[发明专利]用于挖掘机的液压混合回转驱动系统

说明书

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。

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。

技术领域

本发明总体涉及液压系统，更具体地涉及液压混合驱动系统。

背景技术

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。

发明内容

因此，示例性液压混合回转驱动系统(hydraulic hybrid swing drive system，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(electrichybrid excavator，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。