并联式混合动力挖掘机动力系统轴系扭振控制装置

摘要

本发明提供了一种并联式混合动力挖掘机动力系统轴系扭振控制装置及方法，发动机与ISG电机共轴连接，旋转编码器安装在ISG电机与液压泵的连接轴上，液压泵的出口油路分为主油路和补偿油路，主油路直接与负载相连，补偿油路依次连接有单向阀、蓄能器，在蓄能器和负载之间接有二位二通电磁阀，旋转编码器、电磁阀分别与控制器电连接，动力系统工作时，当液压泵输出压力大于蓄能器内气体压力时，液压泵输出的高压油在驱动负载的同时通过单向阀进入蓄能器，控制器实时采集轴系扭振幅值，当轴系扭振幅值超过设定值时，控制器接通电磁阀，蓄能器中的压力油通过电磁阀进入主油路辅助液压泵驱动负载，轴系的扭振幅值将减小，从而实现轴系扭振控制。

权利要求

1.一种并联式混合动力挖掘机动力系统轴系扭振控制装置，其特征在于，所述动力系统包括发动机、ISG电机、旋转编码器、液压泵、单向阀、蓄能器、二位二通电磁阀、负载、控制器，发动机与ISG电机共轴连接，旋转编码器安装在ISG电机与液压泵的连接轴上，液压泵的出口油路分为主油路和补偿油路，主油路直接与负载相连，补偿油路依次连接有单向阀、蓄能器，动力系统工作时，当液压泵输出压力大于蓄能器内气体压力时，液压泵输出的压力油在驱动负载的同时通过单向阀进入蓄能器，当液压泵输出压力小于蓄能器内气体压力时，液压泵输出的压力油全部用于驱动负载；在蓄能器和负载之间接有二位二通电磁阀，旋转编码器、二位二通电磁阀分别与控制器电连接，控制器实时采集编码器输出的转速脉冲信号并进行轴系扭振幅值分析，当轴系扭振幅值超过设定值时，控制器接通二位二通电磁阀，蓄能器中的压力油通过二位二通电磁阀进入主油路辅助液压泵驱动负载，轴系的扭振幅值将减小，从而实现轴系扭振控制。

2.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，二位二通电磁阀初始状态为关闭，其打开与关闭由控制器控制，当控制器检测到动力系统轴系扭振幅值超过设定值时，控制器打开二位二通电磁阀，蓄能器中的压力油通过二位二通电磁阀进入主回路辅助液压泵驱动负载。

3.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，动力系统轴系每转一圈，旋转编码器至少输出120个脉冲信号，控制器实时采集旋转编码器输出的脉冲信号，通过分析脉冲信号的变化实现轴系扭振幅值测量。

4.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，动力系统轴系扭振设定值预存在控制器中，根据负载功率的变化频率和幅值进行调节，当控制器检测到动力系统轴系扭振幅值超过设定值时，控制器将打开二位二通电磁阀，采用释放蓄能器中压力油进入主回路辅助液压泵驱动负载的方法减小轴系扭振幅值，实现轴系扭振控制。

5.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，蓄能器内预充了一定压力的气体，蓄能器的容积和预充压力根据负载功率的变化频率和幅值进行调节。

说明书

并联式混合动力挖掘机动力系统轴系扭振控制装置

技术领域

[0001] 本发明属于混合动力系统设计领域，具体涉及一种并联式混合动力挖掘机动力系统轴系扭振控制装置及方法。

背景技术

[0002] 与相同输出功率的传统动力系统相比，并联式混合动力挖掘机动力系统轴系尺寸更长，工作过程中外部激励源数量更多、外部激励频率范围更宽。这不仅导致并联式混合动力挖掘机动力系统轴系扭振幅值突出，而且可能导致动力系统轴系发生扭转共振，产生诸如轴系突然断裂等灾难事故，对动力系统的安全运行造成隐患。导致混合动力系统工作过程中轴系扭振突出的重要原因在于：当负载功率急剧增大或频繁大幅波动时，动力系统的输出功率不能满足负载需求功率的变化。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提出一种并联式混合动力系统轴系扭振控制方法与装置，通过提高动力系统输出功率的响应速度，提高混合动力系统的工作安全性。

[0004] 本发明提出了一种并联式混合动力挖掘机动力系统轴系扭振控制装置，所述动力系统包括发动机、ISG电机、旋转编码器、液压泵、单向阀、蓄能器、二位二通电磁阀、负载、控制器，发动机与ISG电机共轴连接，旋转编码器安装在ISG电机与液压泵的连接轴上，液压泵的出口油路分为主油路和补偿油路，主油路直接与负载相连，补偿油路依次连接有单向阀、蓄能器，动力系统工作时，当液压泵输出压力大于蓄能器内气体压力时，液压泵输出的压力油在驱动负载的同时通过单向阀进入蓄能器；在蓄能器和负载之间接有二位二通电磁阀，旋转编码器、二位二通电磁阀分别与控制器电连接，控制器实时采集编码器输出的转速脉冲信号并进行轴系扭振幅值分析，当轴系扭振幅值超过设定值时，控制器接通二位二通电磁阀，蓄能器中的压力油通过二位二通电磁阀进入主油路辅助液压泵驱动负载，轴系的扭振幅值将减小，从而实现轴系扭振控制。

[0005] 优选地，当液压泵输出压力小于蓄能器内气体压力时，液压泵输出的压力油全部用于驱动负载。

[0006] 优选地，二位二通电磁阀初始状态为关闭，其打开与关闭由控制器控制，当控制器检测到动力系统轴系扭振幅值超过设定值时，控制器打开二位二通电磁阀，蓄能器中的压力油通过二位二通电磁阀进入主回路辅助液压泵驱动负载。

[0007] 优选地，动力系统轴系每转一圈，旋转编码器至少输出120个脉冲信号，控制器实时采集旋转编码器输出的脉冲信号，通过分析脉冲信号的变化实现轴系扭振幅值测量。

[0008] 优选地，动力系统轴系扭振设定值预存在控制器中，根据负载功率的变化频率和幅值进行调节，当控制器检测到动力系统轴系扭振幅值超过设定值时，控制器将打开二位二通电磁阀，采用释放蓄能器中压力油进入主回路辅助液压泵驱动负载的方法减小轴系扭振幅值，实现轴系扭振控制。

[0009] 优选地，蓄能器内预充了一定压力的气体，蓄能器的容积和预充压力根据负载功率的变化频率和幅值进行调节。

[0010] 一种并联式混合动力挖掘机动力系统轴系扭振控制方法，所述动力系统包括发动机、ISG 电机、旋转编码器、液压泵、单向阀、蓄能器、二位二通电磁阀、负载、控制器，发动机与 ISG电机共轴连接，旋转编码器安装在ISG电机与液压泵的连接轴上，液压泵的出口油路分为主油路和补偿油路，主油路直接与负载相连，补偿油路依次连接有单向阀、蓄能器，在蓄能器和负载之间接有二位二通电磁阀，旋转编码器、二位二通电磁阀分别与控制器电连接，动力系统工作时，当液压泵输出压力大于蓄能器内气体压力时，液压泵输出的压力油在驱动负载的同时通过单向阀进入蓄能器，控制器实时采集编码器输出的转速脉冲信号并进行轴系扭振幅值分析，当轴系扭振幅值超过设定值时，控制器接通二位二通电磁阀，蓄能器中的压力油通过二位二通电磁阀进入主油路辅助液压泵驱动负载，轴系的扭振幅值将减小，从而实现轴系扭振控制。

[0011] 优选地，当液压泵输出压力小于蓄能器内气体压力时，液压泵输出的压力油全部用于驱动负载。

[0012] 优选地，控制器控制初始状态为关闭的二位二通电磁阀，当控制器检测到动力系统轴系扭振幅值超过设定值时，控制器打开二位二通电磁阀，蓄能器中的压力油通过二位二通电磁阀进入主回路辅助液压泵驱动负载。

[0013] 优选地，动力系统轴系扭振设定值预存在控制器中，根据负载功率的变化频率和幅值进行调节，当控制器检测到动力系统轴系扭振幅值超过设定值时，控制器将打开二位二通电磁阀，采用释放蓄能器中压力油进入主回路辅助液压泵驱动负载的方法减小轴系扭振幅值，实现轴系扭振控制。

[0014] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明巧妙在液压泵出口引出了补偿油路，补偿油路依次连接有单向阀、蓄能器，蓄能器用于存储负载需求功率较小时动力系统输出的富余功率，当动力系统输出功率不能跟随负载功率快速变化引起动力系统轴系扭振幅值超过设定值时，控制器打开二位二通电磁阀让蓄能器中的压力油进入主油路辅助液压泵驱动负载，以提高动力系统输出功率的响应速度，进而减小动力系统轴系的扭振幅值，提高混合动力系统的工作安全性。

附图说明

[0015] 图1为根据本发明的实施例的并联式混合动力挖掘机动力系统轴系扭振控制装置结构示意图。

具体实施方式

[0016] 以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

[0017] 图1是并联式混合动力挖掘机动力系统轴系扭振控制装置结构示意图，包括发动机1、ISG 电机2、旋转编码器3、液压泵4、单向阀5、蓄能器6、二位二通电磁阀7、负载8、控制器 9，发动机1与ISG电机2共轴连接，旋转编码器3安装在ISG电机2与液压泵4的连接轴上，液压泵4的出口油路分为主油路和补偿油路，主油路直接与负载8相连，补偿油路依次连接有单向阀5、蓄能器6，在蓄能器6和负载8之间接有常闭的二位二通电磁阀7，旋转编码器3、二位二通电磁阀7分别与控制器9电连接。易于理解，为了实现该技术方案完整的需要，混合动力系统中还存在其它常规的装置，鉴于这些装置的设置为本领域的公知性常识，所以在此不进行赘述。

[0018] 动力系统工作时，当液压泵4输出压力大于蓄能器6内气体压力时，液压泵4输出的压力油可以通过单向阀5进入蓄能器6，当液压泵 4 输出压力小于蓄能器6内气体压力时，液压泵4输出的压力油全部用于驱动负载8，动力系统轴系每转一圈，旋转编码器3至少输出 120个脉冲信号，控制器9实时采集旋转编码器3输出的脉冲信号，通过分析脉冲信号的变化实现轴系扭振幅值测量，当控制器9检测到动力系统轴系扭振幅值超过设定值时，控制器 9打开二位二通电磁阀7，蓄能器6中的压力油通过二位二通电磁阀7进入主回路辅助液压泵 
4驱动负载8，使轴系的扭振幅值将减小，从而实现轴系扭振控制。

[0019] 在图1所示的动力系统轴系扭振控制装置中，轴系扭振设定值预存在控制器9中，蓄能器6内预充了一定压力的气体，轴系扭振设定值、蓄能器6的容积和预充压力可以根据负载功率的变化频率和幅值进行调节，负载8的具体形式可以是液压缸、液压马达或其它液压执行机构，具体数量可以是1个或多个。

[0020] 上述实例在所有方面都应当被视为是示例性的而非限制性的。在不脱离本发明主要特征的范围和设计思想的前提下，可作多种改变、变化和替换。因次，在权利要求书的等同性的含义和范围内的任何改变都应当被涵盖在本发明中。

[0021] 鉴于这些教导，熟悉本领域的技术人员将容易想到本发明的其它实施例、组合和修改。因此，当结合上述说明和附图进行阅读时，本发明仅仅由权利要求限定。