一种混合驱动回转控制系统、控制方法及起重机

技术领域

本发明涉及轮式起重机回转系统，具体是涉及一种混合驱动回转控制系统、控制方法及起重机。

背景技术

回转系统是轮式起重机的一项关键作业功能，能够驱动上车作业系统进行360°旋转动作。传统起重机回转系统一般采用液压驱动形式，即液压油泵驱动液压马达，通过减速机与回转支承啮合，实现回转动作，受回转液压系统大滞后响应特性以及回转阀控制滞环影响，回转系统启动、停止控制相对困难，控制特性普遍较差。除液压驱动形式外，近年还出现了电机驱动的系统形式，通过电动机带动减速机与回转支撑啮合，驱动回转动作，电机回转具有启动扭矩大、控制线性度高等优势，具有比液压驱动回转系统更好的启停控制特性，但是抗负载波动能力相对较差，上车在回转过程中由于车架变形、吊重物摆动惯性等因素影响导致回转负载存在波动时，回转运动速度存在波动不平稳现象。

现有技术中，如申请号为CN202310037358.0的一种电驱混合动力传动起重机，公开了一种电驱混合动力传动起重机，通过高压电池提供液压系统的动力源，将电能转化为液压能，驱动液压执行机构实现上车、底盘液压系统动作，具有响应快，执行工作效率高，操控性好，控制精度高等优点。其通过电机驱动液压泵，进一步驱动马达等执行元件，执行元件依旧为液压元件。

又如申请号为CN201310131844.5的一种混合动力回转驱动系统和工程机械，公开了一种混合动力回转驱动系统和工程机械，通过第一电能转换单元、第二电能转换单元和液压能转换单元将回转平台的机械能转换为电能，再转换为液压能并利用蓄能器存储，实现能量回收的功能。申请号为CN201310694773.X的一种电液混合动力装置、挖掘机及方法，公开了一种电液混合动力装置、挖掘机及方法，在回转轻载或制动时，驱动发电机/泵马达使液压油至蓄能器，在重载时蓄能器中液压油驱动泵马达/电动机，将可供回收的电能转换成液压能保存并利用，实现能量回收。两者均通过能量转换模块，将机械能、电能、液压能之间做能量转换，实现能量回收与利用，但回转直接驱动元件仍为液压马达。

又如申请号为CN202021241017.3的一种挖掘机回转驱动机构，公开了一种挖掘机回转驱动机构，它属于混动挖掘机回转机构领域，通过回转电机/发电机替换液压马达形式，完成挖掘机的回转能量回收，降低能量消耗，节约成本。其驱动机构仍为电机驱动。

发明内容

发明目的：针对以上缺点，本发明提供一种提升回转系统启停控制特性及过程运动平稳性的混合驱动回转控制系统、控制方法及起重机。

本发明还提供一种上述混合驱动回转控制系统的控制方法及应用上述混合驱动回转控制系统的起重机。

技术方案：为解决上述问题，本发明采用一种混合驱动回转控制系统，包括控制单元、液压马达和回转电机，所述液压马达和回转电机分别通过两个回转减速机与回转支承连接，所述控制单元用于控制液压马达和回转电机单独驱动回转支承或者控制液压马达和回转电机按比例输出动力驱动回转支撑。

进一步的，所述液压马达通过液压油泵提供动力，液压油泵与液压马达之间设置自由回转阀，通过调节自由回转阀的开口实现液压马达供油油路的导通或切断。所述回转电机通过电池提供动力，所述回转电机具有电机浮动控制功能，实现回转电机的自由转动或正常工作的切换。

进一步的，与回转电机相连的回转减速机的输入端连接有回转制动器，回转制动器制动或解锁回转减速机。

进一步的，与液压马达相连的回转减速机的输入端连接有回转制动器，回转制动器制动或解锁回转减速机。

进一步的，分别与回转电机和液压马达相连的两个回转减速机的输入端均连接有回转制动器，回转制动器制动或解锁回转减速机。

进一步的，还包括操作单元和检测单元，所述操作单元用于向控制单元发送操作指令，所述检测单元用于获取液压马达工作参数和回转电机工作参数。

本发明还采用一种混合驱动回转控制方法，启动阶段的控制方法包括以下步骤：

(1)接收启动操作指令；

(2)根据启动操作指令启动回转电机，通过回转电机启动回转系统；

(3)接收控制操作指令，根据控制操作指令启动液压马达，并根据回转负载大小，控制液压马达和回转电机的动力分配比例，在逐渐增加液压马达的动力输出的同时减小回转电机的动力输出；

(4)根据控制操作指令，液压马达完全驱动回转系统，同时回转电机进入浮动状态，不再为回转系统提供动力。

进一步的，减速至停止阶段的控制方法包括以下步骤：

(1)接收减速操作指令；

(2)根据减速操作指令，启动回转电机，控制液压马达和回转电机的动力分配比例，在逐渐减小液压马达的动力输出的同时增大回转电机的动力输出；

(3)根据减速操作指令回转电机完全驱动回转系统，同时液压马达不再为回转系统提供动力；

(4)根据停止操作指令，缓慢关闭回转电机。

本发明还采用一种起重机，采用上述混合驱动回转控制系统。

有益效果：本发明相对于现有技术，其显著优点是通过液压马达和回转电机的混合驱动，解决液压回转系统启动特性不好及电机回转系统抗负载波动能力差的问题，提升回转系统启停控制特性及过程运动平稳性，提升产品操控性水平。

附图说明

图1是本发明中混合驱动回转控制系统的组成示意图。

图2是本发明中回转系统的控制时序图。

图3是本发明中回转系统的控制流程图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本实施例中一种混合驱动回转控制系统，包括液压回转执行装置、电机回转执行装置、混合驱动控制装置。

(1)液压回转执行装置

包括液压油泵1、液压马达2、回转减速机3、自由回转阀4。其中液压油泵与液压马达相连，提供动力；液压马达再与回转减速机相连，回转减速机输出轴设有齿轮与回转支承5相连；自由回转阀具有反向比例调节开口的功能，不得电状态为导通，最大电流状态为关闭，通过调节阀的开口逐渐将液压马达两端油路导通或切断，实现马达自由回转与正常工作切换的功能。液压回转系统也可采用正比例控制自由回转阀，其控制方法对应调整即可。

(2)电机回转执行装置

包括电池6、回转电机7、回转减速机8、回转制动器9。其中电池与回转电机相连，提供动力；回转电机再与回转减速机相连，回转减速机输出轴设有齿轮与回转支承5相连；回转制动器与回转减速机输入端相连，能够制动或解锁减速机转动；回转电机具有电机浮动控制功能，可实现电机自由转动与正常工作平稳切换的功能。

(3)混合驱动控制装置

包括操作单元10、控制单元11、检测单元12。其中操作单元与控制单元相连，提供回转操控意图信息；检测单元可获取液压马达压力信息及电机扭矩、功率等信号，同时与控制单元相连，向控制单元提供回转负载状态信息；控制单元还与液压油泵、自由回转阀、回转电机等执行部件相连，能够根据控制意图和回转负载状态控制液压回转执行装置和电机回转执行装置分别独立工作或者混合协同工作。

电机回转系统设置回转制动器，而液压回转系统未设置回转制动器，也可采用在液压回转系统设置制动器而电机回转系统不设置制动器，或者两种系统均设置制动器。

实施例2

本实施例中一种混合驱动回转控制方法，分别利用液压驱动和电机驱动的优势对回转系统进行控制，控制模式分为三种：电机回转模式、液压回转模式、混合驱动回转模式。

(1)电机回转模式：在此模式下，与回转电机的回转减速机连接的回转制动器打开，回转电机正常输出，液压油泵、自由回转阀无输出。

(2)液压回转模式：在此模式下，与液压马达的回转减速机连接的回转制动器打开，液压油泵、自由回转阀正常输出，回转电机浮动控制。电机浮动控制表示电机正反自由转动，不产生驱动力。

(3)混合驱动模式：在此模式下，回转制动器打开，回转电机与液压油泵、自由回转阀均有输出，根据回转负载大小进行两种模式的动力分配。

控制时序图如图2，s1为操作指令信号，s2/s4为电机控制信号，s3为液压油泵控制信号。电机回转模式主要用于回转启动阶段(t1)和停止(t5)阶段，液压回转模式主要用于大负载、高速回转阶段(t3)，混合驱动模式主要用于过程调速阶段(t2、t4)。

以下以一种典型控制方法为例，按照不同的作业阶段具体说明不同模式之间的控制方法。控制流程图如图3：

(1)启动阶段

控制单元接收到操作单元发出的启动操作指令后，打开回转制动器，同时启动回转电机，通过电机回转系统启动回转；此时液压油泵、自由回转阀均无控制输出。

(2)运动阶段

操作指令在不断增加过程中，检测单元实时监测电机负载与液压马达负载，增大自由回转阀与液压油泵控制输出，逐渐增加液压回转系统动力输出，使液压回转系统逐渐参与回转系统工作，同时减小回转电机控制输出，使电机回转系统逐渐减小动力输出，根据回转负载大小，控制两种系统的动力分配比例。两种系统进入混合驱动状态。

(3)液压独立控制阶段

操作指令达到一定值或负载达到一定值后，自由回转阀控制值达到最大，阀开口完全关闭，液压回转系统完全参与回转系统工作，同时电机进入浮动状态，不再为回转系统提供动力，系统进入液压回转独立工作状态。

(4)减速阶段

控制单元接收到操作单元发出减速操作指令后，减小自由回转阀与液压油泵控制输出，逐渐减小液压回转系统动力输出，同时增大回转电机控制输出，增大电机回转动力输出比例，将系统动力模式切换至电机回转系统模式。

(5)停止阶段

控制单元接收到操作单元发出停止操作指令后，液压油泵、自由回转阀控制输出关闭，同时缓慢关闭回转电机，至回转完全停止后，关闭回转制动器。

本发明中公开的控制流程仅为其中一种情况，也可视不同场景对回转系统选择不同动力模式进行控制。

本发明还提供一种应用上述混合驱动回转控制系统的起重机，解决液压回转系统启动特性不好及电机回转系统抗负载波动能力差的问题，提升产品操控性水平。