用于作业机械的液压系统的制作方法

1.本发明涉及一种用于作业机械的液压系统。特别地，该系统涉及包括内燃机和多个电机的混合驱动系统。
2.本发明适用于工业建筑机械或建筑设备领域内的作业机械，特别是轮式装载机。虽然本发明将针对轮式装载机进行描述，但是本发明不限于这种特定的机械，而是也可以用于其他作业机械，例如铰接式运输机、挖掘机和反铲装载机。


背景技术：

3.在运输重载时，例如在建筑工程中，经常使用作业机械。作业机械可以在没有道路的区域以大而重的负载操作，例如用于与道路或隧道建筑、沙坑、矿山和类似环境相关的运输。
4.作业机械通常采用液压系统来为诸如转向和提升的功能提供功率。液压系统可以例如由内燃机经由连接到发动机输出轴的功率输出装置提供功率。
5.为了提高作业机械的燃料效率，可以使用混合液压系统。一种令人感兴趣的方案是提供一种液压混合系统，该液压混合系统包括用于向液压系统提供功率的电机。通过将电机与能量存储器相组合，可以在某些操作期间回收和存储能量，以便在需要时使用。
6.典型的轮式装载机操作包括同时操作运动系统的两个主要子系统——动力传动系统和作业液压系统。由于这两个系统都直接联接到发动机轴上，所以系统之间的相互作用可能会有问题。
7.因此，希望进一步提高混合液压系统的效率。


技术实现要素：

8.本发明的目的是提供一种用于作业机械的改进的电动混合液压系统。
9.根据本发明的第一方面，提供了一种用于作业机械的液压系统。该系统包括：第一电机，该第一电机连接到第一液压机；第二电机，该第二电机连接到第二液压机，该第二液压机的输出侧连接到第一液压机的输入侧；至少一个液压消耗装置，所述至少一个液压消耗装置经由供应管线液压地联接到第一液压机的输出侧，并且所述至少一个液压消耗装置被构造成由第一液压机提供功率；第一回流管线，该第一回流管线将液压消耗装置液压地联接到第一液压机的输入侧；其中，第二液压机被构造成：如果来自第一液压机的请求流量超过第一回流管线的流量，则该第二液压机提供从液压流体供应源到第一液压机的输入侧的液压流体流，并且如果来自第一液压机的请求流量低于第一回流管线的流量，则该第二液压机回收能量。
10.第一电机连接到第一液压机意味着电机的输出轴机械地连接到液压机的输入轴，使得电机可以作为向液压机提供功率的马达或者作为产生从液压机接收的功率的发电机来操作。这同样适用于第二电机和第二液压机。还可以假设第一电机和第二电机连接到电源和/或能量存储器。
11.本发明基于如下认识：如果来自液压消耗装置的回流超过请求的液压流，则所描述的液压系统能够用于使用第二液压机来高效且灵活地回收能量。此外，所描述的系统提供了灵活性，这是因为如果需要，即，如果第一液压机不能提供所请求的流量或者如果使用第二液压机更能量高效，则所描述的系统还能够从第二液压机向液压消耗装置提供附加的液压流。所描述的系统的另一个优点是该系统在液压系统中提供了冗余度，这意味着如果第一电机和第二电机或液压机中的一个发生故障，则液压系统仍然能够操作，即使该液压系统可能处于降低的能力。这可以帮助操作者以安全的方式完成任务并到达维修地点，而不需要额外的帮助或现场修理。此外，附加的电机和液压机可以与所描述的第一电机和第二电机和液压机并联布置，以进一步扩展所描述的系统的功能和灵活性。此外，通过使用具有两个并联的电机和液压机的单元的系统，能够将该系统布置成使得不同的液压机向不同的消耗装置供应功率，从而使得当多个消耗装置同时操作时能够减少损失。与仅使用一个液压机相比，通过使用两个液压机，还能够使用较小的机械，从而在系统安装和集成方面提供优势。
12.根据本发明的一个实施例，第一液压机可以被构造成：如果来自第一液压机的请求压力低于第一回流管线中的压力，则该第一液压机回收能量。因此，第一液压机也能够通过向第一电机提供功率来用于能量回收，然后该第一电机将用作发电机。
13.根据本发明的一个实施例，液压系统还可以包括第一压力检测装置，该第一压力检测装置被布置成确定供应管线中的压力。可以例如通过在供应管线中布置压力传感器来确定供应管线的压力。然而，也可以基于第一液压机的性质和操作条件来确定压力。例如，假设来自电机的扭矩是已知的，则可以基于液压机的已知位移和已知损失来计算来自液压机的压力。
14.根据本发明的一个实施例，液压系统还可以包括第二压力检测装置，该第二压力检测装置被布置成确定第一回流管线中的压力。通过知道第一回流管线和/或供应管线中的压力，能够控制第一液压机和第二液压机根据需要操作。原则上，第一液压机和第二液压机可以被彼此独立地控制，其中第二液压机被控制成实现液压消耗装置的优化能量回收，并且其中第一液压机被控制成提供操作消耗装置所需的压力。然而，第二液压机优选地被进一步控制成提供第一液压机以高转速(rpm)操作所需的最小压力。因此，第一液压机取决于第一回流管线中的压力和来自第二液压机的压力，因为该压力决定了第一液压机可能的最大转速(rpm)。
15.根据本发明的一个实施例，液压系统还可以包括止回阀，该止回阀被布置在第一液压机的输入侧与液压流体供应源之间并且在第二液压机的输出侧与液压流体供应源之间，其中止回阀被构造成允许第一液压机从液压流体供应源获取液压流体。因此，如果来自第二液压机的液压流体流不足以满足自第一液压机请求的流量，则第一液压机可以直接从供应源抽取液压流体。止回阀被布置成防止从第二液压机到液压流体供应源的液压流体流。
16.根据本发明的一个实施例，液压系统还可以包括修复系统和修复阀，该修复系统连接到液压流体供应源，该修复阀被布置在第一回流管线与修复系统之间，该阀被构造成控制从第一回流管线到修复系统的液压流体流。如果需要，修复系统提供修复液压流体的选项，并且修复阀可以是例如开/关阀。
17.根据本发明的一个实施例，修复系统可以包括液压流体冷却器和/或液压流体过滤器，从而能够通过控制到修复系统的流量来可控地冷却、加热和/或过滤液压流体。
18.根据本发明的一个实施例，液压系统还可以包括第一温度传感器，该第一温度传感器被构造成确定液压流体供应中的液压流体的温度。
19.根据本发明的一个实施例，液压系统还可以包括第二温度传感器，该第二温度传感器被布置在第一回流管线中，以确定第一回流管线中的液压流体的温度。通过将温度传感器布置在第一回流管线和液压流体供应源中，能够确定液压流体的总热能，所述液压流体供应源可以是箱。因此，由于能够控制液压流体冷却器以当系统中的液压流体的温度高于箱中的液压流体的温度时使用，所以能够采用更高效的冷却策略。然而，无论箱中的液压流体的温度如何，来自液压系统的液压流体均可以由液压流体冷却器冷却。
20.根据本发明的一个实施例，液压系统可以有利地包括液压蓄能器，该液压蓄能器连接到回流管线。因此，多余的能量能够被储存起来以备后用。例如，如果回流管线的压力高于液压蓄能器的气体预充压力，并且如果来自第一液压机的请求流量低于回流管线的流量，则液压蓄能器可以被充能。此外，如果蓄能器中的液压流体的压力高于回流管线的压力，则能够使用蓄能器中所储存的能量。此外，蓄能器能够用于提供液压系统的更平稳的操作，其中蓄能器能够用于第二液压机不能足够快地改变供应压力的情况，即，能够减少压力振荡的发生。
21.根据本发明的一个实施例，所述至少一个液压消耗装置可以包括第一液压缸和第二液压缸，该第一液压缸连接到第一回流管线，该第二液压缸具有第二回流管线，该第二回流管线直接连接到第一液压机的输入侧和第二液压机的输出侧，并且其中来自第一液压缸的第一侧的第一回流管线经由压力限制器连接到液压流体供应源并且经由止回阀连接到第一液压机的输入侧和第二液压机的输出侧，该止回阀允许从第一回流管线到第二回流管线的流动，其中，压力限制器被构造成：如果第一回流管线中的压力低于第二回流管线中的压力，并且如果第一回流管线的压力高于压力限制器的阈值压力，则该压力限制器允许从第一回流管线到液压流体供应源的流动。
22.根据本发明的一个实施例，压力限制器可以经由止回阀装置连接到第二液压机的输入侧和液压流体供应源，该止回阀装置包括第一止回阀和第二止回阀，该第一止回阀允许第二液压机从液压流体供应源获取液压流体，该第二止回阀允许从压力限制器到液压流体供应源的流动。因此，第二液压机可以经由压力限制器从液压流体供应源和回流管线获取液压流体。这意味着如果需要，则第二液压机能够向第一液压机提供更高的流量。
23.根据本发明的一个实施例，压力限制器可以经由第二止回阀并进一步经由修复系统连接到液压流体供应源。
24.根据本发明的一个实施例，液压系统还可以包括回流阀块，该回流阀块连接到第二液压缸的第一侧，该回流阀块包括第一回流止回阀和第一控制阀，该第一回流止回阀被布置成允许从第二液压缸的第一侧到第二回流管线的流动，该第一控制阀控制从第二液压缸的第一侧到第二压力限制器的流动，该第二压力限制器被布置在第二液压缸的第一侧与第二液压机的输入侧之间。借助于回流阀块，能够控制来自第二液压缸的液压流体的回流，使得该流被提供给第一液压机的输入侧或者第二液压机的输入侧。
25.根据本发明的一个实施例，液压系统还可以包括第三液压缸，该第三液压缸具有
连接到回流阀块的第一侧，其中回流阀块还包括第二回流止回阀和第二控制阀，该第二回流止回阀被布置成允许从第三液压缸的第一侧到第二回流管线的流动，该第二控制阀控制从第三液压缸的第一侧到第二压力限制器的流动。因此，来自第三液压缸的回流也能够以与上述来自第二液压缸的回流相同的方式被控制。
26.根据本发明的一个实施例，第一液压缸可以是转向缸，第二液压缸可以是提升缸，并且第三液压缸可以是作业机械的倾斜缸。因此，所描述的液压系统可以用在诸如轮式装载机的作业机械中，并且液压系统的优点导致作业机械的更高效的操作。还提供了一种作业机械，该作业机械包括根据前述实施例中的任一个实施例的液压系统。
27.本发明的第二方面的其他效果和特征在很大程度上类似于上文结合本发明的第一方面描述的那些效果和特征。
28.本发明的其他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
29.参考附图，以下是作为示例引用的本发明实施例的更详细描述。
30.在附图中：
31.图1是根据本发明的一实施例的液压系统的示意图，
32.图2是根据本发明的一实施例的液压系统的示意图，
33.图3是根据本发明的一实施例的液压系统的示意图，
34.图4是根据本发明的一实施例的液压系统的示意图，
35.图5是根据本发明的一实施例的液压系统的示意图，
36.图6是根据本发明的一实施例的液压系统的示意图，
37.图7是根据本发明的一实施例的液压系统的示意图，
38.图8是根据本发明的一实施例的液压系统的示意图；并且
39.图9是包括根据本发明的一实施例的液压系统的作业机械的示意图。
具体实施方式
40.在本详细描述中，根据本发明的液压系统的各种实施例主要参考轮式装载机中的液压混合系统来讨论，其中液压消耗装置被示为液压缸。然而，应当注意，这决不限制本发明的范围，因为所描述的液压系统同样适用于其他应用和其他类型的作业机械。
41.图1示意性地示出了用于作业机械的液压系统100。液压系统100包括连接到第一液压机104的第一电机102以及连接到第二液压机108的第二电机106，其中第二液压机108的输出侧110连接到第一液压机104的输入侧116。第一液压机104和第二液压机108在此被示为固定排量液压机。然而，利用可变排量液压机来操作所描述的系统同样是可能的。如果使用可变排量液压机，还需要向液压机提供控制信号以控制所提供的压力。
42.液压系统100还包括至少一个液压消耗装置118，该液压消耗装置118经由供应管线120液压地联接到第一液压机104的输出侧114，并且被构造成由第一液压机104提供功率。液压消耗装置118在此由液压缸118代表，该液压缸118具有连接到第一液压机104的输出侧114的活塞侧126以及连接到第一回流管线122的活塞杆侧124，该第一回流管线122将液压消耗装置118液压地联接到第一液压机104的输入侧116。
43.在所描述的液压系统中，第二液压机108被构造成：如果来自第一液压机104的请求流量超过第一回流管线122的流量，则第二液压机108从液压流体供应源124向第一液压机104的输入侧116提供液压流体流。第二液压机108还被构造成：如果来自第一液压机104的请求流量低于第一回流管线122的流量，则第二液压机108回收能量。来自第一液压机104的请求流量可以基于来自车辆操作者的请求功能，例如使轮式装载机转弯、提升负载或者需要液压功率的任何其他操作。该请求被转换成来自第一液压机104的流量，并且如果在第一回流管线122中存在可用的流量，则该流量可以被第一液压机104使用。在另一种情况下，如果在第一回流管线122中存在流量，但是对该流量没有对应的需要，则该流量可以被导向通过第二液压机108，该第二液压机108为第二电机106提供功率以充当发电机。所产生的能量可以例如被存储在电能存储器中或者用于作业机械的其他功能。
44.液压流体供应源124在此被示为液压箱124。然而，也可以从本文中所讨论的低压回流、供给泵或蓄能器提供液压流体，如下文中所示。
45.第一液压机104还被构造成：如果来自第一液压机104的请求压力低于第一回流管线122中的压力，则第一液压机104回收能量。
46.在图2中，示出了液压系统200包括第一压力检测装置202和第二压力检测装置204，该第一压力检测装置202被布置成确定供应管线120中的压力，该第二压力检测装置204被布置成确定第一回流管线122中的压力。第一压力检测装置202和第二压力检测装置204例如可以是分别被布置在供应管线120和第一回流管线122中的压力传感器。
47.图3示意性地示出了液压系统300，该液压系统300还包括止回阀302，该止回阀302被布置在第一液压机104的输入侧116与液压流体供应源124之间且在第二液压机108的输出侧110与液压流体供应源124之间，其中止回阀302被构造成允许第一液压机104从液压流体供应源124获取液压流体。如图3所示，止回阀302被布置成防止液压流体从第一液压机104的输入侧116以及还从第一回流管线122和第二液压机108的输出侧110流向液压流体供应源124。
48.图4示意性地示出了液压系统400，该液压系统400还包括连接到液压流体供应源124的修复系统402以及布置在第一回流管线122与修复系统402之间的修复阀404。修复阀404被构造成控制从第一回流管线122到修复系统402的液压流体流。修复阀404在此被示为开/关阀，但是也可以使用其他类型的阀。所示修复系统包括液压流体冷却器406和液压流体过滤器408。液压流体冷却器406和液压流体过滤器408中的每一个都与对应的压力限制器407、409并联布置，以确保液压流体冷却器406和液压流体过滤器408的压力不会太高。
49.此外，图4所示的液压系统400包括第一温度传感器410和第二温度传感器412，该第一温度传感器410被构造成确定液压流体供应源124中的液压流体的温度，该第二温度传感器412被布置在第一回流管线中以确定第一回流管线122中的液压流体的温度。温度传感器可以连接到控制功能件，该控制功能件又基于相应位置处的液压流体的温度来调节修复阀404，以控制液压流体到例如液压流体冷却器406的流量。一般来说，目的是，如果温度高于预定温度，则冷却液压流体。冷却优选在产生尽可能低的功率损失的操作阶段中进行。然而，如果温度过高，则在产生较高功率损失的其他阶段中也必须进行冷却。此外，液压流体的过滤优选地与液压系统的功率消耗相关，因为液压流体将在更高的功率消耗下变得更受污染。图4的液压系统400还包括液压蓄能器414，该液压蓄能器414连接到第一回流管线
122。
50.图5示出了液压系统500，其包括第一液压缸118和第二液压缸502，该第一液压缸118连接到第一回流管线122，该第二液压缸502具有第二回流管线512，该第二回流管线512直接连接到第一液压机104的输入侧116和第二液压机108的输出侧110。第二液压缸502的活塞侧510连接到供应管线120，并且活塞杆侧508连接到第二回流管线512。
51.第一回流管线122进一步从第一液压缸118的活塞侧124经由压力限制器504连接到箱124，并且经由止回阀506连接到第一液压机104的输入侧116和第二液压机108的输出侧110。假设第一回流管线122中的压力高于第二回流管线512的压力，则止回阀506被布置成允许从第一回流管线122到第二回流管线512的流动。如果第二回流管线512中的压力高于第一回流管线122的压力，则止回阀506防止从第二回流管线512到第一回流管线122的流动。
52.此外，如果第一回流管线122中的压力高于第二回流管线512中的压力，则图5所示的压力限制器504允许从第二回流管线512到箱124的流动。第一回流管线122中的压力也必须高于由压力限制器504设定的压力水平，以产生通过压力限制器504的流量。压力限制器为第一液压缸提供反压，这在液压缸需要反压来正确操作的应用中是期望的。例如，如果第一液压缸118是轮式装载机中的转向缸，则为了提供期望的转向功能，可能期望的是大约20巴的反压。
53.图6示出了液压系统600，其中压力限制器504经由止回阀装置602连接到第二液压机108的输入侧112和箱124，该止回阀装置602包括第一止回阀604和第二止回阀606，该第一止回阀604允许第二液压机108从箱124获取液压流体，该第二止回阀606允许从压力限制器504到箱124的液压流体流动。此外，压力限制器504经由第二止回阀606并进一步经由修复系统402连接到箱。因此，通过压力限制器504的流量可以由第二液压机108使用，或者可以经由第二止回阀被提供给修复系统402。
54.图7示出了液压系统700，该液压系统700进一步包括回流阀块702，该回流阀块702连接到第二液压缸502的活塞杆侧508。回流阀块702包括第一回流止回阀704和第一控制阀706，该第一回流止回阀704被布置成允许从第二液压缸502的活塞杆侧508到第二回流管线512的流动，该第一控制阀706控制从第二液压缸502的活塞杆侧508到第二压力限制器708的流动，该第二压力限制器708被布置在第二液压缸502的活塞杆侧508与第二液压机108的输入侧112之间。
55.图8示出了液压系统800，该液压系统800进一步包括第三液压缸802，该第三液压缸802具有连接到回流阀块702的活塞杆侧804。图8的回流阀块702还包括第二回流止回阀808和第二控制阀810，该第二回流止回阀808被布置成允许从第三液压缸802的活塞杆侧804到第二回流管线512的流动，该第二控制阀810控制从第三液压缸802的活塞杆侧804到第二压力限制器708的流动。第一液压缸118可以是转向缸，第二液压缸502可以是提升缸，并且第三液压缸802可以是作业机械的倾斜缸。
56.可以控制回流阀块702，使得到箱124的回流具有由压力限制器708确定的特定压力，诸如5巴。如果该流动被代替地控制成通往第二液压机108的输出侧110，则压力将由第二液压机108设定。如果回流通往箱124，并且如果第二液压机108不能供应足够的流量，当压力下降到5巴时，则来自第二液压缸502和第三液压缸802的回流油将为第一回流管线122
供应流量，即，第二液压机108的输出侧110。第二液压机108也可以接入箱124以提供流量，但是如果也使用来自第一回流管线122的流量，则总流量因此可以增加。
57.所描述的回流阀块702的优点是，该回流阀块702能够容易地利用附加的阀来扩展，以适应附加的液压消耗装置。
58.所描述的系统的各种实施例还可以包括在供应管线120上的减压阀812。减压阀812的目的是防止过高的压力峰值，例如当液压缸撞击止挡件并且第一液压机不能足够快地降低速度(流量)时。
59.还应当注意，所示液压缸118、502、802中一个或多个液压缸的取向可以颠倒，即，使得液压缸的活塞杆侧连接到供应管线120。
60.图9示出了轮式装载机901形式的框架转向作业机械。轮式装载机901的车身包括前车身部段902和后车身部段903，这些部段均具有用于驱动一对车轮的轮轴912、913。后车身部段903包括驾驶室914。车身部段902、903彼此连接，使得车身部段902、903可以通过布置在这两个部段之间的液压缸904、905形式的两个第一致动器而绕着竖直轴线相对于彼此枢转。液压缸904、905因此被布置在车辆的车辆行驶方向上的水平中心线的每一侧，以便使轮式装载机901转弯。
61.轮式装载机901包括用于搬运物体或材料的设备911。设备911包括负载臂单元906(也被称为联动装置)以及被装配在负载臂单元906上的铲斗形式的工具907。负载臂单元906的第一端枢转地连接到前车辆部段902。工具907枢转地连接到负载臂单元906的第二端。
62.负载臂单元906可以通过两个液压缸908、909形式的两个第二致动器而相对于车辆的前部段902被升高和降低，两个液压缸908、909中的每一个液压缸的一端连接到前车辆部段902并且另一端连接到负载臂单元906。铲斗907可以通过液压缸910形式的第三致动器而相对于负载臂单元906被倾斜，液压缸910的一端连接到前车辆部段902并且另一端经由连杆臂系统915连接到铲斗907。
63.应当理解，本发明不限于上述和附图中所示的实施例；而是，本领域技术人员将认识到，可以在所附权利要求的范围内进行许多修改和变型。