[发明专利]一种工程机械快速响应动力系统

说明书

技术领域

本发明属于工程机械动力控制系统技术领域，适用于包括挖掘机、铲车、装载车这些以电网或电池电能为动力的工程机械。

背景技术

工程机械是用于工程建设的施工机械的总称。广泛用于建筑、水利、电力、道路、矿山、港口和国防等工程领域，种类繁多。长期以来工程机械大部分发动机为大功率柴油发动机。

传统的动力方式柴油发动机由于其额定功率较高，不仅有较为昂贵的成本，并且大量柴油的消耗对环境造成了一定的污染。最近几年混合动力工程机械得到迅速发展，但混合动力工程机械的柴油发动机与电动机的切换不流畅，并且电动机的使用受到很大程度的限制。最重要的是大部分工程机械采用恒定功率的交流异步电机额定功率偏高并且没有制动功能，该交流异步电机转速虽然能通过变频器调节，但由于电机启动与制动、加速与减速时[xw2]转动惯量大，电机本身又不存在制动装置，从而导致该电机所带动的液压泵对启动制动或负载变化的响应非常缓慢，造成动力系统大量的功率损失与操作动作的延迟。

以清洁能源为动力、降低该动力系统提供的额定工作功率、提高该动力系统的效率以及提高工程机械动力系统响应的速度是当前工程机械研究的一个方向。

以一种电动液压挖掘机械为例。液压挖掘机是一种多功能工程机械，被广泛应用于水利工程，交通运输，电力工程和矿山采掘等机械施工中，它在减轻繁重的体力劳动，保证工程质量，加快建设速度以及提高劳动生产率方面起着十分重要的作用。

传统液压挖掘机械动力系统提供的额定功率高，并且液压挖掘机械能量利用率较低，该电动液压挖掘机将交流同步电动机作为动力的唯一来源，该同步电机外接变频器，由变频器根据负载的大小及变化调节电机的转速与功率，最终达到电动机转速与动力液压泵油量的合理匹配。但当该电动液压挖掘机在启动、制动或加减速时，由于该电动机缺少制动系统从而在这个过程中导致整个动力系统响应缓慢，故该动力系统较为容易发生操作延迟现象，并且频繁造成能源浪费，故而该额定功率下系统的能量利用率较低，液压泵转速不能及时根据液压元件压力的变化做出及时调整。

发明内容

本发明目的是为了降低电动机额定功率、提高系统能量利用率、提高挖掘机动力系统的响应速度，当电动液压挖掘机执行元件的工作压力发生变化时，电动液压挖掘机的电机转速能够较快的做出相应调整从而较为迅速的改变液压泵供给动力系统的压力。

一种工程机械快速响应动力系统，其特征是包括执行机构和动力快速响应单元，所述执行机构由油缸、工作液压泵、3个三位四通换向阀和3个液压缸组成；

第1液压缸与第1三位四通换向阀的进油口和出油口连接，第2液压缸与第2三位四通换向阀的进油口和出油口连接，第3液压缸与第3三位四通换向阀的进油口和出油口连接，工作液压泵与第4三位四通换向阀的的进油口和出油口连接，4个三位四通换向阀的另外的出油口均与动力液压泵连接，4个三位四通换向阀的另外的进油口均和油缸连接；

所述动力快速响应单元由蓄能器、第一电磁换向阀、安全阀、第二电磁换向阀、油缸、单向阀、动力液压泵、电动机、电机变频器、控制单元、压力传感器组成，蓄能器通过第一电磁换向阀与动力液压泵的出油口连接，蓄能器通过安全阀与油缸连接，第二电磁换向阀与动力液压泵的进油口和蓄能器连接，动力液压泵由电动机驱动，并且动力液压泵的进油口经单向阀与油缸连接，压力传感器采集4个三位四通换向阀的进油口及蓄能器的压强反馈给控制单元，控制单元与电机变频器连接且与第一电磁换向阀、第二电磁换向阀连接，电机变频器与电动机连接，电动机与动力液压泵连接，控制单元控制第一电磁换向阀、第二电磁换向阀的开闭。

所述蓄能器为气瓶式蓄能器；

所述控制单元由微控制器、AD698电路模块、电磁铁驱动模块、变频器模块、USB接口、存储器模块、差分信号输入通道、电源部分构成，用户设定通过差分信号输入通道输入微控制器，由24V电源向电源部分提供电能，压力传感器通过AD698电路模块将信号输入微控制器，微控制器分别通过电磁铁驱动模块和变频器模块调节电磁铁的开闭和变频器的工作状态；

控制单元通过分析三位四通阀进油口和蓄能器进油口处的压力，实现控制蓄能器的开闭，当动力液压泵提供压力过高或电动机启动时将多余能量存入蓄能器中，当动力液压泵提供压力不足或电动机启动时蓄能器变为动力源与力液压泵共同为动力系统提供压力，从而提高动力系统响应速度减少动力系统的响应时间。

本发明中的控制单元还可以采用博士力士乐牌控制器，其具体型号为RC4-4/20，该控制器接受压力传感器发出的信号，对蓄能器的开闭及变频器输出功率的大小进行调节。