CN113677857A - 液压机械 - Google Patents

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Abstract

一种液压机械，可以包括：动臂致动器(313)，该动臂致动器包括大腔室(313a)和小腔室(313b)；储箱(101)；以及能量回收回路(500)，该能量回收回路设置在动臂致动器(313)与储箱(101)之间，其中，能量回收回路(500)包括：排放阀(513)，该排放阀设置在大腔室(313a)与储箱(101)之间，以允许或阻止流体从大腔室流动到储箱；再生阀(509)，该再生阀将大腔室(313a)和小腔室(313b)连接，以允许或阻止流体从大腔室流动到小腔室；回收部分(525)，该回收部分用于回收能量；以及第一阀(517)，该第一阀设置在大腔室(313a)与回收部分(525)之间，以允许或阻止流体从大腔室流动到该回收部分。

Description

液压机械
技术领域
本公开涉及一种液压机械，更具体地，涉及一种能够有效地回收从动臂致动器排出的能量的液压机械。
背景技术
液压机械是一种构造成通过向作业装置(的致动器)供应高压流体来执行作业的设备。为了提高液压机械的燃料效率，已经提出了一种回收从动臂致动器排出的流体中含有的能量的技术。然而，现有技术的液压机械不具有高的能量回收效率，因此需要提高回收效率。
发明内容
技术问题
因此，已经考虑到现有技术中出现的上述问题做出了本公开，并且本公开旨在提高能量回收效率。
技术方案
为了实现上述目的中的至少一个，根据本公开的一方面，液压机械可以包括：动臂致动器，该动臂致动器包括大腔室和小腔室；储箱；能量回收回路，该能量回收回路设置在动臂致动器与储箱之间，该能量回收回路包括：排放阀，该排放阀设置在大腔室与储箱之间以允许或阻止流体从大腔室流动到储箱；再生阀，该再生阀将大腔室和小腔室连接以允许或阻止流体从大腔室流动到小腔室；回收单元，该回收单元回收能量；以及第一阀，该第一阀设置在大腔室与回收单元之间以允许或阻止流体从大腔室流向回收单元。
在一些实施例中，在动臂下降操作中，排放阀可以被操作成阻止流体从大腔室流动到储箱。在一些实施例中，在动臂下降操作中，再生阀可以被操作成允许流体从大腔室流动到小腔室，并且第一阀可以被操作成允许流体从大腔室流向回收单元。
该液压机械还可以包括设置在动臂致动器与储箱之间的能量消耗回路。该能量消耗回路可以包括：泵；和控制阀，该控制阀设置在动臂致动器与所述泵之间，以允许或阻止流体从所述泵流动到动臂致动器以及允许或阻止流体从动臂致动器流动到储箱。
有益效果
根据实施例，本公开可以获得上述目的。
附图说明
图1是示出了根据一些实施例的液压机械的外观的示意图；
图2是示出了根据一些实施例的液压机械的回路图；
图3是示出了根据一些实施例的液压机械的回路图；
图4是示出了根据一些实施例的液压机械中的再生阀、第一阀、第二阀和排放阀在动臂下降操作中的开口面积的曲线图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图来详细描述本公开的实施例。
图1是示出了根据一些实施例的液压机械的外观的示意图。
液压机械可以通过利用液压压力致动作业装置300来执行作业。在一些实施例中，该液压机械可以是建筑机械。
在一些实施例中，该液压机械可以是如图1所示的挖掘机。该液压机械可以包括上部结构100、下部结构200和作业装置300。
下部结构200包括允许该液压机械行进的行进致动器。该行进致动器可以是液压马达。
上部结构100可以包括泵、工作流体储箱、动力源、控制阀等。此外，上部结构100可以包括回转致动器，该回转致动器允许上部结构100相对于下部结构200旋转。该回转致动器可以是液压马达。
作业装置300允许挖掘机执行作业。作业装置300可以包括动臂111、斗杆121和铲斗131、以及分别致动所述动臂111、斗杆121和铲斗131的动臂致动器113、斗杆致动器123和铲斗致动器133。动臂致动器113、斗杆致动器123和铲斗致动器133可以分别是液压缸。
图2是示出了根据一些实施例的液压机械的回路图。
在一些实施例中，该液压机械可以包括动臂致动器313、能量回收回路500、储箱101和控制器107。能量回收回路500可以设置在动臂致动器313与储箱101之间。在一些实施例中，该液压机械可以包括能量消耗回路400。能量消耗回路400可以设置在动臂致动器313与储箱101之间。
能量回收回路500可以连接到动臂致动器313，以回收从动臂致动器313排出的流体中含有的能量。在一些实施例中，能量回收回路500可以包括排放阀513、再生阀509、第一阀517和回收单元525。
能量消耗回路400是连接到动臂致动器313以将高压流体供应到动臂致动器313并使从动臂致动器313排出的流体返回到储箱101的回路。在一些实施例中，能量消耗回路400可以包括动力源401、主泵和控制阀409。该主泵可以将加压流体引导到动臂致动器313。动力源401可以驱动该泵。在一些实施例中，动力源401可以包括发动机。
在一些实施例中，该液压机械可以被构造成在正常时间使用能量消耗回路400来致动所述作业装置并在打算执行混合动力功能(hybrid function)时使用能量回收回路500来回收能量。
在一些实施例中，动力源401可以通过经由主轴405将动力供应到主泵来驱动所述主泵。所述主泵可以对流体加压并将加压流体引导到动臂致动器313。动臂致动器313可以从主泵接收加压流体并使流体朝向储箱101返回。动臂致动器313可以通过将从主泵接收的加压流体的力提供到动臂来致动所述动臂。
在一些实施例中，动臂致动器313可以是液压缸，并且可以包括大腔室313a和小腔室313b。因为连接到动臂的活塞杆延伸穿过小腔室313b，由于活塞杆所占据的面积，所以小腔室313b内的流体与活塞接触的面积小于大腔室313a内的流体与活塞接触的面积。还参考图1，在动臂被降低的动臂下降操作中，活塞杆也被降低。因此，流体进入小腔室313b，同时从大腔室313a排出流体。
控制阀409可以将所述主泵、储箱101和动臂致动器313连接，以控制流体在它们之间的流动方向。在一些实施例中，控制阀409可以移动到中性位置、第一非中性位置或第二非中性位置。当控制阀409处于中性位置时，控制阀409可以被操作成不与动臂致动器313流体连通并且使已从主泵流出的流体通过中央旁通路径返回到储箱101。当控制阀409处于第一非中性位置时，控制阀409可以阻止已从主泵流出的流体通过中央旁通路径返回到储箱101，可以将已从主泵流出的流体引导到小腔室313b，并将已从大腔室313a流出的流体引导到储箱101，从而使动臂向下移动。当控制阀409处于第二非中性位置时，控制阀409可以阻止已从主泵流出的流体通过中央旁通路径返回到储箱101，可以将已从主泵流出的流体引导到大腔室313a，并将已从小腔室313b流出的流体引导至储箱101，从而使动臂向上移动。
在一些实施例中，该液压机械可以包括第一操作者输入装置105以移动控制阀409。操作者可以通过操作第一操作者输入装置105来输入他/她的升高或降低动臂的请求。虽然在一些实施例中第一操作者输入装置105可以是操纵杆(lever)，但本公开不限于此。
在一些实施例中，第一操作者输入装置105可以是电输入装置，并且可以生成与操作者的请求相对应的电信号并将该电信号传输到控制器107。在一些实施例中，该液压机械可以包括先导泵115和电子比例减压阀117。当接收到来自第一操作者输入装置105的电信号时，控制器107可以通过向电子比例减压阀117传输控制信号而响应地操作电子比例减压阀117。当电子比例减压阀117处于第一位置时，电子比例减压阀117可以通过将已从先导泵115流出的先导流体引导到控制阀409来操作控制阀409。当电子比例减压阀117处于第二位置时，该电子比例减压阀可以防止先导流体从先导泵115流动到控制阀409并允许提供给控制阀409的先导流体排放。
排放阀513可以设置在大腔室313a与储箱101之间，以允许或阻止流体从大腔室313a流动到储箱101。再生阀509可以将大腔室313a和小腔室313b连接，以允许或阻止流体从大腔室313a流动到小腔室313b。第一阀517可以设置在大腔室313a与回收单元525之间，以允许或阻止流体从大腔室313a流向回收单元525。
回收单元525是回收功率的部件。在一些实施例中，回收单元525可以是液压马达(例如，辅助马达)。该辅助马达可以通过为动力源401提供所回收的功率来辅助动力源401。在此方面，在一些实施例中，该液压机械可以包括动力传动装置(power transmission)。该动力传动装置可以连接到泵、动力源401和辅助马达，以在它们之间传递动力。在一些实施例中，该动力传动装置可以包括将所述动力源和所述泵连接的主轴405、连接到辅助马达的辅助轴527、以及动力传动部119。
在一些实施例中，动力传动部119可以包括如图2所示的齿轮系。然而，本公开不限于此，而是可以包括各种其他实施例。
在一些实施例中，该液压机械可以包括第二操作者输入装置106，该第二操作者输入装置106被构造成接收由操作者输入的启用或停用混合动力功能的请求。当启用混合动力功能的请求被输入到第二操作者输入装置106时，控制器107可以控制电子比例减压阀117，使得先导流体不被供应到控制阀409。以这种方式，控制器107可以将控制阀409移动到中性位置，从而防止流体在动臂致动器313与能量消耗回路400之间流动。因此，在混合动力功能被启用的情况下，可以仅通过其自身重量引起动臂下降操作，而无需由所述泵供应压力流体。当停用混合动力功能的请求被输入到第二操作者输入装置106时，控制器107可以通过移动排放阀513、再生阀509、和第一阀517来防止流体在动臂致动器313与能量回收回路500之间流动。
在一些实施例中，在动臂被降低的动臂下降操作中，排放阀513可以被操作以阻止流体从大腔室313a流动到储箱101。在动臂下降操作中，再生阀509可以被操作以允许流体从大腔室313a流动到小腔室313b。在动臂下降操作中，第一阀517可以被操作以允许流体从大腔室313a流动到回收单元525。
在动臂下降操作中，当再生阀509打开时，执行再生。此时，当排放阀513未打开时，由于从动臂致动器313的大腔室313a排出的全部流体无法进入小腔室313b，并且施加到作业装置的负载增大，所以液压回路中的总压力升高。以这种方式，利用这种物理现象(即，增压)(例如，以大腔室313a与小腔室313b之间的有效面积比(例如，约1:2))来提高能量回收回路500中的总压力。当压力升高时，功率也根据以下公式增加了：功率＝压力X流速。因此，可以在相同的流速下获得更高的功率，因而可以获得以下优点。
例如，在动臂下降操作中，压力通常被控制为约100巴。此时，动臂致动器313的速度(即，流速)约为300Lpm，由此可以计算出功率约为50KW。当压力升高到约200巴时，以同样的流速可以获得100KW的更高功率。
因此，可以利用具有有限尺寸的蓄能器508来获得更高的功率，并且可以在动臂致动器313的短操作时间内获得更大的能量回收率。因而，可以减少供应到辅助马达的流体的量，由此可以减小该马达的尺寸。因而，可以降低蓄能器508和该马达的成本。
在一些实施例中，能量回收回路500可以包括第一管线501和第二管线503。第一管线501可以将大腔室313a和储箱101连接，以允许流体从大腔室313a流动到储箱101。第二管线503可以连接到小腔室313b。
在一些实施例中，排放阀513可以设置在第一管线501上，以允许或阻止流体从大腔室313a通过第一管线501流动到储箱101。在一些实施例中，再生阀509可以在大腔室313a与排放阀513之间的位置处连接到第一管线501，并且连接到第二管线503，以允许或阻止流体从第一管线501流动到第二管线503。
在一些实施例中，能量回收回路500可以包括将大腔室313a和回收单元525连接的回收管线523。在一些实施例中，回收管线523可以在大腔室313a与排放阀513之间的位置处连接到第一管线501，并且连接到回收单元525，以允许流体从第一管线501流动到回收单元525。在一些实施例中，第一阀517可以设置在回收管线523上。第一阀517可以允许或阻止流体从第一管线501通过回收管线523流向回收单元525。
在一些实施例中，能量回收回路500可以包括设置在回收管线523上的第二阀521。第二阀521可以允许或阻止流体从第一阀517流动到回收单元525。在动臂下降操作中，第二阀521可以被操作以允许流体流动到回收单元525。
在一些实施例中，在动臂下降操作中，控制器107可以分别控制再生阀509、第一阀517、第二阀521和排放阀513的开口面积，如图4所示。在动臂下降操作中，从大腔室313a排出的高压流量的大约一半通过再生阀509再生，并且其余的流量流过第一阀517，然后被存储在蓄能器508中。所存储的流量流过第二阀521，然后被供应到回收单元525。这里，根据再生阀509、第一阀517和第二阀521被控制成具有多大开口面积来确定动臂下降能量是否损失。在一些实施例中，在动臂下降操作中(即，当接收到由操作者通过第一操作者输入装置105输入的动臂下降操作请求时)，控制器107可以将再生阀509和第一阀517打开至最大程度，以最小化压力损失并关闭排放阀513。此外，在动臂下降操作的早期阶段(即，当接收到由操作者通过第一操作者输入装置105输入的动臂下降操作请求时)，控制器107可以考虑到辅助马达的基本损失而将第二阀521的开口面积控制为小于再生阀509的开口面积和第一阀517的开口面积。之后，控制器107可以控制第二阀521打开至最大程度，以符合动臂下降操作的特性。
在一些实施例中，能量回收回路500还可以包括蓄能器508，该蓄能器508在第一阀517与第二阀521之间的位置处连接到回收管线523。
在一些实施例中，该液压机械可以包括测量大腔室313a内的第一压力的第一传感器507和测量小腔室313b内的第二压力的第二传感器505。
之前未描述的附图标记511表示阀，而之前未描述的附图标记519表示压力传感器。
图3是示出了根据一些实施例的液压机械的回路图。
在一些替代实施例中，第一操作者输入装置105可以是包括内置减压阀(未示出)的液压输入装置，并且该液压机械可以包括辅助阀117a。在这些实施例中，先导泵115可以连接到第一操作者输入装置105的减压阀，并且该减压阀可以将与通过第一操作者输入装置105输入的操作者请求相对应的液压信号传输到辅助阀117a。在一些实施例中，该液压机械可以包括测量由该减压阀传输到辅助阀117a的液压信号的压力的传感器，并且该传感器可以生成与所述液压信号相对应的电信号并将该电信号提供给控制器107。因此，即使在控制器107未直接连接到第一操作者输入装置105的情况下，控制器107也可以确定操作者已经输入了什么请求，即，输入了动臂下降操作请求还是输入了动臂上升操作请求。当通过第二操作者输入装置106输入了停用混合动力功能的请求时，由第一操作者输入装置105生成的液压信号可以通过辅助阀117a传输到控制阀409。然而，当通过第二操作者输入装置106输入了启用混合动力功能的请求时，控制器107可以控制辅助阀117a使得先导流体不被供应到控制阀409。以这种方式，控制器107可以将控制阀409移动到中性位置，从而防止流体在动臂致动器313与能量消耗回路400之间流动。

Claims (14)

1.一种液压机械，包括：
动臂致动器，所述动臂致动器包括大腔室和小腔室；
储箱；
能量回收回路，所述能量回收回路设置在所述动臂致动器与所述储箱之间，所述能量回收回路包括：
排放阀，所述排放阀设置在所述大腔室与所述储箱之间，以允许或阻止流体从所述大腔室流动到所述储箱；
再生阀，所述再生阀将所述大腔室和所述小腔室连接，以允许或阻止流体从所述大腔室流动到所述小腔室；
回收单元，所述回收单元回收能量；以及
第一阀，所述第一阀设置在所述大腔室与所述回收单元之间，以允许或阻止流体从所述大腔室流向所述回收单元。
2.根据权利要求1所述的液压机械，其中，在动臂下降操作中，所述排放阀被操作成阻止流体从所述大腔室流动到所述储箱。
3.根据权利要求1所述的液压机械，其中，在动臂下降操作中，所述再生阀被操作成允许流体从所述大腔室流动到所述小腔室，并且所述第一阀被操作成允许流体从所述大腔室流向所述回收单元。
4.根据权利要求1所述的液压机械，还包括能量消耗回路，所述能量消耗回路设置在所述动臂致动器与所述储箱之间，所述能量消耗回路包括：
泵；以及
控制阀，所述控制阀设置在所述动臂致动器与所述泵之间，以允许或阻止流体从所述泵流动到所述动臂致动器以及允许或阻止流体从所述动臂致动器流动到所述储箱。
5.根据权利要求4所述的液压机械，还包括第二操作者输入装置，所述第二操作者输入装置被构造成接收操作者的启用或停用混合动力功能的请求，
其中，当启用所述混合动力功能的请求被输入到所述第二操作者输入装置时，所述液压机械阻止流体在所述动臂致动器与所述能量消耗回路之间的流动，并且
当停用所述混合动力功能的请求被输入到所述第二操作者输入装置时，所述液压机械阻止流体在所述动臂致动器与所述能量回收回路之间的流动。
6.根据权利要求5所述的液压机械，其中，当启用所述混合动力功能的请求被输入到所述第二操作者输入装置时，所述控制阀被操作成阻止流体在所述动臂致动器与所述能量消耗回路之间的流动，并且
当停用所述混合动力功能的请求被输入到所述第二操作者输入装置时，所述排放阀、所述再生阀和所述第一阀被操作成阻止流体在所述动臂致动器与所述能量回收回路之间的流动。
7.根据权利要求6所述的液压机械，还包括：
第一操作者输入装置，所述第一操作者输入装置被构造成接收操作所述动臂致动器的请求，并且响应于所述请求而生成用于操作所述控制阀的先导液压信号；以及
辅助阀，所述辅助阀设置在所述第一操作者输入装置与所述控制阀之间，以允许将由所述第一操作者输入装置生成的所述先导液压信号施加到所述控制阀或者防止将由所述第一操作者输入装置生成的所述先导液压信号施加到所述控制阀，
其中，当启用所述混合动力功能的请求被输入到所述第二操作者输入装置时，所述辅助阀被操作成防止将所述先导液压信号施加到所述控制阀。
8.根据权利要求1所述的液压机械，还包括第二操作者输入装置，所述第二操作者输入装置被构造成接收操作者的启用或停用混合动力功能的请求，
其中，当停用所述混合动力功能的请求被输入到所述第二操作者输入装置时，所述液压机械阻止流体在所述动臂致动器与所述能量回收回路之间的流动。
9.根据权利要求8所述的液压机械，其中，当停用所述混合动力功能的请求被输入到所述第二操作者输入装置时，所述排放阀、所述再生阀和所述第一阀被操作成阻止流体在所述动臂致动器与所述能量回收回路之间的流动。
10.根据权利要求1所述的液压机械，其中，所述能量回收回路还包括：
第一管线，所述第一管线将所述大腔室和所述储箱连接，以允许流体从所述大腔室流动到所述储箱；
第二管线，所述第二管线连接到所述小腔室；以及
回收管线，
其中，所述排放阀设置在所述第一管线上，以允许或阻止流体从所述大腔室流动到所述储箱，
所述再生阀在所述大腔室与所述排放阀之间的位置处连接到所述第一管线，并且连接到所述第二管线，以允许或阻止流体从所述第一管线流动到所述第二管线，
所述回收管线在所述大腔室与所述排放阀之间的位置处连接到所述第一管线，并且连接到所述回收单元，以允许流体从所述第一管线流向所述回收单元，并且
所述第一阀设置在所述回收管线上，以允许或阻止流体从所述第一管线流向所述回收单元。
11.根据权利要求1所述的液压机械，其中，所述能量回收回路还包括：
回收管线，所述回收管线将所述大腔室和所述回收单元连接；
第二阀，所述第二阀设置在所述回收管线上，以允许或阻止流体流动到所述回收单元；以及
蓄能器，所述蓄能器连接到所述回收管线，
其中，所述第一阀设置在所述回收管线上，
所述第二阀设置在所述第一阀与所述回收单元之间，并且
所述蓄能器在所述第一阀与所述第二阀之间的位置处连接到所述回收管线。
12.根据权利要求11所述的液压机械，其中，在动臂下降操作中，所述第二阀被操作成允许流体流动到所述回收单元。
13.根据权利要求11所述的液压机械，其中，在动臂下降操作中，
所述排放阀被关闭以阻止流体从所述大腔室流动到所述储箱，并且
所述再生阀被打开以允许流体从所述大腔室流动到所述小腔室，所述第一阀被打开以允许流体从所述大腔室流向所述回收单元，所述第二阀被打开以允许流体流动到所述回收单元，并且在所述动臂下降操作的早期阶段，所述第二阀的开口面积小于所述再生阀的开口面积或所述第一阀的开口面积。
14.根据权利要求1所述的液压机械，其中，所述回收单元是液压马达，
所述液压机械还包括：
泵，所述泵将加压流体引导到所述动臂致动器；
动力源，所述动力源驱动所述泵；以及
动力传动装置，所述动力传动装置连接到所述泵、所述动力源和所述液压马达，以在所述动力源、所述液压马达与所述泵之间传递动力。
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