用于挖掘机的液压混合回转驱动系统技术方案

一种液压机械，包括底盘；旋转结构，所述旋转结构可旋转地安装在所述底盘上，并且被配置成随着所述底盘旋转以及相对于所述底盘旋转；第一控制器，所述第一控制器被配置成接收用户输入并被配置；用户界面，所述用户界面被配置成接收来自用户的命令并将命令信号输出到所述控制器；以及第一陀螺仪，所述第一陀螺仪固定至所述旋转结构并电气连接至所述控制器，并被配置成向所述控制器提供所述旋转结构的旋转信息的数据信号。所述陀螺仪的旋转轴线平行于所述旋转结构的旋转轴线。所述控制器被配置成，基于来自所述用户界面的所述命令信号和来自所述第一陀螺仪的所述数据信号，生成控制所述旋转结构并且使所述旋转结构相对于所述底盘旋转的控制信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请本申请要求2013年8月8日提交的美国临时申请No.61/863,662的权益和2014年1月30日提交的国际申请No.PCT/US2014/013861的权益，这两个申请在此通过引用并入本文。
本专利技术总体涉及液压系统，更具体地涉及液压混合驱动系统。
技术介绍
挖掘机是建筑机械的一个示例，其使用多个液压致动器以完成各种任务。这些致动器流体地连接到泵，泵向致动器的腔室提供加压流体。作用在致动器表面上的该加压流体作用力使致动器及其所连接的作业工具运动。一旦液压能量被利用，加压流体就被排出腔室，以返回到低压储液器。通常，被排出的流体处于比储液器中的压力更高的压力，因此一旦该流体进入储液器，就浪费了该剩余的能量。该浪费的能量降低了整个液压系统在机械工作周期的过程中的效率。在挖掘机中能量损失的主要示例是其回转驱动，其中在挖掘机的动作的减速部分期间，排空到低压储液器的流体被阀节流，以产生回转动作的制动。估计在挖掘机中回转使用的总持续时间为大约整个寿命周期的50％-70％，并且它消耗引擎提供的能量的25％-40％。流体节流的另一个不期望的影响是加热了液压流体，这导致了冷却需求和成本的提高。将电气控制应用到液压受控装置开启了多种以前不能获得的控制时机，这些控制时机可以提高性能和效率。然而，这些控制时机也经常需要关于该装置的状态的额外信息(例如速度、位置、压力等等)。在改进对于物料搬运装置(例如挖掘机)的回转驱动的额外的控制时机时，测量并使用回转速度是有用的。获取物料搬运装置的回转速度可以以若干种方式来进行，不论是直接测量该装置的速度或者是通过测量一些相关量(例如回转马达的速度)并计算所期望的回转速度。
技术实现思路
因此，示例性液压混合回转驱动系统(hydraulichybridswingdrivesystem，为简便起见，本文称为HSD)相比于常规液压挖掘机和常规电动混合挖掘机(electrichybridexcavator，EHE)可以提供若干优点：1.与采用对旋转位置测量值的数值导数相反，经由直接测量值获得旋转速度。这导致了获得具有较少的延迟的更精确的速度测量值。2.与在马达上或变速箱上使用霍尔效应传感器来确定旋转速度的常规方法相反，利用陀螺仪更简单改进车辆。3.陀螺仪可以应用到结构的上托架的任何部分，并且不需要处于旋转轴处。这是因为上托架的所有部分以相同的角速度旋转。这在安装位置和接线要求方面提供了显著的灵活性。4.与确定旋转速度的一些方法(例如前述的经由来自旋转位置测量值的数值导数计算速度的方法)相比较，使用陀螺仪可以花费更少的成本。5.与压力补偿器相比较，安全阀提供了对压力尖峰更大的响应，使得其成为总体更安全且更稳健的系统。6.可以添加反气穴现象止回阀，以增加系统稳健性，尤其是具有过中位泵应用的系统。7.排量的伺服压力控制可以在越过泵的中位时增大响应时间。8.低压蓄能器可以被用作低压源，以供给具有变化的体积的液压回路中的补给止回阀和反气穴现象止回阀。9.继电器可以用来提供改进的应用中额外的可控性，以与主控制器连接，而无需改变控制器上的任何软件。根据本专利技术的一个方面，在下文中参照附图更详细地描述本专利技术的前述特征和其它特征。附图说明图1示出了示例性HSD的示意性图示；图2示出了示例性HSD处于仅使用回转泵的回转推进模式的示意性图示；图3示出了示例性HSD处于仅使用蓄能器的回转推进模式的示意性图示；图4示出了示例性HSD处于既使用回转泵又使用蓄能器的回转推进模式的示意性图示；图5示出了示例性HSD处于仅使用蓄能器的制动模式的示意性图示；图6示出了示例性HSD处于使用回转泵和倾泄阀的制动模式的示意性图示；图7示出了示例性HSD处于使用回转泵和蓄能器的制动模式的示意性图示；图8示出了示例性HSD处于使用倾泄阀的制动模式同时并行地使蓄能器充压的示意性图示；图9示出了示例性HSD处于使用倾泄阀的制动模式同时蓄能器并行地驱动其它功能件的示意性图示；图10示出了示例性HSD处于仅使用倾泄阀的制动模式的示意性图示；图11示出了示例性HSD处于无动作模式同时使蓄能器充压的示意性图示；图12示出了示例性HSD处于无动作模式同时使用蓄能器驱动其它功能件的示意性图示；图13示出了另一示例性HSD的示意性图示；图14示出了另一示例性HSD的示意性图示；图15示出了具有固定至旋转结构的陀螺仪的示例性液压机械的示意图；图16示出了具有两个固定至旋转结构的陀螺仪和一个固定至底盘的陀螺仪的另一示例性液压机械；图17示出了由陀螺仪产生的数据与经由位置测量值的导数所计算的数据相比对的示例；图18示出了可以被并入到示例性或常规的系统中以便容易地改进现有系统的继电器的示例。具体实施方式示例性液压混合回转驱动系统(本文称为HSD)可以用在建筑设备上，尤其可用在液压挖掘机上。示例性HSD的目标是在挖掘机的回转功能的制动期间获取能量，并将能量储存在液压蓄能器中和/或允许回转泵/回转马达提供额外的扭矩，以协助用于驱动作业液压致动功能件和辅助设备的引擎。第二目标是，与常规液压挖掘机相比，通过使用电气控制组件，实现相同或更好的性能、可操作性和可控性，同时使用更少的燃料并减少排放。例如，示例性HSD可以用在带有固定排量回转马达的挖掘机中，该挖掘机具有上部结构、底盘、回转件、动臂、斗杆和铲斗。如在图1中示意性示出的，示例性HSD组件1可以包括主原动机2(例如柴油机)、液压回转泵3、液压回转马达16、液压蓄能器10和液压储存罐/储液器7连同各种控制阀。特别是，图示的HSD组件包括回转控制阀组件(此处描绘为单一的回转控制滑阀)15、倾泄阀14、隔离阀13、蓄能器控制阀12。在没有HSD的常规机械中，在回转制动期间返回到大气压力储液器的液流被阀节流，以控制减速并由此消耗能量。示例性HSD液压回路可以被布置成，在减速模式中，液压回转马达16用作泵，并且向回转机构提供阻力扭矩。回转控制阀15将高压液流引导至液压蓄能器10、回转泵3、和/或倾泄阀14。在该模式中，回转泵3由此可以通过将液压流动转换成机械运动而用作马达。为了安全起见，隔离阀13可以用来将回转泵/马达3和液压蓄能器10与系统的其余部分分开，和/或允许同时或单独使用回转泵3和蓄能器10来经由倾泄阀14制动回转马达16。在制动模式中，蓄能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液压机械，包括：底盘；旋转结构，所述旋转结构能够旋转地安装在所述底盘上，并且被配置成随着所述底盘旋转以及相对于所述底盘旋转；第一控制器，所述第一控制器被配置成接收用户输入并被配置；用户界面，所述用户界面被配置成接收来自用户的命令并将命令信号输出到所述控制器；以及第一陀螺仪，所述第一陀螺仪固定至所述旋转结构并电气连接至所述控制器，并被配置成向所述控制器提供所述旋转结构的旋转信息的数据信号，其中，所述陀螺仪的旋转轴线平行于所述旋转结构的旋转轴线，并且其中，所述控制器被配置成，基于来自所述用户界面的所述命令信号和来自所述第一陀螺仪的所述数据信号，生成控制所述旋转结构并且使所述旋转结构相对于所述底盘旋转的控制信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.08 US 61/863,662;2014.01.30 US PCT/US2014/1.一种液压机械，包括：
底盘；
旋转结构，所述旋转结构能够旋转地安装在所述底盘上，并且被配置成随
着所述底盘旋转以及相对于所述底盘旋转；
第一控制器，所述第一控制器被配置成接收用户输入并被配置；
用户界面，所述用户界面被配置成接收来自用户的命令并将命令信号输出
到所述控制器；以及
第一陀螺仪，所述第一陀螺仪固定至所述旋转结构并电气连接至所述控制
器，并被配置成向所述控制器提供所述旋转结构的旋转信息的数据信号，
其中，所述陀螺仪的旋转轴线平行于所述旋转结构的旋转轴线，并且
其中，所述控制器被配置成，基于来自所述用户界面的所述命令信号和来
自所述第一陀螺仪的所述数据信号，生成控制所述旋转结构并且使所述旋转结
构相对于所述底盘旋转的控制信号。
2.根据权利要求1所述的液压机械，还包括：
第二陀螺仪，所述第二陀螺仪固定至所述旋转结构并电气连接至所述控制
器，并被配置成向所述控制器提供所述旋转结构的旋转信息的数据信号，
其中，所述第一陀螺仪的旋转轴线平行于所述第二陀螺仪的旋转轴线，但
沿相反的方向取向。
3.根据任一项前述权利要求所述的液压机械，还包括：
固定至所述底盘并被配置成向所述控制器提供所述底盘的旋转信息的数据
信号的陀螺仪，
其中，固定至所述底盘的所述陀螺仪的旋转轴线平行于所述旋转结构的所
述旋转轴线，并且
其中，所述控制器被配置成，基于固定至所述旋转结构的所述第一陀螺仪
的所述数据信号和固定至所述底盘的所述陀螺仪的所述数据信号，确定所述旋

\t转结构相对于所述底盘的旋转。
4.根据任一项前述权利要求所述的液压机械，还包括：
第二控制器，所述第二控制器被配置成生成控制所述旋转结构并使所述旋
转结构相对于所述底盘旋转的控制信号；以及
继电器，所述继电器具有第一控制信号输入端、第二控制信号输入端、判
决输入端、和控制信号输出端，其中，所述第一控制信号输入端连接至所述第
二控制器并被配置成接收由所述第二控制器所生成的控制信号，所述第二控制
信号输入端连接至所述第一控制器并被配置成接收由所述第一控制器所生成的
控制信号，并且其中，所述判决输入端连接至所述第一控制器并被配置成接收
来自所述第一控制器的判决信号，并且其中，所述继电器被配置成基于所述判
决信号在所述控制信号输出端处输出在所述第一控制信号输入端和所述第二控
制信号输入端处所接收的控制信号中的任一控制信号。
5.根据权利要求4所述的液压机械，其中，所述继电器被配置成，如果没
有接收到判决信号，则在所述控制信号输出端处输出在所述第一控制信号输入
端处所接收的控制信号。
6.根据任一项前述权利要求所述的液压机械，还包括：
可变排量液压回转泵，所述可变排量液压回转泵能够通过原动机来操作；
液压回转马达，所述液压回转马达用于执行所述机械的回转功能；
蓄能器；
回转控制阀组件，所述回转控制阀组件设置在从所述回转泵延伸到所述回
转马达的第一液压路径中，所述回转控制阀组件具有将所述回转泵流体连接至
所述回转马达的第一侧的第一位置和将所述回转泵流体连接到所述回转马达的
第二侧的第二位置；以及
蓄能器控制阀，所述蓄能器控制阀具有在蓄能器控制阀连接点处将所述蓄
能器流体连接到所述第一液压路径的开启位置和将所述蓄能器与所述第一液压
路...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼古拉斯·N·怀特，詹姆斯·豪兰，浩·张，
申请(专利权)人：派克汉尼芬公司，
类型：发明
国别省市：美国;US