CN104093996A

CN104093996A - 具有能量回收的液压系统

Info

Publication number: CN104093996A
Application number: CN201280068977.6A
Authority: CN
Inventors: 马鹏飞; J·L·库恩; J·T·彼得森
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2012-12-10
Publication date: 2014-10-08
Also published as: US20130152565A1; RU2014129058A; JP2015501913A; BR112014014466A2; DE112012005272T5; WO2013090152A1

Abstract

公开了一种用于机器(10)的液压系统(50)。该液压系统可具有配置为对流体加压的泵(58)、由加压流体驱动以使机器的主体(38)相对于底架(16)摆动的摆动马达(44)和流体连接泵和摆动马达的第一回路(56)。该液压系统还可具有机械连接到摆动马达上的能量回收马达(130)、至少一个蓄能器(132)和流体连接至少一个蓄能器和能量回收马达的第二回路(60)。

Description

具有能量回收的液压系统

技术领域

本发明总的涉及一种液压系统，更具体而言，涉及一种具有能量回收的液压系统。

背景技术

诸如挖掘机、拉铲挖土机、起重机、装载机以及其他种类的重型设备的机器使用一个或多个液压致动器来运动作业工具。这些致动器流体连接到机器上的泵，该泵向致动器内的腔提供加压流体。当加压流体运动进入或者通过腔时，流体压力作用在这些腔的液压表面上以影响致动器以及相连作业工具的运动。当加压流体从腔内排出时，其返回到机器上的低压贮油槽。

与这类液压装置有关的一个问题包括效率。特别是，从致动器腔排到贮油槽的流体具有比已在贮油槽内的流体压力更大的压力。因此，排入贮油槽的较高压流体仍旧蕴藏在进入低压贮油槽时浪费的一些能量。浪费的能量降低了液压系统的效率。

改进这种液压系统效率的一个方法记载在2011年3月22日授予张某等人的美国专利No.7,908,852('852号专利)内。'852号专利公开了一种液压系统，其将摆动马达操作产生的动能转换为水力势能并将该势能再次用于随后的摆动马达加速。该液压系统包括存储来自摆动马达的排出油的蓄能器，排出油通过施加到运动的摆动马达上的惯性扭矩进行加压。然后蓄能器内的加压油选择性地供给回到摆动马达以使马达加速。

虽然与常规液压系统相比'852号专利的系统已经改进了效率，但仍旧不是最理想的。特别是，因为'852号专利的系统积聚了来自摆动马达的排出油并将积聚的油直接返回到摆动马达，必须小心以帮助确保油具有有助于捕集和再次使用的压力。这种小心会造成具有有限功能的更复杂和/或更昂贵的系统。

公开的液压系统是要克服如上阐述的一个或多个问题和/或本领域中已知的其它问题。

发明内容

本发明的一个方面涉及一种用于机器的液压系统。该液压系统可包括配置为对流体加压的泵、由加压流体驱动以使机器主体相对于底架摆动的摆动马达和流体连接泵和摆动马达的第一回路。该液压系统还可包括机械连接到摆动马达上的能量回收马达、至少一个蓄能器和流体连接所述至少一个蓄能器和能量回收马达的第二回路。

本发明的另一个方面涉及一种回收机器中能量的方法。该方法可包括对第一回路中的流体加压，以及利用加压流体使机器主体相对于底架摆动。该方法还可包括利用机器主体的摆动来使第二回路中的流体加压以及存储在第二回路中加压的流体。该方法可进一步包括选择性地将存储流体从第二回路引导以摆动机器主体。

附图说明

图1是示例性公开机器的示意图；

图2是可与图1中的机器一起使用的、示例性公开的液压系统的示意图；

图3是可与图1中的机器一起使用的、另一个示例性公开的液压系统的一部分的示意图；和

图4是可与图1中的机器一起使用的、又一个示例性公开的液压系统的一部分的示意图。

具体实施方式

图1图示出具有相互配合以完成任务的多个系统和元件的示例性机器10。机器10可具体体现为固定式或者移动式机器，其进行与例如采矿、建筑、耕种、运输的行业或者本领域中已知的别的行业有关的某种类型的操作。例如，机器10可以是土工机器，诸如挖掘机(图示于图1中)、拉铲挖土机、前铲斗、反铲挖掘机或者别的土工机器。机器10可包括被配置为运动作业工具14的执行系统12、用于推进机器10的驱动系统16和为执行系统12和驱动系统16提供动力的动力源18。

执行系统12可包括通过流体致动器作用来运动作业工具14的连接结构。具体地说，执行系统12可包括吊杆22，该吊杆能够通过一对相邻的双作用液压缸26(只有一个图示于图1中)相对于工作表面24绕水平轴线(未示出)竖直枢转。执行系统12还可包括通过单个双作用液压缸32绕水平轴线30竖直枢转的斗杆(stick)28。执行系统12可进一步包括单个双作用液压缸34，其可操作地连接在斗杆28和作业工具14之间以绕水平枢转轴线36竖直枢转作业工具14。吊杆22可枢转连接到机器10的主体38上。主体38可通过液压摆动马达44绕竖直轴线42相对于底架40枢转。斗杆28可通过轴线30和36枢转连接吊杆22和作业工具14。应当注意的是，执行系统12的其他结构也是可能的。

每个液压缸26、32和34可包括管道和被设置为形成两个分隔压力腔(例如头腔和杆腔)的活塞总成(未示出)。压力腔可选择性地供以加压流体和排出加压流体以使活塞总成在管道内位移，由此改变液压缸26、32、34的有效长度。进出压力腔的流体流速可与液压缸26、32、34的速度有关，而两个压力腔之间的压差可与通过液压缸26、32、34施加在相关连接元件上的力有关。液压缸26、32、34的伸展和缩进起到帮助作业工具14运动的功能。

数目众多的不同作业工具14可附接到单个机器10并能够由操作者控制。作业工具14可包括用来执行特定任务的任一设备，举例来说，例如铲斗、叉形装置、叶片、铲子、松土器、卸料床、路刷(broom)、吹雪机、推进设备、切割设备、夹持设备或者本领域中已知的任何一种其他执行任务的设备。虽然在图1的实施例中相连以在竖直方向上相对于机器10的主体38枢转，作业工具14可替换地或者另外地转动、滑动、摆动、提升或者以本领域中已知的任何一种其他方式运动。

摆动马达44像液压缸26、32、34一样可由流体压差驱动。具体地说，摆动马达44可包括位于叶轮(未示出)任一侧的第一腔和第二腔(未示出)。当第一腔填充加压流体并且第二腔排出流体时，促使叶轮沿第一方向转动。相反地，当第一腔排出流体并且第二腔填充加压流体时，可促使叶轮沿相反方向转动。进出第一腔和第二腔的流体流速可确定摆动马达44的输出转动速度，而叶轮上的压差可确定输出转矩。

驱动系统16可包括被提供动力以推进机器10的一个或多个牵引设备。在所公开的实施例中，驱动系统16包括位于机器10一侧的左侧履带46L和位于机器10的相对侧的右侧履带46R。左侧履带46L可由左侧行驶马达48L驱动，而右侧履带46R可由右侧行驶马达48R驱动。可以预期的是，驱动系统16可替换地包括除了履带之外的牵引设备，诸如轮、皮带或者其他已知的牵引设备。机器10可通过在左右侧行驶马达48L、48R之间产生速度和/或转动方向差进行转向，而直线行驶可通过从左右侧行驶马达42L、42R产生大体相等的输出速度和转动方向来实现。

类似于摆动马达44，左右侧行驶马达48L、48R中的每一个都通过形成流体压差来驱动。具体来说，左右侧行驶马达48L、48R中的每一个都可包括位于叶轮(未示出)任一侧的第一腔和第二腔(未示出)。当第一腔填充加压流体并且第二腔排出流体时，可促使叶轮沿第一方向转动相应的牵引装置。相反地，当第一腔排出流体并且第二腔填充加压流体时，可促使相应的叶轮沿相反方向转动牵引装置。进出第一腔和第二腔的流体流速可确定左右侧行驶马达48L、48R的转动速度，而腔之间的压差可确定转矩。

动力源18可具体为发动机，例如，诸如柴油发动机、汽油发动机、气体燃料动力发动机或者本领域中已知的任何其它类型的内燃发动机。可以预期的是，动力源18可选择地具体为非燃烧动力源，诸如燃料电池、储能设备或者本领域中已知的其它来源。动力源18可产生机械或者电力输出，该输出随后可转换为液压动力用来运动液压缸26、32、34和左右侧行驶马达以及摆动马达48L、48R、44。

正如图2所示，机器10可包括液压系统50，其具有相互配合以运动作业工具14(参考图1)和机器10的多个流体部件。特别是，液压系统50可包括被配置为从第一源54接收第一加压流体流的第一回路52、被配置为从第二源58接收第二加压流体流的第二回路56和被配置为选择性地利用第二回路56传递能量的第三回路60。第一回路52可包括吊杆控制阀62、铲斗控制阀64和平行连接以接收第一加压流体流的左侧行驶控制阀66。第二回路56可包括右侧行驶控制阀68、斗杆控制阀70和平行连接以接收第二加压流体流的摆动控制阀72。第三回路60可包括蓄能器控制阀74。可以预期的是，附加的控制阀机构可包括在第一回路52、第二回路56和/或第三回路60中，例如，诸如一个或多个连接控制阀及其他合适的控制阀机构。

第一源54和第二源58可被配置为从一个或多个箱76吸入流体并将流体加压到需要级别。具体来说，第一源54和第二源58中的每一个都可具体为泵送机构，举例来说，诸如变量泵(图2中所示)、定量泵或者本领域中任一其他源。第一源54和第二源58可各自独立并且可驱动地连接到机器10的动力源18上，例如通过对轴(未示出)、皮带、电路(未示出)或者以任何其它种合适的方式。可选择地，第一源54和第二源58中的每一个都可经由转矩变换器、减速齿轮箱、电路或者任何其他合适的方式间接连接到动力源18上。第一源54可产生与通过第二源58产生的第二加压流体流独立的第一加压流体流。第一源54和第二源58的输出可处于不同的压力级别和流速并且可至少部分地通过第一回路52和第二回路56中的流体压力确定。

箱76可构成被配置为容纳供给流体的容器。流体可包括，例如，专用液压油、发动机润滑油、变速器润滑油或者本领域内已知的任何其他流体。机器10内的一个或多个液压系统可从箱76吸入流体并将流体返回到箱76。可以预期的是，按照要求，液压系统50可连接到多个独立的流体箱或者单个箱。

吊杆控制阀、铲斗控制阀、右侧行驶控制阀、左侧行驶控制阀、斗杆控制阀和摆动控制阀62-74中的每一个都可调整其涉及的流体致动器的运动。具体来说，吊杆控制阀62可具有可运动以控制与吊杆22相连的液压缸26的运动的元件；铲斗控制阀64可具有可运动以控制与作业工具14相连的液压缸34的运动的元件；斗杆控制阀70可具有可运动以控制与斗杆28相连的液压缸32的运动的元件；以及摆动控制阀72可具有可运动以控制主体38绕竖直轴线42的摆动的元件。同样地，左侧行驶控制阀66可具有可运动以控制左侧行驶马达48L的运动的阀元件，同时右侧行驶控制阀68可具有可运动以控制右侧行驶马达48R的运动的元件。

第一回路52和第二回路56的控制阀可允许加压流体经由共同通道流向其相应的致动器并从相应的致动器排出。具体来说，第一回路52的控制阀可通过第一供给通道78连接到第一源54，并且通过第一排出通道80连接到箱76。第二回路56的控制阀可同样通过第二供给通道82连接到第二源58，并且通过第二排出通道84连接到箱76。第一排出通道80和第二排出通道84可连接到终止于箱76的共用排出通道86。吊杆控制阀、铲斗控制阀和左侧行驶控制阀62-66可分别通过单独的流体通道88、90、92平行连接到第一供给通道78，并且可分别通过单独的流体通道94、96、98平行连接到第一和/或共用排出通道80、86。类似地，右侧行驶控制阀、斗杆控制阀和摆动控制阀68-72可分别通过单独的流体通道100、102、104平行连接到第二供给通道82，并且可分别通过单独的流体通道106、108、110平行连接到第二和/或共用排出通道84、86。可以预期的是，如果需要的话，止回阀(未示出)可设置在任一或者所有流体通道82-92和100-104内以保证将加压流体单向供给到相应的控制阀。

因为吊杆控制阀、铲斗控制阀、左侧行驶控制阀、右侧行驶控制阀、斗杆控制阀和摆动控制阀62-72的元件是类似的并且以相关方式起作用，在本发明中仅仅论述摆动控制阀72的操作。在一个实施例中，摆动控制阀72可包括第一腔供给元件(未示出)、第一腔排出元件(未示出)、第二腔供给元件(未示出)和第二腔排出元件(未示出)。第一腔供给元件和第二腔供给元件可与流体通道104并联连接以用来自第二源58的流体填充其相应的腔，同时第一腔供给元件和第二腔排出元件可与流体通道110并联连接以排出相应腔的流体。为了沿第一方向转动摆动马达44，第一腔供给元件可转换为允许来自第二源58的加压流体经由流体通道104填充摆动马达44的第一腔，同时第二腔排出元件可转换为经由流体通道110将流体从摆动马达44的第二腔排出到箱76。为了在相反方向上转动摆动马达44，第二腔供给元件可转换为用加压流体填充摆动马达44的第二腔，同时第一腔排出元件可转换为从摆动马达44的第一腔排出流体。可以预期的是，如果需要，特定控制阀的供给和排出功能可选择性地通过与第一腔相连的单个元件和与第二腔相连的单个元件或者通过与第一腔和第二腔都相连的单个元件实现。

每个控制阀62-72的供给和排出元件可响应指令流速克服弹簧偏压进行螺线管运动。也就是说，为了实现操作者要求的工具和/或机器速度，以假定或者测量压力为基础的指令可被发送至供给和排出元件的螺线管(未示出)，使螺线管打开与必需流速对应的量。该指令可以是流速指令或者阀元件位置指令的形式。液压缸26、32、34和左行驶、右行驶以及摆动马达48L、48R、44可以与进出第一腔和第二腔的流体流速对应的速度运动。

第一回路52和第二回路56的供给和排出通道是相互连接的以起到补偿和放泄功能。特别是，第一供给通道78和第二供给通道82可分别通过第一旁通元件112和第二旁通元件114从箱76接收补偿流体。当第一液流压力或第二液流压力降到低于预定级别时，允许来自箱76的流体通过第一旁通元件112和第二旁通元件114流入第一回路52和第二回路56。可以预期的是，如果需要，过滤器(未示出)可与第一旁通元件112和/或第二旁通元件114相连以过滤补偿流体流。第一供给通道78和第二供给通道82可通过滑阀116和共用的主放泄元件118使流体从第一回路52和第二回路56释放到箱76。当第一回路52或第二回路56中的流体超过要求级别时，来自具有过高压力的回路的流体通过滑阀116和共用的主泄压元件118排出到箱76。以类似方式，流体可经由位于共用排出通道86内的止回阀120从第一回路52和第二回路56排出。在这种设置中，止回阀120的压力设定可低于共用主放泄元件118的压力设定。

直线行驶阀122可选择性地将左右侧行驶控制阀66、68重新设置为彼此串联关系。特别是，直线行驶阀122可包括弹簧偏压、螺线管致动的阀元件124，其可从中间位置(图1中所示)朝着直线行驶位置运动。当阀元件124处于中间位置时，左右侧行驶控制阀66、68可分别从第一源54和第二源58独立地供以加压流体以控制左右侧行驶马达48L、48R。然而，当阀元件124处于直线行驶位置时，左右侧行驶控制阀66、68串联连接以仅仅从第二源58接收加压流体用于关联运动。当只有行驶指令有效时(例如，没有执行指令有效时)，阀元件124可保持在中间位置。如果左右侧行驶马达48L、48R的负载是不相等的(例如，左侧履带46L位于软土上而右侧履带46R位于混凝土上)，第一源54和第二源58通过直线行驶阀122的分离可以保证直线行驶，即使自第一源54和第二源58的出口压力不同。

还可致动直线行驶阀122以在机器10的行驶期间支持执行控制。例如，如果操作者在机器10的行驶期间致动吊杆控制阀62，直线行驶阀122的阀元件124可运动以从第二源58向左右侧行驶马达48L、48R供给加压流体，而吊杆控制阀62可从第一源54接收加压流体。阀元件124可被弹簧偏压朝向直线行驶位置并且被螺线管致动以朝向中间位置运动。

当直线行驶阀122的阀元件124运动到直线行驶位置时，来自第一源54的流体经由阀元件124基本上同时引导通过第一回路52和第二回路56以驱动液压缸26、32、34。来自第一源54的第二加压流体流可被引至第一回路52和第二回路56的液压缸26、32、34，因为来自第一源54的所有第一加压流体流在机器10的直线行驶期间几乎全部被左右侧行驶马达48L、48R耗尽。

组合阀126可使来自第一供给通道78和第二供给通道82的第一和第二加压流体流结合用于一个或多个流体致动器的高速运动。特别是，组合阀126可包括弹簧偏压、螺线管致动的阀元件128，其能够在中间位置(图1中所示)、阻断流动位置和双向流动经过位置之间运动。当处于中间位置时，允许来自第一回路52的流体响应于比第二回路56内的压力大预定量的第一回路52的压力流入第二回路56。预定量可与弹簧偏压有关并且在制造过程中是固定的。通过这种方式，当右侧行驶或者斗杆功能需要大于第二源58输出容量的流体流速并且第二回路56内的压力开始下降时，来自第一源54的流体可通过阀元件128转向第二回路56。当处于双向流动经过位置时，允许第二加压流体流流向第一回路52以与引向控制阀62-66的第一加压流体流结合。阀元件128可被朝着直线行驶位置弹簧偏压并且是螺线管致动的以朝着双向流动经过位置运动。

第三回路60可起到能量回收回路的作用，该回路与第一回路52和第二回路56液压分离(即基本上与其流体隔离)并且被配置为选择性地从第二回路56积聚能量以及将能量排放至第二回路56。其中，第三回路60可包括机械连接到摆动马达44的能量回收马达(ERM)130和至少一个流体连接到ERM 130的蓄能器。在图2中的实施例中，第三回路60包括单个蓄能器132，其通过第一马达通道134和第二马达通道136和蓄能器通道138流体连接到ERM 130。蓄能器控制阀74可位于蓄能器通道138以及第一马达通道134和第二马达通道136之间以控制其间的流体连通。

ERM 130像液压系统50的其他马达一样可通过形成泵送机构上的流体压差进行驱动。具体地说，ERM 130可包括位于泵送机构(例如叶轮或者一系列活塞)任一侧的第一腔和第二腔(未示出)。当第一腔填充加压流体并且第二腔排出流体时，可促使泵送机构沿第一方向转动相应的轴140。相反地，当第一腔排出流体并且第二腔填充加压流体时，可促使泵送机构沿相反方向转动轴140。因为ERM130可机械连接到摆动马达44(例如经由轴140)，上述的泵送机构的任何转动可导致摆动马达44的相应转动(例如驱动主体38相对于底架40的摆动的转动--参考图1)。进出ERM 130的第一腔和第二腔的流体流速可确定轴140的转动速度，而各腔之间的压差可确定与转动有关的转矩。

在图2的示例性实施例中，ERM 130图示为非偏心(non-overcenter)的定排量马达。也就是说，ERM 130可被配置为接收第一加压流体流(例如从第一马达通道134)并以与流体的压力和流速直接相关的固定速度和/或固定转矩在对应的第一方向上转动。为了在第二方向上转动，能量回收马达130必须被提供相反的第二加压流体流(例如从第二马达通道136)。在图2的实施例中，ERM 130是不可调节的以改变轴140对于给定的加压流体流的方向、转速或者转矩。

ERM 130还可选择性地起到泵的作用。特别是，ERM 130的轴140可通过摆动马达44的转动机械驱动以由此驱动ERM 130的泵送机构并对第三回路60中的流体进行加压。第三回路60中的流体可选择性地通过ERM 130进行加压，例如在摆动操作末端，因此加压流体的过程对摆动形成阻抗。在摆动操作末端由ERM 130产生的阻抗可用来减慢机器10的摆动。通过ERM 130加压的流体，正如接下来更详细描述的，可存储在蓄能器132内并且在以后的时间选择性地再次使用以加速摆动马达44和引起主体38相对于底架40摆动。以这种方式，ERM 130可被用来选择性地开始和中断机器10的摆动操作，由此改进机器10的响应性和/或效率。

蓄能器132可以是填充可压缩气体的压力容器，其被配置为存储加压流体作为动力源以备将来使用。可压缩气体可包括，例如，氮气、氩气、氦气或者其他合适的可压缩气体。在与蓄能器132连通的流体超过蓄能器132内的压力时，流体可流入蓄能器132。因为那里的气体是可压缩的，其可像弹簧一样动作并且在流体流入蓄能器132时压缩。当蓄能器通道138内的流体压力降到低于蓄能器132内的压力时，压缩气体可膨胀并将迫使流体从蓄能器132离开。可以预期的是，如果需要，蓄能器132可选择性地具体为弹簧偏压型蓄能器。在示例性实施例中，蓄能器132可被设计为在大约150-200巴的范围内操作。

在图1的示例性实施例中，蓄能器控制阀74可以是三位四通电磁阀。特别是，蓄能器控制阀74可包括能在第一位置、第二位置和第三位置(图2中所示)之间运动的阀元件142，在第一位置，来自蓄能器132的流体在第一方向上经由第一马达通道134流入ERM130并且流出ERM 130的流体经由第二马达通道136和排出通道144引至箱76，在第二位置，来自蓄能器132的流体在第二方向上经由第二马达通道136流入ERM 130并且流出ERM 130的流体经由第一马达通道134和排出通道144引至箱76，在第三位置，蓄能器132基本上与ERM 130隔离并且箱76经由排出通道144和第一马达通道134和第二马达通道136中的任一个选择性地连接以仅仅向ERM130供给流体(例如，基于第三回路60中的流体压力)。蓄能器控制阀74的第三位置可与“自由轮”位置相对应，其中ERM 130既未明显加速也未明显减速摆动马达44。当阀元件142处于第三位置时，允许来自箱76的补偿流体在进入第一马达通道134或者第二马达通道136(根据通道压力)之前流经与蓄能器控制阀74相连的止回元件146。其他的止回元件147可位于在排出通道144和蓄能器通道138之间延伸的通道149内，以选择性地允许补偿流体基于止回元件147上的压差进入蓄能器通道138。蓄能器控制阀74是螺线管操作的以运动到第一位置或者第二位置，并且朝着第三位置弹簧偏压。

控制器162可与液压系统50的不同部件连通以调节机器10的操作。例如，控制器162可与控制阀62-72、直线行驶阀122、组合阀126、蓄能器控制阀74、旁通元件112和114、操作者输入装置(未示出)和液压系统50和/或机器10的其他部件连通。基于各种操作者输入和监控参数，正如接下来详细描述的，控制器162可被配置为以协调方式选择性地致动不同阀和/或泵以有效执行操作者指令。通过控制器162监控的操作参数可包括，例如，流体压力、温度、粘性、密度等等。

控制器162可包括存储器、辅助存储装置、计时器和一个或多个处理器，它们相互配合以完成与本发明相符的任务。大量市场上买得到的微处理器可被配置为执行控制器162的功能。应当理解的是，控制器162可容易具体为能够控制机器10的众多其他功能的通用机器控制器。各种已知线路可与控制器162相连，包括信号调制线路、通信线路和其他合适的线路。同时应当理解的是，控制器162可包括一个或多个特定应用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、计算机系统和逻辑电路，它们被配置为根据本发明允许控制器162起作用。

图3图示出第三回路60的替代实施例。类似图2中的实施例中，图3中的第三回路60也包括ERM 130、第一马达通道134和第二马达通道136和蓄能器控制阀74。然而，与图2实施例相反，图3中的第三回路60包括两个不同的蓄能器，例如高压蓄能器146和低压蓄能器148，这些蓄能器可经由第一蓄能器通道150和第二蓄能器通道152同时连接到蓄能器控制阀74。另外，加料泵153可经由补偿回路154和补偿止回阀156连接到第一马达通道134和第二马达通道136上，并且具有冲洗控制阀157的冲洗回路155可将第一马达通道134和第二马达通道136连接到箱76。在这种结构中，当蓄能器控制阀74的阀元件142处于第一位置或者第二位置时，高压蓄能器146可连接到ERM 130的进口或出口，用来加速或者减速ERM130(和摆动马达44)。同时，低压蓄能器148可与高压蓄能器146相对连接以对抗高压蓄能器146。相互作用的两个蓄能器的净效应是通过加速或者减速ERM 130的高压和低压蓄能器146、148之间的流体压差驱动的转矩。使用图3实施例中的两个蓄能器可增强能量回收操作期间机器10的摆动的可控性和/或稳定性。

图4图示第三回路60的另一个替代实施例。类似图2中的实施例，图4中的第三回路60也包括经由蓄能器控制阀74连接到第一泵通道134和第二泵通道136上的单个蓄能器132。然而，与图2实施例相反，ERM 130已被替换为图4实施例中的不同ERM(能量回收马达)158。另外，在图4的实施例中，蓄能器控制阀74包括两位阀元件160，与图2中的三位阀元件142不同。

ERM 158可以是变量偏心型马达。特别是，来自第三回路60的加压流体可仅在单个方向上(例如，仅仅经由第二马达通道136)引至ERM 158，并且对于该给定的流体流动方向，ERM 158是可控制的以调整轴140的转动方向、速度和/或转矩。因为ERM 158对于给定流动方向可具有调节轴140转动方向的能力，蓄能器控制阀74的阀元件160仅仅需要在第一位置和第二位置之间运动以充分控制ERM 158的操作。阀元件160的第一位置可与阀元件142(参考图2)的第一位置对应，而阀元件160的第二位置可与阀元件142的第三位置对应。阀元件142的第二位置可从阀元件160中省略。

工业实用性

所公开的液压系统可适用于要求高效率和性能的具有摆动马达的任何机器。所公开的液压系统可通过在摆动操作末端部选择性地回收原本被浪费的能量来改进效率。所公开的液压系统还可通过在后续操作期间使用存储的能量来加速机器摆动来改进性能。现在解释液压系统50的操作。

在机器10的操作期间(参考图1)，机器操作者可操纵操作者界面装置(未示出)以产生机器10的相应运动。例如，操作者可操纵操作者输入设备来开始主体38相对于底架40的摆动。操作者界面装置的致动位置可与操作者期望的或者要求的摆动方向、速度和/或转矩有关。操作者界面装置可在其操纵期间产生表示操作者期望的或者要求的运动的位置信号，并将该位置信号发送至控制器162。

控制器162可接收操作者界面装置位置信号并且确定与机器10的操作者要求运动对应的控制阀72和第二源58(参考图2)的指令。控制器162然后可指令控制阀72的启动以将加压流体从第二源58引至摆动马达44，造成以操作者要求的方式运动。

在机器10的摆动期间，当机器10的动量仍旧明显但是不再要求摆动时，能量可能在接近摆动末端被浪费。也就是说，在主体38(以及附带的执行系统12)的摆动末端，当控制器162已使来自第二源58的加压流体停止驱动摆动马达44之后，机器10的离心动量可使主体38和摆动马达44继续转动。通常，在传统液压系统中，与仍旧摆动的机器主体有关的能量结束驱动摆动马达44作为泵以对随后在箱76内浪费的流体进行加压。然而，在液压系统50的公开实施例中，机器10的摆动动量可通过在摆动末端使用ERM 130和蓄能器132进行回收。

为了获取通常在主体38摆动期间浪费的动量相关的能量，ERM130可通过摆动马达44的转动来驱动以像泵一样操作和对第三回路60中的流体进行加压。通过ERM 130对流体进行加压可形成摆动马达44转动的阻抗，由此有助于比原本可能得更快地使主体38减速。由ERM 130提供的更快减速可允许摆动马达44在摆动前期被驱动至更高的平均速度，由此改进机器10的性能。同时，由ERM 130加压的流体可经过蓄能器控制阀74(其可根据摆动马达44的转动方向通过控制器162运动至适当位置)进入蓄能器132，它可在此处存储以便将来在机器10的加速随后摆动中使用。当蓄能器132填充加压流体时，第三回路60中的背压可增加，由此进一步增加对主体38转动的阻抗。

在机器10操作期间的任一时刻，当控制器162确定最有益时，蓄能器控制阀74可运动至排放位置(即，根据ERM 130转动方向的第一位置和第二位置中的一个)，在该位置存储在摆动蓄能器132内的加压流体可通过蓄能器控制阀74以及第一泵通道134和第二泵通道136中的一个回流以驱动ERM 130。该流体由于其升高的压力可使ERM 130经由轴140转动摆动马达44，由此降低第二源58和动力源18上的负载，增加摆动马达44的速度和/或增加机器10的效率。图3和4中公开的第三回路60的操作可与根据图2如上所述的操作类似。

所公开的液压系统可以是简单且廉价的。特别是，因为所公开的液压系统使用单独的液压回路(即第三回路60)来回收摆动能量，在回收和再次使用期间控制流体压力是不重要的。也就是说，因为第三回路60基本上与第二回路56流体隔离，不需要在回收或者再次使用操作之前、期间或者之后匹配第二和第三回路56、60之间的流体压力。这可允许在没有压力监控设备或者控制的情况下操作系统，由此形成简单且价格低廉的系统。另外，通过在能量回收或者再次使用操作之前、期间或者之后不需要压力匹配，有更多机会回收和/或再次使用动量相关能量，由此进一步增强机器10的性能和/或效率。最后，第三回路60的独立特性允许对现有机器系统的简单改型。

对本领域技术人员来说显而易见的是，可对所公开的液压系统进行各种变型和变动。考虑说明书和所公开的液压系统的实际应用，其他实施例对本领域技术人员来说是显而易见的。说明书和实施例被认为仅仅意图示例性的，真实范围由接下来的权利要求及其等效物来表示。

Claims

1.一种用于机器(10)的液压系统(50)，包括：

泵(58)，其能够对流体加压；

摆动马达(44)，其由加压流体驱动以使机器的主体(38)相对于底架(16)摆动；

第一回路(56)，其流体连接泵和摆动马达；

能量回收马达(130)，其机械连接到摆动马达；

至少一个蓄能器(132)；和

第二回路(60)，其流体连接至少一个蓄能器和能量回收马达。

2.如权利要求1所述的液压系统，进一步包括设在能量回收马达和所述至少一个蓄能器之间的阀(74)，该阀能够运动以调节进出所述至少一个蓄能器的流体流。

3.如权利要求2所述的液压系统，进一步包括能够保持泵的流体供给的箱(76)，其中所述阀能在如下位置之间运动：

第一位置，在该位置来自所述至少一个蓄能器的流体在第一方向上流入能量回收马达并且来自能量回收马达的流体被引入箱；

第二位置，在该位置来自所述至少一个蓄能器的流体在第二方向上流入能量回收马达并且来自能量回收马达的流体被引入箱；和

第三位置，在该位置所述至少一个蓄能器与能量回收马达基本隔离并且箱基于第二回路中的流体压力选择性地连接供给流体和能量回收马达。

4.如权利要求1所述的液压系统，其中，所述至少一个蓄能器包括：

第一高压蓄能器(146)；和

第二低压蓄能器(148)。

5.如权利要求4所述的液压系统，其中：

第一蓄能器和第二蓄能器能够同时连接到能量回收马达；

当第一蓄能器连接到能量回收马达的进口时，第二蓄能器连接到能量回收马达的出口；和

当第一蓄能器连接到能量回收马达的出口时，第二蓄能器连接到能量回收马达的进口。

6.如权利要求5所述的液压系统，其中，第一蓄能器：在制动操作期间连接到能量回收马达的进口；和

在加速操作期间连接到能量回收马达的出口。

7.如权利要求1所述的液压系统，其中：

能量回收马达是偏心马达(158)；和

流体在仅单个方向上流过能量回收马达。

8.如权利要求7所述的液压系统，进一步包括：

箱(76)；和

阀(74)，其位于所述至少一个蓄能器和能量回收马达之间，

其中，所述阀能够从第一位置运动到第二位置，在第一位置来自至少一个蓄能器的流体流入能量回收马达并且来自能量回收马达的流体流入箱，在第二位置至少一个蓄能器与能量回收马达基本隔离并且箱基于第二回路的压力选择性地流体连接到能量回收马达的进口和出口。

9.一种在机器(10)中回收能量的方法，包括：

对第一回路(56)内的流体加压；

利用加压流体使机器的主体(38)相对于底架(16)摆动；

利用机器主体的摆动对第二回路(60)内的流体加压；

存储在第二回路中加压的流体；和

选择性地将存储流体从第二回路引导以摆动机器主体。

10.如权利要求9所述的方法，其中，选择性地将存储流体从第二回路引导以摆动机器主体包括在两个不同方向上选择性地引导存储流体通过马达(130)以在两个不同方向上摆动机器主体。