CN110094377A - 具有用于能量回收的液压装置的作业机械 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种作业机械，该作业机械具有至少一个用于致动作业设备的液压致动器并且具有第一移位单元，该第一移位单元由作业机械的驱动组件驱动并且将来自液压箱的液压介质供给液压致动器，其中设置至少一个第二移位单元，其由驱动组件驱动并且在作业模式下从液压缸向液压致动器和/或另外的液压消耗器供给液压介质并且在回收模式期间可通过由至少一个液压致动器或液压消耗器移位的液压体积来驱动，以将动能馈送回驱动组件。

Description

具有用于能量回收的液压装置的作业机械
技术领域
本发明涉及一种作业机械，其具有至少一个用于致动作业设备的液压致动器，并且具有第一移位单元，该第一移位单元由作业机械的驱动组件驱动并且从液压箱向液压致动器供给液压介质。
背景技术
用于相应作业机械的示例是液压挖掘机，其动臂可通过液压线性致动器(例如缸内活塞单元)致动。由于动臂可能由于负载而下降，因此通常不必施加液压能量来下降动臂。在这方面，希望将在该过程中释放的势能馈送回系统中。
迄今为止，已知各种解决方案用于从现有技术中回收能量。这些解决方案中的一些基于用于能量回收的闭合液压回路；然而，这是相对昂贵和复杂的。根据替代解决方案，移位器与馈送的液压介质一起在下降运动中输送。由此产生的扭矩驱动连接的发马达以产生电能。为此所需的电气设备也使该解决方案相对复杂和昂贵，特别是因为首先必须缓冲回收的能量。
因此寻求一种相对简单的替代解决方案。
发明内容
该目的通过根据“一种作业机械”的特征的作业机械来实现。本发明还描述了所述作业机械的有利实施例。
根据本发明，该类别的作业机械相应地通过至少一个第二移位单元扩展，该第二移位单元由驱动组件驱动并且在作业模式下向液压致动器和/或另一个分离的液压消耗器供给来自液压箱的液压介质。在回收模式期间，第二移位单元由被至少一个致动器或另一个液压消耗器移位的液压介质驱动。由此产生的动能通过驱动轴馈送到驱动组件，由此在回收模式期间释放驱动组件。
附加的第二移位单元因此不仅用于能量回收，而且还在常规作业模式中用作附加作业泵，所述作业泵或者辅助第一移位单元，或者可选地为单独的消耗器提供能量。
根据本发明的解决方案的特征在于，第一移位单元和第二移位单元都是开放式液压回路的一部分，即液压致动器通过开放式液压回路供给能量。因此，与现有技术的现有解决方案相比，根据本发明的解决方案的实现变得更加简单。
根据本发明的有利实施例，提供控制块，通过该控制块，第一和第二移位单元的输出压力管线可连接到液压致动器并且可选地连接到其他消耗器。相应的控制块包括至少一个用于液压致动器的控制滑阀和用于附加可选消耗器的另外的控制滑阀。相应的控制滑阀可以优选地提供多个切换状态，例如，致动器的每个运动方向上的一个相应的开关位置，以及可选地用于将压力管线与致动器输入分离的中间位置。这同样优选适用于用于可选消耗器的至少一个另外的控制滑阀。
根据特别优选的实施例，提供布置在第二移位单元和控制块之间的至少一个第一阀，特别是滑雪选择阀，其具有至少两个开关位置。第二移位单元和控制块之间的连接可以通过至少两个开关位置释放或中断。因此提供第一开关位置，其将体积流从第二移位单元释放到控制块，而第二开关位置中断第二移位单元和控制块之间的体积流。
此外，可以设置至少一个第二阀，特别是滑雪选择阀，其连接或中断至少一个液压致动器和第二移位单元之间的直接连接。第二滑雪选择阀尤其连接到液压致动器的输出端，在该输出端处可以在由负载引起的下降时产生相应的体积流以用于能量回收。这可以优选地是与缸内活塞单元的底侧连接。第二滑雪选择阀理想地包括至少两个开关位置，第一开关位置将体积流从液压致动器切换到第二移位单元，而第二开关位置阻挡从致动器到第二移位单元的体积流。
此外有利的是，提供作业机械的至少一个机械控制装置，其相应地控制第一和第二滑雪选择阀用于回收模式或用于常规作业模式。相应的控制可以根据为致动器致动而设置的操作杆的位置进行。该机械控制装置可以配置为单独的机械控制装置；然而，无论如何，它在机械控制装置中的集成是合适的。
优选的是，第一滑雪选择阀通过机械控制装置进入其阻挡位置用于回收模式，而第二滑雪选择阀切换到其流动位置。因此，当操作杆进入负载引起的下降位置时，阀尤其通过机械控制装置进行切换。在这种状态下，由致动器的下降产生的体积流可以经由第二滑雪选择阀供给作为液压马达作业的第二移位单元。
对于常规作业模式，优选地，一旦通过操作杆触发与负载引起的下降运动相反的运动，机械控制装置就将第一滑雪选择阀切换到其流动位置，同时第二滑雪选择阀保持在其阻挡位置。在这种情况下，用作液压泵的第二移位单元从液压箱中吸入液压介质，并通过第一滑雪选择阀将体积流输送到作业回路的压力管线或控制块的压力管线中。这同样适用于操作杆的中间位置。
所述至少一个液压致动器优选地是缸内活塞单元，其优选地用于操作作业机械的动臂。在下降动臂时，作业机械相应地切换到回收模式，使得所发出的势能可以通过第二移位单元馈送到整个系统中。然而，同样可以想到的是，至少一个液压致动器是旋转消耗器，例如作业机械的液压行走驱动器。
第二移位单元可以是可调节的泵马达。也可以设想在抽吸中具有止回阀的电调节泵。止回阀将不需要在活塞泵和控制块之间使用上述第一滑雪选择阀。
使用可调节液压马达或电动调节泵，作业机械的机械控制装置根据液压致动器的所需期望运动速度、特别是气缸内活塞单元的运动速度(即根据液压致动器、优选动臂的期望下降速度)设定可调节液压马达或电动调节泵在回收模式下的枢转角。优选地，可以使用用于致动致动器的操作杆的实际位置来确定期望的下降速度。因此，机械控制装置连接到操作杆以确定其实际位置。致动器在回收模式下引起的最大体积流可通过设定的枢转角设定。
如果液压致动器是旋转驱动器并且如果在旋转驱动器的制动模式中进行回收，则可以根据用于控制旋转驱动器的换能器的换能器位置和/或根据传感器检测到的旋转驱动器的速度来发生枢转角。
理想地，在回收模式期间，第一移位单元可以向至少一个另外的液压消耗器供应液压能量。只有第二移位单元在马达模式下作业；第一移位单元的常规作业模式不受此影响。
可以在第二滑雪选择阀和第二移位单元之间另外引入限制器，特别是可变孔径限制器，优选地具有开口端位置和阻挡端位置的比例滑雪选择阀的形式。通过限制由致动器产生的体积流，可以通过限制器的开度来控制第二移位单元的触发速度。因此，驱动组件的速度增加尤其应该通过第二移位单元的发射动能减小或停止。
此外，可以在第二滑雪选择阀的出口处布置至少一个可按比例控制的旁通阀，如果由于第二移位单元的体积流限制(即在致动器出口处所需的体积流将超过第二移位单元的最大可能体积流)而导致的在回收模式下不能达到致动器的期望移动速度，则通过机械控制装置增加所述旁通阀的开度。借助于旁通阀可以通过旁路将过量的体积流传导到液压箱中，从而确保达到所需的致动器移动速度。
附图说明
参考附图中所示的实施例，将更详细地解释本发明的其他优点和特性。
在附图中：
图1是用于说明根据本发明的液压挖掘机形式的作业机械的操作的液压回路图。
图2是本发明第一实施例的液压回路图；
图3是第二实施例的另一液压回路图；
图4是第三实施例的另一液压回路图；
图5是根据图4的第三实施例的改进的液压回路图；以及
图6是液压回路图，用于说明根据图1至5的所有实施例的修改。
具体实施方式
将参考图1的概述的液压回路图解释本发明的基本操作。这里，用于控制液压致动器80的控制块90未进一步示出，但本发明的关键思想应该是参考电路图独立解释。
这里可以看到线性致动器，其为缸内活塞单元80的形式，其用于致动根据本发明的作业机械的挖掘机动臂。所需的液压由主泵20提供，主泵20通过中央驱动组件10驱动。泵20设计为可变输送泵。液压回路构造为开放式液压回路，因为液压泵20从液压箱吸入所需的液压介质并通过控制块90向线性致动器80供应液压能量。可以选择性地通过块90将进给压力供应到在底侧或杆侧的致动器连接以控制活塞的致动方向。
根据本发明，安装第二移位单元30，其通过驱动组件10与第一移位单元20一起通过驱动组件10的相同输出轴驱动。该第二移位单元设计为可调泵马达，其枢转角由中央机械控制装置60设定。移位单元30一方面连接到液压箱，并且在常规作业模式下根据设定的枢转角在其出口处提供相应的体积流。该压力管线经由第一滑雪选择阀40连接到控制块90，滑雪选择阀40的出口与主泵20的压力出口管线组合。
滑雪选择阀40包括两个开关位置。在第一开关位置，阀在控制块90的方向上打开，使得液压马达30的出口压力与主泵20的压力管线一起施加在控制块90的压力入口处。阀阻挡在第二开关位置。滑雪选择阀的开关位置由控制装置60致动。
此外，移位单元30借助于滑雪选择阀50通过相同的连接与线性致动器80连接。在所示的实施例中，阀入口连接到线性致动器的底侧连接，因为在那里通过在回收模式中在底侧离开的液压油(即在挖掘机臂的下降时)产生体积流。
阀50同样包括两个开关位置，其中一个开关位置将流从致动器80释放到液压马达30，并且第二开关位置阻挡流。该滑雪选择阀50也通过中央控制单元60控制。
另外的液压消耗器100、110可以通过控制块90由泵20、30供给所需的压力水平。致动器80通过操作杆70操作。
操作杆的位置由控制装置识别。在操作杆70的中间位置或其用于提升动臂的位置(在下文中称为作业模式)，控制装置60确保阀40保持在其馈通位置并且阀50保持在阻挡位置。在这种情况下，移位单元30用作附加的作业泵，并且所产生的体积流通过阀40设置在控制块90的压力入口处。由于阀50的阻挡位置，致动器的底侧连接仅连接到控制块90。除了致动器80之外，还可以通过作业泵20、30向其他消耗器100、110供应油。
如果操作杆70进入用于下降挖掘机动臂的相应位置，则控制装置60识别出这一点，并且液压装置切换到回收模式。为此，通过控制装置60将阀40切换到其阻挡位置，由此中断从第二移位单元30到控制块90的体积流。同时，控制装置60将第二滑雪选择阀50切换到其流动位置，并且液压马达30的枢转角设定为负枢转角。因此，致动器80的底侧的液压可以经由滑雪选择器阀50输出到用作马达的移位单元，由此其产生释放驱动马达10的驱动轴的扭矩。
泵马达30的特定枢转角由控制装置60根据换能器70的实际偏转来固定，因为换能器70最终对于可实现的动臂的下降速度具有决定性作用。在回收模式下，作业泵20仍然可以向另外的消耗器100、110供应液压油。
图2示出了根据第一实施例的用于控制致动器80以及其他消耗器100的控制块90的细节。其他部件对应于图1的设计。移位单元20、30的公共压力管线连接到比例滑雪选择阀形式的第一控制滑阀91。它包括总共三个开关位置a、b和d。a表示阀完全阻挡的中间位置。在开关位置b中，移位单元20、30的压力管线连接到致动器80的底侧；延伸的活塞杆优选地产生吊臂的升高。在开关位置d，压力管线与致动器80的杆侧相连；由移位单元20、30提供的体积流主动地将活塞压入气缸单元中并且动臂“主动”下降。
阀40进入其阻挡位置以用于回收模式，使得没有油可以从移位单元30流到控制滑阀91。控制滑阀91保持在中间位置a并且阀50打开。
根据预设下降速度的换能器70的偏转，将移位单元30设定为特定的负枢转角。因此，设备以所需的速度下降。在下降过程期间，在气缸80的杆侧需要通过控制块90的抗气蚀阀93从油箱提供的油。移位单元30产生由存在于致动器80的气缸底部的压力确定的扭矩并产生移位单元30的设定枢转角。驱动组件10通过该扭矩释放。
一旦杆侧需要压力以保持下降运动，就必须切换到“主动下降”模式。为此目的，阀40切换到其流动位置，同时阀50移动到阻挡位置。现在油可以从移位单元30流到位于位置91d的控制滑阀91。控制滑阀91必须进一步将油从泵20、30输送到提升缸80的杆侧。来自底侧的油必须通过控制滑阀91流回油箱。阀50保持阻挡。处于该操作状态的移位单元30用作第二作业泵或用作其他消耗器100的泵。
阀40打开用于常规作业模式，即用于提升动臂；油可以从移位单元30流到控制滑阀91。阀50保持关闭。在该操作状态下，移位单元30是第二作业泵或用于其他消耗器100的泵。
通过具有相同结构的第二控制滑阀92和借助于附加的抗气蚀阀以类似的方式实现对第二缸内活塞单元100形式的另外的消耗器的控制。
从图3中可以看到液压装置的改进实施例。相同的元件具有相同的附图标记。与图2的实施例变体相反，可变孔径限制器120另外在第二滑雪选择阀50之后(即在阀50和第二移位单元30之间)插入下游。该比例可控滑雪选择阀120采用在具有完全双向流动的末端位置和阀120完全阻挡的第二末端位置之间的开度。因此，滑雪选择阀50和移位单元30之间的体积流可以限制在特定的体积流。限制器120的当前开度同样由控制装置60设定。例如，应该通过限制器120防止马达10被移位单元30的输出扭矩加速。为此目的需要减小体积流，这通过阀120中的横截面的相应减小来实现。
作为关于图2的进一步改变，图3的控制块90的控制滑阀91包括附加的开关位置91c。如果体积流由于致动器80所需的期望速度而大于经由移位单元30的可能的体积流，则控制滑阀91切换到位置91c。
作为具有附加开关位置91c的控制滑阀91的修改的替代，可以在滑雪选择阀50的下游设置附加的旁通阀130，如图4所示。根据其开度，比例可控滑雪选择阀130将体积流的旁路切换到在回收模式中产生的液压箱中。如果由于致动器80所需的期望速度，体积流大于移位单元30的最大可能体积流，则旁通阀130打开得太多，以至于可以达到所需的下降速度。
所呈现的图1至4的液压回路的实施例不仅可以用于线性驱动器中的能量回收，而且所提出的功能原理同样可以用在旋转驱动器中。这对于图5的示例示出。液压设计基本上对应于图4的液压回路图；在图5中，相同的元件和部件也用与图1至4中相同的附图标记表示。因此，对于这方面的描述，参考前面的附图说明。
与图4不同，在图5中，除了线性致动器之外，还通过控制块来控制旋转驱动器110。例如，旋转驱动器可以是作业机械的行走驱动器。为此目的，尤其是通过附加的比例控制阀95、96来补充，所述额外的比例控制阀95、96提供驱动器110的所需液压供应。此处还应当在旋转消耗器110的制动时回收能量以借助于移位单元30将扭矩输出到内燃机10。
在消耗器110的常规作业模式中，阀40切换到打开位置，由此油可以从移位单元30流到控制滑阀90。阀50必须关闭。控制块90的阀95、96根据现在提供的换能器114的位置释放开口横截面，由此可以设定马达110的所需速度和/或旋转速度。另外，旋转方向可以通过阀95、96的开关位置预先确定。可以加速旋转驱动器110或者可以保持当前的旋转速度。
在驱动器110的制动模式或回收模式中，阀40切换到关闭位置；因此，没有油可以从移位单元30流到控制块90。阀50打开。如果马达110顺时针转动，则阀95必须处于下调节位置。阀96处于关闭位置。在这种情况下，附加的滑雪选择阀112位于马达110的流出侧并且必须处于打开的开关位置，由此流出的油可以经由移位单元30被引导到液压箱中。移位单元30被设定到由ECU 60预先确定的具体负枢转角。ECU 60根据传感器111预定义的驱动速度和换能器114的检测位置计算出枢转角的值。
移位单元30产生在制动过程期间由驱动器110产生的液压和移位单元30的设定枢转角产生的扭矩，并将其输出到内燃机10。另外的消耗器80、100可以同时从作业泵20供应油。
如果仅控制驱动器110(例如，在公共道路上使用移动式挖掘机的行驶驱动器)，则可以以与闭合回路类似的方式进行调节。作业泵20和阀95或96中的一个(根据行走方向)根据换能器114预定义马达110的速度。根据行走方向，阀112、113中的一个是在马达110的流出侧总是必须处于打开位置。因此，流出的油经由阀120并经由移位单元30回流。
阀120和130的操作对应于已经参考图4的实施例说明的功能。如果旋转消耗器110应该具有制动阀(这里未示出)，这当然也必须可由ECU 60控制。在根据图1至3的实施例之一中，旋转驱动器的集成当然也可以通过控制块90的相应扩展来进行。
这里描述的回收系统(特别是根据图1至5的实施例)不仅可以实现这里所示的LS系统，而且可以实现具有电动泵调节的系统。
LS阀和独立控制边缘阀的混合系统如图5所示。如果液压系统设计为具有单独控制边缘阀(无压力秤)的简单系统，则绝对需要电动泵调节。通过这种系统可以大大简化回收-如此处所述-因为在回收的情况下，可以关闭流出流中的阀并且可以根据需要打开流入流中的阀。
作为图1的替代，其中30是泵马达，移位单元30也可以设计成电动调节泵的形式，其在抽吸中具有止回阀。由此可以省去阀40，这尤其在图6中示出。因此，阀50也直接连接到泵30的实际吸入侧，该吸入侧在回收模式中用作压力入口。
如果将大量能量馈送到系统中，则安装能量储存装置是有意义的，例如在EP 2722 530 A1中描述的，其内容在此时全部参考。

Claims (13)

1.一种作业机械，具有至少一个用于致动作业设备的液压致动器，并具有第一移位单元，所述第一移位单元由所述作业机械的驱动组件驱动并且向所述液压致动器供给来自液压箱的液压介质，
其特征在于
提供至少一个第二移位单元，所述第二移位单元由所述驱动组件驱动并且在工作模式下从液压箱向所述液压致动器和/或另外的液压消耗器供给液压介质，并且在恢复模式期间通过液压体积由所述至少一个液压致动器或液压消耗器移位来驱动以将动能馈送回所述驱动组件。
2.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于，提供控制块，所述第一移位单元和所述第二移位单元的压力管线能够通过所述控制块可连接到所述液压致动器并且可选地连接到另外的消耗器。
3.根据权利要求2所述的作业机械，其特征在于，设置至少一个具有至少两个开关位置的第一滑雪选择阀，所述第一滑雪选择阀的第一开关位置将流从所述第二移位单元释放到所述控制块，所述第一滑雪选择阀的第二开关位置中断所述第二位移单元和所述控制块之间的体积流。
4.根据前述权利要求中任一项所述的作业机械，其特征在于，设置至少一个具有至少两个开关位置的第二滑雪选择阀，能够通过所述第二滑雪选择阀释放所述至少一个液压致动器和所述第二移位单元之间的直接连接器，特别地，能够释放或阻挡从所述致动器到所述第二移位单元的体积流。
5.根据前述权利要求之一所述的作业机械，其特征在于，提供机器控制装置以控制所述第一滑雪选择阀和所述第二滑雪选择阀，所述机械控制装置在恢复模式中将所述第一滑雪选择阀切换到阻挡位置并且将所述第二滑雪选择阀切换到流动位置，并且在工作模式中将所述第一滑雪选择阀切换到流动位置并且将所述第二滑雪选择阀切换到阻挡位置。
6.根据前述权利要求之一所述的作业机械，其特征在于，所述第二移位单元是在抽吸中具有止回阀的可调节泵电动机或电动调节泵。
7.根据权利要求6所述的作业机械，其特征在于，所述作业机械的机械控制装置根据所述液压致动器的所需移动速度、特别是根据用于致动器致动的操作杆的实际位置和/或根据检测到的致动器的移动速度、特别是旋转速度设定所述可调节泵电动机或所述电动调节泵在恢复模式下的枢转角度。
8.根据前述权利要求中任一项所述的作业机械，其特征在于，所述至少一个液压致动器是缸内活塞单元，所述缸内活塞单元优选地用于致动所述作业机械的吊杆，其中恢复模式优选地在所述吊杆的下降移动期间发生。
9.根据前述权利要求中任一项所述的作业机械，其特征在于，所述至少一个致动器是旋转驱动器、优选地是所述作业机械的行进驱动器，其中恢复模式优选地在所述旋转移动的制动期间发生。
10.根据前述权利要求中任一项所述的作业机械，其特征在于，在恢复模式中，所述第一移位单元能够向所述液压消耗器供应液压能量。
11.根据前述权利要求中任一项所述的作业机械，其特征在于，在所述第二滑雪选择阀和所述第二移位单元之间布置有至少一个限制器、特别是可变孔径限制器，优选地为具有打开和阻挡端部位置的比例滑雪选择阀的形式，其中所述限制器的开度由所述机械控制装置选择，使得由所述第二移位单元馈送的动能不会导致所述驱动组件的速度增加。
12.根据前述权利要求中任一项所述的作业机械，其特征在于，在所述第二滑雪选择阀的输出处设置至少一个可按比例控制的旁通阀，并且如果由于在恢复模式中期望的致动器的移动速度而移位的体积流大于用于驱动所述第二移位单元的最大可能体积流，则能够通过所述机械控制装置增加所述旁通阀的开度。
13.根据前述权利要求中任一项所述的作业机械，其特征在于，所述作业机械是液压挖掘机，并且所述至少一个液压致动器是用于致动所述挖掘机臂的缸内活塞单元。
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