具有力调节的闭环液压系统的制作方法

具有力调节的闭环液压系统的制作方法
【专利摘要】公开了一种液压系统(72)。该液压系统可包括单向可变排量的第一泵(76)、经由闭环的第一回路(74)连接到第一泵的第一致动器(26)和设置在第一致动器和第一泵之间的第一转换阀(94)。第一转换阀可被配置为控制通过第一致动器的流体流动方向。该液压系统还可具有经由第一回路平行于第一致动器连接到第一泵的第二致动器(42L)和设置在第二致动器和第一泵之间的第二转换阀(97)。第二转换阀可被配置为控制通过第二致动器的流体流动方向。该液压系统可进一步具有调节阀(101)，该调节阀与第一回路相连并且被配置为在第一或者第二转换阀致动期间选择性地调节第一回路的压力。
【专利说明】具有力调节的闭环液压系统
【技术领域】
[0001]本发明总的涉及一种液压系统，更具体而言，涉及一种具有力调节的闭环液压系统。
【背景技术】
[0002]常规液压系统包括一泵，该泵从箱吸入低压流体，对流体进行加压，并且使加压流体可以用于多个不同的致动器用于运动这些致动器。在这种配置中，每个致动器的速度和/或力可通过选择性地对从泵到每个致动器的加压流体流节流(即限制)而进行独立控制。例如，为了以较高速度和/或较高的力运动特定的致动器，从泵到该致动器的流体流仅仅受到少量限制。与此相反，为了以较低速度和/或较小的力运动同一个或者另一个致动器，设置在流体流上的限制增加。尽管对于多数应用来说充分，使用流体限制来控制致动器速度或者力可导致流动损失，这种流动损失会降低液压系统的总效率。
[0003]替代类型的液压系统被称为闭环液压系统。闭环液压系统一般情况下包括以闭环方式连接到单个致动器或者一对串联操作的致动器上的泵。在操作期间，泵从致动器的一个腔吸入流体并将加压流体排放到同一致动器的相对腔。为了以较高速度运动致动器，泵以较快速率排出流体。为了以较低速度运动致动器，泵以较低速率排出流体。闭环液压系统总的比常规液压系统更高效，因为与流体限制相比，致动器的速度是通过泵操作进行控制的。也就是说，将泵控制为仅仅排出以理想速度运动致动器来说必需的那么多的流体，并且不需要对流体流节流。
[0004]示例性闭环液压系统公开于2008年10月16日公开的、Griswold的美国专利公开文本US 2008/0250785 (’785公开文本)中。在’ 785公开文本中，描述了多致动器闭环液压系统。该液压系统包括第一回路和第二回路，第一回路具有以闭环方式连接到第一泵的第一致动器，第二回路具有以闭环方式连接到第二泵的第二致动器。该液压系统还包括以开环方式连接到第一和第二回路的第三泵，以向第一和第二回路提供额外流量。
[0005]如上所述的’ 785公开文本中的闭环液压系统可能不是最合适的。尤其是，该系统未公开用来调节任何一个致动器的力的方式。
[0006]本发明的液压系统旨在解决在前提出的一个或多个问题和/或现有技术中的其他问题。

【发明内容】

[0007]—方面，本发明涉及一种液压系统。该液压系统可包括单向可变排量的第一泵、经由闭环的第一回路连接到第一泵的第一致动器和设置在第一致动器和第一泵之间的第一转换阀。第一转换阀可被配置为控制通过第一致动器的流体流动方向。该液压系统还可包括经由第一回路平行于第一致动器连接到第一泵的第二致动器和设置在第二致动器和第一泵之间的第二转换阀。第二转换阀可被配置为控制通过第二致动器的流体流动方向。该液压系统可进一步包括与第一回路有关联的调节阀。该调节阀可被配置为在第一或者第二转换阀致动期间选择性地调节第一回路的压力。
[0008]另一方面，本发明涉及一种操作液压系统的方法。该方法可包括在单个方向上用第一泵排出加压流体，经由闭环的第一回路将加压流体引向第一线性致动器，以及经由第一转换阀选择性地转换通过第一致动器的流体流动方向。该方法还可包括经由闭环的第一回路将加压流体引向第二线性致动器，以及经由第二转换阀选择性地转换通过第二致动器的流体流动方向。该方法可另外包括在第一或者第二转换阀致动期间经由调节阀选择性地调节绕过第一或者第二致动器的来自第一回路的流体量。
【专利附图】

【附图说明】
[0009]图1是示例性公开的机器的立体图；和
[0010]图2是与图1中的机器一起使用的、示例性公开的液压系统的示意图。
【具体实施方式】
[0011]图1图示出具有相互配合以完成任务的多个系统和部件的示例性机器10。机器10可具体体现为固定式或者移动式机器，其进行与例如采矿、建筑、耕种、运输的行业或者本领域中已知的别的行业有关的某种类型的操作。例如，机器10可以是土工机器，诸如挖掘机(图示于图1中)、推土机、装载机、反铲挖掘机、机动平地机、自卸卡车或者别的土工机器。机器10可包括被配置为运动作业工具14的执行系统12、用于推进机器10的驱动系统
16、为执打系统12和驱动系统16提供动力的动力源18和适合于对执彳丁系统12、驱动系统16和/或动力源18进行手动控制的操作者站20。
[0012]执行系统12可包括通过线性和旋转流体致动器作用在上面来运动作业工具14的连接结构。例如，执行系统12可包括吊杆22，该吊杆是通过一对相邻的双作用液压缸26(只有一个图示于图1中)相对于工作面24绕水平轴线(未示出)竖直枢转的。执行系统12还可包括通过单个双作用液压缸32绕水平轴线30竖直枢转的斗杆(stick) 28。执行系统12可进一步包括单个双作用液压缸34，其可操作地连接在斗杆28和作业工具14之间以使作业工具14绕水平枢转轴线36竖直枢转。在所公开的实施例中，液压缸34在头端34A连接到斗杆28的一部分并且在相对的杆端34B通过动力连杆37连接到作业工具14上。吊杆22在底端枢转连接到机器10的主体38上。主体38可连接到底盘39上以通过液压摆动马达43绕竖直轴线41摆动。斗杆28可通过轴30和36枢转连接吊杆22的远端和作业工具14。
[0013]数目众多的不同作业工具14可附接到单个机器10并能够由操作者控制。作业工具14可包括用来执行特定任务的任一设备，举例来说，例如铲斗(图示于图1中)、叉形装置、刮板、铲、松土器、卸料床、路刷(broom)、吹雪机、推进设备、切割设备、夹持设备或者本领域中已知的任何一种其他执行任务的设备。虽然在图1的实施例中相连以相对于机器10的主体38在竖直方向上枢转并且在水平方向上绕枢转轴线41摆动，作业工具14可替换地或者另外相对于斗杆28转动、滑动、打开和关闭或者以本领域中已知的任何一种其他方式运动。
[0014]驱动系统16可包括一个或多个被提供动力以推进机器10的牵引设备。在所公开的实施例中，驱动系统16包括位于机器10 —侧的左侧履带40L和位于机器10的相对侧的右侧履带40R。左侧履带40L可由左侧行驶马达42L驱动，而右侧履带40R可由右侧行驶马达42R驱动。可以预期的是，驱动系统16可替换地包括除了履带之外的牵引设备，诸如轮、皮带或者其他已知的牵引设备。机器10可通过在左右行驶马达42L、42R之间产生速度和/或转动方向差进行转向，而直线行驶可通过产生左右行驶马达42L、42R大体相等的输出速度和转动方向来实现。
[0015]动力源18可具体为发动机，例如，诸如柴油发动机、汽油发动机、气体燃料动力发动机或者本领域中已知的别的类型的内燃发动机。可以预期的是，动力源18可选择地具体为非燃烧动力源，诸如燃料电池、储能设备或者本领域中已知的别的来源。动力源18可产生机械能或者电能输出，该输出随后转换为液压动力用来运动执行系统12的线性和旋转致动器。
[0016]操作者站20可包括从机器操作者处接收指示希望操纵的输入的设备。尤其是，操作者站20可包括一个或多个操作者界面设备46，例如靠近操作者座位(未示出)设置的操纵杆(图示于图1中)、方向盘或者踏板。操作者界面设备46可以通过产生指示希望机器操纵的位移信号来启动机器10的运动，例如行驶和/或工具运动。当操作者运动界面设备46时，操作者可在希望方向上以希望速度和/或希望力影响相应的机器运动。
[0017]两个示例性线性致动器和两个示例性旋转致动器图示于图2的示意图中。应当注意到，虽然图示了两个特定的线性致动器和两个特定的旋转致动器，所述致动器可代表机器10的任何一个或者多个线性致动器(例如液压缸26、32、34)或者旋转致动器(左侧行驶、右侧行驶或者摆动马达42L、42R、43)。
[0018]线性致动器可各自包括管48和设置在管48内以形成第一腔52和相对的第二腔54的活塞总成50。在一个实施例中，活塞总成50的杆部分50A贯穿第二腔54的端部。因而，每个第二腔54可被认为是各个致动器的杆端腔，而每个第一腔52被认为是头端腔。每个液压致动器的第一腔52和第二腔54可选择性地由一个或多个泵供给加压流体和排出加压流体以使活塞总成50在管48内移位，由此改变致动器的有效长度来运动作业工具14。进出第一腔52和第二腔54的流体流速与每个致动器的平移速度有关，而第一腔52和第二腔54之间的压差与每个致动器施加到作业工具14上的力有关。
[0019]旋转致动器可与线性制动器类似的方式运行。也就是说，每个旋转致动器也可包括位于泵送机构(未示出)，诸如叶轮、柱塞或者系列活塞，两侧的第一和第二腔(未示出)。当第一腔由一个或多个泵填充加压流体并且第二腔同时排出流体时，可通过泵送机构上的压差促使泵送机构在第一方向上转动。相反地，当第一腔排出流体并且第二腔同时填充加压流体时，可通过压差促使泵送机构在相反方向上转动。进出第一和第二腔的流体流速可确定每个致动器的转动速度，而泵送机构上的压差幅值可确定输出转矩。虽然旋转致动器被图示为固定排量式马达，可以预期的是，如果需要，旋转致动器可选择地具体为可变排量式马达。
[0020]机器10可包括具有多个流体部件的液压系统72，这些部件与液压致动器配合以运动作业工具14和机器10。特别是，液压系统72其中可以包括流体连接第一泵76和第一线性致动器(例如液压缸26)以及机器10的第一旋转致动器(例如左侧行驶马达42L)的闭环第一回路74、流体连接第二泵80和第二线性致动器(例如液压缸32或者液压缸34)以及第二旋转致动器(例如右侧行驶马达42R或者摆动马达43)的闭环第二回路78以及选择性连接第三泵84和第一回路74或者第二回路78的第三回路82。可以预期，如果需要，液压系统72可包括其他的和/或不同的回路或者部件，例如具有一个或多个补给阀、泄压阀、压力源和/或存储设备的装载回路(charge circuit);转换阀；压力补偿阀和本领域中已知的其他回路或者阀门。
[0021]第一回路74可包括多个不同通道，这些通道流体连接第一泵76到第一线性和旋转致动器，并且在某些结构中以并联闭环方式连接到机器10的其他致动器。例如，第一泵76可经由排放通道86、进口通道88、头端通道90和杆端通道92连接到第一线性致动器。第一转换阀94可布置在排放通道86、进口通道88和头端通道90、杆端通道92之间以控制通过第一回路74的流体流动方向。第一泵76可经由排放通道86、进口通道88、第一腔通道93和第二腔通道95另外连接到第一旋转致动器上。第二转换阀97可布置在排放通道86、进口通道88和第一腔通道93、第二腔通道95之间。第一止回阀96可布置在排放通道86内以帮助确保流体单向流过第一泵76。第一调节阀101可布置在在排放通道86和进口通道88之间延伸的旁通通道103内以帮助调节第一回路74的压力，并因此帮助调节第一线性和/或旋转致动器的力。在所公开的实施例中，旁通通道103和排放通道86的连接可位于止回阀96的上游，因此，可防止旁通通道103将流体从别的回路(例如从第三回路82)旁通流入排放通道86。
[0022]第一转换阀94可包括可在三个位置之间运动的先导操作滑阀元件98。当滑阀元件98处于第一位置(图2所示的最右侧位置)时，排放通道86可与头端通道90流体连接，而进口通道88可与杆端通道92流体连接，因此来自第一泵76的流体在第一方向上流过第一线性致动器，使第一线性致动器在第一方向上(例如在延伸方向上)运动。当滑阀元件98处于第二位置(图2中所示的中间位置)时，经过第一转换阀94的流体被阻断。当滑阀元件98处于第三位置(图2所示的最左侧位置)时，排放通道86可与杆端通道92流体连接，而进口通道88可与头端通道90流体连接，因此来自第一泵76的流体在与第一方向相反的第二方向上流过第一线性致动器，使第一线性致动器在第二方向(例如在缩回方向)上运动。滑阀元件98可被弹簧偏压到第二位置，并且被先导操作以运动到第一、第二或第三位置之间的任一位置。
[0023]第二转换阀97可与第一转换阀94基本一致，并且包括可在三个位置之间运动的先导操作滑阀元件99。当滑阀元件99处于第一位置(图2所示的最右侧位置)时，排放通道86可与第一腔通道93流体连接，而进口通道88可与第二腔通道95流体连接，因此来自第一泵76的流体在第一方向上流过第一旋转致动器，使左侧牵弓I设备40L在第一方向上(例如在前进行驶方向上)运动。当滑阀元件99处于第二位置(图2中所示的中间位置)时，经过第二控制阀97的流体流被阻断。当滑阀元件99处于第三位置(图2所示的最左侧位置)时，排放通道86可与第二腔通道95流体连接，而进口通道88可与第一腔通道93流体连接，因此来自第一泵76的流体在与第一方向相反的第二方向上流过第一旋转致动器，使左侧牵引设备40L在第二方向上(例如在后退行驶方向上)运动。滑阀元件99可与滑阀元件98基本上一致。
[0024]第一调节阀101被电磁操作以运动到流动经过的第一位置和流动阻断的第二位置之间的任一位置，因此绕过第一线性和旋转致动器的、来自第一泵76的流体流速可被调节。特别是，当第一调节阀101处于流动经过位置时，来自第一泵76的所有流量可绕过第一线性和旋转致动器并经由旁通通道103返回到第一泵76，基本上没有通过第一调节阀101施加到流体上的限制。因为在第一调节阀101完全处于第一位置时几乎没有流体流阻，第一回路74内的流体压力保持在低的状态。这种低压流体可导致第一线性或者旋转致动器即使有也没多少的力大小。当第一调节阀101朝向流动阻断位置运动时，较大的阻力可施加到第一回路74内的旁通流体流上，由此使第一回路74内的所有流体压力和第一线性和旋转致动器的合力大小相应增加。因此，当机器10的操作者要求第一线性和/或旋转致动器提供更大力时，第一调节阀101可朝向流动阻断位置运动。当第一调节阀101完全运动到流动阻断位置时，基本上没有流体绕过第一线性和旋转致动器，因此全部致动器力可为操作者所用。应当注意到，当第一调节阀101完全处于流动阻断位置时，第一调节阀101不再限制经过第一回路74的任一流体流。因此，与第一调节阀101有关联的任何一种计量损耗只有在第一调节阀101进行计量时(即在除了第一或者第二位置之外的位置)才出现。止回阀200可与第一调节阀101相关联以帮助确保流体单向流过第一调节阀101。
[0025]像第一回路74 —样，第二回路78也可包括多个不同通道，这些通道流体连接第二泵80到第二线性和旋转致动器，并且在某些结构中以并联闭环方式连接到机器10的其他致动器。例如，第二泵80可经由排放通道100、进口通道102、头端通道104和杆端通道106连接到第二线性致动器。第三转换阀107可布置在排放通道100、进口通道102和头端通道104、杆端通道106之间以控制通过第二回路78的流体流动方向。另外，第二泵80可经由排放通道100、进口通道102、第一腔通道109和第二腔通道111连接到第二旋转致动器。第四转换阀113可布置在排放通道100、进口通道102和第一腔通道109、第二腔通道111之间。第二止回阀108可布置在排放通道100内以帮助确保流体单向流过第二泵80。第二调节阀117布置在在排放通道100和进口通道102之间延伸的旁通通道119内以帮助调节第二回路78的压力并因此帮助调节第二线性和/或旋转致动器的力。
[0026]第三转换阀107和第四转换阀113与第一转换阀94和第二转换阀97基本一致，并且分别包括先导操作滑阀元件110、115，这些滑阀元件可在三个位置之间运动以如上相对于第一线性和旋转致动器所述相同的方式控制第二线性和旋转致动器。第二调节阀117可与第一调节阀101基本一致，但是是电磁操作的以控制绕过第二线性和旋转致动器的来自第二泵80的流体流速。像第一调节阀101 —样，止回阀200可与第二调节阀117相关联以帮助确保流体单向流过第二调节阀117。为此，省略流量开关和压力调节操作的重复描述。
[0027]第三回路82可包括流体连接第三泵84和第一回路74、第二回路78和/或低压箱的多个不同通道。例如，第三泵84可在第一止回阀96下游的位置经由共用的排放通道114和第一回路通道116连接到第一回路74的排放通道86。可替换地，第三泵84可在第二止回阀108下游的位置经由共用的排放通道114和第二回路通道118连接到第二回路78的排放通道100。最后，第三泵84可经由共用的排放通道114和回流通道120连接到低压箱112。控制阀122可布置在共用排放通道114和第一回路通道116、第二回路通道118和回流通道120之间以控制通过第三回路82的流体流。第三止回阀124可布置在共用排放通道114内以帮助确保流体单向流过第三泵84。
[0028]第三泵84可被配置为从第一和第二回路74、78中的一个或两个中吸入流体。特别地，第三泵84可经由第一进口通道126连接到第一回路74的进口通道88，并且可经由第二进口通道128连接到第二回路78的进口通道102。第一隔离阀130可布置在第一进口通道126内，而第二隔离阀132可布置在第二进口通道128内。
[0029]控制阀122可以是具有可在三个位置之间运动的先导操作滑阀元件134的四通阀。当滑阀元件134处于第一位置(图2中所示的最左侧位置)时，共用的排放通道114可与第一回路通道116流体连接，而第二回路通道118和回流通道120基本上与共用排放通道114隔离。当滑阀元件134处于第二位置(图2中所示的中间位置)时，共用的排放通道114可基本上隔离第一回路通道116和第二回路通道118。当滑阀元件134处于第三位置(图2中所示的最右侧位置)时，共用的排放通道114可与第二回路通道118流体连接，而第一回路通道116和回流通道120可基本上与共用排放通道114隔离。
[0030]滑阀元件134可被弹簧偏压到第二位置，并且被先导操作以运动至第一、第二和第三位置之间的任一位置，因此，来自第三泵84的变量流体可流入第一回路74或者第二回路78 (即滑阀元件134是可变位置的)。当引至第三泵84的来自第一或者第二回路74、78的流体量大于第一或者第二回路74、78所需的来自第三泵84的流体量时，滑阀元件134可在再生事件(regeneration event)期间运动至第二位置,或者运动至位于第一和第二位置之间的位置或者位于第二和第三位置之间的位置(即到两者之间的位置)。
[0031]在某些情况下，卸荷阀135可与第三泵84相连。卸荷阀135可被用来在滑阀元件134的运动期间逐渐降低和/或增加共用排放通道114内的压力，由此帮助减少第一回路74、第二回路78和/或第三回路82的冲击负荷。卸荷阀135可在包括流动阻断位置和流动经过位置的两个位置之间运动。卸荷阀135可被朝着流动阻断位置电磁操作，以及被朝着流动经过位置弹簧偏压。当卸荷阀135朝着流动经过位置运动时，来自共用排放通道114的流体被逐渐地允许流入低压箱112内，由此减小共用排放通道114的压力。当卸荷阀135朝着流动阻断位置运动时，来自共用排放通道114的流体被逐渐地与低压箱112阻断，由此增加共用排放通道114的压力。
[0032]除了减小滑阀元件134运动期间不同回路的冲击负荷，卸荷阀135还可被选择性地用来从经过第三回路84的液压流体回收能量。也就是说，当高压流体经过第三泵84并且被允许经由卸荷阀135流入箱112时，驱动第三泵84所需的动力可能会减小。实际上，在某些情况下，第三泵84甚至可作为马达由流体驱动，因此加压流体内的能量可以经由第三泵84再次俘获并返回到动力源18。
[0033]第一和第二隔离阀130、132可分别配置为在流动经过位置和流动阻断位置之间运动(图示于图2中)。第一和第二隔离阀130、132可被朝着流动阻断位置弹簧偏压，并且被电磁操作以运动到流动经过位置。可以预期的是，在某些实施例中，如果需要，第一和/或第二隔离阀130、132可运动至位于流动经过位置和流动阻断位置之间的任一位置。
[0034]第一、第二和第三泵76、80、84每个都是基本相同的可变排量式泵，这些泵可被控制为从机器10的致动器吸入流体并沿单个方向以特定的升高压力将流体排放回到致动器(即，泵76、80、84可是单向泵)。泵76、80、84每个都可包括行程调节机构，例如旋转斜盘，其中该机构的位置是以致动器的希望速度为基础进行液压机械调节的由此改变输出(例如排放率)。泵76、80、84的排量可分别从零排量位置调节到最大排量位置，在零排量位置基本没有流体排出，而在最大排量位置流体以最大速率排放到排放通道86、100、114内。泵76、80、84可通过例如对轴、皮带或者以另一种合适的方式可驱动地连接到机器10的动力源18上。可选择地，泵76、80、84可经由扭矩变换器、变速箱、电路或者以本领域内已知的任何一种其他方式间接连接到动力源18上。可以预期的是，根据需要，泵76、80、84可串联(例如经过同一轴)或者并联(例如经由齿轮系)连接到动力源18上。
[0035]在机器10操作期间，操作者可利用界面设备46向控制器140提供确定各个线性和/或旋转致动器的希望运动的信号。基于一个或多个信号，包括来自界面设备46的信号和例如来自位于整个液压系统72内的各个压力传感器(未示出)和/或位置传感器(未示出)的信号，控制器140可指令不同阀的运动和/或不同泵和马达的排量变化以使特定的一个或多个线性和/或旋转致动器以希望方式(即以要求速度和/或要求力)前进到希望位置。
[0036]控制器140可具体为一个微处理器或者多个微处理器，微处理器包括用于根据来自机器10操作者的输入和感应到的或者其他已知的工作参数控制液压系统72的操作的部件。大量市场上买得到的微处理器可被配置为执行控制器140的功能。应当理解的是，控制器140可毫不困难地具体体现为能够控制多种机器功能的通用机器微处理器。控制器140可包括存储器、辅助存储设备、处理器和用于运行程序的任何其他部件。各式各样的其他回路可与控制器140相连，诸如供电回路、信号调节回路、螺线管驱动回路及其他种类的回路。
[0037]工业实用性
[0038]所公开的液压系统可适用于希望改进的液压效率和控制的任何一种机器。所公开的液压系统可通过使用闭环技术、流量共享和流量组合提供改进的效率。所公开的液压系统可通过使用压力调节提供改进的控制。现在描述液压系统72的操作。
[0039]在机器10操作期间，位于站20内的操作者可在特定方向上使界面设备46以特定量和/或特定速度倾斜从而在希望方向上以希望速度和希望的力指令作业工具14的运动。由界面设备46产生的表明希望运动的一个或多个相应信号连同机器性能信息，例如传感器数据，诸如压力数据、位置数据、速度数据、泵或者马达排量数据和本领域中已知的其他数据被提供至控制器140。
[0040]例如，响应于来自界面设备46的表明希望以递增速度提升吊杆22的信号，以及根据机器性能信息，控制器140可产生指向第一泵76的行程调节机构、第一转换阀94和/或第一调节阀101的控制信号。为了在延伸方向上以递增速度驱动第一线性致动器(例如液压缸26)，控制器140可产生第一控制信号和同步的第二控制信号，第一控制信号使第一回路74的第一泵76增加其排量并且以较高速率将加压流体排放到排放通道86内，第二控制信号使第一转换阀94的滑阀元件98运动到其第一位置(如果不是已经在第一位置的话)。如上所述，当滑阀元件98运动到其第一位置时，排放通道86可与头端通道90流体连通，而杆端通道92可与进口通道88流体连通。当来自第一泵76的流体被引入第一腔52时，来自第一线性致动器的第二腔54和/或第一回路74的另一个线性或者旋转致动器的回流流体可以闭环方式流回至第一泵76。这时，第一线性致动器的延伸速度可与第一泵76的排放率(以及旁通通道103内的流体流速)有关，而由第一线性致动器施加到作业工具14上的力可与流体压力有关。在第一线性致动器的正常延伸期间，隔离阀130可处于其流动阻断位置。图2中所示的第二线性致动器的延伸可以类似方式启动。
[0041]在第一线性致动器的最初运动期间，第一调节阀101可由控制器140指示朝向其流动阻断位置运动一距离，因此第一回路74中的压力开始形成。朝向流动阻断位置的运动范围可与界面设备46的倾斜角、速度或者其他运行特性相对应。
[0042]在延伸期间，第一线性致动器可在吊杆22上施加向上的力，该力与第一回路74内、由第一调节阀101调节的流体压力有关。可使该力增加直至吊杆22开始向上提升，此时该力可保持基本恒定。然而，在某些情况下，通过液压缸26施加的力会变得不足以在吊杆22的运动已经启动之后继续提升吊杆22，例如在作业工具14突然变得在更大程度上承担负荷。此刻，吊杆22的运动可能停止。然后为了进一步产生吊杆22的运动，要求操作者进一步操纵界面设备46，例如使界面设备46倾斜至更大角度。
[0043]当界面设备46倾斜至更大角度时，控制器140可使第一调节阀101朝向流动阻断位置运动更大距离。当第一调节阀朝向流动阻断位置运动更大距离时，较少流体可绕过第一线性致动器并且第一回路74中的压力以成比例的量增加，由此同时增加通过第一线性致动器施加到吊杆22上的力，直至吊杆22再次开始运动。以这种方式，操作者具有对第一线性致动器的力控制。第二线性致动器的力调节可以同样的方式进行调节。
[0044]为了在缩回方向上以递增速度驱动第一线性致动器(例如为了降低吊杆22)，控制器140可产生第一控制信号和同步的第二控制信号，第一控制信号使第一回路74的第一泵76增加其排量并且以较高速率将加压流体排放到排放通道86内，第二控制信号使第一转换阀94的滑阀元件98运动到其第三位置(如果不是已经在第三位置)。如上所述，当滑阀元件98运动到其第三位置时，排放通道86可与杆端通道92流体连通，而头端通道90可与进口通道88流体连通。当来自第一泵76的流体被引入第二腔54时，来自第一线性致动器的第一腔52和/或第一回路74的另一个线性或者旋转致动器的回流流体可以闭环方式流回至第一泵76。在第一线性致动器的正常缩回期间，第一隔离阀130可处于其流动阻断位置。图2中所示的第二线性致动器的缩回可以类似方式启动。
[0045]进出第一和第二线性致动器的流体流速在正常延伸和缩回操作期间是不等的。特别是，由于第二腔54内杆部分50A的定位，与第一腔52内的压力区域相比，活塞总成50在第二腔54内具有压力减小区域。因此，在液压致动器缩回期间，比第二腔54能够消耗的更多的流体从第一腔52内排出，并且在延伸期间，比被迫离开第二腔54更多的液压流体可被第一腔52消耗。为了适应延伸期间所需的另外流体，第三泵84的输出可以选择性地引入到第一和第二回路74、78内。
[0046]例如，在图2所示的第一线性致动器的延伸期间，控制器140可产生使第三回路82的第三泵84增加其排量并且以较高速率将加压流体排放到共用排放通道114内的控制信号，和/或使控制阀122的滑阀元件134向第一位置运动的控制信号。如上所述，当滑阀元件134向第一位置运动时，共用排放通道114可与第一回路通道116逐渐地流体连通，因此流体以较高速率从第三回路82流入第一回路74。当来自第三泵84的流体被引至第一回路74时，如条件允许，补给流体可从装载回路(未示出)或者第二回路78供给到第三泵84 (例如在第二线性致动器缩回期间从第二回路78供给，否则从装载回路供给)。
[0047]第一和第二旋转致动器在两个不同方向上的操作，包括通过第一和第二调节阀101、117借助于压力调节的力控制，与如上所述的第一和第二线性致动器的延伸操作和缩回操作基本上一致。因此，这些致动器的操作描述从本发明中省略。
[0048]在图2所示的第一线性致动器的缩回期间，控制器140可产生使第三回路82的第三泵84增加其排量并且以较高速率将加压流体排放到共用排放通道114内的控制信号，和/或使控制阀122的滑阀元件134向第三位置运动的控制信号。如上所述，当滑阀元件134向第三位置运动时，共用排放通道114可与第二回路通道118逐渐地流体连通，因此流体以较高速率从第三回路82流到第二回路78。当来自第三泵84的流体被引至第二回路78时，如条件允许，补给流体可从装载回路(未示出)、在第二致动器延伸期间从第一回路74和/或在第二致动器缩回期间从第二回路78供给到第三泵84。
[0049]第一和/或第二回路74、78还被配置为在特定条件下选择性地将流体引至其他回路。例如，在第一线性致动器缩回期间，当第一泵76向第二腔54供给加压流体时，第一腔52排出超过吸入第一泵76的量的流体。这时，过量流体可经由第一或者第一和第二进口通道126、128被引至第二或第三泵80、84。同样在这时，第一和第二隔离阀130、132中的一个或者两个可运动至其流体经过位置，这取决于需要加压流体的回路。该流体，尤其是被高度高压的(正如超越条件期间的情况)，可帮助减少流体接收泵的动力消耗和/或甚至被用来驱动作为马达的流体接收泵使能量回到动力源18。如果在加压流体从第一回路74排放期间第二回路78不需要加压流体，则流体可经由共用排放通道114、卸荷阀125和回流通道120引导通过第三泵84进入箱112。第二隔离阀132在这时可运动至流动阻断位置。因为共用排放通道114可在从第一和/或第二回路74、78接收流体时连接到箱112，第三泵84上的压差会很大，允许从加压流体回收大量能量。过量流体从第二回路78的排出可以类似方式运行。
[0050]在某些情况下也可能在第三回路82向第二回路78排放流体的同时让第一回路74向第三回路82排放流体。在这种情况下，当第二回路78要求的流体小于通过第一回路74供给到第三回路82的流体时，控制阀122的滑阀元件134可运动至中间位置，因此一些流体经由卸荷阀135引至箱112，而其余流体进一步传至第二回路78。相似的情况出现在流体从第二回路78排放到第三回路82期间。
[0051]在所公开的液压系统中，由不同泵提供的流量可在有关液压致动器调节期间基本上没有限制，因此在致动过程中没有大量能量的不必要浪费。因此，本申请的实施例提供改进的能量使用和保存。另外，在某些应用中，液压系统72的闭环操作允许减少乃至完全省略用于控制与线性和旋转致动器有关的流体流的计量阀。这种减少形成没那么复杂的和/或价格比较低廉的系统。
[0052]所公开的液压系统还可提供不同致动器的力调节。特别是通过调节阀101、117进行的压力控制，机器10的操作者具有作业工具14的运动可被操纵的其他方式。这种控制可提供机器10的增强性能。
[0053]对本领域技术人员来说显而易见的是，可对所公开的液压系统进行各种变型和变动。考虑说明书和所公开的液压系统的实际应用，其他实施例对本领域技术人员来说是显而易见的。例如，可以预期的是，如果需要，控制阀94、107和/或122可具体为非滑阀型阀和/或非先导操作式阀。例如，可以使用具有提升类型元件的直接电磁操作的阀。说明书和实施例被认为仅仅是示例性的，真实范围由接下来的权利要求及其等效物来表示。
【权利要求】
1.一种液压系统(72),包括: 单向可变排量的第一泵(76)； 第一致动器(26)，其经由闭环的第一回路(74)连接到第一泵； 第一转换阀(94)，其被设置在第一致动器和第一泵之间并且能够控制通过第一致动器的流体流动方向； 第二致动器(42L)，其经由第一回路平行于第一致动器连接到第一泵； 第二转换阀(97)，其被设置在第二致动器和第一泵之间并且能够控制通过第二致动器的流体流动方向；和 调节阀(101)，其与第一回路相关联并且能够在第一转换阀或者第二转换阀致动期间选择性地调节第一回路的压力。
2.如权利要求1所述的液压系统，其中，调节阀在操作者要求以较大的力运动第一致动器或者第二致动器时增加第一回路的压力。
3.如权利要求2所述的液压系统，进一步包括: 单向可变排量的第二泵(80)； 第三致动器(32)，其经由闭环的第二回路(78)连接到第二泵；和 能够以闭环方式选择性地连接至第一回路或者第二回路的单向可变排量的第三泵(84)。
4.如权利要求3所述的液压系统，进一步包括: 低压箱(112)； 卸荷阀(135)，其经由回流通道(120)连接到低压箱；和 控制阀(122)，其与第三泵相关联并且能够控制流体经由卸荷阀从第三泵流入第一回路、第二回路或者低压箱的流动。
5.如权利要求1所述的液压系统，其中，控制阀是可变位置的四通阀。
6.如权利要求3所述的液压系统，其中: 第一回路能够选择性地将流体引至第二泵和第三泵；和 第二回路能够选择性地将流体引至第一泵和第三泵。
7.如权利要求6所述的液压系统，进一步包括: 设置于第一泵和第三泵的进口之间的第一隔离阀(130);和 设置于第二泵和第三泵的进口之间的第二隔离阀(132)。
8.如权利要求6所述的液压系统，其中，当第一回路或者第二回路将流体引至第三泵时，第三泵流体连接到低压箱。
9.如权利要求3所述的液压系统，进一步包括: 设置于第一泵和第一、二致动器之间的第一止回阀(96);和 设置于第二泵以及第三致动器之间的第二止回阀(108)， 其中: 第三泵在第一止回阀和第一、二致动器之间的位置处连接到第一回路；以及 第三泵在第二止回阀以及第三致动器之间的位置处连接到第二回路。
10.一种操作液压系统(72)的方法，包括: 在单个方向上用第一泵(76)排放加压流体；经由闭环的第一回路(74)将加压流体引至第一线性致动器(26)； 经由第一转换阀(94)选择性地转换通过第一致动器的流体流动方向； 经由闭环的第一回路将加压流体引至第二致动器(42L)； 经由第二转换阀(94)选择性地转换通过第二致动器的流体流动方向；和在第一转换阀或者第二转换阀致动期间经由调节阀(101)选择性地调节绕过第一致动器或者第二致动器 的来自第一回路的流体量。
【文档编号】F15B13/06GK104011403SQ201280063485
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2012年10月12日 优先权日:2011年10月21日
【发明者】J·L·库恩, B·A·埃德勒, J·T·彼得森, M·T·维奎伦 申请人:卡特彼勒公司