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CN112689695B - 从作业机具释放的能量的再生系统和方法 - Google Patents

从作业机具释放的能量的再生系统和方法 Download PDF

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CN112689695B CN201880097503.1A CN201880097503A CN112689695B CN 112689695 B CN112689695 B CN 112689695B CN 201880097503 A CN201880097503 A CN 201880097503A CN 112689695 B CN112689695 B CN 112689695B
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Abstract

本发明的实施例提供了一种从作业机具释放的能量的再生系统，该再生系统包括：致动器，其被构造成使作业机具上下移动；蓄积器，其被构造成与所述致动器连通；和控制器，该控制器被配置成接收所述致动器的压力值和所述蓄积器的压力值，以基于所述致动器和蓄积器之间的压力差值来控制所述蓄积器的排放操作。

Description

从作业机具释放的能量的再生系统和方法
技术领域
本发明涉及一种从作业机具释放的能量的再生系统和方法，更具体地，涉及如下一种从作业机具释放的能量的再生系统和方法：其根据致动器和蓄积器之间的压力差来控制用于蓄积器的液压油的充注和排放。
背景技术
通常，诸如挖掘机的建筑设备通过使用液压压力来产生大的力。
这样大的力允许挖掘机的作业机具挖掘土壤或岩石，或者将挖掘的土壤或岩石堆放起来。
提供液压泵以利用液压压力。液压泵泵送被储存在油箱中的油，以将液压油供应到驱动作业机具的致动器。
为了操作液压泵，必须使发动机运行，而为了使发动机运行，需要消耗燃料。
能量再生技术用于通过减少燃料消耗来增加建筑设备的燃料效率。
根据能量再生技术，供应到致动器的液压油不是排放到油箱，而是在作业机具以自由下落运动下降时被充注在蓄积器中，并且所充注的液压油被供应到另一个液压设备。
在能量再生技术中，当能量再生率低时或者当有必要根据蓄积器的压力条件提高能量再生率时，存在挖掘机的反应变慢的问题。因此，需要一种能够有效地再生能量的能量再生系统。
发明内容
技术问题
本发明旨在提供一种从作业机具释放的能量的再生系统和方法，该再生系统和方法能够在建筑设备的操作期间、在能量再生并且所再生的能量再次用于从其再生该能量的设备时通过将蓄积器的压力维持在最佳状态来提高能量再生效率。
技术方案
本发明的一个方面提供了一种从作业机具释放的能量的再生系统，该再生系统包括：致动器，其被构造成使作业机具上下移动；蓄积器，其被构造成与所述致动器连通；和控制器，该控制器被配置成接收所述致动器的压力值和所述蓄积器的压力值，以基于所述致动器和蓄积器之间的压力差值来控制所述蓄积器的排放操作。
当该压力差值大于预设差值时，控制单元可以控制所述蓄积器停止排放操作。
当该压力差值小于预设差值时，控制单元可以控制所述蓄积器执行排放操作。
所述再生系统还可以包括第一传感器，该第一传感器被配置成检测所述致动器的内部压力。
所述再生系统还可以包括第二传感器，该第二传感器被配置成检测所述蓄积器中蓄积的油的压力。
所述再生系统还可以包括第一油路，该第一油路被构造成将用于产生液压压力的主泵与所述致动器连通。
所述再生系统还可以包括第二油路，该第二油路布置在第一油路与所述致动器的小腔室之间。
所述再生系统还可以包括第三油路，该第三油路被构造成将蓄积器与所述致动器的大腔室连通。
所述再生系统还可以包括第四油路，该第四油路被构造成将第三油路与液压马达连通。
所述再生系统还可以包括布置在该液压马达和蓄积器之间的第一开/关阀。
所述再生系统还可以包括布置在所述蓄积器和大腔室之间的第二开/关阀。
当所述压力差值大于预设差值时，第一开/关阀可以被控制为关闭。
当所述压力差值小于预设差值时，第一开/关阀可以被控制为打开。
在第一油路和第二油路之间可以布置有阀单元，并且该阀单元可以包括：第一控制阀，该第一控制阀被控制为打开或关闭以使小腔室与第三油路选择性地连通；第二控制阀，该第二控制阀被控制为打开或关闭以使第三油路与油箱选择性地连通，和第三控制阀，该第三控制阀被控制为打开或关闭以使第三油路与主泵选择性地连通。
当所述压力差值大于预设差值时，第一控制阀可以关闭并且第二控制阀可以打开。
在用液压油充注所述蓄积器的过程中，当第二传感器检测到的检测值低于预设压力时，第一开/关阀可以被控制为关闭。
当根据压力差值确定所述蓄积器的油压高于所述致动器的油压时，第二开/关阀可以被控制为关闭。
本发明的另一个方面提供了一种从作业车辆的作业机具释放的能量的再生方法，该作业车辆包括用于使作业机具上下移动的致动器和被构造成与致动器连通的蓄积器，该再生方法包括：检测所述致动器的压力和所述蓄积器的压力；获得所述致动器和蓄积器之间的压力差值；将该压力差值与预设差值进行比较；以及，当该压力差值大于预设差值时，控制所述蓄积器停止排放操作。
该再生方法可以进一步包括：当该压力差值小于预设差值时，执行所述蓄积器的排放操作。
有利效果
根据本发明的一个方面，能够在建筑设备的操作期间、在能量被再生并且所再生的能量再次用于从其再生该能量的设备时通过将蓄积器的压力维持在最佳状态来提高能量再生效率。
应当理解，本发明的效果不限于上述效果，而是包括能够从本发明的详细描述或权利要求书中描述的发明构思中推导出的所有效果。
附图说明
图1是示出了作业车辆的视图，根据本发明的实施例的从作业机具释放的能量的再生系统适用于该作业车辆；
图2是示出了在根据本发明的实施例的从作业机具释放的能量的再生系统中使用的液压回路的示意图；
图3是示出了根据本发明的实施例的从作业机具释放的能量的再生方法的流程图；
图4是根据致动器和蓄积器之间的压力差值的时间-压力曲线图，该致动器和蓄积器用在根据本发明的实施例的从作业机具释放的能量的再生系统中。
具体实施方式
在下文中，将参考附图来描述本发明。然而，本发明可以以很多不同的形式来实施，且不应被解释为限于在此阐述的实施例。为了清楚地示出本发明，省略了与本描述无关的部分，并且在整个说明书中，相同的部分由相同的附图标记表示。
在整个说明书中，当一个部分被称为“连接”到另一个部分时，它不仅包括“直接连接”，而且包括在另一个部件被置入其间的情况下的“间接连接”。而且，在本发明中，当一个部件被称为“包括”另一个部件时，应当理解，除非另外明确定义，否则该部件同样还可以包括其它元件，而不排除其它元件。
在下文中，将参考附图来详细描述本发明的实施例。
图1是示出了作业车辆的视图，根据本发明的实施例的从作业机具释放的能量的再生系统适用于该作业车辆，图2是示出了在根据本发明的实施例的从作业机具释放的能量的再生系统中使用的液压回路的示意图，并且图3是示出了根据本发明的实施例的从作业机具释放的能量的再生方法的流程图。
如图1到3所示，根据本发明的实施例的从作业机具释放的能量的再生系统包括：用于使作业机具上下移动的致动器；被构造成与所述致动器连通的蓄积器；和控制器，该控制器被配置成接收所述致动器的压力值和所述蓄积器的压力值，以基于所述致动器和蓄积器之间的压力差值来控制所述蓄积器的排放操作。
另外，根据本发明的实施例的从作业机具释放的能量的再生方法包括：检测所述致动器的压力和所述蓄积器的压力(S100)，获得所述致动器和蓄积器之间的压力差值(S110)，确定该压力差值是否大于预设差值(S120)，以及，当该压力差值大于预设差值时，停止所述蓄积器的油排放(S130)。
可以提供一种作业车辆100，根据本实施例的从作业机具释放的能量的再生系统适用于该作业车辆100。
上部回转体102可以安装在作业车辆100的下部行驶体101上，该上部回转体102可以由回转机构111旋转。
动臂200可以安装在上部回转体102上，该动臂200是一种作业机具。斗杆300安装在动臂200的前端上，该斗杆300是另一种作业机具，并且铲斗400可以安装在斗杆300的前端上，该铲斗400是又一种作业机具。
上部回转体102设有驾驶室103，并且诸如发动机11的动力源可以安装在上部回转体102上。
液压马达12和用作液压泵的主泵13可以连接到用作机械驱动单元的发动机11的输出轴(未示出)。
液压马达12可以是辅助马达。在这种情况下，液压马达12通过接收从下文描述的蓄积器16供应的液压油而被驱动，并且被共轴地连接到发动机11以用作辅助动力源。
动臂200、斗杆300和铲斗400可以称为作业机具，并且铲斗400可以特别地称为可单独安装的附件。动臂200、斗杆300和铲斗400可以分别由动臂缸201、斗杆缸301和铲斗缸401液压地驱动，该动臂缸201、斗杆缸301和铲斗缸401是液压缸。
动臂缸201和斗杆缸301可以称为用于驱动和控制作业机具的致动器15，并且可以采用各种类型的缸代替动臂缸201和斗杆缸301来控制作业车辆100的各种作业机具。在下面的描述中，用于控制作业机具的缸将被统称为致动器15。
操作者可以通过从主泵13产生的液压压力利用挖掘机执行装载作业，并且可以通过使用液压压力使安设在回转马达(未示出)中的旋转器旋转而使连接到上部回转体102的齿轮(未示出)以360°角度旋转。
另外，可以提供用于允许主泵13和致动器15彼此连通的第一油路L1和第二油路L2，以便将主泵13中产生的液压油供应到致动器15。
第一油路L1可以布置成允许主泵13与阀单元14连通，并且第二油路L2可以布置成允许阀单元14与致动器15的小腔室15b连通。
阀单元14可以设有第一控制阀14a、第二控制阀14b和第三控制阀14c，用于通过使用控制单元19来控制独立计量阀技术(IMVT)的挖掘机的每个部件。
当从大腔室15a排放油时，第一控制阀14a被控制为打开，使得大腔室15a中的液压油被供应到小腔室15b以执行再生功能。
第二控制阀14b可以被打开或关闭，以将从第三油路L3供应的液压油选择性地排放到油箱T。
第三油路L3可以布置成允许致动器15的大腔室15a与阀单元14连通。第三油路L3与蓄积器16连通。
另外，可以提供第四油路L4，以将从蓄积器16排放的液压油供应到液压马达12。
第一开/关阀17可以设置在第四油路L4上，并且第二开/关阀18可以设置在第三油路L3上。
下面将结合相关构造来描述第一开/关阀17和第二开/关阀18的功能。
主泵13的液压油经由第一油路L1和第二油路L2供应到致动器15，从而能够使用主泵13的液压油来调节作业机具的长度或角度。
参考图1和2，第一传感器S1可以设置在第三油路L3上，以检测致动器15中的油压，并且可以提供第二传感器S2，以检测蓄积器16中蓄积的油的压力。
第一传感器S1检测致动器15的内部压力，并将检测值传输到控制单元19。
另外，第二传感器S2可以是用于检测蓄积器16的工作油的压力并将检测值传输到控制单元19的传感器。
控制单元19可以是电子控制单元(ECU)，并且可以称为利用计算机来控制设备的各种电子装置的装置。
蓄积器16可以是用作工作油供应源的液压回路部件，其将多余的工作油蓄积在液压回路中并根据需要排放所蓄积的工作油。
例如，当用作作业机具的动臂200由于其自身的重量而向下移动时，致动器15的大腔室15a中的液压油被排放，并且所排放的液压油可以通过第三油路L3被蓄积在蓄积器16中。当动臂200向上移动时，在蓄积器16中蓄积的液压油可以驱动液压马达12，使得该液压油可以作为动力源被再次使用(再生)。
蓄积器16可以是使用氮气的气囊式蓄积器。在这种情况下，蓄积器16通过利用氮气的压缩性和工作油的不可压缩性来蓄积或排放工作油。此外，蓄积器16的容量可以任意地设定。当设有多个蓄积器时，这些蓄积器可以具有相同的容量或不同的容量。
换言之，蓄积器16蓄积从主泵13加压的预定量的液压油，或者在动臂200如上所述地向下移动时蓄积从大腔室15a排放的液压油之后被维持预定时间，并且根据需要将该液压油重新供应到液压马达12以用作主泵13的辅助动力。
蓄积器16可以根据加压方法被分类成弹簧式蓄积器、重量式蓄积器和气动式蓄积器，并且可以根据其结构被分类成隔膜式蓄积器和活塞式蓄积器。
可以在蓄积器16和第三油路L3之间设置有蓄积器阀(未示出)。当设置有蓄积器阀时，蓄积器16可以被独立地控制，而与第一开/关阀17和第二开/关阀18的控制无关。
控制单元19接收通过由第一传感器S1检测致动器15中的油的压力而获得的压力值、以及通过由第二传感器S2检测蓄积器16中储存的油的压力而获得的压力值。
另外，控制单元19计算所接收的压力值的差值，以根据计算结果来控制被布置在第三油路L3上的第一开/关阀17的打开或关闭。
第一传感器S1检测致动器15中的油压并将该油压值传输到控制单元19。由于从主泵13排放的油的压力不是恒定的而是连续可变的，所以第一传感器S1实时地检测致动器15中的油压并将油压值传输到控制器。
第二传感器S2检测在蓄积器16中形成的油的压力，并将检测到的压力值传输到控制单元19。
由于蓄积器16中的油压可能根据将油排放到液压马达12或者将油蓄积在蓄积器16中的时间而持续地变化，所以第二传感器S2实时地检测蓄积器16的油压并将油压值传输到控制单元19。
在用液压油充注蓄积器16的过程中，当由第二传感器S2检测到的蓄积器16的内部压力低于预设压力时，第一开/关阀17可以关闭。
这是为了在蓄积器16为活塞式时使相对于蓄积器16的内周表面往复运动的活塞(未示出)在蓄积器16的内壁表面上引起的冲击最小化，即，这是为了在蓄积器16中充注高压油时防止由于活塞施加到蓄积器16的内壁表面的存储冲击(storing impact)而引起破裂。
阀单元14可以布置在第一油路L1和第二油路L2之间。
尽管在本实施例中、阀单元14被指定为三个控制阀14a、14b和14c，但由于可以布置与作业机具的数量相对应的多个阀来改变方向，所以阀单元14可以包括布置在该阀单元中的多于三个的控制阀。
当包括多个控制阀时，用于下部行驶体101的液压致动器(例如液压马达(未示出))、动臂缸201、斗杆缸301、铲斗缸401和回转液压马达(未示出)通过高压液压线路(未示出)连接到控制阀(未示出)和压力传感器(未示出)，从而可以使用控制单元19来改变每个装置的位置。
在下文中，将参考图2和3来描述根据本发明的实施例的从作业机具释放的能量的再生方法。
首先，在作业车辆100的操作期间，相继地检测致动器15的压力和蓄积器16的压力(S100)。
控制单元19同时接收由第一传感器S1检测到的检测结果和由第二传感器S2检测到的检测值。
即，检测致动器15和蓄积器16之间的压力差值(S100)。
然后，控制单元19同时接收从第一传感器S1输出的检测结果和从第二传感器S2传输的检测结果并计算这两个检测值之间的差(S110)。
接着，将第一传感器S1的检测值与第二传感器S2的检测值进行比较(S120)。
此后，当致动器15和蓄积器16之间的压力差值大于预设差值时，关闭第一开/关阀17(S130)。
这意味着致动器15的油压显著高于蓄积器16的油压。由于致动器15的油压高，油自然被供应到具有相对低压力的蓄积器16。
在这种情况下，可以停止从蓄积器16到液压马达12的油的供应，并且从致动器15的大腔室15a排放的液压油被供应到蓄积器16并蓄积在蓄积器16中。
换言之，可以停止从蓄积器16到液压马达12的液压油的供应，并且从大腔室15a排放的液压油被供应到蓄积器16并蓄积在蓄积器16中。
同时，当所述压力差值小于预设差值时，第一开/关阀17被控制为打开(S140)。
这意味着致动器15的油压与蓄积器16的油压没有显著差异，或者近似于蓄积器16的油压。
当第一开/关阀17打开时，从致动器15的大腔室15a排放的液压油被供应到蓄积器16，同时，从蓄积器16排放的液压油被供应到液压马达12。
换言之，该油被蓄积在蓄积器16中，并且同时执行供应到液压马达12的油的再生功能。
控制单元19对通过第一传感器S1和第二传感器S2输入的压力值进行比较，并且当确定蓄积器16的油压大于致动器15的油压时，控制单元19控制第二开/关阀18关闭。
在这种情况下，大腔室15a中的液压油沿第三油路L3供应到阀单元14，并且阀单元14的第一控制阀14a被控制为打开，从而液压油能够沿第二油路L2供应到小腔室15b。
然而，由于大腔室15a中的流体的截面面积与小腔室15b中的流体的截面面积不同(在普通作业车辆的情况下，大腔室中的流体的截面面积约为小腔室中的流体的截面面积的两倍大)，所以阀单元14的第二控制阀14b可以打开并且第三控制阀14c可以关闭，以将从大腔室15a排放的油的一部分供应到油箱T。
即，当大腔室15a的液压油被再生到小腔室15b时，油中的一部分沿第三油路L3经由第二控制阀14b排放到油箱T。
图4是在根据本发明实施例的从作业机具释放的能量的再生系统中的、根据致动器和蓄积器之间的压力差值的时间-压力曲线图。
特别地，图4A示出了当操作者缓慢地操纵操作杆(未示出)时、致动器15和蓄积器16的时间-压力曲线图。
在这种情况下，致动器15和蓄积器16之间的压力差值大于预设差值，并且蓄积器16的油压显著低于致动器15的压力，从而可能发生与该压力差对应的损失。
为了防止这种损失，仅蓄积器16在第一开/关阀17关闭的状态下被充注，直至达到t1，然后在致动器15的压力接近蓄积器16的压力的、t1至t2的区域中，第一开/关阀17打开，从而同时执行蓄积器16的充注和排放。
图4B示出了当操作者急剧地操纵操作杆时、致动器15和蓄积器16的时间-压力曲线图。
图4B示出了致动器15和蓄积器16之间的压力差值小于预设差值的状态。当蓄积器16的油压与致动器15的压力略有不同时，对蓄积器16的充注和排放可以同时执行，从而可以最小化由于压力差引起的能量损失。
本领域普通技术人员将会理解，在不脱离本发明的特征和范围的情况下，可以进行形式和细节上的各种改变。因此，应当理解，上述实施例在所有方面都是示意性而非限制性的。例如，被描述为单个实体的每个部件可以是分布式的，并且，被描述为分布式的多个部件也可以以组合的形式实现。
本发明的范围由所附权利要求书限定，并且从权利要求书的含义和范围及其等同物衍生出的所有修改或变型都应被解释为包含在本发明的范围内。
工业适用性
本发明能够在建筑设备的操作期间、在能量被再生并且所再生的能量被再次用于从其再生该能量的设备时通过将蓄积器的压力维持在最佳状态来提高能量再生效率。
附图标记说明
11：发动机
12：液压马达
13：主泵
14：阀单元
15：致动器
16：蓄积器
19：控制单元
S1：第一传感器
S2：第二传感器
L1：第一油路
L2：第二油路
L3：第三油路
L4：第四油路

Claims (16)

1.一种从作业机具释放的能量的再生系统，所述再生系统包括：
致动器，所述致动器被构造成使所述作业机具上下移动；
蓄积器，所述蓄积器被构造成与所述致动器连通；和
控制器，所述控制器被配置成接收所述致动器的压力值和所述蓄积器的压力值，以基于所述致动器和所述蓄积器之间的压力差值来控制所述蓄积器的液压油到液压马达的排放操作，
其中，当所述致动器的所述压力值大于所述蓄积器的所述压力值并且所述压力差值大于预设差值时，所述控制器控制所述蓄积器停止所述排放操作，
其中，当所述致动器的所述压力值大于所述蓄积器的所述压力值并且所述压力差值小于预设差值时，所述控制器控制所述蓄积器执行所述排放操作。
2.根据权利要求1所述的再生系统，还包括第一传感器，所述第一传感器被配置成检测所述致动器的内部压力。
3.根据权利要求2所述的再生系统，还包括第二传感器，所述第二传感器被配置成检测所述蓄积器中蓄积的油的压力。
4.根据权利要求3所述的再生系统，还包括第一油路，所述第一油路被构造成将用于产生液压压力的主泵与所述致动器连通。
5.根据权利要求4所述的再生系统，还包括第二油路，所述第二油路被布置在所述第一油路与所述致动器的小腔室之间。
6.根据权利要求5所述的再生系统，还包括第三油路，所述第三油路被构造成将所述蓄积器与所述致动器的大腔室连通。
7.根据权利要求6所述的再生系统，还包括第四油路，所述第四油路被构造成将所述第三油路与所述液压马达连通。
8.根据权利要求7所述的再生系统，还包括第一开/关阀，所述第一开/关阀被布置在所述液压马达和所述蓄积器之间。
9.根据权利要求8所述的再生系统，还包括第二开/关阀，所述第二开/关阀被布置在所述蓄积器和所述大腔室之间。
10.根据权利要求8所述的再生系统，其中，当所述压力差值大于预设差值时，所述第一开/关阀被控制为关闭。
11.根据权利要求8所述的再生系统，其中，当所述压力差值小于预设差值时，所述第一开/关阀被控制为打开。
12.根据权利要求6所述的再生系统，其中，在所述第一油路和所述第二油路之间布置有阀单元，并且
其中，所述阀单元包括：
第一控制阀，所述第一控制阀被控制为打开或关闭，以使所述小腔室与所述第三油路选择性地连通；
第二控制阀，所述第二控制阀被控制为打开或关闭，以使所述第三油路与油箱选择性地连通；和
第三控制阀，所述第三控制阀被控制为打开或关闭，以使所述第三油路与所述主泵选择性地连通。
13.根据权利要求12所述的再生系统，其中，当所述压力差值大于预设差值时，所述第一控制阀关闭且所述第二控制阀打开。
14.根据权利要求8所述的再生系统，其中，在用所述液压油充注所述蓄积器的过程中，当由所述第二传感器检测到的检测值低于预设压力时，所述第一开/关阀被控制为关闭。
15.根据权利要求9所述的再生系统，其中，当根据所述压力差值确定所述蓄积器的油压高于所述致动器的油压时，所述第二开/关阀被控制为关闭。
16.一种从作业车辆的作业机具释放的能量的再生方法，所述作业车辆包括用于使所述作业机具上下移动的致动器和被构造成与所述致动器连通的蓄积器，所述再生方法包括：
检测所述致动器的压力和所述蓄积器的压力；
获得所述致动器和所述蓄积器之间的压力差值；
将所述压力差值与预设差值进行比较；
当所述致动器的所述压力值大于所述蓄积器的所述压力值并且所述压力差值大于所述预设差值时，控制所述蓄积器停止液压油到液压马达的排放操作，以及
当所述致动器的所述压力值大于所述蓄积器的所述压力值并且所述压力差值小于所述预设差值时，控制所述蓄积器执行所述液压油到所述液压马达的排放操作。
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