CN101398017A - 液压驱动系统 - Google Patents

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CN101398017A CNA2008101695356A CN200810169535A CN101398017A CN 101398017 A CN101398017 A CN 101398017A CN A2008101695356 A CNA2008101695356 A CN A2008101695356A CN 200810169535 A CN200810169535 A CN 200810169535A CN 101398017 A CN101398017 A CN 101398017A
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Abstract

本发明涉及一种用于驱动设备的液压驱动系统,该液压驱动系统具有:驱动单元;第一容积式液压机器和第二容积式液压机器,所述驱动单元连接或者能够连接于第一容积式液压机器和第二容积式液压机器以传递机械能;以及第三容积式液压机器和第四容积式液压机器,所述第三容积式液压机器和第四容积式液压机械能够连接或者连接于设备以传递机械能,其中第一容积式液压机器液压连接或者能够液压连接于第三容积式液压机器,并且设有高压蓄能器,该高压蓄能器液压连接或者能够液压连接于第二积式液压机器和第四容积式液压机器。

Description

液压驱动系统技术领域本发明涉及一种用来驱动设备的液压驱动系统,该液压驱动系统具有:驱动单元,该驱动单元能够通过包括第一容积式液压机器和第二容 积式液压机器的主液压回路来驱动所述设备;第三容积式液压机器,该 第三容积式液压机器能够连接或者连接于所述设备以传递机械能;以及 高压蓄能器,该高压蓄能器液压连接或者能够液压连接于第三容积式液 压机器。特别地,本发明涉及一种应用在起重机中、尤其是用来驱动绞 盘的液压驱动系统。另外,本发明还涉及一种特别作为行驶驱动机构而 在移动设备中、尤其是在伸壁式起重机或轮式装载机中使用的液压驱动 系统。背景技术为了提供用来驱动设备的液压能,这种液压驱动系统通常包括主驱 动单元,例如驱动一个或多个液压泵的内燃发动机或电动马达。为了改 善这种系统的性能,首要的是能够将驱动单元的尺寸设置得较大,从而 还能够提供更多的液压能。然而,当主驱动单元的尺寸增大时,系统的 成本、封装空间以及能量消耗也随之增加。为此,越来越多地使用到液压蓄能器。在例如制动阶段中使液压蓄 能器进行充液,并在加速阶段中将储存于液压蓄能器中的液压能供应到 驱动系统。因为在负载峰值期间驱动单元得到了高压蓄能器的辅助,于 是能够将驱动单元自身的尺寸设置得较小。在已知的具有这种高压蓄能 器的液压驱动系统中,无法实现对于能量的储存和释放的令人满意的效 率。此外,启动通常也很复杂。发明内容因此,本发明的目的在于提供一种液压驱动系统,该液压驱动系统 能够提供高效的能量储存以及简单的启动。
根据本发明,该目的是通过如下所述的用于驱动设备的液压驱动系统来实现。该液压驱动系统包括:驱动单元,该驱动单元能够统购包括 笫一容积式液压机器和第二容积式液压机器的主液压回路来驱动设备; 第三容积式液压机器,该第三容积式液压机器能够连接或者连接于所述 设备以传递机械能;以及高压蓄能器,该高压蓄能器液压连接或者能够 液压连接于第三容积式液压机器。根据本发明,可以通过连接或者能够 连接于驱动单元以传递机械能的容积式液压机器对高压蓄能器进行充 液。由于高压蓄能器通过连接或者能够连接于驱动单元的容积式液压 机器来充液,所以在由驱动单元所提供的驱动功率没有用于驱动设备或 者没有完全用于驱动设备的阶段中能够以极高的效率对蓄能器进行充 液,于是通过该容积式液压机器实现了由驱动单元提供的机械能到液压 能的直接转化。利用本发明的布置,还可以在设备未移动的情况下经由驱动单元来 对高压蓄能器进行充液,而在已知的系统中,仅能在设备移动时对高压 蓄能器进行充液。这样导致了本发明的液压驱动系统的蓄能器管理的灵 活性大为提高,因为在所述设备不操作并且因此第二容积式液压机器和 第三容积式液压机器都不运动的阶段中,也可以通过连接或者能够连接 于驱动单元以传递机械能的容积式液压机器对高压蓄能器进行充液。除 了最佳效率之外,由于驱动单元的机械能直接转化为随后被储存起来的 液压能,还随之获得了对蓄能器管理的改善。利用本发明的布置,尤其能够始终在最佳操作点对例如柴油发动机 的驱动单元进行操作,并将主液压回路中不需要的能量储存在高压蓄能 器中。在负载峰值期间,该能量能够返回到驱动系统,从而在驱动单元 的尺寸设置得相对较小的情况下使得整个系统具有高的输出功率。另 外,由于能够采用最佳的操作点,所以正如使用寿命一样,能够使得驱 动系统的能量消耗最优化。根据本发明,第一容积式液压机器另外还能够作为液压泵进行操 作,而第二容积式液压机器能够作为液压马达进行,使得第一容积式液 压机器驱动第二容积式液压机器并形成主液压回路。能够通过独立于主 液压回路的第三容积式液压机器实现能量的回收。这样提供了本发明系 统的特别容易的启动。有利地,流经包括第一容积式液压机器和第二容
积式液压机器的主液压回路的体积流量以及这些容积式液压机器的可能的调节指定了设备的速度和位置。然后可根据负载情况使用第三容积 式液压机器来储存液压能或者辅助包括第一容积式液压机器和第二容积式液压机器的驱动系统。因此,可以主要对主驱动机构进行控制,而对包括高压蓄能器和第 三容积式液压机器的次级驱动机构进行次级控制。这样,能够有效地避 免阻碍实际上更为有利的次级控制在能量方面的实际转化的问题。因为 扭矩差会立刻导致设备的移动,所以在控制技术方面难以掌握以前在次 级控制下的驱动。因为在实际中由于液压部件的公差、滞后现象和相似的干扰影响,使得无法产生100%理想的扭矩,所以本发明的主控制和次级控制下的驱动回路的结合在控制技术方面提供了大量的优点。与次级控制下的简单驱动相比,本发明的变体非常健全,这是因为:即使包 括高压蓄能器和第三容积式液压机器的次级驱动机构不能精确地产生预先计算出的期望扭矩,主驱动机构也能够指定期望的速度或位置,并 因此防止设备的不期望的移动。尤其是在安全性方面,本发明的系统提 供了显著的改善并将安全性与次级控制下的驱动机构的积极优点结合 起来。有利地,能够由第一容积式液压机器对高压蓄能器进行充液,以便 提供用于驱动第二容积式液压机器的液压能,第一容积式液压机器始终 存在于本发明的液压驱动系统中并且能够连接或连接于驱动单元。在由 第一容积式液压机器所提供的液压能没有或者没有完全被第二容积式 液压机器利用的阶段中,根据本发明液压能能够储存在高压蓄能器中, 并且然后可在高负载操作阶段中用于辅助驱动单元。有利地,高压蓄能器能够经由阀连接于第一容积式液压机器。在应 当通过驱动单元和笫一容积式液压机器对高压蓄能器进行充液的阶段 中,高压蓄能器经由该阀连接于主液压回路。然而,在利用储存于高压 蓄能器中的液压能来驱动所述设备的阶段中,高压蓄能器从主液压回路 分离并通过第三容积式液压机器驱动所述设备。因此,高压蓄能器通过 阀而能够连接于第一容积式液压机器,所述阀有利地具有其中使高压蓄 能器从第一容积式液压机器分离的切换位置以及其中使高压蓄能器连 接于第一容积式液压机器的笫二切换位置。在更加有利的方式中,可以通过节流阀进行连接。通过这样的
控制阀,能够高效地启动根据本发明的蓄能器管理。可替代地,根据本发明能够设置第四容积式液压机器,借助于该第 四容积式液压机器能够对高压蓄能器进行充液。除了上述高效且灵活的 蓄能器管理之外,这样还为剩余的液压系统提供了灵活的构造,因为包 括第一容积式液压机器和第二容积式液压机器的主液压回路能够独立于包括第四容积式液压机器、高压蓄能器以及第三容积式液压机器的第 二液压回路而操作。因此,本发明的这种实施方式包括:驱动单元、第一容积式液压机 器和第四容积式液压机器、以及第二容积式液压机器和第三容积式液压 机器,驱动单元能够连接或者连接于第一容积式液压机器和第四容积式 液压机器以传递机械能,第二容积式液压机器和第三容积式液压机器能 够连接或者连接于所述设备以传递机械能。第一容积式液压机器液压连 接或者能够液压连接于第二容积式液压机器。另外,根据本发明设有高 压蓄能器,高压蓄能器液压连接或者能够液压连接于第四容积式液压机 器和第三容积式液压机器。这样初步提供了包括第一容积式液压机器和第二容积式液压机器 的主液压回路,通过该主液压回路能够液压驱动所述设备。而第四容积 式液压机器和第三容积式液压机器用于高压蓄能器的高效蓄能器管理。 由于第四容积式液压机器连接或者能够连接于主驱动单元并且同时第 三容积式液压机器能够连接或者连接于所述设备,所以当对高压蓄能器 进行充液以及当回收能量时都能够获得由主驱动单元所提供的驱动功 率的最佳效率和良好利用。此外,通过利用第四容积式液压机器还获得 了该系统的最佳可控性。此外有利地,因为第三容积式液压机器可以作为液压泵进行操作, 所以能够通过根据本发明的第三容积式液压机器对高压蓄能器进行充 液。于是在所述设备应当制动的阶段中,可将从所述设备传递到驱动系 统的机械能储存起来。这里同样地,因为来自所述设备的机械能通过第 三容积式液压机器被直接转化为液压能并被供应到高压蓄能器,所以确 保了极高的效率。还能够以这种方式减少系统的能量消耗。此外,因为 储存在高压蓄能器中的液压能能够在加速阶段过程中用来辅助系统,所 以能够釆用较小的驱动单元。 特别有利地,能够根据操作条件来通过第一容积式液压机器或第四 容积式液压机器、或者通过第三容积式液压机器对高压蓄能器进行充 液,从而均可获得极高的效率,而这与高压蓄能器是通过驱动单元还是 通过所述设备进行充液无关。另外有利地,用于进行充液的容积式液压机器连接或者能够连接于 液压储存器。因此当储存能量时,能够将液压流体从液压储存器中抽出 并泵送到高压蓄能器中。然而,如果相应的容积式液压机器作为液压马 达进行操作,则流体能够经由该容积式液压机器而流到液压储存器中。根据本发明,第三容积式液压机器和/或第四容积式液压机器有利地 连接于液压储存器。当使用第四容积式液压机器时,则有利地获得了包 括第四容积式液压机器、高压蓄能器和第三容积式液压机器的开式次级液压回路。然而,当通过第一容积式液压机器对高压蓄能器进行充液时,该构 造取决于主液压回路是开式型还是闭式型。在开式主液压回路的情况 下,当高压蓄能器连接于作为液压泵进行操作的第一容积式液压机器的 出口时,第一容积式液压机器连接于液压蓄能器并能够对高压蓄能器进 行充液。然而在闭式液压回路的情况下,通过总是存在的漏油补偿能够 有利地提供液压流体,为此使液压储存器经由供给泵和止回阀连接于作 为液压泵进行操作的第一容积式液压机器的入口 ,由此对第一容积式液 压机器供应具有最小压力的液压流体。另外有利地,根据本发明使第三容积式液压机器作为液压马达进行 操作并通过高压蓄能器来驱动。因此在高负栽的阶段中,可以使储存在 高压蓄能器中的液压能返回到驱动系统并驱动所述设备。因为液压能通 过第三容积式液压机器直接转化为机械能并于是将该机械能用来驱动所述设备,所以再次获得了极高的效率。当负栽峰值能够由储存在高压 蓄能器中的能量来承担时,由于主驱动得到了第三容积式液压机器的辅 助,所以驱动单元的尺寸能够设置得较小。另外有利地,第一容积式液压机器和/或第四容积式液压机械能够作 为液压马达进行操作并通过高压蓄能器来驱动。这样,还可以对驱动单 元并行驱动的另外的负载提供能量,此处同样可以获得良好的效率。另外有利地,第一容积式液压机器还能够作为液压马达进行操作, 而第二容积式液压机器还能够作为液压泵进行操作,从而使第二容积式 液压机器来驱动第一容积式液压机器。这样,例如在所述设备的制动阶 段中,可以通过包括第二容积式液压机器和第一容积式液压机器的回路 使能量再循环到由驱动单元并行驱动的另外的负栽。根据本发明,第一容积式液压机器和第二容积式液压机器有利地形 成闭式液压回路。这种用于驱动所述设备的包括第一容积式液压机器和 第二容积式液压机器的闭式液压回路对于很多应用而言都具有很大的 优点,但在前述的已知液压驱动系统中,该闭式液压回路阻碍了能量的 高效回收和高效的蓄能器管理。然而,由于连接于高压蓄能器的第三容积式液压机器的使用、以及 由于通过能够连接于驱动单元的容积式液压机械能够对高压蓄能器进 行充液,所以如今在包括第一容积式液压机器和第二容积式液压机器的 闭式液压回路的情况下也可以执行高效的蓄能器管理以及以高效率进行能量的储存和回收。然而,当第一容积式液压机器和第二容积式液压机器形成开式液压 回路时当然也能够有利地使用本发明。另外有利地,第二容积式液压机器的轴和第三容积式液压机器的轴能够连接或者连接于所述设备的驱动轴以传递机械能。这样,机械能能 够从第二容积式液压机器和第三容积式液压机器高效地传递到所述设备的驱动轴,反之亦然。另外有利地,第二容积式液压机器的轴和第三容积式液压机器的轴 直接相连或经由传动装置相连。因此,第二容积式液压机器的轴的运动 和第三容积式液压机器的轴的运动稳固地结合,从而在具有高效的情况下获得简单的构造。另外有利地,第二容积式液压机器的轴和/或第三容积式液压机器的 轴通过至少一个离合器能够连接于所述设备的驱动轴。因此,如果需要 的话就能够高效地实现本发明的用于传递机械能的连接。另外有利地,驱动单元的输出轴能够连接或者连接于第一容积式液 压机器和/或第四容积式液压机器的驱动轴以传递机械能。这样,第一 容积式液压机器和/或第四容积式液压机械能够由驱动单元驱动并且于
是将驱动单元提供的机械能转化为液压能。另外有利地,第一容积式液压机器的驱动轴和第四容积式液压机器 的驱动轴能够通过至少两个离合器而独立地连接于驱动单元的输出轴。 这样,可以独立地进行第一容积式液压机器和第四容积式液压机器的相 应的启动,从而例如仅驱动第一容积式液压机器、或仅驱动第四容积式 液压机器或者对两者进行驱动。另外有利地,驱动单元通过传动装置来驱动第一容积式液压机器的 驱动轴和/或第四容积式液压机器的驱动轴。于是,该传动装置提供用 于驱动第一容积式液压机器和/或第四容积式液压机器的相应的传动 比。驱动单元能够通过离合器连接于传动装置。另外,该传动装置能够 通过离合器连接于第一容积式液压机器和/或第四容积式液压机器。另外有利地,根据本发明设有通过驱动单元驱动的另一设备。有利 地,该另 一设备与第一容积式液压机器和/或第四容积式液压机器并行 地被驱动。当第一设备是例如起重机的提升机构时,另一设备可以是例 如起重机的摆动机构或回转机构,从而能够通过单个驱动单元驱动起重 机的多个定位装置。另外有利地,所述另一设备通过具有液压泵的液压回路来驱动,其 中所述液压泵由驱动单元驱动。因此,驱动单元用来驱动多个液压回路以驱动多个i殳备。另外有利地,另一设备或驱动所述另一设备的液压泵能够独立于第 一容积式液压机器和/或第四容积式液压机器而通过至少一个离合器连 接于驱动单元。因此,能够通过驱动单元独立地驱动各个设备。另外有利地,另一设备或驱动所述另一设备的液压泵能够连接于、 特别是通过至少一个离合器连接于第一容积式液压机器和/或第四容积 式液压机器以传递机械能。这样,可以将来自第一容积式液压机器和/ 或第四容积式液压机器的能量传递到所述另一设备或传递到驱动所述另一设备的液压泵,从而在蓄能器管理或能量回收中还能够包括该另一 设备。然而,对于所述另一设备来说所获得的效率要差一些,因为此处 的液压能必需首先转化为机械能并随后再转化回液压能。第一容积式液压机器和/或第四容积式液压机器与所述另 一设备或驱动所述另 一设备 的液压泵的连接能够例如通过公用的传动装置来实现,所有部件都通过
该公用传动装置由驱动单元驱动。于是该传动装置还能够用于各部件之 间的能量传递。另外有利地,本发明的液压驱动系统的驱动单元包括内燃发动机或 电动马达。于是,驱动单元表示驱动各个容积式液压机器的主驱动单元。 由于本发明的液压驱动系统,使得该驱动单元能够在最佳的操作点进行 操作,这是因为在低负载阶段能够通过高压蓄能器将能量储存起来,而 在高负栽阶段能够将该能量供应到系统中以减轻驱动单元的马达的负 担。在高输出功率的情况下,还可以以这种方式仅使用驱动单元的相对 较小的驱动功率。有利地,本发明的驱动单元包括单个马达。在没有本发明的高压蓄 能器管理的情况下必须使用两个马达以便增加系统的总体性能,作为其 替代,在本发明中单个马达就足够了,因为负栽峰值能够通过高压蓄能 器来承担。可替代地,能够使用并行地驱动传动装置的多个马达,因为 驱动单元与第一容积式液压机器和/或第四容积式液压机器的连接确保 了各个马达的最佳使用,其中将不需要的驱动能量储存起来。另外有利地,根据本发明,第一容积式液压机器和/或第二容积式液 压机器具有可调节工作容量。这样,能够相应地启动包括第一容积式液 压机器和第二容积式液压机器的液压回路。另外有利地,本发明的液压驱动系统的第三容积式液压机器和/或第 四容积式液压机器具有可调节工作容量。通过第四容积式液压机器的可 调节性使得能量的储存和使用能够通过该容积式液压机器来控制,并且 通过第三容积式液压机器的可调节性使得来自所述设备的能量回收和该设备相应的额外驱动能够通过该容积式液压机器来控制。另外有利地,第一容积式液压机器和/或第二容积式液压机器具有两 个输送方向。这样,可以通过第一容积式液压机器和第二容积式液压机 器在两个方向上移动所述设备。另外有利地,根据本发明,第三容积式液压机器和/或第四容积式液 压机器具有两个输送方向。这样,可以通过从一个输送方向切换到另一 输送方向来操作第三容积式液压机器和/或第四容积式液压机器,而无 需在其它情况下所必需的既作为泵又作为马达的回路布置。
另外有利地,根据本发明设有两个设备,这两个设备的驱动系统均 包括第一容积式液压机器、第二容积式液压机器和第三容积式液压机 器,其中第一容积式液压机械能够连接或者连接于驱动单元以传递机械 能,而第二容积式液压机器和第三容积式液压机器都能够连接或者连接 于所述设备以传递机械能,并且第一容积式液压机器连接或者能够连接 于第二容积式液压机器。因此从本质上来说,能够获得包括第一容积式 液压机器、第二容积式液压机器和第三容积式液压机器的两个并行的液 压驱动系统。本发明的高压蓄能器液压连接或者能够液压连接于第三容 积式液压机器。因为来自两个负栽的能量回收的效率通过两个第三容积 式液压机器而最佳化,这样,在具有两个负载的情况下也可以实现最佳 的能量储存。驱动单元的能量储存能够通过第一容积式液压机器中的一个或两 个来实现。为此,有利地,高压蓄能器通过一个或多个阀能够连接于第 一容积式液压机器中的至少一个的出口 。可替代地,还能够通过第四容积式液压机器实现能量储存。为了储 存直接来自驱动单元的驱动功率的能量,仅必须设置一个单独的第四容 积式液压机器,从而实现了最佳效率。有利地,本发明的液压驱动系统包括用于启动系统的储能功能和做 功功能的控制器。于是该控制器执行系统部件的相应启动,以便在各个 阶段中或将能量储存在高压蓄能器中或使该能量返回到系统。有利地,本发明的液压驱动系统是起重机的驱动系统。这里,使用 本发明的蓄能器管理具有^f艮多益处。有利地,所述设备是绞盘,特别是提升绞盘。特别地,在降下负栽 时释放出的能量能够通过第三容积式液压机器回收,在升高负载时驱动 单元能够通过高压蓄能器得到辅助。另外当仅对驱动单元加栽少量负栽 时,还可以通过第一容积式液压机器或第四容积式液压机器对高压蓄能 器进行充液。这样既得到了性能的显著提升又大大地节省了能量。因此 尽管输出功率增大,但主驱动功率能够减小。由于当降下负栽时释放出 的能量不必浪费掉而是储存起来,所以又能够减小冷却器的表面。另夕卜, 主驱动机构的速度降低导致了噪声和废气排放的降低。另外,由于均匀 的负载,所以使得例如柴油发动机的驱动单元获得了延长的使用寿命。 然而,本发明的液压驱动系统还能够用来驱动移动设备,特别是伸 臂式起重机或轮式装载机。由于本发明的蓄能器管理,这里还能够实现 能量的显著节省和性能的显著提升。有利地,所述设备是行驶驱动机构,使得在制动时能量能够回收, 然后该能量可用于加速。本发明另外还包括具有本发明液压驱动系统的起重机,本发明液压 驱动系统如上所述。这样提供了如同如上所述的相同的优点。本发明另外还包括具有如上所述的液压驱动系统的移动设备,特别 是伸臂式起重机或轮式装栽机。这样同样提供了上述优点。本发明另外还包括用来操作本发明的驱动系统的方法,其中当驱动 单元的动力没有用于或者没有完全用于驱动所述设备时,通过经由第三 容积式液压机器转化所述设备的动能来对高压蓄能器进行充液和/或经 由连接或者能够连接于驱动单元以传递机械能的容积式液压机器来对 高压蓄能器进行充液。这样, 一方面能够将例如所述设备制动时释放出 的能量储存起来,而另一方面能够通过将过多的动力经由容积式液压机 器储存在高压蓄能器中而在最佳操作点操作驱动单元。由于各容积式液 压机器的直接连接从而均获得了极高的效率.根据本发明,能够在所述设备未移动时由驱动单元实现高压蓄能器 的充液。这样对于传统的系统来说是不可能的,但是现在实现了充分改 善的能量管理。有利地,为此设置了 一方面包括第一容积式液压机器和第二容积式 液压机器而另 一方面包括第四容积式液压机器和第三容积式液压机器 的两个液压回路,从而实现了劳动分工,由此可以实现本发明的液压系 统的简单启动。另外有利地,通过经由第三容积式液压机器来转化来自高压蓄能器 的液压能而驱动所述设备。这样,可以利用储存在高压蓄能器中的液压 能,以便辅助驱动单元,因此驱动单元需要较小的输出功率。另外有利地,由于来自高压蓄能器的液压能经由第一容积式液压机 器和/或第四容积式液压机器进行转化,所以机械能可以针对另外的负 载而释放。因此在功率峰值的情况下,还能够经由高压蓄能器来驱动另
外的负栽,但这时的效率较低。本发明另外还包括用来驱动i殳备的液压驱动系统,该液压驱动系统 具有:驱动单元,该驱动单元能够通过包括液压泵和液压马达的主液压 驱动机构来驱动所述设备;次级液压驱动机构,该次级液压驱动机构包 括另外的容积式液压机器,该另外的容积式液压机器连接或者能够连接 于所述设备以传递机械能;高压蓄能器,该高压蓄能器液压连接或者能 够液压连接于所述另外的容积式液压机器;以及控制器,其中主液压驱 动机构受到主控制,而次级液压驱动机构受到次级控制。另外,本发明包括用于通过液压驱动系统来驱动设备的相应的方 法,该液压驱动系统具有:驱动单元,该驱动单元能够通过包括液压泵 和液压马达的主液压驱动机构来驱动所述设备;次级液压驱动机构,该 次级液压驱动机构包括另外的容积式液压机器,该另外的容积式液压机械能够连接或者连接于所述设备以传递机械能;以及高压蓄能器,该高 压蓄能器液压连接或者能够液压连接于所述另外的容积式液压机器,其 中主液压驱动机构受到主控制,而次级液压驱动机构受到次级控制。于是,主控制下的主液压驱动机构通过体积流量来指定所述设备的 速度和位置,使得另外的容积式液压机器的次级控制中的微小误差不会 引起即时的、不期望的负载移动。特别是在安全性方面,与次级控制下 的传统驱动相比能够提供大量的优点,特别是由于几乎无法掌握这些控 制技术的问题,_所以使得、传统驱动迄今为止无法获得认可。本发明的次与能量高效回收的优点结合起来。有利地,本发明的方法由根据本发明的液压驱动系统的控制器来自 动执行。附图说明现在将参照实施方式和附图对本发明进行详细描述,在附图中:图la示出了用来驱动绞盘的本发明的液压驱动系统的实施方式, 该液压驱动系统具有闭式主液压回路,其中能够通过主液压回路的第一 容积式液压机器对高压蓄能器进行充液; 图lb示出了用于驱动两个设备的本发明的液压驱动系统的实施方 式,其中设有两个闭式主液压回路,并且其中通过具有较高压力的主液压回路对高压蓄能器进行充液;图lc示出了用于驱动两个负载的本发明的液压驱动系统的实施方 式,该液压驱动系统包括两个闭式主液压回路,其中能够通过各个主液 压回路的第一容积式液压机器对高压蓄能器进行充液;图2a示出了用于驱动绞盘的本发明的液压驱动系统的实施方式, 该液压驱动系统包括闭式主液压回路,其中设有第四容积式液压机器,通过该第四容积式液压机械能够对高压蓄能器进行充液;图2b示出了图2a所示的液压驱动系统的替代实施方式;图2c示出了用于驱动行驶驱动机构的如图2a所示的本发明的液压 驱动系统的实施方式;图2d示出了用于驱动两个负载的本发明的液压驱动系统的实施方 式,该液压驱动系统包括两个闭式主液压回路,其中设有第四容积式液 压机器,通过该第四容积式液压机械能够对高压蓄能器进行充液;图2e示出了本发明的液压驱动系统的实施方式,除了图2d所示的 液压驱动系统之外还包括用于驱动另外的负载的另 一液压回路;图3a示出了用于驱动绞盘的本发明的液压驱动系统的实施方式, 该液压驱动系统具有开式主液压回路,其中通过主液压回路的第一容积 式液压机械能够对高压蓄能器进行充液;图3b示出了用于驱动两个绞盘的本发明的液压驱动系统的实施方 式,该液压驱动系统包括两个开式主液压回路,通过单个第一容积式液 压机器对所述两个开式主液压回路供应液压流体,其中通过第一容积式 液压机械能够对高压蓄能器进行充液;图4示出了用于驱动第一设备的本发明的液压驱动系统的实施方 式,该液压驱动系统包括开式主液压回路和第四容积式液压机器,通过 该第四容积式液压机械能够对高压蓄能器进行充液,其中设有另一液压 回路以驱动另外的负栽;
图5a示出了用于驱动起重机的本发明的液压驱动系统的实施方式, 包括用于驱动绞盘的具有能量回收的本发明的液压驱动系统以及用于 驱动摆动机构和回转机构的另外两个液压回路;图5b示出了用于驱动起重机的本发明的液压驱动系统的实施方式, 包括用于驱动两个绞盘的具有能量回收的本发明的液压驱动系统以及 用于驱动回转机构和摆动机构的另外两个液压回路;图6a示出了用于驱动绞盘的本发明的液压驱动系统的另一实施方 式,其中驱动单元包括并行连接的两个马达;以及图6b示出了用于驱动绞盘的本发明的液压驱动系统的另一实施方 式,其中驱动单元以及第一容积式液压单元和第四容积式液压单元都构造成双份。 具体实施方式现在由图la示出用于驱动绞盘6的本发明的液压驱动系统的实施 方式。提供柴油发动机作为驱动第一容积式液压机器1的驱动单元10。 为此,驱动单元10通过离合器7和传动装置8连接于第一容积式液压 机器1。第一容积式液压机器1通过液压管路11和13连接于第二容积 式液压机器2,从而获得闭式主液压回路。第二容积式液压机器2连接 于绞盘6并驱动绞盘6。另外还设有同样连接于绞盘6的第三容积式液压机器3。第三容积 式液压机器3通过液压管路连接于液压储存器9和高压蓄能器5。液压 蓄能器5另外经由阀70连接于第一容积式液压机器1,即通过主液压回 路的压力侧液压管路11连接于第一容积式液压机器1。现在当第一容积式液压机器1由驱动单元10来驱动时,主液压回 路通过第二容积式液压机器2来驱动绞盘6,从而能够将负载升高。另 一方面,当由绞盘6降下负载时,释放出的机械能能够在第三容积式液 压机器中转化为液压能并被储存在高压蓄能器5中。由于机械能直接转 化为液压能,因而获得了极高的效率。另一方面,当升高负载时,储存 在高压蓄能器5中的能量能够通过第三容积式液压机器3来辅助第二容 积式液压机器2进行做功并同样驱动绞盘6。通过液压能到机械能的之
间转化再次获得了极高的效率。当阀70处于图la所示的位置中时,高 压蓄能器5从主液压回路分离。另外,在绞盘6处于静止或者用于致动绞盘6所需的驱动能量低于 由驱动单元10所提供的能量的操作阶段中,通过切换阀70而能够使高 压蓄能器5连接于第一容积式液压机器1的出口 ,以便对高压蓄能器5 进行充液。由于驱动单元提供的机械能通过第一容积式液压机器1直接 转化为液压能并且将液压能储存在高压蓄能器5中,所以又获得了极高 的效率。为了启动蓄能器操作,使得阀70在其打开位置中能够进行节 流。在蓄能器操作期间,通过第一容积式液压机器l泵送到高压蓄能器 5中的液压流体是由较小的供给泵卯提供的。供给泵卯以最小的压力 经由止回阀91对低压侧13进行供给并因此补偿漏油损失,在已知的闭 式液压回路中同样存在漏油损失。根据本发明,供给泵90对第一容积 式液压机器1供以液压流体,该液压流体也是泵送至高压蓄能器5的液 压流体。由于通过连接于驱动单元10以传递机械能的容积式液压机械能够 对高压蓄能器5直接进行充液,所以根据本发明还可以在绞盘6静止时 以极高的效率储存能量。因此,始终能够在最佳的操作点对例如柴油发 动机形式的驱动单元10进行操作,其中由驱动单元10所提供的机械能 用于驱动绞盘6或储存在高压蓄能器5中。此外,通过第三容积式液压 机器3能够回收和储存来自绞盘6运动的能量。在高负载阶段,还可以 利用储存的液压能通过第三容积式液压机器来驱动绞盘6。因此,由于 负载峰值得到了补偿,所以能够大大地减小驱动单元10的尺寸设置。第一容积式液压机器、第二容积式液压机器以及笫三容积式液压机 器构造成具有两个输送方向的变量泵,通过所述变量泵的调节来启动液 压系统。经过包括第一容积式液压机器和第二容积式液压机器的闭式液 压回路的体积流量决定了绞盘的运动,而第三容积式液压机器则根据负 栽状况而由绞盘6驱动或驱动绞盘6。 能够对主液压回路进行主控制, 并对第三液压驱动单元进行次级控制,从而能够结合各自的优点(主控 制下安全且可靠的启动以及次级控制下高效的能量回收),而摒除各自 的缺点。
现在由图lb示出用于驱动两个负栽的本发明的液压驱动系统的另 一实施方式。提供了两个闭式主液压回路用以驱动各自的负栽,这两个闭式主液压回路基本对应于图la所示的主液压回路。各个主液压回路 的第一容积式液压机器1和21能够由驱动单元10通过传动装置8并行 地驱动,并分别液压连接于驱动第一设备和第二设备的第二容积式液压 机器2和22。第三容积式液压机器3和23分别连接于第一设备和第二 设备。第三容积式液压机器3和23利用一个端口连接于液压储存器9, 并利用另一端口连接于高压蓄能器5。高压蓄能器5另外还经由岡70 连接于阀组71。阀组71包括两个止回阀,阀70和阀组71之间的连接 管路74经由这两个止回阀分别与主液压回路的压力侧72、 73相连。因 此,图lb中所示的实施方式中的液压储能基本对应于图la中所示的液 压储能,其中在阀70的打开位置中,高压蓄能器5能够通过各个主液 压回路而充以较高的压力。借助于图lb所示的实施方式,与图la所示的实施方式相似,可以 通过第一容积式液压机器或第三容积式液压机器执行本发明的能量储 存的操作模式。同样,储存在高压蓄能器5中的液压能能够分别通过第 三容积式液压机器3和23来驱动所述两个设备。图lc示出本发明的驱动系统的另一实施方式,在本实施方式中如图 lb所示来对两个设备进行驱动。主驱动回路同样地对应于图lb所示的 驱动回路,而分别设置了单独的控制阀70和80来代替阀组71,高压蓄 能器5经由控制阀70和80连接于主液压回路的压力侧72、 73。阀70 和80类似于图la所示的阀70来进行操作,使得可以通过各个主液压 回路的各自的第一容积式液压机器1和21对高压蓄能器5进行充液。在图lb和图lc所示的实施方式中,与图la所示的实施方式相似, 通过相应的漏油流量补偿来实现通过第一容积式液压机器1和21而泵 送到高压蓄能器5中的液压流体的供应,该液压流体漏油流量补偿又是 通过未示出的供给泵来实现的。图2a示出了用于驱动起重机绞盘6的本发明的液压驱动系统的另 一实施方式,在本实施方式中,通过第四容积式液压单元4来实现对高 压蓄能器进行充液。同样地,提供柴油发动机作为驱动单元IO,其经由 离合器7连接于传动装置8。传递装置8继而与第一容积式液压机器1 以及与第四容积式液压机器4相连。因此,驱动单元10通过离合器7
和传动装置8能够驱动第一容积式液压机器1和第四容积式液压机器4。第一容积式液压机器1经由液压管路11和13连接于第二容积式液 压机器2,从而获得包括第一容积式液压机器和第二容积式液压机器的 液压回路。第二容积式液压机器2继而连接于绞盘6并驱动绞盘6。在 本实施方式中,包括第一容积式液压机器和第二容积式液压机器的液压 回路是闭式液压回路,使得当第一容积式液压机器由驱动单元10驱动 并作为泵进行操作时,液压流体在包括第一容积式液压机器l、液压管 路ll、第二容积式液压机器2以及液压管路13的回路中循环。另外,设置了第三容积式液压机器3,该第三容积式液压机器3的 驱动轴与第二容积式液压机器的驱动轴直接连接。第四容积式液压机器 4和第三容积式液压机器3经由液压管路12和14连接于高压蓄能器5。 在第四容积式液压机器和第三容积式液压机器的相应的泵送操作期间, 能够通过第四容积式液压机器和第三容积式液压机器将液压流体从液 压储存器9泵送到高压蓄能器5中。另一方面,在第四容积式液压机器 和第三容积式液压机器的做功操作中,液压流体能够从高压蓄能器5经 由相应的容积式液压机器回流到液压储存器9,使得该容积式液压机器 作为液压马达进行操作。因此,在本发明的液压驱动系统中存在着将机械能从驱动单元10 直接传递到第一容积式液压机器和第四容积式液压机器的可能性。另 外,存在着将机械能从第二容积式液压机器和第三容积式液压机器直接 传递到绞盘6以及反过来从绞盘6直接传递到第二容积式液压机器和第 三容积式液压机器的可能性。绞盘6首先能够通过包括第一容积式液压机器和第二容积式液压机 器的闭式液压回路来驱动,其中由驱动单元10提供的机械能通过第一 容积式液压机器转化为液压能,并通过驱动绞盘6的第二容积式液压机 器再次转化为机械能。另一方面,当机械能从绞盘6传送回到液压驱动 系统时,如在降下负载的情况下,则不再需要将液压能维持在驱动单元 IO上或者像在现有系统中那样将液压能浪费掉,而是用该液压能来驱动 此时作为泵进行操作的第三容积式液压机器3,第三容积式液压机器3 将液压流体从储存器9泵送到蓄能器5中。由于机械能直接转化为液压 能而没有任何额外的中间转化,所以能够实现极高的效率,从而能够高 效地储存当降下负载时所获得的能量。
相反,当通过绞盘6提升负栽时,还能够通过第三容积式液压机器 3来驱动绞盘,其中液压流体从高压蓄能器5流到液压储存器9。因此, 该驱动得到了包括笫一容积式液压机器和第二容积式液压机器的液压 回路的辅助,从而还能够将驱动单元10的尺寸设置得较小。继而通过 从液压蓄能器的液压能到驱动绞盘6的机械能的直接转化所获得的效率 非常高,从而基本上能够实现高效的能量回收。
另外,还能够在驱动单元10提供的能量没有用于或者没有完全用 于驱动第一容积式液压机器1时,通过第四容积式液压机器4对高压蓄 能器5进行充液。这样,尤其可能在最佳操作点对驱动单元10的柴油 发动机进行操作,其中在仅需较小的功率来驱动绞盘6的阶段中对高压 蓄能器5进行充液,而在需要特别高的功率的阶段中,该能量再次从高 压蓄能器5释放出来并且还通过第三容积式液压机器来驱动绞盘。
经过包括第一容积式液压机器和第二容积式液压机器的闭式液压 回路的体积流量决定了绞盘的运动,而第三容积式液压机器根据负栽状 况由绞盘6驱动或者驱动绞盘6,并且第四容积式液压机器4根据操作 情况对高压蓄能器5进行充液或不对其进行充液。这样,还能够实现对 主驱动机构的主控制以及对包括第三容积式液压机器和第四容积式液 压机器、及高压蓄能器的次级驱动机构的次级控制。
在本实施方式中,所有的容积式液压机器都构造成具有两个输送方 向的可调节容积式液压机器,其中所有的容积式液压机器都既能作为液 压泵又能作为液压马达来进行操作。然而,对于本发明的液压驱动系统 的操作来讲,并不是绝对必需使所有的容积式液压机器都采用这种构 造。
通常,第一容积式液压机器l作为泵进行操作,而第二容积式液压 机器2作为马达进行操作,其中可调节性是为绞盘的启动做准备。第四 容积式液压机器4通常作为泵进行操作,从而对液压蓄能器5进行充液。 其可调节性用来启动这种充液。第三容积式液压机器通常既作为泵又作 为马达进行操作,在本实施方式中,能够通过调节输送方向来实现这些 功能之间的转换。第三容积式液压机器的可调节性不但提供了在泵操作 和马达操作之间的切换,还提供了对液压蓄能器5所进行的能量储存和 释放的控制。由于启动是通过容积式液压机器的调节来实现的,因而容 积式液压机器3和4能够直接连接于高压蓄能器5而无需使用阀组。然
而可替代地,也可以想到借助于阀来实现启动。如图2b所示的本发明的液压驱动系统的实施方式与图2a所示的 液压驱动系统在很大程度上相对应,从而省略了相应部件的另外的描 述。与图2a所示的第一实施方式的唯一不同之处在于第二容积式液压 机器和第三容积式液压机器与绞盘6的连接,在第四实施方式中,该连 接仅通过中间的传动装置17来实现。因此,在图2a所示的实施方式中 第二容积式液压机器和第三容积式液压机器以及绞盘6串联布置在一条 轴线上,而第四实施方式中的第二容积式液压机器和第三容积式液压机 器是并行布置的并且连接于传动装置17,传动装置17继而驱动绞盘6。现在由图2c示出本发明的液压驱动系统的实施方式,本实施方式 在驱动部件方面与图2a所示的实施方式相对应,但本实施方式并不是 用于驱动起重机绞盘,而是用作移动设备的行驶驱动机构,在这种情况 下是用作伸臂式起重机或轮式装载机的行驶驱动机构。所述行驶驱动机 构最初是通过包括第一容积式液压机器1和第二容积式液压机器2的闭 式液压回路以液压方式实现,其中当车辆制动时所释放出的能量能够通 过第三容积式液压机器3储存在高压蓄能器5中,并能够在加速移动期 间再次释放 其中第三容积式液压机器3于是作为液压马达进行操作 并连同第二容积式液压机器一起驱动车辆。当对于行驶驱动机构仅需较 小的功率时,能够由驱动单元10通过第四容积式液压机器4对高压蓄 能器5直接进行充液,使得始终能够在最佳操作点对驱动单元10进行 操作。由于能量的直接转化,所以对于行驶驱动机构还实现了能量的大 量节省和性能的提高。在图2d所示的实施方式中设有两个设备,这两个设备能够由该液 压驱动系统分别驱动。因此在起重机中,例如提升绞盘和回转机构或者 两个绞盘都可以通过该液压驱动系统来驱动。仍为柴油发动机的驱动单 元10通过离合器7和传动装置8来驱动并行布置的两个第一容积式液 压机器1和21以及第四容积式液压机器4。与前面的实施方式相似,第 一容积式液压机器1连同第二容积式液压机器2形成闭式液压回路,以 便驱动第一设备。同样地,另一第一容积式液压机器21连同另一第二 容积式液压机器22形成闭式液压回路,以^t驱动第二i殳备。第三容积 式液压机器3和23分别连接于第二容积式液压机器2和22,第二容积 式液压机器2和22因此还连接或者能够连接于相应的设备。
因此在能量回收期间,可以将通过相应的设备引入的机械能通过容积式液压机器3和23直接转化为液压能,然后将该液压能储存在公 用的高压蓄能器5中。为此,将两个第三容积式液压机器3和23通过 液压管路14和19分别连接于高压蓄能器。还能够利用来自高压蓄能器 的压力通过各自的第三容积式液压机器直接驱动两个设备。为了通过驱 动单元10对高压蓄能器5直接进行充液,另外第四容积式液压机器4 还通过液压管路12连接于高压蓄能器5。然而,如果两个负栽没有对驱 动单元10施加负载或仅对其施加少量负栽,则能够通过第四容积式液 压机器对液压蓄能器5进行充液,使得能够再次在最佳的操作点对驱动 单元10进行操作。因此,还能够以最佳的效率使用本发明的能量管理来驱动两个负 载,而不需完全双重设置驱动系统。对于附加的负栽,除了始终必要的 包括第一容积式液压机器21和第二容积式液压机器22的驱动机构之 外,仅必需一个另外的第三容积式液压机器23作为附加的元件,而第 四容积式液压机器4和高压蓄能器5不需要双重设置。相反,公用高压 蓄能器5提供了能量在第 一设备和第二设备的两个驱动系统之间的简单 传递。图2e所示的实施方式是用于三个设备的驱动系统,其中用于先前 两个设备的驱动系统与图2d所示的实施方式相同,因而省略这些系统 部件的描述。除了第四容积式液压机器4和先前两个设备的第一容积式 液压机器1和21之外,由驱动单元10驱动的传动装置8当前还驱动第 三设备的第一容积式液压机器31,该第一容积式液压机器31与第一容 积式液压机器1和21以及第四容积式液压机器4并行布置。第三设备 的第一容积式液压机器31与用来驱动第三设备的另一容积式液压机器 32形成液压回路。这也是封闭回路。在第三设备上没有设置另外的容积 式液压机器,从而在第三设备的制动操作期间,不能对高压蓄能器5直 接进行充液。然而在第三设备的制动操作过程中,最初可以将来自第三 设备的机械能通过容积式液压机器转化为液压能,通过容积式液压机器 31将该液压能再次转化为机械能,并且然后通过传递装置8将该机械能 提供给其它的容积式液压机器,使得能量能够例如通过第四容积式液压 机器4再次转化为液压能并储存在高压蓄能器5中。然而,这样导致了 与第 一设备和第二设备相比显著变差的效率,在第 一设备和第二设备中 可以通过第三容积式液压机器将机械能直接转化为液压
图3a示出了用于驱动绞盘6的本发明的液压驱动系统的另 一实施 方式,其中使用开式主液压回路。第一容积式液压机器l通过经由离合 器7能够与其连接的驱动单元10驱动,并对整个液压系统提供压力。 第 一容积式液压机器1是具有一个输送方向并且可调节体积流量的液压 泵。第一容积式液压机器1的出口 46通过三位四通阀40能够选择性地 连接于驱动绞盘6的第二容积式液压机器2的端口 42和43。容积式液 压机器2的未连接于第一容积式液压机器1出口 46的相应端口则与液 压储存器9相连。另外,阀40还具有中间位置,在该中间位置中,端 口 42和43都连接于液压储存器9。另外,在第二容积式液压机器2的 设于高压侧的连接管路42中设有阀41,阀41通过连接于低压侧43的 控制管路44启动,以用于绞盘的操作。当液压管路43不加压时,阀41 是单向阀,其防止液压流体从第二容积式液压机器回流到第 一容积式液 压机器。在相反的情况下,阀41是可调节流阀。另外根据本发明,用于传递机械能的第三容积式液压机器3液压 连接于高压蓄能器5并且经由离合器47能够连接于绞盘6,使得绞盘6 释放的机械能能够通过第三容积式液压机器3转化成液压能并储存在高 压蓄能器5中。相反,储存在高压蓄能器5中的液压能能够通过第三容 积式液压机器来驱动绞盘6并因此用来辅助驱动单元10。高压蓄能器5可通过阀70连接于第一容积式液压机器1的出口侧 46。这种布置基本上允许如图la中所示的本发明实施方式中的操作, 并且当对高压蓄能器5进行充液时,因为是开式液压回路,所以第一容 积式液压机器1直接从储存器9取得必要的液压流体。现在由图3b示出本发明的另一实施方式,在本实施方式中采用图 3a中使用的布置来驱动两个绞盘。为此,提供了两个第二容积式液压机 器2和22,这两个第二容积式液压机器2和22分别驱动第一绞盘和第 二绞盘并且类似于图3a所示的实施方式那样由第一容积式液压机器1 通过阀40和41以及阀80和81来驱动。另外,设置了第三容积式液压 机器3和23,第三容积式液压机器3和23通过离合器能够分别连接于 第一绞盘和第二绞盘,并且每个第三容积式液压机器的一侧液压连接于 液压储存器而另一侧液压连接于高压蓄能器5。类似于图3a所示的实施 方式,高压蓄能器5另外还通过阀70连接于第一容积式液压机器1的 出口 46。
因此,能够通过每个第三容积式液压机器3和23对高压蓄能器5 充以绞盘释放出的能量。储存在高压蓄能器5中的能量同样能够用来驱 动绞盘。在两个容积式液压机器2和22不需要或者不完全需要由驱动单元 IO所提供的能量来驱动绞盘的操作阶段中,还可以将剩余的能量储存在 液压蓄能器5中。这还产生了上面结合闭式主液压回路所描述的优点, 在当前所示的开式主液压回路中同样获得了这些优点.图4示出了具有开式主液压回路的本发明的液压驱动系统的另一 实施方式,然而在本实施方式中,能够通过第四容积式液压机器对高压 蓄能器5进行充液。因此,主液压回路对应于图3a所示的实施方式, 而储能则对应于图2a所示的实施方式。第一容积式液压机器l是变量泵,第一容积式液压机器l通过阀 40和41能够连接于第二容积式液压机器2的相应入口侧,而相应的出 口侧通过阀40能够连接于液压储存器9。阀40是三位四通阀,其在中 间位置中将第二容积式液压机器的两个端口与液压储存器相连,在两个 外侧的切换位置中通过液压管路42或液压管路43使液压泵1的压力侧 出口连接于第二容积式液压机器2的两个端口中的一个,并使第二容积 式液压机器相应的另一端口连接于液压储存器9,从而使得通过液压泵 1从液压储存器9抽出的液压流体分别在不同的方向上流过第二容积式 液压机器2。另外,在液压管路42中设有通过控制管路44启动的阀, 该阀在液压管路43不加压时表现为单向阀,并且在相反的情况下为可 调节流阀。设置该布置特别用于驱动绞盘。第四容积式液压机器、第三容积式液压机器和液压蓄能器5的布 置依次与图2a至图2e所示的实施方式相同,从而不再对其进行详细说 明。相应的蓄能器管理的操作都与前述实施方式无异。另外,在图4中设有另一负载,该负载通过单独的液压回路驱动 而无需单独的能量储存。图5a示出了起重机的液压驱动系统,在该液压驱动系统中对提升 机构使用了根据本发明的直接能量回收,而摆动机构和回转机构通过单 独的液压回路并行地驱动而无需单独的能量回收。提升机构6的驱动系 统基本对应于图2a所示的实施方式,其中在传动装置8与第一容积式
液压机器之间以及在传动装置8与第四容积式液压机器之间另外分别设 有离合器52和51。另外,在提升机构6与安装在公共轴线上的第二容 积式液压机器和第三容积式液压机器之间i殳有另一离合器55。然而,启 动和蓄能器管理基本上如同第一实施方式中那样实现。所述离合器都不 是绝对必需的,因而在替代实施方式中也可以省略这些离合器。另外,摆动机构58和回转机构63设置为通过液压系统驱动的另 外的设备。传动装置8通过离合器53能够连接于变量泵57,而变量泵 57驱动摆动机构58的液压缸。为此,液压釭的压力室61和62分别连 接于液压泵57的端口,液压泵57是可调节的并具有两个输送方向,以 便相应地在两个方向上移动摆动机构。传动装置8通过离合器54还能够连接于液压泵59,液压泵59与 液压马达60形成闭式液压回路,液压马达60通过离合器56驱动回转 机构63。液压泵59构造成具有两个输送方向的变量泵,液压马达60 构造成具有两个输送方向的定量马达。无论是传动装置和容积式液压机器之间的离合器还是容积式液压 机器和所述设备之间的离合器都不是绝对必需的,因此在替代实施方式 中可以省去这些离合器中的一些或全部。如已经参照图2e所述,如同具有提升机构的情况,无法直接实现 来自摆动机构和回转机构的运动的能量回收,而是仅能通过传动装置8 间接地实现,使得在该情况下的效率相应较差。但是由于起重机中的主 要循环性活动是对包括提升和降低负载的提升机构的致动,所以本发明 实现的直接能量回收对提升机构具有很大的重要性。图5b示出了用于驱动起重机的本发明的液压驱动系统的另一实 施方式,本实施方式对应于图5a所示的涉及摆动机构和回转机构的实 施方式并在根据本发明的液压能的储存中结合了两个绞盘。用于驱动这 两个绞盘的液压驱动系统对应于图2d所示的驱动系统,即,所述液压 驱动系统分别具有包括第一容积式液压机器1和第二容积式液压机器2 的闭式主液压回路以及包括第一容积式液压机器21和第二容积式液压 机器22的闭式主液压回路,而能量的储备是通过容积式液压机器3、 23 以及第四容积式液压机器4来实现的,第四容积式液压机器4通过离合 器能够连接于驱动单元10。 图5b所示的驱动系统的操作的实现基本上如同图5a所示的驱动 系统的操作,其中可以对来自两个绞盘运动的能量进行回收,并且对于 这两个绞盘的驱动的辅助可以通过储存在高压蓄能器5中的液压能来实 现。如前所述,由于通过第三容积式液压机器3对来自提升机构的能 量进行直接回收,并且利用高压蓄能器5和第三容积式液压机器3作为 用来提高性能的次级驱动源而无需为此增加驱动单元10的主驱动功率, 所以根据本发明获得了对于图5a和图5b所示的起重机驱动在货物处理 操作中的充分的能量节省。另外,由于从提升机构释放到起重机的能量 能够被储存起来并且不必再被浪费掉,所以减少了冷却器的表面。由于通过第四容积式液压机器4可以对驱动单元10释放的能量进 行直接的能量储存,所以还可以在最佳的操作点操作驱动单元10的柴 油发动机,因为不需要的能量能够高效地储存起来。由于发动机的速度 相应降低,所以噪音和废气排放也都减少了。此外,增加了柴油发动机 的使用寿命。因为第四容积式液压机器作为液压泵进行操作并通过传动装置8 对另外的负载供应机械能,所以在负载峰值的情况下,同样可以使用高 压蓄能器5作为次级驱动源来驱动摆动机构或回转机构。通过传动装置 8同样可以实现来自摆动机构和回转机构的能量的回收。然而,此处无 法实现同样的高效,这是由于对于提升机构可以根据本发明进行直接转 化。当然,当选择上述替代实施方式中的一个用于绞盘驱动时,同样 能够获得结合如下绞盘驱动所描述的优点,所述绞盘驱动具有闭式主液 压回路和用以对高压蓄能器5进行充液的第四容积式液压机器。因此, 同样能够选择开式主液压回路,并且作为对第四容积式液压机器的替 代,同样能够通过第一容积式液压机器对高压蓄能器5进行充液。决定性仅在于通过连接或者能够连接于驱动单元10以传递机械 能的容积式液压机器能够对高压蓄能器5进行充液,使得驱动绞盘时所 不需要的能量能够高效地储存起来,尤其是当绞盘自身处于静止时.图6a示出了本发明的液压驱动系统的另一实施方式,本实施方式 基本上对应于图2a所示的驱动系统。然而,这里设有通过离合器7、 107
连接于传动装置8的两个驱动马达10和110,继而驱动第一容积式液压 机器和第四容积式液压机器。为了提供所需的性能,这种布置是有利的,特别是在电力驱动马达中。由于两个马达10和110是并行操作的,所 以它们释放出的机械能既能够用于驱动绞盘6又能用于储存能量。因此, 无论驱动单元包括一个马达还是包括多个并行操作的马达,都能够获得 本发明的优点。在如图6b所示的本发明的液压驱动系统的实施方式中,初步提供 了对应于图2a所示的系统的第一局部系统。与该第一局部系统并行地 设有第二局部系统,在该第二局部系统中,另一驱动单元120通过离合 器117和传动装置108驱动另 一第一容积式液压机器101和另 一第四容 积式液压机器104,所述另一第一容积式液压机器101和另一第四容积 式液压机器104以并行的方式液压连接于第一局部系统的第一容积式液 压机器和第四容积式液压机器。这样导致了整个系统的性能加倍以及冗 余设计,而冗余设计则增加了整个系统的安全性。该系统的操作的实现 类似于图2a所示的实施方式,其中仅在包括驱动单元以及第一容积式 液压机器和第四容积式液压机器的驱动侧为双重设置,而设置用于驱动 绞盘的第二容积式液压机器和第三容积式液压机器仅提供一份。利用该驱动系统,获得了如同如上所述的相同的优点,其中另外 还获得了关于液压供给的冗余性。

Claims (41)

1. 一种用于驱动设备(6)的液压驱动系统,该液压驱动系统具有:驱动单元(10),所述驱动单元能够通过包括第一容积式液压机器(1)和第二容积式液压机器(2)的主液压回路来驱动所述设备(6);第三容积式液压机器(3),所述第三容积式液压机器连接或者能够连接于所述设备(6)以传递机械能;以及高压蓄能器(5),所述高压蓄能器(5)液压连接或者能够液压连接于所述第三容积式液压机器(3),其特征在于,通过连接或者能够连接于所述驱动单元(10)以传递机械能的容积式液压机器对所述高压蓄能器(5)进行充液。
2.如权利要求l所述的液压驱动系统,其中,通过所述第一容积式液 压机器(1)能够对所述高压蓄能器(5)进行充液。
3.如权利要求l所述的液压驱动系统,其中设有第四容积式液压机器 (4 ),通过所述第四容积式液压机器能够对所述高压蓄能器(5 )进行充液。
4.如前述权利要求中任一项所述的液压驱动系统,其中,通过所述笫 三容积式M机器(3)能够对所述高压蓄能器(5)进行充液,所述第三 容积式液压机器作为液压泵进行操作。
5.如前述权利要求中任一项所述的液压驱动系统,其中,用于进行充 液的所i^l积式液压机器连接或者能够连接于液压储存器(9)。
6.如前述权利要求中任一项所述的液压驱动系统,其中,所述第三容 积式液压机器(3辨为液压马iiit行操作并且能够通过所述高压蓄能器(5 ) 来驱动。
7.如前述权利要求中任一项所述的液压驱动系统,其中,所述第一容 积式液压机器和/或第四容积式液压机器作为液压马达进行操作并且能够 通过所述高压蓄能器(5)来驱动。
8. 如前述权利要求中任一项所述的液压驱动系统,其中,所述第一容 积式液压机器(1)还能够作为液压马达进行操作,且所述第二容积式液压 机器(2)还能够作为液压泵进行操作,从而使所述第二容积式液压机器驱 动所述第一容积式液压机器。
9. 如前述权利要求中任一项所述的液压驱动系统,其中,所述第一容 积式^L^机器和第二容积式液压机器形成闭式液压回路。
10. 如前述权利要求中任一项所述的液压驱动系统,其中,所述第二 容积式液压机器(2)的轴和所述第三容积式液压机器(3)的轴连接或者 能够连接于所述设备(6)的驱动轴以传递机械能。
11.如权利要求10所述的液压驱动系统,其中,所述第二容积式M 机器的轴和所述第三容积式液压机器的轴直接相连或者通过传动装置(17) 相连。
12.如权利要求10所述的液压驱动系统,其中,所述第二容积式液压 机器的轴和/或所述第三容积式液压机器的轴通过至少一个离合器(55)能 够连接于所述设备(6)的驱动轴。
13.如前述权利要求中任一项所述的液压驱动系统,其中,所述驱动 单元(10)的输出轴连接或者能够连接于所述第一容积式液压机器的驱动 轴和/或所述第四容积式液压机器的驱动轴以传递机械能。
14.如权利要求13所述的液压驱动系统,其中,所述第一容积式M 机器的驱动轴和所述第四容积式液压机器的驱动轴通过至少两个离合器 (51, 52)能够相互独立地连接于所述驱动单元的驱动轴。
15.如权利要求13或14所述的液压驱动系统,其中,所述驱动单元(10)通过传动装置(8)驱动所述第一容积式液压机器的驱动轴和/或所 述第四容积式M机器的驱动轴。
16.如前述权利要求中任一项所述的液压驱动系统,其中,通过所述 驱动单元(10)驱动至少一个另外的设备(63)。
17.如权利要求16所述的';^驱动系统,其中,所述另外的设备(63) 通过具有液压泵(59)的液压回路来驱动,且所述液压泵由所述驱动单元 (10)驱动。
18.如权利要求16或17所述的液压驱动系统,其中,所述另外的设 备(63)或驱动所述另外的设备(63)的所述液压泵(59)能够独立于所 述第 一容积式液压机器和/或所述第四容积式液压机器通过至少 一个离合器(54)连接于所述驱动单元(10 )。
19.如权利要求16至18中任一项所述的液压驱动系统,其中,所述 另外的i殳备(63)或驱动所述另外的设备(63)的所述液压泵能够连接于 所述第一容积式液压机器和/或所述第四容积式液压机器以传递机械能,特 别是通过至少 一个离合器连接。
20.如前述权利要求中任一项所述的液压驱动系统,其中,所述驱动 单元(10)包括内燃发动机或电动马达。
21.如权利要求20所述的液压驱动系统,其中,所述驱动单元包括单 个马达或并行地驱动传动装置的多个马达(10, 110)。
22.如前述权利要求中任一项所述的液压驱动系统,其中,所述第一 容积式液压机器和/或所述第二容积式^机器具有可调节工作容量。
23.如前述权利要求中任一项所述的液压驱动系统,其中,所述第三 容积式^a机器和/或所述第四容积式^H机器具有可调节工作容量。
24.如前述权利要求中任一项所述的液压驱动系统,其中,所述第一 容积式液压机器和/或所述第二容积式液压机器具有两个输送方向。
25.如前述权利要求中任一项所述的液压驱动系统,其中,所述第三 容积式液压机器和/或所述第四容积式液压机器具有两个输送方向。
26.如前述权利要求中任一项所述的液压驱动系统,其中设有两个设 备,所述两个设备的驱动系统分别具有第一容积式液压机器、第二容积式 ^a机器和第三容积式液压机器,其中所述第一容积式液压机器(1, 21) 连接或者能够连接于所述驱动单元(10)以传递M能,所述第二容积式 液压机器(2, 22)和所述第三容积式液压机器(3, 23)分别连接或者能 够连接于所述设备以传递机械能,其中所述第一容积式液压机器(1, 21) 分别^H连接或者能够^ta连接于所述第二容积式液压机器(2, 22),并 且其中所述高压蓄能器(5 ) ^a连接或者能够^^连接于所述笫三容积式 液压机器(3, 23)。
27.如权利要求26所述的液压驱动系统,其中,能够由两个所述第一 容积式液压机器(1, 21)中的一个或两个对所述高压蓄能器(5)进行充 液。
28.如权利要求26所述的液压驱动系统,其中额外设有第四容积式液 压机器(4 ),通过所述第四容积式液压机器能够对所述高压蓄能器(5 )进 行充液。
29.如前述权利要求中任一项所述的液压驱动系统,包括用于启动所 述系统的储能功能和做功功能的控制器。
30.如前述权利要求中任一项所述的^ta驱动系统,所述液压驱动系 统用于驱动起重机。
31.如权利要求30所述的液压驱动系统,其中所述设备(6)为绞盘, 尤其是提升绞盘。
32. 如权利要求1至29中任一项所述的液压驱动系统,所述液压驱动 系统用于驱动移动i殳备,尤其^1伸臂式起重机或轮式装载机。
33. 如权利要求32所述的液压驱动系统,其中所述设备(6)为行驶 驱动机构。
34. —种具有如权利要求1至31中任一项所述的液压驱动系统的起重机。
35. —种具有如权利要求1至29以及32和33中任一项所述的液压驱 动系统的移动设备、尤其是伸臂式起重机或轮式装栽机。
36. —种用于操作如前述权利要求中任一项所述的驱动系统的方法, 其中,当所述驱动单元(10)的功率没有用于或者没有完全用于驱动所述 设备(6)时,通过使所述设备(6)的动能经由所述第三容积式液压机器 (3)进行转化而对所述高压蓄能器(5)进行充液和/或通过连接或者能够 连接于所述驱动单元(10 )以传递机械能的容积式液压机器对所述高压蓄 能器(5)进行充液。
37. 如权利要求36所述的方法,其中,在所述设备(6)未移动时实 现对所述高压蓄能器(5)进行充液。
38. 如权利要求36或37所述的方法,其中,通过使来自所述高压蓄 能器(5)的液压能经由所述第三容积式液压机器(3)进行转化来驱动所 述设备(6)。
39.如前述权利要求中任一项所述的方法,其中,通过使来自所述高 压蓄能器(5)的液压能经由所述第一容积式滴A机器和/或第四容积式液 压机器进行转化而将M能供应到另外的负载。
40. —种用于驱动设备(6)的液压驱动系统,所述液压驱动系统具有: 驱动单元(10),所述驱动单元能够通过包括液压泵(1)和液压马达(2) 的主液压驱动机构来驱动所述i更备(6);次级液压驱动机构,所述次级液 压驱动机构包括连接或者能够连接于所述设备(6)以传递M能的另外的 容积式液压机器(3);高压蓄能器(5),所述高压蓄能器(5) M连接或 者能够M连接于所述另外的容积式液压机器(3);以及控制器,其特征在于,所述主液压驱动机构受到主控制,而所述次级液压驱动 机构受到次级控制。
41. 一种用于通过液压驱动系统来驱动i殳备(6)的方法,所述液压驱 动系统具有:驱动单元(IO),所述驱动单元能够通过包括液压泵(1)和 液压马达(2)的主液压驱动机构来驱动所述设备(6);次级液压驱动机构,能的另外的容积式液压机器(3);以及高压蓄能器(5),所述高压蓄能器 (5) M连接或者能够液压连接于所述另外的容积式液压机器,其特征在于,所述主液压驱动机构受到主控制,而所述次级液压驱动 机构受到次级控制。
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