CN102449323A - 液压系统和包括此液压系统的工程机械 - Google Patents

Abstract

一种用于工程机械(101)的液压系统。该系统包括：控制阀单元(2；200a，200b，200c)和至少一个作业功能件(1；217，221，203)，该控制阀单元(2；200a，200b，200c)用于对进出所述作业功能件的液压流体进行控制；以及回收单元(9；295；595)，所述回收单元(9；295；595)连接到控制阀单元的返回端口(10；60a，60b，60c)，用于从作业功能件回收能量。该系统还包括限压装置(11；287b，289b，291b)，所述限压装置(11；287b，289b，291b)用于限制返回端口处的液压流体的压力，所述限压装置具有先导操作阀(12；287，289，291)，所述先导操作阀(12；287，289，291)适于设定所述控制阀单元的返回端口(10；60a，60b，60c)处的最大容许压力，其中，该压力能够通过利用控制单元(13；213)控制所述先导操作阀来改变。

Description

液压系统和包括此液压系统的工程机械

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的液压系统。本发明还涉及一种包括该液压系统的工程机械。

背景技术

轮式装载机形式的工程机械具有液压控制的多个不同的作业功能件，这些作业功能件例如用于该工程机械的工具的提升和倾翻以及用于该工程机械的转向(车架转向)。通过液压执行机构来执行对各个作业功能件的控制，这些执行机构例如是液压缸形式的直线马达。

下面，将结合轮式装载机的操作来描述本发明。轮式装载机是本发明的一个优选应用，但本发明的应用决非局限于此。本发明也能用于具有液压功能件的其他类型的工程机械或工程车辆。例如，它也可以是铰接式翻斗车、挖掘装载机、挖掘机、或诸如拖拉机的农用机械。

本液压系统优选是载荷传感式液压系统(LS系统)。这意味着：为该系统提供液压油的泵感测来自被致动的液压缸(多个液压缸)的压力(通过LS信号)。然后，该泵设定略高于液压缸内压力的压力。由此，获得流出液压缸的液压油的流量。在该泵和液压缸之间放置有控制阀(也称为操纵阀)。通向该液压缸的流量大小取决于所致动的控制阀被调节打开的程度。

在此载荷传感式液压系统中，损失了本来可以回收的能量。下面将描述可能出现的能量损失的一些示例。

可能出现能量损失的一种运行模式是当降低诸如铲斗或料斗等的作业工具时，其中，该作业工具的自身重量(在某些情况下是其载荷)驱动液压缸中的活塞。在此，通常会在控制阀两端产生压降，因为返回的液压油被排放到油箱，这又导致了能量损失(发热)。可能发生能量损失的另一种运行模式涉及所谓的背压。当使用该工程机械的转向时，返回的液压油被大小约为10至40巴的背压加压，其目的是获得无抖动的稳定转向。此背压又会导致能量损失。可能发生能量损失的另一种运行模式是在不同作业功能件的所谓并行运行期间。通常，多个作业功能件共用一个泵。然而，这些作业功能件可能需要不同的压力，意即：必须根据最高的所需压力来调节该泵。这意味着：在具有不同压力要求的两个作业功能件的并行运行期间，必须为需要最低压力的作业功能件降低压力。在用于该需要最低压力的作业功能件的控制阀两端产生的压降导致了能量损失。

发明内容

本发明的一个目的是制造在“技术领域”部分中限定的那种液压系统，在能耗方面，所述系统为该液压系统和/或设有这种液压系统的工程机械的更有效的运行创造了条件。

此目的通过根据权利要求1所述的液压系统来实现。

若不想产生由于控制阀单元两端的压降而引起的损失(如上所述)，则可以利用回收单元来回收能量。由于限压装置包括适于设定该控制阀单元的返回端口处的最大容许压力的先导操作阀，该压力可通过利用控制单元控制该先导操作阀来改变，所以能够选择希望从该作业功能件回收的能量大小的上限值。

所设定的最大压力也决定了控制阀单元两端的最小可能压降。来自所述作业功能件的液压油返回流将流经所述回收单元，并且，只要该回收单元不产生比设定的最大容许压力更高的背压，则能量将被回收。本发明创造了根据实际运行模式来以可变方式控制能量回收的条件。在最大容许压力的范围内，控制阀单元两端的压降将由来自回收单元的阻力决定。在许多情况下，控制阀单元两端的压降优选尽可能小，以使能量回收最大化，但所述压降也应足够大，以实现对所要求的液压流体返回流的调节。该回收单元例如可以是在回收能量时用作液压马达的液压机械。所回收的能量可以直接提供给耗能件或者以适当的方式储存起来。

虽然该回收单元适用于实际的液压系统，但在某些情况下，可能发生的是：潜在地能够在特定时间点回收的所有能量无法立刻被储存或消耗。在这种情况下，一定量的能量仍然可能以常规的方式、以由控制阀单元和/或先导操作阀两端的压降导致的热量的形式发出。如果在某些情形中仅希望进行有限的能量回收或压根不希望能量回收，则可以控制该先导操作阀，使得返回端口处的最大容许压力较低(相对于相关的作业功能件的压力来说)，或者在后一种情况下，使得返回端口处的最大容许压力基本可以忽略。另一方面，如果希望回收尽可能多的能量，则可以控制该先导操作阀，使得最大容许压力较高(与相关的作业功能件的压力具有相同的量级或比其更高)。在此情况下，控制该回收单元以便获得所期望的回收，同时又确保该控制阀单元两端的压降足够大，以实现对所要求的液压流体返回流的调节。

应当指出，该表述“控制阀单元的返回端口”可以包括与阀分开的单独出口(如果该控制阀单元包括具有出口或返回端口的阀)、以及一个或数个阀的两个或更多个出口的公共连接点(如果该控制阀单元例如包括两个控制阀)。最主要的是，利用所述先导操作阀，能够将该控制阀单元下游的返回流的最大容许压力控制到期望的水平。

该先导操作阀优选连接到返回端口并与回收单元并联连接，这意味着：能将液压流体引导到回收单元，和/或经由该先导操作阀，液压流体经过回收单元且例如进一步被引导到油箱。

该先导操作阀优选是可电控的，此外，所述控制阀单元的返回端口处的最大容许压力优选能够通过该先导操作阀来连续改变。利用控制单元和合适的软件，能调整所述控制阀单元的返回端口处的压力并使其适合于实际的运行情形，以优化能量回收。可电控阀为以精确方式控制能量回收创造了条件。

如上所述，所述限压装置包括先导操作阀。此阀例如可以是限压阀或比例方向阀，所述阀借助于控制单元和压力传感器而用作限压阀。

该表述“先导”阀是指其基准值(压力或流量)由外部信号(电信号或液压信号)确定的阀，所述外部信号优选来自控制单元。这与直接作用的阀、即适合响应于系统内的具体条件(通常为压力)的阀形成对比，因此，所述直接作用阀具有相对于现有条件固定的设定值。例如，这样的直接作用阀能具有由预载弹簧确定的给定的压力水平。

如果由主泵输送的液压流体的压力超过在给定的运行情形下、特定的作业功能件所需的压力，则本发明是特别有利的。这样的过压可能是具有在恒定压力水平下运行的泵的系统的结果，但更通常的是当使用同一个泵用于两个或更多个限压不同压力的作业功能件且所述泵的压力因而必须适合于要求最高压力的作业功能件时的结果。例如，如果用于提升的液压缸和用于转向的液压缸被同时使用，则提升功能件可能需要200巴的压力，而转向功能件可能需要50巴的压力。对于根据本发明的系统，将不必使用控制阀单元来将通向转向功能件的压力降低到大约50巴，这具有相关的能量损失。替代地，回收单元能把来自转向功能件的返回流的压力增压到150巴以获得所需的50巴的压力差(200-150＝50)。这意味着200巴的泵压力既能用于提升功能件又能用于转向功能件。替代地，因为在回收单元两端产生压降，所以来自转向功能件的能量将被回收，且所回收的能量(除了与部件相关的损失之外)将与经过该回收单元的液压流体的体积和该回收单元两端的压降的乘积成比例。

如上文所指出的，本发明能有利适用于包括多个作业功能件的液压系统，且根据本发明的一个实施例，该液压系统包括多个作业功能件，所述多个作业功能件各自具有相关的控制阀单元(然而，这些控制阀单元又能整合为用于两个或更多个作业功能件的共用的总流体控制装置)，并且，为各个作业功能件均设置一个所述先导操作阀。这给出了这样一种液压系统，该液压系统为从多个作业功能件中的任一个作业功能件以有效方式回收能量创造了条件。可以控制应当回收哪个作业功能件的能量以及应当回收到何种程度。这产生了非常灵活的系统，所述系统使得工程机械的总能耗明显降低。所述回收单元优选与全部所述先导操作阀并联控制，但也可使用为不同的作业功能件提供的多个回收单元。应指出的是，结合一个作业功能件描述的液压系统的不同变体当然也可适用于两个或更多个作业功能件。

通过使用能够实现液压机械的一定增压的先导操作阀为第一作业功能件设定压力水平，同时将用于其他作业功能件的先导操作阀设定为更低的压力水平，来自第一作业功能件的液压流体将被引导到液压机械，而来自其它作业功能件的液压流体将通过各个先导操作阀被引导到油箱。

此外，为实现将液压系统的与能量回收相关的部分设计为能连接到给定的液压系统的单独单元创造了条件。这样的单独单元能连接到不同类型的液压系统中的一个或数个作业功能件的返回侧。相应地，能量回收系统能够构建为单独单元，且能够作为一个选项而提供给标准系统。在下文中，表述“能量回收系统”将用于能够构成这样的能够以简单的方式与基础系统连接的单独单元的、液压系统的部分。

液压系统优选包括泵，在后文中也称为主泵或供给泵，用于将液压流体提供到所述至少一个作业功能件。这样的泵适于向一个或数个作业功能件提供液压流体。根据本发明的一个实施例，液压系统包括用于使从来自作业功能件的返回流中回收的能量返回到所述泵的压力侧的装置。这提供了如下可能性：回收能量，然后将该能量用于辅助所述主泵对一个或数个作业功能件进行供给。这又为解决或至少缓解以下问题创造了条件，该问题即：在工程机械中的低发动机速度下提供足够的能量来驱动液压系统和动力传动系。所述类型的液压系统内的主泵通常机械连接到工程机械的发动机，例如连接到柴油发动机，所述发动机用于驱动液压系统并驱动用于推进该工程机械的动力传动系。主泵的速度将因此变得取决于柴油发动机的速度。柴油发动机的速度又取决于工程机械的期望推进速度且取决于由实际运行模式所确定的扭矩。

根据本发明的另一个实施例，所述回收单元包括第一液压机械和第二液压机械，且第一液压机械和第二液压机械以机械方式互连，且第一液压机械适于由液压流体流驱动，而第二液压机械适于通过被第一液压机械驱动而泵送液压流体。第一液压机械优选连接到返回端口从而被来自作业功能件的返回流驱动，且第二液压机械适于例如将液压流体从油箱泵送到主泵的压力侧和/或泵送到蓄能器，并从该蓄能器进一步泵送到所述泵的压力侧(或抽吸侧)。当使用蓄能器时，液压流体能够直接或通过回收单元从蓄能器提供到主泵，因为蓄能器供给第一液压机械，且第二液压机械将液压流体泵送到主泵的压力侧(或抽吸侧)。

因此，利用合适的回收单元，能提供液压流体，以便以与工程机械的发动机速度无关的方式对作业功能件进行供给。在许多情况下，此液流与由主泵独立地产生的液流一起为作业功能件提供足够的液流，即使在柴油发动机在低速下运行从而导致主泵容量降低时也是如此。因此，换言之，临时储存或使用的回收能量能够用于支持所述柴油发动机。

如果使用更简单的回收单元，例如简单液压机械形式的回收单元，则能量也能被回收并返回到主泵的压力侧。如果在返回流上存在足够高的压力，则该返回流的至少一部分能够直接返回到主泵的压力侧。如果该压力过低，则液压机械能够用作泵，以增大该压力使得返回流能够返回，并且在一些情况下，如果返回流的压力超过主泵的压力侧的压力达到一定裕量，则一部分能量能够首先在液压机械内被回收，然后返回流能够返回到主泵的压力侧。

根据本发明的另一个实施例，所述液压系统包括用于使从作业功能件回收的能量返回到所述泵的抽吸侧的装置。当然，也存在如下可能性：即，可以另外通过将液压流体提供到主泵的抽吸侧来支持所述主泵，从而至少在一定程度上获得上述优点。例如，在返回流的液压流体压力并未高到足以使液压流体能够返回流到压力侧的情况下，能够通过使液压流体返回到主泵的抽吸侧来利用能量，因为主泵不必如其从油箱中抽吸出液压流体那样程度地增大此液压流体的压力。因此，与能量(或换言之，液压流体)返回到主泵压力侧有关的上述变体也可适用于能量返回到主泵的抽吸侧的情形。如果返回流过多，则一定量的返回流能被引导到油箱和/或暂时储存在蓄能器内，以随后返回到主泵。

根据本发明的另一个实施例，泵(优选为对作业功能件进行供给的主泵)能够由工程机械的动力传动系驱动且适于在该工程机械的减速期间制动所述动力传动系，并且，所述系统还包括液压控制装置，该液压控制装置用于控制液压流体从泵的压力侧到回收单元的流动，以在工程机械的减速期间回收能量。因此，该回收单元也能用于使工程机械减速，同时在该工程机械的减速期间回收减速能量。

根据本发明的另外的实施例，所述回收单元适于减弱由外部扰动引起的、在该工程机械的作业工具与车身之间至少沿一个方向的相对移动，该作业工具能够通过所述作业功能件而相对于所述车身移动。优选地，所述液压系统包括用于确定该作业工具相对于车身的基准位置的传感器。因此，所述回收单元能够回收能量，同时作为悬挂系统的一部分，例如用于轮式装载机的提升臂的悬挂系统。通过对该液压系统的回收单元和其余部分的适当控制，能够实现用于作业工具的受到阻尼的悬挂系统，同时能够利用该回收单元回收能量。

本发明也涉及根据权利要求31所述的方法。

通过根据本发明的方法，能够利用该回收单元以与上文针对液压系统所描述的相对应的方式来回收能量。因为利用限压装置、通过从控制单元接收优选为电信号的信号来控制所述返回端口处的最大容许压力，所以能够选择希望从该作业功能件回收的能量大小的上限值。

所设定的最大压力也决定了控制阀单元两端的最小可能压降。来自作业功能件的液压油的返回流将流经回收单元且能量将被回收，只要该回收单元未生成高于所设定的最大容许压力的背压。本发明为根据实际运行模式、以可变方式控制能量回收创造了条件。在最大容许压力的范围内，控制阀单元两端的压降将由回收单元的阻力来决定。在许多情况下，控制阀单元两端的压降优选尽可能小以使能量回收最大化，但又足够大以实现对所要求的液压流体返回流的调节。该回收单元例如可以是在回收能量时用作液压马达的液压机械。所回收的能量可以直接提供给耗能件或者以适当的方式储存起来。

此外，本发明还涉及一种设有根据本发明的液压系统的工程机械。

从以下详细描述和所附权利要求中，本发明的其他优点和有利特征是显而易见的。

附图说明

下面，将参考附图来给出本发明的不同示例性实施例的更详细的描述。

在附图中：

图1是轮式装载机的侧视图；

图2是根据本发明的液压系统；

图3是根据本发明的、包括用于轮式装载机的多个作业功能件的液压系统；

图4示出了图3的液压系统，该液压系统包括能量回收系统的第一示例；

图5至图9示出了能量回收系统的该第一示例的不同变体；

图10示出了能量回收系统的第二示例；并且

图11至图13示出了能量回收系统的该第二示例的不同变体。

具体实施方式

图1示出了轮式装载机101形式的工程机械。轮式装载机101应视为根据本发明的液压系统所能适用的工程机械的一个示例。轮式装载机101包括前车辆部分102和后车辆部分103。这些车辆部分102、103中的每一个均包括车架和布置在驱动桥112、113上的车轮。后车辆部分103包括驾驶室114。这些车辆部分102、103彼此以如下方式连接：即，它们能够通过被称为转向缸的两个液压缸104、105、绕竖直轴线相对于彼此枢转，这两个液压缸104、105连接到所述两个车辆部分102、103。因此，液压缸104、105布置在沿车辆的纵向方向延伸的中心线的不同侧，用于通过这些液压缸来使轮式装载机101转向或转弯。换言之，轮式装载机101是车架转向式的。

轮式装载机101包括提升臂组件111，用于搬运物体或(松散)物料。提升臂组件111包括提升臂单元106以及铲斗形式的工具107，该工具107安装在提升臂单元106上。在此，铲斗107中装有物料116。提升臂单元106的第一端以枢转方式连接到前车辆部分102，以便实现铲斗的提升运动。铲斗107以枢转方式连接到提升臂单元106的第二端，以便实现铲斗的倾翻运动。提升臂单元106能够通过两个液压缸108、109而相对于前车辆部分102升高和降低。每个液压缸108、109均在第一端处连接到前车辆部分102并在第二端处连接到提升臂单元106。铲斗107能够通过被称为倾斜缸的另一液压缸110而相对于提升臂单元106倾斜，该液压缸110在第一端处连接到前车辆部分102并在第二端处通过连杆臂系统115连接到铲斗107。

图2是本发明的一个实施例的示意性图示。该液压系统包括控制阀单元2和至少一个作业功能件1，该控制阀单元2用于对进出所述作业功能件的液压流体进行控制。诸如泵3的供给单元适于经由控制阀单元2将液压流体提供给作业功能件1。本文中使用的术语“液压流体”旨在包括液压油以及可能存在于在液压系统中的任何其他流体。泵3能够将油从油箱4中抽出。(虽然图2中为了清晰起见绘出了多个不同的油箱位置，但适当的是，实际上使用同一个油箱。)在此实施例中，所述作业功能件具有液压缸5，该液压缸5布置在工程机械(图2中未示出)上，用于使作业工具移动。液压缸5优选设有双作用活塞6，该活塞6能够在两侧7、8上加压。示意性地示出的控制阀单元2可以包含一个或数个不同类型的阀。该控制阀单元2优选可以包括适于控制所述作业功能件的两个控制阀。这两个控制阀中的第一控制阀可适于将泵3连接到所述液压缸的活塞侧7，且这两个控制阀中的第二控制阀可适于将所述液压缸的活塞杆侧8连接到油箱4，用于使活塞在第一方向上移位。所述第一控制阀还可适于将液压缸的活塞侧7连接到油箱，而所述第二控制阀可适于将泵3连接到液压缸的活塞杆侧8，用于使活塞在与第一方向相反的第二方向上移位。

此外，回收单元9连接到控制阀单元2的返回端口10，用于从作业功能件1回收能量。在图2的示例性实施例中，回收单元9连接在返回端口10和油箱4之间。该液压系统还包括限压装置11，该限压装置11用于限制所述返回端口10处的液压流体的压力。限压装置11包括先导操作阀12，该先导操作阀12适于设定所述控制阀单元2的返回端口10处的最大容许压力，该最大容许压力能够通过利用控制单元13控制该先导操作阀12来改变。控制单元13进一步连接到控制阀单元2，以通过该控制阀单元来控制进出所述作业功能件1的液压流体的流量大小。此控制又取决于活塞6的期望速度。致动器14可适于致动所述作业功能件1并要求所述作业功能件1具有期望的速度。

在此实施例中，回收单元9是液压马达或者是能够用作液压马达和泵的液压机械。当回收能量时，来自作业功能件1的返回流驱动该液压机械9，这导致在液压机械9的轴15上做功W。该能量然后可以被使用或储存。例如，可将发电机连接到该液压机械，以将机械功转化为电能。优选地，作业功能件1以如下方式连接：即，来自所述液压缸的活塞侧或活塞杆侧的返回流能用于能量回收。由于可以选择是从液压缸5的活塞侧7还是从活塞杆侧8回收能量，所以在下述两种情况下均可回收能量：即，在所谓的再生回收期间、当活塞被外部载荷驱动时；以及在压力超过使活塞(以及载荷)移位所需的压力的情况下、活塞由供给单元3驱动时。在某些情况下，也存在(通过控制阀单元)将活塞侧和活塞杆侧互连的可能性，从而二者在回收能量时均与回收单元9连接。

优选地，先导操作阀12连接到控制阀单元2的返回端口10且与回收单元9并联连接。此外，先导操作阀12可通过控制单元13来适当地进行电控，并且先导操作阀12被设计为使得控制阀单元12的返回端口10处的最大容许压力连续可变。因此，能够设定能量回收期间的、在控制阀单元2的返回端口10处的最大期望压力。当压力超过最大容许压力时，先导操作阀12将打开以用于经过该阀的液流，此液流可以被引导到油箱4。当该返回流的压力较低时，先导操作阀12将关闭，并且，只要来自液压机械9的阻力不造成超过最大容许压力的压力，该返回流将驱动液压机械9。

控制阀单元2两端的压降能够以灵活的方式来调整，这适合于实际运行情形，因为限压装置11包括先导操作阀12。从而，能量回收因此能够适合于实际运行情形。通过获取经由液压机械9做的适当量的功，在控制阀单元的返回端口10处获得了一定的压力水平，该压力水平也适合于控制阀单元2上游的液压流体中的现存压力。该回收单元优选连接到控制单元13，以便能够控制该回收单元9。例如，可以通过控制单元13来改变该液压机械的位移。换言之，能够降低该控制阀单元2两端的压降，以经由回收单元9来回收能量，同时能够实现所需的对所要求流量(以及活塞6的期望速度)的调节。假定所有回收的能量均能被使用或储存，则控制阀单元2两端的压降适当地保持尽可能小，以使能量回收最大化，但所述压降又足够大以实现对所要求的液压流体返回流的调节。

所述液压系统能够还包括止回阀16，该止回阀16在控制阀单元的返回端口10与回收单元9之间的位置处与回收单元9串联连接。在所示的实施例中，止回阀16与回收单元9串联连接并与先导操作阀12并联连接，以阻止从回收单元9朝着作业功能件1的方向上的流动，但允许在从控制阀单元2朝着回收单元9的方向上的流动。当将多个作业功能件连接到该回收单元时，适当地，为各个先导操作阀使用止回阀，从而确保要从其回收能量的、来自作业功能件的液压流体不经由另一个作业功能件的先导操作阀排放到油箱。

此外，所述液压系统可优选包括一个或数个压力传感器17、19、20、22，该压力传感器17、19、20、22用于测量所述控制阀单元的供给侧和/或返回侧的上游和下游的液压流体的压力。这些压力传感器还可以一体形成在所述控制阀单元内。例如，当在“并行运行”(上文中已描述过)期间回收能量时，可以使用压力传感器20来测量液压缸的活塞杆侧的压力，其中所述回收单元用于使该压力增压，以确保偏置压力是所期望的偏置压力。

位置传感器21能够用于指示作业工具的位置。将在下文的一个示例中更详细地描述这一点，在该示例中，所述回收单元用于实现作业工具的受到阻尼的悬挂装置(damped suspension)，其目的是控制该作业工具相对于工程机械的车身的位置。

图3示出了液压系统201。该液压系统被设计为实现轮式装载机101的液压作业功能(另见图1)。

图4示出了图3的液压系统，该液压系统包括详细示出的能量回收系统301的第一示例。

在下文中，将参考图3和图4。液压系统201设有第一作业功能件203，用于提升和降低该轮式装载机的提升臂单元。该作业功能件包括用于操作提升臂单元106的所述两个液压缸108、109。

系统201还包括泵205，该泵205适于经由液压回路为所述作业功能件203供应加压的液压流体。泵205由车辆的推进发动机206驱动，该发动机206例如可以是柴油发动机。适当地，泵205具有可变排量，优选具有无限可变的排量，以提供所述作业功能件所需的流量。系统201包括流体控制装置208，该流体控制装置208具有用于各个作业功能件的控制阀单元。各个控制阀单元又可以包括具有一个或数个控制阀的液压回路，这些控制阀适于控制加压的液压流体从泵205向各个作业功能件的输送以及从各个作业功能件向油箱243的输送。

在所示的实施例中，如图4中明显可见，控制阀单元200b包括流量阀形式的两个控制阀207、209，这两个控制阀207、209用于所述提升运动和下降运动。这些控制阀在回路中布置在泵205和提升缸108、109之间，用于控制所述提升运动和下降运动。当使活塞在第一方向上移位时，这些阀中的第一阀207适于将泵205连接到液压缸108、109的活塞侧，而这些阀中的第二阀209适于将油箱243连接到液压缸108、109的活塞杆侧。当使活塞在相反的第二方向上移位时，第一阀207适于将油箱243连接到活塞侧，而第二阀209适于将泵205连接到活塞杆侧。这提供了改变该控制的很大的可能性。特别地，在一些情况下，不需要将泵205和油箱243同时连接到所述作业功能件。例如，泵205不必在载荷降低期间被连接。

如图3中明显可见，该液压系统还包括控制单元213，该控制单元213含有用于控制所述作业功能件的软件。该控制单元也称为CPU(中央处理单元)或ECM(电子控制模块)。适当地，该控制单元213包括微处理器。

由操作者控制的元件211以可操作方式连接到控制单元213，该元件211为提升杆的形式。控制单元213适于从该提升杆接收控制信号并根据该杆的位置来控制所述控制阀单元200b的控制阀207、209。这能够从控制单元213直接进行，或如图3所示地经由阀控制单元215进行。优选地，控制单元213控制该工程机械的更普通的控制策略，而控制单元215控制所述流体控制装置208的控制阀单元200a、200b、200c的基本功能。当然，这些控制单元213、215也能整合为单个单元。当驱动该泵205时，获得了流出到液压缸108、109的液压流体。到达所述液压缸的流量的大小能够由控制阀207、209调整。

液压系统201还包括第二作业功能件217，该第二作业功能件217用于使所述工程机械转向。该作业功能件包括两个液压缸，即上文中被称为转向缸104、105(另见图1)的液压缸。方向盘形式的、由操作者控制的元件219经由转阀单元(orbitrol unit)形式的阀单元被液压连接到转向缸104、105，用于直接控制所述转向缸104、105。

如图4中明显可见，用于转向功能的控制阀单元200c包括流量阀形式的两个控制阀210、212，这两个控制阀在回路中布置在泵205和转向缸104、105之间，用于使所述工程机械转向。这些转向缸也可以通过转向杆形式的、由操作者控制的元件214(图3所示)来操作，该元件214以可操作方式连接到控制单元213。控制单元213适于从转向杆214接收控制信号并根据该杆的位置来控制所示控制阀210、212。

系统201还包括布置在提升臂单元上的第三作业功能件221，该第三作业功能件221用于使所示作业工具倾翻。该作业功能件包括一个液压缸，即上文中被称为倾斜缸110的液压缸。以与所述提升功能类似的方式，用于倾斜功能的控制阀单元200a包括布置在泵205和倾斜缸110之间的两个控制阀223、225，用于控制所述工具相对于提升臂单元的往返运动。倾斜杆形式的、由操作者控制的元件227以可操作方式连接到控制单元213。控制单元213适于从该倾斜杆接收控制信号并根据该杆的位置来控制所述控制阀223、225。

优先阀220布置在所述泵的输出管道245上，以使转向功能自动优先于所述提升功能和倾斜功能，其目的是确保转向功能件总是能够得到所需的压力和流量。优先阀220调节压力并确保转向功能件能够接收到所需的压力。当处于正确的压力下时，也获得了通向该转向功能件的所需流量，其代价是：如果总的液压流体需求超过了该系统能够提供的液压流体，则忽略其他作业功能件。

在所示的实施例中，液压系统201是载荷传感式系统，为此，它适当地包括多个压力传感器229，231；216，218；235，237；233，239。通过这些压力传感器，能够感测每个所述作业功能件的实际压力。该系统的提升功能件优选包括两个压力传感器229，231，其中一个压力传感器229适于测量所述提升缸的活塞侧的压力(且适当地布置在通向所述提升缸的活塞侧的管道上)，而第二个压力传感器231适于测量所述提升缸的活塞杆侧的压力(且适当地布置在通向所述提升缸的活塞杆侧的管道上)。以相应的方式，该系统的倾斜功能件优选包括两个压力传感器235，237，其中一个压力传感器235适于测量所述倾斜缸的活塞侧的压力(且适当地布置在通向所述倾斜缸的活塞侧的管道上)，而第二个压力传感器237适于测量所述倾斜缸的活塞杆侧的压力(且适当地布置在通向所述倾斜缸的活塞杆侧的管道上)。

方向盘控制功能件包括位于与转向缸104、105连接的管道内的压力传感器233。压力传感器233优选布置在所述LS管道上，当在一个方向上转向时，该LS管道接收与一个缸侧相同的压力，而当在另一个方向上转向时，该LS管道接收与另一个缸侧相同的压力。当处于中立位置时，该LS管道连接到油箱。

以相应的方式，所述系统的杆控制功能件包括两个压力传感器216、218，其中一个压力传感器216适于测量转向缸的活塞杆侧的压力(且适当地布置在通向所述转向缸的活塞杆侧的管道上)，而第二个压力传感器218适于测量所述转向缸的活塞侧的压力(且适当地布置在通向所述转向缸的活塞侧的管道上)。

所述液压系统能够还包括电控阀241，该电控阀241适于经由液压信号来控制所述泵的压力侧的压力。系统201也可以包括另外的压力传感器239，以感测表示所述泵的压力侧压力的压力。压力传感器239优选适于感测该电控阀241下游的位置处的压力。当作业功能件被致动时，所述控制单元记录相关的液压缸内的压力。然后，该控制单元调整所述阀241，以在LS管道内获得所期望的压力(该LS管道又控制所述泵的压力)。压力传感器239适于感测该压力，而控制单元213适于从泵压力传感器239接收带有与压力水平有关的信息的信号。压力传感器239将直接感测所述泵的压力，当阀241完全打开但处于正常运行模式时，压力传感器239感测来自阀241的调节后的压力。此功能意味着该液压系统能够在可变控制压力下运行。

因此，控制单元213以可操作方式连接到压力传感器216、218、229、231、233、235、237、239以及电控阀241。因此，控制单元213接收来自这些压力传感器的电信号并生成用于控制电控阀241的电信号，该电控阀241又向主泵205发出液压信号。控制单元213适于生成通向电控阀241的、与针对任一个作业功能件而感测到的最高载荷压力相对应的控制信号，使得所述泵的压力侧的压力变得稍高于所需的载荷压力。

如前所述，控制单元213适于从控制杆211、214、227接收信号。当操作者想要提升铲斗时，提升杆211被操作。所述控制单元从提升杆211接收到相应信号并将控制阀207、209控制到如下位置：即，使所述泵连接到提升缸108、109的活塞侧并使这些提升缸的活塞杆侧连接到油箱243。所述控制单元还从这些提升缸的活塞侧的压力传感器229以及所述泵下游的压力传感器239接收信号。基于所接收到的这些信号，确定了处于比感测到的载荷压力高的水平上的、期望的泵压力，并且，电控式泵控制阀241被相应地控制。

控制单元213优选适于使控制阀207、209的开度与泵205的输出压力相协调，以便于最优运行。

在电控式泵控制阀241与泵205之间的管道251中布置有换向阀形式的液压装置253。换向阀253适于从第二作业功能件217(用于转向)和泵控制阀241接收液压信号。该换向阀还适于根据所接收到的表示最高压力的信号来控制所述泵205。因此，该液压装置(换向阀)253选择由两个输入压力信号组成的输出信号中的较高压力。

控制装置208的各个控制阀单元优选适合于双作用液压缸，其中控制阀被电控，且具有在控制阀两侧上的分开的入口和出口及压力传感器、以及在滑块上的位置传感器。

图4示出了用于各个作业功能件的、一个所述回收单元295以及限压装置287b、289b、291b。每个限压装置均包括一个所述先导操作阀287、289、291。适当地为液压机械的该回收单元295连接到发电机(或连接到既可用作发电机又可用作电动机的电机)，以与所述先导操作阀一起形成电能回收系统301。各个先导操作阀287、289、291连接到相应的控制阀单元的返回端口60a、60b、60c。

能量回收系统301包括多个第一管道280、282、284，先导操作阀287、289、291布置在该第一管道280、282、284上。各个所述第一管道均包括一个先导操作阀，并且从该液压系统内的所述作业功能件之一和油箱243连接在返回管道281、283、285之间。

能量回收系统301还包括第二管道293，该第二管道293在先导操作阀287、289、291的上游连接到每个第一管道280、282、284。回收单元295布置在第二管道293上，以便被来自所述作业功能件中的一个或数个作业功能件的液压流体的流驱动，从而回收能量。

能量回收系统301包括多个分支管道303、305、307，止回阀297、298、299布置在该分支管道303、305、307上。各个分支管道303、305、307布置在各个第一管道280、282、284与第二管道293之间，以通过这些止回阀来阻止从回收单元295朝着各个作业功能件的方向上的流动。

能量回收系统301还包括在回收单元295上游的第二管道293内的压力传感器309。

第一管道280、282、284还在先导操作阀287、289、291和回收单元295的下游连接到第二管道293。换言之，各个先导操作阀287、289、291与所述回收单元并联连接。

电子控制单元213(图3所示)适于单独地控制每一个先导操作阀287、289、291(图4所示)，以实现从所述作业功能件之一的能量回收。控制单元213还适于接收由压力传感器309感测到的带有与压力有关的信息的信号，该压力来源于回收单元295的阻力(在由相关的先导操作阀设定的最大容许压力的范围内)。

因此，这些作业功能件的返回流经过该能量回收系统301。当然，更多或更少的作业功能件能够连接到该能量回收系统。虽然在许多情况下、使液压缸的活塞侧和活塞杆侧均可通过控制阀单元连接到能量回收单元是有利的，但当然也可选择使得一个或数个作业功能件仅有一个缸侧可以连接。适当地，来自其他缸侧的返回流具有在油箱内的出口。

下面将描述根据本发明的液压系统的多个不同变体以及用它进行能量回收的不同方式。

根据第一变体，在提升臂组件111(另见图1)降低时回收能量。控制单元通过接收来自提升杆的信号来记录操作者要想降低所述组件。该控制单元把与提升缸108、109相关的先导操作阀289设定为略高于返回流的期望压力的压力，并打开控制阀207以允许来自所述返回端口的返回流。通过调整液压马达295的阻力来获得该返回流的期望压力。液压流体现在能够从提升缸108、109的活塞侧通过控制阀207、经由止回阀298并通过液压马达295，最后经由反压阀311到达油箱243。(液压流体通过先导操作阀298的程度仅仅是出现该液压马达不能处理的暂时压力峰值和/或流量峰值)。提升缸108、109的活塞杆侧通过防气泡阀以常规方式填充。因此，由液压马达295驱动的发电机313能够将回收的能量以电能的形式例如输送到储能装置314，例如电池或电容器。

当降低所述提升臂组件时，可以使用不同的控制选项来回收能量：

●不回收

所有流量均经过先导操作阀289，该先导操作阀289被设定为生成最小背压。根据所述提升臂组件的期望的下降速度，通过控制阀207来控制所述返回流的大小。

●完全回收

先导操作阀289被控制为获得最大容许压力，这意味着所有的返回流都通过液压马达295。现在，可通过发电机313的速度来控制所述返回流的大小以获得所述提升臂组件的期望的下降速度，或通过控制阀207进行流量控制。

●部分回收

所述控制单元能够确定在特定的运行模式下、是否所述潜在可回收能量仅有一部分能够被回收以及能够回收多少能量/动力。先导操作阀289被控制为使得在所述返回端口处获得最大容许压力，此压力适于所期望的能量回收水平。(除了该回收系统内的损失之外，每单位时间内回收的能量等于液压马达295两端的实际压降乘以经过该液压马达的流量)。经过该液压马达的流量通过发电机313的速度来确定。在此运行模式中，液压流体通过液压马达295和先导操作阀289并行地流动。存在多种不同的方法来控制液压马达295的速度。例如，能够调整与该液压马达连接的发电机的载荷(扭矩)以便获得所期望的速度。替代地，该载荷保持恒定并通过先导操作阀289来控制所述速度。通过控制阀207来控制总流量(该总流量决定了液压缸的活塞侧多快地被排空，并由此决定了提升臂组件的下降速度)。

●组合式回收

在同一个下降操作期间，可在上述控制选项(不回收、完全回收和部分回收)之间进行切换。

●力减小

如果控制阀207几乎全开且先导操作阀289被设定为产生低的背压(替代地，发电机对液压马达施加相对低的载荷从而导致低的背压)也不能达到足够的下降速度，则也打开控制阀209，该控制阀209将供给泵连接到活塞杆侧。由此，液压缸的活塞由于活塞杆侧的加压而被压下。液压缸在朝着载荷的方向上的力被减小，因为活塞杆侧也被加压了。该控制单元能够确定上述供给泵何时被致动。这例如可根据如下方式来进行：

●当返回流低于特定水平，或替代地当流量(有一定的裕量)低于通过提升杆所请求的流量时，泵被致动。流过控制阀207的实际流量能够基于滑块位置和控制阀207两端的压降来计算，或替代地，通过时间测量并利用来自位置传感器50的表示液压缸的活塞位置的信息来计算。

●替代地，所述泵的致动能够在液压缸的活塞侧的压力低于某一具体水平时进行。该水平可以是固定的，或者可以是取决于所要求的下降速度的水平。

●也可基于与返回流和液压缸的活塞侧的压力有关的上述条件的组合来控制所述泵的致动。

根据本发明的替代实施例，两个控制阀207、209能够被控制使得它们的通向能量回收系统的出口被打开，这意味着活塞侧和活塞杆侧都连接到回收单元。这又将导致通向回收系统的返回流减少(但压力更高)，因为所述下降操作将主要通过从活塞侧向活塞杆侧流动的液压流体来执行。这例如能够在铲斗被排空且将进行快速下降时使用，而不会导致液压马达295有超速的风险。

当铲斗被排空(倾卸)时，能够以与针对提升功能件已描述过的基本相同的方式来回收能量。在图4中，用于提升该铲斗的作业功能件被图示为液压缸110和相关的控制阀223、225。

根据另一个变体，在使用转向杆使该工程机械转向时回收能量。该转向功能略微特殊，其原因是：载荷基本上水平移动，或换言之，与重力方向垂直地移动。该工程机械的各个部件的摩擦和惯性使得该载荷有时必须通过所述供给泵205来移动，而另外一些时候又必须利用控制阀210、212来减速。为了不产生“过度敏感”且发生抖动的转向，在所述泵对转向缸加压以用于所期望的运动的同时，返回侧必须利用一定的背压进行增压，该背压能够在载荷趋向于继续其移动时使该载荷减速，而所述泵对转向缸没有影响。在本系统中使用了返回侧的偏置压力，该偏置压力的大小根据流量而变化。此背压通常在10巴至40巴的范围内。通过使用该能量回收系统来实现偏置压力，能够根据如下方式来回收能量：

●不回收

所有流量均通过先导操作阀291，该先导操作阀291被设定为生成最小背压。通过控制阀210、212中的控制了通向先导操作阀291的返回流的一个控制阀来控制所需的偏置压力。

●完全回收

先导操作阀291被控制为获得合适的最大容许压力，这意味着所有流量均通过液压马达295。现在，可通过调适从发电机313作用在液压马达295上的载荷来控制所述偏置压力。

●部分回收

所述控制单元能够确定在特定的运行模式下、是否所述潜在可回收能量仅有一部分能够被回收以及能够回收多少能量/动力。先导操作阀291被控制为使得在所述返回端口处获得最大容许压力，此压力适于所期望的偏置压力。现在能够通过调适从发电机313作用在液压马达295上的载荷来控制所述偏置压力(最高可达最大容许压力)。在此运行模式中，液压流体通过液压马达295和先导操作阀291并行地流动。存在多种不同的方法来控制液压马达295的速度。例如，能够调整与该液压马达连接的发电机的载荷(扭矩)以便获得所期望的速度。替代地，该载荷保持恒定并通过先导操作阀289来控制所述速度。

●组合式回收

在同一个转向事件期间，可以在上述控制选项(不回收、完全回收和部分回收)之间进行切换。

●偏置压力的水平能够基于如下标准之一(或基于它们的组合)来确定：

●利用固定的预定偏置压力

●利用可变的偏置压力，该可变的偏置压力是如下各项的函数：

■转向速率，和/或

■工程机械速度，和/或

■实际转向角度

●利用与需求相关的偏置压力

当在转向过程中存在增加的抖动趋势时，该偏置压力增大，而当存在较小的抖动时，则该偏置压力根据给定的时间斜率或另一种筛选类型而减小。能够通过转向速率的导数来检测到带有抖动的转向，所述转向速率能够通过发电机313来记录或替代地通过转向缸(多个转向缸)104、105上的位置传感器来记录，或替代地，通过对出口阀210或212两端的流量的计算来记录。另一种方式是：该控制单元通过压力传感器216、218来记录所述转向缸内出现的大的压力波动。

根据另一个变体，在使用方向盘219(通过转阀单元)进行转向时回收能量。这根据上文针对杆转向的描述而完成，不同之处如下：

●不回收

先导操作阀291被控制为使得最大容许压力对应于所期望的偏置压力。从发电机313作用在液压马达上的载荷被调整为如下的高水平：即，使得液压流体不流过液压马达295，但几乎所有流量均通过先导操作阀291。替代地，能够在液压马达295之前或之后添加一个截止阀，以防止通过液压马达295发生流动。

图5示出了图4中的实施例的另一种扩展。诸如液压限制阀的限压器321布置在管道323上，该管道323把来自杆控制功能件的返回管道285与油箱243连接。由此，进一步提高了可靠性，因为它能够确保在电气故障导致返回流停止的情况下也供给所述转向功能件。如果在该回收系统中发生故障，则液压流体的返回流仍能够总是通过限压阀321到达油箱243。由此，该限压阀的打开压力被适当地设定为略高于该能量回收系统中希望使用的压力水平。替代地，此限压阀321也能够针对方向盘转向来使用。如果由于某些原因而要使用如此高的偏置压力(所述转阀单元不能应对该相关的偏置压力)来进行杆转向，则可增加一个止回阀，以防止用于杆转向的偏置压力到达所述限压器和转阀单元。

根据另外的变体，在数个作业功能件同时使用时回收能量。例如，如果提升和转向功能件被同时使用，且所述提升功能需要200巴的泵压力、所述转向功能件需要50巴的泵压力，则能量回收系统能将转向功能件的返回压力增大到150巴。这意味着，200巴的泵压力既能够用于提升又能够用于转向。来自转向功能件的偏置的能量被回收。

参考图4，下面描述了另一个示例，在该示例中，所述能量回收系统用作该工程机械的作业工具的主动悬挂系统。该液压系统优选包括传感器50，该传感器50用于确定安装在该工程机械上的作业工具的基准位置。该作业工具能够通过一个所述液压作业功能件而相对于工程机械的车身移动。该作业工具例如能够是提升组件或其他类型的功能件，其中车身和/或作业工具的非期望的动能被回收，同时所述相对移动被减弱。所述回收单元适于减弱所述作业工具与车身之间的至少在一个方向上的相对移动。当受到外部干扰时，这非常重要的，所述外部干扰例如发生在该工程机械移动时。在下文中，将描述所述提升功能件的悬挂系统，在该悬挂系统中，能够在回收能量的同时对铲斗相对于车身的下降运动进行缓冲。(用于倾斜功能件的悬挂系统能够以类似的方式起作用)。

通过能够装配在提升缸上的位置传感器50(见图4)，所述控制单元记录该提升组件相对于车身的位置。所述控制单元的计算机把悬挂功能件正要被致动之前该提升组件具有的位置以及液压缸的活塞侧和/或活塞杆侧的实际压力水平储存在储存器中。提升臂组件通常以可枢转方式连接到该工程机械的车身。这意味着：如果该工程机械在崎岖路面上行驶，即在小的凸起(隆起)上行驶和/或行驶到小坑中，这在液压缸中表现为活塞侧和活塞杆侧的压力变化的形式。

通过该回收系统，控制阀209使活塞杆侧朝向油箱243大慨。当活塞侧的压力变得低于初始压力时，通向所述泵205的控制阀207打开，从而能够重新补充油并使将提升臂组件略微升起。如果活塞侧的压力变得更高，则控制阀209关闭且控制阀207朝向该回收系统打开，从而所述组件下降，其中，该液压流体的流动在回收系统中产生了电能。当提升臂组件下降时，能够通过如下方式进行减速：

●发电机313具有扭矩控制，即从该发电机作用在液压马达上的载荷能够增大，直至所述提升组件因为来自液压马达的背压足够大而停止。该液压缸的活塞行程长度和活塞速度将取决于所选择的扭矩控制策略。先导操作阀289被控制以设定最大容许压力，所述最大容许压力允许用于该回收单元的期望的压力水平。

●发电机313具有速度控制，其中，液压缸的活塞行程长度和活塞速度将取决于所选择的速度控制策略。先导操作阀289被控制以设定最大容许压力，所述最大容许压力允许用于该回收单元的期望的压力水平。

●如果能量回收不足以实现所述提升组件的期望的减速，这可能由于该能量回收被固定在给定的水平或由于其他原因而受到限制，则能通过控制阀207进行另外的减速(带有相关的损失)，且能通过先导操作阀289产生液压流体的旁通。

能执行该控制使得所述组件停止于初始位置附近，这能够通过位置传感器50来记录。相对于初始位置的最大容许幅度应受到限制。这是由于安全性原因，从而，当拉力施加到铲斗时，所述组件不致于过度折叠。

此外，该系统为可变“弹簧/阻尼”特性创造了条件。优选地，该系统基本相当于带有阻尼的弹簧，即，如果扰动迫使所述提升组件向下，则通过驱动所述发电机获得了电力，同时，通过上述控制策略对该运动减速(类似于弹簧)。以相应的方式，当提升组件通过所述供给泵而进行提升时，将增加一定的动力水平，所述动力水平然后减弱使得所述提升组件停止。此弹簧特性的形式能够是如下参数或它们的一部分的函数：

●扰动力的大小：

该弹簧特性能够是扰动力大小的函数。液压缸的在扰动前和扰动后的压力差是该扰动力的度量值。

●载荷重量的大小：

该弹簧特性能够是载荷重量的函数。液压缸的活塞侧的压力是该载荷重量的度量值。

●操纵类型：

该弹簧特性能根据要使用的操纵和/或作业工具(铲斗、货盘叉、原木爪等)而变化。控制单元能记录实际的操纵并从适于不同作业操作的多个预定特性中选择。

●运输和作业模式：

能根据该工程机械是仅在运输模式下运行还是正使用提升组件进行作业来选择不同的特性。这例如能够通过记录该工程机械的速度和/或记录任何杆移动来指示。

根据另一个变体，能量回收系统用于将泵功能添加到该液压系统，见图6。该液压系统包括用于使从来自作业功能件的返回流中回收的能量返回到所述泵的压力侧的装置520。电机513机械地连接到液压机械595。该电机能由所述液压机械驱动并因此在回收能量时用作发电机，但它也能用作发电机，以驱动作为泵的所述液压机械。因此，液压机械595能够用作液压马达和泵。

电控阀515布置在将液压机械595连接到油箱243的油箱管道517上。能使用该阀来防止液压流体从液压机械流向油箱243。泵管道251适于将该液压机械连接到主泵205的出口侧(压力侧)。适当地，此泵管道521在其一端在位于液压机械595和阀515之间的位置处连接到油箱管道517，并在其另一端连接到主泵205的出口侧。止回阀519能布置在泵管道521上。因此，防止液压流体在某一方向上从主泵205直接到达能量回收系统。止回阀523也能布置在主泵的出口侧，使得来自该能量回收系统的液压流体不能通过主泵205流向油箱243。

由此方式，所述回收单元也能将液压流体提供到液压系统的作业功能件。所述回收单元使用从作业功能件的返回管线到达的液压流体。

在图6b示出的此系统的另一变体中，省略了主泵205b处的止回阀523。主泵205b适于既用作泵又用作液压马达。该泵适于在液压流体从回收单元595b流向所述泵的压力侧50b且进一步经过所述泵而流向所述泵的抽吸侧51b时提供扭矩，同时该泵提供压力侧的所需压力，以向所述作业功能件供给。液压机械595b能连接到电机513，且能够以与前述相同的方式用作液压马达以回收能量，或用作泵以增大所述返回流的压力。

主泵205b连接到工程机械的动力传动系52b(在图6b中示意性地图示)，以在回收能量时将扭矩传递给该动力传动系。适当地，该动力传动系具有动力获取装置(PTO)。在PTO处获取的动力然后能用于该工程机械的可选功能件。在此情况下能够作为泵和液压马达而运行的主泵205b适于维持所述压力侧的所需压力，同时，来自回收单元595b的过量液压流体流能够通过管道521且进一步通过主泵205b流到油箱243中。优选是“偏心可变排量泵(over-center variable dispalcementpump)”型的可变载荷传感泵的主泵也机械连接到动力传动系52b，且因此能用于产生作用于该动力传动系的扭矩，因为液压流体通过泵205b“向后”流动到油箱243。在一个或数个作业功能件产生相对大的返回流、同时在此时刻所述供给侧的流量需求相对低的运行模式下，这可能是特别有利的。另外，在连接到电机513的能量储存器将充满的情况下，可通过主泵205b回收能量。

在下文中，将参考图6、以倾斜功能件作为示例来描述液压流体从作业功能件向主泵压力侧的返回。

先导操作阀287被控制，使得获得了所需的最大容许压力，这意味着：来自作业功能件的液压流体的所有返回流都被引导到液压机械595。可以根据该返回流的压力相对于主泵的压力侧压力的关系而使用不同的策略：

●返回压力高于主泵的供给压力：

阀515关闭且所有的液压流体流都经过液压机械595。电机513能回收与该返回压力及供给压力之间的压力差相对应的一定量的能量，即生成电力。

●返回压力低于主泵的供给压力：

阀515关闭且所有的液压流体流均经过液压机械595。电机513用作电动机并供给能量，从而返回流的压力能升高到使得液压流体能在主泵的出口侧上进行供给的水平。

如果不希望所有返回流均返回到所述供给管线(例如，如果返回流大于所需的供给流)，则能够如下进行：

●过多的返回流通过先导操作阀287被排出到油箱243。

替代地，所有能量均可储存在电能储存单元内并随后被消耗，或用于其他电力消耗件。

所回收的能量能用于不同的需求。例如，在低的柴油机速度下，该电能可用于在作业功能件内生成更高的液压缸速度，或用于将更多的发动机功率释放到动力传动系。

根据另一个变体，该回收单元用于使液压系统201设有备用转向泵形式的功能件，见图7。与图6中示出的系统相比，增加了使得液压机械595能将液压流体从油箱243中抽吸出的抽吸管道601。优选地，抽吸管道601适于从第二管道293延伸到油箱243，使得液压机械595能从油箱243中抽吸液压流体。止回阀621能布置在抽吸管道601上。通过该抽吸管道601，在主泵205由于某些原因而不能提供液压流体的情况下，液压机械595能将液压流体输送到转向系统。

根据另外的变体，能量回收系统用于在工程机械101减速期间回收能量，见图8。主泵205可通过工程机械的动力传动系205b驱动且适于在工程机械减速期间制动该动力传动系。该液压系统包括液压控制装置701b，该液压控制装置701b用于控制液压流体从泵205的压力侧到回收单元595的流动，以在该工程机械减速期间回收能量。与图7中的示例相比，图8中的液压系统的实施例包括电控阀701形式的所述控制装置701b和管道703。阀701布置在将抽吸管道601和泵管道521连接的管道703上。在该工程机械的减速期间，液压流从泵205经由阀701被驱动到回收单元，其中液压能量可转化为电能以直接消耗掉或储存在储存单元内。该工程机械将减速到与驱动泵(以及液压机械和发电机)所需的能量相对应的程度。对该减速水平的调整例如能通过调节通向所述泵的最大LS信号来进行，然后通过扭矩或转速控制来控制该电机513。压力水平与经过所述回收单元的流量的乘积对应于能实现的减速效果。该流量能通过对电机的直接速度控制或通过控制与特定速度(因此与特定流量)相对应的载荷(扭矩)来确定。如果其他功能件同时由主泵供给，则电机513被控制使得压力和流量被持续维持通向这些其他功能件，而其余部分通向回收单元。

图9示出了图8中实施例的替代实施例。在此，控制装置801b包括电控阀801和将抽吸管道601和供给管道805连接的管道803。供给管道805从所述泵延伸到优先阀220且进一步延伸到作业功能件。阀801布置在管道803上，所述管道803在优先阀220和作业功能件之间的位置处连接到供给管道805。因此，在回收单元可能发生故障的情况下也能保证转向功能件接收到流量。在此情况下，优先阀220将使来自主泵205的液流优先通向转向功能件，其代价是：牺牲了通向作业功能件和/或回收单元的供给。

图10示出了根据本发明的液压系统的替代实施例。该液压系统的能量回收系统901设置在上文中已参考图3和图4描述过的液压基础系统201中。在下文中，将仅描述此系统中存在的与图3及图4的能量回收系统相比的差异性。

在此实施例中，所述回收单元包括第一液压机械295和第二液压机械903。该第一液压机械和第二液压机械以机械方式互连，且第一液压机械295适于由液压流动流驱动，而第二液压机械903适于通过被第一液压机械驱动而泵送液压流体。因此，能量回收系统901包括所述第二液压机械903，以代替电机313。

在下文中，第二液压机械903将被称为泵，而第一液压机械295将被称为液压马达。此泵和马达的带有用于动力传递的中间轴的布置结构形成了液压扭矩变换器。例如蓄能器形式的液压能量储存器905连接到泵903的出口侧。泵903的出口侧进一步通过管道907连接到液压系统201，所述管道907连接到主泵205的抽吸侧。因此，储存在蓄能器905内的能量能通过主泵205的抽吸侧输送回到该系统。

优选地，主泵205被机械连接到该工程机械的动力传动系，且由该工程机械的诸如柴油机的推进发动机来驱动。该液压系统包括用于使从来自作业功能件的返回流中回收的能量返回到泵205的抽吸侧的装置900。液压流体能从蓄能器905提供到主泵。因为蓄能器内的液压流体被加压，所以，所述加压的液压流体也能对驱动所述主泵205的扭矩起到贡献，这可用于释放柴油机载荷。因为蓄能器连接到主泵的抽吸侧，所以，储存在蓄能器905内的所有能量都能用在该系统内，而与蓄能器内的实际压力水平无关。在蓄能器的压力高于要操作的作业功能件中的压力的情况下，即在蓄能器905中的压力高于主泵的压力侧的压力的情况下，从蓄能器供给的过多扭矩能降低柴油机的扭矩。在此情况下，主泵将用作液压马达，从而支持该柴油机。

下面将给出使用能量回收系统901来回收能量的多种不同方法的描述。

根据第一变体，在提升臂组件111下降时回收能量。(另见图1)。控制单元记录操作者要通过提升杆来使提升臂组件下降。控制单元把与提升缸108、109相关的先导操作阀289设定为最大容许压力，这意味着能实现回收单元的所需压力，并打开控制阀207。液压流体现在能从提升缸108、109的活塞侧通过控制阀207、通过止回阀298且进一步通过液压马达295，然后进一步经过反压阀311流到油箱243中。提升缸108、109的活塞杆侧通过布置在控制阀单元内的防气泡阀以常规的方式被再填充。

由液压马达295驱动的泵903将加压的液压流体输送到蓄能器905。经过该马达295的返回流的压力取决于液压缸内的压力(该压力又取决于实际载荷)。泵903的压力侧的压力取决于蓄能器905内的气体的受压程度。这意味着：蓄能器905内的压力与液压马达295之前的液压流体的压力基本不相等。通过使用该液压扭矩变换器，所有回收的能量均能储存在蓄能器905内，而与压力水平无关。

如果马达903在高压力下运行且蓄能器905具有低的压力，则可进行计算以确定应如何设定泵903的排量来获得相同的扭矩(扭矩与排量及压力的乘积成比例)。在实践中，这意味着泵903将液压流体推入到蓄能器905内，使得与液压马达295相比具有更大的流量和更低的压力，但储存在蓄能器905内的能量大体上对应于在液压马达内建立的能量。替代地，控制阀207和控制阀209两者能将出口打开而通向回收单元，这意味着活塞侧和活塞杆侧均连接到回收单元。这又将导致通向回收单元的返回流减少(但压力更高)，因为所述下降操作将主要通过从活塞侧流向活塞杆侧的液压流体来执行。这例如能够在铲斗被排空且将进行迅速下降时使用，而不会导致液压马达295有速的风险。

可以使用不同的控制选择：

●不回收：

所有返回流均通过先导操作阀289，所述先导操作阀289被设定为生成最小背压。对该返回流的大小的控制可通过控制阀207、根据所述提升臂组件的期望的下降速度来进行。能基于滑块位置和控制阀207的滑块两端的压降来计算流量。能利用液压缸的活塞侧的压力传感器和回收单元处的压力传感器309。不希望进行能量回收的原因例如可以是：因为蓄能器905完全充满，即蓄能器内的压力已达到最大水平。也可以是因为希望所述提升臂组件以最大的力下降(通过泵送力来推动)，在此情况下，返回管线内的背压将抵抗该下降运动。

●完全回收

先导操作阀289被控制为获得合适的最大容许压力，这意味着所有流量都经过液压马达295。对该返回流的大小的控制可通过控制阀207进行。控制单元具有与液压缸的活塞侧的压力有关的信息，且优选尽可能地打开所述控制阀207。能进行对于在控制阀207后应具有多高的背压以获得所需流量的计算。该压力能通过压力传感器309测量。对于液压马达295，适用如下公式：Mut＝排量*压降*ηhm/(2*PI)。对于泵903，适用如下公式：Min＝排量*压降/(ηhm*2*PI)。通过与压力、效率和马达排量有关的输入数据，能计算对所述泵903的所需排量的设定的确定。然后根据计算持股的值来控制所述泵。此外，在确认了压力传感器309测量到的实际压力之后，能执行对排量的细微调节。由于蓄能器905内和液压缸的活塞侧的压力发生变化，连续执行对排量的调节和重复计算。

●部分回收：

如果仅能回收特定的一部分能量，则通过调整所述泵903的排量来进行期望扭矩的计算和调节。这对应于控制阀与液压马达之间的某一位置处的特定压力，即压力传感器309处的压力。传感器909适于感测将液压马达295连接到泵903的轴的速度。使用来自速度传感器909的信息，能确认液压马达295和泵903是否超速。先导操作阀289然后能将返回端口处的最大容许压力调整到使得不出现超速的值。相应地，液压流体流能通过先导操作阀被直接旁通到油箱243。以常规方式调整该控制阀207，以获得正确的缸速度。

●组合式回收：

在同一个下降操作期间，可在上述控制选项(不回收、完全回收和部分回收)之间进行切换。例如，在下降运动开始时，能在蓄能器905内的压力低的情况下采用部分回收。之后，执行完全回收，而在蓄能器905已达到最大压力之后，不进行回收。

根据另一个变体，在铲斗被排空(倾卸)时回收能量。在铲斗被排空时的回收以与提升臂组件下降时相对应的方式进行。

根据另一个变体，在使用转向杆转向时回收能量。通过根据图10中的实施例的系统在杆转向期间的能量回收以与通过根据图4中系统的实施例在杆转向期间的能量回收大致相同的方式进行，其差异在于：

●在“完全回收”的情况下，通过调整所述泵903上的扭矩来控制偏置压力(根据前文的描述)。

根据另外的变体，在使用方向盘转向时回收能量(通过转阀单元)。通过根据图10中的实施例的系统在方向盘转向期间的能量回收以与通过根据图4中的实施例的系统在方向盘转向期间的能量回收大致相同的方式进行，其差异在于：

●在“不回收”的情况下，泵903的排量被控制为(最大)水平，使得液压马达上的载荷变大而导致液流不能经过液压马达295。

图11示出了图9中实施例的另外的扩展(此另外的扩展对应于图4中的液压系统的在图5中的另外的扩展)。限压器1021布置在把来自杆转向的返回管道连接到油箱243的管道1023上。

根据另外的变体，在数个作业功能件同时被使用时回收能量。这以与上文针对图4所示的液压系统所描述的大致相同的方式进行。

根据另外的变体，液压系统用作作业功能件的主动悬挂系统，例如提升功能件，其中车身和/或作业工具的非期望的动能被至少部分地回收。这以与上文针对图4所示的液压系统所描述的大致对应的方式进行，其某些差异在于：

●泵903优选具有扭矩控制，即，从泵作用在液压马达上的载荷能增大，直至所示提升组件因为来自液压马达的背压足够大而停止。液压缸的活塞行程长度和活塞速度将取决于所选择的扭矩控制策略。先导操作阀289被控制以设定最大容许压力，这意味着能量回收单元能在最大压力的范围内、在希望的压力水平下运行。

●在仅能执行有限的能量回收的情况下，则能通过控制阀207来进行作业工具的移动的特定减速，且液压流体的旁通能通过先导操作阀289来进行。

根据另外的变体，该液压系统用于在工程机械101的减速期间获得能量回收，见图12。与图11中的实施例相比，电控阀1101也布置在将回收系统的第二管道293和油箱243连接的管道1103上。

在工程机械的减速期间，主泵205被动力传动系驱动，同时主泵205制动该动力传动系。因此，主泵将液压流体流通过阀1101泵送到回收单元。工程机械减速到与驱动主泵205(和回收单元)所需的能量相对应的程度。在减速期间，阀1101优选保持完全打开。对减速水平的调整能通过计算并调整通向主泵的LS信号(因为LS信号构成了用于该泵的压力调节器的参考信号)以及调整泵903的排量来进行。能利用来自速度传感器909的输入数据来计算流量。减速效果与压力及流量的乘积成比例。

能在其他作业功能件被使用的同时从该减速过程中回收能量。如果其他作业功能件被同时使用，则通过其他作业功能件所需的压力以及获得期望的减速效果(减速能量)所需的压力这二者中的最大压力来确定通向主泵的LS信号。计算出能够回收多少能量，并相应地调整泵903的排量。计算液压马达295上的流量(通过速度传感器909计算)，且计算流出到其他作业功能件的流量(通过滑块位置和相关的控制阀的压降)。例如，如果使用带有转阀单元的方向盘来转向，则能够使用转向位置传感器来计算通向转向功能件的流量。如果回收单元不能接收与减速能量所需的量相对应的压力和/或流量，则能通过控制所述控制阀1101来排出一定量的能量，使得在控制阀1101两端产生相应的压降。

图13示出了图12中实施例的替代实施例。在此，电控阀1201布置在管道1203上，其中管道1203将回收系统内的第二管道293连接到布置在主泵205和作业功能件之间的供给管道805。管道1203在优先阀220和作业功能件之间的位置处连接到供给管道805。因此，在回收单元的可能发生故障的情况下也能保证转向功能件接收到液流。在此情况下，优先阀220使来自主泵205的液流优先通向转向功能件，其代价是牺牲了向作业功能件和/或回收单元的供给。

根据另外的变体，该液压系统用于将来自蓄能器的回收能量供给到主泵。

把储存在蓄能器内的能量直接用于作业功能件通常会导致很大的损失。蓄能器内的压力取决于气体被压缩的程度大小，且液压缸所需的压力取决于实际的载荷情况。要么该蓄能器内的压力低于液压缸的压力要求，这将意味着液压缸根本不移动，要么该蓄能器内的压力高于液压缸的压力要求，这意味着能量必须经由阀被节流掉，以能够控制液压缸活塞的速度。

然而，通过根据本发明的液压系统的此变体，储存在蓄能器905内的几乎所有能量均能被回收，见图10。

蓄能器905通过阀913连接到泵205的抽吸侧。主泵205和油箱243之间的管道上的止回阀915防止来自蓄能器905的加压油通向油箱243。当阀913关闭时，该主泵以常规的方式从油箱中抽油。驱动该泵所需的动力与泵的压力侧及抽吸侧之间的压力差以及经过该泵的流量的乘积成比例。当阀913打开时，蓄能器内的压力被供给到泵的抽吸侧，这降低了泵205的压力侧和抽吸侧之间的压力差。如果蓄能器内的压力等于输出压力，则基本上无需从柴油机供给能量以驱动该泵(除去由于滑动损失而消耗的能量)。在蓄能器905内的压力低于主泵205的输出压力的情况下，仅需要来自柴油机的将蓄能器905内存在的压力增大到所述泵的压力侧的所需压力的动力。在蓄能器905内的压力高于压力侧的期望压力的情况下，主泵905将用作液压马达并驱动该柴油机及其附属设备。

在以上描述中，术语“电控阀”已用于液压回路中的直接电控阀，也就是说，该阀适于由输入电信号控制。当然，在术语“电控阀”的范围内存在着其多种变体，例如数个阀的布置结构，在该布置结构中，第一阀布置在液压管道上，而第二直接电控阀适于通过液压信号来控制第一阀。

Claims (31)

1.一种用于工程机械(101)的液压系统，所述液压系统包括：控制阀单元(2；200a，200b，200c)和至少一个作业功能件(1；217，221，203)，所述控制阀单元(2；200a，200b，200c)用于对进出所述作业功能件的液压流体进行控制；回收单元(9；295；595)，所述回收单元(9；295；595)连接到所述控制阀单元的返回端口(10；60a，60b，60c)，用于从所述作业功能件回收能量；以及用于限制所述返回端口处的液压流体压力的装置(11；287b，289b，291b)，其特征在于，所述限压装置包括先导操作阀(12；287，289，291)，所述先导操作阀(12；287，289，291)布置成设定所述控制阀单元的返回端口(10；60a，60b，60c)处的最大容许压力，所述最大容许压力能够通过利用控制单元(13；213)控制所述先导操作阀来改变。

2.根据权利要求1所述的液压系统，

其特征在于，所述先导操作阀(12；287，289，291)连接到所述返回端口(10；60a，60b，60c)且与所述回收单元(9；295；595)并联连接。

3.根据权利要求1或2所述的液压系统，

其特征在于，所述先导操作阀(12；287，289，291)是可电控的。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的液压系统，

其特征在于，所述控制阀单元(2；200a，200b，200c)的返回端口(10；60a，60b，60c)处的所述最大容许压力能够通过所述先导操作阀(12；287，289，291)来连续改变。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的液压系统，

其特征在于，所述系统包括止回阀(16；297，298，299)，所述止回阀(16；297，298，299)在位于所述控制阀单元的返回端口(10；60a，60b，60c)与所述回收单元之间的位置处与所述回收单元(9；295；595)串联连接，并且，所述止回阀与所述先导操作阀(12；287，289，291)并联连接，以阻止朝着所述作业功能件(1；217，221，203)的方向上的流动。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的液压系统，

其特征在于，所述系统包括适于在位于所述控制阀单元的返回端口(10；60a，60b，60c)与所述先导操作阀的入口(18；280b，282b，284b)之间的位置处测量所述液压流体的压力的压力传感器(17；309)。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的液压系统，

其特征在于，所述系统包括用于提供液压流体的泵(3；205)。

8.根据权利要求7所述的液压系统，

其特征在于，所述泵(3；205)适于向所述至少一个作业功能件(1；217，221，203)提供液压流体。

9.根据权利要求8所述的液压系统，

其特征在于，所述系统包括用于使从来自所述作业功能件的返回流中回收的能量返回到所述泵的压力侧的装置(520)。

10.根据权利要求8和9所述的液压系统，

其特征在于，所述泵(205b)适于既用作泵又用作液压马达，并且，所述泵适于在液压流体从所述回收单元(595b)流向所述泵的压力侧(50b)且进一步经过所述泵而流向所述泵的抽吸侧(51b)时提供扭矩，同时所述泵提供所述压力侧的所需压力，以供给所述作业功能件(1；217，221，203)。

11.根据权利要求8或9所述的液压系统，

其特征在于，所述系统包括用于使从来自所述作业功能件的返回流中回收的能量返回到所述泵(205)的抽吸侧的装置(900)。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的液压系统，

其特征在于，所述回收单元包括第一液压机械(295)和第二液压机械(903)，且所述第一液压机械和所述第二液压机械以机械方式互连，并且，所述第一液压机械适于由液压流体流驱动，而所述第二液压机械适于通过被所述第一液压机械驱动而泵送液压流体。

13.根据权利要求12所述的液压系统，

其特征在于，所述第一液压机械(295)连接到所述返回端口从而被返回流驱动，并且，所述第二液压机械(903)适于将液压流体泵送到蓄能器(905)。

14.根据权利要求8和12所述的液压系统，

其特征在于，所述第一液压机械(295)连接到所述返回端口从而被返回流驱动，并且，所述第二液压机械(903)适于将液压流体泵送到所述泵的压力侧。

15.根据权利要求8和12所述的液压系统，

其特征在于，所述第一液压机械(295)连接到所述返回端口从而被返回流驱动，并且，所述第二液压机械(903)适于将液压流体泵送到所述泵的抽吸侧。

16.根据权利要求7至11的任一项所述的液压系统，

其特征在于，所述泵(205)能够由工程机械的动力传动系驱动且适于在所述工程机械(101)的减速期间制动所述动力传动系，并且，所述系统包括液压控制装置(701b；801b)，所述液压控制装置(701b；801b)用于控制液压流体从所述泵的压力侧到所述回收单元的流动，以在所述工程机械的减速期间回收能量。

17.根据前述权利要求中的任一项所述的液压系统，

其特征在于，所述至少一个作业功能件(1；217，221，203)包括设有活塞的液压缸，用于将动力传递到工程机械中的机械部件。

18.根据权利要求17所述的液压系统，

其特征在于，所述控制阀单元(2；200a，200b，200c)适于控制选择性地从所述液压缸的活塞侧和/或所述液压缸的活塞杆侧到所述回收单元的、液压流体的返回流。

19.根据权利要求17或18中的任一项所述的液压系统，

其特征在于，所述系统包括适于测量所述液压缸的活塞侧的液压流体压力的压力传感器(19；235，229，216)。

20.根据权利要求17至19中的任一项所述的液压系统，

其特征在于，所述系统包括适于测量所述液压缸的活塞杆侧的液压流体压力的压力传感器(20；237，231，218)。

21.根据前述权利要求中的任一项所述的液压系统，

其特征在于，所述回收单元(9；295；595)适于减弱由外部扰动引起的、在所述工程机械(101)的作业工具(111)与车身(102)之间至少沿一个方向的相对移动，所述作业工具能够通过所述作业功能件(1；217，221，203)而相对于所述车身移动。

22.根据权利要求21所述的液压系统，

其特征在于，所述系统包括用于确定所述作业工具(111)相对于所述车身(102)的基准位置的传感器(21；50)。

23.根据前述权利要求中的任一项所述的液压系统，

其特征在于，所述系统包括多个作业功能件(1；217，221，203)，所述多个作业功能件(1；217，221，203)带有各自的相关的控制阀单元(2；200a，200b，200c)，并且，为各个所述作业功能件均设置一个所述先导操作阀(12；287，289，291)。

24.根据权利要求5和23所述的液压系统，

其特征在于，所述系统包括为各个先导操作阀(287，289，291)均布置一个所述止回阀(16；297，298，299)，所述止回阀在位于各个所述控制阀单元的返回端口与所述回收单元之间的位置处与所述回收单元(295)串联连接并与所述先导操作阀并联连接，以阻止朝着各个所述作业功能件(217，221，203)的方向上的流动。

25.根据权利要求24所述的液压系统，

其特征在于，所述止回阀(297，298，299)的出口在所述回收单元的上游互连。

26.根据权利要求25所述的液压系统，

其特征在于，所述系统包括适于在位于所述止回阀下游但在所述回收单元上游的位置处测量所述液压流体的压力的压力传感器(309)。

27.根据权利要求23至25中任一项所述的液压系统，

其特征在于，所述系统包括用于各个先导操作阀的压力传感器，所述用于各个先导操作阀的压力传感器适于在位于各个所述控制阀单元的返回端口与各个所述先导操作阀的入口之间的位置处测量所述液压流体的压力。

28.根据权利要求23或24所述的液压系统，

其特征在于，所述系统包括用于各个所述作业功能件的一个所述回收单元。

29.根据权利要求23至28中的任一项所述的液压系统，

其特征在于，所述系统包括控制单元(13；213)，所述控制单元(13；213)用于单独地控制所述先导操作阀(12；287，289，291)。

30.一种工程机械(101)，所述工程机械(101)包括根据权利要求1至29中的任一项所述的液压系统。

31.一种用于在液压系统内回收能量的方法，其中，所述液压系统包括：控制阀单元(2；200a，200b，200c)和至少一个作业功能件(1；217，221，203)，所述控制阀单元(2；200a，200b，200c)用于对进出所述作业功能件的液压流体进行控制；以及回收单元(9；295；595)，所述回收单元(9；295；595)连接到所述控制阀单元的返回端口(10；60a，60b，60c)，用于从所述作业功能件回收能量，其特征在于，利用限压装置(11；287b，289b，291b)、通过从控制单元(13；213)接收信号来控制所述返回端口处的最大容许压力(Pmax)，其目的是：使所述回收单元(9；295；595)的最大能量回收率适合于所述作业功能件(1；217，221，203)的实际运行模式。

Images