具有擺動馬達能量回收的液壓控制系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明總體上涉及液壓控制系統，且更具體地涉及具有擺動馬達能量回收的液壓控制系統。
【背景技術】
[0002]擺動式挖掘機器(例如液壓挖掘機和前鏟)需要顯著液壓和流量以將材料從挖翻位置轉移到傾卸位置。這些機器通過擺動馬達引導來自發動機驅動的泵的高壓流體以在每次擺動開始時加速裝載作業工具，然后限制在每次擺動結束時離開馬達的流體的流量以減緩并停止作業工具的擺動。
[0003]與這種類型的液壓裝置相聯的一個問題涉及效率。特別而言，由于裝載作業工具的減速，在每次擺動結束時從擺動馬達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的能量可能被浪費。此外，在每次擺動結束時從擺動馬達離開的這種高壓流體的限制可導致加熱流體，這必須與增加的機器的冷卻能力適應。
[0004]在于2011年3月22日發布的Zhang等人的美國專利號7，908，852 (以下簡稱’852專利)中公開了一種改進擺動型機器的效率的嘗試。’852專利公開了用于包括蓄能器的機器的液壓控制系統。蓄能器存儲從擺動馬達離開的油，該油已經由機器的上部結構施加到運動的擺動馬達的慣性轉矩加壓。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回擺動馬達在隨后擺動過程中加速擺動馬達。
[0005]雖然’852專利的液壓控制系統可有助于在某些情況下提高擺動型機器的效率，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，離開擺動馬達的一些加壓流體可仍然具有被浪費的有用能量。此外，當泵輸出無法以足以防止擺動馬達中的空化的速率供應流體時，可能存在’852專利的液壓控制系統的操作過程(例如減速和蓄能器排放過程)中的情況。此外，機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操作模式之間轉換的方法。
[0006]所公開的液壓控制系統旨在克服上面闡述的一個或多個問題和/或現有技術的其它問題。
【發明內容】
[0007]本發明的一方面涉及一種液壓控制系統。液壓控制系統可包括罐、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動的擺動馬達。液壓控制系統還可包括至少一個控制閥，其被配置為控制泵、擺動馬達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馬達排放的加壓流體并將加壓流體選擇性地供應到擺動馬達；以及至少一個蓄能器閥，其被配置為調節流入和流出蓄能器的流體流量。液壓控制系統還可包括控制器，其與至少一個控制閥和至少一個蓄能器閥連通。控制器可被配置為接收指示擺動馬達的期望速度和實際速度之間的差的輸入，并基于期望速度和實際速度之間的差確定擺動馬達是加速還是減速。控制器還可被配置為控制至少一個蓄能器閥以使蓄能器僅在擺動馬達加速或減速時選擇性地接收或供應加壓流體。
[0008]本發明的另一方面涉及一種控制機器的擺動馬達的方法。所述方法可包括接收指示擺動馬達的期望速度和實際速度之間的差的輸入，并基于期望速度和實際速度之間的差確定擺動馬達是加速還是減速。所述方法還可包括使蓄能器僅在擺動馬達加速或減速時選擇性地接收來自擺動馬達的加壓流體或將加壓流體供應到擺動馬達。
【附圖說明】
[0009]圖1是由運輸車輛在工地作業的示例性公開的機器的示意圖；
[0010]圖2是可與圖1的機器一起使用的示例性公開的液壓控制系統的示意圖；
[0011]圖3是可由圖2的液壓控制系統使用的示例性公開的控制圖；以及
[0012]圖4是描繪可由圖2的液壓控制系統執行的示例性公開的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0013]圖1示出具有多個系統和協作以挖掘和裝載土制材料到附近運輸車輛12上的組件的示例性機器10。在所描繪的實例中，機器10是液壓挖掘機。然而，可設想，機器10可替換地實施為另一擺動型挖掘或材料搬運機器，諸如反鏟、前鏟、拉鏟挖掘機，或其它類似的機器。除其它外，機器10還可包括實施系統14，其被配置為例如通過運輸車輛12在溝槽內或在堆料處的挖翻位置18和傾卸位置20之間運動作業工具16。機器10還可包括用于手動控制實施系統14的操作員站22。可設想，如果需要，機器10可進行除卡車裝載之外的操作，諸如吊裝、挖溝和材料搬運。
[0014]實施系統14可包括通過流體致動器作用以運動作業工具16的連桿結構。特別而言，實施系統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)相對于工作表面26垂直樞轉。實施系統14還可包括斗桿30，其由單個雙作用液壓缸36相對于懸臂24繞水平樞軸線32垂直樞轉。實施系統14還可包括單個雙作用液壓缸38，其可操作地連接到作業工具16以相對于斗桿30繞水平樞軸線40垂直傾斜作業工具16。懸臂24可樞轉連接到機器10的框架42，而框架42可樞轉地連接到底架構件44并通過擺動馬達49繞垂直軸線46擺動。斗桿30可通過樞軸線32和40的方式將作業工具16樞轉地連接到懸臂24。可設想，如果需要，更多或更少數量的流體致動器可包括在實施系統14內并以除上述之外的方式連接。
[0015]很多不同的作業工具16可附接到單個機器10且可經由操作員站22控制。作業工具I6可包括用于執行特定任務的任何裝置諸如，例如鏟斗、叉裝置、鏟板、鏟、破碎機、剪刀、抓鉤、抓鉤鏟斗、磁體，或本領域中已知的任何其它任務執行裝置)。雖然在圖1的實施例中作業工具16被連接以相對于機器10升降、搖擺和傾斜，但是作業工具16可以本領域中已知的其它方式替代地或附加地旋轉、滑動、延伸、打開和關閉，或運動。
[0016]操作員站22可被配置為接收來自機器操作員的指示期望的作業工具運動的輸入。具體而言，操作員站22可包括一個或多個輸入裝置48，其實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，其被配置為通過產生指示特定方向上的期望作業工具速度和/或力的作業工具位置信號定位和/或定向作業工具16。位置信號可用于致動液壓缸28、36、38和/或擺動馬達49中的任何一個或多個。可設想，不同輸入裝置(諸如，例如輪、旋鈕、推拉裝置、開關、踏板，和本領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。
[0017]如圖2所示，機器10可包括具有協作以運動實施系統14的多個流體組件的液壓控制系統50(參考圖1)。特別而言，液壓控制系統50可包括與擺動馬達49相聯的第一回路52，以及與液壓缸28、36和38相聯的至少一個第二回路54。除其它外，第一回路52還可包括擺動控制閥56，其連接以調節從泵58到擺動馬達49的加壓流體流以及從擺動馬達49到低壓罐60的加壓流體流以使作業工具16根據經由輸入裝置48接收的操作員請求繞軸線46擺動運動(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，從而調節相應的致動器(例如，液壓缸28、36和38) ο
[0018]擺動馬達49可包括殼體62，其至少部分地形成位于葉輪64的兩側的第一腔室和第二腔室(未示出)。當第一腔室連接到泵58的輸出(例如，經由形成于殼體62內的第一腔室通道66)且第二腔室連接到罐60 (例如，經由形成于殼體62內的第二腔室通道68)時，葉輪64可被驅動以在第一方向上旋轉(圖2中所示)。相反，當第一腔室經由第一腔室通道66連接到罐60且第二腔室經由第二腔室通道68連接到泵58時，葉輪64可被驅動以在相反方向上旋轉(未示出)。流體通過葉輪64的流速可涉及擺動馬達49的旋轉速度，而橫跨葉輪64的壓差可涉及其輸出轉矩。
[0019]擺動馬達49可包括內置的補充和釋放功能。特別而言，補充通道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。一對相對的止回閥74和一對相對的泄壓閥76可分別設置在補充通道70和釋放通道72內。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補充通道70和釋放通道72。基于低壓通道78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中的一個可打開以允許流體從低壓通道78進入第一腔室和第二腔室中的一個較低壓腔室。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入低壓通道78。在實施系統14的擺動運動過程中，顯著壓差可能會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可設置在排放通道82內，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可實施為例如可變排量泵(圖1示出)、固定排量泵，或本領域中已知的其它源。泵58可通過例如副軸(未示出)、皮帶(未示出)、電路(未示出)，或以其它適當的方式可驅動地連接到機器10的動力源(未示出)。可替代地，泵58可經由扭矩轉換器、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器10的動力源。泵58可產生具有至少部分由與操作員請求的運動對應的第一回路52和第二回路54內的致動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可分別經由擺動控制閥56以及第一腔室管道84和第二腔室管道86在第一回路52內連接到第一腔室通道66和第二腔室通道68，其在擺動控制閥56和擺動馬達49之間延伸。
[0021]罐60可構成被配置為容納低壓流體供應的貯存器。流體可包括例如專用液壓油、發動機潤滑油、變速器潤滑油，或本領域中已知的任何其它流體。機器10內的一個或多個液壓系統可從罐60抽取流體并將流體返回到罐60中。可設想，根據需要，液壓控制系統50可連接到多個獨立流體罐或單個罐。罐60可分別經由排出通道88流體地連接到擺動控制閥56并經由擺動控