CN103249950B - 用于工业过程的混合液压系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于驱动负载的液压驱动系统包括驱动轴、由驱动轴驱动的第一和第二液压泵以及以多种模式操作液压驱动系统的控制系统，所述多种模式包括：a)第一模式，其中第二液压泵从供给线路向蓄能器泵送液压流体；b)第二模式，其中第二液压泵从蓄能器向供给线路泵送液压流体；c)第三模式，其中第二液压泵从供给线路向贮液器泵送液压流体；和d)第四模式，其中第二液压泵从贮液器向供给线路泵送液压流体。至少第二液压泵是可变排量双向泵。

Description

用于工业过程的混合液压系统
相关申请的交叉引用
本申请于2011年10月14日作为PCT国际专利申请提交，对于除美国之外的全部指定国以美国联邦公司Eaton(伊顿)公司作为申请人，而仅对于美国这一指定国以中国公民QingHui Yuan和印度公民AnkurGanguli作为申请人，本申请要求于2010年10月15日提交的美国专利申请系列号61/393,556的优先权，该申请的公开内容以其全文通过引用并入本文中。
背景技术
在一些常规的液压系统中，固定排量泵将流体供给到一个或多个负载源。负载源的负载需求在工作循环中变化。固定排量泵的尺寸被确定成适于适应在工作循环期间要求的最大负载。因此，对工作循环的相当大部分而言，泵可能尺寸过大。
发明内容
本发明的一些方面涉及具有重复工作循环(即作业循环)的液压系统。所述液压系统包括至少一个可变排量泵和至少一个蓄能器，以将流体供给到系统的负载部段。控制系统确定何时蓄能器(需要)被填充或释放。在一些实施方式中，系统还包括与可变排量泵串联联接的固定排量泵。
本发明的多个附加的方面将在随后的说明书中阐述。本发明的方面可以涉及单独的特征和特征的组合。应当理解的是，前述的一般性说明和随后的详细说明仅仅是示意性和说明性的，并非是限制本发明宽泛的发明构思——本文中公开的实施例都基于该发明构思。
附图说明
图1是液压回路图，显示了配置为将流体供给到根据本发明原则的示例液压系统的负载部段的固定排量泵；
图2是液压回路图，显示了配置为将流体供给到根据本发明原则的另一个示例液压系统的负载部段的可变排量泵；
图3是液压回路图，显示了配置为将流体沿着供给路线供给到根据本发明原则的另一个示例液压系统的负载部段的可变排量泵装置；
图4是表格，显示了对应负载需求的驱动模式；
图5是流程图，图示了用于示例控制过程400的操作流程，可用以操作图3的驱动回路；
图6是回路图，显示了当驱动回路配置为填充模式时经过驱动回路的流体流动；
图7是回路图，显示了当驱动回路配置为转储(dump)模式时经过驱动回路的流体流动；
图8是回路图，显示了当驱动回路配置为正常模式时经过驱动回路的流体流动；
图9是回路图，显示了当驱动回路配置为释放模式时经过驱动回路的流体流动；
图10是曲线图，显示了在示例工作循环中具有示例负载曲线的示例液压系统中，随着时间过程从每个泵到供给线路Ps的流体流量；
图11是曲线图，描绘了由马达提供的用来操作泵的峰值功率在不具有蓄能器的液压传动系统(三角线)和具有蓄能器的液压传动系统(圆线)之间的差异；和
图12是流程图，图示了用于示例设计和选择过程的操作流程，用以设计和程式化液压系统的如图3所示的泵装置。
具体实施方式
图1是液压回路图，显示了用于具有重复工作循环的负载部段130(例如，注模机)的动力提供操作的液压驱动回路100。驱动回路100包括固定排量泵110，该固定排量泵配置为将流体供应到示例液压系统的负载部段130。电子控制单元(ECU)116管理VFD 114。
泵110具有入口111和出口113。入口111连接到贮液器105(即储罐)，出口113连接到流量控制阀120和安全阀125。具有变频驱动器(VFD)114的马达112(例如电动马达)驱动泵110，以从贮液器105中抽吸流体并且将可变量的流体提供给系统。安全阀125通过使多余的流量转到贮液器105来控制泵出口压力(即液压系统压力)。流量控制阀120控制提供给致动器的液压流体的流量。在一些实施方式中，流量控制阀120和安全阀125是比例阀。
在所示的实施例中，负载部段130包括第一负载源132、第二负载源134和第三负载源136。在其他的实施方式中，液压系统可以具有更多或更少数量的负载源。在某些实施方式中，每个负载源132、134、136包括机器致动器(例如，注射机、夹具、螺杆等)。每个致动器132、134、136分别通过阀131、133、135连接到流量控制阀120。在所示的实施例中，第一阀131和第二阀133是三位阀，而第三阀135是两位比例阀。然而，在其他的实施方式中，阀131、133、135可以具有任何期望的状态数量。
每个致动器132、134、136在活动(起作用)状态和关闭(待用/不起作用)状态之间转换，在活动状态下，致动器132、134、136需要来自泵110的流体流，在关闭状态下，致动器132、134、136与泵110隔离。阀131、133、135用于开启和关闭与致动器132、134、136的流体连通。在一些实施方式中，在任何时刻，仅有一个负载源132、134、136是活动的。在其他的实施方式中，多个致动器132、134、136可以同时活动。在某些实施方式中，致动器132、134、136执行重复的任务，因此每个致动器132、134、136的负载需求根据工作循环而变化。
例如，在一些实施方式中，液压系统包括注塑系统。在这样一些系统中，第一负载源132包括给夹具提供动力的液压缸，第二负载源134包括轴向移动注射器的螺旋推运器(auger)的液压缸，第三负载源136包括旋转注射器的螺旋推运器的液压马达。然而，在其他的实施方式中，每个负载源132、134、136可以包括任何期望类型的液压执行机构。尽管将机器负载部段130描述为注塑成型机，但应当领会的是，本发明的方面适合于任何类型的液压驱动机器。特别地，本发明的方面适合于具有重复工作循环的液压机，其中在工作循环中由机器需求的液压负载和液压流量负载根据预定的曲线而变化。
液压驱动回路100具有这样的结构，其能够使得功率产生和功率消耗有效地匹配，从而减少节流功率损耗。在一些实施方式中，一个或多个蓄能器150可以在流量控制阀120的上游连接到液压驱动回路100。在其他的实施方式中，一个或多个蓄能器150可以与流量控制阀120并行地连接到液压驱动回路100。例如，这样一种并行结构驱动回路的公开内容可以在与本申请一同提交的、并且名称为“Hydraulic Drive Circuit with ParallelArchitectured Accumulator(具有并行结构蓄能器的液压驱动回路)”的共同待审的美国申请编号____[代理人案卷号15720.0122USU1]中见到，该申请要求于2010年10月18日提交的、名称为“Parallel ArchitecturedIntelligent Accumulator(PAIA)for Energy Saving(用于节能的并行结构智能蓄能器(PAIA))”的美国临时申请编号61/393,968的优先权，上述两个申请的公开内容在此通过引用并入本文中。
通常，VFD 114驱动泵110以将具有特定的压力和流量的流体供给到负载部段130。在工作循环中当负载低于第一预定阈值时的时段内，阀装置155引导一部分泵送的流体来填充蓄能器150。在工作循环中当要求的负载大于第二预定阈值时的时段内，阀装置155使蓄能器150释放以引导附加的流体流到负载部段130。
当负载需求处于第一和第二阈值之间时，蓄能器150(例如通过阀装置155)与液压系统的其余部分隔离。当蓄能器150隔离时，马达112、VFD 114和泵110以常规模式运行。在某些实施方式中，第一和第二阈值被设定成使得蓄能器150在工作循环的相当大一部分中与液压系统的其余部分隔离。在一些实施方式中，第一和第二预定阈值基于工作循环和特殊系统的负载要求而被试验性地设定。
图2是液压回路图，显示了用于具有重复工作循环的负载部段230(例如，注塑成型机)的动力提供操作的液压驱动回路。驱动回路200包括可变排量泵210，该可变排量泵构造为将流体供应到另一个示例液压系统的负载部段230。泵210具有入口211和出口213。可变排量泵210通过入口211从供给储罐205抽吸流体。ECU 216控制比例阀214以有选择地从出口213将流体流提供给系统。由马达(例如，电动马达)212驱动的泵210根据负载传感信号LS改变流体流量。位于比例阀214下游的比例阀220将可变排量泵210连接到负载部段230。比例安全阀225允许过量的流体从可变排量泵210返回到储罐205。
在所示的实施例中，负载部段230包括第一负载源232、第二负载源234和第三负载源236。在其他的实施方式中，液压系统可以具有更多或更少数量的负载源。在某些实施方式中，每个负载源232、234、236包括机器致动器(例如，注射机、夹具、螺杆等等)。每个致动器232、234、236分别通过阀231、233、235连接流量控制阀220。在所示的实施例中，第一阀231和第二阀233是三位阀，第三阀235是两位比例阀。然而，在其他的实施方式中，阀231、233、235可以具有任何期望的状态数量。
每个致动器232、234、236在活动状态和关闭状态之间转换，在活动状态下，致动器232、234、236需要来自泵210的流体流，在关闭状态下，致动器232、234、236与泵210隔离。阀231、233、235用于开启和关闭与致动器232、234、236的流体连通。在一些实施方式中，在任何时刻仅有一个负载源232、234、236是活动的。在其他的实施方式中，多个致动器232、234、236可以同时活动。在某些实施方式中，致动器232、234、236执行重复的任务，因此每个致动器232、234、236的负载需求根据工作循环而变化。
例如，在一些实施方式中，液压系统包括注塑系统。在这样一些系统中，第一负载源232包括给夹具提供动力的液压缸，第二负载源234包括轴向移动注射器的螺旋推运器的液压缸，第三负载源236包括旋转注射器的螺旋推运器的液压马达。然而，在其他的实施方式中，每个负载源232、234、236可以包括任何期望类型的液压执行机构。尽管将机器负载部段230描述为注塑成型机，但应当领会的是，本发明的方面适合于任何类型的液压驱动机器。特别地，本发明的方面适合于具有重复工作循环的液压机，其中在工作循环中由机器需求的液压负载和液压流量负载根据预定的曲线而变化。
液压驱动回路200具有这样的结构，其能够使得功率产生和功率消耗有效地匹配，从而减少节流功率损耗。蓄能器250在比例阀220的上游和比例安全阀225的下游连接到液压驱动回路200。在一些实施方式中，一个或多个蓄能器250可以在流量控制阀220的上游连接到液压传动回路200。在其他的实施方式中，一个或多个蓄能器250可以与流量控制阀220并行地连接到液压传动回路200。例如，这样一种并行结构驱动回路的公开内容可以在与本申请一同提交的、并且名称为“Hydraulic Drive Circuitwith Parallel Architectured Accumulator(具有并行结构蓄能器的液压驱动回路)”的共同待审的美国申请编号____中见到，该申请要求于2010年10月18日提交的、名称为“用于节能的并行结构智能蓄能器(PAIA)”的美国临时申请编号61/393,968的优先权，上述两个申请的公开内容在此通过引用并入本文中。
通常，可变排量泵210基于负载传感控制信号LS将适当的流体流供给到液压系统200的负载部段230。在工作循环中当要求的负载低于第一预定阈值时的时段内，阀装置255引导一部分泵送的流体来填充蓄能器250。在工作循环中当要求的负载大于第二预定阈值时的时段内，阀装置255使蓄能器250释放以引导附加的流体流到负载部段230。
当负载需求处于第一和第二阈值之间时，蓄能器250通过阀装置255与液压系统的其余部分隔离。当蓄能器250隔离时，可变排量泵210以常规模式运行。在某些实施方式中，第一和第二阈值被设定成使得蓄能器250在工作循环的相当大一部分中与液压系统200的其余部分隔离。在一些实施方式中，第一和第二预定阈值基于工作循环和特殊系统的负载要求而被试验性地设定。
图3是液压回路图，显示了用于具有重复工作循环的负载部段330(例如，注塑成型机)的动力提供操作的液压驱动回路300。驱动回路300包括可变排量泵装置301，该可变排量泵装置构造为将流体沿着供给线路Ps供应到另一个示例液压系统的负载部段330。在一些实施方式中，负载部段330与图1的负载部段130或图2的负载部段230相同。然而，在其他的实施方式中，负载部段330可以包括任何期望数量和/或类型的负载源。可变排量泵装置300从贮液器305抽吸流体，并且将过量的流体转储到贮液器305。
可变排量泵装置300包括马达(例如电动马达)310，其通过驱动轴319驱动至少第一泵312和第二泵314。至少第二泵314是双向泵。在一些实施方式中，第二泵314是可变排量泵。在所示的实施例中，第一泵312是固定排量的单向泵。在其他的实施方式中，第一泵312可以是可变排量泵。在另外其他的实施方式中，泵装置300可以包括附加的泵(例如固定排量泵和/或可变排量泵)。泵装置300的泵312、314串联连接到供给线路Ps。
马达310恒定地驱动第一泵312，以通过泵入口311从储罐305抽吸流体并且从泵出口313将流体供给到负载部段330。双向可变排量泵314具有第一口315和第二口317。随着驱动第一泵312，马达310也恒定地驱动可变排量泵314。然而，因为可变排量泵314是双向的，因此每个口315、317可以交替地用作入口和出口。
ECU 316提供控制信号U1用于控制何时可变排量泵314在第一方向引导流体，何时第二泵314在第二方向引导流体。当控制信号U1使第二泵314在第一方向引导流体时，第二泵314引导来自泵供给线路Ps的流体(即，通过第一泵312从储罐305中获得的流体)经过第二口317、经过第一口315到馈送线路F。然而，当控制信号U1使第二泵314在第二方向引导流体时，第二泵314引导来自馈送线路F的流体经过第一口315、经过第二口317到泵供给线路Ps。
三位换向阀320有选择地将馈送线路F连接到储罐305和包括至少一个蓄能器340的蓄能器装置。某些类型的换向阀320也将有选择地从储罐305和蓄能器装置隔离馈送线路F。换向阀320包括馈送口321、蓄能器口323和贮液器口325。在所示的实施例中，换向阀320构造为在三个位置之间移动。在中位(例如，中间)位置，换向阀320不与任何口321、323、325连接。因此，阀320不会将馈送线路F流体地联接到蓄能器装置或储罐305。当移动到左侧时，换向阀320将馈送口321连接到蓄能器口323，由此将馈送线路F与蓄能器装置流体地联接。当移动到右侧时，换向阀320将馈送口321连接到贮液器口325，由此将馈送线路F与贮液器305流体地联接。
在图3所示的实施例中，蓄能器装置包括一个蓄能器340。然而，在其他的实施方式中，蓄能器装置可以包括如与本申请一同提交的且名称为“Hydraulic Drive Circuit with Parallel Architectured Accumulator(具有并行结构蓄能器的液压驱动回路)”的共同待审的美国申请编号____中所示的蓄能器阵列，其公开的内容通过如上的引用并入本文中。该申请也公开了用于蓄能器装置的并行结构，其可以在驱动回路300中利用。
在某些实施方式中，换向阀320由螺线管322移动，螺线管由通过ECU318产生的控制信号U2控制。在一些实施方式中，ECU 318与ECU 316相同。在其他的实施方式中，可以设置两个单独的ECU 316、318。在某些实施方式中，换向阀320也可以在一个或两个方向被弹簧偏压(参见弹簧324)。
通常，第一泵312和第二泵314配合来将流体提供至供给线路Ps以供负载部段330使用。第一泵312从储罐305供给恒定的流体流到负载部段330。根据驱动回路300的驱动模式，第二泵314引导流体从贮液器305到功率供给线路Ps，引导流体从蓄能器340到功率供给线路Ps，引导一部分流体从第一泵312输出到蓄能器340，或者引导流体从泵314到贮液器305。驱动模式基于在工作循环中的任意给定时间的负载要求而变化。
图4是表格，显示了对应负载需求的驱动模式。如图所示，当负载部段330具有低负载需求时(例如，当负载部段330的负载需求小于第一阈值T1时)，ECU 316提供控制信号U1指示第二泵314将流体在第一方向从供给线路Ps引导到馈送线路F。在低功率需求期间，驱动回路300可以构造为填充或转储模式。当构造为填充模式时，ECU 318提供控制信号U2指示换向阀320将馈送线路F连接到蓄能器340。当构造为转储模式时，ECU 318提供控制信号U2指示换向阀320将馈送线路F连接到贮液器305。
当负载部段330具有正常负载需求时(例如，当负载部段330的负载需求大于第一阈值T1并且小于第二阈值T2时)，ECU 316提供控制信号U1指示第二泵314将流体在第二方向从馈送线路F引导到供给线路Ps。ECU 318提供控制信号U2指示换向阀320将馈送线路F连接到贮液器305。因此，除了通过第一泵312供给的流体之外，第二泵314有效地从储罐305抽吸流体并且将流体引导到供给线路Ps。
当负载部段330具有高负载需求时(例如，当负载部段330的负载需求大于第二阈值T2时)，ECU 316提供控制信号U1指示第二泵314将流体在第二方向从馈送线路F引导到供给线路Ps。ECU 318提供控制信号U2指示换向阀320将馈送线路F连接到蓄能器340。因此，除了通过第一泵312供给的流体之外，第二泵314有效地从蓄能器340抽吸流体并且将流体引导到供给线路Ps。
图5是流程图，图示了用于示例控制过程400的操作流程，可用以操作图3的驱动回路300。在一些实施方式中，示例控制过程400由一个或多个电子控制单元(例如图3的ECU 316和ECU 318)实施。在其他的实施方式中，示例控制过程400可以由任何其他电子处理器执行。示例控制过程400从开始模块402开始，执行任何适当的初始化程序，并且继续至获取操作404。
获取操作404确定液压系统的当前负载需求。在一些实施方式中，获取操作404将时钟时间与液压系统的预定的工作循环比较。在其他的实施方式中，获取操作404接收控制信号，该控制信号指示系统的相对于预定工作循环的当前状态。在其他的实施方式中，获取操作404利用在液压系统内的一个或多个传感器测量流体压力和流体流量。
第一判定模块406判定当前负载需求是否小于第一预定阈值T1，如果当前负载需求小于第一预定阈值T1，则第一泵位置操作408使第二泵314在第一方向引导流体。例如，ECU 316可以将控制信号U1传送到第二泵314以使第二泵314将流体从供给线路Ps引导到馈送线路F。
第二判定模块410判定蓄能器(例如图3的蓄能器340)是否充满。如果蓄能器340没有充满，则第一阀位置操作412移动换向阀320以将馈送线路F连接到蓄能器(A)340以用于填充。例如，ECU 318可以指令螺线管322以将图3的换向阀320朝向左侧移动。因此，第二泵314从供给线路Ps抽吸流体并且经馈送线路F将流体泵送到蓄能器340。控制过程400执行任何适当的完成程序并且在终止模块420结束。
例如，图6是回路图，显示了当驱动回路300配置为填充模式时经过驱动回路300的流体流动。在图6中，ECU 316指令第二泵314从供给线路Ps引导流体到馈送线路F。ECU 318指令螺线管322以移动换向阀320，将馈送线路口321连接到蓄能器口323。因此，流体从第一泵312流动到供给线路Ps。来自第一泵312的一部分流体由第二泵314从供给线路Ps抽吸并被引导到蓄能器340。因为流体在第一方向流动，如图6所示的阀连接从馈送口321延伸到蓄能器口323。然而，应当理解的是，根据第二泵314的方向，该连接是双向的。
再参考图5，然而，如果第二判定模块410确定蓄能器340充满，则第二阀位置操作414移动换向阀320以将馈送线路F连接到贮液器(T)305。例如，ECU 318可以指令螺线管322以将图3的换向阀320朝向右侧移动。因此，第二泵314从供给线路Ps抽吸流体并且将流体经过馈送线路F转储到储罐305。控制过程400执行任何适当的完成程序并且在终止模块420结束。
例如，图7是回路图，显示了当驱动回路300配置为转储模式时经过驱动回路300的流体流动。在图7中，ECU 316指令第二泵314从供给线路Ps到馈送线路F引导流体。ECU 318指令螺线管322以移动换向阀320，将馈送口321连接到贮液器口325。因为流体在第一方向流动，如图7所示的阀连接从馈送口321延伸到贮液器口325。然而，应当理解的是，根据第二泵314的方向，该连接是双向的。
在如图7所示的示例传动系统300中，流体从第一泵312流动到供给线路Ps。来自第一泵312的一部分流体由第二泵314从供给线路Ps抽吸并被引导到贮液器305。可替换地，在其他实施方式中，ECU 316可以指令第二泵314在第二方向泵送流体，以从贮液器305抽吸流体。在另外其他的实施方式中，ECU 318可以移动阀320以将蓄能器340和贮液器305两者与馈送线路F隔离。
再参考图5，然而，如果第一判断模块406确定当前负载需求超过第一阈值，则第二泵位置操作416使第二泵314在第二方向引导流体。例如，ECU 316可以将控制信号U1传送到第二泵314以使第二泵314将流体从馈送线路F引导到供给线路Ps。
第三判定模块418判定当前负载需求是否超过第二预定阈值T2。如果当前负载需求没有超过第二阈值，则第二阀位置操作414移动换向阀320以将馈送线路F连接到储罐305。第二泵314从储罐305经过馈送线路F抽吸流体并且将流体泵送到供给线路Ps。因此，第一泵312和第二泵314配合以将流体从贮液器305供给到负载部段330。控制过程400执行任何适当的完成程序并且在终止模块420结束。
例如，图8是回路图，显示了当驱动回路300配置为正常模式时经过驱动回路300的流体流动。在图8中，ECU 316指令第二泵314从馈送线路F到供给线路Ps引导流体。ECU 318指令螺线管322以移动换向阀320，将馈送口321连接到贮液器口325。因此，流体从第一泵312和从第二泵314流动到供给线路Ps。第二泵314从贮液器305抽吸流体。
然而，如果当前负载需求确实超过第二阈值，则第一阀位置操作412移动换向阀320以将馈送线路F连接到蓄能器340用于释放。因此，第二泵314经过馈送线路F从蓄能器340抽吸流体并且将流体泵送到供给线路Ps。控制过程400执行任何适当的完成程序并且在终止模块420结束。
例如，图9是回路图，显示了当驱动回路300配置为释放模式时经过驱动回路300的流体流动。在图9中，ECU 316指令第二泵314从馈送线路F到供给压线路Ps引导流体。ECU 318指令螺线管322以移动换向阀320，将馈送线路口321连接到蓄能器口323。因此，流体从第一泵312和从第二泵314流动到供给线路Ps。第二泵314从蓄能器340抽吸流体。
图10是曲线图800，显示了在示例工作循环中具有示例负载曲线的示例液压系统中，随着时间过程从各个泵312、314泵送到供给线路Ps的流体流量。曲线图值是在数值模拟中生成的。因为曲线图800是用于表现在多种驱动模式期间的流体流动的一般趋势，从模拟获得的原始数据对本发明而言是不重要的。
曲线图800显示了在整个工作循环中保持恒定的第一泵312(圆线)的流速，而第二泵(三角线)的流体输出量随着工作循环变化。特别地，在部分工作循环中，第二泵314的流速降低到零(例如，0毫升/秒)。如在图8中表示的，当第二泵314从馈送线路F到供给线路Ps引导流体时(例如，当第二泵314从贮液器305或蓄能器340抽吸流体时)，第二泵314的流速为正值。当第二泵314从供给线路Ps到馈送线路F引导流体时(例如，填充蓄能器340时)，第二泵314的流速是负值。
然而，在系统工作循环中当负载部段330的负载需求低于第一预定阈值时的时间内，ECU 316提供控制信号U1指示第二泵314从供给线路Ps到馈送线路F引导流体。此外，ECU 318提供第二控制信号U2指示换向阀320将馈送线路F连接到蓄能器340。因此，第二泵314有效地引导至少一部分来自供给线路Ps的流体经过馈送线路F到达蓄能器340以填充蓄能器340。
图11是曲线图700，绘制了由马达310提供来操作泵312、314的峰值功率在不具有蓄能器的液压驱动系统(三角线)和具有蓄能器的液压驱动系统(圆线)之间的差异。曲线图值是针对在示例工作循环中具有示例负载曲线的示例液压系统在数值模拟中生成的。因为曲线图700是用于表现蓄能器340的增加通常如何影响马达310的功率需求，从模拟获得的原始数据对于本发明而言是不重要的。
可以看出的是，如果不利用蓄能器340，则电动马达输出第一级功率P1来操作驱动回路300的泵312、314。如果利用了蓄能器340，则电动马达输出第二级功率P2来操作驱动回路300的泵312、314。第二级功率P2小于第一级功率P1(参见箭头)。因此，当蓄能器340被添加到驱动回路300中时，马达310的尺寸与当驱动回路300不包括蓄能器340时所必需的马达310相比可以降低。马达尺寸的减小具有多个优点。第一，更小的马达倾向于使购买和维护成本更低廉。第二，减小了要由马达输出的功率需求的范围能够使马达更普遍地在其理想的操作范围内操作，这提高了马达的效率。
图12是流程图，图示了用于示例设计和选择过程500的操作流程，用以设计和程式化液压系统的如图3所示的泵装置300。例如，在一些实施方式中，选择过程500可用于程式化ECU 316、318。在某些实施方式中，选择过程500可用于设计泵312、314的尺寸。示例选择过程500从开始模块502开始，执行任何适当的初始化程序，并且继续至获取操作504。获取操作504获取液压系统的负载曲线。负载曲线显示液压系统的负载部段的负载需求在液压系统的工作循环中的变化。例如，在一些实施方式中，获取操作504运行液压系统的数值模拟以匹配功率需求。
计算操作506确定在液压系统的工作循环期间的中位或中等负载需求。定尺寸操作508确定用于泵装置300的尺寸要求以满足中位或中等负载需求。例如，定尺寸操作508确定用于第一泵312的适当尺寸和用于第二泵314的适当尺寸。在一些实施方式中，定尺寸操作508选择这样的泵312、314，其尺寸构造为超过中位负载但是显著地小于最大需求的负载。在其他的实施方式中，定尺寸操作508选择这样的泵312、314，其尺寸构造为中位负载。
第二获取操作510获取用于包括所选择的泵312、314的液压系统的随着工作循环的流量曲线。该流量曲线基于在操作508中构造尺寸的泵312、314的应用，不带有任何蓄能器。例如，在一些实施方式中，第二获取操作510运行液压系统的数值模拟以使来自泵312、314的流体流量与液压系统的负载部段330匹配。
第二计算操作512基于功率曲线和流量曲线确定适当的第一阈值功率级T1和适当的第二阈值功率级T2。液压系统的控制单元被设定为，当负载需求降低到第一阈值级之下时填充蓄能器340，并且当负载需求上升到第二阈值级之上时释放蓄能器340。当负载需求处于第一和第二阈值之间时，控制单元隔离蓄能器340。第一阀值T1被设定为低于VDP泵系统要求的最低功率峰值的值。第二阀值T2被设定为低于VDP泵系统要求的最高功率峰值但是大大高于低峰值的值。在某些实施方式中，阈值级T1、T2被设定成使得在工作循环的大部分中液压系统的功率需求落入正常的负载范围内。
通过测试操作514评估系统的流量限制(例如第一和第二阈值T1、T2)。例如，测试操作514可以在工作循环上运行另外的用于液压系统的数值模拟。在测试操作514的数值模拟运行中，液压系统包括两个泵312、314和蓄能器340。蓄能器340在数值模拟中基于第一和第二阈值级而被填充、隔离和释放。
判定模块516对照一个或多个流量限制而检验由测试操作514执行的数值模拟的结果。例如，在一些实施方式中，判定模块516检验在填充期间被引导向蓄能器340的流体量是否与在释放期间被引导向蓄能器340的流体量是否大致相等从而在蓄能器340中的压力随着工作循环的变化满足下列等式：
∫ 0 T Qaccdt = Σ p ∈ ch arg e ∫ Qacc , pdt + Σ p ∈ disch arg e ∫ Qacc , pdt =0
如果判定模块516确定第一阈值被设定得足够高从而在工作循环中在填充期间输送给蓄能器340的流体量至少与要求由蓄能器340释放的流体量一样多，则选择操作500执行任何适当的完成程序并且在终止模块518结束。然而，如果判定模块516确定在填充期间输送给蓄能器340的流体量不够，则在调整操作520使第一阈值级增大，并且选择操作500返回到测试操作514以再次开始(测试)。
上述具体实施方式、举例和数据提供了本发明的组合的制造和使用的完整的描述。因为可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下实现多个本发明的实施例，本发明由所附带的权利要求限定。

Claims (16)

1.一种用于驱动负载的液压驱动系统，该液压驱动系统包括：
驱动轴；
由所述驱动轴驱动的第一液压泵和第二液压泵，至少所述第二液压泵是可变排量双向泵，所述第一液压泵具有与连接到所述负载的供给线路流体连通的出口和与贮液器流体连通的入口，所述第二液压泵具有与所述供给线路流体连通的第一泵口和选择性地与所述贮液器和液压流体蓄能器流体连通的第二泵口；
以多种模式操作所述液压驱动系统的控制系统，所述多种模式包括：a)第一模式，其中所述第二液压泵从所述供给线路向所述蓄能器泵送液压流体；b)第二模式，其中所述第二液压泵从所述蓄能器向所述供给线路泵送液压流体；c)第三模式，其中所述第二液压泵从所述供给线路向所述贮液器泵送液压流体；和d)第四模式，其中所述第二液压泵从所述贮液器向所述供给线路泵送液压流体。
2.根据权利要求1所述的液压驱动系统，其中，当所述负载低于预定的较低阈值级且所述蓄能器未被充满时，所述控制系统以所述第一模式操作所述液压驱动系统。
3.根据权利要求2所述的液压驱动系统，其中，当所述负载高于预定的较高阈值级时，所述控制系统以所述第二模式操作所述液压驱动系统。
4.根据权利要求1所述的液压驱动系统，其中，当所述负载低于预定的较低阈值级且所述蓄能器被充满时，所述控制系统以所述第三模式操作所述液压驱动系统。
5.根据权利要求3所述的液压驱动系统，其中，当所述负载处于预定的较高阈值级和预定的较低阈值级之间时，所述控制系统以所述第四模式操作所述液压驱动系统。
6.根据权利要求1所述的液压驱动系统，其中，所述驱动轴由电动马达旋转。
7.根据权利要求1所述的液压驱动系统，其中，所述第一液压泵是固定排量液压泵。
8.根据权利要求1所述的液压驱动系统，其中，所述控制系统包括具有第一阀口、第二阀口和第三阀口的换向阀，所述第一阀口与所述第二泵口流体连通，所述第二阀口与所述蓄能器流体连通，所述第三阀口与所述贮液器流体连通。
9.根据权利要求8所述的液压驱动系统，其中，所述阀是具有第一位置、第二位置和第三位置的三位阀，在所述第一位置中所述第一阀口与所述第三阀口连接且所述蓄能器与所述第一阀口隔离，在所述第二位置中所述第二阀口和所述第三阀口与所述第一阀口隔离，在所述第三位置中所述第一阀口与所述第二阀口连接且所述第三阀口与所述第一阀口隔离。
10.一种用于操作液压驱动系统以驱动负载的方法，所述液压驱动系统包括由共同的轴驱动的第一液压泵和第二液压泵，至少所述第二泵是双向泵，所述方法包括：
当负载处于较高阈值级和较低阈值级之间时，利用两个液压泵从贮液器向供给线路泵送液压流体；
当负载低于所述较低阈值级时，利用所述第二液压泵从所述供给线路向蓄能器泵送液压流体；以及
当负载高于所述较高阈值级时，利用所述第二液压泵从所述蓄能器向所述供给线路泵送液压流体。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括当负载低于所述较低阈值级且所述蓄能器被充满时，利用所述第二液压泵从所述供给线路向所述贮液器泵送液压流体。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一液压泵是固定排量泵，所述第二液压泵是可变排量泵。
13.一种用于为负载提供动力的液压驱动系统，该液压驱动系统包括：
用于向供给线路泵送液压流体的泵装置，该泵装置包括由电动马达驱动的可变排量泵；
液压流体蓄能器；和
阀，所述阀用于选择性地将所述液压流体蓄能器与所述泵装置以流体连通的方式连接和用于将所述液压流体蓄能器与所述泵装置隔离，
其中，第一和第二比例流量阀在所述可变排量泵下游沿着所述供给线路串联布置，所述蓄能器在所述第一和第二比例流量阀之间的位置处连接到所述供给线路。
14.根据权利要求13所述的液压驱动系统，还包括安全阀，该安全阀在所述蓄能器与所述第一比例流量阀之间的位置处连接到所述供给线路。
15.一种用于为负载提供动力的液压驱动系统，该液压驱动系统包括：
用于向供给线路泵送液压流体的泵装置，该泵装置从以下的组中选择：a)由电动马达驱动的可变排量泵；和b)由变频驱动器驱动的固定排量泵；
液压流体蓄能器；和
阀，所述阀用于选择性地将所述液压流体蓄能器与所述泵装置以流体连通的方式连接和用于将所述液压流体蓄能器与所述泵装置隔离，
其中，所述泵装置包括第一泵和第二泵，所述第二泵是由电动马达驱动的可变排量泵，所述可变排量泵是双向泵，所述第一泵和所述第二泵都由共同的驱动轴驱动，所述第一泵和所述第二泵都具有与所述供给线路流体连通的第一口，并且所述第二泵具有选择性地与所述液压流体蓄能器流体连通的第二口。
16.根据权利要求15所述的液压驱动系统，其中，所述第一泵具有始终与贮液器流体连通的第二口，并且所述第二泵的第二口选择性地与所述贮液器流体连通。
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