具有混合驅動單元的建築機械、配備於建築機械中的再生裝置、以及再生方法

2023-08-11 13:05:31

專利名稱：具有混合驅動單元的建築機械、配備於建築機械中的再生裝置、以及再生方法
技術領域：
本發明涉及一種建築機械，其具有混合驅動單元用於驅動諸如液壓挖掘機這樣的建築機械設備的上部旋轉結構；涉及一種配備於建築機械中的再生裝置、以及涉及一種再生方法，其中所述建築機械通過液壓馬達與發電/電動機的協同工作而得以受控制，且其中當所述上部旋轉結構啟動以及旋轉運動時，當處於制動模式時，液壓馬達由所述液壓馬達的入口埠與出口埠的內部連通經由一種連通閥而得以中立/平衡，從而使得大部分動(慣性)能通過再生發電而被有效地轉換為電能以用於電力存儲，且從而使得在最優條件下導致了在驅動與再生發電之間的轉換/切換。
背景技術：
最近，在諸如液壓挖掘機這樣的建築機械的領域中，作為針對諸如廢氣和噪音這樣的使得工作環境惡化的情況的補救措施，已提出了各種混合驅動單元，特別是，一種用於建築機械的能實現有效的能量回收(其為混合系統的優點)的能量再生裝置。申請人:在專利文檔I中提出了相對於具有混合驅動單元的建築機械的本領域技術，其中諸如上部旋轉結構和液壓挖掘機的吊杆/懸臂(boom)這樣的相對較大慣性物體的慣性能量被有效地再生，且其中不需要對電動機/發電機的電力存儲裝置進行補充充電。圖3是常規液壓挖掘機的概略圖。如所圖示的，液壓挖掘機包括:下部行進主體102具有右/左環形軌履帶102A作為行進器件；上部旋轉結構104，其可旋轉地安裝到下部行進主體102 ;多關節液壓操作機器(前裝置)111，其可提升地連接到上部旋轉結構104且包括懸臂106、臂108·和鏟鬥110 ;用於懸臂的液壓缸，其驅動所述懸臂106 ;用於臂的液壓缸116，其驅動所述臂108 ;用於鏟鬥的液壓缸118，其驅動所述鏟鬥110 ;旋轉液壓馬達120以及減速器122，它們驅動所述上部旋轉結構104 ;以及用於右側/左側行進的液壓馬達124L、124R，它們驅動右/左環形軌履帶102A。在專利文檔I中描述了將一種再生裝置運用於這種建築機械的方法:「當操作者返回控制閥的槓桿以便停止上部結構時，控制單元檢測到從液壓/電換能器產生的信號的變化，並且根據控制單元的數據處理程序產生的控制信號被傳輸到伺服驅動器。響應於此，該伺服驅動器控制著待供應到電動機的電量，驅動所述再生模式，並且將控制信號傳輸到電力/液壓轉換閥。這種控制信號導致電力/液壓轉換閥產生壓力油信號，並且由此允許致動所述連通閥將液壓馬達的兩個入口埠連通從而使得，在液壓馬達中所產生的制動力矩變為最小，且上部旋轉結構的大部分慣性能被集中地供應到充當發電機的電動機。」更特定地，在專利文檔I中，當操作者將控制閥的槓桿返回到中性位置，該控制單元檢測到從液壓/電換能器產生的信號的變化，引起再生操作。專利文檔2在第0059段中敘述了:「附圖標記ET2示出了在加速驅動模式中，將電能從電力存儲裝置供應到發電機/電動機。附圖標記ET2示出了在減速驅動模式中，將電能從發電機/電動機供應到電力存儲裝置。附圖標記xd、Xd示出了在液壓馬達的加速驅動和減速驅動模式中的力矩Tm的轉變。附圖標記yd、yd示出了在發電機/電動機的加速驅動和減速驅動模式中的力矩Te (電動機)和Te (發電機)的轉變。」總而言之，「在減速驅動模式中，將電能從發電機/電動機供應到電力存儲裝置」，其意思是再生操作。此外，專利文檔3描述了用於安裝有電動機/發電機的液壓建築機械的能量再生裝置，其中控制槓桿的操縱變量的值被用來確定將電動機/發電機作為一種電動機還是發電機來致動。現有技術參考文件
專利文檔1:日本專利特許公開公開號2008-291522 ；
專利文檔2:日本專利號4732284 ；
專利文檔3:日本專利號4024120。

發明內容
待由本發明解決的問題
根據專利文檔1，「當操作者返回控制閥48的槓桿48a以便停止上部結構2時，控制單元46檢測到來自液壓/電換能器50a/50b的信號的變化，並且根據控制單元的數據處理程序產生的控制信號SI被傳輸到伺服驅動器54」。這意思是，控制閥的槓桿的位置確定了是否進行再生。根據專利文檔2，在具有電動機/發電機的建築機械中，在液壓馬達的兩個埠處的壓力的量值確定了發電機/電動機是充當電動機還是充當發電機。

此外，專利文檔3描述了控制槓桿的操縱變量確定了電動機/發電機充當電動機還是充當發電機。事實上，然而，再生條件有時不能僅僅由控制槓桿的位置產生。例如，當前考慮到了由電動機/發電機驅動的上部旋轉結構，以及對所述液壓建築機械的上部旋轉結構進行控制的控制槓桿。在此情況下，當上部旋轉結構的轉動方向等同於控制槓桿的操作方向時，液壓建築機械處於驅動模式，並且當上部旋轉結構的轉動方向與控制槓桿的操作方向相反時，液壓建築機械處於減速模式。因而顯而易見的是，用於確定驅動/減速模式的參數包括上部旋轉結構的轉動方向的參數和控制槓桿的操作方向的參數。然而，沒有專利文檔充分披露了根據這些參數來控制再生條件的方法。將上部旋 轉結構的目標旋轉速度通過控制槓桿的操作與上部旋轉結構的實際旋轉速度相對比，存在著這樣的情況:目標旋轉速度和實際旋轉速度中的任一個大於另一個、以及兩種速度等同。當目標旋轉速度大於實際旋轉速度時，需要另外的驅動。對比而言，當目標旋轉速度小於實際旋轉速度時，需要減速。因此，當目標旋轉速度小於實際旋轉速度時，能量可能被再生。然而，沒有專利文檔披露了根據前述參數、以及根據目標旋轉速度與實際旋轉速度之間的關係來控制再生條件的方法。因此，本發明的目的是一種建築機械，其具有混合驅動單元用於驅動諸如液壓挖掘機這樣的建築機械設備的上部旋轉結構；以及一種與建築機械一起設置的再生裝置、和一種再生方法，其中所述建築機械通過液壓馬達與發電/電動機的協同工作而得以受控制，且其中當所述上部旋轉結構啟動以及旋轉運動時，當處於制動模式時，液壓馬達由所述液壓馬達的入口埠與出口埠的內部連通經由一種連通閥而得以中立，從而使得大部分動(慣性)能被通過再生發電而有效地轉換為電能以用於電力存儲，且從而使得在最優條件下導致了在驅動與再生發電之間的轉換/切換。解決問題的手段
為了解決前述問題，根據本發明的建築機械是具有上部旋轉結構和下部行進主體的建築機械，上部旋轉結構具有多個慣性物體，每個慣性物體對應於每種確定功能，所述上部旋轉結構包括:混合驅動單元；多個液壓致動器，其驅動所述多個慣性物體中的每個；液壓泵，其將壓力油供應到所述多個液壓致動器；發動機，其驅動所述液壓泵；控制器，其錄入所述操作者的操作意圖；方向控制閥單元，其響應於從控制器產生的壓力油信號而將從液壓泵供應的壓力油供應到每個液壓致動器；電動機/發電機，其與所述多個液壓致動器中的至少一個相應液壓致動器協同工作地、或與所述多個液壓致動器相獨立地驅動所述上部旋轉結構；伺服驅動器，其驅動發電機/電動機；靜電電容器，其向伺服驅動器供應電力和/或從伺服驅動器接收電力；控制單元，其響應於從控制器產生的壓力油信號而引導所產生的力矩到伺服驅動器，並且將控制模式切換到供電模式或再生發電模式以根據控制模式來引導所述伺服驅動器，其中控制單元根據上部旋轉結構的轉動方向、控制器的操作方向、上部旋轉結構的實際旋轉速度、以及控制器的操縱變量而確定所述控制單元的控制模式。控制單元還包括:轉動方向檢測器，其連接到控制單元以檢測所述上部旋轉結構的轉動方向；操作方向檢測器，其連接到控制單元以檢測所述控制器的操作方向；實際旋轉速度檢測器，其連接到控制單元以檢測所述上部旋轉結構的實際旋轉速度；以及操縱變量檢測器，其連接至控制單元以檢測控制器的操縱變量。控制模式包括:供電模式，其中電力供應到電動機/發電機，從而使得在控制器的操作方向上產生力矩；再生發電模式，其中到電動機/發電機的電力供應中止，並且其中電力從電動機/發電機供應到靜電電容器；以及零模式，其中到電動機/發電機的電力供應中 止。根據本發明的再生裝置是裝備於具有上部旋轉結構和下部行進主體的建築機械中的再生裝置，上部旋轉結構具有多個慣性物體，每個慣性物體對應於每種確定功能，所述上部旋轉結構包括:混合驅動單元；多個液壓致動器，其驅動所述多個慣性物體中的每個；液壓泵，其將壓力油供應到所述多個液壓致動器；發動機，其驅動所述液壓泵；控制器，其錄入所述操作者的操作意圖；方向控制閥單元，其響應於從控制器產生的壓力油信號而將從液壓泵供應的壓力油供應到每個液壓致動器；電動機/發電機，其與所述多個液壓致動器中的至少一個相應液壓致動器協同工作地、或與所述多個液壓致動器相獨立地驅動所述上部旋轉結構；伺服驅動器，其驅動發電機/電動機；靜電電容器，其向伺服驅動器供應電力和/或從伺服驅動器接收電力；控制單元，其響應於從控制器產生的壓力油信號而引導所產生的力矩到伺服驅動器，並且將控制模式切換到供電模式或再生發電模式以根據控制模式來引導所述伺服驅動器，其中控制單元根據上部旋轉結構的轉動方向、控制器的操作方向、上部旋轉結構的實際旋轉速度、以及控制器的操縱變量而確定所述控制單元的控制模式。此外，根據本發明的再生方法是通過使用一種裝備於具有上部旋轉結構和下部行進主體的建築機械中的再生裝置來進行的再生方法，上部旋轉結構具有多個慣性物體，每個慣性物體對應於每種確定功能，所述上部旋轉結構包括:混合驅動單元；多個液壓致動器，其驅動所述多個慣性物體中的每個；液壓泵，其將壓力油供應到所述多個液壓致動器；發動機，其驅動所述液壓泵；控制器，其錄入所述操作者的操作意圖；方向控制閥單元，其響應於從控制器產生的壓力油信號而將從液壓泵供應的壓力油供應到每個液壓致動器；電動機/發電機，其與所述多個液壓致動器中的至少一個相應液壓致動器協同工作地、或與所述多個液壓致動器相獨立地驅動所述上部旋轉結構；伺服驅動器，其驅動發電機/電動機；靜電電容器，其向伺服驅動器供應電力和/或從伺服驅動器接收電力；控制單元，其響應於從控制器產生的壓力油信號而引導所產生的力矩到伺服驅動器，並且將控制模式切換到供電模式或切換到再生發電模式以根據控制模式來引導所述伺服驅動器，其中控制單元根據上部旋轉結構的轉動方向、控制器的操作方向、上部旋轉結構的實際旋轉速度、以及控制器的操縱變量而確定所述控制單元的控制模式。本發明的有利效果
根據本發明的建築機械是具有上部旋轉結構和下部行進主體的建築機械，上部旋轉結構具有多個慣性物體，每個慣性物體對應於每種確定功能，所述上部旋轉結構包括:混合驅動單元；多個液壓致動器，其驅動所述多個慣性物體中的每個；液壓泵，其將壓力油供應到所述多個液壓致動器；發動機，其驅動所述液壓泵；方向控制閥單元，其響應於從控制器產生的壓力油信號而將從液壓泵供應的壓力油供應到每個液壓致動器；電動機/發電機，其與所述多個液壓致動器中的至少一個相應液壓致動器協同工作地、或與所述多個液壓致動器相獨立地驅動所 述上部旋轉結構；驅動力合成機構，其將液壓致動器的驅動力與電動機/發電機的驅動力合成；伺服驅動器，其驅動發電機/電動機；靜電電容器，其向伺服驅動器供應電力和/或從伺服驅動器接收電力；控制單元，其響應於從控制閥產生的壓力油信號而引導所產生的力矩到伺服驅動器，並且將控制模式切換到供電模式或切換到再生發電模式以根據控制模式來引導所述伺服驅動器；以及耗能縮減器件，其意思是在對所述上部旋轉結構的制動期間縮減了待由液壓致動器消耗的慣性能，當啟動電動機/發電機時所述慣性能是在由所述上部旋轉結構獲取的之中；其中控制單元根據液壓致動器的轉動方向、液壓致動器控制器的操作方向、液壓致動器的實際旋轉速度、以及液壓致動器控制器的操縱變量而確定所述控制單元的控制模式，由此所述液壓馬達得以中立/平衡，從而使得大部分動(慣性)能通過再生發電而被有效地轉換為電能以用於電力存儲，且從而使得在最優條件下可導致在驅動與再生發電之間的轉換/切換。


圖1是對配備有根據本發明的再生裝置的上部旋轉結構進行旋轉以及驅動的混合旋轉驅動單元的正視概略視 圖2是根據本發明的再生裝置的控制框 圖3是作為常規建築機械的液壓挖掘機的概略 圖4是根據本發明的再生裝置的控制模式確定流程 圖5是示出了在根據本發明的再生裝置中的上部旋轉結構的目標旋轉速度與上部旋轉結構控制槓桿的操縱變量之間的關係的解釋性視 圖6是根據本發明的再生裝置的控制模式的狀態轉換圖；圖7是列舉出了根據以及當將具有根據本發明的再生裝置的建築機械的上部旋轉結構的目標旋轉速度與實際旋轉速度進行比較時的正/中性/負狀態、轉動方向以及槓桿操作方向的所有可能狀態組合以及與之對應的所有控制模式的對應表。 附圖標記解釋 2電液壓混合馬達 4液壓馬達 6電動機 6a輸出軸杆 10液壓馬達殼體 11殼體罩 12歪斜板 14活塞
23液壓馬達軸杆 27軸轂部段 28軸承 30轉子 32電動機軸杆 34線圈 36定子芯 38電動機殼體 40端部罩 42軸承
44液壓馬達側端 46凹口 48電動機油封 50電動機軸承 52 O形環 60發動機 60a旋轉輸出軸杆 61主可調流量泵 61a排量調節機構 62旋轉可調流量泵 62a排量調節機構 64，66齒輪泵 68方向控制閥 68a方向控制閥 71a洩壓閥 72連通閥 72a加壓單元74電/液壓轉換閥 76控制單元 78控制閥 78a槓桿
80a, 80b液壓/電換能器 81按鈕開關 82靜電電容器 84伺服驅動器 86液壓馬達控制單元 88主方向控制閥單元 90變換器/逆變器 92開關 94起動器 102下部行進主體 104上部旋轉結構 105檢測器。
具體實施例方式現在，將會參考圖1描述所述混合旋轉驅動單元的構造，所述混合旋轉驅動單元轉動並且驅動了配備有根據本發明的再生裝置的上部旋轉結構。圖1是示出了根據本發明的第一實施例的電液壓混合馬達2的內部構造的橫截面視圖。在此圖中，液壓馬達4和電動機6被同軸地連接。液壓馬達4包括液壓馬達殼體10以及殼體罩11，液壓馬達殼體10在其後端處開口且具有管狀形狀，並且殼體罩11阻塞於所述液壓馬達殼體10的後端開口中。液壓馬達殼體10包括了其中的歪斜板12、活塞14、與缸體集成一體的液壓馬達軸杆23。液壓馬達軸杆23延伸穿過所述歪斜板12的中央鑽孔，並且經由軸承28由形成於所述液壓馬達殼體10的前端處的軸轂部段27而可旋轉地支持。液壓馬達4的軸轂部段27不具備油封。電動機6包括轉子30、安裝於轉子30中的電動機軸杆32、面朝著轉子30外圓周側而布置的定子芯36、安裝於定子芯36上的線圈34、容納著這些部件的電動機殼體38、以及端部罩40。根據本實施例的電動機軸杆32延伸穿過轉子30的基本中心區域並且被鎖定。在圖1中，電動機軸杆32由電動機軸杆32的底端處的軸承42而可旋轉地支持。另一方面，電動機軸杆32的液壓馬達側端44具備內凹凹口 46，並且液壓馬達軸杆23安置於凹口 46內並且被固定，且液壓馬達軸杆23和電動機軸杆32被可旋轉地鎖定到彼此相結合。此外，電動機油封48安裝於液壓馬達側端44與端部罩40之間。電動機軸承50被布置成鄰近於電動機油封48，並且液壓馬達側端44被可旋轉地鎖定於端部罩40與電動機軸承50之間。 液壓馬達殼體10和端部罩40被O形環52所密封並且以不透液的方式被聯接。
根據上述構造，液壓馬達4與電動機6相組合，並且特別地，電動機油封48被設置於電動機6的端部罩40上,從而使得電動機油封48沒有布置於液壓馬達4側部上,而是液壓馬達4和電動機軸承50被布置於液壓驅動油中。因此，有利的是，壓力油在電動機軸承50與端部罩40之間循環，並且由此其將不再必需交換在與電動機軸承50相鄰的區域中的潤滑劑。此外，因為凹口 46被設置於電動機軸杆32上,則液壓馬達軸杆23和電動機軸杆32的縱向長度當串聯聯接時將會被縮短。接下來，根據本發明的再生裝置的控制塊將會參考圖2加以描述。發動機60的旋轉輸出軸杆60a構造成使得可調流量泵62的可旋轉軸杆和靜止流量齒輪泵64、66的可旋轉軸杆被集成地布置以形成主可調流量泵61，並且由此所述發動機60旋轉驅動所述泵62、64、66、61。特別地,可調流量泵62設置為旋轉可調流量泵。附圖標記68代表了經由排放管路LSl在罐體或液壓挖掘機的每個液壓致動器與所述可調流量泵62之間供應/排乾壓力油的旋轉方向控制閥單元，其中所述旋轉方向控制閥單元68包括中央旁通型方向控制閥68a,中央旁通型方向控制閥68a對應於旋轉液壓馬達4以用於可旋轉地驅動所述上部旋轉結構104。附圖標記78代表了控制閥以用於由建築機械的操作者通過槓桿78a的操作產生操作壓力信號Pa、Pb。預加壓的壓力油被從齒輪泵64經由管路LI供應到控制閥78。操作壓力信號Pa、Pb由液壓/電換能器80a、80b而被轉換為電信號，並且作為信號S8、S9而饋送到控制單元76。按鈕開關81被嵌入於槓桿78a，並且控制信號S6被饋送到控制單元76。液壓/電換能器80a、80b包括箔型應變計壓力轉換裝置、或半導體應變計壓力轉換裝置(矽藍寶石傳感器)。附圖標記86代表了一種液壓馬達控制單元，包括一對洩壓閥71a和流通閥72。如圖所示，連通閥72經由壓力油供應/排乾管路L7、L8而被連接至切換控制閥68a的每個缸口(cylinder port)。另一方面,連通閥72也經由管路L9、LlO而被連接至旋轉液壓馬達4。將從電/液壓轉換閥74產生的控制信號S4饋送到連通閥72的加壓單元72a。預加壓的壓力油被從泵66經由管路L2而饋送到電/液壓轉換閥74，並且電/液壓轉換閥74經由管路L4而被饋送了一種從控制單元76產生的控制信號S2。將對管路L7、L8的壓力進行檢測的分支管路連接至控制單元76，並且分支管路的壓力由液壓/電換能器(未示出)而轉換為電信號。 附圖標記82代表了連接至伺服驅動器84的供電管路上的靜電電容器，所述供電管路將電力供應到三相電動機/發電機6。如圖示意性地示出的，伺服驅動器84具有將電力經由每個相繞組PW而供應到電動機/發電機6的功能，從而使得電動機/發電機6經由每個相繞組PW產生了輸出軸杆6a中的預定力矩；以及當從上部旋轉結構104的慣性物體向輸出軸杆6a施加的力矩導致了電動機/發電機6作為再生發電機而工作時,經由每個相繞組PW向伺服驅動器84再生出電力的功能。主可調流量泵61的目的地是主方向控制閥單元88。對主方向控制閥單元88進行調節的排量調節結構61a經由信號線路LS2而被連接至主方向控制閥單元88。主方向控制閥單元88經由排放管路L12而被連接至主可調流量泵61。主方向控制閥單元88經由管路L14而被進一步連接至控制閥78。控制單元76被連接至靜電電容器82，從而使得從靜電電容器82產生的控制信號S5被饋送至控制單元76，並且控制單元76被進一步連接至按鈕開關81從而使得從按鈕開關81產生的控制信號S6被饋送到控制單元76。從控制單元76產生的信號Lll被饋送至開關92，開關92被布置在變換器/逆變器90與連接至發動機60的起動器94之間。控制單元76將S4 (信號LS)饋送到旋轉可調流量泵62的排量調節機構62a。從對於上部旋轉結構104的轉動方向和旋轉速度進行檢測的檢測器105產生的信號S7被饋送至控制單元W。更特定地，控制單元76包括中央處理器76a、程序儲存存儲器裝置76b、數據儲存存儲器裝置76c、外部接口 76d、以及連接著這些部件76a、76b、76c和76d的內部總線布線76e (未示出)。程序儲存存儲器裝置76b儲存了轉動方向狀態計算程序、槓桿操作方向狀態計算程序、速度差狀態計算程序、以及控制模式確定程序。程序儲存存儲器裝置76b還儲存了狀態轉換程序STD。將在下文描述每種程序的功能。現在，根據本發明的再生裝置的操作將會參考圖4中所示的控制模式確定流程圖而加以描述。檢測器105總是檢測上部旋轉結構轉動方向DRS和上部旋轉結構旋轉速度VRS(130)。根據轉動方向狀態計算程序，中央處理器76a將上部旋轉結構轉動方向DRS和上部旋轉結構旋轉速度VRS儲存於數據儲存存儲器裝置76c中，所述DRS和VRS是從檢測器105產生的數據。操作者操作所述槓桿78a以產生操作壓力信號Pa、Pb (132)。操作壓力信號Pa、Pb由液壓/電換能器80a、80b而轉換為電信號S8、S9，並且控制單元76參考了信號S8、S9之間的信號差以檢測槓桿角DEGL和槓桿方向DERL (134)，槓桿角DEGL是槓桿78a的操縱變量。根據槓桿操作方向狀態計算程序，中央處理器76a參考了信號S8、S9之間的信號差，並且檢測出槓桿角DEGL和槓桿方向DERL，並且將所檢測到的結果儲存於數據儲存存儲器裝置76c中，所述槓桿角DEGL是槓桿78a的操縱變量。信號S8 、S9被饋送到控制單元76作為從I至5伏特變動的電壓值，這取決於槓桿控制角，並且槓桿角DEGL被構造為從介於前述電壓值與槓桿控制角之間的相關性而獲得。作為特定實例，從I伏特至5伏特變動的電壓值被構造成對應於O至90度的角度範圍。當達到槓桿方向DERL時，如果信號差的值被限定為「S8-S9」，每個信號S8、S9被作為在從I至5伏特的範圍內的電壓值而饋送，導致槓桿方向DERL具有下列值。當S8-S9-l-l=0時槓桿處於中性位置(下文中為「零」)。槓桿朝S8的控制導致了S8-S9=S8-1>0)(下文中為「正」)。槓桿朝S9的控制導致了 S8-S9=1_S9〈0)(下文中為『負」)。因此，中央處理器76a確定了:正信號差是S8側槓桿控制，並且負信號差是S9側槓桿控制。控制單元76計算出關於在圖5中所示的目標旋轉速度與槓桿操縱變量之間關係的目標旋轉速度VO (136)。根據槓桿操作方向狀態計算程序，中央處理器76a計算出關於在圖5中所示的目標旋轉速度與槓桿操縱變量之間關係的目標旋轉速度V0，並且將所計算出的結果儲存於數據儲存存儲器裝置76c中。槓桿78a的小角度操作導致了其的遊隙，並且目標旋轉速度VO為零。隨著槓桿78a的右方向操縱變量增加超過其遊隙，所述目標旋轉速度VO在右旋轉方向上與所述槓桿操縱變量成比例增加。然而，當槓桿78a的操作角超過預定角，目標旋轉速度VO保持恆定並且將不再增加。這同樣適用於槓桿78a的左方向操縱變量。槓桿78a的小角度操作導致了其的遊隙，並且目標旋轉速度VO為零。隨著槓桿78a的左方向操縱變量增加超過其遊隙，所述目標旋轉速度VO在左旋轉方向上與所述槓桿操縱變量成比例增加。然而，當槓桿78a的操作角超過預定角，目標旋轉速度VO保持恆定並且將不再增加。隨後，控制單元76基於上部旋轉結構轉動方向DRS計算出了轉動方向狀態ROS以確定該ROS是否是左、右和停止狀態中的任一個。該「右」狀態被限定為當從上方觀察的情況下使得上部旋轉結構104相對於下部行進主體102順時針旋轉的時候。 相反，該「左」狀態被限定為當從上方觀察的情況下使得上部旋轉結構104相對於下部行進主體102逆時針旋轉的時候。該「停止」狀態被限定為當從上方觀察的情況下不使得上部旋轉結構104相對於下部行進主體102旋轉而是使得其停止的時候。隨後，控制單元76基於槓桿方向DERL計算出了槓桿操作方向狀態DIRS以確定該DIRS是否是左、右和停止狀態中的任一個。該「右」狀態被限定為當從上方觀察的情況下槓桿78a的操作導致上部旋轉結構104相對於下部行進主體102順時針旋轉的時候。該「左」狀態被限定為當從上方觀察的情況下槓桿78a的操作導致上部旋轉結構104相對於下部行進主體102逆時針旋轉的時候。該「停止」狀態被限定為當槓桿78a不操作時。隨後，確定了速度差狀態DEFV是否是正、負和零狀態中的任一個。速度差狀態DEFV是基於從目標旋轉速度VO絕對值推導出所述上部旋轉結構旋轉速度VRS絕對值的值為正的還是負的。根據速度差狀態計算程序，中央處理器76a從上部旋轉結構旋轉速度VRS和目標旋轉速度VO計算出速度差狀態DEFV，並且將所計算出的結果儲存於數據儲存存儲器裝置76c中。速度差狀態DEFV的「正」狀態被限定為當與槓桿78a的操縱變量相對應的目標旋轉速度VO的絕對值大於上部旋轉結構旋轉速度VRS的絕對值的時候，上部旋轉結構旋轉速度VRS代表著上部旋轉結構的實際旋轉速度。速度差狀態DEFV的「負」狀態被限定為當上部旋轉結構旋轉速度VRS的絕對值大於目標旋轉速度VO的絕對值的時候。速度差狀態DEFV的「零」狀態被限定為當目標旋轉速度VO的絕對值等於上部旋轉結構旋轉速度VRS的絕對值的時候。以前述方式，控制單元76確定了轉動方向狀態R0S，槓桿操作方向狀態DIRS，以及速度差狀態DEFV (138)。控制單元76參考了被儲存於其中所構建的存儲器中的狀態轉換圖STD，且狀態轉換圖在圖7中示出。觀察該狀態轉換圖STD，最左側欄代表了狀態序列號，第二欄代表了轉動方向狀態R0S，第三欄代表了槓桿操作方向狀態DIRS，第四欄代表了速度差狀態DEFV，並且第五欄代表了控制模式。該圖描述了每種狀態的組合的27種型式。
控制模式可採取四種型式，即，供電模式，其中供應了電力；再生發電模式；零模式；和錯誤模式。在圖7中，供電模式對應於「驅動」模式，再生發電模式對應於「再生」模式，並且「零」模式是其中電動機/發電機沒有產生力矩或執行供電或再生發電的狀態。因為很可能在模式確定時的錯誤是由傳感器異常導致的，則「錯誤」模式不受到除了傳感器以外的任何部件影響。當此「錯誤」模式發生時，由液壓馬達實現了制動以停止所述上部旋轉結構。在此情況下，馬達是中性/平衡的，並且力矩變為零(Nm)。控制單元76參考了儲存於存儲器中的狀態轉換圖STD的數據以詢問與在前述步驟中所確定的參數相對應的狀態(140)。控制單元76從所記錄的狀態轉換圖STD讀取了當前控制模式，更具體地，根據控制模式確定程序，中央處理器76a從狀態轉換圖STD讀取了與每種狀態的當前組合相對應的控制模式，並且將所讀取的結果儲存於數據儲存存儲器裝置76c中。在從狀態轉換圖STD讀取了當前控制模式之後，控制單元76確定了控制模式(142)。如圖6中所示，停止之後的控制模式將不可避免地是加速。加速之後的控制模式不是別的，正是減速。減速之後的控制模式可以是加速以及停止二者。以前述方式進行的控制單元76的操作允許控制單元76執行更好地與操作者的意圖以及所操作的建築機械的狀態相匹配的再生操作。上面已經參考附圖描述了本發明的優選實施例，並且本領域技術人員可自然地基於前述附圖和說明而做出 各種修改。
權利要求
1.一種具有上部旋轉結構和下部行進主體的建築機械，上部旋轉結構具備多個慣性物體，每個慣性物體對應於每種確定功能，所述上部旋轉結構包括 混合驅動單元； 多個液壓致動器，其驅動所述多個慣性物體中的每個； 液壓泵，其將壓力油供應到所述多個液壓致動器； 發動機，其驅動所述液壓泵； 控制器，其錄入操作者的操作意圖； 方向控制閥單元，其響應於從控制器產生的壓力油信號而將從液壓泵供應的壓力油供應到每個液壓致動器； 電動機/發電機，其與所述多個液壓致動器中的至少一個相應液壓致動器協同工作地、或與所述多個液壓致動器相獨立地驅動所述上部旋轉結構； 伺服驅動器，其驅動電動機/發電機； 靜電電容器，其向伺服驅動器供應電力和從伺服驅動器接受電力；以及控制單元，其響應於從控制器產生的壓力油信號而引導所產生的力矩到伺服驅動器，並且將控制模式切換到供電模式或到再生發電模式以根據控制模式來引導所述伺服驅動器， 其中控制單元根據上部旋轉結構的轉動方向、控制器的操作方向、上部旋轉結構的實際旋轉速度、以及控制器的操縱變量而確定所述控制單元的控制模式。
2.根據權利要求I所述的建築機械，其中所述控制單元還包括 轉動方向檢測器，其連接到控制單元以檢測所述上部旋轉結構的轉動方向； 操作方向檢測器，其連接到控制單元以檢測所述控制器的操作方向； 實際旋轉速度檢測器，其連接到控制單元以檢測所述上部旋轉結構的實際旋轉速度；以及 操縱變量檢測器，其連接至控制單元以檢測控制器的操縱變量。
3.根據權利要求I所述的建築機械，其中所述控制模式包括 供電模式，其中電力供應到電動機/發電機，從而使得在控制器的操作方向上產生力矩； 再生發電模式，其中到電動機/發電機的電力供應中止，並且其中電力從電動機/發電機供應到靜電電容器；以及 零模式，其中到電動機/發電機的電力供應中止。
4.一種裝備於具有上部旋轉結構和下部行進主體的建築機械中的再生裝置，上部旋轉結構具有多個慣性物體，每個慣性物體對應於每種確定功能，所述上部旋轉結構包括 混合驅動單元； 多個液壓致動器，其驅動所述多個慣性物體中的每個； 液壓泵，其將壓力油供應到所述多個液壓致動器； 發動機，其驅動所述液壓泵； 控制器，其錄入操作者的操作意圖； 方向控制閥單元，其響應於從控制器產生的壓力油信號而將從液壓泵供應的壓力油供應到每個液壓致動器；電動機/發電機，其與所述多個液壓致動器中的至少一個相應液壓致動器協同工作地、或與所述多個液壓致動器中的至少一個相應液壓致動器相獨立地驅動所述上部旋轉結構； 伺服驅動器，其驅動發電機/電動機； 靜電電容器，其向伺服驅動器供應電力和從伺服驅動器接受電力； 控制單元，其響應於從控制器產生的壓力油信號而引導所產生的力矩到伺服驅動器，並且將控制模式切換到供電模式或到再生發電模式以根據控制模式來引導所述伺服驅動器， 其中控制單元根據上部旋轉結構的轉動方向、控制器的操作方向、上部旋轉結構的實際旋轉速度、以及控制器的操縱變量而確定所述控制單元的控制模式。
5.通過使用一種裝備於具有上部旋轉結構和下部行進主體的建築機械中的再生裝置來進行的再生方法，上部旋轉結構具有多個慣性物體，每個慣性物體對應於每種確定功能，所述上部旋轉結構包括混合驅動單元； 多個液壓致動器，其驅動所述多個慣性物體中的每個； 液壓泵，其將壓力油供應到所述多個液壓致動器； 發動機，其驅動所述液壓泵； 控制器，其錄入操作者的操作意圖； 方向控制閥單元，其響應於從控制器產生的信號而將從液壓泵供應的壓力油供應到每個液壓致動器； 電動機/發電機，其與所述多個液壓致動器中的至少一個相應液壓致動器協同工作地、或與所述多個液壓致動器中的至少一個相應液壓致動器相獨立地驅動所述慣性物體之 伺服驅動器，其驅動發電機/電動機； 靜電電容器，其向伺服驅動器供應電力和從伺服驅動器接受電力； 控制單元，其響應於從控制器產生的壓力油信號而引導所產生的力矩到伺服驅動器，並且將控制模式切換到供電模式或到再生發電模式以根據控制模式來引導所述伺服驅動器， 其中控制單元根據上部旋轉結構的轉動方向、控制器的操作方向、上部旋轉結構的實際旋轉速度、以及控制器的操縱變量而確定所述控制單元的控制模式。
全文摘要
提供了一種通過使用具有上部旋轉結構和下部行進主體的建築機械而控制再生條件的方法，所述上部旋轉結構具備混合驅動單元，其中當處於制動模式時，液壓馬達由所述液壓馬達的入口埠與出口埠的內部連通經由一種連通閥而得以中立，從而使得大部分動(慣性)能通過再生發電而被有效地轉換為電能以用於電力存儲，且從而使得在最優條件下導致了在驅動與再生發電之間的切換；控制單元根據液壓致動器的轉動方向、液壓致動器控制器的操作方向、液壓致動器的實際旋轉速度、以及液壓致動器控制器的操縱變量而確定所述控制單元的控制模式。
文檔編號E02F9/22GK103255798SQ20131005525
公開日2013年8月21日 申請日期2013年2月21日 優先權日2012年2月21日
發明者西穀圭介, 西山雅大 申請人:東芝機械株式會社