一种混合动力液压系统及高空作业车的制作方法

1.本实用新型涉及液压系统技术领域，更具体地说，涉及一种混合动力液压系统。此外，本实用新型还涉及一种包括上述混合动力液压系统的高空作业车。


背景技术：

2.为了响应节能环保的发展主流，同时适应复杂工况的需求，市场上出现了混合动力高空作业车。混合动力高空作业车采用发动机和电动机双动力混合的齿轮泵液压系统，也即，发动机与电动机通过离合器串联连接，电动机与齿轮泵连接，通过电动机的转动带动齿轮泵转动，从而给整个液压系统提供动力油源。该混合动力高空作业车具有两种工作模式，分别为电动模式和柴动模式，两种工作模式之间通过控制面板上的摇头开关(或旋钮开关)控制切换。
3.当该混合动力高空作业车处于电动模式时，发动机与电动机脱开，电动机在电池供电下转动，进而带动齿轮泵转动，以供给液压油；此时，液压系统中各执行机构动作的速度由电机转速控制，也即，通过控制电机转速，来控制齿轮泵所输出的流量大小，进而控制各执行机构的动作速度。
4.当该混合动力高空作业车处于柴动模式时，发动机与电动机通过离合器耦合相连，此时，电动机作为发电机来使用，发动机作为动力源，带动发电机(电动机)发电，并带动齿轮泵转动，以供给液压油；此种工况下，由于发动机的转速固定，因此，使得齿轮泵在定转速下输出的流量固定，而由于各执行机构动作所需求的流量不一致，只能使齿轮泵按最大需求流量输出流量。这就使得齿轮泵输出的流量会大于某些执行机构的实际需求流量，多余流量则形成高压溢流，这样，一方面使得齿轮泵长期工作在高压状态下，导致齿轮泵的使用寿命大幅降低；另一方面，由于驱动齿轮泵转动所需的功率与齿轮泵出口的压力成正比，齿轮泵出口压力较大时，就会造成很大的功率浪费；进一步地，由于混合动力高空作业车处于柴动模式时，发动机定转速转动，会将多余功率用于发电机(电动机)发电，而由于齿轮泵造成很大能量浪费，从而将导致发动机用于发电的效率很低。
5.综上所述，如何提供一种混合动力液压系统，在不影响电动模式下高空作业车的工作状况的同时，降低高空作业车在柴动模式下齿轮泵的出口压力，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种混合动力液压系统，其可降低柴动模式下齿轮泵的出口压力，同时不影响电动模式的正常运行，因此，可降低能量损耗，提升发电率，同时延长齿轮泵的使用寿命。
7.本实用新型的另一目的是提供一种包括上述混合动力液压系统的高空作业车，其能量损耗小，发电率高，且齿轮泵的使用寿命长。
8.为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
9.一种混合动力液压系统，包括：
10.发动机、电动机和齿轮泵，所述发动机与所述电动机可分离且可连接，所述齿轮泵与所述电动机相连；
11.高压油路，其与所述齿轮泵的排出口相连；
12.比例阀，其进油口与所述高压油路相连；
13.液控换向阀，所述液控换向阀的进油口与所述高压油路相连，所述液控换向阀的回油口与低压回油路相连；
14.控制油路，其设于所述液控换向阀的控制油口与所述比例阀的工作油口之间，所述控制油路设有单向阀，所述单向阀的进油口与所述比例阀的工作油口相连；
15.开关阀，其设于所述高压油路与所述液控换向阀的进油口之间，所述发动机非工作时，所述开关阀关闭；所述发动机工作时，所述开关阀打开。
16.优选地，还包括流量阀，其设于所述控制油路与所述低压回油路之间。
17.优选地，所述比例阀、所述单向阀、所述液控换向阀和所述开关阀集成于同一个阀块。
18.优选地，所述比例阀的工作油口连接有负载换向阀，所述负载换向阀的工作油口与执行机构相连。
19.优选地，所述负载换向阀包括三位五通换向阀或两位三通换向阀。
20.优选地，所述比例阀的数量至少为两个。
21.优选地，单个所述比例阀的工作油口连接的所述负载换向阀的数量为一个或两个。
22.优选地，还包括设于所述高压油路与所述低压回油路之间的安全溢流阀。
23.优选地，所述开关阀为电磁阀。
24.一种高空作业车，包括混合动力液压系统，所述混合动力液压系统为上述任意一种混合动力液压系统。
25.本实用新型提供的混合动力液压系统，在电动模式下，发动机与电动机分离，发动机处于非工作状态，此时，电动机在电池供电的情况下工作，由电动机带动齿轮泵转动，为高压油路供给液压油。此种工况下，开关阀关闭，使得高压油路与液控换向阀之间不连通；同时，比例阀的开口处于最大状态，通过控制电动机的转速，控制各执行机构的动作速度，也即，电动机输出的功率最大效率的提供给液压系统以推动各执行机构动作。
26.在柴动模式下，发动机与电动机连接，此时电动机作为发电机使用，由发动机工作，通过电动机带动齿轮泵转动，同时，发动机的剩余功率则用来给电动机(发电机)的电池进行充电。此种工作模式下，开关阀打开，使得高压油路与液控换向阀之间连通，因此，可以使高压油路的液压油流向液控换向阀；同时，比例阀的开口大小由比例阀的得电电流大小控制，从而通过控制比例阀的电流大小来控制比例阀的开口大小，也即，控制比例阀的流量，以此来控制与比例阀对应的执行机构的动作速度；此时，由于比例阀的工作油口与液控换向阀的控制油口之间通过控制油路连通，因此，在单向阀的作用下，将从比例阀的工作油口流出的液压油引入到液控换向阀的控制油口，使得液控换向阀的一侧为高压油路的液压油，另一侧为比例阀工作油口的液压油，此时，通过液控换向阀的回油口可将高压油路的液压油减去比例阀的液压油的多余流量排出到低压回油路，在忽略如管路压损等压力损失的
情况下，使得齿轮泵的排出口的压力p与负载压力p
f
大致相等。相比于现有技术，有效降低了能量损耗，提高了发动机用于发电部分的功率p
m
，使整个系统更加节能。进一步地，由于齿轮泵排出口的压力p与实际负载压力大致相等，因此，可避免齿轮泵的齿轮长期工作在高压状态，从而可提升齿轮泵的使用寿命。
27.本实用新型提供的高空作业车，包括上述混合动力液压系统，具有同样的有益效果。
附图说明
28.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其它的附图。
29.图1为本实用新型具体实施例所提供的混合动力液压系统的控制原理图。
30.图1中的附图标记如下：
31.1为发动机、2为电动机、3为离合器、4为齿轮泵、5为高压油路、6为比例阀、7为液控换向阀、8为控制油路、9为低压回油路、10为开关阀、11为单向阀、12为流量阀、13为负载换向阀、14为安全溢流阀、15为执行机构功能阀组。
具体实施方式
32.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
33.本实用新型的核心是提供一种混合动力液压系统，其可降低柴动模式下齿轮泵的出口压力，同时不影响电动模式的正常运行，因此，可降低能量损耗，提升发电率，同时延长齿轮泵的使用寿命。本实用新型的另一核心是提供一种包括上述混合动力液压系统的高空作业车，其能量损耗小，发电率高，且齿轮泵的使用寿命长。
34.请参考图1，为本实用新型具体实施例所提供的混合动力液压系统的控制原理图。
35.本实用新型提供一种混合动力液压系统，包括发动机1、电动机2、齿轮泵4、高压油路5、低压回油路9、控制油路8、比例阀6、单向阀11、液控换向阀7以及开关阀10。
36.具体地，发动机1与电动机2相连，电动机2与齿轮泵4相连。需要说明的是，发动机1和电动机2之间可连接且可脱开，以实现电动模式和柴动模式的切换。优选地，发动机1与电动机2之间通过离合器3相连，当离合器3耦合时，实现发动机1与电动机2的连接；当离合器3断开时，使发动机1与电动机2脱开。
37.高压油路5与齿轮泵4的排出口相连，由齿轮泵4为整个混合动力液压系统提供液压油，齿轮泵4提供的液压油经由高压油路5输送给各个负载回路。其中，比例阀6的进油口和液控换向阀7的进油口分别与高压油路5相连。低压回油路9优选与油箱相连，用于泄压回油。控制油路8设于比例阀6的工作油口与液控换向阀7的控制油口之间，控制油路8设有单向阀11，单向阀11的进油口与比例阀6的工作油口相连，也即，液压油只能从比例阀6的工作
油口沿控制油路8进入液控换向阀7，而不能使液压油反向流动。液控换向阀7的回油口与低压回油路9相连。开关阀10设于高压油路5与液控换向阀7的进油口之间，用于控制高压油路5与液控换向阀7之间油路的通断，当发动机1非工作时，开关阀10关闭；发动机1工作时，开关阀10打开。
38.可以理解的是，当该混合动力液压系统处于电动模式时，发动机1与电动机2分离，发动机1处于非工作状态，此时，电动机2在电池供电的情况下工作，由电动机2带动齿轮泵4转动，为高压油路5供给液压油。此种工况下，开关阀10关闭，使得高压油路5与液控换向阀7之间不连通；同时，比例阀6的开口处于最大状态，通过控制电动机2的转速，控制各执行机构的动作速度，也即，电动机2输出的功率最大效率的提供给液压系统以推动各执行机构动作。
39.当该混合动力液压系统需要处于柴动模式时，发动机1与电动机2连接，此时电动机2作为发电机使用，由发动机1工作，通过电动机2带动齿轮泵4转动，同时，发动机1的剩余功率则用来给电动机2(发电机)的电池进行充电。此种工作模式下，开关阀10打开，使得高压油路5与液控换向阀7之间连通，因此，可以使高压油路5的液压油流向液控换向阀7；同时，比例阀6的开口大小由比例阀6的得电电流大小控制，从而通过控制比例阀6的电流大小来控制比例阀6的开口大小，也即，控制比例阀6的流量，以此来控制与比例阀6对应的执行机构的动作速度；此时，由于比例阀6的工作油口与液控换向阀7的控制油口之间通过控制油路8连通，因此，在单向阀11的作用下，将从比例阀6的工作油口流出的液压油引入到液控换向阀7的控制油口，使得液控换向阀7的一侧为高压油路5的液压油，另一侧为比例阀6的工作油口液压油，此时，通过液控换向阀7的回油口可将高压油路5的液压油减去比例阀6的液压油的多余流量排出到低压回油路9。
40.本领域技术人员可以理解的是，在柴动模式下，驱动齿轮泵4转动所需的功率p
p
为：
[0041][0042]
其中，q为齿轮泵4的排出口的流量，p为齿轮泵4的排出口的压力，η为齿轮泵4的效率。由于柴动模式下，发动机1定转速转动，也即，发动机1的转速n为常数，且齿轮泵4的排量v为常数，因此，齿轮泵4的排出口的流量q为常数，其中，q＝n*v。同时，η为常数。因此，驱动齿轮泵4转动所需的功率p
p
与齿轮泵4的排出口的压力p成正比。
[0043]
由上文内容可知，在柴动模式下，开关阀10打开，使得液控换向阀7与高压油路5连通，同时，比例阀6的工作油口的液压油在单向阀11的作用下经由控制油路8流入到液控换向阀7的控制油口，也即，通过控制油路8将实际负载压力反馈至液控换向阀7，因此，通过液控换向阀7可将从齿轮泵4的排出口排出的除负载所需流量外的多余流量泄至低压回油路9。由此可以看出，在忽略如管路压损等压力损失的情况下，使得齿轮泵4的排出口的压力p与负载压力p
f
大致相等，也即，p≈p
f
，因此，可近似认为驱动齿轮泵4转动所需的功率p
p
为：
[0044][0045]
相比于现有技术，在柴动模式下，无液控换向阀7进行泄压，而是利用溢流阀进行泄压，也即，齿轮泵4以负载最大需求流量排出液压油，使得齿轮泵4排出口排出的流量大于
某些执行机构所需的实际流量，这就导致多余流量在齿轮泵4的排出口形成憋压，当压力升高到溢流阀的设定值后溢流阀打开，使多余的流量从溢流阀泄至低压回油路9。由此可知，这会导致齿轮泵4排出口的压力p远大于实际负载所需的压力p
f
，使得能量损耗大。
[0046]
可见，本实用新型提供的混合动力液压系统，有效降低了能量损耗。
[0047]
另外，由于柴动模式下，发动机1的多余功率用来为电动机2(作为发电机使用)进行充电，本文称发动机1所提供的功率用于为电动机2(发电机)进行发电的部分的功率为p
m
，则p
m
＝(p
w
‑
p
p
)*η
w
。其中，p
w
为发动机1输出的总功率，p
p
为上文中发动机1输出的功率中用于驱动齿轮泵4转动所需的功率，η
w
为传动效率。由上文所述可知，本实用新型提供的混合动力液压系统，有效降低了驱动齿轮泵4转动所需的功率p
p
，因此，相应地，就提高了发动机1用于发电部分的功率p
m
，使整个系统更加节能。
[0048]
进一步地，由于齿轮泵4排出口的压力p与实际负载压力大致相等，因此，可避免齿轮泵4的齿轮长期工作在高压状态，从而可提升齿轮泵4的使用寿命。而且，所公知的是，当溢流阀打开处于高压溢流状态时，液压系统的油温会迅速升高，因此，本实用新型提供的混合动力液压系统还有效避免了因溢流阀长时间打开溢流而造成的油温升高现象，避免液压油温升对液压系统造成不利影响。
[0049]
另外，为了使执行机构每次停止动作后，控制油路8能够恢复初始状态，避免控制油路8内憋压，对下次负载动作造成影响，在上述实施例的基础之上，还包括流量阀12，其设于控制油路8与低压回油路9之间。也就是说，当执行机构停止动作后，控制油路8的压力能够从流量阀12泄至低压回油路9，使控制油路8恢复初始状态，以便于保证液控换向阀7的正常工作。
[0050]
考虑到安装的方便性，在上述实施例的基础之上，比例阀6、单向阀11、液控换向阀7和开关阀10集成于同一个阀块，形成执行机构功能阀组15。
[0051]
也就是说，本实施例将比例阀6、单向阀11、液控换向阀7和开关阀10集成于一体，形成一个整体的阀组，便于一次性安装。同时，通过开关阀10、液控换向阀7及用于负载反馈的控制油路8的联合使用，可实现电动模式与柴动模式在同一个阀组的通用性。
[0052]
需要说明的是，当该混合动力液压系统还包括流量阀12时，也可以将流量阀12、比例阀6、单向阀11、液控换向阀7和开关阀10集成于一体，形成一个整体的阀组。
[0053]
为了控制执行机构的动作方向，在上述实施例的基础之上，如图1所示，比例阀6的工作油口连接有负载换向阀13，负载换向阀13的控制油口与执行机构相连。
[0054]
也就是说，本实施例中，从比例阀6流出的液压油进入负载换向阀13，通过控制负载换向阀13切换，来控制执行机构更换动作方向，以灵活调整负载的动作。
[0055]
需要说明的是，本实施例对负载换向阀13的具体类型并不做限定，优选地，在上述实施例的基础之上，负载换向阀13包括三位五通换向阀或两位三通换向阀。
[0056]
另外，在上述各个实施例中，对比比例阀6的具体数量不做限定，优选地，在上述实施例的基础之上，比例阀6的数量至少为两个。例如，比例阀6的数量可优选为四个。
[0057]
可以理解的是，比例阀6的数量越多，则对应的执行机构越多，可实现多个执行机构的独立运动。
[0058]
进一步地，在上述实施例的基础之上，单个比例阀6的工作油口连接的负载换向阀13的数量为一个或两个。
[0059]
也就是说，本实施例可以通过一个负载换向阀13来实现一个执行机构的换向，也可以通过两个负载换向阀13来实现一个执行机构的换向。
[0060]
如图1所示，一个比例阀6的工作油口可以连接一个三位五通换向阀，一个比例阀6的工作油口也可以连接两个两位三通换向阀。
[0061]
进一步地，考虑到安全性，在上述实施例的基础之上，还包括设于高压油路5与低压回油路9之间的安全溢流阀14。
[0062]
也即，当齿轮泵4的排出口的压力升高到安全溢流阀14的设定值后，安全溢流阀14打开，起到泄压的作用，以确保该混合动力液压系统的安全性。
[0063]
需要说明的是，在上述各个实施例中，对开关阀10的具体类型并不做限定，优选地，开关阀10为电磁阀，也即，通过控制电磁阀是否得电，来控制电磁阀打开或关闭。也即，在电动模式时，电磁阀不得电；在柴动模式时，电磁阀得电打开。
[0064]
进一步地，负载换向阀13和安全溢流阀14也可以同时集成于比例阀6、液控换向阀7、开关阀10和流量阀12形成的同一个阀块上。
[0065]
除了上述混合动力液压系统，本实用新型还提供一种包括上述实施例公开的混合动力液压系统的高空作业车，该高空作业车的其它各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。
[0066]
该高空作业车的特点在于，采用上述任意一个实施例公开的混合动力液压系统，以达到降低能量损耗，提升发电率，同时延长齿轮泵4的使用寿命的目的。
[0067]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0068]
以上对本实用新型所提供的混合动力液压系统及高空作业车进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。