用于机器的动能回收系统的制作方法

本公开涉及一种用于机器的动能回收系统。更具体地，本公开涉及一种用于具有回转马达和致动器中的至少一个的机器的动能回收系统。

背景技术

用于商业、作业或其它类似应用的机器的特征在于具有较大的重量和尺寸，尤其是与私人机器相比，且可在操作中致动相对大且重的部件。因此，在某些情况下，可能需要大量能量来操作这种机器，这因而涉及大量的燃料消耗。考虑到这种机器的操作所需的燃料量，能量的回收或保存可能是有利的。然而，考虑到这种机器的重量、尺寸和/或复杂性以及这种机器执行的各种操作的多样性和/或复杂性，能量的回收或保存可能是困难的。

先前已知的用于捕获并再使用这种机器中的能量的系统设计已经典型地包括一个或多个流体蓄能器。例如，美国专利7,043,906公开了使用这种基于流体的蓄能器系统，用于捕获并再使用机器中的能量。然而，考虑到这种流体蓄能器中的一些的尺寸，它们的使用可能不适于特定应用。

因此，此处的能量回收系统被配置成用于克服上述缺点。

技术实现要素：

在本公开的一方面，机器包括框架、安装在该框架上并具有在其中设置的原动机的主体、配置成相对于该框架可操作地旋转主体的回转马达、在主体上枢转地安装的连杆，以及配置成用于相对于该主体可操作地枢转连杆的致动器。该机器还包括动能回收系统(kers)，其可操作以选择性地从液压马达/泵接收驱动功率，并选择性地将储存的驱动功率传输至原动机，用于驱动回转马达和致动器，该液压马达/泵设置成与机器的回转马达和致动器流体连通。

在本公开的一个方面，动能回收系统(kers)包括液压马达/泵。液压马达/泵设置成经由流体源导管与流体源流体连通。液压马达/泵被配置成用于经由液压马达/泵导管输出加压流体，用于操作与机器相关联的回转马达和致动器中的至少一个。与液压马达/泵相关联的第一轴被配置成用于通过经由液压马达/泵从回转马达和致动器中的至少一个返回至流体源的流体流而操作性地旋转。

另外，kers还包括飞轮，其被配置成用于在第一离合器的帮助下与液压马达/泵的第一轴选择性地耦接。该飞轮被配置成当第一离合器将飞轮与液压马达/泵的第一轴耦接时，储存由液压马达/泵从返回的流体流生成的驱动功率。

此外，kers还包括耦接至飞轮的齿轮装置。齿轮装置还被配置成用于选择性地接合与机器的原动机相关联的第二轴。齿轮装置在第二离合器的帮助下可被选择性地接合至第二轴。第一离合器选择性地操作以促进将驱动功率从液压马达/泵的第一轴传输至飞轮，而第二离合器选择性地操作以将储存的驱动功率从飞轮传输至与原动机相关联的第二轴。

在本公开的另一方面，kers包括设置成经由流体源导管与流体源流体连通的液压马达/泵。液压马达/泵被配置成用于经由液压马达/泵导管输出加压流体，用于操作以下项中的至少一个：与机器相关联的回转马达和致动器。与液压马达/泵相关联的第一轴被配置成用于通过流体经由液压马达/泵从回转马达和致动器中的至少一个流动返回至流体源而操作性地旋转。

另外，kers还包括：齿轮装置，其被配置成用于在第一离合器的帮助下与液压马达/泵的第一轴选择性地耦接；以及飞轮，其被耦接至该齿轮装置。该飞轮被配置成当第一离合器将齿轮装置与液压马达/泵的第一轴耦接时，储存由液压马达/泵从返回的流体流生成的驱动功率。

此外，kers还包括设置在齿轮装置与和机器的原动机相关联的第二轴之间的第二离合器，用于选择性地耦接齿轮装置与第二轴。第一离合器选择性地操作以促进经由齿轮装置将驱动功率从液压马达/泵的第一轴传输至飞轮，而第二离合器选择性地操作以经由齿轮装置将储存的驱动功率从飞轮传输至与原动机相关联的第二轴。

从以下说明以及附图，本公开的其它特征和方面将变得显而易见。

附图说明

图1是根据本公开的实施例的机器的侧视示意图，其示出了可由该机器采用的动能回收系统(kers)；以及

图2是根据本公开的实施例的机器的示意图，其示出了可由该机器采用的动能回收系统(kers)的示意图。

具体实施方式

在多于一个附图中出现的附图标志指示它们的每个中的相同或相应的部件。在不将本公开的范围限定成这些元件的精确数目或类型的情况下，元件的单数形式的引用也解释为与复数形式有关，反之亦然，除非在所附权利要求中明确地阐述。

本公开涉及一种用于在其中具有回转马达和/或致动器的机器的动能回收系统(kers)。根据本公开的实施例，图1示出了机器100以及可由机器100采用的动能回收系统(kers)102。

参考图1，机器100实施为挖掘机的形式，其特别地由附图标记’104’标示。然而，可注意的是，在此公开的挖掘机104不限制本公开。将理解的是，本公开的实施例可同样地应用于具有回转马达和致动器中的至少一个的其它类型的机器。这种机器的一些实例包括反铲装载机、轮式装载机和铰接式卡车，以及本领域技术人员公知的其它类型的机器。

如在图1中所示，机器100包括主体108，该主体108安装在用于机器100的移动的一个或多个地面接合牵引和/或推进构件109(和相关联的系统)上或由它们支撑。在如在图1中示出的示例性实施例中，机器100实施为挖掘机104。在该实施例中，挖掘机104的主体108在框架106上安装，该框架实施为履带底盘的形式。挖掘机104还具有示出为在主体108之内设置的原动机110，且该原动机另外地被描述为与由机器100实施的kers102的示意图操作性地相关联并位于该kers102的示意图内。在一个实施例中，原动机110可包括，或者可实施为内燃机，例如，柴油机。可选地，在另一实施例中，原动机110可实施为进而由内燃机驱动的液压泵。在其它实施例中，原动机110可实施为本领域技术人员已知的任何其它类型的原动机，包括，例如，电动机、或者由电动机驱动的液压泵。将理解的是，在此公开的原动机110的类型和配置不限制本公开。相反，在给定机器中使用的原动机110的类型和配置将取决于使用的机器的类型以及与应用相关联的各种其它需求。

挖掘机104还包括回转马达112，该回转马达112被配置成用于操作性地相对于框架106旋转主体108。如所示，回转马达112可相对于框架106关于轴线aa’操作性地旋转主体108。在此公开的回转马达112可以为液压操作的马达。另外，如所示，挖掘机104还包括一对连杆113，其在该情况下包括臂114和杆116。臂114枢转地安装至主体108，并且可相对于主体108在方向bb’上枢转。杆116枢转地安装至臂114，并且可相对于主体114在方向cc’上枢转。

如所示，挖掘机104还包括多个致动器-一对第一致动器118，第二致动器120和第三致动器122。尽管在图1中示出了一对致动器118中的仅仅一个，应理解的是，一对第一致动器118中的每个可设置并可延伸地/可缩回地安装在臂114的相对侧上，且可在臂和主体108的相对端处附接，以使得一对第一致动器118被配置成用于可操作地相对于主体108枢转地提升或降低臂114。第二致动器120被配置成用于操作地相对于臂114来枢转杆116。第三致动器122被配置成用于操作地相对于机器100的杆116来枢转作业工具124，例如，铲斗。可注意到的是，在此公开的第一、第二和第三致动器118-122中的每个实施为液压致动器的形式。另外，可能注意到的是，尽管在此三个致动器118-122被公开为与挖掘机104相结合，使用的致动器的数目可能基于各种因素而发生变化，包括但不限于，使用机器的类型，与机器相关联的移动连杆的数目，和应用的其它具体需求。

继续参考图1，由机器100采用的kers102可操作以从液压马达/泵126接收驱动功率，该液压马达/泵被设置成与回转马达112以及在挖掘机104上存在的致动器118-122中的每个流体连通。可以注意到的是，尽管液压马达/泵126在图1的示出的实施例中被实施为可变排量液压马达/泵，本领域技术人员可以计划可选择地实施定量的液压马达/泵，来代替在此公开的可变排量液压马达/泵。

另外，在驱动回转马达112和致动器118-122时，本公开的kers102还可选择性地将储存的驱动功率传输至原动机110。将在下文中做出kers102的进一步解释。

在于图1中示出的实施例中，kers102包括液压马达/泵126。液压马达/泵126被设置成经由流体源导管130与流体源128(例如，箱)流体连通，该流体源导管在液压马达/泵/泵126与流体源128之间连接并在它们之间以流体连通延伸。液压泵/马达126以流体连通的方式连接，以经由液压马达/泵导管132供应并接收加压流体。液压马达/泵导管132在液压泵/马达126与连接液压泵/马达126的阀158之间连接并在它们之间流体地延伸，以分别地从回转马达112和与机器100相关联的致动器118-122中的一个或多个接收形式为加压液压流体形式的液压能量以及将加压液压流体形式的液压能量供应至回转马达和与机器相关联的致动器中的一个或多个。

如在图1中进一步所示，当液压泵/马达126作为液压泵被致动时，阀158可被操作以选择性地允许分别经由导管160、162和164从液压马达/泵导管132流至回转马达112和致动器118-122中的一个或多个。另外地，当液压泵/马达126作为液压泵被致动时，该阀158还可被操作以选择性地允许分别经由导管160、162和164将流体从回转马达112和致动器118-122中的一个或多个流回至液压马达/泵导管132。在本公开的实施例中，可以注意到的是，在操作的一种模式中，当液压泵/马达126作为液压泵被致动时，流体经由液压马达/泵导管132可从液压泵/马达126被供应至回转马达112和/或致动器118-122，以及在操作的另一模式中，当液压泵/马达126作为液压马达被致动时，加压液压流体形式的液压能量可经由液压马达/泵导管132被流体地输送或供应至液压泵/马达126。

液压马达/泵126包括以与该液压马达/泵126相互转动的方式可操作地并机械地附接至该液压马达/泵的第一轴134，且被配置成用于转换并传输液压马达/泵126和飞轮136之间的(部分的)液压能，如在此进一步讨论。当流体经由液压马达/泵126从回转马达112和/或致动器118-122返回至流体源128时，在流体使得液压马达/泵126的一个或多个旋转部件(未示出)发生转动的影响下，与液压马达/泵126相关联的第一轴134可旋转，该第一轴134可刚性地附接至这些旋转部件。

如在图1的实施例中进一步示出，kers102还包括飞轮136，其被配置成用于在第一离合器138的帮助下选择性地与液压马达/泵126的第一轴134耦接。第一离合器138选择性地操作以促进将驱动功率从液压马达/泵126的第一轴134传输至飞轮136。在该实施例中，飞轮136安装在第一中间轴140上，该第一中间轴与第一轴134位于同一位置且被配置成用于至少部分地在其上支撑第一离合器138。因此，当第一离合器138将飞轮136与液压马达/泵126的第一轴134耦接时，飞轮136被配置成用于储存由液压马达/泵126从流体返回流过液压马达/泵126而生成的驱动功率。

此外，kers102还包括耦接至飞轮136的齿轮装置142。齿轮装置142被配置成用于与与机器100的原动机110相关联的第二轴144相选择性地接合。齿轮装置142在第二离合器146的帮助下可被选择性地接合至第二轴144。第二离合器146选择性地可操作，用于将储存的驱动功率从飞轮136传输至与原动机110相关联的第二轴144。

基于应用的具体需求，第一和第二离合器138、146可以为机械操作的、液压-机械操作的离合器，或者电操作的离合器。在一实例中，第一和第二离合器138、146中的每个可以为单向斜撑式离合器。在另一实例中，第一离合器138可以为单向斜撑式离合器，而第二离合器146可以实施为本领域技术人员已知的机械二极管的形式。还可以注意的是，在此公开的第一和第二离合器138、146中的每个为选择性地可操作，且因此，第一和第二离合器138、146可彼此相互独立的可操作。

如在图1的示出的实施例中所示，齿轮装置142包括第一齿轮148，该第一齿轮刚性地安装至第一中间轴140的端部150。齿轮装置142还包括第二齿轮152，该第二齿轮被设置成与第一齿轮148相旋转接合。同样，第二齿轮152安装在第二中间轴154上，该第二中间轴与和原动机110相关联的第二轴144设置在同一位置。第二轴144的端部156被配置成用于在其上至少部分地支撑第二离合器146。因此，第二离合器146可被选择地操作以将第二轴144与第二中间轴154耦接。

在机器100的操作过程中，液压马达/泵126通过流体源导管130将低压的流体从流体源128吸取。液压马达/泵126增加吸取的流体的压力，以以增加的压力来供应该流体，用于致动回转马达112和/或致动器118-122的移动，并分别地引起主体108相对框架106和/或连杆113相对主体108的移动。

当主体108和/或连杆113应当返回至它们各自的初始位置时，通过适当的阀控制装置(未示出)来引起流体经由液压马达/泵126从回转马达112和/或致动器118-122返回至流体源128。通过返回使得呈现在液压马达/泵126中的一个或多个旋转部件(未示出)旋转的流体，引起提供至液压马达/泵126的第一轴134关于它的轴dd’发生旋转。当流体从回转马达112和/或致动器118-122返回至液压马达/泵126时，该第一轴134的旋转可被看作从流体回收驱动功率的表现。

此时，倘若第一离合器138被操作以将第一中间轴140和第一轴134耦接，则飞轮136旋转以引起第一齿轮148的旋转。在此公开的飞轮136具有高惯量，由于它的高质量，其基于应用的各种指定需求和/或需要考虑的各种操作参数被事先选择。由飞轮136拥有的高惯性矩帮助飞轮136在其中储存驱动功率。例如，在飞轮136处可储存驱动功率持续一有限的时间，直至飞轮136的动量由于其高质量而衰减。

由于飞轮136与第一中间轴140一起旋转，在第一中间轴140上安装的第一齿轮148也旋转。这引起第二齿轮152和第二中间轴154的旋转。例如，当从原动机110输出的功率待被优化以降低原动机110处的燃料消耗，或用于满足回转马达112和/或致动器118-122在原动机110的高负载要求时，第二离合器146可被操作以将与原动机110相关联的第二轴144耦接至第二中间轴154。一旦将第二轴144耦接至第二中间轴154，在飞轮136处储存的驱动功率可被传送至第二轴144并被用于补充原动机110的功率输出，例如，在驱动致动器118-122和/或回转马达112中，例如，在搞负载要求的期间，或者用于降低由原动机110的燃料消耗(如在此更早地公开)。

在本公开的实施例中，还设想的是，倘若第一和第二离合器138、146处于它们的接合位置，即，第一中间轴140由第一轴134锁定且第二轴144由第二中间轴154锁定，则不仅在飞轮136中储存的驱动功率，而且即将来自第一轴134的进行的旋转的驱动功率将被输送至第二轴144，因而，连续地并直接地将驱动功率从液压马达/泵126输送至原动机110。

当不使用时，仅仅通过脱离第一和第二离合器138、146，kers102系统的飞轮136可从液压马达/泵126和原动机110中的每个脱离，以使得提供液压马达/泵126与原动机110之间的无损连接。在该无损连接中，来自液压马达/泵126的驱动功率并未从液压马达/泵126接收用于在飞轮136处储存，也并未从飞轮136输送到原动机110的第二轴144。因此，当从液压马达/泵126和原动机110脱离时，本公开的kers102还可帮助液压马达/泵126和原动机110防止驱动功率的任何寄生损失。

参考在图2中示出的另一实施例，kers202包括：齿轮装置242和飞轮236，该齿轮装置被配置成用于在第一离合器238的帮助下选择性地与液压马达/泵226的第一轴234耦接,该飞轮耦接至齿轮装置242。第一离合器238选择性地操作以促进经由齿轮装置242将驱动功率从液压马达/泵226的第一轴234传输至飞轮236。如同图1的实施例一样，在该实施例中，飞轮236被配置成当第一离合器238将齿轮装置242与液压马达/泵226的第一轴234耦接时，同样地用于储存由液压马达/泵226从返回的流体流生成的驱动功率。

此外，kers202还包括在齿轮装置242与和机器100的原动机110相关联的第二轴244之间设置的第二离合器246，用于选择性地耦接齿轮装置242与第二轴244。第二离合器246选择性地可操作，用于经由齿轮装置242将储存的驱动功率从飞轮236传输至第二轴244。

在该实施例中，齿轮装置242包括在第一中间轴240上刚性安装的第一齿轮248，该第一中间轴与第一轴234和第二轴244中的每个位于同一位置。第一中间轴240在第一离合器238的帮助下被选择性地接合至第一轴234，以及在第二离合器246的帮助下被选择性地接合至第二轴244。另外，如所示，齿轮装置242还包括第二齿轮252，该第二齿轮设置成与第一齿轮248相旋转接合并刚性地安装在第二中间轴254上。

此外，飞轮236安装在第二中间轴254的端部处，且第二轴244的端部256被配置成用于在其上至少部分地支撑第二离合器246。在该实施例中，第二离合器246选择性地可操作，以将第二轴244与第一中间轴240耦接。

来自图2的所示实施例的经由第一和第二离合器238、246的选择性和单独操作的kers202的工作类似于针对来自图1的所示实施例的kers102所描述的。可以注意的是，来自图1和图2所示的实施例的两个kers102/202的配置中的一个可被合适地选择用于机器100的实施，这取决于各种因素以及应用的具体需求，包括但不限于，给定类型机器中遭遇的空间限制。

另外，在本公开的实施例中，可以注意到的是，尽管使用了单个kers102/202，但可在单个机器中采用两个或多个kers102/202，这取决于应用的具体需求。由此，可能的是，在一些本领域技术人员已知的机器的类型或配置中，机器可在其中包括多于一个的原动机，且在不偏离所附权利要求的范围的情况下，这些多个原动机可独立地与相应的kers102/202相关联。

在此公开的各个实施例被视为示意性和解释性目的，且绝对不应当被视为对本公开的限制。所有的连接基准(例如，附接、固定、耦接、接合、啮合、连接等)仅仅被用于帮助读者对本公开的理解，且并不创造限制，尤其是位置、方位、或在此公开的系统和/或方法的使用。因此，连接基准，如果有的话，应被广义地解释。另外，这些连接基准不必意味着两个部件彼此相互直接连接。

另外地，所有的数字术语，例如但不限于，“第一”、“第二”、或者任何其它常用和/或数字术语，还应当仅仅被视为起标识作用，以辅助读者对本公开的各个元件、实施例、变型和/或修改的理解，且并不创造任何限制，尤其是任何元件、实施例、变型和/或修改相对另一元件、实施例、变型和/或修改的次序或优选。

应当理解的是，针对一个实施例示出或描述的单独特征可以与针对另一实施例示出或描述的单独特征相组合。以上描述的实施方式并未以任何方式来限制本公开的范围。因此，应当理解的是，尽管在功能段的上下文中，一些特征被示出或描述以阐述本公开的使用，在不脱离本公开的如在所附权利要求中限定的精神的情况下，这些特征可从本公开的范围省略。工业实用性

本公开的实施例适用于在从机器的液压马达/泵回收驱动功率中使用和实施，当流体经由液压马达/泵返回流动至流体源时。这回收后的驱动功率可被用于补充从原动机输出的功率，该输出的功率用于移动与该机器相关联的各种致动器或驱动回转马达。用于补充给定原动机的功率输出的回收的驱动功率可以，例如，降低原动机的燃料消耗率。在另一情况下，回收的驱动功率可以，另外地或可选地，被用于补充给定原动机的功率输出，在原动机的高负载请求期间。

因而，可以预见的是，在来自在此公开的实施例的kers102/202的实施的情况下，机器的原动机用于促进高惯量部件(例如相对框架的连杆和/或主体)的循环起-停移动和操作所需的燃料量可被降低。因此，典型的提供有在框架的顶部上安装的连杆和/或转动主体的机器能够有益地利用降低的每单位时间的消耗量来操作相关联的原动机，这与先前已知的并未实施有在此公开的kers102/202的机器配置不同。

另外，在一些更早的情况中，机器典型地被提供有一个或多个蓄能器，以储存一定压力下的流体。然而，与在此公开的kers102/202相比，这些蓄能器的使用可能是昂贵的，这是由于这些蓄能器将需要频繁的监控、维修，且具有有限的使用寿命量(这是由于它的操作本质和/或其它系统设计限制)。因此，在此公开的kers102/202的实施方式可以帮助机器的用户来抵消先前使用蓄能器的成本。

尽管参考以上的实施例已经特别地示出并描述了本公开的方面，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离所公开的精神和范围的情况下，通过对所公开的机器、系统、方法和过程的修改可以设想各种其它的实施例。这些实施例应当被理解成落在本公开的如基于权利要求和其任何等价物所确定的范围之内。