CN107810351A - 静液压驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种作为总系统的静液压驱动装置，其包括两个流体排挤单元(1、3)和用于操控该总系统的阀控制装置(17)，所述两个排挤单元至少在体积流量方面能被调节，其中一个排挤单元与动力输入部(9)耦联并且另一个排挤单元与动力输出部(11)耦联，并且所述两个排挤单元能以闭合流体回路的方式互相连接，在所述流体回路上连接有存储回路(23)，所述存储回路具有至少一个存储装置(33)并且所述存储回路分为低压侧(27)和高压侧(25)。

Description

静液压驱动装置
技术领域
本发明涉及一种作为总系统的静液压驱动装置，所述静液压驱动装置包括两个流体排挤单元，所述两个排挤单元至少在体积流量方面能被调节，其中一个排挤单元与动力输入部耦联并且其中另一个排挤单元与动力输出部耦联，并且所述两个排挤单元能以闭合流体回路的方式互相连接。
背景技术
这种类型的驱动装置(DE 10 2009 058 005 A1)是已知的并且通常用作商用车中的行驶驱动装置。在这样的应用中，其中一个排挤单元通常直接由内燃机驱动，并且另一个动力输出部侧的排挤单元与相关的行驶机械机构耦联。
发明内容
基于与此相关的现有技术，本发明的任务在于，提供一种静液压驱动装置，所述静液压驱动装置的优点在于特别好的且能效高的运行性能。
按照权利要求1，在开头所述类型的静液压驱动装置中，该任务通过如下方式得以解决，即，存在存储回路，在所述存储回路上连接有能连接各排挤单元的流体回路，其中，所述存储回路具有至少一个存储装置并且所述存储回路分为低压侧和高压侧，并且其中设置阀控制装置用于操控总系统。除了纯驱动功能以外，利用这样的系统结构不仅可以实现制动能量回收，而且可以实现其他特殊功能、例如在惯性行驶或者液压提升驱动功率中在制动能量回收期间的过转速保护。
有利地，所述系统可以如此设计，即，所述两个排挤单元在其相应的输入侧和输出侧都分别与一个工作管线相互连接以便形成闭合流体回路，并且阀控制装置主要连接在所述两个工作管线之间。
所述阀控制装置在此具有两个第一阀装置，所述两个第一阀装置在其打开位置中将所述两个排挤单元通过相应的工作管线相互连接并且所述两个第一阀装置在其关闭位置中至少将总系统的高压侧与低压侧解耦，其中，动力输出部侧的排挤单元配设给总系统的低压侧并且动力输入部侧的排挤单元配设给总系统的高压侧。
在特别有利的实施例中，在所述两个工作管线和低压侧的存储回路之间分别连接有具有止回功能的第二阀装置。通过所述阀装置的止回功能，具有最小压力的压力介质即使在行驶驱动装置处于运行期间也可以在总系统中分配并且由此保证在总系统中的接近恒定的低压水平。
以特别有利的方式，在所述两个工作管线和高压侧的存储回路之间可以分别连接有另外的具有比例功能的第三阀装置。这实现了比例地调节在相应工作管线中的期望工作压力的可能性，但也用作用于在停止状态下加载存储器的止回阀以及用于启停功能。
在特别有利的实施例中，在低压存储回路上在第二阀装置和动力输出部侧的排挤单元之间连接有永久流体体积供应装置。这样的恒压供应确保低压侧保持在适合系统的预加压力水平上。总系统也通过所述供应管线填充，并且补偿可能出现的体积损耗、例如在压力峰值时流体经由限压阀流出至贮存箱或者由于泄露而出现损耗。
特别有利地，在此可以涉及如下布置，即，所述永久流体体积供应装置在馈入管线的输入端处连接在馈入管线上，馈入管线在输出端侧通入贮存箱，其中，馈入管线永久地通过连接位置连接在低压存储回路上，并且在连接位置和馈入管线的输入端之间连接有止回阀并且在连接位置和馈入管线的输出端之间连接有限压阀。
此外，以有利的方式可以在所述两个工作管线之间，在所述两个第一阀装置以及所述两个第三阀装置之间的管线区段中以及与所述两个第三阀装置并联延伸地连接有两个另外的具有比例限压功能的第四阀装置。
在此有利地，在一对第三阀装置和一对第四阀装置连同它们的可配设的连接管线之间可以延伸有另外的连接管线，在所述另外的连接管线中连接有另外的止回阀。
以特别有利的方式，所述存储回路的存储装置可以主要由双活塞存储器构成，双活塞存储器的在存储器壳体中可纵向移动引导的双活塞将具有预加压力的第一工作腔与高压侧的第二工作腔以及与低压侧的第三工作腔并且与具有大气压力的第四工作腔相互分离。在应用于移动单元中的行驶驱动装置时(所述移动单元通常具有有限的用于液压系统的安装空间)，按照本发明的具有双活塞存储器的结构形式带来特别重要的优点，其中，所述双活塞存储器实施两个液压存储器的功能并且相应地实现特别紧凑的系统结构形式。因此也形成了具有附加的补偿存储器的低压侧。
各个排挤单元能以有利的方式由具有可调节摆角的四象限系统构成，所述四象限系统不仅能作为液压马达也能作为液压泵运行。
按照权利要求13，本发明的主题还是一种作为子系统的阀控制装置，特别是用于呈按照权利要求1至12之一所述的静液压驱动装置的形式的总系统。
附图说明
以下根据在附图中描述的实施例详细地阐述本发明。
在附图中，
图1以系统图示出按照本发明的驱动装置的设计为行驶驱动装置的实施例的总系统；
图2以示意图示出实施例的线路，其中对于在停止状态下的运行状态“存储器加载”，高压侧的流体路径用实线标记并且低压侧的流体路径用虚线标记并且流动走向用流动箭头表示；
图3示出相应于图2的视图，其中示出在行驶运行中的运行状态“存储器加载”；
图4示出相应的视图，其中示出运行状态“制动能量回收/过转速保护”；
图5示出相应的视图，其中示出运行状态“内燃机启动”；
图6示出相应的视图，其中示出运行状态“提速”。
具体实施方式
首先参考图1，在其中动力输入部侧的排挤单元用1标记并且动力输出部侧的排挤单元用3标记。每个排挤单元1和3具有带有可调节的可摆动摆角的呈四象限系统形式的马达泵单元5或7。在动力输入部侧的排挤单元1中，马达泵单元5经由驱动轴9与未示出的内燃机或者电机耦联。在动力输出部侧的排挤单元3中，马达泵单元7经由从动轴11与未示出的车辆的行驶机械机构(传动机构)耦联。排挤单元1和3的一个接口与第一工作管线13连接，并且所述排挤单元1、3的相应另一个接口与第二工作管线15连接。所述工作管线13和15配设有整体上用17标记的阀控制装置。在每个排挤单元1和3中，马达泵单元5和7的两个接口分别与换向阀19的输入端之一连接，所述换向阀的输出端经由限压阀21与贮存箱T连接。由此，马达泵单元5和7的具有相应较高压力水平的接口并且因此所连接的工作管线13和15经由相应的朝贮存箱侧的限压阀21保护以防系统过压。
阀控制装置17配设有存储回路23，所述存储回路具有高压侧25和低压侧27。高压侧25在连接位置29处与阀控制装置17连接，并且低压侧27在连接位置31处与阀控制装置17连接。作为存储装置，存储回路23具有液压气动式双活塞存储器33。所述双活塞存储器的双活塞35(所述双活塞在存储器壳体37中可纵向移动地被引导)在存储器壳体37中将具有处于预加载压力下的工作气体、特别是N2的第一工作腔39与连接在存储回路23的低压侧27上的第二工作腔41、与同存储回路23的低压侧27连接的第三工作腔43、以及与具有大气压力的第四工作腔45分隔开。附加连接在低压侧27上的、气动预加载的液压存储器47在发生不连续事件时或由于温度影响而用于体积补偿。此外，在馈入位置49处连接有未示出的永久流体体积供应装置，所述永久流体体积供应装置经由馈入管线51并且经由止回阀53与连接位置31连接并且由此与存储回路23的低压侧27连接。馈入管线51从连接位置31经由限压阀55延伸至贮存箱T。恒压供应确保：当应补偿体积损耗时，例如当在压力峰值时流体经由限压阀21和/或55流出到贮存箱T时，低压侧27保持在适合系统的预加压力水平上并且总系统通过馈入管线51填充。
阀控制装置17在工作管线13、15中具有一对第一阀装置，所述第一阀装置分别由一个相应带有止回功能的二位二通换向阀57或58构成，所述二位二通换向阀在其打开位置中将所述两个马达泵单元5和7彼此连接并且在其关闭位置中将总系统的相应的高压侧与低压侧解耦，其中，根据止回功能的定向，排挤单元1配设给高压侧并且排挤单元3配设给总系统的低压侧。在工作管线13和15与存储回路23的低压侧27之间连接有一对第二阀装置，所述第二阀装置分别同样由一个相应带有止回功能的二位二通换向阀59或60构成。此外，在工作管线13和15与同存储回路23的高压侧25连接的连接位置29之间连接有一对具有比例和闭锁功能的第三阀装置，所述第三阀装置分别由一个二位二通换向阀61或62构成。
在工作管线13、15的在换向阀57或58和换向阀61或62之间的管线区段中与换向阀61或62并联地连接有一对另外的第四阀装置，所述第四阀装置由分别具有比例限压功能的限压阀63或64构成。在存储回路23的高压侧25的连接位置29和位于限压阀63和64间的连接管线67之间连接有另外的止回阀69。总系统由处于连接管线73中的限压阀71得以完善，所述连接管线73在连接位置29和31、即存储回路23的各连接位置之间延伸。
在下面的图2至6中阐述多个待描述的运行状态的流体路径，其中，所述与存储回路23的高压侧25分别连接的流体路径用实线说明并且属于低压侧27的流体路径用虚线说明，并且流动走向用流动箭头表示。
图2示出在行驶驱动装置停止运转时加载双活塞存储器33的运行状态。加载的前提条件是内燃机运转并且存储体积是空的。在行驶驱动装置处于停止状态时，马达泵单元5和7首先在没有排量的情况下处于中性位置，从而没有压力流体流过这些单元。为了针对加载过程提供体积流量，马达泵单元5摆出并且所述比例换向阀62以及阀58以最大偏向接通。对于输送过程，摆出的马达泵单元5从第一工作管线13获取体积，所述体积由双活塞存储器33的低压侧的第三工作腔43经由连接位置31流入并且经由未接通的换向阀59在止回功能开启以及换向阀57打开时到达马达泵单元5。所输送的体积经由被最大操控的换向阀62到达双活塞存储器33的高压侧的工作腔41。在此，将限压阀64至少调节到第二工作管线15的加载压力，以便避免体积流量流经该限压阀64。在超过最大存储器压力时，限压阀71接通并且将加载体积流量引向低压侧27。从那里加载体积流量通过未接通的换向阀59的止回功能到达第一工作管线13并且由此补偿体积平衡。
图3阐述了在行驶运行中加载双活塞存储器33的运行状态。加载的前提条件又是内燃机运转并且存储体积是空的。在行驶运行中，两个排挤单元1和3和马达泵单元5和7摆出，并且压力介质在排挤单元1和3之间循环。为了产生对于加载过程所需的体积流量，排挤单元1的马达泵单元5继续摆出，由此馈入第二工作管线15的体积比被第二排挤单元3接收的体积更多。因此，工作管线15中的压力增加。在达到在限压阀64上调节的接通压力时，体积经由下游的止回阀69到达双活塞存储器33的高压侧的工作腔41并且加载该工作腔。在双活塞存储器33中在低压侧的工作腔43中排出的体积通过未接通的换向阀59的止回功能流到第一工作管线13，在那里与在行驶运行中循环的体积相汇合。在超过最大存储器压力时，限压阀71接通并且将加载体积流量引出至低压侧27，从低压侧所述加载体积流量通过换向阀59的止回功能引出到第一工作线路13并且由此补偿体积平衡。
图4阐述了运行状态“制动能量回收/过转速保护”。对于制动能量的回收和存储的前提条件是在双活塞存储器33中的存储体积可用以及车辆处于运动中(动能)。必须保护内燃机以防过载/过转速的原因是，通常在车辆上作用有力、例如在斜坡时的势能。在行驶驱动装置利用压力介质的循环(在图4的图示中逆时针)处于运动中时，应当实现行驶速度和马达转速减速或者保持。在行驶运行中，两个排挤单元1和3处于运行，其中马达泵单元5和7完全地或者部分地摆出。
为了制动能量回收或者为了保护内燃机以防过载/过转速，排挤单元1的马达泵单元5摆回，以便使得作用在轴9上的转矩减少，直至作用在内燃机上的负载不再导致过转动。与此类似地，在第一工作管线13中的压力增加，因为第二排挤单元3输送的比排挤单元1现在还能接收的要多。增加的压力又在排挤单元3中产生制动力矩，所述制动力矩使得车辆减速。因此，这也可以称为制动能量。在该情况下，限压阀63在接通压力调节时接通并且因此限制工作管线13中的压力。通过限压阀63流出的体积通过止回阀69流到双活塞存储器33的高压侧25并且加载高压侧。在双活塞存储器33中排出的体积从低压侧27经由换向阀60流出到工作管线15。在超过最大存储器压力时，限压阀71接通并且将加载体积流量引向低压侧27。从那里起，为了均衡体积平衡，将体积通过未接通的换向阀60的止回功能引出至工作管线15。此外，低压侧27的从双活塞存储器33中排出的体积也经由换向阀60流到工作管线15。全部汇流在工作管线15中的体积现在流到排挤单元3的马达泵单元7的吸入侧，由此系统的体积平衡保持恒定。
图5阐述了运行状态“内燃机起动”。对于内燃机的液压起动/启动的前提条件是在双活塞存储器33中存储有液压能。在此，内燃机以及整个行驶驱动装置停止，并且排挤单元1、3的马达泵单元5和7首先在中性位置。在起动顺序开始时，排挤单元1的马达泵单元5完全摆出。接着换向阀61和60接通，其中也可以接通换向阀57，以便避免在第二排挤单元3上的压力峰值。现在，压力介质从双活塞存储器33的高压侧的工作腔41经由换向阀61流到工作管线13并且继续流到第一排挤单元1。限压阀63应至少调节到工作管线13中的存储器压力，以便避免体积流量流经限压阀63。在排挤单元1中液压能转换为机械能并且在轴9上产生起动转矩。流经排挤单元1的体积流量流向工作管线15并且通过换向阀58和换向阀60最后流到双活塞存储器33的低压侧27，在那里所述体积流量取代之前在高压侧25上排出的体积。
图6阐述了运行状态“提速”。对于驱动装置的液压提速的前提条件是在液压存储器中存储有液压能。在此，行驶驱动装置利用压力介质在排挤单元1和3之间逆时针的循环处于运动中。突然作用在驱动装置上的负载峰值(其例如基于陡峭的斜坡而引起)促使驱动装置的提速，同时两个排挤单元1和3的马达泵单元5和7完全地或者部分地摆出。为了提速，现在首先接通换向阀57并且接着接通换向阀61和59。通过提前接通换向阀57确保：压力介质即使出现压力降也可以通过换向阀57仅沿设置的方向流动。限压阀63应该至少调节到工作管线13中的工作压力，以便避免体积流量流经其。通过接通换向阀61和59，压力介质现在从双活塞存储器33的高压侧25经由换向阀61流到工作管线13并且同时继续流到排挤单元1。由此提高排挤单元1的马达泵单元5的吸入侧的压力水平。由此，为了提供(在工作管线15中)在排挤单元1的压力侧上所需的压力，现在需要较少的要由内燃机提供的机械功率，从而使得内燃机减载。压力介质从排挤单元1经由工作管线15通过换向阀58继续流向第二排挤单元3，在那里液压能转换为机械能并且传递给行驶机械机构。在此需要将限压阀64调节到工作管线15中的最大压力，以便由此避免体积流量流经其。压力介质从第一排挤单元1出来经过工作管线15经由排挤单元7通过换向阀59继续流到双活塞存储器33的低压侧27，在那里取代之前在高压侧25上排出的体积。
本发明提供如下可能性，即，比例地调节在工作管线13中的期望工作压力。在此，比例工作的换向阀61调节到期望压力并且释放相应的打开横截面。在所有描述的过程中，系统的体积平衡保持不变。仅将体积从双活塞存储器33的一侧经由存储回路23和排挤单元1、3移动到另一侧并且在此释放或者吸收或者存储能量。这样实现了闭合的行驶驱动系统。作为截止阀的止回阀53尤其是在系统的填充过程期间被流经并且一旦双活塞存储器33的低压侧27以及两个工作管线13和15为调节的系统最小压力就限制来自馈入位置49的恒定体积供应。然而，在后续“变换”双活塞存储器33的体积时不再需要附加的体积。因此限压阀55保持闭合。限压阀仅用于低压侧27的压力保护并且对于其他的功能考虑而言可以被忽略不计。这同样适用限压阀71，该限压阀限制双活塞存储器33的高压侧25的最大压力。
负载峰值除了可以由行驶驱动装置在内燃机上产生之外，也可以通过工作液压系统的功能产生，工作液压系统的液压泵通常由排挤单元1的驱动轴9驱动。通过所描述的提速过程也可以吸收作用于内燃机的负载峰值。所述一对换向阀61和62优选在配设的阀体中构成为两个功能分开的单元。在此，对于每个单元，二位二通换向阀可以双座密封地设置用于在启动内燃机时将高压侧25接通到工作管线13和排挤单元1上，并且可以设置比例压力调节阀，以便可以调节工作管线13、15的压力。此外，代替比例阀62可以使用截止阀，以用于在停止状态下给存储器加载。
两个功能的组合已证明是相当有问题的，因为在启动内燃机时必须打开尽可能大的横截面(为了较少的压力损耗)并且其中在压力调节功能时需要具有高分辨率(精细控制边缘)的显著较小的横截面。然而，在排挤单元1和3的不同可能的设计中(例如恒定的、可变的或者系泊泵)或者即使在行驶驱动装置的不同的功能时(例如在不具有系泊泵的向前以及向后行驶时的提速，或者仅在向前行驶时的提速)，换向阀61和62的功能单元也仅实施为两个所述的相应为此所需的功能之一。在相应大体积流量时，阀控制装置17的整个功能单元也应实施为先导控制阀解决方案。
还要提及的是，该总系统镜像对称地构成并且所有描述的功能也可相应地颠倒运作。只要定义了低压侧和高压侧，这样的定义与相应的运行状态有关并且可以相应改变。以上所描述的阀装置57和58可以就其功能而言实际上也视为止回阀。由于双活塞存储器的影响和在低压侧上的膜存储器的附加补偿体积(容量)，利用按照本发明的驱动装置解决方案实现了低压侧的尽可能恒定的压力水平。所述恒定的压力水平也用作在阀体中的一些先导控制的参考压力。本发明的另一重点是在提速运行时吸入侧的工作管线的可比例调节的且与系统大小无关的压力调节。此外实现了在减速超速运行中工作管线的可比例调节的且与系统大小无关的限压(动能和/或势能)。

Claims (14)

1.作为总系统的静液压驱动装置，包括两个流体排挤单元(1、3)和用于操控该总系统的阀控制装置(17)，所述两个排挤单元至少在体积流量方面能被调节，其中一个排挤单元与动力输入部(9)耦联并且其中另一个排挤单元与动力输出部(11)耦联，并且所述两个排挤单元以闭合流体回路的方式能互相连接，在所述闭合流体回路上连接有存储回路(23)，所述存储回路具有至少一个存储装置(33)并且所述存储回路分为低压侧(27)和高压侧(25)。
2.根据权利要求1所述的静液压驱动装置，其特征在于，所述两个排挤单元(1、3)在其相应的输入侧和输出侧都分别与一个工作管线(13、15)相互连接以便形成所述闭合流体回路；并且所述阀控制装置(17)主要连接在这两个工作管线(13、15)之间。
3.根据权利要求1或2所述的静液压驱动装置，其特征在于，所述阀控制装置(17)具有两个第一阀装置(57、58)，所述两个第一阀装置在其打开位置中将所述两个排挤单元(1、3)通过相应的工作管线(13、15)相互连接，并且所述两个第一阀装置在其关闭位置中至少将该总系统的高压侧与低压侧解耦。
4.根据上述权利要求之一所述的静液压驱动装置，其特征在于，动力输出部侧的排挤单元(3)配设给该总系统的低压侧并且动力输入部侧的排挤单元(1)配设给该总系统的高压侧。
5.作为总系统的静液压驱动装置，其特征在于，在所述两个工作管线(13、15)和低压侧的存储回路(27)之间分别连接有具有止回功能的第二阀装置(59、60)。
6.根据上述权利要求之一所述的静液压驱动装置，其特征在于，在所述两个工作管线(13、15)和高压侧的存储回路(25)之间分别连接有另外的具有比例功能的第三阀装置(61、62)。
7.根据上述权利要求之一所述的静液压驱动装置，其特征在于，在低压存储回路(27)上在第二阀装置(59、60)和动力输出部侧的排挤单元(3)之间连接有永久流体体积供应装置(49)。
8.根据上述权利要求之一所述的静液压驱动装置，其特征在于，所述永久流体体积供应装置(49)在馈入管线的输入端处连接在该馈入管线(51)上，所述馈入管线在输出端侧通入贮存箱(T)；馈入管线(51)永久地通过连接位置(31)连接在低压存储回路(27)上；并且在连接位置(31)和馈入管线(51)的输入端之间连接有止回阀(53)并且在连接位置(31)和馈入管线(51)的输出端之间连接有限压阀(55)。
9.根据上述权利要求之一所述的静液压驱动装置，其特征在于，在所述两个工作管线(13、15)之间，在所述两个第一阀装置(57、58)与所述两个第三阀装置(61、62)之间的管线区段中以及与所述两个第三阀装置并联延伸地连接有两个另外的具有比例限压功能的第四阀装置(63、64)。
10.根据上述权利要求之一所述的静液压驱动装置，其特征在于，在一对第三阀装置(61、62)和一对第四阀装置(63、64)连同它们的可配设的连接管线之间延伸有另外的连接管线，在所述另外的连接管线中连接有另外的止回阀(69)。
11.根据上述权利要求之一所述的静液压驱动装置，其特征在于，所述存储回路(23)的存储装置主要由双活塞存储器(33)构成，所述双活塞存储器的在存储器壳体(37)中可纵向移动引导的双活塞(35)将具有预加压力的第一工作腔(39)与高压侧(25)上的第二工作腔(41)以及与低压侧(27)上的第三工作腔(43)并且与具有大气压力的第四工作腔(45)相互分离。
12.根据上述权利要求之一所述的静液压驱动装置，其特征在于，各个排挤单元(1、3)由具有可调节摆角的四象限系统(5、7)构成，所述四象限系统不仅能作为液压马达也能作为液压泵运行。
13.作为子系统的阀控制装置，特别是用于呈按照上述权利要求之一所述的静液压驱动装置的形式的总系统，至少包括如下各一个阀对：
-用于选择性打开和关闭在两个排挤单元(1、3)之间的两个工作管线(13、15)的第一阀装置(57、58)；
-具有止回功能的第二阀装置(59、60)；
-具有比例功能的第三阀装置(61、62)；以及
-具有比例限压功能的第四阀装置(63、64)。
14.根据权利要求13所述的阀控制装置，其特征在于，在位于永久流体体积供应装置(49)上的连接位置(31)和位于所述一对第三阀装置(61、62)之间的另外的连接位置(29)之间连接有限压阀(71)。
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