BR102016024338A2

BR102016024338A2 - Device for the recovery of hydraulic energy in an implementation and corresponding implementation

Info

Publication number: BR102016024338A2
Application number: BR102016024338-6A
Authority: BR
Inventors: Helbling Frank; Landmann Thomas
Original assignee: Liebherr France Sas
Priority date: 2015-10-23
Filing date: 2016-10-19
Publication date: 2017-07-18
Also published as: RU2016141355A; DE102016003390A1; EP3159549A1; US20170114804A1; ES2911295T3; AU2016247211A1; CN106837947A; CN106837947B; EP3159549B1; CA2945219A1

Abstract

a presente invenção refere-se a um dispositivo para a recuperação de energia hidráulica em um implemento com uma bomba de ancoragem para o funcionamento como bomba ou como motor, com um acumulador de alta pressão e com um circuito diferencial do acelerador para conectar o lado inferior de um cilindro de trabalho com o lado da haste do cilindro de trabalho do implemento, e a um implemento correspondente.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVO PARA A RECUPERAÇÃO DE ENERGIA HIDRÁULICA EM UM IMPLEMENTO E EM UM IMPLEMENTO CORRESPONDENTE".

[001] A presente invenção refere-se a um dispositivo para a recuperação de energia hidráulica em um implemento e a um implemento correspondente ao mesmo.

[002] Nos dispositivos de recuperação de energia hidráulica de implementos, como são conhecidos da técnica anterior, que até agora é conhecida a utilização de bombas de trabalho que fornecem tanto uma expansão do implemento e um mecanismo giratório do implemento com fluido hidráulico. Para a recuperação de energia hidráulica é conhecido prover acumuladores de alta pressão especiais para a expansão e separação dos mesmos para as engrenagens giratórias ou acumuladores de pressão com diferentes pressões de operação. Nos dispositivos conhecidos a partir do estado da técnica, é desvantajoso que os acionadores separados e um gerenciamento separado ou uma regulação/controle separados sejam necessários para a troca de energia entre os acumuladores de pressão separados. Também pode ser desvantajoso que para a recuperação de energia nenhum circuito diferencial seja provido aos acionadores correspondentes, de modo que a utilização de uma bomba seja absolutamente necessária para a realização da recuperação.

[003] Por conseguinte, é o objeto da presente invenção prover um dispositivo genérico que seja mais simples na construção do que os dispositivos conhecidos da técnica anterior e que possa ser utilizado de forma mais flexível e mais eficiente do que o mesmo.

[004] De acordo com a invenção, este objetivo é resolvido por um dispositivo para a recuperação de energia hidráulica em um implemento com as características da reivindicação 1 e por um implemento com as características da reivindicação 10. Por conseguinte, é provido um dispositivo com uma bomba de ancoragem que pode ser utilizado como bomba ou como motor, compreendendo um acumulador de alta pressão, bem como um circuito diferencial do acelerador para conectar o lado inferior de um cilindro de trabalho com o lado da haste do cilindro de trabalho do implemento, onde na redução da expansão do implemento o fluido hidráulico que flui para fora do cilindro de trabalho flui em três regiões, em que na primeira região a bomba de ancoragem opera no modo de motor e aciona ainda mais os consumidores, em que na segunda região o acumulador de alta pressão armazena de energia de pressão, e em que, na terceira região o fluido hidráulico flui para fora do lado inferior ou lado da haste do cilindro de trabalho, pelo menos em parte, enche o respectivo outro lado do cilindro de trabalho.

[005] O que se quer dizer com o lado do cilindro de trabalho, quer seja o lado da haste ou o lado inferior do cilindro de trabalho. Mais consumidores podem ser todos os outros consumidores de um implemento. A referida construção do dispositivo assegura vantajosamente que um acumulador de alta pressão único possa ser utilizado como acumulador comum para um mecanismo giratório e a expansão ou seus acionadores. O mecanismo giratório pode ser acionado através da energia armazenada do acumulador de alta pressão e/ou por uma bomba de mecanismo giratório. Ao frear um carro superior do implemento, como, por exemplo, um carro superior da escavadeira, a energia de frenagem pode ser passada de um motor ou condutor de mecanismo giratório, que durante a frenagem funciona como bomba, para o acumulador de alta pressão.

[006] Uma vez que a bomba de trabalho é formada como bomba de ancoragem e, portanto, também pode atuar como a bomba de recuperação de energia, nenhum espaço de instalação, além disso, vantajosamente, é necessário para uma bomba adicional de outro modo necessária. O dispositivo de acordo com a invenção representa, além disso, uma variante simples da recuperação de energia hidráulica, que provê uma hibridação de um implemento sem o dispositivo de recuperação correspondente, em que a construção do carro superior do implemento não necessita ser substancialmente alterada e uma adaptação correspondente é possível sem quaisquer problemas. O arranjo inventivo do dispositivo também significa que apenas um pequeno número de válvulas, em comparação com a técnica anterior, é necessário para a recuperação de energia.

[007] Em uma modalidade exemplar, particularmente preferida, é concebível que o cilindro de trabalho seja uma cilindro de expansão da expansão do implemento. Ao diminuir a expansão de uma posição elevada para uma posição inferior, em particular, também com expansão carregada, uma quantidade bastante grande de energia potencial, portanto, pode ser recuperada através do dispositivo de recuperação de energia. Isto é devido ao fato de que em implementos a maior utilização da energia frequentemente é feita na região da expansão e as cargas movidas pelo mesmo, e por isso também as maiores quantidades de energia podem ser recuperadas.

[008] Em outra modalidade exemplar preferida, é concebível que o circuito diferencial do acelerador compreenda um acelerador entre o lado inferior e o lado da haste do cilindro de trabalho. O nível de pressão, assim, pode ser aumentado com vantagem, para encher diretamente o acumulador de alta pressão, em que o lado inferior do cilindro pode ser conectado com o lado da haste do cilindro através do circuito diferencial. Para evitar o excesso de pressão no lado inferior do cilindro, a conexão do lado inferior ao da haste pode ser estrangulada. Ao mesmo tempo, a quantidade de óleo que flui para o acumulador ou para o acumulador de alta pressão ou para a bomba ou a bomba de ancoragem é reduzida em cerca de metade.

[009] Em outra modalidade exemplar preferida, é concebível que o fluido hidráulico na terceira região flua a partir do lado inferior para o lado da haste, e em outra modalidade exemplar preferida, é concebível que a bomba de ancoragem opere em um circuito aberto. Em uma modalidade exemplar preferida, além disso, ele é concebível de modo que o fluido hidráulico flua para uma, duas ou três das regiões ao mesmo tempo ou em paralelo. Desta forma, a recuperação de energia pode ser ajustada de forma flexível na dependência da energia gerada para ser recuperada e no consumo de energia em outros consumidores.

[0010] Em outra modalidade exemplar preferida, é concebível que uma bomba hidráulica de mecanismo giratório seja provida para a condução de um mecanismo giratório do implemento. Por tal bomba separada para a condução do mecanismo giratório a expansão do implemento pode ser potenciada, mesmo se mais movimentos paralelos, por exemplo, do mecanismo giratório ocorrer. O acumulador de alta pressão pode igualmente ser carregado, enquanto, ao mesmo tempo outros movimentos, tais como, por exemplo, movimentos do mecanismo giratório são controlados em paralelo, sem perturbar os movimentos.

[0011] Em outra modalidade exemplar preferida, é concebível que a energia armazenada do acumulador de alta pressão possa ser transmitida a outras bombas e/ou a um motor de diesel através da bomba de mecanismo giratório. Em geral, a energia armazenada no acumulador de alta pressão pode ser utilizada na expansão e em um mecanismo giratório do implemento para conduzir as bombas correspondentes operadas como motor. A bomba de mecanismo giratório de forma correspondente pode vantajosamente atuar como motores e unidades de fornecimento correspondente do motor diesel ou diretamente outras bombas do implemento com a energia.

[0012] Além disso, pode-se prover que em caso de falha do dispo- sitivo uma função de emergência é provida para operar o implemento.

[0013] A invenção é também dirigida a um implemento, em particular, a um escavador hidráulico, com um dispositivo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9.

[0014] Outros detalhes e vantagens da invenção são apresentados com referência às figuras, em que: [0015] Figura 1: mostra representações esquemáticas em que uma bomba de mecanismo giratório é operada em um circuito fechado;

[0016] Figura 2: mostra representações esquemáticas em que uma bomba de mecanismo giratório é operada como a bomba de ancoragem em um circuito aberto; e [0017] Figura 3: mostra representações esquemáticas em que uma bomba de mecanismo giratório é operada como a bomba-padrão em um circuito aberto.

[0018] Na redução da expansão de um implemento, a energia potencial da expansão, sob a forma de uma corrente de óleo pressurizada correspondentemente é explorada pelo dispositivo de acordo com a invenção por meio da recuperação de três vias efetuada em três pontos ou regiões. Este é o mesmo nas modalidades das três figuras. O dispositivo da figura 2 difere dos outros dois dispositivos em que aqui o sistema hidráulico do implemento que trabalha sem o mecanismo giratório (por exemplo, trabalho de escavação de uma escavadeira sem a utilização de um mecanismo giratório) pode ser operado em três circuitos independentes. O dispositivo da figura 3 difere dos dois outros dispositivos em que a bomba de mecanismo giratório é uma bomba-padrão. O mesmo é mais fácil de operar e menos dispendioso do que uma bomba de mecanismo giratório em um circuito fechado ou uma bomba de ancoragem, mas tem a desvantagem de que ela só pode ser utilizada como bomba.

[0019] Com referência à figura 1, a função do dispositivo de acordo com a invenção será agora explicada em detalhes.

[0020] A figura 1 mostra um dispositivo de acordo com a invenção em que a corrente de óleo é passada do lado inferior de um cilindro de trabalho 100, através do eixo de controle 10 para o lado da haste do cilindro de trabalho 100. O óleo em excesso é alimentado para dentro da linha da bomba 60. A alimentação no lado da haste conduz a um aumento de pressão sobre o lado inferior, que serve o enchimento direto do acumulador do acumulador de alta pressão 40. Para evitar o excesso de pressão sobre o lado inferior, a conexão ao lado da haste pode ser estrangulada no eixo de controle 10. O controle para os mesmos pode ser efetuado eletronicamente. Isto resulta em uma recuperação de energia no lado da haste do cilindro de trabalho 100 pelo circuito diferencial do acelerador descrito.

[0021] De acordo com a invenção, uma recuperação de energia também pode ser efetuada por enchimento direto do acumulador de alta pressão 40. Através do eixo da válvula 30, uma corrente parcial de óleo pode ser ramificada a partir da linha de bomba 60 diretamente para o enchimento do acumulador do acumulador de alta pressão 40.

[0022] De acordo com a invenção, a recuperação de energia também pode ser efetuada através da bomba de ancoragem 21, em que o todo ou uma parte da corrente de óleo a partir da linha de bomba 60 aciona a bomba de ancoragem 21, a qual neste momento opera como motor. Através de uma transmissão, a energia liberada é encaminhada para outras bombas e/ou para um motor a diesel do implemento, onde correspondentemente é explorada ainda mais para o acionamento de outros consumidores, para o enchimento de acumuladores ou para compensar uma carga final. O acionamento do eixo de expansão padrão 11 provê um aumento na redução ou para uma operação normal em caso de falha do sistema de recuperação de acordo com a inven- ção. No modo de impulso, a corrente de óleo é passada a partir do lado inferior do cilindro de trabalho 100 através do eixo de controle 11 para o tanque. A expansão está em queda livre. Em operação normal, o eixo de controle 11 serve para controlar o cilindro de elevação. A corrente de óleo é passada a partir da linha da bomba 60 através do eixo de controle 11 para o cilindro de elevação e a corrente de óleo de retorno é transmitida a partir do cilindro de elevação por meio do eixo de controle 11 para o tanque.

[0023] O acionamento do eixo de expansão padrão 11 provê uma expansão sobre a redução ou para uma operação normal em caso de falha do sistema de recuperação de acordo com a invenção. A bomba de ancoragem 21 opera no modo de bomba normal quando a expansão não é reduzida. Dependendo da pressão no cilindro de elevação ou no cilindro de trabalho e, dependendo da velocidade desejada de diminuição da expansão, um algoritmo pode determinar o caminho da recuperação ou determinar para que regiões o fluido hidráulico é transmitido para a realização de uma recuperação. Ao fazê-lo, vários ou todos os três caminhos ou regiões podem ser escolhidos ao mesmo tempo.

[0024] Uma vantagem do dispositivo de acordo com a invenção com as suas três regiões de recuperação diferentes consiste em que apenas um único acumulador de alta pressão 40 deve ou pode ser utilizado e nenhuma perda da transmissão de energia entre diferentes acumuladores deve ser efetuada. O armazenamento de alta pressão também pode ser efetuado a qualquer momento e devido à bomba de mecanismo giratório separada 22, 25 também poder ser realizada em paralelo com outros movimentos de trabalho ou de mecanismo giratório. A bomba de trabalho ou bomba de ancoragem 21 pode fornecer todos os consumidores e, em particular, a expansão, o braço de escavação ou também a unidade de viagem do implemento. A bomba de mecanismo giratório 22, 25 pode ser formada como bomba de ancoragem 21.

[0025] O dispositivo de acordo com a invenção é particularmente eficiente, como na recuperação de três vias o fluxo de óleo pode ser dividido em três caminhos. O fluxo de óleo pode fluir para a bomba de ancoragem 21, para o acumulador de alta pressão 40 e para o lado da haste do cilindro de trabalho 100. A corrente de óleo completa não necessita fluir através da bomba, de modo que os componentes necessários para a recuperação, em particular a bomba ou bomba de ancoragem 21, pode ser dimensionada menor ou mais compacta e menos dispendiosa e, como resultado perdas de pressão menores são obtidas no dispositivo. Devido às regiões para a recuperação formada em três circuitos hidráulicos independentes, uma adaptação de pressão é supérflua durante a recuperação, em que nenhuma perda de pressão deve ser aceita.

[0026] Em geral, este provê as vantagens de que o acumulador de alta pressão 40 pode ser carregado, mesmo se outros movimentos do implemento forem controlados em paralelo. Estes movimentos não são influenciados pelo carregamento do acumulador de alta pressão 40. Além disso, a expansão pode ser acelerada por meio de um pistão-padrão. O implemento, que em particular pode ser formado como escavadeira, também ainda pode ser operado durante o mau funcionamento do sistema de recuperação, uma vez que o sistema de recuperação ilustrado representa uma solução add-on.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Dispositivo para a recuperação de energia hidráulica em um implemento com uma bomba de ancoragem (21) para o funcionamento como bomba ou como motor, caracterizado pelo fato de que compreende um acumulador de alta pressão (40), bem como um circuito diferencial do acelerador para conectar o lado inferior de um cilindro de trabalho (100) com o lado da haste do cilindro de trabalho (100) do implemento, em que reduzindo uma expansão do implemento o fluido hidráulico que flui para fora do cilindro de trabalho (100) flui em três regiões, em que na primeira região a bomba de ancoragem (21) opera no modo de motor e impulsiona ainda mais os consumidores, em que na segunda região o acumulador de alta pressão (40) armazena a energia da pressão, e em que na terceira região o fluido hidráulico que flui para fora do lado inferior ou do lado da haste do cilindro de trabalho (100) enche pelo menos parcialmente o respectivo outro lado do cilindro de trabalho (100).

2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o cilindro de trabalho (100) é um cilindro de expansão d expansão do implemento.

3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o circuito diferencial do acelerador compreende um acelerador entre o lado inferior e o lado da haste do cilindro de trabalho (100).

4. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que o fluido hidráulico na terceira região flui a partir do lado inferior para o lado da haste do cilindro de trabalho (100).

5. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a bomba de ancoragem (21) opera em um circuito aberto.

6. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindica- ções anteriores, caracterizado pelo fato de que o fluido hidráulico flui para uma, duas ou três das regiões ao mesmo tempo ou em paralelo.

7. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações hidráulica anteriores, caracterizado pelo fato de que uma bomba de mecanismo giratório (22, 25) é provida para a condução de um mecanismo giratório do implemento.

8. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a energia armazenada do acumulador de alta pressão (40) pode ser transmitida para outras bombas e/ou para um motor diesel através da bomba de mecanismo giratório (22, 25).

9. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que no caso de falha do dispositivo uma função de emergência é provida para operar o implemento.

10. Implemento, em particular uma escavadeira hidráulica, caracterizado pelo fato de que é com um dispositivo, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9.