一种基于电动机-泵/马达的装载机转向系统

摘要

本发明公开一种基于电动机－泵/马达的装载机转向系统，包括电子方向盘、轴角编码器、电控单元、动力电池、两个电机控制器、两个电动机、两个定量泵/马达、多个电磁换向阀、两个先导式比例溢流阀、多个压力传感器、位移传感器、转向油缸、多个单向阀、液压蓄能器、溢流阀及油箱，该轴角编码器、两个压力传感器和位移传感器作为信号输入端连接该电控单元，该多个电磁换向阀作为信号输出端连接该电控单元。该技术方案，通过电动机的电动模式与发电模式转换和泵/马达并利用电动机的变转速调节，能够在控制定量泵输出流量与转向所需流量相匹配的同时实现对回油液压能的回收，并通过液压蓄能器完成对先导式比例溢流阀处溢流损耗的回收再利用。

权利要求

1.一种基于电动机－泵/马达的装载机转向系统，其特征在于包括：电子方向盘、轴角编码器、电控单元、动力电池、第一电机控制器、第二电机控制器、第一电动机、第一定量泵/马达、第二电动机、第二定量泵/马达、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、第五电磁换向阀、第一压力传感器、第二压力传感器、位移传感器、左转向油缸、右转向油缸、第一单向阀、第二单向阀、液压蓄能器、第三单向阀、第四单向阀、第一先导式比例溢流阀、第二先导式比例溢流阀、第五单向阀、第六单向阀、第三压力传感器、溢流阀、油箱；

所述第一电动机、第一定量泵/马达同轴机械相连，第二电动机、第二定量泵/马达同轴机械相连；第一定量泵/马达进油口连接油箱，其出油口连接第五单向阀的进油口；第五单向阀的出油口连接第一电磁换向阀的A口和第五电磁换向阀的B口；第五电磁换向阀的A口连接第四单向阀的出油口；第二定量泵/马达进油口连接油箱，其出油口连接第六单向阀的进油口；第六单向阀的出油口连接第一电磁换向阀的B口和第四电磁换向阀的B口；第四电磁换向阀的A口连接第四单向阀的出油口；第一电磁换向阀的C口分为四路，其第一路连接第一先导式比例溢流阀的进油口，其第二路连接第一单向阀的出油口，其第三路连接左转向油缸的无杆腔，其第四路连接右转向油缸的有杆腔；第一电磁换向阀的D口分为四路，其第一路连接第二先导式比例溢流阀的进油口，其第二路连接第二单向阀的出油口，其第三路连接左转向油缸的有杆腔，其第四路连接右转向油缸的无杆腔；第一单向阀和第二单向阀的进油口均连接油箱；第一先导式比例溢流阀的出油口连接第二电磁换向阀的A口，第二先导式比例溢流阀的出油口连接第三电磁换向阀的A口；第二电磁换向阀的B口和第三电磁换向阀的B口均连接第三单向阀的进油口，第二电磁换向阀的T口和第三电磁换向阀的T口均连接油箱；第四电磁换向阀的A口和第五电磁换向阀的A口均连接第四单向阀的出油口；

液压蓄能器分别与第三单向阀的出油口和第四单向阀的进油口相连；第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、位移传感器和用于检测电子方向盘转角的轴角编码器均电信号连接电控单元；电控单元电信号连接第一电机控制器、第二电机控制器、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀、第四电磁换向阀和第五电磁换向阀、第一先导式比例溢流阀和第二先导式比例溢流阀；第一电动机通过第一电机控制器与动力电池连接，第二电动机通过第二电机控制器与动力电池连接；

所述轴角编码器能够在电子方向盘控制装载机进行转向时，将来自电子方向盘的转角信号转换成电信号并传递给电控单元，该电控单元能够在接收到该电信号后控制第一电磁换向阀的电磁铁得电；所述轴角编码器能够在电子方向盘控制装载机固定转向角度行驶时，将来自电子方向盘的转角信号转换成电信号并传递给电控单元，该电控单元能够在接收到该电信号后控制第一电磁换向阀的电磁铁失电。

2.如权利要求1所述的一种基于电动机－泵/马达的装载机转向系统，其特征在于：所述第一电动机和第二电动机均包括电动模式和发电模式。

3.如权利要求1所述的一种基于电动机－泵/马达的装载机转向系统，其特征在于：所述第一定量泵/马达和第二定量泵/马达均包括泵模式和马达模式。

4.如权利要求1所述的一种基于电动机－泵/马达的装载机转向系统，其特征在于：连接有液压蓄能器的所述 第三单向阀的出油口和第四单向阀的进油口上还连接有溢流阀，该溢流阀出油口与油箱连通。

说明书

一种基于电动机‑泵/马达的装载机转向系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种节能的控制系统，尤其是一种基于电动机‑泵/马达的装载机转向系统。

背景技术

[0002] 装载机作为一种用于铲装散装物料的土石方装载工程机械，主要应用于矿山、港口、建筑工地和道路修筑现场中的物料装卸，其功率比较大，但是其转向系统的能量利用率不高。装载机实现节约能源、降低排放一直是业界努力追求的目标，未来装载机将朝着机电液一体化、节能化、智能化和高效化方向发展。

[0003] 随着我国工程机械行业的巨大发展，装载机已成为重要的支柱产业之一。于是，如何有效降低液压装载机工作中的能耗成为摆在我们面前一个亟需解决的问题。在液压元件和系统节能技术方面，液压能量损耗主要包括节流损耗和溢流损耗等。其中节流损耗主要分为进口节流损耗、出口节流损耗、旁路节流损耗和联动节流损耗。不同类型的液压系统具有不同类型的节流损耗。溢流损耗问题是导致液压系统效率较低的主要原因之一，尤其是在定量泵供油节流调速系统中，当系统外负载变化时，系统中油泵供给油缸的流量不变，多余液压油只能溢流回油箱，这将会导致较大的能量损耗。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，提供了一种基于电动机‑泵/马达的装载机转向系统。

[0005] 为实现上述目的，本发明提供了一种基于电动机‑泵/马达的装载机转向系统，包括电子方向盘、轴角编码器、电控单元、动力电池、第一电机控制器、第二电机控制器、第一电动机、第一定量泵/马达、第二电动机、第二定量泵/马达、第一换向阀、第二换向阀、第三换向阀、第四换向阀、第五换向阀、第一压力传感器、第二压力传感器、位移传感器、左转向油缸、右转向油缸、第一单向阀、第二单向阀、液压蓄能器、第三单向阀、第四单向阀、第一先导式比例溢流阀、第二先导式比例溢流阀、第五单向阀、第六单向阀、第三压力传感器、溢流阀、油箱；

[0006] 第一电动机、第一定量泵/马达同轴机械相连，第二电动机、第二定量泵/马达同轴机械相连；第一定量泵/马达进油口连接油箱，其出油口连接第五单向阀的进油口，第五单向阀的出油口连接第一电磁换向阀的A口和第五电磁换向阀的B口，第五电磁换向阀的A口连接第四单向阀的出油口；第二定量泵/马达进油口连接油箱，其出油口连接第六单向阀的进油口，第六单向阀的出油口连接第一电磁换向阀的B口和第四电磁换向阀的B口，第四电磁换向阀的A口连接第四单向阀的出油口；第一电磁换向阀的C口分为四路，其第一路连接第二先导式比例溢流阀的进油口，其第二路连接第一单向阀的出油口，其第三路连接左转向油缸的无杆腔，其第四路连接右转向油缸的有杆腔，第一电磁换向阀的D口分为四路，其第一路连接第一先导式比例溢流阀的进油口，其第二路连接第二单向阀的出油口，其第三路连接左转向油缸的有杆腔，其第四路连接右转向油缸的无杆腔；第一单向阀和第二单向阀的进油口均连接油箱；第一先导式比例溢流阀的出油口连接第二电磁换向阀的A口，第二先导式比例溢流阀的出油口连接第三电磁换向阀的A口；第二电磁换向阀的B口和第三电磁换向阀的B口均连接第三单向阀的进油口，第二电磁换向阀的T口和第三电磁换向阀的T口均连接油箱；第四电磁换向阀的A口和第五电磁换向阀的A口均连接第四单向阀的出油口；液压蓄能器分别与第三单向阀的出油口和第四单向阀的进油口相连；第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、位移传感器和用于检测电子方向盘转角的轴角编码器均电信号连接电控单元；电控单元电信号连接第一电机控制器、第二电机控制器、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、第五电磁换向阀、第一先导式比例溢流阀和第二先导式比例溢流阀；第一电动机通过第一电机控制器与动力电池连接，第二电动机通过第二电机控制器与动力电池连接。

[0007] 在一较佳实施例中：所述第一电动机和第二电动机均包括电动模式和发电模式。

[0008] 在一较佳实施例中：所述第一定量泵/马达和第二定量泵/马达均包括泵模式和马达模式。

[0009] 在一较佳实施例中：所述连接有液压蓄能器的第三单向阀的出油口和第四单向阀的进油口上还连接有溢流阀，该溢流阀出油口与油箱连通。

[0010] 在一较佳实施例中：所述轴角编码器能够在电子方向盘控制装载机进行转向时，将来自电子方向盘的转角信号转换成电信号并传递给电控单元，该电控单元能够在接收到该电信号后控制第一电磁换向阀的电磁铁得电；所述轴角编码器能够在电子方向盘控制装载机固定转向角度行驶时，将来自电子方向盘的转角信号转换成电信号并传递给电控单元，该电控单元能够在接收到该电信号后控制第一电磁换向阀的电磁铁失电。

[0011] 采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：

[0012] 1.本发明提供了一种基于电动机‑泵/马达的装载机转向系统，采用电动机同轴连接定量泵的形式，通过对电动机的转速调整来达到控制液压泵输出流量的目的，可以有效解决装载机液压泵流量和负载的匹配问题，使液压泵输出流量与转向所需流量相匹配，同时能够使处于发电模式的电动机和液压马达将回油路上的液压能转化为电能实现能量回收，提高了电动装载机的续航能力。

[0013] 2.本发明提供了一种基于电动机‑泵/马达的装载机转向系统，通过对电磁换向阀、单向阀、液压蓄能器和溢流阀等的有机组合作业，实现对溢流损失液压能的回收，并且由于液压蓄能器和液压泵的出口互通，当主油路压力低于液压蓄能器压力时，液压蓄能器可以对主油路进行补油，实现对回收液压能的再利用，减少了能量浪费并可以满足对剧变负载的补偿。

附图说明

[0014] 图1是本发明基于电动机‑泵/马达的装载机转向系统结构原理图；

[0015] 附图标识说明：

[0016] 1、电子方向盘               2、轴角编码器

[0017] 3、电控单元                 4、动力电池

[0018] 5、第一电机控制器           6、第二电机控制器

[0019] 7、第一电动机               8、第一定量泵/马达

[0020] 9、第二电动机               10、第二定量泵/马达

[0021] 11、第一电磁换向阀          12、第二电磁换向阀

[0022] 13、第三电磁换向阀          14、第四电磁换向阀

[0023] 15、第五电磁换向阀          16、第一压力传感器

[0024] 17、第二压力传感器          18、位移传感器

[0025] 19、左转向油缸              20、右转向油缸

[0026] 21、第一单向阀              22、第二单向阀

[0027] 23、液压蓄能器              24、第三单向阀

[0028] 25、第四单向阀              26、第一先导式比例溢流阀

[0029] 27、第二先导式比例溢流阀    28、第五单向阀

[0030] 29、第六单向阀              30、第三压力传感器

[0031] 31、溢流阀                  32、油箱

具体实施方式

[0032] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0033] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0034] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是壁挂连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0035] 请参照图1所示，其显示出了本发明之较佳实施例的具体结构，包括电子方向盘1、轴角编码器2、电控单元3、动力电池4、第一电机控制器5、第二电机控制器6、第一电动机7、第一定量泵/马达8、第二电动机9、第二定量泵/马达10、第一电磁换向阀11、第二电磁换向阀12、第三电磁换向阀13、第四电磁换向阀14、第五电磁换向阀15、第一压力传感器16、第二压力传感器17、位移传感器18、左转向油缸19、右转向油缸20、第一单向阀21、第二单向阀22、液压蓄能器23、第三单向阀24、第四单向阀25、第一先导式比例溢流阀26、第二先导式比例溢流阀27、第五单向阀28、第六单向阀29、第三压力传感器30、溢流阀31、油箱32；

[0036] 其中：第一电动机7、第一定量泵/马达8同轴机械相连，第二电动机9、第二定量泵/马达10同轴机械相连；第一定量泵/马达8进油口连接油箱32，其出油口连接第五单向阀28的进油口，第五单向阀28的出油口连接第一电磁换向阀11的A口和第五电磁换向阀15的B口，第五电磁换向阀15的A口连接第四单向阀25的出油口；第二定量泵/马达10进油口连接油箱32，其出油口连接第六单向阀29的进油口，第六单向阀29的出油口连接第一电磁换向阀11的B口和第四电磁换向阀14的B口，第四电磁换向阀14的A口连接第四单向阀25的出油口；第一电磁换向阀11的C口分为四路，其第一路连接第二先导式比例溢流阀27的进油口，其第二路连接第一单向阀21的出油口，其第三路连接左转向油缸19的无杆腔，其第四路连接右转向油缸20的有杆腔，第一电磁换向阀11的D口分为四路，其第一路连接第一先导式比例溢流阀26的进油口，其第二路连接第二单向阀22的出油口，其第三路连接左转向油缸19的有杆腔，其第四路连接右转向油缸20的无杆腔；第一单向阀21和第二单向阀22的进油口均连接油箱32；第一先导式比例溢流阀26的出油口连接第二电磁换向阀12的A口，第二先导式比例溢流阀27的出油口连接第三电磁换向阀13的A口；第二电磁换向阀12的B口和第三电磁换向阀13的B口均连接第三单向阀24的进油口，第二电磁换向阀12的T口和第三电磁换向阀13的T口均连接油箱32；第四电磁换向阀14的A口和第五电磁换向阀15的A口均连接第四单向阀25的出油口；液压蓄能器23分别与第三单向阀24的出油口和第四单向阀25的进油口相连；第一压力传感器16、第二压力传感器17、第三压力传感器30、位移传感器18和用于检测电子方向盘1转角的轴角编码器2均电信号连接电控单元3；电控单元3电信号连接第一电机控制器5、第二电机控制器6、第一电磁换向阀11、第二电磁换向阀12、第三电磁换向阀13、第四电磁换向阀14和第五电磁换向阀15、第一先导式比例溢流阀26和第二先导式比例溢流阀27；第一电动机7通过第一电机控制器5与动力电池4连接，第二电动机9通过第二电机控制器6与动力电池4连接。

[0037] 该第一电动机7和第二电动机9能够工作在电动模式和发电模式。

[0038] 该第一定量泵/马达8和第二定量泵/马达10能够工作在泵模式和马达模式。

[0039] 本实施例中，当油液压力大于第一先导式比例溢流阀26或第二先导式比例溢流阀27的设定压力时，溢流油液经第二电磁换向阀12或第三电磁换向阀13、第三单向阀24进入液压蓄能器23，给液压蓄能器23充油，且若此时第一电磁换向阀11的电磁铁处于失电状态即转向油缸中的油液处于密闭状态时，转向油缸通过第一单向阀21或第二单向阀22补充油液，以减缓装载机的发飘现象。

[0040] 本实施例中，电控单元3上通讯连接有用于检测左转向油缸19有杆腔压力与右转向油缸20无杆腔压力的第一压力传感器16、用于检测左转向油缸16无杆腔压力与右转向油缸20有杆腔压力的第二压力传感器17和用于检测液压蓄能器23压力的第三压力传感器30。当装载机左转向时，若第一压力传感器16检测到的油路压力小于第三压力传感器30检测到的液压蓄能器压力时，电控单元3通过控制电流来控制第四电磁换向阀14的电磁铁得电，第四电磁换向阀14上位工作，其A‑B油口连通，液压蓄能器23对主油路进行补油；当装载机右转向时，若第二压力传感器17检测到的油路压力小于第三压力传感器30检测到的液压蓄能器压力时，电控单元3通过控制电流来控制第五电磁换向阀15的电磁铁得电，第五电磁换向阀15上位工作，其A‑B油口连通，液压蓄能器23对主油路进行补油。如此实现了对液压蓄能器23回收能量的再利用，并可以满足对剧变负载的补偿。

[0041] 进一步地，为了保证液压蓄能器23中的油液流动方向一定，能量回收释放机构还包括第三单向阀24和第四单向阀25，为了保证补油油液不倒流回液压泵中，泵/马达8出油口接第五单向阀28、泵/马达10出油口接第六单向阀29。

[0042] 为提高本发明电液系统的安全性，作为本发明的一种优选实施方式，连接有液压蓄能器23的第三单向阀24的出油口和第四单向阀25的进油口上还连接有溢流阀31，溢流阀31的出油口与油箱连通。当液压蓄能器23压力达到最高充油压力时，高压油液经溢流阀31溢流回油箱32，从而保护液压蓄能器23。此时第三压力传感器30将检测到的该压力信号传递给电控单元3后，若第一压力传感器16检测到的油液压力大于最高充油压力，则电控单元
3通过控制电流来控制第二电磁换向阀12的电磁铁得电，使第二电磁换向阀12的A油口和T油口接通，油液直接回油箱32，不再通过溢流阀31溢流回油箱，减少系统发热，并通过第一先导式比例溢流阀26维持系统压力稳定；若第二压力传感器17检测到的油液压力大于系最高充油压力，则电控单元3通过控制电流来控制第三电磁换向阀13的电磁铁得电，使第三电磁换向阀13的A油口和T油口接通，油液直接回油箱32，不再通过溢流阀31溢流回油箱，减少系统发热，并通过第二先导式比例溢流阀27维持系统压力稳定。

[0043] 本实施例中，轴角编码器2能够在电子方向盘1控制装载机进行转向时，将来自电子方向盘1的转角信号转换成电信号并传递给电控单元3，该电控单元3能够在接收到该电信号后控制第一电磁换向阀11的电磁铁得电，使其A油口与C油口接通，B油口与D油口接通。同时电控单元3通过所接收到的轴角编码器2传递来的电信号后判定驾驶员左、右转向意图，左转向则控制第一电动机7处于发电机模式，第二电动机9处于电动机模式，右转向则控制第一电动机7处于电动机模式,第二电动机9处于发电机模式。通过位移传感器18将转向油缸的位移信号传递给电控单元3来实现位移闭环控制，使得整车转向角度与电子方向盘1的转动角度保持比例对应，并且电控单元3能够根据电子方向盘1的转动速度控制电机的转速，来达到控制液压泵输出流量的目的，从而有效解决装载机液压泵流量和负载的匹配问题，同时能够使处于发电模式的电动机和液压马达将回油路上的液压能转化为电能实现能量回收。

[0044] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均属于侵犯本发明保护范围的行为。