液壓系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種液壓系統(tǒng)，包括液壓促動器、蓄液器、蓄液器加液閥和流體地連接在蓄液器加液閥和蓄液器之間的液壓變速器。液壓變速器包括機(jī)械地連接至變速器泵的變速器馬達(dá)。蓄液器加液閥流體地連接在變速器馬達(dá)和液壓促動器之間。變速器泵的尺寸為允許不超過允許經(jīng)過變速器馬達(dá)的流體的四分之三的最大流體經(jīng)過。采用本實用新型的技術(shù)方案，可以使用體積相對較小的蓄液器，即使與相對較小的機(jī)械組合使用中，能夠?qū)崿F(xiàn)所需的能量回收，能量的回收再利用可以提高機(jī)械效率且降低燃油費用。
【專利說明】液壓系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種用于回收和再使用勢能的液壓系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)械(例如，輪式裝載機(jī)、挖掘機(jī)、正鏟挖掘機(jī)、推土機(jī)、反鏟挖土機(jī)或伸縮臂叉車)可被用于移動重型負(fù)載，例如該機(jī)械可以利用一種工具來移動負(fù)載。該工具可由液壓系統(tǒng)供能，其可以使用加壓流體來促動液壓促動氣來移動工具。
[0003]在機(jī)械的操作期間，工具可被舉升至升高位置。由于工具可以是相對重的，該工具當(dāng)上升至升高位置時，可以獲得勢能?；厥赵搫菽苡靡栽偈褂每梢蕴岣邫C(jī)械效率。
[0004]Nagura等人的美國專利公開2004/0000141A1公開了一種系統(tǒng)，設(shè)計來再循環(huán)關(guān)于降低負(fù)載的能量?；赜蛪毫拇賱悠骱凸┙o回路13通過一對機(jī)械連接的可變位移液壓泵/馬達(dá)1、2和油箱而供給。由液壓泵/馬達(dá)I驅(qū)動作為馬達(dá)，液壓泵/馬達(dá)2作為泵，從而向蓄液器3和/或可變位移液壓泵/馬達(dá)4供油，其因而可以驅(qū)動可變?yōu)橐砸簤罕?向輸送管線16供油。
[0005]關(guān)于能量回收系統(tǒng)的部件不僅是昂貴的，但是它們還需要這些機(jī)械中相當(dāng)?shù)目臻g。蓄液器，例如，體積是相對大的。結(jié)果，能量回收系統(tǒng)組合進(jìn)入較小機(jī)械中會呈現(xiàn)出明顯的組合困難，一些情況下阻止了完成包括這些系統(tǒng)的方案。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型提供了一種液壓系統(tǒng)，它可以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的部件成本高，蓄液器體積大，能量回收系統(tǒng)與較小機(jī)械組合困難的問題。
[0007]本實用新型的液壓系統(tǒng)包括液壓促動器、蓄液器、蓄液器加液閥和流體地連接在蓄液器加液閥和蓄液器之間的液壓變速器。液壓變速器包括機(jī)械地連接至變速器泵的變速器馬達(dá)。蓄液器加液閥流體地連接在變速器馬達(dá)和液壓促動器之間。變速器泵尺寸允許的最大流量不超過允許通過變速器馬達(dá)流量的3/4。
[0008]變速器泵的尺寸為允許不超過允許經(jīng)過變速器馬達(dá)的流體的一半的最大流體經(jīng)過，來自變速器馬達(dá)沒有流向變速器泵的過度流體被引導(dǎo)至油箱。
[0009]進(jìn)一步包括:排出閥，流體地連接至蓄液器來控制蓄液器的流出。
[0010]排出閥可選擇地操作來從蓄液器提供存儲的流體，從而使得流體被供至液壓功倉泛。
[0011]進(jìn)一步包括:泵，構(gòu)造為向液壓促動器提供流體，以及驅(qū)動地連接至泵且流體地連接至蓄液器的轉(zhuǎn)矩輔助馬達(dá)，轉(zhuǎn)矩輔助馬達(dá)構(gòu)造為接收從蓄液器存儲的流體來驅(qū)動泵。
[0012]進(jìn)一步包括:排出閥，流體地連接在蓄液器和轉(zhuǎn)矩輔助馬達(dá)之間，排出閥構(gòu)造為從蓄液器提供存儲的流體至轉(zhuǎn)矩輔助馬達(dá)。
[0013]蓄液器的尺寸為容納最大六十四公升的液壓流體。
[0014]進(jìn)一步包括:連接至加液閥的控制器，控制器構(gòu)造為接收指令來縮回液壓促動器，并且響應(yīng)于該指令，打開加液閥。
[0015]液壓促動器是液壓汽缸，構(gòu)造為移動可移動地連接至機(jī)械本體的起重臂，液壓汽缸是多個液壓汽缸中的一個，
[0016]泵選擇地構(gòu)造為向平行的多個液壓促動器的第一組第一腔提供流體，并且向平行的多個液壓促動器的多個第二腔提供流體；
[0017]在過度負(fù)載情形中，蓄液器構(gòu)造為存儲從多個第一腔接收的流體；以及
[0018]在未過度負(fù)載情形中，轉(zhuǎn)矩輔助馬達(dá)構(gòu)造為從蓄液器接收存儲的流體，從而驅(qū)動泵以向多個第一腔提供流體。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]附圖1是典型公開的機(jī)械的繪畫圖；
[0020]附圖2是依照一個實施方式的可以用于附圖1的機(jī)械的典型公開的系統(tǒng)的示意圖。
[0021]部件列表
[0022]10、機(jī)械；12、工具系統(tǒng)；14、作業(yè)工具；16、驅(qū)動系統(tǒng)；18、動力源；20、操作者工作站；22、起重臂；24、操縱桿；30、液壓促動器；32、殼體；34、活塞；36、桿；38、桿端腔；40、頭端腔；50、液壓回路或系統(tǒng)；52、油箱；54、泵；56、泵入口 ；58、泵出口 ；60、汽缸控制閥組件；62，64、泵至汽缸(“P-C”)獨立計量控制閥；66，68、汽缸至油箱(“(:-1'”)獨立計量控制；70、能量回收系統(tǒng)；72、蓄液器；74、蓄液器加液閥；76、止回閥；77、液壓變速器單元；78、變速器馬達(dá)；79、變速器泵；82、馬達(dá)排出閥；84、轉(zhuǎn)矩輔助馬達(dá)；92、止回閥；94、背壓閥；100、控制器；102、壓力、溫度和/或位置傳感器；102A、蓄液器壓力傳感器；102B、汽缸壓力傳感器；102C、泵壓力傳感器；104、止回閥。

【具體實施方式】
[0023]現(xiàn)在將詳細(xì)進(jìn)行本實用新型的【具體實施方式】的參考，其示例示出在附圖中。無論在可能的何處，將在附圖中使用相同的附圖標(biāo)記來表示相同或相似的部分。
[0024]附圖1示出了典型的機(jī)械10，具有配合完成工作的多個系統(tǒng)和部件。機(jī)械12可以包括固定或移動機(jī)械，其執(zhí)行一些類型的關(guān)于工業(yè)的操作，例如采礦、建筑、耕作、運輸或本領(lǐng)域中已知的其它工業(yè)。例如，機(jī)械10可以是地面移動機(jī)械，例如挖掘機(jī)(附圖1中所示)、輪式裝載器、正鏟挖掘機(jī)、推土機(jī)、反鏟挖土機(jī)、伸縮臂叉車、自動平地機(jī)、自動傾卸卡車或任何其它地面移動機(jī)械。機(jī)械10還可以包括，構(gòu)造為移動作業(yè)工具14的工具系統(tǒng)12、用于推進(jìn)機(jī)械10的驅(qū)動系統(tǒng)16、為工具系統(tǒng)12和驅(qū)動系統(tǒng)16提供動力的動力源18，以及用于適于手動控制工具系統(tǒng)I驅(qū)動系統(tǒng)16和/或動力源18的操作者工作站20。
[0025]工具系統(tǒng)12可以包括連桿結(jié)構(gòu)，通過一個或多個液壓促動器、例如液壓汽缸作用來移動作業(yè)工具14。液壓促動器可以包括，構(gòu)造為接收加壓流體以及將來自加壓流體的液壓和/或流動轉(zhuǎn)換至機(jī)械力和/或運動的任何裝置。例如，工具系統(tǒng)12還可以包括起重臂22和操作桿24，用于樞轉(zhuǎn)地連接作業(yè)工具14至機(jī)械10的本體。在一個實施方式中，起重臂22可通過一個或多個液壓促動器30而圍繞水平軸相對于作業(yè)表面垂直地樞轉(zhuǎn)。如附圖1和2所示，一對相鄰的雙作用液壓促動器30可以樞轉(zhuǎn)地連接起重臂22至機(jī)械10的本體。操縱桿24可被樞轉(zhuǎn)地連接在起重臂22的一端并且在作業(yè)工具14的相對端。一個或多個液壓促動器還可提供在操縱桿24和作業(yè)工具14之間以樞轉(zhuǎn)作業(yè)工具14，和/或在起重臂22和操縱桿24之間來樞轉(zhuǎn)操縱桿24。
[0026]多個不同的作業(yè)工具14可被連接至獨立機(jī)械10且可以是操作者可控制的。作業(yè)工具14可包括用于執(zhí)行特定任務(wù)的任何裝置，例如作為示例，鏟斗、叉裝置、葉片、鏟、松土機(jī)、俯卸機(jī)、吹雪機(jī)、推進(jìn)裝置、剪切裝置、抓住裝置或本領(lǐng)域中已知的任何其它執(zhí)行任務(wù)的裝置。雖然在附圖1的實施方式中連接以相對于機(jī)械10的本體在垂直方向中樞轉(zhuǎn)并且在水平方向中擺動，作業(yè)工具14可以替代地或額外地旋轉(zhuǎn)、滑動、打開和關(guān)閉或以本領(lǐng)域中已知的任何其它方式移動。
[0027]動力源18可以包括發(fā)動機(jī)，例如作為示例，柴油機(jī)、汽油機(jī)、氣態(tài)燃料供能的發(fā)動機(jī)或本領(lǐng)域中已知的任何其它類型的燃燒式發(fā)動機(jī)。注意到，動力源18可以替代地包括非燃燒動力源，例如燃料電池、動力存儲裝置或本領(lǐng)域中已知的其它來源。動力源18可以產(chǎn)生機(jī)械能或電能輸出，其隨后可被轉(zhuǎn)化至液壓能，用于移動液壓促動器30(和/或其它液壓促動力)和/或一個或多個如上所述的泵。
[0028]操作者工作站20可以包括接收來自操作者指示所需的機(jī)械操縱的輸入的裝置。特別地，操作者工作站20可以包括一個或多個位于接近操作者座椅的操作者界面裝置(例如，控制桿、方向盤、踏板，等等)。通過產(chǎn)生指示了所需的機(jī)械操作的位移信號，操作者界面裝置可以開始機(jī)械10的運動(例如，行駛和/或工具移動)。隨著操作者移動界面裝置，操作者可以在所需方向中、使用所需的速度和/或使用所需的力而作用相應(yīng)的機(jī)械移動。
[0029]如附圖2所示，每個液壓促動器30可以包括殼體32和活塞34。殼體32可以包括容器，具有形成內(nèi)腔的內(nèi)表面。在一個實施方式中，殼體32可以包括基本上圓柱形容器,在其中具有圓柱孔，確定了內(nèi)表面?；钊?4可被關(guān)閉地且可滑動地抵靠殼體32的內(nèi)表面而接收，從而允許在活塞34和殼體32之間的相對運動。
[0030]桿36可在一端被連接至活塞34，如附圖2所示，并且在桿36的另一端直接地或間接地連接至起重臂22，如附圖1所示?；钤?4可以將殼體32的內(nèi)腔分為，相應(yīng)于在殼體32的桿端側(cè)上的內(nèi)腔部分的桿端腔38，以及相應(yīng)于殼體32相對桿端側(cè)的內(nèi)腔部分的頭端腔40。桿端和頭端腔38、40的每個可通過殼體32中的各孔被選擇地供給加壓流體和排出加壓流體，來使得活塞34在殼體32中位移，因而改變移動起重臂22的液壓促動器30的有效長度。流體進(jìn)入或離開桿端和頭端腔38、40的流速可以關(guān)于液壓促動器30的直線速度，同時桿端和頭端腔38、40之間的壓力差可以關(guān)于通過液壓促動器30作用在工具系統(tǒng)12的相關(guān)連桿結(jié)構(gòu)上的力。
[0031]如附圖2所示，機(jī)械10可以包括具有多個流體元件的液壓回路或系統(tǒng)50，它們配合來選擇地引導(dǎo)加壓的液體流體進(jìn)入和離開一個或多個液壓促動器，從而執(zhí)行任務(wù)。例如，在附圖2中所示的實施方式中，液壓系統(tǒng)50選擇地引導(dǎo)加壓的液壓流體進(jìn)入或離開液壓促動器30來移動起重臂22。液壓系統(tǒng)50可以包括油箱52、泵54、汽缸控制閥組件60和能量回收系統(tǒng)70。液壓系統(tǒng)50還可以包括機(jī)械10的其它液壓促動器。
[0032]油箱52可以包括低壓液壓流體源，例如作為示例，儲液室。流體可以包括專用液壓油、發(fā)動機(jī)潤滑油、變速箱潤滑油和/或其它合適的作業(yè)流體。在工具系統(tǒng)12的操作期間，液壓系統(tǒng)50可以選擇地從油箱52獲取流體或?qū)⒘黧w返回油箱。雖然僅示出了一個油箱52，還注意的是，液壓系統(tǒng)50可以與多個獨立流體罐流通。
[0033]泵54可被構(gòu)造為產(chǎn)生加壓的液壓流體的流動，并且可以包括，例如活塞泵、齒輪泵、葉片泵或蓋勞特泵。泵54可以具有可變位移容量，或者在替代中，具有固定容量，用于供應(yīng)流動。泵54可以包括泵入口 56和泵出口 58。泵入口 56可通過流體管線而被連接至油箱52。在操作中，泵54可在大氣壓力或低壓從油箱52獲得液壓流體，并且可以通過加壓液壓流體而將機(jī)械能或能量轉(zhuǎn)化至液壓能活能量。加壓液壓流體流動可以經(jīng)過泵出口 58而離開。
[0034]泵54可以包括沖程調(diào)整機(jī)構(gòu)，例如旋轉(zhuǎn)斜盤，其位置被液力-機(jī)械地或電力-機(jī)械地調(diào)整，除了別的之外，基于液壓系統(tǒng)50 (例如，液壓促動器30)中的液壓促動器的所需許多，來因而改變泵54的輸出(例如，排放速率)泵54的位移可從基本上沒有液體從泵54排出的零位移位置調(diào)整至流體以最大速率從泵54排出的最大位移位置。泵54可被可驅(qū)動地連接至動力源18，例如通過中間軸、皮帶或其它合適的方式。替代地，泵54可通過耦合、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換器、齒輪箱、電路或本領(lǐng)域中已知的任何其它方式而被間接地連接至動力源18。泵54可專用于向液壓促動器30和/或機(jī)械10的其它液壓促動器提供加壓的液壓流體。
[0035]汽缸控制閥組件60可以包括獨立的計量閥單元，包括兩個泵至汽缸(“P-C”)獨立計量控制閥62和64，以及兩個汽缸至油箱(“C-T”)獨立計量控制閥66和68。P-C和C-T獨立計量控制閥62、64、66和68每個可被獨立促動至打開和關(guān)閉工況，以及打開和關(guān)閉之間的位置。經(jīng)過P-C和C-T控制閥62、64、66和68的選擇促動，加壓的液壓流體可被引導(dǎo)進(jìn)入或離開每個液壓促動器30的桿端和頭端腔38、40。通過控制流體流動至桿端和頭端腔38、40或從這里流出的方向和速率，P-C和C-T控制閥62、64、66和68可以控制工具系統(tǒng)12的運動。額外地或替代地，汽缸控制閥組件60可以包括一個或多個單獨伺服閥(未示出)、比例控制閥或任何其它合適的裝置，構(gòu)造為控制加壓的液壓流體進(jìn)入和離開液壓促動器30的流速。
[0036]P-C控制閥62和64可被構(gòu)造為引導(dǎo)加壓的液壓流體離開泵出口 58進(jìn)入液壓促動器30。在一個實施方式中，P-C控制閥62可以選擇地引導(dǎo)液壓流進(jìn)入液壓促動器30的頭端腔40 (例如，通過流體地連接P-C控制閥62至頭端腔40的一個或多個并聯(lián)的流體管線)，并且P-C控制閥64可以選擇地引導(dǎo)液壓流進(jìn)入液壓促動器30的桿端腔38 (例如，通過流體地連接P-C控制閥64至頭端腔38的一個或多個并聯(lián)的流體管線)。同樣，P-C控制閥62和64可被構(gòu)造為流體地連接頭端腔40和桿端腔38。
[0037]C-T控制閥66和68可被構(gòu)造為引導(dǎo)液壓流體離開液壓促動器30至油箱52。在一個實施方式中，C-T控制閥66可以接收離開頭端腔40的液壓流體，并且引導(dǎo)液壓流體朝向油箱52 (例如，通過一個或多個流體地并聯(lián)連接頭端腔40至C-T控制閥66流體管線)。C-T控制閥68可以接收離開桿端腔38的液壓流體，并且引導(dǎo)液壓流體朝向油箱52 (例如，通過一個或多個流體地并聯(lián)連接桿端腔38至C-T控制閥68流體管線)。C-T控制閥66和68，類似P-C控制閥62和64，可以包括多種類型的可獨立調(diào)整的閥裝置。
[0038]在一個實施方式中，能量回收系統(tǒng)70可以包括高壓(“HP”)蓄液器72、蓄液器加液閥74、止回閥76、變速器單元77、馬達(dá)排出閥82和轉(zhuǎn)矩輔助馬達(dá)84。將意識到，在替代實施方式中，可變位移的中心泵/馬達(dá)(未示出)及其聯(lián)合的流體管線可被代替用以附圖2中所示的轉(zhuǎn)矩輔助馬達(dá)84及其關(guān)聯(lián)的流體管線。通過能量回收系統(tǒng)70回收的能量可被用于提供動力用于液壓促動器30和/或機(jī)械10的其它液壓促動器的隨后移動和操作。
[0039]例如，能量回收系統(tǒng)可以基于過度負(fù)載情況回收與從液壓促動器30排出的加壓的液壓流體的能量。當(dāng)在液壓促動器30已經(jīng)伸長來舉升負(fù)載之后需要回縮時，可能存在過度負(fù)載情況。在過度負(fù)載情況中，液壓促動器30可以通過工具系統(tǒng)12上的重力和由工具系統(tǒng)12承載的負(fù)載的重力而回縮(例如，通過打開P-C控制閥64和關(guān)閉P-C控制閥62和C-T控制閥68)。這一回收可以導(dǎo)致活塞34在各頭端腔40的方向中的移動，因而導(dǎo)致加壓的液壓流體被強(qiáng)迫離開頭端腔40。過流負(fù)載情況可區(qū)別于抵抗性負(fù)載情況，其中，液壓促動器30必須抵抗工具系統(tǒng)12的重量和/或負(fù)載上的重力而工作來執(zhí)行移動或操作。當(dāng)?shù)挚怪亓ι扉L液壓促動器30、例如舉升活塞34時，可能存在抵抗性負(fù)載情況。液壓變速器單元77包括機(jī)械地彼此連接且流體地連接至油箱的變速器馬達(dá)78和變速器泵79。變速器馬達(dá)78可以是例如示出的固定位移馬達(dá)或可變位移馬達(dá)。相似地，變速器泵79可以是固定或可變位移泵。變速器馬達(dá)78可被連接至變速器泵79的軸。替代地，變速器泵79可通過其它機(jī)械裝置被連接至變速器馬達(dá)78，例如一個或多個機(jī)械連接器，例如齒輪、軸、連接器等。
[0040]依照本實用新型的一個方面，變速器泵79的位移具有小于變速器馬達(dá)78的位移的最大位置。更特別地，變速器泵79的最大位移是變速器馬達(dá)78的一小部分位移。液壓流體流經(jīng)變速器馬達(dá)78，其經(jīng)過變速器泵79的過度液壓流體流動可被引導(dǎo)至油箱52。在一個實施方式中，來自變速器泵79的流體最大是經(jīng)過變速器馬達(dá)78的流體的四分之三。在又一個、更特別的實施方式中，來自變速器泵79的流體最大是來自變速器馬達(dá)78的流體的大約一半。結(jié)果，在變速器泵79的出口處的液壓流體壓力是變速器馬達(dá)78入口處的流體壓力的二倍。在變速器泵79的出口處的這一較高壓力便于液壓流體流動至蓄液器72且在其中建立壓力。將在下文進(jìn)一步討論比較流動的重要性。
[0041]蓄液器加液閥74可以流動地連接頭端腔40至變速器馬達(dá)78。在過度負(fù)載情況中，蓄液器加液閥74可被促動至打開位置，同時C-T控制閥66可被促動至關(guān)閉位置，因而允許加壓的液壓流體離開頭端腔40，來驅(qū)動變速器馬達(dá)78且流動至油箱52。蓄液器加液閥74可以結(jié)合止回閥76而工作，使得當(dāng)蓄液器加液閥74處于打開位置時，止回閥76可以允許加壓的液壓流體從頭端腔40朝向蓄液器馬達(dá)78流動，但是不在反方向中流動。在未過載情況(例如抵抗負(fù)載情況)中，蓄液器加液閥74可處于關(guān)閉位置來防止離開頭端腔40的加壓的液壓流體進(jìn)入蓄液器馬達(dá)78 (或反之亦然)。
[0042]通過蓄液器加液閥74打開，離開頭端腔40的流體驅(qū)動蓄液器馬達(dá)78，以及機(jī)械地連接至蓄液器泵79。結(jié)果，蓄液器泵79將來自油箱52的液壓流體泵送至進(jìn)入(或充入)蓄液器72。
[0043]蓄液器72可被排放至液壓系統(tǒng)50的任何液壓功能。在示出的示例中，例如，馬達(dá)排出閥82可位于流體管線中，其流動地連接蓄液器72至轉(zhuǎn)矩輔助馬達(dá)84，來在使用(或釋放)存儲在蓄液器72中的加壓的液壓流體。
[0044]在過度負(fù)載情況中，馬達(dá)排出閥82可處于關(guān)閉位置，并且蓄液器加液閥47處于打開位置。結(jié)果，從頭端腔40離開的加壓的液壓流體流動至并且操作蓄液器馬達(dá)78，并且機(jī)械地連接的蓄液器泵79朝向蓄液器72泵送流體。隨著從變速器泵79流出的液壓流體進(jìn)入蓄液器72，蓄液器72中的壓力增加，因而使得更難以將液壓流體泵送至蓄液器72。為了最小化在變速器泵79處的轉(zhuǎn)矩增加的機(jī)會，并因而最小化伴隨的變速器馬達(dá)78性能的下降，隨著蓄液器72中的壓力增加，流動可從變速器泵79減少，隨著通過降低在可變位移變速器泵79中的旋轉(zhuǎn)斜盤(未示出)的角度來降低或消除流動。以這一方式，經(jīng)過變速器馬達(dá)78的流動被保持，而來自變速器馬達(dá)78的剩余流動被引導(dǎo)至油箱52，保持了變速器馬達(dá)78的速度和位移。替代地，在一些實施方式中，變速器泵79可從變速器馬達(dá)78分離，來消除經(jīng)過變速器泵79的流動，并且將經(jīng)過變速器馬達(dá)78的全部流動引導(dǎo)至油箱52。替代地或額外地，在過度負(fù)載情況中，馬達(dá)排出閥82可被打開來允許加壓流體流至轉(zhuǎn)矩輔助馬達(dá)84和油箱52。此外，在蓄液器72中的壓力超過減壓閥106處的壓力的情形中，流體可經(jīng)過減壓閥106被引導(dǎo)至油箱52。
[0045]當(dāng)需要液壓促動器30伸長時，例如，在抵抗負(fù)載情況或其它非過度負(fù)載情況中，馬達(dá)排出閥82可以切換至打開位置，使得存儲在蓄液器72中的加壓液壓流體可被再使用。通過蓄壓器加液閥74處于關(guān)閉位置并且變速器泵79未操作，在蓄液器72和轉(zhuǎn)矩輔助馬達(dá)84之間產(chǎn)生了流動路徑，使得在蓄液器72中的加壓液壓流體可被公職轉(zhuǎn)矩輔助馬達(dá)84，從而產(chǎn)生機(jī)械能量輸出(例如，以在驅(qū)動泵54中輔助)。例如，加壓的液壓流體可通過蓄液器72被供至液壓促動器30來執(zhí)行所需的移動，和/或供至轉(zhuǎn)矩輔助馬達(dá)84來產(chǎn)生機(jī)械能量輸出。轉(zhuǎn)矩輔助電機(jī)84可以是可變位移馬達(dá)，連接至動力源18和/或泵54。轉(zhuǎn)矩輔助電機(jī)84可被構(gòu)造為，從蓄液器72接收加壓流體并且將流體排出至油箱52。轉(zhuǎn)矩輔助馬達(dá)84可以使用包含于加壓流體中的能量，來產(chǎn)生機(jī)械能輸出，其被傳遞至泵54和/或其它部件。例如，如在附圖2中所示，馬達(dá)84可被連接至泵54的泵軸，并且泵軸還可由動力源18驅(qū)動。替代地，泵54可通過其它機(jī)械裝置被連接至轉(zhuǎn)矩輔助馬達(dá)84和/或動力源18，例如一個或多個機(jī)械連接器，例如齒輪、軸、連接器等。
[0046]能量回收系統(tǒng)70還可以包括止回閥92、背壓閥94和一個或多個額外的蓄液器(未示出)。背壓閥94可以允許加壓的液壓流體的通道回到油箱52。例如，離開桿端腔38的加壓的液壓流體可經(jīng)過C-T控制閥68引導(dǎo)。一旦來自C-T控制閥68的壓力超過了預(yù)定壓力，背壓閥94可強(qiáng)行到打開位置，因而允許加壓的液壓流體流動至油箱52。一旦來自C-T控制閥68的流體壓力回落低于預(yù)定壓力，隨后背壓閥94可以回到其關(guān)閉位置?？紤]到，可以通過調(diào)整由背壓閥94施加的偏壓而調(diào)整預(yù)定壓力水平。
[0047]在機(jī)械10的操作期間，機(jī)械10的操作者可以利用界面裝置(未示出)來向控制器100提供指示了液壓促動器30的所需運動的信號?；谝粋€或多個信號，包括來自界面裝置(未示出)的信號，例如，來自遍及液壓系統(tǒng)50定位的多個壓力、溫度和/或位置傳感器103的信號，控制器100可以指令不同閥62、64、66、68、74和82的移動和/或泵54和轉(zhuǎn)矩輔助馬達(dá)84的位移改變，來以所需的方式(也就是，以所需的速度和/或所用所需的力)移動液壓促動器30至所需位置。例如，傳感器102可以包括蓄液器壓力傳感器102A，構(gòu)造為確定與存儲在和/或供給蓄液器72的加壓液壓流體相關(guān)的壓力，一個或多個汽缸壓力傳感器102B，構(gòu)造為確定與存儲在和/或供給頭端腔40的加壓液壓流體相關(guān)的壓力，和/或泵壓力傳感器102C，構(gòu)造為確定與從泵54供應(yīng)的加壓液壓流體相關(guān)的壓力。如附圖2所示，可以提供其它傳感器，例如傳感器102，構(gòu)造為確定存儲在蓄液器72中的加壓液壓流體的溫度、從馬達(dá)排出閥82引導(dǎo)至轉(zhuǎn)矩輔助馬達(dá)84的液壓流體壓力、轉(zhuǎn)矩輔助馬達(dá)84的位移，用于各P-C控制閥62和64的閥芯位移傳感器，從泵54提供且引導(dǎo)至P-C控制閥62和64的液壓流體壓力，以及存儲在、供給或從各桿端和頭端腔38和40排出的液壓流體的壓力。雖然沒有詳細(xì)示出，每個傳感器102、閥62、64、66、68、74和82以及泵54、79可以包括至控制器100的連接，用于傳送和接收關(guān)于其操作的信號。
[0048]控制器100可以包含單獨微處理器或多個微處理器，其包括用于基于來自機(jī)械10的操作者的輸入且基于感應(yīng)的或其它已知的操作參數(shù)來控制液壓系統(tǒng)50的操作的部件。多個商業(yè)上可用的微處理器可被構(gòu)造為執(zhí)行控制器100的功能。將意識到，控制器100可以輕易地嵌入在能夠控制多個機(jī)械功能的常用機(jī)械微處理器中?？刂破?00可以包括記憶器、第二存儲裝置、處理器和用于運行程序的任何其它部件。多種其它回路可與控制器100關(guān)聯(lián)，例如能量供應(yīng)電路、信號情況電路、螺線管驅(qū)動器電路和其它類型的電路。
[0049]可以提供一個或多個額外止回閥104來輔助調(diào)節(jié)液壓流體、例如從泵54和/或液壓促動器30排出的流動。同樣，可以提供一個或多個減壓閥106，當(dāng)液壓流體的壓力超過減壓閥106的設(shè)置閾值時，來允許從液壓系統(tǒng)50釋放的流體進(jìn)入油箱52。
[0050]工業(yè)應(yīng)用
[0051]公開的液壓系統(tǒng)50可以具有與機(jī)械的特定應(yīng)用，來允許與工具系統(tǒng)12的運動相關(guān)的勢能的回收和/或再使用，操作地連接至一個或多個液壓促動器(例如，液壓促動器30)或其它液壓促動器。
[0052]變速器泵79的位移差不多是變速器馬達(dá)78的位移的一小部分，比起流入變速器馬達(dá)78的，承受了來自變速器泵79相對較高的壓力流。在一個實施方式中，來自變速器泵79的流動可以是來自變速器馬達(dá)78的大約一半，盡管來自變速器泵79的流動可以在低于來自變速器馬達(dá)78的流動的75%的范圍中。在來自變速器泵79的流動是流入變速器馬達(dá)78的一半體積的實施方式中，液壓流體在變速器泵79的出口處的壓力將大約是進(jìn)入變速器馬達(dá)78的液壓流體壓力的二倍。
[0053]結(jié)果，液壓變速器單元77的使用與使用在很多能量回收系統(tǒng)中的相比，可以便于使用體積相對較小的蓄液器72。例如，在一個實施方式中，可以使用64公升的蓄液器72。在替代的實施方式中，可以使用體積范圍在20至45公升的蓄液器72。
[0054]此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到，公開的能量回收系統(tǒng)70的一些實施方式可被裝載在可能不能容納與現(xiàn)有技術(shù)的能量回收系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的大蓄液器的機(jī)械10中，即使在相對較小的機(jī)械中，允許所需的能量回收。
[0055]在一些實施方式中，液壓變速器單元77的使用包括，變速器泵79，具有按比例低于流入變速器馬達(dá)78的流動，可以便于在比通常用于能量回收系統(tǒng)70中更小的蓄液器中建立足夠壓力的使用。
[0056]現(xiàn)在將更詳細(xì)描述液壓系統(tǒng)50的操作。
[0057]在機(jī)械10的操作期間，位于操作者工作站20中的操作者可以在所需方向中且以所需速度通過界面裝置的方式指令作業(yè)工具14的特定運動。通過界面裝置產(chǎn)生的一個或多個相應(yīng)信號可被提供至控制器100指示所需運動，隨著機(jī)械性能信息，例如來自傳感器103的數(shù)據(jù)，例如壓力數(shù)據(jù)、位置數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)、速度數(shù)據(jù)、泵和/或馬達(dá)位移數(shù)據(jù)和本領(lǐng)域中已知的其它數(shù)據(jù)。
[0058]控制器100可以產(chǎn)生引導(dǎo)至泵54、轉(zhuǎn)矩輔助馬達(dá)84、閥62、64、66、68、74、82和/或液壓系統(tǒng)50的其它部件中的一個或多個的控制信號。例如，基于來自界面裝置的信號，控制器100可以確定是否伸長或回縮液壓促動器30，以及液壓促動器30的運動速度和方向?？刂破?00還可以確定是否打開蓄液器加液閥74來填充蓄液器72?？刂破?00還可以確定是否釋放蓄液器72來提供加壓的液壓流體至轉(zhuǎn)矩輔助馬達(dá)84(例如，通過打開馬達(dá)排出閥82)，從而在驅(qū)動泵54或其它部件中輔助。
[0059]液壓促動器30回縮來從升起位置下降起重臂22，可由作用在升起的起重臂22上的重力和/或由作業(yè)工具14承載的負(fù)載重力來驅(qū)動。這些力可以作用在活塞34上，來推動加壓的液壓流體離開頭端腔40。加壓的液壓流體隨后可通過蓄液器加液閥74而被引導(dǎo)至變速器電機(jī)78。流體流動經(jīng)過變速器電機(jī)78的流動驅(qū)動變速器泵79，來提供較高壓力液壓流體進(jìn)入蓄液器72，其可在此存儲和/或引導(dǎo)至交替的操作。在實處的實施方式中，具有壓力的液壓流體可被引導(dǎo)來驅(qū)動轉(zhuǎn)矩輔助馬達(dá)84，以在流體向汽缸控制閥組件60的傳送中輔助泵54，并且更特別地，P-C控制閥62和64，以在保持用于回縮液壓促動泵30的所需速度中加以輔助。
[0060]液壓促動器30的伸長來升起起重臂22可以包括，通過泵54提供，施加加壓的液壓流體進(jìn)入頭端腔40，同時允許桿端腔38中的加壓的液壓流體回到油箱52。
[0061]蓄壓器72中存儲的加壓液壓流體可被用于提供動力來輔助起重臂22的隨后運動，通過提供具有壓力的液壓流體至轉(zhuǎn)矩輔助馬達(dá)84，其提供轉(zhuǎn)矩至泵54來伸出液壓促動器30。例如，控制器100可以打開馬達(dá)排出閥82，以從蓄液器72提供加壓的液壓流體至轉(zhuǎn)矩輔助馬達(dá)74，以在驅(qū)動泵54中輔助。
[0062]因此，通過獲得先前節(jié)流至油箱且損失為熱的能量，以及通過在蓄液器72中存儲能量，能量回收系統(tǒng)70可以提供用于回收和/或再使用的能量。隨后，當(dāng)操作者需要通過伸長液壓促動器30再次升起起重臂22時，加壓的液壓流體形式的存儲能量可被提供給轉(zhuǎn)矩輔助電機(jī)84。這部分能量的再使用可以提高機(jī)械效率且降低燃油費用(例如，通過幫助降低在動力源18上的負(fù)載)和整體操作費用，同時仍然滿足操作者需求。
【權(quán)利要求】
1.一種液壓系統(tǒng)(50),其特征在于,包括: 液壓促動器(30)； 蓄液器(72); 蓄液器加液閥(74);以及 流體地連接在蓄液器加液閥(74)和蓄液器(72)之間的液壓變速器單元(77)，該液壓變速器單元(77 )包括，機(jī)械地連接至變速器泵(79 )的變速器馬達(dá)(78 )，流體地連接在變速器馬達(dá)(78)和液壓促動器(30)之間的蓄液器加液閥(74)，變速器泵(79)尺寸允許的最大流量不超過允許通過變速器馬達(dá)(78)流量的3/4。
2.如權(quán)利要求1所述的液壓系統(tǒng)(50)，其特征在于，變速器泵(79)的尺寸為允許不超過允許經(jīng)過變速器馬達(dá)(78)的流體的一半的最大流體經(jīng)過，來自變速器馬達(dá)(78)沒有流向變速器泵(79)的過度流體被引導(dǎo)至油箱。
3.如權(quán)利要求1或2所述的液壓系統(tǒng)(50)，其特征在于，進(jìn)一步包括:排出閥(82)，流體地連接至蓄液器(72)來控制蓄液器(72)的流出。
4.如權(quán)利要求3所述的液壓系統(tǒng)(50)，其特征在于，排出閥(82)可選擇地操作來從蓄液器(72)提供存儲的流體，從而使得流體被供至液壓功能。
5.如權(quán)利要求2所述的液壓系統(tǒng)(50)，其特征在于，進(jìn)一步包括:泵(54)，構(gòu)造為向液壓促動器(30)提供流體，以及驅(qū)動地連接至泵(54)且流體地連接至蓄液器(72)的轉(zhuǎn)矩輔助馬達(dá)(84)，轉(zhuǎn)矩輔助馬達(dá)(84)構(gòu)造為接收從蓄液器(72)存儲的流體來驅(qū)動泵(54)。
6.如權(quán)利要求5所述的液壓系統(tǒng)(50)，其特征在于，進(jìn)一步包括:排出閥(82)，流體地連接在蓄液器(72)和轉(zhuǎn)矩輔助馬達(dá)(84)之間，排出閥(82)構(gòu)造為從蓄液器(72)提供存儲的流體至轉(zhuǎn)矩輔助馬達(dá)(84)。
7.如權(quán)利要求2所述的液壓系統(tǒng)(50)，其特征在于，蓄液器(72)的尺寸為容納最大六十四公升的液壓流體。
8.如權(quán)利要求1-3任一項所述的液壓系統(tǒng)(50)，其特征在于，進(jìn)一步包括:連接至加液閥(74)的控制器(100)，控制器(100)構(gòu)造為接收指令來縮回液壓促動器(30)，并且響應(yīng)于該指令，打開加液閥(74)。
9.如權(quán)利要求8所述的液壓系統(tǒng)(50)，其特征在于，液壓促動器(30)是液壓汽缸，構(gòu)造為移動可移動地連接至機(jī)械(10)本體的起重臂(22)，液壓汽缸是多個液壓汽缸中的一個， 泵(54)選擇地構(gòu)造為向平行的多個液壓促動器(30)的第一組第一腔提供流體，并且向平行的多個液壓促動器(30)的多個第二腔提供流體； 在過度負(fù)載情形中，蓄液器(72)構(gòu)造為存儲從多個第一腔接收的流體；以及 在未過度負(fù)載情形中，轉(zhuǎn)矩輔助馬達(dá)(84)構(gòu)造為從蓄液器(72)接收存儲的流體，從而驅(qū)動泵(54)以向多個第一腔提供流體。
【文檔編號】F15B21/14GK203926237SQ201420222278
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年5月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月3日
【發(fā)明者】馬鵬飛, 尚同林, 章佼, 陳大堯, 文崗 申請人:卡特彼勒公司