CN105263733B - 用于工作机的动力系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于工作机的动力系统，该动力系统包括：用于驱动工作机的传动装置，该传动装置包括连续可变齿轮箱，该齿轮箱具有齿轮机构和液压变速器单元；工作液压回路，该工作液压回路用于控制工作机的至少一个液压致动器；其中，液压变速器单元液压连接到工作液压回路以把能量从液压变速器单元液压传递至工作液压回路。

Description

用于工作机的动力系统
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的一种动力系统以及涉及一种包括这样的动力系统的工作机。
本发明可应用于工业施工机器尤其是轮式装载机、铰接运输机和挖掘机领域内的工作机。虽然在下文中将相对于轮式装载机描述本发明，但是本发明并不限制于该特殊机器，而是还可以在诸如自卸卡车、或其它施工设备的其它重型工作机中被使用。
背景技术
工作机通常设置有内燃机，内燃机用于经齿轮箱推进工作机以及用于为工作机的一个或多个辅助液压系统提供动力。这样的液压系统包括工作机的转向回路和一个或多个工作液压回路。
一个或多个液压泵可以被用来为工作机的一个或多个液压系统提供液压动力，并且泵可以通常由工作机的内燃机经连接到发动机的主轴的动力输出装置(PTO)发动。
工作机的动力系统必须能够为至少两个不同的机械负载提供动力，其中推进是旋转负载的示例，并且工作液压系统当它以一个或多个线性液压致动器(即，为臂或铲斗的提升运动提供动力的液压缸)被提供时是线性负载的示例。在其它情况下，工作液压装置替而能够包含旋转负载，即为挖掘机或电锯的摇摆功能提供动力的液压电机。
此外，因为工作机的操作成本与燃料消耗相关并且因为环境担忧限制工作机可能释放的污染物量，所以在提高工作的能量效应方面存在日益增加的兴趣。
将轮式装载机作为示例，液压系统连接至发动机的驱动轴上的PTO并且因此作为推进系统的传动装置的输入轮轴。传动系统可以比如基于液力变矩器，液力变矩器的扭矩输出取决于其输入轮轴和输出轮轴之间的差动速度。液压系统的泵可以具有固定或可变的排量。
利用该系统架构，发动机的rpm决定液压机的rpm，但是同时，它还决定了输入轮轴到推进系统的速度。这意味着，液压机的最大流量受到发动机速度的限制并且因此是传动扭矩。在一些情况下，需要高液压流量，但是关于推进的扭矩请求是低的，需要高发动机速度来满足液压系统，这将导致在转矩变换器上巨大的动力损失，因为操作员将通过应用摩擦制动器来阻止机器前进，并且在转矩变换器上将产生热量。另外，从相反方向会是问题：推进系统需要高发动机rpm来执行命令扭矩输出，而液压系统仅具有非常小的流量需求。这种情形也将导致问题，但是这次在液压系统中产生动力损失，因为液压机必须以局部排量工作，在这种情况下，效率与当在总流量下工作时相比更低。
如今在大多数施工机器的运动系统中的其它问题是，当机器减速时，存储在大量移动机器中的动能不被回收，当负载下降时，升高的负载的势能也不被回收。如今这种动能和势能总体上作为摩擦制动器和液压阻力上的热量被浪费。为了解决这些问题，动力系统需要用几种能量回收系统来补充，并且假如需要随时间存储能量，还需要能量存储系统。
此外，期望增加包括动力输出装置的液压回路中部件的效率，在动力输出装置中，液压机械能被转换成液压能。
用于增加动力系统中的能量效率的建议方法是为工作机的工作液压装置提供液压系统，其中，液压蓄积器作为用于为工作液压装置提供液压能的动力输出装置的液压机连接到相同的液压节点。因此，在蓄积器中可能存储过度液压能。例如，可以从工作液压系统回收能量。这可以促进液压机的尺寸的减小，这反过来导致增加的能量效率。
然而，即使研发更加节能的部件和系统，也仍然存在对用于工作机的更加节能的动力系统的需要。
发明内容
本发明的一个目的是提供工作机的动力系统，其中，使用与现有技术方案相比具有降低的复杂性的动力系统可以以更加有效的方式回收能量。
因此，根据本发明的第一方面，提供了一种用于工作机的动力系统。该动力系统包括用于驱动工作机的传动装置，该传动装置包括齿轮箱，该齿轮箱具有齿轮机构和液压变速器单元。此外，动力系统包括工作液压回路，该工作液压回路用于控制工作机的至少一个液压致动器，并且动力系统的特征在于，液压变速器单元液压连接到工作液压回路以把能量从液压变速器单元液压传递至工作液压回路。
传动装置被构造成连接到工作机的原动机如内燃机，用于为工作机提供推进。连续可变齿轮箱包括液压变速器单元系统，该液压变速器单元系统通过至少第一行星齿轮系操作耦接到机械齿轮机构。因此，能量可以经机械路径以及经液压路径两者从发动机被传递以至齿轮箱的输出轴。齿轮箱是连续可变齿轮箱，其相对于步进变速器而言提供了多个优点。如工作机的速度可独立于原动机的转速受到控制。而且，如果无级可变传动有包括如下模式的转速范围：在该模式下，在转矩可以从输入轴被传递到输出轴的同时，独立于齿轮箱的输入轴的转速，齿轮箱的输出轴的转速为零或接近零(通常称为带齿轮空挡的无限变速传动(IVT))，则可以省略在一些工作机中在传统上使用的扭矩转换器。
本文所提及的类型的可变齿轮箱也可以被称为动力分流无级变速(PS-CVT)齿轮箱，其中，动力被化分为机械路径和液压路径。
工作液压回路可以例如包括一个或多个液压致动器用于为工作机提供诸如提升负载或转向的功能。
本发明基于如下现实：工作机中的传动装置的液压变速器单元可以用于为工作机的工作液压回路提供液压能。因此，不再需要通常用于为工作液压装置提供动力的独立的动力输出装置和液压机。因此，提供需要更少的部件的动力系统，并且该系统因此可以以更低的成本制造。
此外，在根据本发明的动力系统中有利地使用无级变速，因为方便了液压系统的工作与工作机的推进的分离，因为液压系统可以由输入轴提供动力，其可以保持运行，而连接到推进传动系的输出轴可以仍然保持静止不动。
因此，工作液压回路所需的压力等级可以通过控制原动机和液压变速器单元来提供。
根据本发明的一个实施例，动力系统可以进一步包括液压地连接至液压变速器单元的液压储能器。此外，动力系统还可被构造成将能量从变速器单元液压传递至液压储能器。液压储能器可以例如是液压气体蓄积器。
而且，动力系统可以进一步被构造成将能量从液压储能器液压传递至工作液压回路。因此，从变速器单元到工作液压回路的能量传输可以经液压储能器发生。从变速器单元到工作液压回路的能量传输是否经液压储能器发生或可能不受到适当地布置在动力系统中的阀装置的控制。
进一步实现的是，在基于液压的传动装置与工作机的工作液压装置之间共享液压储能器(其中，公共液压机用于变速器和工作液压装置)是有利的。通过使用包括用于存储和释放能量的蓄积器的解决方案用于为工作液压回路来提供动力，所以可以减小整个动力供应系统的尺寸，即，减小变速器单元的液压机的发动机的尺寸。减小发动机的和/或液压机的尺寸再次导致可以以更低的成本制造的动力系统以及导致具有改进的能量效率的工作机并且因此导致减小的燃料消耗。
根据本发明的一个实施例，动力系统可以被构造成将能量从工作液压回路液压传递至液压储能器。
此外，动力系统可以被构造成将能量从工作液压回路液压传递至液压变速器单元。因此，可以发现进一步的优点，因为能量可以从推进系统以及从工作液压装置回收，并且回收的能量可以被使用或被存储在储能器中。因此，根据本发明的各实施例的动力系统最终可能导致工作机的燃料消耗的大量减小以及导致包括更少的部分的动力系统。
在本发明的一个实施例中，液压变速器单元可以包括第一液压机和第二液压机，并且第一液压机和第二液压机中的至少一个液压地连接到工作液压回路。连接到变速器液压机组的机械齿轮箱的选择设计设定关于将在变速器单元内部使用的液压机的类型的要求。然而，为了获得本发明的优点，推荐液压机能够实现反向动力流变换(以便支持能量的回收)。这隐含对液压机的使用可以至少在两个象限中起作用，意味着作为泵和作为电机两者。解决这个问题的切实可行的办法是采用(经负排量能力)允许反流向的液压机。该类型的机器一般被称为“开路偏心机器”，通常在“辅助控制系统”应用中使用。然而，电机运行能力也可以通过仅具有单身流动能力的机器来实现，但是在这种情况下，反向动力流必须通过切换阀、改变液压机的增压侧来实现。对于这种解决方案，需要另一个类型的液压机，因为不再存在任意预定的上下压力侧。该类型的机器一般被称为闭合回路液压机。
根据本发明的一个实施例，第一液压机和第二液压机中的至少一个可以液压连接到液压储能器。在常规系统中，如果传动系和工作液压装置使用相同的液压储能器，其中工作液压装置由动力输出装置和独立的液压机提供动力，可能存在这样的问题：工作液压装置的液压机必须具有显著的尺寸以便能够运用从推进系统返回的动力。根据本实施例，一个或两个液压机能够用来将动力传递至推进传动系以及传递至工作液压装置，由此使得在现有技术方案中遇到的动力限制并不是大问题。此外，与现有技术方案相比，当从推进系统回收能量时，需要更少的变电。因此，更高的回收效率是预期的。
根据本发明的一个实施例，动力系统可以进一步包括控制单元，该控制单元被构造成将液压储能器的压力等级维持在第一预定范围内。控制单元可以是主动的以控制系统中的液压流，使得液压蓄积器的压力等级维持在预定最小值上方以及在预定最大值下方。例如，如果液压蓄积器的压力等级接近其最小值，则发动机可以被触发以经变速器单元将液压流提供给蓄积器，使得蓄积器的压力等级增加。此外，如果液压蓄积器的压力等级处于其最大值下方，并且如果动力系统处于可以要么从推进系统要么从工作液压装置回收能量的模式中，则控制单元可以将回收能量有利地再引导至液压蓄积器。控制单元可以是适合于控制液压系统中的功能的任意单元(诸如微处理器等)，其被构造成控制例如变速器单元或独立蓄积器排放系统以控制一个或多个液压蓄积器中的压力等级。
在本发明的一个实施例中，动力系统可以进一步包括第二液压储能器，所述第二液压储能器液压连接到液压变速器单元以及连接到工作液压回路。第二蓄积器也能够有利地连接到工作液压系统的低压侧。使用低压蓄积器的主要原因是在任意往复液压元件如泵或缸体的吸入侧上维持充分大的压力，以便避免气蚀。如果在系统中不使用第二蓄积器，则标准解决方案替而使用通过大气压加压的液压箱。
此外，控制单元可以有利地被构造成将第二液压储能器的压力等级维持在不同于第一预定范围的第二预定范围内。通过提供具有不同压力等级的液压蓄积器，需要不同液压压力的工作液压回路的不同部件可以由不同的液压蓄积器提供动力。
根据本发明的一个实施例，变速器单元可以有利地是输入耦接的。因为液压机是输入耦接的，意味着变速器单元的一个液压机耦接到齿轮箱的输入轴。
根据本发明的一个实施例，变速器单元可以有利地是输出耦接的。因为液压机是输出耦接的，意味着变速器单元的一个液压机耦接到齿轮箱的输出轴。然而，变速器单元也可以有利地被连接在变电桥中。变电桥的特征在于输入端和输出端以及两个液压机所连接到的四轮轴行星齿轮机构。行星齿轮机构由连接在一起的两个行星齿轮机构成。采用该构造，存在可以如何将两个行星齿轮连接在一起的许多组合。
在本发明的一个实施例中，工作液压回路可以有利地包括数字液压致动器。数字液压致动器是指这样的致动器，该致动器包括具有不同的有效区域的缸体，所述不同的有效区域连接到液压回路，使得不同的离散压力等级可以被提供给不同的区域以便为致动器提供不同的负载级。通常，离散压力等级由液压蓄积器提供。如果不需要节流来实现不同的负载级，所以相对于常规液压致动器，数字液压致动器的能量效率提高。此外，在根据本发明的各实施例的动力系统中包括数字致动器是特别有利的，因为已经被包括在动力系统中的一个或多个蓄积器可以用于为数字致动器提供不同的离散压力等级。
根据本发明的一个实施例，液压变速器单元可以有利地包括：主液压机和辅液压机，其中，主液压机和辅液压机中的至少一个液压连接到工作液压回路；并且其中，主辅液压机和辅液压机中的至少一个包括：第一旋转液压机和第二旋转液压机，所述第一和第二液压机被布置成经公共输出轴提供扭矩；第一阀装置，所述第一阀装置用于通过使用具有不同液压压力等级的两个液压流体源在所述第一液压机上提供差动液压压力等级；第二阀装置，所述第二阀装置用于通过使用具有不同液压压力等级的两个液压流体源在所述第二液压机上提供差动液压压力等级；控制单元，所述控制单元被构造成控制所述第一阀装置和所述第二阀装置，使得不同离散级的扭矩经输出轴提供。
不同的离散扭矩级可以有利地通过在连接到相同的输出轴的两个独立的液压机上施加压差来提供。第一液压机可以具有第一固定排量，并且第二液压机可以具有第二固定排量，第二固定排量可以与第一固定排量相同或不同。通过仅使用固定排量液压机代替可变排量液压机，可以实现更加节能的动力系统。此外，通过使用具有不同固定排量的连接到公共输出轴的液压机，可以提供的离散扭矩级的数量增加。
根据本发明的一个实施例，第一液压机可以是固定排量液压机，并且第二液压机可以是可变排量液压机。使用可变排量液压机结合一个或多个固定排量液压机以便能够提供连续可变输出扭矩可能是有利的。
在本发明的一个实施例中，可以通过使用具有第一液压压力等级的第一液压蓄积器和具有和液压压力等级的第二液压蓄积器来提供差动液压压力，第一液压压力等级不同于第二液压压力等级。通过使用液压蓄积器来经阀装置为液压机提供液压流体，可以经液压机从轴出轴回收能量并且将能量存储在蓄积器中，从而提高动力系统的能量效率。在两个或更多个液压蓄积器结合可变排量液压机使用的实施例中，可能充分的是，仅具有最高压力的液压蓄积器连接至可变排量液压机，并且可变排量液压机的低压侧然后可以连接至具有最低压力的蓄积器或连接至表示低压源的箱。然而，可能有利的是，将所有液压蓄积器也连接至可变排量液压机以便在动力系统的工作期间提供增加的灵活性。在动力系统中使用一个或多个液压蓄积器的进一步的优点在于，可以小型化为系统提供能量的供应单元，因为这样的供应单元的尺寸可以适于应付平均能量需求，而一个或多个液压蓄积器可以提供能量以调节峰负载。
根据本发明的一个实施例，液压变速器单元可以有利地包括：主液压机和辅液压机，其中，主液压机和辅液压机中的至少一个液压地连接到工作液压回路；并且其中，主辅液压机和辅液压机中的至少一个包括：旋转液压机，所述旋转液压机布置成经输出轴提供扭矩；第一阀装置，所述第一阀装置用于通过使用具有不同液压压力等级的两个液压流体源在液压机上提供第一差动液压压力等级，第二阀装置，所述第二阀装置用于通过使用具有不同液压压力等级的两个液压流体源极在液压机上提供第二差动液压压力，第二差动液压压力等级的绝对值不同于第一差动液压压力等级的绝对值；和控制单元，所述控制单元被构造成控制第一阀装置和第二阀装置，使得不同离散级的扭矩经输出轴提供。通过使用离散压力等级在液压机上施加不同的差动压力可以提供不同离散级的扭矩以实现不同的差动压力。
在本发明的一个实施例中，旋转液压机可以有利地具有固定排量。因此，输出扭矩受到可以施加在固定排量液压机上的不同的离散差动力的控制。
在本发明的一个实施例中，动力系统可以有利地包括具有第一液压压力等级的第一液压流体源、具有不同于第一压力等级的第二液压压力等级的第二液压流体源、和具有不同于第一和第二压力等级的第三液压压力等级的第三液压流体源；其中，第一阀装置和第二阀装置共同使用一个液压流体源。通过使用具有不同压力等级的三个不同液压流体源，多个的不同差动压力可以施加在固定排量液压机上以便在输出轴上提供不同离散级的输出扭矩。
此外，第二压力等级与第三压力等级之间的压力差有利地大致为第一压力等级与第二压力等级之差的两倍。通过选择最高压力等级与中间压力等级之差为最低压力等级与中间压力等级之差的尺寸的两部，可以提供最佳数量的等距输出扭矩级。
此外，提供了包括根据任意上述示例性实施例的动力系统的工作机。
当研究权利要求和下列描述时，本发明的进一步的特征连同优势将变得显而易见。技术人员知道，在不脱离本发明范围的情况下，可以合并本发明的不同特征以产生不同于下文描述的那些的实施例。
附图说明
本发明的上述以及另外的目的、特征和优势将通过对本发明的示例性实施例的下列说明性和非限制性的描述更好地理解，其中：
图1是示出以轮式装载机的形式的工作机的示例实施例的侧视图，该轮式装载机具有用于装载操作的铲斗以及用于操作铲斗且使轮式装载机转向的液压系统；
图2示意性地示出根据本发明的示例实施例的动力系统；
图3示意性地示出根据本发明的示例实施例的动力系统；
图4示意性地示出根据本发明的示例实施例的动力系统；
图5是根据本发明的示例实施例的齿轮箱的构造的图示；
图6是根据本发明的示例性实施例的动力系统中的齿轮箱的构造的图示；
图7a-c示出根据本发明的示例性实施例的动力系统中的齿轮箱的构造的更加详细的图示；
图8示意性地示出根据本发明的示例实施例的液压系统；
图9示意性地示出根据本发明的示例实施例的液压系统；
图10a-b示意性地示出根据本发明的示例实施例的液压系统；并且
图11示意性地示出根据本发明的示例实施例的液压系统。
具体实施方式
在这里的详细描述中，主要参照轮式装载机的动力系统来讨论根据本发明的动力系统的各实施例。然而，应指出，这决不限制本发明的范围，本发明同样适用于其它类型的工作机或车辆中的动力系统。
现在参照图1，示出工作机101，在此处是具有工具102的轮式装载机的形式。术语“工具”是包括使用液压技术的任意一种工具，诸如布置在轮式装载机上的铲斗、叉或抓持工具或布置在铰接运输车上的容器。图示的工具包括铲斗103，该铲斗103布置在臂单元104上，该臂单元104用于提升铲斗和使铲斗103下降，并且此外，铲斗103相对于臂单元104可以倾斜或枢转。轮式装载机101设置有液压系统例如用于使铲斗上升和倾斜。在图1所示的示例实施例中，液压系统包括用于臂单元104的操作的两个液压缸105a、105b和用于使铲斗103相对于臂单元104的倾斜的一个液压缸106。此外，该液压系统包括两个液压缸107a、107b，这两个液压缸107a、107b布置在轮式装载机的相对侧上使得借助于前主体部分108和后主体部分109的相对运动使轮式装载机转向。换句话说，工作机借助于转向汽缸107a、107b进行框架转向。
工作机101还设置有诸如内燃机的原动机(prime mover)和具有用于为工作机101的驱动轮112供应动力的齿轮箱的传动系。
齿轮箱是无级变速传动装置，其相对于步进齿轮箱而言提供了多个优点。例如，可独立于原动机的转速而控制工作机101的速度。
图2示意性示出根据本发明一个实施例的动力系统。动力系统包括内燃机201、用于驱动工作机的传动装置(transmission)，其中传动装置包括输入轴210和输出轴212，输入轴210将发动机210机械连接至可变齿轮箱200，输出轴212将可变齿轮箱200机械连接至车轮以推进车辆。可变齿轮箱200包括齿轮机构(gear unit)202和液压变速器单元204，并且变速器单元还连接到工作液压回路206，工作液压回路206控制工作机的至少一个液压致动器208。可变齿轮箱200可被称为连续可变齿轮箱200。齿轮机构202至少包括操作连接到变速器单元204的第一行星齿轮系。而且，液压变速器单元204液压连接到工作液压回路206以把能量从液压变速器单元204液压传递至工作液压回路206。
图3是根据本发明的一个实施例的动力系统的示意图，其中添加了液压储能器302。通过提供液压储能器302，液压能可以从变速器单元204传递至储能器302，再接着从储能器302传递至液压工作电路206。在整个结合图2和图3讨论的动力系统的实施例中，提供了与已知现有技术系统相比制造起来更便宜并且更加节能的混合动力系统，在已知现有技术系统中，以传统方式利用独立的液压机为工作液压回路提供动力。通过比较，使用电池的电动混合解决方案必须包括用于将电能转换成液压能的转换器。这样的能量转换通常意味着能量损耗，而这可以通过使用液压蓄积器避免。因此，通过使用液压储能器以及通过消除对一个液压机的需要，可以减小发动机的尺寸，并且可以简化总动力系统，并且可以降低成本。
变速器单元204通常包括两个液压机402、404，如图4所示，其中液压机402、404的每个具有该液压机连接到齿轮机构202的一个机械连接件和用于连接到独立系统的液压部分的两个液压连接件。在此处所示的液压机是可变排量类型。此外，图4示出包括高压液压蓄积器和低压液压蓄积器的动力系统。低压蓄积器可有益地连接到液压机的低压侧，因为它通常允许液压机在较高的rpm下操作。然而，代替低压液压蓄积器，可以很好地使用例如通过使用相对大的供给泵保持在高压下的液压箱。两个液压机402、404可以连接到相同的液压节点，或它们可以通过液压阀隔开，使得可以将液压机中的仅一个连接到变速器的液压输出节点。
与在常规PS-CVT系统中使用的液压机相比，在本发明使用的液压机可以不同地构造。例如，代替“四象限机”可以使用“二象限机”。二象限机也可以被称为不同心开路机。开路是指，与常规PS-CVT系统中的液压机相比，液压机在第一侧上被提供有低压并且在第二侧上被提供有高压就足够了，常规PS-CVT系统要求液压机在两个端口上具有交替的高低压力。然而，不要求根据本发明的各实施例的液压机是中心开路机。
包括可控逻辑阀矩阵的阀块406被构造成允许阀块406的所有端口相互连接，即，使得动力系统的所有部件可以相互连接，这取决于在特定操作模式下什么是所要求的。然而，阀块可以仅设置用来执行动力系统的特定操作模式所需的阀。因此，阀块可以被简化，因为不需要在块的所有端口之间提供液压连接。此外，实际上，逻辑类型液压阀可以用来提供期望的连接。
与传统PS-CVT解决方案相比的一个差别是，结合图3和图4所描述的实施例所讨论的变速器单元204连接至储能器302。这将产生如何构造传动系统的机械部分的新机会。
虽然实际上存在许多不同组合，但是通常，齿轮200可以是如图5中所示那样输入耦接的或如图6中的所示那样输出耦接的。在输入耦接齿轮箱中，液压机402中的一个总是机械连接至齿轮箱200的输入轴210。相应地，在输出耦接的齿轮箱中，液压机404中的一个总是机械地连接到齿轮箱的输出轴212。液压机与输入轴或输出轴之间的机械连接可形成特定传动比，以增加或减小液压机相对于它所连接到的轮轴的速度。
对于输入耦接和输出耦接的齿轮箱，不同的拓扑结构是可能的。例如，对于单模式变速器，可以以根据图7a-c的至少三个不同的构型来安装行星齿轮。
在图7a中，输入轴802连接到太阳轮804，并且液压机806连接到环轮808(典型的输入耦接架构)。在图8b中，输入轴802连接到太阳轮804，并且液压机806连接到载体810。在图7c中，输入轴802连接到载体810，并且液压机806连接到环轮808。
图7a-c的所有构造的特征应在于输入耦接传动，因为一个液压机805总是连接到输入轴802，但是具有行星齿轮的布置在输出耦接的变速器中是类似的。这些构造之间的唯一差别是输入轴802、第二液压单元806和输出轴812如何连接到行星齿轮。这三种构造是单模式传动器的可能构造(如果交换太阳轮和环轮，则功能不改变)。
包含在变速器单元中的液压机中的一个或多个可以有利地被构造为根据相对于图8-11的下列讨论的液压系统。
图8示意性地示出根据本发明的一个实施例的液压系统900。液压系统900包括具有排量D1的第一旋转液压机902和具有排量D2的第二旋转液压机904，第一旋转液压机902和第二旋转液压机904都被布置成经公共输出轴906提供扭矩。
液压系统900进一步包括：第一阀装置908，其通过使用具有不同液压压力等级P1和P2的两个液压流体源910、912在第一液压机902上提供差动液压压力等级；第二阀装置914，其通过使用具有不同液压压力等级P3和P4的两个液压流体源916、918在第二液压机904上提供差动液压压力等级；和控制单元920，其被构造成控制第一阀装置908和第二阀装置914，使得不同离散级的扭矩经液压系统900的输出轴906提供。从每个液压机提供给输出轴的扭矩T对应于差动液压压力乘以相应的电机的排量，即T1＝ΔP1*D1和T2＝ΔP2*D2，其中，ΔP1＝P1-P2和ΔP2＝P3-P4。例如，最大输出扭矩Tmax则成为Tmax＝ΔP1*D1+ΔP2*D2。如果每个液压机的两侧可以连接到较高的压力，则压差可以是ΔP＝P1-P2或ΔP＝P2-P1，即ΔP＝±|P1-P2|。
因此，通过控制第一和第二阀装置对一个或两个液压机提供压差以及通过控制相应的液压机的哪一侧被连接高压和低压，可以在输出轴的两个旋转方向上提供不同离散级的扭矩。在上面的示例中，只要ΔP1≠ΔP2或D1≠D2并且假设T2>T1，则可以在每个旋转方向上提供四个不同离散级的扭矩，即，T1、T2、T2-T1和T1+T2。而且，两个不同的压差级可以由具有不同压力等级的三个液压流体源提供。因此，如果P2＝P3，则图8中的液压系统的上述功能将例如被实现，并且两个液压流体源912和918可以由一个液压流体源取代。
图9示意性地示出图8中所示的一般概念的更加详细的示例实施例。在图9中，第一液压机1002具有固定排量D1，D1小于第二液压机1004的固定排量D2。固定排量液压机有利地被使用，因为他们与可变排量液压机相比可以制造得更加节能。因此，由各个液压机提供的扭矩量由施加在各个液压机上的压差来确定。此外，第一阀装置908和第二阀装置914通常包括多个离散阀。因为期望提供简单且相对廉价的系统，逻辑通/断阀可以有利地被使用，因为这样的阀可提供低复杂性并且因此以低成本制造。
图9的液压系统还包括液压蓄积器1006、1008作为用于提供具有不同压力等级PL和PH的液压流体的装置。通过将液压蓄积器耦接到各个液压机的选定侧，可以在每个液压机上提供不同的恒定压差级。此外，液压系统可以有利地包括蓄积器充压系统1012，诸如，连接到车辆的发动机的液压泵，其中布置有液压系统。通过液压充压系统，液压蓄积器1006、1008中的压力等级可以被保持在预定压力范围内。
具体地，图9中的阀被布置成使得：
-PL经阀1024连接到第一液压机1002的第一侧1014；
-PL经阀1026连接到第一液压机1002的第二侧1016；
-PL经阀1032连接到第二液压机1004的第一侧1018；
-PL经阀1034连接到第二液压机1004的第二侧1020；
-PH经阀1022连接到第一液压机1002的第一侧1014；
-PH经阀1028连接到第二液压机1002的第二侧1016；
-PH经阀1030连接到第一液压机1004的第一侧1018；并且
-PH经阀1036连接到第二液压机1004的第二侧1020。
在本说明书中，阀由通/断阀表示，基于它们作为逻辑开关通过全开或全闭来控制液压流体的流动的功能，也被称为数字阀。然而，如果被用作通/断阀，则相同的功能当然可以由比例伺服阀或其它类型的液压阀提供。
图10a示意性地示出包括固定排量液压机1102的液压系统，其中至少两个不同离散级的输出扭矩经第一阀装置1120和第二阀装置1126。每个阀装置连接到具有不同压力等级的两个液压流体源，第一阀装置1120连接到具有压力等级P1和P2的源1122和1124，并且第二阀装置1126连接到具有压力等级P3和P4的源1128和1130。选择压力等级P1至P4使得由第一阀装置1120提供差动液压压力等级的绝对值不同于由第二阀装置1126提供的差动液压压力等级的绝对值。阀装置1120和1126进一步受到控制单元32的控制。
图11b公开了液压系统的示例实施例，其中不同离散级的扭矩可以经具有固定排量D1和三个不同压力等级的旋转液压机1102提供，所述三个不同压力等级在此处由三个液压蓄积器1104、1106、和1108提供，分别具有压力等级PL、PM、和PH。如图10b所示，容易实现的是，如果第一阀装置1120和第二阀装置1126被集成并且连接到具有不同压力等级的三个液压流体流，则两个不同压差级可以被提供给液压机1102。不同的压差级可以以与相对于图9所描述的类似的方式经阀装置1112施加于液压机1102。系统还包括蓄积器充压系统10用于为液压蓄积器1104、1106、和1108提供压力。
在图10中，假设PL<P<PH并且各个蓄积器1104、1106、1108可以连接到液压机102的两侧，则在液压机上可以提供下列六种差动压力：±(PM-PL)，±(PH-PL)和±(PH-PM)。
图11示出的液压系统类似于图9的液压系统，差别是具有可变排量的液压机1202已经被包括并且布置成与固定排量液压机一起向输出轴提供扭矩。可变排量液压机1202也可以以与图9中的液压机1002同样的方式经通/断阀连接到每一个液压蓄积器。然而，原则上，固定排量液压机1202仅连接到液压蓄积器中的一个，优选是具有最高压力等级的一个。原则上，可变排量液压机1202具有等于或低于固定排量液压机的最低排量的最大排量。因此，提供了利用固定排量液压机的优点的节能液压系统，其还能够通过使用相对小尺寸的可变排量液压机提供连续可变输出扭矩。
虽然已经相对于动力系统中的特定组合部件描述了本发明，但是当研究本申请时，也可以在其它构型中组合这些部件，这对于本领域技术人员而言是显而易见的。具体地，齿轮箱的许多不同构型是可能的，并且本文所提供的实施例仅是可能构型中的一些示例。因此，本发明的示例实施例的以上描述和附图将被视为本发明的非限制性示例，并且保护的范围由权利要求限定。权利要求中的任何参考符号不应被解释为限制范围。

Claims (19)

1.一种用于工作机的动力系统，所述动力系统包括：
用于驱动所述工作机的传动装置，所述传动装置包括连续可变齿轮箱，所述齿轮箱具有齿轮机构和液压变速器单元；
工作液压回路，所述工作液压回路用于控制所述工作机的至少一个液压致动器；
其中，所述液压变速器单元液压连接到所述工作液压回路以把能量从所述液压变速器单元液压传递至所述工作液压回路，
所述动力系统的特征在于，所述液压变速器单元包括主液压机和辅液压机，其中所述主液压机和所述辅液压机中的至少一个液压连接到所述工作液压回路，并且其中所述主液压机和所述辅液压机中的至少一个包括：
第一旋转液压机和第二旋转液压机，所述第一旋转液压机和所述第二旋转液压机被布置成经公共输出轴提供扭矩；
第一阀装置，所述第一阀装置通过使用具有不同液压压力等级的两个液压流体源在所述第一旋转液压机上提供差动液压压力等级；
第二阀装置，所述第二阀装置通过使用具有不同液压压力等级的两个液压流体源在所述第二旋转液压机上提供差动液压压力等级；
控制单元，所述控制单元被构造成控制所述第一阀装置和所述第二阀装置，使得不同离散级的扭矩经所述输出轴提供。
2.根据权利要求1所述的动力系统，进一步包括液压连接到所述液压变速器单元的第一液压储能器。
3.根据权利要求2所述的动力系统，其中，所述动力系统被构造成把能量从所述变速器单元液压传递至所述第一液压储能器。
4.根据权利要求2或3所述的动力系统，其中，所述动力系统被构造成把能量从所述第一液压储能器液压传递至所述变速器单元。
5.根据权利要求2所述的动力系统，其中，所述第一液压储能器被液压连接至所述工作液压回路。
6.根据权利要求5所述的动力系统，其中，所述动力系统被构造成把能量从所述第一液压储能器液压传递至所述工作液压回路。
7.根据权利要求5或6所述的动力系统，其中，所述动力系统被构造成把能量从所述工作液压回路液压传递至所述第一液压储能器。
8.根据权利要求1-3和5-6中的任一项所述的动力系统，进一步被构造成把能量从所述工作液压回路液压传递至所述液压变速器单元。
9.根据权利要求2-3和5-6中的任一项所述的动力系统，其中，所述控制单元被构造成把所述第一液压储能器的压力等级维持在第一预定范围内。
10.根据权利要求9所述的动力系统，进一步包括第二液压储能器，所述第二液压储能器液压连接到所述液压变速器单元以及连接到所述工作液压回路。
11.根据权利要求10所述的动力系统，其中，所述控制单元被构造成把所述第二液压储能器的压力等级维持在不同于所述第一预定范围的第二预定范围内。
12.根据权利要求1-3和5-6中的任一项所述的动力系统，其中，所述变速器单元是输入耦接的。
13.根据权利要求1-3和5-6中的任一项所述的动力系统，其中，所述变速器单元是输出耦接的。
14.根据权利要求1-3和5-6中的任一项所述的动力系统，其中，所述工作液压回路包括数字液压致动器。
15.根据权利要求1所述的动力系统，其中，所述第一旋转液压机和所述第二旋转液压机中的至少一个是固定排量液压机。
16.根据权利要求1或15所述的动力系统，其中，所述第一旋转液压机是固定排量液压机，并且所述第二旋转液压机是可变排量液压机。
17.根据权利要求1所述的动力系统，其中，所述差动液压压力等级通过使用具有第一液压压力等级的第一液压蓄积器和具有第二液压压力等级的第二液压蓄积器提供，所述第一液压压力等级不同于所述第二液压压力等级。
18.根据权利要求1所述的动力系统，其中，所述第一阀装置和所述第二阀装置中的任一个包括通/断阀。
19.一种包括根据前述权利要求中的任一项所述的动力系统的工作机。
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