[发明专利]挖掘机回转制动能量回收控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种挖掘机回转制动能量回收控制方法。

背景技术

随着能源短缺与环境污染的问题日趋严重，研究工程机械的节能减排与新能源开发成为各大生产厂家迫在眉睫的现实问题。而液压挖掘机由于数量多、耗油高、排放差，已成为人们关注的主要对象。

液压挖掘机由于其工作的高效性和可靠性被广泛应用于建筑施工行业，在其典型定点挖掘回转卸土工况下，一次挖掘工作循环中存在两次回转两次制动。其中回转动能全部转化为热能损失，同时引起液压油温升高，降低液压系统的使用寿命。若能将这部分能量进行有效回收并再利用，可提高挖掘机的能量利用率，从而降低能耗与排放，具有较高的经济价值和社会意义。

近些年来，国内外许多厂家对挖掘机的能量回收进行了不同程度和不同方法的研究。

在液压挖掘机回转制动能量回收方面，对上车平台运动状态判断上有采用基于回转马达进/出口压差来识别回转启动加速和减速制动过程的方法，但该方法需在回转马达制动口压力建立后才能判断，相较于上车平台实际回转运动状态存在一定滞后，将影响运动周期较短的回转制动工况的能量回收效果。同样，在通过电机发电来回收回转制动能量时，以往的方法是判断上车平台回转处于制动状态后系统才发出指令启动电机工作，并未考虑电机由静止状态转为发电工作状态的过程（转速从零提升到高效工作转速区域），与回转制动实际状态的滞后也大大降低了能量回收效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高效的挖掘机回转制动能量回收控制方法，在挖掘机上车回转平台回转工况下，该方法能最大化高效回收回转制动能量并转化为电能进行储存，可以降低动力系统的能量损失，提高了能量回收效率，实现挖掘机节能减排的目的。

一种挖掘机回转制动能量回收控制方法，采用挖掘机能量回收系统，所述挖掘机能量回收系统包括发动机1、液压泵3、多路阀4、臂油缸8、回转马达5和整机控制器14，驱动电机2与所述的液压泵3传动连接；所述的动臂油缸8的无杆腔油口与所述的多路阀之间设有第一电磁换向阀9，所述的第一电磁换向阀9出口连接回收液压马达11的入口；所述的回收液压马达11与具有发电功能的回收电机10传动连接，所述的驱动电机2和所述的具有发电功能的回收电机10通过电机控制器12与电储能元件13电相连，所述回转马达5的进油口与出油口之间并联有单向阀6，单向阀6后连接第一电磁阀7，第一电磁阀7与回收液压马达11油路相连；所述的回转马达5并联有单向阀6；

控制方法包括以下步骤：

步骤1：设定电储能元件正常工作时电荷状态SOC的上限SOC_max与下限SOC_min；；

步骤2：挖掘机上车回转平台进入回转工况，检测电储能元件SOC值，当SOC<SOC_max时，进入步骤3；否则，重复步骤2；

步骤3：利用整机控制器14通过压力传感器采集回转先导手柄输出的先导压力，当回转先导手柄输出的先导压力在设定的ΔT时间内呈递增变化时，启动具有发电功能的电机10，并使具有发电功能的回收电机10的转速稳定在设定的第一转速，进入步骤4，否则，返回步骤2；

步骤4：当回转先导手柄输出的先导压力在设定的ΔT时间内呈递减变化时，第一电磁换向阀9开启，挖掘机能量回收系统开始进行能量回收，进入步骤5，否则，重复步骤4；

步骤5：整车控制器发出指令由电机控制器向具有发电功能的回收电机10施加方向转矩信号，通过与回收电机同轴相联的回收马达作用于回转马达，完成上车回转平台制动，同时具有发电功能的回收电机10向电储能元件充电，完成发电储存的回转制动能量回收，返回步骤2。

所述电储能元件正常工作时电荷状态SOC的上限SOC_max与下限SOC_min分别为0.4和0.8。

用于判断回转先导手柄输出的先导压力在设定的时间ΔT变化情况的时间ΔT为10ms-20ms。

所述电储能元件为超级电容。

所述步骤5中整车控制器发出指令由电机控制器向具有发电功能的回收电机10施加方向转矩信号T_m是按照以下公式进行计算获得：