[发明专利]挖掘机的液压混合动力回转驱动系统

说明书

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。

技术领域

本发明大致涉及液压系统，尤其涉及液压混合动力驱动系统。

背景技术

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。

发明内容

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。

根据本发明的一个方案，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(dump valve)，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。