用于工作機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的一種動(dòng)力系統(tǒng)以及涉及一種包括這樣的動(dòng)力系統(tǒng)的工作機(jī)。
[0002]本發(fā)明可應(yīng)用于工業(yè)施工機(jī)器尤其是輪式裝載機(jī)、鉸接運(yùn)輸機(jī)和挖掘機(jī)領(lǐng)域內(nèi)的工作機(jī)。雖然在下文中將相對(duì)于輪式裝載機(jī)描述本發(fā)明，但是本發(fā)明并不限制于該特殊機(jī)器，而是還可以在諸如自卸卡車(chē)、或其它施工設(shè)備的其它重型工作機(jī)中被使用。
【背景技術(shù)】
[0003]工作機(jī)通常設(shè)置有內(nèi)燃機(jī)，內(nèi)燃機(jī)用于經(jīng)齒輪箱推進(jìn)工作機(jī)以及用于為工作機(jī)的一個(gè)或多個(gè)輔助液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力。這樣的液壓系統(tǒng)包括工作機(jī)的轉(zhuǎn)向回路和一個(gè)或多個(gè)工作液壓回路。
[0004]—個(gè)或多個(gè)液壓栗可以被用來(lái)為工作機(jī)的一個(gè)或多個(gè)液壓系統(tǒng)提供液壓動(dòng)力，并且栗可以通常由工作機(jī)的內(nèi)燃機(jī)經(jīng)連接到發(fā)動(dòng)機(jī)的主軸的動(dòng)力輸出裝置(ΡΤ0)發(fā)動(dòng)。
[0005]工作機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)必須能夠?yàn)橹辽賰蓚€(gè)不同的機(jī)械負(fù)載提供動(dòng)力，其中推進(jìn)是旋轉(zhuǎn)負(fù)載的示例，并且工作液壓系統(tǒng)當(dāng)它以一個(gè)或多個(gè)線(xiàn)性液壓致動(dòng)器(即，為臂或鏟斗的提升運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力的液壓缸)被提供時(shí)是線(xiàn)性負(fù)載的示例。在其它情況下，工作液壓裝置替而能夠包含旋轉(zhuǎn)負(fù)載，即為挖掘機(jī)或電鋸的搖擺功能提供動(dòng)力的液壓電機(jī)。
[0006]此外，因?yàn)楣ぷ鳈C(jī)的操作成本與燃料消耗相關(guān)并且因?yàn)榄h(huán)境擔(dān)憂(yōu)限制工作機(jī)可能釋放的污染物量，所以在提高工作的能量效應(yīng)方面存在日益增加的興趣。
[0007]將輪式裝載機(jī)作為示例，液壓系統(tǒng)連接至發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸上的ΡΤ0并且因此作為推進(jìn)系統(tǒng)的傳動(dòng)裝置的輸入輪軸。傳動(dòng)系統(tǒng)可以比如基于液力變矩器，液力變矩器的扭矩輸出取決于其輸入輪軸和輸出輪軸之間的差動(dòng)速度。液壓系統(tǒng)的栗可以具有固定或可變的排量。
[0008]利用該系統(tǒng)架構(gòu)，發(fā)動(dòng)機(jī)的rpm決定液壓機(jī)的rpm，但是同時(shí)，它還決定了輸入輪軸到推進(jìn)系統(tǒng)的速度。這意味著，液壓機(jī)的最大流量受到發(fā)動(dòng)機(jī)速度的限制并且因此是傳動(dòng)扭矩。在一些情況下，需要高液壓流量，但是關(guān)于推進(jìn)的扭矩請(qǐng)求是低的，需要高發(fā)動(dòng)機(jī)速度來(lái)滿(mǎn)足液壓系統(tǒng)，這將導(dǎo)致在轉(zhuǎn)矩變換器上巨大的動(dòng)力損失，因?yàn)椴僮鲉T將通過(guò)應(yīng)用摩擦制動(dòng)器來(lái)阻止機(jī)器前進(jìn)，并且在轉(zhuǎn)矩變換器上將產(chǎn)生熱量。另外，從相反方向會(huì)是問(wèn)題:推進(jìn)系統(tǒng)需要高發(fā)動(dòng)機(jī)rpm來(lái)執(zhí)行命令扭矩輸出，而液壓系統(tǒng)僅具有非常小的流量需求。這種情形也將導(dǎo)致問(wèn)題，但是這次在液壓系統(tǒng)中產(chǎn)生動(dòng)力損失，因?yàn)橐簤簷C(jī)必須以局部排量工作，在這種情況下，效率與當(dāng)在總流量下工作時(shí)相比更低。
[0009]如今在大多數(shù)施工機(jī)器的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中的其它問(wèn)題是，當(dāng)機(jī)器減速時(shí)，存儲(chǔ)在大量移動(dòng)機(jī)器中的動(dòng)能不被回收，當(dāng)負(fù)載下降時(shí)，升高的負(fù)載的勢(shì)能也不被回收。如今這種動(dòng)能和勢(shì)能總體上作為摩擦制動(dòng)器和液壓阻力上的熱量被浪費(fèi)。為了解決這些問(wèn)題，動(dòng)力系統(tǒng)需要用幾種能量回收系統(tǒng)來(lái)補(bǔ)充，并且假如需要隨時(shí)間存儲(chǔ)能量，還需要能量存儲(chǔ)系統(tǒng)。
[0010]此外，期望增加包括動(dòng)力輸出裝置的液壓回路中部件的效率，在動(dòng)力輸出裝置中，液壓機(jī)械能被轉(zhuǎn)換成液壓能。
[0011]用于增加動(dòng)力系統(tǒng)中的能量效率的建議方法是為工作機(jī)的工作液壓裝置提供液壓系統(tǒng)，其中，液壓蓄積器作為用于為工作液壓裝置提供液壓能的動(dòng)力輸出裝置的液壓機(jī)連接到相同的液壓節(jié)點(diǎn)。因此，在蓄積器中可能存儲(chǔ)過(guò)度液壓能。例如，可以從工作液壓系統(tǒng)回收能量。這可以促進(jìn)液壓機(jī)的尺寸的減小，這反過(guò)來(lái)導(dǎo)致增加的能量效率。
[0012]然而，即使研發(fā)更加節(jié)能的部件和系統(tǒng)，也仍然存在對(duì)用于工作機(jī)的更加節(jié)能的動(dòng)力系統(tǒng)的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的一個(gè)目的是提供工作機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)，其中，使用與現(xiàn)有技術(shù)方案相比具有降低的復(fù)雜性的動(dòng)力系統(tǒng)可以以更加有效的方式回收能量。
[0014]因此，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于工作機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)。該動(dòng)力系統(tǒng)包括用于驅(qū)動(dòng)工作機(jī)的傳動(dòng)裝置，該傳動(dòng)裝置包括齒輪箱，該齒輪箱具有齒輪機(jī)構(gòu)和液壓變速器單元。此外，動(dòng)力系統(tǒng)包括工作液壓回路，該工作液壓回路用于控制工作機(jī)的至少一個(gè)液壓致動(dòng)器，并且動(dòng)力系統(tǒng)的特征在于，液壓變速器單元液壓連接到工作液壓回路以把能量從液壓變速器單元液壓傳遞至工作液壓回路。
[0015]傳動(dòng)裝置被構(gòu)造成連接到工作機(jī)的原動(dòng)機(jī)如內(nèi)燃機(jī)，用于為工作機(jī)提供推進(jìn)。連續(xù)可變齒輪箱包括液壓變速器單元系統(tǒng)，該液壓變速器單元系統(tǒng)通過(guò)至少第一行星齒輪系操作耦接到機(jī)械齒輪機(jī)構(gòu)。因此，能量可以經(jīng)機(jī)械路徑以及經(jīng)液壓路徑兩者從發(fā)動(dòng)機(jī)被傳遞以至齒輪箱的輸出軸。齒輪箱是連續(xù)可變齒輪箱，其相對(duì)于步進(jìn)變速器而言提供了多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。如工作機(jī)的速度可獨(dú)立于原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速受到控制。而且，如果無(wú)級(jí)可變傳動(dòng)有包括如下模式的轉(zhuǎn)速范圍:在該模式下，在轉(zhuǎn)矩可以從輸入軸被傳遞到輸出軸的同時(shí)，獨(dú)立于齒輪箱的輸入軸的轉(zhuǎn)速，齒輪箱的輸出軸的轉(zhuǎn)速為零或接近零(通常稱(chēng)為帶齒輪空擋的無(wú)限變速傳動(dòng)(IVT))，則可以省略在一些工作機(jī)中在傳統(tǒng)上使用的扭矩轉(zhuǎn)換器。
[0016]本文所提及的類(lèi)型的可變齒輪箱也可以被稱(chēng)為動(dòng)力分流無(wú)級(jí)變速(PS-CVT)齒輪箱，其中，動(dòng)力被化分為機(jī)械路徑和液壓路徑。
[0017]工作液壓回路可以例如包括一個(gè)或多個(gè)液壓致動(dòng)器用于為工作機(jī)提供諸如提升負(fù)載或轉(zhuǎn)向的功能。
[0018]本發(fā)明基于如下現(xiàn)實(shí):工作機(jī)中的傳動(dòng)裝置的液壓變速器單元可以用于為工作機(jī)的工作液壓回路提供液壓能。因此，不再需要通常用于為工作液壓裝置提供動(dòng)力的獨(dú)立的動(dòng)力輸出裝置和液壓機(jī)。因此，提供需要更少的部件的動(dòng)力系統(tǒng)，并且該系統(tǒng)因此可以以更低的成本制造。
[0019]此外，在根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)力系統(tǒng)中有利地使用無(wú)級(jí)變速，因?yàn)榉奖懔艘簤合到y(tǒng)的工作與工作機(jī)的推進(jìn)的分離，因?yàn)橐簤合到y(tǒng)可以由輸入軸提供動(dòng)力，其可以保持運(yùn)行，而連接到推進(jìn)傳動(dòng)系的輸出軸可以仍然保持靜止不動(dòng)。
[0020]因此，工作液壓回路所需的壓力等級(jí)可以通過(guò)控制原動(dòng)機(jī)和液壓變速器單元來(lái)提供。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，動(dòng)力系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括液壓地連接至液壓變速器單元的液壓儲(chǔ)能器。此外，動(dòng)力系統(tǒng)還可被構(gòu)造成將能量從變速器單元液壓傳遞至液壓儲(chǔ)能器。液壓儲(chǔ)能器可以例如是液壓氣體蓄積器。
[0022]而且，動(dòng)力系統(tǒng)可以進(jìn)一步被構(gòu)造成將能量從液壓儲(chǔ)能器液壓傳遞至工作液壓回路。因此，從變速器單元到工作液壓回路的能量傳輸可以經(jīng)液壓儲(chǔ)能器發(fā)生。從變速器單元到工作液壓回路的能量傳輸是否經(jīng)液壓儲(chǔ)能器發(fā)生或可能不受到適當(dāng)?shù)夭贾迷趧?dòng)力系統(tǒng)中的閥裝置的控制。
[0023]進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)的是，在基于液壓的傳動(dòng)裝置與工作機(jī)的工作液壓裝置之間共享液壓儲(chǔ)能器(其中，公共液壓機(jī)用于變速器和工作液壓裝置)是有利的。通過(guò)使用包括用于存儲(chǔ)和釋放能量的蓄積器的解決方案用于為工作液壓回路來(lái)提供動(dòng)力，所以可以減小整個(gè)動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)的尺寸，即，減小變速器單元的液壓機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸。減小發(fā)動(dòng)機(jī)的和/或液壓機(jī)的尺寸再次導(dǎo)致可以以更低的成本制造的動(dòng)力系統(tǒng)以及導(dǎo)致具有改進(jìn)的能量效率的工作機(jī)并且因此導(dǎo)致減小的燃料消耗。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，動(dòng)力系統(tǒng)可以被構(gòu)造成將能量從工作液壓回路液壓傳遞至液壓儲(chǔ)能器。
[0025]此外，動(dòng)力系統(tǒng)可以被構(gòu)造成將能量從工作液壓回路液壓傳遞至液壓變速器單元。因此，可以發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)槟芰靠梢詮耐七M(jìn)系統(tǒng)以及從工作液壓裝置回收，并且回收的能量可以被使用或被存儲(chǔ)在儲(chǔ)能器中。因此，根據(jù)本發(fā)明的各實(shí)施例的動(dòng)力系統(tǒng)最終可能導(dǎo)致工作機(jī)的燃料消耗的大量減小以及導(dǎo)致包括更少的部分的動(dòng)力系統(tǒng)。
[0026]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，液壓變速器單元可以包括第一液壓機(jī)和第二液壓機(jī)，并且第一液壓機(jī)和第二液壓機(jī)中的至少一個(gè)液壓地連接到工作液壓回路。連接到變速器液壓機(jī)組的機(jī)械齒輪箱的選擇設(shè)計(jì)設(shè)定關(guān)于將在變速器單元內(nèi)部使用的液壓機(jī)的類(lèi)型的要求。然而，為了獲得本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，推薦液壓機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)反向動(dòng)力流變換(以便支持能量的回收)。這隱含對(duì)液壓機(jī)的使用可以至少在兩個(gè)象限中起作用，意味著作為栗和作為電機(jī)兩者。解決這個(gè)問(wèn)題的切實(shí)可行的辦法是采用(經(jīng)負(fù)排量能力)允許反流向的液壓機(jī)。該類(lèi)型的機(jī)器一般被稱(chēng)為“開(kāi)路偏心機(jī)器”，通常在“輔助控制系統(tǒng)”應(yīng)用中使用。然而，電機(jī)運(yùn)行能力也可以通過(guò)僅具有單身流動(dòng)能力的機(jī)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是在這種情況下，反向動(dòng)力流必須通過(guò)切換閥、改變液壓機(jī)的增壓側(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于這種解決方案，需要另一個(gè)類(lèi)型的液壓機(jī)，因?yàn)椴辉俅嬖谌我忸A(yù)定的上下壓力側(cè)。該類(lèi)型的機(jī)器一般被稱(chēng)為閉合回路液壓機(jī)。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一液壓機(jī)和第二液壓機(jī)中的至少一個(gè)可以液壓連接到液壓儲(chǔ)能器。在常規(guī)系統(tǒng)中，如果傳動(dòng)系和工作液壓裝置使用相同的液壓儲(chǔ)能器，其中工作液壓裝置由動(dòng)力輸出裝置和獨(dú)立的液壓機(jī)提供動(dòng)力，可能存在這樣的問(wèn)題:工作液壓裝置的液壓機(jī)必須具有顯著的尺寸以便能夠運(yùn)用從推進(jìn)系統(tǒng)返回的動(dòng)力。根據(jù)本實(shí)施例，一個(gè)或兩個(gè)液壓機(jī)能夠用來(lái)將動(dòng)力傳遞至推進(jìn)傳動(dòng)系以及傳遞至工作液壓裝置，由此使得在現(xiàn)有技術(shù)方案中遇到的動(dòng)力限制并不是大問(wèn)題。此外，與現(xiàn)有技術(shù)方案相比，當(dāng)從推進(jìn)系統(tǒng)回收能量時(shí)，需要更少的變電。因此，更高的回收效率是預(yù)期的。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，動(dòng)力系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括控制單元，該控制單元被構(gòu)造成將液壓儲(chǔ)能器的壓力等級(jí)維持在第一預(yù)定范圍內(nèi)?？刂茊卧梢允侵鲃?dòng)的以控制系統(tǒng)中的液壓流，使得液壓蓄積器的壓力等級(jí)維持在預(yù)定最小值上方以及在預(yù)定最大值下方。例如，如果液壓蓄積器的壓力等級(jí)接近其最