CN103038537A - 回收能量的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在工作机械中回收能量的装置，具有至少一个能被驱动以使载荷块来回运动的动力驱动装置，以及能量存储系统（16），该能量存储系统吸收载荷块向一个方向的运动中所释放的能量且使该能量能用于向另一个方向的后续运动。所述装置的特征在于，具有以蓄能器缸（16）的形式的能量存储系统，该蓄能器缸（16）机械地连接至载荷块，存储用于向一个方向运动的气动压能，并对于向另一个方向的运动，作为支持动力驱动装置并将所存储的压能转换成驱动力的辅助工作缸。

Description

回收能量的装置

技术领域

本发明涉及一种在工作机械中回收能量的装置，具有至少一个能被驱动以使载荷块来回运动的动力驱动装置，并具有能量存储系统，该能量存储系统吸收载荷块向一个方向的运动中所释放的能量且使该能量能用于向另一个方向的后续运动。

背景技术

这种类型的在工作机械中回收势能的装置是现有技术；参见例如WO 93/11363或EP 0 789 816 B1。作为能量存储系统，这种装置具有存储所释放的作为工作气体的压能的势能的压力蓄能器。在操作中产生尽可能最低的能量损失对于这些装置的效率是至关重要的。所述损失主要包括蓄能器气体的热能的损失。通常，在工作气体被压缩时形成的热能的大部分通过在现有技术中作为能量存储系统使用的液压蓄能器的外壁释放，且考虑到蓄能器壳体（优选为钢）的较大表面，工作气体与外部之间的大面积接触区域会导致相当大的热损失。

鉴于这些问题，本发明的目的在于提供一种所考虑的类型的装置，与现有技术不同地，以特别简单且节约成本的设计，能够极大地改进能量平衡。

发明内容

根据本发明，该目的通过一种具有权利要求1的全部特征的装置来实现。

因此，本发明的重要特征包括具有以蓄能器缸的形式的能量存储系统，该蓄能器缸机械地连接至载荷块，存储用于向一个方向运动的气动压能，并对于向另一个方向的运动，作为支持动力驱动装置并将所存储的压能转换成驱动力的辅助工作缸。

在一个特别优选的实施形态中，限定为作为辅助工作缸的所述蓄能器缸连接至能上升并下降的载荷块，并存储在下降过程中释放的以气动压能的形式的势能。

作为现有的液压蓄能器的替代的以蓄能器缸的形式的能量存储系统的使用在不止一个方面改进了能量平衡。一方面，蓄能器缸至载荷块的直接机械连接，以致所存储的压能可直接转换成提升力，从而该蓄能器缸作为额外的动力驱动装置，结果可去除在液压蓄能器与动力驱动装置之间现有技术中所需的液压系统，从而消除了不然会产生的相关的能量损失。此外，与液压蓄能器相比时，对于减少工作气体的直接热损失蓄能器缸提供了相当多的设计选项。

对于特别有利的示例实施形态，当具有中空的、端侧开口部件的蓄能器缸的活塞杆形成活塞，在处于完全收缩至所述缸内的位置中该活塞的腔包含工作气体的基本上整个容积时，该直接热损失可以相当显著地减少。在活塞的该配置中，热的产生发生于在活塞内活塞杆下降时，即、在通过中空的活塞的壁与缸壁隔离的区域中。此外，由于活塞的尺寸设定为使得在其腔内包含工作气体的基本上整个容积；当活塞完全收缩时，在对应于最大压缩从而对应于最大产热的该操作状态中，活塞壁在该缸的整个长度上延伸，从而在该最大产热的状态中是双壁的。因此热损失最小化。

另一方面，在该配置中，活塞的具体的整体长度导致在完全伸展位置中，具有对应的平坦部分的活塞的壁位于缸壁的外侧。在该完全伸展位置中，工作气体响应于膨胀而冷却。同时，对于该活塞位置，由缸表面和活塞的暴露的套表面形成的暴露至外部的壁表面具有最大值。因此，整个壁面积的热阻最小，从而从周围空气吸收较大量的热能并释放至冷却的工作气体。这导致优化的能量平衡。

不仅在某些部分存在的双壁配置，而且在双壁中包围的工作介质或操作介质，例如，以工作气体的形式和/或以液压油的形式，都有助于热能平衡的优化。 

蓄能器缸可以形成为杯的形状，在其封闭的底部上具有用于诸如N₂的工作气体的加注口。

在特别有利的示例实施形态中，在所述蓄能器缸的与底部相反的开口端上形成有与杯的内壁隔开一定间距引导活塞的外侧的引导件，所述间距形成油隙。

优选地，在活塞的开口端上形成有引导所述活塞的端部同时保持油隙的第二引导件。以此方式，可以稳妥地引导活塞。

特别地，与位于油隙中的填充油一起，可形成高压密封系统，其即使在具有高压、例如，大于100巴的应用中也能在长期操作中可靠地工作。

为了容纳在活塞伸展时由于油隙的长度的减小而排出的油且在收缩时使该油再次可用，液压蓄能器可连接至油隙；所述蓄能器补偿当活塞运动时所述油隙的容积的变化。

在特别有利的示例实施形态中，作为辅助工作缸使用的所述蓄能器缸机械地分路至能通过液压系统驱动且作为动力驱动装置使用的液压工作缸。这实现了特别简单的配置，特别是对于升降机、起重机吊杆等提供液压缸作为直接作用于载荷块的动力驱动装置。

虽然在现有技术中从液压蓄能器回收的能量以液压压能的形式可用，从而回收的能量仅可用于液压动力驱动装置，例如工作缸或液压马达，但是本发明可与任何不必液压驱动的动力驱动装置结合使用，例如，在由电动马达驱动且用于提升载荷的主轴驱动装置、缆绳拉动等中。

附图说明

以下根据如图所示的示例实施形态详细说明本发明，其中：

图1示出了起重机吊杆的示意性简化示图，提供了根据本发明的回收势能的装置的一个示例实施形态；

图2示出了象征性示图，其示出了至工作缸的机械分路中的蓄能器缸以解释本发明的操作原理；

图3示出了根据本发明的装置的第一示例实施形态的蓄能器缸的示意性简化纵向剖视图；

图4示出了与图3对应的第二示例实施形态的纵向剖视图；以及

图5和图6示出了本装置的第三和第四示例实施形态的对应部分。

具体实施方式

以下根据示例实施形态说明本发明，其中起重机吊杆2形成载荷块4（图2）。该吊杆2可以通过以液压工作缸6的形式的动力驱动装置升起；更具体地，该吊杆2可以围绕连接点8枢转。该工作缸6是可由液压系统10驱动的液压缸，该液压系统10仅在图2中象征性地示出，参见图2，其中仅控制阀组件标以12及液压泵标为14。该液压系统10，具体地，可以是常用于工作机械的设计，因此不需在此详细说明。

蓄能器缸16机械地分路至形成动力驱动装置的工作缸6；即，类似于工作缸6的活塞杆20，蓄能器缸16的活塞杆18直接作用于载荷块4（吊杆2）上。

图3以单独的示图示出了蓄能器缸16的细节。由图可见，其具有杯22的形状，带有封闭的底部24，在后者上具有未图示的用于工作气体（在本示例中为N₂）的加注口。在图示示例中，活塞杆18的端部形成以具有内腔30的中空主体的形式的活塞26，该内腔30在活塞端28上开口，且在活塞端28位于杯22的底部24上时的活塞26的完全收缩位置中，包含工作气体的整个容积。图3示出大致处于中间位置的活塞26，其中气体容积包括杯22的除活塞26以外的内部空间和活塞26的腔30。

活塞26在蓄能器缸16的杯22的内壁上引导，从而在活塞26的外部具有油隙32。为此，在杯22的开口端34上具有用于活塞26的引导件36。在开口的活塞端28上，具有第二引导件38。引导件36、38两者确保在活塞运动期间油隙32的保留，且其各自额外地具有密封组件40，从而与油隙32的填充油一起，不仅形成活塞润滑，而且形成高压密封系统。为了补偿在活塞运动期间变化的油隙32的容积，液压蓄能器42连接至油隙32，并容纳在活塞26伸展时排出的油，且在活塞26收缩时再次释放该油。

如上所述，在图3中活塞26处于载荷块4部分下降的中间位置。如果载荷块4完全下降，活塞26向杯22的底部24的方向运动，从而处于下降动作的终端位置的活塞端28接近底部24。当活塞26收缩时，工作气体压缩至与处于完全收缩位置的活塞26的腔30的容积对应的容积。以此方式，载荷块4在下降期间释放的势能转换成蓄能器缸16中的压能。活塞26的完全收缩位置对应于最大压缩的状态，从而对应于工作气体的最大加热。同时，在本发明中，在该操作状态中，加热的工作气体由双壁包围，因为在该位置的活塞壁44沿着杯壁46在杯22的整个长度上延伸。此外，已在油隙32中收集并基本上在杯22的整个长度上延伸的介质形成杯壁46与活塞壁44之间的额外的绝缘层。

在最大加热的状态中，蓄能器缸16从而同时处于最佳隔热的状态中。另一方面，在活塞26的完全伸展位置中，即、在工作气体由于膨胀而处于最冷却状态的状态中，具有活塞壁44的几乎整个长度的活塞26在杯22的外部；即、在“过冷的”操作状态期间，蓄能器缸16具备暴露至外部的壁表面的最大值，具体地为杯壁46和活塞壁44的基本上整个表面，从而可以从周围空气吸收较大量的热。因此，由于本发明的工作气体的“过热的”状态的低热释放以及“过冷的”状态的高热吸收，能量平衡总体来说是良好的。

图4示出了与图3相比简化至在油隙32处无液压蓄能器的程度的一个示例实施形态。替代地，油隙32不包含完全的填充油，而是通过浮动的、即轴向运动的密封件60分为包含填充油的油侧62和填充有氮气的气体侧64。在活塞26的运动中，油隙从而形成小型化的液压蓄能器类型。

图5示出了另一个变形例，其中，具有连接至油隙32的液压蓄能器42，该蓄能器的气体侧通过充气管路66连接至活塞26的内部，从而蓄能器42的填充压力自动地保持在蓄能器缸16的压力水平。在充气管路66中可存在未图示的压力限制和/或止回阀，以便需要的话规定液压蓄能器42的填充压力或将其向一个方向引导。在该方案的变形中，将管路66连接至蓄能器缸16的底部24而非活塞杆18的上部、头侧盖的区域也可是有利的，从而在蓄能器缸16的内部与蓄能器42（具体地、在蓄能器42的与通向空间32的管路的出口处相反的一侧）之间具有直接的流体输送连接。

图6示出了又一个变形例，其中，蓄能器缸16的内部通过供给管路68连接至工作气体的供给源70。另外，为了进一步改进隔热，活塞26的内腔30完全填充有也能部分地容纳工作气体的大孔泡沫材料72。

应注意，在图3至图6的高度示意性简化的示图中，仅图示了操作原理，省略了设计细节，例如，实现活塞26的安装的杯22的开口端34的分隔配置或将介质输送至油隙32的连接。 

Claims (9)

1.一种在工作机械中回收能量的装置，具有至少一个能被驱动以使载荷块（4）来回运动的动力驱动装置（6），并具有能量存储系统（16），该能量存储系统吸收载荷块（4）向一个方向的运动中所释放的能量且使该能量能用于向另一个方向的后续运动，其特征在于，具有以蓄能器缸（16）的形式的能量存储系统，该蓄能器缸（16）机械地连接至载荷块（4），存储用于向一个方向运动的气动压能，并对于向另一个方向的运动，作为支持动力驱动装置（6）并将所存储的压能转换成驱动力的辅助工作缸。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，作为辅助工作缸的所述蓄能器缸（16）连接至能上升并下降的载荷块（4），并存储在下降过程中释放的以气动压能的形式的势能。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，具有中空的、端侧开口部件的所述蓄能器缸（16）的活塞杆（18）形成活塞（26），在处于完全收缩至所述缸（16）内的位置中该活塞（26）的腔（30）包含工作气体的基本上整个容积。

4.根据上述权利要求1至3中的任一项所述的装置，其特征在于，所述蓄能器缸（16）具有杯（22）的形状，在杯（22）的封闭的底部（24）上具有用于诸如N₂的工作气体的加注口。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，在所述蓄能器缸（16）的开口端（34）上形成有与杯（22）的内壁（46）隔开一定间距引导活塞（26）的外侧的引导件（36），所述间距形成油隙（32）。

6.根据上述权利要求1至5中的任一项所述的装置，其特征在于，在活塞（26）的开口端（28）上形成有引导所述活塞（26）的端部（28）同时保持油隙（32）的第二引导件（38）。

7.根据上述权利要求1至6中的任一项所述的装置，其特征在于，两个引导件（36、38）与位于油隙（32）中的填充油一起，形成高压密封系统。

8.根据上述权利要求1至7中的任一项所述的装置，其特征在于，液压蓄能器（42）连接至油隙（32）并补偿当活塞（26）运动时在所述油隙（32）中的填充油的容积的变化。

9.根据上述权利要求1至8中的任一项所述的装置，其特征在于，作为辅助工作缸的所述蓄能器缸（16）机械地分路至能通过液压系统（10）驱动且作为动力驱动装置使用的液压工作缸（6）。

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