挖掘机的液压混合动力回转驱动系统技术方案

一种液压施工机器的混合动力回转驱动系统(1)包括：可变排量液压回转泵(3)，通过原动机(2)可操作；液压回转马达(16)，用于执行该机器的回转功能；蓄能器(10)；控制器(244)；回转控制阀组件(15)，布置在从回转泵延伸到回转马达的第一液压路径中，该回转控制阀组件具有流体式地将回转泵连接至回转马达的第一侧的第一位置和流体式地将回转泵连接至回转马达的第二侧的第二位置；以及蓄能器控制阀(12)，具有在蓄能器控制阀连接点处流体式地将蓄能器连接至第一液压路径的打开位置和流体式地将蓄能器与第一液压路径隔离的关闭位置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】挖掘机的液压混合动力回转驱动系统相关申请本申请要求2013年1月30日提交的第61/758523号美国临时申请的权益，其在此通过引用被并入于此。
本专利技术大致涉及液压系统，尤其涉及液压混合动力驱动系统。
技术介绍
挖掘机是施工机器的一个示例，其使用多个液压致动器完成各种任务。这些致动器流体式地连接至泵，该泵向致动器内的腔体提供加压流体。这种加压流体作用在致动器表面上的力引起致动器和其连接的工作器械的运动。一旦液压能量被利用，加压流体就从腔体中被排出并返回到低压储罐。通常流体是在高于储罐中的压力的压力条件之下被排出的，因此一旦流体进入储罐，这种剩余的能量就浪费了。这种浪费的能量降低了整个液压系统在机器工作周期的过程中的效率。挖掘机中能量损耗的一个基本的示例是其回转驱动，在回转驱动时，在挖掘机动作的减速部分期间，被排空至低压储罐的流体在阀上被节流，以产生使回转运动制动的效果。据估计，在挖掘机的使用中，回转的全部时间大约是整个生命周期的50％-70％，并消耗发动机提供的25％-40％的能量。流体节流的另一个不良效果是液压流体的加热，这会导致冷却要求和成本提高。
技术实现思路
因此，与传统液压挖掘机和传统电动混合动力挖掘机(EHE)相比，示例性液压混合动力回转驱动系统(为了简便起见，本文称为HSD)可以提供许多优点：1、使用现有的固定排量回转马达、加上液压马达/泵连同能量储存装置，从机器上部结构的制动操作回收动能并减少计量损耗，导致比传统车辆具有更好的燃料经济性；2、通过使用储存的能量执行回转操作因而使更多的发动机动力用于其它功能，提高了车辆的有效生产率；3、提供机器上部结构加速和制动操作的可靠、无缝转换；4、通过使用储存的制动能量辅助发动机动力来提供液压致动功能的更加平稳且高效的操作；5、与传统机器相比，由于从回转阀和其它功能的阀两端流体节流生成的热量减少，因而降低了冷却要求；6、通过发动机管理优化了发动机操作：针对给定的动力需求，作为辅助能源的蓄能器的存在能够被用来更加有效地管理发动机，并且通过使用高级控制(该高级控制通过泵排量的智能控制来主动、独立地控制发动机速度和转矩)，发动机可以被控制到其最高效点，从而显著提高燃料经济性；以及7、通过使用蓄能器或回转动力以液压动力补充发动机动力来拉平(level)发动机经受的峰值负荷而减少要求的发动机尺寸。根据本专利技术的一个方案，一种液压机器的混合动力回转驱动系统，包括：可变排量液压回转泵，通过原动机可操作；液压回转马达，用于执行所述机器的回转功能；蓄能器；控制器；回转控制阀组件，布置在从所述液压回转泵延伸到所述液压回转马达的第一液压路径中，所述回转控制阀组件具有流体式地将所述液压回转泵连接至所述液压回转马达的第一侧的第一位置和流体式地将所述液压回转泵连接至所述液压回转马达的第二侧的第二位置；以及蓄能器控制阀，具有在蓄能器控制阀连接点处流体式地将所述蓄能器连接至所述第一液压路径的打开位置和流体式地将所述蓄能器与所述第一液压路径隔离的关闭位置。可选地，回转控制阀组件包括中心打开的滑阀。可选地，回转控制阀组件包括中心关闭的滑阀。可选地，回转控制阀组件包括：第一先导操作止回阀，布置在液压回转泵和液压回转马达的第一侧之间且面向该液压回转泵；以及第二先导操作止回阀，布置在液压回转泵和液压回转马达的第二侧之间且面向该液压回转泵，并且其中混合动力回转驱动系统还包括：第三先导操作止回阀，布置在液压回转马达的第一侧和储罐之间且面向液压回转马达；以及第四先导操作止回阀，布置在液压回转马达的第二侧和储罐之间且面向该液压回转马达。可选地，从所述液压回转马达到所述液压回转泵的流未被计量。可选地，从所述液压回转马达到所述蓄能器的流未被计量。可选地，混合动力回转驱动系统包括计量泄放阀(dumpvalve)，配置为选择性地将所述第一液压路径流体式地连接至储罐端口。可选地，混合动力回转驱动系统包括隔离阀，布置在所述蓄能器控制阀连接点与所述回转控制阀之间的流体通路中，所述隔离阀具有流体式地将所述液压回转泵连接至所述液压回转马达的打开位置和流体式地将所述蓄能器和所述液压回转泵与所述液压回转马达隔离的关闭位置。可选地，所述控制器被配置为打开所述蓄能器控制阀并使得所述液压回转泵脱开。可选地，所述控制器被配置为关闭所述蓄能器控制阀、计量通过所述泄放阀的流并使得所述液压回转泵接入以用作马达。可选地，所述控制器被配置为关闭所述蓄能器控制阀并使得所述液压回转泵接入以用作马达，并且其中系统溢流阀被配置为使过量流去往槽。可选地，所述控制器被配置为打开所述蓄能器控制阀并使得所述液压回转泵接入以用作马达。可选地，控制器被配置为关闭泄放阀。可选地，所述控制器被配置为打开所述蓄能器控制阀、关闭所述隔离阀、计量通过所述泄放阀的流并使得所述液压回转泵接入以用作泵。可选地，所述控制器被配置为打开所述蓄能器控制阀、关闭所述隔离阀并使得所述液压回转泵接入以用作泵，并且其中系统溢流阀被配置为使过量流去往槽。可选地，所述控制器被配置为打开所述蓄能器控制阀、关闭所述隔离阀、计量通过所述泄放阀的流并使得所述液压回转泵接入以用作马达。可选地，所述控制器被配置为打开所述蓄能器控制阀、关闭所述隔离阀并使得所述液压回转泵接入以用作马达，并且其中系统溢流阀被配置为使过量流去往槽。可选地，所述控制器被配置为打开所述蓄能器控制阀、关闭所述隔离阀并使得所述液压回转泵接入以用作马达。可选地，所述控制器被配置为打开所述蓄能器控制阀、关闭所述隔离阀并使得所述液压回转泵接入以用作泵。可选地，所述原动机是内燃机，并且所述控制器被配置为监控发动机速度和转矩，将发动机速度和转矩与效率数据进行比较，并基于所述比较调节发动机速度且调节所述液压回转泵的排量，从而调节发动机转矩。可选地，所述控制器被配置为在所述驱动系统的操作期间关闭所述发动机。可选地，所述控制器被配置为将流从所述液压回转马达引导至所述液压泵。可选地，所述控制器被配置为将流从所述液压回转马达引导至所述蓄能器。可选地，所述控制器被配置为将流从所述蓄能器引导至所述液压回转马达。可选地，所述控制器被配置为将流从所述蓄能器引导至所述液压回转泵。可选地，所述控制器被配置为将流从所述液压回转泵引导至所述蓄能器。可选地，所述液压回转马达是固定排量马达。可选地，低压蓄能器被布置在储罐和液压回转马达之间并配置为防止系统中的空化。在下文中，参考附图更详细地描述本专利技术的前述和其它特征。附图说明图1示出示例性HSD的示意图；图2示出处于仅使用液压回转泵的回转推进模式下的示例性HSD的示意图；图3示出处于仅使用蓄能器的回转推进模式下的示例性HSD的示意图；图4示出处于使用液压回转泵和蓄能器这二者的回转推进模式下的示例性HSD的示意图；图5示出处于仅使用蓄能器的制动模式下的示例性HSD的示意图；图6示出处于使用液压回转泵和泄放阀的制动模式下的示例性HSD的示意图；图7示出处于使用液压回转泵和蓄能器的制动模式下的示例性HSD的示意图；图8示出在并行给蓄能器充注时处于使用泄放阀的制动模式下的示例性HSD的示意图；图9示出在蓄能器并行给其它功能提供动力的情况下处于使用泄放阀的制动模式下的示例性HSD的示意图；图10示出处于仅使用泄放阀的制动模式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液压机器的混合动力回转驱动系统，包括：可变排量液压回转泵，通过原动机可操作；液压回转马达，用于执行所述机器的回转功能；蓄能器；控制器；回转控制阀组件，布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流体式地将所述回转泵连接至所述回转马达的第一侧的第一位置和流体式地将所述回转泵连接至所述回转马达的第二侧的第二位置；以及蓄能器控制阀，具有在蓄能器控制阀连接点处流体式地将所述蓄能器连接至所述第一液压路径的打开位置和流体式地将所述蓄能器与所述第一液压路径隔离的关闭位置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.01.30 US 61/758,5231.一种液压机器的混合动力回转驱动系统，包括：可变排量液压回转泵，通过原动机可操作；液压回转马达，用于执行所述液压机器的回转功能；蓄能器；控制器；回转控制阀组件，布置在从所述液压回转泵延伸到所述液压回转马达的第一液压路径中，所述回转控制阀组件具有流体式地将所述液压回转泵连接至所述液压回转马达的第一侧的第一位置和流体式地将所述液压回转泵连接至所述液压回转马达的第二侧的第二位置；以及蓄能器控制阀，具有在蓄能器控制阀连接点处流体式地将所述蓄能器连接至所述第一液压路径的打开位置和流体式地将所述蓄能器与所述第一液压路径隔离的关闭位置，其中，在一操作模式下，所述控制器被配置为将流从所述液压回转马达引导至所述液压回转泵，其中，在另一操作模式下，所述控制器被配置为将流从所述液压回转马达引导至所述蓄能器，其中，在另一操作模式下，所述控制器被配置为将流从所述蓄能器引导至所述液压回转马达，其中，在另一操作模式下，所述控制器被配置为将流从所述蓄能器引导至所述液压回转泵，其中，在另一操作模式下，所述控制器被配置为将流从所述液压回转泵引导至所述蓄能器。2.根据权利要求1所述的混合动力回转驱动系统，其中所述回转控制阀组件包括中心打开的滑阀。3.根据权利要求1所述的混合动力回转驱动系统，其中所述回转控制阀组件包括中心关闭的滑阀。4.根据权利要求1所述的混合动力回转驱动系统，其中所述回转控制阀组件包括：第一先导操作止回阀，布置在所述液压回转泵和所述液压回转马达的第一侧之间且面向所述液压回转泵；以及第二先导操作止回阀，布置在所述液压回转泵和所述液压回转马达的第二侧之间且面向所述液压回转泵，并且其中所述混合动力回转驱动系统还包括：第三先导操作止回阀，布置在所述液压回转马达的所述第一侧和储罐之间且面向所述液压回转马达；以及第四先导操作止回阀，布置在所述液压回转马达的所述第二侧和所述储罐之间且面向所述液压回转马达。5.根据权利要求1到4中任一项所述的混合动力回转驱动系统，其中从所述液压回转马达到所述液压回转泵的流未被计量。6.根据权利要求1到4中任一项所述的混合动力回转驱动系统，其中从所述液压回转马达到所述蓄能器的流未被计量。7.根据权利要求1到4中任一项所述的混合动力回转驱动系统，还包括：计量泄放阀，配置为选择性地将所述第一液压路径流体式地连接至储罐端口。8.根据权利要求7所述的混合动力回转驱动系统，还包括：隔离阀，布置在所述蓄能器控制阀连接点与所述回转控制阀之间的流体通路中，所述隔离阀具有流体式地将所述液压回转泵连接至所述液压回转马达的打开位置和流体式地将所述蓄能器和所述液压回转泵与所述液压回转马达隔离的关闭位置。9.根据权利要求1到4中任一项所述的混合动力回转驱动系统，其中所述控制器被配置为打开所述蓄能器控制阀并使得所述液压回转泵脱开。10.根据权利要求7所述的混合动力回转驱动系统，其中所述控制器被配置为关闭所述蓄能器控制阀、计量通过所述泄放阀的流并使得所述液压回转泵接入以用作马达。11.根据权利要求1到4中任一项所述的混合动力回转驱动系统，其中所述控制器被配置为关闭所述蓄能器控制阀并使得所述液压回转泵接入以用作马达，并且其中系统溢流阀被配置为使过量流去往槽。12.根据权利要求11所述的混合动力回转驱动系统，其中所述控制器被配置为设定所述液压回转泵的倾斜角度，使得所述液压回转泵处的压力等于所述系统溢流阀的开启压力。13.根据权利要求7所述的混合动力回转驱动系统，其中所述控制器被配置为打开所述蓄能器控制阀并使得所述液压回转泵接入以用作马达。14.根据权利要求12所述的混合动力回转驱动系统，其中所述控制器被配置为关闭所述泄放阀。15.根据权利要求8所述的混合动力回转驱动系统，其中所述控制器被配置为打开所述蓄能器控制阀、关闭所述隔离阀、计量通过所述泄放阀的流并使得所述液压回转泵接入以用作泵。16.根据权利要求8所述的混合动力回转驱动系统，其中所述控制器被配置为打开所述蓄能器控制阀、关闭所述隔离阀并使得所述液压回转泵接入以用作泵，并且其中系统溢流阀被配置为使过量流去往槽。17.根据权利要求8所述的混合动力回转驱动系统，其中所述控制器被配置为打开所述蓄能器控制阀、...

【专利技术属性】
技术研发人员：张浩，杰夫·卡尔曼，雷蒙德·科利特，J·豪兰，N·怀特，P·斯特格曼，
申请(专利权)人：派克汉尼芬公司，
类型：发明
国别省市：美国;US