一种挖掘机动力响应特性提升系统
技术领域
本申请涉及工程机械技术领域，具体而言，涉及一种挖掘机动力响应特性提升系统。
背景技术
液压挖掘机是一种多功能机械，被广泛应用于水利工程、交通运输、电力工程和矿山采掘等机械施工中，它在减轻繁重的体力劳动，保证工程质量，加快建设速度以及提高劳动生产率方面起着十分重要的作用。在挖掘机的作业过程中，为了有效提高挖掘机的作业效率，需要保证挖掘机具有良好的动力响应特性。现有技术中，通常采用预先提高柴油机转速或输出功率的方法来提升加载过程中的发动机动力响应特性，但柴油机上的涡轮增压器本身固有存在“涡轮迟滞”现象，会导致柴油机缸内进气量提升速度缓慢，因此这类方法对动力响应特性的改善效果十分有限，并且还会增加不必要的能耗。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种挖掘机动力响应特性提升系统，用以实现高效回收并利用液压油能量，提升挖掘机动力响应特性。
本申请实施例第一方面提供了一种挖掘机动力响应特性提升系统，包括：液压装置，用于连接发动机，在所述发动机的带动下产生具有目标压力的液压油；回收装置，连接所述液压装置，用于回收所述液压油；液驱涡轮，连接所述回收装置，并且通过传动组件连接所述液压装置；控制装置，分别连接所述液压装置、所述回收装置和所述传动组件。
于一实施例中，所述液压装置包括：液压泵，所述液驱涡轮通过所述传动组件连接所述液压泵；液压阀组，通过第一液压管路连接所述液压泵，并且连接所述回收装置。
于一实施例中，所述回收装置包括：控制阀组，通过第二液压管路连接所述液压装置，并且连接所述液驱涡轮；储能单元，连接所述控制阀组，用于储存回收的所述液压油。
于一实施例中，所述传动组件包括：减速机构，所述减速机构与所述液驱涡轮传动连接。
于一实施例中，所述减速机构包括：第一齿轮，设置在所述液驱涡轮的涡轮轴上；第二齿轮，设置在所述液压装置和所述发动机的连接轴上，所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合。
于一实施例中，所述传动组件还包括：滑动离合器，设置在所述减速机构和所述液驱涡轮的所述涡轮轴之间，连接所述控制装置。
于一实施例中，所述第二齿轮的直径大于所述第一齿轮的直径。
于一实施例中，挖掘机动力响应特性提升系统还包括：用油装置，通过第三液压管路连接所述液压装置。
于一实施例中，所述用油装置包括回转马达、动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸，所述回转马达、所述动臂油缸、所述斗杆油缸和所述铲斗油缸分别连接所述液压装置。
于一实施例中，挖掘机动力响应特性提升系统还包括：发动机，连接所述液压装置和所述控制装置。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请一实施例的挖掘机动力响应特性提升系统的结构示意图。
附图标记：
100-挖掘机动力响应特性提升系统，110-发动机，120-液压装置，121-液压泵，122-液压阀组，123-第一液压管路，124-连接轴，130-回收装置，131-第二液压管路，132-控制阀组，133-储能单元，140-液驱涡轮，141-涡轮轴，150-传动组件，151-第一齿轮，152-第二齿轮，153-滑动离合器，154-减速机构，160-控制装置，170-用油装置，171-回转马达，172-动臂油缸，173-斗杆油缸，174-铲斗油缸，175-第三液压管路,180-操作手柄。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，并不表示排列序号，也不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本申请的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“内”、“外”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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请，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申请的限制。
在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“配置为”应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
请参看图1，其为本申请一实施例的挖掘机动力响应特性提升系统100的结构示意图，包括：发动机110、液压装置120、回收装置130、液驱涡轮140、控制装置160和用油装置170，其中，液压装置120连接发动机110，液压装置120在发动机110的带动下产生具有目标压力的液压油，回收装置130连接液压装置120，用于回收液压油，液驱涡轮140连接回收装置130，并通过传动组件150连接液压装置120，控制装置160分别连接液压装置120、回收装置130、传动组件150和发动机110，用油装置170通过第三液压管路175连接液压装置120。
于一实施例中，液压装置120包括液压泵121和液压阀组122，发动机110通过连接轴124与液压泵121传动连接，液驱涡轮140通过传动组件150连接液压泵121，液压阀组122通过第一液压管路123连接液压泵121，并且通过第二液压管路131连接回收装置130，通过第三液压管路175接用油装置170。发动机110带动液压泵121以目标挡位转速运转，持续产生具有一定压力的液压油，并通过第一液压管路123流向液压阀组122，挖掘机驾驶员可以通过操作手柄180对挖掘机进行操作，操作手柄180的动作会产生电信号，控制装置160根据该电信号或先导液压管路的压力信号，控制液压阀组122内各液压阀的开启或关闭，使液压油可以根据操作需要流向用油装置170和/或回收装置130。于一实施例中，控制装置160可以根据操作手柄180的位置传感器信息或先导液压管路压力信息判断挖掘机即将要执行的动作要求与负荷需要，生成控制信号来调节液压泵121的斜盘角度，从而调节液压油流量。
于一实施例中，回收装置130包括控制阀组132和储能单元133，控制阀组132通过第二液压管路131连接液压装置120，并且连接液驱涡轮140，储能单元133连接控制阀组132，用于储存回收的液压油。于一实施例中，控制阀组132根据控制装置160的控制信号，将具有合适压力的液压油回收到储能单元133内。在需要提供动力辅助时，控制装置160控制控制阀组132将储能单元133内具有压力的液压油输送到液驱涡轮140，驱动液驱涡轮140旋转，从而将液压油的液压能转换成旋转动能，通过传动组件150直接驱动液压泵121。
于一实施例中，用油装置170包括回转马达171、动臂油缸172、斗杆油缸173和铲斗油缸174，回转马达171、动臂油缸172、斗杆油缸173和铲斗油缸174分别连接液压装置120的液压阀组122。于一实施例中，一定压力的液压油持续的从液压泵121通过第一液压管路123流向液压阀组122，并通过第三液压管路175的不同通道流进回转马达171、动臂油缸172、斗杆油缸173和铲斗油缸174，同时回转马达171、动臂油缸172、斗杆油缸173和铲斗油缸174中也有液压油流回液压阀组122，然后进入控制阀组132，控制阀组132根据控制装置160的控制信号，将具有合适压力的液压油回收到储能单元133内。
于一实施例中，对于采用动臂势能回收功能的液压挖掘机，从动臂油缸172流出的液压油流入斗杆油缸173和/或铲斗油缸174，造成动臂油缸172处可回收的液压油能量减少，为了不影响提升动力响应特性的效果，控制阀组132除了可以回收从回转马达171、斗杆油缸173和铲斗油缸174流回的液压油以外，还可以通过第二液压管路131将液压泵121产生的高压液压油直接送入储能单元133。
于一实施例中，当挖掘机小负载工作时，例如挖掘机处于平地工况，发动机110为轻载状态，偏离了发动机110运行的最佳经济区，降低了运行效率。控制装置160可以增加液压泵121的液压油排量，从而增加发动机110的负荷，使其接近或进入最佳经济区内运行，提高发动机110的运行效率，节省油耗，并且液压泵121产生的额外液压油排量，可以通过控制阀组132回收至储能单元133，在后续需要提升动力响应特性时，提供给液驱涡轮140驱动液压泵121。
于一实施例中，传动组件150包括减速机构154和滑动离合器153，其中减速机构154包括第一齿轮151和第二齿轮152，第一齿轮151设置在液驱涡轮140的涡轮轴141上，第二齿轮设置在液压装置120和发动机110的连接轴124上，第二齿轮152与第一齿轮151啮合，并且第二齿轮152的直径大于第一齿轮151的直径，从而实现液驱涡轮140高速旋转与发动机110液压泵121低速旋转之间的转速匹配。滑动离合器153设置在第一齿轮151和液驱涡轮140的涡轮轴141之间，连接控制装置160，控制装置160用于控制滑动离合器153的分开与啮合状态。于一实施例中，当不需要液驱涡轮140提供助力时，通过控制装置160发出信号给控制阀组132，减少或关闭供给液驱涡轮140的液压油，同时通过滑动离合器153将涡轮轴141与第一齿轮151分开，防止液驱涡轮140超速或空转造成寿命降低。
于一实施例中，控制装置160根据需要发动机110快速提供动力的需求，通过控制阀组132将储能单元133中的液压油传输至液驱涡轮140，驱动液驱涡轮140高速旋转，将液压能转换成涡轮轴141旋转的动能。涡轮轴141上安装的第一齿轮151与连接轴124上安装的第二齿轮152啮合运转，将涡轮轴141动能直接传递到连接轴124上，驱动液压泵121转动。于一实施例中，第二齿轮152也可以安装在发动机110的飞轮上。由于液驱涡轮140将能量直接传递到液压泵121上，因此动力传输快捷，传递效率高，能够提升液压泵121输出功率与外部负载需求的匹配程度，显著提高挖掘机的动力响应特性。
于一实施例中，当外部负载突增时，需要发动机110快速输出动力给液压泵121，因存在“涡轮迟滞”效应，导致发动机110在负荷突增情况下的转速显著下降。控制装置160可以通过操作手柄180的电信号或先导液压管路压力信号预先获得外部负载突增信息，通过控制阀组132将储能单元133内的液压油流至液驱涡轮140，驱动液驱涡轮140高速旋转，产生旋转动能。控制装置160也控制滑动离合器153啮合，使涡轮轴141的旋转动能通过第一齿轮151传递到第二齿轮152上，快速驱动液压泵121，部分降低或全部抵消对发动机110输出动力的要求，实现对发动机110的助力，满足外部负载突增的需要。在为发动机110提供助力的过程中，控制装置160根据外部负载的变化情况，可以通过控制阀组132瞬时调节进入液驱涡轮140的液压油流量，从而可以调节供应给发动机110的助力的大小。通过液驱涡轮140直接驱动液压泵121，可以有效减少发动机110的掉速幅度，使发动机110平稳工作，减少燃油消耗。
于一实施例中，当外部负载突减时，造成液压泵121所吸收的功率瞬间减少，因发动机110存在动力输出调节上的滞后，造成发动机110和液压泵121转速瞬间升高，远远超出所在挡位设定速度。控制装置160可以预先获得外部负载突降信息，逐步减少液压泵121斜盘摆角以降低液压泵121的液压油排量，同时通过及时控制液压阀组122，将原先供应给回转马达171、动臂油缸172、斗杆油缸173和铲斗油缸174的液压油转而通过控制阀组132供应给储能单元133，将液压能储存起来，使得液压泵121输出功率从突降变为缓慢下降，从而适应了发动机110输出动力调节过程缓慢的特点，减少了转速升高的幅度，有利于降低发动机110和液压泵121噪声，减少因为超速带来的油耗增加。
于一实施例中，可以将储能单元133内部液压油压力值按照大小顺序设置为三个挡位。A1值代表储能单元133工作最大值，达到此值后则不再进行高压液压油回收，保护储能单元133不被损坏。A2值代表储能单元133工作最小值，低于此值意味着将影响后续液驱涡轮140的工作状态进而影响对液压泵121的驱动。A1和A2可以根据实际需要设定，若需要更高的动力响应特性，则令A1和A2设为较接近。
于一实施例中，当储能单元133内部压力处于A1与A2之间，并且液压泵121或发动机110处于其非高效运行区间时，则控制装置160调整液压泵121或发动机110使之运行工况点向高效区域靠近，因为液压泵121与发动机110运行的最佳经济区均在其高负荷工况下，所以当调整液压泵121或发动机110运行工况转向它们高效区域运行时，液压泵121的液压油排量也会增加，打开液压阀组122内部连通第二液压管路131的液压阀，将额外产生的高压液压油通过第二液压管路131输送至储能单元133中。
于一实施例中，当储能单元133内部压力处于A1与A2之间，并且液压泵121与发动机110均已运行于各自高效区，则此时用油装置170出口液压油压力较高，可回收液压能较多，于是只对用油装置170出口液压油进行回收，而不再调整液压泵121或发动机110的运行工况。
于一实施例中，当储能单元133内部压力低于A2时，无论液压泵121或发动机110是否处于高效率，控制装置160控制液压泵121主动增加高压液压油排量，通过第二液压管路131及控制阀组132，对储能单元133供应高压液压油，提升其内部液压能量。
以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
