具有负载保持旁路的无计量液压系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种具有负载保持旁路的无计量液压系统（46），具有泵（50）、液压致动器（22）以及第一通道和第二通道（56，58），第一通道和第二通道（56，58）以闭环方式将泵流体地连接到液压致动器上。液压系统还可具有控制阀（132）以及配置为选择性地锁定液压致动器移动的负载保持阀（86，88）。负载保持阀可包括阀组（102），阀组（102）至少部分地形成泵通道（90）、致动器通道（92）、控制通道（96）、连接致动器通道和控制通道的限制通道（94）、以及连接致动器通道和控制通道的旁路通道（109）。负载保持阀还可包括在第一位置和第二位置之间是可移动的阀元件（100），在第一位置中，在泵和液压致动器之间的流动受到阻断，在第二位置中，允许流体在泵和液压致动器之间流动，其中阀元件被弹簧偏压向第一位置。
【专利说明】具有负载保持旁路的无计量液压系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种液压系统，并且更具体地涉及一种具有负载保持旁路功能的无计量液压系统。
【背景技术】
[0002]传统的液压系统包括泵，该泵从一个液压油缸中抽吸低压流体，对流体进行加压，并使得经加压的流体可用于多个不同的致动器以用于使得致动器移动。在这种布置中，可以通过选择性地节流(即，限制)从泵进入到每个致动器的加压流体流，以此来独立地控制每个致动器的速度。例如，为了以高速移动特定的致动器，仅少量限制从泵进入致动器的流体的流量。与此相反，为了以低速移动同一个或另一个致动器，则增加置于流体流量上的限制。尽管适用于许多应用，使用流体限制来控制致动器的速度可以造成流动损失，流动损失降低了液压系统的整体效率。
[0003]已知一种可选类型的液压系统是无计量液压系统。无计量液压系统通常包括以闭环的方式连接到单个致动器上或连接到一对串联运行的致动器上的泵。在操作期间，泵从(多个)致动器的一个腔室中抽吸流体并将经加压的流体排出到同一(多个)致动器的相对腔室中。为了以高速移动(多个)致动器，泵以较快的速度排出流体。为了以低速移动致动器，泵以较慢的速度排出流体。无计量液压系统通常比传统的液压系统更加高效，因为(多个)致动器的速度是通过泵操作而不是流体限制进行控制的。也就是说，控制泵仅排出所需量的流体以便以期望的速度移动(多个)致动器，而不需要对流体流量进行节流。示例性的无计量液压系统公开在于2009年7月2日出版的Cherney等人的美国专利公开第2009/0165450号(下称’ 450出版物)中。
[0004]虽然是对传统液压系统的改善，但是’ 450出版物的无计量液压系统可能仍然达不到最佳。特别地，’450出版物的液压系统可能经受在过渡操作期间(即，在受阻模式与超越模式之间的过渡操作期间)的不稳定性、在超越模式中的操作期间的泵超速、和/或在负载保持操作期间由于无法缓解系统压力造成的破坏性的压力峰值。
【发明内容】
[0005]本实用新型的液压系统旨在解决上述提出的问题中的一个或多个。
[0006]在一个方面中，本实用新型公开了一种负载保持阀，该负载保持阀可包括阀组，阀组至少部分地形成泵通道、致动器通道、控制通道、连接致动器通道和控制通道的限制通道、以及连接致动器通道和控制通道的旁路通道；负载保持阀也可包括阀元件，阀元件设置在阀组内并且在第一位置和第二位置之间是可移动的，在第一位置中，流体在泵通道和致动器通道之间的流动受到阻断，在第二位置中，允许流体在泵通道和致动器通道之间流动。
[0007]在另一个方面中，本实用新型公开了一种具有负载保持旁路的无计量液压系统，该液压系统可包括泵、液压致动器以及以闭环方式将泵流体地连接到液压致动器上的第一通道和第二通道；液压系统还可包括控制阀以及负载保持阀，负载保持阀与第一通道和第二通道中的至少一个相关联并被配置成选择性地锁定液压致动器的移动；负载保持阀可具有:阀组，其至少部分地形成与泵流体连通的泵通道；致动器通道，其经由第一通道和第二通道中的一个与液压致动器流体连通；控制通道，其与控制阀流体连通；限制通道，其流体地连接致动器通道和控制通道；以及旁路通道，其连接致动器通道和控制通道；负载保持阀还可具有阀元件，阀元件设置在阀组内并且在第一位置和第二位置之间是可移动的，在第一位置中，流体在泵和液压致动器之间的流动受到阻断，在第二位置中，允许流体在泵和液压致动器之间流动，其中，阀元件被弹簧偏压向第一位置。
[0008]其中，所述负载保持阀还包括单向元件，所述单向元件设置在所述旁路通道内并且被配置为允许流体在一个方向中仅从所述控制通道流至所述致动器通道。
[0009]其中，所述阀元件是提升型元件，所述提升型元件具有:突出部分，其总是与所述致动器通道流体连通；基部，其总是与所述控制通道流体连通；以及台肩部分，其总是与所述泵通道流体连通。
[0010]其中，作用在所述阀元件的所述基部上的流体产生将所述阀元件推向所述第一位置的力；以及，作用在所述阀元件的所述突出部分和所述台肩部分上的流体共同产生将所述阀元件推向所述第二位置的力。
[0011]所述基部的压力区域大于所述突出部分的压力区域。
[0012]进一步的，所述具有负载保持旁路的无计量液压系统还包括:液压油缸和控制器，所述控制器与所述控制阀连通并且被配置为使得所述控制阀选择性地在第一位置和第二位置之间移动，所述第一位置是所述控制通道与所述液压油缸流体连通的位置，所述第二位置是所述控制通道从所述液压油缸被阻断的位置；其中，当所述控制通道与所述液压油缸流体连通时，允许所述负载保持阀的所述阀元件移动到所述第二位置；以及，当所述控制通道从所述液压油缸被阻断时，所述负载保持阀的所述阀元件被推向所述第二位置。
[0013]又进一步的，所述具有负载保持旁路的无计量液压系统还包括:操作者接口设备，其中所述控制器被配置成基于来自所述操作者接口设备的输入，选择性地使所述控制阀移动。
[0014]当操作者停止通过所述操作者接口设备请求所述液压致动器的移动时，使得所述控制阀移动到所述第一位置。
[0015]所述负载保持阀是与所述第一通道相关联的第一负载保持阀；并且，所述液压系统包括第二负载保持阀，所述第二负载保持阀与所述第一负载保持阀相同并且与所述第二通道相关联。
[0016]进一步的，所述具有负载保持旁路的无计量液压系统还包括:压力释放阀，其被配置成选择性地释放来自在所述负载保持阀和所述液压致动器之间的位置处的流体的压力；以及，分解器，其被配置成基于所述流体的压力选择性地将来自所述泵和所述负载保持阀之间的流体和来自所述负载保持阀和所述液压致动器之间的流体弓I导到所述压力释放阀。
[0017]本实用新型所公开的液压系统可适用于其中需要改进液压效率和性能的任何机械，并通过使用无计量技术提供改进的效率，以及通过选择性地使用新型主回路和充注回路提供增强的性能。
【专利附图】
【附图说明】[0018]图1是一种示例性的公开的机械的示意图；
[0019]图2是可与图1中的机械一起使用的一种示例性的公开的液压系统的示意图；
[0020]图3-图5是形成图2的液压系统的一部分的示例性的公开的负载保持阀的横截面示意图；
[0021]图6是图2的液压系统的一部分的放大示意图；
[0022]图7是构成图2的液压系统的一部分的示例性的公开的位移控制阀的横截面图；
[0023]图8是可与图1的机械一起使用的另一种示例性的公开的液压系统的示意图。
【具体实施方式】
[0024]图1示出了一种示例性的机械10。机械10可以是固定的或移动的机械，其执行与一个行业(如矿业、建筑、农业、运输或本领域中已知的其它行业)相关联的某一类型的操作。例如，机械10可以是运土机，例如挖掘机(如图1中示出的)、反铲挖土机、装载机或自动平地机。机械10可包括电源12、由电源12驱动的工具系统14以及定位成用于手动控制工具系统14和/或电源12的操作者站16。
[0025]工具系统14可包括受到液压致动器22 (以下称为液压缸22)作用以移动作业工具18的联动装置。例如，工具系统14可包括悬臂20和吊杆24,悬臂20通过一对相邻的、双动式的液压缸22 (图1中仅示出一个)围绕水平悬臂轴(未示出)竖直枢转，吊杆24通过单一的、双动式的液压缸28围绕杆轴26竖直枢转。工具系统14还可包括连接成使得作业工具18围绕工具轴32竖直枢转的单一的、双动式液压缸30。在一个实施例中，液压缸30可在头端30A处连接到吊杆24的一部分上，并在相对的杆端30B处借助于动力联动装置34连接到作业工具18上。悬臂20可枢转地连接到机械10的框架36上，而吊杆24可枢转地将工具18连接到悬臂20上。应当指出，根据需要，其它类型和配置的联动装置和致动器可与机械10相关联。
[0026]操作者站16可包括接收来自机械操作者的输入指示的设备，该输入指示所需的机械操纵。具体地讲，操作者站16可包括位于靠近操作者座位(未示出)处的一个或多个操作者接口设备37，例如操纵杆、方向盘或踏板。通过产生指示所需机械操纵的位移信号，操作者接口设备37可启动机械10的移动，例如行进和/或工具移动。当操作者移动接口设备37时，操作者可实现在所需方向上的具有所需速度和/或具有所需力的相应的机械移动。
[0027]为了简单起见，图2示出了仅液压缸22的组成和连接。但是，应当指出，如果需要的话，液压缸28、30和/或机械10的任何其它液压致动器可具有类似的组成和以类似的方式液压地连接。
[0028]如图2所示，液压缸22可包括管38和布置在管38内的活塞组件40，以形成第一腔室42和相对的第二腔室44。在一个实例中，活塞组件40的杆部分40A可延伸通过第二腔室44的一端。这样，可认为第二腔室44是液压缸22的杆端腔室，同时可认为第一腔室42是头纟而腔室。
[0029]第一腔室42和第二腔室44中的每一个可选择性地被供应加压流体并排出加压流体以使得活塞组件40在管38内移位，由此改变液压缸22的有效长度并移动(即，升和降)悬臂20 (参照图1)。流入和流出第一腔室42和第二腔室44的流体的流速可涉及到液压缸22的平移速度和悬臂20的旋转速度,而第一腔室42和第二腔室44之间的压力差可涉及由液压缸22施加在悬臂20上的力以及由悬臂20施加在吊杆24上的力。液压缸22的伸展和回缩可用作协助以不同的方式移动悬臂20 (例如，分别升和降悬臂20)。
[0030]为了帮助调节第一腔室42和第二腔室44的填充和排空，机械10可包括具有多个相互连接和相互配合的流体部件的液压系统46。液压系统46可包括:主回路48，其被配置成以大致闭环的方式将泵50 (以下称为主泵50)连接到液压缸22上；充注回路52，其被配置成选择性地积聚来自主回路48的过量流体以及将补偿流体排放到主回路48中；以及控制器54，其被配置为响应于通过接口设备37接收到的来自操作者输入的对主回路48和充注回路52的操作进行控制。
[0031 ] 主回路48可包括形成主泵50和液压缸22之间的大致闭环的头端通道(第一通道)56和杆端通道(第二通道)58。在伸展操作中，头端通道56可填充有通过主泵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。与此相反，在回缩操作过程中，杆端通道58可填充有通过主泵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。
[0032]主泵50可具有可变的位移，并且被控制以从液压缸22中抽吸流体和在特定的升高压力下在两个不同的方向中将流体排放回液压缸22。S卩，主泵50可包括冲程调节机构60，例如，旋转斜盘，其中，基于液压缸22的所需速度对旋转斜盘的一个位置进行水力一机械式的调节，从而改变主泵50的输出(例如，排出速率)。主泵50的位移可以在第一方向中由零位移位置调节到最大位移位置中，在零位移位置中，基本上没有流体从主泵50中排出，在最大位移位置中，流体以最大的速率从主泵50中排入到头端通道56中。同样地，泵50的位移可在第二方向中从零位移位置中调节到最大位移位置中，在最大位移位置中，流体以最大的速率从主泵50中排入到杆端通道58中。通过例如副轴、皮带或以另一种合适的方式，主泵50可以可驱动地连接到机械10的电源12上。可选地，主泵50可间接地经由变矩器、齿轮箱、电路、或本领域中已知的任何其它方式连接到电源12上。
[0033]主泵50还可以选择性地作为电机进行操作。更具体地说，当液压缸22的伸展或回缩是与作用于悬臂20上的力在相同的方向上时，从液压缸22中排出的流体可得以提升，并用于驱动主泵50在具有或不具有来自电源12的辅助作用时进行旋转。在一些情况下，主泵50甚至能够向电源12施加能量，从而提高电源12的效率和/或容量。
[0034]本领域技术人员将理解，在液压缸22的伸展和回缩过程中，液压流体流入和流出第一腔室42和第二腔室44的相应速率可能是不相等的。即，因为杆部分40A的位置在第二腔室44内，所以与第一腔室42内的压力区域相比较，活塞组件40可具有在第二腔室44内的减小的压力区域。因此，在液压缸22回缩过程中，比可由第二腔室44所消耗的更多的液压流体可流出第一腔室42，并且在液压缸22的伸展过程中，可能需要比流出第二腔室44的更多的液压流体流入到第一腔室42。为了容纳回缩过程中多余的流体并且伸展期间需要额外的流体，主回路48可设有主补偿阀(PMV) 62、两个辅助补偿阀(SMV) 64和两个释放阀66，其中的每一个阀均通过通道67连接到充注回路52。
[0035]PMV 62可以是一种基于头端通道56和杆端通道58之间的压力差别可移动的导引式、弹簧对中的三位阀。特别是，PMV 62可以从第一位置(图2中示出)移动到第二位置中以及移动到第三位置中，在第一位置中，流体通过PMV 62的流动可受到抑制，在第二位置中，允许流体从通道67通过PMV 62进入头端通道56的流动经由补偿通道68，在第三位置中，允许流体从通道67通过PMV 62进入杆端通道56的流动经由补偿通道70。第一导引通道72可将来自补偿通道68的导引压力信号传输到PMV 62的端部，以便将PMV 62推向第二位置，而第二导引通道74可将来自补偿通道70的导引压力信号传输到PMV 62的相对端部，以便将PMV 62推向第三位置。当第一导引通道72内的压力信号足以超过第二导引通道74内的压力信号(例如，超出的量大约等于或大于PMV 62的对中弹簧偏压)时，PMV62可移向第二位置，而当第二导引通道74内的压力信号足以超过第一导引通道72内的压力信号时，PMV 62可移向第三位置。第一导引通道72和第二导引通道74中的每一个可包括固定的限制孔76，该固定的限制孔76有助于降低有可能导致PMV 62移动的不稳定的压力振荡。PMV 62可能是朝向第一位置为弹簧对中的。
[0036]应当指出的是，当PMV 62处于第一位置时，通过PMV 62的流动可能被完全阻断或仅被限于抑制了所需量的流动。也就是说，PMV 62可能包括限制孔(未示出)，如果需要的话，当PMV 62处于第一位置中时，该限制孔阻断部分或全部的流体流动。在当被命令至空挡时，主泵50不返回到完全零位移的情况下，使用限制孔可能会有所帮助。因此，任何将PMV 62的第一位置引用作为流动抑制位置的说法旨在同时包括完全阻断的情况和其中通过PMV 62的流动受到限制但仍然是可能的情况。
[0037]虽然第一导引通道72和第二导引通道74内的限制孔76可有助于减少与PMV 62相关联的不稳定性，但是它们也可能会减慢PMV 62的反应。因此，SMV 64可设置在连接通道67与头端通道56和杆端通道58的通道77内，以便提高主回路48的响应性。在本实施例中，SMV 64可以是单向型阀，在通道67分别与头端通道56和杆端通道58之间的设定压力差下操作。将理解的是，当通道67内的流体压力分别大于头端通道56和杆端通道58时，可以拔出SMV 64以允许只流入主回路48。
[0038]可提供释放阀66以允许在头端流动通道56和杆端流动通道58与通道67之间的流动，从而当流体的压力超过释放阀66的设定阈值时，允许流体从主回路48中释放进入充注回路52。释放阀66可被设置成在相对较高的压力水平下操作，以便防止损坏液压系统46，例如，仅当活塞组件40达到冲程末端的位置并且来自主泵50的流量不为零或在液压系统46的故障情况期间可能达到的水平下。在第一腔室42和第二腔室44的端口处或附近，例如，在任何负载保持单向阀和液压缸22之间的位置处，释放阀66可通过释放通道69连接到头端通道56和杆端通道58。
[0039]为了有助于降低在液压缸22的机动回缩期间主泵50超速的可能性，主回路48可设有至少一个再生阀78。再生阀78可设置在头端通道56和杆端通道58之间延伸的再生通道80内，并且可在第一位置或阻流位置(图2中示出)和第二位置或通流位置之间移动。当再生阀78处于通流位置时，可直接将从第一腔室42排出的部分或全部流体流入到第二腔室44中，而不是使得流体首先流过主泵50。在机动回缩期间，再生阀78仅可移动到通流位置，并且可通过在再生控制通道82内的流体的压力控制来液压地实现再生阀78的移动。也就是说，任何时候，当作用于再生阀78的第一端部上的由再生控制通道82内的流体所产生的力超过结合的弹簧力与作用于再生阀78的相对端部的来自导引通道84的力(SP，来自杆端通道58的流体的力)时，再生阀78可移向通流位置。下面，将结合主泵50的位移控制，对再生控制通道82内的压力的控制进行更详细的描述。[0040]第一回路48可以设置有负载保持阀86和88来抑制工具系统14 (参照图1)的无意运动。负载保持阀86、88可分别与头端通道56和杆端通道58相关联，并被配置成用于抑制流体流入液压缸22的相关联的腔室中和从液压缸22的相关联的腔室中流出，从而当机械10的操作者尚未请求液压缸22移动时，锁定液压缸22的移动。各负载保持阀86和88可包括第一位置或默认位置(图2中示出)和第二位置或活动位置，在第一位置或默认位置处，基本上不允许流体从液压缸22流动通过负载保持阀86、88，在第二位置或活动位置处，通过负载保持阀86、88的流动以及液压缸22的移动基本上不受限制。当不请求液压缸22移动时，可将负载保持阀86、88推向它们的默认位置中，并且当请求移动时，将它们移动向它们的活动位置中。
[0041]可液压地操作每个负载保持阀86、88，以便在通流位置与阻流位置之间移动。特别地，每个负载保持阀86、88可包括泵侧导引通道(PSPP)90、第一致动器侧导引通道(FASPP)92、第二致动器侧导引通道(SASPP) 94和控制导引通道(CPP) 96。限制孔98可以布置在每个SASPP 94内，SASPP 94提供对流动通过SASPP 94的流体进行限制。来自PSPP 90和FASPP 92中的加压流体可分别作用于每个负载保持阀86、88的第一端，以便将相应的阀推向其通流位置，而来自SASPP 94与CPP 96内的加压流体可与弹簧偏压一起作用在每个负载保持阀86、88的相对的第二端，以便将阀推向其阻流位置。为了方便负载保持阀86、88从它们的阻流位置朝向它们的通流位置移动，可选择性地降低CPP 96的压力，例如，通过连接到充注回路52的低压液压油缸99方式。在液压缸22的移动期间，当CPP 96连接到液压油缸99上时，来自PSPP 90和/或FASPP 92的流体可产生合力，该合力足以克服负载保持阀86、88的弹簧偏压并将负载保持阀86、88移动到通流位置上。为了将负载保持阀86、88移动到它们的默认位置或阻流位置中，CPP 96可受到流体的加压(或者至少被阻断并被允许受到来自液压缸22的流体的加压)，并且作用于负载保持阀86、88的第二端上的所产生的力结合弹簧偏压足以克服在负载保持阀86、88的相对端上产生的任何力。利用这种配置，即使工具系统14被装载并在液压缸22上产生力，由装载所造成的在负载保持阀86、88与液压缸22之间的任何压力积累可通过FASPP 92和SASPP 94传递到负载保持阀86、88的第一端和第二端两端上，从而相互抵消并允许CPP 96中的压力来控制负载保持阀86、88的运动。事实上，在一些实施例中，暴露于SASPP 94的负载保持阀86、88的压力区域可大于暴露于FASPP 92的压力区域，使得对于给定的压力积累而言，由工具系统14的装载所造成的任何压力积累实际上可产生更大的阀闭合力(即，将负载保持阀86、88推向它们的阻流位置的更大的力)。将在下面更详细地讨论把CPP 96选择性地连接至液压油缸99的细节。
[0042]—种实施例的负载保持阀86不于图3-图5中。虽然图3_图5中仅不出了负载保持阀86，但应注意的是，如果需要的话，相同的结构可类似地与负载保持阀88相关联。在图示的实施例中，负载保持阀86可以是具有提升元件(阀元件)100的提升型阀，提升元件100在阻流位置(在图3中示出)与通流位置(在图4中所示)之间在阀组102内是可移动的，在阻流位置中，提升元件100的突出部分104与阀组102的阀座106相接合，在通流位置中，该突出部分104远离阀座106。
[0043]图3示出了在机械10的操作者没有通过接口设备37请求液压缸22的移动时间期间的处于阻流位置中的负载保持阀86。在这个时间点上，由于操作者没有做出请求，主泵50可以减少冲程到约零位移位置，使得PSPP 90内的流体的压力很低并产生较小的力(如果有的话)，并将提升元件100推向通流位置。在此同时，通过工具系统14作用在液压缸22上的负载可在第一腔室42内产生被传输到FASPP 92的相对高的压力。该高压流体可传递到突出部分104，以及通过SASPP 94传递到提升元件100的基部107。由于CPP 96可以在这个时候受到加压(即，没有连接到液压油缸99)，并且因为当与突出部分104相比时，基部107可具有更大的压力区域，所以，由加压流体在基部107处产生的阀闭合力可大于由相同的流体在突出部分104处所产生的阀打开力。因此，提升元件100可移动到和/或保持在图3中所示的阻流位置中。
[0044]图4示出了在操作者通过接口设备37请求液压缸22的移动时间期间的处于通流位置中的负载保持阀86。在这个时间点上，主泵50可以是被引导到液压缸22内的加压流体，并且CPP 96可连接到液压油缸99上。作用于提升元件100的台肩部分108和突出部分104上的高压流体结合到基部107的低压连接可产生力的不平衡，导致提升元件100移向和/或保持在图4中所示的通流位置中。应当指出的是，即使来自主泵50的高压流体可通过SASPP 94传递到基部107，限制孔98可通过SASPP 94限制流量，使得压力不会显著建立在基部107上并影响(即，抑制)此时提升元件100到通流位置中的移动。
[0045]图5示出了处于与液压系统46的故障相关联的位置中的负载保持阀86。也就是说，任何时间PSPP 90受到加压，则CPP 96—般应与液压油缸99连接。然而，可能存在这种情况不发生的一些情形。例如，当主泵50被命令至零位移，但是，由于某种原因或其他原因，主泵50没到达零位移时(例如，当位移致动器134被卡住时)，或当CPP 96不知何故变得无意中压紧关闭时，在CPP 96受到加压的同时，PSPP 90可受到加压。在这种情况下，在将阀元件100驱动到闭合位置或阻流位置后，来自主泵50 (B卩，来自PSPP 90)的经加压的流体可作用于突出部分104和台肩部分108，以便将阀元件100推向通流位置，同时阀元件100的移动可迫使来自CPP 96的流体通过SASPP 94和限制孔98从CPP 96进入FASPP 92。然而，由于孔98的限制作用，流体从CPP 96进入FASPP 92的这种流动可能太慢，造成CPP96和/或PSPP 90内的过度压力峰值。为了有助于降低这些在故障条件下的过度压力峰值，也可允许来自CPP 96中的流体通过旁路通道109和止回阀110流入FASPP 92。
[0046]返回到图2，充注回路52可包括流体连接至如上所述的通道67的至少一个液压源。例如，充注回路52可包括充注泵112和/或积聚器114，这两者可通过公用通道116流体连接至通道67以向主回路48提供补偿流体。充注泵112可实施为例如一种发动机驱动的固定位移泵，被配置为从液压油缸99中抽吸流体、加压流体、并通过公用通道116将流体排放到通道67中。积聚器114可实施为例如压缩气体、膜/弹簧或囊式积聚器，被配置为积聚来自公用通道116的加压流体并将加压流体排放到公用通道116中。无论是来自充注泵112或来自主回路48 (B卩，来自主泵50和/或液压缸22的操作)的过量液压流体，可借助于设置在返回通道120中的充注导阀118被引导到积聚器114中或液压油缸99中。作为公用通道116和通道67内的流体压力的结果，充注导阀118可从阻流位置朝向通流位置移动。
[0047]如图2和图6中所示,压力释放阀122可设置在延伸在共同通道116和返回通道120之间的排放通道124内，以调节从充注回路52流入液压油缸99的流体流量，并且限制孔123可设置在通道67与排放通道124之间的公用通道116内。压力释放阀122可以是导引式和弹簧偏压的，以在第一位置和第二位置之间移动，在第一位置中，抑制了流体流入液压油缸99，在第二位置中，允许流体从公用通道116流入返回通道120中。压力释放阀122可弹簧偏压向第一位置，并且当作用于压力释放阀122上的压力产生超过压力释放阀122的弹簧偏压的力时，可朝向第二位置移动。分解器126可布置成选择性地通过导引通道128、130传递来自带有压力释放阀122的头端通道56和杆端通道58中的较高压力者的导引信号，以允许该信号作用于压力释放阀122并将压力释放阀122推向第二位置。限制孔123可有助于抑制公用通道116内的压力振荡，并在一定程度上将流体补偿操作从与主泵50相关联的位移控制操作中分隔开。当压力释放阀122移动到其第二位置或通流位置中时，在限制孔123的下游的通道116内的流体的压力可能会下降到使位移致动器134达到较小的位移值(可能为零)。这会发生在例如，当液压缸22到达其冲程位置的末端或者是相对于足够高的负载作用时。应当注意，如果需要的话，上述过载的形式也可以实现为功率过载，在此期间不分解回路的压力而是同时操作使位移致动器134的位移达到零值。
[0048]图6示出了被配置为影响主泵50的位移控制和负载保持阀86、88的操作的充注回路52的一部分。特别地，图6示出了被配置为控制位移致动器134的运动的位移控制阀132，位移致动器134机械地连接到主泵50的冲程调节机构60上。在图示的实施例中，位移控制阀132是一种电磁致动的三位阀,其可响应于来自控制器54的控制信号借助于导引压力移动(参照图2)。然而，应当指出的是，虽然位移致动器134被示出和描述为电动液压控制的，但是可以预期的是如果需要的话位移致动器134也可以是纯机械或水力机械控制的。
[0049]当位移控制阀132处于第一位置(在图6中示出)时，第一腔室136和第二腔室140内的压力可以是基本上平衡的(即，第一腔室136和第二腔室140可能会暴露在基本上类似的压力下)，这样，位移致动器134被弹簧偏压向空挡位置，该空挡位置将主泵50的位移返回至零位移。特别地，当位移控制阀132处于第一位置时，第一腔室136和第二腔室140可与通向充注泵112和积聚器114的公用通道116流体连通，并且同时与通向液压油缸99的返回通道120连通。第一腔室136和第二腔室140两者同时连接到公用通道116和返回通道120可允许第一腔室136和第二腔室140内具有小于公用通道116的全压力的等量的压力积累。在第一腔室136和第二腔室140内的该相等的和略微提升的、但有限的压力(例如，约2-3兆帕)可便于位移控制阀132移动至空挡位置，同时也提供了在位移控制阀132随后移动到第二位置或第三位置期间主泵50的快速位移响应。当位移控制阀132移动到第一位置时，再生控制通道82也可连接到公用通道116和返回通道120上。因为当位移控制阀132处于第一位置时，再生控制通道82可排出流体(或至少暴露在较低的压力下)，所以再生阀78可被弹簧偏压到其阻流位置中，从而抑制流体通过再生通道80从杆端通道58流动至头端通道56。CPP 96可在此时受到位移控制阀132阻断，以便于负载保持阀86、88移动到其流阻位置中。
[0050]当位移控制阀132处于第二位置(S卩，与图6中的位移控制阀132远离第一位置的向下运动相关联的位置)时，可允许流体从充注泵112和/或积聚器114经由公用通道116和导引通道139流入位移致动器134的第二腔室140，以推动位移致动器134在由箭头142所指示的第一方向中移动。与此同时，可允许流体从位移致动器134的第一腔室136、从与再生阀78相关联的再生控制通道82、以及从与负载保持阀86相关联的CPP 96经由控制通道137和返回通道120排入液压油缸99中。因为当位移控制阀132处于第二位置时再生控制通道82可排出流体，再生阀78可被弹簧偏压到其阻流位置中，从而抑制流体经由通道80从杆端通道58流至头端通道56。CPP 96可在此时解除阻断，以便于负载保持阀86、88移动到其通流位置中。
[0051]当位移控制阀132处于第三位置(B卩，与图6中的位移控制阀132远离第一位置的向上运动相关联的位置)时，可允许流体从充注泵112和/或积聚器114经由公用通道116和导引通道137流入位移致动器134的第一腔室136，以推动位移致动器134在由箭头138所指示的第二方向中移动并进入再生控制通道82。与此同时，可允许流体经由导引通道139从位移致动器134的第二腔室140排出并从负载保持阀86、88经由返回通道120进入液压油缸99。因为当位移控制阀132处于第三位置时，可使用流体加压再生控制通道82，再生阀78可移动到其通流位置中，从而允许流体从杆端通道58经由再生通道80流到头端通道56。CPP 96可在此时解除阻断，以便于负载保持阀86、88移动到其通流位置中。
[0052]位移控制阀132可弹簧偏压向第一位置，并基于来自控制器54的信号,经由导引通道144选择性地由来自公用通道116的作用于位移控制阀132的端部上的加压流体移动到第二位置和第三位置中。当位移控制阀132分别处于第一位置和第二位置中时，加压流体流入位移致动器134的第一腔室136和第二腔室140可能影响位移致动器134的运动。本领域的技术人员将会理解，位移致动器134的运动可控制冲程调节机构60的位置，并且因此控制主泵50的位移和流体流过头端通道56和杆端通道58的相关联的流速和方向。当位移控制阀132处于第一位置时，冲程调节机构60可由偏置力居中或“居零”，使得主泵50可具有基本为零的位移(即，使得主泵50可使很少(如果有的话)的流体移位到头端通道56和杆端通道58中的任一个中)。当位移控制阀132处于第二位置时，冲程调节机构可向上偏移(相对于图6的实施方式)，以提供主泵50的正位移(流体流入头端通道56的位移)，所得的冲程调节机构60的角度或位置确定了发生位移的流体的量。当位移控制阀132处于第三位置时，冲程调节机构可向下偏移(相对于图6的实施方式)，以提供主泵50的负位移(流体流入杆端通道58的位移)，所得的冲程调节机构60的角度或位置确定了发生位移的流体的量。
[0053]在操作过程中，机械10的操作者可利用接口设备37 (参照图2)来向控制器54提供信号，该信号识别液压缸22的所需运动。基于一个或多个信号(包括来自接口设备37的信号)以及例如液压缸22的当前位置，控制器54可命令位移控制阀132行进到第一至第三位置中的指定的一个。
[0054]图7示出了位移控制阀132的物理实施例。在该实施例中，位移控制阀132可包括可滑动地设置在固定的笼形部分148内的阀元件，例如阀芯146。固定的笼形部分148可位于阀组149内，并至少部分地形成通道82、96、116、120、137、139和144，使得当阀芯146在固定的笼形部分148内纵向向上和向下滑动(相对于图6)时，这些通道的不同组合可以相互连接。例如，图6示出了位移控制阀132的第三位置，其中，阀芯146向下偏移以连接来自公用通道116的加压流体与通道82和139，并连接通道137和96与返回通道120的低压。
[0055]在一些实施例中，位移致动器134可设有机械反馈设备150，该机械反馈设备150被配置为在位移致动器134被致动时调节位移控制阀132的操作状态。机械反馈设备150可包括链路152和可移动的笼形部分156，链路152被可转动地限制在中点154处，可移动的笼形部分156连接到链路152的第一端并被设置成在通道137、139处靠近固定的笼形部分148。在一些实施例中，可移动的笼形部分156实际上可形成通道137、139的一部分。链路152也可在第二端处连接到位移致动器134上，使得位移致动器134在正位移位置和负位移位置之间转换，链路152可绕中点154枢转并导致可移动的笼形部分156沿着固定的笼形部分148的外表面滑动。当可移动的笼形部分156相对于位移致动器134朝着更大位移的位置移动而相对于固定的笼形部分148滑动时，通道137和139会越来越受限制并最终被阻断。以这种方式，相对于位移控制阀132的移动，机械反馈设备150可促进位移致动器134的增量移动。
[0056]控制器54可以是单个微处理器或多个微处理器，这些微处理器包括用于基于来自机械10的操作者的输入并基于感测到的或其它已知的操作参数控制液压系统46的操作的部件。许多商业上可得到的微处理器可被配置为执行控制器54的功能。应当理解，控制器54可以很容易地实施为能够控制许多机械功能的通用机械微处理器。控制器54可包括存储器、辅助存储设备、处理器以及用于运行应用程序的任何其它部件。各种其它回路可与控制器54相关联，如电源电路、信号调节电路、螺线管驱动器电路以及其它类型的电路。
[0057]图8不出液压系统46的另一个实施例。类似于图2的实施例，图8的液压系统46包括主回路48和充注回路52。然而，与图2的实施例相反，图8中的主回路48可包括与每个压力释放阀66相关联的附加的分解器158。在此配置中，分解器158可选择性地将在负载保持阀86和88的较高压力侧的头端通道56和杆端通道58分别连接到相应的压力释放阀66上。可以设想，如果需要的话，可从图8的配置中省略通道109和/或止回阀110。利用这种结构，可提供保护，避免额外的压力峰值。
[0058]工业实用性
[0059]本实用新型所公开的液压系统可适用于其中需要改进液压效率和性能的任何机械。所公开的液压系统可通过使用无计量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型主回路和充注回路提供增强的性能。现在将对液压系统46的操作进行说明。
[0060]在机械10的操作过程中，位于站台16中的操作者可通过接口设备37的方式命令作业工具18沿所需的方向和以所需的速度进行特定的运动。连同机械性能信息，例如，传感器数据诸如压力数据、位置数据、速度数据、泵位移数据以及本领域中已知的其它数据一起，可向控制器54提供由接口设备37生成的一个或多个指示所需运动的相应的信号。
[0061]响应于来自接口设备37的信号并基于机械性能信息，控制器54可生成定向到位移控制阀132的控制信号以便将位移控制阀132移动至上述第一至第三位置中的一个中。例如，为了使得液压缸22以增加的速度伸展，控制器54可生成使得位移控制阀132以更大的程度移向第二位置的控制信号，在第二位置中，可引导来自充注回路52 (S卩，来自公用通道116)的更大量的加压流体通过位移控制阀132并进入第一腔室136。引导增加量的加压流体进入第一腔室136可能会引起位移致动器134移动以增加主泵50的正位移，这样流体以更大的速率从主泵50排出进入头端通道56。在此同时，CPP 96可通过位移控制阀132与液压油缸99连通，这样，负载保持阀86和88移动到和/或保持在它们的通流位置中，由此允许头端通道56内的加压流体进入第一腔室42内，并且允许第二腔室44内的流体通过杆端通道58被抽回到主泵50中。
[0062]为了使得液压缸22以增加的速度回缩，控制器54可生成使得位移控制阀132以更大的程度移向第三位置的控制信号，在第三位置中，可引导来自充注回路52 (B卩，来自公用通道116)的更大量的加压流体通过位移控制阀132并进入第二腔室140。引导增加量的加压流体进入第二腔室140可能会引起位移致动器134移动以增加主泵50的负位移，这样流体以更大的速率从主泵50排出进入杆端通道58。在此同时，CPP 96可通过位移控制阀132与液压油缸99连通，这样，负载保持阀86和88移动到和/或保持在它们的通流位置中，由此允许杆端通道58内的加压流体进入第二腔室44内，并且允许第一腔室42内的流体通过头端通道56被抽回到主泵50中。
[0063]在液压缸22的回缩操作过程中，流体有可能再生，此时从液压缸22的第一腔室42流出的流体压力升高(例如，在机动回缩操作过程中)。具体而言，在上述的回缩操作过程中，当位移控制阀132处于第三位置时，公用通道116的流体可与再生阀78连接。当与再生阀78连通的充注压力产生作用于再生阀78上的大于阀闭合弹簧偏压的力时，再生阀78可打开，并允许来自第一腔室42的加压流体绕过主泵50并直接流入第二腔室44中。这个操作可减少主泵50上的负载，同时仍然满足操作者的请求，从而提高了机械10的效率。
[0064]当操作者停止请求液压缸22的移动(例如，当操作者释放接口设备37)时，控制器54可相应地发出信号提示位移控制阀132移动到其第一位置或空挡位置。当位移控制阀132处于其第一位置时,第一腔室136和第二腔室140两者可同时暴露于大致相似的压力下(例如，同时连接到公用通道116和返回通道120)，由此允许位移致动器134本身居中并使主泵50减少冲程。与此同时，与负载保持阀86、88相关联的CPP 96可通过位移控制阀从液压油缸99阻断，从而允许压力在CPP 96内积累。随着压力在CPP 96内积累，最终可引起负载保持阀86、88移向它们的阻流位置，从而有效地将液压缸22保持在其当前位置中并液压地锁定液压缸22以避免运动。当机械10被关闭和/或操作者启动液压锁定开关(未示出)时，操作可能是类似的。
[0065]在液压系统46的公开的实施例中，由主泵50提供的流动可以是基本上不受限制的，这样不会有大量的能量不必要地浪费在致动过程中。因此，本公开的实施方式可以提供改进的能源使用和守恒。此外，液压系统46的无计量操作可允许减少或甚至完全消除用于控制与液压缸22相关联的流体流量的计量阀。这种减少可能导致不那么复杂的和/或更便宜的系统。
[0066]所公开的液压系统可提供液压缸22的稳定运行。具体地，所公开的液压系统可通过使用受限制的主补偿阀提升缸运转的稳定性。也就是说，与PMV 62相关联的限制可有助于减少在补偿操作中发生的压力振荡。特别是在当液压缸22在受阻负载和超越负载之间转换时的过渡操作期间，这些压力振荡的减少可有助于稳定液压缸22的移动。
[0067]所公开的液压系统还可提供增强的泵超速保护。特别地，在液压缸22超速运转回缩操作期间，当从液压缸22的第一腔室42中流出的流体具有升高的压力时，高度加压的流体可通过再生阀78重新返回到液压缸22的第二腔室44中，而没有流体流经主泵50，这样不仅有助于提高机械效率，而且绕过主泵50也可以降低主泵50超速的可能性。
[0068]所公开的液压系统还可以提供改进的压力保护以避免破坏性的峰值。特别地，因为可在负载保持阀86、88与液压缸22之间的位置处设置头端通道和杆端通道的压力释放，所以降低了在这些区域形成破坏性的压力峰值的可能性。
[0069]对于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。考虑到本说明书及实践所公开的液压系统，本领域内的技术人员将会理解其它的实施例。说明书和示例旨在仅仅是示例性的，真实范围由所附权利要求书及其等同物表明。
【权利要求】
1.一种具有负载保持旁路的无计量液压系统(46)，其特征在于，包括: 泵(50)； 液压致动器(22); 第一通道和第二通道(56，58)，其以闭环方式将所述泵流体地连接到所述液压致动器上; 控制阀(132);以及 负载保持阀(86，88)，其与所述第一通道和所述第二通道中的至少一个相关联，并被配置成选择性地锁定所述液压致动器的移动，所述负载保持阀包括: 阀组(102)，其至少部分地形成: 泵通道(90)，其与所述泵流体连通； 致动器通道(92)，其经由所述第一通道和所述第二通道中的一个与所述液压致动器流体连通； 控制通道(96)，其与所述控制阀流体连通； 限制通道(94)，其流体地连接所述致动器通道和所述控制通道； 旁路通道(109)，其连接所述致动器通道和所述控制通道；以及阀元件(100)，其设置在所述阀组内并且在第一位置和第二位置之间是可移动的，所述第一位置是指流体在所述泵和所述液压致动器之间的流动受到阻断的位置，所述第二位置是指允许流体在所述泵和所述液压致动器之间流动的位置，其中，所述阀元件被弹簧偏压向所述第一位置。
2.根据权利要求1所述的具有负载保持旁路的无计量液压系统，其特征在于，所述负载保持阀还包括单向元件(110)，所述单向元件(110)设置在所述旁路通道内并且被配置为允许流体在一个方向中仅从所述控制通道流至所述致动器通道。
3.根据权利要求1所述的具有负载保持旁路的无计量液压系统，其特征在于，所述阀元件是提升型元件，所述提升型元件具有: 突出部分(104)，其总是与所述致动器通道流体连通； 基部(107)，其总是与所述控制通道流体连通；以及 台肩部分(108)，其总是与所述泵通道流体连通。
4.根据权利要求3所述的具有负载保持旁路的无计量液压系统，其特征在于: 作用在所述阀元件的所述基部上的流体产生将所述阀元件推向所述第一位置的力；以及 作用在所述阀元件的所述突出部分和所述台肩部分上的流体共同产生将所述阀元件推向所述第二位置的力。
5.根据权利要求4所述的具有负载保持旁路的无计量液压系统，其特征在于，所述基部的压力区域大于所述突出部分的压力区域。
6.根据权利要求1所述的具有负载保持旁路的无计量液压系统，其特征在于，还包括: 液压油缸(99);和 控制器(54)，其与所述控制阀连通并且被配置为使得所述控制阀选择性地在第一位置和第二位置之间移动，所述第一位置是所述控制通道与所述液压油缸流体连通的位置，所述第二位置是所述控制通道从所述液压油缸被阻断的位置；其中: 当所述控制通道与所述液压油缸流体连通时，允许所述负载保持阀的所述阀元件移动到所述第二位置；以及 当所述控制通道从所述液压油缸被阻断时，所述负载保持阀的所述阀元件被推向所述第二位置。
7.根据权利要求6所述的具有负载保持旁路的无计量液压系统，其特征在于，还包括操作者接口设备(37 )，其中所述控制器被配置成基于来自所述操作者接口设备的输入选择性地使所述控制阀移动。
8.根据权利要求7所述的具有负载保持旁路的无计量液压系统，其特征在于，当操作者停止通过所述操作者接口设备请求所述液压致动器的移动时，使得所述控制阀移动到所述第一位置。
9.根据权利要求1所述的具有负载保持旁路的无计量液压系统，其特征在于， 所述负载保持阀(86)是与所述第一通道相关联的第一负载保持阀；并且 所述液压系统包括第二负载保持阀(88)，所述第二负载保持阀(88)与所述第一负载保持阀相同并且与所述第二通道相关联。
10.根据权利要求1所述的具有负载保持旁路的无计量液压系统，其特征在于，还包括: 压力释放阀(66)，其被配置成选择性地释放来自在所述负载保持阀和所述液压致动器之间的位置处的流体的压力；和 分解器(158)，其被配置成基于所述流体的压力选择性地将来自所述泵和所述负载保持阀之间的流体和来自所述负载保持阀和所述液压致动器之间的流体引导到所述压力释放阀。
【文档编号】F15B13/02GK203743137SQ201290000833
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2012年8月30日 优先权日:2011年8月31日
【发明者】帕特里克·欧普顿博斯, M·L·纳斯曼, 乔舒亚·迪尔金 申请人:卡特彼勒公司