具有擺動(dòng)馬達(dá)能量回收的液壓控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及液壓控制系統(tǒng)，且更具體地涉及具有擺動(dòng)馬達(dá)能量回收的液壓控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]擺動(dòng)式挖掘機(jī)器(例如液壓挖掘機(jī)和前鏟)需要顯著液壓和流量以將材料從挖翻位置轉(zhuǎn)移到傾卸位置。這些機(jī)器通過擺動(dòng)馬達(dá)引導(dǎo)來自發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的泵的高壓流體以在每次擺動(dòng)開始時(shí)加速裝載作業(yè)工具，然后限制在每次擺動(dòng)結(jié)束時(shí)離開馬達(dá)的流體的流量以減緩并停止作業(yè)工具的擺動(dòng)。
[0003]與這種類型的液壓裝置相聯(lián)的一個(gè)問題涉及效率。特別而言，由于裝載作業(yè)工具的減速，在每次擺動(dòng)結(jié)束時(shí)從擺動(dòng)馬達(dá)離開的流體處于相對較高壓力下。除非被回收，否則與高壓流體相聯(lián)的能量可能被浪費(fèi)。此外，在每次擺動(dòng)結(jié)束時(shí)從擺動(dòng)馬達(dá)離開的這種高壓流體的限制可導(dǎo)致加熱流體，這必須與增加的機(jī)器的冷卻能力適應(yīng)。
[0004]在于2011年3月22日發(fā)布的Zhang等人的美國專利號7，908，852 (以下簡稱’852專利)中公開了一種改進(jìn)擺動(dòng)型機(jī)器的效率的嘗試?！?52專利公開了用于包括蓄能器的機(jī)器的液壓控制系統(tǒng)。蓄能器存儲(chǔ)從擺動(dòng)馬達(dá)離開的油，該油已經(jīng)由機(jī)器的上部結(jié)構(gòu)施加到運(yùn)動(dòng)的擺動(dòng)馬達(dá)的慣性轉(zhuǎn)矩加壓。然后，蓄能器中的加壓油被選擇性地再利用以通過將積聚油供應(yīng)回?cái)[動(dòng)馬達(dá)在隨后擺動(dòng)過程中加速擺動(dòng)馬達(dá)。
[0005]雖然’852專利的液壓控制系統(tǒng)可有助于在某些情況下提高擺動(dòng)型機(jī)器的效率，但仍然可小于最佳效率。特別而言，在’ 852專利中描述的蓄能器的排放過程中，離開擺動(dòng)馬達(dá)的一些加壓流體可仍然具有被浪費(fèi)的有用能量。此外，當(dāng)泵輸出無法以足以防止擺動(dòng)馬達(dá)中的空化的速率供應(yīng)流體時(shí)，可能存在’852專利的液壓控制系統(tǒng)的操作過程(例如減速和蓄能器排放過程)中的情況。此外，機(jī)器可在不同條件和不同情況下不同地操作，且’852專利的液壓控制系統(tǒng)可不被配置為適于控制這些不同條件和情況。最后，’852專利沒有公開正常操作模式和蓄能器擺動(dòng)操作模式之間轉(zhuǎn)換的方法。
[0006]所公開的液壓控制系統(tǒng)旨在克服上面闡述的一個(gè)或多個(gè)問題和/或現(xiàn)有技術(shù)的其它問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的一方面涉及一種液壓控制系統(tǒng)。液壓控制系統(tǒng)可包括罐、被配置為從罐抽取流體并加壓流體的泵，以及由來自泵的加壓流體驅(qū)動(dòng)的擺動(dòng)馬達(dá)。液壓控制系統(tǒng)還可包括至少一個(gè)控制閥，其被配置為控制泵、擺動(dòng)馬達(dá)和罐之間的流體流量；蓄能器，其被配置為選擇性地接收從擺動(dòng)馬達(dá)排放的加壓流體并將加壓流體選擇性地供應(yīng)到擺動(dòng)馬達(dá)；以及至少一個(gè)蓄能器閥，其被配置為調(diào)節(jié)流入和流出蓄能器的流體流量。液壓控制系統(tǒng)還可包括控制器，其與至少一個(gè)控制閥和至少一個(gè)蓄能器閥連通?？刂破骺杀慌渲脼榻邮罩甘緮[動(dòng)馬達(dá)的期望速度和實(shí)際速度之間的差的輸入，并基于期望速度和實(shí)際速度之間的差確定擺動(dòng)馬達(dá)是加速還是減速?？刂破鬟€可被配置為控制至少一個(gè)蓄能器閥以使蓄能器僅在擺動(dòng)馬達(dá)加速或減速時(shí)選擇性地接收或供應(yīng)加壓流體。
[0008]本發(fā)明的另一方面涉及一種控制機(jī)器的擺動(dòng)馬達(dá)的方法。所述方法可包括接收指示擺動(dòng)馬達(dá)的期望速度和實(shí)際速度之間的差的輸入，并基于期望速度和實(shí)際速度之間的差確定擺動(dòng)馬達(dá)是加速還是減速。所述方法還可包括使蓄能器僅在擺動(dòng)馬達(dá)加速或減速時(shí)選擇性地接收來自擺動(dòng)馬達(dá)的加壓流體或?qū)⒓訅毫黧w供應(yīng)到擺動(dòng)馬達(dá)。
【附圖說明】
[0009]圖1是由運(yùn)輸車輛在工地作業(yè)的示例性公開的機(jī)器的示意圖；
[0010]圖2是可與圖1的機(jī)器一起使用的示例性公開的液壓控制系統(tǒng)的示意圖；
[0011]圖3是可由圖2的液壓控制系統(tǒng)使用的示例性公開的控制圖；以及
[0012]圖4是描繪可由圖2的液壓控制系統(tǒng)執(zhí)行的示例性公開的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]圖1示出具有多個(gè)系統(tǒng)和協(xié)作以挖掘和裝載土制材料到附近運(yùn)輸車輛12上的組件的示例性機(jī)器10。在所描繪的實(shí)例中，機(jī)器10是液壓挖掘機(jī)。然而，可設(shè)想，機(jī)器10可替換地實(shí)施為另一擺動(dòng)型挖掘或材料搬運(yùn)機(jī)器，諸如反鏟、前鏟、拉鏟挖掘機(jī)，或其它類似的機(jī)器。除其它外，機(jī)器10還可包括實(shí)施系統(tǒng)14，其被配置為例如通過運(yùn)輸車輛12在溝槽內(nèi)或在堆料處的挖翻位置18和傾卸位置20之間運(yùn)動(dòng)作業(yè)工具16。機(jī)器10還可包括用于手動(dòng)控制實(shí)施系統(tǒng)14的操作員站22?？稍O(shè)想，如果需要，機(jī)器10可進(jìn)行除卡車裝載之外的操作，諸如吊裝、挖溝和材料搬運(yùn)。
[0014]實(shí)施系統(tǒng)14可包括通過流體致動(dòng)器作用以運(yùn)動(dòng)作業(yè)工具16的連桿結(jié)構(gòu)。特別而言，實(shí)施系統(tǒng)14可包括懸臂24，其可由一對相鄰的雙作用液壓缸28 (在圖1中僅示出一個(gè))相對于工作表面26垂直樞轉(zhuǎn)。實(shí)施系統(tǒng)14還可包括斗桿30，其由單個(gè)雙作用液壓缸36相對于懸臂24繞水平樞軸線32垂直樞轉(zhuǎn)。實(shí)施系統(tǒng)14還可包括單個(gè)雙作用液壓缸38，其可操作地連接到作業(yè)工具16以相對于斗桿30繞水平樞軸線40垂直傾斜作業(yè)工具16。懸臂24可樞轉(zhuǎn)連接到機(jī)器10的框架42，而框架42可樞轉(zhuǎn)地連接到底架構(gòu)件44并通過擺動(dòng)馬達(dá)49繞垂直軸線46擺動(dòng)。斗桿30可通過樞軸線32和40的方式將作業(yè)工具16樞轉(zhuǎn)地連接到懸臂24?？稍O(shè)想，如果需要，更多或更少數(shù)量的流體致動(dòng)器可包括在實(shí)施系統(tǒng)14內(nèi)并以除上述之外的方式連接。
[0015]很多不同的作業(yè)工具16可附接到單個(gè)機(jī)器10且可經(jīng)由操作員站22控制。作業(yè)工具I6可包括用于執(zhí)行特定任務(wù)的任何裝置諸如，例如鏟斗、叉裝置、鏟板、鏟、破碎機(jī)、剪刀、抓鉤、抓鉤鏟斗、磁體，或本領(lǐng)域中已知的任何其它任務(wù)執(zhí)行裝置)。雖然在圖1的實(shí)施例中作業(yè)工具16被連接以相對于機(jī)器10升降、搖擺和傾斜，但是作業(yè)工具16可以本領(lǐng)域中已知的其它方式替代地或附加地旋轉(zhuǎn)、滑動(dòng)、延伸、打開和關(guān)閉，或運(yùn)動(dòng)。
[0016]操作員站22可被配置為接收來自機(jī)器操作員的指示期望的作業(yè)工具運(yùn)動(dòng)的輸入。具體而言，操作員站22可包括一個(gè)或多個(gè)輸入裝置48，其實(shí)施為例如位于靠近操作員座位(未示出)處的單軸或多軸操縱桿。輸入裝置48可以是比例式控制器，其被配置為通過產(chǎn)生指示特定方向上的期望作業(yè)工具速度和/或力的作業(yè)工具位置信號定位和/或定向作業(yè)工具16。位置信號可用于致動(dòng)液壓缸28、36、38和/或擺動(dòng)馬達(dá)49中的任何一個(gè)或多個(gè)。可設(shè)想，不同輸入裝置(諸如，例如輪、旋鈕、推拉裝置、開關(guān)、踏板，和本領(lǐng)域中已知的其它操作員輸入裝置)可替代地或附加地包括在操作員站22內(nèi)。
[0017]如圖2所示，機(jī)器10可包括具有協(xié)作以運(yùn)動(dòng)實(shí)施系統(tǒng)14的多個(gè)流體組件的液壓控制系統(tǒng)50(參考圖1)。特別而言，液壓控制系統(tǒng)50可包括與擺動(dòng)馬達(dá)49相聯(lián)的第一回路52，以及與液壓缸28、36和38相聯(lián)的至少一個(gè)第二回路54。除其它外，第一回路52還可包括擺動(dòng)控制閥56，其連接以調(diào)節(jié)從泵58到擺動(dòng)馬達(dá)49的加壓流體流以及從擺動(dòng)馬達(dá)49到低壓罐60的加壓流體流以使作業(yè)工具16根據(jù)經(jīng)由輸入裝置48接收的操作員請求繞軸線46擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)(參考圖1)。第二回路54可包括類似的控制閥，例如懸臂控制閥(未示出)、斗桿控制閥(未示出)、工具控制閥(未示出)、行駛控制閥(未示出)，和/或輔助控制閥，其并聯(lián)連接以接收來自泵58的加壓流體并將廢液排到罐60，從而調(diào)節(jié)相應(yīng)的致動(dòng)器(例如，液壓缸28、36和38) ο
[0018]擺動(dòng)馬達(dá)49可包括殼體62，其至少部分地形成位于葉輪64的兩側(cè)的第一腔室和第二腔室(未示出)。當(dāng)?shù)谝磺皇疫B接到泵58的輸出(例如，經(jīng)由形成于殼體62內(nèi)的第一腔室通道66)且第二腔室連接到罐60 (例如，經(jīng)由形成于殼體62內(nèi)的第二腔室通道68)時(shí)，葉輪64可被驅(qū)動(dòng)以在第一方向上旋轉(zhuǎn)(圖2中所示)。相反，當(dāng)?shù)谝磺皇医?jīng)由第一腔室通道66連接到罐60且第二腔室經(jīng)由第二腔室通道68連接到泵58時(shí)，葉輪64可被驅(qū)動(dòng)以在相反方向上旋轉(zhuǎn)(未示出)。流體通過葉輪64的流速可涉及擺動(dòng)馬達(dá)49的旋轉(zhuǎn)速度，而橫跨葉輪64的壓差可涉及其輸出轉(zhuǎn)矩。
[0019]擺動(dòng)馬達(dá)49可包括內(nèi)置的補(bǔ)充和釋放功能。特別而言，補(bǔ)充通道70和釋放通道72可形成于第一腔室通道66和第二腔室通道68之間的殼體62內(nèi)。一對相對的止回閥74和一對相對的泄壓閥76可分別設(shè)置在補(bǔ)充通道70和釋放通道72內(nèi)。低壓通道78可在止回閥74之間的位置處和泄壓閥76之間的位置處連接到每個(gè)補(bǔ)充通道70和釋放通道72?；诘蛪和ǖ?8與第一腔室通道66和第二腔室通道68之間的壓差，止回閥74中的一個(gè)可打開以允許流體從低壓通道78進(jìn)入第一腔室和第二腔室中的一個(gè)較低壓腔室。同樣地，基于第一腔室通道66和第二腔室通道68與低壓通道78之間的壓差，泄壓閥76中的一個(gè)可打開以允許流體從第一腔室和第二腔室中的較高壓腔室進(jìn)入低壓通道78。在實(shí)施系統(tǒng)14的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)過程中，顯著壓差可能會(huì)一般存在于第一腔室和第二腔室之間。
[0020]泵58可被配置為經(jīng)由入口通道80從罐60抽取流體，將流體加壓到期望水平，并經(jīng)由排放通道82將流體排到第一回路52和第二回路54。如果需要，止回閥83可設(shè)置在排放通道82內(nèi)，以提供加壓流體從泵58到第一回路52和第二回路54中的單向流。泵58可實(shí)施為例如可變排量泵(圖1示出)、固定排量泵，或本領(lǐng)域中已知的其它源。泵58可通過例如副軸(未示出)、皮帶(未示出)、電路(未示出)，或以其它適當(dāng)?shù)姆绞娇沈?qū)動(dòng)地連接到機(jī)器10的動(dòng)力源(未示出)?？商娲?，泵58可經(jīng)由扭矩轉(zhuǎn)換器、減速齒輪箱、電路或以任何其它合適的方式間接地連接到機(jī)器10的動(dòng)力源。泵58可產(chǎn)生具有至少部分由與操作員請求的運(yùn)動(dòng)對應(yīng)的第一回路52和第二回路54內(nèi)的致動(dòng)器的要求確定的壓力水平和/或流速的加壓流體流。排放通道82可分別經(jīng)由擺動(dòng)控制閥56以及第一腔室管道84和第二腔室管道86在第一回路52內(nèi)連接到第一腔室通道66和第二腔室通道68，其在擺動(dòng)控制閥56和擺動(dòng)馬達(dá)49之間延伸。
[0021]罐60可構(gòu)成被配置為容納低壓流體供應(yīng)的貯存器。流體可包括例如專用液壓油、發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油、變速器潤滑油，或本領(lǐng)域中已知的任何其它流體。機(jī)器10內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)液壓系統(tǒng)可從罐60抽取流體并將流體返回到罐60中?？稍O(shè)想，根據(jù)需要，液壓控制系統(tǒng)50可連接到多個(gè)獨(dú)立流體罐或單個(gè)罐。罐60可分別經(jīng)由排出通道88流體地連接到擺動(dòng)控制閥56并經(jīng)由擺動(dòng)控