FR3048037A1 - Dispositif de recuperation d'energie hydraulique, et machine de travail munie d'un dispositif correspondant - Google Patents

Dispositif de recuperation d'energie hydraulique, et machine de travail munie d'un dispositif correspondant Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de récupération d'énergie hydraulique d'une machine de travail, muni d'au moins un vérin différentiel, ainsi qu'une machine de travail correspondante.

Description

"Dispositif de récupération d’énergie hydraulique, et machine de travail munie d’un dispositif correspondant" L’invention concerne un dispositif de récupération d’énergie hydraulique, et une machine de travail munie d’un dispositif correspondant.
Par le raccordement connu de vérins hydrauliques à des machines de travail mobiles, l’entrée de vérins hydrauliques sous une charge plus lourde (par exemple abaissement de course sans pression) va être réalisée via une commande d’étranglement. Dans ce cas, l'énergie potentielle, qui est définie par la charge sur le vérin, est transformée en chaleur par étranglement du débit volumique sous pression. L'énergie potentielle existante est détruite par l’opération. Du fait de la transformation en chaleur, une capacité de refroidissement supplémentaire désavantageuse doit être mise en oeuvre à l’intérieur de la machine.
Un mode de réalisation habituel du vérin hydraulique pour des machines de travail mobiles est le vérin différentiel. Si celui-ci rentre à l'aide d'une commande d’étranglement et d’une charge plus lourde, on doit s’assurer qu'un remplissage de la chambre de vérin côté tige est garanti. Cela est possible à l’aide de l’activation d'un débit volumique d'approvisionnement correspondant par les pompes de travail. En plus ou en variante, un remplissage correspondant des chambres de vérin côté tige peut avoir lieu via une remise en circulation du flux volumique étranglé. Par le remise en circulation du flux volumique étranglé, une division du débit volumique conformément au rapport de surfaces des vérins hydrauliques ou conformément au rapport de volumes des chambres du vérin hydraulique est prévue. Dans ce cas, une partie du débit volumique circule dans les chambres côté tige des vérins et l'autre partie est dirigée dans le réservoir.
Si l'énergie potentielle libérée par la course de descente des vérins de levage doit être stockée, il est donc intéressant de stocker une partie aussi grande que possible de l'énergie existante. Dans l'hydraulique, cela correspond à des débits volumiques aussi grands que possible sous la pression la plus élevée possible. Les raccordements hydrauliques connus, qui réalisent la remise en circulation d'une partie du débit volumique côté fond dans les chambres côté tige des vérins hydrauliques, réduisent le débit volumique qui peut être rendu disponible pour un stockage.
Des solutions différentes existent actuellement pour le stockage de l'énergie potentielle en abaissant la flèche de machines de travail mobiles.
Une solution est décrite dans le document US 2013/0 081 383, dans laquelle un de deux vérins est utilisé pour le stockage d'énergie . Ici, une machine volumétrique est utilisée en circuit fermé, pour remplir les chambres côté tige des deux vérins avec la quantité de retour du second vérin. Un inconvénient de l'invention qui y est décrite est l'échange inexistant d'huile sur le côté fond du vérin hydraulique qui est lié au stockage. Le volume d’huile n'est déplacé qu'entre le stockage hydraulique et le côté fond du vérin.
Dans un raccordement du document DE 10 2012 009 668, une pompe hydraulique est utilisée lors de l’entrée des vérins, pour garantir le remplissage des chambres côté tige. Le remplissage par l'application d'une puissance hydraulique ne correspond pas à une commande énergétiquement efficace des consommateurs hydrauliques. L’absoprtion de l'énergie potentielle de la flèche par un vérin rempli de gaz est également possible (DE 10 2010 051 665). Dans le cadre de cette invention, l'intégration supplémentaire d'un vérin à gaz dans la machine est nécessaire, ce qui signifie une dépense d'intégration élevée.
Pour alimenter l'énergie hydraulique stockée, différentes possibilités existent actuellement. Le document 2013/180 605 décrit l'alimentation directe dans le cycle de ventilateur de la machine. En se basant sur le point de fonctionnement du cycle de ventilateur, il est nécessaire d’étrangler le débit volumique conduit du stockage hydraulique au cycle de ventilateur. Dans ce cas, des pertes d’étranglement sont générées, et ainsi la quantité d'énergie hydraulique réutilisable est réduite.
La possibilité d'utiliser l'énergie hydraulique stockée directement pour l'approvisionnement des pompes de travail existe encore. Celle-ci est décrite dans le document DE 10 2005 052 108. Dans ce cas, un circuit qui lie le côté d'aspiration de la pompe de travail au réservoir hydraulique ou au stockage hydraulique est nécessaire. Si la pompe n'est pas alimentée par le stockage hydraulique, des pertes de pression surviennent à travers la vanne, qui peuvent influencer la pression d'aspiration de la pompe et qui peuvent ainsi provoquer des conditions d'exploitation défavorables . En outre, un refroidissement et un filtrage doivent être prévus entre un stockage hydraulique et une aspiration.
Les raccordements hydrauliques connus peuvent présenter les inconvénients inhérents suivants : • L'énergie potentielle de la course de descente est détruite par l’opération d’étranglement, et ne peut pas être utilisée pour d'autres processus. • L'énergie potentielle de la course de descente est apportée sous forme d'énergie calorifique dans le système hydraulique, et doit ensuite de nouveau être évacuée par des dispositifs de refroidissement correspondants. Ces processus sont également consommateurs d’énergie. • Le soutient du débit volumique côté fond en abaissant le vérin de levage conduit à une réduction du potentiel possible d'énergie pouvant être stockée.
Du fait de cette problématique, c'est un but de l'invention de stocker l'énergie potentielle qui est définie par la charge lourde sur les vérins hydrauliques ou sur le vérin hydraulique, et éventuellement de garantir un remplissage énergétiquement efficace des chambres côté tige des vérins hydrauliques. De cette manière, la quantité d'énergie potentielle pouvant être stockée est maximisée, laquelle peut être utilisée pour d'autres tâches dans la machine de travail. En outre , le refroidissement utilisé peut être réduit, puisque par l’intermédiaire du système de refroidissement de la machine, moins de chaleur perdue doit être évacuée. Sur cette base, le fonctionnement global de la machine de travail hydraulique peut être conçu énergétiquement plus efficace.
Ce but va être atteint selon l’invention par un dispositif de récupération d’énergie hydraulique d’une machine de travail ayant au moins un vérin différentiel. Des modes de réalisation avantageux de l'invention sont également décrits.
Le dispositif de récupération d'énergie hydraulique par la machine de travail munie d’au moins le vérin différentiel est par conséquent prévu, dans lequel le dispositif comprend au moins un dispositif de stockage ayant au moins un accumulateur haute pression et au moins un accumulateur basse pression pour un stockage d'énergie de l'énergie potentielle du au moins un vérin différentiel entrant sous une charge plus lourde.
Il est de préférence prévu que le dispositif comporte au moins un raccordement de régénération pour une remise en circulation de liquide hydraulique dans le côté tige du vérin différentiel, de sorte que le raccordement de régénération et le dispositif de stockage sont agencés en particulier parallèles l’un à l’autre, et/ou en ce que les accumulateurs sont couplés chacun au vérin différentiel par l’intermédiaire d’une seule vanne et de conduites correspondantes.
La mise à disposition de deux accumulateurs avec un niveau de pression différent est nécessaire pour le stockage d'énergie (circuit de stockage). Pour le fonctionnement de l'installation de stockage, de l'huile sous un pression élevée, qui s'échappe du côté fond du vérin différentiel, est stockée dans l’accumulateur haute pression. L'huile doit être alimentée au niveau du côté tige à travers l’entrée du vérin. Cela survient via la sortie volumique d’huile de l’accumulateur basse pression. Les deux accumulateurs (accumulateurs basse pression et haute pression) fonctionnement en parallèle pendant le processus de stockage.
Dans un autre agencement favorable, il est concevable que par l’intermédiaire du raccordement de régénération, du liquide hydraulique s’écoule à l’extérieur de l’accumulateur basse pression et/ou à l’extérieur du côté fond du vérin différentiel jusque dans son côté tige. La notion de dispositif de récupération ou de raccordement de récupération peut être liée au stockage de l'énergie dans les accumulateurs. La notion de raccordement de régénération décrit spécifiquement la remise en circulation de liquide hydraulique dans le côté tige du vérin différentiel.
Dans un autre agencement favorable, le liquide hydraulique s’écoule en entrée dans le côté tige de manière étranglée et/ou la récupération d’énergie survient sur toute la voie d’entrée ou seulement sur une partie de la voie d’entrée du vérin différentiel. Par l’étranglement du liquide hydraulique, il est possible d’ajuster par exemple le liquide hydraulique sortant du côté fond du vérin différentiel aux variations de pression du côté tige du vérin différentiel, et ainsi ajusté, de le mener du coté fond au côté tige. De manière générale, l’étranglement permet d’amener du liquide hydraulique depuis le côté fond du vérin différentiel jusque dans le côté tige du vérin différentiel.
Dans un autre agencement avantageux, il est concevable qu'un moteur d’assistance relié à l’accumulateur haute pression est prévu, pour une alimentation en énergie dans la chaîne cinématique de la machine de travail. De cette façon, une récupération d'énergie survient indépendamment des autres dispositifs habituels de la machine de travail, qui convertit ainsi de l’énergie de pression en énergie de déplacement, qui peut être fournie aux autres appareils périphériques de la machine de travail.
Dans un autre agencement avantageux, le moteur d’assistance est configuré sous la forme d’un moteur à réglage proportionnel, d’un moteur à réglage par commutation ou d’un moteur ayant un volume d’absorption constant et/ou l’accumulateur hydraulique est configuré sous la forme d’un accumulateur à vessie, d’un accumulateur à piston, d’un accumulateur à membrane ou d’un accumulateur à ressort. L'invention concerne également une machine de travail, en particulier une pelle munie d’un dispositif tel que décrit précédemment, de sorte qu’il est en particulier possible de prévoir que le dispositif ne soit pas nécessaire pour le fonctionnement normal de la machine de travail. Le dispositif peut aussi être couplé ultérieurement sous la forme d’une solution Add-on avec la machine de travail sinon totalement opérationnelle. D'autres détails et avantages de l'invention sont précisés dans le mode de réalisation représenté à titre d’exemple sur la figure unique.
La figure 1 représente le cycle hydraulique schématique d'un exemple de mode de réalisation de l'invention décrite ici. L'exemple de mode de réalisation se distingue par le fait qu'un ou plusieurs vérins différentiels 1 sous une charge plus lourde peuvent être introduits, et que par la même occasion l'énergie potentielle existante peut être stockée en grande partie à l'aide d’au moins deux accumulateurs hydrauliques. L'exemple de mode de réalisation se distingue de plus par le fait qu'un ou plusieurs vérins différentiels 1 sous une charge plus lourde peuvent être introduits, et par la même occasion par le fait que le remplissage des côtés tige 2 des vérins 1 peut être réalisé d’une manière énergétiquement très efficace. Cela est atteint par le fait qu'un ou plusieurs accumulateurs basse pression 6 peuvent être liés aux côtés tige 2 des vérins différentiels 1 pendant le processus d’introduction. L'exemple de mode de réalisation se distingue de plus par le fait qu'un ou plusieurs vérins différentiels 1 sous une charge plus lourde peuvent être introduits, sans que les accumulateurs hydrauliques 6, 19 et la vanne hydraulique soient activés pour l’accumulation de l’énergie potentielle, ou pour l’alimentation des côtés tige. Cela est atteint par le fait que le circuit hydraulique représenté dispose d'un raccordement de régénération, lequel étrangle le débit volumique d'huile côté fond et conduit le débit volumique d’huile correspondant des côtés tige 2. L'exemple de mode de réalisation se distingue de plus par le fait que par la combinaison du raccordement du vérin différentiel 1 avec les accumulateurs hydrauliques 6, 19 pour stocker de l’énergie, pour alimenter le côté tige, et du raccordement de régénération, il est possible que le processus de stockage d’énergie intervienne uniquement sur une partie de la voie d’entrée du vérin différentiel 1 sous une charge plus lourde. L'exemple de mode de réalisation se distingue également en ce que l'énergie stockée de l’opération de descente du vérin différentiel 1 ou de plusieurs vérins différentiels 1 peut être réutilisée. Cela est atteint par le fait qu'un moteur hydraulique 15 ou plutôt un moteur d’assistance 15 peut être relié à l’accumulateur haute pression 19, et l’énergie contenue dans l’accumulateur hautre pression 19 peut être injectée pour soutenir la source d’entraînement primaire (moteur Diesel ou moteur électrique 16) du groupe motopropulseur des machines. L'exemple de mode de réalisation se distingue en outre ainsi en ce qu'il peut être intégré dans le groupe motopropulseur d’une machine sans influencer les fonctions du groupe motopropulseur, de sorte que toute la capacité de fonctionnement de la machine est tributaire de l’invention. Cela signifie que la machine peut aussi être actionnée parfaitement sans la capacité de fonctionnement de l'invention.
Avec la mise en service de la machine, l’accumulateur haute pression, 19 et l’accumulateur basse pression 6 règlent les variations de pression respectives. Avant que le premier processus de stockage puisse être commencé, la pression de travail supérieure de l’accumulateur basse pression 6 doit régner dans l’accumulateur basse pression 6, ce qui va être atteint par un guidage correspondant d’une quantité d'huile dans l’accumulateur basse pression 6. Pour cela, le vérin différentiel 1 peut être déployé. Cela a lieu par la production d'un débit volumique à l’aide de la pompe de travail 14, et une commande correspondante du tiroir de commande 11. Pendant ce mouvement, la vanne d’arrêt 10 est fermée et le débit volumique sortant total depuis le côté tige 2 du vérin différentiel 1 va être conduit à travers la vanne d’accumulation basse pression 7 dans l’accumulateur basse pression 6. Si la pression de service supérieure de l’accumulateur basse pression 6 est atteinte, la vanne d’arrêt 10 est ouverte et la vanne d’accumulation basse pression 7 est fermée. Le débit volumique sortant du côté tige 2 du vérin différentiel 1 est alors conduit au-dessus du tiroir de commande 11 en retour jusque dans le réservoir 13.
Si le processus de stockage doit être commencé, une force extérieure doit être exercée au niveau du vérin différentiel 1, qui agit pour l’entrée du vérin 1. De cette manière, une pression est établie au niveau du côté fond 4 du vérin différentiel 1, qui définit l'énergie potentielle existante. Cette énergie potentielle doit être prise par l’accumulateur haute pression 19. Par l’intermédiaire de la vanne d’accumulateur haute pression 20 hydraulique et susceptible d’un réglage proportionnel, une liaison est fournie entre le côté fond 4 du vérin différentiel 1 et l’accumulateur haute pression 19. Par l’intermédiaire de la vanne d’accumulateur haute pression 20 hydraulique et susceptible d’un réglage proportionnel, une liaison est fournie entre le côté tige 2 du vérin différentiel 1 et l’accumulateur haute pression 19. Par le réglage proportionnel de la vanne d’accumulateur haute pression 20, la vitesse d’entrée du vérin différentiel 1 peut être réglée. Lors du mouvement d’entrée du vérin différentiel 1, le débit volumique sortant du côté fond 4 du vérin différentiel 1 est conduit par la vanne d’accumulateur haute pression 20 dans l’accumulateur haute pression 19, et amène à une augmentation de pression. Par le mouvement d’entrée du vérin différentiel 1, le volume de la chambre 2 côté tige du vérin différentiel 1 s'agrandit. Le remplissage de la quantité d'huile nécessaire est rendu possible par l’intermédiaire de la vanne d’accumulateur basse pression 7 depuis l’accumulateur basse pression 6.
Si le mouvement d’entrée du vérin différentiel 1 est arrêté, alors la vanne d’accumulateur haute pression 20 et la vanne d’accumulateur basse pression 7 sont fermées. L’accumulateur haute pression 19 contient maintenant le volume d’huile qui est sous pression et qui pendant le mouvement d’entrée du vérin différentiel 1, a été sorti du côté fond 4 du vérin différentiel 1.
Avec la conclusion du processus de stockage, la pression de travail dans l’accumulateur basse pression 6 est abaissée, puisque le volume d’huile correspondant a été conduit de l’accumulateur basse pression 6, via la vanne d’accumulateur basse pression 7, jusque dans le côté tige 2 du vérin différentiel 1.
Dans le cycle de travail de la machine, à la suite d’un mouvement de sortie du vérin différentiel 1, par une commande correspondante de la pompe de travail 14 et du tiroir de commande 11, la vanne d’arrêt 10 est fermée et le débit volumique sortant total depuis le côté tige 2 du vérin différentiel 1 est conduit à travers la vanne d’accumulateur basse pression 7 jusque dans l’accumulateur basse pression 6. Si la pression de service supérieure de l’accumulateur basse pression 6 est atteinte, la vanne d’arrêt 10 est ouverte et la vanne d’accumulation basse pression 7 est fermée. Le débit volumique sortant du côté tige 2 du vérin différentiel 1 est alors conduit au-dessus du tiroir de commande 11 en retour jusque dans le réservoir 13.
En fonction de la taille de l’accumulateur basse pression 6 et de l’accumulateur haute pression 19, un stockage de l'énergie potentielle sur la totalité ou sur une partie de la course du vérin différentiel 1 est possible Si les accumulateurs hydrauliques 6 et 19 sont conçus seulement pour une partie de la course du vérin différentiel 1 et si le mouvement d’entrée du vérin différentiel 1 doit avoir lieu plus loin que la conception des accumulateurs hydrauliques 6 et 19 ne le permet, un raccordement de régénération est utilisé. Celui-ci comprend la vanne de frein 8, qui est reliée au côté fond 4 du vérin différentiel 1, la vanne antiretour 9 et la vanne de décharge 12. Par le réglage proportionnel de la vanne de frein 8, le débit volumique depuis la chambre côté fond 4 du vérin différentiel 1 est conduit à travers la vanne anti-retour 9 dans la chambre côté tige 2 du vérin différentiel 1. La quantité d'huile excédentaire sortant du côté fond 4 du vérin différentiel 1 est conduite par la pression de décharge réglable à travers la vanne de réglage 12 dans le réservoir 13. De cette façon, le raccordement de régénération garantit que l’entrée du vérin différentiel 1 est aussi possible lorsqu’un défaut existe au niveau de l’accumulateur basse pression 6 et/ou de l’accumulateur basse pression 19, ou si l’accumulateur basse pression 6, après la mise en service de la machine, n’a pas encore été précontraint à sa pression de travail supérieure.
Après le processus de stockage, l'énergie du volume d’huile sous pression dans l’accumulateur haute pression 19 peut à nouveau être introduite encore dans le groupe motopropulseur de la machine. Pour cela, le moteur d’assistance 15 va être relié à l’accumulateur haute pression 19 via la vanne de moteur d’assistance hydraulique 18. Le moteur d’assistance 15 peut être relié directement au boîtier de transfert 17 de la machine, et être entraîné avec une vitesse de rotation fournie par le moteur d’entraînement 16. En fonction du volume absorbé du moteur d’assistance 15 de l'énergie est ensuite introduite dans le groupe motopropulseur de la machine, correspondant aux états de fonctionnement de l’accumulateur hautre pression 19. Avec la conclusion du processus d’introduction, la vanne de moteur d’assistance 18 est fermée, et ainsi la liaison entre l’accumulateur haute pression 19 et le moteur d’assistance 15 est déconnectée.
Dans le cycle de travail de la machine, si un mouvement d’entrée du vérin différentiel 1 survient, par l’intermédiaire duquel le débit volumique de la pompe de travail 14, par une commande correspondante du tiroir de commande 11, est conduit sur le côté tige 2 du vérin différentiel 1, la vanne d’accumulateur basse pression 7 va être maintenue fermée, et la vanne d’arrêt va être maintenue ouverte.
Dans le cycle interviennent au moins une pompe de travail et au moins un tiroir de commande.
Comme accumulateur hydraulique, tous les types d’accumulateurs hydrauliques peuvent être utilisés. Des modes de réalisation sont envisageables sous la forme d’un accumulateur à vessie, d’un accumulateur à piston, d’un accumulateur à membrane ou d’un accumulateur à ressort. L'invention n'est également pas limitée à un type de milieu d’accumulation d'énergie. Les accumulateurs à vessie et accumulateurs à piston ont recours le plus souvent à de l’azote ou à des mélanges contenant de l”azote.
Des combinaisons de différents types d’accumulateur peuvent également être utilisés pour la mise en oeuvre de la présente invention.
Les vannes représentées sont utilisables sous la forme de vanne 2/2-voies individuelles ou également sous la forme d’une combinaison sur une tige de vanne. Dans ce cas, une commande proportionnelle ou à commutation est également possible.
Le moteur d’assistance peut être utilisé comme mode de réalisation à utiliser avec un volume d’absorption susceptible d’un réglage propotionnel ou d’un réglage à commutation, ou également constant.
Comme représenté, le moteur d’assistance 15 peut être agencé directement sur le boîtier de transfert de la machine. Il est également concevable que le moteur d’assistance 15 soit monté sur d'autres unités rotatives ainsi que directement sur le moteur d’entraînement. 1 .Vérin de levage 2. Côté tige de chambre de vérin 3. Raccordement de vérin de levage côté tige 4. Côté fond de chambre de vérin 5. Raccordement de vérin de levage côté fond 6. Accumulateur basse pression 7. Vanne d’accumulateur basse pression 8. Vanne de frein 9. Vanne anti-retour 10. Vanne d’arrêt 11. Tiroir de commande 12. Vanne de décharge 13. Réservoir 14. Pompe de travail 15. Moteur d’assistance 16. Moteur d’entraînement 17. Boîtier de transfert 18. Vanne de moteur d’assistance 19. Accumulateur haute pression 20. Vanne d’accumulateur haute pression

Claims (10)

  1. Revendications
    1. Dispositif de récupération d'énergie hydraulique par une machine de travail munie d’au moins un vérin différentiel (1), dans lequel le dispositif comprend au moins un dispositif de stockage ayant au moins un accumulateur haute pression (19) et au moins un accumulateur basse pression (6) pour un stockage d'énergie de l'énergie potentielle du vérin différentiel (1) entrant sous une charge plus lourde.
  2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif comporte au moins un raccordement de régénération pour une remise en circulation de liquide hydraulique du côté tige (2) du vérin différentiel, dans lequel le raccordement de régénération et le dispositif de stockage sont agencés en particulier parallèles l’un à l’autre, et/ou en ce que les accumulateurs (6, 19) sont couplés chacun au vérin différentiel par l’intermédiaire d’une seule vanne (7, 20) et de conduites correspondantes.
  3. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que par l’intermédiaire du raccordement de régénération, du liquide hydraulique s’écoule à l’extérieur de l’accumulateur basse pression (6) et/ou à l’extérieur du côté fond (4) du vérin différentiel (1 ) jusque dans son côté tige (2).
  4. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le liquide hydraulique s’écoule en entrée dans le côté tige (2) de manière étranglée.
  5. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la récupération d’énergie survient sur toute la voie d’entrée ou seulement sur une partie de la voie d’entrée du vérin différentiel (1).
  6. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’un moteur d’assistance (15) relié à l’accumulateur haute pression (19) est prévu, pour une alimentation en énergie dans la chaîne cinématique de la machine de travail.
  7. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moteur d’assistance (15) est configuré sous la forme d’un moteur à réglage proportionnel, d’un moteur à réglage par commutation ou d’un moteur ayant un volume d’absorption constant.
  8. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’accumulateur hydraulique (6, 19) est configuré sous la forme d’un accumulateur à vessie, d’un accumulateur à piston, d’un accumulateur à membrane ou d’un accumulateur à ressort.
  9. 9. Machine de travail, en particulier pelle, munie d’un dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 8.
  10. 10. Machine de travail selon la revendication 8, caractérisée en ce que le dispositif n’est pas nécessaire pour le fonctionnement normal de la machine de travail.
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