[发明专利]混合型挖掘机动臂驱动系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及混合型挖掘机动臂驱动系统及其控制方法，更详细而言，利用电动机驱动液压泵马达而使动臂工作，并利用电动机回收动臂的再生动力而提高燃料消耗费的混合型挖掘机动臂驱动系统及其控制方法。

背景技术

一般而言，挖掘机利用由发动机驱动的两个主泵及主控制阀而工作，该主控制阀将从两个主泵加压的工作油分配给动臂、小臂、铲斗缸及摇摆马达并进行回收，并且在内部构成有多个滑阀。

并且，挖掘机动臂驱动系统构成为：若利用主泵向动臂缸的液压缸盖侧供给工作油则动臂上升，若向液压缸的活塞杆侧供给工作油则动臂下降。动臂的上升及下降根据动臂操纵杆的操作方向而决定，动臂的上升及下降速度根据操纵杆的操作量而决定。

动臂在初期利用一个主泵向动臂缸供给工作油，在需要大油量的情况下，利用主控制阀从两个主泵供给工作油。

通常情况下，驱动动臂的液压系统其效率非常低，尤其利用一个主泵驱动动臂缸的低油量区间与使用两个主泵的大油量区间相比，能量转换效率非常低。即，在动臂上升时，一直到相当于主泵的最大供给油量的大约1/2的微细操作工作区间，在主控制阀产生很多流动损失，能量转换效率非常低。

并且，动臂上升时所供给的能量以动臂的位能形式被储存，并且预测动臂的能够再生的能量的量大致为供给能量的90%。但是，根据现有的挖掘机的液压系统，以动臂的位能形式储存的动臂的能够再生的大部分能量，在动臂下降时在主控制阀通过出口节流（Meter-out）控制而转换为热而被损失。

在通常的挖掘操作中，在用各驱动器通过油量分配而向动臂缸供给的油量的情况下，超过相对于主泵的最大油量的一定比率以上的情况不多，并且在动力方面使用全部的发动机最大动力的情况几乎不会发生。从而，为了对应瞬间上升的要求动力/再生动力及大油量而使用大容量的液压泵马达是效率低。

发明内容

技术课题

本发明是为解决上述现有技术的问题而提出的，提供一种混合型挖掘机动臂驱动系统及其控制方法，其虽然利用电动机但在进行挖掘机的主要使用用途的挖掘操作时能够使能量损失最小化，并确保动臂的工作性能，并且能够回收动臂的能够再生的能量。

并且，提供一种在动臂下降的情况下、在初期能够使动臂驱动系统稳定地动作的混合型挖掘机动臂驱动系统及其控制方法。

解决课题的手段

本发明的混合型挖掘机动臂驱动系统包括：作为马达或发电机工作的电动机；储存从上述电动机生产的电的超级电容器；由上述电动机驱动并向动臂供给工作油的液压泵马达；使上述液压泵马达的排出管路和流入管路选择性地与上述动臂的盖或活塞杆侧连接或切断的构成闭合回路的动臂控制阀；由发动机驱动并向铲斗、行使马达或小臂供给工作油的主泵；分别与上述排出管路和上述流入管路连接，并使上述排出管路与上述流入管路之间连接或切断的马达旁通阀；以及控制上述电动机、上述液压泵马达、上述动臂控制阀及上述马达旁通阀的控制部。

并且，本发明的特征在于，在上述动臂开始下降的情况下，上述控制部停止上述液压泵马达的工作，并转换上述马达旁通阀以使其连接上述排出管路与上述流入管路之间。

另外，本发明的特征在于，在上述动臂开始降之后从上述动臂的盖排出的油量为预先设定的值以上的情况下，上述控制部使上述液压泵马达工作，并转换上述马达旁通阀以使其切断上述排出管路与上述流入管路之间。

上述本发明的混合型挖掘机动臂驱动系统的控制方法包括：检测动臂操纵杆的操作量的步骤；判断根据上述动臂操纵杆的操作的动臂的下降与否的步骤；若上述动臂开始下降，则停止液压泵马达的工作，并转换马达旁通阀以使其连接排出管路与流入管路之间的步骤；判断从上述动臂的盖排出的油量是否为预先设定的值以上的步骤；以及在上述油量为预先设定的值以上的情况下，使上述液压泵马达工作，并转换上述马达旁通阀以使其切断上述排出管路与上述流入管路之间的步骤。

发明效果

如上所述的本发明的混合型挖掘机动臂驱动系统及其控制方法能够获得如下效果：在利用电动机进行作为挖掘机的主要使用用途的挖掘操作时，能够使能量损失最小化，确保动臂的工作性能，回收动臂的能够再生的能量。

并且，在动臂开始下降的初期，利用马达旁通阀连接排出管路与流入管路，以使流入管路的油量向排出管路供给，即使动臂缸的排出油量不充分也能稳定地驱动系统。

另外，在液压泵马达有可能不稳定地动作的动臂下降初期，以流入管路的油量向排出管路供给的方式进行控制，能够防止有可能发生于排出管路的气穴现象（Cavitation）。