专利名称：用于液压挖掘机的驱动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种驱动器，用于建筑机械、特别是用于带有多个单独的驱动器的挖 掘机，如带有至少一个诸如回转机构驱动器的转动驱动器以及至少一个诸如提升机构驱动 器、铲斗驱动器和/或铲臂驱动器的线性驱动器。
背景技术：
从DE 103 43 016 Al中已知通过两个液压泵来致动双动液压缸。两个液压泵之 一与双动液压缸的两个工作室以闭式回路连接。另一方面，第二液压泵仅与活塞侧工作室 以开式回路连接。两个液压泵各自具有可变排量。通过调节与活塞侧工作室中的不同体积 流量的对应排量比，考虑活塞杆侧的工作室。从DE 10 2007 025 742 Al中已知一种带有第一液压泵、第二液压泵和双动液压 缸的静液力驱动器，其中该驱动器包括用于以液压泵的第一流动方向从压力介质储器抽取 压力介质的抽取阀。静液力驱动器例如用于驱动液压挖掘机。柴油发动机通常用作驱动单元，作为用 于液压致动器的驱动元件。液压致动器是由双动液压缸构成的单独的驱动器，如行进驱动 器、回转机构驱动器及提升机构驱动器、铲斗驱动器和铲臂驱动器。例如，通过提升机构驱 动器，机器的整个装备被致动。该装备的势能随着每次升降动作而变化。在提升动作期间， 能量必被引入系统中，而在下降动作期间，这些能量又被释放。在已知的系统中，所释放的 能量只是在提升装备的下降动作过程中无谓耗掉。这通过在控制活塞中对提升气缸的回流 进行相应节流而实现。由于装备的重量是铲斗内充入量的多倍，因此相当大量的能量在此 无谓耗掉。
发明内容
本发明的目的是开发一种用于本身已知的挖掘机的驱动器，以使相当大一部分的 驱动能量能够被回收并且可用于进一步的驱动动作。根据本发明，该目的由权项1的特征的组合实现。因此，在一般的用于带有如回转机构驱动器、提升机构驱动器、铲斗驱动器以及铲 臂驱动器的多个单独驱动器的挖掘机的驱动器中，回转机构驱动器的闭式回路由两个至少 与蓄能器耦联的可逆调节单元形成。原则上，已知挖掘机的回转机构以闭式回路的方式工作。然而，在已知的液压挖掘 机中，其中一个可逆调节单元是可调节的液压泵，而相关联的液压马达是刚性的，使得高压 侧与低压侧随上车架的转动方向而交替变化。根据本发明，一方面，其中，所述液压单元均是液压的、可逆的调节单元，这两个元 件都可作为泵或马达操作。因此，与上述的现有技术对比，只要此处可逆调节单元构成液压 部件，所述闭式回路一侧、所述两个可逆调节装置与第一蓄能器之间可处于高压下，而所述 闭式回路的另一侧总是处于低压下。
当致动回转机构时，在使挖掘机的上车架减速的情况下，制动能从其中一个调节 单元传递用于储存。如果必要，这些能量还能够通过第二可逆调节单元传递至其它单元，如 传递至能够与第二调节单元耦联的泵。现在，上车架的制动能被存储在蓄能器中，以便在下一次加速中再次使用。这些能 量随后供给至作为回转机构马达的可逆调节单元。然而，如果必要，储存在蓄能器内的能量 也能够供给至其它可逆调节单元，通过这种方式例如维持诸如提升机构等其它所连接系统 的工作液压。本发明的有利方面能够从从属于主权项的从属权项中得到。 因此，至少一个所述可逆调节单元能够是可与例如柴油发动机的挖掘机驱动单元 连接的。由于充能和放能操作具有一定效率，因此所述蓄能器能够相应地通过该驱动单元 再次充能。有利地，所述可逆调节单元是液压调节单元，其能够以相同的转动方向逆转流动 方向，因此它们能够作为马达或泵进行操作。有利地，所述至少一个蓄能器是液压蓄能器。特别有利地，可设有第二液压蓄能器，用于补偿从另一个所述液压蓄能器抽走的 液压油或供回到另一个所述液压蓄能器的液压油。该第二液压蓄能器优选地连接在闭式液 压回路的低压侧上。特别有利地，所述回转机构驱动器的所述调节单元可与所述提升机构驱动器的所 述调节单元以能量的方式耦联。这样允许能量从一个驱动回路转移到另一个。有利地，整 个控制能够通过电子能量管理控制器实现。然而，根据可替代变型，所述可逆调节单元也能够包括电力调节单元，每个电力调 节单元包括带有电压变压器的电力单元。在这种情况下有利地，所述蓄能器是例如电池或 超级电容器的蓄电器。有利地，可具有附加电压变压器，能够通过所述附加电压变压器给其它电驱动器 供电，诸如给用于冷却风扇、空调压缩机、水泵等的驱动器供电。根据本发明特别优选的方面，设有至少一个与两个液压调节单元连接的提升气 缸。所述两个液压调节单元能够是可与所述回转机构驱动器的所述可逆调节单元连接的。优选地，所述液压调节单元中的一个还能够与液压蓄能器连接。
将参考附图所示的实施方式详细说明本发明的其它细节、特征以及优点，附图 中图1示出了根据本发明第一变型的驱动器的示意图；图2示出了可选驱动器的示意图；以及图3示出了另一可选驱动器的示意图。
具体实施例方式在图1中，示出本发明的驱动器的线路图，其中多个单独的驱动器通过液压驱动。 一方面，这些单独的驱动器包括用于铲斗臂(dipperarm)的驱动器、用于铲斗(bucket)的 驱动器、用于提升缸的驱动器以及用于回转机构的驱动器。在虚线12内，示出用于液压挖掘机(这里未详细示出)的已知液压驱动器的各个部件。首先，这里给出了示意性示出的驱 动单元14，其通常是柴油发动机。通过该柴油发动机驱动液压泵16和18，从而为对应的双 动液压缸20和22供给液压油。双动液压缸20是用于未示出的挖掘机铲斗的驱动缸。双 动液压缸22是用于同样未示出的铲斗臂的驱动缸。除双动液压缸20及22外，还设置有两 个双动液压缸24和26，它们作为提升缸致动未在此详细示出的液压挖掘机的整个装备的 提升及下降动作。在本文详细说明的本发明的变型中，提升缸24和26的驱动器以及同样 未示出的回转机构的驱动器都是新设计的。回转机构的驱动部件均包括液压可逆调节单元 E2和E1，它们以闭式回路致动回转机构。根据本发明，这些液压可逆调节单元能够以相同 的转动方向逆转流动方向，因此调节单元E2和El既能够作为泵操作又能够作为马达操作。 在闭式回路一侧、调节单元E2与El之间，存在高压。液压蓄能器SpK连接到位于该高压侧 上的连接线上，从而作为蓄能器使用。根据需要，能够通过调节单元E2或El给液压蓄能器 SpK充能或放能。当充能时，能量被充入到蓄能器中。而当放能时，所储存的能量又被返回 到对应的单元。 在闭式回路的低压侧，另一蓄能器SpT设置在调节单元E2与El之间的线上，该蓄 能器Spt可当作储液罐。其补偿在高压侧从液压回路的蓄能器SPk抽走或供回到蓄能器SPk 中的液压体积。这意味着从液压回路的一侧上抽走的油体积又从另一侧上供入并且反之亦 然。提升缸24和26直接与液压调节单元E3和E4连接。为了防止由提升缸24和26 保持的载荷通过液压调节单元E3和E4的泄漏而缓慢减少，结合有两个载荷保持阀HVk以 及HVS。在通常的工作运动期间它们被对应地控制成打开的，使得油的流动没有阻碍。在到 提升缸24和26的连接的相对侧上，液压单元E4与另一蓄能器SpH连接。这也是液压蓄能 器。蓄能器SpH的使用具有能够减小液压单元E4的尺寸并且能够提高整体的能量储存效 率的优点。液压调节单元E3及E4以图1所示的方式与回转机构驱动器的液压可逆调节单元 El耦联。驱动器的整体控制通过电子控制单元E⑶实现，该E⑶进行电子能量管理。虚线 指示控制器的各自信号线。控制器ECU接收先导控制装置30的先导控制命令，挖掘机操作 员可通过该先导控制装置30输入用于提升机构和回转机构的相应的操作命令。下面阐述在操作过程中根据本发明的不同驱动器的操作模式。通过回转机构，挖 掘机上车架相对于挖掘机下车架移动。当使挖掘机上车架减速时，制动能从调节单元E2流 到蓄能器SpK，并且如果必要还流到作为液压马达的液压可逆调节单元El，通过该液压可逆 调节单元El例如能够驱动液压泵E3及E4。在蓄能器Spk中，储存上车架的制动能，以便在下一次加速过程中再次使用。然后 这些能量再次流到此次作为回转机构马达的液压可逆调节单元E2，或者如果必要，还流到 液压可逆调节单元El，能够通过液压可逆调节单元El维持工作液压。因为蓄能器的充能和放能操作现在均具有一定的效率，在蓄能器压力的相应地减 少的情况下，相应的蓄能器必须通过驱动单元14再充能。这在由控制器ECU相应的致动之 后通过调节单元El实现。当降低装备时，即当收回时，提升气缸24和26能够将装备的势能通过调节单元E3和E4供入到蓄能器SpH，此外还通过液压可逆调节单元El供入到蓄能器SpK。液压单元E3、 E4以及El均形成为液压变压器，使得液压缸24和26与液压蓄能器SpH和SpK之间必要的 压力减小几乎没有损失地发生。而且，这种解决方案提供了仅受挖掘机操作员影响的自由 下降速度。如果必要，附加的能量能够从驱动单元14供给到蓄能器SpH及SpK，用于维持能 量水平和更好地利用驱动马达。 当提升装备或伸长液压缸时，此时所储存的能量从液压蓄能器由液压 单元El、E3及E4重新供给至双动液压缸24、26。于此同时，能够增加来自驱动单元14的 附加的能量，使得此动作不再由所安装的发动机功率限制其速度。这样，本文给出的本发明 的解决方案不仅允许能量恢复或能量节约，还使所使用的挖掘机具有更好的机械动力。与 常规系列产品的机器相比，提升动作可反复多次加速。所述电子控制单元E⑶有利地包括多个模块，检测驱动器的不同信号，处理这些 信号并最终相应地控制不同的调节构件，如泵调节构件或滑阀。在图2中，示出了本发明的另一变型。与图1相比，此处实现了回转机构驱动器的 电力解决方案。这种驱动器的操作模式主要对应于根据图1的实施方式的操作模式，因此 只要涉及总效果以及其余结构，能够参考前面的说明。然而，图1的实施方式中给出的液压 单元El及E2在这种情况下是电力单元，它们同样作为可逆单元并且在这种情况下为电动 马达或发电机。电压变压器W2和Wl与相应的可逆单元E2及El相关联。替代图1中的液 压蓄能器SpK，此处为电池或超级电容器形式的蓄电器与电压变压器Ws结合使用。当使用 超级电容器时，图2所示的变型中设置的电压变压器Ws无需一定存在。在图2中的电力解决方案中，能够通过对应的电压变压器Wx附加地连接附属载 荷。附属载荷可以是通电的附属载荷，例如，冷却风扇的电驱动器、空调压缩机的电驱动器 以及水泵的电驱动器。在图2的示意图中，这些载荷未详细示出。与提升缸24和26连接 的可逆调节单元E3和E4，同样出现在图2的变型中。然而，在本实施方式中，可逆调节单元 E4不是与液压蓄能器SpH连接，而是与液压油槽连接。根据图2的变型的驱动器的操作模式类似于根据图1的纯液压解决方案的驱动器 的操作模式。只是区别在于回转机构以及提升机构的能量仅储存在一个蓄电器单元32(超 级电容器、电池)中。因此，图ι的液压解决方案的液压蓄能器SpH及SpkM处被这一个蓄 电器32替代。最后，图3示出了根据本发明的驱动器的第三种变型。实质上，这是一种对应于图 2的变型的驱动器，即，“电力解决方案”。替代与油槽的连接，此处液压蓄能器SPh连接于液 压调节单元E4，类似于已经给出的在根据图1的实施方式的“液压解决方案”中的情况。因 此，这是一种“电力液压”解决方案。液压蓄能器使用具有两个优点。一方面，提高了能量储存效率。最终，使液 压单元E4的尺寸减小。
权利要求
一种用于挖掘机的驱动器，所述挖掘机带有多个单独的驱动器，诸如，回转机构驱动器、提升机构驱动器、铲斗驱动器以及铲臂驱动器，其特征在于，所述回转机构驱动器设有两个可逆调节单元，所述两个可逆调节单元至少与蓄能器耦联。
2.根据权利要求1所述的驱动器，其特征在于，所述可逆调节单元中的一个能够与所 述挖掘机的驱动单元连接。
3.根据权利要求1或2所述的驱动器，其特征在于，所述可逆调节单元是液压调节单 元，其能够以相同的转动方向逆转流动方向，因此它们能够作为马达或泵进行操作；并且， 所述至少一个蓄能器是液压蓄能器。
4.根据权利要求3所述的驱动器，其特征在于，设有第二液压蓄能器，用于补偿从另一 个所述液压蓄能器抽走的液压油或供回到另一个所述液压蓄能器的液压油。
5.根据权利要求4所述的驱动器，其特征在于，所述液压可逆调节单元与所述第一液 压蓄能器及所述第二液压蓄能器一起形成闭式液压回路，在所述闭式液压回路中，在一侧 上，所述两个液压可逆调节单元总是处于高压下，所述第一液压蓄能器也连接在所述一侧 上，而在另一侧上，它们总是处于低压下，所述第二液压蓄能器连接在所述另一侧上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的驱动器，其特征在于，所述回转机构驱动器的所 述调节单元与所述提升机构驱动器的所述调节单元以能量的方式耦联。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的驱动器，其特征在于，所述驱动器能够通过电子 能量管理控制器进行控制。
8.根据权利要求1或2所述的驱动器，其特征在于，所述可逆单元是电力单元，所述电 力单元包括带有电压变压器的电力单元。
9.根据权利要求8所述的驱动器，其特征在于，所述蓄能器是蓄电器。
10.根据权利要求8或9所述的驱动器，其特征在于，设置有附加电压变压器，能够通过 所述附加电压变压器给其它电驱动器供电，诸如给用于冷却风扇、空调压缩机、水泵等的驱 动器供电。
11.根据前述权利要求中任一项所述的驱动器，其特征在于，具有至少一个液压缸，所 述至少一个液压缸与两个液压调节单元连接。
12.根据权利要求11所述的驱动器，其特征在于，所述调节单元中的一个优选地与液 压蓄能器连接。
13.根据权利要求11或12所述的驱动器，其特征在于，所述至少一个液压缸的所述两 个液压调节单元能够与所述可逆调节单元中的一个连接。
全文摘要
本发明涉及一种用于挖掘机的驱动器，该挖掘机带有多个单独的驱动器，如回转机构驱动器、提升机构驱动器、铲斗驱动器以及铲臂驱动器，其中，回转机构驱动器设有两个可逆调节单元，这两个可逆调节单元至少与蓄能器耦联。
文档编号F15B7/00GK101845837SQ201010138428
公开日2010年9月29日 申请日期2010年3月19日 优先权日2009年3月23日
发明者丹尼尔·伯姆, 托马斯·兰德曼, 拉尔夫·施佩特 申请人:利勃海尔-法国股份有限公司