专利名称：液压驱动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有液压缸的液压驱动器。
背景技术：
例如在移动工作设备中的延伸臂或铲的运动，通常采用液压方式操作。一般而言，为此目的而使用的液压缸所提供的活塞能够在两端承受液压力。为了将这种运动例如传送到延伸臂，就将活塞杆连接到活塞的一侧。由于此活塞杆，在调节活塞的运动过程中，在调节活塞两侧上容积变化是不同的。因此，将压力介质抽吸出入相应的调节活塞室这一过程，必须相应地适应在调节活塞两侧形成的调压室。
从DE 40 08 792 A1已经公知，为此目的可使用闭合回路和开放回路的组合。在调节活塞两侧的调压室通过液压泵连接在闭合回路中，其中可以对液压泵的自身泵抽量进行调节。具体地，类似可调的第二液压泵的连接端连接到活塞侧的调压室。第二液压泵的第二端经真空线路连接到箱容积。类似于在双动液压缸中调节活塞的运动，设置在开放回路中的第二液压泵用于将不同的体积抽入或抽出对应的调压室。
因为这类液压缸的调节活塞通常受到液压作用的限制，因此将被抽出的压力介质处于压力之下。此压力必须被释放，因为，通过第二液压泵而沿着一个运动方向所抽吸的不同体积，被填充到箱容积中。这种未经使用的释放能量在运动方向反转的情况下不能被接着回收。与此相反，被置于箱容积的上述压力水平下的压力介质必须通过输入功而被置于调压室中主导的压力下。
因此，所描述的系统具有的缺点是，不能使用释放能量，并且在运动反转的情况下，必须通过液压泵产生相应的能量。这导致不必要的能量浪费。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种液压驱动器，其中，存储了沿着一个运动方向而释放的能量，并且在随后的运动方向反转的情况下能够再次释放上述能量。
通过根据权利要求1所述的液压驱动器实现了上述目的。
在根据权利要求1所述的液压驱动器的情况中，液压缸的第一调压室和第二调压室经第一工作线路和第二工作线路连接到可调的液压泵的第一连接部和可调的第一液压泵的第二连接部。液压缸、工作线路以及第一液压泵一起形成了闭合的液压回路。
此外，第二液压泵的第三连接部连接到液压缸的第一调压室，从而形成了另外的开放回路。第二液压泵的第四连接部连接到液压蓄力器。因此，压力介质可被抽吸出液压蓄力器或相应地抽吸进入蓄力器，由于液压缸的第一和第二调压室容积变化不同，所述压力介质必须被抽吸出闭合回路或相应地被抽吸回到闭合回路中。随着压力介质抽吸进入蓄力器，在此就存储了能量，然后在液压缸中调节活塞移动方向反转的情况下能够使用这些能量。
根据本发明的液压驱动器的进一步优选展开，展示于各从属权利要求中。
如果可以一起调节第一液压泵的泵抽量与第二液压泵的泵抽量，就可以特别简单地实现根据本发明的液压驱动器。其结果是，不需要增加成本来独立控制这两个液压泵。如果使用双液压泵来替代两个分立的液压泵，就可实现进一步的简化。在这种情况下，仅仅通过简单的活塞机构就可实现闭合回路和开放回路，该活塞机构采用总计为四个的连接部来供给闭合回路和开放回路。
为了存储高能量，特别优选的是，将液压蓄力器设置为液压膜蓄力器。通过使用液压膜蓄力器，可存储特别高的静液压能量。根据所使用的相应的驱动器，可特别优选地将液压膜蓄力器设置为高压蓄力器。不过，如果所存储的压力并不需要达到如此高的程度，则可以更为经济地优选采用低压蓄力器。使用低压蓄力器具有的进一步优点是，仅需要针对相对较低的压力来设置诸如蓄力器压力限制阀的周边结构元件。
特别优选的是，提供另外的泵作为辅助泵，使得第一和第二液压泵的或相应的双液压泵的功能必须专门适于延伸臂或铲的升高、降低或相应运动。而另外采用辅助泵来抽吸不可避免的渗漏油，该辅助泵还独立于第一或第二液压泵地在系统启动时将该系统置于给定的起始压力下。特别从能量存储的角度看，这种非连接特别优选，因为，第二液压泵的第四连接部必须专门连接到蓄力器压力限制阀。因而在能量存储的区域中不再需要例如由于泄漏而导致能量损失的其他阀或器件。
本发明的优选实施例展示在各附图中，并将在下文中得到更为详细的描述。各附图如下图1显示了根据本发明的液压驱动器的第一实施例的回路图；和图2是显示了根据本发明的液压驱动器的第二实施例的回路图。
具体实施例方式
下文中将参照图1描述工作单元中的根据本发明的液压驱动器的第一实施例。
图1显示了在工作单元中的根据本发明的液压驱动器的回路图，其中，提供了液压缸1和液压泵元件2。在液压缸1中安装有可移位的调节活塞3，其将液压缸1划分为活塞侧的第一调压室4以及活塞杆侧的第二调压室5。液压泵元件2经第一工作线路7连接到液压缸1的第一调压室4。液压泵单元2包括第一液压泵43和第二液压泵8，此二者经轴9彼此机械连接。
液压泵单元2的第一连接端6包括第一液压泵43的第一连接部10和第二液压泵8的第三连接部11。第一液压泵43的第二连接部12经第二工作线路13连接到液压缸1的第二调压室5。第二液压泵8的第四连接部14经液压线路15连接到液压蓄力器75。第二连接部12和第四连接部14一起形成液压泵单元2的第二连接端78。可通过第一泵控制装置17来控制第一液压泵43的液压流体流速。类似地，可通过第二泵控制装置18来控制第二液压泵8的液压流体流速。这两个泵控制装置17和18的受控方式可选地可以是机械控制、液压控制、气动控制或电动控制。
在第一工作线路7中压力过载的情况下，打开第一压力限制阀19，其输入32处连接第一工作线路7。第一工作线路7中的压力经液压连接线路21施加到第一压力限制阀19的第一控制连接部20。可采用调节弹簧23的压力来调节第一工作线路7中的最大允许压力，而调节弹簧23的压力被施加于第一压力限制阀19与第一控制连接部20的接合点22。沿着与调节弹簧23的力相同的作用方向，第一压力限制阀19的输出33处的压力作用于第二控制连接部44，第二控制连接部44经液压连接线路31连接到第一压力限制阀19的输出33。在工作线路7中压力过载的情况下，如果第一压力限制阀19的输入32与输出33之间的压力差大于由调节弹簧23所设定的最大压力差，则打开第一压力限制阀19。随着第一压力限制阀19的打开，第一工作线路7中的过剩压力经第一止回阀24释放至第二工作线路13中，第一止回阀24连接在第一压力限制阀19与第二工作线路13之间，并处于连接第一工作线路7与第二工作线路13的线路38中。
类似地，在第二工作线路13中压力过载的情况下，打开第二压力限制阀25，第二压力限制阀25在其输入34处连接第二工作线路13，并且与第一止回阀24并联连接。第二工作线路13中的压力经液压连接线路27施加于第二压力限制阀25的第一控制连接部26。可采用调节弹簧29的压力调节第二工作线路13中的最大允许压力，而调节弹簧29的压力施加于第二压力限制阀25的接合点28。沿着与调节弹簧29的力相同的作用方向，第二压力限制阀25的输出37处的压力作用于第二压力限制阀25的第二控制连接部35，第二控制连接部35经液压连接线路36连接到第二压力限制阀25的输出37。在第二工作线路13中压力过载的情况下，如果第二压力限制阀25的输入34与输出37之间的压力差大于由调节弹簧29所设定的最大压力差，则打开第二压力限制阀25。随着第二压力限制阀25的打开，第二工作线路13中的过剩压力经第二止回阀30释放至第一工作线路7中，第二止回阀30设置在线路38中且在第二压力限制阀25与第一工作线路7之间，并且与第一压力限制阀19并联。
液压缸1、第一液压线路7、第二液压线路13与第一液压泵43一起形成了闭合液压回路39。第二液压泵8通过开放回路40而供给液压缸1活塞侧的第一调压室4。出于此目的，第二液压泵8的第二连接部11经工作支线77连接到第一工作线路7并相应地连接到第一调压室4。
调节活塞3在液压缸1中的移动和定位，对应于由液压驱动器所驱动的工作单元的动态运动所需的位置和方向。为了在液压缸1中移动和定位调节活塞3，由液压泵单元2将相应量的液压流体经泵流量控制单元抽吸到液压缸1的第一调压室4和第二调压室5中。在调节活塞运动的情况下，在第一调压室4中或相应地在第二调压室5中所引起的容积变化是不同的，因为，调节活塞3在其一侧安装有调节活塞杆。上述调节运动主要由第一液压泵43引发，在调节活塞3在所述闭合回路中朝向图1所示的右方运动的情况下，第一液压泵43将压力介质从第二调压室5经第二工作线路13和第一工作线路7抽吸到第一调压室4中。为了平衡两个调压室4和5中容积的不同变化，在第一调压室4中所需的额外的压力介质，通过开放回路40供给到第一调压室4。压力介质不仅由第一液压泵43从第二调压室5抽吸进入第一调压室4，还通过第二液压泵8经工作支线77而抽吸进入第一调压室4。
出于此目的，第二液压泵8经液压线路15抽吸在液压蓄力器75中存储的压力介质。
液压蓄力器75通过与上述运动方向相反的运动而被填充。如果调节活塞3朝向图1所示的左方移动，则通过第一液压泵43抽吸出第一调压室4的压力介质必然多于抽吸到第二调压室5中的压力介质。多余的压力介质经第二液压泵8和液压线路15抽吸到液压蓄力器75中。液压蓄力器75优选形成为液压膜蓄力器。当液压介质被引入液压蓄力器75时，被置于膜后的气体体积被压缩，使得液压蓄力器75不仅用于容纳不同的压力介质，而且同时还可进行能量存储。相反地，在调节活塞3的运动方向改变的情况下，可以使用存储于液压蓄力器75中的能量，以将置于液压蓄力器75中的压力介质抽回第一调压室4中。此开放回路的特点在于第二液压泵8连接到箱容积，因此，例如在降低铲或挖斗的情况下所释放的能量，不会由于压力介质经节流阀释放而转换为热量，而是被存储于膜蓄力器中。因此，可以使用所存储的能量来实现容积平衡，而无需从无压箱容积抽取压力介质。
蓄力器压力限制阀76用来确保液压蓄力器75不会出现超高的蓄力器压力。蓄力器压力限制阀76在输入端经液压支线15′连接到液压线路15。在此主导的压力通过液压连接线路80而作用于调节弹簧79，通过调节弹簧79可调节蓄力器压力限制阀75的打开压力。如果超过阈值，则液压线路15被连通到箱容积16中。
本发明实施例与开放系统的不同之处在于，容积平衡所需的压力介质流经第二液压泵而被抽吸出入箱容积，由于这点不同，不可能通过第二液压泵8来抽吸渗漏压力介质。因此，提供也由轴9所驱动的辅助泵41，其将压力介质从箱容积经真空线路47抽出而进入馈送线路46。辅助泵41优选为仅沿着一个方向抽吸的定向泵。由于此类定向泵的泵抽动功率取决于轴9的转速，因此，由第三压力限制阀45对馈送线路46进行保护。第三压力限制阀45经馈送支线46′连接到馈送线路46。调节弹簧51紧靠第三压力限制阀45的接合点50。在馈送线路46以及相应馈送支线46′中主导的压力，经液压连接线路49以相反的方向作用于第三压力限制阀45的控制输入48上。如果在控制输入48处的相应液压力超过了反向的调节弹簧51的力，则第三压力限制阀45打开并接通在馈送线路46与箱容积16之间的流体连通。
馈送线路46在其朝向远离辅助泵41的一端开放进入线路38，这样，如果在相应的工作线路7或13中的主导压力低于在馈送线路46中的主导压力，则压力介质可通过第一止回阀24或相应地通过第二止回阀30馈送到第二工作线路13或相应地馈送到第一工作线路7。
图2显示了工作单元的根据本发明的液压驱动器的第二实施例。
图2中所示的第二实施例的液压泵单元2由双液压泵52实现，双液压泵52供给两条液压回路，即，经第一连接部10和第二连接部12供给闭合液压回路39，并经第三连接部11和第四连接部14供给开放液压回路40。在这种情况下，优选使用分流轴向活塞泵79，其受通常的泵控制装置53调节。
泵控制装置53的第一泵调压室54A和第二泵调压室54B所采用的调节压力，通过可插入液压节流阀64A和64B以限制泵流的液压线路55A和55B而供给，并在设计为4/3路阀的调节阀56中被调节。调节阀56的控制力，通过调节弹簧58A和可电控电磁体59A产生于第一控制输入57A处，并且通过调节弹簧58B和可电控电磁体59B产生于第二控制输入57B处。调节阀56的输入60A经液压连接线路61连接到辅助泵41的馈送连接部42，液压节流阀62被插入液压连接线路61中用以限制泵流。调节阀56的输出60B连接到箱容积16。根据在第一控制输入57A和第二控制输入57B处的两个电磁体59A和59B的电控制，第一泵调压室54A连接到调节压力(regulating-pressure)，而第二泵调压室54B连接到箱容积16，或者反之亦然。在第一泵调压室54A与第二泵调压室54B之间的压力被平衡在由调节弹簧58A和58B所限定的调节阀56的静止位置。
由于经第一压力限制阀19或第二压力限制阀25释放了过剩的压力，于是在液压缸1中调节活塞3处于端位置，进而根据本发明的液压驱动器可能产生不必要而持续的液压功率损失，因此，在第一工作线路7与第二工作线路13之间优选提供压力截止阀65以避免这种功率损失。这种压力截止阀65包括压力穿梭阀66，其连接在第一工作线路7与第二工作线路13之间。如果在液压缸1中调节活塞3处于端位置，则第一工作线路7或第二工作线路13中出现过剩压力，在这种情况下，所述过剩压力被连接到压力穿梭阀66的输出67。压力穿梭阀66的输出67连接到第四压力限制阀69的控制输入68。由于在第一工作线路7或第二工作线路13中压力过剩，第四压力限制阀69的控制输入68处的压力可能高于第四压力限制阀69的接合点70处的调节弹簧71可调的最大压力，如果出现这种情况，第四压力限制阀69打开。以这种方式，调节阀56的输入60A经液压连接线路72连接到箱容积，液压连接线路72连接到第四压力限制阀69的输入。
这就降低了调节阀56的输入60A处针对泵控制装置53的调节压力，并且泵控制装置53的调节活塞74沿着朝向所述静止位置的方向移动。其结果是，双液压泵52的泵流体积受控复原，从而减小了在第一工作线路7或在第二工作线路13中的过剩压力。一旦第一工作线路7或在第二工作线路13达到给定压力，压力穿梭阀66再次关闭，从而不再减小针对泵控制装置53的调节压力。
利用液压蓄力器75来存储和回收能量的方法，与参照图1所示类似。
本发明并不局限于所展示的实施例。具体而言，所有实施例的所有特征，均可优选地相互组合。
所展示的示例性实施例以简化方式描述了本发明。具体而言，可以考虑在辅助泵41的回路中对所述液压驱动器做进一步改进。例如，可以在所述辅助泵的真空侧设置过滤器，来净化整个系统中的所有液压流体。另外，可以采用冷却器将压力经第三压力限制阀释放到箱容积。
所述液压蓄力器可设计为低压蓄力器或者高压蓄力器。特别优选使用低压蓄力器来进行能量存储。例如，可以采用低压蓄力器使液压线路15中保持低压。这就要对蓄力器压力限制阀76进行相应设计。进一步，第二液压泵8不必将压力介质以高压水平沿着液压线路15抽吸到液压蓄力器75。
相反地，高压蓄力器由于可达到的压力较高而能够存储大量能量。无论何种情况均减小了损耗，因为，辅助泵41将所馈送的被抽吸压力介质经馈送线路46直接抽吸到第一工作线路7或第二工作线路13中。因此，没有必要增大成本而使蓄力器系统组合以其它装置来在蓄力器中存储液压能量。因此，连接线路15专门用于向液压蓄力器75填充以压力介质，或相应地去除存储其中的压力介质。
权利要求
1.一种液压驱动器，包括液压缸(1)，其被调节活塞(3)划分为第一调压室(4)和第二调压室(5)；以及闭合液压回路(39)，其包括第一液压泵(43)，所述第一液压泵(43)通过第一连接部(10)经第一工作线路(7)连接到所述第一调压室(4)，并通过第二连接部(12)经第二工作线路(13)连接到所述第二调压室(5)；以及开放液压回路(40)，其包括第二液压泵(8)，所述第二液压泵(8)通过第三连接部(11)连接到所述第一调压室(4)，其特征在于，所述第二液压泵(8)的第四连接部(14)连接到液压蓄力器(75)。
2.根据权利要求1所述的液压驱动器，其特征在于，所述第一液压泵(43)和所述第二液压泵(8)的泵抽量能够被共同调节。
3.根据权利要求1或2所述的液压驱动器，其特征在于，所述第一液压泵(43)和所述第二液压泵(8)形成为双液压泵(79)。
4.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的液压驱动器，其特征在于，所述液压蓄力器(75)为液压膜蓄力器。
5.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的液压驱动器，其特征在于，所述液压蓄力器(75)为低压蓄力器。
6.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的液压驱动器，其特征在于，所述液压蓄力器(75)为高压蓄力器。
7.根据权利要求1-6中任一权利要求所述的液压驱动器，其特征在于，除了所述第一液压泵(43)和所述第二液压泵(8)之外，还设有辅助泵(41)，其能够连接到所述第一工作线路(7)并且/或者连接到所述第二工作线路(13)以用于供给压力介质。
全文摘要
本发明涉及一种液压驱动器，包括液压缸(1)，其被调节活塞(3)划分为第一调压室(4)和第二调压室(5)。所述液压驱动器进一步包括闭合液压回路(39)，其包括第一液压泵(43)，所述第一液压泵(43)通过第一连接部(10)经第一工作线路(7)连接到所述第一调压室(4)，并通过第二连接部(12)经第二工作线路(13)连接到所述第二调压室(5)。另外，设有开放液压回路(40)，其包括第二液压泵(8)，所述第二液压泵(8)通过第三连接部(11)连接到所述第一调压室(4)。所述第二液压泵(8)上的第四连接部(14)连接到液压蓄力器(75)。
文档编号F15B11/17GK101065583SQ200580040131
公开日2007年10月31日 申请日期2005年12月13日 优先权日2004年12月21日
发明者格奥尔格·雅各布斯, 约翰内斯·霍内夫 申请人:布鲁宁赫斯海诺马帝克有限公司