液压挖掘机回转制动能量回收系统优化

如图4-31所示，液压挖掘机中的机械制动主要是防止液压挖掘机在斜坡上时不会由于重力的作用而产生滑转以及液压挖掘机在挖掘时上车的左右摆动进而影响挖掘驱动力，因此当上车机构回转或者斗杆收回先导操作手柄松开时，油口PX的先导压力油逐渐减少，制动器释放压力，制动器内的压力油通过节流孔进入回转马达壳体；弹簧力施加给机械制动器的固定板和摩擦板，这些板通过制动活塞分别与液压缸体的外径和壳体的内径啮合，利用摩擦力使液压缸体制动，同理，当发动机停止时，没有先导压力油进入油口SH，制动器自动制动。而当上车机构回转或斗杆收回先导操作手柄操作时，先导泵内的先导压力油进入油口PX，油口PG的先导压力推开单向阀进入制动活塞腔，制动活塞上升分开固定板和摩擦板，从而使制动器释放。

由于上车机构的惯性力，如果当回转先导操作手柄从转台回转到中位时，此时上车机构还处于通过缓冲溢流阀建立起制动力矩，使得上车机构逐渐制动停止，如果立刻对转台实施制动，会产生很大的冲击载荷，可能会损坏零件。为了防止损害零件，系统设置了一个阻尼孔（由于阻尼孔两端采用定差减压阀，使得阻尼孔的流量恒定）用于延长制动时间，确保上车机构施加制动之前已经停止。

图4-31 传统液压马达上车回收驱动系统示意图

当需要实施液压挖掘机上车机构回转制动的能量回收功能时，一般情况下，和传统液压挖掘机相比，系统主要采用电动机驱动替代传统液压马达驱动上车机构，利用电动机的二象限工作把制动时释放出来的大量动能转化成电能储存在电池或电容中。同理由于电动机处于非工作模式时，仍然必须对上车机构进行机械制动。其能量回收技术过程和电动汽车的制动能量回收技术相类似，研究的重点都主要集中在最大程度地回收可回收能量以及电机再生制动力矩的形式（由于电动机良好的调速性能，采用电动机制动时，其操作性能优于传统的采用溢流阀的二级压力制动过程），两者的区别主要如下。(www.xing528.com)

（1）机械制动和能量再生制动的复合方式

在液压挖掘机中，当回转或者斗杆收回先导操作手柄松开时，此时对回转驱动电动机/发电机进行转速检测，只有当转速小于某个阈值时，才实施机械制动，因此其机械制动和再生制动在时间上是不同步的，机械制动的实施为开关控制，较为简单。而汽车领域中，整个制动过程是由再生制动和机械制动的复合控制得到的，在时间上是同步的，只是根据驾驶人的操作意图和汽车的状态判断得到制动强度，再根据制动强度把总的制动力在机械制动和再生制动两者之间进行有效的分配。

（2）电动机的转矩输出模式

液压挖掘机的工况较为复杂，很多场合需要在近零转速输出大转矩。比如液压挖掘机在挖掘深沟时，为了保证铲斗在向下挖掘时不会被侧壁反向推出导致不能保证深沟和地面的垂直性。此时，实际上挖掘机转台的转速基本为零，但是必须输出一个较大的转矩。而电动机/发电机的最大难点之一便是低速大转矩问题。