專利名稱：混合液壓系統(tǒng)和使用該液壓系統(tǒng)的作業(yè)機(jī)械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及用于作業(yè)機(jī)械的液壓系統(tǒng)，更具體地涉及一種混合液 壓系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有在液壓回路中并行布置的笫一和第二液壓泵，以及儲 存和回收液壓系統(tǒng)液壓能的蓄能器。
背景技術(shù)：
多種形式的液壓系統(tǒng)是眾多現(xiàn)代作業(yè)機(jī)械中不可缺少的組件。幾乎所有的拖拉機(jī)、裝載機(jī)、挖掘機(jī)和其它非公路(off highway,野外)作業(yè)機(jī) 械都采用液壓致動的作業(yè)機(jī)具。在通常的設(shè)計中，作業(yè)機(jī)械液壓系統(tǒng)包括 一個或多個液壓泵，該液壓泵與作業(yè)機(jī)械的發(fā)動機(jī)聯(lián)接并可操作以便向液 壓致動器供給加壓的液壓流體從而調(diào)整作業(yè)機(jī)具例如4產(chǎn)斗或伊刀的位置。 在其它應(yīng)用場合，液壓致動器可以用于作業(yè)機(jī)械穩(wěn)定裝置，甚至用于作業(yè) 才幾械的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)中致動液壓缸所消耗的能量由作業(yè)機(jī)械發(fā)動機(jī)或另 一動力源 例如燃料電池或蓄電池提供。例如，通過向一個或多個與挖掘機(jī)或裝載機(jī) 的吊臂聯(lián)接的液壓致動器供給液壓流體可以將挖掘機(jī)或裝載機(jī)的吊臂升至 高位。克服重力升起吊臂所需的能量可以由例如來自作業(yè)機(jī)械液壓泵的加 壓液壓流體供給。當(dāng)降下吊臂時，與之相反，作用在吊臂上的重力使它下 降，從而驅(qū)使液壓流體從液壓致動器的一側(cè)排出。在傳統(tǒng)設(shè)計中，從致動 器流出的液壓流體通常被轉(zhuǎn)移至低壓排放口。當(dāng)?shù)醣厶幱诟呶粫r，該系統(tǒng) 被認(rèn)為包含勢能，該勢能最初以液壓能的形式輸入系統(tǒng)以升起吊臂。當(dāng)?shù)?臂下降、液壓流體被排放至低壓排放口而釋放液壓時，存在于升起的吊臂 中的勢能流失。在更多的現(xiàn)代設(shè)計中，已經(jīng)意識到，通過液壓致動器的重力輔助外伸 或內(nèi)縮而獲得的加壓流體可以被儲存，并且隨后在需要時返還至系統(tǒng)。在 某些設(shè)計中，液壓系統(tǒng)連接有蓄能器，該蓄能器能儲存加壓的液壓流體， 然后在要求時選擇性地將該流體返還至系統(tǒng)。這些年來，工程師們提出了 多種多樣的設(shè)計來回收作業(yè)機(jī)械液壓系統(tǒng)中的液壓能。在現(xiàn)有技術(shù)中被稱 為"混合"液壓系統(tǒng)的設(shè)計已經(jīng)在節(jié)約能量和燃料經(jīng)濟(jì)性方面顯示出優(yōu)勢 和潛力。在某些混合型設(shè)計中，使流體在致動器的頭部側(cè)和活塞桿側(cè)之間 直接轉(zhuǎn)移，而不是將所有從致動器一側(cè)排出的流體送至排放口 。然而，即使最先進(jìn)的混合液壓系統(tǒng)也不是沒有缺點(diǎn)。具體來說，在混合和非混合液壓系統(tǒng)中都可能發(fā)生現(xiàn)有技術(shù)中所謂的"排空(voiding,形 成空位)"現(xiàn)象。"排空，，指的是當(dāng)致動器外伸或內(nèi)縮時液壓缸的活塞桿 腔和頭部腔中的一個趨向于產(chǎn)生沒有被液壓流體填充的真空或空間。"排 空"至少部分是致動器的活塞桿側(cè)和頭部側(cè)之間流體體積差的結(jié)果。具體 來說，由于活塞桿占據(jù)了一定的流體體積，所以當(dāng)流體從活塞桿側(cè)轉(zhuǎn)移至 頭部側(cè)或排放口時，致動器的活塞桿側(cè)就會形成真空。在操作過程中，這 種真空的產(chǎn)生會導(dǎo)致液壓致動器動作的延遲直到系統(tǒng)泵和/或蓄能器提供 所需的流體量。在某些系統(tǒng)中，例如，當(dāng)外伸液壓致動器時，頭部和活塞 桿部內(nèi)不相等的流體體積也可以導(dǎo)致液壓泵本身排空。德國漢堡科技大學(xué)的Robert Rahmfeld和Monika Ivantysynova在題 目為 "Displacement Controlled Linear Actuator With Differential Cylinder-A Way To Save Primary Energy In Mobile Machines"(帶有差 動液缸的排量可控的線性致動器一一種節(jié)約機(jī)動車內(nèi)一次能源的方法)的 技術(shù)出版物中已經(jīng)描述了一種專用于在液壓系統(tǒng)中儲存液壓能的液壓系 統(tǒng)。Rahmfeld和Ivantysynova描述了 一種具有變氺,量雙向液壓泵的系統(tǒng)， 該變排量雙向液壓泵在液壓缸的頭部腔和活塞桿腔之間轉(zhuǎn)移液壓流體。蓄 能器和輔助泵與液壓回路流體連接。雖然Rahmfeld和Ivantysynova的設(shè) 計具備某些優(yōu)點(diǎn)，但是它也存在某些缺點(diǎn)，特別是大量來自超越負(fù)載 (overrunning load )的液壓能無法儲存在相對低壓的蓄能器中。本發(fā)明的目的是克服上述一個或多個問題或缺點(diǎn)。 發(fā)明內(nèi)容在一個方面，本發(fā)明提供一種液壓系統(tǒng)，該液壓系統(tǒng)包括至少一個具 有第一端口和第二端口的液壓缸。第一流體通道連接第一和第二端口，在該第一流體通道內(nèi)布置有作為雙向液壓泵的第一泵。該笫一流體通道連接 有第二流體通道，在第二流體通道內(nèi)且與第一泵并行地設(shè)置有第二泵。設(shè)置蓄能器并使其與第二流體通道流體連接。在另一個方面，本發(fā)明提供一種包括混合液壓系統(tǒng)的作業(yè)機(jī)械，該混 合液壓系統(tǒng)具有至少一個帶有第一端口和第二端口的液壓缸。 一流體通道 連接第一和第二端口，在該流體通道中布置有作為雙向泵的第一泵。第二 泵并行于第 一泵布置，第二泵與蓄能器聯(lián)接并可以選擇性地在第 一端口和 第一泵之間的一位置處、以及在第二端口和第一泵之間的另一位置處與所 述流體通道連接。在又一個方面，本發(fā)明提供一種操作用于作業(yè)機(jī)械的液壓系統(tǒng)的方法。 該方法包括以下步驟，即至少部分地通過作為雙向泵的第一液壓泵在液壓 缸第一和第二端口之間轉(zhuǎn)移液壓流體。該方法還包括以下步驟，即至少部 分地通過并行于第一泵布置的第二泵在第一和第二端口中的一個與蓄能器 之間轉(zhuǎn)移液壓流體。


圖l是根據(jù)本發(fā)明的作業(yè)機(jī)械的概略的側(cè)視示意圖；和 圖2是根據(jù)本發(fā)明的液壓系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施方式
參照圖i，其示出作業(yè)機(jī)械io,該作業(yè)機(jī)械具有作業(yè)機(jī)械機(jī)體ii、作業(yè)機(jī)具臂25或吊臂以及液壓系統(tǒng)12。液壓系統(tǒng)12由"混合，，液壓系統(tǒng)構(gòu) 成，其中液壓能可以;故選擇性地儲存和回收，如本文所述。作業(yè)機(jī)械10在以具有液壓致動作業(yè)機(jī)具例如伊斗32的履帶式挖掘機(jī)為例的情況下進(jìn) 行描述。然而，應(yīng)該明白的是，作業(yè)機(jī)械10僅僅是示例性的，本發(fā)明適用 于幾乎任何具有至少一個液壓致動器的液壓系統(tǒng)，該液壓致動器可以是液 壓釭。作業(yè)機(jī)械10還可以包括配接有輸出軸17的發(fā)動機(jī)15，該發(fā)動機(jī)可以 是常規(guī)的內(nèi)燃機(jī)。輸出軸17的轉(zhuǎn)動給第一液壓泵14和笫二液壓泵16提供 動力。設(shè)想泉14和泵16都是過中心(overcenter )雙向液壓泵。利用適當(dāng) 閥使流動改道，本領(lǐng)域技術(shù)人員會意識到，泵14和泵16中的每一個都能 保持在中心的一側(cè)。泵14和泵16中的每一 個也可以包括液壓泵/馬達(dá)組合， 而且每一個都具有可變排量。因此，每個泵/馬達(dá)14、 16可以分別被系統(tǒng) 12中的液壓流體驅(qū)動以給軸17提供轉(zhuǎn)矩，或者可以分別被軸17驅(qū)動以便 泵送流體。為清楚起見，各個泵/馬達(dá)14和16在這里僅僅稱為"泵"。液 壓系統(tǒng)12也可以包括一個或多個包括有液壓缸22、24和60的液壓致動器。 液壓系統(tǒng)12還可以包括用于儲存液壓系統(tǒng)12的液壓能的蓄能器18，和用 于改變液壓系統(tǒng)12的操作的某些方面的岡組件20,如本文所述。參照圖2，其示出圖1的作業(yè)機(jī)械10的一部分，示出與發(fā)動機(jī)15聯(lián) 接的液壓系統(tǒng)12。液壓系統(tǒng)12包括至少一個液壓致動器，例如圖1所示 的致動器22、 24或60。各個液壓致動器分別包括與活塞桿27以常規(guī)方式 連接的頭部29，還包括用于轉(zhuǎn)移流體進(jìn)入和排出由活塞桿27和頭部29界 定的液壓腔的桿部端口 26和頭部端口 28。第一流體通道30流體連接桿部 端口 26與頭部端口 28,并被第一泵14分成笫一部分30a和第二部分30b。 因而第一泵14被置于第一流體通道30中且可操作用以使流體在桿部端口 26和頭部端口 28之間沿著第一流動方向"A"和第二流動方向"B"中的 任一方向轉(zhuǎn)移。如本文所述，第一泵14也可以作為馬達(dá)來運(yùn)行，其被端口 26和28之間流動的加壓流體驅(qū)動并向軸17提供轉(zhuǎn)矩。第二泵16布置于具有第一端40a和第二端40b的第二流體通道40中。 第一端40a可以與第一流體通道30的位于頭部端口 28和第一泵14之間的 第二部分30b流體連接。第二端40b可以選擇性地在桿部端口 26和第一泵14之間的一位置(第一部分30a)處，或者在頭部端口 28與第一泵14 之間的一位置(第二部分30b)處與第一通道30連接，其各自的流體連接 由閥組件20來控制，如本文所述。第二泵16可操作用以使流體在第二流 體通道40中沿著第一方向"C"或第二方向"D，，中的任一方向轉(zhuǎn)移。如 本文所述，第二泵16也可以作為馬達(dá)來運(yùn)行，其^L流過第二流體通道40 的液壓流體驅(qū)動。蓄能器18可以在第二泵16和閥組件20之間與第二流體 通道40流體連接。液壓系統(tǒng)12的某些方面通常是電子控制的。為此目的，液壓系統(tǒng)12 可以包括電子控制器70,該電子控制器經(jīng)由第一通信線71與第一泵14聯(lián) 接，并經(jīng)由第二通信線72與第二泵16聯(lián)接。電子控制器70還可以經(jīng)由另 一條通信線73與閥組件20聯(lián)接。通常可以操作電子控制器70以改變例如 泵速、排量和方向的因素。還可以操作電子控制器70以控制泵14和泵16 的運(yùn)行，使得泵14和泵16基本上同步，和/或相對于彼此處于相等或不同 的排量。液壓系統(tǒng)12還可以包括經(jīng)由另一條通信線75與電子控制器70 聯(lián)接的桿部閥76,和經(jīng)由另一條通信線74與電子控制器70聯(lián)接的頭部閥 78。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會意識到，桿部閥76和頭部閥78可以被選擇性地 打開或關(guān)閉以阻止或使得流體流出各自的桿部端口 26和頭部端口 28。如 本文所述，液壓系統(tǒng)12可具有多種操作方案，部分地由電子控制器70通 過選擇性地控制各連接以及流體流動路徑和速度來進(jìn)行。第一泵14示出為經(jīng)由第一軸17a與發(fā)動機(jī)15聯(lián)接，同時第二泵16 示出為經(jīng)由第二軸17b與第一泵14和第一軸17a聯(lián)接。應(yīng)該明白的是，單 個的共同的軸可以將發(fā)動機(jī)15與泵14和16連接，或者多個軸將每一個泵 與發(fā)動機(jī)15連接。此外，還應(yīng)該明白，泵14和16中的一個或兩個都可以 是電驅(qū)動泵，根本不必與發(fā)動機(jī)15機(jī)械聯(lián)接。每一個泵14和16與發(fā)動機(jī) 15聯(lián)接以及泵彼此聯(lián)接的各種手段使得發(fā)動機(jī)15或一些其它動力源驅(qū)動 各自的泵的方式相當(dāng)靈活，也使得泵14和16中的一個或兩個可用于向發(fā) 動機(jī)15或泵彼此施加轉(zhuǎn)矩的方式相當(dāng)靈活，如本文所述。例如，泵14和 16中的一個可以用于驅(qū)動另一個。泵14和16中的一個或兩個可以被發(fā)動機(jī)15以第一模式驅(qū)動，并且以第二模式獨(dú)立地或共同向發(fā)動機(jī)15施加轉(zhuǎn) 矩。如上所述，可操作閥組件20以選擇性地使第二通道40的第二端40b 與第一通道30的第一部分30a或第二部分30b連接。閥組件20可包括至 少一個活動閥構(gòu)件19，其可以是滑閥構(gòu)件19，該滑閥構(gòu)件具有兩種與第二 通道40的不同流體連接相對應(yīng)的構(gòu)型或狀態(tài)?；y構(gòu)件19可以是液壓機(jī) 械式致動的滑岡構(gòu)件，包括承受第一流體通道30的第一部分30a的流體壓 力的第一壓力面21a，以及承受第一流體通道30的第二部分30b的流體壓 力的第二壓力面21b。基于第一流體通道30的第一部分30a和第二部分30b 的相對壓力，通過讓各個壓力面21a和21b面對第一流體通道30的不同部 分，閥構(gòu)件19可以通過液壓機(jī)械調(diào)整為其構(gòu)型中的一種。閥構(gòu)件19可包括用于連接第二流體通道40的第二端40b與第一通道 30的第一部分30a的第一流動路徑23a，例如通道或環(huán)狀孔道。閥構(gòu)件19 還可包括用于連接第二流體通道40的第二端40b與第一流體通道30的第 二部分30b的第二流動路徑23b，例如通道或環(huán)狀孔道。作用在壓力面21a 和21b上的液壓壓力可控制滑閥構(gòu)件19的位置。在一種設(shè)想實(shí)施例中，當(dāng) 流體通道30的第一部分30a中的流體壓力相對低于第二部分30b中的流體 壓力時，滑閥19被液壓推向其中第二流動路徑23b流體連接第二通道40 的第二端40b與第 一通道30的第 一部分30a的位置。當(dāng)?shù)?一部分30a內(nèi)的 流體壓力相對高于第二部分30b內(nèi)的流體壓力時，就會產(chǎn)生相反的結(jié)果； 第一流動路徑23a可以使第二端40b與第二部分30b連接。在一種設(shè)想實(shí) 施例中，壓力面21a和21b具有不同的表面積。例如，第一壓力面21a相 對小于第二壓力面21b。在多數(shù)實(shí)施例中，可操作閥組件20以選擇性地使 第二流體通道40的第二端40b與第一和第二部分30a和30b中壓力較低 的一個連接。雖然閥組件20在文中顯示為液壓機(jī)械式致動的滑閥構(gòu)件，但本領(lǐng)域技 術(shù)人員應(yīng)該明白，存在多種使得第二流體通道40可以如本文所述那樣選擇 性地與第一流體通道的一部分30a和30b連接的設(shè)計。例如，除了本文描述的滑閥以外，在不背離本發(fā)明范圍的情況下，可以使用布置在分支流體 通道中的單獨(dú)的閥。類似地，除了液壓機(jī)械式致動的閥以外，可以使用多 種電致動閥設(shè)計中的任何一種，例如，電磁致動閥、壓電致動閥構(gòu)件等等。液壓系統(tǒng)12還可包括也可是變排量泵的加料泵或補(bǔ)液泵54,該泵與 第二流體通道40的第二端40b聯(lián)接，以便將液壓流體從低壓空間或l&液槽 50向液壓系統(tǒng)12供給。溢流通道53也靠近第二端40b與第二流體通道40 連接，并且包括置于溢流通道53中的溢流閥52，在必要時該溢流閥可允 許液壓系統(tǒng)12中過高的液壓壓力^^;故至貯液槽50。為了在蓄能器排空并 且泵16正沿著方向D泵送油的情況下能保持朝向泵16入口的流動，還可 在第二泵16和閥組件20之間布置止回閥55。工業(yè)實(shí)用性液壓系統(tǒng)12可以按多種方式用于外伸和內(nèi)縮其致動器22、 24和60。 在示例性的作業(yè)機(jī)械10中，液壓系統(tǒng)12可以在致動器24的桿端和頭部端 之間轉(zhuǎn)移液壓流體，以便例如升高或降低吊臂25的外部部分。液壓系統(tǒng) 12可用于在致動器24的桿端部和頭端部之間轉(zhuǎn)移流體以便翻轉(zhuǎn)與其連接 的鏟斗機(jī)具32。類似地，液壓流體在致動器60的桿端和頭部端之間被轉(zhuǎn) 移以便升高或降低吊臂25。各個致動器22、 24和60可以基本上相同，包 括如圖2所示的桿部端口 26和頭部端口 28。本領(lǐng)域技術(shù)人員會意識到， 可以利用液控或電子控制閥76和78以對操作者而言很容易的方式實(shí)現(xiàn)端 口 26和28與液壓系統(tǒng)12其余部分的連接。當(dāng)希望外伸致動器22、 24、 60時，例如可以使泵14旋轉(zhuǎn)，從而在第 一通道30內(nèi)轉(zhuǎn)移流體。致動器22、 24、 60克服阻力例如重力的外伸動作 在現(xiàn)有技術(shù)中一般稱為"外伸受阻，，(extend resistive)操作。致動器22、 24、 60在例如重力輔助下的外伸在現(xiàn)有技術(shù)中稱為"外伸超限"(extend overrun)操作。概括來說，外伸受阻操作可以利用儲存在蓄能器18中的液壓能向致動 器22、 24、 60的頭部端提供至少一部分液壓流體以在頭部29上施加一力，從而導(dǎo)致致動器22、 24、 60的外伸。通常的外伸受阻動作包括在挖掘操作 過程中，克服由諸如土壤或巖石等作業(yè)材料施加的阻力外伸缸22以便朝著 作業(yè)機(jī)械機(jī)體11移動妒斗32。因此，在外伸受阻模式中，發(fā)動機(jī)15使泵 14 4t轉(zhuǎn)以在桿部端口 26和頭部端口 28之間泵送流體。同時，蓄能器18 經(jīng)由第二通道40的第一端40a將流體供給至第一通道30的第二部分30b。 閥組件20通常處于這樣的構(gòu)型，使得第二通道40與第一部分30a連接， 從而通過第二流動路徑23b形成流體連接。第二泵16通常沿著與第一泵 14相同的方向旋轉(zhuǎn)，將流體從蓄能器18以及第一部分30a轉(zhuǎn)移到第二部 分30b,并最終轉(zhuǎn)移到頭部端口 28。軸17b在第二泵16上施加轉(zhuǎn)矩使得 第二泵16旋轉(zhuǎn)，這使得第二泵16主要作為泵來發(fā)揮作用。來自蓄能器18 的液壓流體也可以用于導(dǎo)致泵16轉(zhuǎn)動以侵J吏得它能將轉(zhuǎn)矩施加給泵14和 發(fā)動機(jī)15中的任一者或兩者?？梢允沟眉恿媳?4旋轉(zhuǎn)，并且調(diào)整其排量， 以便供i^壬何所需的額外流體，而溢流閥52可操作用以向貯液槽50釋放 任何過量的壓力。由于第一通道30的第一部分30a的壓力相對低于第二部 分30b的壓力，所以閥組件20可以被自動地液壓機(jī)械式地調(diào)整到所希望的 位置，或者如果先前已位于該希望的位置就保持在該處。
相反，外伸超限操作可以利用致動器22、 24、 60的桿端處的相對高壓。 例如，通常的外伸超限操作包括外伸缸24以便將外臂從外伸位置降低到類 似于如圖1所示那樣的較低位置。換句話說，重力有助于缸的外伸。在外 伸超限模式中，第一通道30的第一部分30a內(nèi)的流體壓力相對高于第二部 分30b內(nèi)的流體壓力。因此，閥組件20被自動推至或維持在希望的位置上， 使得第一流動路徑23a使第二流體通道40的第二端40b與第一通道30的 第二部分30b流體連接。因此，第二流體通道40具有其中第二流體通道 40的兩端40a和40b都與第一通道30的第二部分30b連接的流體回路。 轉(zhuǎn)動第一泵14以便使流體從桿部端口 26向頭部端口 28轉(zhuǎn)移。另一方面， 桿部端口 26提供的相對高壓可以用于轉(zhuǎn)動第一泵14以〗更對發(fā)動機(jī)15施加 轉(zhuǎn)矩。第二泵16經(jīng)由來自蓄能器18的加壓流體或經(jīng)由第一泵14提供的轉(zhuǎn) 矩被轉(zhuǎn)動。當(dāng)?shù)谝煌ǖ?0的第二部分30b中存在過量液壓時，該過量液壓可用于給蓄能器18蓄能。加料泵54可用于供^M壬何需要的額外液壓流體， 而溢流閥52可操作用以將過量壓力釋放至貯液槽50。
類似地，致動器22、 24、 60的內(nèi)縮動作包括"受阻"和"超限"模式。 理論上，這些模式至少在重力輔助內(nèi)縮或重力對抗內(nèi)縮動作方面與外伸受 阻和超P艮模式大致相似，如本文所述。在內(nèi)縮受阻模式中，致動器22、 24、 60的內(nèi)縮將承受載荷。換句話說，在內(nèi)縮受阻模式中，外力例如重力對抗 致動器22、 24、 60的內(nèi)縮。在內(nèi)縮受阻模式中，第一通道30的第一部分 30a內(nèi)比第二部分30b內(nèi)相對較高的液壓壓力可以將閥組件20調(diào)整至或保 持在這樣的位置，即使得第一流動路徑23a能夠在第二通道40的第二端 40b和第一通道30的第二部分30b之間提供流體連通。因此，在內(nèi)縮受阻 模式下系統(tǒng)內(nèi)的流體連接與外伸超限模式下的流體連接相同。發(fā)動機(jī)15 使泵14旋轉(zhuǎn)以便將流體從頭部端口 28向桿部端口 26轉(zhuǎn)移。泵16可轉(zhuǎn)動 或者不轉(zhuǎn)動。加料泵54可用于提供任何需要的額外液壓流體，而溢流閥 52可操作用以將任何過量壓力釋放至l&液槽50。
在內(nèi)縮超I1^莫式中，第一通道30的第二部分30b內(nèi)的壓力相對高于第 一部分30a內(nèi)的壓力。因此，閥組件20被推至或保持在一位置，在該位置 第二流動路徑23b使第二通道40的第二端40b與第一通道30的第一部分 30a流體連接。例如在頭部端口 28和桿部端口 26之間轉(zhuǎn)移的流體可以使 得第一泵14旋轉(zhuǎn)，從而在發(fā)動機(jī)15上施加轉(zhuǎn)矩。第二泵16也可以被轉(zhuǎn)動， 從而將流體從第一通道30的第二部分30b轉(zhuǎn)移到蓄能器18。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該意識到，針對圖l和2中作為實(shí)施例所示的系統(tǒng)， 可以設(shè)計多種不同的另外的操作方案。例如，應(yīng)當(dāng)理解，系統(tǒng)中的過量液 壓壓力可以以多種方式有利地回收。過量或者甚至儲存的液壓能優(yōu)選地用 于經(jīng)由泵14和16中的一個或兩個向發(fā)動才幾15施加轉(zhuǎn)矩，從而直接減少燃 料消耗。類似地，過量或儲存的液壓能總是優(yōu)選地用于給蓄能器18充分蓄 能，之后如果有(剩余液壓能)的話，再向發(fā)動機(jī)15施加轉(zhuǎn)矩。相對于其 它設(shè)計而言，這種方式能減少系統(tǒng)的總能量消耗，但是是以間接的方式進(jìn) 行。如本文所述，各個泵14、 16和54具有可變排量。通過改變泵14和 16中的一個或兩個的排量，可以獲得另外的操作策略。通常，各個泵14 和16的排量是相同的，而且在某些實(shí)施例中可以使用相同的泵。在一種設(shè) 想實(shí)施例中，第一泵14負(fù)責(zé)在端口 26和28之間轉(zhuǎn)移活塞桿27的體積， 而第二泵16轉(zhuǎn)移任何所需的額外流體，也就是頭部容積減去桿部容積。通 過提供兩個并行的獨(dú)立泵，可消除與某些現(xiàn)有設(shè)計相關(guān)聯(lián)的排空問題。具 體來說，與其試圖采用能足夠快地轉(zhuǎn)移流體以減少排空的、相對巨大且昂 貴的泵，不如(使用)這兩個較小的泵，其均可使排空最小化或消除排空， 并且大大減少硬件成本。此外，如本文所述，使用并行布置的兩個泵給操 作帶來極大的靈活性。
另外，本發(fā)明的雙泵設(shè)計的另一個好處與蓄能器所需的容積有關(guān)。由 于液壓系統(tǒng)12可以給致動器22、 24、 60的頭部側(cè)和桿部側(cè)提供兩個不同 的流體容積，所以蓄能器18的大小僅需要等于活塞桿27的體積的一半， 也就是，頭部側(cè)與桿部側(cè)容積的差值。當(dāng)致動器22、 24、 60完全內(nèi)縮時， 例如，系統(tǒng)12的幾乎所有液壓流體(除了保留在各個通道和泵中的以外) 都存在于致動器22、 24、 60的桿部端和蓄能器18中。當(dāng)致動器22、 24、 60完全外伸時，系統(tǒng)12的幾乎所有液壓流體都存在于致動器22、 24、 60 的頭部側(cè)內(nèi)。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會意識到，在許多一如果不是大部 分一實(shí)施例中，蓄能器18可以比這個最小尺寸大。這就允許更大的能量儲 存容量，例如，此時液壓系統(tǒng)12通常包括不止一個缸。
本說明僅僅出于示例的目的，不應(yīng)該以任何形式被解釋為縮小本發(fā)明 的范圍。因而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會意識到，在不背離本發(fā)明的精神和范 圍的情況下可對本發(fā)明的實(shí)施例作出多種修改。因此上述閥的構(gòu)型和泵的 旋轉(zhuǎn)方向等等都是意在示出針對所述操作模式的實(shí)際執(zhí)行策略，但它們絕 非限制性的。例如，雖然設(shè)想閥組件20如上面具體操作方案所述經(jīng)由其各 自的流動路徑23a、23b提供流體連通，但是這種示例性的構(gòu)型不是必需的。 利用一個或多個配有例如電子控制器的電致動器可以獲得閥組件20的構(gòu) 型/位置的選擇性變型，從而進(jìn)一步改變可用的流動;R式。調(diào)整泵的排量將會引起關(guān)于可用流動模式的更多可能性。此外，雖然設(shè)想第二泵16通常是 雙向泵，但不一定如此。在其它設(shè)想的實(shí)施例中，泵16可以是單向的，并 且將使得泵16周圍的流動改道的閥結(jié)合在該設(shè)計。在研究附圖和所附權(quán)利 要求的基礎(chǔ)上，(本發(fā)明)其它的方面、特征和優(yōu)點(diǎn)會變得明顯。
權(quán)利要求
1.一種液壓系統(tǒng)(12)包括至少一個包括第一端口(26)和第二端口(28)的液壓缸(22，24，60)；連接所述第一和第二端口(26，28)的第一流體通道(30)；布置在所述第一流體通道(30)中的、為雙向泵的第一液壓泵(14)；與所述第一流體通道(30)連接的第二流體通道(40)；并行于所述第一泵(14)并布置于所述第二流體通道(40)內(nèi)的第二液壓泵(16)；以及與所述第二流體通道(40)流體連接的蓄能器(18)。
2. 如權(quán)利要求l所述的液壓系統(tǒng)(12)，其特征在于，還包括具有 第一構(gòu)型以及第二構(gòu)型的閥組件(20)，在所述第一構(gòu)型中所述第二流體 通道的一端(40a)在所述第一泵(14)和所述第一端口 (26)之間的一位 置處與所述第一流體通道(30)連接，在所述第二構(gòu)型中所述端部(40a) 在所述第一泵(14)和所述第二端口 (28)之間的一位置處與所述第一流 體通道(30)連接。
3. 如權(quán)利要求2所述的液壓系統(tǒng)(12 )，其特征在于，所述閥組件 (20)包括滑閥構(gòu)件(19);以及所述滑岡構(gòu)件(19)包括在所述第一泵(14)和所述第一端口 (26) 之間承受所述第一流體通道(30)的流體壓力的第一壓力面(21a)，和在 所述第一泵(14)和所述第二端口 (28)之間承受所述第一流體通道(30) 的流體壓力的第二壓力面(21b)，并且所述第一和第二壓力面(21a, 21b) 具有不同的有效面積。
4. 如權(quán)利要求2所述的液壓系統(tǒng)(12),其特征在于，所述閥組件 (20)包括第一閥，所述液壓系統(tǒng)(12)還包括布置在所述第二流體通道 (40)內(nèi)位于所述蓄能器(18)和所述第一閥之間的第二閥；所述第二閥是止回閥(55),所述液壓系統(tǒng)(12)還包括低壓流體供給裝置；以及布置在所述低壓流體供給裝置和所述第二流體通道(40)之間的補(bǔ)液 泵(54)。
5. —種作業(yè)機(jī)械(10)，包括混合液壓系統(tǒng)(12)，該系統(tǒng)包括至少一個具有第一端口 (26)和第 二端口 (28)的液壓缸(22， 24, 60),以及連接所述第一和第二端口 (26， 28)的流體通道(30)，所述混合液壓系統(tǒng)(12)還包括布置在所述流體 通道(30)內(nèi)的、為雙向泵的第一泵(14),和并行于所述第一泵(14) 的第二泵(16)，所述第二泵(16)與蓄能器(18)聯(lián)接，并選擇性地在 所述第一端口 (26)和所述第一泵(14)之間的一位置處，以及在所述第 二端口 (28)和所述第一泵(14)之間的另一位置處與所述流體通道(30) 連接。
6. 如權(quán)利要求5所述的作業(yè)機(jī)械(10 ),其特征在于，所述流體通 道(30)是具有被所述第一泵(14)分開的第一和第二部分(30a， 30b) 的第一流體通道(30)，所述作業(yè)機(jī)械(18)還包括具有與所述第一流體通道(30)流體連接的第一端(40a)的第二流體 通道(40),所述第二泵(16)布置在所述第二流體通道(40)內(nèi)；以及 閥組件(20)，所述閥組件可操作用于選擇性地使所述第二流體通道 (40)的第二端U0b)與所述笫一流體通道的所述第一和第二部分(30a, 30b)中的一個連接。
7. 如權(quán)利要求6所述的作業(yè)機(jī)械(10),其特征在于，所述第一泵 (14)和所述第二泵(16)中的至少一個包括與所述作業(yè)機(jī)械(10)的發(fā)動機(jī)聯(lián)接的泵和馬達(dá)的組合；能夠選擇性地與所述第一流體通道的所述第一和第二部分(30a, 30b ) 中的一個連接的補(bǔ)液泵(54);以及所述第一和第二泵(14, 16)中的每一個包括與所述發(fā)動機(jī)聯(lián)接的雙 向變排量的泵和馬達(dá)的組合。
8. —種操作用于作業(yè)機(jī)械(10)的液壓系統(tǒng)(12)的方法，該方法包括以下步驟至少部分地經(jīng)由作為雙向泵的第一液壓泵(14)在液壓缸(22， 24, 60)的第一和第二端口 (26， 28)之間轉(zhuǎn)移液壓流體；以及至少部分地經(jīng)由并行于所述第一泵(14)布置的第二液壓泵(16)在 所述第一和第二端口 (26， 28)中的一個與蓄能器(18)之間轉(zhuǎn)移液壓流 體。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，包括以下步驟，即選擇 性地定位至少一個活動閥構(gòu)件(19)以使補(bǔ)液泵(54)與其中布置有第一 泵(14)的流體通道的第一部分和第二部分(30a， 30b)中的一個流體連接；至少部分地通過至少部分地經(jīng)由第二泵(16)將液壓流體轉(zhuǎn)移至蓄能 器(18)來儲存液壓系統(tǒng)(12)的能量；以及操作補(bǔ)液泵(54)以補(bǔ)充液壓系統(tǒng)(12)的流體體積，該補(bǔ)液泵與其 中布置有第二泵(16)的流體通道(40)聯(lián)接。
10. 如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，定位步驟包括液壓機(jī) 械式地移動所述至少一個活動閥構(gòu)件(19)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種液壓系統(tǒng)(12)和作業(yè)機(jī)械(10)，液壓系統(tǒng)(12)包括至少一個帶有由第一流體通道(30)連接的第一端口(26)和第二端口(28)的液壓缸(22，24)。作為雙向液壓泵的第一泵(14)布置在第一流體通道(30)內(nèi)，第二泵(16)并行于第一泵(14)并且布置在第二流體通道(40)內(nèi)。蓄能器(18)與第二流體通道(40)流體連接。
文檔編號E02F9/22GK101283146SQ200680036997
公開日2008年10月8日 申請日期2006年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月6日
發(fā)明者J·L·布林克曼, P·古普塔 申請人:卡特彼勒公司