[发明专利]一种基于飞轮的挖掘机用混联式机械混合动力系统

说明书

一种基于飞轮的挖掘机用混联式机械混合动力系统，原动机通过分动箱与液压泵和无级变速器连接；液压泵的出油口P通过单向阀分别与第一换向阀的P口、第三换向阀的P口和液压泵/马达的P口连接；第一、第三换向阀的A口分别与动臂液压缸的无杆腔、有杆腔连接；第三换向阀的T口与油箱连接；液压泵/马达的A口与油箱连接；第二换向阀的P口和T口分别与第一换向阀的A口和油箱连接；无级变速器通过离合器与液压泵/马达串联，液压泵/马达通过离合器与飞轮串联；转速传感器设置于飞轮壳体上；压力传感器设置在动臂液压缸的无杆腔。该系统能实现对动臂重力势能的回收和再利用一体化功能，能提高系统的能量利用效率。

技术领域

本发明属于液压传动技术领域，具体涉及一种基于飞轮的挖掘机用混联式机械混合动力系统。

背景技术

液压挖掘机在各类施工领域广泛应用，液压挖掘机具有油耗高、效率低等缺点，其节能研究迫在眉睫。

挖掘机工作过程中，动臂升降动作频繁，又由于工作装置和负载质量大，在下降过程中会释放出大量的势能。这部分能量绝大部分消耗在主液压阀节流口并转换为热能，造成了能量的浪费和系统的发热，同时，也降低了液压元件的寿命。在传动技术领域，混合动力技术成为现阶段提高能量利用效率的重要技术之一。所谓混合动力系统是指整机具备两种或者两种以上类型的动力源，并可以进行能量的回收和再利用的系统。在这些动力源中，一种作为主动力源，其余作为辅助动力源，且至少一种动力源的能量是可逆的。当前，对于混合动力系统辅助动力源的研究主要集中在电力式(蓄电储能)和液压式(液压储能)两方面。

电力式主要采用液压马达、发电机为能量转化元件，蓄电池和超级电容为储能元件，以实现能量的转换和回收。在系统需要能量时，发动机工作在电动机模式下，驱动液压马达工作在泵模式下，对系统输出液压能。但是动臂下降过程的时间非常短(3～6s)，能量值大，所以功率很大。现有技术的蓄电池难以承受如此大的充电/放电功率。而超级电容价格极为昂贵，且其占用空间大，因此电力式回收的实用性不强。液压式能量回收系统以蓄能器为储能元件。其基本工作原理为，当回收系统重力势能时，以高压油液的压力能的形式储存于液压蓄能器中，当系统中需要用能时，储存的油液释放出来进入液压系统工作。液压式回收方案利用了蓄能器功率密度大，能吸收压力冲击等优点，但因蓄能器储存能量的密度低，如果需要储存较多能量时会需要较大体积的蓄能器，进而会占用较大的空间，且蓄能器的安装也非常不方便。此外，蓄能器的压力会随着存储油液的增多而上升，对臂架的下落速度造成影响。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于飞轮的挖掘机用混联式机械混合动力系统，该系统能实现对挖掘机动臂重力能量的回收和再利用一体化功能，同时，该系统结构简单，易于实现，能减少原动机的功率需求，具有显著的节能效果。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于飞轮的挖掘机用混联式机械混合动力系统，包括原动机、液压泵、动臂液压缸、第二换向阀、转速传感器、压力传感器和控制器，原动机通过分动箱与液压泵连接，液压泵的吸油口S与油箱连接；

液压泵的出油口P通过单向阀分别与第一换向阀的P口、第三换向阀的P口和液压泵/马达的P口连接；第一换向阀的A口、第三换向阀的A口分别与动臂液压缸的无杆腔、有杆腔连接；第三换向阀的T口与油箱连接；液压泵/马达的A口与油箱连接；

所述第二换向阀的P口和T口分别与第一换向阀的A口和油箱连接；

所述分动箱的另一个动力口连接有无级变速器，无级变速器通过第一离合器与液压泵/马达串联，液压泵/马达还通过第二离合器与飞轮串联；

所述动臂液压缸上设置有用于检测动臂活塞杆伸缩长度的位移传感器；

所述转速传感器设置于飞轮壳体上，用于监测飞轮的转速；

所述压力传感器设置在动臂液压缸的无杆腔，用于检测动臂液压缸无杆腔的压力；