一種液壓挖掘機混合動力系統及其液壓挖掘的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種液壓挖掘機混合動力系統及其挖掘機，所述挖掘機包含所述液壓挖掘機混合動力系統，包括：動力單元，復合蓄能單元，以及控制單元；其中，所述動力單元包含：與外部液壓系統連接的電動/發電機，與所述電動/發電機連接的發動機；所述復合蓄能單元包含：經第一整流逆變器連接至所述電動/發電機的蓄電器，與所述蓄電器連接的第二整流逆變器，與所述第二整流逆變器連接的飛輪，與所述第二整流逆變器連接的電機，將所述飛輪和所述電機耦合后連接至外部回轉平臺的減速機構。本發明提供的液壓挖掘機混合動力系統中，復合蓄能單元采用蓄電器和飛輪復合儲能的方式，功率密度大﹑使用壽命長，且具有安全、綠色、環保的特點。
【專利說明】一種液壓挖掘機混合動力系統及其液壓挖掘機
【技術領域】
[0001]本發明涉及工程機械，具體是涉及一種液壓挖掘機混合動力系統及其液壓挖掘機。
【背景技術】
[0002]具統計顯示，液壓挖掘機回轉機構回轉的能量消耗約占25%?40%，回轉液壓油路的發熱量約占液壓系統總發熱量的30%?40%。回轉制動時必然產生液壓沖擊和溢流發熱，給液壓元件的使用壽命和液壓系統的熱平衡帶來不利影響，如把這部分能量回收利用起來，即保護了系統和元件，又節約了能量。
[0003]目前液壓挖掘機涉及的能量回收通常采用油電混合動力系統或油液混合動力系統進行。在現有混合動力液壓挖掘機中，通常由發動機提供負載所需的平均功率，并由蓄電器或液壓系統用以平衡負載功率。
[0004]中國發明專利CN201020232332公開了一種挖掘機液壓混合動力裝置，如圖1所示，該挖掘機液壓混合動力裝置與挖掘機的液壓回轉馬達連接，其包括:相背聯結的變量泵101、變量泵102，以及單向閥103、換向閥104、換向閥107、蓄能器105、梭閥106、梭閥108，梭閥兩端連接回轉馬達的進出油口，變量泵101、變量泵102分別通過換向閥與兩個梭閥連接，蓄能器105與換向閥104連接，變量泵102通過單向閥103與蓄能器105連接。可有效吸收挖掘機回轉制動時的能量，并在挖掘機反向回轉時釋放出來，從而實現能量的回收利用。
[0005]但是，上述的挖掘機液壓混合動力裝置受當前制造工藝水平限制，普遍存在液壓油泄漏問題，另外，利用電液二次調節系統作為傳動方式，存在的問題是液壓泵/馬達出現振動噪聲。
【發明內容】
[0006]為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種具有復合蓄能單元的液壓挖掘機混合動力系統及其液壓挖掘機。
[0007]為了達到上述目的，本發明采用了以下技術方案:
[0008]一種液壓挖掘機混合動力系統，具有這樣的特征，包括:驅動外部液壓系統的動力單元；與動力單元連接的復合蓄能單元；以及控制動力單元和復合蓄能單元運行的控制單兀；其中，動力單兀包含:與外部液壓系統連接的電動/發電機，與電動/發電機連接的發動機；復合蓄能單元包含:經第一整流逆變器連接至電動/發電機的蓄電器，與蓄電器連接的第二整流逆變器，與第二整流逆變器連接的飛輪，與第二整流逆變器連接的電機，將飛輪和電機耦合后連接至外部回轉平臺的減速機構。
[0009]進一步地，在本發明提供的液壓挖掘機混合動力系統中，還可以具有這樣的特征:控制單元包含:與發動機連接的發動機控制器，與蓄電器連接的蓄電器管理模塊，與電動/發電機連接的第一電機控制器，與電機連接的第二電機控制器，與飛輪連接的飛輪控制器，以及主控制器；主控制器分別與發動機控制器、蓄電器管理模塊、第一電機控制器、第二電機控制器、以及飛輪控制器連接。
[0010]進一步地，在本發明提供的液壓挖掘機混合動力系統中，還可以具有這樣的特征:動力單元還包含:信號輸出端與主控制器連接的第一轉速傳感器，第一轉速傳感器用于檢測發動機的輸出端轉速。
[0011]進一步地，在本發明提供的液壓挖掘機混合動力系統中，還可以具有這樣的特征:復合蓄能單元還包含:信號輸出端與主控制器連接的第二轉速傳感器，第二轉速傳感器用于檢測減速機構的輸出端轉速。
[0012]進一步地，在本發明提供的液壓挖掘機混合動力系統中，還可以具有這樣的特征:主控制器為單片機。
[0013]進一步地，在本發明提供的液壓挖掘機混合動力系統中，還可以具有這樣的特征:飛輪由高強度的碳素纖維材料制成。
[0014]另外，在本發明還提供了一種液壓挖掘機，還可以具有這樣的特征:包括上述任意一項中的液壓挖掘機混合動力系統。
[0015]本發明在上述基礎上具有的積極效果是:
[0016]本發明提供的液壓挖掘機混合動力系統及其液壓挖掘機，復合蓄能單元采用蓄電器和飛輪復合儲能的方式，具有功率密度大、制造成本低，壽命長，控制簡單的優點，并且不存在液壓油泄漏和噪聲問題，具有安全、綠色、環保的特點。
[0017]另外，由于飛輪具有響應快，動態特性好的特點，在液壓挖掘機的回轉平臺進行轉動時，利用飛輪回收制動能，并將制動能轉換為飛輪的動能，在需要驅動回轉平臺回轉時，再將飛輪的動能轉換為回轉平臺的動能，從而往復循環，能量轉換效率高，同時，具有重量輕，體積小的優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]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:
[0019]圖1為【背景技術】中挖掘機液壓混合動力裝置的結構示意圖。
[0020]圖2為本發明的實施例中液壓挖掘機混合動力系統的結構示意圖。
[0021]其中，I為電動/發電機、2為發動機、3為第一整流逆變器、4為蓄電器、5為第二整流逆變器、6為飛輪、7為電機、8為減速機構、9為發動機控制器、10為蓄電器管理模塊、11為第一電機控制器、12為第二電機控制器、13為飛輪控制器、14為主控制器、15為第一轉速傳感器、16為第二轉速傳感器、30為外部液壓系統、40為外部回轉平臺。
【具體實施方式】
[0022]為了使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，以下實施例結合附圖對本發明提供的液壓挖掘機混合動力系統及其液壓挖掘機作具體闡述。
[0023]本實施例提供的液壓挖掘機包括如圖2所示液壓挖掘機混合動力系統。
[0024]本實施例提供的液壓挖掘機混合動力系統包括:動力單元,復合蓄能單元，以及控制單元。動力單元用于驅動外部液壓系統30，復合蓄能單元與動力單元連接，控制單元控制動力單元和復合蓄能單元運行。
[0025]動力單元包含:電動/發電機1，發動機2，以及第一轉速傳感器15。
[0026]電動/發電機I與外部液壓系統30連接,發動機2與電動/發電機I連接，第一轉速傳感器15用于檢測發動機2的輸出端轉速。在液壓挖掘機的挖掘和行走過程中，發動機2為液壓挖掘機提供工作所述的平均功率，電動/發電機I通過電動和發電兩種工作模式的切換平衡負載功率，起到“削峰填谷”的作用。
[0027]復合蓄能單元包含:蓄電器4，第二整流逆變器5，飛輪6，電機7，減速機構8，以及第二轉速傳感器16。
[0028]蓄電器4經第一整流逆變器3連接至電動/發電機I，第二整流逆變器5與蓄電器4連接。飛輪6也與第二整流逆變器5連接，同樣的，電機7與第二整流逆變器5連接，減速機構8將飛輪6和電機7耦合后連接至外部回轉平臺40，第二轉速傳感器16的信號輸出端與主控制器14連接,第二轉速傳感器16用于檢測減速機構8的輸出端轉速。
[0029]控制單元包含:與發動機2連接的發動機控制器9，與蓄電器4連接的蓄電器管理模塊10，與電動/發電機I連接的第一電機控制器11，與電機7連接的第二電機控制器12，與飛輪6連接的飛輪控制器13，以及主控制器14。
[0030]主控制器14為單片機，并且，主控制器14分別與發動機控制器9、蓄電器管理模塊10、第一電機控制器11、第二電機控制器12、以及飛輪控制器13連接。
[0031]第一轉速傳感器15的信號輸出端與主控制器14連接,主控制器14根據第一轉速傳感器15輸出的信號判斷外部液壓系統30處的挖掘負載與發動機2的輸出功率大小。
[0032]蓄電器4用于平衡液壓挖掘機的挖掘負載功率，即當外部液壓系統30處的挖掘負載大于發動機2的輸出功率時，電動/發電機I處于電動模式，此時，第一整流逆變器3將蓄電器4的直流電轉換成交流電驅動電動/發電機I，從而對外部液壓系統30進行聯合驅動；當外部液壓系統30處的挖掘負載小于發動機2的輸出功率時，電動/發電機I處于發電模式，此時，第一整流逆變器3將電動/發電機I產生的交流電轉換成直流電并儲存在蓄電器4中。
[0033]第二轉速傳感器16的信號輸出端與主控制器14連接，主控制器14根據第二轉速傳感器16輸出的信號判斷飛輪6的能量儲備。
[0034]飛輪用于驅動外部回轉平臺40的回轉和外部回轉平臺40的制動能量回收，即當需要驅動外部回轉平臺40回轉時，主控制器14根據外部回轉平臺40的負載大小和飛輪6轉速情況分配電機7和飛輪6的功率，使電機7和飛輪6共同驅動外部回轉平臺40回轉；當需要對外部回轉平臺40進行制動時，制動能經減速機構8驅動飛輪6旋轉，將外部回轉平臺40的制動能以飛輪6的動能形式儲存起來。
[0035]本實施例提供的液壓挖掘機混合動力系統及其液壓挖掘機，復合蓄能單元采用蓄電器和飛輪復合儲能的方式，具有功率密度大、制造成本低，壽命長，控制簡單的優點，并且不存在液壓油泄漏和噪聲問題，具有安全、綠色、環保的特點。
[0036]另外，由于飛輪具有響應快，動態特性好的特點，在液壓挖掘機的回轉平臺進行轉動時，利用飛輪回收制動能，并將制動能轉換為飛輪的動能，在需要驅動回轉平臺回轉時，再將飛輪的動能轉換為回轉平臺的動能，從而往復循環，能量轉換效率高，同時，具有重量輕、體積小、以及轉速高的優點。
[0037]以上對本發明的具體實施例進行了詳細描述，但其只是作為范例，本發明并不限制于以上描述的具體實施例。對于本領域技術人員而言，任何對本發明進行的等同修改和替代也都在本發明的范疇之中。因此，在不脫離本發明的精神和范圍下所作的均等變換和修改，都應涵蓋在本發明的范圍內。
【權利要求】
1.一種液壓挖掘機混合動力系統，其特征在于，包括: 驅動外部液壓系統(30)的動力單元； 與所述動力單元連接的復合蓄能單元； 控制所述動力單元和所述復合蓄能單元運行的控制單元； 其中，所述動力單元包含:與所述外部液壓系統(30)連接的電動/發電機(1)，與所述電動/發電機⑴連接的發動機⑵； 所述復合蓄能單元包含:經第一整流逆變器(3)連接至所述電動/發電機(I)的蓄電器(4)，與所述蓄電器(4)連接的第二整流逆變器(5)，與所述第二整流逆變器(5)連接的飛輪出)，與所述第二整流逆變器(5)連接的電機(7)，將所述飛輪(6)和所述電機(7)耦合后連接至外部回轉平臺(40)的減速機構(8)。
2.根據權利要求1所述的液壓挖掘機混合動力系統，其特征在于: 所述控制單元包含:與所述發動機(2)連接的發動機控制器(9)，與所述蓄電器(4)連接的蓄電器管理模塊(10)，與所述電動/發電機⑴連接的第一電機控制器(11)，與所述電機(7)連接的第二電機控制器(12)，與所述飛輪(6)連接的飛輪控制器(13)，以及主控制器(14)； 所述主控制器(14)分別與所述發動機控制器(9)、所述蓄電器管理模塊(10)、所述第一電機控制器(11)、所述第二電機控制器(12)、以及所述飛輪控制器(13)連接。
3.根據權利要求2所述的液壓挖掘機混合動力系統，其特征在于: 所述動力單元還包含:信號輸出端與所述主控制器(14)連接的第一轉速傳感器(15)，所述第一轉速傳感器(15)用于檢測所述發動機(2)的輸出端轉速。
4.根據權利要求2所述的液壓挖掘機混合動力系統，其特征在于: 所述復合蓄能單元還包含:信號輸出端與所述主控制器(14)連接的第二轉速傳感器(16)，所述第二轉速傳感器(16)用于檢測所述減速機構(8)的輸出端轉速。
5.根據權利要求1所述的液壓挖掘機混合動力系統，其特征在于: 所述主控制器(14)為單片機。
6.根據權利要求1所述的液壓挖掘機混合動力系統，其特征在于: 所述飛輪￠)由高強度的碳素纖維材料制成。
7.一種液壓挖掘機，其特征在于: 包括權利要求1至6中任意一項中所述的液壓挖掘機混合動力系統。
【文檔編號】E02F9/22GK104196079SQ201410359852
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月25日 優先權日:2014年7月25日
【發明者】王建明, 薛運鋒, 杜道佳 申請人:昆山三一數字科技有限公司