基于能量回收系统的液压挖掘机液压控制优化

相对传统液压挖掘机，当执行元件采用能量回收系统后，系统的液压控制系统将会改变，下面以典型案例分析。

1）采用基于节流辅助调速的势能回收系统后，系统要实现节能效果的最优，动臂控制采用进口节流控制和回油容积与节流的复合控制组成的进出口独立调节控制方式，则当该回收系统应用于小型液压挖掘机时，由于小型液压挖掘机对操控性能的要求更高，一般采用负载敏感系统，比如力士乐的抗流量饱和负载敏感系统（LUDV）、林德同步控制系统（LSC）等，此时驱动液压缸进油侧的液压控制阀口两端的压差通过压力补偿单元稳定在某个值。首先，当该系统采用能量回收系统后，动臂下放时，动臂液压缸回油侧的控制阀口处于全开状态，动臂下放的速度通过调节液压马达的流量来控制，此时动臂液压缸的进油侧只需要补偿一定的压力油防止吸空现象即可，因此，此时将动臂液压缸进油侧的液压控制阀口两端的压差稳定在某个值毫无意义。其次，由于此时动臂无杆腔的压力较低，当其他执行元件的负载较大时，此时泵的出口压力比最大负载压力高一定值，如果采用LUDV，对控制节流口进行阀后补偿，也必然会造成大量的能量消耗在压力补偿节流口上。最后，当液压挖掘机进行其他操作，如挖掘等模式时，又要求液压挖掘机仍然保留原来的控制方式。因此当采用负载敏感系统的小型液压挖掘机采用基于节流调速的系统后，主控阀的控制方式发生了较大的改变。

2）当基于节流辅助调速的势能回收系统应用于中型液压挖掘机时，目前中型液压挖掘机大都采用负流量、正流量等控制系统。同理要实现最大程度的节能，首先动臂控制采用进口节流控制和回油容积与节流的复合控制组成的进出口独立调节控制方式。多路阀的控制方式也发生了变化，包括多路阀的先导控制由传统完全液控模式变成由电控和液控组成的复合控制比例模式；其次，原来在多路阀中的动臂主控阀中，在其回油通道中串联设置了一个阻尼孔防止动臂的快速下放当采用势能回收系统后，动臂下放为节流控制和容积控制的复合控制。为了降低单独采用容积控制时的回油节流损耗，该阻尼孔必须设置一个并联回路等，因此对主控阀的内部油道重新设置和布置也是必须考虑的一个问题；最后，由于动臂下放时，其有杆腔只需实现补油的功能即可，因此，在动臂处于实际下放过程时，为了实现最大程度的节能，将势能回收系统和原液压挖掘机中的动臂再生等功能有效地组合在一起，也必然对多路阀的各种控制方式提出了新的要求。(www.xing528.com)

3）当基于蓄能器的液压马达-发电机能量回收系统应用于液压挖掘机时，同样对多路阀的各种控制方式提出了新的要求。首先，比例方向阀的出口压力不再是一个压力很小的背压，而是和蓄能器压力相同的一个较大压力，而当前的控制阀一般难以适应出口压力为高压的特殊工况；其次，由于为了提高能量回收的效率，蓄能器的压力等级只需为节流控制阀口预留一个可以保证良好的操控性能的压力差即可，因此蓄能器的压力较高，必然对目前有些具有动臂再生功能的液压挖掘机提出了新的控制要求，比如目前某型号的液压挖掘机中，动臂再生功能不同于斗杆再生功能，直接利用一个单向阀实现再生功能，由于此时动臂液压缸有杆腔的压力较小，必然造成蓄能器的压力油始终流向动臂液压缸有杆腔，从而难以实现蓄能器的储存能量过程；最后，当该势能回收系统应用于液压混合动力液压挖掘机时，蓄能器的储能既可以来源于动臂势能的回收，也可以来源于发动机驱动变量泵后对蓄能器的充油过程。而用于液压混合动力驱动的蓄能器的压力等级一般需要满足负载的最高压力要求，因此如何在两种蓄能器之间以及其他执行机构之间合理地优化各种功率的匹配，也是一个重要的难点，而各种新功能的实现也会导致多路阀控制功能块的不同。

因此，根据不同机型研究和能量回收单元相匹配的多路阀是一个重要的研究方向。