CN113404730B - 一种基于液压蓄能器和变量马达的电动装载机的转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于液压蓄能器和变量马达的电动装载机的转向系统，包括油箱、第一单向阀、电源、电机控制器、电动机、变量泵、变量马达、电子方向盘、轴角编码器、电控单元、第二单向阀、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀、第一溢流阀、第四电磁换向阀、第三单向阀、液压蓄能、第五电磁换向阀、第四单向阀、第二溢流阀、第五单向阀、第六换向阀、位移传感器、左转向油缸、右转向油缸、第一压力传感器、第二压力传感器等。本发明通过变量马达能够将回油路上的液压能回收，直接用于驱动变量泵，减少了能量转化次数，提高了能量回收的效率，降低了电动机的电能消耗，提高了装载机的工作效率和安全性能。

Description

一种基于液压蓄能器和变量马达的电动装载机的转向系统

技术领域

本发明涉及电液控制技术为特征的液压控制系统，尤其是涉及一种基于液压蓄能器和变量马达的电动装载机的转向系统。

背景技术

随着当前能源短缺和环境污染的形势日益严重，工程机械高能耗、高排放的问题日益突出，装载机作为一种应用非常广泛的工程机械，其排放和功率损耗问题越来越受到人们重视。装载机主要用于装载和转运散装物料，转向系统在工作过程中载荷变化范围大并且变化较为频繁，这将会导致大量的溢流损耗，所以降低装载机转向系统中的能量损失是提高装载机节能性能的一个重要途径。

近年来，能量回收机构开始应用到装载机中，但能量回收系统的转化路线，如马达—电机—电容—电机—泵，能量经过多次转换，而且电能和液压能相互转化时会存在大量的能量损失，这将导致出现回收效率偏低的情况出现。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种基于液压蓄能器和变量马达的电动装载机的转向系统。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于液压蓄能器和变量马达的电动装载机的转向系统，包括油箱、第一单向阀、电源、电机控制器、电动机、变量泵、变量马达、电子方向盘、轴角编码器、电控单元、第二单向阀、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀、第一溢流阀、第四电磁换向阀、第三单向阀、液压蓄能、第五电磁换向阀、第四单向阀、第二溢流阀、第五单向阀、第六换向阀、位移传感器、左转向油缸、右转向油缸、第一压力传感器、第二压力传感器；

电动机、变量泵和变量马达同轴机械相连；变量泵的出油口与第二单向阀的进油口相连，变量泵的进油口与第一单向阀出油口相连，第一单向阀的进油口与油箱相连；第二单向阀的出油口分别与第一溢流阀的进油口和第四电磁换向阀的P口相连；第一溢流阀的出油口与油箱相连；第四电磁换向阀的T口与第一电磁换向阀的A口相连；第一电磁换向阀的T口与油箱相连，第一电磁换向阀的B口分别与变量马达的进油口和第二电磁换向阀的B口相连；变量马达的出油口与油箱相连；第四电磁换向阀的A口分别与第六电磁换向阀的C口、左转向油缸的无杆腔和右转向油缸的有杆腔相连，第四电磁换向阀的B口分别与第六电磁换向阀的D口、左转向油缸的有杆腔和右转向油缸的无杆腔相连；第六电磁换向阀的B口与第三单向阀的进油口相连，第六电磁换向阀的A口与第五单向阀的出油口相连，第五单向阀的进油口与油箱相连；第五电磁换向阀的A口分别与第三单向阀的出油口、第四单向阀的进油口、第二溢流阀的进油口和液压蓄能器相连，第五电磁换向阀的B口分别与第二溢流阀的出油口和油箱相连；第四单向阀的出油口与第二电磁换向阀的A口相连；电动机通过电机控制器与电源相连；电控单元电信号连接电机控制器、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、第六电磁换向阀；用于检测电子方向盘的轴角编码器、位移传感器、第一压力传感器和第二压力传感器均电信号连接电控单元；第一压力传感器与左转向油缸的有杆腔和右转向油缸的无杆腔相连，第二压力传感器与左转向油缸的无杆腔和右转向油缸的有杆腔相连；

作为本发明的一种改进，所述电源为蓄电池。

作为本发明的一种改进，连接有所述第二电磁换向阀A口的第四单向阀出油口上还连接着第三电磁换向阀的A口，所述第三电磁换向阀的B口与连接有第一单向阀出油口的所述变量泵的进油口相连。

相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：

1.本发明提供了一种基于液压蓄能器和变量马达的电动装载机的转向系统，通过在转向系统回油油路上增加一个与电动机、变量泵同轴机械相连的变量马达，利用变量马达来回收回油油路上的液压能，并直接为变量泵提供扭矩，减少了能量转换的环节，提高了能量转换的效率，进一步降低了电动机消耗功率。

2.本发明提供了一种基于液压蓄能器和变量马达的电动装载机的转向系统，通过液压蓄能器将传统转向系统非转向作业时由于外负载作用而导致的溢流损耗回收，用于提高变量泵的进油口压力和电机故障时的紧急能量源来驱动变量泵，降低了电动机的电能消耗，提高了装载机的工作效率和安全性能。

附图说明

图1为本发明一种基于液压蓄能器和变量马达的电动装载机的转向系统结构示意图；

附图标识说明：

1、油箱                    2、第一单向阀

3、电源                    4、电机控制器

5、电动机                  6、变量泵

7、变量马达                8、电子方向盘

9、轴角编码器              10、电控单元

11、第二单向阀             12、第一电磁换向阀

13、第二电磁换向阀         14、第三电磁换向阀

15、第一溢流阀             16、第四电磁换向阀

17、第三单向阀             18、液压蓄能器

19、第五电磁换向阀         20、第四单向阀

21、第二溢流阀             22、第五单向阀

23、第六电磁换向阀         24、位移传感器

25、左转向油缸             26、右转向油缸

27、第一压力传感器         28、第二压力传感器

具体实施方式

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。

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。

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。

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，包括油箱1、第一单向阀2、电源3、电机控制器4、电动机5、变量泵6、变量马达7、电子方向盘8、轴角编码器9、电控单元10、第二单向阀11、第一电磁换向阀12、第二电磁换向阀13、第三电磁换向阀14、第一溢流阀15、第四电磁换向阀16、第三单向阀17、液压蓄能器18、第五电磁换向阀19、第四单向阀20、第二溢流阀21、第五单向阀22、第六电磁换向阀23、位移传感器24、左转向油缸25、右转向油缸26、第一压力传感器27、第二压力传感器28；其中：

电动机5、变量泵6和变量马达7同轴机械相连；变量泵6的出油口与第二单向阀11的进油口相连，变量泵6的进油口与第一单向阀2出油口相连，第一单向阀2的进油口与油箱1相连；第二单向阀11的出油口分别与第一溢流阀15的进油口和第四电磁换向阀16的P口相连；第一溢流阀15的出油口与油箱1相连；第四电磁换向阀16的T口与第一电磁换向阀12的A口相连；第一电磁换向阀12的T口与油箱1相连，第一电磁换向阀12的B口分别与变量马达7的进油口和第二电磁换向阀13的B口相连；变量马达7的出油口与油箱1相连；第四电磁换向阀16的A口分别与第六电磁换向阀23的C口、左转向油缸25的无杆腔和右转向油缸26的有杆腔相连，第四电磁换向阀16的B口分别与第六电磁换向阀23的D口、左转向油缸25的有杆腔和右转向油缸26的无杆腔相连；第六电磁换向阀23的B口与第三单向阀17的进油口相连，第六电磁换向阀23的A口与第五单向阀22的出油口相连，第五单向阀22的进油口与油箱1相连；第五电磁换向阀19的A口分别与第三单向阀17的出油口、第四单向阀20的进油口、第二溢流阀21的进油口和液压蓄能器18相连，第五电磁换向阀19的B口分别与第二溢流阀21的出油口和油箱1相连；第四单向阀20的出油口与第二电磁换向阀13的A口相连；电动机5通过电机控制器4与电源1相连；电控单元10电信号连接电机控制器4、第一电磁换向阀12、第二电磁换向阀13、第三电磁换向阀14、第四电磁换向阀16、第五电磁换向阀19、第六电磁换向阀23；用于检测电子方向盘8转动角度的轴角编码器9、位移传感器24、第一压力传感器27和第二压力传感器28均电信号连接电控单元10；第一压力传感器27与左转向油缸25的有杆腔和右转向油缸26的无杆腔相连，第二压力传感器28与左转向油缸25的无杆腔和右转向油缸26的有杆腔相连。

本实施例中，该电源3采用蓄电池。

该转向系统除机械连接、电信号连接以外的其它连接都为油路连接。

本实施例中，为了提高变量泵6的工作性能，连接有所述第二电磁换向阀13A口的第四单向阀20出油口上还连接着第三电磁换向阀14的A口，所述第三电磁换向阀14的B口与连接有第一单向阀2出油口的所述变量泵6的进油口相连。

工作过程中，液压蓄能器18作为一个高压油源，将其存储的液压有直接释放到变量泵6的进油口，使得变量泵6的进油口压力升高，即变量泵6的进出口油压差降低，从而实现了电动机转矩输出的降低。而第一单向阀2可以确保液压蓄能器释放的高压油流向一定，使高压油不会流回油箱。

本实施例中，当电子方向盘8转动时，轴角编码器9采集电子方向盘8的转角信号并传递给电控单元10，位移传感器24也同步传递转向油缸的位移信号给电控单元10，电控单元10实时换算传递来的转角信号和位移信号，并以两者的差值来控制第四电磁换向阀16电磁铁的得电与失电状态。当向左转动电子方向盘8且差值不为零时，第四电磁换向阀16的左电磁铁得电、右电磁铁失，此时第四电磁换向阀16工作在左位，左转向油缸25活塞杆缩回，右转向油缸26活塞杆伸出，装载机左转向；当向右转动电子方向盘8且差值不为零时，第四电磁换向阀16的右电磁铁得电、左电磁铁失电，此时第四电磁换向阀16工作在右位，左转向油缸25活塞杆伸出，右转向油缸26活塞杆缩回，装载机右转向；当电控单元10实时换算传递来的转角信号和位移信号差值为零时，第四电磁换向阀16的左、右电磁铁同时失电，此时第四电磁换向阀16的阀芯回到中位，装载机停止转向。与此同时，电控单元10根据电子方向盘8的转速来控制变量泵6的排量，从而实现整车转向状态跟随电子方向盘8的转动状态，提高系统的节能性和操控性。并且电控单元10向第一电磁换向阀12发出控制信号控制其电磁铁的得电、失电状态，第一电磁换向阀12的电磁铁得电，则回油油液直接回油箱，第一电磁换向阀12的电磁铁失电，回油油液将经过变量马达7，同时电控单元10通过控制变量马达7的排量大小，来控制变量马达7的输出功率。

本实施例中，当第四电磁换向阀16的左、右电磁铁有一处得电，即其阀芯不处于中位时,第六电磁换向阀23的左、右电磁铁将都处于失电状态，此时转向系统的最高安全压力由第一溢流阀15来控制；当第四电磁换向阀16的左、右电磁铁都处于失电状态，即其阀芯处于中位时，电控单元10通过第一压力传感器27和第二压力传感器28采集左转向油缸25和右转向油缸26的有杆腔与无杆腔的压力信号，并通过与设定的最高系统安全压力的比较，来控制第六电磁换向阀26的左、右电磁铁的得电与失电。当第一压力传感器27检测到的油压高于系统最高安全压力时，第六电磁换向阀23的右边电磁铁得电，其C口与A口连通、D口与B口连通，则左转向油缸25的有杆腔和右转向油缸26的无杆腔的高压油经第六电磁换向阀23的油路D-B和第三单向阀17存储于液压蓄能器18中，左转向油缸25的无杆腔和右转向油缸26的有杆腔将得到从油箱1经第五单向阀22和第六电磁换向阀23的油路A-B的补充油液；当第二压力传感器28检测到的油压高于系统最高安全压力时，第六电磁换向阀23的左边电磁铁得电，其C口与B口连通、D口与A口连通，则左转向油缸25的无杆腔和右转向油缸26的有杆腔的高压油经第六电磁换向阀23的油路C-B和第三单向阀17存储于液压蓄能器18中，左转向油缸25的有杆腔和右转向油缸26的无杆腔将得到从油箱1经第五单向阀22和第六电磁换向阀23的油路A-D的补充油液。而与液压蓄能器18连接的第二溢流阀21用于限定液压蓄能器18最高充油压力，与液压蓄能器18连接的第五电磁换向阀19用于液压蓄能器高压油液的卸荷。

本实施例中，当电动机5发生故障，即变量泵6失去动力源时，电控单元10控制第二电磁换向阀13的电磁铁得电，第二电磁换向阀的A口与B口连通，此时液压蓄能器18作为紧急动力源，其高压油液过第四单向阀20和第二电磁换向阀13的油路A-B来驱动变量马达7旋转，从而带动变量泵6工作，实现紧急状态下的转向。

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。

Claims (4)

1.一种基于液压蓄能器和变量马达的电动装载机的转向系统，其特征在于，包括油箱、第一单向阀、电源、电机控制器、电动机、变量泵、变量马达、电子方向盘、轴角编码器、电控单元、第二单向阀、第一电磁换向阀、第二电磁换向阀、第三电磁换向阀、第一溢流阀、第四电磁换向阀、第三单向阀、液压蓄能器、第五电磁换向阀、第四单向阀、第二溢流阀、第五单向阀、第六电磁换向阀、位移传感器、左转向油缸、右转向油缸、第一压力传感器、第二压力传感器；

电动机、变量泵和变量马达同轴机械相连；变量泵的出油口与第二单向阀的进油口相连，变量泵的进油口与第一单向阀出油口相连，第一单向阀的进油口与油箱相连；第二单向阀的出油口分别与第一溢流阀的进油口和第四电磁换向阀的P口相连；第一溢流阀的出油口与油箱相连；第四电磁换向阀的T口与第一电磁换向阀的A口相连；第一电磁换向阀的T口与油箱相连，第一电磁换向阀的B口分别与变量马达的进油口和第二电磁换向阀的B口相连；变量马达的出油口与油箱相连；第四电磁换向阀的A口分别与第六电磁换向阀的C口、左转向油缸的无杆腔和右转向油缸的有杆腔相连，第四电磁换向阀的B口分别与第六电磁换向阀的D口、左转向油缸的有杆腔和右转向油缸的无杆腔相连；第六电磁换向阀的B口与第三单向阀的进油口相连，第六电磁换向阀的A口与第五单向阀的出油口相连，第五单向阀的进油口与油箱相连；第五电磁换向阀的A口分别与第三单向阀的出油口、第四单向阀的进油口、第二溢流阀的进油口和液压蓄能器相连，第五电磁换向阀的B口分别与第二溢流阀的出油口和油箱相连；第四单向阀的出油口与第二电磁换向阀的A口相连；电动机通过电机控制器与电源相连；电控单元电信号连接电机控制器、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、第六电磁换向阀；用于检测电子方向盘的轴角编码器、位移传感器、第一压力传感器和第二压力传感器均电信号连接电控单元；第一压力传感器与左转向油缸的有杆腔和右转向油缸的无杆腔相连，第二压力传感器与左转向油缸的无杆腔和右转向油缸的有杆腔相连。

2.如权利要求1所述的一种基于液压蓄能器和变量马达的电动装载机的转向系统，其特征在于，所述电源为蓄电池。

3.如权利要求1所述的一种基于液压蓄能器和变量马达的电动装载机的转向系统，其特征在于，除机械连接、电信号连接以外的其它连接都为油路连接。

4.如权利要求1所述的一种基于液压蓄能器和变量马达的电动装载机的转向系统，其特征在于，连接有所述第二电磁换向阀A口的第四单向阀出油口上还连接着第三电磁换向阀的A口，所述第三电磁换向阀的B口与连接有第一单向阀出油口的所述变量泵的进油口相连。

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