具有整体式动臂油路/转盘油路的能量回收系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明总体涉及一种能量回收系统，且更具体而言，涉及一种具有整体式动臂油路/转盘油路的能量回收系统。
【背景技术】
[0002]回转式挖掘机，例如液压式挖掘机以及前铲斗，需要很高的液压以及很大的液压流量将物料从挖掘位置转移到卸料位置。这些机器在每次回转开始时，通过转盘马达引导来自转盘油路机动泵中的高压流体以加速负载状态下的作业工具，然后在每次回转结束时限制从转盘马达流出的流体流量以使作业工具减速并且停止。这类机器通常也包括动臂油路，该动臂油路自身配备有泵以及致动器，而泵和致动器两者一起用于使作业工具在回转运动过程中上升或下降，或不受回转运动过程影响独立上升或下降。
[0003]这种类型的液压装置会涉及到效率问题。尤其是，由于负载的作业工具的动量和/或重量，每次回转结束时从转盘马达流出的流体和/或作业工具降低的过程中从提升致动器流出的流体会受到较高压力。如果不采取回收措施，与高压流体相关联的能量可能会浪费。另外，在回转减速过程中限制该高压流体会导致流体升温，要解决这个问题就必须增强机器的冷却能力。
[0004]2011年3月15日发布的斯蒂芬森(Skphenson)等人的美国专利第7，905，088号(’088专利)公开一种提高回转式机器的效率的尝试。特别地，’088专利公开一种能量回收系统，该能量回收系统具有换向阀、压力驱动阀以及控制阀连接到转盘油路上的动臂油路。当机器回转转动快要停止时，转盘油路中流出的加压流体穿过换向阀以及压力驱动阀进入动臂油路的蓄能器中。然后动臂油路可以用存储的流体辅助动臂油缸移动，或另一种方式为经由控制阀将存储的流体通过转盘油路的转盘马达导回，以替代或补充来自转盘油泵的流体流量。
[0005]尽管在某些情况下’ 088专利中所述的能量回收系统可通过存储并再次使用加压流体提高回转式机器的效率，但这种系统可能仍然不能算是最好的。尤其是，有时存储的流体可能过多，但动臂油路或转盘油路都不需要这些流体，或者这些过多流体的压力不适于回收或再利用。在这种情况下，无法回收其他能量，并且相关的能量会被浪费。另外，需要’088专利中的单蓄能器很大，以便从两个油路中回收所有的可用流体。这种蓄能器的体积会给包装增加难度，并且会增加相关的机器的体积和成本。而且，’ 088专利中所述的能量回收系统回收的能量可能只适用于有限的一些操作。
[0006]所公开的能量回收系统旨在解决以上所述的一个或多个问题和/或现有技术中的其他问题。
【发明内容】
[0007]本发明的一个方面涉及一种能量回收系统。该能量回收系统可包括具有至少一个配置为使作业工具移动的线性致动器的动臂油路，以及配置为从至少一个线性致动器选择性地收集加压流体并将加压流体排放回至少一个线性致动器的动臂蓄能器。该能量回收系统还可包括具有配置为使作业工具移动的转盘马达的转盘油路，以及配置为从转盘马达选择性地收集加压流体并将加压流体排放回转盘马达的转盘蓄能器。该能量回收系统还可包括将动臂蓄能器与转盘蓄能器流体连接的共用蓄能器通道。
[0008]本发明的另一个方面涉及一种能源回收方法。该方法可包括将加压流体导入线性致动器中以使作业工具移动，并且存储来自动臂蓄能器中的线性致动器的加压流体。该方法还可包括将加压流体导入转盘马达中以使作业工具移动，并且存储来自转盘蓄能器中的线性致动器的加压流体。该方法还可以另外包括将动臂蓄能器与转盘蓄能器选择性地连通。
【附图说明】
[0009]图1是示例性公开的机器与拖运车辆一起在工地运行的示意图。
[0010]图2-4是可与图1所示的机器一起使用的示例性公开的能量回收系统的示意图。
【具体实施方式】
[0011]图1示出具有互相配合以挖掘土料并将其装载到附近的拖运车辆12上的多个系统和部件的示例性机器10。在所示的实施例中，机器10是液压挖掘机。然而，可以设想，机器10能够可选地实施为另一种回转式挖掘或物料运输机器，例如铲斗机、前铲斗、拉铲挖掘机、起重机或其他相似的机器。除其他部件外，机器10可包括配置为使作业工具16在沟槽内或料堆处的挖掘位置18与卸料位置20之间移动(例如越过拖运车辆12)的实施系统14。机器10还可包括用于人工控制实施系统14的操作员站22。可以设想，若需要，机器10可执行除卡车装载以外的其他操作，例如起重、挖沟以及物料运输。
[0012]实施系统14可包括联动结构，通过流体致动器驱动该联动结构使作业工具16移动。具体而言，实施系统14可包括动臂24，该动臂24通过一对邻近的双动式液压缸28 (图1中仅示出其中一个液压缸)能够相对于工作面26垂直枢接。实施系统14还可包括斗杆30，该斗杆30通过单个双动式液压缸36相对于动臂24能够围绕水平枢轴线垂直枢接。实施系统14还可包括单个双动式液压缸38，该液压缸38可操作地连接到作业工具16，以使作业工具16相对于斗杆30围绕水平枢轴线40垂直地倾斜。动臂24能够可枢转地连接到机器10的机架42，而机架42能够可枢转地连接到底盘构件44并且通过转盘马达49围绕垂直轴线46摇摆。斗杆30可经由枢轴线32和40将作业工具16可枢转地连接到动臂24上。可以设想，若需要，实施系统14内可包括更多或更少数量的流体致动器，并且可采用与上述方式不同的方式连接流体致动器。
[0013]许多不同的作业工具16可附接到单个机器10上，并且可经由操作员站22控制。作业工具16可包括用于执行特定任务的任何装置，比如铲斗、叉形装置、叶片、铲车、粉碎机、切割机、抓斗机、抓斗器、磁铁或本技术领域已知的任何其他任务执行装置。尽管图1所示的实施方式中作业工具16连接为相对于机器10提升、摇摆并且倾斜，作业工具16能够以本技术领域中已知的另一种方式可选地或附加地旋转、滑动、延伸、打开和闭合，或者移动。
[0014]操作员站22可配置为从机器操作员接收指示所需作业工具移动的输入。具体地，操作员站22还包括一个或多个位于操作员座位(未显示)附近的输入装置48，所述输入装置48实施为例如单轴或多轴操纵杆。输入装置48可以是比例型控制器，所述比例型控制器配置为通过产生指示所需作业工具在具体位置中的速度和/或力的作业工具定位信号来定位和/或定向作业工具16。定位信号可用于启动液压缸28、36、38中的任何一个或多个和/或转盘马达49。可以想到，不同输入装置可选地或附加地包括在操作员站22内，诸如，例如，方向盘、按钮、推拉装置、开关、踏板以及本领域中已知的其他操作员输入装置。
[0015]如图2所示，机器10可包括能量回收系统50，所述能量回收系统50具有多个相互配合以使实施系统14(参见图1)移动的流体部件。具体地，能量回收系统50可包括与转盘马达49相关联的转盘油路52、与液压缸28相关联的动臂油路54以及与液压缸36和38相关联的至少一个其他油路(未显示)。
[0016]除此之外，转盘油路52可包括转盘控制阀56，所述转盘控制阀56通过连接调节加压流体从泵58到转盘马达49的流动以及从转盘马达49到低压箱体60的流动。所述流体调节可以使作业工具16按照经由输入装置48接收到的操作员要求绕轴线46(参见图1)进行回转运动。
[0017]转盘马达49可包括壳体62，壳体62至少部分地形成位于叶轮64的任一边的第一腔室和第二腔室(未显示)。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)并且第二腔室连接到箱体60 (例如，经由形成于壳体62内的第二腔室通道68)时，可驱动叶轮64沿第一方向转动(如图2所示)。相反地，当第一腔室经由第一腔室通道66连接到箱体60并且第二腔室经由第二腔室通道68连接到泵58时，可驱动叶轮64沿相反方向转动(未显示)。流体通过叶轮64的流速可与转盘马达49的转速有关，而穿过叶轮64的压差可与其输出扭矩有关。
[0018]转盘马达49可包括内置补给和减压功能装置。具体地，补给通道70和减压通道72可形成于壳体62内，位于第一腔室通道66和第二腔室通道68之间。一对相对的止回阀74和一对相对的减压阀76可分别设置在补给通道70和减压通道72内。在止回阀74之间以及减压阀76之间的位置处，可将低压通道78连接到补给通道70和减压通道72中的每一者。根据低压通道78与第一腔室通道66及第二腔室通道68之间的压差，止回阀74中的一个可开启以允许流体从低压通道78流入第一腔室或第二腔室中压强较低的一个中。类似地，根据第一腔室通道66和第二腔室通道68与低压通道78之间的压差，减压阀76中的一个可开启以允许流体从第一腔室和第二腔室中压强较高的一个流入低压通道78中。在实施系统14回转运动过程中，第一腔室和第二腔室之间通常可存在巨大的压差。
[0019]泵58可由机器10的发动机59驱动以经由入口通道80将将流体从箱体60抽出，加压流体到所需水平，并经由排放通道82将流体排放到转盘油路52中。如有需要，止回阀83可设置于排放通道82内使加压流体从泵58沿单一方向流入转盘油路52中。例如，泵58可实施为可变排量泵(如图2所示)、固定排量泵或本技术中已知的其他源。泵58可通过例如副轴(未显示)、皮带(未显示)、电路(未显示)或其他合适的方式驱动地连接到发动机59或机器10的其他动力源。可选地，泵58可经由扭矩转换器、减速箱、电路或任何其他合适的方式间接连接到机器10的发动机59上。泵58可产生具有确定压力水平和/或流速的加压流体流，所述压力水平和/或流速至少部分地由致动器在转盘油路52内响应于操作员所需运动的要求确定。排放通道82可在转盘油路52内经由转盘控制阀56并分别经由第一腔室管道84和第二腔室管道86连接到第一腔室通道66和第二腔室通道68，所述第一腔室管道84和第二腔室管道86在转盘控制阀56和转盘马达49之间延伸。
[0020]箱体60可构成储液容器，配置为用于储存供应的低压流体。所述流体可包括例如专用液压油、发动机润滑油、变速箱润滑油、或本技术中已知的任何其他流体。机器10内的一个或多个液压油路可将流体从箱体60中抽出也可使流体回流到箱体60中。可预期，如有需要，能量回收系统50可连接到多个分离的储液箱(如图2所示)或连接到单个储液箱。箱体60可经由油路通道88流体连接到转盘控制阀56并且经由转盘控制阀56并分别经由第一腔室管道84和第二腔室管道86连接到第一腔室通道66和第二腔室通道68。箱体60还可连接到低压通道78上。如有必要，可在油路通道88内设置一个或多个止回阀90，使流体沿单一方向流入箱体60中和/或保持期望的回流压力。
[0021]转盘控制阀56可具有可移动以控制转盘马达49的转动以及实施系统14的相应回转运动的构件。具体来讲，转盘控制阀56可包括第一腔室供应构件92、第一腔室排放构件94、第二腔室供应构件96以及第二腔室排放构件98，所有构件都设置于公共块或壳体97内。第一供应构件92和第二腔室供应构件96可平行地与排放通道82连接以调节来