ES2911295T3 - Dispositivo para recuperar energía hidráulica en un dispositivo de trabajo y un correspondiente dispositivo de trabajo - Google Patents

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Frank Helbling
Thomas Landmann
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Abstract

Dispositivo de recuperación de energía hidráulica en un dispositivo de trabajo, con una bomba de amarre (21) para el funcionamiento como bomba o como motor, con un acumulador de alta presión (40), así como, con un cilindro de trabajo (100) y un circuito diferencial de aceleración para la conexión del lado inferior del cilindro de trabajo al lado del vástago del cilindro de trabajo del dispositivo de trabajo; en donde el dispositivo está diseñado de tal manera que cuando se aplica presión al cilindro de trabajo en el descenso de una pluma del dispositivo de trabajo, fluye fluido hidráulico desde cilindro de trabajo a tres zonas; en donde en la primera zona la bomba de amarre (21) trabaja en modo motor y a través de un mecanismo de transmisión acciona múltiples bombas; en donde en la segunda zona el acumulador de alta presión (40) almacena energía de presión; y en donde en la tercera zona el fluido a hidráulico que sale del lado inferior o del lado del vástago del cilindro de trabajo llena al menos parcialmente el otro lado respectivo del cilindro de trabajo; en donde se proporciona una bomba hidráulica de engranaje giratorio (22, 25) para accionar un engranaje giratorio del dispositivo de trabajo; en donde la energía acumulada del acumulador de alta presión (40) 2. se puede transmitir a través de la bomba de engranaje giratorio (22, 25) a las otras bombas y/o a un motor diésel.

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo para recuperar energía hidráulica en un dispositivo de trabajo y un correspondiente dispositivo de trabajo La presente invención hace referencia a un dispositivo para recuperar energía hidráulica en un dispositivo de trabajo y a un correspondiente dispositivo de trabajo en sí.
En el caso de dispositivos conocidos del estado del arte, para la recuperación de energía hidráulica de dispositivos de trabajo, hasta ahora se ha conocido el uso de bombas de trabajo que alimentan tanto una pluma del dispositivo de trabajo como también un mecanismo de giro del dispositivo de trabajo con fluido hidráulico. Con el fin de recuperar energía hidráulica, se conoce el proporcionar acumuladores de alta presión propios para la pluma y separados para el mecanismo de giro o el acumulador de presión con diferentes presiones de trabajo. Una desventaja de los dispositivos conocidos del estado del arte consiste en que para el intercambio de energía entre los acumuladores de presión separados se requieren actuadores separados y una gestión separada o una regulación/control por separado. También puede resultar desventajoso que no esté previsto un circuito diferencial en los correspondientes actuadores para la recuperación de la energía, por lo cual es absolutamente necesario utilizar una bomba para realizar la recuperación.
El documento EP 3205780 A1, no publicado previamente, revela un dispositivo conocido.
Por lo expuesto, el objeto de la presente invención consiste en proporcionar un dispositivo genérico que presente una construcción más sencilla que los dispositivos conocidos del estado del arte y que se pueda utilizar de manera más flexible y eficiente que aquellos.
El objeto mencionado se resuelve conforme a la invención mediante un freno de disco con las características de la reivindicación 1, mediante un dispositivo para recuperar energía hidráulica en un dispositivo de trabajo con las características de la reivindicación 1, así como mediante un dispositivo de trabajo con las características de la reivindicación 8. Según la mencionada reivindicación, se proporciona un dispositivo con una bomba de amarre que se puede utilizar como bomba o como motor, con un acumulador de alta presión, así como, con un cilindro de trabajo y un circuito diferencial de aceleración para la conexión del lado inferior del cilindro de trabajo al lado del vástago del cilindro de trabajo del dispositivo de trabajo; en donde el dispositivo está diseñado de tal manera que cuando se aplica presión al cilindro de trabajo en el descenso de una pluma del dispositivo de trabajo, fluye fluido hidráulico desde cilindro de trabajo a tres zonas; en donde en la primera zona la bomba de amarre trabaja en modo motor y a través de un mecanismo de transmisión acciona múltiples bombas; en donde en la segunda zona el acumulador de alta presión almacena energía de presión; y en donde en la tercera zona el fluido a hidráulico que sale del lado inferior o del lado del vástago del cilindro de trabajo llena al menos parcialmente el otro lado respectivo del cilindro de trabajo.
El lado del cilindro de trabajo se trata o bien del lado del vástago o del lado inferior del cilindro de trabajo. Los otros consumidores pueden tratarse de todos los demás consumidores de un dispositivo en funcionamiento. El diseño constructivo del dispositivo mencionado asegura ventajosamente que un único acumulador de alta presión pueda ser utilizado como acumulador común para un mecanismo de giro y la pluma o sus actuadores. El mecanismo de giro puede ser accionado mediante la energía acumulada del acumulador de alta presión y/o mediante una bomba de mecanismo de giro. Cuando se frena una estructura superior del dispositivo de trabajo, como, por ejemplo, la estructura superior de una excavadora, la energía de frenado se puede dirigir al acumulador de alta presión desde un motor o accionamiento de engranaje giratorio, que funcione como una bomba durante el frenado. Debido a que la bomba de trabajo está diseñada como una bomba de amarre y, por lo tanto, también puede funcionar como bomba de recuperación de energía, ventajosamente no se requiere espacio de instalación para una bomba adicional que de otro modo sería necesaria. El dispositivo conforme a la invención también representa una variante sencilla de la recuperación de energía hidráulica, que permite la hibridación de un dispositivo de trabajo sin un correspondiente dispositivo de recuperación, en donde la estructura de la superestructura del implemento no se tiene que cambiar significativamente y resulta posible un correspondiente reequipamiento sin ningún problema. La disposición del dispositivo conforme a la invención también significa que, en comparación con el estado del arte, sólo se necesita un pequeño número de válvulas para la recuperación de la energía.
En un ejemplo de ejecución particularmente preferido resulta concebible que el cilindro de trabajo consista en un cilindro de pluma para una pluma del dispositivo de trabajo. De esta manera, cuando la pluma desciende desde una posición elevada a una posición más baja, en particular, cuando la pluma está cargada, es posible recuperar la mayor cantidad posible de energía potencial a través del dispositivo de recuperación de energía. Esto se debe a que, en el caso de los dispositivos de trabajo, el mayor uso de energía suele tener lugar en la zona de la pluma y las cargas que mueve, y por lo tanto también se pueden recuperar las mayores cantidades de energía.
En otro ejemplo de ejecución preferido resulta concebible que el circuito diferencial de aceleración comprenda un acelerador entre el lado inferior y el lado del vástago del cilindro de trabajo. De este modo, se puede elevar ventajosamente el nivel de presión para el llenado directo del acumulador de alta presión, en donde el lado inferior del cilindro se puede conectar a través del circuito diferencial con el lado del vástago del cilindro. La conexión del lado inferior al lado del vástago se puede obturar para evitar un exceso de presión en el lado inferior del cilindro. Al mismo tiempo, esta solución reduce aproximadamente a la mitad la cantidad de aceite que fluye hacia el acumulador o al acumulador de alta presión o hacia la bomba o a la bomba de amarre.
En otro ejemplo de ejecución particularmente preferido, resulta concebible que el fluido hidráulico en la tercera zona fluya desde el lado inferior hacia el lado del vástago, y en otro ejemplo de ejecución preferido, es concebible que la bomba de amarre funcione en un circuito abierto. Además, en un ejemplo de ejecución preferido resulta concebible que el fluido hidráulico fluya en una, dos o tres de las zonas en simultáneo o en paralelo. De esta manera, la recuperación de energía se puede configurar de forma flexible dependiendo de la energía a recuperar y del consumo de energía en otros consumidores.
De acuerdo con la invención, se proporciona una bomba hidráulica de engranajes de giro para accionar un engranaje de giro del dispositivo de trabajo.
Con una bomba de este tipo separada para accionar el mecanismo de giro, la pluma del dispositivo de trabajo se puede impulsar incluso cuando se presentan otros movimientos paralelos, por ejemplo, del mecanismo de giro. El acumulador de alta presión también se puede cargar mientras otros movimientos, como los movimientos del mecanismo giratorio, se controlan en paralelo sin perturbar estos movimientos.
De acuerdo con la invención, la energía acumulada del acumulador de alta presión se puede transmitir a través de la bomba de engranajes giratorios a las otras bombas y/o a un motor diésel.
En general, la energía almacenada en el acumulador de alta presión se puede utilizar en la pluma y en un mecanismo giratorio del dispositivo de trabajo para el accionamiento de las correspondientes bombas que funcionan como un motor. En este caso, la bomba de engranajes giratorios puede actuar ventajosamente como un motor y aplicar energía a las correspondientes unidades del motor diésel o directamente a otras bombas del dispositivo de trabajo.
Además, puede estar previsto que en el caso de una falla del dispositivo esté prevista una función de emergencia para el funcionamiento del dispositivo de trabajo.
La invención también hace referencia a un dispositivo de trabajo, en particular, a una excavadora hidráulica, con un dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 7.
Otras particularidades y ventajas de la presente invención se indican mediante las figuras. Las figuras muestran:
Figura 1: representación esquemática de un dispositivo conforme a la invención en el cual una bomba de engranajes giratorios funciona en un circuito cerrado.
Figura 2: representación esquemática de un dispositivo conforme a la invención en el cual una bomba de engranajes giratorios funciona en circuito abierto como una bomba de amarre.
Figura 3: representación esquemática de un dispositivo no conforme a la invención en el cual una bomba de engranajes giratorios funciona en circuito abierto como una bomba estándar.
El dispositivo conforme a la invención utiliza la energía potencial de la pluma al descender la pluma de un dispositivo de trabajo en forma de un flujo de aceite a presión correspondiente a través de la recuperación de tres vías que se realiza en tres puntos o zonas. Esto es similar en las formas de ejecución de las tres figuras. El dispositivo de la figura 2 se diferencia de los otros dos dispositivos en que el sistema hidráulico del dispositivo de trabajo puede funcionar en tres circuitos independientes cuando se trabaja sin un mecanismo de giro (por ejemplo, al excavar con una excavadora sin utilizar un mecanismo de giro). El dispositivo de la figura 3, que no pertenece a la invención, se diferencia de los otros dos dispositivos en que la bomba de engranajes giratorios consiste en una bomba estándar. Esta resulta más fácil de operar y requiere menores costes que una bomba giratoria de circuito cerrado o una bomba de amarre, aunque presenta la desventaja de que sólo se puede usar como bomba.
El funcionamiento más preciso del dispositivo conforme a la invención se explicará ahora con referencia a la figura 1. La figura 1 muestra un dispositivo conforme a la invención, en el cual el flujo de aceite es conducido desde el lado inferior de un cilindro de trabajo 100 a través del eje de control 10 hacia el lado del vástago del cilindro de trabajo 100. El exceso de aceite es suministrado a la línea de bomba 60. La alimentación por el lado del vástago provoca un aumento de la presión en el lado inferior, lo que es útil para el llenado directo del acumulador de alta presión 40.
Para evitar un exceso de presión en el lado inferior, la conexión al lado del vástago se puede estrangular en el eje de control 10. Esto se puede controlar electrónicamente. Esto da como resultado la recuperación de energía en el lado del vástago del cilindro de trabajo 100 mediante el circuito diferencial de aceleración descrito.
De acuerdo con la invención, también es posible recuperar energía llenando directamente el acumulador de alta presión 40. Un flujo parcial de aceite de la línea de la bomba 60 se puede derivar directamente a través del eje de válvula 30 para llenar el acumulador de alta presión 40.
Según la invención, la recuperación de energía también se puede realizar a través de la bomba de amarre 21, en donde todo o parte del flujo de aceite de la línea de bomba 60 acciona la bomba de amarre 21, que en ese momento está funcionando como un motor. La energía que se libera en el proceso se transmite a otras bombas y/o a un motor diésel del dispositivo de trabajo a través de un mecanismo de transmisión, donde correspondientemente se continúa utilizando para accionar otros consumidores, para llenar acumuladores o para compensar una carga de remolque. El control del eje voladizo estándar 11 permite un refuerzo en el descenso o funcionamiento normal en caso de una falla del sistema de recuperación conforme a la invención. En el impulso, el flujo de aceite se dirige desde el lado inferior del cilindro de trabajo 100 a través del eje de control 11 al tanque. La pluma está en caída libre. En el funcionamiento normal, el eje de control 11 sirve para controlar el cilindro de elevación. El flujo de aceite se dirige desde la línea de la bomba 60 a través del eje de control 11 al cilindro de elevación y el flujo de aceite que regresa del cilindro de elevación se dirige a través del eje de control 11 al tanque.
El control del eje voladizo estándar 11 permite un refuerzo en el descenso o funcionamiento normal en caso de una falla del sistema de recuperación conforme a la invención. La bomba de amarre 21 funciona en modo de bombeo normal cuando la pluma no está descendiendo. En función de la presión sobre el cilindro de elevación o sobre el cilindro de trabajo y la velocidad deseada de descenso de la pluma, un algoritmo puede determinar la ruta de recuperación o determinar hacia qué zonas se dirige el fluido hidráulico para realizar la recuperación. Se pueden seleccionar múltiples o las tres rutas o zonas al mismo tiempo.
Una ventaja del dispositivo conforme a la invención con sus tres zonas diferentes de recuperación consiste en que sólo se tiene que utilizar o se puede utilizar un único acumulador de alta presión 40 y no es necesaria ninguna transferencia de energía con pérdidas entre diferentes acumuladores. El almacenamiento de alta presión también se puede realizar en cualquier momento y, mediante la bomba de engranajes giratorios 22, 25 separada, también se puede realizar en paralelo con otros movimientos de trabajo o de engranajes giratorios. La bomba de trabajo o la bomba de amarre 21 puede alimentar todos los consumidores y en particular la pluma, la varilla o el accionamiento del dispositivo de trabajo. La bomba de engranaje giratorio 22, 25 puede estar diseñada como bomba de amarre 21. El dispositivo conforme a la invención es particularmente eficiente, ya que el flujo de aceite se puede dividir en tres caminos en la recuperación de tres vías. El flujo de aceite puede fluir a la bomba de amarre 21, al acumulador de alta presión 40 y al lado del vástago del cilindro de trabajo 100. No es necesario que todo el flujo de aceite fluya por la bomba, por lo cual los componentes necesarios para la recuperación, en particular, la bomba o bomba de amarre 21, se pueden dimensionar para que sean más pequeños o más compactos y económicos, lo que da como resultado menores pérdidas de presión en el dispositivo. Debido a las zonas de recuperación, que están diseñadas en tres circuitos hidráulicos independientes, no existe la necesidad de ajustar la presión durante la recuperación, lo que significa que no es necesario asumir pérdidas de presión.
En general, se presentan las ventajas de que el acumulador de alta presión 40 se puede cargar, incluso cuando en paralelo se controlan otros movimientos del dispositivo de trabajo. Estos movimientos no se ven influenciados por la carga del acumulador de alta presión 40. Además, la pluma se puede acelerar a través de un pistón estándar. El dispositivo de trabajo, que puede estar configurado especialmente como excavadora, también puede seguir funcionando en caso de fallas en el sistema de recuperación, ya que el sistema de recuperación representado consiste en una solución adicional.

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. Dispositivo de recuperación de energía hidráulica en un dispositivo de trabajo, con una bomba de amarre (21) para el funcionamiento como bomba o como motor, con un acumulador de alta presión (40), así como, con un cilindro de trabajo (100) y un circuito diferencial de aceleración para la conexión del lado inferior del cilindro de trabajo al lado del vástago del cilindro de trabajo del dispositivo de trabajo; en donde el dispositivo está diseñado de tal manera que cuando se aplica presión al cilindro de trabajo en el descenso de una pluma del dispositivo de trabajo, fluye fluido hidráulico desde cilindro de trabajo a tres zonas; en donde en la primera zona la bomba de amarre (21) trabaja en modo motor y a través de un mecanismo de transmisión acciona múltiples bombas; en donde en la segunda zona el acumulador de alta presión (40) almacena energía de presión; y en donde en la tercera zona el fluido a hidráulico que sale del lado inferior o del lado del vástago del cilindro de trabajo llena al menos parcialmente el otro lado respectivo del cilindro de trabajo; en donde se proporciona una bomba hidráulica de engranaje giratorio (22, 25) para accionar un engranaje giratorio del dispositivo de trabajo; en donde la energía acumulada del acumulador de alta presión (40) 2. se puede transmitir a través de la bomba de engranaje giratorio (22, 25) a las otras bombas y/o a un motor diésel.
2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el cilindro de trabajo consiste en un cilindro de pluma para una pluma del dispositivo de trabajo.
3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el circuito diferencial de aceleración comprende un acelerador entre el lado inferior y el lado del vástago del cilindro de trabajo.
4. Dispositivo según la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado porque el fluido hidráulico fluye en la tercera zona desde el lado inferior al lado del vástago del cilindro de trabajo.
5. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la bomba de amarre (21) trabaja en un circuito abierto.
6. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el fluido hidráulico fluye en una, dos o tres de las zonas en simultáneo o en paralelo.
7. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en el caso de una falla del dispositivo está prevista una función de emergencia para el funcionamiento del dispositivo de trabajo.
8. Dispositivo de trabajo, en particular, una excavadora hidráulica con un dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 7.
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