具有再生结构的闭环液压系统的制作方法

具有再生结构的闭环液压系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种液压系统（46），其具有第一和第二通道（86，88），以闭环方式将泵（50）连接到致动器（22），以及在第一和第二通道内的第一和第二止回阀（86，88）。该液压系统还可以具有一个再生阀（78），与致动器和第一和第二止回阀之间的第一和第二通道相连接，以选择性地连接第一和第二通道。该液压系统还可以具有控制器（54），它的设置是，当泵排量约为零时，控制阀（132）使第一和第二止回阀同时朝断流位置移动；当泵排量为非零值时，配置所述控制器以选择性地使再生阀连接第一和第二通道，并且当再生阀连接第一和第二通道时，仅使第一和第二止回阀中的一个移动到它的断流位置。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型通常涉及一种液压系统，具体涉及一种具有再生结构的闭环液压系 统。 具有再生结构的闭环液压系统

【背景技术】
[0002] 挖掘机、推土机、装载机和平地机等机器以及其它类型的重型设备使用一个或多 个液压致动器来移动作业工具。该致动器流体地连接到位于机器上的泵，且该机器为所述 致动器中的腔室提供承压流体。由于承压流体进入或通过所述腔室，流体的压力作用于腔 室的液压表面，以影响致动器和连接的作业工具的运动。在开环液压系统中，从致动器排出 的流体被直接引入低压油底壳，泵从该低压油底壳汲取流体。在闭环液压系统中，从致动器 排出的流体被直接引回泵中，并立即再循环。
[0003] 开环系统中的再生可有助于提高系统的效率和/或速度。液压缸伸出过程中的再 生通常是通过将液压致动器的杆端腔室直接与同一致动器的头端腔室连接实现的，同时还 将流体从泵提供到该头端腔室。因为再生过程中两个腔室的压力可基本相等，由于作用于 两个腔室内不成比例区域的压力造成的力的不平衡，液压缸将会伸出。由于伸出再生过程 中泵和杆端腔室的流体都被提供到液压缸的头端，与其它方法相比，液压缸能够更快运动 和/或具有更少损失。
[0004] 闭环系统中的再生历来没有如上描述的开环系统中的再生有效。特别是，当液压 缸的杆端直接连接到同一液压缸的头端时，闭环系统可受到闭环系统中通常需要的相关充 压安全阀的压力限制。尽管在伸出再生过程中高压可能毫无必要，在较高压力下运行的开 环系统通常会优于在较低压力下运行的闭环系统。
[0005] Takashi等人于2011年4月7日发表的日本专利2011/069432 (432专利）公开 了一种具有增强再生功能的示范性闭环系统。该432专利描述了一种连接到液压缸的超中 心可变排量泵。在正常运行时，该泵以闭环方式连接到液压缸。然而，在再生过程中，该泵 以开环方式只连接到液压缸的一腔室中。蓄能器用于再生过程中有选择地存储从液压缸排 出的高压流体以及正常运行中有选择地将流体提供给泵。在开环运行时，充电回路为泵提 供补偿液。
[0006] 虽然对传统液压系统进行了改进，安装了永久闭环结构，上述432专利的系统仍 然不太理想。特别是，432专利的系统可能过于复杂、昂贵并难以控制。例如，432专利的系 统可包括许多不同类型的阀门，用于控制整个系统的复杂的流体。该阀门，连同相关的流 体，增加了系统的整体成本，同时提高了计算和控制要求。
[0007] 本实用新型的液压系统旨在解决以上陈述的一个或多个问题和/或现有技术的 其它问题。


【发明内容】

[0008] -方面，本实用新型公开了一种液压系统，该液压系统包括致动器、可变排量泵以 及将该泵以闭环方式连接到致动器的第一和第二通道；该液压系统还包括第一止回阀和第 二止回阀，其中，该第一止回阀设置在第一通道内，并在断流位置和通流位置之间移动；该 第二止回阀设置在第二通道内，并在断流位置和通流位置之间移动；该液压系统还进一步 包括再生阀，该再生阀连接到位于致动器和第一止回阀之间第一次通道以及位于致动器和 第二止回阀之间第二通道，并用于有选择地将第一次通道与第二通道流体连接；所述液压 系统还包括控制阀，用于启动第一和第二止回阀的同步运动，以及控制器，与泵、控制阀和 再生阀连通；该控制器用于当泵的排量为零时，使控制阀启动第一和第二止回阀朝向其断 流位置的同时移动，以及当泵的排量非零时，有选择地使再生阀将第一通道与第二通道流 体连接；该控制器也用于当再生阀将第一通道与第二通道流体连接时，使第一和第二止回 阀的其中之一向其断流位置移动。
[0009] 另一方面，本实用新型公开了一种液压系统的操作方法，该方法包括利用泵承压 流体，通过致动器将流体从泵引出，并通过第一和第二通道将流体以闭环方式引回泵中；该 方法还包括当泵的排量为零时，有选择地利用第一和第二止回阀同时阻塞第一和第二通 道，以约束致动器的运动，以及当泵的排量非零时，有选择地通过再生阀将位于致动器与第 一和第二止回阀之间的第一和第二通道流体连接；该方法还进一步包括当第一和第二通道 通过再生阀彼此流体连通时，利用第一或第二止回阀有选择地阻塞第一和第二通道的其中 之一。

【专利附图】

【附图说明】
[0010] 图1是公开的示范性机器的图示说明；
[0011] 图2是公开的示范性液压系统的示意图，该液压系统可与图1中的机器配合使 用；
[0012] 图3是公开的示范性排量控制阀的示意图，该排量控制阀是图2中的液压系统的 组成部分；
[0013] 图4是另一公开的示范性液压系统的示意图，该液压系统可与图1中的机器配合 使用；
[0014] 图5是另一公开的示范性液压系统的示意图，该液压系统可与图1中的机器配合 使用；
[0015] 图6是公开的示范性排量控制阀的示意图，该排量控制阀是图5中的液压系统的 组成部分。

【具体实施方式】
[0016] 图1示出了示范性机器10。该机器10可以为执行与行业相关的某种类型操作的 固定或活动机器，如采矿、建筑、农业、交通或另一本领域中已知的行业。例如，该机器10可 以为土方机械，如挖掘机(如图1所示)、反向铲、装载机或平地机。该机器10可包括电源12、 由电源12驱动的工具系统14、以及操作员站16,用于手动控制工具系统14。
[0017] 工具系统14可包括在液压致动器的作用下移动作业工具18的连杆机构。例如， 工具系统14可包括悬臂20,其通过一对相邻的双作用液压缸22 (图1仅示出其中之一)相 对于水平悬臂轴线(未示出）垂直枢接，以及减阻杆24,其通过单一的双作用液压缸28相对 于杆轴线26垂直枢接。工具系统14还可以包括单一的双作用液压缸30,其相对于工具轴 线32连接到垂直枢接的作业工具18。在一个实施例中，液压缸30可以通过动力连杆34从 头端30A连接至减阻杆24的一部分，并从相对的杆端30B连接至作业工具18。悬臂20可 枢转地连接到机器10的框架36,而减阻杆24可将作业工具18枢转地连接到悬臂20。应 该注意的是，其它类型和结构的连杆机构和致动器可根据需要与机器10相关联。
[0018] 操作员站16可以包括接收来自机器操作员指示所需机器操纵的输入的设备。具 体地讲，操作员站16可以包括一个或多个操作员接口装置37,例如位于驾驶座(未示出）附 近的操纵杆、驾驶盘或踏板。通过产生指示所需机器操纵的位移信号，操作员接口装置37 可以启动机器10运动，例如行程和/或工具运动。通过操作员接口装置37,操作员可在预 定方向以理想速度和/或作用力影响相应的机器运动。
[0019] 为了简单起见，图2仅示出了液压缸22的构成和连接。然而，应该注意的是，如果 需要的话，液压缸28和30,和/或机器10的任何其它液压致动器，可具有类似的构成和/ 或以类似的方式液压地连接。
[0020] 如图2所示，液压缸22可包括管38和安装在管38内的活塞总成40,以形成第一 腔室42和相对的第二腔室44。在其中一个实施例中，活塞总成40的杆状部40A可贯穿第 二腔室44的端部。因此，第二腔室44可被视为液压缸22的杆端腔室，而第一腔室42可被 视为头％5腔室。
[0021] 承压流体可有选择地分别提供给第一和第二腔室42和44,然后被排出以使活塞 总成40在管38内产生位移，从而改变液压缸22的有效长度并移动（即提升或降低）悬臂 20 (参见图1)。流入和流出第一和第二腔室42和44的流体的流速可与液压缸22的平移 速度和悬臂20的提升速度有关，而第一和第二腔室42和44之间的压差可与液压缸22施 加到悬臂20的力和悬臂20施加到减阻杆24的力有关。液压缸22的膨胀和收缩可以不同 的方式辅助移动悬臂20 (分别提升和降低悬臂20)。
[0022] 为帮助调节第一和第二腔室42和44的给排水，机器10可包括具有若干互相连接 与配合的流体组件的液压系统46。该液压系统46可包括用于将主泵50以常闭环的方式连 接到液压缸22的初级回路48,用于有选择地从初级回路48累积过剩流体并将补偿液排放 到初级回路48的充电回路52,以及用于控制初级回路48和充电回路52运行，以响应通过 接口设备37接收的操作员输入的控制器54等。
[0023] 初级回路48可包括头端通道56和杆端通道58,其在主泵50和液压缸22之间形 成常闭环路。在伸出操作过程中，头端通道56可填充有被主泵50加压的流体，而杆端通道 58可填充有从液压缸22返回的流体。相反，在收缩运行过程中，杆端通道58可填充有被主 泵50加压的流体，而头端通道56可填充有从液压缸22返回的流体。
[0024] 主泵50可具有可变排量，可对主泵进行控制使其在两个不同的方向从液压缸22 汲取流体并在指定的高压下将流体排放回液压缸22。即，主泵50可以包括冲程调节机构 60,例如挡板，挡板的位置由排量致动器134基于液压缸22的理想转速等水力机械地进行 调节，从而使主泵50的输出（例如，排出率)发生变化。主泵50的排量可以从零排量位置调 节到第一方向的最大排量位置，其中，在零排量位置，基本没有流体从主泵50排出；在最大 排量位置，流体以最大速度从主泵50排放到头端通道56。同样地，主泵50的排量可以从零 排量位置调节到第二方向的最大排量位置，其中在最大排量位置流体以最大速度从主泵50 排放到杆端通道58。主泵50可以被传动连接到机器10的电源12,比如通过副轴、皮带或 以其它适当的方式。另外，主泵50可通过转矩变换器、回路或以本领域已知的其它方式间 接连接到电源12。
[0025] 主泵50还可有选择地作为电机使用。更具体地说，当液压缸22的伸出部或收缩 部与作用于悬臂20的力处于同一方向时，从液压缸22排出的流体可以被抬高并驱动主泵 50在有/没有电源12的协助下旋转。在某些情况下，主泵50甚至能够将能量传递到电源 12,从而提高电源12效率和/或容量。
[0026] 本领域技术人员熟知，在液压缸22伸出和收缩的过程中，流入和流出第一和第二 腔室42和44的液压流体的各自速率可以不相等。即，由于杆部40A位于第二腔室44内， 与第一腔室42内的压力区相比，活塞组件40可具有位于第二腔室44内的减压区。因此， 在液压缸22收缩过程中，流出第一腔室42的液压流体可以多于第二腔室44消耗的液压流 体，且在液压缸22伸出的过程中，要求流入第一腔室42的液压流体应多于流出第二腔室44 的液压流体。为了容纳收缩过程中的多余流体以及满足伸出过程中所需要的额外流体，初 级回路48可设有初级补给阀（PMV)62、两个次级补给阀（SMV) 64以及两个安全阀66,其中 每个安全阀通过通道67连接到充电回路52。
[0027] PMV62可以为先导式三位置阀，其可基于头端和杆端通道56和58的压差移动。尤 其是，PMV62可以从第一位置（图2所示的中间位置）移动到第二位置（图2所示的下部位 置）和第三位置（图2所示的上部位置)，其中，在第一位置流经PMV 62的流体可被抑制，在 第二位置允许流体从通道67经补给通道68流入头端通道56,在第三位置允许流体从通道 67经补给通道70流入杆端通道58。第一先导通道72可将先导压力信号从补给通道68连 接到PMV 62的一端，以将PMV 62推向第二位置，而第二先导通道74可将先导压力信号从 补给通道70连接到PMV 62的相对端，以将PMV 62推向第三位置。当第一先导通道72中 的压力信号超过第二先导通道74中的压力信号（即超过或大于PMV的定心弹簧偏压的量） 时，PMV62可向第二位置移动，当第二先导通道74中的压力信号超过第一先导通道72中的 压力信号时，PMV 62可向第三位置移动。第一和第二先导通道72和74可以分别包括固定 限制孔76,其有助于减少压力振荡，该压力振荡有可能导致PMV 62运动不稳定。PMV 62可 被朝向第一位置弹簧对中。
[0028] 应该注意的是，PMV 62在第一位置时，流经PMV 62的流体可以被完全阻止或只局 限于抑制所需的流量。即，PMV 62可包括限制孔(未示出），如果需要的话，可用于当PMV 62 在第一位置时阻止部分或全部流体流通。在被控制移动到中位，但主泵50没有完全返回到 零排量位置时，使用限制孔是很有帮助的。因此，任何时候将PMV62的第一位置引用为抑流 位置，都旨在包括完全阻止的情况以及流经PMV 62的流体被限制但是仍然可能通过的情 况。
[0029] 尽管第一和第二先导通道72和74中的限制孔76可以有助于降低PMV 62的不稳 定性，但是它们还会减缓PMV 62的反应速度。因此，SMV64可以被设置于通道77中，该通 道77用于连接通道67和头端与杆端通道56和58,以提高初级回路48的响应能力。在公 开的实施例中，SMV 64可以为单向阀，其可分别在通道67和头端与杆端通道56和58之间 的设定压差下运行。最好将SMVs 64卸下，以便当通道67中的流体压力分别大于头端与杆 端通道56和58中的流体压力时，只允许流体流入初级回路48。
[0030] 可以安装安全阀66,以允许流体在头端和杆端通道56和58与通道67之间流动， 从而当流体压力超过安全阀66的设定阈值时允许流体从初级回路48释放到充电回路52。 安全阀66可被设置为在较高压力水平下运行，以防止损坏液压系统46,例如只有当活塞组 件40达到行程终止位置以及主泵50的流量是零才能达到的水平，或液压系统46出现故障 时。安全阀66可以通过安全通道69连接到位于或靠近第一和第二腔室42和44端口的头 端和杆端通道56和58,例如任何止回阀和液压缸22之间的位置。
[0031] 为了帮助降低在液压缸22电动收缩过程中（S卩，在此收缩过程中，负载的作用方 向与液压缸22的移动方向相同）主泵50超速转动的可能性，以提高伸出过程中液压缸22 的速度，和/或回收其它浪费的液压能，初级回路48可以设置有至少一个再生阀78。该再 生阀78可以设置在再生通道80中，再生通道80在头端和杆端通道56和58之间延伸，并 包括阀芯84,其可在第一或断流位置(如图2所示)和第二或通流位置之间移动。当再生阀 78在通流位置时，从第一腔室42排出的部分或全部流体可被直接发送到第二腔室44 (和 /或反之亦然)，不需要流体首先通过主泵50。在一些配置中，在电动收缩或伸出过程中，再 生阀78只可移至通流位置，再生阀78的运动可在控制器54的控制下通过电力实现。再生 阀78的控制下文将更详细地说明。
[0032] 初级回路48可以设置有止回阀86和88来抑制工具系统14的意外运动（参照图 1)。止回阀86和88可分别与头端和杆端通道56和58相关联，并位于再生阀78和主泵50 的连接位置之间。止回阀86和88可用于同时抑制流入和流出与液压缸22相关联的腔室 的流体，从而当机器10的操作者不需要液压缸22运动时，锁定液压缸22的运动。此外，如 将在下文更详细说明的,止回阀86和88中的其中一个(例如，止回阀88)可以选择性地用 于在再生期间抑制从液压缸22的第二腔室44返回的流体流回主泵50,使得更多从第二腔 室44流出的流体通过再生阀78流入第一腔室42。在再生期间，主泵50可以从充电回路 52而不是从液压缸22接收补偿液。
[0033] 止回阀86和88可分别包括第一或默认位置(如图2所示)，在该位置基本不允许 流体通过止回阀86和88流出液压缸22,以及第二或主动位置，在该位置流体流经止回阀 86和88以及液压缸22的运动基本不受止回阀86和88的限制。当不要求液压缸22运动 (例如，当泵50的排量大约是零)时，止回阀86和88可以被推向其默认位置，当要求液压缸 22运动(例如，当泵50的排量非零）时，止回阀86和88可以向其主动位置移动。
[0034] 止回阀86和88可分别被液压操作，以在通流和断流位置之间移动。特别是，止回 阀86和88可分别包括泵侧先导通道（PSPP)90、第一致动器侧先导通道（FASPP)92、第二致 动器侧先导通道（SASPP) 94以及控制先导通路（CPP) 96。每个SASPP 94中可设置限制孔 98,用于限制流经SASPP 94的流体。从PSPP 90和FASPP 92中流出的承压流体可分别作 用于止回阀86和88各自的第一端，以便将对应的阀门推向其通流位置，而从SASPP 94和 CPP 96中流出的承压流体可与弹簧偏压一起作用于止回阀86和88各自的相对的第二端， 以便将阀门推向其断流位置。为了便于止回阀86和88从其断流位置向其通流位置移动， CPP 96可以被选择性地降压，例如通过连接到充电回路52的低压罐99的方式。当CPP 96 连接到低压罐99时，在液压缸22运动过程中，从PSPP 90和/或FASPP 92中流出的流体可 产生合力，足以克服止回阀86和88的弹簧偏压以及使止回阀86和88向其主动位置移动。 为了使止回阀86和88向其默认位置移动，CPP 96可被流体加压，（或者至少被阻止和允许 被从液压缸22排出的流体加压)，连同弹簧偏压的合力，作用于止回阀86和88的第二端，足 以克服止回阀86和88的相对端所产生的任何力。利用这种结构，即使工具系统14被装载 并在液压缸22上产生力，由于该负载在止回阀86和88与液压缸22之间产生的任何压力 恢复都可通过FASPP 92和SASPP 94与止回阀86和88的第一和第二端相通，从而相互抵 消并允许CPP 96中的压力来控制止回阀86和88的运动。事实上，在一些实施例中，止回 阀86和88暴露于SASPP 94的压力区可以大于暴露于FASPP 92的压力区，使得工具系统 14的负载所造成的任何压力恢复实际都可导致较大的阀闭合力（S卩，更大的力，其可将止回 阀86和88推向其断流位置)，形成给定的压力恢复。CPP 96选择性连接到低压罐99的细 节将在下文更详细地讨论。
[0035] 充电回路52可包括至少一个流体连接至如上所述的通道67的液压源。例如，充 电回路52可包括充电泵112和/或蓄能器114,两者均可通过共用通道116流体连接至通 道67,以向初级回路48提供补偿液。例如，充电泵112可包括机动固定排量泵，用于从低压 罐99中汲取流体，承压流体，并通过共用通道116将流体排放到通道67。例如，蓄能器114 可包括压缩气体、膜/弹簧或囊式蓄能器，用于累积从共用通道116流出的承压流体并将承 压流体排放到共用通道116。从充电泵112或初级回路48 (S卩，从正在运行的主泵50和/ 或液压缸22)流出的多余液压流体，可以通过设置在回流通道120中的充电先导阀118被 引入蓄能器114或低压罐99。由于共用通道116和通道67内的流体压力，充电先导阀118 可以从断流位置移动到通流位置。
[0036] 如图2和3所示，泄压阀122可以设置在排水通道124中，该排水通道124在共 用通道116和回流通道120之间延伸，以调节从充电回路52流入罐99的流体流量，限制 孔123可以设置在通道67和排水通道124之间的共用通道116中。泄压阀122可以为先 导式和弹簧偏压式，以在第一位置和第二位置之间移动，其中在第一位置禁止流体流入低 压罐99,在第二位置允许流体从共用通道116流入回流通道120。泄压阀122可以为朝向 第一位置的弹簧偏压式，并且当作用于泄压阀122的压力产生的力超过泄压阀122的弹簧 偏压时，可以朝第二位置移动。可设置分解器126以选择性地通过先导通道128和130使 来自头端和杆端通道56和58中压力较高的一个先导信号与泄压阀122进行通信，以允许 该信号作用于泄压阀122并将泄压阀122推向第二位置。限制孔123可以有助于抑制共用 通道116内的压力振荡并在一定程度上将流体补给操作和与主泵50相关联的排量控制操 作隔离开。当泄压阀122移动到其第二或通流位置，通道116内限制孔123下游的流体压 力会下降，导致排量致动器134向较小排量值(可能为零）运动。例如，当液压致动器22到 达其行程终止位置或作用于足够高的负载时，会出现这种情况。应当注意的是，如果需要的 话，所述过量负荷的形式也可以通过功率超过给定值来实现，在此期间，回路的压力没有转 变而是同时使致动器134的排量移动到零值。
[0037] 图3示出的充电回路52的一部分用于影响主泵50的排量控制（S卩，排量致动器 134的运动）以及止回阀86和88的运行。特别是，图3示出的排量控制阀132用于控制排 量致动器134的运动，该排量致动器134可以被机械地连接到主泵50的冲程调节机构60。 在图示的实施例中，排量控制阀132是一种电磁致动的三位置阀，其可通过先导压力移动， 以响应来自控制器54的控制信号(参照图2)。然而，应该注意的是，虽然排量致动器134被 示出并描述为电动液压控制的，可以预期的是，如果需要的话，排量致动器134也可以是纯 机械或水力机械控制的。
[0038] 当排量控制阀132在第一位置（图3中示出的中间位置）时，排量致动器134的第 一和第二腔室136和140内的流体压力可以基本平衡（S卩，第一和第二腔室136和140可具 有基本相似的压力)，使得排量致动器134为向中间位置的弹簧偏压式，其基本将主泵50的 排量返回到零排量设置。特别是，当排量控制阀132在第一位置时，排量致动器134的第一 和第二腔室136和140可流体连通通向充电泵112的共用通道116和蓄能器114,并同时 连通通向低压罐99的回流通道120。第一和第二腔室136和140均同时连接到共用通道 116和回流通道120,使第一和第二腔室136和140中的压力恢复等量，并小于共用通道116 的全压力。第一和第二腔室136和140中的该相等和稍高的，但有限的压力（例如，约2-3 MPa)可以便于排量致动器134向其中间或零排量位置移动，同时在排量控制阀132随后向 其第二或第三位置移动的过程中也提供主泵50的快速排量响应。当排量控制阀132处于第 一位置时，控制器54可以允许再生阀78为向其断流位置的弹簧偏压式，从而通过再生通道 80抑制从杆端通道58流向头端通道56的流体。此时，排量控制阀132可以阻止CPP 96， 以便于止回阀86和88向其阻流位置移动。
[0039] 当排量控制阀132处于第二位置（图3中所示的下部位置）时，允许流体通过共用 通道116和先导通道137从充电泵112和/或蓄能器114流到排量致动器134的第一腔室 136,以促使排量致动器134在箭头138所指示的第一方向移动。同时，允许流体从排量致 动器134的第一腔室140排出，并通过先导通道139和回流通道120从与止回阀86和88 相关联的CPP 96流入罐99。当排量控制阀132处于第二位置时，控制器54可以允许再生 阀78为向其阻流位置的弹簧偏压式，从而抑制流体经通道80从头端通道56流至杆端通道 58 (反之亦然)。此时，CPP 96可以畅通，以便于止回阀86和88向其通流位置移动。
[0040] 当排量控制阀132在第三位置（图3中示出的上部位置）时，允许流体通过共用通 道116和先导通道139从充电泵112和/或蓄能器114流到排量致动器134的第二腔室 140,以促使排量致动器134在箭头142所指示的第二方向移动。同时，允许流体通过先导 通道137从排量致动器134的第一腔室136排出，并通过回流通道120从止回阀86和88 流入低压罐99。当排量控制阀132处于第三位置时，控制器54可以使再生阀78向其通流 位置移动，从而允许流体经再生通道80从杆端通道58流至头端通道56。此时，CPP 96可 以畅通，以便于止回阀86和88向其通流位置移动。
[0041] 排量控制阀132可以为朝向第一位置的弹簧偏压式并选择性地通过先导通道144 被来自共用通道116且作用于排量控制阀132的端部的承压流体基于来自控制器54的信 号移动到第二和第三位置。流入排量致动器134的第一和第二腔室136和140的承压流体 流在排量控制阀132分别处于第一和第二位置时实现，可影响排量致动器134的运动。本 领域技术人员熟知，排量致动器134的运动可控制冲程调节机构60的位置，因此，可控制主 泵50的排量以及与流经头端和杆端通道56和58的流体相关联的流速和方向。当排量控 制阀132处于第一位置时，冲程调节机构60可以通过偏置力居中或"调到零位"，使得主泵 50可以具有基本为零的排量（即，使得主泵50向头端或杆端通道56和58中排入的流体量 可忽略，如果有的话)。当排量控制阀132处于第二位置时，排量致动器134可以向下移动 (相对于图3中的实施例)，以使主泵50形成负排量(流入杆端通道58的流体排量)，由此产 生的冲程调节机构60的角度或位置确定排出流体的体积。当排量控制阀132在第三位置 时，排量致动器134可向上移动(相对于图3中的实施例)，以使主泵50形成正排量(流入头 端通道56的流体排量)，由此产生的冲程调节机构60的角度或位置确定排出流体的体积。 [0042] 在某些实施例中，排量致动器134可设置机械反馈装置150,用以调节排量致动器 134致动时排量控制阀132的操作状态。如图3所示，机械反馈装置150包含枢转地限制于 中点154的连杆152和连接于连杆152第一端的移动笼部156.在一些实施例中，移动笼 部156实际可形成先导通道137，139的一部分。连杆152也可连接于排量致动器134的 第二端，这样，当排量致动器134在正、负排量位置之间平移时，连杆152可以中点154为中 心旋转，并导致移动笼部156滑动。随着移动笼部156移动响应排量致动器134向着更大 排量位置移动，通道137和139愈加受到限制并最终堵塞。以这种方式，机械反馈装置150 促使排量致动器134的增量运动响应排量控制阀132的运动。
[0043] 在操作过程中，机器10的操作员可以利用接口装置37 (参照图2)提供一个可识 别液压缸22到控制器54的所需运动的信号。根据一个或多个信号，包括来自接口装置37 的信号，例如，液压缸22的当前位置，控制器54可以命令排量控制阀132推进到第一至第 三位置中特定的一个，并且根据第一腔室42和第二腔室44之间的压力差，向再生阀78发 出对应的命令。
[0044] 控制器54可以包含一个或多个微处理器，其包括基于机器10的操作员的输入和 检测到的或其它已知的运行参数控制液压系统46运行的组件。配置多个市售的微处理器 可执行控制器54的功能。值得庆幸的是，控制器54可以轻易地体现为一个能够控制多个 机器功能的通用机器微处理器。控制器54可包括存储器、二级存储设备、处理器，以及用于 运行应用程序的其他组件。其他各种回路，如电源回路、信号调节回路、螺线管驱动器回路 以及其他类型的回路，可与控制器54相关联。
[0045] 当机器10在再生条件(例如，伸出再生条件）下运行时，最好将尽可能多的流体从 第二腔室44引入第一腔室42,使作业工具14达到最大速度。此外，在收缩再生过程中，最 好将第二腔室44和主泵50基本隔离开，当第一腔室42内的压力高于第二腔室44内的压 力时，通过再生阀84可以减少能量损失。可以通过几种不同的方式实现伸出再生期间将最 大数量的流体从第二腔室44引入第一腔室42中以及在收缩再生过程中将第二腔室44和 第一腔室44隔离开。
[0046] 在图2的实施例中，提供一附加的再生控制阀160,以在伸出再生过程中选择性地 防止流体从第二腔室44向主泵50回流。再生控制阀160可设置在CPP 96内，止回阀88 和排量控制阀132之间，并且可实施于断流和通流位置之间。如上所述，当通过CPP 96的 流体被阻塞(通常主泵50的排量约为零时，由排量控制阀132阻塞)，CPP 96内产生压力，使 止回阀88移动到其断流位置。当止回阀88处于其断流位置，再生阀78处于其通流位置， 阻止第二腔室44排出的流体返回到主泵50,从而导致更大流量的流体通过再生阀78重新 引入第一腔室42。再生控制阀160可以为朝向通流位置的弹簧偏压式和朝向断流位置的电 磁驱动式，以响应从控制器54发出的指令信号。
[0047] 在图4的实施例中，再生阀78可替换为再生阀162,所述再生阀162能够同时控 制通过通道80的流体流动（以类似于上述用于再生阀78的方式）和控制通过与止回阀88 相关联的CPP 96的流体流动（以类似于上述用于再生控制阀160的方式)。特别是，再生阀 162可从第一位置移动到第二位置，其中，在所述第一位置，通道80的流体流动受抑制，而 CPP 96流体流动基本上不受再生阀162限制，在所述第二位置，通道80的流体流动基本上 不受再生阀162限制，而CPP 96流体流动受到抑制。如上所述，当通过CPP 96的流体流动 被抑制时，止回阀88可移动至其断流位置，这样，防止第二腔室44排出的流体返回到主泵 50,相反，经通道80重新引入第一腔室42。
[0048] 在图5和6的实施例中，排量控制阀132可以替换为排量控制阀166,所述排量控 制阀166能够同时控制非活动状态(例如，主泵50排量约为0的状态）时止回阀86,88的 同时移动，以及再生期间（主泵50排量不为0)只控制止回阀88的移动。具体而言，排量控 制阀166可具有第一位置和第二位置(如图5和图6所示的中间和下部位置）类似于排量 控制阀132的第一位置和第二位置(如图2-4所示的中间和下部位置)。然而，排量控制阀 166的第三位置(如图5和6所示的上部位置）可以不同于排量控制阀132的第三位置(如 图2-4所示的上部位置)。即，当排量控制阀166的阀芯位于第三位置时，只有止回阀86的 CPP 96可以流体连通低压罐99,而止回阀88的CPP 96可被控制阀166阻塞。如上所述， 当通过CPP 96的流体流动被抑制时，止回阀88可移动至其阻流位置，这样，防止第二腔室 44排出的流体返回到主泵50,相反，经通道80重新引入第一腔室42。
[0049] 工业实用性
[0050] 本实施例所公开的液压系统可以适用于任何机器，这些机器需要具有改进的液压 效率和性能。所公开的液压系统可通过使用闭环和无仪表技术提供改进的效率。所公开的 液压系统可通过选择性地使用新的初级和充电回路提供增强的性能。现在将对液压系统46 的操作进行描述。
[0051] 机器10操作时，在操作员站16内的操作员可通过接口装置37在所需方向上和以 所需的速度，命令作业工具18进行特定运动。可以给控制器54提供通过接口装置37生成 的一个或多个相应的信号来显示需要的运动，连同机器的性能信息，例如传感器数据，如压 力数据、位置数据、速度数据、泵排量的数据，以及在本领域中已知的其它数据。
[0052] 响应从接口装置37传来的信号，以及基于机器的性能信息，控制器54可产生控制 信号，定向到排量控制阀132,使排量控制阀132移动到上面描述的第一至第三位置中的一 个。例如，以一定的增速缩回液压缸22,则控制器54可以生成控制信号，使得排量控制阀 132在更大程度上移向其第二位置，在第二位置更多承压流体通过排量控制阀132的引导， 从充电回路52 (S卩，从共用通道116)进入第一腔室136。承压流体引导到第一腔室136的 增加量可能会导致排量致动器134的移动，增加主泵50的正排量，使得流体从主泵50以更 大的速率进入杆端通道58。在此同时，CPP 96可与罐99通过排量控制阀132连通，这样， 止回阀86和88被移动到和/或保持在其通流位置上，从而使在杆端通道58内的承压流体 进入第二腔室44和第一腔室42内的流体经由头端通道56被抽回到主泵50。
[0053] 以一定的增速控制液压缸22伸出，则控制器54可以生成控制信号，使得排量控制 阀132在更大程度上移向其第三位置，在第三位置，充电回路52的承压流体(例如，从共用 通道116)可通过排量控制阀132引导进入第二腔室140。承压流体引导到第二腔室140的 增加量可能会导致排量致动器134的移动，增加主泵50的负排量，使得流体以更大的速率 从主泵50排出到前端通道56。与此同时，CPP 96可与罐99通过排量控制阀132连通，这 样，止回阀86和88被移动到和/或保持在其通流位置，由此允许头端通道56内的承压流 体进入第一腔室42,第二腔室44内的流体通过杆端通道58被抽回到主泵50。
[0054] 在对液压缸22进行伸出操作中，可实现流体再生，可以增加液压缸22的伸出速 度。具体而言，上述伸出操作过程中，控制器54会使再生阀78移动到它的通流位置，这样， 从第二腔室44排出的流体可通过通道80被引导，并加入与来自主泵50的流体进入第一腔 室42。与此同时，可导致止回阀88单独移动到它的断流位置，可以抑制流体从第二腔室44 返回到主泵50。在这种方式下，更大量的流体可以被再生，液压缸22可以达到更高的速度。 如上所述，止回阀88可以通过三种不同方式的任意一种运动到它的断流位置，包括利用再 生控制阀160 (参照图2的实施例)，通过使用再生阀162 (参照图4的实施例)，或者通过使 用排量控制阀166 (参照图5的实施例)。
[0055] 当操作员要求停止液压缸22的运动(例如，当操作员释放接口设备37)时，控制器 54可相应地用信号通知排量控制阀132移动到其第一或中间位置。当排量控制阀132处 于其第一位置时，排量致动器134的第一和第二腔室136,140可同时暴露于大致相似的压 力（例如，同时连接到共用和回流通道116,120)，从而使排量致动器134置于中心位置，并 减少主泵50的行程。与此同时，与CPP 96连接的止回阀86, 88都可同时通过排量控制阀 132与罐99阻断，从而使CPP 96内产生压力。随着CPP 96内产生压力，最终可使止回阀 86,88串联，并向他们的断流位置移动，从而有效地将液压缸22保持在它的当前位置，并液 压锁定液压缸22,以阻止其运动。当机器10被关闭和/或操作员启动液压锁定开关(未示 出）时，操作可以是相似的。
[0056] 在液压系统46的公开的实施方案中，由主泵50提供的流动基本上不受限制，使得 致动过程中不会不必要地浪费大量能量。因此，本实用新型的实施方式可以改进和节约的 能源的使用。此外，液压系统46的无仪表操作可以允许减少或完全消除用于控制与液压缸 22相关联的流体流动的计量阀。这种减少可以得到一种不太复杂的和/或更便宜的系统。
[0057] 此外，液压系统46的公开的实施例可使液压缸22加快速度。例如，伸出操作过程 中，液压系统46的独特再生结构，可允许大多数(如果不是全部)从液压缸22的杆端腔室排 出的流体，直接传递到并接合在头端腔室内从主泵50流出的液体，这样，可以增加液压缸 22的伸出速度。
[0058] 此外，利用再生阀78在压降条件下将从液压缸22的一个腔室的流体传递到另一 个腔室，可有助于减少主泵50所需的尺寸和/或速度，这个尺寸和/或速度用来适当地为 液压缸22供给操作者要求的流体流动。
[0059] 对本领域技术人员显而易见的是：可以对所公开的液压系统进行各种修改和变 型。从所公开的液压系统的说明书和实践考虑，其它实施例将对本领域的技术人员显而易 见；应该说明的是，说明书和实施例仅是示例性的，以权利要求及其等同物表明其真正的保 护范围。
【权利要求】
1. 一种液压系统（46)，其特征在于，包括： 致动器（22); 可变排量的泵（50); 第一和第二通道（56, 58)，以闭环方式将泵连接到致动器； 第一止回阀（86)，设置在第一通道内，并在断流位置和通流位置之间移动； 第二止回阀（88)，设置在第二通道内，并在断流位置和通流位置之间移动； 再生阀（78)，连接于位于致动器和第一止回阀之间的第一通道，以及连接于位于致动 器和第二止回阀之间的第二通道，利用该再生阀以选择性地流体连接所述第一通道与第二 通道； 控制阀（132)，该控制阀启动所述第一和第二止回阀的同时移动； 控制器（54)，与所述泵、控制阀和再生阀连通；其中，所述控制器被配置为： 当泵排量约为零的时候，使控制阀启动所述第一和第二止回阀朝向其断流位置同时移 动； 当泵排量为非零值时，选择性地使再生阀流体连接第一通道和第二通道； 当再生阀流体连接第一通道和第二通道时，仅使第一和第二止回阀中的一个移动到它 的断流位置。
2. 根据权利要求1所述的液压系统，其特征在于，所述控制器被配置为：当泵通过第二 止回阀向致动器供应承压流体时，仅使第一止回阀移动到其断流位置。
3. 根据权利要求1所述的液压系统，其特征在于，所述再生阀被弹簧偏置，朝向一个断 流位置，并可用螺线管操作，朝向通流位置。
4. 根据权利要求1所述的液压系统，其特征在于，所述再生阀在第一位置和第二位置 之间移动；在第一位置，第一和第二通道之间的流体被阻断，所述第一和第二止回阀的移动 不受再生阀的影响；在第二位置，第一和第二通道流体连通，再生阀使第一和第二止回阀中 的其中一个移动到其断流位置。
5. 根据权利要求4所述的液压系统，其特征在于，当与第一和第二止回阀的其中一个 相关联的控制通道被再生阀阻断时，使所述第一和第二止回阀的其中一个移动到其断流位 置。
6. 根据权利要求1所述的液压系统，其特征在于，还包括： 与第一止回阀相关联的第一控制通道（96); 与第二止回阀相关联的第二控制通道（96)， 其中，所述第一控制通道的压力影响通流位置与断流位置之间的第一止回阀的移动； 所述第二控制通道的压力影响通流位置与断流位置之间的第二止回阀的移动； 控制阀在第一位置、第二位置和第三位置之间移动，其中，第一和第二控制通道在第一 位置流体连接到低压罐；第二位置上，只有第一和第二控制通道中的一个流体地连接到低 压罐；在第三位置上，第一和第二控制通道都与低压罐阻断。
7. 根据权利要求6所述的液压系统，其特征在于，当所述第一或第二控制通道与所述 低压罐阻断时，所述第一或第二控制通道内的压力增加，并导致所述第一或第二止回阀移 向断流位置。
8. 根据权利要求1所述的液压系统，其特征在于，还包括： 与第一止回阀相关联的第一控制通道（96); 与第二止回阀相关联的第二控制通道（96)， 其中，所述第一控制通道的压力影响通流位置与断流位置之间的第一止回阀的移动； 所述第二控制通道的压力影响通流位置与断流位置之间的第二止回阀的移动； 控制阀在第一位置、第二位置和第三位置之间移动，其中，第一和第二控制通道在第一 位置流体连接到低压罐；第二位置上，第一和第二控制通道都与低压罐阻断；在第三位置 上，第一和第二控制通道都与低压罐流体地连接。
9.根据权利要求8所述的液压系统，其特征在于，当所述第一和第二控制通道与低压 罐阻断时，所述第一和第二控制通道内的压力增加，并导致所述第一和第二止回阀移向断 流位置。
【文档编号】E02F9/22GK203892285SQ201290000891
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2012年10月9日 优先权日:2011年10月21日
【发明者】M·L·纳斯曼, 帕特里克·欧普顿博斯, 乔舒亚·迪尔金 申请人:卡特彼勒公司