一种用于泵排放压力控制的电动液压控制设计的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明通常涉及液压技术，尤其涉及一种液压操作的活塞泵。
【背景技术】
[0002] 液压液体用于在多种机器中产生有用功。为了提供液压液体来驱动传动缸或发动 机，通常在机器上设置了一个或多个液压泵，该液压泵由机器的发动机驱动。这类泵可采用 多种不同形式设置，其中轴向活塞泵是一个常用实施例。采用轴向活塞泵，发动机可旋转驱 动中心筒体或中心块。所述筒体包括多个汽缸，每个汽缸适于接受往复运动的活塞。在从 动端，活塞中的每个枢转地以及滑动地与相对于汽缸筒体的有角度地定位的挡板接合。在 每个汽缸的工作端，设置了具有两个或两个以上进口和出口的阀板。在操作的进入阶段，液 压流体通过所述阀板的进口，并且进入旋转筒体的汽缸。在筒体旋转时，发生汽缸的抽取或 填充，并且靠近进口的筒体的活塞从上死点位置移动到下死点位置。筒体的旋转和进口的 尺寸使得，一旦活塞到达其下死点位置时，筒体旋转断开与阀板的进口的连接。当活塞从下 死点位置移动到上死点位置时，筒体的进一步旋转使汽缸（此时完全被液压液体填充）产 生液流。在从下死点移动到上死点的移动中，汽缸放置在与阀板的出口的连接中，使得可从 泵传送液压液体以提供有用功，例如上述工具的驱动、工作臂、发动机等。
[0003] 许多用途需要液压泵压力控制。例如，液压风扇驱动系统可要求达到最大速度的 可变速度，而不需要在该最大速度之外继续增大速度。理想的方式是，最大速度应该可以根 据环境或其他条件设定。
[0004] 在采用液压风扇驱动速度控制的应用中，有两种主要的结构体系，第一种结构体 系是采用负载传感泵的泵压力控制，该负载传感泵具有电液压机械压力控制电力路，可产 生负载传感信号，以及第二种体系结构是一种排量控制泵。前一种体系结构以美国专利申 请2004/0261407为代表，该专利与本发明属于同一发明人。跨过控制负载传感控制阀的极 限压力可调节泵排放压力（大约是负载传感压力加上极限压力）。除了外部的电控制环，该 控制涉及两个液压机械环、用于负载传感压力的压力控制环、用于泵排放压力的压力控制 环。这三个控制环可造成系统失去稳定性。电液压机械压力控制电路增加成本并降低控制 系统的可靠性。进一步地，在控制电子学中，没有具体的故障模型，因而故障可使系统处于 未知状态。
[0005] 在后一种使用排量控制泵的体系结构中，风扇系统的速度由泵流量直接控制，而 与泵排放压力无关。由于对风扇驱动转矩（泵排放压力）的不敏感性，排量控制泵可不必 要地在发动机上施加高负载。而且，因为该风扇驱动系统具有大的惯性，排量控制泵可暴露 在低的泵排放压力下，低的泵排放压力可损坏泵和/或相关液压系统的其他组件。
【发明内容】
[0006] 在本发明的一个实施例中，提供一种液压风扇系统。该系统包括配置用于可变排 量操作的液压泵，并且包括控制液压泵的排放的挡板、泵的排放信号通道、与挡板联接的在 冲程致动器（on-stroke actuator)，当在冲程致动器前进时，将挡板的角度增大以增加排 放信号通道处的压力。在冲程致动器也联接到排放信号通道。系统还包括联接到挡板的去 冲程致动器（de-stroke actuator)，当去冲程致动器前进时，将挡板的角度减少以减少排 放信号通道处的压力，还包括联接到在冲程致动器、液压泵的去冲程致动器，以及槽的控制 阀。控制阀可包括响应排放信号通道上的压力改变的阀芯并且是可操作的：1)在第一位置 上，将去冲程致动器连接到槽，2)在第二位置上，从排放信号通道和槽两者中分离去冲程致 动器，3)在第三位置上，将去冲程致动器连接到排放信号通道。阀芯适于通过从第一位置向 第二位置到第三位置连续地移动来响应排放信号通道中的压力的增加。控制阀还包括使阀 芯向第一位置偏置的弹簧以及安装在弹簧对面的螺线管，螺线管提供了使阀芯向第三位置 偏置的可设定的力。最后，系统还包括液压发动机，该液压发动机驱动风扇叶片，该液压发 动机联接到液压泵并且具有与液压泵的排放信号通道处的压力对应的速度。
[0007] 在另一个实施例中，与可变排量液压泵同时使用的液压控制系统具有挡板，其中 挡板角度由相对冲程致动器控制，并且可包括以液压方式联接到去冲程致动器、泵的排放 信号通道以及槽的控制阀，其中，排放信号通道也联接到在冲程致动器，控制阀的阀芯按以 下方式可操作的控制：1)在第一位置上，将去冲程致动器连接到槽，2)在第二位置上，从排 放信号通道和槽两者中释放去冲程致动器，3)在第三位置上，将去冲程致动器连接到排放 信号通道，阀芯适于通过从第一位置向第二位置到第三位置连续移动来响应排放信号通道 中的压力增加。压力控制系统还包括使阀芯向第一位置偏置的弹簧以及安装在弹簧对面的 挡板，弹簧提供了使阀芯向第三位置偏置的可设定的力。
[0008] 在又一实施例中，操作液压风扇的方法可包括，在第一操作模式下，经由液压风扇 提供可变的冷却，液压风扇在与发动机的速度（直至发动机的阈值速度）成正比的速率下 操作，以及在第二操作模式下，对于超过发动机的阈值速度的任一发动机速度，通过在固定 速率下操作的液压风扇提供持续冷却。所述方法包括调节施加到液压控制阀的螺线管的 力，以设置发动机的阀值速度。
【附图说明】
[0009] 图1是液压风扇驱动系统的示意图。
[0010] 图2表示一个示例性实施例的发动机速度和液压风扇速度的对比图。
[0011] 图3是在第一状态下的压力控制系统图。
[0012] 图4表示在第二状态下的压力控制系统图。
[0013] 图5表示在第三状态下的压力控制系统图。
[0014] 图6表示操作压力控系统的示例性方法的实施例的流程图。
[0015] 图7表示采用图3的压力控制系统的液压风扇驱动的两个泵的实施例。
【具体实施方式】
[0016] 液压风扇系统通常采用液压发动机以驱动关联的风扇。在本实施例中，由于驱动 泵的排放压力，液压风扇控制可采用电动机转矩的和风扇转矩的函数模式。风扇上的扭矩 损失主要来自摩擦转矩损失和其风力影响的转矩损失，其中，摩擦转矩包括库伦摩擦转矩 和粘性摩擦转矩。摩擦转矩可表示为：
[0017] Tf= c cfPp+cvd〇F (I)
[0018] 其中，Cci是库伦摩擦常数，Cvd是粘性阻尼系数。W f是风扇速度，而Pp是泵排放压 力。应注意，摩擦转矩与泵排放压力和风扇速度有关。该风力影响的转矩损失可表示为：
[0019] Tw = CwiGTp ( 2 )
[0020] 其中，Cwd是由风扇的结构和几何参数决定的常数。该风扇的驱动转矩来自液压发 动机，可用以下方程表示：
[0021] Tm= P pDm n t；m (3)
[0022] 其中，n t;D1是发动机的机械转矩效率。示风扇和发动机惯性的动量，则用牛 顿定律表示的风扇的动力方程为：
[0023] PP- c'.Ju「- c JtyT = JF(0「 ( 4 )<