CN111788355B - 用于作业机械的液压系统和控制液压系统的方法 - Google Patents

用于作业机械的液压系统和控制液压系统的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111788355B
CN111788355B CN201880090273.6A CN201880090273A CN111788355B CN 111788355 B CN111788355 B CN 111788355B CN 201880090273 A CN201880090273 A CN 201880090273A CN 111788355 B CN111788355 B CN 111788355B
Authority
CN
China
Prior art keywords
hydraulic
machine
valve
accumulator
supporting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201880090273.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111788355A (zh
Inventor
瓦伦丁·波塞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volvo Construction Equipment AB
Original Assignee
Volvo Construction Equipment AB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volvo Construction Equipment AB filed Critical Volvo Construction Equipment AB
Publication of CN111788355A publication Critical patent/CN111788355A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111788355B publication Critical patent/CN111788355B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/22—Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2217—Hydraulic or pneumatic drives with energy recovery arrangements, e.g. using accumulators, flywheels
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/2058—Electric or electro-mechanical or mechanical control devices of vehicle sub-units
    • E02F9/2062—Control of propulsion units
    • E02F9/2075—Control of propulsion units of the hybrid type
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/22—Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2221—Control of flow rate; Load sensing arrangements
    • E02F9/2232—Control of flow rate; Load sensing arrangements using one or more variable displacement pumps
    • E02F9/2235—Control of flow rate; Load sensing arrangements using one or more variable displacement pumps including an electronic controller
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B1/00—Installations or systems with accumulators; Supply reservoir or sump assemblies
    • F15B1/02—Installations or systems with accumulators
    • F15B1/024—Installations or systems with accumulators used as a supplementary power source, e.g. to store energy in idle periods to balance pump load
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B1/00—Installations or systems with accumulators; Supply reservoir or sump assemblies
    • F15B1/02—Installations or systems with accumulators
    • F15B1/027—Installations or systems with accumulators having accumulator charging devices
    • F15B1/033—Installations or systems with accumulators having accumulator charging devices with electrical control means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B21/00—Common features of fluid actuator systems; Fluid-pressure actuator systems or details thereof, not covered by any other group of this subclass
    • F15B21/08—Servomotor systems incorporating electrically operated control means
    • F15B21/087—Control strategy, e.g. with block diagram
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/20—Fluid pressure source, e.g. accumulator or variable axial piston pump
    • F15B2211/205—Systems with pumps
    • F15B2211/20507—Type of prime mover
    • F15B2211/20523—Internal combustion engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/20—Fluid pressure source, e.g. accumulator or variable axial piston pump
    • F15B2211/205—Systems with pumps
    • F15B2211/2053—Type of pump
    • F15B2211/20546—Type of pump variable capacity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/20—Fluid pressure source, e.g. accumulator or variable axial piston pump
    • F15B2211/205—Systems with pumps
    • F15B2211/20576—Systems with pumps with multiple pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/20—Fluid pressure source, e.g. accumulator or variable axial piston pump
    • F15B2211/21—Systems with pressure sources other than pumps, e.g. with a pyrotechnical charge
    • F15B2211/212—Systems with pressure sources other than pumps, e.g. with a pyrotechnical charge the pressure sources being accumulators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/60—Circuit components or control therefor
    • F15B2211/665—Methods of control using electronic components
    • F15B2211/6658—Control using different modes, e.g. four-quadrant-operation, working mode and transportation mode
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/80—Other types of control related to particular problems or conditions
    • F15B2211/88—Control measures for saving energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Operation Control Of Excavators (AREA)
  • Fluid-Pressure Circuits (AREA)

Abstract

本发明涉及用于作业机械的液压系统(100)。所述系统包括：主液压机(102)，其被连接到所述作业机械的发动机(106)的输出轴(104)，用于向所述作业机械的工作液压装置(110)提供动力；主压力管线(108)，其将主液压机连接到工作液压装置；支撑液压机(112)，其被连接到输出轴；液压蓄能器(114)；排出阀(116)，其被连接在所述蓄能器和所述支撑液压机的输入侧(118)之间；充能阀(120)，其被连接在所述支撑液压机的输出侧(122)与所述液压蓄能器之间，以选择性地允许从所述支撑液压机到所述液压蓄能器的流动；流动支撑阀(124)，其被连接在所述支撑液压机的所述输出侧和所述主压力管线之间，以选择性地允许从所述支撑液压机至到述主压力管线的流动；以及液压箱(126)，其被连接到所述支撑液压机的输入侧。

Description

用于作业机械的液压系统和控制液压系统的方法
技术领域
本发明涉及一种用于作业机械的液压系统以及一种控制所述液压系统的方法。
本发明能够被应用于工业建筑机械、材料搬运机械或建筑设备领域内的作业机械，尤其是挖掘机。尽管本发明将针对挖掘机来描述，但本发明不限于这种特定机器，而是也可以被用于其它作业机器，诸如铰接式翻斗车、轮式装载机和反铲装载机。
背景技术
在建筑工程中，经常使用作业机械。在没有道路的区域中，例如在道路或隧道建筑、沙坑、矿山和类似环境中的运输中，作业机械可以以大而重的负载运行。
为了提高作业机械的燃料效率，能够使用包括能量存储器的混合驱动系统。例如，液压混合动力系统通常由液压机和液压系统组成，所述液压机用作安装到变速箱的泵/马达，所述液压系统基于液压蓄能器和控制阀。当过剩能量可用时，例如在通过用泵/马达产生制动扭矩的制动期间和用加压油对蓄能器进行充能期间，能够对能量存储系统进行充能。然后，所述能量能够在以后被重新使用。
在包括用于向挖掘机的工作液压装置提供动力的液压系统的挖掘机中，到所述工作液压装置的液压流可以由连接到柴油发动机的变量泵产生。最大流动直接取决于发动机速度，而最大泵容量受到不同原因的限制，如成本、空间或所述液压泵的效率。挖掘机中的负载循环能够是非常动态的，具有峰值负载。因此，对于特定的运行条件和任务，可能需要选择相对较高的发动机速度，以便充分覆盖在所述峰值负载处所需的液压流动。然而，挖掘机的平均发动机负载通常相当低，诸如在50％至70％这样的范围内。为了在降低平均发动机速度的同时覆盖峰值负载，在要求的工作负载较低时储存由柴油发动机提供的能量并在需要高功率时使用它将是有帮助的。
因此，需要一种能够降低所述发动机速度以便提高所述作业机械的燃料效率的系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于作业机械的液压混合动力系统，其被构造成通过使用液压蓄能器向作业机械的工作液压装置提供动力来降低作业机械的发动机速度。
根据本发明的第一方面，上述目的通过一种用于作业机械的液压系统来实现。所述液压系统包括：主液压机，其被连接到所述作业机械的发动机的输出轴，用于向所述作业机械的工作液压装置提供动力；主压力管线，其将所述主液压机连接到所述作业机械的工作液压装置；支撑液压机，其被连接到所述输出轴；液压蓄能器；排出阀，其被连接在所述蓄能器与所述支撑液压机的输入侧之间；充能阀，其被连接在所述支撑液压机的输出侧和所述蓄能器之间，以选择性地允许从所述支撑液压机到所述蓄能器的流动；流动支撑阀，其被连接在所述支撑液压机的所述输出侧与所述主压力管线之间，以选择性地允许从所述支撑液压机到所述主压力管线的流动；以及液压箱，其被连接到该支撑液压机械的输入侧。
所述主液压机是连接到所述发动机的输出轴的液压机，并且其通常既能够作为泵操作以向所述工作液压装置提供动力，也能够作为马达操作以用于从所述工作液压装置再生动力。此外，所述主液压机可以有利地是可变排量液压机。所述支撑液压机被直接联接到所述发动机输出轴，而没有任何中间齿轮或传动装置。然而，原则上也能够将所述支撑液压机连接到发动机的动力输出装置(PTO,power take-off)。所述主液压机和支撑液压机中的每一个都被连接到所述主压力管线。所述发动机输出轴也可以被称为发动机的曲轴。
所述液压系统的所述阀通过它们各自的一般功能命名。因此，所述排出阀被布置成排出所述液压蓄能器并控制液压流体从所述液压蓄能器到所述液压机的输入侧的流动，所述充能阀被布置在所述液压机的输出侧和所述蓄能器之间，以允许所述蓄能器的充能，并且所述流动支撑阀被布置成允许液压流体主要从所述支撑液压机到所述工作液压装置的流动。
此外，连接到所述支撑液压机的输入侧的所述液压箱允许所述支撑液压机作为抽吸泵操作，所述抽吸泵从所述液压箱传送液压流体并对其加压以提供到所述主压力管线。
借助于所述系统，所述支撑液压机和蓄能器能够在需要时用于向所述工作液压装置提供液压动力和液压流动，进而使得能够降低在峰值负载处所需的发动机速度，并且能够在发动机的最佳工作点的方向上增加平均发动机负载，其中所述发动机被部分用于对所述蓄能器进行充能。通过降低发动机速度，还有可能降低由所述发动机提供动力的辅助驱动装置的寄生损失。所述辅助驱动装置可以是例如先导泵、转向泵、交流发电机、风扇驱动装置等。这种驱动器通常被设计成在空转发动机速度时执行得足够好。由于与曲轴的机械连接，因此它们在较高速度下可能“过度执行”。降低这些附加损失也降低了燃料消耗。这将显著地增加所述机器的燃料效率。而且，在峰值负载处降低的发动机速度还导致所述作业机械的较低噪声水平，这在运行所述作业机械的许多情况下是重要的因素。所述改进能够通过采用一种控制方案来实现，所述控制方案将在下文中被进一步详细讨论。
此外，所述主压力管线能够同时由两个不同的源(即，所述蓄能器和所述液压箱)供应流动，这将最大可用流动扩展到超过仅所述主液压机的容量。
根据本发明的一个实施例，所述支撑液压机可以有利地是可变排量液压机。由此，能够控制所述支撑液压机的流动和动力输出。此外，由于所述支撑液压机的可变排量，通过所述液压机的流动和压力能够在没有节流的情况下在所有操作模式(即，所述蓄能器是否被充能、被排出或当从所述液压箱提供流动支撑时)中转换。
根据本发明的一个实施例，所述液压系统还可包括主控制阀，该主控制阀将所述主压力管线连接到所述工作液压装置。所述主控制阀可以包括阀装置，该阀装置被构造成向一个或多个工作液压功能件提供动力。所述工作液压功能件可以是用于转向或提升的液压缸或其它类型的液压机械。
根据本发明的一个实施例，所述充能阀可以是双向阀，并且所述排出阀和流动支撑阀可以是单向阀。通过将所述充能阀设置为单向阀，不仅有可能控制所述蓄能器的充能，还有可能在不通过所述支撑液压机的情况下，从所述蓄能器经由所述流动支撑阀向所述主压力管线提供液压流动。
根据本发明的第二方面，所述目的通过一种用于控制作业机械的液压系统的方法来实现。所述液压系统包括：主液压机，其被连接到所述作业机械的发动机的输出轴，用于向所述作业机械的工作液压装置提供动力；主压力管线，其将所述主液压机连接到所述作业机械的工作液压装置；支撑液压机，其被连接到所述输出轴；液压蓄能器；排出阀，其被连接在所述蓄能器与所述支撑液压机的输入侧之间；充能阀，其被连接在所述支撑液压机的输出侧和所述蓄能器之间，以选择性地允许从所述支撑液压机到所述蓄能器的流动；流动支撑阀，其被连接在所述支撑液压机的所述输出侧与所述主压力管线之间，以选择性地允许从所述支撑液压机到所述主压力管线的流动；以及液压箱，其被连接到所述支撑液压机械的输入侧。
所述用于控制所述液压系统的方法包括：控制所述液压系统以流动支撑模式、功率提升模式或充能模式运行，其中所述流动支撑模式包括打开所述流动支撑阀，关闭所述排出阀和所述充能阀，以及将所述支撑液压机作为泵操作以提供从所述液压箱到所述主压力管线的液压流动；其中，所述功率提升模式包括打开所述排出阀和所述流动支撑阀并关闭所述充能阀，并且如果所述主压力管线上的压力高于所述蓄能器的压力，则将所述支撑液压机作为泵操作，而且如果所述主压力管线上的压力低于所述蓄能器的压力，则将所述支撑液压机作为马达操作；其中，所述充能模式包括关闭所述排出阀和所述流动支撑阀并打开所述充能阀，以及将所述支撑液压机作为泵操作以对所述蓄能器进行充能。
根据本发明的一个实施例，所述方法还可以包括，如果发动机负载低于最大负载并且当请求的液压流动高于所述主液压机的最大液压流动时，控制所述液压系统处于流动支撑模式。所述发动机向所述支撑液压机提供动力，所述支撑液压机又对来自液压箱的液压流体加压，并且所述加压的液压流体随后经由所述流动支撑阀被提供到所述主压力管线。因此，由于最大流动是来自所述主液压机和支撑液压机的流动之和，所以可以减小所述主液压机的尺寸。
根据本发明的一个实施例，所述方法还可以包括如果当前发动机负载低于最大发动机负载并且当请求的液压流动低于所述主液压机的最大液压流动时，控制所述液压系统处于所述充能模式。因此，如果所述蓄能器低于满充能，则当存在可用的发动机容量时并且当不需要流动支撑时，所述蓄能器可以被充能。
根据本发明的一个实施例，在功率提升模式下操作所述液压系统还包括，如果所述主压力管线中的压力高于所述蓄能器的压力，则操作所述支撑液压机以将从所述蓄能器接收的液压流体的压力增大至所述主压力管线的压力。如果所述主压力管线中的压力高于所述蓄能器的压力，则来自所述蓄能器的液压流动在到达所述主压力管线之前需要通过用作泵的支撑液压机来加压。为了将所述支撑液压机作为泵操作，在所述输出轴上需要额外的扭矩，以用于为所述支撑液压机提供动力。
根据本发明的一个实施例，在功率提升模式下操作所述液压系统还可以包括，如果所述主压力管线中的压力高于所述蓄能器的压力，则减小所述主液压机的排量。因此，如果用于向所述支撑液压机提供动力所需的附加扭矩不能由所述发动机提供，则所述主液压机的扭矩需求能够通过减小所述主液压机的排量来减小与所述支撑液压机的扭矩需求相对应的量。因此，由所述发动机提供的扭矩能够保持基本恒定。此外，由于所述支撑液压机的输入侧(吸入侧)被连接至具有高于所述液压箱压力的压力的蓄能器，因此与所述主液压机相比，所述支撑液压机需要较小的扭矩来产生一定量的流动。由此，通过使用所述支撑液压机和蓄能器，能够在将来自所述发动机的输出转矩保持为恒定的同时实现增大的流动。
根据本发明的一个实施例，在功率提升模式下操作所述液压系统还包括，通过控制所述支撑液压机的旋转角度来控制所述支撑液压机的功率输出。这样的效果是，所述蓄能器能够仅按照用于提升系统供应所需的功率量来排出。这对于固定排量的支撑液压机是不可能的，因为从所述蓄能器获得的功率量将仅取决于发动机速度(由于机械连接的缘故)。这将导致不必要的低发动机负载或者对来自所述蓄能器的流动的节流。使用可变排量单元允许以有效的方式利用存储在所述蓄能器中的能量。
根据本发明的一个实施例，所述方法可以进一步包括在启动/停止模式中操作所述液压系统，其中所述排出阀和流动支撑阀打开，并且所述充能阀关闭，并且其中所述支撑液压机作为马达操作，从而推进所述发动机的输出轴以启动所述发动机。在所述发动机的起动期间，所述流动经由卸载阀释放到所述液压箱。由此，由于能够利用所述蓄能器来起动发动机，所以能够提高燃料效率。
还提供了一种包括程序代码装置的计算机程序，所述程序代码装置用于当所述程序在计算机上运行时执行前述实施例的任一项所述的步骤，以及一种携载计算机程序的计算机可读介质，所述计算机程序包括程序代码装置，当所述程序产品在计算机上运行时，所述程序代码装置用于执行前述实施例的任一项所述的步骤。
本发明的该第二方面的附加效果和特征很大程度上类似于以上结合本发明的第一方面描述的那些附加效果和特征。
本发明的其它优点和有利特征在以下描述和从属权利要求中公开。
附图说明
下面参照附图，对作为示例引用的本发明的实施例进行更详细的描述。
在附图中：
图1示意性地示出了根据本发明实施例的用于作业机械的液压系统；
图2是概述根据本发明实施例的用于控制所述液压系统的方法的一般步骤的流程图；
图3示意性地示出了根据本发明实施例的液压系统的操作模式；
图4示意性地示出了根据本发明实施例的液压系统的操作模式；
图5示意性地示出了根据本发明实施例的液压系统的操作模式；以及
图6示意性地示出了根据本发明实施例的液压系统的操作模式。
具体实施方式
在本详细说明中，主要参照被构造成布置在挖掘机中的液压系统来讨论根据本发明的液压系统的各种实施例和用于控制液压系统的方法。应当注意，这不是限制本发明的范围，本发明同样可应用于其它类型的作业机械。
图1示意性地示出了根据本发明实施例的用于作业机械的液压系统100。所述液压系统100包括主液压机102，其被连接到所述作业机械的发动机106的输出轴104，用于向所述作业机械的工作液压装置110提供动力。有利地是，所述主液压机102是连接到内燃发动机106的曲轴104的可变排量液压机102。
所述液压系统100还包括主压力管线108，其经由主控制阀128将所述主液压机102连接到所述作业机械的工作液压装置110。所述工作液压装置可以包括挖掘机或轮式装载机的提升缸、转向缸、液压动力工具等等，并且所述主控制阀128适于控制到达各种液压功能件的液压流动。此外，所述主压力管线中的压力可以被称为系统压力。
此外，所述液压系统100包括支撑液压机112，其与所述主液压机102串接地也连接到所述输出轴104。所述支撑液压机112经由阀装置被联接到所述主压力管线108和液压蓄能器114。该阀装置包括：排出阀116，所述排出阀被连接在所述液压蓄能器114和所述支撑液压机112的输入侧118之间；充能阀120，所述充能阀连接在所述支撑液压机112的输出侧122和所述蓄能器114之间，以选择性地允许从所述支撑液压机112到所述液压蓄能器114的流动；以及流动支撑阀124，所述流动支撑阀连接在所述支撑液压机112的输出侧122和所述主压力管线108之间，以选择性地允许从所述支撑液压机112到所述主压力管线108的流动。尽管所述阀120、124、126在此被示出为单独的阀，但是所描述的功能同样可以通过适当配置的阀组来实现。
所述系统还包括连接到所述支撑液压机112的输入侧118的液压箱126。由于所述液压蓄能器114也连接到所述支撑液压机112的输入侧118，所以在所述支撑液压机112的输入侧118和所述液压箱126之间布置止回阀130，并且所述止回阀130被布置在所述蓄能器114与所述支撑液压机112的输入侧118的连接点和所述液压箱126之间，以防止从所述液压蓄能器114到所述液压箱126的流动。在包括液压蓄能器114的情况下，所述液压系统100也可以被称为混合液压系统，其中所述液压蓄能器114能够被用于为所述工作液压装置110提供动力，并且其中能量可以借助于所述蓄能器114从所述工作液压装置110回收。
图2是概述用于控制所述液压系统100的方法的一般步骤的流程图。所述方法将进一步参考图3至图6来讨论，所述图3至图6示意性地示出液压系统100的各种操作模式。所述系统还包括控制单元(未示出)，其被配置成根据流动支撑模式、功率提升模式或充能模式中的操作来控制所述液压系统。当不使用所述蓄能器和支撑液压机时，所述阀116、120、124能够被假定为将关闭作为默认位置。
所述控制单元可以包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或另一可编程器件。所述控制单元也可以包括或替代地包括专用集成电路、可编程门阵列或可编程阵列逻辑、可编程逻辑器件或数字信号处理器。在所述控制单元包括诸如以上提及的微处理器、微控制器或可编程数字信号处理器这样的可编程装置的情况下，所述处理器还可以包括控制所述可编程器件的操作的计算机可执行代码。
所述方法包括控制S1所述液压系统，以在流动支撑模式S2、功率升压模式S3或充能模式S4下操作。图3所示的流动支撑模式S2包括打开所述流动支撑阀124、关闭所述排出阀116和充能阀120、以及将所述支撑液压机112作为泵操作，以提供从所述液压箱126到所述主压力管线108的液压流动。如由箭头302所示，主液压流动通过用作液压泵的所述主液压机102提供到所述主压力管线108。来自所述液压箱126的支撑流动由箭头304a至304c示出，其中所述液压流体从所述液压箱126被泵送、由所述支撑液压机112加压、并经由所述打开的流动支撑阀124提供到所述主压力管线108。所得到的到所述工作液压装置的组合流动由箭头306示出。
因此，如果所述发动机106不是满负荷，但是所述工作液压装置110所要求的液压流动超过所述主液压机102的最大可能液压流动，则所述流动支撑模式S2被用于经由所述支撑液压机112从所述液压箱126提供额外的流动。因此所述流动支撑模式S2的原理是通过并行操作所述主液压机102和所述液压支撑机器112单元来增加所述液压供应系统100的总排量。此外，由于如果所述发动机低于满负荷，则从所述液压箱126经由所述支撑液压机112提供流动支撑而不是从所述蓄能器114提供流动支撑，所以所述发动机负荷能够朝向所述发动机106的燃料效率更高的最佳工作点增加。
图4示意性地示出了在功率提升模式S3下操作所述系统100，其包括打开所述排出阀116和所述流动支撑阀124并关闭所述充能阀120，并且如果所述主压力管线108上的压力高于所述液压蓄能器114的压力，则将所述支撑液压机112作为泵操作，而且如果所述主压力管线108上的压力低于所述液压蓄能器114的压力，则将所述支撑液压机112作为马达操作。从所述液压蓄能器114到所述主压力管线的流动由箭头402a至402d示出。所述液压蓄能器114的最大压力优选地适于所述液压系统100的总体预期要求。
在功率提升模式S3中，从所述蓄能器114向所述液压系统100提供额外功率。如上所述，如果所述系统压力高于所述蓄能器压力，则所述支撑液压单元作为泵操作，其中所需的扭矩被提供在所述曲轴上。如果所述系统压力低于所述蓄能器压力，则所述支撑液压机作为马达操作，从而在所述曲轴104上提供额外的扭矩。在两种情况下，在所述支撑液压机112的输出侧122上的液压流动都被贡献给所述主压力管线108。因此，所述系统100能够提供从所述蓄能器114到所述主压力管线108的动力和液压流动两者。此外，通过控制所述支撑液压机112的旋转角度，来自所述蓄能器114的提升功率能够从0kW到最大提升功率被成比例地控制。为了确保所述主液压机102和所述支撑液压机112一起向所述主压力管线108提供所要求的流动的量，所述主液压机102的旋转角度适于所述支撑液压机112的旋转角度，使得组合流动306等于所要求的流动。
图5示出了功率提升模式的示例实施例，其中，经由所述充能阀120和流动支撑阀124从所述蓄能器114直接向所述主压力管线提供流动，从而绕过所述支撑液压机112。当所述蓄能器压力高于所述主压力管线108的压力时，这种操作模式是可能的。因此，所述充能阀120是允许沿两个方向的流动的双向阀。
图6示意性地示出了充能模式S4，其包括关闭所述排出阀116和所述流动支撑阀124并打开所述充能阀120，并将所述支撑液压机112作为泵操作，以向所述液压蓄能器114充能。在所述充能模式中，如由箭头600所示，通过所述主液压机102提供到所述工作液压装置的所有流动(如果需要的话)。从所述液压箱126到所述液压蓄能器114的液压流动由箭头602a至602c示出。所述蓄能器在低发动机负载期间有利地经由所述支撑液压机被充能。由于所述流动支撑阀124是关闭的，所以能够独立于在所述主压力管线108中的系统压力来执行充能。
借助于所述液压系统100，仅从所述蓄能器114获取特定任务所需的精确量的能量。此外，所述液压蓄能器114的充能和排出两者都能够独立于所述系统压力执行，这意味着不需要节流。所述系统100还非常适于与其它功能件一起使用以提高燃料效率，诸如从诸如动臂、摆动或行驶这样的不同功能件回收能量。
应当理解，本发明不限于以上所述和在附图中所示的实施例；而是，本领域技术人员将认识到，在所附权利要求书的范围内可以进行许多改变和修改。

Claims (15)

1.一种用于作业机械的液压系统(100)，所述系统包括：
主液压机(102)，所述主液压机(102)被连接到所述作业机械的发动机(106)的输出轴(104)，用于向所述作业机械的工作液压装置(110)提供动力；
主压力管线(108)，所述主压力管线(108)将所述主液压机连接到所述工作液压装置；
支撑液压机(112)，所述支撑液压机(112)被连接到所述输出轴；
液压蓄能器(114)；
排出阀(116)，所述排出阀(116)被连接在所述蓄能器与所述支撑液压机的输入侧(118)之间；
充能阀(120)，所述充能阀(120)被连接在所述支撑液压机的输出侧(122)和所述液压蓄能器之间，以选择性地允许从所述支撑液压机到所述液压蓄能器的流动；
流动支撑阀(124)，所述流动支撑阀(124)被连接在所述支撑液压机的所述输出侧与所述主压力管线之间，以选择性地允许从所述支撑液压机到所述主压力管线的流动；以及
液压箱(126)，所述液压箱(126)被连接到所述支撑液压机的所述输入侧。
2.根据权利要求1所述的液压系统，其中，所述支撑液压机是可变排量液压机。
3.根据权利要求1或2所述的液压系统，还包括主控制阀(128)，所述主控制阀(128)将所述主压力管线连接到所述工作液压装置。
4.根据权利要求1或2所述的液压系统，其中，所述充能阀是双向阀，并且所述排出阀和所述流动支撑阀是单向阀。
5.根据权利要求1或2所述的液压系统，还包括控制单元，所述控制单元被配置为控制所述液压系统以流动支撑模式、功率提升模式或充能模式操作，
其中，所述流动支撑模式包括：打开所述流动支撑阀，关闭所述排出阀和所述充能阀，以及将所述支撑液压机作为泵进行操作，以提供从所述箱到所述主压力管线的液压流动；
其中，所述功率提升模式包括：打开所述排出阀和所述流动支撑阀，并且关闭所述充能阀，并且如果所述主压力管线上的压力高于所述蓄能器的压力，则将所述支撑液压机作为泵进行操作，并且如果所述主压力管线上的压力低于所述蓄能器的压力，则将所述支撑液压机作为马达进行操作；并且
其中，所述充能模式包括：关闭所述排出阀和所述流动支撑阀，并且打开所述充能阀，以及将所述支撑液压机作为泵进行操作，以对所述蓄能器进行充能。
6.一种车辆，包括根据权利要求1至5中的任一项所述的液压系统。
7.一种用于控制作业机械的液压系统(100)的方法，所述液压系统包括：
主液压机(102)，所述主液压机(102)被连接到所述作业机械的发动机(106)的输出轴(104)，用于向所述作业机械的工作液压装置(110)提供动力；
主压力管线(108)，所述主压力管线(108)将所述主液压机连接到所述作业机械的工作液压装置；
支撑液压机(112)，所述支撑液压机(112)被连接到所述输出轴；
液压蓄能器(114)；
排出阀(116)，所述排出阀(116)被连接在所述蓄能器与所述支撑液压机的输入侧(118)之间；
充能阀(120)，所述充能阀(120)被连接在所述支撑液压机的输出侧(122)与所述蓄能器之间，以选择性地允许从所述支撑液压机到所述蓄能器的流动；
流动支撑阀(124)，所述流动支撑阀(124)被连接在所述支撑液压机的所述输出侧与所述主压力管线之间，以选择性地允许从所述支撑液压机到所述主压力管线的流动；以及
液压箱(126)，所述液压箱(126)被连接到所述支撑液压机的所述输入侧，其中，所述方法包括：
控制所述液压系统以流动支撑模式、功率提升模式或充能模式操作，
其中，所述流动支撑模式包括：打开所述流动支撑阀，关闭所述排出阀和所述充能阀，以及将所述支撑液压机作为泵进行操作，以从所述箱向所述主压力管线提供液压流；
其中，所述功率提升模式包括：打开所述排出阀和所述流动支撑阀，并且关闭所述充能阀，并且如果所述主压力管线上的压力高于所述液压蓄能器的压力，则将所述支撑液压机作为泵进行操作，并且如果所述主压力管线上的压力低于所述液压蓄能器的压力，则将所述支撑液压机作为马达进行操作；
其中，所述充能模式包括：关闭所述排出阀和所述流动支撑阀，并且打开所述充能阀，以及将所述支撑液压机作为泵进行操作，以对所述液压蓄能器进行充能。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括：如果发动机负载低于最大负载并且当请求的液压流高于所述主液压机的最大液压流时，控制所述液压系统处于所述流动支撑模式。
9.根据权利要求7或8所述的方法，还包括：如果当前发动机负载低于最大发动机负载并且当请求的液压流低于所述主液压机的最大液压流时，控制所述液压系统处于所述充能模式。
10.根据权利要求7或8所述的方法，其中，以功率提升模式操作所述液压系统还包括：如果所述主压力管线中的压力高于所述液压蓄能器的压力，则操作所述支撑液压机，以将从所述液压蓄能器接收的液压流体的压力增大至所述主压力管线的压力。
11.根据权利要求7或8所述的方法，其中，以功率提升模式操作所述液压系统还包括：如果所述主压力管线中的压力高于所述液压蓄能器的压力，则减小所述主液压机的排量。
12.根据权利要求7或8所述的方法，其中，以功率提升模式操作所述液压系统还包括：通过控制所述支撑液压机的旋转角度来控制所述支撑液压机的功率输出。
13.根据权利要求7或8所述的方法，还包括在启动/停止模式下操作所述液压系统，其中，所述排出阀和所述流动支撑阀被打开，并且所述充能阀被关闭，并且其中，所述支撑液压机作为马达操作，从而推进所述发动机的所述输出轴，以启动所述发动机。
14.一种包括程序代码装置的计算机程序，所述程序代码装置用于当所述计算机程序在计算机上运行时执行权利要求7至13中的任一项所述的方法。
15.一种携载计算机程序的计算机可读介质，所述计算机程序包括程序代码装置，当所述计算机程序在计算机上运行时，所述程序代码装置用于执行权利要求7至13中的任一项所述的方法。
CN201880090273.6A 2018-04-27 2018-04-27 用于作业机械的液压系统和控制液压系统的方法 Active CN111788355B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2018/060985 WO2019206434A1 (en) 2018-04-27 2018-04-27 A hydraulic hybrid system for a work machine and a method of controlling the hydraulic hybrid system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111788355A CN111788355A (zh) 2020-10-16
CN111788355B true CN111788355B (zh) 2022-08-26

Family

ID=62091895

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880090273.6A Active CN111788355B (zh) 2018-04-27 2018-04-27 用于作业机械的液压系统和控制液压系统的方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11885104B2 (zh)
EP (1) EP3784841B1 (zh)
CN (1) CN111788355B (zh)
WO (1) WO2019206434A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11512716B2 (en) * 2020-01-31 2022-11-29 Bosch Rexroth Corporation Hydraulic axis with energy storage feature

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013106431A2 (en) * 2012-01-09 2013-07-18 Eaton Corporation Propel circuit and work circuit combinations for a work machine
WO2014196905A1 (en) * 2013-06-03 2014-12-11 Volvo Construction Equipment Ab A power system for a working machine
WO2015117965A1 (en) * 2014-02-04 2015-08-13 Dana Italia Spa Controller for a series hydraulic hybrid transmission
CN105264149A (zh) * 2013-06-03 2016-01-20 沃尔沃建筑设备公司 用于工程机械的液压系统和用于控制液压系统的方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7444809B2 (en) * 2006-01-30 2008-11-04 Caterpillar Inc. Hydraulic regeneration system
US7690450B2 (en) * 2006-09-12 2010-04-06 Parker-Hannifin Corporation System for operating a hydraulically actuated device
US8909434B2 (en) 2011-06-29 2014-12-09 Caterpillar, Inc. System and method for controlling power in machine having electric and/or hydraulic devices
US20130098012A1 (en) * 2011-10-21 2013-04-25 Patrick Opdenbosch Meterless hydraulic system having multi-circuit recuperation
WO2014165361A1 (en) * 2013-04-02 2014-10-09 Parker-Hannifin Corporation Pump control method and system
EP2935907A1 (en) * 2012-12-19 2015-10-28 Eaton Corporation Control system for hydraulic system and method for recovering energy and leveling hydraulic system loads
CN105452678A (zh) * 2013-08-05 2016-03-30 住友重机械工业株式会社 挖土机
KR101500120B1 (ko) * 2013-08-09 2015-03-18 현대자동차주식회사 하이브리드 차량용 유압식 동력 전달 장치
JP2015090192A (ja) * 2013-11-06 2015-05-11 キャタピラー エス エー アール エル 流体圧回路および作業機械
US9458604B2 (en) * 2014-01-03 2016-10-04 Caterpillar Inc. Hybrid apparatus and method for hydraulic systems
JP6740132B2 (ja) * 2014-10-06 2020-08-12 住友重機械工業株式会社 ショベル
US9951795B2 (en) * 2015-03-25 2018-04-24 Caterpillar Inc. Integration of swing energy recovery and engine anti-idling systems
DE102015107857A1 (de) * 2015-05-19 2016-11-24 Linde Hydraulics Gmbh & Co. Kg Hydrostatisches Antriebssystem
JP6941517B2 (ja) * 2017-09-15 2021-09-29 川崎重工業株式会社 建設機械の油圧駆動システム

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013106431A2 (en) * 2012-01-09 2013-07-18 Eaton Corporation Propel circuit and work circuit combinations for a work machine
WO2014196905A1 (en) * 2013-06-03 2014-12-11 Volvo Construction Equipment Ab A power system for a working machine
CN105264149A (zh) * 2013-06-03 2016-01-20 沃尔沃建筑设备公司 用于工程机械的液压系统和用于控制液压系统的方法
WO2015117965A1 (en) * 2014-02-04 2015-08-13 Dana Italia Spa Controller for a series hydraulic hybrid transmission
CN105980185A (zh) * 2014-02-04 2016-09-28 意大利德纳股份有限公司 用于串联液压混合动力传动的控制器

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019206434A1 (en) 2019-10-31
EP3784841A1 (en) 2021-03-03
EP3784841B1 (en) 2022-10-19
CN111788355A (zh) 2020-10-16
US20210363729A1 (en) 2021-11-25
US11885104B2 (en) 2024-01-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2639750C (en) Hydraulic drive system
US8347998B2 (en) Working machine with one or more electric machines for driving, braking, and/or generating power and a method for operating such a working machine
US9611619B1 (en) Hydraulic hybrid circuit with energy storage for excavators or other heavy equipment
KR102015094B1 (ko) 선회 구동 시스템
US20120233991A1 (en) Multi-function machines, hydraulic systems therefor, and methods for their operation
US20080223631A1 (en) Working Machine
US20150368879A1 (en) Combined Hydraulic Implement and Propulsion Circuit with Hybrid Energy Capture and Reuse
WO2013052293A1 (en) Energy system for heavy equipment
US8839617B2 (en) System and method for controlling charging of an accumulator in an electro-hydraulic system
US9850918B2 (en) Hydraulic system for a working machine and a method for controlling a hydraulic system
CN111788355B (zh) 用于作业机械的液压系统和控制液压系统的方法
JP3875900B2 (ja) 建設機械の動力装置
US11821442B2 (en) Hydraulic energy handling system, a hydraulic parallel hybrid driveline and a working machine
US11846086B2 (en) Hydraulic system and a method for controlling a hydraulic system of a working machine
CN112912631B (zh) 用于作业机械的液压系统
US11060262B2 (en) Drive system for a working machine and a method for controlling the drive system
CN102548786B (zh) 升降机系统和方法以及包括该系统的运输工具
KR20080073699A (ko) 작업기계 및 작업기계를 작동하는 방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant