用于挖掘机的液压混合回转驱动系统的利记博彩app
【专利说明】用于挖掘机的液压混合回转驱动系统
[0001 ] 相关申请
[0002]本申请要求2013年8月8日提交的美国临时申请N0.61/863,662的权益和2014年I月30日提交的国际申请N0.PCT/US2014/013861的权益，这两个申请在此通过引用并入本文。
技术领域
[0003]本发明总体涉及液压系统，更具体地涉及液压混合驱动系统。
【背景技术】
[0004]挖掘机是建筑机械的一个示例，其使用多个液压致动器以完成各种任务。这些致动器流体地连接到栗，栗向致动器的腔室提供加压流体。作用在致动器表面上的该加压流体作用力使致动器及其所连接的作业工具运动。一旦液压能量被利用，加压流体就被排出腔室，以返回到低压储液器。通常，被排出的流体处于比储液器中的压力更高的压力，因此一旦该流体进入储液器，就浪费了该剩余的能量。该浪费的能量降低了整个液压系统在机械工作周期的过程中的效率。
[0005]在挖掘机中能量损失的主要示例是其回转驱动，其中在挖掘机的动作的减速部分期间，排空到低压储液器的流体被阀节流，以产生回转动作的制动。估计在挖掘机中回转使用的总持续时间为大约整个寿命周期的50%-70%，并且它消耗引擎提供的能量的25%-40%。流体节流的另一个不期望的影响是加热了液压流体，这导致了冷却需求和成本的提尚O
[0006]将电气控制应用到液压受控装置开启了多种以前不能获得的控制时机，这些控制时机可以提高性能和效率。然而，这些控制时机也经常需要关于该装置的状态的额外信息(例如速度、位置、压力等等)。在改进对于物料搬运装置(例如挖掘机)的回转驱动的额外的控制时机时，测量并使用回转速度是有用的。获取物料搬运装置的回转速度可以以若干种方式来进行，不论是直接测量该装置的速度或者是通过测量一些相关量(例如回转马达的速度)并计算所期望的回转速度。
【发明内容】
[0007]因此，示例性液压混合回转驱动系统(hydraulic hybrid swing drive system,为简便起见，本文称为HSD)相比于常规液压挖掘机和常规电动混合挖掘机(electrichybrid excavator，EHE)可以提供若干优点:
[0008]1.与采用对旋转位置测量值的数值导数相反，经由直接测量值获得旋转速度。这导致了获得具有较少的延迟的更精确的速度测量值。
[0009]2.与在马达上或变速箱上使用霍尔效应传感器来确定旋转速度的常规方法相反，利用陀螺仪更简单改进车辆。
[0010]3.陀螺仪可以应用到结构的上托架的任何部分，并且不需要处于旋转轴处。这是因为上托架的所有部分以相同的角速度旋转。这在安装位置和接线要求方面提供了显著的灵活性。
[0011]4.与确定旋转速度的一些方法(例如前述的经由来自旋转位置测量值的数值导数计算速度的方法)相比较，使用陀螺仪可以花费更少的成本。
[0012]5.与压力补偿器相比较，安全阀提供了对压力尖峰更大的响应，使得其成为总体更安全且更稳健的系统。
[0013]6.可以添加反气穴现象止回阀，以增加系统稳健性，尤其是具有过中位栗应用的系统。
[0014]7.排量的伺服压力控制可以在越过栗的中位时增大响应时间。
[0015]8.低压蓄能器可以被用作低压源，以供给具有变化的体积的液压回路中的补给止回阀和反气穴现象止回阀。
[0016]9.继电器可以用来提供改进的应用中额外的可控性，以与主控制器连接，而无需改变控制器上的任何软件。
[0017]根据本发明的一个方面，
[0018]在下文中参照附图更详细地描述本发明的前述特征和其它特征。
【附图说明】
[0019]图1示出了示例性HSD的示意性图示；
[0020]图2示出了示例性HSD处于仅使用回转栗的回转推进模式的示意性图示；
[0021]图3示出了示例性HSD处于仅使用蓄能器的回转推进模式的示意性图示；
[0022]图4示出了示例性HSD处于既使用回转栗又使用蓄能器的回转推进模式的示意性图示；
[0023]图5示出了示例性HSD处于仅使用蓄能器的制动模式的示意性图示；
[0024]图6示出了示例性HSD处于使用回转栗和倾泄阀的制动模式的示意性图示；
[0025]图7示出了示例性HSD处于使用回转栗和蓄能器的制动模式的示意性图示；
[0026]图8示出了示例性HSD处于使用倾泄阀的制动模式同时并行地使蓄能器充压的示意性图不；
[0027]图9示出了示例性HSD处于使用倾泄阀的制动模式同时蓄能器并行地驱动其它功能件的示意性图示；
[0028]图10示出了示例性HSD处于仅使用倾泄阀的制动模式的示意性图示；
[0029]图11示出了示例性HSD处于无动作模式同时使蓄能器充压的示意性图示；
[0030]图12示出了示例性HSD处于无动作模式同时使用蓄能器驱动其它功能件的示意性图示；
[0031 ] 图13示出了另一示例性HSD的示意性图示；
[0032]图14示出了另一示例性HSD的示意性图示；
[0033]图15示出了具有固定至旋转结构的陀螺仪的示例性液压机械的示意图；
[0034]图16示出了具有两个固定至旋转结构的陀螺仪和一个固定至底盘的陀螺仪的另一示例性液压机械；
[0035]图17示出了由陀螺仪产生的数据与经由位置测量值的导数所计算的数据相比对的示例；
[0036]图18示出了可以被并入到示例性或常规的系统中以便容易地改进现有系统的继电器的示例。
【具体实施方式】
[0037]示例性液压混合回转驱动系统(本文称为HSD)可以用在建筑设备上，尤其可用在液压挖掘机上。示例性HSD的目标是在挖掘机的回转功能的制动期间获取能量，并将能量储存在液压蓄能器中和/或允许回转栗/回转马达提供额外的扭矩，以协助用于驱动作业液压致动功能件和辅助设备的引擎。第二目标是，与常规液压挖掘机相比，通过使用电气控制组件，实现相同或更好的性能、可操作性和可控性，同时使用更少的燃料并减少排放。
[0038]例如，示例性HSD可以用在带有固定排量回转马达的挖掘机中，该挖掘机具有上部结构、底盘、回转件、动臂、斗杆和铲斗。如在图1中示意性示出的，示例性HSD组件I可以包括主原动机2(例如柴油机)、液压回转栗3、液压回转马达16、液压蓄能器10和液压储存罐/储液器7连同各种控制阀。特别是，图示的HSD组件包括回转控制阀组件(此处描绘为单一的回转控制滑阀)15、倾泄阀14、隔离阀13、蓄能器控制阀12。
[0039]在没有HSD的常规机械中，在回转制动期间返回到大气压力储液器的液流被阀节流，以控制减速并由此消耗能量。示例性HSD液压回路可以被布置成，在减速模式中，液压回转马达16用作栗，并且向回转机构提供阻力扭矩。
[0040]回转控制阀15将高压液流引导至液压蓄能器10、回转栗3、和/或倾泄阀14。在该模式中，回转栗3由此可以通过将液压流动转换成机械运动而用作马达。
[0041]为了安全起见，隔离阀13可以用来将回转栗/马达3和液压蓄能器10与系统的其余部分分开，和/或允许同时或单独使用回转栗3和蓄能器10来经由倾泄阀14制动回转马达16。
[0042]在制动模式中，蓄能器控制阀12可以用来确保从高压液流到回转栗/马达3和液压蓄能器10几乎相等的压降。
[0043]类似地，蓄能器控制阀12可以用来控制在加速时被引导至回转马达16的流体的压力。
[0044]回收的能量可以作为供以后使用的压力而被存储在液压蓄能器10中，和/或通过回转栗3被传递回引擎轴，以补充将去向附件或其它的作业功能件的引擎动力。
[0045]如果液压蓄能器10是蓄满的，或者如果蓄能器10中的压力大于或等于需要使回转机构减速的压力，则倾泄阀14可以代替蓄能器10和蓄能器阀12用来设定压力；引擎轴或蓄能器无法恢复的能量的平衡将通过倾泄阀以类似于常规系统操作的操作来消除。在液压蓄能器10中所建立的压力之后可以用来在下一次操作者命令下推进回转。
[0046]在该配置中，回转栗3和回转控制阀15用来利用可能来自液压蓄能器10的额外液流控制对回转功能的推进。当驱动回转运动时，回转控制阀15可以切换至将回转栗/马达3和可能的液压蓄能器10的高压液流连接到回转马达16的适当一侧，以使回转机构I转动。
[0047]为了稳健性，可以包括用于液压蓄能器10的安全阀11。可选地，在回转马达16的任一侧上可以设置与反气穴现象止回阀18选择性组合的安全阀17。在示例性系统中，反气穴现象止回阀18引导从补给端口(连接到排出管线)返回至回转马达16的液流和通过回转安全阀17消耗的液流。
[0048]然而，在其它的示例性实施方式中，可能没有足够的可用于回转反气穴现象止回阀18以防止气穴现象的液流，因此低压蓄能器39可以连接到回转控制阀11上的储存罐端口。当回转马达16通过蓄能器10或回转栗/马达3来驱动时，低压蓄能器39被充压。低压蓄能器止回阀40防止液流流到液压储液器7，直到在低压蓄能器39中已经达到其开启压力。
[0049]在示例性的实施方式中，回转制动器19可以经由来自回转控制器(例如操纵杆等等)的液压先导信号来致动，导致当将回转控制器从零位移位时，释放回转制动器19，以及当回转控制器处于空档位置时，应用回转制动器19。可选地，在示例性机器上的回转制动器阀可以具有内置延迟功能，该延迟功能延迟回转制动器19的应用。该延迟可以机械地、电气地、或经由软件来实现。示例性系统可以使用螺线管操作的回转制动阀21，该回转制动阀21经由来自控制器的信号来致动。另外，延迟功能可以通过将回转制动延迟阀24、可调节节流孔增加到连接回转制动致动器23的杆侧和液压储液器7的管线来实现。该特征允许回转制动器19的任意释放和应用，如与依赖于回转控制的位置所相反的。当回转制动阀21处于图1中所示出的位置中时，回转制动致动器23将由于弹簧施加在汽缸的活塞侧上的作用力而伸出，从而将施加回转制动。当致动回转制动阀21时，回转制动致动器23的杆侧将连接到先导栗6，从而回转制动致动器23将缩回，释放回转制动器。当切换回转制动阀21返回至图1中所示出的位置时，回转制动致动器23的杆侧将通过回转制动延迟阀连接至液压储液器7。回转制动致动器23的活塞侧上的弹簧将开始使回转制动致动器23伸出，减小杆侧的容积，并从而使流体从回转制动致动器排出并通过回转制动延迟阀24排到液压储液器7。通过