用于回收能量和平衡液压系统负载的系统和方法
【专利摘要】公开了一种包括蓄压器和液压变换器的液压系统。液压变换器包括装设在可旋转的轴上的第一和第二可变排量泵/马达单元。可旋转的轴具有适合于连接到外部负载的端部。第一可变排量泵/马达单元包括流体地连接到泵的第一侧和流体地连接到罐的第二侧。第二可变排量泵/马达单元包括流体地连接到蓄压器的第一侧和流体地连接到罐的第二侧。
【专利说明】用于回收能量和平衡液压系统负载的系统和方法
[0001]对相关申请的交叉引用
[0002]本申请在2012年8月10日作为PCT国际专利申请提交，除美国以外的所有指定国 申请人:为名称为伊顿公司的美国公司，并且仅指定美国的 申请人:为美国公民AaronHertzel Jagoda，并且要求2011年8月12日提交的美国专利申请系列号N0.61/523，099的优先权，该申请的公开内容通过全文引用的方式并入本文中。
【背景技术】
[0003]移动式机械设备(例如，挖掘机)通常包括液压系统，该液压系统具有用于为各种活动机器构件(例如，联动装置、履带、旋转接头等)提供动力的液压驱动的线性和旋转致动器。典型地，线性致动器包括液压缸并且旋转致动器包括液压马达。通过操纵机器控制系统的用户接口，机器操作员可以控制各种机器构件的运动。
[0004]典型的移动式机械设备包括用作用于该移动式机械设备的总动力源的原动机(例如，柴油发动机、火花点火发动机、电动机等)。通常，原动机为一个或多个液压泵提供动力，所述液压泵提供用于驱动该机械设备的活动机器构件的加压液压流体。原动机典型地需要确定尺寸为满足系统的峰值功率需求。由于原动机设计成满足峰值功率需求，故原动机在平均工作负载下通常不会以峰值效率运转。
[0005]上述类型的活动液压构件的操作的特征可以在于频繁的加速和减速(例如，超限运行(overrun)的液压负载)。由于节流，常常存在与减速相关的大量能量损失。需要改进的用于回收与此类减速相关的能量损失的系统。
【发明内容】
[0006]本发明的一个方面涉及用于有效地回收和利用来自超限运行的液压负载的能量的系统和方法。
[0007]本发明的另一方面涉及用于通过在低加载期间有效地储存能量并且在高加载期间有效地释放所储存的能量来平衡(均衡，调整，leveling)液压系统上的负载从而允许针对平均功率需求而不是针对峰值功率需求来确定原动机的尺寸的系统和方法。此类系统和方法还允许原动机以允许优化原动机的运转效率的更一致的运转状态运行。
[0008]本发明的又一方面涉及一种液压系统，该液压系统包括能提供对抗外部负载的轴功的液压变换器。在某些实施例中，离合器可以用于使输出轴与外部负载接合和分离以使得该单元还可以用作独立的液压变换器。
[0009]下面的描述将陈述各种另外的方面。这些方面会涉及单独的特征和特征的组合。应理解，前文的大体描述和下文的详细描述只是示例性和说明性的，且并非对文中公开的实施例所基于的宽泛概念加以限制。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是根据本发明的原理的第一液压系统的示意图；[0011]图2是示意性地示出了图1的第一液压系统可以运转的各种运转模式的矩阵表；
[0012]图3-11示出了以在图2的矩阵表中概括的各种运转模式运转的图1的第一液压系统；
[0013]图12是根据本发明的原理的第二液压系统的示意图；
[0014]图13-21示出了以在图2的矩阵表中概括的各种运转模式运转的第二液压系统；
[0015]图22和23是示出了根据本发明的原理的第三液压系统的两种运转构型的示意图；
[0016]图24和25示出了一台移动式挖掘设备，该挖掘设备是根据本发明的原理的液压系统可以用在其上的一类机器的示例；以及
[0017]图26和27是示出了根据本发明的原理的第三液压系统的两种运转构型的示意图。
【具体实施方式】
[0018]现将对在附图中示出的本发明的方面进行详细说明。在所有可能的情况下，所有附图中将使用相同的附图标记来表示相同或相似的结构。
[0019]图1示出了根据本发明的原理的系统10。系统10包括由原动机14 (例如，柴油发动机、火花点火发动机、电动机或其它动力源)驱动的可变排量泵12。可变排量泵12包括从罐18 (B卩，低压储器)抽吸低压液压流体的入口 16。可变排量泵12还包括出口 20，高压液压流体经该出口输出。出口 20优选流体地联接到多个不同工作负载回路。例如，出口20被示出为联接到第一负载回路22和第二负载回路24。第一负载回路22包括液压变换器26，该液压变换器包括第一端口 28、第二端口 30和第三端口 32。液压变换器26的第一端口 28流体地连接到可变排量泵12的出口 20并且还流体地连接到第二负载回路24。第二端口 30流体地连接到罐18。第三端口 32流体地连接到液压蓄压器34。液压变换器26还包括联接到外部负载38的输出/输入轴36。离合器40可以用于选择性地使输出/输入轴36与外部负载38接合以及使输出/输入轴36与外部负载38分离。当离合器40使输出/输入轴36与外部负载38接合时,转矩在输出/输入轴36和外部负载38之间传递。相反，当离合器40使输出/输入轴36与外部负载38分离时，没有转矩在输出/输入轴36和外部负载38之间传递。在离合器40和外部负载38之间可以设置有齿轮减速装置。
[0020]系统10还包括与原动机14、可变排量泵12和液压变换器26接口的电子控制器42。应了解的是，电子控制器42还可以与遍及系统10设置的各种其它传感器和其它数据源接口。例如，电子控制器42可以与结合在系统10中以测量蓄压器34中的液压压力、由可变排量泵12向第一回路22和第二回路24提供的液压压力、液压变换器26的泵侧和罐侧压力以及其它压力的压力传感器接口。此外，控制器42可以与感测输出/输入轴36的转速的转速传感器接口。另外，电子控制器42可以用于监视原动机14上的负荷并且可以控制在由原动机14提供动力的驱动轴13的特定转速下跨可变排量泵12的液压流体流量。在一个实施例中，轴每旋转一圈跨可变排量泵12的液压流体排量可以通过改变可变排量泵12的旋转斜盘44的位置来改变。控制器42还可以与离合器40接口以允许操作员选择性地使变换器26的输出/输入轴36与外部负载38接合和分离。
[0021]电子控制器42可以控制液压变换器26的操作以提供负荷平衡功能，该负荷平衡功能允许原动机14以一致的运转状态(即，稳定的运转状态)运行，由此有助于提高原动机14的总体效率。负荷平衡功能可以通过在原动机14低加载期间有效地将能量储存在蓄压器34中并且在原动机14高加载期间有效地释放所储存的能量来提供。这允许针对平均功率需求而不是峰值功率需求来确定原动机14的尺寸。
[0022]图2示出了矩阵表50，该矩阵表示意性地示出了可以由电子控制器42用于控制系统10的运转的控制逻辑的概览。应了解的是，矩阵表50为简化版并且未考虑某些因素如蓄压器34的充入状态。该控制逻辑/架构的主要目标是维持原动机14以一般负荷水平运行，从而允许原动机14更有效的运转。该控制逻辑/架构还可以减小系统峰值功率需求，由此允许使用更小的原动机。这通过使用蓄压器34和变换器26从由原动机14提供动力的第一工作回路回收能量并使用所回收的能量作为用于驱动由原动机14提供动力的第二工作回路的功率补充来完成。蓄压器34和变换器26还可以用于缓冲由原动机14产生的能量。蓄压器34和变换器26还可以用于以可以消除液压节流的方式回收与负荷减速相关的能量。
[0023]参照图2，矩阵表50包括多个水平行和多个竖向列。例如，水平行包括与原动机14的低加载状态对应的第一行52、与原动机14的目标加载状态对应的第二行54、和与原动机14的高加载状态对应的第三行56。竖向列包括第一列58、第二列60、和第三列62。第一列58表示变换器26正在提供其中转矩经离合器40从输出/输入轴36传递到外部负载38的马达驱动功能的状态。第二列60表不输出/输入轴36通过离合器40与外部负载38分离的状态。第三列62表变换器26正在提供其中转矩经输出/输入轴36从外部负载38传回的泵送功能的状态。
[0024]矩阵表50的框64表不这样一种运转状态/模式，在该运转状态/模式下，原动机14处在低负荷下并且液压变换器26正在提供其中转矩经输出/输入轴36传递到外部负载38的马达驱动功能。当电子控制器42从操作员接口 43 (例如，控制面板、操纵杆、拨片(toggle)、开关、控制杆等)接收指示电子控制器42通过输出/输入轴36的旋转使外部负载38加速或以其它方式驱动外部负载38的指令时，系统10以该模式运转。在该模式/状态下，控制器42将液压变换器26的运转控制成使得来自可变排量泵12的一部分液压流体压力用于驱动输出/输入轴36并且来自可变排量泵12的液压流体压力的其余部分用于对蓄压器34进行充入(参看图3)。
[0025]矩阵表50的框66表不其中原动机14正在低负荷下运转并且输出/输入轴36与外部负载38分离的运转模式/状态。在该模式/状态下，控制器42将液压变换器26的运转控制成使得变换器26用作独立的变换器，其中来自可变排量泵12的所有过剩液压流体压力(例如，第二工作回路24不需要的过剩动力)都用于对蓄压器34进行充入(参看图4)。这样，变换器26和蓄压器34提供其中来自原动机14的否则未使用的能量被储存以便随后使用的能量缓冲功能。
[0026]矩阵表50的框68表不这样一种运转模式/状态,在该模式/状态下，原动机14处在低负荷下并且变换器26正用作其中转矩经输出/输入轴36传递到变换器26中的泵。当电子控制器42从操作员接口 43接收指示电子控制器42使外部负载38的旋转减速的指令时，系统10在该模式/状态下运转。这形成了其中与外部负载38的运动对应的能量(例如，惯性能量)转化为转矩并经输出/输入轴36传递到变换器26中的超限运行状态。在该状态下，电子控制器42将变换器26控制成使得变换器26提供将从外部负载38的惯性能量衍生的转矩转化为用于对蓄压器34进行充入的液压能量的泵送功能(参看图5)。随着能量被传递到蓄压器34，变换器26用于制动输出/输入轴36的旋转以实现期望的减速。在该模式/状态下，电子控制器42还可以将变换器26控制成使得来自可变排量泵12的过剩能量同时用于对蓄压器34进行充入。
[0027]矩阵表50的框70表不这样一种模式/状态，在该模式/状态下，原动机14正以目标负荷运转并且液压变换器26正提供其中输出/输入轴36驱动外部负载38的马达驱动功能。在该模式/状态下，电子控制器42将变换器26控制成使得来自可变排量泵12的能量用于驱动输出/输入轴36并且没有能量传递到蓄压器34 (参看图6)。
[0028]框72表不其中原动机14处在目标负荷下并且输出/输入轴36与外部负载38分离的模式/状态。在该模式/状态下，电子控制器42将变换器26控制成使得没有能量经液压变换器26传递(参看图7)。
[0029]矩阵表50的框74表示原动机14处在目标负荷下并且变换器26正用作其中转矩经输出/输入轴36传递到变换器26中的泵的模式/状态。当电子控制器42从操作员接口 43接收指示电子控制器42使外部负载38的旋转减速的指令时，系统10在该模式/状态下运转。这形成了其中与外部负载38的运动对应的能量(例如，惯性能量)转化为转矩并经输出/输入轴36传递到变换器26中的超限运行状态。在该模式/状态下，电子控制器42将变换器26控制成使得变换器26提供将从外部负载38的惯性能量衍生的转矩转化为用于对蓄压器34进行充入的液压能量的泵送功能(参看图8)。随着能量传递到蓄压器34，变换器26用于制动输出/输入轴36的旋转以实现期望的减速。
[0030]矩阵表50的框76表示原动机14正在高负荷下运转并且变换器26提供其中输出/输入轴36驱动外部负载38的马达驱动功能的运转模式/状态。在该模式/状态下，控制器42将变换器26控制成使得来自蓄压器34的能量用于使输出/输入轴36旋转以驱动外部负载38。此外，变换器26被控制器42控制成使得来自蓄压器34的过剩能量可以同时朝可变排量泵12和第二负载回路24传回(参看图9)以协助平衡/减小原动机14上的负荷。
[0031]矩阵表50的框78表不原动机14正在高负荷状态下运转并且输出/输入轴36与外部负载38分离的运转模式/状态。在该状态下，电子控制器42将变换器26控制成使得来自蓄压器34的能量经液压变换器26朝泵12和第二负载回路24引回以用在第二负载回路24 (参看图10)，从而协助平衡/减小原动机14上的负荷。应了解的是,泵12和第二负载回路24可以称为总液压系统10的“系统侧”。
[0032]矩阵表50的框80表示原动机14正在高负荷下运转并且变换器26正用作其中转矩经输出/输入轴36传递到变换器26中的泵的运转模式/状态。当电子控制器42从操作员接口 43接收指示电子控制器42使外部负载38的旋转减速的指令时，系统10在该模式/状态下运转。这形成了其中与外部负载38的运动对应的能量(例如，惯性能量)转化为转矩并经输出/输入轴36传递到变换器26中的超限运行状态。在该模式/状态下，电子控制器42将变换器26控制成使得变换器26提供泵送功能，该泵送功能将从外部负载38的惯性能量衍生的转矩转化为被引向液压系统10的系统侧并用于协助平衡/减小原动机14上的负载的液压能量。随着能量传递到系统侧，变换器26用于制动输出/输入轴36的旋转以实现期望的减速。在该状态下，电子控制器42还可以将变换器26控制成使得来自蓄压器34的能量同时朝总液压系统10的系统侧和第二负载回路24被引回以用在第二负载回路24 (参看图11)。
[0033]图12示出了配备有液压变换器26a的图1_11的系统10，所述液压变换器具有通过共同的轴连接的多个泵/马达单元。例如，液压变换器26a包括通过轴104连接的第一和第二可变正排量泵/马达单元100、102。轴104包括将第一泵/马达单元100连接到第二泵/马达单兀102的第一部分106和形成输出/输入轴36的第二部分108。第一泵/马达单元100包括流体地连接到可变排量泵12的第一侧IOOa和流体地连接到罐18的第二侧100b。第二泵/马达单元102包括流体地连接到蓄压器34的第一侧102a和流体地连接到罐18的第二侧102b。
[0034]在一个实施例中，第一和第二泵/马达单元100、102中的每一者都包括随轴104旋转的旋转组件(例如，缸体和活塞)，和可以相对于轴104以不同角度定位以改变在轴每旋转一圈时的泵排量的旋转斜盘110。可以通过改变与特定泵/马达单元对应的旋转斜盘110的角度来改变轴104每旋转一圈从特定的一个泵/马达单元100、102排出的液压流体的体积。改变旋转斜盘110的角度还改变了在轴104和特定泵/马达单元的旋转组件之间传递的转矩。当旋转斜盘110与轴104垂直地对齐时，没有液压流体流被引导通过泵/马达单元100、102。旋转斜盘110可以是允许轴104双向旋转的过心(over-the-center)旋转斜盘。旋转斜盘110的角向位置由电子控制器42基于系统10的运转状态单独控制。
[0035]通过控制旋转斜盘110的位置，控制器42可以使系统10以在图2的矩阵表50中阐述的任何一个运转模式运转。当系统10以框64的模式运转时，第一泵/马达单元100使用来自泵12的动力来转动轴104并驱动外部负载38，并且第二泵/马达单元102从轴104取得动力并使用该动力将液压流体泵送到蓄压器34中(参看图13)。当系统10以框66的模式运转时，第一泵/马达单元100使用来自泵12的动力来转动轴104，并且第二泵/马达单元102从轴104取得动力并利用该动力将液压流体泵送到蓄压器34中以对蓄压器34进行充入(参看图14)。当系统10以框68的模式运转时，来自运动的外部负载38的惯性能量转动轴104，并且第二泵/马达单元102从轴104取得动力并利用该动力来将液压流体泵送到蓄压器34中以对蓄压器34进行充入(参看图15)。来自泵12的能量也可以同时用于对蓄压器34进行充入。当系统10以框70的模式运转时，第一泵/马达单元100使用来自泵12的动力来转动轴104并驱动外部负载38，并且第二泵/马达单元102被设定为零排量(参看图16)。当系统10以框72的模式运转时，泵/马达单元100、102两者都被设定为零排量(参看图17)。当系统10以框74的模式运转时，来自运动的外部负载38的惯性能量转动轴104，并且第二泵/马达单元102从轴104取得动力并使用该动力将液压流体泵送到蓄压器34中以对蓄压器34进行充入，并且第一泵/马达100被设定为零排量(参看图18)。当系统10以框76的模式运转时，第二泵/马达单元102使用来自充入后的蓄压器34的动力来转动轴104并驱动外部负载38，并且第一泵/马达单元101朝泵12和第二负载回路24将液压流体泵送回来(参看图19)。当系统10以框78的模式运转时，第二泵/马达单元102使用来自充入后的蓄压器34的动力来转动轴104，并且第一泵/马达单元101将液压流体朝泵12和第二负载回路24泵送回来(参看图20)。当系统10以框80的模式运转时，第二泵/马达单元102使用来自充入后的蓄压器34的动力来转动轴104，来自运动的外部负载38的惯性能量也转动轴104，并且第一泵/马达单元101朝泵12和第二负载回路24将液压流体泵送回来(参看图21)。
[0036]通过控制泵/马达单元100、102的排出速度和排出方向，处于特定水平的流体功率(压力乘流量)可以转化为替代水平，或者作为用于驱动外部负载38的轴动力供给。当希望外部负载38的减速时，液压变换器26a可以用作泵，该泵从罐18取得低压流体并且将其引导到蓄压器34以进行储存、引导到连接于可变排量泵12的第二负载回路24、或两者的组合。通过利用离合器40来使输出/输入轴36与外部负载38分离，液压变换器26a在不需要向外部负载38施加轴功时可以用作独立的液压变换器(例如，常规液压变换器)。这通过以由其它相关的系统负荷(例如，与第二负载回路24对应的负荷)决定的任何压力从系统10取得能量并在当前蓄压器压力下储存该能量而不进行节流来实现。以相同的方式，未节流的能量也可以在其当前压力下从蓄压器34取得并在期望的操作压力下供给到系统10。液压变换器26a对功率流的分摊可以通过控制泵/马达单元100、102上的旋转斜盘的位置来控制。在某些实施例中，本发明的方面可以用在不具有用于分离输出/输入轴36和外部负载38之间的连接的离合器的系统中。
[0037]图22示出了根据本发明的原理的另一系统210。该系统210包括由原动机214提供动力的可变排量泵212。可变排量泵212从罐218抽吸液压流体并输出加压液压流体以给第一负载回路222、第二负载回路224和第三负载回路226提供动力。控制阀装置227控制可变排量泵212与第二负载回路224和第三负载回路226之间的流体连通。第一负载回路222包括液压变换器26b，该液压变换器包括通过共同的轴229连接的三个旋转组件。共同的轴229包括形成输出/输入轴236的端部部分。离合器240用于选择性地将输出/输入轴236联接到外部负载238和选择性地使输出/输入轴236与外部负载238分离。
[0038]液压变换器26b的旋转组件包括第一可变排量泵/马达单元200、第二可变排量泵/马达单元202和第三可变排量泵/马达单元203。第一泵/马达单元200的第一侧270流体地连接到可变排量泵212的输出侧并且第一泵/马达单元200的第二侧271流体地连接到罐218。第三泵/马达单元203的第一侧272流体地连接到流动管路281，该流动管路连接到第二负载回路224。流量控制阀280沿着流动管路281定位。第三泵/马达单元203的第二侧273流体地连接到罐218。第二泵/马达单元202的第一侧274流体地连接到液压蓄压器234，并且第三泵/马达单元203的第二侧275流体地连接到罐218。泵/马达200、202和203可以具有与前文中描述的泵/马达相同类型的构型。
[0039]第二负载回路224包括具有装设在缸体297内的活塞296的液压缸295。活塞296可沿提升行程方向298和返回行程方向299移动。当活塞296沿提升行程方向298移动时，液压缸295用于克服重力提升或移动工作元件301 (例如，动臂)。当活塞296沿返回行程方向299移动时，工作元件301利用重力移动。缸体297限定出位于活塞296的活塞头304的相对侧的第一端口 302和第二端口 303。
[0040]为了沿提升行程方向298驱动活塞296，液压流体从泵212经控制阀装置227和流量控制阀280通过第一端口 302被泵送到缸体297中。同时，活塞头304沿提升行程方向298的移动迫使液压流体经第二端口 303从缸体297排出。经第二端口 303离开缸体297的液压流体流过将液压流体引导到罐218的控制阀装置227。
[0041]为了使活塞296沿返回行程方向299移动，液压流体从泵212经控制阀装置227通过第二端口 303被泵送到缸体297中。同时，活塞头304沿返回行程方向299的移动迫使液压流体经第一端口 302从缸体297排出。活塞头304沿返回行程方向299的移动是重力辅助/驱动的(例如，通过被提升的工作元件301的重量)，从而使离开第一端口 302的液压流体被加压。通过使流量控制阀280如图23所示移位，在活塞296的返回行程期间从第一端口 302输出的液压流体可以经流动管路281传送到第三泵/马达单元203，使得来自离开缸体297的加压流体的能量可以用于驱动共同的轴229。随着共同的轴229被从液压缸295释放的压力驱动，与活塞296的返回行程对应的能量可以经第二泵/马达单元202传递到蓄压器234和/或可以经输出/输入轴236传递到外部负载238。另外，该能量也可以呈从第一泵/马达单元200的第一侧270泵出的加压液压流体的形式朝可变排量泵212传回。这样，液压变换器26b允许与在液压缸295的提升行程期间被提升的工作元件301的提升重量对应的势能的回收和使用。
[0042]与前述实施例相似，变换器26b和蓄压器234也允许来自泵212的过剩能量储存在蓄压器234中以提供能量缓冲功能。此外，与前述实施例相似，与工作负载238的减速对应的能量可以储存在蓄压器234中以便今后使用和/或被朝泵212引回以用在第二负载回路224或第三负载回路226，从而提供负荷平衡功能。另外，阀280和第三泵/马达单元203也允许来自蓄压器34或与工作负载238的减速对应的能量用于沿提升方向298驱动活塞296。与在图2阐述的模式相比，增设与既可以吸取动力又可以供给动力的另一回路连结的第三泵/马达单元203提供了另外的多组运转模式/选择。
[0043]在一个示例性实施例中，上述类型的液压回路构型可以结合入诸如挖掘机的一台移动式挖掘设备中。例如，图24和25示出了包括被支承在底架410上的上部结构412的示例性挖掘机400。底架410包括用于将挖掘机400承载在地面上的推进结构。例如，底架410可以包括左、右履带。上部结构412可围绕枢转轴线408 (B卩，摆动/回转轴线)相对于底架410枢转移动。在某些实施例中，上述类型的变换器输入/输出轴可以用于使上部结构412相对于底架410绕摆动轴线408枢转。
[0044]上部结构412可以支承和承载机器的原动机14并且还可以包括操作员接口设置于其中的驾驶室425。动臂402由上部结构412承载并通过动臂缸402c在升起位置和降下位置之间枢转移动。斗杆(arm)404可枢转地连接到动臂402的远端。斗杆缸404c用于使斗杆404相对于动臂402枢转。挖掘机400还包括可枢转地连接到斗杆404的远端的铲斗406。铲斗缸406c用于使铲斗406相对于斗杆404枢转。在某些实施例中，动臂缸402c、斗杆缸404c和纟产斗缸406c可以是上述类型的系统负载回路的一部分。例如，图22和23的实施例的液压缸295可以用作动臂缸402c。
[0045]图26和27不出了适合供挖掘机400使用的根据本发明的原理的另一系统510。该系统510包括由原动机514提供动力的可变排量泵512。可变排量泵512可以包括用于控制轴每旋转一圈的泵排量的旋转斜盘544。系统控制器542可以与具有负流量控制孔板阀545的负流量控制回路543接口。负流量控制回路543允许使用负流量控制(NFC)泵控制策略来控制泵512的运转。可变排量泵512从罐518抽吸液压流体并输出加压液压流体以给第一负载回路522、第二负载回路524和第三负载回路526提供动力。第二负载回路524包括斗杆缸404c并且第三负载回路526包括动臂缸402c。定向流量控制阀523控制斗杆缸404c与泵512和罐518之间的流体流动。定向流量控制阀525控制动臂缸402c与泵512和罐518之间的流体流动。第一负载回路522包括液压变换器26c，该液压变换器包括通过共同的轴529连接的两个旋转组件。共同的一个或多个轴529包括形成输出/输入轴536的端部部分。离合器540用于选择性地将输出/输入轴536联接到外部负载538和选择性地使输出/输入轴536与外部负载538分离。输出轴/输入轴536优选用于使挖掘机400的上部结构412相对于底架410围绕枢转轴线408枢转(B卩，回转/摆动)。因而，夕卜部负载538代表用于使上部结构412围绕枢转轴线408的枢转运动加速和减速的负载。齿轮减速装置539被示出位于离合器540和上部结构412之间。
[0046]液压变换器26c的旋转组件包括第一可变排量泵/马达单元500和第二可变排量泵/马达单元502。第一泵/马达单元500的第一侧570流体地连接到可变排量泵512的输出侧并且第一泵/马达单元500的第二侧571流体地连接到罐518。流动管路569将第一泵/马达单元500的第二侧571连接到泵512的输出侧。第二泵/马达单元502的第一侧574流体地连接到液压蓄压器534，并且第二泵/马达单元502的第二侧575流体地连接到罐518。泵/马达500、502可以具有与前文中描述的泵/马达相同类型的构型。
[0047]动臂缸420c包括缸405和活塞407。缸405在活塞407的活塞头413的相对侧限定出第一端口 409和第二端口 411。
[0048]流量控制阀567 (即，模式阀)沿着流动管路569定位。流量控制阀567可在第一位置和第二位置之间移动。在第一位置，流量控制阀567将泵512的输出侧流体地连接到第一泵/马达单元500的第一侧570。在第二位置(在图27中示出)，流量控制阀567将缸405的第一端口 409流体地连接到第一泵/马达单元500的第一侧570。为了使活塞407沿提升/伸出行程移动以提升动臂402，可以使第一端口 409与泵512的输出侧流体连通并且可以使第二端口 411与罐518流体连通，和/或可使第一端口 409与第一泵/马达单元500的第一侧570流体连通并且可使第二端口 411与罐518流体连通。为了使活塞407沿返回方向移动以降低动臂402，可以使第一端口 409经流量控制阀567与第一泵/马达单元500的第一侧570流体连通。单向止回阀563在该构型下防止第一端口 409随着动臂402降下而与罐518流体连通。应了解的是，随着动臂402降下动臂402的重量对离开第一端口 409的液压流体加压。通过将这种加压液压流体引导到变换器26c，与提升的动臂402的重量对应的势能可以被回收并储存在蓄压器534中和/或可以经输出/输入轴536传递到外部负载538。另外，在某些实施例中，该能量也可以呈从第一泵/马达单元500的第一侧570泵出的加压液压流体的形式朝可变排量泵512传回。这样，液压变换器26c允许与在液压缸402c的提升行程期间被提升的动臂402的提升重量对应的势能的回收和使用。
[0049]与前述实施例相似，变换器26c和蓄压器534也允许来自泵512的过剩能量储存在蓄压器534中以提供能量缓冲功能。此外，与前述实施例相似，与工作负载538的减速对应的能量可以储存在蓄压器534中以便今后使用，弓丨导到动臂缸402c，和/或朝泵512引回以用在第二负载回路524或第三负载回路526从而提供负荷平衡功能。遍及系统510设置有与控制器542接口的液压流体压力传感器590。
【权利要求】
1.一种液压系统,包括: 蓄压器；和 液压变换器，所述液压变换器包括连接到可旋转的轴的第一和第二可变排量泵/马达单元，所述可旋转的轴适合于连接到外部负载，所述第一可变排量泵/马达单元包括流体地连接到泵的第一侧和流体地连接到罐的第二侧，所述第二可变排量泵/马达单元包括流体地连接到所述蓄压器的第一侧和与所述罐流体地连接的第二侧。
2.根据权利要求1所述的液压系统，其中，所述第一和第二可变排量泵/马达单元中的每一者都包括旋转斜盘和装设在所述可旋转的轴上的旋转组件。
3.根据权利要求1所述的液压系统，还包括离合器，所述离合器用于使所述可旋转的轴与所述外部负载接合和用于使所述可旋转的轴与所述外部负载分离。
4.根据权利要求1所述的液压系统，其中，所述液压系统被结合在具有上部结构的挖掘机中，所述上部结构相对于底架绕枢转轴线枢转，并且其中所述可旋转的轴用于使所述上部结构绕所述枢转轴线枢转。
5.根据权利要求4所述的液压系统，其中，所述上部结构承载通过动臂缸升降的挖掘动臂。
6.根据权利要求5所述的液压系统，其中，当所述挖掘动臂正被所述动臂缸降下时，使所述第一泵/马达单元的所述第 一侧与所述动臂缸的输出端口流体连通。
7.根据权利要求6所述的液压系统，还包括可在第一位置和第二位置之间移动的阀，在所述第一位置，所述第一泵/马达单元的所述第一侧流体地连接到所述泵，在所述第二位置，所述第一泵/马达单元的所述第一侧流体地连接到所述动臂缸的所述输出端口。
8.根据权利要求5所述的液压系统，其中，所述液压变换器包括装设在所述可旋转的轴上的第三泵/马达单元，其中所述第三泵/马达单元包括第一侧和第二侧，其中所述第三泵/马达单元的所述第二侧流体地连接到所述罐，并且其中当所述动臂正被所述动臂缸降下时，使所述第三泵/马达单元的所述第一侧与所述动臂缸的输出端口流体连通。
9.根据权利要求1所述的液压系统，还包括用于升降工作元件的液压缸，所述液压缸流体地连接到所述泵，当所述工作元件正被所述液压缸降下时，使所述第一泵/马达单元的所述第一侧与所述液压缸的输出端口流体连通。
10.根据权利要求9所述的液压系统，其中，所述工作元件为动臂。
11.根据权利要求1所述的液压系统，其中，所述液压变换器包括装设在所述可旋转的轴上的第三泵/马达单元，其中所述第三泵/马达单元包括第一侧和第二侧，并且其中所述第三泵/马达单元的所述第二侧流体地连接到所述罐。
12.根据权利要求11所述的液压系统，还包括用于升降工作元件的液压缸，其中当所述工作元件正被所述液压缸降下时，使所述第三泵/马达单元的所述第一侧与所述液压缸的输出端口流体连通。
13.根据权利要求12所述的液压系统，其中，所述工作元件为动臂。
14.根据权利要求1所述的液压系统，其中，所述液压变换器是由所述液压泵提供动力的第一负载回路的一部分，其中所述液压系统包括由所述液压泵提供动力的第二负载回路，其中所述液压变换器能将与所述外部负载的减速对应的能量传递到所述蓄压器，并且其中所述液压变换器还能将与所述外部负载的减速对应的能量传递到所述第二负载回路。
15.—种系统,包括: 原动机； 由所述原动机提供动力的液压泵； 由所述液压泵提供动力的第一和第二负载回路，所述第一负载回路包括具有适合于连接到外部负载的输出轴的液压变换器，所述液压变换器流体地连接到液压蓄压器，所述液压变换器提供包括以下操作的多个操作: a)第一操作，其中所述液压变换器从所述输出轴接收与所述外部负载的减速对应的能量并且利用所述能量来对所述液压蓄压器进行充入； b)第二操作，其中 所述液压变换器利用来自所述蓄压器的能量来经所述输出轴将转矩传递到所述外部负载； c)第三操作，其中所述液压变换器将来自所述蓄压器的能量朝所述液压泵引回以便在所述第二负载回路使用；和 d)第四操作，其中所述液压变换器将来自所述液压泵的能量引导到所述输出轴，所述输出轴将所述能量作为转矩传递到所述外部负载。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述液压变换器还提供利用来自所述泵的能量来对所述蓄压器进行充入的操作。
17.根据权利要求15所述的系统，其中，所述液压变换器还提供将来自所述输出轴的与所述外部负载的减速对应的能量朝所述液压泵传回以用在所述第二负载回路的操作。
【文档编号】E02F9/12GK103732835SQ201280039489
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2012年8月10日 优先权日:2011年8月12日
【发明者】A·H·雅各达 申请人:伊顿公司