CN104583610A - 具有回转马达能量回收的液压控制系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于机器(10)的液压控制系统(50)。该液压控制系统可以具有作业工具(16)、配置成使该作业工具摆动的马达(49)、罐(60)、配置成从罐中抽吸流体并加压该流体的泵(58)和能够操作以控制流体从泵通过第一室通道(84)流至马达并从马达通过第二室通道(86)流至罐以影响马达动作的控制阀(56)。该液压控制系统还可以具有蓄能器(108)，和配置成选择性地将从该马达排出的流体引导至该蓄能器以储存、并将储存的流体从该蓄能器引导至该马达以辅助马达的蓄能器回路(54)。该液压控制系统还可以具有配置成将第一室通道和第二室通道中压强较高的一个与蓄能器选择性地连接的换向阀(120)，和设置在蓄能器回路内并配置成从马达相对侧释放压强的单向溢流阀(76)。

Description

具有回转马达能量回收的液压控制系统

技术领域

本发明大体上涉及一种液压控制系统，更具体地，涉及一种具有回转马达能量回收的液压控制系统。

背景技术

摆动式挖掘机器(例如液压挖掘机和正铲挖土机)需要显著的液压压强和流动以将材料从采掘位置转移到倾倒位置。这些机器在每次摆动起始时引导来自发动机驱动的泵的高压流体通过回转马达以加速负载的作业工具，并且随后在每次摆动结束时限制离开马达的流体的流动以使作业工具放慢并停止。

与这种类型的液压布置相关的一个问题涉及效率。特别地，在每次摆动结束时离开回转马达的流体由于负载的作业工作的减速而处于相对高的压强下。除非回收，否则可能就浪费了与高压流体相关的能量。另外，在每次摆动结束时对离开回转马达的这种高压流体的限制可以导致流体变热，这必须通过机器的增加的冷却能力来调节。

于2011年3月22日授予zhang等人的美国专利No.7,908,852(’852专利)中公开了提高摆动式机器的效率的一种尝试。’852专利公开了一种包括蓄能器的用于机器的液压控制系统。蓄能器储存已通过由机器的上部结构施加在移动中的回转马达上的惯性转矩加压的离开回转马达的油。蓄能器中的加压油随后被选择性地重新使用，以通过将蓄积的油供应回到回转马达而在后续的摆动过程中加速回转马达。

尽管’852专利的液压控制系统可以在一些情况中有助于提高摆动式机器的效率，但其仍然不是最佳的。特别地，在’852专利中描述的蓄能器的排出过程中，离开回转马达的一些加压流体可能仍具有被浪费的有用能量。另外，当泵输出不能以足以防止回转马达中的气穴现象的速率供应流体时，在’852专利的液压控制系统的操作过程中，例如在减速和蓄能器充能过程中，可能存在一些情况。此外，机器可能在不同条件下和不同情况中不同地操作，而’852专利的液压控制系统没有配置成使控制适应这些条件和情况。

本发明的液压控制系统旨在克服上面提及的问题中的一个或多个和/或现有技术的其它问题。

发明内容

本发明的一个方面涉及一种液压控制系统。该液压控制系统可以包括作业工具、配置成使作业工具摆动的马达、罐、配置成从罐中抽吸流体并加压流体的泵和能够操作以控制流体从泵通过第一室通道流至马达以及从马达通过第二室通道流至罐的控制阀。该液压控制系统还可以包括蓄能器和蓄能器回路，所述蓄能器回路配置成选择性地将从该马达排出的流体引导至该蓄能器以便储存以及将储存的流体从蓄能器引导至马达以辅助马达。该液压控制系统还可包括配置成换向阀和单向溢流阀，所述换向阀将第一室通道和第二室通道中压强较高的一个与蓄能器选择性地连接，所述单向溢流阀设置在蓄能器回路内并配置成从马达的相对侧释放压强。

本发明的另一个方面涉及一种操作液压控制系统的方法。该方法可以包括用泵从罐中抽吸流体并加压流体。该方法还可以包括将加压流体从泵中引导至马达并从马达引导至罐来驱动马达，并且选择性地将流体从马达引导至蓄能器并从蓄能器引导回至马达。该方法可以还包括基于流体的压强选择性地将流体从马达两侧通过单向溢流阀引导至罐。

附图说明

图1是在有运输车辆的工地处操作的一种示例性公开的机器的示意图；和

图2是可以与图1的机器一起使用的一种示例性公开的液压控制系统的示意图。

具体实施方式

图1图示出具有协作以挖掘土制材料并将土制材料装载到附近的运输车辆12上的多个系统和部件的示例性机器10。在一个例子中，机器10可以具体化为液压挖掘机。但是，可以设想机器10可以具体化为另一种摆动式挖掘或材料处理机器，诸如反铲挖土机、正铲挖土机、拉铲挖掘机或另外的类似机器。除了别的以外，机器10可以包括配置成使作业工具16在沟渠内或堆垛处的采掘位置18和例如运输车辆12上方的倾卸位置20之间移动的执行系统14。机器10还可以包括用于手动控制执行系统14的操作员站22。可以设想机器10可以进行除了装车之外的操作，如果需要的话，还可以进行诸如起吊、挖沟和材料处理等的操作。

执行系统14可以包括连杆结构，通过流体致动器作用于所述连杆结构以使作业工具16移动。具体地，执行系统14可以包括通过一对相邻的双作用液压缸28(图1中只显示出一个)相对于作业表面26竖直枢转的动臂24。执行系统14还可以包括通过单个双作用液压缸36相对于动臂24围绕水平枢转轴线32竖直枢转的斗杆30。执行系统14还可包括能够操作以连接在作业工具16和斗杆30之间使作业工具16相对于斗杆30竖直地围绕水平轴线40倾斜的单个双作用液压缸38。动臂24可枢转地连接到机器10的框架42，同时框架42可枢转地连接到底架构件44并且通过回转马达49围绕垂直轴线46摆动。斗杆30可以通过枢转轴线32和40将作业工具16枢转地连接到动臂24。可以设想，如果需要的话，更多或更少数量的流体致动器可以设置在执行系统14内和/或以除了上述之外的方式连接。

众多不同的作业工具16可以附接到机器10并可通过操作员站22控制。作业工具16可以包括用以执行特定任务的任何装置，举例来说，例如铲斗、叉形装置、刮刀、铲子或本领域中已知的任何其它任务执行装置。尽管在图1的实施例中将作业工具16连接成相对于机器10提升、摆动和倾斜，但作业工具16可选地或此外可以转动、滑动、延伸或以本领域中已知的另外的方式移动。

操作员站22可以配置成接收来自机器操作员的指示所需作业工具移动的输入。具体地，操作员站22可以包括例如具体化为位于靠近操作员座位(未示出)的单轴或多轴操纵杆的一个或多个输入装置48。输入装置48可以是比例型控制器，该比例型控制器能够通过产生指示在特定方向的所需作业工具速度和/或力的作业工具位置信号来定位和/或定向作业工具16。该位置信号可以用于致动液压缸28、36、38和/或回转马达49中的任何一个或多个。可以设想，在操作员站22内可选地或此外可以包括不同的输入装置，诸如例如方向盘、球形把手、推拉装置、开关、踏板和本领域中已知的其它操作员输入装置。

如图2中图示的，机器10可以包括具有协作以使执行系统14(参照图1)移动的多个流体部件的液压控制系统50。特别地，液压控制系统50可以包括第一回路52以及至少一条第二回路54，第一回路52与回转马达49相关，第二回路54与液压缸28、36和38相关。除了别的以外，第一回路52可以包括回转控制阀56，回转控制阀56被连接成根据通过输入装置48接收的操作员请求调节加压流体从泵58到回转马达49和从回转马达49到低压罐60的流动，以引起作业工具16围绕垂直轴线46(参照图1)的摆动运动。第二回路54可以包括类似的控制阀，例如动臂控制阀(未示出)、斗杆控制阀(未示出)、工具控制阀(未示出)、行进控制阀(未示出)和/或辅助控制阀，这些控制阀并行连接用以接收来自泵58的加压流体和将废弃流体排出至罐60，由此调节相应的致动器(例如液压缸28、36和38)。

回转马达49可以包括至少部分地形成位于叶轮64的两侧任意一侧的第一室和第二室(未示出)的壳体62。当第一室(例如，通过形成在壳体62内的第一室通道66)连接到泵58的输出且第二室(例如，通过形成在壳体62内的第二室通道68)连接到罐60时，可以驱动叶轮64在第一方向上转动(图2中所示)。相反，当第一室通过第一室通道66连接到罐60并且第二室通过第二室通道68连接到泵58时，可以驱动叶轮64在相反方向上转动(未示出)。流体经过叶轮64的流率可以与回转马达49的转动速度相关，同时叶轮64两端的压差可以与其输出转矩相关。

回转马达49可以包括内置的补充功能。特别地，补充通道70可以形成在壳体62内，位于第一室通道66和第二室通道68之间，且一对对置的止回阀74可以设置在补充通道70内。低压通道78可以在止回阀74之间的位置处连接到补充通道70。基于低压通道78和第一室通道66和第二室通道68之间的压差，止回阀74中的一个可以打开以允许流体从低压通道78流入第一室和第二室中压强较低的一个中。在执行系统14摆动运动的过程中，第一室和第二室之间通常可以存在显著的压差。

泵58可以被配置成通过入口通道80从罐60抽吸流体、将流体加压至所需水平并且将流体通过排出通道82排出至第一回路52和第二回路54。如果所需的话，止回阀83可以设置在排出通道82内，以提供加压流体从泵58到第一回路52和第二回路54内的单向流动。泵58可以具体化为例如可变排量泵(图1中示出)、固定排量泵或本领域中已知的另外的动力源。泵58可以通过例如副轴(未示出)、带(未示出)、电路(未示出)或以另外合适的方式可驱动地连接至机器10的动力源(未示出)。替代地，泵58可以通过变矩器、减速箱、电路或以任何其它合适的方式间接地连接到机器10的动力源。泵58可以产生具有至少部分地根据与操作员要求的移动对应的在第一回路52和第二回路54内的致动器的需求确定的压强水平和/或流率的加压流体流。排出通道82可以在第一回路52内分别通过回转控制阀56和在回转控制阀56和回转马达49之间延伸的第一室管道84和第二室管道86连接到第一室通道66和第二室通道68。

罐60可以构成配置成保持流体的低压供应的容器。流体可以包括例如专用液压油、发动机润滑油、传动装置润滑油或本领域中已知的任何其它流体。机器10内的一个或多个液压系统可以从罐60抽吸流体并使流体返回至罐60。可以设想，液压控制系统50可以根据需要连接到多个分开的流体罐或单个罐。罐60可以通过排放通道88流体地连接到回转控制阀56，并且分别通过回转控制阀56和第一室管道84和第二室管道86流体地连接到第一室通道66和第二室通道68。罐60还可以连接到低压通道78(见连接点“A”)。如果需要的话，止回阀90可以设置在排放通道88内，以促进流体到罐60内的单向流动。

回转控制阀56可以具有可移动以控制回转马达49的转动和执行系统14的相应摆动动作的元件。具体地，回转控制阀56可以包括均设置在公用块体或壳体97内的第一室供应元件92、第一室排放元件94、第二室供应元件96和第二室排放元件98。第一室供应元件92和第二室供应元件96可以与排出通道82并行连接，以调节用来自泵58的流体对它们各自的室的填充，同时第一室排放元件94和第二室排放元件98可以与排放通道88并行连接，以调节各自的室对流体的排放。补充阀99(例如止回阀)可以设置在第一室排放元件94的出口和第一室管道84之间以及第二室排放元件98的出口和第二室管道86之间。

为了驱动回转马达49以在第一方向上转动(图2中所示)，第一室供应元件92可以换挡以允许来自泵58的加压流体通过排出通道82和第一室管道84进入回转马达49的第一室，同时第二室排放元件98可以换挡以允许来自回转马达49的第二室的流体通过第二室管道86和排放通道88排放至罐60。为了驱动回转马达49以在相反方向上转动，第二室供应元件96可以换挡以使回转马达49的第二室与来自泵58的加压流体连通，同时第一室排放元件94可以换挡以允许流体从回转马达49的第一室排放至罐60。可以设想，如果需要的话，回转控制阀56的(即，四个不同的供应和排放元件的)供应和排放功能可以可选地通过与第一室相关的单个阀元件和与第二室相联的单个阀元件或者通过与第一室和第二室都相关的单个阀元件执行。

回转控制阀56的供应和排放元件92-98可以响应由控制器100发出的流率指令通过螺线管来移动以克服弹簧偏置。特别地，回转马达49可以以与流体流入和流出第一室和第二室的流率对应的速度转动。相应地，为了实现操作员所需的摆动速度，可以发送基于假设或测量的压强的指令至供应和排放元件92-98的螺线管(未示出)，使螺线管打开与通过回转马达49必要流率对应的量。该指令可以是由控制器100发出的流率指令或阀元件位置指令的形式。

控制器100可以与液压控制系统50的不同部件通信以调节机器10的操作。例如，控制器100可以与第一回路52中的回转控制阀56的元件并且与和第二回路54相联的控制阀(未示出)的元件通信。基于多种操作员输入和监控的参数，如下面将更详细描述的，控制器100可以配置成以协调方式选择性地启动不同的控制阀，以有效地实施操作员要求的执行系统14的移动。

控制器100可以包括协作以完成与本发明一致的任务的存储器、辅助存储设备、计时器和一个或多个处理器。众多商业上可获得的微处理器能够配置成进行控制器100的功能。应当理解，控制器100可以容易地具体化为能够控制机器10的众多其它功能的通用机器控制器。各种已知的线路可以与控制器100相联，包括信号调节线路、通信线路和其它适当的线路。还应当理解，控制器100可以包括能够允许控制器100根据本发明运行的专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、计算机系统和逻辑电路中的一个或多个。

在一个实施例中，由控制器100监控的操作参数可以包括第一回路52和/或第二回路54内的流体的压强。例如，一个或多个压强传感器102可以策略性地定位成与第一室管道84和/或第二室管道86流体连通，以感测对应通道的压强并产生送往控制器100的指示压强的相应信号。任何数量的压强传感器102可以根据需要放置在第一回路52和/或第二回路54内的任何位置。可以进一步设想，如果需要的话，诸如例如速度、温度、粘度、密度等其它操作参数也可以或可替代地被监控并用以调节液压控制系统50的操作。

液压控制系统50可以配有能量回收装置(ERA)104，能量回收装置(ERA)104与至少第一回路52连通并且配置成选择性地从回转马达49排出的废弃流体中提取并回收能量。除了别的以外，能量回收装置(ERA)104可以包括可流体地连接在泵58和回转马达49之间的回收阀体(RVB)106、配置成通过回收阀体RVB106与回转马达49选择性地连通的第一蓄能器108、以及也配置成与回转马达49选择性地连通的第二蓄能器110。在本发明的实施例中，回收阀体RVB106可以固定地且机械地连接到回转控制阀56和回转马达49中的一者或两者，例如直接连接到壳体62和/或直接连接到壳体97。回收阀体RVB106可以包括可流体地连接到第一室管道84的内部第一通道112和可流体地连接到第二室管道86的内部第二通道114。第一蓄能器108可以通过管道116流体地连接到回收阀体RVB106，同时第二蓄能器110可以通过管道118且与罐60并行地流体连接到排放通道78和88。

回收阀体RVB106可以容纳换向阀120、与第一蓄能器108相联的填充阀122、与第一蓄能器108相联且与填充阀122并行地设置的排出阀124,以及单向溢流阀76。换向阀120可以基于第一通道112和第二通道114的压强使第一通道112和第二通道114中的一个与填充阀122和排出阀124选择性地流体连通。填充阀122和排出阀124可以响应于来自控制器100的指令移动，以出于流体填充和排出的目的使第一蓄能器108与换向阀120选择性地流体连通。76可以将第一蓄能器108的出口和/或填充阀122的下游侧选择性地连接到罐60以减小液压控制系统50的压强。

换向阀120可以是响应于第一通道112和第二通道114中的流体压强(即，响应于回转马达49的第一室和第二室内的流体压强)能够移动的先导式两位置三通阀。特别地，换向阀120可以包括可从第一位置(图2中所示)朝向第二位置(未示出)移动的阀元件126，在该第一位置，第一通道112通过内部通道128流体地连接到填充阀122和排出阀124，在该第二位置，第二通道114通过通道128流体连接到填充阀122和排出阀124。通道128还可以通过低压通道78(即，低压通道78可以在通道128终止)连接到第二蓄能器110和补充阀74当第一通道112通过通道128流体地连接到填充阀122和排出阀124时，可以通过换向阀120禁止经过第二通道114的流体流动，反之亦然。第一先导通道130和第二先导通道132可以将来自第一通道112和第二通道114的流体连通至阀元件126的相对端，使得第一通道112或第二通道114中压强较高的一个可以引起阀元件126移动并且使相应的通道与填充阀122和排出阀124通过通道128流体连接。

填充阀122可以是响应于来自控制器100的指令可移动以允许流体从通道128进入第一蓄能器108的通过螺线管操作的具有可变位置的两通阀。特别地，填充阀122可以包括可从第一位置(图2中所示)朝向第二位置(未示出)移动的阀元件134，在该第一位置，从通道128到第一蓄能器108内的流体流动被阻止，在该第二位置，通道128流体地连接到第一蓄能器108。当阀元件134远离第一位置(即，在第二位置或者在第一位置和第二位置之间的另一位置)并且通道128内的流体压强超过第一蓄能器108内的流体压强时，来自通道128的流体可以注入(即，填充)第一蓄能器108。阀元件134可以被朝向第一位置通过弹簧偏压，并且可以响应于来自控制器100的指令移动至第一位置和第二位置之间的任何位置，由此改变流体从通道128到第一蓄能器108内的流率。止回阀136可以设置在填充阀122和第一蓄能器108之间，以提供流体通过填充阀122到第一蓄能器108内的单向流动。

排出阀124可以在构成上与填充阀122基本相同，并且响应于来自控制器100的指令可动以允许流体从第一蓄能器108进入通道128(即，排出)。特别地，排出阀124可以包括可从第一位置(未示出)朝向第二位置(图2中所示)移动的阀元件138，在该第一位置，从第一蓄能器108到通道128内的流体流动被禁止，在该第二位置，第一蓄能器108流体地连接到通道128。当阀元件138远离第一位置(即，在第二位置或在第一位置和第二位置之间的另一位置)并且第一蓄能器108内的流体压强超过通道128内的流体压强时，来自第一蓄能器108的流体可以流入通道128内。阀元件138可以朝向第一位置弹簧偏置，并且可以响应于来自控制器100的指令移动至第一位置和第二位置之间的任何位置，由此改变流体从第一蓄能器108到通道128内的流率。止回阀140可以设置在第一蓄能器108和排出阀124之间，以提供流体从第一蓄能器108通过排出阀124到通道128内的单向流动。

溢流阀76可以设置在流体连接填充阀122的出口、排出阀124的入口和第一蓄能器108的释放通道72内。基于第一蓄能器108的压强(或流过填充阀122和/或进入排出阀124的流体的压强)，溢流阀76可以打开以允许高压流体涌入到罐60内。可以设想，如果需要的话，可以提供可以与溢流阀76(即，设置在旁路通道内连接于溢流阀76的入口端和出口端)相关的手动阀(未示出)，以促进第一蓄能器108的手动排放。

在一些实施例中，附加阀142可以设置在通道128和补充通道70之间(如，在低压通道78内)，以帮助调节补充流体流向补充阀74。特别地，阀142可以从第一位置移动到第二位置，在该第一位置，堵塞流体从通道128至低压通道78的流动，在该第二位置，允许流体在这两个通道之间流通。基于通道128内的压强，阀142可以从该第一位置移动到该第二位置(如，当通道128内的压强超过阀142的阈值压强时)。当阀142在第一位置时，来自第二蓄能器110的补充流体只提供给补充通道70。但是，当阀142在第二位置时，补充流体可以由第二蓄能器110和通道128提供(即，从第一蓄能器108通过通道128而来)。另外，用来自通道128的流体通过阀142填充第二蓄能器110是有可能的。可以设想，如果需要的话，从第一位置移动到第二位置的阀142的压强是变化的，如图2所示。

如果需要的话，附加压强传感器102可以与第一蓄能器108相关并且配置成产生指示第一蓄能器108内的流体压强的信号。在本发明的实施例中，附加压强传感器102可以设置在第一蓄能器108和排出阀124之间。但是，可以设想，如果需要的话，附加压强传感器102可以替代地设置在第一蓄能器108和填充阀122之间或者直接连接到第一蓄能器108。来自附加压强传感器102的信号可以送往控制器100，用于调节填充阀122和/或排出阀124的操作。

第一蓄能器108和第二蓄能器110每个可以具体化为注有可压缩气体的压强容器，其能够储存将来由回转马达49使用的加压流体。可压缩气体可以包括例如氮气、氩气、氦气或另外的适当的可压缩气体。随着与第一蓄能器108和第二蓄能器110连通的流体超过第一蓄能器108和第二蓄能器110的预定压强，流体可以流入到第一蓄能器108和第二蓄能器110内。由于其中的气体可压缩，其可以随着流体流入第一蓄能器108和第二蓄能器110而像弹簧一样起作用且压缩。当管道116、118内的流体的压强降到第一蓄能器108和第二蓄能器110的预定压强以下时，压缩气体可以膨胀并且迫使流体从第一蓄能器108和第二蓄能器110内离开。可以设想，如果需要的话，第一蓄能器108和第二蓄能器110可以替代地具体化为膜/弹簧偏置的或囊式蓄能器。

在本发明的实施例中，与第二蓄能器110相比，第一蓄能器108可以是较大(如，大大约5至20倍)且压强较高(如，压强高大约5-60倍)的蓄能器。具体地，第一蓄能器108可以配置成累积多达大约50-100L的具有大约260-300bar的范围内压强的流体，同时第二蓄能器110可以配置成累积多达大约10L的具有大约5-30bar的范围内压强的流体。在该构造中，第一蓄能器108可以主要用以辅助回转马达49的动作并且提高机器效率，同时第二蓄能器可以主要用作补充蓄能器以帮助降低在回转马达49处空洞的可能性。但是，可以设想，如果需要的话，第一蓄能器108和/或第二蓄能器110可以适应其它容积和压强。

控制器100可以配置成选择性地使得第一蓄能器108填充和排出，由此改进机器10的性能。特别地，由回转马达49设置的执行系统14的典型摆动动作可以由在过程中回转马达49使执行系统14的摆动运动加速的时间分段和在过程中回转马达49使执行系统14的摆动运动减速的时间分段组成。加速分段会需要来自回转马达49的大量能量，该大量能量照惯例以加压流体由泵58供应至回转马达49的方式实现，同时减速分段可以产生加压流体形式的大量能量，该大量能量照惯例通过排出至罐53浪费掉。加速分段和减速分段都会需要回转马达49将大量液压能量转换为摆动动能，反之亦然。但是，在加压流体通过回转马达49之后，其仍然包含大量能量。如果在减速分段过程中通过回转马达49的流体被选择性地收集在第一蓄能器108内，该能量能够随后返回(即，排出)并且在随后加速分段过程中由回转马达49重新使用。回转马达49能够在加速分段过程中通过选择性地使得第一蓄能器108将加压流体排出到回转马达49的压强较高的室内(通过排出阀124、通道128、换向阀120、以及第一室管道84和第二室管道86中适当的一个)单独或结合来自泵58的高压流体辅助，由此以比其他单独通过泵58的情况下更低的泵功率且在相同或较高加速度和速率下推进回转马达49。在减速分段过程中通过选择性地使得第一蓄能器108用离开回转马达49的流体填充能够辅助回转马达49，由此提供对回转马达49的动作的附加阻力并且降低对离开回转马达49的流体的限制和冷却要求。

在一个替代实施例中，控制器100可以配置成选择性地控制用离开泵58的流体对第一蓄能器108的填充，而不是用离开回转马达49的流体。即，在操作的峰值调节或经济模式过程中，控制器100可以配置成当泵58具有超额容量(即，大于回转马达49用以完成操作员要求的作业工具16的当前摆动所需的容量)时，使得蓄能器108用离开泵58的流体填充(例如，通过控制阀56、第一室管道84和第二室管道86中适当的一个、换向阀126、通道128和填充阀122)。接着，在泵58的容量不足以向回转马达49提供充足功率的时间过程中，第一蓄能器108内预先从泵58收集的高压流体可以以上述方式排出以辅助回转马达49。

控制器100可以配置成基于机器10的挖掘作业周期的当前或进行的分段调节第一蓄能器108的填充和排出。特别地，基于从一个或多个性能传感器141接收的输入，控制器100可以配置成将由机器10进行的典型作业周期划分成多个分段，例如，分成采掘分段、摆动至倾卸加速分段、摆动至倾卸减速分段、倾卸分段、摆动至采掘加速分段和摆动至采掘减速分段。基于当前执行的挖掘作业周期的分段，控制器100可以选择性地使得第一蓄能器108填充或排出，由此在加速和减速分段过程中辅助回转马达49。

关于来自执行传感器141的信号与挖掘作业周期的不同分段的一个或多个映射可以存储在控制器100的存储器内。这些映射中的每个可以包括表格、图形和/或等式形式的数据集。在一个例子中，与一个或多个分段的开始和/或结束相关的阈值速度、气缸压强和/或操作员输入(即，杆位置)可以存储在映射内。在另一个例子中，与一个或多个分段的开始和/或结束相关的阈值力和/或致动器位置可以存储在映射内。控制器100可以配置成将来自传感器141的信号与存储在存储器中的映射进行参考，以确定当前实施的挖掘作业周期的分段，然后相应地调节第一蓄能器108的填充和排出。控制器100可以允许机器10的操作员根据需要直接修改这些映射和/或从存储在控制器100的存储器中的可用关系映射选择具体映射以影响分段划分和蓄能器控制。可以设想，如果需要的话，映射可以附加地或替代地基于机器操作模式可自动选择。

执行传感器141可以与由回转马达49赋予的作业工具16的大体地水平摆动动作(即，框架42相对于底架构件44的动作)相关。例如，传感器141可以具体化为与回转马达49的操作相关的转动位置或速度传感器、与框架42和底架构件44之间的枢转连接相关的角度位置或速度传感器、与将作业工具16连接到底架构件44的任何联接构件相关或与作业工具16自身相关的局部或整体坐标位置或速度传感器、与操作员输入装置48的移动相关的位移传感器、或本领域中已知的可以产生指示机器10的摆动位置、速度、力或其它与摆动有关的参数的信号的任何其它类型的传感器。在每个挖掘作业周期过程中可以将由执行传感器141产生的信号发送至控制器100并由控制器100记录。可以设想如果需要的话，控制器100可以基于来自传感器141的位置信号和流逝的时间期间得到摆动速度。

可选地或此外，执行传感器141可以与由液压缸28赋予的作业工具16的竖直枢转动作(即，与动臂24相对于框架42的提升和降低动作相关)相关。具体地，传感器141可以是与动臂24和框架42之间的枢转接头相关的角度位置或速度传感器、与液压缸28相关的位移传感器、与将作业工具16连接到框架42的任何联接构件相关或与作业工具16自身相关的局部或整体坐标位置或速度传感器、与操作员输入装置48的移动相关的位移传感器、或本领域中已知的可以产生指示动臂24的枢转位置或速度的信号的任何其它类型的传感器。可以设想，如果需要的话，控制器100可以基于来自传感器141的位置信号和流逝的时间期间得到枢转速度。

在又一个附加实施例中，执行传感器141可以与由液压缸38赋予的作业工具16的倾斜力相关。具体地，传感器141可以是与液压缸38内的一个或多个室相关的压强传感器，或本领域中已知的可以产生指示在作业工具16的采掘和倾卸操作过程中产生机器10的倾斜力的信号的任何其它类型的传感器。

应当注意的是，控制器100在第一蓄能器108的填充和排出过程中会受到第一室管道84、第二室管道86和第一蓄能器108内的流体压强的限制。就是说，即使在特定操作模式过程中，机器10的作业周期中的特定分段会需要第一蓄能器108的填充或排出，可以只在有关压强具有相应值时允许控制器100执行动作。例如，如果压强传感器102指示第一蓄能器108内的流体压强低于第一室管道84内的流体压强，就不允许控制器100启动第一蓄能器108到第一室管道84内的排出。类似地，如果压强传感器102指示第二室管道86内的流体压强小于第一蓄能器108内的流体压强，就不允许控制器100启动用来自第二室管道86的流体填充第一蓄能器108。

在加压流体从第一蓄能器108排出至回转马达49的过程中，离开回转马达49的流体可能仍然具有的高压，如果允许流体排放至罐60内，就可能会浪费流体的高压。此时，第二蓄能器110可以配置成在任何第一蓄能器108将流体排出至回转马达49的时候填充离开回转马达49的流体。另外，在第一蓄能器108的填充过程中，回转马达49可以接收来自泵58的非常少的流体，并且除非另有原因，在这些状况下来自泵58的流体对回转马达49的供应不足会引起回转马达49形成空洞。相应地，第二蓄能器110可以配置成在任何用来自回转马达49的流体填充第一蓄能器108的时候排出至回转马达49。

如上所述，在任何排放通道78内的压强下降至第二蓄能器110内的流体压强以下的时候，第二蓄能器110可以排出流体。相应地，不可通过控制器100直接调节从第二蓄能器110到第一回路52内的流体排出。但是，由于可以在任何排放通道88内的压强超过第二蓄能器110内的流体压强的时候用来自第一回路52的流体填充第二蓄能器110，并且由于回转控制阀56可以影响排放通道88内的压强，控制器100可以通过回转控制阀56对用来自第一回路52的流体填充第二蓄能器110进行一些控制。

在一些情况中，第一蓄能器108和第二蓄能器110可以同时填充加压流体。这些情况可以对应于例如峰值调节模式中的操作。特别地，当泵58向回转马达49和第一蓄能器108提供加压流体时，第二蓄能器110可以同时填充加压流体。在这些时候，离开泵58的流体可以引导至第一蓄能器108内，同时离开回转马达49的流体可以引导至第二蓄能器110内。

如果需要的话，还可以通过第二回路54填充第二蓄能器110。特别地，在任何来自第二回路54的废弃流体(即，从第二回路54排放至罐60的流体)的压强大于第二蓄能器110的阈值压强的时候，废弃流体可以被收集在第二蓄能器110内。当第二回路54内的压强下降至第二蓄能器110内收集的流体的压强以下时，第二蓄能器110内的加压流体可以以相似的方式选择性地排出至第二回路54内。

工业实用性

本发明的液压控制系统可以应用于执行涉及作业工具的摆动运动的基本重复的作业周期的任何挖掘机器。本发明的液压控制系统可以通过在基于当前操作模式的作业周期的不同分段过程中辅助作业工具的摆动加速和减速而帮助改善机器性能和提高机器效率。具体地，本发明的液压控制系统可以将作业周期划分成分段，并且基于当前操作模式选择性地储存加压的废弃流体或释放储存的流体，以在划分的分段的过程中辅助回转马达的移动。

若干益处可以与本发明的液压控制系统相关。第一，由于液压控制系统50可利用高压蓄能器和低压蓄能器(即，第一蓄能器108和第二蓄能器110)，因此在挖掘作业周期的加速分段过程中从回转马达49排出的流体可以被回收在第二蓄能器110内。能量的这种双回收可以有助于增加机器10的效率。第二，第二蓄能器110的使用可以有助于减少在回转马达49处空洞的可能性。第三，基于挖掘作业周期的当前分段和/或基于当前操作模式调节蓄能器填充和排出的能力可以允许液压控制系统50针对特定应用修整机器10的摆动性能，从而增强机器性能和/或进一步提高机器效率。

本发明的液压控制系统还可以设计得紧凑。特别地，换向阀120的位置和构型可以允许流体压强从回转马达49的两个相对侧释放。除了减小液压控制系统50的尺寸和降低液压控制系统50的复杂度，单向溢流阀的使用还可以减少成本并提高系统可靠性。

对本领域技术人员而言，对本发明的液压控制系统可以做出各种修改和变型是显而易见的。对本领域技术人员而言，通过对本发明的液压控制系统的说明书和实施的思考，其它实施例是显而易见的。本说明书和例子意于仅被认为是示例性的，真正的范围通过权利要求书及其等同物指明。

Claims (10)

1.一种液压控制系统(50)，包括：

作业工具(16)；

配置成使所述作业工具摆动的马达(49)；

罐(60)；

配置成从所述罐抽吸流体并加压所述流体的泵(58)；

能够操作以通过第一室通道和第二室通道(84，86)控制流体从所述泵流至所述马达以及从所述马达流至所述罐以影响所述马达的运动的控制阀(56)；

蓄能器(108)；

配置成选择性地将从所述马达排出的流体引导至所述蓄能器以便储存以及将储存的流体从所述蓄能器引导至所述马达以辅助所述马达的蓄能器回路(54)；

配置成将所述第一室通道和所述第二室通道中压强较高的一个与所述蓄能器选择性地连接的换向阀(120)；和

设置在所述蓄能器回路内并配置成从所述马达的相对侧释放压强的单向溢流阀(76)。

2.根据权利要求1所述的液压控制系统，还包括：

流体连接在所述换向阀和所述蓄能器之间的填充阀(122)；和

与所述填充阀平行的流体连接在所述换向阀和所述蓄能器之间的排出阀(124)，

其中，所述单向溢流阀流体连接所述蓄能器、所述填充阀、所述排出阀和所述罐中的每一个。

3.根据权利要求2所述的液压控制系统，其中，所述单向溢流阀能够响应于通过所述填充阀、所述排出阀和所述蓄能器中任意一个的流体的压强从第一流动堵塞位置运动至第二流动通过位置。

4.根据权利要求2所述的液压控制系统，其中，所述单向溢流阀配置成将所述填充阀、所述排出阀和所述蓄能器中的每一个与所述罐选择性地并行连接。

5.根据权利要求2所述的液压控制系统，其中：

所述蓄能器是第一蓄能器；并且

所述液压控制系统还包括第二蓄能器(110)，所述第二蓄能器(110)被流体连接以将流体通过第一补充阀和第二补充阀(74)排出到所述第一室通道和所述第二室通道。

6.根据权利要求5所述的液压控制系统，其中，所述第二蓄能器被进一步流体连接以从所述第一室通道和第二室通道接收流体。

7.根据权利要求5所述的液压控制系统，其中，所述第二蓄能器进一步流体连接到所述换向阀。

8.根据权利要求7所述的液压控制系统，还包括流体连接在所述换向阀和所述第二蓄能器之间的压强致动阀(142)。

9.根据权利要求5所述的液压控制系统，其中，所述第二蓄能器通过所述压强致动阀进一步流体连接至所述填充阀和所述排出阀。

10.根据权利要求5所述的液压控制系统，其中：

所述第一蓄能器配置成蓄积压强为约260-315bar的约50-100L的流体；并且

所述第二蓄能器配置成蓄积压强为约5-30bar的约10L的流体。