專利名稱：混合器閥控制系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及一種混合器閥，并且更特別是，涉及一種用于控制混合器閥的系 統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
例如挖掘機(jī)、裝載機(jī)、推土機(jī)、機(jī)動平地機(jī)和其它類型的重型設(shè)備的機(jī)器使用多個致動器，所述多個致動器從機(jī)器上的泵供應(yīng)液壓流體，以實現(xiàn)多種任務(wù)。這些致動器通常根 據(jù)操作者界面裝置的致動位置來進(jìn)行速度控制。例如，諸如操縱桿、踏板的操作者界面裝置 或另一適當(dāng)?shù)牟僮髡呓缑嫜b置可以運(yùn)動，以產(chǎn)生指示相關(guān)液壓致動器的所需速度的信號。 在操作者運(yùn)動界面裝置時，操作者希望液壓致動器以相關(guān)的預(yù)定速度運(yùn)動。但是，在多個 致動器同時操作時，來自于單個泵的液壓流體流量會不足以以其所需速度運(yùn)動所有的致動 器。在單個泵尺寸過小以及單個致動器的所需速度要求超過單個泵的流量能力的流體流速 的情況下也存在這種情況。選擇性地混合來自于多個泵的液壓流體流量以運(yùn)動單個致動器的一種方法在 1985年7月16日授權(quán)給Okabe等人的美國專利No. 4528892 (‘892專利)中描述?！?92專 利描述了一種具有第一閥組和第二閥組的機(jī)器液壓回路系統(tǒng)。第一閥組包括擺動閥、第一 吊桿閥、第一臂(例如斗桿)閥、第一鏟斗閥以及左側(cè)行駛閥。擺動閥和第一吊桿閥并聯(lián)， 并且一起以不連續(xù)的順序與第一臂閥、第一鏟斗閥和左側(cè)行駛閥連接。第二閥組包括右側(cè) 行駛閥、第二臂閥、第二鏟斗閥和第二吊桿閥。第二臂閥、第二鏟斗閥和第二吊桿閥并聯(lián)，并 且一起以不連續(xù)的順序與右側(cè)行駛閥連接。第一臂閥和第二臂閥用來將分別來自于第一泵 和第二泵的流體供應(yīng)到臂致動器。第一鏟斗閥和第二鏟斗閥用來將分別來自于第一泵和第 二泵的流體供應(yīng)到鏟斗致動器。第一吊桿閥和第二吊桿閥用來將分別來自于第一泵和第二 泵的流體供應(yīng)到吊桿致動器。左側(cè)行駛閥和右側(cè)行駛閥用來將分別來自于第一泵和第二泵 的流體供應(yīng)到左側(cè)行駛致動器和右側(cè)行駛致動器。選擇閥選擇性地將第一閥組和第二閥組 流體連接，以響應(yīng)所需的行駛操作?！?92專利的液壓回路系統(tǒng)內(nèi)的每個控制閥的位置使得在機(jī)器不行駛的情況下開 始擺動、進(jìn)行吊桿、臂或鏟斗運(yùn)動時，來自于第一泵和第二泵的混合流體驅(qū)動該運(yùn)動。另外， 在轉(zhuǎn)到左側(cè)并同時開始擺動、進(jìn)行吊桿、臂或鏟斗運(yùn)動時，來自于第一泵和第二泵的流體也 驅(qū)動該運(yùn)動。但是在轉(zhuǎn)到右側(cè)時，雖然來自于第一泵的流體能夠用于擺動致動器、吊桿致動 器、臂致動器和鏟斗致動器，但是來自于第二泵的流體只能用于左側(cè)行駛致動器。另外，在 直線行駛時，雖然來自于第一泵的流體能夠用于擺動致動器、吊桿致動器、臂致動器和鏟斗 致動器，但是來自于第二泵的流體只能用于左側(cè)行駛致動器和右側(cè)行駛致動器。由于以上相對于‘892專利描述的不連續(xù)的順序關(guān)系，如果希望單獨(dú)的擺動和吊 桿運(yùn)動，操作者必須仔細(xì)操縱控制桿，使得第一吊桿控制閥和第二吊桿控制閥中只有一個 被致動(例如將控制桿在其能夠運(yùn)動的范圍上運(yùn)動一半以下的程度)。在擺動或吊桿運(yùn)動 中，不管操作者的細(xì)心或所需速度與否，對于斗桿功能來說只能夠獲得只來自于第二泵的流體。雖然‘892專利的液壓回路系統(tǒng)會混合泵流體流量以改善某些功能的控制，機(jī)器 的操作也會是不一致的，并受到限制。特別是，由于在左轉(zhuǎn)過程中對于擺動、進(jìn)行吊桿、臂和 鏟斗運(yùn)動來說能夠從兩個泵得到流體流量，但是在右轉(zhuǎn)過程中只能夠從單個泵得到，機(jī)器 的控制會是困難和混亂的。另外，在右轉(zhuǎn)過程中能夠得到的流體流量對于某些操作來說會 是不足的。另外，由于‘892專利的液壓回路系統(tǒng)的限制以及在操作相關(guān)機(jī)器的過程中必須 采取注意，機(jī)器的操作成本會是很高的。特別是，操作者單獨(dú)和同時開始擺動和吊桿運(yùn)動所 需的注意力會需要使用訓(xùn)練良好、有經(jīng)驗以及報酬高的操作者來操作機(jī)器。另外，存在用于 臂運(yùn)動的混合泵流量需要被同時用于吊桿和擺動運(yùn)動的情況。由于這些同時操作從’ 892 專利的機(jī)器中不能得到，機(jī)器的效率和生產(chǎn)率對于某些應(yīng)用來說是不充分的。另外，‘892專利的液壓回路系統(tǒng)會是昂貴的。具體地，由于需要兩個閥來為每個 流體致動器提供混合的流量，該系統(tǒng)的成本會是很大的。被公開的控制系統(tǒng)針對克服以上提出的一個或多個問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面涉及一種液壓控制系統(tǒng)。該液壓控制系統(tǒng)可以包括第一流體致 動器和能夠產(chǎn)生引導(dǎo)到第一流體致動器的加壓流體的第一流體流的第一泵。液壓控制系統(tǒng) 還可包括第二流體致動器，以及能夠產(chǎn)生引導(dǎo)到第二流體致動器的加壓流體的第二流體流 的第二泵。液壓控制系統(tǒng)還可包括其閥元件可以運(yùn)動以便將加壓流體的第二流體流與引導(dǎo) 到第一流體致動器的加壓流體的第一流體流混合的混合器閥以及與該混合器閥連通的控 制器。該控制器能夠接收指示用于第一流體致動器的所需速度的操作者輸入，確定用于第 一流體致動器的與所述所需速度相對應(yīng)的流速，并且確定第一泵的流量能力?？刂破鬟€能 夠在用于第一流體致動器的所確定流速大于第一泵的所確定流量能力時運(yùn)動混合器閥的 閥元件，以便將加壓流體的第二流體流與引導(dǎo)到第一流體致動器的加壓流體的第一流體流 混合ο本發(fā)明的另一方面涉及一種操作液壓控制系統(tǒng)的方法。該方法可包括將加壓流體的第一流體流引導(dǎo)到第一流體致動器，并且將加壓流體的第二流體流引導(dǎo)到第二流體致動 器。該方法還可包括接收指示用于第一流體致動器的所需速度的操作者輸入，確定用于第 一流體致動器的與所述所需速度相對應(yīng)的流速，并且確定加壓流體的第一流體流的最大流 速。該方法可另外包括在用于第一流體致動器的所確定流速大于加壓流體的第一流體流的 最大流速時，將加壓流體的第二流體流與加壓流體的第一流體流混合，并且流體流將加壓 流體的被混合的流體流引導(dǎo)到第一流體致動器。


圖1是示例性公開的機(jī)器的示意性側(cè)視圖；圖2是可用于圖1的機(jī)器的示例性公開的液壓控制系統(tǒng)的示意圖；圖3是表示操作圖2的控制系統(tǒng)的示例性公開的方法的流程圖；以及圖4是表示操作圖2的控制系統(tǒng)的另一示例性公開的方法的流程圖。
具體實施例方式圖1表示具有相互協(xié)作以完成任務(wù)的多個系統(tǒng)和部件的示例性機(jī)器10。機(jī)器10可體現(xiàn)為固定的或移動的機(jī)器，其執(zhí)行與諸如礦業(yè)、建筑業(yè)、農(nóng)業(yè)、運(yùn)輸業(yè)的產(chǎn)業(yè)或本領(lǐng)域 已知的任何其他產(chǎn)業(yè)相關(guān)聯(lián)的一些類型的操作。例如，機(jī)器10可以是運(yùn)土機(jī)器，例如挖掘 機(jī)、推土機(jī)、裝載機(jī)、反鏟機(jī)、機(jī)動平地機(jī)、翻斗車或任何其它的運(yùn)土機(jī)器。機(jī)器10可以包括 能夠運(yùn)動作業(yè)工具14的執(zhí)行系統(tǒng)12、用于推進(jìn)機(jī)器10的驅(qū)動系統(tǒng)16、將動力提供給執(zhí)行 系統(tǒng)12和驅(qū)動系統(tǒng)16的功率源18以及用于操作者控制執(zhí)行系統(tǒng)12和驅(qū)動系統(tǒng)16的操 作者站20。執(zhí)行系統(tǒng)12可包括通過流體致動器作用以便運(yùn)動作業(yè)工具14的連桿結(jié)構(gòu)。具體 地，執(zhí)行系統(tǒng)12可包括通過一對相鄰的雙重作用的液壓缸26 (在圖1中只示出一個)相對 于工作表面24圍繞水平軸(未示出)垂直樞轉(zhuǎn)的吊桿構(gòu)件22。執(zhí)行系統(tǒng)12還可包括通過 單個雙重作用液壓缸32圍繞水平軸30垂直樞轉(zhuǎn)的斗桿構(gòu)件28。執(zhí)行系統(tǒng)12還可包括被 可操作地連接到作業(yè)工具14以便圍繞水平樞轉(zhuǎn)軸36垂直樞轉(zhuǎn)作業(yè)工具14的單個雙重作 用的液壓缸34。吊桿構(gòu)件22可被樞轉(zhuǎn)地連接到機(jī)器10的機(jī)架38。斗桿構(gòu)件28可通過樞 轉(zhuǎn)軸30和36將吊桿構(gòu)件22樞轉(zhuǎn)地連接到作業(yè)工具14。每個液壓缸26、32和34可包括管和配置成形成兩個分開的壓力腔室的活塞組件 (未示出)。壓力腔室可被選擇性地供應(yīng)加壓流體，以及排放加壓流體，以造成活塞組件在 管內(nèi)移動，由此改變液壓缸26、32和34的有效長度。進(jìn)入和離開壓力腔室的流體的流速會 與液壓缸26、32、34的速度相關(guān)聯(lián)，而兩個液壓腔室之間的壓力差會與液壓缸26、32、34施 加在相關(guān)連桿構(gòu)件上的力相關(guān)聯(lián)。液壓缸26、32、34的延伸和收縮會用來幫助運(yùn)動作業(yè)工 具14。多種不同的作業(yè)工具14可附接到單個機(jī)器10，并且可經(jīng)由操作者站20控制。作 業(yè)工具14可包括用來執(zhí)行特定任務(wù)的任何裝置，例如鏟斗、叉形裝置、鏟刀、鏟子、耙子、 翻斗、掃刷機(jī)、吹雪機(jī)、推進(jìn)裝置、切割裝置、抓取裝置或本領(lǐng)域公知的任何其他任務(wù)執(zhí)行裝 置。雖然在圖1的實施方式中被連接成相對于機(jī)器10樞轉(zhuǎn)，作業(yè)工具14可替代地或另外 地轉(zhuǎn)動、滑動、擺動、提升或以本領(lǐng)域公知的任何其它方式運(yùn)動。驅(qū)動系統(tǒng)16可包括推進(jìn)機(jī)器10的一個或多個牽引裝置。在一個例子中，驅(qū)動系 統(tǒng)16包括定位在機(jī)器10的一側(cè)的左側(cè)履帶40L以及定位在機(jī)器10的相對側(cè)的右側(cè)履帶 40R。左側(cè)履帶40L可通過左側(cè)行駛馬達(dá)42L驅(qū)動，而右側(cè)履帶40R通過右側(cè)行駛馬達(dá)42R 驅(qū)動。設(shè)想到驅(qū)動系統(tǒng)16可替代地包括履帶之外的牽引裝置，例如輪子、帶或其它公知的 牽引裝置。在圖1的例子中，機(jī)器10可通過在左側(cè)行駛馬達(dá)42L和右側(cè)行駛馬達(dá)42R之間 形成速度差和/或轉(zhuǎn)動方向差來轉(zhuǎn)向，而直線行駛可通過由左側(cè)行駛馬達(dá)42L和右側(cè)行駛 馬達(dá)42R產(chǎn)生大致相同的輸出速度和轉(zhuǎn)動方向而得到幫助。左側(cè)行駛馬達(dá)42L和右側(cè)行駛馬達(dá)42R的每個可通過形成流體壓力差來驅(qū)動。具 體地，左側(cè)行駛馬達(dá)42L和右側(cè)行駛馬達(dá)42R的每個可包括被定位到推進(jìn)器(未示出)的 任一側(cè)的第一和第二腔室(未示出)。在第一腔室填充加壓流體并且第二腔室排放流體時， 推進(jìn)器可被迫在第一方向上轉(zhuǎn)動。相反，在第一腔室排放流體而第二腔室填充加壓流體時， 各自推進(jìn)器可被迫在相反方向上轉(zhuǎn)動。進(jìn)入和離開第一和第二腔室的流體的流速可確定左側(cè)行駛馬達(dá)42L和右側(cè)行駛馬達(dá)42R的轉(zhuǎn)動速度，而左側(cè)行駛馬達(dá)42L和右側(cè)行駛馬達(dá)42R 之間的壓力差可確定扭矩。功率源18可體現(xiàn)為發(fā)動機(jī)，例如柴油發(fā)動機(jī)、汽油發(fā)動機(jī)、氣體燃料供能的發(fā)動 機(jī)或本領(lǐng)域公知的任何其它類型的燃燒式發(fā)動機(jī)。設(shè)想到功率源18可以替代的體現(xiàn)為非 燃燒式功率源，例如燃料電池、功率存儲裝置或者本領(lǐng)域公知的其它源。功率源18可產(chǎn)生 機(jī)械或電功率輸出，該輸出接著被轉(zhuǎn)換成液壓能，以便運(yùn)動液壓缸26、32、34以及左側(cè)行駛 馬達(dá)42L和右側(cè)行駛馬達(dá)42R。操作者站20能夠接收來自于機(jī)器操作者的指示所需作業(yè)工具和/或機(jī)器運(yùn)動的輸入。具體地，操作者站20可包括體現(xiàn)為單軸或多軸操縱桿的一個或多個操作者界面裝置 46，操縱桿定位在操作者座椅的近側(cè)。操作者界面裝置46可以是比例式控制器，該控制器 能夠通過產(chǎn)生作業(yè)工具位置信號來定位和/或定向作業(yè)工具14，該位置信號指示所需作業(yè) 工具的速度。同樣，相同或其它的操作者界面裝置46能夠通過產(chǎn)生指示所需機(jī)器速度的機(jī) 器位置信號來相對于工作表面24定位和/或定向機(jī)器10。設(shè)想到不同的操作者界面裝置 可替代或另外地包含在操作者站20內(nèi)，例如方向盤、旋鈕、推拉裝置、開關(guān)、踏板以及本領(lǐng) 域公知的其它操作者界面裝置。如圖2所示，機(jī)器10可包括具有相互協(xié)作以便運(yùn)動作業(yè)工具14 (參考圖1)和機(jī) 器10的多個流體部件的液壓控制系統(tǒng)48。特別是，液壓控制系統(tǒng)48可包括能夠從第一源 51接收加壓流體的第一流體流的第一回路50以及能夠從第二源53接收加壓流體的第二 流體流的第二回路52。第一回路50可包括并行連接成接收加壓流體的第一流體流的吊桿 控制閥54、鏟斗控制閥56以及左側(cè)行駛控制閥58。第二回路52可包括并行連接以便接收 加壓流體的第二流體流的右側(cè)行駛控制閥60和斗桿控制閥62。設(shè)想到另外的控制閥機(jī)構(gòu) 可被包含在第一回路50和/或第二回路52內(nèi)，例如能夠控制執(zhí)行系統(tǒng)12相對于驅(qū)動系統(tǒng) 16擺動運(yùn)動的擺動控制閥、一個或多個附接控制閥以及其它適當(dāng)?shù)目刂崎y機(jī)構(gòu)。第一源51和第二源53可從一個或多個罐64抽吸流體，并且將流體加壓到預(yù)定程 度。具體地，第一源51和第二源53的每個可體現(xiàn)為泵送機(jī)構(gòu)，例如可變排量泵、固定排量 泵或本領(lǐng)域公知的另一源。第一源51和第二源53均可例如通過副軸(未示出)、帶(未示 出)、電路(未示出)或任何其它適當(dāng)?shù)姆绞礁髯苑珠_地和驅(qū)動地連接到機(jī)器10的功率源 18。作為替代，第一源51和第二源53的每個可經(jīng)由扭矩轉(zhuǎn)換器、減速齒輪箱或以另一適當(dāng) 方式間接地連接到功率源18。第一源51可獨(dú)立于第二源53產(chǎn)生的加壓流體的第二流體流 來產(chǎn)生加壓流體的第一流體流。加壓流體的第一流體流和第二流體流可具有不同的壓力大 小和/或流速。罐64可構(gòu)成能夠保持流體供應(yīng)的存儲裝置。流體可包括例如專用的液壓油、發(fā)動 機(jī)潤滑油、傳動裝置潤滑油或本領(lǐng)域公知的任何其它流體。機(jī)器10內(nèi)的一個或多個液壓系 統(tǒng)可從罐64抽吸流體并將流體返回到罐64。設(shè)想到液壓控制系統(tǒng)48可被連接到多個分開 的流體罐或單個罐。吊桿控制閥54、鏟斗控制閥56、左側(cè)行駛控制閥58、右側(cè)行駛控制閥60和斗桿控 制閥62的每一個可調(diào)節(jié)其相關(guān)的流體致動器的運(yùn)動。具體地，吊桿控制閥54可具有能夠 運(yùn)動以控制與吊桿構(gòu)件22相關(guān)聯(lián)的液壓缸26的運(yùn)動的元件，鏟斗控制閥56可具有能夠運(yùn) 動以控制與作業(yè)工具14相關(guān)聯(lián)的液壓缸34的運(yùn)動的元件，并且斗桿控制閥62可具有能夠運(yùn)動以控制與斗桿構(gòu)件28相關(guān)聯(lián)的液壓缸32的運(yùn)動的元件。同樣，左側(cè)行駛控制閥58可 具有能夠運(yùn)動以控制左側(cè)行駛馬達(dá)42L的運(yùn)動的閥元件，而右側(cè)行駛控制閥60可具有能夠 運(yùn)動以控制右側(cè)行駛馬達(dá)42R的運(yùn)動的元件。第一回路50和第二回路52的控制閥可以被連接成使得加壓流體經(jīng)由公共通路流 入其各自致動器，并從其各自致動器排放。具體地，第一回路50的控制閥可通過第一公共 供應(yīng)通路66被連接到第一源51，并通過第一公共排放通路68被連接到罐64。第二回路52 的控制閥可通過第二公共供應(yīng)通路70被連接到第二源53，并通過第二公共排放通路72被 連接到罐64。吊桿控制閥54、鏟斗控制閥56以及左側(cè)行駛控制閥58可分別通過單獨(dú)的流 體通路74、76和78并行地連接到第一公共供應(yīng)通路66，并且分別通過單獨(dú)的流體通路84、 86和88并行地連接到第一公共排放通路68。類似地，右側(cè)行駛控制閥60和斗桿控制閥62 可分別通過單獨(dú)的流體通路82和80并行地連接到第二公共供應(yīng)通路70，并且分別通過單 獨(dú)的流體通路90和92并行地連接到第二公共排放通路72。止回閥94可布置在每個流體 通路74、76和80內(nèi)，以便分別將加壓流體的單向供應(yīng)提供給控制閥54、56和62。由于吊桿控制閥54、鏟斗控制閥56、左側(cè)行駛控制閥58、右側(cè)行駛控制閥60和斗 桿控制閥62的元件可以是類似的，并以相關(guān)方式操作，在此說明書中只描述吊桿控制閥54 的操作。在一個例子中，吊桿控制閥54可包括第一腔室供應(yīng)元件(未示出)、第一腔室排放 元件(未示出)、第二腔室供應(yīng)元件(未示出)以及第二腔室排放元件(未示出)。第一腔 室供應(yīng)元件和第二腔室供應(yīng)元件可與流體通路74并行連接，以便為其各自腔室填充來自 于第一源51的流體，而第一和第二腔室排放元件可與流體通路84并行地連接，以便從各自 腔室排放流體。為了伸長液壓缸26，第一腔室供應(yīng)元件可被運(yùn)動，使得來自于第一源51的 加壓流體經(jīng)由流體通路74為液壓缸26的第一腔室填充加壓流體，而第二腔室排放元件可 被運(yùn)動，以便將流體從液壓缸26的第二腔室經(jīng)由流體通路84排放到罐64。為了在相反方 向上運(yùn)動液壓缸26，第二腔室供應(yīng)元件可被運(yùn)動，以便為液壓缸26的第二腔室填充加壓流 體，而第一腔室排放元件可被運(yùn)動，以便從液壓缸26的第一腔室排放流體。設(shè)想到可通過 與第一腔室相關(guān)聯(lián)的單個元件以及與第二腔室相關(guān)聯(lián)的單個元件或者通過控制所有填充 和排放功能的單個閥可替代地執(zhí)行供應(yīng)和排放兩個功能。供應(yīng)元件和排放元件可以是抵抗彈簧偏壓來運(yùn)動以響應(yīng)指令的電磁閥。特別是， 液壓缸26、32、34以及左側(cè)行駛馬達(dá)42L和右側(cè)行駛馬達(dá)42R可在與進(jìn)入和離開第一腔室 和第二腔室的流體流速相對應(yīng)的速度下運(yùn)動。為了實現(xiàn)經(jīng)由界面裝置位置信號指示的操 作者所希望的速度，基于假設(shè)或測量壓力的指令可被發(fā)送到供應(yīng)元件和排放元件的電磁閥 (未示出)，造成它們打開與所需流速相對應(yīng)的量。該指令可以是流速指令或閥元件位置指 令的形式。還設(shè)想到，如果希望，供應(yīng)元件和排放元件可以是導(dǎo)引操作的。對于補(bǔ)給和釋放功能來說，第一回路50和第二回路52的公共供應(yīng)通道和公共排放通道可相互連接。特別是，第一公共供應(yīng)通道66和第二公共供應(yīng)通道70可分別通過公 共過濾器96以及第一旁通元件98和第二旁通元件100從罐64接收補(bǔ)給流體。在加壓流 體的第一流體流或第二流體流的壓力降低到預(yù)定大小以下時，來自于罐64的流體可分別 通過公共過濾器96以及第一旁通元件98或第二旁通元件100流入第一回路50和第二回 路52。另外，第一公共排放通路68和第二公共排放通路72可將流體從第一回路50和第二 回路52釋放到罐64。在第一回路50或第二回路52內(nèi)的流體超過預(yù)定壓力大小時，來自于具有過大壓力的回路的流體會通過梭閥102和公共主要釋放元件104排放到罐64。直線行駛閥106可選擇性地將左側(cè)行駛控制閥58和右側(cè)行駛控制閥60重新配置 成彼此并行關(guān)系。特別是，直線行駛閥106可包括能夠從中間位置朝著直線行駛位置運(yùn)動 的閥元件107。在閥元件107位于中間位置時，左側(cè)行駛控制閥58和右側(cè)行駛控制閥60可 以分別從第一源51和第二源53單獨(dú)地供應(yīng)加壓流體，以便分別控制左側(cè)行駛馬達(dá)42L和 右側(cè)行駛馬達(dá)42R。在閥元件107位于直線行駛位置時，左側(cè)行駛控制閥58和右側(cè)行駛控 制閥60可并行連接，以便只從用于從屬運(yùn)動的第一源51接收加壓流體。左側(cè)行駛馬達(dá)42L 和右側(cè)行駛馬達(dá)42R的從屬運(yùn)動可用來提供左側(cè)履帶40L和右側(cè)履帶40R的大致相同的轉(zhuǎn) 動速度，由此在直線方向上推進(jìn)機(jī)器10。
在直線行駛閥106的閥元件107被運(yùn)動到直線行駛位置上時，來自于第二源53的 流體可經(jīng)由閥元件107被大致同時地引導(dǎo)經(jīng)過第一回路50和第二回路52兩者，以便驅(qū)動 液壓缸26、32、34。由于在機(jī)器10的直線行駛過程中來自于第一源51的加壓流體的所有的 第一流體流會幾乎完全被左側(cè)行駛馬達(dá)42L和右側(cè)行駛馬達(dá)42R消耗，來自于第二源53的 加壓流體的第二流體流可被引導(dǎo)到第一回路50和第二回路52兩者的液壓缸26、32、34。應(yīng) 該理解到，液壓控制系統(tǒng)48可替代地相對于直線行駛閥106以互補(bǔ)方式配置，使得在閥元 件107位于直線行駛位置上時，左側(cè)行駛控制閥58和右側(cè)行駛控制閥60被并行連接，從而 只從第二源53接收加壓流體，而來自于第一源51的流體可經(jīng)由閥元件107、經(jīng)過第一回路 50和第二回路52兩者大致同時地引導(dǎo)到吊桿控制閥54、鏟斗控制閥56和斗桿控制閥62?；旌掀鏖y108可混合來自于第一公共供應(yīng)通路66和第二公共供應(yīng)通路70的加壓 流體的第一流體流和第二流體流，以用于一個或多個流體致動器的高速運(yùn)動。特別是，混合 器閥108可包括閥元件110，閥元件110能夠在單向打開或流過位置、關(guān)閉或阻擋流動位置 以及雙向打開或流過位置之間運(yùn)動。當(dāng)處于單向打開位置時，來自于第一回路50的流體可 流入第二回路52 (例如經(jīng)由止回閥111)，以響應(yīng)第一回路50的大于第二回路52內(nèi)的壓力 預(yù)定量的壓力。該預(yù)定量可與止回閥111的彈簧偏壓相關(guān)聯(lián)，并在制造過程中是固定的。以 此方式，在右側(cè)行駛或斗桿功能需要流體流速大于第二源53的輸出能力并且第二回路52 內(nèi)的壓力開始降低時，來自于第一源51的流體通過閥元件111被轉(zhuǎn)向到第二回路52。雖 然顯示成在混合器閥108的下游，應(yīng)該理解到止回閥111可替代地包含在混合器閥108的 上游，或者在混合器閥108內(nèi)。在位于關(guān)閉位置時，會擋住大致經(jīng)過混合器閥108的所有流 動。但是在位于雙向打開位置時，根據(jù)混合器閥108上的假設(shè)或測量的壓力差，加壓流體的 第一流體流可以流到第二回路52，以便與引導(dǎo)到控制閥60-62的加壓流體的第二流體流混 合，并且加壓流體的第二流體流可以流到第一回路50，以便與引導(dǎo)到控制閥54-58的加壓 流體的第一流體流混合?；旌掀鏖y108可被連續(xù)調(diào)節(jié)到單向打開位置、關(guān)閉位置和雙向打開位置之間的任 何位置。以此方式，加壓流體的流量大小可根據(jù)例如控制閥54-62的所指令速度、源51、53 的所指令流速和/或混合器閥108上的壓力差來控制。例如，閥元件110可以是抵抗彈簧 偏壓而運(yùn)動以響應(yīng)例如電流指令的指令的電磁閥。在示例性實施方式中，電流指令可以是 0A-2A的范圍，其中OA可以與大致完全定位在單向打開位置的閥元件110相對應(yīng)，IA可以 與大致完全定位在閉合位置的閥元件110相對應(yīng)，并且2A可與大致完全定位在雙向打開位 置的閥元件110相對應(yīng)。另外，閥元件110在單向打開位置和關(guān)閉位置之間的位置可與OA和IA之間的電流指令成比例地相對應(yīng)。類似地，閥元件110在閉合位置和雙向打開位置之間的位置可與IA和2A之間的電流指令成比例地相對應(yīng)。電流指令可以被發(fā)送到混合器閥 108的電磁閥，造成閥元件110朝著所指令位置運(yùn)動，該所指令位置可與流過混合器閥108 的所需流量相對應(yīng)。應(yīng)該理解到，閥元件110可替代地以本領(lǐng)域公知的任何其它方式來控 制，例如經(jīng)由導(dǎo)引或限定電磁閥控制。液壓控制系統(tǒng)48還可包括與操作者界面裝置46、混合器閥108以及控制閥54_62 的供應(yīng)元件和排放元件連通的控制器112。具體地，控制器112可通過連通線路114與操 作界面裝置46連通，通過連通線路116與混合器閥108連通，并經(jīng)由另外的連通線路(未 示出)與控制閥54-62的供應(yīng)元件和排放元件連通。設(shè)想到控制器112還可與液壓控制系 統(tǒng)48的其它部件連通，例如與第一源51和第二源53、公共主要釋放元件104、第一旁通元 件98和第二旁通元件100、直線行駛閥106以及液壓控制系統(tǒng)48的其它這樣的部件?？刂破?12可體現(xiàn)為包括用于控制液壓控制系統(tǒng)48的操作的裝置的單個微型處 理器或多個微型處理器。多種可以購買到的微型處理器能夠執(zhí)行控制器112的功能。應(yīng)該 理解到控制器112容易體現(xiàn)為能夠控制多種機(jī)器功能的通用機(jī)器微型處理器?？刂破?12 可包括存儲器、輔助存儲裝置、處理器和用于運(yùn)行應(yīng)用程序的任何其它部件。多種其它的電 路可與控制器112相關(guān)聯(lián)，例如電源電路、信號調(diào)節(jié)電路、電磁閥驅(qū)動電路以及其它類型的 電路。對于液壓缸26、32、34以及左側(cè)行駛馬達(dá)42L和右側(cè)行駛馬達(dá)42R來說，有關(guān)界面 裝置位置信號、所需致動器速度、相關(guān)流速和/或閥元件位置的一個或多個參數(shù)圖可以存 儲在控制器112的存儲器內(nèi)。這些參數(shù)圖的每個可包括表格、圖表和/或等式形式的數(shù)據(jù) 的集合。在一個例子中，所需速度和指令流速可形成用于控制第一腔室供應(yīng)元件和第二腔 室供應(yīng)元件的2-D表格的坐標(biāo)軸。在所需速度下運(yùn)動流體致動器所需的指令流速和適當(dāng)供 應(yīng)元件的相應(yīng)閥元件位置可在另一分開的2-D參數(shù)圖內(nèi)相關(guān)，或者與所需速度一起位于單 個3-D參數(shù)圖內(nèi)。還設(shè)想到所需致動器速度可在單個2-D參數(shù)圖中直接與閥元件位置相關(guān)。 控制器112能夠使得操作者直接調(diào)整這些參數(shù)圖，和/或從存儲在控制器112的存儲器內(nèi) 的能夠得到的關(guān)系參數(shù)圖中選擇特定的參數(shù)圖，以便實現(xiàn)流體致動器的運(yùn)動。設(shè)想到根據(jù) 機(jī)器操作的模式，參數(shù)圖可另外或可替代地自動選擇?？刂破?12能夠從操作者界面裝置46接收輸入，并且命令控制閥54_62的操作， 以響應(yīng)該輸入和所述的關(guān)系參數(shù)圖。具體地，控制器112可接收指示所需速度的界面裝置 位置信號，并參考存儲在控制器112的存儲器內(nèi)的被選擇和/或調(diào)整的關(guān)系參數(shù)圖，以便確 定流速數(shù)值和/或用于控制閥54-62內(nèi)的每個供應(yīng)元件和排放元件的相關(guān)位置。該流速或 位置可接著命令適當(dāng)?shù)墓?yīng)元件和排放元件，以造成第一腔室或第二腔室在導(dǎo)致所需作業(yè) 工具速度的速度下進(jìn)行填充?？刂破?12能夠?qū)崿F(xiàn)混合器閥108的操作，以響應(yīng)例如控制閥54-62的指令速度、 源51、53的指令流速和/或混合器閥108上的壓力差。即，如果與特定流體致動器的所需 流速相關(guān)的所確定流速滿足預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，控制器112可造成閥元件110朝著單向流過位置運(yùn) 動，以便將另外的加壓流體供應(yīng)到第二回路52，造成閥元件110朝著雙向流過位置運(yùn)動，以 便將另外的加壓流體供應(yīng)到第一回路50和/或第二回路52，或者防止閥元件110運(yùn)動離開 關(guān)閉位置。下面將參考圖3和4說明該預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)。
圖3和4表示操作液壓控制系統(tǒng)48的示例性方法。圖3和4將在下面的段落中 描述以便進(jìn)一步說明本發(fā)明的系統(tǒng)及其操作。在一種實施方式中，液壓控制系統(tǒng)還可包括升溫回路。即對于升溫和/或其它旁 通功能來說，第一回路50和第二回路52的公共的供應(yīng)通路66、68以及排放通路70、72分別 可以選擇性地經(jīng)由第一旁通通路109和第二旁通通路113連通。旁通閥105可定位在每個 旁通通路109、113內(nèi)，并能夠分別將來自于公共供應(yīng)通路66和70的流體引導(dǎo)到公共排放 通路68和72。每個旁通閥105可包括能夠從關(guān)閉或防止流動位置運(yùn)動到打開或流過位置 的閥元件。在此構(gòu)造中，在旁通閥105位于打開位置時，例如在機(jī)器10的啟動過程中，通過 第一源51和第二源53加壓的流體可以在非常小的限制下(即沒有經(jīng)過控制閥54-62)循 環(huán)經(jīng)過第一回路50和第二回路52。在升溫之后，旁通閥105的閥元件可運(yùn)動到關(guān)閉位置， 使得第一回路50和第二回路52內(nèi)的流體壓力累積并且控制閥54-62能夠得到，如上所述 那樣。設(shè)想到，如果希望，可以省略旁通通路109、113和旁通閥105。工業(yè)實用性本發(fā)明的液壓控制系統(tǒng)可適用于包括多個流體致動器并在變化的載荷和操作模 式下希望速度預(yù)測能力的任何機(jī)器。本發(fā)明的液壓控制系統(tǒng)可通過選擇性地混合來自于多 個泵的加壓流體并將混合的流體引導(dǎo)到多個流體致動器中的適當(dāng)一個來改善操作者控制。 現(xiàn)在將描述液壓控制系統(tǒng)48的操作。在機(jī)器10的操作過程中，機(jī)器操作者可操縱操作者界面裝置46，以造成作業(yè)工具 14運(yùn)動。操作者界面裝置46的致動位置可與作業(yè)工具14和/或機(jī)器10的操作者希望或 期望的速度相關(guān)聯(lián)。操作者界面裝置46可在其操縱過程中產(chǎn)生指示操作者希望或期望的 速度的位置信號，并將此位置信號發(fā)送到控制器112?？刂破?12可在液壓缸26、32和34以及左側(cè)行駛馬達(dá)42L和右側(cè)行駛馬達(dá)42R 的操作過程中接收輸入，并且根據(jù)該輸入進(jìn)行確定。如圖3的流程圖所示，控制器112可接 收操作者界面裝置位置信號(步驟200)，并且確定用于液壓控制系統(tǒng)48內(nèi)的每個流體致動 器的所需速度以及用于控制閥54-62和源51、53的相應(yīng)的流速指令(步驟210)。從界面裝 置位置信號，控制器112還可確定是否希望機(jī)器10直線行駛(步驟220)。如果希望機(jī)器10直線行駛，直線行駛閥106的閥元件107可以運(yùn)動離開中間位置 并朝著直線行駛位置運(yùn)動。在閥元件107朝著直線行駛位置運(yùn)動時，可以防止混合器閥108 的閥元件110朝著雙向打開位置運(yùn)動(步驟230)。在機(jī)器10的直線行駛過程中，閥元件 110可被保持在單向打開位置、關(guān)閉位置、或單向打開位置和關(guān)閉位置之間，這是由于加壓 流體的第二流體流已經(jīng)經(jīng)由直線行駛閥106將流體供應(yīng)到液壓缸26和34。如果不希望機(jī)器10直線行駛，控制器112可接著確定斗桿構(gòu)件28是否正在運(yùn)動 以及其運(yùn)動的速度。特別是，控制器112可將斗桿控制閥62的指令流速與預(yù)定閾值比較 (步驟240)。如果指令流速超過預(yù)定閾值，會沒有足夠的來自于第二源53的過多流量與加 壓流體的第一流體流混合流動。如果來自于第二源53的過多流量小于預(yù)定數(shù)值并出現(xiàn)混 合流動，斗桿構(gòu)件28會在緩慢和不希望的速度下運(yùn)動。如果斗桿控制閥62的指令流速超過預(yù)定數(shù)值，控制器112會接著確定吊桿構(gòu)件 22是否正在被操縱以及程度如何。具體地，控制器112可將吊桿控制閥54的指令流速與 第一源51的流量能力比較(步驟250)。液壓系統(tǒng)48內(nèi)的優(yōu)先次序使得在吊桿控制閥54的指令流速超過第一源51的流量能力時，吊桿控制閥54的指令流速可以被保持，并且閥元 件110運(yùn)動到雙向流過位置，即使斗桿控制閥62的指令流速超過預(yù)定數(shù)值(步驟260)也 是如此。但是，如果吊桿控制閥54的指令流速小于第一源51的流量能力，閥元件110可被 保持在單向流過位置，并且防止運(yùn)動到雙向流過位置(步驟270)。如果斗桿控制閥62的指令流速小于預(yù)定閾值，混合器閥108的閥元件110在某些 情況下也可朝著雙向流過位置運(yùn)動。例如，控制器112可確定吊桿控制閥54和鏟斗控制閥 56的指令流速的和是否超過第一源51的流量能力(步驟280)。如果此和超過第一源51 的流量能力，混合器閥108的閥元件110可朝著雙向流過位置運(yùn)動，以便將加壓流體的第二 流體流與加壓流體的第一流體流混合，并且將混合流引導(dǎo)到第一回路50，以便液壓缸26和 34使用(步驟290)。但是，如果吊桿控制閥54和鏟斗控制閥56的指令流速的和沒有超過 第一源51的流量能力，混合器閥108的閥元件110可被保持在單向流過位置，并且防止運(yùn) 動到雙向流過位置(步驟300)。類似于圖3的方法，圖4的可替代方法包括步驟200-240。但是，與圖3的方法相 比，在圖4的方法中，如果斗桿控制閥62的指令流速超過預(yù)定閾值，可能不會出現(xiàn)混合流， 而不管吊桿控制閥54的指令流速。更具體地，如果斗桿控制閥62的指令流速超過預(yù)定閾 值，控制會直接進(jìn)行到步驟270，其中閥元件110會被保持在單向流過位置。多種優(yōu)點會與液壓控制系統(tǒng)48的這種控制策略和硬件相關(guān)聯(lián)。具體地，在需要小 于第一源51的流量能力的流速的吊桿操作過程中，來自于第一源51的過多流量會通過閥 元件110被轉(zhuǎn)向到第二回路52，以便增加斗桿操縱的速度。這樣增加的斗桿速度會有助于 機(jī)器10的生產(chǎn)率和效率。另外，由于加壓流體的第一流體流和第二流體流的混合可以經(jīng)由 專用的混合器閥實現(xiàn)，需要較少的控制閥?？刂崎y數(shù)量的減少會降低機(jī)器10的成本。由于液壓控制系統(tǒng)48可在任何方向上轉(zhuǎn)向時提供機(jī)器10的一致性操作，機(jī)器10 的操縱成本最小。特別是，機(jī)器10的一致性操作會簡化機(jī)器10的控制。由于需要最少的 操作者訓(xùn)練、經(jīng)驗和技能，機(jī)器10的簡化控制會降低機(jī)器10的操作成本。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解到可以對所公開的液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行多種修正和 變型?？紤]這里所公開的說明書和所公開的液壓控制系統(tǒng)的實踐，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 將很清楚控制系統(tǒng)的其他實施方式。說明書和示例僅意于作為是示例性的，真正的范圍由 權(quán)利要求書及其等價物表示。
權(quán)利要求
一種液壓控制系統(tǒng)(48)，包括第一流體致動器(26)；第一泵(51)，能夠產(chǎn)生被引導(dǎo)到所述第一流體致動器的加壓流體的第一流體流；第二流體致動器(32)；第二泵(53)，能夠產(chǎn)生被引導(dǎo)到所述第二流體致動器的加壓流體的第二流體流；混合器閥(108)，具有閥元件(110)，所述閥元件能夠運(yùn)動，以便將加壓流體的所述第二流體流與被引導(dǎo)到所述第一流體致動器的加壓流體的所述第一流體流混合；以及控制器(112)，與所述混合器閥連通，所述控制器能夠接收指示用于所述第一流體致動器的所需速度的操作者輸入；確定用于所述第一流體致動器的與所述所需速度相對應(yīng)的流速；確定所述第一泵的流量能力；以及在用于所述第一流體致動器的所確定流速大于所述第一泵的所確定流量能力時，運(yùn)動所述混合器閥的所述閥元件，以便將加壓流體的所述第二流體流與被引導(dǎo)到所述第一流體致動器的加壓流體的所述第一流體流混合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓控制系統(tǒng)，其中所述混合器閥能夠運(yùn)動到單向流體流混合位置、防止流動位置和雙向流體流混合位置 之間的任何位置；在所述混合器閥朝著所述單向流體流混合位置和所述雙向流體流混合位置中的任一 個運(yùn)動時，加壓流體的所述第一流體流能夠與被引導(dǎo)到所述第二流體致動器的加壓流體的 所述第二流體流混合；以及在所述混合器閥朝著所述雙向流體流混合位置運(yùn)動時，加壓流體的所述第二流體流只 與能夠被引導(dǎo)到所述第一流體致動器的加壓流體的所述第一流體流混合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液壓控制系統(tǒng)，其中所述控制器還能夠 確定是否希望相關(guān)機(jī)器直線行駛；以及在希望直線行駛時，防止所述混合器閥的所述閥元件朝著所述雙向流體流混合位置運(yùn)動。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液壓控制系統(tǒng)，其中所述控制器還能夠 接收用于所述第二流體致動器的所需速度的指示；確定用于所述第二流體致動器的與用于所述第二流體致動器的所需速度相對應(yīng)的流 速；以及在用于所述第二流體致動器的所確定流速大于預(yù)定量時，防止所述混合器閥的所述閥 元件朝著所述雙向流體流混合位置運(yùn)動，其中只在用于所述第一流體致動器的所確定流速 小于所述第一泵的所確定流量能力時防止所述混合器閥朝著所述雙向流體流混合位置運(yùn) 動。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液壓控制系統(tǒng)，還包括第三流體致動器(34)，其中加壓流體 的所述第一流體流被引導(dǎo)到與所述第一流體致動器并聯(lián)的所述第三流體致動器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的液壓控制系統(tǒng)，其中所述控制器還能夠 接收用于所述第三流體致動器的所需速度的指示；確定用于所述第三流體致動器的與用于所述第三流體致動器的所需速度相對應(yīng)的流速；以及在用于所述第二流體致動器的所確定流速小于預(yù)定量并且用于所述第一流體致動器 和第三流體致動器的所確定流速的和大于所述第一泵的所確定流量能力時，朝著所述雙向 流體流混合位置運(yùn)動所述混合器閥的所述閥元件。
7.一種操作液壓控制系統(tǒng)(48)的方法，包括 將加壓流體的第一流體流引導(dǎo)到第一流體致動器(26)； 將加壓流體的第二流體流引導(dǎo)到第二流體致動器(32)； 接收指示用于所述第一流體致動器的所需速度的操作者輸入； 確定用于所述第一流體致動器的與所述所需速度相對應(yīng)的流速； 確定加壓流體的所述第一流體流的最大流速；以及在用于所述第一流體致動器的所確定流速大于加壓流體的所述第一流體流的所述最 大流速時，將加壓流體的所述第二流體流與加壓流體的所述第一流體流混合，并且將加壓 流體的混合流體流引導(dǎo)到所述第一流體致動器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括 確定是否希望相關(guān)機(jī)器直線行駛；以及在希望直線行駛時防止所述加壓流體的所述第二流體流與被引導(dǎo)到所述第一流體致 動器的加壓流體的所述第一流體流混合。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括 接收用于所述第二流體致動器的所需速度的指示；確定用于所述第二流體致動器的與用于所述第二流體致動器的所需速度相對應(yīng)的流 速；以及在用于所述第二流體致動器的所確定流速大于預(yù)定量時，防止加壓流體的所述第二流 體流與被引導(dǎo)到所述第一流體致動器的加壓流體的所述第一流體流混合，其中只在用于所 述第一流體致動器的所確定流速小于所述加壓流體的所述第一流體流的最大流速時，防止 加壓流體的所述第二流體流與被引導(dǎo)到所述第一流體致動器的加壓流體的所述第一流體 流混合。
10.一種機(jī)器(10)，包括: 機(jī)架(38)；吊桿構(gòu)件(22)，樞轉(zhuǎn)地連接到所述機(jī)架； 斗桿構(gòu)件(28)，樞轉(zhuǎn)地連接到所述吊桿構(gòu)件； 作業(yè)工具(14)，可操作地連接到所述斗桿構(gòu)件；根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任一項所述的液壓控制系統(tǒng)(48)，能夠相對于所述機(jī)架運(yùn)動所 述吊桿構(gòu)件、所述斗桿構(gòu)件和所述作業(yè)工具。
全文摘要
公開了一種用于機(jī)器(10)的液壓控制系統(tǒng)(48)。液壓控制系統(tǒng)可具有第一流體致動器(26)、能夠產(chǎn)生加壓流體的第一流體流的第一泵(51)、第二流體致動器(32)以及能夠產(chǎn)生加壓流體的第二流體流的第二泵(53)。液壓控制系統(tǒng)還具有混合器閥(108)以及控制器(112)?？刂破髂軌蚪邮罩甘镜谝涣黧w致動器的所需速度的操作者輸入，確定第一流體致動器的與所需速度相對應(yīng)的流速，并且確定第一泵的流量能力?？刂破鬟€能夠在第一流體致動器的所確定流速大于第一泵的所確定流量能力時，運(yùn)動混合器閥，以便將加壓流體的第二流體流與加壓流體的第一流體流混合。
文檔編號F15B11/17GK101828042SQ200880111930
公開日2010年9月8日 申請日期2008年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月17日
發(fā)明者M·T·維奎倫 申請人:卡特彼勒公司;卡特彼勒日本有限公司