、铲斗(35)、两个行走马达(17)和第Ⅰ液压驱动回路(1)；其中，车轮由行走马达驱动；
还包括3个电液机械缸(15)，电液机械缸又包括第Ⅰ伺服电机(18)、第Ⅰ变量泵/马达(19)、第Ⅰ传动箱(20)和第Ⅰ丝杠(21)，第Ⅰ伺服电机的输出端与第Ⅰ变量泵/马达的输入端串联在一起，第Ⅰ变量泵/马达的输出轴与第Ⅰ传动箱机械连接，第Ⅰ丝杠和第Ⅰ传动箱机械连接；动臂由2个电液机械缸驱动，铲斗由1个电液机械缸驱动；
所述的第Ⅰ液压驱动回路(1)包括动力源(3)、恒压变量泵(4)、第Ⅰ过滤器(5)、油箱(6)、第Ⅰ溢流阀(7)、第Ⅰ单向阀(8)、压力切换阀(9)、第Ⅱ溢流阀(10)、第Ⅰ蓄能器(11)、第Ⅱ蓄能器(12)、第Ⅲ溢流阀(13)、压力传感器(14)、高压管路(28)和低压管路(29)；
动力源与恒压变量泵机械连接，恒压变量泵的吸油口P通过第Ⅰ过滤器与油箱联通，恒压变量泵的出油口P同时与第Ⅰ单向阀的进油口和第Ⅰ溢流阀的进油口相连，第Ⅰ溢流阀的出油口和油箱连通，第Ⅰ单向阀的出油口同时与压力切换阀的C口、压力传感器的压力端和高压油路相连，第Ⅱ溢流阀的出油口和油箱相连；所述的电液机械缸和行走马达并联在高压油路和低压油路之间，电液机械缸的第Ⅰ工作口A与高压油路相连，电液机械缸的第Ⅱ工作口T1与低压油路相连，最后与油箱连通；
所述的压力切换阀的第Ⅰ工作油口C与高压管路连通，第Ⅱ工作油口D与第Ⅰ蓄能器的出油口、第Ⅱ溢流阀的进油口连通，第Ⅲ工作油口E与第Ⅱ蓄能器的出油口、第Ⅲ溢流阀的进油口连通，第Ⅱ溢流阀、第Ⅲ溢流阀的出油口分别与油箱连通。
一种电液混合驱动的装载机，包括车架(30)、车轮(31)、操控系统(32)、动臂(33)、铲斗(35)、两个行走马达(17)和第Ⅱ液压驱动回路(2)；其中，车轮由行走马达驱动；
还包括3个液压机械缸(16)，液压机械缸又包括第Ⅱ变量泵/马达(22)、第Ⅱ传动箱(23)和第Ⅱ丝杠(24)，第Ⅱ变量泵/马达的输出端与第Ⅱ传动箱的输入端串联，第Ⅱ丝杠和第Ⅱ传动箱机械连接；动臂由2个液压机械缸驱动，铲斗由1个液压机械缸驱动；
所述的第Ⅱ液压驱动回路(2)包括动力源(3)、恒压变量泵(4)、第Ⅰ过滤器(5)、油箱(6)、第Ⅰ溢流阀(7)、第Ⅰ单向阀(8)、第Ⅱ溢流阀(10)、第Ⅰ蓄能器(11)、压力传感器(14)、高压管路(28)和低压管路(29)；
动力源与恒压变量泵机械连接，恒压变量泵的吸油口通过第Ⅰ过滤器与油箱联通，恒压变量泵的出油口P同时与第Ⅰ单向阀的进油口和第Ⅰ溢流阀的进油口相连，第Ⅰ溢流阀的出油口和油箱连通，第Ⅰ单向阀的出油口同时与第Ⅱ溢流阀的进油口、第Ⅰ液压蓄能器的进油口、压力传感器的压力端和高压油路相连通，第Ⅱ溢流阀的出油口和油箱相连；所述的液压机械缸和行走马达并联在高压油路和低压油路之间，上述液压机械缸的第Ⅰ工作口B与高压油路相连，液压机械缸的第Ⅱ工作口T2与低压油路相连。
所述的第Ⅰ蓄能器或第Ⅱ蓄能器是一个液压蓄能器，或是两个以上的液压蓄能器构成的液压蓄能器组。
所述的第Ⅰ伺服电机为交流异步电机、开关磁阻电动机或直流电机。
所述的电液机械缸的第Ⅰ伺服电机和第Ⅰ变量泵/马达机械联接。
所述的传动箱为齿轮传动箱或带传动箱。
所述的电液机械缸和液压机械缸采用滚柱丝杠、滚珠丝杠或梯形丝杠中的任意一种形式传动。
本发明的一种电液混合驱动的装载机与现有技术相比，具有以下优点：
(1)本发明采用恒压变量泵和蓄能器构成恒压网络，并且采用电液机械缸代替原有液压缸，可有效的回收装载机动臂往复上升下降和铲斗轻铲卸载的动势能，并在其上升和加速阶段辅助驱动，同时释放能量，提高能量利用率。
(2)本发明将二次调节回路和电缸的优点结合起来，通过控制变量泵/马达的摆角可以实现转速和转矩的控制，相对于阀控系统，消除阀控节流损失，并且将直线运动的控制转换为液压泵/马达的旋转运动控制。
(3)本发明中的电液机械缸，即保留了电缸的优点，可以实现精确控制，并且适合用在重载场合，具备保护功能；若将电机去掉，将液压马达与丝杠机械连接，并不会影响其工作性能，更可以节省空间，提高其功重比，实现旋转运动到直线运动的转换。
附图说明
图1是本发明装载机的结构图；
图2是本发明电液机械缸的结构图；
图3是本发明液压机械缸的结构图；
图4是本发明采用电液机械缸的电液混合驱动装载机的原理图；
图5是本发明采用液压机械缸的电液混合驱动装载机的原理图；
图6是本发明实施例1的原理图；
图7是本发明实施例2的原理图。
图中，1-第Ⅰ液压驱动回路，2-第Ⅱ液压驱动回路，3-动力源，4-恒压变量泵，5-第Ⅰ过滤器，6-油箱，7-第Ⅰ溢流阀，8-第Ⅰ单向阀，9-压力切换阀，10-第Ⅱ溢流阀，11-第Ⅰ蓄能器，12-第Ⅱ蓄能器，13-第Ⅲ溢流阀，14-压力传感器，15-电液机械缸，16-液压机械缸，17-行走马达，18-第Ⅰ伺服电机，19-第Ⅰ变量泵/马达，20-第Ⅰ传动箱，21-第Ⅰ丝杠，22-第Ⅱ变量泵/马达，23-第Ⅱ传动箱，24-第Ⅱ丝杠，25-第Ⅱ单向阀，26-第Ⅱ过滤器，27-第Ⅲ单向阀，28-高压油路，29-低压油路，30-车架，31-车轮，32-操控系统，33-动臂，34-摇臂，35-铲斗。
具体实施方式
如图1所示，一种电液混合驱动的装载机，包括车架30、车轮31、操控系统32、动臂33、铲斗35、两个行走马达17和第Ⅰ液压驱动回路1；其中，车轮由行走马达驱动。
还包括3个电液机械缸15，如图2所示，电液机械缸又包括第Ⅰ伺服电机18、第Ⅰ变量泵/马达19、第Ⅰ传动箱20和第Ⅰ丝杠21，第Ⅰ伺服电机的输出端与第Ⅰ变量泵/马达的输入端串联在一起，第Ⅰ变量泵/马达的输出轴与第Ⅰ传动箱机械连接，第Ⅰ丝杠和第Ⅰ传动箱机械连接；动臂由2个电液机械缸驱动，铲斗由1个电液机械缸驱动。
如图4所示，所述的第Ⅰ液压驱动回路1包括动力源3、恒压变量泵4、第Ⅰ过滤器5、油箱6、第Ⅰ溢流阀7、第Ⅰ单向阀8、压力切换阀9、第Ⅱ溢流阀10、第Ⅰ蓄能器11、第Ⅱ蓄能器12，第Ⅲ溢流阀13、压力传感器14、高压管路28和低压管路29。
动力源与恒压变量泵机械连接，恒压变量泵的吸油口P通过第Ⅰ过滤器与油箱联通，恒压变量泵的出油口P同时与第Ⅰ单向阀的进油口和第Ⅰ溢流阀的进油口相连，第Ⅰ溢流阀的出油口和油箱连通，第Ⅰ单向阀的出油口同时与压力切换阀的C口、压力传感器的压力端和高压油路相连，第Ⅱ溢流阀的出油口和油箱相连；所述的电液机械缸和行走马达并联在高压油路和低压油路之间，电液机械缸的第Ⅰ工作口A与高压油路相连，电液机械缸的第Ⅱ工作口T1与低压油路相连，最后与油箱连通。
所述的压力切换阀的第Ⅰ工作油口C与高压管路连通，第Ⅱ工作油口D与第Ⅰ蓄能器的出油口、第Ⅱ溢流阀的进油口连通，第Ⅲ工作油口E与第Ⅱ蓄能器的出油口、第Ⅲ溢流阀的进油口连通，第Ⅱ溢流阀、第Ⅲ溢流阀的出油口分别与油箱连通。
如图1所示，一种电液混合驱动的装载机，包括车架30、车轮31、操控系统32、动臂33、铲斗35、两个行走马达17和第Ⅱ液压驱动回路2；其中，车轮由行走马达驱动。
如图3所示，还包括3个液压机械缸16，液压机械缸又包括第Ⅱ变量泵/马达22、第Ⅱ传动箱23和第Ⅱ丝杠24，第Ⅱ变量泵/马达的输出端与第Ⅱ传动箱的输入端串联，第Ⅱ丝杠和第Ⅱ传动箱机械连接；动臂由2个液压机械缸驱动，铲斗由1个液压机械缸驱动。
如图5所示，所述的第Ⅱ液压驱动回路2包括动力源3、恒压变量泵4、第Ⅰ过滤器5、油箱6、第Ⅰ溢流阀7、第Ⅰ单向阀8、第Ⅱ溢流阀10、第Ⅰ蓄能器11、压力传感器14、高压管路28和低压管路29。
动力源与恒压变量泵机械连接，恒压变量泵的吸油口通过第Ⅰ过滤器与油箱联通，恒压变量泵的出油口P同时与第Ⅰ单向阀的进油口和第Ⅰ溢流阀的进油口相连，第Ⅰ溢流阀的出油口和油箱连通，第Ⅰ单向阀的出油口同时与第Ⅱ溢流阀的进油口、第Ⅰ液压蓄能器的进油口、压力传感器的压力端和高压油路相连通，第Ⅱ溢流阀的出油口和油箱相连；所述的液压机械缸和行走马达并联在高压油路和低压油路之间，上述液压机械缸的第Ⅰ工作口B与高压油路相连，液压机械缸的第Ⅱ工作口T2与低压油路相连。
所述的第Ⅰ蓄能器或第Ⅱ蓄能器是一个液压蓄能器，或是两个以上的液压蓄能器构成的液压蓄能器组。
所述的第Ⅰ伺服电机为交流异步电机、开关磁阻电动机或直流电机。
所述的电液机械缸的第Ⅰ伺服电机和第Ⅰ变量泵/马达机械联接。
所述的传动箱为齿轮传动箱或带传动箱。
所述的电液机械缸采用滚柱丝杠、滚珠丝杠或梯形丝杠中的任意一种形式传动。
实施例1
如图1所示，一种电液混合驱动的装载机，包括车架30、车轮31、操控系统32、动臂33、铲斗35、两个行走马达17和第Ⅰ液压驱动回路1；其中，车轮由行走马达驱动。
还包括3个液压机械缸16，如图3所示，液压机械缸又包括第Ⅱ变量泵/马达22、第Ⅱ传动箱23和第Ⅱ丝杠24，第Ⅱ变量泵/马达的输出端与第Ⅱ传动箱的输入端串联，第Ⅱ丝杠和第Ⅱ传动箱机械连接；动臂由2个液压机械缸驱动，铲斗由1个液压机械缸驱动。
如图6所示，所述的第Ⅰ液压驱动回路1包括动力源3、恒压变量泵4、第Ⅰ过滤器5、油箱6、第Ⅰ溢流阀7、第Ⅰ单向阀8、压力切换阀9、第Ⅱ溢流阀10、第Ⅰ蓄能器11、第Ⅱ蓄能器12，第Ⅲ溢流阀13、压力传感器14、高压管路28和低压管路29。
动力源与恒压变量泵机械连接，恒压变量泵的吸油口P通过第Ⅰ过滤器与油箱联通，恒压变量泵的出油口P同时与第Ⅰ单向阀的进油口和第Ⅰ溢流阀的进油口相连，第Ⅰ溢流阀的出油口和油箱连通，第Ⅰ单向阀的出油口同时与压力切换阀的C口、压力传感器的压力端和高压油路相连，第Ⅱ溢流阀的出油口和油箱相连；所述的液压机械缸和行走马达并联在高压油路和低压油路之间，液压机械缸的第Ⅰ工作口B与高压油路相连，液压机械缸的第Ⅱ工作口T2与低压油路相连，最后与油箱连通。
所述的压力切换阀的第Ⅰ工作油口C与高压管路连通，第Ⅱ工作油口D与第Ⅰ蓄能器的出油口、第Ⅱ溢流阀的进油口连通，第Ⅲ工作油口E与第Ⅱ蓄能器的出油口、第Ⅲ溢流阀的进油口连通，第Ⅱ溢流阀、第Ⅲ溢流阀的出油口分别与油箱连通。
实施例2
如图1所示，一种电液混合驱动的装载机，包括车架30、车轮31、操控系统32、动臂33、铲斗35、两个行走马达17和第Ⅱ液压驱动回路2；其中，车轮由行走马达驱动。
还包括3个电液机械缸15，如图2所示，电液机械缸又包括第Ⅰ变量泵/马达19、第Ⅰ伺服电机18、第Ⅰ传动箱20和第Ⅰ丝杠21，第Ⅰ伺服电机的输出端与第Ⅰ变量泵/马达的输入端串联在一起，第Ⅰ变量泵/马达的输出轴与第Ⅰ传动箱机械连接，第Ⅰ丝杠和第Ⅰ传动箱机械连接；动臂由2个电液机械缸驱动，铲斗由1个电液机械缸驱动。
如图7所示，所述的第Ⅱ液压驱动回路2包括动力源3、恒压变量泵4、第Ⅰ过滤器5、油箱6、第Ⅰ溢流阀7、第Ⅰ单向阀8、第Ⅱ溢流阀10、第Ⅰ蓄能器11、压力传感器14、高压管路28和低压管路29。
动力源与恒压变量泵机械连接，恒压变量泵的吸油口通过第Ⅰ过滤器与油箱联通，恒压变量泵的出油口P同时与第Ⅰ单向阀的进油口和第Ⅰ溢流阀的进油口相连，第Ⅰ溢流阀的出油口和油箱连通，第Ⅰ单向阀的出油口同时与第Ⅱ溢流阀的进油口、第Ⅰ液压蓄能器的进油口、压力传感器的压力端和高压油路相连通，第Ⅱ溢流阀的出油口和油箱相连；所述的电液机械缸和行走马达并联在高压油路和低压油路之间，上述电液机械缸的第Ⅰ工作口A与高压油路相连，电液机械缸的第Ⅱ工作口T1与低压油路相连。

Claims (7)

1.一种电液混合驱动的装载机，包括车架(30)、车轮(31)、操控系统(32)、动臂(33)、铲斗(35)、两个行走马达(17)和第Ⅰ液压驱动回路(1)；其中，车轮由行走马达驱动；
还包括3个电液机械缸(15)，电液机械缸又包括第Ⅰ伺服电机(18)、第Ⅰ变量泵/马达(19)、第Ⅰ传动箱(20)和第Ⅰ丝杠(21)，第Ⅰ伺服电机的输出端与第Ⅰ变量泵/马达的输入端串联在一起，第Ⅰ变量泵/马达的输出轴与第Ⅰ传动箱机械连接，第Ⅰ丝杠和第Ⅰ传动箱机械连接；动臂由2个电液机械缸驱动，铲斗由1个电液机械缸驱动；
所述的第Ⅰ液压驱动回路(1)包括动力源(3)、恒压变量泵(4)、第Ⅰ过滤器(5)、油箱(6)、第Ⅰ溢流阀(7)、第Ⅰ单向阀(8)、压力切换阀(9)、第Ⅱ溢流阀(10)、第Ⅰ蓄能器(11)、第Ⅱ蓄能器(12)、第Ⅲ溢流阀(13)、压力传感器(14)、高压管路(28)和低压管路(29)；
动力源与恒压变量泵机械连接，恒压变量泵的吸油口P通过第Ⅰ过滤器与油箱联通，恒压变量泵的出油口P同时与第Ⅰ单向阀的进油口和第Ⅰ溢流阀的进油口相连，第Ⅰ溢流阀的出油口和油箱连通，第Ⅰ单向阀的出油口同时与压力切换阀的C口、压力传感器的压力端和高压油路相连，第Ⅱ溢流阀的出油口和油箱相连；所述的电液机械缸和行走马达并联在高压油路和低压油路之间，电液机械缸的第Ⅰ工作口A与高压油路相连，电液机械缸的第Ⅱ工作口T1与低压油路相连，最后与油箱连通；
所述的压力切换阀的第Ⅰ工作油口C与高压管路连通，第Ⅱ工作油口D与第Ⅰ蓄能器的出油口、第Ⅱ溢流阀的进油口连通，第Ⅲ工作油口E与第Ⅱ蓄能器的出油口、第Ⅲ溢流阀的进油口连通，第Ⅱ溢流阀、第Ⅲ溢流阀的出油口分别与油箱连通。
2.一种电液混合驱动的装载机，包括车架(30)、车轮(31)、操控系统(32)、动臂(33)、铲斗(35)、两个行走马达(17)和第Ⅱ液压驱动回路(2)；其中，车轮由行走马达驱动；其特征在于：
还包括3个液压机械缸(16)，液压机械缸又包括第Ⅱ变量泵/马达(22)、第Ⅱ传动箱(23)和第Ⅱ丝杠(24)，第Ⅱ变量泵/马达的输出端与第Ⅱ传动箱的输入端串联，第Ⅱ丝杠和第Ⅱ传动箱机械连接；动臂由2个液压机械缸驱动，铲斗由1个液压机械缸驱动；
所述的第Ⅱ液压驱动回路(2)，包括动力源(3)、恒压变量泵(4)、第Ⅰ过滤器(5)、油箱(6)、第Ⅰ溢流阀(7)、第Ⅰ单向阀(8)、第Ⅱ溢流阀(10)、第Ⅰ蓄能器(11)、压力传感器(14)、高压管路(28)和低压管路(29)；
动力源与恒压变量泵机械连接，恒压变量泵的吸油口通过第Ⅰ过滤器与油箱联通，恒压变量泵的出油口P同时与第Ⅰ单向阀的进油口和第Ⅰ溢流阀的进油口相连，第Ⅰ溢流阀的出油口和油箱连通，第Ⅰ单向阀的出油口同时与第Ⅱ溢流阀的进油口、第Ⅰ液压蓄能器的进油口、压力传感器的压力端和高压油路相连通，第Ⅱ溢流阀的出油口和油箱相连；所述的液压机械缸和行走马达并联在高压油路和低压油路之间，上述液压机械缸的第Ⅰ工作口B与高压油路相连，液压机械缸的第Ⅱ工作口T2与低压油路相连。
3.根据权利要求1或2所述的一种电液混合驱动的装载机，其特征在于：所述的第Ⅰ蓄能器或第Ⅱ蓄能器是一个液压蓄能器，或是两个以上的液压蓄能器构成的液压蓄能器组。
4.根据权利要求1或2所述的一种电液混合驱动的装载机，其特征在于：所述第Ⅰ伺服电机为交流异步电机、开关磁阻电动机或直流电机。
5.根据权利要求1或2所述的一种电液混合驱动的装载机，其特征在于：所述电液机械缸的第Ⅰ伺服电机和第Ⅰ变量泵/马达机械联接。
6.根据权利要求1或2所述的一种电液混合驱动的装载机，其特征在于：所述的传动箱为齿轮传动箱或带传动箱。
7.根据权利要求1或2所述的一种电液混合驱动的装载机，其特征在于：所述的电液机械缸采用滚柱丝杠、滚珠丝杠或梯形丝杠中的任意一种形式传动。
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CN103362171A (zh) * 2013-07-29 2013-10-23 哈尔滨工业大学 切换控制的液压混合动力挖掘机液压系统
CN104831775A (zh) * 2015-05-14 2015-08-12 上海理工大学 一种带发动机启停功能的采用主动调压式压力共轨的挖掘机液压系统
JP2015190518A (ja) * 2014-03-27 2015-11-02 日立建機株式会社 定圧力制御液圧駆動装置

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