用于控制器具的液压系统的制作方法

背景技术：

本发明涉及用于控制滑移装载机或者相似的液压机械的器具（例如，铲斗、反向铲、推土机等）的液压系统。传统上，经由液压连接至定量泵的打开中心阀或者阀芯来控制器具。为了提高效率，变量泵（即，利用斜盘）可以替代定量泵。当使用变量泵时，必须提供附加部件（诸如，压力补偿器或者在器具阀阀芯内的附加阀通道）以连续调节泵移位。赫斯可国际公司（huscointernationalinc.）的美国专利第8,215,107号提供了一种通过将附加阀流量控制通道引入每个器具阀阀芯中来控制变量泵的斜盘角度的方法。赫斯可国际公司的美国专利第5,715,865号公开了这样一种利用单独的压力补偿器的系统。实施美国专利第5,715,865号的系统所必需的附加部件（即，每一个阀部有一个压力补偿器、换向阀等）增加了液压系统的成本和复杂性。

技术实现要素：

在一个方面中，本发明提供了一种用于控制器具的一个或者多个活塞缸的液压系统。器具阀包括至少一个阀芯，该至少一个阀芯可操作以在中间位置与打开位置之间转换。变量泵可操作以将流体从储器移动到供应管道中并且移动到至少一个阀芯。与至少一个阀芯不同并且分开的流量控制阀定位成与在变量泵与至少一个阀芯之间的供应管道成直线，并且可操作以同时向器具阀和旁路通路提供流体。旁路通路在没有介于中间的阀调的情况下从流量控制阀延伸到储器。至少一个阀芯中的每一个在处于打开位置时可操作以允许增加的流体流到器具的对应活塞缸。变量泵可操作以改变流速，从而维持穿过流量控制阀的预定泵裕度。

在另一方面中，本发明提供了一种用于控制液压系统的阀芯以致动器具的活塞缸的方法。变量泵设置为与储器容纳性流体连通。变量泵经由与阀芯不同的流量控制阀与阀芯选择性流体连通。致动阀芯以在变量泵与活塞缸之间建立流体连通。与阀芯同时致动流量控制阀以独立于阀芯位置调节通过变量泵的流速。通过经过流量控制阀向阀芯和旁路通路两者提供流体来维持穿过流量控制阀的预定泵裕度。旁路通路在没有介于中间的阀调的情况下从流量控制阀延伸到储器。

在另一方面中，本发明提供了一种用于控制器具的一个或者多个活塞缸的液压系统。器具阀包括至少一个阀芯，该至少一个阀芯可操作以在中间位置与打开位置之间转换。变量泵可操作以将流体从储器移动到供应管道中并且移动到至少一个阀芯。回流管道可操作以使流体从至少一个阀芯回到储器。与至少一个阀芯不同并且分开的流量控制阀定位成与在变量泵与至少一个阀芯之间的供应管道成直线。旁路通路在没有介于中间的阀调的情况下从流量控制阀延伸到储器。第一流动路径从变量泵、穿过流量控制阀延伸到至少一个阀芯。第二流动路径经由旁路通路穿过流量控制阀延伸到储器。变量泵可操作以改变流速，从而维持穿过流量控制阀的预定泵裕度。

通过考虑以下的详细说明和附图，本发明的其它特征和方面将变得明显。

附图说明

图1是包括器具阀的三个阀芯和变量泵的液压系统的示意图。

图2示出了图1的液压系统并且展示了由流体所采用的以便移动器具的示例性路径。

图3是流量控制阀的阀芯行程与流动面积的图表。

图4是液压系统的处于中间位置的流量控制阀的示意图。

图5是处于致动位置的流量控制阀的示意图。

图6是处于最大行程位置的流量控制阀的示意图。

在详细阐释本发明的任何实施例之前，要理解，本发明并不限于本发明在以下说明中所陈述的或者在附图中所示出的构造细节和部件布置中的应用。本发明可以具有其它实施例或者能够按照各种方式被实践或者执行。同样，要理解，本文所使用的措词和术语是以描述为目的并且不应该被视为是限制性的。

具体实施方式

液压系统20包括储器24，该储器24配置为储存大量流体（例如，液压流体、油、水等）。与储器24流体连通的供应管道28配置为将流体从储器24输送至器具阀34的至少一个阀芯32以控制器具的消耗者或者活塞缸36的操作。图1的活塞缸36可以表示可由关闭中心阀或三位阀控制的任何液压器具的各种功能。替代地，活塞缸36可以表示多个不同器具的液压功能。替代地，诸如二位阀（即，打开、关闭）的不同的阀或者多（四个或者更多个）位阀可以控制活塞缸36。设置有回流管道40，以使流体回到储器24。如所示，供应管道28包括位于变量泵44的下游、位于阀芯32的上游、以及与变量泵44流体连通的所有管道（不包括负载感测管道88，如下面所描述的）。如所示的，回流管道40包括液压系统20的直接位于储器24上游（即，在回流管道40与储器24之间不存在阀）的所有管道。

变量泵44定位为与供应管道28成直线以将流体从储器24朝阀芯32移动。变量泵44可以是轴向活塞泵，该轴向活塞泵包括联接至斜盘48的多个活塞。斜盘48的角度能够从与最小流量或者无流量对应的最小值（例如，0度）调节至与最大流速对应的最大值，并且在最小值与最大值之间维持多个中间角位置。当处于最小值时，泵旋转，但是斜盘48阻止活塞往复运动，从而使流体不会从储器24流经变量泵44。当处于中间或者最大值（即，不包括最小值的任何值）时，由变量泵44所生成的流速相对于斜盘48的角度变化。从变量泵44，流体行进经过供应管道28到流量控制阀52。

流量控制阀52定位为与供应管道28成直线并且致动以控制变量泵44的斜盘角度。当流量控制阀52位于致动位置时，穿过流量控制阀52维持预定泵裕度（即，压差）。如图4所示，在中间位置中（即，未被致动），流量控制阀52的阀构件52a定位为阻止流体从变量泵44（即，在箭头a1处）流到供应管道28的管道部55（即，在箭头a2处）并且流到阀芯32。管道部55位于流量控制阀52与阀芯32之间。如图4中所示，当流量控制阀52位于中间位置时，流体从管道部55（即，在箭头a2处）流到回流线40（即，在箭头a3处）并且更具体地流到旁路通路51。旁路通路51在没有任何介于中间的阀调（即，流体的流量不由旁路通路51内的任何元件控制）的情况下从流量控制阀52延伸到储器24。

流量控制阀52可以是电气致动的或者电液压致动的。虽然阀芯32可以与流量控制阀52协同致动，但是流量控制阀52独立于阀芯32致动，并且与阀芯32不同并与其分开。由于流量控制阀52配置为控制斜盘角度，所以阀芯32不包括控制变量泵44的斜盘角度的任何流量控制通道。当流量控制阀52的限制被减小时，通过变量泵44的流量增加，以按照（多个）阀芯32的引导在使用器具期间维持预定泵裕度。如图5至图6所示，流量路径从泵44（即，在箭头a1处）穿过流量控制阀52以及到管道部55（即，在箭头a4处），并且阀芯32限定第一流动路径。

另外，流量控制阀52的阀构件52a包括控制槽口n1，该控制槽口n1可与阀构件52a一起移动以在室c1和c2之间提供连接。如图5中所示，移位的控制槽口n1也通过流量控制阀52将泵44（即，在箭头a1处）连接至回流线40并且进一步连接至经过阀构件52a中的另一控制槽口n2的旁路通路51。经过控制槽口n2的路径限定第二流动路径。当控制阀52位于中间位置（图4）时，从管道部55到回流线40的控制槽口n2（即，在室c2和c3之间）提供了从管道部55的处于最大流动面积的流动路径。在致动控制阀52时，减小流动面积（图5）。控制槽口n2可以在阀的行程上完全关闭。如图6所示，当阀构件52a处于最大行程时，控制槽口n2关闭第二流动路径。

图3示出了相对于阀芯行程经过阀52上的控制槽口n1、n2（即，从泵44到管道部55的连接和从管道部55到旁路通路51的连接）的流动面积的示例。如虚线所示的，当阀芯行程增加时，经过控制槽口n2到旁路通路51的流动面积将处于零阀芯移位时的最大面积减小至处于最大阀芯移位时的最小面积。如实线所示的，当阀芯行程增加时，经过控制槽口n1到管道部55的流动面积从处于零阀芯移位的最小值增加至处于全阀芯移位的最大值。因此，当控制阀52处于关闭或者中间位置（即，0mm阀芯行程）时，将管道部55或者负载感测管道88（在下面将更详细地阐释）中的任何压力释放到旁路管道51、回流管道44和储器24。

当将阀52移动至打开或者致动位置（即，不是中间位置）时，穿过阀52从泵44到管道部55的连接被打开，并且变量泵44的斜盘48旋转出来以向供应管道28提供增加的流量。同时，从管道部55到旁路通路51的连接的流动面积减小并且可完全关闭。

如图1所示，每个活塞缸36包括第一可变容量室60和与第一可变容量室60相对的第二可变容量室68，其中，活塞38位于它们之间。阀芯32向可变容量室60、68中的一个提供增加的流体压力并且排空另一个，从而移动活塞38。活塞36的液压致动控制器具的移动。

当阀芯32中的至少一个阀芯被致动打开时，流量控制阀52被致动打开。流量控制阀52可以打开与阀芯32成比例的量，但是，由于流量控制阀52与阀芯32是分开的，所以这没有必要。如图1所示，阀芯32可以是关闭中心阀，该关闭中心阀配置为在中间位置、前向位置和反向位置之间转换。将每个阀芯32朝中间位置偏置，从而，当没有经由先导压力供应线72和先导压力排空线76提供输入时，阀芯32位于中间位置。

为了将阀芯32中的一个从中间位置致动到前向位置或者反向位置（即，打开位置）中，操作对应的操作者控制（即，控制杆、按钮、踏板等）。如果，例如，操作者控制是控制杆，那么可以将控制杆向前推以在一个方向上移动器具，并且向后拉以在另一方向上移动器具。多个致动器80与先导压力供应线72和先导压力排空线76直接流体连通。致动器80可以是机电致动器或者电液压致动器。基于对操作者控制的输入，适当的致动器80操作器具阀34的对应阀芯32的主动阀布置，以从中间位置转换到前向位置或者反向位置。

另外，先导压力供应线72和先导压力排空线76经由流量控制阀致动器82与流量控制阀52流体连通。当适当的致动器80操作对应阀芯32的主动阀布置时，流量控制阀致动器82允许流体通过流量控制阀52在供应管道28中流动。流量控制阀52的打开量可以基于操作者控制的操作速度或者大小而改变。

可以同时或者独立地操作阀芯32。如图1所示，流体可以行进到阀芯32中的一个、一些或者全部。另外，液压系统可以包括比图1中所示的两个阀芯32更多或者更少的阀芯。当阀芯32中的一个位于前向位置时，通过阀芯32从供应管道28提供流体，并且将提供至第一路径56，该第一路径56与活塞缸室的第一可变容量室60流体连通。另外，当位于前向位置时，将与活塞缸的第二可变容量室69流体连通的第二路径64放置为经由阀芯32与回流管道40流体连通。因此，当将流体添加到第一可变容量室60时，流体从第二可变容量室68排到储器24。

当阀芯32位于反向位置时，通过阀芯32从供应管道28提供流体，并且提供至第二路径56，该第二路径56与活塞缸36的第二可变容量室60流体连通。另外，当位于反向位置时，将与器具的第一可变容量室60流体连通的第一路径64放置为经由阀芯32与回流管道40流体连通。因此，当将流体添加到活塞缸36的第二可变容量室60时，流体从第一可变容量室60排到储器24。阀芯32的唯一功能是选择性地提供到活塞缸36以及来自活塞缸36的流体路径。不管阀芯32的方向如何（即，前向、反向、关闭），流量控制阀52都能够独立地调节流速。流量控制阀52的使用消除了为每个阀芯32分配单独的压力补偿器或者在器具阀34的每个阀芯32中的附加阀通道的需要。

第一路径56和第二路径64中的每一个配备有限制器具所经受的最大压力的泄压阀70。如果路径56、64中的任何一个内的压力超过阈值，那么流体从路径56、64流到回流管道40和储器24。

向负载感测压力控制器92提供负载压力（即，负载感测管道88内的流体压力）。负载感测控制器92通过调节变量泵44的移位来响应负载压力的变化，从而增加或者减少供应管道28中的流量（即，通过响应于负载压力的变化来对变量泵44的斜盘角度做出较小的修改）。负载感测控制器92基于供应管道28与负载感测管道88之间的压差来改变公称斜盘角度。以这种方式，流量控制阀52上游的压力增加了对应量，从而维持穿过流量控制阀52的恒定压降。当阀芯32位于中间位置并且流量控制阀52未被致动时，将负载感测管道88排放至储器24。

利用安全阀96（即，泵断流阀）来限制最大泵压力。如果供应管道28内的压力超过阈值，那么使泵44的斜盘48旋转回来。

如图2中所示，当操作者致动操作者控制（未示出）以在一个方向上致动第一活塞缸36（即，如在图2所示的左侧的活塞缸），以便将流体添加到第一可变容量室60时，沿路径104传递流体压力。另外，流量控制阀致动器82和适当的致动器80的操作允许来自先导压力供应线72的流体压力致动流量控制阀52和第一阀芯32两者。一旦位于致动位置，就允许流体沿路径104流过流量控制阀52和供应导管28，并且越过流量控制阀52并且经由旁路通路51流回到储器24或者流回到阀芯32，其中，流体按路线发送至第一路径56。当将流体添加到第一活塞缸36的第一可变容量室60时，从第一活塞缸36的第二可变容量室68去除流体，并且通过第二路径64将流体按路线发送至阀芯32。该回流流体继续通过回流管道40和储器24。

为了在阀32、52打开之后维持泵裕度，变量泵44的斜盘48旋转出来以向供应管道28提供增加的流量。将流量控制阀52上游的流体压力传递至负载感测控制器92，以便变量泵44的斜盘48旋转以达到预定义设置值并且保持穿过流量控制阀52的泵裕度恒定。可以通过控制流量控制阀52的位置来调节通过供应管道28的流量。当操作者控制改变时，经过流量控制阀52的流体量改变，并且通过改变变量泵44的斜盘48的角度来维持穿过流量控制阀52的泵裕度。

如果同时操作多个活塞缸36，那么并行操作对应阀芯32。将流量控制阀52打开至使泵旋转出来以向多个活塞缸36提供足够流量的位置。

图2被简化以仅仅示出操作所必需的流体流量；然而，流体压力建立抵靠关闭阀。如所示，图2所示的方案假设所有泄压阀70和安全阀96都处于关闭位置。