[发明专利]用于液压系统的能量回收与再利用方法

说明书

                   与相关申请的交叉引用

本申请要求2006年11月14日申请的美国临时专利申请No.60/865710以及2007年4月23日申请的美国临时专利申请No.60/913457的优先权。

                关于联邦资助的研究或开发的声明

不适用

技术领域

本发明涉及一种可对液压致动器的液体流动进行控制的液压系统，该液压致动器可以移动机器上的机械组件，尤其涉及从液压致动器中回收能量并且随后利用回收的能量为液压致动器供给动力。

背景技术

建筑和农业设备利用液压系统来操作各种机械部件。例如，挖掘机是一种常用的具有支架的建筑机械，该支架一端与牵引车枢轴连接而另一端具有用于挖土和其它物质的铲斗。缸组件用于升高和降低该支架，它包括一个带有活塞的缸，该活塞在缸中划分出两个室。与活塞相连的杆连接到支架上，而缸与挖掘机的主体相连。通过将杆从缸中向外伸展以及将杆朝缸中缩回实现支架的升高与降低。

其它的机器使用不同类型的液压致动器来推动机械元件。这里使用的术语“液压致动器”通常指的是任何可将液压液体流动转化为机械运动的装置，例如缸-活塞装置或旋转马达。

在缸组件伸展和缩回的过程中，从泵中流出的加压液体经常由阀组件控制进入一个缸室中，而所有从另一个缸室中流出的液体通过该阀进入通向系统液箱的回流管。在某些情况下，作用在机器上的外部载荷或其它作用力使得缸组件的伸展或缩回可以在泵不提供显著的液体压力的情况下实现。这通常称为超载。以挖掘机为例，当铲斗充满了重物质时，支架可以只在重力的作用下降低。这种外部载荷使得液体从支架液压缸的一个室中流出，通过阀组件进入液箱。与此同时，许多液体被从泵中汲取出来，通过阀组件进入扩张的另一个缸室中，尽管如此，由于进入的液体不推动活塞，液体不需要保持显著的压力来推动支架。在这种情况下，从缸中流出的液体还具有相当高的压力，因此该液体具有能量，而该能量通常在液体压力通过阀组件的过程中损失。

为了使得机器的效率和经济操作达到最优化，值得将流出液体的能量回收，而不是让它在阀组件中消耗掉。某些以前的液压系统将流出液体输送到蓄液池中，在那里它在压力下储存，用于以后为机器提供动力。尽管如此，高效率地进行能量回收与再利用的困难在于储存的液压液体必须处于恰当的压力和容积下来为致动器提供动力。流出液体的压力、体积以及蓄液池参数之间的关系实时变化并决定了是否液体可以被储存。例如，如果作用在缸组件的外部载荷不足以将流出液体加压至蓄液池的压力之上，则液体无法被储存。

另一种情况下，当要求使用蓄液池中的液体时，蓄液池的压力、体积以及为液压致动器提供动力的液体需求之间的实时关系决定了是否蓄液池中的液体可以被使用。例如，如果液压致动器的载荷需要高于蓄液池的压力时，则回收的液体无法被使用。同样的，如果液压致动器需要多于蓄液池中储存的液体体积来推动自己，则很难进行有效的操作。另一个限制因素是当液压致动器从蓄液池中消耗液体时，蓄液池的压力会下降，从而降低了剩下的液体为致动器提供动力的能力。

因此，需要找到一种有效的技术来在液压系统中实现能量的回收和再利用。

发明内容

本发明提供一种液压系统中能量回收的方法，该液压系统包括第一缸，第二缸，供给管，回流管和蓄液池。第一和第二缸功能上并行连接来操纵机器上的组件，它们都具有第一和第二室。

能量回收方法包括多种能量回收模式，这些模式可以在给定的机器上使用。双缸能量回收模式包括将第一和第二液压缸的第一室中的液体输送到蓄液池中，并导引液体流入第一和第二液压缸的第二室中。在分立缸能量回收模式中，液体从第二液压缸的第一室中被输送到蓄液池中，同时将第一液压缸的第一室中的液体输送到第一和第二液压缸的至少一个的第二室中。

在该方法的优选实施例中，在双缸能量回收模式下将液体输送到第二室是通过将液体由供给管或回流管输送到第一和第二液压缸的第二室实现的。在该实施例中，分立缸能量回收模式同样包括将液体由供给管输送到第一和第二液压缸的至少一个的第二室中。

该方法的优选实施例同样包括至少一个附加的能量回收模式。附加的回收模式可包括将液体由第一和第二液压缸的第一室输送到第一和第二液压缸的第二室中。

本发明的另一方面包括根据液压系统不同位置例如供给管，回流管和两个液压缸的第一室、第二室显示的压力决定应该使用怎样的能量回收模式。

此外还提供了几种不同的蓄液池中储存液体的再利用模式，其中被储存的液体被导引流入不同的缸室中。