CN105683587A - 液压回路和作业机器 - Google Patents

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岸田耕治
金绳裕也
多田彰吾
畑嘉彦
的场信明
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Abstract

本发明提供一种能够在蓄积器正蓄积液压流体时节省泵流量的液压回路。该液压回路包括：一对通过在主泵(12和13)的压力下供应的液压油同时执行相同操作的动臂油缸(7c1和7c2)；液压油的压力蓄积于其中的蓄积器(61)；将从动臂油缸(7c1)中挤出的液压油的压力蓄积于蓄积器(61)中的压力蓄积电路(A)；以及将从另一动臂油缸(7c2)中挤出的液压油回收至动臂油缸(7c1和7c2)中的回收电路(B)。

Description

液压回路和作业机器
技术领域
本发明涉及一种包括蓄液器的液压回路，且涉及一种设有液压回路的作业机器。
背景技术
在作业机器中，当动臂降低时从动臂液压缸排出的压力油蓄积在蓄液器中，并且当摆动加速或者减速时从摆动液压马达释放的压力油也蓄积在蓄液器中(例如，见专利文件1)。
[专利文件1]日本专利申请公开2010-84888号
当蓄液器正蓄积从动臂液压缸排出的压力油时，从动臂液压缸排出的压力油无法回收至动臂液压缸。由此，需要的泵流量可能不能得到保证并且动臂液压缸的操作可能减缓。
发明内容
本发明就是鉴于这一点而作出，并且本发明的目的是提供一种可以即使在液压油正在蓄积于蓄液器中时保证所需要的泵流量的液压回路和作业机器。
根据权利要求1所述的本发明是一种液压回路，该液压回路包括：多个液压缸，它们通过由泵加压提供的液压流体同时执行相同的操作；蓄液器，液压流体蓄积在该蓄液器中；蓄积回路，该蓄积回路用于将多个液压缸中的一个液压缸排出的液压流体蓄积在蓄液器中；以及回收回路，该回收回路将从所述多个液压缸中的、不同于所述一个液压缸的另一液压缸中排出的液压流体回收至所述另一液压缸中。
根据权利要求2所述的本发明是根据权利要求1所述的液压回路，该液压回路进一步包括组合阀，该组合阀由结合了多个回路功能的单个块形成，该多个回路功能在蓄积回路、回收回路和将由泵加压供应的液压流体引导至多个液压缸的回路之间切换。
根据权利要求3所述的本发明是一种作业机器，该作业机器包括：车体；作业设备，该作业设备安装在车体上；以及根据权利要求1或者2所述的液压回路，设置该液压回路用于多个用于升降作业设备的液压缸。
在根据权利要求1所述的本发明中，蓄积回路和回收回路相互分离并且一个液压缸中排出的液压流体蓄积在蓄液器中。同时，另一液压缸中排出的液压流体被回收。由此，即使在蓄液器的蓄积期间，泵流量可以节省与回收流量对应的量，从而所需要的泵流量可以易于保证，并且泵的大小可以减小。负载不分配至所述多个液压缸中的所有液压缸且集中于更少数目的液压缸。由此，由液压缸产生的压力可以升高以增加蓄积在蓄液器中的能量，从而蓄液器的大小可以减小。
在根据权利要求2所述的本发明中，组合阀由结合了多个回路功能的单个块形成，该多个回路功能在蓄积回路、回收回路和将由泵加压供应的液压流体引导至多个液压缸的回路之间切换。由此，可以实现简单的布局并且可以降低成本。
在根据权利要求3所述的本发明中，在作业机器的作业设备降低时，蓄液器进行蓄积操作期间，泵流量可以节省与回收流量对应的量，从而所需要的泵流量可以易于保证，并且泵的大小可以减小。负载不分配至所述多个液压缸中的所有液压缸且集中于更少数目的液压缸。由此，由液压缸产生的压力可以升高以增加蓄积在蓄液器中的能量，从而蓄液器的大小可以减小。
附图说明
图1是示出了根据本发明的液压回路的实施例的回路图。
图2是示出了回路的切换状态的回路图。
图3是示出了回路的另一切换状态的回路图。
图4是根据本发明的作业机器的实施例的透视图
具体实施方式
下面将基于图1至图4所示的一个实施例对本发明进行详细描述。
如图4所示，作为作业机器的液压挖掘机HE包括车体1，该车体1由下移动体2和上摆动体3形成，该上摆动体3设置在下移动体2上以能够通过摆动马达3m而摆动。机器室4、驾驶室5和作业设备6安装在上摆动体3上。发动机和泵安装在机器室4中。驾驶室5保护操作者。
作业设备6具有以下配置。具体地，动臂7的底端由上摆动体3枢轴地支撑。动臂7通过为平行布置的液压缸的两个动臂油缸7c1和7c2在上下方向上转动。杆8通过动臂7的远端枢轴地支撑。杆8通过杆油缸8c在前后方向上转动。铲斗9通过杆8的远端枢轴地支撑。铲斗9通过铲斗油缸9c而转动。两个动臂油缸7c1和7c2平行地布置于共用动臂7上，并且在相同的时间执行相同的操作。
图1示出了发动机动力辅助系统。发动机动力辅助系统分别通过动臂油缸7c1和摆动电机3m将作业设备6的潜在能量和上摆动体3的动能蓄积在蓄液器中。由此蓄积的能量用于辅助发动机动力。
接下来将描述该系统的回路配置。
辅助泵电机15直接或通过齿轮连接至主泵12和13的主泵轴14上，其中主泵12和13为由安装在机器室4中的发动机11驱动的泵。主泵12和13以及辅助泵电机15各自包括旋转斜盘。可通过旋转斜盘的角度可变地调节泵/电机容量(活塞冲程)。旋转斜盘角度(倾斜角)通过调节器16、17和18来控制，并由旋转斜盘角度传感器16φ、17φ和18φ进行检测。调节器16、17和18由电磁阀控制。例如，主泵12和13各自的调节器16和17可由反向流控制压力(即所谓的反向控制压力)自动控制，其中反向流控制压力经由反向流控制路径19nc进行引导。除了通过反向控制压力进行控制之外，调节器16和17还可由信号通过反向流控制阀19的电磁切换阀19a和19b进行控制。
主泵12和13排出液压油，其中该液压油为从油箱21中抽吸出来并分别提供给路径22和23的液压油。压力传感器24和25检测泵的排出压力。输出路径27和29通过路径30连接至动臂能量回收阀31，其中动臂能量回收阀31为组合阀。输出路径27和29分别从用于控制动臂油缸7c1和7c2的主、副动臂控制阀26和28延伸出来。主、副动臂控制阀26和28为连接至主泵12和13上并控制方向及流量的导阀控制的控制阀。
动臂能量回收阀31为由结合了多个回路功能的单块组成的组合阀，所述多个回路功能用于在图1所示的蓄积回路A和回收回路B以及图2所示的回路之间进行切换。图2所示的回路在动臂上升操作期间将由主泵12和13加压并提供的液压油引导至两个动臂油缸7c1和7c2的缸盖端上。
一动臂油缸7c1和另一动臂油缸7c2的缸盖端末端分别通过路径32和33连接至动臂能量回收阀31。从主动臂控制阀26延伸出来的另一输出路径34连接至一动臂油缸7c1的杆侧端。检测动臂油缸杆侧压力的压力传感器35设置在杆侧端上。两个平行设置的动臂油缸7c1和7c2的杆侧端能够通过旁路路径36彼此互相连通。设置在旁路路径36中的电磁分离阀37能够阻断从动臂油缸7c1的杆侧到动臂油缸7c2的杆侧的连通。动臂油缸7c2的杆侧通过路径38连接至动臂能量回收阀31。
从主动臂控制阀26延伸出来的一输出路径27能够通过电磁切换阀39和止回阀40与另一输出路径34相连通。压力传感器41设置在辅助泵电机15的排出侧上，并检测排出压力。辅助泵电机15的排出路径42设置有电磁切换阀43。穿过止回阀44的路径45连接至输出路径34。
辅助泵电机15的排出路径42分支成三个路径46、47和48。路径46连接至电磁卸荷阀49。电磁卸荷阀49通过油箱路径50和51以及配有弹簧的止回阀52和油冷却器53或配有弹簧的止回阀54连接至油箱21。路径47通过安全阀55连接至油箱路径50。
路径48通过电磁切换阀57、止回阀58和路径59连接至设置有多个第一蓄液器61的蓄液器路径62。检测第一蓄液器61中所蓄积的压力的压力传感器63连接至蓄液器路径62。蓄液器路径62连接至穿过电磁回收阀64和止回阀65的路径66。路径66连接至从油箱21延伸出来的进气侧路径68，并通过止回阀67连接至辅助泵电机15的进气口。检测辅助泵电机进气侧压力的压力传感器69设置在进气侧路径68上。
辅助泵电机15具有以下功能。具体而言，当蓄积在第一蓄液器61中的压力增加，且蓄液器压力达到预定值时，电磁回收阀64切换至连通位置，因此液压油从第一蓄液器61中被抽吸出来，进而避免第一蓄液器61中的压力上升。与此同时，由此抽吸出来的液压油被加压，并被提供给动臂油缸7c1的杆侧。
动臂能量回收阀31包括导阀控制的主切换阀71。主切换阀71与电磁切换阀72一同控制先导压力的供给和排出，以切换路径73、74、75和76之间的关系。
路径73连接至漂移减小阀77的一个端口上。从一动臂油缸7c1的缸盖端末端延伸出来的外路径32通过内路径78连接至漂移减小阀77的另一端口。漂移减小阀77与先导阀79一同控制弹簧室中的先导压力，以控制端口间的开启/闭合和开启量。从路径30分支出来的路径81通过止回阀82连接至路径73。
路径74连接至路径30，且进一步被连接至另一漂移减小阀83的一个端口。从另一动臂油缸7c2的缸盖端末端延伸出来的外路径33通过内路径84连接至漂移减小阀83的另一端口。漂移减小阀83与先导阀85一同控制弹簧室中的先导压力，以控制端口间的开启/闭合和开启量。
漂移减小阀77和漂移减小阀83的弹簧室通过先导阀79或先导阀85与路径78和路径84连通或与路径86连通至油箱21。
路径75分支成通向止回阀87的路径、通向配备弹簧的止回阀88的路径，以及通向可变节流阀89的路径。穿过止回阀87的路径连接至外路径38和内路径90。安全阀91和止回阀92被设置在路径90和路径78之间。安全阀93和止回阀94被设置在路径90和路径84之间。压力传感器95和调节阀96被设置在路径78和路径84之间。压力传感器97和调节阀98被设置在路径84和路径90之间。配备弹簧的止回阀88和可变节流阀89通过路径99连接至油箱路径50。
路径76通过路径105连接至路径59，该路径105穿过止回阀104。压力传感器106检测路径105中的压力。从路径105分支出的路径通过安全阀107、路径108和路径99连接至油箱路径50。路径108通过止回阀109与路径105连通。路径105通过电磁切换阀110连接至路径108。
如图1所示，蓄积回路A为通过从一动臂油缸7c1的缸盖端末端延伸出来的路径32，并通过都位于动臂能量回收阀31中的路径78、漂移减小阀77、路径73、主切换阀71、止回阀104和路径105，通向第一蓄液器61的回路。蓄积回路A具有将从动臂油缸7c1的缸盖端排出的油蓄积至第一蓄液器61的功能。
如图1所示，回收回路B为通过从另一动臂油缸7c2的缸盖端末端延伸出来的路径33，并通过都位于动臂能量回收阀31中的路径84、漂移减小阀83、路径74、主切换阀71、路径75、止回阀87和路径38，通向另一动臂油缸7c2的杆侧端末端的回路。回收回路B具有将从动臂油缸7c2的缸盖端排出的油回收至动臂油缸7c2杆侧的功能。
以相反方向定向的安全阀114和安全阀115以及以相反方向定向的止回阀117和止回阀118被设置在电机驱动回路C的路径112和路径113之间，路径112和路径113连接摆动电机3m和摆动控制阀111，用于控制摆动电机3m的摆动方向和摆动速度。补充路径116连接在安全阀114和安全阀115，以及止回阀117和止回阀118之间。补充路径116具有将从电机驱动回路C排出的油返回至油箱21的油箱路径功能。补充路径116还具有补充功能，由此液压油可被供应至电机驱动回路C。在不超过配备弹簧的止回阀52的弹簧偏压压力的压力下，液压油通过止回阀117或止回阀118从补充路径116在可能产生真空的一侧被供应至路径112或路径113。
电机驱动回路C的路径112和路径113通过止回阀119和止回阀120与路径121连通，用于回收摆动能量。路径121通过顺序阀122连接至路径123。由于输出侧上的背压，顺序阀122的输入侧的源压力不太可能改变。路径121进一步通过路径124连接至第二蓄液器125。压力传感器126检测与第二蓄液器125相关的压力。路径123通过路径129连接至第一蓄液器61的蓄液器路径62，该路径129穿过电磁切换阀127和止回阀128。路径129通过安全阀130连接至油箱路径50。第二蓄液器125通过安全阀131被连接至油箱路径51。
当摆动电机3m摆动加速且停止时，通过安全阀114和安全阀115释放的驱动能量和制动能量被转换成压力，并在安全阀114和安全阀115操作之前被蓄积到第二蓄液器125中。因此，释放的摆动能量被回收。在辅助模式中，电磁切换阀127和电磁回收阀64被切换至连通位置。因此，从第二蓄液器125中排出的压力油通过位于第一蓄液器61一侧的蓄液器路径62和电磁回收阀64被加压且供应至辅助泵电机15。辅助泵电机15作为液压电机被驱动，以辅助来自主泵12和13的液压输出，从而减小发动机负荷。
当摆动止挡能量被提供到第二蓄液器125时，真空可以在摆动电机3m的上游侧产生。因此，当摆动操作启动时电磁卸荷阀49开启，且辅助泵电机15的斜盘角度依照摆动操作杆操作的量和速度来控制。因此，通过对应于摆动操作杆操作的量和速度的流量，液压油被提供到其中可能产生真空的电机驱动回路C中的从辅助泵电机15通过电磁卸荷阀49、油箱路径50和51以及补充路径116的路径中。
在如上所述的回路配置中，斜盘角度传感器16φ、17φ和18φ以及压力传感器24、25、35、41、63、69、95、97、106、和126将所检测的斜盘角度信号输入到机载控制器(未示出)中。电磁切换阀39、43、57、72、110和127以及电磁卸荷阀49和电磁回收阀64根据从机载控制器(未示出)中输出的驱动信号执行开/关操作或者通过对应于驱动信号的比例动作来切换。通过杆或踏板由操作室5中的操作员操作的的手动操作阀，已知为远程控制阀，在动臂控制阀26和28、摆动控制阀111和其他未示出的液压致动器控制阀(用于驱动电机、斗杆油缸、铲斗油缸等等)上执行先导操作。漂移减小阀77和83以及先导阀79和85上的先导操作与上述先导操作一起执行。
由机载控制器执行的控制作为功能描述如下。
(发动机动力辅助功能)
将描述具有如上所述配置的液压回路中的发动机动力辅助功能。
图1示出了用于降低动臂7的动臂下降操作时的回路状态。通过作业设备6等的载荷从一动臂油缸7c1的缸盖端排出到路径32和78的液压油穿过动臂能量回收阀31的漂移减小阀77，然后由主切换阀71控制的方向从路径73移动到路径76。然后，液压油穿过路径105和59以蓄积在第一蓄液器61中。
同时，从另一动臂油缸7c2的缸盖端排出到路径33和84的液压油穿过动臂能量回收阀31的漂移减小阀83，然后由主切换阀71控制的方向从路径74移动到路径75。然后，液压油穿过止回阀87和路径38被回收到另一个动臂油缸7c2的杆侧。依据所述一动臂油缸和另一个动臂油缸7c1和7c2之间的杆侧压力平衡，液压油还可通过电磁分离阀37中的止回阀回收到所述一个动臂油缸7c1的杆侧。
如上所述，当动臂降低时，通过主切换阀71和漂移减小阀77和83，动臂能量回收阀31执行进入第一蓄液器61的蓄积以及动臂油缸7c1和7c2的杆侧的回收。
图2示出了用于升高动臂7的动臂升高操作时的回路状态。在动臂升高操作时，动臂能量回收阀31阻止压力蓄积到第一蓄液器61中以及动臂油缸7c1和7c2的杆侧的回收。通过动臂控制阀26和28从主泵12和13供给到路径30的液压油由进行切换操作的主切换阀71控制的方向从路径74移动到路径73。因此，液压油通过漂移减小阀77和83从路径73和30引导到动臂油缸7c1和7c2的缸头端。
这里，具有泵和电机功能并直接联接到主泵轴14或通过齿轮联接到主泵轴14的辅助泵电机15通过以下操作用作如图2中所示的液压电机。具体地，电磁卸荷阀49和电磁回收阀64被切换到连通位置。辅助泵电机15通过蓄积在第一蓄液器61中的能量而转动。因此，主泵12和13的液压输出被辅助，从而减少发动机载荷。
如上所述，发动机动力辅助功能如下。具体地，辅助泵电机15作为液压泵通过从一个动臂油缸7c1的缸盖端蓄积在第一蓄液器61中的能量而转动。因此，辅助泵电机15减少了通过主泵轴14联接的安装的发动机11上的载荷。
图3示出了发动机载荷小的情况下的回路状态。电磁切换阀57被切换到连通位置，由此辅助泵电机15用作液压泵。因此，从油箱21泵送的液压油被供给到第一蓄液器61中，并因此在第一蓄液器61中蓄积。
描述了发动机动力辅助功能的效果。
动臂油缸7c1一侧的缸盖端油蓄积在第一蓄液器61中。因此，作业设备6的载荷集中在一动臂油缸7c1上，而非分配给两动臂油缸7c1和7c2。这样一来，能量密度得以增加，进而加大动臂油缸7c1产生的压力，以增加蓄积在第一蓄液器61中的能量。换言之，诸如第一蓄液器61和辅助泵电机15之类的组件的尺寸能够缩减，进而能够实现成本的降低及简单的布局。
当动臂油缸7c1和7c2及另一液压致动器(例如：摆动电机3m、斗柄油缸8c和铲斗油缸9c)以互相结合的方式进行操作时，从动臂油缸7c2一侧上的缸盖端排出的液压油被回收至动臂油缸7c1和7c2的杆侧上。因此，液压油的回收量能够从主泵12和13提供给其他液压致动器。如此一来，能够避免结合操作中的速度下降，进而能够促进结合操作。
当蓄积回路A和回收回路B彼此分开，且液压挖掘机HE的作业设备6降低时，从一动臂油缸7c1的缸盖端排出的液压油蓄积在第一蓄液器61中。与此同时，从另一动臂油缸7c2的缸盖端排出的液压油被回收至动臂油缸7c1和7c2的杆测上。如此一来，在第一蓄液器61的蓄积操作中，可节省对应于回收流量的量的主泵流量。因此，包括其他液压致动器所需的主泵流量在内的所需泵流量能够轻易获得，而且泵12和13的尺寸能够缩减。
动臂能量回收阀31由包含了多个回路功能的单块组成，进而可通过较少数量的装配步骤实现简单的布局，并降低成本。
辅助泵电机15根据发动机载荷可选择性地使用泵或电机功能。因此，发动机载荷得以平衡，且能量能够存储在具有额外能量的安装的发动机11的第一蓄液器61中，以在需要的时候用于辅助发动机载荷。如此一来，能够缩减用于减少安装的发动机11的废气后处理设备的尺寸。该载荷集中于一动臂油缸7c1上，进而能够增加蓄积在第一蓄液器61中的能量。因此，能够通过小型蓄液器实现高层次的辅助，进而能够降低成本，并实现紧凑的车体布局。
工业实用性
本发明对于从事液压回路或作业机器械的制造、销售等的企业来说具有工业上的实用性。
附图标号的解释
A：蓄积回路
B：回收回路
HE：作为作业机器械的液压挖掘机
1：车体
6：作业设备
7c1、7c2：作为液压缸的动臂油缸
12、13：作为泵的主泵
31：作为组合阀的转臂能量回收阀
61：蓄液器

Claims (3)

1.一种液压回路，其包括：
多个液压缸，其通过由泵加压并供应的液压流体同时执行相同的操作；
蓄液器，所述液压流体蓄积在所述蓄液器中；
蓄积回路，其用于将所述多个液压缸中的一个液压缸排出的液压流体蓄积在所述蓄液器中；以及
回收回路，其将从所述多个液压缸中的、不同于所述一个液压缸的另一液压缸中排出的液压流体回收至所述另一液压缸中。
2.根据权利要求1所述的液压回路，其进一步包括：组合阀，该组合阀由结合了多个回路功能的单个块形成，所述多个回路功能在所述蓄积回路、所述回收回路和将由泵加压并提供的液压流体引导至所述多个液压缸的回路之间切换。
3.一种作业机器，其包括：
车体；
作业设备，其安装在所述车体上；以及
根据权利要求1或2所述的液压回路，设置所述液压回路用于多个用于升降所述作业设备的液压缸。
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