一种电动装载机液压系统及液压电机控制方法

技术领域

本发明涉及电动装载机领域，具体涉及一种电动装载机液压系统及对电机精确控制方法。

背景技术

装载机在铁路货场、港口码头、矿山开采和庄园农场货物装卸或建筑施工场合有着广泛的应用。随着全球化石能源供应的不断趋紧及温室气体排放的要求不断升高，对装载机的排放、节能和经济性要求也得到了人们的重视，电动装载机应运而生。

而电动装载机因为可以实现驱动装置与液压系统的解耦，所以可以实现仅在液压系统需要流量或压力的时候才驱动液压系统工作，大幅降低了装载机液压系统管路的沿程、阀间和溢流压力损失。现有液压控制方法分为两种：

一是在车辆静止状态(未挂起行进档，操作手柄未动作)，给液压电机较低的转速控制，以保证车辆的制动及转向系统随时可以工作；在车辆开始动作后(挂档或操作手柄信号不为零)，给液压电机一个较高的转速控制，以保证车辆对流量和压力的需要。

二是在车辆静止状态，给液压电机较低的转速控制，以保证车辆的制动及转向系统随时可以工作；在车辆开始动作时，根据操作手柄的动作的开度大小赋予液压电机不同的转速，以减少液压系统的溢流。

第一种方案较传统装载机大幅降低了高速行驶及铲物料过程中的液压系统沿程压力损失及铲掘过程中的溢流损失。第二种方案在第一个方案基础上减少了车辆行驶且工作装置未动作工况下的液压系统沿程压力损失，以及液压系统需要大压力而小流量工况下的液压系统溢流损失。两种方案都具有十分重要的意义，但是以上两种方案都无法避免沿程压力损失和溢流损失。

本申请拟提出一种在液压系统不工作时无沿程压力损失，避免溢流损失的装载机液压系统及控制方法。

发明内容

为了实现上述发明目的，本发明提供一种电动装载机液压系统及液压电机控制方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种电动装载机液压系统，其特征在于：

在液压泵通往转向系统和工作装置的油路上安装有液压蓄能器和压力传感器；所述压力传感器信号反馈至整车控制器；设置一无中位回油的多路换向阀，连接所述工作装置。

进一步地：

所述液压系统包括有液压电机，所述液压电机驱动连接所述液压泵；

所述液压泵通往转向系统和工作装置的油路分叉口上设置有优先阀，所述优先阀优先接通所述转向系统，并且在所述液压泵出口设置有溢流阀接至油箱；

所述无中位回油的多路换向阀连接在优先阀与工作装置之间，所述无中位回油的多路换向阀由电控多路阀控制手柄经过先导阀控制，所述电控多路阀控制手柄信号反馈至整车控制器。

进一步地：

所述蓄能器的最大压力，按装载机液压泵出口溢流压力选定，以保证在系统达到溢流压力时蓄能器还能正常工作；

所述蓄能器的充气压力，按装载机转向系统溢流压力选定，以保证蓄能器充气压力在最低状态时，转向系统仍能正常工作；

所述蓄能器的容量，按装载机两个转向缸容积之和选定，以保证蓄能器在充满油后，装载机可以从一侧转向极限位置转到另一侧转向极限位置；

所述压力传感器的最大测量值，按装载机液压泵出口溢流压力选定，以保证在系统达到溢流压力时压力传感器依然能测得信号。

一种电动装载机液压系统的液压电机控制方法，其特征在于：

试验前做标定：

装载机转斗缸收斗时的最大流量Q

装载机转斗缸翻斗时的最大流量Q

装载机动臂缸举升时的最大流量Q

装载机动臂缸下落时的最大流量Q

装载机液压泵出口溢流压力P

装载机转向系统溢流压力P

装载机系统压力达到稳定溢流压力时液压电机的转矩值T

设定：系统两个压力调节量a和b，a的取值在(0，P

然后按工作装置未动作和有动作两种工况对液压电机进行控制：

1)工作装置未动作时

当系统压力小于P

当系统压力大于等于P

当系统压力大于等于P

2)工作装置有动作时

当系统压力达到P

当系统压力达到P

ω

其中：

ω

L为液压泵的排量；

T

T

T

T

对于所述Q

Q

Q

Q

Q

其中：

V

V

V

V

d

d

d

d

本发明在没有工作装置使用工况时，通过蓄能器和对液压系统压力逻辑门限值的控制，保证了在工作装置在不动作时，液压泵的效率最高，系统没有溢流和中位回油造成的沿程压力损失，从而提高了整车的效率和电能的有效利用率，延长了电动装载机的工作时间；在有工作装置使用工况时，根据操作手柄开度、系统压力(电机转矩)对电机的控制模式进行切换控制，避免了在大压力小流量和因工作装置限位引起的溢流和阀间压力损失。不仅减少了能量的浪费，对电动装载机的液压系统热管理也起到了重要作用。

附图说明

图1是装载机改进后液压系统图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例和附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

一.液压系统

如图1所示，本发明电动装载机液压系统包括：液压电机1、液压泵2，液压电机根据整车控制器3指令，驱动液压泵工作；溢流阀4，接于液压泵出口处，用于系统高压溢流；优先阀5，接于系统油路通往转向系统6和工作装置7的交叉口上，优先导通转向系统液压回路；无中位回油的多路换向阀8，连接在优先阀与工作装置7之间，用于对不同工作状态的调整；蓄能器9和压力传感器10，连接在液压泵2至优先阀5之间的油路上，用于对高压工作油的储能和对工作油路的压力检测，压力传感器10信号反馈至整车控制器3；电控多路阀控制手柄11，用于工作状态的转换操作，并将操作信号反馈给整车控制器3，电控多路阀控制手柄的操作指令通过先导阀12传递到无中位回油的多路换向阀8，用于无中位回油的多路换向阀8相应阀位的打开。

本发明对液压系统所做的突出改进是：在液压泵至优先阀间安装蓄能器和压力传感器；将现有带中位回油的多路换向阀换为不带中位回油的多路换向阀；将压力传感器信号接至整车控制器。

现有带中位回油的多路换向阀主要是为了解决由于传统装载机行走及工作装置动力耦合带来的溢流损失能量问题，电动装载机已经实现了行走及工作装置解耦，没必要选用带中位回油多路换向阀，同时，取消中位回油会减少工作装置的建压时间，提升系统的工作效率。蓄能器是为了高压油的能量回收。

相关器件选型：

蓄能器9的最大压力，按装载机液压泵出口溢流阀的溢流压力P

压力传感器10的最大测量值，按装载机液压泵出口溢流阀的溢流压力P

二.控制方法

标定1：测量装载机转斗缸收斗、翻斗和动臂缸举升、下落时液压缸活塞移动的最快速度，并根据缸径和最快速度计算出对应的最大流量，分别记为Q

Q

Q

Q

Q

其中：

Q

Q

Q

Q

V

V

V

V

d

d

d

d

标定2：系统压力达到稳定溢流压力P

当装载机上电后，液压电机进入开始状态，液压电机的控制分为两个工况，工作装置有动作的状态和工作装置没有动作的状态。

1、工作装置静止状态(电控多路阀操作手柄信号为0)

工作装置没有工作时，液压系统主要保证转向系统的压力需求，此时以液压泵出口溢流压力P

ω

其控制方法为：

当系统压力P小于P

当系统压力P大于等于P

当系统压力P大于等于P

2、工作装置工作状态(电控多路阀操作手柄信号不为0)

工作装置工作时，液压泵优先供转向系统动力，在满足转向系统用油的前提下再供工作装置，但是由于车辆在工作过程中，工作装置在快速工作或大压力工作的时候，车辆几乎不存在同时转向的工况，因此在工作装置工作状态下，转向装置所需流量和压力可以忽略不计。在整车控制器接收到电控多路阀操作手柄上传来的转斗缸或动臂缸操作手柄开度信号时首先对液压电机进行转速控制。

其转速控制表达为：

ω

其中：

ω

ω

L为液压泵的排量；

T

T

T

T

所以，

当系统压力达到P

直至系统压力大于等于P

所以电机控制包括转矩和转速两方面，如下所示：

其中，M(ω

在电机转矩控制模式下，T

在电机转速控制模式下，ω