CN111315936B - 用于建筑设备的能量回收系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于建筑设备的能量回收系统和能量回收方法，该系统包括：致动器，该致动器驱动工作单元的向上操作和向下操作；蓄积器，该蓄积器连接到致动器；和控制器，该控制器确定与工作单元的向下操作相关联的预测向下模式，将蓄积器的可排放最低极限压力调节成与所述预测向下模式相对应的目标压力，并且在工作单元的向下操作期间向具有被调节成所述目标压力的可排放最低极限压力的蓄积器充注从致动器排放的加压油，以回收能量。

Description

用于建筑设备的能量回收系统和方法
技术领域
本发明涉及用于建筑设备的能量回收系统和方法。
背景技术
建筑设备(例如挖掘机)使用液压压力产生大的力。该力使得挖掘机的工作单元能够挖掘泥土和沙/坚石或者倾倒所挖掘出的泥土和沙/坚石。
为了使用该液压压力，液压泵泵送被存储在油箱中的油并且将该油作为加压油供应到致动工作单元的致动器。需要操作发动机以驱动液压泵，并且需要消耗燃料以操作发动机。
已经使用能量回收技术通过减少燃料消耗来提高建筑设备的燃料效率。能量回收技术具有一种机构，该机构在不将加压油排放到油箱的情况下向蓄积器充注加压油(该加压油已经在工作单元自由下落的同时被供应到致动器)，然后该机构将所充注的油供应到另一个液压部件。
根据该能量回收技术，取决于蓄积器的压力条件，能量回收率可能很低，或者为了增加能量回收率，可能会降低挖掘机的响应速度。
因此，不能有效地回收能量。
发明内容
技术问题
本发明的一个目的是提供一种用于建筑设备的能量回收系统和方法，该系统和方法能够在建筑设备处于操作中时通过将蓄积器的可排放最低极限压力维持在能量回收中的最佳水平来提高能量回收效率。
本发明的另一个目的是提供一种用于建筑设备的能量回收系统和方法，该系统和方法不仅能够提高建筑设备的响应速度，而且能够提高能量回收效率。
技术方案
根据本发明的示例性实施例，提供了一种用于建筑设备的能量回收系统，其包括：致动器，该致动器驱动工作单元的向上操作和向下操作；蓄积器，该蓄积器连接到致动器；和控制器，该控制器确定与工作单元的向下操作相关联的预测向下模式(predicteddownward mode)，将蓄积器的可排放最低极限压力调节成与所述预测向下模式对应的目标压力并且在工作单元的向下操作期间向具有被调节成目标压力的所述可排放最低极限压力的蓄积器充注从致动器排放的加压油，以回收能量。
该系统可以进一步包括：存储器，该存储器被配置成存储与所述预测向下模式和目标压力相关联的信息，并且该存储器由控制器控制，其中，所述预测向下模式可以包括：第一预测向下模式，在该第一预测向下模式中，工作单元在向下操作时具有第一向下加速力；和第二预测向下模式，在该第二预测向下模式中，工作单元在向下操作时具有第二向下加速力，该第二向下加速力小于第一向下加速力，其中，所述目标压力可以包括：第一目标压力；和第二目标压力，该第二目标压力具有比第一目标压力高的压力水平，其中，控制器可以被配置成将第一预测向下模式与第一目标压力对应并且将第二预测向下模式与第二目标压力对应。
该系统可以进一步包括：液压泵，该液压泵被构造成向致动器供应加压油；辅助马达，该辅助马达被构造成辅助发动机驱动该液压泵；辅助通道，该辅助通道将蓄积器和辅助马达彼此连接；和辅助阀，该辅助阀设置在辅助通道中，并且该辅助阀被构造成控制在蓄积器中充注的加压油通过辅助通道到辅助马达的供应，其中，控制器可以控制该辅助阀的打开/关闭，使得蓄积器的可排放最低极限压力达到第一目标压力或第二目标压力。
该蓄积器可以包括具有不同初始压力的多个子蓄积器，并且控制器可以向子蓄积器中的具有与所述目标压力对应的初始压力的子蓄积器充注加压油。
该系统可以进一步包括：充注通道，该充注通道将蓄积器和致动器彼此连接；和充注阀，该充注阀设置在充注通道中，其中，控制器可以通过控制该充注阀来调节要供应到蓄积器中的加压油的压力。
该系统可以进一步包括运动传感器，该运动传感器被配置成测量关于工作单元的向上操作和向下操作之一的信息，其中，控制器可以通过分析由运动传感器测量到的信息来获取向上/向下操作式样信息(pattern information)，并且可以基于该向上/向下操作式样信息来确定所述预测向下模式。
该系统可以进一步包括：下部驱动结构；上部回转结构，工作单元被安装在该上部回转结构上；和回转模块，该回转模块将上部回转结构可旋转地连接到下部驱动结构，其中，在回转模块停止回转操作的同时，控制器可以另外地向在第二目标压力下的已经在工作单元的向下期间被充注有加压油的蓄积器充注从回转模块排放的加压油。
根据本发明的另一个示例性实施例，提供了一种用于建筑设备的能量回收方法，该方法包括：确定工作单元的预测向下模式；基于该预测向下模式将蓄积器的可排放最低极限压力调节成目标压力；并且在工作单元的向下期间，向具有被调节成该目标压力的可排放最低极限压力的蓄积器充注从致动该工作单元的致动器排放的加压油，以回收能量。
确定工作单元的所述预测向下模式可以进一步包括：参考存储了关于所述预测向下模式和目标压力的信息的存储器，其中，所述预测向下模式包括第一预测向下模式和第二预测向下模式，并且所述目标压力包括第一目标压力和第二目标压力，该第二目标压力具有比第一目标压力高的压力水平，并且基于所述预测向下模式将蓄积器的可排放最低极限压力调节成目标压力可以包括：将可排放最低极限压力设定成第一目标压力以对应于第一预测向下模式，或者将可排放最低极限压力设定成第二目标压力以对应于第二预测向下模式。
基于所述预测向下模式将蓄积器的可排放最低极限压力调节成目标压力可以包括：在蓄积器中充注的加压油被排放到辅助马达的同时，调节辅助阀的打开/关闭，使得可排放最低极限压力达到第一目标压力或第二目标压力。
所述蓄积器可以包括具有不同初始压力的多个子蓄积器，并且基于所述预测向下模式将蓄积器的可排放最低极限压力调节成目标压力可以包括：从子蓄积器中选择具有与第一目标压力或第二目标压力对应的初始压力的子蓄积器作为要由从致动器排放的加压油充注的对象。
从子蓄积器中选择具有与第一目标压力或第二目标压力对应的初始压力的子蓄积器作为要由从致动器排放的加压油充注的对象可以包括：通过分别选择性地打开/关闭为这些子蓄积器设置的选择阀，使得子蓄积器中的一些子蓄积器成为要由加压油充注的对象。
蓄积器可以包括具有不同初始压力的多个子蓄积器，并且在工作单元的向下期间向具有被调节成目标压力的可排放最低极限压力的蓄积器充注从致动工作单元的致动器排放的加压油以回收能量可以包括：向这些子蓄积器顺序地充注从致动器排放的加压油，使得蓄积器的可排放最低极限压力以一定间隔达到第一目标压力和第二目标压力。
确定所述预测向下模式可以包括：基于从操作者通过工作选择器输入的工作来选择第一预测向下模式和第二预测向下模式中的一个作为所述预测向下模式。
第一预测向下模式可以是以第一向下加速力使工作单元向下转动的模式，并且第二预测向下模式可以是以第二向下加速力使工作单元向下转动的模式，该第二向下加速力小于第一向下加速力。
该方法可以进一步包括：通过分析工作单元的向上操作和向下操作之一来获取向上/向下操作式样信息，其中，确定工作单元的所述预测向下模式可以包括：基于该向上/向下操作式样信息将所述预测向下模式确定成第一预测向下模式和第二预测向下模式中的一个。
该方法可以进一步包括：通过分析工作单元的向上操作和向下操作之一来获取向上/向下操作式样信息，其中，通过分析工作单元的向上操作和向下操作之一来获取向上/向下操作式样信息可以包括：通过分析与工作单元的向上相关联的向上因素信息来获取向上操作式样信息。
向上操作式样信息可以包括致动器的行程值、用于致动器的操作杆的操作量、操作杆的操作时间和工作单元的向上加速度值中的一个。
确定工作单元的所述预测向下模式可以包括：如果行程值大于参考行程值，则将所述预测向下模式确定成第一预测向下模式，或者如果行程值小于参考行程值，则将所述预测向下模式确定成第二预测向下模式。
该方法可以进一步包括：基于向上/向下操作式样信息来确定对蓄积器进行充注的开始时间。
本发明的有利效果
根据本发明的能量回收系统和方法，由于当建筑设备在操作中时蓄积器的可排放最低极限压力被调节成适合于工作单元的向下操作的目标压力以回收能量，因此从工作单元排放的加压油能够被最大程度地供应到蓄积器中，从而能够实现高的能量回收率。
此外，当向蓄积器充注加压油时，减小了从工作单元排放的加压油的压力与蓄积器的可排放最低极限压力之间的差值，从而也能够减小由于该差值引起的压力损失(能量损失)。
此外，由于调节了蓄积器的可排放最低极限压力，因此能够回收从工作单元排放的加压油的能量，并且能够提高工作单元的操作的响应速度。
此外，由于通过组合多个子蓄积器的不同初始压力来调节蓄积器的可排放最低极限压力，因此能够在能量回收和响应速度方面为蓄积器提供各种设计。
附图说明
图1是示出建筑设备100的透视图，该建筑设备100具有根据本发明的实施例的用于建筑设备的能量回收系统。
图2是示出图1中所示的用于建筑设备的能量回收系统的主要构造的概念图。
图3是建筑设备100的控制框图，用于示出图2中所示的能量回收系统的附加部件。
图4是示出根据本发明的另一个实施例的用于建筑设备的能量回收方法的流程图。
图5是详细示出图4(S1)中所示的确定预测向下模式的流程图。
图6是详细示出图4(S3)中所示的调节蓄积器的可排放最低极限压力的流程图。
图7是示出在第一预测向下模式中在使工作单元向下转动时动臂缸和蓄积器的压力变化的曲线图。
图8是示出在第二预测向下模式中在使工作单元向下转动时动臂缸和蓄积器的压力变化的曲线图。
图9是示出根据本发明的另一个实施例的用于建筑设备的能量回收系统的主要构造的概念图。
图10是示出在图9中所示的建筑设备200中的第一预测向下模式中在使工作单元向下转动时动臂缸和蓄积器的压力变化的曲线图。
图11是示出根据本发明的又一个实施例的用于建筑设备的能量回收系统的主要构造的概念图。
图12是示出在图11中所示的建筑设备300中的第二预测向下模式中在使工作单元向下转动时动臂缸和蓄积器的压力变化的曲线图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述根据本发明的示例性实施例的用于建筑设备的能量回收系统和方法。在本文中，即使在不同的实施例中，相同和类似的附图标记也用于相同和类似的部件，并且在后的描述参考在前的描述。
图1是示出建筑设备100的透视图，该建筑设备100具有根据本发明的实施例的用于建筑设备的能量回收系统。
参考该图，将通过举例说明挖掘机来描述建筑设备100。下文中，挖掘机被赋予附图标记“100”，这与建筑设备100相同。然而，建筑设备100不限于挖掘机。建筑设备100可以包括反铲挖掘机和拉铲挖掘机，只要其具有以液压方式上下转动的工作单元(例如动臂或斗杆)即可。
挖掘机100可以包括下部驱动结构10、上部回转结构20、工作单元31、33和35、致动器41、43和45以及回转模块47。
下部驱动结构10设置在挖掘机100的下部处，并且负责移动该挖掘机100。详细地，下部驱动结构10包括框架11和履带16。框架11具有大致矩形的顶部。履带16联接到框架11的两侧，并且比框架11进一步向上突出。履带16通过来自发动机或电动机的动力而旋转，使得挖掘机100能够移动。与履带式挖掘机不同，在轮式挖掘机中可以采用车轮和覆盖车轮的罩来代替履带16。
上部回转结构20设置在挖掘机100中的上部处，并且直接负责由挖掘机100进行的工作。为此，工作单元31、33和35中的动臂31被可旋转地安装在上部回转结构20上。此外，上部回转结构20可以具有驾驶室21和机械室26。操作者通过在驾驶室21中操作操作杆96(见图3)来控制工作单元31、33和35。诸如液压泵53(见图2)的液压机械被设置在机械室26中，并且使用液压动力来驱动致动器41、43和45。
工作单元31、33和35是使用液压动力直接在泥土和沙或坚石上进行各种工作(例如挖掘和整平(grading))的部件。详细地，工作单元31、33和35可以包括动臂31、斗杆33和铲斗35。动臂31被可旋转地连接到上部回转结构20，并且动臂31的自由端能够沿弧形路径移动。斗杆33也被可旋转地连接到动臂31的自由端。斗杆33可以比动臂31短。铲斗35被可旋转地连接到斗杆33的自由端，并且具有能够在其中装载泥土和沙的结构。可以将松土器或破碎器联接到斗杆33来代替铲斗35。
致动器41、43和45通过向工作单元31、33和35供应液压动力来致动工作单元31、33和35。详细地，致动器41、43和45可以包括动臂缸41、斗杆缸43和铲斗缸45。动臂缸41将上部回转结构20和斗杆缸43连接，以通过伸缩而向上和向下转动动臂31。斗杆缸43将动臂31和斗杆33彼此连接，以向上和向下转动斗杆33。类似地，铲斗缸45将铲斗35和斗杆33彼此连接，以向上和向下转动铲斗35。
回转模块47将下部驱动结构10和上部回转结构20彼此连接。此外，回转模块170包括诸如回转轴承和回转马达的部件，该回转轴承使得上部回转结构20能够相对于下部驱动结构10回转，该回转马达产生用于回转操作的液压力。
以工作单元31、33和35中的动臂31为重点来描述根据本发明的能量回收系统和方法。因此，以与动臂31相关联的动臂缸41为重点来描述致动器41、43和45。尽管以动臂31和动臂缸41为重点来描述该能量回收系统和方法，该能量回收系统和方法也能够等效地应用于斗杆33和斗杆缸43等。
图2是示出图1中所示的用于建筑设备的能量回收系统的主要构造的概念图。
参考图2，该能量回收系统可以包括加压油生产模块、加压油引导模块、加压流动控制模块和加压油存储模块。
加压油生产模块从大气压下的油产生高压下的加压油，例如具有动臂缸41所需的压力的加压油。加压油生产模块可以包括发动机51、液压泵53、辅助马达55和油箱57。发动机51通过燃烧诸如柴油的燃料来产生机械扭矩。液压泵53通过来自发动机51的扭矩而旋转，从而将油箱57中的油作为加压油泵送。辅助马达55设置在发动机51和液压泵53之间，并且辅助发动机51使液压泵53旋转。辅助马达55是通过液压压力操作的液压马达。
加压油引导模块具有用于将从液压泵53排放的加压油引导到动臂缸41、辅助马达55、油箱57或蓄积器81的通道。详细地，这些通道可以包括输出通道61、供应通道A 63、供应通道B 64、辅助通道65和充注通道67。输出通道61是指从液压泵53通过其排放加压油的通道。通道A 63连接到输出通道61并且连接到动臂缸41的腔室A 41a。供应通道B 64连接到输出通道61并且连接到动臂缸41的腔室B 41b。辅助通道65将辅助马达55和蓄积器81彼此连接。充注通道67将供应通道A 63和蓄积器81彼此连接。此外，可以设置有桥接通道68和返回通道69，该桥接通道68将供应通道A 63和供应通道B 64彼此连接，该返回通道69将供应通道A 63和供应通道B 64连接到油箱57。
加压流动控制模块通过打开/关闭通道来控制加压油在通道中的流动。加压流动控制模块可以包括供应阀A 71、供应阀B 72、回流阀A 73、回流阀74、桥接阀75、辅助阀77和充注阀79。供应阀A 71设置在供应通道A 63中，并且控制通过输出通道61和供应通道A 63供应到动臂缸41的腔室A 41a的加压油。供应阀B 72设置在供应通道B64中，并且控制通过输出通道61和供应通道B 64供应到动臂缸41的腔室B 41b的加压油。回流阀A 73和回流阀B74打开/关闭用于将加压油从动臂缸41的腔室A 41a/腔室B 41b返回到油箱57的通道。桥接阀75设置在桥接通道68中，并且控制从腔室A 41a和B 41b中的一个腔室供应到另一个腔室的加压油。辅助阀77控制从蓄积器81供应到辅助模块55的加压油。充注阀79设置在充注通道67中并且被打开/关闭，使得从腔室41a排放的加压油被供应到蓄积器81中或停止供应。
图3是建筑设备100的控制框图，用于示出图2中所示的能量回收系统的附加部件。
参考该图，除了包括发动机51以及阀71、72、73、74、75、77和79之外，挖掘机100可以进一步包括控制器91、运动传感器93、工作选择器95、操作杆96和存储器97。
控制器91电连接到发动机51、阀71、72、73、74、75、77和79、运动传感器93等，从而控制它们或从它们接收信息。控制器91控制辅助阀77、充注阀79等，以从由动臂缸41排放的加压油中回收能量，这将参考图4等进行描述。
回来参考图3，运动传感器93获取有关动臂31的向上操作和向下操作的信息。为此，可以采用测量动臂31的向上角度/向上加速度/行程的传感器或者采用测量操作杆96的操作量/操作时间的传感器作为运动传感器93。
工作选择器95被设置成选择要由操作者执行的下一个工作。控制器91能够根据所选择的工作来预测与工作期间动臂31的向上操作和向下操作有关的信息。工作选择器95可以是用于选择示例性工作的手动按钮或控制屏幕上的触摸按钮。
当被操作者操作时，操作杆96产生用于动臂31的向上操作和向下操作的指令，并将该指令输入到控制器91。
存储器97存储与动臂31的向下操作和蓄积器81的目标压力相关联的预测向下模式的信息(见图2)。基于动臂31的向下加速力，所述预测向下模式被划分为第一预测向下模式和第二预测向下模式。第一预测向下模式中的向下加速力大于第二预测向下模式中的向下加速力。所述目标压力是用于设定蓄积器81的可排放最低极限压力的目标压力值。在加压油被最大程度地从蓄积器81排放并发送到辅助马达55的假设下，可排放最低极限压力是指在考虑到从动臂缸41回收能量的效率的情况下蓄积器81所能具有的压力的下限。
所述目标压力可以被划分为第一目标压力和高于该第一目标压力的第二目标压力。控制程序可以被存储在存储器97中。该控制程序可以包含使第一目标压力与第一预测向下模式对应以及使第二目标压力与第二预测向下模式对应的指令。
基于以上描述，在下文中参考图4至图6描述能量回收方法。
图4是示出根据本发明的另一个实施例的用于建筑设备的能量回收方法的流程图。
参考该图(以及图1至图3)，该能量回收方法可以包括：确定预测向下模式(S1)；调节蓄积器的可排放最低极限压力(S3)；以及对蓄积器进行充注(S5)。
首先，在确定所述预测向下模式(S1)时，控制器91预测在向上操作之后动臂31在哪种模式中被向下转动。如上所述，控制器91确定所述预测向下模式是第一预测向下模式还是第二预测向下模式。通过预测动臂31的实际向下操作来获得所述预测向下模式，但实际的向下操作可能不遵循所述预测向下模式。
在调节蓄积器的可排放最低极限压力(S3)时，取决于所述预测向下模式，控制器91不同地调节蓄积器81的可排放最低极限压力。换言之，控制器91应当增加或减小蓄积器81的可排放最低极限压力。
在对蓄积器进行充注(S5)时，控制器91打开充注阀79，使得通过充注通道67以动臂缸41的腔室A 41a中的加压油对蓄积器81进行充注。在动臂31实际向下转动的同时对蓄积器81进行充注。详细地，动臂缸41的腔室A 41a中的加压油不排放到油箱57，而是供应到蓄积器81中以使动臂31向下转动，由此回收加压油的能量。此外，随着腔室A 41a中的加压油被排放到蓄积器81，动臂31由于其自重而自由下落。
控制器91能够通过控制充注阀79来调节要供应到蓄积器81中的加压油的流率。流率的控制与供应到蓄积器81中的加压油的压力有关。因此，随着加压油的压力被调节，能够调节从腔室A 41a排放的加压油的速度。这意味着调节了动臂31的向下速度，因此能够调节挖掘机100的响应速度。
在下文中参考图5描述所述预测向下模式的确定(S1)。
图5是详细地示出确定所述预测向下模式(S1)的流程图。
参考该图(以及图1至图3)，控制器91分析动臂31的第一(实际)向上和向下操作，以确定动臂31的预测向下模式(S11)。与动臂31的一个或多个向上操作和向下操作有关的操作信息被存储在存储器97中，以分析动臂31的操作。该操作信息可以包括当动臂31被向上转动时的向上角度/加速力等以及当动臂31被向下转动时的向下角度/加速力。控制器91能够参考存储器97来分析用于那些操作的向上和向下操作。
接下来，控制器91通过操作分析来确定是否能够获取向上/向下操作式样信息，并且如果可能的话，则能够获取该信息(S13和S15)。通过从该操作信息找到向上操作和向下操作中的预定式样来定义向上/向下操作式样信息。该向上/向下操作式样信息可以包括例如动臂31被快速地向上转动以及被快速地向下转动的信息。此外，向上/向下操作式样信息可以包括与在向上操作的结束和向下操作的开始之间的间隔有关的信息。因此，控制器91能够基于有关该间隔的信息来确定何时对蓄积器81进行充注。
控制器91可以仅参考作为向上/向下操作式样信息的一部分的向上操作式样信息(S17)。该向上操作式样信息是指向上/向下操作所表现出的式样。例如，该向上/向下操作式样信息是与动臂31已经被向上转动了一点还是很多有关的信息。在通常的工作环境下，当动臂31已经被向上转动了一点时，将以小的加速力使动臂31向下转动，而当动臂31已经被向上转动了很多时，将以大的加速力使动臂31向下转动。控制器91能够基于该估计来确定所述预测向下模式。能够通过分析与动臂31的向上操作相关联的向上因素信息来获取向上操作式样信息。例如，该向上因素信息可以是以下项中的任一个：动臂31的向上加速度值，驱动动臂31的动臂缸41的向上行程值，以及驱动动臂缸41的操作杆96的操作量或操作时间。
因此，能够基于该向上/向下操作式样信息中包括的与向上操作和向下操作有关的信息来将动臂31的所述预测向下模式确定成第一预测向下模式和第二预测向下模式(S19)。例如，如果在向上操作之后重复向下加速力大的向下操作，则控制器91能够将所述预测向下模式确定成第一预测向下模式。
不太可能地，控制器91能够基于向上操作式样信息根据恰好在动臂31的向下操作之前的向上操作来确定所述预测向下模式。例如，如果在向上操作中动臂31被向上转动了一点(向上行程值小于参考行程值)，则能够通过预测“当动臂31向下转动时动臂31的向下加速力也将是小的”而将所述预测向下模式确定成第二预测向下模式。不太可能地，如果向上行程值大于参考行程值，则能够将所述预测向下模式确定成第一预测向下模式。
此外，控制器91能够基于由操作者通过工作选择器95输入的工作而将动臂31的预测向下模式确定为以上工作中的第一预测向下模式和第二预测向下模式之一。例如，如果操作者选择了整平(grading)，则控制器91能够基于整平式样而预测动臂31的向下加速力将是小的。因此，控制器91能够将所述预测向下模式确定为第二预测向下模式。
图6是详细地示出图4中所示的蓄积器的可排放最低极限压力的调节(S3)的流程图。
参考该图(以及图1至图3)，取决于所述预测向下模式是否为第一预测向下模式(S21)，控制器91不同地调节蓄积器81的对应的可排放最低极限压力。
详细地，当所述预测向下模式是第一预测向下模式时，控制器91将蓄积器81的可排放最低极限压力确定为第一目标压力(S23和S27)。不太可能地，当所述预测向下模式是第二预测向下模式时，控制器91将蓄积器81的可排放最低极限压力确定为第二目标压力(S25和S29)。
为了最终将可排放最低极限压力设定成第一目标压力，控制器91打开辅助阀77，使得充注在蓄积器81中的加压油被供应到辅助马达55(S31)。如果加压油正被供应到辅助马达55，则控制器91能够将加压油供应保持预定时间。因此，蓄积器81的可排放最低极限压力被减小到第一目标压力。
相反，为了最终将可排放最低极限压力设定成第二目标压力，控制器91关闭辅助阀77，使得蓄积器81中的加压油被维持在该蓄积器81中。因此，加压油不被供应到辅助马达55(S33)。如果加压油正被供应到辅助马达55，则控制器91能够停止向辅助马达55的供应。因此，蓄积器81的可排放最低极限压力能够达到高于第一目标压力的第二目标压力。
在蓄积器81的可排放最低极限压力达到第二目标压力的情况下，在用来自动臂缸41的加压油充注蓄积器81之后，能够另外地用回转模块47中的加压油充注蓄积器81。这是一种在回转模块47停止回转操作时从由回转模块47排放的加压油中回收能量的方法。
下文中，对在用从动臂缸41排放的加压油充注蓄积器81时的能量回收效率进行说明。
图7是示出在第一预测向下模式中在使工作单元向下转动时动臂缸和蓄积器的压力变化的曲线图。
参考该图(以及图1至图3)，当操作者快速地操作操作杆96以使动臂31向下转动时，控制器91应当快速地排放动臂缸41的腔室A41a中的加压油。
控制器91已经通过预先预测这种情况而将所述预测向下模式确定为第一预测向下模式。在动臂31被实际向下转动之前，控制器91已经将蓄积器81的可排放最低极限压力设定成第一目标压力。
因此，即使腔室A 41a中的加压油被快速地排放并且腔室A 41a中的压力CP1大大降低，也能够将从腔室A 41a排放的加压油的压力的最小值调节成稍大于或等于第一目标压力AP1。因此，腔室A 41a中的大部分加压油能够被供应到蓄积器81中而不排放到油箱57。此外，当用加压油对蓄积器81进行充注时，第一目标压力AP1的大小构成了逐渐增加的线。
因此，从动臂缸41排放的所有加压油都被恢复，所以能量回收效率能够被最大化。此外，由于从动臂缸41快速地排放加压油，因此能够提高动臂31的向下操作对操作者的向下操作的响应速度。
如果蓄积器81的可排放最低极限压力已经达到第二目标压力，则控制器91不能快速排放腔室A 41a中的加压油以提高能量回收效率。这降低了对动臂31的向下操作的响应速度，这可能引起操作者的抱怨。
图8是示出在第二预测向下模式中在使工作单元向下转动时动臂缸和蓄积器的压力变化的曲线图。
参考该图(以及图1至图3)，当操作者平稳地拉动操作杆96来使动臂31向下转动时，控制器91应当仅稍微地排放动臂缸41的腔室A 41a中的加压油。
控制器91已经通过预先预测这种情况而将所述预测向下模式确定为第二预测向下模式。在动臂31被实际向下转动之前，控制器91已经将蓄积器81的可排放最低极限压力设定成第二目标压力CP2。
因此，即使缓慢地排放腔室A 41a中的加压油并且稍微地降低腔室A 41a中的压力CP2，也能够将从腔室A 41a排放的加压油的压力的最小值调节成稍大于或等于第二目标压力AP2。因此，从腔室A 41a排放的大部分加压油能够被供应到蓄积器81中而不排放到油箱57。此外，当用加压油对蓄积器81进行充注时，第二目标压力AP2的大小构成了逐渐增加的线。
能够看出，腔室A 41a中的加压油的压力CP2与第二目标压力AP2之间的压力差L1小于腔室A 41a中的加压油的压力CP2与第一目标压力AP1之间的压力差L2。这意味着能够通过将蓄积器81的可排放最低极限压力调节成第二目标压力AP2而不是第一目标压力AP1来减少由于压力差引起的能量损失。
图9是示出根据本发明的另一个实施例的用于建筑设备的能量回收系统的主要构造的概念图。
参考图9，建筑设备200在很大程度上与先前实施例的建筑设备100类似，但是与仅具有一个蓄积器81的建筑设备100的不同之处在于，该建筑设备200具有多个子蓄积器。
例示了三个子蓄积器181、183和185作为所述多个子蓄积器。子蓄积器181、183和185被并联连接到充注通道167。子蓄积器181、183和185具有不同的初始压力。初始压力是指子蓄积器181、183和185的预充注气体压力。例如，第一子蓄积器181、第二子蓄积器183和第三子蓄积器185的初始压力可以分别为80巴、150巴和200巴。在该构造中，动臂缸141的压力高于第三子蓄积器185的初始压力，例如可以为250巴。
根据该构造，在动臂缸141的向下操作期间，能够通过充注通道167用从腔室A141a排放的加压油顺序地充注子蓄积器181、183和185。
在下文中将参考图10详细地描述充注过程。
图10是示出在图9中所示的建筑设备200中的第一预测向下模式中当使工作单元向下转动时动臂缸和蓄积器的压力变化的曲线图。
参考该图(和图9)，当操作者快速拉动操作杆96来使动臂31向下转动时，控制器91应当快速地排放动臂缸141的腔室A141a中的加压油。
控制器91已经通过预先预测这种情况而将所述预测向下模式确定为第一预测向下模式。在动臂31被实际向下转动之前，控制器91已经将蓄积器的可排放最低极限压力设定成第一目标压力。作为用于该目的的详细方法，控制器91打开充注阀179，使得子蓄积器181、183和185中的具有与第一目标压力对应的初始压力的一个子蓄积器被选择，并且被腔室A141a中的加压油充注。如果不得不将蓄积器的可排放最低极限压力设定成第二目标压力，则可以将从腔室A141a排放的加压油供应到子蓄积器181、183和185中的具有与第二目标压力对应的初始压力的子蓄积器中。这是因为加压油不能被供应到具有比第二目标压力低的初始压力的子蓄积器中。
因此，当排放腔室A141a中的加压油时，蓄积器的压力变化不遵循现有曲线AP1，而是由于这三个子蓄积器181、183的组合而遵循压力变化曲线APC，换言之，能够用加压油顺序地充注具有最低初始压力的第一子蓄积器181至具有最高初始压力的第三子蓄积器185。
当蓄积器的压力变化遵循曲线AP1时，在损失时段G中，蓄积器的可排放最低极限压力高于加压油的压力，因此不能将加压油供应到蓄积器中。因此，腔室A141a中的加压油不得不被输送到油箱157，因此不能从加压油回收能量。
不太可能地，当蓄积器的压力变化遵循新的曲线APC时，即使在损失时段G中，加压油的压力也高于蓄积器的可排放最低极限压力，因此不能将加压油供应到蓄积器中。
图11是示出根据本发明的另一个实施例的用于建筑设备的能量回收系统的主要构造的概念图。
参考图11，根据新实施例的建筑设备300类似于先前实施例的建筑设备200，该建筑设备300具有多个具有不同初始压力的子蓄积器281、283和285作为蓄积器。子蓄积器281、283和285的初始压力可以分别与先前实施例中的相同，为80巴、150巴和200巴。
子蓄积器281、283和285通过与充注通道267平行的流入通道269a、269b和269c彼此连接。选择阀279a、279b和279c分别设置在流入通道269a、269b和269c中。通过选择性地打开/关闭选择阀279a、279b和279c，控制器91能够使子蓄积器281、283和285成为被充注或不被充注加压油的对象。
此外，止回阀279d和279e可以设置在流入通道269a、269b和269c之间。止回阀279d和279e允许具有较高初始压力的子蓄积器在具有较低初始压力的子蓄积器被充注加压油之后、随着加压油的压力的增加而被充注加压油，但不允许相反的情形。
在下文中将参考图12详细描述建筑设备300中的充注操作。
图12是示出在图11中所示的建筑设备300中当工作单元在第二预测向下模式中向下转动时动臂缸和蓄积器的压力变化的曲线图。
参考该图(和图11)，当操作者平稳地拉动操作杆96以使动臂31向下转动时，控制器91应当仅稍微地排放动臂缸241的腔室A 241a中的加压油。
控制器91已经通过预先预测这种情况而将所述预测向下模式确定为第二预测向下模式。因此，在动臂31被实际向下转动之前，控制器91已经将蓄积器的可排放最低极限压力设定成第二目标压力。
作为设定第二目标压力的详细方法，控制器91打开充注阀279，并且仅打开选择阀279a、279b和279c中的第二选择阀279b。因此，动臂缸241中的加压油首先被供应到第二子蓄积器283中。此后，当加压油的压力增加时，能够通过第二止回阀279e将加压油供应到第三子蓄积器285中。能够从压力变化曲线APS看出该过程，该压力变化曲线APS示出了蓄积器的实际充注过程。因此，两个子蓄积器283和285被顺序地充注加压油，但是初始压力不同，因此蓄积器的可排放最低极限压力能够间隔地达到第一目标压力和第二目标压力。
作为参考，蓄积器的另一个压力变化曲线APC示出了当由控制器91用充注阀279打开第一选择阀279a并且第一子蓄积器281至第三子蓄积器285被顺序地充注加压油时的压力变化。
结果，由于控制器91不是打开第一选择阀279a而是打开第二选择阀279b，因此能够将蓄积器的可排放最低极限压力设定成第二目标压力。因此，能够防止在用加压油对蓄积器进行充注的同时由于压力损失而导致的能量回收率的降低。
上述用于建筑设备的能量回收系统和方法不限于上述实施例的构造和操作方法。这些实施例可以被选择性地部分或完全地组合，以用于各种变型。
工业适用性
本发明具有对用于建筑设备的能量回收系统和方法的工业适用性。

Claims (19)

1.一种用于建筑设备的能量回收系统，包括：
致动器，所述致动器被构造成驱动工作单元的向上操作和向下操作；
蓄积器，所述蓄积器连接到所述致动器；和
控制器，所述控制器被配置成：
确定与所述工作单元的所述向下操作相关联的预测向下模式，
将所述蓄积器的可排放最低极限压力调节成与所述预测向下模式相对应的目标压力，使得：当所述预测向下模式被确定为第一预测向下模式时，所述可排放最低极限压力被调节为第一目标压力，而当所述预测向下模式被确定为第二预测向下模式时，所述可排放最低极限压力被调节为具有比所述第一目标压力高的压力水平的第二目标压力，其中在所述第一预测向下模式中，所述工作单元在所述向下操作时具有第一向下加速力，在所述第二预测向下模式中，所述工作单元在所述向下操作时具有第二向下加速力，所述第二向下加速力小于所述第一向下加速力，并且
在所述工作单元的所述向下操作期间向具有被调节成所述目标压力的所述可排放最低极限压力的所述蓄积器充注从所述致动器排放的加压油，从而实现能量回收。
2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：
存储器，所述存储器被配置成存储与所述预测向下模式和所述目标压力相关联的信息，并且所述存储器由所述控制器控制，
其中，所述控制器被配置成使所述第一预测向下模式与所述第一目标压力对应，并且使所述第二预测向下模式与所述第二目标压力对应。
3.根据权利要求2所述的系统，进一步包括：
液压泵，所述液压泵被构造成向所述致动器供应所述加压油；
辅助马达，所述辅助马达被构造成辅助发动机来驱动所述液压泵；
辅助通道，所述辅助通道被构造成将所述蓄积器和所述辅助马达彼此连接；以及
辅助阀，所述辅助阀设置在所述辅助通道中，并且被构造成控制在所述蓄积器中充注的所述加压油通过所述辅助通道到所述辅助马达的供应，
其中，所述控制器控制所述辅助阀的打开/关闭，使得所述蓄积器的所述可排放最低极限压力达到所述第一目标压力或所述第二目标压力。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述蓄积器包括具有不同初始压力的多个子蓄积器，
其中，所述控制器向所述多个子蓄积器中的具有与所述目标压力对应的初始压力的子蓄积器充注所述加压油。
5.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：
充注通道，所述充注通道将所述蓄积器和所述致动器彼此连接；和
充注阀，所述充注阀设置在所述充注通道中，
其中，所述控制器通过控制所述充注阀来调节要供应到所述蓄积器中的所述加压油的压力。
6.根据权利要求1所述的系统，进一步包括运动传感器，所述运动传感器被配置成测量关于所述工作单元的所述向上操作和向下操作之一的信息，
其中，所述控制器通过分析由所述运动传感器测量到的信息来获取向上/向下操作式样信息，并且基于所述向上/向下操作式样信息来确定所述预测向下模式。
7.根据权利要求2所述的系统，进一步包括：
下部驱动结构；
上部回转结构，所述工作单元安装在所述上部回转结构上；和
回转模块，所述回转模块将所述上部回转结构以可旋转方式连接到所述下部驱动结构，
其中，在所述回转模块停止回转操作的同时，所述控制器另外地向处于所述第二目标压力下的已经在所述工作单元的向下期间被充注有所述加压油的所述蓄积器充注从所述回转模块排放的加压油。
8.一种用于建筑设备的能量回收方法，所述方法包括：
确定工作单元的预测向下模式；
基于所述预测向下模式将蓄积器的可排放最低极限压力调节成目标压力；并且
在所述工作单元的向下期间，向具有被调节成所述目标压力的所述可排放最低极限压力的所述蓄积器充注从致动所述工作单元的致动器排放的加压油，以回收能量，
其中，调节所述可排放最低极限压力包括：当所述预测向下模式被确定为第一预测向下模式时，将所述可排放最低极限压力调节为第一目标压力，而当所述预测向下模式被确定为第二预测向下模式时，将所述可排放最低极限压力调节为具有比所述第一目标压力高的压力水平的第二目标压力，其中在所述第一预测向下模式中，所述工作单元在所述向下操作时具有第一向下加速力，在所述第二预测向下模式中，所述工作单元在所述向下操作时具有第二向下加速力，所述第二向下加速力小于所述第一向下加速力。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，确定所述工作单元的所述预测向下模式包括：
参考存储了关于所述预测向下模式和所述目标压力的信息的存储器。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，基于所述预测向下模式将所述蓄积器的所述可排放最低极限压力调节成所述目标压力包括：
在所述蓄积器中充注的所述加压油被排放到辅助马达的同时，调节辅助阀的打开/关闭，使得所述可排放最低极限压力达到所述第一目标压力或所述第二目标压力。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述蓄积器包括具有不同初始压力的多个子蓄积器，并且
其中，基于所述预测向下模式将所述蓄积器的所述可排放最低极限压力调节成所述目标压力包括：
从所述多个子蓄积器中选择具有与所述第一目标压力或所述第二目标压力对应的初始压力的子蓄积器作为要被从所述致动器排放的所述加压油充注的对象。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，从所述多个子蓄积器中选择具有与所述第一目标压力或所述第二目标压力对应的初始压力的子蓄积器作为要被从所述致动器排放的所述加压油充注的对象包括：
通过分别选择性地打开/关闭为所述多个子蓄积器设置的选择阀，使所述多个子蓄积器中的一些子蓄积器成为要被充注的对象。
13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述蓄积器包括具有不同初始压力的多个子蓄积器，
其中，在所述工作单元的向下期间向具有被调节成所述目标压力的所述可排放最低极限压力的所述蓄积器充注从致动所述工作单元的所述致动器排放的加压油以回收能量包括：
向所述多个子蓄积器顺序地充注从所述致动器排放的所述加压油，使得所述蓄积器的所述可排放最低极限压力以一定的间隔达到所述第一目标压力和所述第二目标压力。
14.根据权利要求9所述的方法，其中，确定所述预测向下模式包括：
基于从操作者通过工作选择器输入的工作，选择所述第一预测向下模式和所述第二预测向下模式之一作为所述预测向下模式。
15.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：
通过分析所述工作单元的向上操作和向下操作之一来获取向上/向下操作式样信息，
其中，确定所述工作单元的所述预测向下模式包括：
基于所述向上/向下操作式样信息，将所述预测向下模式确定为所述第一预测向下模式和所述第二预测向下模式之一。
16.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：
通过分析所述工作单元的向上操作和向下操作之一来获取向上/向下操作式样信息，
其中，通过分析所述工作单元的向上操作和向下操作之一来获取向上/向下操作式样信息包括：
通过分析与所述工作单元的向上相关联的向上因素信息来获取向上操作式样信息。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述向上操作式样信息包括以下项中的一个：所述致动器的行程值，用于所述致动器的操作杆的操作量，所述操作杆的操作时间，以及所述工作单元的向上加速度值。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，确定所述工作单元的所述预测向下模式包括：
如果所述行程值大于参考行程值，则将所述预测向下模式确定为所述第一预测向下模式，或者如果所述行程值小于所述参考行程值，则将所述预测向下模式确定为所述第二预测向下模式。
19.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：
基于所述向上/向下操作式样信息来确定对所述蓄积器进行充注的开始时间。
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