具有多個(gè)閉環(huán)回路的液壓系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種液壓系統(tǒng)(56)。液壓系統(tǒng)可以具有以并行閉環(huán)方式將第一泵(66)流體連接至擺動(dòng)馬達(dá)(43)和第一行進(jìn)馬達(dá)(42R)的第一回路(64)。液壓系統(tǒng)還可以具有以并行閉環(huán)方式將第二泵(66)流體連接至第二行進(jìn)馬達(dá)(42L)和第一線性工具致動(dòng)器(34)的第二回路(62)。
【專利說明】具有多個(gè)閉環(huán)回路的液壓系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明整體涉及一種液壓系統(tǒng)，并且更具體地，涉及一種具有多個(gè)閉環(huán)回路的閉環(huán)液壓系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)包括從罐抽吸低壓流體、加壓流體并且使加壓的流體可用于多個(gè)不同致動(dòng)器以用于使致動(dòng)器運(yùn)動(dòng)的泵。在該布置中，通過選擇性地對(duì)加壓的流體從泵到每個(gè)致動(dòng)器中的流動(dòng)進(jìn)行節(jié)流(即，限制)能夠獨(dú)立地控制每個(gè)致動(dòng)器的速度。例如，為了使特定致動(dòng)器以高速運(yùn)動(dòng)，流體從泵到致動(dòng)器中的流動(dòng)僅進(jìn)行少量限制。相反，為了使同一或另一致動(dòng)器以低速運(yùn)動(dòng)，在流體流動(dòng)上設(shè)置的限制增大。雖然對(duì)于許多應(yīng)用是足夠的，但利用流體限制來控制致動(dòng)器速度能夠?qū)е铝鲃?dòng)損耗，這降低液壓系統(tǒng)的總體效率。
[0003]液壓系統(tǒng)的替代類型已知為閉環(huán)液壓系統(tǒng)。閉環(huán)液壓系統(tǒng)一般包括以閉環(huán)型式連接至單個(gè)致動(dòng)器或連接至串聯(lián)操作的一對(duì)致動(dòng)器的泵。在操作過程中，泵從致動(dòng)器的一個(gè)室抽吸流體并且將加壓的流體排放至相同的致動(dòng)器的相對(duì)室。為了使致動(dòng)器以較高速度運(yùn)動(dòng)，泵以較快的速率排放流體。為了使致動(dòng)器以較低速度運(yùn)動(dòng)，泵以較慢的速率排放流體。閉環(huán)液壓系統(tǒng)一般比傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)更有效率，因?yàn)榕c流體限制完全不同，致動(dòng)器的速度是通過泵操作控制的。即，泵被控制為僅排放所需量的流體以使致動(dòng)器以期望速度運(yùn)動(dòng)，并且不需要對(duì)流體流動(dòng)進(jìn)行節(jié)流。
[0004]在1983年I月25日公開的Izumi等人的美國專利4369625 (’ 625專利)中公開了示例性閉環(huán)液壓系統(tǒng)。在’625專利中，多致動(dòng)器非計(jì)量式液壓系統(tǒng)被描述為具有集流功能。液壓系統(tǒng)包括擺動(dòng)回路、吊桿回路、操縱桿回路、鏟斗回路、左側(cè)行進(jìn)回路和右側(cè)行進(jìn)回路。擺動(dòng)、吊桿、操縱桿和鏟斗回路中的每個(gè)具有以閉環(huán)方式連接至特定致動(dòng)器的泵。另外，第一集流閥連接在擺動(dòng)回路和操縱桿回路之間，第二集流閥連接在操縱桿回路和吊桿回路之間，并且第三集流閥連接在鏟斗回路和吊桿回路之間。左側(cè)行進(jìn)回路和右側(cè)行進(jìn)回路分別并行連接至鏟斗回路和吊桿回路的泵。在該構(gòu)造中，任何一個(gè)致動(dòng)器能夠接收來自多于一個(gè)泵的加壓的流體，使得其速度不受單個(gè)泵的流量限制。
[0005]雖然對(duì)現(xiàn)存閉環(huán)液壓系統(tǒng)作出了改進(jìn)，上面描述的’625專利的閉環(huán)液壓系統(tǒng)仍欠佳。具體地，系統(tǒng)的連接的回路的操作僅可以順序地執(zhí)行。另外，各種致動(dòng)器的速度和力可能難以控制。
[0006]本發(fā)明的液壓系統(tǒng)旨在解決上面提及的問題和/或現(xiàn)有技術(shù)中的其它問題中的一個(gè)或多個(gè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]—方面，本發(fā)明涉及一種液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)可以包括以并行閉環(huán)方式將第一泵流體連接至擺動(dòng)馬達(dá)和第一行進(jìn)馬達(dá)的第一回路。液壓系統(tǒng)還可以包括以并行閉環(huán)方式將第二泵流體連接至第二行進(jìn)馬達(dá)和第一線性工具致動(dòng)器的第二回路。[0008]另一方面，本發(fā)明涉及一種操作液壓系統(tǒng)的方法。該方法可以包括:利用第一泵和第二泵加壓流體；以及將流體從第一泵引導(dǎo)至擺動(dòng)馬達(dá)和第一行進(jìn)馬達(dá)，并且從擺動(dòng)馬達(dá)和行進(jìn)馬達(dá)經(jīng)由閉環(huán)第一回路引導(dǎo)回到第一泵。該方法還可以包括將流體從第二泵并行地引導(dǎo)至第一行進(jìn)馬達(dá)和第一線性工具致動(dòng)器，并且從行進(jìn)馬達(dá)和第一線性工具致動(dòng)器經(jīng)由閉環(huán)第二回路引導(dǎo)回到第二泵。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是一種示例性公開的機(jī)器的圖示；和
[0010]圖2是可以與圖1的機(jī)器結(jié)合使用的一種示例性公開的液壓系統(tǒng)的示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0011]圖1圖示具有相互協(xié)作以完成任務(wù)的多個(gè)系統(tǒng)和部件的示例性機(jī)器10。機(jī)器10可以實(shí)施為固定或移動(dòng)機(jī)器，其執(zhí)行與諸如采礦、建筑、農(nóng)業(yè)、運(yùn)輸?shù)漠a(chǎn)業(yè)或本領(lǐng)域中已知的另外的產(chǎn)業(yè)相關(guān)聯(lián)的一些類型的操作。例如，機(jī)器10可以是土方作業(yè)機(jī)器，諸如挖掘機(jī)(圖1中所示)、推土機(jī)、裝載機(jī)、反鏟機(jī)、機(jī)動(dòng)平地機(jī)、自動(dòng)傾卸卡車或任何其它土方作業(yè)機(jī)器。機(jī)器10可以包括能夠使作業(yè)工具14運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行系統(tǒng)12、用于推進(jìn)機(jī)器10的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
16、向執(zhí)行系統(tǒng)12和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)16提供功率的功率源18、和處于對(duì)執(zhí)行系統(tǒng)12、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)16和/或功率源18進(jìn)行人工控制的位置的操作員站20。
[0012]執(zhí)行系統(tǒng)12可以包括聯(lián)動(dòng)結(jié)構(gòu)，流體致動(dòng)器作用在該聯(lián)動(dòng)結(jié)構(gòu)上以使作業(yè)工具14運(yùn)動(dòng)。特別地，執(zhí)行系統(tǒng)12可以包括吊桿22，其通過一對(duì)鄰近的雙作用液壓缸26(圖1中僅示出一個(gè))相對(duì)于作業(yè)表面24圍繞水平軸線(未示出)豎向地樞轉(zhuǎn)。執(zhí)行系統(tǒng)12還可以包括操縱桿28，其通過單個(gè)雙作用液壓缸32圍繞水平軸線30豎向地樞轉(zhuǎn)。執(zhí)行系統(tǒng)12還可以包括單個(gè)雙作用液壓缸34，其操作地連接在操縱桿28和作業(yè)工具14之間，以使作業(yè)工具14圍繞水平樞軸36豎向地樞轉(zhuǎn)。在公開的實(shí)施方式中，液壓缸34在頭端34A處連接至操縱桿28的一部分并且在相對(duì)的桿端34B處借助于功率聯(lián)結(jié)件37連接至作業(yè)工具
14。吊桿22可以樞轉(zhuǎn)地連接至機(jī)器10的主體38。主體38可以樞轉(zhuǎn)地連接至底架39并且能夠通過液壓擺動(dòng)馬達(dá)43圍繞豎向軸線41運(yùn)動(dòng)。操縱桿28可以借助于軸30和36將吊桿22樞轉(zhuǎn)地連接至作業(yè)工具14。
[0013]多種不同的作業(yè)工具14可以附接至單個(gè)機(jī)器10并且操作員可控。作業(yè)工具14可以包括用以執(zhí)行特定任務(wù)的任何裝置，諸如像鏟斗、叉形裝置、刀、鏟、粗齒鋸、翻斗、掃帚、吹雪器、推進(jìn)裝置、切割裝置、抓取裝置或本領(lǐng)域中已知的任何其它任務(wù)執(zhí)行裝置。雖然在圖1的實(shí)施方式中作業(yè)工具10被連接以相對(duì)于機(jī)器10的主體38在豎向方向上樞轉(zhuǎn)并且在水平方向上擺動(dòng)，作業(yè)工具14可以替代地或附加地以本領(lǐng)域中已知的任何其它方式旋轉(zhuǎn)、滑動(dòng)、打開和閉合、或運(yùn)動(dòng)。
[0014]驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)16可以包括被供以功率以推進(jìn)機(jī)器10的一個(gè)或多個(gè)牽引裝置。在公開的例子中，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)16包括位于機(jī)器10的一側(cè)上的左側(cè)履帶40L和位于機(jī)器10的相對(duì)側(cè)上的右側(cè)履帶40R。左側(cè)履帶40L可以通過左側(cè)行進(jìn)馬達(dá)42L驅(qū)動(dòng)，而右側(cè)履帶40R可以通過右側(cè)行進(jìn)馬達(dá)42R驅(qū)動(dòng)?？梢栽O(shè)想到，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)16可以替代地包括除履帶之外的牽引裝置，諸如輪、帶、或其它已知的牽引裝置。機(jī)器10可以通過在左側(cè)行進(jìn)馬達(dá)42L和右側(cè)行進(jìn)馬達(dá)42R之間產(chǎn)生速度和/或旋轉(zhuǎn)方向差來轉(zhuǎn)向，而通過從左側(cè)行進(jìn)馬達(dá)42L和右側(cè)行進(jìn)馬達(dá)42R產(chǎn)生基本上相等的輸出速度和旋轉(zhuǎn)方向可以有利于直線行進(jìn)。
[0015]功率源18可以實(shí)施為發(fā)動(dòng)機(jī)，諸如像柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、氣體燃料供能發(fā)動(dòng)機(jī)或本領(lǐng)域中已知的任何其它類型的燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)。可以設(shè)想到，功率源18可以替代地實(shí)施為諸如燃料電池、功率存儲(chǔ)裝置或本領(lǐng)域已知的另外的源的非燃燒功率源。功率源18可以產(chǎn)生機(jī)械或電功率輸出，其接著可以轉(zhuǎn)換為用于使液壓缸26、32、34和左側(cè)行進(jìn)馬達(dá)42L、右側(cè)行進(jìn)馬達(dá)42R和擺動(dòng)馬達(dá)43運(yùn)動(dòng)的液壓功率。
[0016]操作員站20可以包括接收來自機(jī)器操作員的指示期望機(jī)器操縱的輸入的裝置。特別地，操作員站20可以包括一種或多種操作員交互裝置46，例如操縱桿、方向盤、或踏板，它們位于靠近操作員座椅(未示出)處。操作員交互裝置46可以通過產(chǎn)生指示期望機(jī)器操縱的位移信號(hào)開始機(jī)器10的運(yùn)動(dòng)，例如行進(jìn)和/或工具運(yùn)動(dòng)。隨著操作員運(yùn)動(dòng)交互裝置46，操作員可以影響在期望的方向上、以期望的速度和/或以期望的力的相應(yīng)機(jī)器運(yùn)動(dòng)。
[0017]如圖2所示，液壓缸26、32、34均可以包括管48和布置在管48內(nèi)的活塞組件50，以形成第一室52和相對(duì)的第二室54。在一個(gè)例子中，活塞組件50的桿部分50A可以延伸經(jīng)過第二室54的端部。這樣，第二室54可以被認(rèn)為是液壓缸26、32、34的桿端室，而第一室52可以被認(rèn)為是頭纟而室。
[0018]第一室52和第二室54均可以被選擇性地供以加壓的流體和排出加壓的流體以使活塞組件50在管48內(nèi)移位，由此改變液壓缸26、32、34的有效長度并且使作業(yè)工具14運(yùn)動(dòng)(參照?qǐng)D1)。流體流入和流出第一室52和第二室54的流速可以與液壓缸26、32、34的平移速度相關(guān)，而第一室52和第二室54之間的壓差可以與由液壓缸26、32、34施加在執(zhí)行系統(tǒng)12的相關(guān)聯(lián)的聯(lián)動(dòng)結(jié)構(gòu)上的力相關(guān)。
[0019]擺動(dòng)馬達(dá)43(像液壓缸26、32、34)可以通過流體壓差驅(qū)動(dòng)。特別地，擺動(dòng)馬達(dá)43可以包括位于諸如推進(jìn)器、柱塞或活塞系列(未不出)的泵送機(jī)構(gòu)的任一側(cè)的第一室和第二室(未示出)。當(dāng)?shù)谝皇冶惶畛湟约訅旱牧黧w并且第二室排出流體時(shí)，泵送機(jī)構(gòu)可以被迫使在第一方向上運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)。相反，當(dāng)?shù)谝皇遗懦隽黧w并且第二室被填充以加壓的流體時(shí)，泵送機(jī)構(gòu)可以被迫使在相反的方向上運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)。流體流入和流出第一室和第一室的流速可以確定擺動(dòng)馬達(dá)43的輸出速度，而在泵送機(jī)構(gòu)上的壓差可以確定輸出轉(zhuǎn)矩。擺動(dòng)馬達(dá)43可以是過中心可變位移式馬達(dá)，其在改變位移方向時(shí)具有控制和設(shè)備以支撐負(fù)載，使得對(duì)于供應(yīng)的流體的給定流速和/或壓力，擺動(dòng)馬達(dá)43的速度、轉(zhuǎn)矩和/或旋轉(zhuǎn)方向可以被調(diào)節(jié)。但是，可以設(shè)想到，擺動(dòng)馬達(dá)43的位移可以替代地是固定的并且/或者擺動(dòng)馬達(dá)43可以不是過中心馬達(dá)(如果期望的話)。
[0020]類似于擺動(dòng)馬達(dá)43，左側(cè)行進(jìn)馬達(dá)42L和右側(cè)行進(jìn)馬達(dá)42R均可以通過形成流體壓差來驅(qū)動(dòng)。特別地，左側(cè)行進(jìn)馬達(dá)42L和右側(cè)行進(jìn)馬達(dá)42R均可以包括位于泵送機(jī)構(gòu)(未不出)的任一側(cè)的第一室和第二室(未不出)。當(dāng)?shù)谝皇冶惶畛湟约訅旱牧黧w并且第二室排出流體時(shí)，泵送機(jī)構(gòu)可以被迫使以在第一方向上運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的牽引裝置(40L、40R)。相反，當(dāng)?shù)谝皇遗懦隽黧w并且第二室被填充以加壓的流體時(shí)，對(duì)應(yīng)的泵送機(jī)構(gòu)可以被迫使以在相反的方向上運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)牽弓I裝置。流體流入和流出第一室和第二室的流速可以確定左側(cè)行進(jìn)馬達(dá)42L和右側(cè)行進(jìn)馬達(dá)42R的速度，而左側(cè)行進(jìn)馬達(dá)42L和右側(cè)行進(jìn)馬達(dá)42R之間的壓差可以確定轉(zhuǎn)矩。左側(cè)行進(jìn)馬達(dá)42L和右側(cè)行進(jìn)馬達(dá)42R可以是過中心可變位移式馬達(dá)，其在改變位移方向時(shí)具有控制和設(shè)備以支撐負(fù)載，使得對(duì)于供應(yīng)的流體的給定流速和/或壓力，行進(jìn)馬達(dá)42L、42R的速度和/或轉(zhuǎn)矩輸出可以被調(diào)節(jié)。但是，可以設(shè)想到，左側(cè)行進(jìn)馬達(dá)42L和右側(cè)行進(jìn)馬達(dá)42R可以替代地是固定位移式馬達(dá)和/或不是過中心的(如果期望的話)。
[0021]如圖2圖示的，機(jī)器10可以包括液壓系統(tǒng)56，其具有驅(qū)動(dòng)上述流體致動(dòng)器以使作業(yè)工具14(參照?qǐng)D1)和機(jī)器10運(yùn)動(dòng)的多個(gè)回路。特別地，液壓系統(tǒng)56可以尤其包括第一回路62和第二回路64。第一回路62可以與液壓缸26、左側(cè)行進(jìn)馬達(dá)42L和液壓缸34相關(guān)聯(lián)。第二回路64可以與擺動(dòng)馬達(dá)43、液壓缸32和右側(cè)行進(jìn)馬達(dá)42R相關(guān)聯(lián)?？梢栽O(shè)想至IJ，回路的附加和/或不同的構(gòu)造可以包括在液壓系統(tǒng)56內(nèi)，諸如像與第一回路62和第二回路中的每個(gè)相關(guān)聯(lián)的充量回路(如果期望的話)。
[0022]在公開的實(shí)施方式中，第一回路62和第二回路64中的每個(gè)可以類似并且包括有利于相關(guān)聯(lián)的致動(dòng)器的使用和控制的多個(gè)互連和相互協(xié)作的流體部件。例如，第一回路62和第二回路64中的每個(gè)可以包括泵66，其經(jīng)由通過左側(cè)通道和右側(cè)通道(相對(duì)于圖2)形成的閉環(huán)流體地連接至其相關(guān)聯(lián)的致動(dòng)器。特別地，第一回路62和第二回路64中的每個(gè)可以包括左側(cè)泵通道68、右側(cè)泵通道70、用于每個(gè)致動(dòng)器的左側(cè)致動(dòng)器通道72和用于每個(gè)致動(dòng)器的右側(cè)致動(dòng)器通道74。對(duì)于線性致動(dòng)器(例如，液壓缸26、32或34)，左側(cè)致動(dòng)器通道72和右側(cè)致動(dòng)器通道74可以通常分別已知為頭端通道和桿端通道。在第一回路62和第二回路64的每個(gè)內(nèi)，相應(yīng)泵66可以經(jīng)由左側(cè)泵通道和右側(cè)泵通道和致動(dòng)器通道68-74的組合連接至其相關(guān)聯(lián)的致動(dòng)器。
[0023]為了延伸線性致動(dòng)器(例如，液壓缸26、32或34)或者為了使旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器(例如，左側(cè)行進(jìn)馬達(dá)、右側(cè)行進(jìn)馬達(dá)或擺動(dòng)馬達(dá)42L、42R、43)在第一方向上旋轉(zhuǎn)，特定回路的左側(cè)致動(dòng)器通道72可以被填充以由相關(guān)聯(lián)的泵66加壓的流體，而相應(yīng)的右側(cè)致動(dòng)器通道72可以被填充以從致動(dòng)器返回的流體。相反，為了縮回線性致動(dòng)器或者為了使旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器在第二方向上旋轉(zhuǎn)，右側(cè)致動(dòng)器通道74可以被填充以由相關(guān)聯(lián)的泵66加壓的流體，而左側(cè)致動(dòng)器通道72可以被填充以離開致動(dòng)器的流體。
[0024]每個(gè)泵66可以具有可變排量并且被控制以經(jīng)由左側(cè)泵通道68從其相關(guān)聯(lián)的致動(dòng)器抽吸流體并且經(jīng)由右側(cè)泵通道70將流體在單一方向上以特定升高的壓力排出回到致動(dòng)器(即，泵66可以是單向泵)。即，泵66可以包括沖程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，例如，旋轉(zhuǎn)斜盤，其位置是尤其基于致動(dòng)器的期望速度液壓機(jī)械調(diào)節(jié)的，以由此改變泵66的輸出(即，排放率)。泵66的排量可以從零排量位置調(diào)節(jié)至最大排量位置，在零排量位置處，基本上沒有流體從泵66排放，在最大排量位置處，流體以最大速率從泵66排放到右側(cè)泵通道70中。泵66可以通過例如副軸、帶或以另外的適當(dāng)方式可驅(qū)動(dòng)地連接至機(jī)器10的功率源18。替代地，泵66可以經(jīng)由轉(zhuǎn)矩變換器、齒輪箱、電氣回路或以本領(lǐng)域中已知的任何其它方式間接地連接至功率源18?？梢栽O(shè)想到，第一回路62和第二回路64的泵66可以串聯(lián)(例如，經(jīng)由相同軸)或并行(經(jīng)由齒輪系)連接至功率源18 (如果期望的話)。
[0025]第一回路62和第二回路64的泵66可以具有大約相同的流量以排放流體。例如，第一回路62的泵66可以具有每分鐘大約377升(Ipm)的稍大流量，因?yàn)榈谝换芈?2的致動(dòng)器可以具有最大的集流需求。相反，第二回路64的泵66可以具有大約3221pm的稍小流量，因?yàn)榈诙芈?4中的致動(dòng)器可以具有最低的集流需求。[0026]泵66也可以如馬達(dá)是選擇性地操作的。更特別地，當(dāng)相關(guān)聯(lián)的致動(dòng)器在超限狀況中操作時(shí)，從致動(dòng)器排放的流體可以具有比相應(yīng)泵66的輸出壓力升高的壓力。在此情況中，經(jīng)過泵66回引的致動(dòng)器流體的升高的壓力可以在功率源18的輔助下或不在功率源18的輔助下用以驅(qū)動(dòng)泵66旋轉(zhuǎn)。在一些情況下，泵66甚至能夠向功率源18施加能量，由此改進(jìn)功率源18的效率和/或容量。
[0027]在一些操作過程中，可以期望的是，使一個(gè)致動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)獨(dú)立于在相同回路內(nèi)的其它致動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)。為此，第一回路62和第二回路64中的每個(gè)可以設(shè)有用于每個(gè)致動(dòng)器的至少一個(gè)計(jì)量閥，其能夠使一個(gè)致動(dòng)器與相同回路的其相關(guān)聯(lián)的泵66和/或其它致動(dòng)器基本上隔離，并且還能夠獨(dú)立地控制相關(guān)聯(lián)的致動(dòng)器的速度。在公開的實(shí)施方式中，第一回路62和第二回路64中的每個(gè)可以包括用于液壓缸26、32、34中的每個(gè)的一組四個(gè)獨(dú)立的計(jì)量閥，包括第一計(jì)量閥76、第二計(jì)量閥78、第三計(jì)量閥80和第四計(jì)量閥82。第一計(jì)量閥76和第二計(jì)量閥78可以被構(gòu)造成調(diào)節(jié)流入和流出相關(guān)聯(lián)的致動(dòng)器的一側(cè)(例如，流入和流出線性致動(dòng)器的第二室54)的流體流動(dòng)。第三計(jì)量閥80和第四計(jì)量閥82可以被構(gòu)造成類似地控制流入和流出相關(guān)聯(lián)的致動(dòng)器的第二側(cè)(例如，流入和流出第一室52)的流體流動(dòng)。第一計(jì)量閥76和第三計(jì)量閥80可以與左側(cè)泵通道68相關(guān)聯(lián)，而第二計(jì)量閥78和第四計(jì)量閥82可以與右側(cè)泵通道70相關(guān)聯(lián)。在操作過程中，第一計(jì)量閥76和第二計(jì)量閥78之一和第三計(jì)量閥80和第四計(jì)量閥82之一將通常是通流的，而剩余的閥將通常阻擋流體流動(dòng)。在通流的閥中，一個(gè)閥將通常使流體通入相關(guān)聯(lián)的致動(dòng)器，而另一閥將通常使流體自相關(guān)聯(lián)的致動(dòng)器離開而通過。以此方式，每組四個(gè)計(jì)量閥76-82可以被一起利用以控制相關(guān)聯(lián)的致動(dòng)器的速度(通過對(duì)供應(yīng)和返回流體流動(dòng)的可變限制)和運(yùn)動(dòng)方向(通過對(duì)通流和阻流的閥的選擇性控制)。
[0028]每個(gè)計(jì)量閥76-82可以包括閥元件，其可運(yùn)動(dòng)至完全打開或通流位置和完全閉合或阻流位置之間的任何位置。每個(gè)計(jì)量閥76-82可以被朝向阻流位置彈簧偏置并且被螺線管操作以朝向通流位置運(yùn)動(dòng)?？梢栽O(shè)想到，閥的其它構(gòu)造可以被用以計(jì)量流入和/或流出液壓系統(tǒng)56的致動(dòng)器的流體(如果期望的話)，諸如與單獨(dú)的致動(dòng)器的每側(cè)相關(guān)聯(lián)的共同的滑閥或用于每個(gè)致動(dòng)器的單個(gè)滑閥(如果期望的話)。
[0029]在一些實(shí)施方式中，計(jì)量閥76-82可以用以有利于在相關(guān)聯(lián)的線性致動(dòng)器內(nèi)的流體再生。例如，當(dāng)計(jì)量閥76和80同時(shí)運(yùn)動(dòng)至它們的通流位置并且計(jì)量閥78和82處于它們的阻流位置時(shí)，高壓流體可以經(jīng)由計(jì)量閥76和80從線性致動(dòng)器的一個(gè)室輸送至另一室，其中僅流體的桿體積(即，由桿部分50A排出的體積，其大約等于第一室體積和第二室體積之差)始終通過泵66。類似的功能可以替代地通過使計(jì)量閥78和82運(yùn)動(dòng)至它們的通流位置，同時(shí)保持計(jì)量閥76和80處于它們的阻流位置來實(shí)現(xiàn)。
[0030]第二回路64也可以設(shè)有用于擺動(dòng)馬達(dá)43的至少一個(gè)計(jì)量閥，其能夠使擺動(dòng)馬達(dá)43與其相關(guān)聯(lián)的泵66和/或與第二回路64的其它致動(dòng)器基本上隔離，并且還能夠獨(dú)立地控制擺動(dòng)馬達(dá)43的速度。在公開的實(shí)施方式中，至少一個(gè)計(jì)量閥包括單個(gè)滑閥84，其具有能夠運(yùn)動(dòng)至第一位置、第二位置和第三位置之間的任何位置的閥元件90。當(dāng)閥元件90處于第一位置(圖2中所示的中間位置)時(shí)，可以禁止經(jīng)過閥84和擺動(dòng)馬達(dá)43的流體流動(dòng)。當(dāng)閥元件90處于第二位置(圖2中所示的左側(cè)位置)時(shí)，來自右側(cè)泵通道70的流體可以流入右側(cè)致動(dòng)器通道74并且來自左側(cè)致動(dòng)器通道72的流體可以流入左側(cè)泵通道68。當(dāng)閥元件90處于第三位置(圖2中所示的右側(cè)位置)時(shí)，來自右側(cè)泵通道70的流體可以流入左側(cè)致動(dòng)器通道72并且來自右側(cè)致動(dòng)器通道74的流體可以流入左側(cè)泵通道68。閥元件90可以被朝向第一位置彈簧偏置，并且被朝向第二位置或第三位置中的任一位置螺線管操作。
[0031]第一回路62和第二回路64也均可以設(shè)有分別用于左側(cè)行進(jìn)馬達(dá)42L和右側(cè)行進(jìn)馬達(dá)42R的至少一個(gè)計(jì)量閥，其能夠使這些馬達(dá)與其相關(guān)聯(lián)的泵66和/或與第一回路62和第二回路64的其它致動(dòng)器基本上隔離，并且還能夠獨(dú)立地控制左側(cè)行進(jìn)馬達(dá)42L和右側(cè)行進(jìn)馬達(dá)42R的速度。在所公開的實(shí)施方式中，至少一個(gè)計(jì)量閥包括一組四個(gè)獨(dú)立的計(jì)量閥76-82，其和與液壓缸26、32和34相關(guān)聯(lián)的計(jì)量閥基本上相同。但是，應(yīng)當(dāng)注意到，左側(cè)行進(jìn)馬達(dá)42L和右側(cè)行進(jìn)馬達(dá)42R可以替代地經(jīng)由類似于閥84的一個(gè)或多個(gè)滑閥控制(如果期望的話)。
[0032]在機(jī)器10的操作過程中，操作員可以利用交互裝置46來向控制器92提供識(shí)別各種線性和/或旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器的期望運(yùn)動(dòng)的信號(hào)?；谝粋€(gè)或多個(gè)信號(hào)，包括來自交互裝置46的信號(hào)和例如來自遍布液壓系統(tǒng)56的各種壓力傳感器和/或位置傳感器的信號(hào)，控制器92可以指令不同閥的運(yùn)動(dòng)和/或不同泵和馬達(dá)的排量/位移改變，以使線性和/或旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器的特定一個(gè)或多個(gè)以期望的方式(即，在期望的速度下和/或以期望的力)行進(jìn)至期望的位置。
[0033]控制器92可以實(shí)施為單個(gè)微處理器或多個(gè)微處理器，其包括基于來自機(jī)器10的操作員的輸入和基于感測的或其它已知的操作參數(shù)用于控制液壓系統(tǒng)56的操作的部件。多種商業(yè)上可獲得的微處理器能夠被構(gòu)造成執(zhí)行控制器92的功能。應(yīng)當(dāng)理解的是，控制器92可以容易地實(shí)施在能夠控制多種機(jī)器功能的通用機(jī)器微處理器中?？刂破?2可以包括存儲(chǔ)器、輔助存儲(chǔ)裝置、處理器和用于運(yùn)行應(yīng)用程序的任何其它部件。各種其它回路可以與控制器92相關(guān)聯(lián)，諸如功率供應(yīng)回路、信號(hào)調(diào)節(jié)回路、螺線管驅(qū)動(dòng)器回路和其它類型的回路。
[0034]工業(yè)實(shí)用性
[0035]公開的液壓系統(tǒng)可以應(yīng)用于期望改進(jìn)的液壓效率和性能的任何機(jī)器。公開的液壓系統(tǒng)可以通過利用閉環(huán)和非計(jì)量技術(shù)提供改進(jìn)的效率。公開的液壓系統(tǒng)可以通過選擇性使用新穎的回路構(gòu)造來提供增強(qiáng)的功能和控制?，F(xiàn)在將描述液壓系統(tǒng)56的操作。
[0036]在機(jī)器10的操作過程中，位于站20內(nèi)的操作員可以借助于交互裝置46指令作業(yè)工具14在期望的方向上且以期望的速度的特定運(yùn)動(dòng)。由交互裝置46產(chǎn)生的指示期望的運(yùn)動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)信號(hào)連同機(jī)器性能信息一起可以提供至控制器92，機(jī)器性能信息例如傳感器數(shù)據(jù)，諸如壓力數(shù)據(jù)、位置數(shù)據(jù)、速度數(shù)據(jù)、泵排量數(shù)據(jù)和本領(lǐng)域中已知的其它數(shù)據(jù)。
[0037]響應(yīng)于來自交互裝置46的信號(hào)并且基于機(jī)器性能信息，控制器92可以產(chǎn)生指向泵66、擺動(dòng)馬達(dá)43和/或指向閥76、78、80、82、90的控制信號(hào)。例如，為了使右側(cè)行進(jìn)馬達(dá)42R在第一方向上以增加的速度旋轉(zhuǎn)，控制器92可以產(chǎn)生使第二回路64的泵66增大其排量并以較大的速率將流體排入右側(cè)泵通道70的控制信號(hào)。另外，控制器92可以產(chǎn)生使計(jì)量閥76和82朝向它們的通流位置運(yùn)動(dòng)較大程度和/或保持在它們的通流位置的控制信號(hào)。在流體從泵66經(jīng)由右側(cè)泵通道70通入并通過右側(cè)行進(jìn)馬達(dá)42R之后，流體可以經(jīng)由左側(cè)泵通道68返回至泵66。此時(shí)，右側(cè)行進(jìn)馬達(dá)42R的速度可以取決于泵66的排放率和(如果有的話)由計(jì)量閥76和82在通過右側(cè)行進(jìn)馬達(dá)42R的流體流動(dòng)上提供的限制量。液壓缸26、32和34在第一方向上(例如，在延伸方向上)的運(yùn)動(dòng)和左側(cè)行進(jìn)馬達(dá)42L的運(yùn)動(dòng)可以以類似的方式執(zhí)行。類似地，擺動(dòng)馬達(dá)43的運(yùn)動(dòng)可以通過泵66的控制和閥84的閥芯位置控制來調(diào)節(jié)。
[0038]右側(cè)行進(jìn)馬達(dá)42R的運(yùn)動(dòng)可以通過轉(zhuǎn)換計(jì)量閥76-82的操作來反向。具體地，計(jì)量閥76和82可以運(yùn)動(dòng)至它們的阻流位置并且計(jì)量閥78、80同時(shí)朝向它們的通流位置運(yùn)動(dòng)這樣的程度，使得雖然第二回路64內(nèi)流體的流動(dòng)方向可以保持相同，但經(jīng)過右側(cè)行進(jìn)馬達(dá)42R的流動(dòng)方向可以反向。液壓缸26、32和34在第二方向上(例如，在縮回方向上)的運(yùn)動(dòng)和左側(cè)行進(jìn)馬達(dá)42L的運(yùn)動(dòng)可以以類似的方式執(zhí)行。類似地，擺動(dòng)馬達(dá)43在第二方向上的運(yùn)動(dòng)可以轉(zhuǎn)換閥84的閥芯位置。
[0039]當(dāng)操作員期望使單個(gè)回路內(nèi)的多個(gè)致動(dòng)器同時(shí)運(yùn)動(dòng)時(shí)，致動(dòng)器的速度和方向控制可以通過計(jì)量流入和流出至少一個(gè)致動(dòng)器的流體來獨(dú)立地控制。特別地，泵控制(即，泵66的排量控制)可以用以調(diào)節(jié)共同的回路內(nèi)的凈流動(dòng)。并且，為了調(diào)節(jié)相同回路內(nèi)的每個(gè)致動(dòng)器，與致動(dòng)器相關(guān)聯(lián)的計(jì)量閥76-82和/或滑閥84必須用以獨(dú)立地轉(zhuǎn)換致動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)方向并且通過節(jié)流獨(dú)立地調(diào)節(jié)流入和流出致動(dòng)器的流動(dòng)速率。可以設(shè)想到，單個(gè)回路內(nèi)的所有致動(dòng)器的計(jì)量閥76-82和/或84可以被利用(如果期望的話)，以獨(dú)立地控制運(yùn)動(dòng)速度。雖然對(duì)流至單個(gè)回路的所有致動(dòng)器的流體流動(dòng)進(jìn)行節(jié)流可以充分地控制致動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)速度，這些閥會(huì)增加節(jié)流損失，但使得泵較少且相關(guān)聯(lián)的損失更小。
[0040]在液體系統(tǒng)56的公開的實(shí)施方式中，由泵66提供的流動(dòng)可以在許多操作過程中基本上不被限制，使得在致動(dòng)過程中不會(huì)不必要地浪費(fèi)顯著的能量。因此，本發(fā)明的實(shí)施方式可以提供改進(jìn)的能量利用和保留。另外，公開的構(gòu)造可以允許液壓系統(tǒng)56內(nèi)需要的泵的數(shù)量減少并且/或者這些泵的尺寸和容量減小。這些減小可以改進(jìn)液壓系統(tǒng)56的封裝并且/或者降低液壓系統(tǒng)56的成本。
[0041]本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚能夠?qū)_的液壓系統(tǒng)作出各種修改和變型。通過考慮公開的液壓系統(tǒng)的說明書和實(shí)踐，本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚其它實(shí)施方式。說明書和例子旨在僅被認(rèn)為是示例性的，真正的范圍由權(quán)利要求書及其等效指明。
【權(quán)利要求】
1.一種液壓系統(tǒng)(56),包括: 第一回路(64)，其以并行閉環(huán)方式將第一泵(66)流體連接至擺動(dòng)馬達(dá)(43)和第一行進(jìn)馬達(dá)(42R);和 第二回路(62)，其以并行閉環(huán)方式將第二泵(66)流體連接至第二行進(jìn)馬達(dá)(42L)和第一線性工具致動(dòng)器(34)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓系統(tǒng)，其中，第一回路還以閉環(huán)方式與擺動(dòng)馬達(dá)和第一行進(jìn)馬達(dá)并行地將第一泵流體連接至第二線性工具致動(dòng)器(32)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液壓系統(tǒng)，其中，第二回路還以閉環(huán)方式將第二泵流體連接至一對(duì)串聯(lián)操作的第三線性工具致動(dòng)器(26)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的液壓系統(tǒng)，還包括: 與擺動(dòng)馬達(dá)相聯(lián)的至少第一計(jì)量閥(90)； 與第一行進(jìn)馬達(dá)相聯(lián)的至少第二計(jì)量閥(76，78，80，82)； 與第二行進(jìn)馬達(dá)相聯(lián)的至少第三計(jì)量閥(76，78，80，82)； 與第一線性工具致動(dòng)器相聯(lián)的至少第四計(jì)量閥(76，78，80，82)； 與第二線性工具致動(dòng)器相聯(lián)的至少第五計(jì)量閥(76，78，80，82)； 與第三線性工具致動(dòng)器相聯(lián)的至少第六計(jì)量閥(76，78，80，82)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的液壓系統(tǒng)，其中，至少第四計(jì)量閥和至少第五計(jì)量閥每個(gè)包括一組四個(gè)獨(dú)立的計(jì)量閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的液壓系統(tǒng)，其中，至少第一計(jì)量閥(90)包括能夠在第一通流位置、阻流位置和第二通流位置之間運(yùn)動(dòng)的滑閥。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的液壓系統(tǒng)，還包括與第一泵、第二泵、擺動(dòng)馬達(dá)、至少第一計(jì)量閥、至少第二計(jì)量閥、至少第三計(jì)量閥、至少第四計(jì)量閥、至少第五計(jì)量閥和至少第六計(jì)量閥通信的控制器(92)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的液壓系統(tǒng)，其中，第一泵的流量大約等于第二泵的流量。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的液壓系統(tǒng)，其中，第一泵的流量大于第二泵的流量。
10.一種操作液壓系統(tǒng)(56)的方法，包括: 利用第一泵(66)和第二泵(66)加壓流體； 將流體從第一泵引導(dǎo)至擺動(dòng)馬達(dá)(43)和第一行進(jìn)馬達(dá)(42R)，并且從擺動(dòng)馬達(dá)和行進(jìn)馬達(dá)經(jīng)由閉環(huán)第一回路(64)引導(dǎo)回到第一泵；和 將流體從第二泵并行地引導(dǎo)至第一行進(jìn)馬達(dá)(42L)和第一線性工具致動(dòng)器(34)，并且從行進(jìn)馬達(dá)和第一線性工具致動(dòng)器經(jīng)由閉環(huán)第二回路(62)引導(dǎo)回到第二泵。
【文檔編號(hào)】F15B13/06GK103998795SQ201280063316
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月21日
【發(fā)明者】M·L·克紐斯曼 申請(qǐng)人:卡特彼勒公司