专利名称：混合器阀控制系统和方法
技术领域：
本发明总体涉及一种混合器阀，并且更特别是，涉及一种用于控制混合器阀的系 统和方法。
背景技术：
例如挖掘机、装载机、推土机、机动平地机和其它类型的重型设备的机器使用多个致动器，所述多个致动器从机器上的泵供应液压流体，以实现多种任务。这些致动器通常根 据操作者界面装置的致动位置来进行速度控制。例如，诸如操纵杆、踏板的操作者界面装置 或另一适当的操作者界面装置可以运动，以产生指示相关液压致动器的所需速度的信号。 在操作者运动界面装置时，操作者希望液压致动器以相关的预定速度运动。但是，在多个 致动器同时操作时，来自于单个泵的液压流体流量会不足以以其所需速度运动所有的致动 器。在单个泵尺寸过小以及单个致动器的所需速度要求超过单个泵的流量能力的流体流速 的情况下也存在这种情况。选择性地混合来自于多个泵的液压流体流量以运动单个致动器的一种方法在 1985年7月16日授权给Okabe等人的美国专利No. 4528892 (‘892专利)中描述。‘892专 利描述了一种具有第一阀组和第二阀组的机器液压回路系统。第一阀组包括摆动阀、第一 吊杆阀、第一臂(例如斗杆)阀、第一铲斗阀以及左侧行驶阀。摆动阀和第一吊杆阀并联， 并且一起以不连续的顺序与第一臂阀、第一铲斗阀和左侧行驶阀连接。第二阀组包括右侧 行驶阀、第二臂阀、第二铲斗阀和第二吊杆阀。第二臂阀、第二铲斗阀和第二吊杆阀并联，并 且一起以不连续的顺序与右侧行驶阀连接。第一臂阀和第二臂阀用来将分别来自于第一泵 和第二泵的流体供应到臂致动器。第一铲斗阀和第二铲斗阀用来将分别来自于第一泵和第 二泵的流体供应到铲斗致动器。第一吊杆阀和第二吊杆阀用来将分别来自于第一泵和第二 泵的流体供应到吊杆致动器。左侧行驶阀和右侧行驶阀用来将分别来自于第一泵和第二泵 的流体供应到左侧行驶致动器和右侧行驶致动器。选择阀选择性地将第一阀组和第二阀组 流体连接，以响应所需的行驶操作。‘892专利的液压回路系统内的每个控制阀的位置使得在机器不行驶的情况下开 始摆动、进行吊杆、臂或铲斗运动时，来自于第一泵和第二泵的混合流体驱动该运动。另外， 在转到左侧并同时开始摆动、进行吊杆、臂或铲斗运动时，来自于第一泵和第二泵的流体也 驱动该运动。但是在转到右侧时，虽然来自于第一泵的流体能够用于摆动致动器、吊杆致动 器、臂致动器和铲斗致动器，但是来自于第二泵的流体只能用于左侧行驶致动器。另外，在 直线行驶时，虽然来自于第一泵的流体能够用于摆动致动器、吊杆致动器、臂致动器和铲斗 致动器，但是来自于第二泵的流体只能用于左侧行驶致动器和右侧行驶致动器。由于以上相对于‘892专利描述的不连续的顺序关系，如果希望单独的摆动和吊 杆运动，操作者必须仔细操纵控制杆，使得第一吊杆控制阀和第二吊杆控制阀中只有一个 被致动(例如将控制杆在其能够运动的范围上运动一半以下的程度)。在摆动或吊杆运动 中，不管操作者的细心或所需速度与否，对于斗杆功能来说只能够获得只来自于第二泵的流体。虽然‘892专利的液压回路系统会混合泵流体流量以改善某些功能的控制，机器 的操作也会是不一致的，并受到限制。特别是，由于在左转过程中对于摆动、进行吊杆、臂和 铲斗运动来说能够从两个泵得到流体流量，但是在右转过程中只能够从单个泵得到，机器 的控制会是困难和混乱的。另外，在右转过程中能够得到的流体流量对于某些操作来说会 是不足的。另外，由于‘892专利的液压回路系统的限制以及在操作相关机器的过程中必须 采取注意，机器的操作成本会是很高的。特别是，操作者单独和同时开始摆动和吊杆运动所 需的注意力会需要使用训练良好、有经验以及报酬高的操作者来操作机器。另外，存在用于 臂运动的混合泵流量需要被同时用于吊杆和摆动运动的情况。由于这些同时操作从’ 892 专利的机器中不能得到，机器的效率和生产率对于某些应用来说是不充分的。另外，‘892专利的液压回路系统会是昂贵的。具体地，由于需要两个阀来为每个 流体致动器提供混合的流量，该系统的成本会是很大的。被公开的控制系统针对克服以上提出的一个或多个问题。
发明内容
本发明的一个方面涉及一种液压控制系统。该液压控制系统可以包括第一流体致 动器和能够产生引导到第一流体致动器的加压流体的第一流体流的第一泵。液压控制系统 还可包括第二流体致动器，以及能够产生引导到第二流体致动器的加压流体的第二流体流 的第二泵。液压控制系统还可包括其阀元件可以运动以便将加压流体的第二流体流与引导 到第一流体致动器的加压流体的第一流体流混合的混合器阀以及与该混合器阀连通的控 制器。该控制器能够接收指示用于第一流体致动器的所需速度的操作者输入，确定用于第 一流体致动器的与所述所需速度相对应的流速，并且确定第一泵的流量能力。控制器还能 够在用于第一流体致动器的所确定流速大于第一泵的所确定流量能力时运动混合器阀的 阀元件，以便将加压流体的第二流体流与引导到第一流体致动器的加压流体的第一流体流 混合ο本发明的另一方面涉及一种操作液压控制系统的方法。该方法可包括将加压流体的第一流体流引导到第一流体致动器，并且将加压流体的第二流体流引导到第二流体致动 器。该方法还可包括接收指示用于第一流体致动器的所需速度的操作者输入，确定用于第 一流体致动器的与所述所需速度相对应的流速，并且确定加压流体的第一流体流的最大流 速。该方法可另外包括在用于第一流体致动器的所确定流速大于加压流体的第一流体流的 最大流速时，将加压流体的第二流体流与加压流体的第一流体流混合，并且流体流将加压 流体的被混合的流体流引导到第一流体致动器。
图1是示例性公开的机器的示意性侧视图；图2是可用于图1的机器的示例性公开的液压控制系统的示意图；图3是表示操作图2的控制系统的示例性公开的方法的流程图；以及图4是表示操作图2的控制系统的另一示例性公开的方法的流程图。
具体实施例方式图1表示具有相互协作以完成任务的多个系统和部件的示例性机器10。机器10可体现为固定的或移动的机器，其执行与诸如矿业、建筑业、农业、运输业的产业或本领域 已知的任何其他产业相关联的一些类型的操作。例如，机器10可以是运土机器，例如挖掘 机、推土机、装载机、反铲机、机动平地机、翻斗车或任何其它的运土机器。机器10可以包括 能够运动作业工具14的执行系统12、用于推进机器10的驱动系统16、将动力提供给执行 系统12和驱动系统16的功率源18以及用于操作者控制执行系统12和驱动系统16的操 作者站20。执行系统12可包括通过流体致动器作用以便运动作业工具14的连杆结构。具体 地，执行系统12可包括通过一对相邻的双重作用的液压缸26 (在图1中只示出一个)相对 于工作表面24围绕水平轴(未示出)垂直枢转的吊杆构件22。执行系统12还可包括通过 单个双重作用液压缸32围绕水平轴30垂直枢转的斗杆构件28。执行系统12还可包括被 可操作地连接到作业工具14以便围绕水平枢转轴36垂直枢转作业工具14的单个双重作 用的液压缸34。吊杆构件22可被枢转地连接到机器10的机架38。斗杆构件28可通过枢 转轴30和36将吊杆构件22枢转地连接到作业工具14。每个液压缸26、32和34可包括管和配置成形成两个分开的压力腔室的活塞组件 (未示出)。压力腔室可被选择性地供应加压流体，以及排放加压流体，以造成活塞组件在 管内移动，由此改变液压缸26、32和34的有效长度。进入和离开压力腔室的流体的流速会 与液压缸26、32、34的速度相关联，而两个液压腔室之间的压力差会与液压缸26、32、34施 加在相关连杆构件上的力相关联。液压缸26、32、34的延伸和收缩会用来帮助运动作业工 具14。多种不同的作业工具14可附接到单个机器10，并且可经由操作者站20控制。作 业工具14可包括用来执行特定任务的任何装置，例如铲斗、叉形装置、铲刀、铲子、耙子、 翻斗、扫刷机、吹雪机、推进装置、切割装置、抓取装置或本领域公知的任何其他任务执行装 置。虽然在图1的实施方式中被连接成相对于机器10枢转，作业工具14可替代地或另外 地转动、滑动、摆动、提升或以本领域公知的任何其它方式运动。驱动系统16可包括推进机器10的一个或多个牵引装置。在一个例子中，驱动系 统16包括定位在机器10的一侧的左侧履带40L以及定位在机器10的相对侧的右侧履带 40R。左侧履带40L可通过左侧行驶马达42L驱动，而右侧履带40R通过右侧行驶马达42R 驱动。设想到驱动系统16可替代地包括履带之外的牵引装置，例如轮子、带或其它公知的 牵引装置。在图1的例子中，机器10可通过在左侧行驶马达42L和右侧行驶马达42R之间 形成速度差和/或转动方向差来转向，而直线行驶可通过由左侧行驶马达42L和右侧行驶 马达42R产生大致相同的输出速度和转动方向而得到帮助。左侧行驶马达42L和右侧行驶马达42R的每个可通过形成流体压力差来驱动。具 体地，左侧行驶马达42L和右侧行驶马达42R的每个可包括被定位到推进器(未示出)的 任一侧的第一和第二腔室(未示出)。在第一腔室填充加压流体并且第二腔室排放流体时， 推进器可被迫在第一方向上转动。相反，在第一腔室排放流体而第二腔室填充加压流体时， 各自推进器可被迫在相反方向上转动。进入和离开第一和第二腔室的流体的流速可确定左侧行驶马达42L和右侧行驶马达42R的转动速度，而左侧行驶马达42L和右侧行驶马达42R 之间的压力差可确定扭矩。功率源18可体现为发动机，例如柴油发动机、汽油发动机、气体燃料供能的发动 机或本领域公知的任何其它类型的燃烧式发动机。设想到功率源18可以替代的体现为非 燃烧式功率源，例如燃料电池、功率存储装置或者本领域公知的其它源。功率源18可产生 机械或电功率输出，该输出接着被转换成液压能，以便运动液压缸26、32、34以及左侧行驶 马达42L和右侧行驶马达42R。操作者站20能够接收来自于机器操作者的指示所需作业工具和/或机器运动的输入。具体地，操作者站20可包括体现为单轴或多轴操纵杆的一个或多个操作者界面装置 46，操纵杆定位在操作者座椅的近侧。操作者界面装置46可以是比例式控制器，该控制器 能够通过产生作业工具位置信号来定位和/或定向作业工具14，该位置信号指示所需作业 工具的速度。同样，相同或其它的操作者界面装置46能够通过产生指示所需机器速度的机 器位置信号来相对于工作表面24定位和/或定向机器10。设想到不同的操作者界面装置 可替代或另外地包含在操作者站20内，例如方向盘、旋钮、推拉装置、开关、踏板以及本领 域公知的其它操作者界面装置。如图2所示，机器10可包括具有相互协作以便运动作业工具14 (参考图1)和机 器10的多个流体部件的液压控制系统48。特别是，液压控制系统48可包括能够从第一源 51接收加压流体的第一流体流的第一回路50以及能够从第二源53接收加压流体的第二 流体流的第二回路52。第一回路50可包括并行连接成接收加压流体的第一流体流的吊杆 控制阀54、铲斗控制阀56以及左侧行驶控制阀58。第二回路52可包括并行连接以便接收 加压流体的第二流体流的右侧行驶控制阀60和斗杆控制阀62。设想到另外的控制阀机构 可被包含在第一回路50和/或第二回路52内，例如能够控制执行系统12相对于驱动系统 16摆动运动的摆动控制阀、一个或多个附接控制阀以及其它适当的控制阀机构。第一源51和第二源53可从一个或多个罐64抽吸流体，并且将流体加压到预定程 度。具体地，第一源51和第二源53的每个可体现为泵送机构，例如可变排量泵、固定排量 泵或本领域公知的另一源。第一源51和第二源53均可例如通过副轴(未示出)、带(未示 出)、电路(未示出)或任何其它适当的方式各自分开地和驱动地连接到机器10的功率源 18。作为替代，第一源51和第二源53的每个可经由扭矩转换器、减速齿轮箱或以另一适当 方式间接地连接到功率源18。第一源51可独立于第二源53产生的加压流体的第二流体流 来产生加压流体的第一流体流。加压流体的第一流体流和第二流体流可具有不同的压力大 小和/或流速。罐64可构成能够保持流体供应的存储装置。流体可包括例如专用的液压油、发动 机润滑油、传动装置润滑油或本领域公知的任何其它流体。机器10内的一个或多个液压系 统可从罐64抽吸流体并将流体返回到罐64。设想到液压控制系统48可被连接到多个分开 的流体罐或单个罐。吊杆控制阀54、铲斗控制阀56、左侧行驶控制阀58、右侧行驶控制阀60和斗杆控 制阀62的每一个可调节其相关的流体致动器的运动。具体地，吊杆控制阀54可具有能够 运动以控制与吊杆构件22相关联的液压缸26的运动的元件，铲斗控制阀56可具有能够运 动以控制与作业工具14相关联的液压缸34的运动的元件，并且斗杆控制阀62可具有能够运动以控制与斗杆构件28相关联的液压缸32的运动的元件。同样，左侧行驶控制阀58可 具有能够运动以控制左侧行驶马达42L的运动的阀元件，而右侧行驶控制阀60可具有能够 运动以控制右侧行驶马达42R的运动的元件。第一回路50和第二回路52的控制阀可以被连接成使得加压流体经由公共通路流 入其各自致动器，并从其各自致动器排放。具体地，第一回路50的控制阀可通过第一公共 供应通路66被连接到第一源51，并通过第一公共排放通路68被连接到罐64。第二回路52 的控制阀可通过第二公共供应通路70被连接到第二源53，并通过第二公共排放通路72被 连接到罐64。吊杆控制阀54、铲斗控制阀56以及左侧行驶控制阀58可分别通过单独的流 体通路74、76和78并行地连接到第一公共供应通路66，并且分别通过单独的流体通路84、 86和88并行地连接到第一公共排放通路68。类似地，右侧行驶控制阀60和斗杆控制阀62 可分别通过单独的流体通路82和80并行地连接到第二公共供应通路70，并且分别通过单 独的流体通路90和92并行地连接到第二公共排放通路72。止回阀94可布置在每个流体 通路74、76和80内，以便分别将加压流体的单向供应提供给控制阀54、56和62。由于吊杆控制阀54、铲斗控制阀56、左侧行驶控制阀58、右侧行驶控制阀60和斗 杆控制阀62的元件可以是类似的，并以相关方式操作，在此说明书中只描述吊杆控制阀54 的操作。在一个例子中，吊杆控制阀54可包括第一腔室供应元件(未示出)、第一腔室排放 元件(未示出)、第二腔室供应元件(未示出)以及第二腔室排放元件(未示出)。第一腔 室供应元件和第二腔室供应元件可与流体通路74并行连接，以便为其各自腔室填充来自 于第一源51的流体，而第一和第二腔室排放元件可与流体通路84并行地连接，以便从各自 腔室排放流体。为了伸长液压缸26，第一腔室供应元件可被运动，使得来自于第一源51的 加压流体经由流体通路74为液压缸26的第一腔室填充加压流体，而第二腔室排放元件可 被运动，以便将流体从液压缸26的第二腔室经由流体通路84排放到罐64。为了在相反方 向上运动液压缸26，第二腔室供应元件可被运动，以便为液压缸26的第二腔室填充加压流 体，而第一腔室排放元件可被运动，以便从液压缸26的第一腔室排放流体。设想到可通过 与第一腔室相关联的单个元件以及与第二腔室相关联的单个元件或者通过控制所有填充 和排放功能的单个阀可替代地执行供应和排放两个功能。供应元件和排放元件可以是抵抗弹簧偏压来运动以响应指令的电磁阀。特别是， 液压缸26、32、34以及左侧行驶马达42L和右侧行驶马达42R可在与进入和离开第一腔室 和第二腔室的流体流速相对应的速度下运动。为了实现经由界面装置位置信号指示的操 作者所希望的速度，基于假设或测量压力的指令可被发送到供应元件和排放元件的电磁阀 (未示出)，造成它们打开与所需流速相对应的量。该指令可以是流速指令或阀元件位置指 令的形式。还设想到，如果希望，供应元件和排放元件可以是导引操作的。对于补给和释放功能来说，第一回路50和第二回路52的公共供应通道和公共排放通道可相互连接。特别是，第一公共供应通道66和第二公共供应通道70可分别通过公 共过滤器96以及第一旁通元件98和第二旁通元件100从罐64接收补给流体。在加压流 体的第一流体流或第二流体流的压力降低到预定大小以下时，来自于罐64的流体可分别 通过公共过滤器96以及第一旁通元件98或第二旁通元件100流入第一回路50和第二回 路52。另外，第一公共排放通路68和第二公共排放通路72可将流体从第一回路50和第二 回路52释放到罐64。在第一回路50或第二回路52内的流体超过预定压力大小时，来自于具有过大压力的回路的流体会通过梭阀102和公共主要释放元件104排放到罐64。直线行驶阀106可选择性地将左侧行驶控制阀58和右侧行驶控制阀60重新配置 成彼此并行关系。特别是，直线行驶阀106可包括能够从中间位置朝着直线行驶位置运动 的阀元件107。在阀元件107位于中间位置时，左侧行驶控制阀58和右侧行驶控制阀60可 以分别从第一源51和第二源53单独地供应加压流体，以便分别控制左侧行驶马达42L和 右侧行驶马达42R。在阀元件107位于直线行驶位置时，左侧行驶控制阀58和右侧行驶控 制阀60可并行连接，以便只从用于从属运动的第一源51接收加压流体。左侧行驶马达42L 和右侧行驶马达42R的从属运动可用来提供左侧履带40L和右侧履带40R的大致相同的转 动速度，由此在直线方向上推进机器10。
在直线行驶阀106的阀元件107被运动到直线行驶位置上时，来自于第二源53的 流体可经由阀元件107被大致同时地引导经过第一回路50和第二回路52两者，以便驱动 液压缸26、32、34。由于在机器10的直线行驶过程中来自于第一源51的加压流体的所有的 第一流体流会几乎完全被左侧行驶马达42L和右侧行驶马达42R消耗，来自于第二源53的 加压流体的第二流体流可被引导到第一回路50和第二回路52两者的液压缸26、32、34。应 该理解到，液压控制系统48可替代地相对于直线行驶阀106以互补方式配置，使得在阀元 件107位于直线行驶位置上时，左侧行驶控制阀58和右侧行驶控制阀60被并行连接，从而 只从第二源53接收加压流体，而来自于第一源51的流体可经由阀元件107、经过第一回路 50和第二回路52两者大致同时地引导到吊杆控制阀54、铲斗控制阀56和斗杆控制阀62。混合器阀108可混合来自于第一公共供应通路66和第二公共供应通路70的加压 流体的第一流体流和第二流体流，以用于一个或多个流体致动器的高速运动。特别是，混合 器阀108可包括阀元件110，阀元件110能够在单向打开或流过位置、关闭或阻挡流动位置 以及双向打开或流过位置之间运动。当处于单向打开位置时，来自于第一回路50的流体可 流入第二回路52 (例如经由止回阀111)，以响应第一回路50的大于第二回路52内的压力 预定量的压力。该预定量可与止回阀111的弹簧偏压相关联，并在制造过程中是固定的。以 此方式，在右侧行驶或斗杆功能需要流体流速大于第二源53的输出能力并且第二回路52 内的压力开始降低时，来自于第一源51的流体通过阀元件111被转向到第二回路52。虽 然显示成在混合器阀108的下游，应该理解到止回阀111可替代地包含在混合器阀108的 上游，或者在混合器阀108内。在位于关闭位置时，会挡住大致经过混合器阀108的所有流 动。但是在位于双向打开位置时，根据混合器阀108上的假设或测量的压力差，加压流体的 第一流体流可以流到第二回路52，以便与引导到控制阀60-62的加压流体的第二流体流混 合，并且加压流体的第二流体流可以流到第一回路50，以便与引导到控制阀54-58的加压 流体的第一流体流混合。混合器阀108可被连续调节到单向打开位置、关闭位置和双向打开位置之间的任 何位置。以此方式，加压流体的流量大小可根据例如控制阀54-62的所指令速度、源51、53 的所指令流速和/或混合器阀108上的压力差来控制。例如，阀元件110可以是抵抗弹簧 偏压而运动以响应例如电流指令的指令的电磁阀。在示例性实施方式中，电流指令可以是 0A-2A的范围，其中OA可以与大致完全定位在单向打开位置的阀元件110相对应，IA可以 与大致完全定位在闭合位置的阀元件110相对应，并且2A可与大致完全定位在双向打开位 置的阀元件110相对应。另外，阀元件110在单向打开位置和关闭位置之间的位置可与OA和IA之间的电流指令成比例地相对应。类似地，阀元件110在闭合位置和双向打开位置之间的位置可与IA和2A之间的电流指令成比例地相对应。电流指令可以被发送到混合器阀 108的电磁阀，造成阀元件110朝着所指令位置运动，该所指令位置可与流过混合器阀108 的所需流量相对应。应该理解到，阀元件110可替代地以本领域公知的任何其它方式来控 制，例如经由导引或限定电磁阀控制。液压控制系统48还可包括与操作者界面装置46、混合器阀108以及控制阀54_62 的供应元件和排放元件连通的控制器112。具体地，控制器112可通过连通线路114与操 作界面装置46连通，通过连通线路116与混合器阀108连通，并经由另外的连通线路(未 示出)与控制阀54-62的供应元件和排放元件连通。设想到控制器112还可与液压控制系 统48的其它部件连通，例如与第一源51和第二源53、公共主要释放元件104、第一旁通元 件98和第二旁通元件100、直线行驶阀106以及液压控制系统48的其它这样的部件。控制器112可体现为包括用于控制液压控制系统48的操作的装置的单个微型处 理器或多个微型处理器。多种可以购买到的微型处理器能够执行控制器112的功能。应该 理解到控制器112容易体现为能够控制多种机器功能的通用机器微型处理器。控制器112 可包括存储器、辅助存储装置、处理器和用于运行应用程序的任何其它部件。多种其它的电 路可与控制器112相关联，例如电源电路、信号调节电路、电磁阀驱动电路以及其它类型的 电路。对于液压缸26、32、34以及左侧行驶马达42L和右侧行驶马达42R来说，有关界面 装置位置信号、所需致动器速度、相关流速和/或阀元件位置的一个或多个参数图可以存 储在控制器112的存储器内。这些参数图的每个可包括表格、图表和/或等式形式的数据 的集合。在一个例子中，所需速度和指令流速可形成用于控制第一腔室供应元件和第二腔 室供应元件的2-D表格的坐标轴。在所需速度下运动流体致动器所需的指令流速和适当供 应元件的相应阀元件位置可在另一分开的2-D参数图内相关，或者与所需速度一起位于单 个3-D参数图内。还设想到所需致动器速度可在单个2-D参数图中直接与阀元件位置相关。 控制器112能够使得操作者直接调整这些参数图，和/或从存储在控制器112的存储器内 的能够得到的关系参数图中选择特定的参数图，以便实现流体致动器的运动。设想到根据 机器操作的模式，参数图可另外或可替代地自动选择。控制器112能够从操作者界面装置46接收输入，并且命令控制阀54_62的操作， 以响应该输入和所述的关系参数图。具体地，控制器112可接收指示所需速度的界面装置 位置信号，并参考存储在控制器112的存储器内的被选择和/或调整的关系参数图，以便确 定流速数值和/或用于控制阀54-62内的每个供应元件和排放元件的相关位置。该流速或 位置可接着命令适当的供应元件和排放元件，以造成第一腔室或第二腔室在导致所需作业 工具速度的速度下进行填充。控制器112能够实现混合器阀108的操作，以响应例如控制阀54-62的指令速度、 源51、53的指令流速和/或混合器阀108上的压力差。即，如果与特定流体致动器的所需 流速相关的所确定流速满足预定标准，控制器112可造成阀元件110朝着单向流过位置运 动，以便将另外的加压流体供应到第二回路52，造成阀元件110朝着双向流过位置运动，以 便将另外的加压流体供应到第一回路50和/或第二回路52，或者防止阀元件110运动离开 关闭位置。下面将参考图3和4说明该预定标准。
图3和4表示操作液压控制系统48的示例性方法。图3和4将在下面的段落中 描述以便进一步说明本发明的系统及其操作。在一种实施方式中，液压控制系统还可包括升温回路。即对于升温和/或其它旁 通功能来说，第一回路50和第二回路52的公共的供应通路66、68以及排放通路70、72分别 可以选择性地经由第一旁通通路109和第二旁通通路113连通。旁通阀105可定位在每个 旁通通路109、113内，并能够分别将来自于公共供应通路66和70的流体引导到公共排放 通路68和72。每个旁通阀105可包括能够从关闭或防止流动位置运动到打开或流过位置 的阀元件。在此构造中，在旁通阀105位于打开位置时，例如在机器10的启动过程中，通过 第一源51和第二源53加压的流体可以在非常小的限制下(即没有经过控制阀54-62)循 环经过第一回路50和第二回路52。在升温之后，旁通阀105的阀元件可运动到关闭位置， 使得第一回路50和第二回路52内的流体压力累积并且控制阀54-62能够得到，如上所述 那样。设想到，如果希望，可以省略旁通通路109、113和旁通阀105。工业实用性本发明的液压控制系统可适用于包括多个流体致动器并在变化的载荷和操作模 式下希望速度预测能力的任何机器。本发明的液压控制系统可通过选择性地混合来自于多 个泵的加压流体并将混合的流体引导到多个流体致动器中的适当一个来改善操作者控制。 现在将描述液压控制系统48的操作。在机器10的操作过程中，机器操作者可操纵操作者界面装置46，以造成作业工具 14运动。操作者界面装置46的致动位置可与作业工具14和/或机器10的操作者希望或 期望的速度相关联。操作者界面装置46可在其操纵过程中产生指示操作者希望或期望的 速度的位置信号，并将此位置信号发送到控制器112。控制器112可在液压缸26、32和34以及左侧行驶马达42L和右侧行驶马达42R 的操作过程中接收输入，并且根据该输入进行确定。如图3的流程图所示，控制器112可接 收操作者界面装置位置信号(步骤200)，并且确定用于液压控制系统48内的每个流体致动 器的所需速度以及用于控制阀54-62和源51、53的相应的流速指令(步骤210)。从界面装 置位置信号，控制器112还可确定是否希望机器10直线行驶(步骤220)。如果希望机器10直线行驶，直线行驶阀106的阀元件107可以运动离开中间位置 并朝着直线行驶位置运动。在阀元件107朝着直线行驶位置运动时，可以防止混合器阀108 的阀元件110朝着双向打开位置运动(步骤230)。在机器10的直线行驶过程中，阀元件 110可被保持在单向打开位置、关闭位置、或单向打开位置和关闭位置之间，这是由于加压 流体的第二流体流已经经由直线行驶阀106将流体供应到液压缸26和34。如果不希望机器10直线行驶，控制器112可接着确定斗杆构件28是否正在运动 以及其运动的速度。特别是，控制器112可将斗杆控制阀62的指令流速与预定阈值比较 (步骤240)。如果指令流速超过预定阈值，会没有足够的来自于第二源53的过多流量与加 压流体的第一流体流混合流动。如果来自于第二源53的过多流量小于预定数值并出现混 合流动，斗杆构件28会在缓慢和不希望的速度下运动。如果斗杆控制阀62的指令流速超过预定数值，控制器112会接着确定吊杆构件 22是否正在被操纵以及程度如何。具体地，控制器112可将吊杆控制阀54的指令流速与 第一源51的流量能力比较(步骤250)。液压系统48内的优先次序使得在吊杆控制阀54的指令流速超过第一源51的流量能力时，吊杆控制阀54的指令流速可以被保持，并且阀元 件110运动到双向流过位置，即使斗杆控制阀62的指令流速超过预定数值(步骤260)也 是如此。但是，如果吊杆控制阀54的指令流速小于第一源51的流量能力，阀元件110可被 保持在单向流过位置，并且防止运动到双向流过位置(步骤270)。如果斗杆控制阀62的指令流速小于预定阈值，混合器阀108的阀元件110在某些 情况下也可朝着双向流过位置运动。例如，控制器112可确定吊杆控制阀54和铲斗控制阀 56的指令流速的和是否超过第一源51的流量能力(步骤280)。如果此和超过第一源51 的流量能力，混合器阀108的阀元件110可朝着双向流过位置运动，以便将加压流体的第二 流体流与加压流体的第一流体流混合，并且将混合流引导到第一回路50，以便液压缸26和 34使用(步骤290)。但是，如果吊杆控制阀54和铲斗控制阀56的指令流速的和没有超过 第一源51的流量能力，混合器阀108的阀元件110可被保持在单向流过位置，并且防止运 动到双向流过位置(步骤300)。类似于图3的方法，图4的可替代方法包括步骤200-240。但是，与图3的方法相 比，在图4的方法中，如果斗杆控制阀62的指令流速超过预定阈值，可能不会出现混合流， 而不管吊杆控制阀54的指令流速。更具体地，如果斗杆控制阀62的指令流速超过预定阈 值，控制会直接进行到步骤270，其中阀元件110会被保持在单向流过位置。多种优点会与液压控制系统48的这种控制策略和硬件相关联。具体地，在需要小 于第一源51的流量能力的流速的吊杆操作过程中，来自于第一源51的过多流量会通过阀 元件110被转向到第二回路52，以便增加斗杆操纵的速度。这样增加的斗杆速度会有助于 机器10的生产率和效率。另外，由于加压流体的第一流体流和第二流体流的混合可以经由 专用的混合器阀实现，需要较少的控制阀。控制阀数量的减少会降低机器10的成本。由于液压控制系统48可在任何方向上转向时提供机器10的一致性操作，机器10 的操纵成本最小。特别是，机器10的一致性操作会简化机器10的控制。由于需要最少的 操作者训练、经验和技能，机器10的简化控制会降低机器10的操作成本。本领域的普通技术人员将理解到可以对所公开的液压控制系统进行多种修正和 变型。考虑这里所公开的说明书和所公开的液压控制系统的实践，本领域的普通技术人员 将很清楚控制系统的其他实施方式。说明书和示例仅意于作为是示例性的，真正的范围由 权利要求书及其等价物表示。
权利要求
一种液压控制系统(48)，包括第一流体致动器(26)；第一泵(51)，能够产生被引导到所述第一流体致动器的加压流体的第一流体流；第二流体致动器(32)；第二泵(53)，能够产生被引导到所述第二流体致动器的加压流体的第二流体流；混合器阀(108)，具有阀元件(110)，所述阀元件能够运动，以便将加压流体的所述第二流体流与被引导到所述第一流体致动器的加压流体的所述第一流体流混合；以及控制器(112)，与所述混合器阀连通，所述控制器能够接收指示用于所述第一流体致动器的所需速度的操作者输入；确定用于所述第一流体致动器的与所述所需速度相对应的流速；确定所述第一泵的流量能力；以及在用于所述第一流体致动器的所确定流速大于所述第一泵的所确定流量能力时，运动所述混合器阀的所述阀元件，以便将加压流体的所述第二流体流与被引导到所述第一流体致动器的加压流体的所述第一流体流混合。
2.根据权利要求1所述的液压控制系统，其中所述混合器阀能够运动到单向流体流混合位置、防止流动位置和双向流体流混合位置 之间的任何位置；在所述混合器阀朝着所述单向流体流混合位置和所述双向流体流混合位置中的任一 个运动时，加压流体的所述第一流体流能够与被引导到所述第二流体致动器的加压流体的 所述第二流体流混合；以及在所述混合器阀朝着所述双向流体流混合位置运动时，加压流体的所述第二流体流只 与能够被引导到所述第一流体致动器的加压流体的所述第一流体流混合。
3.根据权利要求2所述的液压控制系统，其中所述控制器还能够 确定是否希望相关机器直线行驶；以及在希望直线行驶时，防止所述混合器阀的所述阀元件朝着所述双向流体流混合位置运动。
4.根据权利要求2所述的液压控制系统，其中所述控制器还能够 接收用于所述第二流体致动器的所需速度的指示；确定用于所述第二流体致动器的与用于所述第二流体致动器的所需速度相对应的流 速；以及在用于所述第二流体致动器的所确定流速大于预定量时，防止所述混合器阀的所述阀 元件朝着所述双向流体流混合位置运动，其中只在用于所述第一流体致动器的所确定流速 小于所述第一泵的所确定流量能力时防止所述混合器阀朝着所述双向流体流混合位置运 动。
5.根据权利要求2所述的液压控制系统，还包括第三流体致动器(34)，其中加压流体 的所述第一流体流被引导到与所述第一流体致动器并联的所述第三流体致动器。
6.根据权利要求5所述的液压控制系统，其中所述控制器还能够 接收用于所述第三流体致动器的所需速度的指示；确定用于所述第三流体致动器的与用于所述第三流体致动器的所需速度相对应的流速；以及在用于所述第二流体致动器的所确定流速小于预定量并且用于所述第一流体致动器 和第三流体致动器的所确定流速的和大于所述第一泵的所确定流量能力时，朝着所述双向 流体流混合位置运动所述混合器阀的所述阀元件。
7.一种操作液压控制系统(48)的方法，包括 将加压流体的第一流体流引导到第一流体致动器(26)； 将加压流体的第二流体流引导到第二流体致动器(32)； 接收指示用于所述第一流体致动器的所需速度的操作者输入； 确定用于所述第一流体致动器的与所述所需速度相对应的流速； 确定加压流体的所述第一流体流的最大流速；以及在用于所述第一流体致动器的所确定流速大于加压流体的所述第一流体流的所述最 大流速时，将加压流体的所述第二流体流与加压流体的所述第一流体流混合，并且将加压 流体的混合流体流引导到所述第一流体致动器。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括 确定是否希望相关机器直线行驶；以及在希望直线行驶时防止所述加压流体的所述第二流体流与被引导到所述第一流体致 动器的加压流体的所述第一流体流混合。
9.根据权利要求7所述的方法，还包括 接收用于所述第二流体致动器的所需速度的指示；确定用于所述第二流体致动器的与用于所述第二流体致动器的所需速度相对应的流 速；以及在用于所述第二流体致动器的所确定流速大于预定量时，防止加压流体的所述第二流 体流与被引导到所述第一流体致动器的加压流体的所述第一流体流混合，其中只在用于所 述第一流体致动器的所确定流速小于所述加压流体的所述第一流体流的最大流速时，防止 加压流体的所述第二流体流与被引导到所述第一流体致动器的加压流体的所述第一流体 流混合。
10.一种机器(10)，包括: 机架(38)；吊杆构件(22)，枢转地连接到所述机架； 斗杆构件(28)，枢转地连接到所述吊杆构件； 作业工具(14)，可操作地连接到所述斗杆构件；根据权利要求1-6中的任一项所述的液压控制系统(48)，能够相对于所述机架运动所 述吊杆构件、所述斗杆构件和所述作业工具。
全文摘要
公开了一种用于机器(10)的液压控制系统(48)。液压控制系统可具有第一流体致动器(26)、能够产生加压流体的第一流体流的第一泵(51)、第二流体致动器(32)以及能够产生加压流体的第二流体流的第二泵(53)。液压控制系统还具有混合器阀(108)以及控制器(112)。控制器能够接收指示第一流体致动器的所需速度的操作者输入，确定第一流体致动器的与所需速度相对应的流速，并且确定第一泵的流量能力。控制器还能够在第一流体致动器的所确定流速大于第一泵的所确定流量能力时，运动混合器阀，以便将加压流体的第二流体流与加压流体的第一流体流混合。
文档编号F15B11/17GK101828042SQ200880111930
公开日2010年9月8日 申请日期2008年10月10日 优先权日2007年10月17日
发明者M·T·维奎伦 申请人:卡特彼勒公司;卡特彼勒日本有限公司