工程机械装备及其分布式电动静液压驱动系统

1.本技术涉及一种工程机械装备及其分布式电动静液压驱动系统。


背景技术：

2.工程机械装备，比如挖掘机，长期以来广泛应用于各种基建领域。得益于液压驱动方式的高功率密度，高刚度和稳定性等特点，传统的液压系统(动液压系统)在具有很强的负载能力的同时，也具有较高可靠性和安全性。
3.但是，传统的液压系统为动液压传动系统，结构相当复杂，存在安装成本高、液压冲击、管路损耗和高压节流带来的过热和能量效率特别低的问题。同时，冗长的管路也增大了结构的布置空间和系统的维护难度。
4.随着静液压传动技术的发展，在相关技术中，比如中国专利文献cn106013312a公开了一种全电驱动的液压挖掘机动力系统，采用电能转液压能驱动液压缸的方式，延续液压系统的高功率优势的同时，达到了节能和减排的目的。但是其只考虑了对称液压缸，对于非对称情况不适用。又如中国专利文献cn110831750a公开了一种电动静液压驱动装置，实现了快速运动和增力运动两种液压结构，但是未较好考虑执行器的非对称性与控制，可能导致执行精度的下降。
5.针对相关技术中电动静液压驱动的挖掘机中液压缸的非对称结构的问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

6.本技术的内容部分用于以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。本技术的内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。
7.本技术的一些实施例提出了一种分布式电动静液压驱动系统，包括：电源子系统，用于提供电动静液压驱动系统所需的电能；动力子系统，用于通过驱动或/和控制液压介质的流动将电能转化为机械能；操作子系统，用于供用户操作以实现对动力子系统的控制；动力子系统包括若干静液压驱动单元，静液压驱动单元包括：液压缸、蓄能器、主动泵、介质容器、辅助泵；蓄能器、主动泵以及液压缸构成一个驱动回路以使主动泵能将蓄能器中的液压介质泵入液压缸的不同腔室；介质容器、辅助泵以及液压缸构成一个补液回路以使辅助泵能将蓄能器中的液压介质泵入液压缸的不同腔室。
8.进一步地，静液压驱动单元还包括：切换阀，用于使介质容器和液压缸的导通状态进行切换。
9.进一步地，切换阀设置在介质容器和液压缸之间。
10.进一步地，切换阀至少包括一个三位四通电磁换向阀。
11.进一步地，静液压驱动单元还包括：隔离装置，用于将蓄能器、主动泵构成一个与补液回路隔离的循环回路。
12.进一步地，隔离装置设置于主动泵和辅助泵之间。
13.进一步地，隔离装置至少包括一个两位四通电磁换向阀。
14.进一步地，主动泵为双向泵，辅助泵为单向泵。
15.进一步地，静液压驱动单元包括独立的伺服电机和控制器。
16.作为本技术另一方面，本技术还提供一种工程机械装备，其主要包含上述分布式电动静液压驱动系统。
17.本技术的有益效果在于：提供一种集成化和模块化且能克服液压缸非对称结构的工程机械装备及其分布式电动静液压驱动系统。
附图说明
18.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，使得本技术的其它特征、目的和优点变得更明显。本技术的示意性实施例附图及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。
19.另外，贯穿附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理解附图是示意性的，元件和元素不一定按照比例绘制。
20.在附图中：
21.图1是根据本技术一种实施例的工程机械设备的结构示意图；
22.图2是根据本技术一种实施例的电动静液压驱动系统的子系统组成示意框图；
23.图3是根据本技术一种实施例的电源子系统的模块组成示意框图；
24.图4是根据本技术一种实施例的操作子系统的模块组成示意框图；
25.图5是根据本技术一种实施例的动力子系统的架构示意框图；
26.图6是根据本技术一种实施例的动力子系统中一个静液压驱动单元的结构示意图；
27.图7是根据本技术另一种实施例的电动静液压驱动单元的结构示意图；
28.图8是根据本技术一种实施例的静液压驱动单元的工作原理示意图；
29.图9是根据本技术一种实施例的静液压驱动方法的步骤示意框图。
30.附图标记的含义为：
31.100、工程机械设备；
32.101、电源装置；102、操控装置；103、控制装置；104、线束总成；105、液流管；109、动臂；110、斗杆；111、铲斗；
33.106、电源子系统；107、动力子系统；108、操作子系统；
34.1061、电网接口；1062、三相电源；1063、电源管理模块；1064、充电模块；1065、电池；1066、电压逆变器；
35.1081、交互指令界面；1082、动臂手柄；1083、斗杆手柄；1084、铲斗手柄；
36.200、静液压驱动单元；
37.201、液压缸；2011、缸体；2012、活塞；2013、活塞杆；201a、第一腔室；201b、第二腔室；201c、第一介质通道；201d、第二介质通道；
38.202、蓄能器；
39.203、主动泵；203a、第一出液口；203b、第二出液口；
40.204、电机；205、控制器；
41.206、补液装置；
42.207、介质容器；208、辅助泵；209、回流阀；
43.210、切换阀；a1、第一切换接口；a2、第二切换接口；a3、第三切换接口；a4、第四切换接口；
44.211、第一液控减压阀；b1、第一入口；b2、第一出口；
45.212、第二液控减压阀；c1、第二入口；c2、第二出口；
46.213、第一液控单向阀；d1、第一进液口；d2、第一输液口；d3、第一液控控制口；
47.214、第二液控单向阀；e1、第二进液口；e2、第二输液口；e3、第二液控控制口；
48.215、隔离装置；216、隔离阀；f1、第一隔离接口；f2、第二隔离接口；f3、第三隔离接口；f4、第四隔离接口；
49.217、第一压力传感器；218、第二压力传感器；219、转速传感器；220、速度传感器。
具体实施方式
50.下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。
51.另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
52.需要注意，本公开中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
53.需要注意，本公开中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
54.本公开实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。
55.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。
56.参照图1所示，本技术提供了一种工程机械设备100，尤其是一种挖掘机，该工程机械设备100包括：电源装置101，若干静液压驱动单元200a、200b、200c，操控装置102，控制装置103，电气线束总成104，液流管105。
57.其中，以工程机械设备100为挖掘机为例，电源装置101设置在挖掘机的车体部分(即驾驶室所在的部分)，其能够随着车体部分相对于挖掘机的底盘部分转动。
58.为了方便操作以及线路布设，操控装置和控制装置103也设置在挖掘机的车体部分。操作装置用于供驾驶者(或操作员，下同)进行操作并向驾驶者提供信息展示的交互界面，相当于为驾驶者提供一个交互装置，不但使驾驶者能在控制挖掘机同时也能从交互界面处获取相应运行信息。
59.作为具体方案，操作装置包括若干操作手柄以及对应的操作机构，这些手柄用于使驾驶者能够在以摆动的方式操作时产生相应的操作指令信号。具体而言，操作手柄包括动臂回转手柄1082、斗杆铲斗手柄1083和行走手柄脚踏1084。它们分别用于控制挖掘机的
动臂109，斗杆110和铲斗111，回转和行走。
60.作为具体方案，操作装置还包括仪表、显示屏等构成交互界面。在显示屏采用触摸屏时，其同时也可以实现参数输入、目标选中、状态切换等功能。
61.控制装置103是指用于将操作装置的操作指令信号转化为对应控制指令信号传输到对应电机204或电磁阀等设备，同时，控制装置103能够接收各种传感器装置的反馈信号，从而根据反馈信号实现信号处理、逻辑运算和控制输出等功能。具体而言，控制装置103 可以包括多个控制器205，这些控制器205可以由单片机或dsp芯片等构成。
62.静液压驱动单元200设置在挖掘机的工作部分，即实现挖掘工作的部分，工作部分(执行器)具体而言包括：动臂、斗杆和铲斗。静液压驱动单元采用分布式布置，三个静液压驱动单元200分别用于实现对动臂、斗杆和铲斗的驱动，且三个静液压驱动单元独立布置在各执行器上，通过各自的液流管连接至相应的执行器以最大限度减小管路损耗，降低了管路的冗余度，单缸系统变得紧凑，提高了能量利用率。另外，静液压驱动单元通过电气线束总成与控制器、电源装置等连接。
63.电气线束总成104用于实现各个需要通电设备之间的电性连接，电气线束总成104可以根据实际需要布设到挖掘机需要的位置。
64.液流管105用于构成液压介质的通路，液流管105可以布设在设置静液压驱动单元200 的位置，从而实现整个液流传输路线的构建。
65.参照图2所示，本技术的静液压驱动系统可以应用于诸如图1所示的挖掘机的工程机械装置。就系统角度而言，图1中的装置可以划分为三个子系统：电源子系统106，动力子系统107，操作子系统108。即静液压驱动系统包括：电源子系统106，动力子系统107，操作子系统108。其中，电源子系统106用于提供静液压驱动系统所需的电能；动力子系统107用于通过驱动或/和控制液压介质的流动将电能转化为机械能；操作子系统108用于供用户操作以实现对动力子系统107的控制。
66.参照图3所示，作为具体的方案，电源子系统106包括：电网接口1061、三相电源1062、电源管理模块1063、充电模块1064、电池1065、电压逆变器1066。电源子系统106为整个系统的能量来源，尤其是电能来源，其提供整个系统运行所需的电压。其中，电网接口 1061用于将电网的电能接入到电源子系统106中。三相电源1062将电网输入的三相交流电输送至电源管理模块1063以直接用于供电。电源管理模块1063可以通过充电模块1064 将交流电转化为直流电从而为电池1065充电，使电池1065存储相应的电能以在电网接口 1061没有外接电源时维持电源子系统106的供电功能。整个电气线束总成104分别采用交流电和直流电对强电和弱电设备进行供电，因此，在使用电池1065进行供电时，需要通过电压逆变器1066将电池1065输出的直流电转化为交流电输送至电源管理模块1063，然后再由电源管理模块1063对交流电进行降压、整流处理，通过电气线束总成104向需要的设备进行强电和弱电输出。当然，电气线束总成104并不是仅仅传输交流电，其在为弱电部分的控制电路等用于实现电信号传导时，电气线束也可以传输直流电。
67.作为具体方案，如图4所示，本技术的操作子系统108包括：交互指令界面1081、动臂回转手柄1082、斗杆铲斗手柄1083和行走手柄脚踏1084。其中，交互指令界面1081用于实现人机交互功能，而动臂回转手柄1082、斗杆铲斗1083和行走手柄脚踏1084如上，均用于将用户的操作转化为相应的电信号。交互指令界面1081、动臂回转手柄1082、斗杆铲斗1083和
行走手柄脚踏1084产生的控制指令信号通过电气线束总成104传输至对应的控制器205或者设备。相应的，电气线束总成104为交互指令界面1081、动臂回转手柄1082、斗杆铲斗1083和行走手柄脚踏1084提供所需的电能。
68.作为可选方案，可以通过交互指令界面1081的输入实现一些高级控制指令的输入，这些高级控制指令包括但不限于平地、修坡、挖掘、装车等。还可以通过交互指令界面1081 的输入安全控制指令，安全控制指令包括但不限于急停、限位。
69.作为具体方案，如图5所示，本技术中的动力子系统107包括多个静液压驱动单元200，每个静液压驱动单元200用于驱动一个具体的执行机构(比如驱动动臂、斗杆和铲斗中的一个液压缸201)。图5所示的方案中每个静液压驱动单元200具有一个控制器205以实现对该静液压驱动单元200的控制，多个控制器205通过电气线束总成104实现协调控制，或者汇总到一个总控制器205进行协调控制，可靠性高，即使其中一个控制器故障时也不会影响其他静液压驱动单元的正常工作。作为可选方案，当然也可以采用一个集成控制器 205的不同输出端口分别控制不同静液压驱动单元200，控制方式紧凑且成本低。
70.如图6所示，一个静液压驱动单元200具体结构主要包括：液压缸201、蓄能器202、主动泵203、电机204及控制器205等。
71.具体而言，液压缸201用于实现动力输出；液压缸201包括缸体2011、活塞2012以及活塞杆2013，活塞2012容纳在缸体2011中并将缸体2011内部空间分隔为第一腔室201a 和第二腔室201b，活塞杆2013连接至活塞2012的位于第二腔室201b的一侧且能随活塞 2012同步运动，活塞杆2013至少部分设置于缸体2011之外。蓄能器202至少用于存储液压介质，蓄能器202与主动泵203的进液口连通；主动泵203用于将蓄能器202中的液压介质泵入液压缸201，主动泵203采用定量泵，其至少具有第一出液口d2203a和第二出液口203b，第一出液口d2203a直接或间接连接至第一腔室201a，第二出液口203b直接或间接连接至第二腔室201b；电机204用于驱动主动泵203；控制器205至少用于控制电机204 的运行(电机方向及转速等)、液压缸的运行策略、流量平衡、过载保护及精度控制等。
72.因为活塞杆2013的存在，第一腔室201a和第二腔室201b为非对称结构，使得第一腔室201a的最大容积大于第二腔室201b的最大容积，液压缸201为非对称液压缸201，活塞2012运动时第一腔室201a和第二腔室201b的介质流进量、流出量并不相同，导致活塞杆2013驱动时并不稳定。
73.为了解决以上活塞杆2013驱动不稳定的问题，本技术解决的出发点为：当油液从第一腔室201a输送到第二腔室201b时，第一腔室201a的流出油量大于第二腔室201b的流进油量，油液有多余，需要将多余的油液存储到蓄能器202中，而当油液从第二腔室201b输送到第一腔室201a时，需要蓄能器202中的油液补充到第一腔室201a中。
74.作为优选的方案，本技术的静液压驱动单元200还包括：补液装置206，用于在活塞 2012移动时向第一腔室201a或第二腔室201b中一个进行液压介质的补充或回收以平衡活塞2012两侧的流量平衡。具体而言，补液装置206包括：介质容器207、辅助泵208、回流阀209、切换阀210。
75.作为具体的方案，介质容器207用于独立于蓄能器202之外设置一个容纳液压介质的补液空间。辅助泵208具有两种工作模式：马达模式及流量平衡模式，当辅助泵工作在马达模式时，将补液空间中的液压介质泵入第一腔室201a或第二腔室201b；当辅助泵工作在
流量平衡模式时，即在第一腔室或第二腔室或驱动回路中流量饱和时将液压介质回收至补液空间。具体的，辅助泵208采用液压泵，其由低功率电机驱动(未图示)。回流阀209 用于在输入至介质容器207的液压介质的压力大于等于预设值时使补液空间与第一腔室 201a或第二腔室201b连通。具体的，回流阀209采用液控溢流阀。切换阀210至少用于切换第一腔室201a或第二腔室201b与辅助泵208和回流阀209的连通关系，具体的，切换阀210采用三位四通电磁换向阀；切换阀210用于改变位置实现对不同油路的流量补充/ 回流，实现主动流量平衡；切换阀210电性连接至控制器205，进而切换阀210接受控制器205的电信号改变置位。
76.具体的，切换阀210具有：第一切换接口a1、第二切换接口a2、第三切换接口a3、第四切换接口a4；第一切换接口a1连通至第一腔室201a，第二切换接口a2连通至第二腔室201b，第三切换接口a3直接或间接连通至补液空间，第四接口作封堵处理。切换阀210 置于左位时，补液空间与第二腔室201b连通；切换阀210置于右位时，补液空间与第一腔室201a连通；当切换阀210置于中位时，补液空间与第一腔室201a、第二腔室201b均不连通。
77.作为更具体的方案，缸体2011设有第一介质通道201c，其与第一腔室201a连通；补液装置206还包括：第一液控减压阀211，第一液控减压阀211用于在第一介质通道201c 的压力大于预设值时使第一介质通道201c到切换阀210构成单向连通。第一液控减压阀 211包括：第一入口b1和第一出口b2；第一入口b1连通至第一腔室201a，使得第一入口 b1处的压力与第一腔室201a的压力相等，第一出口b2连通至第二腔室201b，或者第一出口b2直接/间接连通至主动泵203；当第一腔室201a的压力大于第一液控减压阀211的设定压力时，第一液控减压阀211第一出口b2打开，第一液控减压阀211导通，实现第一腔室201a压力维持在安全压力范围中。
78.缸体2011设有第二介质通道201d，其与第二腔室201b连通；补液装置206还包括：第二液控减压阀212用于在第二介质通道201d的压力大于预设值时使第二介质通道201d 到切换阀210构成单向连通。第二液控减压阀212包括：第二入口c1和第二出口c2；第二入口c1连通至第二腔室201b，使得第二入口c1处的压力与第二腔室201b的压力相等，第二出口c2连通至第一腔室201a，或者第二出口c2直接/间接连通至主动泵203；当第二腔室201b的压力大于第二液控减压阀212的设定压力时，第二液控减压阀212第二出口 c2打开，第二液控减压阀212导通，实现第二腔室201b压力维持在安全压力范围中。
79.作为更具体的方案，本技术的静液压驱动单元200还包括：第一液控单向阀213及第二液控单向阀214，第一液控单向阀213用于在主动泵203的第一出液口203a的压力大于预设值时使第一出液口2023a到蓄能器202构成单向连通。具体的，第一液控单向阀213 包括：第一进液口d1、第一输液口d2和第一液控控制口d3；第一进液口d1连通至主动泵 203的第一出液口203a，第一输液口d2连通至蓄能器202，第一液控控制口d3连通至第二出液口203b。
80.第二液控单向阀214用于在主动泵203的第二出液口203b的压力大于预设值时使第二出液口203b到蓄能器202构成单向连通。具体的，第二液控单向阀214包括：第二进液口 e1、第二输液口e2和第二液控控制口e3；第二进液口e1连通至主动泵203的第二出液口 203b，第二输液口连通至蓄能器202，第二液控控制口e3连通至第一出液口203a。
81.采用这样的方案，第一液控单向阀213和第二液控单向阀214用于实现第一腔室201a 和第二腔室201b之间的流量平衡，因为液控单向阀通过液控控制口是可以实现双向
导通的，因此事先设定好第一液控单向阀213和第二液控单向阀214的压力值相等；当第一腔室201a的压力超出事先设定的压力值时，第二液控控制口e3自动打开，将第二液控单向阀214导通，进行流量调节，从而实现第一腔室201a和第二腔室201b流量的平衡。同理当第二腔室201b的压力超出事先设定的压力值时，第一液控控制口d3自动打开，将第一液控单向阀213导通，进行流量调节，从而实现第一腔室201a和第二腔室201b流量的平衡。
82.作为优选的方案，本技术的静液压驱动单元200还包括：第一压力传感器217、第二压力传感器218、转速传感器219及速度传感器220；第一压力传感器217用于监测第一腔室201a的压力，且第一压力传感器217与控制器205电性连接以输出压力信号至控制器 205；第二压力传感器218用于监测第二腔室201b的压力，且第二压力传感器218与控制器205电性连接以输出压力信号至控制器205；转速传感器219与控制器205电性连接，用于监测电机204的转速。速度传感器220与控制器205电性连接，用于监测活塞杆的位移、速度。当然，也可采用位移传感器监测活塞杆的位移，并通过单位时间的位移量换算得到位移、速度。
83.当第一压力传感器217的压力值大于第二压力传感器218的压力值，且速度传感器220 监测值小于指定值时(即第一腔室201a的压力大于第二腔室201b的压力)，切换阀210置于左位，此时补液空间与第二腔室201b连通；当第一压力传感器217的压力值小于第二压力传感器218的压力值，且速度传感器220监测值小于指定值时(即第二腔室201b的压力大于第一腔室201a的压力)，切换阀210置于右位，此时补液空间与第一腔室201a连通。
84.切换阀210、辅助泵208和回流阀209实现了主动流量平衡，辅助泵208起输出流量和回收流量功能，回流阀209当压力达到预设值时导通，油路流量可经过回流阀209返回油箱。
85.上述油箱作为一个介质容器207一个具体实施例。以上的介质容器207、辅助泵208、回流阀209、切换阀210构成本技术的补液装置206。本技术的补液装置206用于在活塞 2012移动时向第一腔室201a或第二腔室201b中一个进行液压介质的补充以平衡活塞2012 两侧的流量平衡。
86.本技术的静液压驱动单元200工作时具有以下四种工况：
87.工况一：第二腔室201b压力小于第一腔室201a压力，活塞杆2013向第二腔室201b 方向运动；控制器205控制电机204驱动主动泵203，将第二腔室201b的油液通过主动泵203输送到第一腔室201a。第二液压力方向与活塞杆2013运动速度方向相同，第一腔室 201a的进入流量大于第二腔室201b的排出流量，第一压力传感器217的压力值大于第二压力传感器218的压力值，切换阀210置于左位，第二液控控制口e3打开，将第二液控单向阀214导通，蓄能器202中的油液和辅助泵208导出的油液汇流到第二腔室201b流出的油液中，实现返回主动泵203的流量等于输出流量。
88.工况二：第二腔室201b压力大于第一腔室201a压力，活塞杆2013向第二腔室201b 方向运动；控制器205控制电机204驱动主动泵203，将第二腔室201b的油液通过主动泵 203输送到第一腔室201a，压力方向与活塞杆2013运动速度方向相反，此时还需要蓄能器 202与辅助泵208导出的油液对第一腔室201a进行补充。第一压力传感器217的压力值小于第二压力传感器218的压力值，切换阀210置于右位，第一液控控制口d3打开，将第一液控单向阀213导通，蓄能器202中的油液和辅助泵208导出的油液汇流到第一腔室201a 中，实现第一腔室201a和第二腔室201b中的流量平衡，同时将负载的势能传递给活塞2012，进而通过液
压回路带动主动泵203进行发电，并进行回收利用，节约能量。
89.工况三：第二腔室201b压力大于第一腔室201a压力，活塞杆2013向第一腔室201a 方向运动；此时第一腔室201a的油液通过主动泵203输送到第二腔室201b。压力方向与活塞杆2013运动速度方向相同，第一腔室201a的流出流量大于第二腔室201b的流入流量，第一压力传感器217的压力值小于第二压力传感器218的压力值，切换阀210置于右位，第一液控控制口d3打开，将第一液控单向阀213导通，将第一腔室的多余油液从切换阀 210和辅助泵流入油箱，进而带动辅助泵进行发电，并进行回收利用，节约能量；同时还有一部分第一腔室的多余油液从第一液控单向阀213流入蓄能器202中，实现第一腔室201a 和第二腔室201b中的流量平衡。
90.工况四：第二腔室201b压力小于第一腔室201a压力，活塞杆2013向第一腔室201a 方向运动；第一腔室201a的油液通过主动泵203输送到第二腔室201b。压力方向与活塞杆2013运动速度方向相反，第一腔室201a的流出流量大于第二腔室201b的进入流量，第一压力传感器217的压力值大于第二压力传感器218的压力值，切换阀210置于左位，第二液控控制口e3打开，将第二液控单向阀214导通，要进入第二腔室201b的多余油液将通过切换阀210和辅助泵流入油箱，进而带动辅助泵进行发电，并进行回收利用，节约能量；同时还有一部分第二腔室201b的多余油液通过第二液控单向阀214流入蓄能器202中，实现第一腔室201a和第二腔室201b中的流量平衡。同时将负载的势能传递给活塞2012，进而通过液压回路带动主动泵203进行发电，并进行回收利用，节约能量。
91.基于以上的工况中，本技术的静液压驱动单元能够实现对非对称缸变排量控制，且第一、第二液控减压阀，辅助泵，主动泵，蓄能器在工作过程中均起到了能量回收的作用，优化了系统能耗，使得本技术的静液压驱动单元具备低能耗特性(能量回收，溢流优化)。
92.再如图6所示，在具体实施中，静液压驱动单元200还包括隔离装置215，隔离装置 215用于隔离主动泵203的第一出液口203a或/和第二出液口203b与第一腔室201a或/和第二腔室201b之间的连通。
93.具体而言，主动泵203的第一出液口203a和第二出液口203b分别连通至隔离装置215，隔离装置215至少包括一个隔离阀216；隔离阀216与控制器205电性连接，进而隔离阀 216接受控制器205的电信号改变置位，实现液压缸201与主动泵203的油路通断，避免由于主动泵203的泄漏而引起的滑动。同时防止负载突然改变下的驱动回路液压冲击效应，如急停、快速卸载、加载障碍等情况下保证驱动回路的元件安全，整体而言，具有安全、稳定、提高精度的功能。
94.具体的，隔离阀216采用两位四通电磁换向阀，能够隔离补液装置206和蓄能器202 之间的连通。隔离阀216包括第一隔离接口f1、第二隔离接口f2、第三隔离接口f3及第四隔离接口f4；第一隔离接口f1连通至主动泵203的第一出液口203a，第二隔离接口f2 连通至主动泵203的第二出液口203b，第三隔离接口f3连通至第一腔室201a，第四隔离接口f4连通至第二腔室201b。当隔离阀216切换至第一置位时，第一隔离接口f1沿隔离阀216内部通路连通至第三隔离接口f3，进而第一出液口203a与第一腔室201a导通；当隔离阀216切换至第二置位时，第一隔离接口f1沿隔离阀216内部通路连通至第二隔离接口f2，第三隔离接口f3和第四隔离接口f4的油路通断，并且此时切换阀210置于中位，使得第一腔室201a和第二腔室201b中的液压介质不能流进和流出，进而活塞杆2013的位置能够稳定保持。
95.如图7所示，作为隔离装置的另一实施方式，隔离装置315包括隔离阀316及梭阀317，隔离阀216与控制器205电性连接，进而隔离阀216接受控制器205的电信号改变置位，实现液压缸201与主动泵203的油路通断，避免由于主动泵203的泄漏而引起的滑动。
96.正常工作过程中，高压区一侧打开梭阀317，作用于隔离阀316液控单元，此时通过隔离阀316电控侧调定压力，隔离阀316正常开启，处于上位。
97.当发生液压冲击效应时，驱动回路高压侧压力急剧升高，将作用于隔离阀液控单元，隔离阀关闭，处于下位，将驱动回路隔离，从而对主动泵、电机、蓄能器起到保护作用。同时对液压缸进行限位，保证液压缸的稳定与精度，防止发生高幅震动造成意外事故。
98.当压力结束后，通过控制器对电磁信号单元作用开启隔离阀，恢复回路正常工作。
99.作为本技术的另一方面，本技术还基于上述方案，提供一种工程机械装备分布式电动静液压系统布置方法。每个静液压驱动单元200均被集成模块化，每个静液压驱动单元 200可以被集成为一个独立设备，在构建本技术的静液压驱动系统时，可以通过模块化方式根据需求以及工程机械装置的需求布设集成化的静液压驱动单元200，从而降低了管路的冗余度，使单缸系统变得紧凑，提高了能量利用率。
100.作为一个具体方案，动臂油缸、斗杆油缸静液压驱动单元200a和200b布置在动臂机构表面油缸附近，铲斗油缸静液压驱动单元200c布置在斗杆机构表面铲斗油缸附近，其通过线束总成104与控制信号线束和电源管理模块1064相连，并通过液流管105与油缸201 相连。
101.作为一个具体方案，每个静液压驱动单元200可以集成控制器205、驱动电机203、双向定排量泵203、蓄能器202，单向控制阀213(214)、隔离装置215、压力控制阀211(212)，三位四通换向阀(210)、辅助泵(208)、流量阀(209)与介质容器构成。
102.如图8所示，从控制的角度而言，在静液压单元中，控制器205主动控制主动泵203 以及辅助泵208，同时，相应的传感器向控制器205反馈关于液压缸201的相关状态的电信号，从而形成一个控制闭环。
103.控制器205基础控制方法采用一个闭环的速度位移控制。控制器205与电气线束总成 104相连读取系统发送的关于液压缸201的速度、位移或其他功能的指令信号，然后根据这些指令信号控制电机204(优选为伺服电机204)。
104.具体的，主动泵由高功率电机驱动工作，辅助泵由低功率电机驱动工作。通过驱动回路带动液压缸201运动。
105.这里传感器需要输出的信号包括液压缸201两个腔室压力信号与活塞杆2013的位移信号。基于滤波手段处理速度信号和位移信号，通过设计控制策略实现对位置速度的控制，控制方式包括不限于pid控制、滑膜控制、鲁棒控制等。
106.另一方面，将位移、速度信号和压力信号用于驱动回路结构的判断，实现智能主动流量平衡策略和启停策略、液压缸201伸缩切换策略。
107.具体而言，当检测到致动器驱动信号时，控制器205作用于驱动回路的隔离阀216，联通驱动回路和动力回路。在无驱动信号且达到目标位置后关闭驱动回路的隔离阀216。
108.控制器205设计通过压力采集判断负载情况。当检测到拉伸负载且液压缸201处于拉伸输出时，控制器205将平衡回路的切换阀210切换到左侧功能位，以建立主泵(主动泵 203的简称，下同)、副泵(辅助泵208的简称，下同)与主泵进油口的通路，对主泵进油口进行
补油实现流量平衡；当检测到拉伸负载且液压缸201处于压缩输出时，控制器205 将平衡回路的切换阀210切换到左侧功能位，以建立副泵与主泵出油口的通路，对主泵出油口进行流量分流实现流量平衡；当检测到压缩负载且液压缸201处于拉伸输出时，控制器205将平衡回路的切换阀210切换到右侧功能位，以建立副泵与主泵出油口的通路，对主泵出油口进行补油实现流量平衡；当检测到压缩负载且液压缸201处于压缩输出时，控制器205将平衡回路的切换阀210切换到右侧功能位，以建立副泵与主泵进油口的通路，对主泵进油口进行流量分流实现流量平衡。
109.当接收到急停信号后，控制器205将控制驱动回路的隔离阀216和平衡回路的切换阀 210，切断驱动回路和动力回路、平衡回路之间的油路。同时将伺服电机204的输出降低到最小，以实现待机节能控制模式。
110.平衡回路的减压阀压力根据实际情况调定。以保证在平衡回路流量分流情况下实现等容积卸荷。
111.其他功能性信号包括但不限于急停信号、限位信号等。控制器205可以为一个，接入多个伺服电机204驱动回路以控制液压缸201运动，也可以为分布式的多个，分别接入对应的伺服电机204驱动回路以控制液压缸201运动。
112.作为本技术的另一方面，本技术还基于上述方案，提供一种电动静液压驱动方法。本技术的电动静液压驱动方法由上述的静液压驱动单元200所执行。
113.具体而言，在静液压驱动单元200中，蓄能器202、主动泵203以及液压缸201构成一个驱动回路以使主动泵203能将蓄能器202中的液压介质泵入液压缸201的不同腔室；介质容器207、辅助泵208以及液压缸201构成一个补液回路以使辅助泵208能将蓄能器 202中的液压介质泵入液压缸201的不同腔室；
114.基于以上，如图9所示，电动静液压驱动方法包括如下步骤：
115.s1：驱动主动泵203向液压缸201中一个腔室201a或201b泵入液压介质；
116.s2：检测液压缸201中另一个腔室201b或201a中的液压介质的压力值；
117.s3：根据液压缸201中另一个腔室中的液压介质的压力值控制辅助泵208的运行。
118.作为具体的方案，步骤s2还可以检测活塞杆的速度、位移值，或者同时检测两个腔室的压力值，进而步骤s3结合另一个腔室中的液压介质的压力值及活塞杆的速度、位移值控制辅助泵的运行。
119.作为具体方案，在静液压驱动单元200中设有一个设置在介质容器207和液压缸201 之间的切换阀210；电动静液压驱动方法还包括如下步骤：根据液压缸201中的液压介质的压力值控制切换阀210使介质容器207和液压缸201的导通状态进行切换。
120.作为具体方案，在静液压驱动单元200中设有一个隔离装置215；电动静液压驱动方法还包括如下步骤：根据液压缸201两个腔室中的液压介质的压力值以及活塞杆2013的位置控制隔离装置215将蓄能器202、主动泵203构成一个与补液回路隔离的循环回路。
121.作为具体的方案，步骤s3具体为根据第一腔室、第二腔室的压力值及活塞杆的位移、速度值控制辅助泵、切换阀和隔离阀的运行。基于滤波手段计算速度信号和位移信号，通过设计控制策略实现对位置速度的控制，控制方式包括不限于pid控制、滑膜控制、鲁棒控制等。其他功能性信号包括但不限于急停信号、限位信号等。
122.作为具体方案的一个实施方式，工作过程中包括四种控制策略：
123.策略一：第二腔室201b压力小于第一腔室201a压力，活塞杆2013向第二腔室201b 方向运动；控制器205控制电机204驱动主动泵203，将第二腔室201b的油液通过主动泵 203输送到第一腔室201a。第二液压力方向与活塞杆2013运动速度方向相同，第一腔室 201a的进入流量大于第二腔室201b的排出流量，第一压力传感器217的压力值大于第二压力传感器218的压力值，切换阀210置于左位，第二液控控制口e3打开，将第二液控单向阀214导通，蓄能器202中的油液和辅助泵208导出的油液汇流到第二腔室201b流出的油液中，实现返回主动泵203的流量等于输出流量。
124.策略二：第二腔室201b压力大于第一腔室201a压力，活塞杆2013向第二腔室201b 方向运动；控制器205控制电机204驱动主动泵203，将第二腔室201b的油液通过主动泵 203输送到第一腔室201a，压力方向与活塞杆2013运动速度方向相反，此时还需要蓄能器 202与辅助泵208导出的油液对第一腔室201a进行补充。第一压力传感器217的压力值小于第二压力传感器218的压力值，切换阀210置于右位，第一液控控制口d3打开，将第一液控单向阀213导通，蓄能器202中的油液和辅助泵208导出的油液汇流到第一腔室201a 中，实现第一腔室201a和第二腔室201b中的流量平衡，同时将负载的势能传递给活塞2012，进而通过液压回路带动主动泵203进行发电，并进行回收利用，节约能量。
125.策略三：第二腔室201b压力大于第一腔室201a压力，活塞杆2013向第一腔室201a 方向运动；此时第一腔室201a的油液通过主动泵203输送到第二腔室201b。压力方向与活塞杆2013运动速度方向相同，第一腔室201a的流出流量大于第二腔室201b的流入流量，第一压力传感器217的压力值小于第二压力传感器218的压力值，切换阀210置于右位，第一液控控制口d3打开，将第一液控单向阀213导通，将第一腔室的多余油液从切换阀 210和辅助泵流入油箱，进而带动辅助泵进行发电，并进行回收利用，节约能量；同时还有一部分第一腔室的多余油液从第一液控单向阀213流入蓄能器202中，实现第一腔室201a 和第二腔室201b中的流量平衡。
126.策略四：第二腔室201b压力小于第一腔室201a压力，活塞杆2013向第一腔室201a 方向运动；第一腔室201a的油液通过主动泵203输送到第二腔室201b。压力方向与活塞杆2013运动速度方向相反，第一腔室201a的流出流量大于第二腔室201b的进入流量，第一压力传感器217的压力值大于第二压力传感器218的压力值，切换阀210置于左位，第二液控控制口e3打开，将第二液控单向阀214导通，要进入第二腔室201b的多余油液将通过切换阀210和辅助泵流入油箱，进而带动辅助泵进行发电，并进行回收利用，节约能量；同时还有一部分第二腔室201b的多余油液通过第二液控单向阀214流入蓄能器202中，实现第一腔室201a和第二腔室201b中的流量平衡。同时将负载的势能传递给活塞2012，进而通过液压回路带动主动泵203进行发电，并进行回收利用，节约能量。
127.以上描述仅为本公开的一些较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开的实施例中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开的实施例中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。