專利名稱：用于控制可變排量液壓泵的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種用于控制樞轉(zhuǎn)地附接到可變排量液壓泵上的旋轉(zhuǎn)斜盤的角度的方法和裝置，更具體地涉及用于控制過中心泵(over-center pump)的旋轉(zhuǎn)斜盤的方法和裝置。
背景技術(shù)：
可變排量液壓泵廣泛用于液壓系統(tǒng)以提供用于各種應(yīng)用的加壓液壓流體。多種機(jī)器例如推土機(jī)、裝載機(jī)等很大程度上依靠液壓系統(tǒng)操作，并利用可變排量泵來提供比固定排量泵更大的控制程度。已利用各種控制方案來控制此類可變排量液壓泵的旋轉(zhuǎn)斜盤角度。2001年5月16 日申請的、授予Hongliu Du的美國專利No. 6，623，247中公開了一種這樣的控制方案。然而，提供具有過中心能力的響應(yīng)性控制方案可為有益的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面提供了一種液壓系統(tǒng)，該液壓系統(tǒng)具有具有可繞一軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)斜盤的可變排量液壓泵；配置成使旋轉(zhuǎn)斜盤繞所述軸線沿第一方向旋轉(zhuǎn)的第一液壓致動器；配置成使旋轉(zhuǎn)斜盤繞所述軸線沿第二方向旋轉(zhuǎn)的第二液壓致動器；所述第二方向與所述第一方向相反；配置成向第一致動器提供加壓流體的第一流動控制閥；和配置成向第二致動器提供加壓流體的第二流動控制閥。本發(fā)明的第二方面提供了一種用于控制可變排量液壓裝置的旋轉(zhuǎn)斜盤定向的方法，該方法包括將可變排量液壓裝置配置成通過經(jīng)第一流動控制閥將加壓流體引導(dǎo)到第一控制致動器以在旋轉(zhuǎn)斜盤上形成沿第一方向的力矩而充當(dāng)泵的第一步驟。該方法還包括將可變排量液壓裝置配置成通過經(jīng)第二流動控制閥將加壓流體引導(dǎo)到第二控制致動器以在旋轉(zhuǎn)斜盤上形成沿第二方向的力矩而充當(dāng)馬達(dá)的第二步驟，所述第二方向與所述第一方向相反。


圖1是示例性機(jī)器的側(cè)視圖；圖2是示例性傳動裝置的示意圖；圖3是示例性泵和相關(guān)的控制硬件的示意圖；圖4是位于阻流位置的示例性閥的示意圖；圖5是位于通流位置的示例性閥的示意圖；和圖6是位于排放位置的示例性閥的示意圖。
具體實施例方式圖1圖示了示例性機(jī)器10。機(jī)器10可以是執(zhí)行與諸如采礦、建筑、耕種之類的行業(yè)或任何其它行業(yè)相關(guān)的某類操作的固定或移動機(jī)器。例如，機(jī)器10可以是移土機(jī)器，例如推土機(jī)、裝載機(jī)、反鏟裝載機(jī)、挖掘機(jī)、自行平路機(jī)、自卸貨車或任何其它移土機(jī)器。機(jī)器 10還可包括發(fā)電機(jī)組、泵、船用器皿或任何其它合適的機(jī)器。參見圖1和2，機(jī)器10可包括框架12、機(jī)具14、發(fā)動機(jī)16、諸如車輪或履帶之類的牽引裝置18和用于將動力從發(fā)動機(jī)16 傳遞到牽引裝置18的傳動裝置20。如圖2所示，傳動裝置20例如可以是靜液壓傳動裝置并且可包括主泵22、馬達(dá)M 和旁通安全閥沈。根據(jù)本發(fā)明，主泵22可以是可變排量泵，例如可變排量軸向活塞泵，馬達(dá) M可以是固定排量液壓馬達(dá)。然而，馬達(dá)M可以替代地為可變排量馬達(dá)。傳動裝置20還可包括向旋轉(zhuǎn)斜盤控制硬件30提供加壓流體的加料泵觀，該旋轉(zhuǎn)斜盤控制硬件30在圖3 中更詳細(xì)地示出。根據(jù)其中馬達(dá)M為固定排量馬達(dá)的實施例，傳動裝置20的速度和扭矩控制可至少部分地通過調(diào)節(jié)泵22的排量來完成。對于可變排量軸向活塞泵，通過改變旋轉(zhuǎn)斜盤32 的傾斜角度來控制排量，如圖3所示。圖3還圖示了能夠控制旋轉(zhuǎn)斜盤32的角度的控制硬件30。如圖3所示，旋轉(zhuǎn)斜盤32繞旋轉(zhuǎn)斜盤樞轉(zhuǎn)點34傾斜。旋轉(zhuǎn)斜盤32由配置成分別從兩個控制閥40、42接收加壓流體的兩個液壓控制致動器36、38致動。在圖示的實施例中， 控制閥40、42是三向流動控制閥，用于控制加壓流體在加壓流體源、控制致動器36、38和低壓儲器例如罐46之間的流動。在圖示的實施例中，加壓流體源是加料泵觀。每個控制致動器36、38均可包括配置在腔室52中的活塞50?；钊?0在旋轉(zhuǎn)斜盤32上施力。兩個活塞50所施加的力在旋轉(zhuǎn)斜盤32上形成相反的力矩，并且活塞50的運動改變旋轉(zhuǎn)斜盤32的傾斜角度α。旋轉(zhuǎn)斜盤角度α可如本領(lǐng)域中可公知的通過旋轉(zhuǎn)斜盤角度傳感器進(jìn)行監(jiān)控?；钊?0的運動通過加壓流體進(jìn)入和離開相應(yīng)的腔室52來實現(xiàn)。 加壓流體流入和流出腔室52由控制閥40、42控制?？刂崎y40、42可以是具有閥芯44的流動控制閥，所述閥芯可在允許加壓流體在加料泵28與相應(yīng)的控制致動器36、38之間流動的通流位置、將相應(yīng)的控制致動器36、38與加料泵28和罐46兩者基本上液壓地隔離的阻流位置、以及允許流體從相應(yīng)的控制致動器36、 38流向罐46的排放位置之間移動?？刂崎y40、42也可是平滑調(diào)整的，使得可在通流位置、 阻流位置和排放位置之間實現(xiàn)任何數(shù)量的位置。閥芯44可由螺線管48或本領(lǐng)域中公知的其它致動裝置致動。在所描繪的實施例中，螺線管48的致動力可由彈簧M對抗。圖4圖示了位于阻流位置的控制閥40、42。如圖所示，當(dāng)閥芯44位于阻流位置時， 基本上既防止了流體從加料泵28通至相應(yīng)的控制致動器36、38，又防止了流體從相應(yīng)的控制致動器36、38通至罐46。在圖4-6中，Pt代表與罐46直接連通的液壓壓力，Ps代表與加料泵觀直接連通的液壓壓力，Pc代表與控制致動器36、38直接連通的液壓壓力。可從下式 1計算閥芯上的穩(wěn)態(tài)力平衡。(1) Fsolj0 = ksprg (χ0+ δ precomp)在式1中，F(xiàn)-,。是螺線管48力；Ksprg是彈簧剛度；δ precomp是螺線管48力為零時的彈簧預(yù)壓縮量；且&是在阻流位置的閥芯位移。螺線管48的力通?？筛鶕?jù)下式2表達(dá)。(2)Fsol,0 = kisibias在式2中，kis是穩(wěn)態(tài)螺線管48電流-力增益且ibias是螺線管48電流。因此，在式2成立的情況下，可根據(jù)下式3計算用于維持阻流位置的穩(wěn)態(tài)螺線管48電流，即偏壓電流。
k( 3 ) Ihias = f ( + U圖5圖示了位于通流位置的控制閥40、42?？筛鶕?jù)下式4描述在該通流位置的螺線管48力。(4) Fsol = ksprg ( Δ χ+χ0+ δ precomp) +CffA ( Δ χ) (Ps-Pc)在式4中，Δ χ是閥芯44離開其阻流位置的位移；Cff是閥流體力系數(shù)；且A是閥計量面積，其取決于閥芯44的位置。結(jié)合式1-4，可根據(jù)下式5表達(dá)iS()1。
,，、k(k Ax + CffA(Ax)(P - P))( 5 ) isol = ihias + Aisol = f (x。+ Sprecomp) + ^K——α、Λ -圖6圖示了位于排放位置的控制閥40、42，其中允許流體從控制致動器36、38流向罐46。在這種情況下，穩(wěn)態(tài)流體力抵抗彈簧M工作，而不是像通流位置的情況下那樣抵抗螺線管48。因此，我們可獲得如下式(6)中表達(dá)的穩(wěn)態(tài)螺線管電流。
「 ι fi；、 ·.丄 λ’ Kr (丄 χ 、. (ksprgAx-Cff A(Ax)(Ps-Pc))K 6 ) Isol = Ihias + Aisol =-7^( + ^precomp) + -i^-—-
liLsliLs兩個控制閥40、42可在它們的阻流位置周圍被相應(yīng)控制。對控制閥40、42使用兩個三向流動控制閥提供了大的靈活量以與流體計量要求相匹配。對于閉環(huán)反饋控制，可根據(jù)下式(7)和(8)來表達(dá)用于兩個螺線管48的控制電流。(7) Isoll = Ibias^f1(Ae)(8) Isol2 = ibias2-f2 (Ae)其中(Ae)和& (Ae)是通過所采用的控制定律計算出的控制效力(effort)，其可取決于跟蹤誤差?？墒褂帽绢I(lǐng)域中公知的多種穩(wěn)定控制算法來確定Δ e) *f2(Ae)。由于控制致動器36、38中的泄漏，阻流位置可朝通流位置改變，以將旋轉(zhuǎn)斜盤32 維持在穩(wěn)態(tài)位置。由此，用于維持穩(wěn)態(tài)旋轉(zhuǎn)斜盤位置的對應(yīng)的螺線管48電流可從通過式3 給出的螺線管48偏壓電流增加。假設(shè)泄漏呈層流形式，則穩(wěn)態(tài)螺線管48電流可線性地取決于控制致動器36、38中的流體壓力并且相反地取決于流體粘度。可設(shè)置壓力傳感器以監(jiān)控控制致動器36、38中的流體壓力，從而有助于確定穩(wěn)態(tài)螺線管48電流。工業(yè)實用性上述控制硬件30可用于任何數(shù)量的液壓系統(tǒng)中，例如設(shè)計成向機(jī)具14、液壓傳動裝置20或利用液壓動力的混合傳動裝置提供動力的系統(tǒng)。參考圖3，可通過增大旋轉(zhuǎn)斜盤角度α來實現(xiàn)泵22排量的增加。這可通過將控制閥42致動到通流位置并且將控制閥40 致動到排放位置來完成。相反，可通過將控制閥42致動到排放位置并且將控制閥40致動到通流位置來減少泵22排量。如果泵22是過中心泵，如圖3所示，可使旋轉(zhuǎn)斜盤角度α為負(fù)，在這種情況下，泵 22可充當(dāng)馬達(dá)?？蛇@樣做以例如延遲液壓傳動裝置20的運動，在這種情況下，通過泵產(chǎn)生的動力例如可被反饋到傳動系，被儲存以用于其它目的，或者僅作為熱量耗散。一旦實現(xiàn)所需的泵22位移，即旋轉(zhuǎn)斜盤角度α，控制閥40、42便可如上所述配置成維持穩(wěn)態(tài)旋轉(zhuǎn)斜盤角度α。
對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說顯而易見的是，可在不脫離本發(fā)明的范圍或精神的情況下對所公開的裝置和控制方法作出各種修改和變更。另外，根據(jù)說明書和對本文公開的裝置和方法的實施，所公開的裝置和控制方法的其它實施例對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的。說明書和示例應(yīng)當(dāng)僅被認(rèn)為是示例性的。
權(quán)利要求
1.一種液壓系統(tǒng)，包括具有能夠繞一軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)斜盤(3 的可變排量液壓泵；配置成使所述旋轉(zhuǎn)斜盤(3 繞所述軸線沿第一方向旋轉(zhuǎn)的第一液壓致動器；配置成使所述旋轉(zhuǎn)斜盤(3 繞所述軸線沿第二方向旋轉(zhuǎn)的第二液壓致動器；所述第二方向與所述第一方向相反；配置成向所述第一致動器提供加壓流體的第一流動控制閥G0，42)；和配置成向所述第二致動器提供加壓流體的第二流動控制閥(40，42)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓系統(tǒng)，其特征在于，所述第一流動控制閥(40，42)能夠在使加壓流體通至所述第一液壓致動器的第一位置、基本上液壓地隔離所述第一液壓致動器的第二位置和將加壓流體從所述第一液壓致動器排放到罐G6)的第三位置之間移動。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液壓系統(tǒng)，其特征在于，所述第一流動控制閥(40，42)由螺線管G8)選擇性地致動。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的液壓系統(tǒng)，其特征在于，所述第二流動控制閥(40，42)能夠在使加壓流體通至所述第二液壓致動器的第一位置、基本上液壓地隔離所述第二液壓致動器的第二位置和將加壓流體從所述第二液壓致動器排放到所述罐G6)的第三位置之間移動。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的液壓系統(tǒng)，其特征在于，所述第二流動控制閥(40，42)由螺線管G8)選擇性地致動。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓系統(tǒng)，其特征在于，所述可變排量液壓泵是過中心泵。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓系統(tǒng)，其特征在于，所述液壓系統(tǒng)還包括加料泵( )，所述加料泵08)向所述第一控制閥(40,4 和所述第二控制閥(40,4 提供加壓流體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓系統(tǒng)，其特征在于，所述液壓系統(tǒng)還包括液壓馬達(dá)04)， 所述可變排量液壓泵向所述液壓馬達(dá)04)提供加壓流體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的液壓系統(tǒng)，其特征在于，所述液壓馬達(dá)04)向牽引裝置(18) 提供動力。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于可變排量液壓泵的控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)利用兩個流動控制閥來向兩個控制致動器提供液壓流體流。所述控制致動器在泵旋轉(zhuǎn)斜盤上形成相反的力矩，以控制旋轉(zhuǎn)斜盤定向和泵排量。
文檔編號F04B27/08GK102575694SQ201080044891
公開日2012年7月11日 申請日期2010年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月6日
發(fā)明者H·杜 申請人:卡特彼勒公司