作业机械以及用于操作作业机械的方法
专利汇可以提供作业机械以及用于操作作业机械的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种作业机械(1)，包括用于将 扭矩 提供至作业机械的 驱动轮 (130)的 内燃机 (120)，以及设置在内燃机和驱动轮之间、用于将扭矩从内燃机传递至驱动轮的 传动系统 (110)。作业机械(1)进一步包括位于液压系统(20)内的至少一个 液压 泵 (100a，100b，100c)，用于移动设置在作业机械上的器具(2)和/或使作业机械转向。传动系统(110)包括至少一个 电动机 构(17a，17b)，用于驱动或 制动 驱动轮(130)和/或用于为所述至少一个 液压泵 (100a，100b，100c)产生电 力 。，下面是作业机械以及用于操作作业机械的方法专利的具体信息内容。
1.一种作业机械(1)，包括内燃机(120)和传动系统(110)， 所述内燃机(120)用于将扭矩提供至所述作业机械的驱动轮(130)， 所述传动系统(110)设置在所述内燃机和所述驱动轮之间，用于将扭 矩从所述内燃机传递至所述驱动轮，所述作业机械(1)还包括位于液 压系统(20)内的至少一个液压泵(100a，100b，100c)，用于移动设 置在所述作业机械上的器具(2)和/或使所述作业机械转向，其特征在 于：所述传动系统(110)包括至少一个电动机构(17a，17b)，用于 驱动或制动所述驱动轮(130)，和/或用于为所述至少一个液压泵(100a， 100b，100c)产生电力。
2.根据权利要求1所述的作业机械，其特征在于：所述传动系统 (110)包括用于所述内燃机(120)相对于所述驱动轮(130)的接合 以及脱离接合的传动装置(150)。
3.根据权利要求2所述的作业机械，其特征在于：所述传动系统 (110)包括设置在所述传动装置(150)和所述驱动轮(130)之间的 一个所述电动机构(17b)。
4.根据权利要求2或3所述的作业机械，其特征在于：所述传动 系统(110)包括设置在所述内燃机(120)和所述传动装置(150)之 间的一个所述电动机构(17a)。
5.根据权利要求1-4中任何一项所述的作业机械，其特征在于： 对于每个驱动轮，所述作业机械均包括一个所述的电动机构。
6.根据权利要求2-4中任何一项所述的作业机械，其特征在于： 所述传动装置是液力变矩器(150)。
7.根据权利要求6所述的作业机械，其特征在于：所述液力变矩 器(150)具有变矩器的传动比为固定的锁定功能。
8.根据权利要求2所述的作业机械，其特征在于：所述传动装置 (150)是机械式离合器。
9.根据权利要求3或4所述的作业机械，其特征在于：所述电动 机构(17a，17b)相互电气连接，用于通过所述电动机构(17a，17b) 将扭矩从所述内燃机(120)传递至所述驱动轮(130)。
10.根据上述权利要求中任何一项所述的作业机械，其特征在于： 所述作业机械(1)包括用于提供能量至所述至少一个液压泵(100a， 100b，100c)的电能存储装置(19)。
11.根据上述权利要求中任何一项所述的作业机械，其特征在于： 所述作业机械(1)包括用于提供能量至所述至少一个电动机构(17a， 17b)中的一个或多个的电能存储装置(19)。
12.根据权利要求10或11所述的作业机械，其特征在于：当所 述电动机构起到发电机的作用时，所述至少一个电动机构(17a，17b) 中的一个或多个被设置成对所述电能存储装置(19)充电。
13.根据上述权利要求中任何一项所述的作业机械，其特征在于： 在所述作业机械的制动操作期间，所述至少一个电动机构(17a，17b) 中的一个或多个被设置成制动所述作业机械(1)的所述驱动轮(130)。
14.根据上述权利要求中任何一项所述的作业机械，其特征在于： 在所述器具(2)运行期间或在所述作业机械(1)加速期间，所述至 少一个电动机构(17a，17b)中的一个或多个被设置成驱动所述作业 机械(1)的所述驱动轮(130)。
15.根据上述权利要求中任何一项所述的作业机械，其特征在于： 通过使所述内燃机(120)的转速与所述传动系统(110)的转速相互 适应，所述至少一个电动机构(17a，17b)中的一个或多个被设置成 有利于所述传动装置(150)的直接运行状态的耦合或分离。
16.根据上述权利要求中任何一项所述的作业机械，其中所述作 业机械是轮式装载机(1)。
17.根据上述权利要求中任何一项所述的作业机械，其特征在于： 所述作业机械具有至少两个器具和/或转向功能，并且，对于每个器具 和/或转向功能，设置有至少一个所述液压泵(100a，100b，100c)。
18.根据权利要求17所述的作业机械，其特征在于：所述作业机 械包括三个液压泵；第一液压泵(100a)被设置成提供所述器具的提 升及降低功能，第二液压泵(100b)被设置成提供所述器具的倾斜功 能，且第三液压泵(100c)被设置成提供所述作业机械的所述转向功 能。
19.一种用于操作作业机械(1)的方法，所述作业机械(1)具 有内燃机(120)和传动系统(110)，所述内燃机(120)用于将扭矩 提供至所述作业机械的驱动轮(130)，所述传动系统(110)设置在 所述内燃机和所述驱动轮之间，用于将扭矩从所述内燃机传递至所述 驱动轮，所述作业机械(1)还包括位于液压系统(20)内的至少一个 液压泵(100a，100b，100c)，用于移动设置在所述作业机械上的器具 (2)和/或使所述作业机械转向，其特征在于：使用包括在所述传动系 统(110)内的至少一个电动机构(17a，17b)来驱动或制动所述驱动 轮(130)，和/或为所述至少一个液压泵(100a，100b，100c)产生电 力。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于：使用包括在所述 传动系统(110)中的传动装置(150)，用于所述内燃机(120)相对 于所述驱动轮(130)的接合和脱离接合。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于：使用设置在所述 内燃机(120)和所述传动装置(150)之间的一个所述电动机构(17a)， 并且通过所述电动机构(17a)经由所述传动装置(150)驱动所述驱 动轮(130)。
22.根据权利要求20或21所述的方法，其特征在于：使用设置 在所述传动装置(150)和所述驱动轮(130)之间的一个所述电动机 构(17b)，并且通过所述电动机构驱动所述驱动轮，通过包括在所述 传动系统(110)内的另一个电动机构(17a)或所述轮式装载机(1) 的电能存储装置(19)向所述电动机构(17b)提供电力。
23.根据权利要求19-22中任何一项所述的方法，其特征在于：在 所述器具(2)运行期间或所述作业机械(1)加速期间，通过所述至 少一个电动机构(17a，17b)中的一个或多个驱动所述作业机械(1) 的所述驱动轮(130)。
24.根据权利要求19-23中任何一项所述的方法，其特征在于：在 所述作业机械(1)制动操作期间，使用所述至少一个电动机构(17a， 17b)中的一个或多个用于制动所述作业机械(1)的所述驱动轮(130)， 并且在所述制动操作期间用于能量回收。
25.根据权利要求19-24中任何一项所述的方法，其特征在于： 在将液力变矩器(150)作为传动装置使用的同时驱动所述驱动轮 (130)。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于：在所述液力变矩 器(150)的锁定状态期间驱动所述驱动轮(130)。
27.根据权利要求19-26中任何一项所述的方法，其特征在于： 使用一个所述电动机构(17a，17b)，用于在与所述内燃机(120)的 旋转方向相反的方向上驱动所述驱动轮(130)。
28.一种作业机械(1)，包括用于将电力提供至所述作业机械的 发电马达(200)，所述作业机械还包括位于液压系统(20)内的至少 一个液压泵(100a，100b，100c)，用于移动设置在所述作业机械上的 器具和/或使所述作业机械转向，其特征在于：所述作业机械包括至少 一个用于驱动所述作业机械的所述驱动轮(130)的电动机构(17)， 所述发电马达(200)被设置成将电力提供至所述至少一个电动机构 (17)和所述至少一个液压泵(100a，100b，100c)。
29.根据权利要求28所述的作业机械，其特征在于：所述作业机 械包括被设置成驱动所述作业机械的所有驱动轮的一个所述电动机构 (17)。
30.根据权利要求28所述的作业机械，其特征在于：对于每个驱 动轮，所述作业机械均包括一个所述的电动机构。
31.根据权利要求28-30中任何一项所述的作业机械，其特征在 于：所述作业机械包括电能存储装置(19)，所述电能存储装置(19) 用于存储来自所述发电马达(200)和/或来自所述至少一个电动机构 (17)的能量，并且用于将电力提供至所述至少一个电动机构(17) 和/或所述至少一个液压泵(100a，100b，100c)。
32.根据权利要求28-31中任何一项所述的作业机械，其特征在 于：在所述作业机械的制动操作期间，所述至少一个电动机构(17) 中的一个或多个被设置成制动所述作业机械的所述驱动轮(130)。
33.根据权利要求28-32中任何一项所述的作业机械，其特征在 于：所述作业机械具有至少两个器具和/或转向功能，并且，对于每个 器具和/或转向功能，设置有至少一个所述液压泵。
34.根据权利要求33所述的作业机械，其特征在于：所述作业机 械包括三个液压泵；第一液压泵(100a)被设置成提供所述器具的提 升及降低功能，第二液压泵(100b)被设置成提供所述器具的倾斜功 能，且第三液压泵(100c)被设置成提供所述作业机械的所述转向功 能。
35.根据权利要求28-34中任何一项所述的作业机械，其中所述 发电马达(200)是燃料电池。
36.根据权利要求28-34中任何一项所述的作业机械，其中所述 发电马达(200)是设置有发电机的内燃机。
37.根据权利要求28-34中任何一项所述的作业机械，其中所述 发电马达(200)是设置有发电机的燃气轮机。
38.根据权利要求28-34中任何一项所述的作业机械，其中所述 发电马达(200)是设置有发电机的自由活塞发动机。
39.根据权利要求28-38中任何一项所述的作业机械，其中所述 作业机械是轮式装载机(1)。
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前述部分所述的作业机械，以 及一种根据权利要求19的前述部分所述的用于操作作业机械的方法。
本发明适用于工业建筑机械领域内的作业机械，特别是轮式装载 机。虽然下面将相对于轮式装载机来描述本发明，但是本发明并不局 限于此特定的车辆，其还可用于其他重型作业机械，比如铰链车 (articulated hauler)、卡车和挖掘机。
背景技术
除提供扭矩至驱动轮以外，内燃机需要提供能量至轮式装载机的 液压系统的液压泵。这样的液压系统用于提升操作和/或使轮式装载机 转向。液压工作缸被设置成用于提升及降低升降臂装置，在所述升降 臂装置上，安装有铲斗或其他类型的附件或作业工具，例如抓爪。通 过利用另外的液压工作缸，铲斗还可以倾斜或枢转。此外，设置有公 知的作为转向缸的液压缸，以通过轮式装载机的前、后主体部分的相 对运动使轮式装载机转向。
一方面，内燃机的转速必须适合于液压泵，另一方面，内燃机必 须适合于非常高的扭矩的需求，例如当轮式装载机的速度接近为零时 的装填铲斗期间。通过液压系统确定的内燃机的转速意味着轮式装载 机必须制动，以使轮式装载机的速度适应当前条件。为了在不同情况 下满足转速和扭矩的需要，内燃机必须被设计成满足非必需的高效输 出，所述输出是不必要的或只在极少情况下才需要。由于液压系统的 原因，使用型号在某种程度上过大的内燃机，并且所述内燃机还必须 在变矩器具有低效率的情况下驱动，和/或在轮式装载机必须制动的情 况驱动，这样将导致较高的燃料消耗。
发明内容
通过根据权利要求1所述的作业机械实现所述目的。
通过提供包括电动机构的传动系统，其中所述电动机构用于驱动 或制动驱动轮，和/或用于为液压泵产生电力，可以更高效地使用内燃 机，这样使得可以使用更小的内燃机，并且燃料消耗可以降低。例如， 可以通过用电动机构来代替内燃机至少部分地驱动液压系统。因此， 在确定内燃机的转速时不需要考虑液压泵。在轮式装载机的制动运行 期间，电动机构可以用来制动，并且同时起到发电机的作用，用于回 收能量。随后，能量可以直接地提供至液压系统，或存储在所使用的 电能存储装置中，比如电池或超大电容。如果需要较大的牵引力，那 么通过作为电动机的电动机构，辅助扭矩可以提供至驱动轮，因此， 减小了对变矩器的需求。
此外，电动机构可以用于反向驱动驱动轮。这意味着可以省去变 速箱的倒档。另一个优点是，电动机构可以用于使内燃机的转速和传 动系统的转速相互适应，以有利于包括在传动系统内的传动装置的直 接运行状态的耦合及分离。
本发明还涉及一种用于操作根据权利要求19所述的作业机械的 方法。通过这样的方法，内燃机的尺寸及操作可以优化，以保持尽可 能低的燃料消耗。
下面的描述及所附的权利要求揭示了本发明的其他优点和有利的 特征。
定义
术语″电动机构″表示电动机和发电机的组合装置。电动机构可以 由电力驱动以在轴上提供输出扭矩，或者是通过在轴上施加扭矩而被 机械地驱动以产生电力。
术语″传动装置″包括液压离合器；液力耦合器，例如变矩器和静 压离合器；以及机械式离合器。因此，″传动装置″包括变矩器和通常的 离合器，其中所述变矩器可以增加扭矩，所述通常的离合器只用于脱 离接合以及传动比为1∶1的直接运行。
附图说明
参照附图，下面是作为实例引用的本发明的实施例的更详细的描 述。
在附图中：
图1是示出了轮式装载机的侧视图，其中所述轮式装载机具有用 于装载作业的铲斗，以及用于操作铲斗和使轮式装载机转向的液压系 统，
图2是用于轮式装载机的液压系统的示意图，
图3是根据现有技术的轮式装载机的传动系统的示意图，
图4是根据本发明的作业机械的传动系统的示意图，以及
图5是根据本发明的作业机械的传动系统的变型的示意图。
具体实施方式
图3是根据现有技术的轮式装载机1的传动系统11的示意图。在 传动系统11的一端设置有内燃机12。传动系统11的另一端连接至轮 式装载机1的驱动轮13。内燃机12通过传动系统11将扭矩提供至轮 式装载机1的驱动轮13。如图所示，传动系统11可以包括变速箱14， 用于改变车辆1的速度，以及用于实现轮式装载机1在前进和后退驱 动方向之间的改变。液力变矩器15设置在内燃机12和变速箱14之间。 轮式装载机1的传动系统11具有用于在液压系统内驱动液压泵10的 装置，所述液压系统用于提升操作及使轮式装载机1转向。根据现有 技术，优选地，液压泵10通过设置在变矩器15和变速箱14之间的齿 轮16由内燃机12驱动。
图4示意性地示出了根据本发明的作业机械1的传动系统110。 在传动系统110的一端设置有内燃机120。传动系统110的另一端连接 至作业机械1的驱动轮130。内燃机120通过传动系统110将扭矩提供 至作业机械1的驱动轮130。.如图所示，传动系统110可以包括变速 箱140，用于改变车辆1的速度，以及用于实现作业机械1在前进和后 退驱动方向之间的改变。在图4所示的实施例中，传动系统110还包 括传动装置150，用于内燃机120相对于驱动轮130的接合和脱离接合。 优选地，传动装置150为称为液力变矩器的这类液压离合器。变矩器 能增加扭矩，这意味着例如变矩器的输出扭矩可以处于内燃机120的 扭矩的1-3倍之间。此外，优选地，变矩器具有用于直接运行的不增加 任何扭矩的自由轮功能和锁定功能。因此，在锁定状态，变矩器的传 动比固定，并且优选地，基本上是1∶1。然而，在可选的实施例中，传 动装置150可以是通常的离合器，用于在不增加任何扭矩的情况下实 现脱离接合或直接运行。这样的离合器可以是液压离合器以及机械式 离合器。
根据本发明，作业机械1的传动系统110包括至少一个电动机构 17a、17b，用于驱动或制动驱动轮130，和/或用于利用电力驱动至少 一个液压泵100a、100b、100c。
尽管在图4中示出的实施例具有三个用来提供参照图2所述功能 的液压泵，但是，在其他实施方式中，可以在液压系统20中提供一个、 两个、四个或更多液压泵，用于提供这些功能和/或其他功能。在本发 明的一个优选实施例中，作业机械具有至少两个器具和/或转向功能， 并且，对于每个器具和/或转向功能，设置有至少一个所述液压泵。在 图2和4示意性示出的实施例中，作业机械包括三个液压泵100a、100b、 100c；第一液压泵100a被设置成提供器具的提升及降低功能，第二液 压泵100b被设置成提供器具的倾斜功能，第三液压泵100c被设置成 提供作业机械的转向功能。通过用于这些功能的单独的液压泵，作业 机械的工作可以进一步优化，因此，可以降低总的能量消耗。
电动机构17a、17b电气连接至液压泵100a、100b、100c，它们具 有相应的由电力驱动的电动机18a、18b、18c。电动机构17a、17b可 以直接地连接至液压泵以及连接至电能存储装置19，比如电池或超大 电容，它们依次连接至液压泵。优选地，作业机械1包括这样的电能 存储装置19，其用于储存能量并提供能量至液压泵或至电动机构17a、 17b。此外，常规控制装置(未示出)可用于控制能量在图4所示的系 统的不同部分内传递。如图1和2中所描述，作业机械1可以具有具 体形式为铲斗3的器具2，其通过液压系统20操作。然而，应当强调 的是，当然可以使用其他器具。当将本发明应用至诸如铰链车或卡车 的作业机械时，例如，器具可以替换为倾卸式车身。通常，液压泵和 工作缸用于倾卸式车身在倾倒运动期间的操作。
优选地，传动系统110包括两个电动机构17a、17b，其中的一个 电动机构17a被设置成处于传动装置150的上游，第二个电动机构17b 设置成位于传动装置150的下游。通过使用两个电动机构，可能的操 作方式数量增加。在图4所示的实施例中，传动系统包括一个设置在 内燃机120和传动装置150之间的第一电动机构17a，以及一个设置在 传动装置150和变速箱140之间的第二电动机构17b。电动机构17a、 17b相互电气连接，用于通过第一和第二电动机构17a、17b将扭矩从 内燃机120传递至驱动轮130。此外，电动机构电气连接至电能存储装 置19，并且电气连接至液压泵的相应的电动机18a、18b、18c。第一电 动机构17a可以由内燃机120驱动，用于直接地提供能量至液压泵或 电能存储装置19，或第二电动机构17b。第二电动机构17b可用于在 作业机械的制动操作期间制动作业机械1的驱动轮130，以及用于直接 地提供能量至液压泵或电能存储装置19。第一电动机构17a或第二电 动机构17b还可以由电能存储装置19提供电力，以便驱动作业机械1 的驱动轮130，或者，基于同样的理由，第二电动机构17b可以由第一 电动机构17a提供电力。
尽管优选为传动系统110包括两个电动机构，然而，通过只使用 一个这样的电动机构，所述电动机构优选地设置在传动装置和驱动轮 之间，位于任何变速箱的上游，即，与图4中设置的第二电动机构17b 的设置方式相同，电动机构被设置在传动装置和变速箱之间，可以获 得优势。还可以为每个驱动轮使用一个所述的电动机构。在这种情况 下，通常，四个电动机构用于驱动四个驱动轮。随后，各电动机构优 选地通过相应的变速箱连接至相应的驱动轮。
此外，可以组合现有的液压泵由内燃机驱动的技术与利用电动机 构驱动液压泵的技术，例如图3所描述的情况。然后，在不同的时期， 液压泵可以由内燃机和/或电动机构驱动，以优化作业机械的工作。
此外，有时，通过电能存储装置19存储的能量可以用于轮式装载 机的其他功能部件61，比如压缩机、风扇、致动器等。
根据本发明的用于操作作业机械1的方法，包括在传动系统110 内的至少一个电动机构17a、17b用于驱动或制动驱动轮130和/或为所 述至少一个液压泵100a、100b、100c产生电力。除通过利用来自一个 或多个电动机构17a、17b的电力操作液压泵所获得的优点以外，电动 机构17a、17b可以用于提供扭矩至驱动轮130。通过使内燃机120和/ 或电动机构(一个或多个)17a、17b的使用适应当前条件，传动系统 110的总体效率可以增加。
参照图4，驱动轮130可以通过以下方式驱动：
内燃机120连同锁定或变矩器150，
或内燃机120和/或第一电动机构17a和/或第二电动机构17b连同 锁定或变矩器150，
或第一电动机构17a和第二电动机构17b，没有锁定或变矩器150，
或通过第二电动机构17b，没有锁定或变矩器150。
第一电动机构17a可以由内燃机120驱动以用于发电，或通过电 能存储装置19驱动以用于提供扭矩，并且，第二电动机构17b可以由 第一电动机构17a或电能存储装置19驱动以用于提供扭矩。变矩器150 可以由通常的液力或机械式离合器代替，其提供液力变矩器的锁定状 态的替代方案。
本发明的另一个目的是提供一种作业机械，其包括用于提供电力 至作业机械的发电马达，所述作业机械进一步包括位于液压系统内的 至少一个液压泵，用于移动设置在作业机械上的器具和/或使作业机械 转向，所述作业机械能实现作业机械更高效的运行，并且实现低能耗。
通过根据权利要求28所述的作业机械实现所述目的。
通过提供至少一个用于驱动作业机械的驱动轮的电动机构以及以 电力形式提供能量的马达，其中发电马达被设置成向所述至少一个电 动机构和所述至少一个液压泵提供电力，可以更高效地利用来自例如 设置有发电机的内燃机的发电马达的能量，并且，总能量消耗可以降 低。可以在无需调整发电马达转速的情况下驱动液压系统。此外，在 作业机械例如轮式装载机的制动操作期间，电动机构可以用作制动装 置，同时起到发电机的作用，用于回收能量。来自发电马达的能量可 以直接地提供至电动机构和液压系统，或存储在电能存储装置中，比 如电池或超大电容，供以后使用。
此外，电动机构可以用于反向驱动驱动轮。这意味着可以省去变 速箱的倒档。
在图5中，示出了包括用于提供电力至作业机械的发电马达200 的作业机械。作业机械包括位于液压系统中的至少一个液压泵100a、 100b、100c，用于移动设置在作业机械上的器具和/或使作业机械转向。 作业机械进一步包括用于驱动作业机械的驱动轮130的至少一个电动 机构17。发电马达200被设置成向所述至少一个电动机构17和所述至 少一个液压泵100a、100b、100c提供电力。
尽管图5中示出的作业机械具有一个电动机构17，但是，可以使 用两个或更多个电动机构。例如，作业机械可以包括用于每个驱动轮 的所述电动机构。在此情况下，通常，四个电动机构用于驱动四个驱 动轮。各电动机构优选地通过相应的变速箱连接至相应的驱动轮。
优选地，作业机械包括电能存储装置19，用于储存来自发电马达 200和/或来自所述至少一个电动机构17的能量。此电能存储装置19 然后用于提供电力至所述至少一个电动机构17和/或所述至少一个液 压泵100a、100b、100c。
除了驱动驱动轮130以外，所述至少一个电动机构17中的一个或 多个可以用于在作业机械的制动操作期间制动作业机械的驱动轮。同 时，电动机构17可以起到发电机的作用，用于回收能量，所述能量可 以存储在电能存储装置19中和/或用于液压系统20。
在本发明的一个优选实施例中，作业机械具有至少两个器具和/或 转向功能，并且，对于各器具和/或转向功能，设置有至少一个所述液 压泵。在图2和5示意性示出的实施例中，作业机械包括三个液压泵 100a、100b、100c；第一液压泵100a被设置成提供器具的提升及降低 功能，第二液压泵100b被设置成提供器具的倾斜功能，第三液压泵100c 被设置成提供作业机械的转向功能。通过用于这些功能的单独的液压 泵，作业机械的运行可以进一步优化，因此，可以降低总的能量消耗。
在本发明的范围内，发电马达200可以设计成多种不同的方式， 只要其能提供电力。一种选择方案是使用燃料电池提供电力。发电马 达的另一个实例是设置有发电机的内燃机。另一种方案是使用设置有 发电机的燃气轮机。发电马达还可以是设置有发电机的自由活塞发动 机。
需要指出的是，在本申请中，术语″驱动轮″意味着包括用于直接 接合地面的车辆车轮以及用于驱动地面接合部件的车辆车轮，比如履 带、履带轮或类似装置。
应当理解的是，本发明并不限于如上所述的、在附图中示出的实 施例；并且，本领域普通技术人员将可以理解，在所附权利要求的范 围之内，可以进行多种变化与修改。
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