弹性橡胶带蓄能器式装载机制动能量再生控制系统

摘要

本发明公开了一种弹性橡胶带蓄能器式装载机制动能量再生控制系统，包括弹性橡胶带蓄能器、齿轮传动箱、制动器、离合器、电控单元、加速踏板开关、制动踏板开关、倒档开关、空档开关、车速传感器、滚筒轴转角起始位置传感器、滚筒轴转角终止位置传感器及液压控制模块，系统能够自动识别装载机行驶状态，并进行装载机前进时制动能量回收控制、倒车时制动能量回收控制、前进时制动能量释放控制、倒车时制动能量释放控制及制动能量保持控制，从而达到降低装载机燃油消耗量和减少排放的目地。

权利要求

1.一种弹性橡胶带蓄能器式装载机制动能量再生控制系统，包括加速踏板开关(501)、制动踏板开关(502)、倒档开关(201)、空档开关(202)、车速传感器(203)、齿轮传动箱(100)、第一制动器(101)、第二制动器(103)、第一离合器(102)、第二离合器(104)，其特征在于：

它还包括：第一弹性橡胶带蓄能器(300)、第二弹性橡胶带蓄能器(400)、第一滚筒轴转角检测端盘(302)、第二滚筒轴转角检测端盘(402)、电控单元 (500)、液压控制模块(600)、第一滚筒轴转角起始位置传感器(301)、第二滚筒轴转角起始位置传感器(401)、第一滚筒轴转角终止位置传感器(303)、第二滚筒轴转角终止位置传感器(403)；

所述电控单元(500),采用单片机，其输入端连接加速踏板开关(501)、制动踏板开关(502)、倒档开关(201)、空档开关(202)、车速传感器(203)、第一滚筒轴转角起始位置传感器(301)、第一滚筒轴转角终止位置传感器(303)、第二滚筒轴转角起始位置传感器(401)、第二滚筒轴转角终止位置传感器(403)，用于识别装载机的前进行驶状态、倒车行驶状态、前进起步状态、倒车起步状态和判断装载机的行驶车速及驾驶员的起步与制动意图，进而计算第一弹性橡胶带蓄能器(300)和第二弹性橡胶带蓄能器(400)中储存的弹性势能；其输出端连接液压控制模块(600)的第一电磁换向阀电磁线圈(601a)、第二电磁换向阀电磁线圈(602a)、第三电磁换向阀电磁线圈(603a)及第四电磁换向阀电磁线圈(604a)，用于进行装载机前进时制动能量回收控制、倒车时制动能量回收控制、前进时制动能量释放控制、倒车时制动能量释放控制及制动能量保持控制。

2.如权利要求1所述弹性橡胶带蓄能器式装载机制动能量再生控制系统，其特征在于：所述液压控制模块(600)，包括第一电磁换向阀(601)、第二电磁换向阀(602)、第三电磁换向阀(603)、第四电磁换向阀(604)；其中，第一电磁换向阀(601)的A油口接第一离合器(102)的进油口，第二电磁换向阀(602)的A油口接第二离合器(104)的进油口，第三电磁换向阀(603)的A油口接第二制动器(103)的进油口，第四电磁换向阀(604)的A油口接第一制动器(101)的进油口，油箱(609)的进油口同时接第一电磁换向阀(601)的T油口、第二电磁换向阀(602)的T油口、第三电磁换向阀(603)的T油口、第四电磁换向阀(604)的T油口和溢流阀(606)的出油口，单向阀(605)的出油口同时接第一电磁换向阀(601)的P油口、第二电磁换向阀(602)的P油口、第三电磁换向阀(603)的P油口和第四电磁换向阀的(604)的P油口，单向阀(605)的进油口与溢流阀(606)的进油口同时接液压泵(607)的出油口，液压泵(607)的进油口接油滤器(608)的出油口，油滤器(608)的进油口接油箱(609)的出油口。

说明书

弹性橡胶带蓄能器式装载机制动能量再生控制系统

技术领域

[0001] 本发明涉及装载机制动能量再生技术领域，更具体的是说，涉及一种弹性橡胶带蓄能器式装载机制动能量再生控制系统。

背景技术

[0002] 随着能源需求快速增长与石油资源日渐匮乏矛盾的加剧，节能减排越来越受到全世界的关注。装载机是工程施工作业的一种重要的工程机械，其最主要的特点为循环装载作业周期短、前进、倒车、制动、起步操作频繁，装载机在频繁制动过程中，动能与势能均通过制动器的摩擦力以及轮胎与地面的摩擦力转化为热能而浪费掉，不仅降低了制动器与轮胎的使用寿命，而且增加油耗。

[0003] 目前已有的制动能量回收与再生系统和控制方法，按储能的方式分主要有：电储能式、液压储能式和飞轮储能式。电储能式通过发电机将车辆的动能转化为电能储存在蓄电池或超级电容中，存在着成本高、制动能量回收利用率低和能量转化效率低等不足；液压储能式是通过液压泵等二次元件将车辆的动能转化为液压能储存在蓄能器中，存在着能量密度低，重量大、结构复杂等不足；飞轮储能式是将车辆的动能转化为高速飞轮的动能，这种储能方式存在着成本高、技术难度大、技术不成熟等不足。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种能够克服上述缺陷，充分发挥橡胶带储能器结构简单、重量轻、能量转化率高等优点，能够自动判定驾驶员的操作意图和装载机前进、倒车、制动、起步状态，实现对装载机前进时制动能量回收控制、倒车时制动能量回收控制、前进时制动能量释放控制、倒车时制动能量释放控制的弹性橡胶带蓄能器式装载机制动能量再生控制系统。

[0005] 其技术方案为：一种弹性橡胶带蓄能器式装载机制动能量再生控制系统，包括第一弹性橡胶带蓄能器、第二弹性橡胶带蓄能器、齿轮传动箱、第一制动器、第二制动器、第一离合器、第二离合器、加速踏板开关、制动踏板开关、倒档开关、空档开关、车速传感器、第一滚筒轴转角检测端盘、第二滚筒轴转角检测端盘、电控单元、液压控制模块、第一滚筒轴转角起始位置传感器、第二滚筒轴转角起始位置传感器、第一滚筒轴转角终止位置传感器、第二滚筒轴转角终止位置传感器。

[0006] 其中：第一弹性橡胶带蓄能器，用于装载机前进储能和倒车释放制动能量驱动装载机实现制动能量再生。

[0007] 第二弹性橡胶带蓄能器，用于装载机倒车储能和前进释放制动能量驱动装载机实现制动能量再生。

[0008] 齿轮传动箱，用于实现将第一弹性橡胶带蓄能器、第二弹性橡胶带蓄能器与装载机的第二万向传动轴、第三万向传动轴的动力传动。

[0009] 第一制动器，用于实现第一弹性橡胶带蓄能器的制动控制。

[0010] 第二制动器，用于实现第二弹性橡胶带蓄能器的制动控制。

[0011] 第一离合器，用于实现第一弹性橡胶带蓄能器的动力接合控制。

[0012] 第二离合器，用于实现第二弹性橡胶带蓄能器的动力接合控制。

[0013] 加速踏板开关，用于检测驾驶员是否踏下加速踏板。

[0014] 制动踏板开关，用于检测驾驶员是否踏下制动踏板。

[0015] 倒档开关，用于检测装载机是否处于倒车档位。

[0016] 空档开关，用于检测装载机是否处于空档档位。

[0017] 车速传感器，用于测定装载机行驶速度。

[0018] 第一滚筒轴转角检测端盘，用于显示第一滚筒转过的角度。

[0019] 第二滚筒轴转角检测端盘，用于显示第二滚筒转过的角度。

[0020] 第一滚筒轴转角起始位置传感器，用于检测第一蓄能器是否释放完存储能量。

[0021] 第二滚筒轴转角起始位置传感器，用于检测第二蓄能器是否释放完存储能量。

[0022] 第一滚筒轴转角终止位置传感器，用于检测第一蓄能器是否储存满能量。

[0023] 第二滚筒轴转角终止位置传感器，用于检测第二蓄能器是否储存满能量。

[0024] 电控单元，采用单片机，其输入端连接加速踏板开关、制动踏板开关、倒档开关、空档开关、车速传感器、第一滚筒轴转角起始位置传感器、第二滚筒轴转角起始位置传感器、第一滚筒轴转角终止位置传感器、第二滚筒轴转角终止位置传感器，用于识别装载机的前进行驶状态、倒车行驶状态、前进起步状态、倒车起步状态和判断装载机的行驶车速及驾驶员的起步与制动意图，以及判断第一弹性橡胶带蓄能器和第二弹性橡胶带蓄能器中储存的弹性势能的状态；其输出端连接液压控制模块的第一电磁换向阀电磁线圈、第二电磁换向阀电磁线圈、第三电磁换向阀电磁线圈及第四电磁换向阀电磁线圈，用于进行装载机前进时制动能量回收控制、倒车时制动能量回收控制、前进时制动能量释放控制、倒车时制动能量释放控制及制动能量保持控制。

[0025] 液压控制模块，包括第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀、第四电磁换向阀、单向阀、溢流阀、液压泵、油滤器、油箱。

[0026] 其中，第一电磁换向阀的A油口接第一离合器的进油口，第二电磁换向阀的A油口接第二离合器的进油口，第三电磁换向阀的A油口接第二制动器的进油口，第四电磁换向阀的A油口接第一制动器的进油口，油箱的进油口同时接第一电磁换向阀的T油口、第二电磁换向阀的T油口、第三电磁换向阀的T油口、第四电磁换向阀的T油口和溢流阀的出油口，单向阀的出油口同时接第一电磁换向阀P油口、第二电磁换向阀P油口、第三电磁换向阀P油口和第四电磁换向阀的P油口，单向阀的进油口与溢流阀的进油口同时接液压泵的出油口，液压泵的进油口接油滤器的出油口，油滤器的进油口接油箱的出油口。

[0027] 本发明与现有技术相比具有如下优点：

[0028] （1）本发明的弹性橡胶带蓄能器式装载机制动能量再生控制系统，可自动识别驾驶员的前进、倒车、制动、加速意图，检测装载机速度、第一弹性橡胶带蓄能器和第二弹性橡胶带蓄能器中储存的弹性势能的状态；

[0029] （2）本发明的弹性橡胶带蓄能器式装载机制动能量再生控制系统，可实现装载机前进时制动能量回收控制、倒车时制动能量回收控制、前进时制动能量释放控制、倒车时制动能量释放控制及制动能量保持控制，从而达到节能减排的目的；

[0030] （3）本发明的弹性橡胶带蓄能器式装载机制动能量再生控制系统，可减小制动器摩损，延长制动器使用寿命，改善装载机的制动效能。

附图说明

[0031] 图1是本发明实施例的系统结构示意图。

[0032] 图2是本发明实施例中第一滚筒轴转角检测端盘结构示意图。

[0033] 图3是本发明实施例中第二滚筒轴转角检测端盘结构示意图。

[0034] 图中：1、前桥主减速器 2、第三万向传动轴 3、后桥主减速器 4、第一万向传动轴 5、第二万向传动轴 100、齿轮传动箱 101、第一制动器 102、第一离合器 103、第二制动器 104、第二离合器 200、变速器 201、倒档开关 202、空档开关 203、车速传感器 300、第一橡胶带蓄能器 301、第一滚筒轴转角起始位置传感器 302、第一滚筒轴转角检测端盘 302a、第一滚筒轴转角检测凸块 303、第一滚筒轴转角终止位置传感器400、第二橡胶带蓄能器 401、第二滚筒轴转角起始位置传感器 402、第二滚筒轴转角检测端盘 402a、第二滚筒轴转角检测端凸块 403、第二滚筒轴转角终止位置传感器 500、电控单元 501、加速踏板开关 502、制动踏板开关 503、点火开关 600、液压系统模块
601、第一电磁换向阀 601a、第一电磁换向阀电磁线圈 602、第二电磁换向阀 602a、第二电磁换向阀电磁线圈 603、第三电磁换向阀 603a、第三电磁换向阀电磁线圈 604、第四电磁换向阀 604a、第四电磁换向阀电磁线圈 605、单向阀 606、溢流阀 607、液压泵
608、油滤器 609、油箱

具体实施方式

[0035] 下面结合附图及实施例对本发明进行详细描述。

[0036] 第一弹性橡胶带蓄能器300，用于装载机前进储能和倒车释放制动能量驱动装载机实现制动能量再生，当装载机前进制动能量回收时，第一弹性橡胶带蓄能器300进行储能，当装载机进行倒车制动能量释放时，第一弹性橡胶带蓄能器300进行能量释放。

[0037] 第二弹性橡胶带蓄能器400，用于装载机倒车储能和前进释放制动能量驱动装载机实现制动能量再生，当装载机倒车制动能量回收时，第二弹性橡胶带蓄能器400进行储能，当装载机进行前进制动能量释放时，第二弹性橡胶带蓄能器400进行能量释放。

[0038] 齿轮传动箱100，用于实现将第一弹性橡胶带蓄能器300、第二弹性橡胶带蓄能器400与装载机的第二万向传动轴5、第三万向传动轴2的动力传动。

[0039] 第一制动器101，用于实现第一弹性橡胶带蓄能器300的制动控制；当第一弹性橡胶带蓄能器300进行制动能量保持控制时，第一制动器101制动，当第一弹性橡胶带蓄能器300进行制动能量回收或制动能量释放时，第一制动器101不制动。

[0040] 第二制动器103，用于实现第二弹性橡胶带蓄能器400的制动控制；当第二弹性橡胶带蓄能器400进行制动能量保持控制时，第二制动器103制动，当第二弹性橡胶带蓄能器400进行制动能量回收控制或制动能量释放控制时，第二制动器103不制动。

[0041] 第一离合器102，用于实现第一弹性橡胶带蓄能器300的动力接合控制；当第一弹性橡胶带蓄能器300进行制动能量保持控制时，第一离合器102分离，当第一弹性橡胶带蓄能器300进行制动能量回收控制或制动能量释放控制时，第一离合器102结合。

[0042] 第二离合器104，用于实现第二弹性橡胶带蓄能器400的动力接合控制；当第二弹性橡胶带蓄能器400进行制动能量保持控制时，第二离合器104分离，当第二弹性橡胶带蓄能器400进行制动能量回收控制或制动能量释放控制时，第二离合器104结合。

[0043] 加速踏板开关501，用于检测驾驶员是否踏下加速踏板，当加速踏板被踏下时，加速踏板开关501闭合，当加速踏板未被踏下时，加速踏板开关501断开。

[0044] 制动踏板开关502，用于检测驾驶员是否踏下制动踏板，当制动踏板被踏下时，制动踏板开关502闭合，当制动踏板未被踏下时，制动踏板开关502断开。

[0045] 倒档开关201，用于检测装载机是否处于倒车档位，当驾驶员将装载机挂于倒档时，倒档开关201闭合，当驾驶员未将装载机挂于倒档时，倒档开关201断开。

[0046] 空档开关202，用于检测装载机是否处于空档档位，当驾驶员将装载机挂于空档时，空档开关202闭合，当驾驶员未将装载机挂于空档时，空档开关201断开。

[0047] 车速传感器203，用于测定装载机行驶速度。

[0048] 第一滚筒轴转角检测端盘302，用于显示第一滚筒转过的角度。

[0049] 第一滚筒轴转角起始位置传感器301，用于检测第一弹性橡胶带蓄能器300是否释放完存储能量。

[0050] 第一滚筒轴转角终止位置传感器303，用于检测第一弹性橡胶带蓄能器300是否储存满能量。

[0051] 第一滚筒轴转角检测端盘302通过键固定连接到第一弹性橡胶带蓄能器300的筒轴上的一端，当第一弹性橡胶带蓄能器300处于初始位置时，第一滚筒轴转角检测凸块302a正好对准第一滚筒轴转角起始位置传感器301，该初始位置为第一弹性橡胶带蓄能器
300存储的弹性势能释放终了位置，此时，第一滚筒轴转角起始位置传感器301能检测到滚筒初始位置信号；当第一滚筒轴转角检测端盘302在滚筒轴带动下转过一定角度，第一滚筒轴转角检测凸块302a对准第一滚筒轴转角终止位置传感器303时，该终止位置为第一弹性橡胶带蓄能器300存储的弹性势能过程蓄能终了位置，此时，第一滚筒轴转角终止位置传感器303能检测到滚筒终止位置信号。

[0052] 第二滚筒轴转角检测端盘402，用于显示第二滚筒转过的角度。

[0053] 第二滚筒轴转角起始位置传感器401，用于检测第二弹性橡胶带蓄能器400是否释放完存储能量。

[0054] 第二滚筒轴转角终止位置传感器403，用于检测第二弹性橡胶带蓄能器400是否储存满能量。

[0055] 第二滚筒轴转角检测端盘402通过键固定连接到第二弹性橡胶带蓄能器400的筒轴上的一端，当第二弹性橡胶带蓄能器400处于初始位置时，第二滚筒轴转角检测凸块402a正好对准第二滚筒轴转角起始位置传感器401，该初始位置为第二弹性橡胶带蓄能器
400存储的弹性势能释放终了位置，此时，第二滚筒轴转角起始位置传感器401能检测到滚筒初始位置信号；当第一滚筒轴转角检测端盘302在滚筒轴带动下转过一定角度，第二滚筒轴转角检测凸块402a对准第二滚筒轴转角终止位置传感器403时，该终止位置为第二弹性橡胶带蓄能器400存储的弹性势能过程蓄能终了位置，此时，第二滚筒轴转角终止位置传感器403能检测到滚筒终止位置信号。

[0056] 电控单元500，采用单片机，其输入端连接加速踏板开关501、制动踏板开关502、倒档开关201、空档开关202、车速传感器203、第一滚筒轴转角起始位置传感器301、第二滚筒轴转角起始位置传感器401、第一滚筒轴转角终止位置传感器303、第二滚筒轴转角终止位置传感器403，用于识别装载机的前进行驶状态、倒车行驶状态、前进起步状态、倒车起步状态和判断装载机的行驶车速及驾驶员的起步与制动意图，以及判断第一弹性橡胶带蓄能器300和第二弹性橡胶带蓄能器400中储存的弹性势能的状态；电控单元500的输出端连接液压控制模块600的第一电磁换向阀电磁线圈601a、第二电磁换向阀电磁线圈602a、第三电磁换向阀电磁线圈603a及第四电磁换向阀电磁线圈604a，用于进行装载机前进时制动能量回收控制、倒车时制动能量回收控制、前进时制动能量释放控制、倒车时制动能量释放控制及制动能量保持控制。

[0057] 液压控制模块，包括第一电磁换向阀601、第二电磁换向阀602、第三电磁换向阀603、第四电磁换向阀604、单向阀605、溢流阀606、液压泵607、油滤器608、油箱609。

[0058] 第一电磁换向阀601的A油口接第一离合器102的控制油缸的进油口，第二电磁换向阀602的A油口接第二离合器104的控制油缸的进油口，第三电磁换向阀603的A油口接第二制动器103的控制油缸的的进油口，第四电磁换向阀604的A油口接第一制动器101的控制油缸的进油口，油箱609的回油管同时接第一电磁换向阀601的T油口、第二电磁换向阀602的T油口、第三电磁换向阀603的T油口、第四电磁换向阀604的T油口和溢流阀606的出油口，单向阀605的出油口同时接第一电磁换向阀601的P油口、第二电磁换向阀602的P油口、第三电磁换向阀603的P油口和第四电磁换向阀604的P油口，单向阀
605的进油口与溢流阀606的进油口同时接液压泵607的出油口，液压泵607的进油口接油滤器608的出油口，油滤器608的进油口接油箱609的出油口。

[0059] 控制系统进行装载机制动能量回收控制和制动能量释放控制及制动能量保持控制的工作过程为。

[0060] 在装载机进行前进行驶制动能量回收过程中，电控单元500使第一电磁换向阀电磁线圈601a和第四电磁换向阀电磁线圈604a通电，变换第一电磁换向阀601和第四电磁换向阀604的工作位置，通向第一制动器101的高压油路被截断, 第一制动器101的高压油路通向油箱的回油路被接通，第一制动器101的工作活塞在回位弹簧的作用下复位，活塞腔中的液压油经回油路流回油箱609，第一制动器101处于非制动状态，同时，通向第一离合器102的高压油路被接通，第一离合器102通向油箱609的回油路被截断，第一离合器102处于接合状态；装载机前进制动时的动能由车轮通过前桥主减速器1、第三万向传动轴
2、后桥主减速器3、第一万向传动轴4、第二万向传动轴5、变速器200、齿轮传动箱100、第一离合器102转换成弹性橡胶带的弹性势能储存到第一弹性橡胶带蓄能器300中。

[0061] 在装载机进行倒车行驶制动能量回收过程中，电控单元500使第二电磁换向阀电磁线圈602a和第三电磁换向阀电磁线圈603a通电，变换第二电磁换向阀602和第三电磁换向阀603的工作位置，通向第二制动器103的高压油路被截断, 第二制动器103通向油箱的回油路被接通，第二制动器103的工作活塞在回位弹簧的作用下复位，活塞腔中的液压油经回油路流回油箱609，第二制动器103处于非制动状态，同时，通向第二离合器104的高压油路被接通，第二离合器104通向油箱609的回油路被截断，第二离合器104处于接合状态；装载机倒车制动时的动能由车轮通过前桥主减速器1、第三万向传动轴2、后桥主减速器3、第一万向传动轴4、第二万向传动轴5、变速器200、齿轮传动箱100、第二离合器104转换成弹性橡胶带的弹性势能储存到第二弹性橡胶带蓄能器400中。

[0062] 在装载机进行前进行驶制动能量释放过程中，电控单元500使第二电磁换向阀电磁线圈602a和第三电磁换向阀电磁线圈603a通电，变换第二电磁换向阀602和第三电磁换向阀603的工作位置，通向第二制动器103的高压油路被截断, 第二制动器103通向油箱的回油路被接通，第二制动器103的工作活塞在回位弹簧的作用下复位，活塞腔中的液压油经回油路流回油箱609，第二制动器103处于非制动状态，同时，通向第二离合器104的高压油路被接通，第二离合器104通向油箱609的回油路被截断，第二离合器104处于接合状态；第二弹性橡胶带蓄能器400中储存的弹性势能通过第二离合器104、齿轮传动箱100、第三万向传动轴2、前桥主减速器1、变速器200、第一万向传动轴4、第二万向传动轴5、后桥主减速器3转换成装载机驱动轮的动能，从而驱动装载机前进起步。

[0063] 在装载机进行倒车起步制动能量释放过程中，电控单元500使第一电磁换向阀电磁线圈601a和第四电磁换向阀电磁线圈604a通电，变换第一电磁换向阀601和第四电磁换向阀604的工作位置，通向第一制动器101的高压油路被截断, 第一制动器101通向油箱609的回油路被接通，第一制动器101的工作活塞在回位弹簧的作用下复位，活塞腔中的液压油经回油路流回油箱609，第一制动器101处于非制动状态，同时，通向第一离合器102的高压油路被接通，第一离合器102通向油箱609的回油路被截断，第一离合器102处于接合状态；第一弹性橡胶带蓄能器300中储存的弹性势能通过第一离合器102、齿轮传动箱100、第三万向传动轴2、前桥主减速器1、变速器200、第一万向传动轴4、第二万向传动轴5、后桥主减速器3转换成装载机驱动轮的动能，从而驱动装载机倒车起步。

[0064] 当装载机处于制动能量保持过程时，电控单元500使第一电磁换向阀电磁线圈601a、第二电磁换向阀电磁线圈602a、第三电磁换向阀电磁线圈603a和第四电磁换向阀电磁线圈604a均不通电，第一电磁换向阀601、第二电磁换向阀602、第三电磁换向阀603和第四电磁换向阀604均处于常态工作位置，此时通向第一制动器101和第二制动器103的高压油路被接通, 第一制动器101和第二制动器103通向油箱609的回油路被截断，第一制动器101和第二制动器103均处于制动状态，不能够向第一弹性橡胶带蓄能器300和第二弹性橡胶带蓄能器400中储存能量，也不能够释放第一弹性橡胶带蓄能器300和第二弹性橡胶带蓄能器400中储存的能量。

[0065] 上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。