具有多迴路-活塞機和能量回收的液壓系統的製作方法

2023-05-08 01:39:41

專利名稱：具有多迴路-活塞機和能量回收的液壓系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種由一個液壓驅動裝置，優選地由一個多迴路活塞機(兩迴路-活塞機)和一個能量回收線路構成的液壓系統。
背景技術：
根據現有技術，在閥門控制的液壓驅動裝置中，例如在徑向活塞機中(所謂的 DVR)，給每個缸-活塞-單元配設一個電操作的低壓閥(LPV)和一個電操作的高壓閥 (HPV)。這些閥通過一個數據總線和一個電子控制器(E⑶)連接。按照這種方式每個缸-活塞-單元可無力地且彼此獨立地接通到泵_、馬達、或者idle-模式中。到目前為止，這種類型的活塞機只有採用機械方式，因此以組的方式可通過主動閥進行控制，這樣，在只有一個通過一個唯一的HPV控制的高壓接頭的情況下只能用另一馬達部件才能回收與它相連接的消耗器的載荷(勢)能。

發明內容
因此本發明的任務是提供多迴路-活塞機的這樣一種液壓系統，這種液壓系統和現有技術相比提高了其靈活性。本發明的一個特別的目的是，提供一種節能的液壓系統。這個任務通過一種具有特別是權利要求1特徵的液壓系統得以完成。本發明的一些有利的方案和改進方案是從屬權利要求的主題。根據本發明的基本構思提供一種具有藉助主動的低壓-和高壓閥控制的多迴路-活塞機的液壓系統，根據本發明規定，它的一個高壓接頭用作馬達_/泵接頭運行，它的至少另外高壓接頭只作為泵接頭運行。按照這種方式活塞機在(第一)高壓接頭上是作為泵和作為馬達運行，並且這樣就可回收在與它連接的高壓迴路中(液壓)能。活塞機的至少另一(第二)高壓接頭原則上只需在泵模式中運行，並且也供給其它的和它相連接的消耗器。在一個改進方案中，第一高壓接頭和第二高壓接頭結構相同地設計為作為泵運行的多迴路-活塞機。優選地和泵_/馬達高壓接頭相連接的高壓迴路特別是包含有能量，因此能量回收是有效的。例如在挖土機中這個高壓迴路可規定用於操作挖土機臂，其中含有大量的抬起載荷形式的勢能。根據本發明的一個方案規定，多迴路-活塞機具有多個活塞-缸單元，這個活塞缸-單元分別具有一個主動的低壓閥、一個和所述一個高壓接頭相連接的第一主動高壓閥，和至少一個和所述至少一個另外高壓接頭相連接的第二主動高壓閥。優選地設置一個電子控制單元。這個控制單元和低壓-和高壓閥電連接，並且藉助這個控制單元可如此地觸發多迴路-活塞機的馬達/泵接頭上的高壓閥，即優選地以一種給多迴路-活塞機的驅動軸加載的機械能的形式可將在和第一高壓閥相連接的第一高壓迴路中存在的液壓能傳導到和第二高壓閥相連接的第二高壓迴路上。這樣，例如可將在第一液壓迴路中存儲的勢能轉變成機械能，並且通過活塞機提供給另一迴路使用。這樣活塞機的主驅動裝置，例如柴油機被卸載，並且它的能耗得到降低。根據本發明的另一方案設置一個行程氣缸單元形式的第一消耗器，這個單元的一個壓力室，優選地活塞室和一個按馬達-/泵模式運行的高壓接頭連接，並且它的另一壓力室，優選地杆室和至少另外的僅按泵模式運行的高壓接頭連接。一種特別高的壓力(例如由於升高的載荷)可對行程缸的活塞室施加作用，因此，這種壓力可有效地轉變為機械能。優選地在第一消耗器的其他壓力室(杆室)和規定只用於泵模式的高壓接頭之間中間連接一個控制閥，用於主動控制從多迴路-活塞機到其他壓力室的體積輸入，和從第一消耗器的其他壓力室到油箱的主動排出。這樣，有關消耗器的操作就和活塞機的吸收-/ 泵體積更加無關，並且因此也和主驅動裝置的轉速更加無關。在本發明的另一方案中規定，在第一消耗器的所述一個壓力室(活塞室)和所述一個在泵_/馬達模式運行的高壓接頭之間分接出一個液箱管路，一個用於有選擇地將體積從一個壓力室快速排出到液箱中的可觸發的快速體積排出閥中間接到這個液箱管路中。這樣就能快速地消耗/消滅有關高壓迴路中所包含的能量。本發明的一個方案規定，在第一消耗器的所述一個壓力室(活塞室)和多迴路-活塞機的規定用於泵_/馬達模式的一個高壓接頭之間設置另一控制閥，用於受控地將體積從壓力室的排出，優選地也用於受控地將體積從多迴路-活塞機輸送到所述一個壓力室。 此外，優選地在另外的控制閥和液箱之間設置一個壓力稱，用以在另外的控制閥和壓力稱之間的管道中提供一定的體積壓力。其在第一消耗器的其中所述一個壓力室的體積壓力之下，低出壓力稱的調節壓力差。多迴路活塞機的一個或者多個高壓閥可和另外控制閥和壓力稱之間的這個管路連接，為的是有選擇地在所述的預定的體積壓力的情況下取出體積， 並且用於將這個體積提供給第一消耗器和/或另外的消耗器的其他壓力室(活杆室)使用， 這樣，活塞機就可輸出功率、或者由主驅動裝置給另外的消耗器提供減小的功率消耗。


下面藉助一些優選的實施例，並參考附圖對本發明進行更加詳細的說明。這些附圖是
圖1 根據本發明的一個優選的實施例的閥門控制的多迴路泵的原理線路圖。圖2 根據本發明的液壓系統的第一優選的實施例，用於優選地根據圖1的多迴路泵(兩迴路泵)和一定數量消耗器的能效連接。圖3 根據本發明的液壓系統的第二優選的實施例，用於優選地根據圖1的多迴路泵(兩迴路泵)和一定數量消耗器的能效連接。圖4 根據本發明的液壓系統的第三個優選的實施例，用於優選地根據圖1的多迴路泵(兩迴路泵)和一定數量消耗器的能效連接。圖5 示範性地示出圖4的液壓系統的單個的轉換閥的不同的轉換位置，例如用於運行模式「抬起」、「下降，，和「快速下降」，或者更原則性的表述「前進」、「倒退」、「快速倒退」。圖6 根據本發明的液壓系統的一個替代的第四實施例，用於優選地根據圖1的多迴路泵(兩迴路泵)和一定數量消耗器的能效連接。
具體實施例方式圖1示出了一個主動閥控制的兩迴路活塞機(軸向-或者徑向活塞泵)1的一個優選的實施例的線路圖。其具有一個(僅象徵性地示出的)提升曲線。在這個提升曲線上支撐著六個活塞加-f。這些活塞加-f軸向可移動地分別容納在缸3a_f中。這些缸彼此平行間隔地沿著驅動發動機(內燃機)5的凸輪軸4設置。代替地這些缸3a_f也可星形地設置成徑向活塞機。每個缸3a-f通過吸入通道6和一個低壓閥(LPV) 8流體連接，並且通過一個分支通道10和一個第一高壓閥(第一 HPV) 12及一個第二高壓閥(第二 HPV) 14流體連接。 每個LPV8控制/調節所屬的缸3a-f和活塞機1的低壓接頭16的連接。其和一個低壓管線系統和/或一個流體箱T連接。第一 HPV 12控制/調節相應的缸3a-f和活塞機1的一個第一高壓接頭18的連接。其和一個第一高壓迴路A連接。第二 HPV 14和活塞機1的一個第二高壓接頭20連接。其和一個第二高壓迴路B連接。在圖1中這兩個高壓迴路A，B 也是只象徵性地示出。在本實施例中所有到目前為止所提到的閥門8、12、14都是設計為座閥，由一個中心電子控制單元(ECU)主動進行觸發或可觸發。代替地所述閥門也可設計為可電磁操作的滑閥。其中，活塞機(活塞泵)1可將整個輸送量輸送到高壓迴路A或者B，或者在時間上按照先後次序以可變化的分配輸送到高壓迴路A和B。具有多個迴路A、B的根據本發明的活塞機1，例如根據圖1的兩迴路-活塞機的一個特別的特點在於，可彼此獨立地一個迴路按泵運行方式工作，並且另一迴路可按馬達運行方式(同時)工作。因此，在馬達運行方式時活塞機1可從所述一個高壓迴路A中取出體積，並且輸送到液箱T中，或者另一高壓迴路B中。因此，下述做法原則上是可以的，即回收在一定的運行模式期間的迴路A中的能量，例如在下降運行期間液壓提高的載荷的勢能。在圖2中示出了這方面的一個優選的實例。在圖2中示範性地示出用於挖掘機的兩迴路活塞機的使用情況。因此，第一高壓迴路A通過壓力缸對(或者只有壓力缸)的設計是用於臂22，其中， 特別是它的相應的活塞室2 (臂缸的底部側)直接和活塞機1的高壓迴路A的有關的高壓接頭18連接。在這個第一高壓接頭18上根據本實施例的活塞機1既可按照泵運行模式工作，也可按馬達運行模式工作。第二高壓迴路B具有一個單迴路閥M (僅象徵性地示出)， 它的一個輸入端和活塞機1的第二高壓接頭20連接，在其上活塞機1在這種情況下僅按泵運行模式工作。和這個單迴路閥M的輸出端單獨相連的分別有用於挖鬥26的壓力缸和用於挖土機的操作杆觀的壓力缸的活塞室(缸底部側)、迴轉機構30 (用於挖掘機結構或者驅動鏈/輪作迴轉運動的液壓馬達)，其可單獨地通過單迴路閥M操作。所有壓力缸的全部杆室(活塞杆側)，包括臂-壓力缸22的活塞杆室22S也和單迴路閥M連接，為的是和活塞機1的只起泵作用的高壓接頭20，或者液箱T接通。當活塞機1關於第一高壓接頭18按馬達模式運行時，這個活塞機以有關的高壓接頭管道32，也就是從第一高壓迴路A取出體積，並且將其輸送到液箱T中，或者該活塞機1 的另外高壓接頭20中。這樣就可以回收在第一高壓迴路A (相當於動臂缸-活塞室迴路) 中存儲的能量，也就是在下降過程期間通過挖掘機的動臂22提高的載荷的勢能。換句話說，在降低提高的載荷時活塞機1涉及第一高壓接頭18地可控/轉換到馬達模式，並且在這種情況中通過相應的HPV 12 (見圖1)可從第一高壓迴路A中取走體積，為的是按照運行
6狀態將其輸送到液箱T中，或者輸送到第二高壓接頭20中。其中，提高的載荷的勢能轉變為機械能，這樣，與之相應地就可減輕驅動機(內燃機)5的載荷。在根據圖2的第一實施例中在底部側通過活塞機1的第一泵_/馬達-高壓接頭 18及在動臂缸22的活塞杆側通過單迴路閥對和活塞機1的與它相連接的活塞機1的第二泵-高壓接頭20控制動臂22的運行。因此，在根據圖2的這個方案中，也就是在動臂底部側的排出控制中涉及第一高壓接頭18的，且在馬達模式運行中的活塞機1的輸送量決定著動臂-缸對22的運行速度。因此，這和驅動發動機5的實際轉速有關，並且因此通過對它的操作(油門踏板)是可改變的。然而，為了在驅動機5 (柴油機)的轉速較低時，並且因此泵/馬達-輸送_/吸收體積較小時也能從第一高壓迴路A提取大體積，並且因此在優選的情況下也可達到挖掘機動臂的高的下降速度，根據圖3所示的實施形式在動臂缸22，特別是它的活塞室2 和液箱T之間設置一個體積快速取出閥34。具體地講，從活塞機1的第一高壓接頭18和通往液壓箱T的活塞室2 之間的高壓管道32中分支出一個液箱管道，體積快速取去閥34中間接通到其中。在此，這個附加的閥34是按照壓力調節閥(過壓閥)設計的，它由一個具有後置的、且可手操作的節流閥的閥芯構成，其中，閥芯的一個控制邊緣由節流閥上部的壓力加載，並且在閥門處於打開位置時彈簧預張緊的控制邊緣由節流閥下部的壓力加載。當現在活塞機1的輸送量(吸收量)不足以從一個高壓迴路達到所希望的體積的取出速度(下降速度)時可以操作這個快速體積取出閥34，為的是將附加的液壓液量引入到液箱T中(在此種情況中能量被消滅)。因此，這個和有關的缸22機械連接的動臂就可快速的降落下來。在圖4中示出了根據本發明的主題的一個改進方案，這個發明主題在前面的圖3 中已有說明。在這個實施例中用於動臂的第一高壓迴路A的活塞室2 不是直接地和活塞機1 的泵_/馬達接頭18連接，而是在動臂缸22的活塞室2 和活塞機1的泵_/馬達接頭18 之間中間連接一個轉換閥(在快速體積取出閥34的上遊)。其被彈簧預張緊到第一位置中， 在這個位置中只允許泵流動。這個轉換閥36手動地或者通過ECU接通到第二位置中，在這個位置中可以實現泵流動和馬達流動。活塞機1的唯一的泵接頭(如在圖3中也示出的那樣)和動臂缸22的活塞杆室22連接，並且在必要時和另外的，僅象徵性地示出的消耗器連接。在活塞杆室22S和活塞機1的有關的(第二)泵接頭20之間中間連接一個調節閥38。 這個調節閥38可在一個將活塞杆室22S和第二泵接頭20相連接的第一位置、第二閉鎖位置和用於從活塞杆室22S中取出體積的第三液壓箱位置之間進行連續的調節。在圖5中示出了用於動臂的活塞機的單個的運行模式，也就是說「抬起」、「緩慢下降」、「快速下降」，以及轉換閥36和調節閥38的一些所屬的轉換位置。在「升起」時(看左邊的圖fe)，活塞機1的泵_/馬達接頭18按照泵模式工作，並且將體積輸送到動臂缸22的活塞室22K中。在活塞室側的轉換閥36處於設計位置中(只能泵流動)，而動臂缸22的活塞杆側的控制_/調節閥38是如此地接通的，即活塞杆室22S 和液箱T連接。在這種情況中僅有活塞機1的泵接頭18才不需要操作。在「下降」時(看中間圖恥)，活塞機1的第一泵_/馬達接頭18按照馬達模式工作，並且可如此地回收第一高壓迴路A中的勢能，並且將這個勢能作為機械能輸出到活塞機1的驅動軸4上。只有活塞機1的另外的僅泵接頭20現在作為泵工作，並且通過後置的控制_/調節閥38將一定的體積輸送到動臂缸22的活塞杆側22S。在「快速下降」時(看右側圖5C)，活塞1的第一泵_/馬達接頭18按照馬達模式工作，並且從而至少部分地回收在第一高壓迴路A中的勢能。但是附加地也打開體積快速取去閥34，這樣和只用活塞機1的第一泵_/馬達接頭18可容納的體積流量相比動臂缸22可下降得更快。圖6示出本發明的另一實施例。在這種情況中一個比例旁通閥40和泵_/馬達接頭18及活塞機1的僅泵接頭20 連接。動臂缸22的活塞室2 (和活塞杆室22S又和這閥連接。此外，其它的消耗器直接地和活塞機1的第二個僅有的泵接頭20連接。一個壓力稱42平行地和在活塞機1的第一泵_/馬達接頭18和比例旁通閥40之間的連接通道32接通。這個壓力稱42又和液箱T 連接。這個比例旁通閥40在它的根據圖6的設計位置中彈簧預張緊到一個閉鎖位置中， 並且可朝第一位置方向操作，在這個位置中這個旁通閥將活塞機1的第二僅泵接頭20和用於提升載荷的動臂缸22的活塞室2 連接起來，並且同時將動臂缸22的活塞杆室22S接通到液箱T。在動臂下降時，提供載荷壓力的缸室，在此是活塞室2 (通過比例旁通閥40和(相對於下降運行是後置的)壓力稱42和液箱T連接。這樣，在比例旁通閥40和壓力稱42之間出現了位於它們之間存在的管道/室32a中的壓力。其比在提供載荷的缸室22K中的壓力低出壓力稱的調節差。這個管道/通道/室3 通過高壓管道32和一個或者多個高壓閥，在此和活塞機1的泵_/馬達接頭閥12連接(見圖1)。因此，活塞機1可從管道/通道 /室3 取走處於預定壓力下的體積，並且將這個體積提供給動臂缸22的缸活塞杆側22S， 並且在必要時提供給其它的消耗器使用，或者引入到液箱T中。這樣，活塞機1將功率輸出到它的驅動軸4，和/或在相應較小的功耗情況下提供給其它的消耗器。在本實施例中通過比例旁通閥40和與它相連接的壓力稱42對缸的速度進行控制。因此，在這種特別的情況中這個比例旁通閥40不必藉助E⑶進行觸發，而是例如也可以通過一個(未詳細示出的)手柄只液壓或者機械地操作它。因此，本發明原則上公開了一種具有一個藉助主動的低壓-和高壓閥進行控制的多迴路活塞機的液壓系統，該活塞機的一個高壓接頭規定為馬達_/泵接頭，它的至少另外高壓接頭只規定為泵接頭。這樣，通過作為馬達_/泵接頭運行的高壓接頭提供一個能量回收線路，為的是有選擇地將與它相連接的高壓迴路內部的液壓能量提供給其它的與其它的高壓接頭相連接的高壓迴路使用。附圖標記表
1活塞機
2a-f 活塞 3a-f 缸
4凸輪軸
5驅動馬達
6吸入通道8LPV10分支通道12第一 HPV14第二 HPV16低壓接頭18第一高壓接頭20第二高壓接頭22臂缸(對)22K臂缸-活塞室22S臂缸-活塞杆室24單迴路閥26挖鬥缸28操作杆缸30迴轉機構32壓力管道32a室34體積快速取出閥36轉換閥38控制_/調節閥40比例旁通閥42壓力稱
權利要求
1.具有藉助主動的低壓-(8)和高壓閥(12、14)控制的多迴路-活塞機(1)的液壓系統，其特徵在於，將它的一個高壓接頭(18)規定為馬達-/泵接頭，並且將它的至少另外高壓接頭(20)只規定為泵接頭。
2.按照權利要求1所述的液壓系統，其特徵在於，多迴路活塞機(1)具有多個活塞-缸單元(2、3)，這些活塞-缸單元分別具有主動的低壓閥(8)、和高壓接頭(18)連接的第一主動高壓閥(12)和至少一個和所述至少另外高壓接頭(20)連接的第二高壓閥(14)。
3.按照權利要求2所述的液壓系統，其特徵在於具有電子控制單元(ECU)，該電子控制單元和低壓-(8)和高壓閥(12、14)電連接，並且藉助它可對多迴路活塞機(1)的馬達_/ 泵接頭(18)上的高壓閥(12、14)進行觸發，從而優選地以一種給多迴路活塞機(1)的驅動軸(4)提供機械能的形式可將在和第一高壓閥(12)相連接的第一高壓迴路(A)中存在的液壓能傳導到和第二高壓閥(14)相連接的第二高壓迴路(B)上。
4.按照權利要求2或3所述的液壓系統，其特徵在於具有行程氣缸單元(22)形式的第一消耗器，這個單元的壓力室，優選地活塞室(22K)和所述一個按馬達-/泵模式運行的高壓接頭(18)連接，並且它的其他壓力室，優選地活塞杆室(22S)和所述至少另外僅按泵模式運行的高壓接頭(20)連接。
5.按照權利要求3所述的液壓系統，其特徵在於，在第一消耗器(22)的其他壓力室 (22S)和規定只用於泵模式運行的高壓接頭(20)之間中間連接控制閥(24)，用於主動控制從多迴路活塞機(1)到其他壓力室(22S)的流量輸入，和將體積從第一消耗器(22)的其他壓力室(22S)到液箱(T)的主動排出。
6.按照權利要求3至5中的任一項所述的液壓系統，其特徵在於，在第一消耗器(22) 的所述一個壓力室(22K)和所述一個在泵_/馬達模式運行的高壓接頭(18)之間分接出液箱管路，用於有選擇地快速地將體積從所述一個壓力室(22K)輸出到液箱(T)中的可觸發的體積快速取出閥(34)中間接通到這個液壓管路中。
7.按照權利要求5和6中的任一項所述的液壓系統，其特徵在於具有另外的消耗器 (26、觀、30)，消耗器或者直接和控制閥(24)連接，或者和只規定用於泵模式運行的高壓接頭(20)連接。
8.按照權利要求5至7中的任一項所述的液壓系統，其特徵在於，在第一消耗器(22) 的所述一個壓力室(21)和多迴路-活塞機(1)的規定用於泵_/馬達模式的所述一個高壓接頭(18)之間具有另外的控制閥(36、40)，用於體積從所述一個壓力室(22K)有控制的排出，並且優選地也用於體積從多迴路-活塞機(1)到所述一個壓力室(22K)的有控制的輸入。
9.按照權利要求8所述的液壓系統，其特徵在於在另外的控制閥(40)和液箱(T)之間具有壓力稱(42)，用以在另外控制閥(36)和壓力稱(42)之間的管道(3 )中提供確定的體積壓力，其在第一消耗器(22)的所述一個壓力室(22K)中的體積壓力之下低出壓力稱(42) 的調節壓力差。
10.按照權利要求9所述的液壓系統，其特徵在於，多迴路-活塞機(1)的一個或者多個高壓閥(12、14)和另外控制閥(40)與壓力稱(42)之間的管道(3 )連接，為的是有選擇地取出預定體積壓力下的體積，並且將這個體積用於提供給第一消耗器(22)和/或另外消耗器的其它壓力室(22S)使用。
11.按照權利要求中的任一項所述的液壓系統，其特徵在於，規定液壓系統用於挖掘機，其中，第一消耗器(22)是臂行程缸，另外的消耗器分別是用於鏟鬥和操作杆以及迴轉機構的行程缸。
全文摘要
本發明公開一種具有藉助主動的低壓-和高壓閥控制的多迴路-活塞機的液壓系統，將它的高壓接頭規定為馬達-/泵接頭，將它的至少另一高壓接頭只規定為泵接頭。這樣，通過作為馬達-/泵接頭運行的高壓接頭可提供能量回收線路，為的是將與它相連接的高壓迴路內部的液壓能可有選擇地提供給另一和其它的高壓接頭相連接的高壓迴路使用。
文檔編號F04B49/22GK102410196SQ20111027939
公開日2012年4月11日 申請日期2011年9月20日 優先權日2010年9月21日
發明者阿姆爾海因 J., 奧施曼 S. 申請人:羅伯特·博世有限公司