具有摆动马达能量回收的液压控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及液压控制系统，且更具体地涉及具有摆动马达能量回收的液压控制系统。
【背景技术】
[0002]摆动式挖掘机器(例如液压挖掘机和前铲)需要显著液压和流量以将材料从挖翻位置转移到倾卸位置。这些机器通过摆动马达引导来自发动机驱动的泵的高压流体以在每次摆动开始时加速装载作业工具，然后限制在每次摆动结束时离开马达的流体的流量以减缓并停止作业工具的摆动。
[0003]与这种类型的液压装置相联的一个问题涉及效率。特别而言，由于装载作业工具的减速，在每次摆动结束时从摆动马达离开的流体处于相对较高压力下。除非被回收，否则与高压流体相联的能量可能被浪费。此外，在每次摆动结束时从摆动马达离开的这种高压流体的限制可导致加热流体，这必须与增加的机器的冷却能力适应。
[0004]在于2011年3月22日发布的Zhang等人的美国专利号7，908，852 (以下简称’852专利)中公开了一种改进摆动型机器的效率的尝试。’852专利公开了用于包括蓄能器的机器的液压控制系统。蓄能器存储从摆动马达离开的油，该油已经由机器的上部结构施加到运动的摆动马达的惯性转矩加压。然后，蓄能器中的加压油被选择性地再利用以通过将积聚油供应回摆动马达在随后摆动过程中加速摆动马达。
[0005]虽然’852专利的液压控制系统可有助于在某些情况下提高摆动型机器的效率，但仍然可小于最佳效率。特别而言，在’ 852专利中描述的蓄能器的排放过程中，离开摆动马达的一些加压流体可仍然具有被浪费的有用能量。此外，当泵输出无法以足以防止摆动马达中的空化的速率供应流体时，可能存在’852专利的液压控制系统的操作过程(例如减速和蓄能器排放过程)中的情况。此外，机器可在不同条件和不同情况下不同地操作，且’852专利的液压控制系统可不被配置为适于控制这些不同条件和情况。最后，’852专利没有公开正常操作模式和蓄能器摆动操作模式之间转换的方法。
[0006]所公开的液压控制系统旨在克服上面阐述的一个或多个问题和/或现有技术的其它问题。
【发明内容】
[0007]本发明的一方面涉及一种液压控制系统。液压控制系统可包括罐、被配置为从罐抽取流体并加压流体的泵，以及由来自泵的加压流体驱动的摆动马达。液压控制系统还可包括至少一个控制阀，其被配置为控制泵、摆动马达和罐之间的流体流量；蓄能器，其被配置为选择性地接收从摆动马达排放的加压流体并将加压流体选择性地供应到摆动马达；以及至少一个蓄能器阀，其被配置为调节流入和流出蓄能器的流体流量。液压控制系统还可包括控制器，其与至少一个控制阀和至少一个蓄能器阀连通。控制器可被配置为接收指示摆动马达的期望速度和实际速度之间的差的输入，并基于期望速度和实际速度之间的差确定摆动马达是加速还是减速。控制器还可被配置为控制至少一个蓄能器阀以使蓄能器仅在摆动马达加速或减速时选择性地接收或供应加压流体。
[0008]本发明的另一方面涉及一种控制机器的摆动马达的方法。所述方法可包括接收指示摆动马达的期望速度和实际速度之间的差的输入，并基于期望速度和实际速度之间的差确定摆动马达是加速还是减速。所述方法还可包括使蓄能器仅在摆动马达加速或减速时选择性地接收来自摆动马达的加压流体或将加压流体供应到摆动马达。
【附图说明】
[0009]图1是由运输车辆在工地作业的示例性公开的机器的示意图；
[0010]图2是可与图1的机器一起使用的示例性公开的液压控制系统的示意图；
[0011]图3是可由图2的液压控制系统使用的示例性公开的控制图；以及
[0012]图4是描绘可由图2的液压控制系统执行的示例性公开的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0013]图1示出具有多个系统和协作以挖掘和装载土制材料到附近运输车辆12上的组件的示例性机器10。在所描绘的实例中，机器10是液压挖掘机。然而，可设想，机器10可替换地实施为另一摆动型挖掘或材料搬运机器，诸如反铲、前铲、拉铲挖掘机，或其它类似的机器。除其它外，机器10还可包括实施系统14，其被配置为例如通过运输车辆12在沟槽内或在堆料处的挖翻位置18和倾卸位置20之间运动作业工具16。机器10还可包括用于手动控制实施系统14的操作员站22。可设想，如果需要，机器10可进行除卡车装载之外的操作，诸如吊装、挖沟和材料搬运。
[0014]实施系统14可包括通过流体致动器作用以运动作业工具16的连杆结构。特别而言，实施系统14可包括悬臂24，其可由一对相邻的双作用液压缸28 (在图1中仅示出一个)相对于工作表面26垂直枢转。实施系统14还可包括斗杆30，其由单个双作用液压缸36相对于悬臂24绕水平枢轴线32垂直枢转。实施系统14还可包括单个双作用液压缸38，其可操作地连接到作业工具16以相对于斗杆30绕水平枢轴线40垂直倾斜作业工具16。悬臂24可枢转连接到机器10的框架42，而框架42可枢转地连接到底架构件44并通过摆动马达49绕垂直轴线46摆动。斗杆30可通过枢轴线32和40的方式将作业工具16枢转地连接到悬臂24。可设想，如果需要，更多或更少数量的流体致动器可包括在实施系统14内并以除上述之外的方式连接。
[0015]很多不同的作业工具16可附接到单个机器10且可经由操作员站22控制。作业工具I6可包括用于执行特定任务的任何装置诸如，例如铲斗、叉装置、铲板、铲、破碎机、剪刀、抓钩、抓钩铲斗、磁体，或本领域中已知的任何其它任务执行装置)。虽然在图1的实施例中作业工具16被连接以相对于机器10升降、摇摆和倾斜，但是作业工具16可以本领域中已知的其它方式替代地或附加地旋转、滑动、延伸、打开和关闭，或运动。
[0016]操作员站22可被配置为接收来自机器操作员的指示期望的作业工具运动的输入。具体而言，操作员站22可包括一个或多个输入装置48，其实施为例如位于靠近操作员座位(未示出)处的单轴或多轴操纵杆。输入装置48可以是比例式控制器，其被配置为通过产生指示特定方向上的期望作业工具速度和/或力的作业工具位置信号定位和/或定向作业工具16。位置信号可用于致动液压缸28、36、38和/或摆动马达49中的任何一个或多个。可设想，不同输入装置(诸如，例如轮、旋钮、推拉装置、开关、踏板，和本领域中已知的其它操作员输入装置)可替代地或附加地包括在操作员站22内。
[0017]如图2所示，机器10可包括具有协作以运动实施系统14的多个流体组件的液压控制系统50(参考图1)。特别而言，液压控制系统50可包括与摆动马达49相联的第一回路52，以及与液压缸28、36和38相联的至少一个第二回路54。除其它外，第一回路52还可包括摆动控制阀56，其连接以调节从泵58到摆动马达49的加压流体流以及从摆动马达49到低压罐60的加压流体流以使作业工具16根据经由输入装置48接收的操作员请求绕轴线46摆动运动(参考图1)。第二回路54可包括类似的控制阀，例如悬臂控制阀(未示出)、斗杆控制阀(未示出)、工具控制阀(未示出)、行驶控制阀(未示出)，和/或辅助控制阀，其并联连接以接收来自泵58的加压流体并将废液排到罐60，从而调节相应的致动器(例如，液压缸28、36和38) ο
[0018]摆动马达49可包括壳体62，其至少部分地形成位于叶轮64的两侧的第一腔室和第二腔室(未示出)。当第一腔室连接到泵58的输出(例如，经由形成于壳体62内的第一腔室通道66)且第二腔室连接到罐60 (例如，经由形成于壳体62内的第二腔室通道68)时，叶轮64可被驱动以在第一方向上旋转(图2中所示)。相反，当第一腔室经由第一腔室通道66连接到罐60且第二腔室经由第二腔室通道68连接到泵58时，叶轮64可被驱动以在相反方向上旋转(未示出)。流体通过叶轮64的流速可涉及摆动马达49的旋转速度，而横跨叶轮64的压差可涉及其输出转矩。
[0019]摆动马达49可包括内置的补充和释放功能。特别而言，补充通道70和释放通道72可形成于第一腔室通道66和第二腔室通道68之间的壳体62内。一对相对的止回阀74和一对相对的泄压阀76可分别设置在补充通道70和释放通道72内。低压通道78可在止回阀74之间的位置处和泄压阀76之间的位置处连接到每个补充通道70和释放通道72。基于低压通道78与第一腔室通道66和第二腔室通道68之间的压差，止回阀74中的一个可打开以允许流体从低压通道78进入第一腔室和第二腔室中的一个较低压腔室。同样地，基于第一腔室通道66和第二腔室通道68与低压通道78之间的压差，泄压阀76中的一个可打开以允许流体从第一腔室和第二腔室中的较高压腔室进入低压通道78。在实施系统14的摆动运动过程中，显著压差可能会一般存在于第一腔室和第二腔室之间。
[0020]泵58可被配置为经由入口通道80从罐60抽取流体，将流体加压到期望水平，并经由排放通道82将流体排到第一回路52和第二回路54。如果需要，止回阀83可设置在排放通道82内，以提供加压流体从泵58到第一回路52和第二回路54中的单向流。泵58可实施为例如可变排量泵(图1示出)、固定排量泵，或本领域中已知的其它源。泵58可通过例如副轴(未示出)、皮带(未示出)、电路(未示出)，或以其它适当的方式可驱动地连接到机器10的动力源(未示出)。可替代地，泵58可经由扭矩转换器、减速齿轮箱、电路或以任何其它合适的方式间接地连接到机器10的动力源。泵58可产生具有至少部分由与操作员请求的运动对应的第一回路52和第二回路54内的致动器的要求确定的压力水平和/或流速的加压流体流。排放通道82可分别经由摆动控制阀56以及第一腔室管道84和第二腔室管道86在第一回路52内连接到第一腔室通道66和第二腔室通道68，其在摆动控制阀56和摆动马达49之间延伸。
[0021]罐60可构成被配置为容纳低压流体供应的贮存器。流体可包括例如专用液压油、发动机润滑油、变速器润滑油，或本领域中已知的任何其它流体。机器10内的一个或多个液压系统可从罐60抽取流体并将流体返回到罐60中。可设想，根据需要，液压控制系统50可连接到多个独立流体罐或单个罐。罐60可分别经由排出通道88流体地连接到摆动控制阀56并经由摆动控