具有可变排量泵和静液压泵－马达的多功能液压系统的制作方法
【专利摘要】一种液压系统包括第一泵和多个阀，该多个阀控制从第一泵到若干致动器的流体流量。在控制阀中的可变源孔并联连接在第一泵与节点之间，以及在控制阀中的可变旁通孔串联连接在节点与箱体之间。在节点处的压力控制第一泵的排量。每个控制阀还具有用于改变节点与致动器之一之间流体流量的计量孔。联接在给定致动器的两个端口之间的静液压泵－马达通过从那些端口中的一个排出的流体在马达运转模式中被驱动。在泵送模式中，静液压泵－马达迫使较低的压力流体从给定致动器的一个端口排入另一个端口。
【专利说明】具有可变排量泵和静液压泵一马达的多功能液压系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2011年3月15日提交的美国临时专利申请第61/452，885号的权.、
Mo
[0003]关于联邦赞助研发的声明
[0004]不适用
[0005]本发明的背景
[0006]本发明的领域
[0007]本发明涉及具有多个泵和多个独立地可控制的液压致动器的液压系统；以及更具体地涉及多个泵的控制和将产生的流体流量分配到多个液压致动器。
[0008]相关技术的说明
[0009]液压系统具有至少一个液压泵，该液压泵提供加压流体，该加压流体通过各控制阀馈送以驱动不同的液压致动器。液压致动器是诸如缸体活塞布置或是液压马达，该液压马达使液压流体的流动转变为机械运动。
[0010]因为不同量级的负载作用于各个液压致动器上，操作每个致动器所需的液压压力可在任何时间点处大幅变化。例如，在挖土机中，用于举起悬臂的液压致动器通常需要相对较高的压力，该相对较高的压力是与卷起铲斗或移动臂的其它致动器相比而言的。因此，当操作者在举起悬臂的同时还移动臂或铲斗时，来自泵的流体流量的大部分将去向较低压力的液压致动器。在没有一些其它补偿机构的情况下，这剥夺了悬臂致动器根据命令进行操作所需的必要流体。为了保持在所有致动器中的适当流量共享，液压系统使用复杂的节流机构，该节流机构在多个致动器操作时对较低压力功能增加了压降，并且防止它们消耗不成比例地大量的流体流量。不同设备制造商使用不同的节流机构。这些机构中的一些使用压力补偿器和负载感应泵，而其中的另一些使用来自操作者空置的导向压力信号来对低压功能形成节流损失。所有这些节流损失产生热并给液压系统增加低效从而能够进行机器操作者命令的多功能操作。
[0011]期望的是，避免这些在效率和能量上的固有损失的同时还保持操作者所期望的多功能性能。
【发明内容】
[0012]一种用于机器的液压系统，包括有第一可变排量泵，该第一可变排量泵将加压流体提供进入供应管路以运行多个液压致动器。设置返回管路以接收从多个液压致动器回流的流体。
[0013]控制阀组件具有多个控制阀，该多个控制阀的每个与多个液压致动器中的不同液压致动器关联。每个控制阀包括用于改变在第一泵与相关联的液压致动器之间流体流量的计量孔。
[0014]液压系统还包括连接成在给定液压致动器的两个端口之间传送流体的静液压泵一马达。在马达运转模式中，静液压泵一马达通过流出致动器端口中的一个的流体来驱动，流体以高于流体流入的另一个端口的压力流出致动器端口中的一个。当流出一个端口的流体具有比流体进入另一端口所需压力低的压力时，静液压泵一马达以泵送模式中运行。
[0015]本液压系统的一个实施例还包括流体求和节点，该流体求和节点与控制第一泵的排量的控制端口流体连通。每个控制阀中的计量孔改变在求和节点与相关联的液压致动器之间的流体流量。每个控制阀还包括可变流量源孔，以及可变旁路孔。例如，每个控制阀较佳地构造成使得当计量孔扩大时，可变流量源孔也扩大且可变旁路孔缩小。相反地在该构造中，当计量孔缩小时，可变流量源孔也缩小，并且可变旁路孔扩大。
[0016]在控制阀组件中，多个控制阀的可变流量源孔并联连接在第一泵与流体求和节点之间。多个控制阀的可变旁路孔串联连接以形成旁路通道，流体通过该旁通流路在流体求和节点与返回管路之间流动。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是具有液压系统挖掘机的不意图；
[0018]图2是用于挖掘机的第一液压系统的视图；
[0019]图3是图2中可控制主要泵的排量的第一液压系统的部件的功能性示意图；
[0020]图4是用于挖掘机的第二液压系统的示意图；以及
[0021]图5是用于挖掘机的第三液压系统的不意图。
[0022]本发明的详细描述
[0023]这里所使用的术语“直接连接”是指相关联的部件通过管路连接在一起而无需诸如阀、孔或其他器件之类的任何插入元件，该插入元件限制或控制流体的流量超出任何管路的固有限制。如果部件描述成“直接连接”在两个点或元件之间，那就是部件直接地连接至每个这样的点或元件。
[0024]尽管本发明在上下文中描述的是用在挖土机上的，本发明还可实施在其他类型的液压操作设备上。
[0025]首先参见图1，挖掘机10包括驾驶室11，该驾驶室可在履带16上顺时针和逆时针摆动。附接至驾驶室的悬臂组件12细分为彼此之间枢接的悬臂13、臂14和铲斗15。机械地和液压地并联连接的成对液压活塞缸体组件17相对于驾驶室11升高或降低悬臂13。在典型的挖掘机中，这些组件17的缸体附接至驾驶室11，而活塞杆附接至悬臂13，这样作用在悬臂上的重力趋于将活塞杆缩回缸体中。然而，活塞缸体组件的连接可使重力趋于将活塞杆从缸体伸出。支承在悬臂13的远端处的臂14可响应于另一个液压活塞缸体组件18的操作而向前和向后枢转。当通过还有另一个液压活塞缸体组件19驱动时，铲斗15使在臂的末端枢转。铲斗15可被其他作业头代替。
[0026]另外参见图2，成对的左右双向行进马达20和22各自驱动轨道24以在地面上推进挖掘机。双向液压摆动马达26可选择性地相对于履带16顺时针和逆时针转动驾驶室11。
[0027]液压马达20、22和26以及在悬臂组件12上的液压活塞缸体组件17 — 19通常称为液压致动器，该液压致动器是将液压流体流转换成机械运动的装置。给出的液压系统可包括其它类型的液压致动器。[0028]具体参见图2，液压系统30具有六个液压功能31 — 36，尽管在实践本发明的其他液压系统中可使用更多或更少数量的这样的功能。具体地，具有左和右行进功能31和32，以及摆动功能33。悬臂组件包括悬臂功能34、臂功能35和铲斗功能36，称为执行功能。
[0029]每个液压功能31、32、33、34、35和36各自包括控制阀41、42、43、44、45和46，以及包括相关的液压致动器20、22、26、17、18和19。这六个控制阀41 一 46组合形成控制阀组件40。控制阀可物理上分离或组合在单个单体组件中。控制阀41 一 46控制相关的液压致动器与可变排量主要泵50和箱体51之间的流体流量。主要泵50将加压流体提供至供应管路58，并且流体通过返回管路60返回到箱体51中。主要供应管路58和返回管路60或110延伸至控制阀41 - 46中的每个。
[0030]主要泵50是这个类型的:输出压力等于施加到负载传感端口 39的压力加上被称为“泵裕度”的固定预定量。为了保持所期望的压力，主要泵50增加或减少其排量。例如，如果出口压力与控制输入端口压力之间的差异小于泵裕度，则泵将增加排量。如果出口压力与控制输入端口压力之间的差异大于泵裕度，则泵将减少排量。已知通常通过孔的流量可表示为与流动面积和压差的平方根成比例。由于这个泵控制方法提供“泵裕度”的恒定压差，流出主要泵50的流量将与泵出口与负载传感端口 39之间的流动面积成线性比例。可选地，主要泵51可以是具有正排量、非正排量、电液控制排量或负载传感控制排量的类型。
[0031]当多个功能需要流体时，泵可处于相对高排量，该相对高排量可使驱动泵的发动机过载以及可能使发动机停机。这种情况将通过发动机控制器探测到，该发动机控制器通过向液压系统的系统控制器57提供报警信号来作出响应，见图3。系统控制器57通过操作负载传感动力控制阀37作出反应，该负载传感动力控制阀打开成比例的量来减少施加在负载传感端口 39处的压力来控制主要泵50的出口压力。这个动作减少了发动机上的负载并防止停机。
[0032]系统控制器57除了接收来自挖掘机上各个传感器的输入信号之外，还接收来自驾驶室11中的操作者界面59的信号。系统控制器通过产生操作第一液压系统30中的阀的信号来作出响应。
[0033]再次参照图2，每个控制阀41 - 46是正开口式三位阀，例如:诸如滑阀式阀。虽然在示例性液压系统30中，控制阀41 - 46示出为通过先导压力操作，但控制阀中的一个或多个可通过螺线管或机械连接件操作。
[0034]所有控制阀的共同特征将参照第一控制阀41来进行描述，接着将描述一些液压功能中的控制阀的独特特征。第一控制阀41具有供应端口 62，该供应端口连接至来自主要泵50的主要供应管路58。控制阀中的可变流量源孔64提供供应端口 62和流体出口 66之间的流体连通。第一控制阀41的流体出口 66通过功能流限制器63连接至负载传感管路67，该功能流限制器包括与止回阀并联的固定孔。第二控制阀具有相似的功能流限制器63，而第三至第六控制阀44 - 46的流体出口 66直接地连接至负载传感管路67。在负载传感管路67中限定有流体求和节点74。这样，控制阀中的每个可变流量源孔64提供在主要供应管路58与流体求和节点74之间的分离的可变流体路径。
[0035]流体出口 66还连接至计量孔进口 70，或者如第一和第二控制阀41和42那样直接地连接，或者如用于其他控制阀43 - 46那样通过常用的负载止回阀68进行连接。在第一控制阀41中的可变计量孔75根据第一控制阀远离中心、中性位置移动的方向，选择性地将计量孔进口 70连接至两个工作端口 76和78之一。两个工作端口 76和78连接至相关液压致动器、诸如在左行进功能31中的致动器20上的不同端口。第一控制阀41通常偏置到中心位置，在该中心位置中两个工作端口 76和78都关闭。
[0036]第一控制阀41还具有直接地联接在控制阀的旁路进口 79和旁路出口 81之间的旁路孔80。用于其他控制阀42 - 46中每个的旁通孔80串联联接以提供在求和节点74与返回管路60之间的流体流通。具体地对于示例性液压系统30，第五控制阀45的旁通进口79连接至求和节点74。控制阀45的旁通出口 81直接地连接至第五控制阀45的旁通进口79、该第五控制阀45的旁通出口直接地连接至第四控制阀44的旁通进口 79、等等，在所有液压功能中都是如此。第一控制阀41的旁通出口 81直接地连接至返回管路60。这样一系列旁通孔80连接在求和节点74与返回管路60之间。
[0037]在描述使用来自其他泵82、83和84的流体的第一液压系统的操作之前，将描述可变排量主要泵50的控制。图3示出了第一液压系统30的控制主要泵50排量那些部件。可变流量源孔64和旁通孔80更功能性地成组布置，这些相应的孔示出在它们实际所定位的相应控制阀41 - 46外。这个功能性视图示出:所有控制阀41 - 46的可变流量源孔6441 —6446并联在来自主要泵50的主要供应管路58与流量求和节点74之间。该并联连接形成可变流量部分65。所有控制阀41 - 46的旁通孔8041 — 8046串联连接在流体求和节点74与通向箱体51的返回管路60之间，并形成液压系统30的旁通部分88。用于孔的附图标记的下标是指相应孔是控制阀41 - 46中哪个的一部分，例如，旁通孔8041是第一控制阀41的一部分。
[0038]首先假设所有控制阀41 一 46在中心位置中，在该中心位置中控制阀的工作端口76和78都闭合。在该状态中，施加于主要的供应管路58、来自主要泵50的输出，穿过可变流量源孔6441 - 6446，所有可变流量源孔现收缩到相对小的流动面积。因此，相对少量的流体从主要泵50流经可变流量部分65到达求和节点74。此时，扩大在旁通部分88中的所有旁通孔SO41 - SO46以提供相对大的流动面积，因此允许进入求和节点74的流体容易地流入返回管路60。于是，在流体求和节点74处的压力处在相对低的水平。该低压通过负载传感管路67传递到可变排量主要泵50的负载传感端口 39。这导致在主要泵处是低出口压力。
[0039]可选地，当控制阀41 一 46在中心位置时，其可变流量源孔6441 — 6446可完全地关闭，这样没有流体流经主要供应管路58与流体求和节点74之间的控制阀。在该版本的泵控制系统中，可增加独立的小固定孔来将主要供应管路58连接至在可变流量部分65中的流体求和节点74，这样当所有控制阀在中心位置时，来自主要供应管路的一些流量进入流体求和节点。
[0040]参见图2和3，基于对其他液压功能32 - 36以相同方式操作的理解，将参照左行进功能31来描述泵控制技术的操作。第一控制阀41从中心位置沿任一方向的打开运动，根据该运动的方向，将计量孔进口 70通过可变计量孔75连接至工作端口 76或78中的一个。打开第一控制阀41还将其他工作端口 78或76连接至返回管路60。与此同时，可变流量源孔6441扩大与控制阀移动的距离相关的量，因此使泵增加从主要供应管路58流到流体求和节点74的流体流量，从而保持如前所述的“泵裕度”。同时，旁通孔SO41的尺寸缩小，使在求和节点74处的压力增加。这样随着第一控制阀41打开路径，流体通过该路径供应至左行进液压致动器20，通过可变流量部分65进入求和节点74的流量增加，同时由旁通孔8041产生的对流出节点、流到箱体返回管路60的流量的限制也增加，因此使在求和节点74处的压力增加。
[0041]当流体求和节点压力足够大以克服作用在左行进液压致动器20上的负载力时，流体开始流过在第一控制阀41中的计量孔75以驱动左行进液压致动器20。
[0042]第一控制阀41正在打开的同时，也可打开一个或多个其他控制阀42 - 46。他们的各自可变流量源孔6442 - 6446还将流体从主要供应管路58传输入流体求和节点74。因为所有可变流量源孔6441 - 6446并联连接，所以跨越那些孔中的每个有相同的压差。每个流量源孔的压差和横截面面积决定经过那个孔的流量。流入流体求和节点74的总流量是流经每个可变流量源孔6441 - 6446的单独流量的累积。结果，每个打开的可变流量源孔面积之和决定流入流体求和节点74的累积流量，并且这样控制来自可变排量主要泵50的输出流量。每个控制阀41 - 46中的计量孔75的各自流体面积和在致动器17、18、19、20、22和26上的各自负载力决定每个致动器所接收的、来自流体求和节点74的流量的大小。
[0043]当左行进液压致动器20将挖掘机移动至所期望位置时，第一控制阀41通过任何控制该阀的任何装置返回到中心位置。在中心位置中，两个工作端口 76和78再次关闭来切断从流体求和节点74流向左行进液压致动器20的流体流量。此外，相关的可变流量源孔6441缩小至相对小的尺寸，该相对小的尺寸减少了从主要供应管路58流向流体求和节点74的流量。将第一控制阀41复位至中心位置还扩大了第一控制阀的旁通孔SO41的尺寸。现在，如果其他控制阀41 - 46也在中心位置中，则所有他们的旁通孔8041 - 8046相对大，因袭将流体求和节点压力释放到返回管路60中。
[0044]再次参见图2，第一液压系统30的主要特征在于另外包含一个或多个固定排量泵82、83和84。具体地，左行进液压功能31具有第一固定排量泵82，该第一固定排量泵将流体从箱体51传输入第一二级供应管路91，该第一二级供应管路连接至在第一控制阀41上的二级进口端口 92。在第一控制阀41的中心或中性位置，二级进口端口 92连接至二级出口端口 93，该二级出口端口又通过止回阀94联接至共用供应管路95。
[0045]右行进功能32包括相似的第二固定排量泵83，该第二固定排量泵将加压液压流体提供到第二二级供应管路96，该第二二级供应管路连接至第二控制阀42的第二二级进口端口 97。该控制阀具有第二二级出口端口 98，第二二级出口端口通过止回阀99联接到共用的供应管路95。注意到，两个止回阀94和99允许流体仅从各自的二级出口端口 93或98流入共用的供应管路95，并且不允许流体沿相反方向流动。
[0046]共用供应管路95直接地连接至用于摆动功能33的第三控制阀43的第三二级进口端口 100。正如将要描述的，该连接为用于操作摆动液压制动器26的第三控制阀43提供液压流体的二级源。
[0047]悬臂功能34包括具有出口的第三固定排量泵84，该出口连接至三级供应管路102，该三级供应管路通向第四控制阀44的三级进口端口 104。第四控制阀44具有直接地连接至二级罐子返回管路110的三级出口端口 106。在第四控制阀的中心或中性位置，三级进口端口 104直接地联接至三级出口端口 106，因此允许出口流体流从第三固定排量泵84直接地流到二级箱体返回管路110。
[0048]用于悬臂功能34的第三固定排量泵84的排量选择成提供用于挖掘机在常规的液压系统上的泵的总排量的预定量(例如:25%)。例如，如果常规挖掘机具有两个100立方厘米(CC)的泵，则第三固定排量泵84将具有50立方厘米的固定排量。这样，当第四控制阀44移动进入打开位置之一时，流体总是从第三固定排量泵84提供至悬臂液压制动器17。
[0049]第一和第二固定排量泵82和83的固定排量具有比来自可变排量主要泵50的可用最大流量和压力小的最大输出流量和压力，并且与液压功能相关联，该液压功能通常需要比由主要泵50提供的输出压力显著低的输出压力。例如，可变排量主要泵50可具有150立方厘米的最大输出流量以及来自第一和第二固定排量泵82和83的每个的最大输出流量可以是25立方厘米。例如，用于悬臂功能的第三固定排水泵84可具有50立方厘米的最大输出流量。
[0050]当举起悬臂13时，所有来自第三固定排量泵84的流体输出输送到悬臂液压致动器17的头腔室。来自主要供应管路58的额外的流体也将经第四控制阀44输送到悬臂液压致动器17的头腔室。如前所述，由于悬臂组件12的高重量，需要相对高的压力来驱动悬臂液压致动器17和举起悬臂。与此相反，臂和铲斗功能35和36通常需要显著较低的压力，甚至在臂和铲斗功能的最大负载情况下也是这样。如果其他液压功能消耗了来自可变排量主要泵50的所有可用输出，悬臂13仍将用来自第三固定排量泵84的输出来举起，但该动作比如果还有来自主要供应管路58的可用流体慢。专用于悬臂功能34的第三固定排量泵84的使用不再需要在挖掘机上的较低压力功能中包含节流损失。
[0051]在常规的挖掘机上，行进功能通常被赋予产生自共用泵的可用流体的优先权。这是因为当行进运动发生的同时，悬臂、臂和铲斗的移动通常伴随着行进。这样在之前的挖掘机上，仅来自泵之一的整体流量被完全输送到行进功能，而使用来自其他泵的流量用于执行功能(悬臂、臂和铲斗)。没有被执行功能消耗的流量通过一些列的止回阀和孔被引导回行进功能。类型的系统无论执行功能的流体需求如何，通常都保持机器所有流体排量的一半用于行进功能。尽管这样的常规管路是有效的，但它没有为举起悬臂功能提供优先权，特别地是在低发动机怠速时，这是因为允许用于执行功能的压力被固定孔所限制。这个之前的液压管路还在过渡过程中遇到可控性问题，该过渡是从结合了来自两个泵的输出的模式过渡到一个泵，两个泵中一个泵用于行进，且另一个用于执行功能。现在的带有用于行进功能的独立的第一和第二泵的回路克服了这些缺点。
[0052]第一和第二固定排量泵82和83无论其他液压功能33 — 36的流量消耗如何，都分别为左和右行进功能31和32中的每个提供流量优先权。参见图2，当第一控制阀41在打开位置之一时，来自第一固定排量泵82的流量输送到左行进液压致动器20。来自主要供应管路58的任何可用流量还通过第一控制阀41中的内部孔输送到左行进液压致动器20。该内部孔和功能流量限制器63中的孔限制由第一固定排量泵82产生的流体流量反向流过第一控制阀并进入主要供应管路58，因此掠夺正在用于驱动左行进致动器20的流体。
[0053]还应注意，当一个或两个行进功能31和32不消耗来自行进功能31和32各自的第一或第二固定排量泵82和83的流体时，相关的控制阀41或42将流体传输至共用供应管路95，在该共用供应管路中它可用于给摆动功能33供能。如果不运行摆动功能，即，第三控制阀43在中心位置，则来自共用供应管路95的流体流经控制阀进入罐子返回管路60。然而，如果运行摆动功能33，在共用供应管路95中的可用流体与来自主要供应管路58的流体一起应用于驱动摆动液压致动器26。该摆动功能的运行与行进功能31和32如何将来自第一和第二固定排量泵82和83与来自主要供应管路58的流体组合以驱动行进液压致动器相似。当两个行进功能31和32都被命令100%时，摆动功能33仅可从主要泵50中抽取流体，且于是摆动功能的可用流体受到限制。由于摆动功能与行进功能并联，所以在摆动功能中的压力(和由此转矩)也受到限制。
[0054]应注意负载传感管路67具有固定孔69,该固定孔在用于两个行进功能31和32的管路的连接点与用于保持功能33 - 36的管路的连接点之间。关于第一液压系统30，可变排量主要泵50具有比可允许进入行进液压致动器20或22中任一个高的流量。结果，需要限制从主要泵50施加到行进液压致动器的流体。在示例系统中，如果仅有的工作的功能是两个行进功能31或32之一，则由于行进功能是在主要泵的单独控制之下则没有行进超速的问题，因此从主要泵50接收其流量需求的75%并从第一或第二固定排量泵82或83接收其流量的25%。应理解的是在不同系统中也可采用其他流量比例。
[0055]然而，当其他功能33-36的至少一个工作的同时，行进功能31或32之一起作用，则其他功能可要求来自主要泵50的更大量的流量，因此将该泵的排量增加到一个点，该点上行进功能可被驱动到一个不期望的高速。为防止该情况，负载传感管路67具有限制孔69，该限制孔将行进功能31和32的管路连接于用于其他液压功能33-36的管路连接分开。这个孔69限值那些其他功能能命令主要泵50的排量的程度，同时允许工作的行进功能31和/或32主导该控制。这样，将允许进入行进功能31和32的附加流体限制为用跨越流量限制孔69作用的的泵裕度通过流量限制孔69产生的流量。例如，如果流量限制孔69的尺寸设置成允许在15bar压力下25升/分(Ipm)(裕度)，则超出单个功能流量进入行进功能的最大流量是25升/分(1pm)。
[0056]当两个行进功能31和32工作时，必需防止多于最大行进流量被引导到行进液压致动器20或22中任一个。这通过功能流量限制器63实现，该功能流量限制器连接在控制阀41和42的流量出口 66与那些行进功能31和32中的负载传感管路67之间。这个功能流量限制器63包括与止回阀并联的固定孔，该止回阀强制流体沿从流量出口 66到负载传感管路67的方向经过固定孔。例如，如果两个左和右行进功能31和32都是命令100%，并接着左行进致动器20停止并不能消耗其所命令的流量，则流量将通过用于左行进功能31的在功能流量限制器63中的孔，并进入负载传感管路67。该流体继续经过负载传感管路67和右行进功能32的功能流量限制器63中的止回阀。结果，跨越左行进功能31的功能流量限制器63中的孔出现压差，并且因此由右行进功能32接收的来自左功能的额外流量由该孔限制，压差等于泵的裕度压力。在通常情况下，这个额外流量将足够小，并且不会引起行进液压致动器20和22超速。
[0057]图4示出实施本发明构思的第二液压系统200。该液压系统200具有左行进功能201和右行进功能202、悬臂功能203、摆动功能204、臂功能205和铲斗206。
[0058]可变排量主要泵208从箱体210抽取流体，并且将该流体在压力之下提供到主要供应管路209。主要供应管路209具有双位比例控制阀207，该双位比例控制阀207将该管路的第一部分连接主要供给管路的第二部分，左和右行进功能201和202连接到管路的第一部分，其余的液压功能203-206连接至主要供应管路的第二部分。
[0059]第二液压系统200具有固定排量泵220，该固定排量泵也从箱体210抽出流体并在压力下将该流体经供应止回阀222提供到悬臂/臂选择阀224。悬臂/臂选择阀224将来自固定排量泵220的输出流量引导到二级供应管路228或旁通节点229。旁通节点229通过止回阀231连接至负载传感管路230。止回阀231防止来自固定排量泵220的流量流入负载传感管路，并因以悬臂、摆动和臂功能的优先权次序维持悬臂、摆动和臂功能的流量优先权。另一个止回阀233允许来自固定排量泵220的、否则会被某些液压功能消耗的流体流入主要供应管路209，这样补充来自主要泵208的、用于其它液压功能的流量。这减少了通过主要泵208抽出的发动机功率。
[0060]每个液压功能201、201、203、204、205 和 206 各自包括控制阀 211、212、213、214、215和216，以及包括相关的液压致动器20、22、26、17、18和19。所有控制阀211-216都连接至主要供应管路209并连接至通回箱体210的返回管路218。控制阀211-216是正开口式三位式，并且可以是例如螺线管操作滑阀式阀。每个控制阀211-216具有两个打开状态，在该两个打开状态中，来自主要供应管路209的流体被供给至相关的液压致动器17-26，并且来自致动器的流体通过阀返回至箱体返回管路218。根据所用的打开状态，液压致动器沿两个方向之一被驱动。
[0061]第一和第二控制阀211和212具有供应端口 221，该供应端口直接地连接至主要供应管路209。那些控制阀211和212的出口端口 223通过功能流量限制器225联接至负载传感管路230。第三、第五和第六控制阀213、215和216具有相似的供应端口 235和出口端口 236，供应端口 235直接地连接至主要供应管路209，出口端口 236直接地连接至负载传感管路部分238。
[0062]用于摆动功能204的第四控制阀214使其供应端口 237通过比例流量限制阀246连接至主要供应管路209，并具有出口端口 239，该出口端口直接地连接至负载传感管路部分238。流量限制阀246通过在出口端口 239处的压力先导操作。摆动功能204具有流量限制器，该流量限制器限制来自可变排量泵的流量大小超过用于摆动液压致动器26的最大额定流量。该流量限制器包括与固定孔250串联的流量阀248，流体行进通过该固定孔供应至摆动液压致动器26。流量阀248通常打开并通过跨越孔250的压差先导操作。这样，当越过固定孔250的流量超过预定值，因此产生所给定大小的压降时，流量阀248开始按比例地关闭，因此把限制到摆动液压致动器26的流量。
[0063]负载传感管路部分238通过固定求和孔242联接至负载传感管路230，在该负载传感管路中限定流体求和节点232。负载传感管路230通过固定孔241联接至主要泵208的排量控制输入234。当控制阀211-216打开时，来自主要供应管路209的流体施加于流体求和节点232，并且流体施加量与各自控制阀打开的程度成比例。
[0064]控制阀211-216还具有各旁通孔240，这些旁通孔串联连接以形成在旁通节点229与箱体返回管路218之间的旁通通道226。旁通通道226与止回阀231 —起还提供在求和节点232与返回管路218之间的流体路径。当所有控制阀211-216处于关闭、中心位置时，其旁通孔240扩大以提供相对大的流动路径，该大的流动路径允许流体容易地从旁通节点229通入返回管路218。当控制阀211-216打开时，其旁通孔240缩小以限制通过旁通通道226的流量，该旁通通道使在求和节点232处的压力增大，因此增大流体供应压力。
[0065]应注意的是，在控制阀213、215和214处分别有多组双止回阀255、260和262。当旁通通道226中具有合适压力时，这些止回阀之一可打开以将来自旁通通道的流体提供至相应的控制阀。该组中的其他止回阀在相应阀的打开状态时防止流体向后流回负载传感管路230或流入主要供应管路209中。这些止回阀255、260和262允许流体从主要供应管路209和固定排量泵220两者供应至液压功能。
[0066]继续参见图4，当命令悬臂升高或臂运动中任一个时，来自固定排量泵220的流量被引导至相应的悬臂或臂功能203或205。这通过触发悬臂/臂选择阀224以成比例地将来自固定排量泵220的流量引导到二级供应管路228来实现。这防止所有的固定排量泵流量被行进功能201或202消耗，并且更重要地防止通过止回阀233引导至主要供应管路209。二级供应管路228中的流量通过在悬臂功能203处的支流253引导到旁通通道226。应注意，旁通通道226中的止回阀254阻止该流量行进回至旁通节点229。这样，在所有系统情况下，如果命令悬臂功能203时，来自固定流量泵220的流量最优先被引导以保持在该功能的压力限制下的悬臂流量。在命令悬臂升起操作的情况下，悬臂控制阀213的旁通孔240稍稍地关闭，因此迫使已进入旁通通道226的流体流过止回阀255和悬臂控制阀到达悬臂液压致动器17。该流量补充否则从主要供应管路209抽出的任何流体。
[0067]此外，在挖掘机10的挖掘操作过程中，当触发臂功能205时，悬臂/臂选择阀224还将来自固定排量泵220的流量送入二级供应管路228中。该流量还流经支流253到旁通通路226中，并从该处流过至臂功能205。由于用于该功能的臂控制阀215具有减少的旁通孔240，迫使旁通通道流量通过止回阀260和臂控制阀以为臂液压致动器18提供动力。在挖掘操作过程中，臂功能205需要比铲斗功能206更高的压力是很常见的。第二液压系统200保持来自固定排量泵220的、用于臂功能较高压力，而允许可变排量主要泵208以铲斗功能206所需的较低压力运行。
[0068]应注意，在悬臂功能203与摆动功能204之间，旁通通道226通过止回阀256和固定孔258联接至主要供应管路209。这个循环支流允许未被臂功能205消耗的流体被引导到主要供应管路209，流体可从该主要供应管路由其他液压功能使用。假设悬臂功能203和摆动功能204是不工作的，则当触发臂功能205时，其控制阀215中的旁通孔240至少部分地关闭以允许流体从旁通通道226经由止回阀260流入该功能。任何未被臂功能205消耗的流体流经止回阀256和固定孔258。固定孔258允许保持在旁通通道226中的压力，从而臂功能将接收加压流体。
[0069]当命令悬臂升起、摆动和诸如或臂放下或铲斗转斗的另一较低的压力操作时，摆动功能204需要保持足够的转矩以适当地加速。在这个命令情况下，来自固定排量泵220的输出流量经由二级供应管路228引导到悬臂功能203，并且该功能因此在所需压力下操作。收进悬臂或铲斗转斗操作在较低压力下从主要泵208得到动力。为了加速，摆动功能204需要比可变排量主要泵208产生的更高的压力。因此，现在摆动功能204通过止回阀和孔的组合264连接，该组合将在二级供应管路228中的一些较高压力流量从悬臂功能203引导至摆动功能。在264处的孔的大小选择成限制引自悬臂功能的流量。
[0070]与第一液压系统30不同，第二液压系统200不具有用于左和右行进功能201和202的分开的泵。然而，同样地，可变排量主要泵208具有比可允许进入行进液压致动器20和22显著更高的流量，而不发生超速情况。当只有行进功能201和202之一运行时，其处于主要泵208的控制下，并因此从该泵接收大部分的流量需求。流量需求的剩余部分满意地经由将流体供应到主供应管路209的选择阀224和止回阀233来自固定排量泵220。当与例如铲斗功能206的执行功能一起命令单个行进功能时，任何到行进功能201和202的附加流量由在负载传感管路230中固定求和孔242来限制。关于第一液压系统30，如前所述，当两个行进功能工作时，发生相同类型的流量限制。
[0071]由于行进功能201和202没有分开的固定排量泵，所以在第二液压系统200中实施节流优先技术。在此情形下，控制阀207将主要供应管路209分成第一部分270和第二部分272，其中仅行进功能201和202连接至该第一部分，其他功能203 — 206连接至该第二部分。当进行功能被命令时，该控制阀207从打开位置过渡成限制位置以限制允许从主要泵208到非行进功能203 - 206的流量大小。控制阀207用于两个行进功能201和202的致动器中所产生最高压力成比例地关闭。此外，负载传感管路230中的固定求和孔242限制由行进功能201和202命令的、在该操作模式过程中允许流至执行功能203、205和206的泵出口流量的大小。
[0072]为了避免越过在摆动功能的液压致动器26处跨越跨接端口释放阀266的高压流量损失，流体限制阀246位于在主要供应管路209与负载传感管路部分238之间穿过摆动控制阀214的流动路径中。当该负载传感管路部分238中的压力升高超过预定水平时，实施该流量限制阀246的先导操作控制阀关闭，以因此限制来自主要泵208的摆动功能的进口流量，该预定水平比跨接端口释放阀压力阈值稍高或稍低。应注意，流量限制阀246可放置在摆动控制阀214的供应管路侧或负载传感管路侧。
[0073]为了改善生产率并匹配铲斗功能206和悬臂功能203的压力负载，在控制阀216和箱体返回管路218之间铲斗功能的排出管路中加入节流损失。这个限制与举起悬臂命令成比例地变化。在第二液压系统200中，这个限制是通过比例控制阀268来实施的，该比例控制阀响应于悬臂命令的量来运行。可选地，这样的限制可通过在悬臂滑阀上的可变孔实施，从铲斗功能排出的油流动穿过该悬臂滑阀。
[0074]参见图5，第三液压系统300具有六个液压功能，具体是左进行功能301、右进程功能302、摆动功能303、悬臂功能304、臂功能305和铲斗功能306。第三液压系统300除了悬臂功能304之外，与第一液压系统30相似。结果，常见系统部分和元件在图2和5中被标记为相同的附图标记。
[0075]代替专用泵84，悬臂功能304包括与悬臂控制阀316并联连接的静液压泵用马达310。所有的泵50、82、83和310都由挖掘机10的发动机驱动。静液压泵用马达310具有第一端口，该第一端口通过第一止回阀311连接至箱体返回管路60，其中第一止回阀允许流体仅沿从箱体返回管路60至该泵端口和至悬臂液压致动器17的杆腔室的方向流动。静液压泵用马达310的第一端口还直接地连接至悬臂控制阀316的第一工作端口 314。静液压泵用马达310的第二端口通过致动器管路319直接地连接至悬臂控制阀316的第二工作端口 315。第二止回阀312连接成允许流体从箱体返回管路60流到静液压泵用马达310的第二端口并流到第二工作端口 315。第一和第二止回阀311和312提供抗气穴功能，该抗气穴功能确保提供足够的补充流体以保持静液压泵用马达310装满液体。如果有另外的足够补充流体来保持该装满状态，那些止回阀311和312可移除。第一工作端口 314连接至悬臂液压致动器17的杆腔室，并且第二工作端口 315通过负载止回阀318联接至那些液压致动器的头腔室。当悬臂控制阀316处在流体从那些头腔室流出的位置时，负载止回阀318通过压力信号先导操作进入打开状态。
[0076]用于悬臂功能304的控制阀316通过施加到控制阀相反两端的先导压力操作，并且那些先导压力还施加于用于静液压泵用马达310的排量控制装置317的端口。可选地，可使用电致动器来操作控制阀316和静液压泵用马达310的排量控制。
[0077]在悬臂升起操作过程中，操作控制阀316的先导信号还控制静液压泵用马达310的排量。以与第一液压系统30中描述相同的方式，通过控制阀316从流体求和节点74提供到悬臂液压功能304的初始供应流体流量。当悬臂功能304继续被命令时，静液压泵用马达310在泵送模式下工作的，在泵送模式中，迫使排出液压制动器17的杆腔室的流体进入头腔室。在泵送模式中，离开用于液压致动器的头腔室端口的流体处于比用于流体进入杆致动器腔室端口所需压力低的压力。因此静液压泵用马达310必须用作泵以增加流经该装置流体的压力。
[0078]如果在较低压力下同时运行一个或多个其他液压功能301-303或305-306，并以较高的流率消耗流体，则可能在用于悬臂液压功能304的主要供应管路58中可用流体不足。当发生这种情况时，静液压泵用马达310可以是用于悬臂功能的仅有的流体源。然而，仍用该液压回路保持悬臂操作的优先权。
[0079]当命令悬臂降低操作时，操作该悬臂控制阀316的同一先导信号还控制静液压泵用马达310的排量。在这种模式中，来自悬臂液压致动器17的头腔室的初始排出流量由悬臂控制阀316控制，该悬臂控制阀316控制将该流量直接地引导到箱体返回管路60，而不回收该流体中的能量。应注意在这个时候，负载止回阀318通过操作悬臂控制阀316的先导压力信号被迫打开。当机器操作者命令更大的悬臂运动以及先导压力增加时，静液压泵用马达310以马达模式开始运行，并且消耗从悬臂致动器17的头腔室排入致动器管路319的一些流体。流经静液压泵用马达310的流体被送入那些致动器的膨胀杆腔室中。这个动作使静液压泵用马达310开始马达运转，因此将机械能施加在驱动轴上，该驱动轴连接至静液压泵用马达并从排出流体中回收能量。由静液压泵用马达310的流体消耗速率与操作者命令的量和产生的先导压力信号有关。由于来自液压致动器17的头腔室排出流量比可由静液压泵用马达310消耗的流量大，所以该流体流量的其余部分通过悬臂控制阀316转移至箱体51。
[0080]在悬臂降低过程中，当铲斗15被向下驱动进入地面中并且悬臂组件12成为动力负载时，静液压泵用马达310不再回收能量。替代地，静液压泵用马达310将能量递送至连接至悬臂液压致动器17的杆腔室的其端口，而在泵用马达排量不变。这样，发生从马达运转到泵送的平稳过渡。
[0081]前面的描述主要涉及本发明的一个或多个实施例。尽管已注意本发明范围内各种变型，但是应该预料到，熟悉本领域的技术人员将很可能意识到现在从本发明实施例的公开中变得显而易见的附加变型。因此，本发明的范围应由下面的权利要求书来确定，而不应由上面的说明书来限制。
【权利要求】
1.一种用于机器的液压系统，包括: 多个液压致动器，所述多个液压致动器包括给定液压致动器，所述给定液压致动器具有有第一端口和第二端口的缸体和活塞装置； 第一泵，所述第一泵用于提供流体以运行所述多个液压致动器； 箱体，所述箱体用于接收来自所述多个液压致动器的流体； 多个控制阀，所述多个控制阀中的每个选择性地控制所述多个液压致动器中相关的一个液压致动器与所述第一泵和与所述箱体之间的流体流量，所述多个控制阀包括给定控制阀，所述给定控制阀具有连接至所述给定液压致动器的所述第一端口的工作端口以及连接至所述第二端口的第二工作端口 ；以及 静液压泵一马达，所述静液压泵一马达可操作地连接成在所述给定液压致动器的所述第一端口与第二端口之间传送流体，并具有马达运转模式和泵送模式，在所述马达运转模式中，所述静液压泵一马达通过流出所述第一端口和第二端口中的一个端口的流体驱动，流出所述第一端口和第二端口中的所述一个端口的所述流体处于比流入所述第一端口和第二端口的另一个端口的流体高的压力下，在所述泵送模式中，当流体从所述第一端口和第二端口中的一个端口流出的流体具有比流体流入所述第一端口和第二端口中另一个端口所需的压力低的压力时，通过所述静液压泵一马达泵送流体。
2.如权利要求1所述的液压系统，其特征在于，所述第一泵具有可变排量。
3.如权利要求1所述的液压系统，其特征在于，所述静液压泵一马达具有可变排量流量。
4.如权利要求3所述的液·压系统，其特征在于，所述给定控制阀通过控制信号操作；以及所述静液压泵一马达的所述可变排量通过所述控制信号控制。
5.如权利要求1所述的液压系统，其特征在于，当所述静液压泵一马达处于所述马达运转模式时，所述给定控制阀将流出所述第一端口和第二端口中所述一个端口的流体中的一些传送至所述箱体。
6.如权利要求1所述的液压系统，其特征在于，当所述静液压泵一马达处于泵送模式时，所述给定控制阀将来自所述第一泵的流体传送到所述第一端口和第二端口中的另一个端口中。
7.如权利要求1所述的液压系统，其特征在于，所述液压系统还包括: 流体求和节点，所述流体求和节点与用于控制所述第一泵的排量的控制端口流体连通；以及 其中所述多个控制阀的每个包括用于改变所述流体求和节点与所述相关的液压致动器之间流体流量的计量孔、可变流量源孔、以及可变旁通空，所述多个控制阀的所述可变流量源孔并联连接在所述第一泵与所述流体求和节点之间，以及所述多个控制阀的所述可变旁通孔串联连接以形成旁通通道，流体通过所述旁通通道在所述流体求和节点与所述箱体之间流动。
8.如权利要求7所述的液压系统，其特征在于，在所述多个阀的每个中，当所述计量孔扩大时所述可变流量源孔扩大，以及所述计量孔缩小时所述可变流量源孔缩小。
9.如权利要求7所述的液压系统，其特征在于，在所述多个阀的每个中，所述计量孔扩大时所述可变旁通孔缩小，以及所述计量孔缩小时所述可变旁通孔扩大。
10.一种用于机器的液压系统包括: 多个液压致动器，所述多个液压致动器包括给定液压致动器，所述给定液压致动器具有有第一端口和第二端口的缸体和活塞装置； 第一泵，所述第一泵用于提供流体，所述流体用于运行所述多个液压致动器； 箱体，所述箱体用于接收来自所述多个液压致动器的流体； 多个控制阀，所述多个控制阀中的每个选择性地控制所述多个液压致动器中的一个与所述第一泵和所述箱体之间的流体流量，所述多个控制阀包括给定控制阀，所述给定控制阀具有连接至所述给定液压致动器的所述第一端口的工作端口以及连接至所述第二端口的第二工作端口 ；以及 静液压泵一马达，所述静液压泵一马达可操作地连接成在所述给定液压致动器的所述第一端口和第二端口之间传送流体，并具有马达运转模式，在所述马达运转模式中，所述静液压泵一马达通过流出所述第一端口和第二端口中的一个端口的流体驱动，流出所述第一端口和第二端口中的所述一个端口的所述流体处于比流入所述第一端口和第二端口的另一个端口的流体高的压力下。
11.如权利要求10所述的液压系统，其特征在于，当所述静液压泵一马达处于所述马达运转模式时，所述给定控制阀将流出所述第一端口和第二端口中所述一个端口的流体中的一些传送至箱体。
12.如权利要求10所述的液压系统，其特征在于，所述静液压泵一马达还具有泵送模式，在所述泵送模式中，当流体从所述第一端口和第二端口中的一个端口流出的流体具有比用于流体流入所述第一端口和第二端口另一个端口所需的压力低的压力时，通过所述静液压泵一马达泵送流体。
13.如权利要求12所述的液压系统，其特征在于，当所述静液压泵一马达处于所述泵送模式时，所述给定控制阀将来自所述第一泵的流体传送到所述第一端口和第二端口中的另Iv端口中。
14.如权利要求10所述的液压系统，其特征在于，所述静液压泵一马达是可变排量式。
15.如权利要求14所述的液压系统，其特征在于，所述给定控制阀通过控制信号操作；以及所述静液压泵一马达的排量通过所述控制信号控制。
16.如权利要求10所述的液压系统，其特征在于，还包括先导操作的负载止回阀，所述先导操作的负载止回阀响应于先导信号而打开，以允许流体从所述给定液压致动器流至所述第二工作端口，并以其他方式允许流体仅从所述第二工作端口流至所述给定液压致动器。
17.如权利要求10所述的液压系统，所述液压系统还包括: 流体求和节点，所述流体求和节点与用于控制所述第一泵的排量的控制端口流体连通；以及 其中所述多个控制阀中的每个包括计量孔、可变流量源孔和可变旁通孔，其中所述计量孔改变所述流体求和节点与所述相关的液压致动器之间的流体流量，所述多个控制阀的所述可变流量源孔并联连接在所述第一泵与所述流体求和节点之间，以及所述多个控制阀的所述可变旁通孔串联连接以形成旁通通道，流体通过所述旁通通道在所述流体求和节点与所述箱体之间流动。
18.如权利要求17所述的液压系统，其特征在于，在所述多个阀的每个中，当所述计量孔扩大时所述可变流量源孔扩大，以及所述计量孔缩小时所述可变流量源孔缩小。
19.如权利要求17所述的液压系统，其特征在于，在所述多个阀的每个中，所述计量孔扩大时所述可变旁通孔缩小，以及所述计量孔缩小时所述可变旁通孔扩大。
20.—种用于机器的液压系统包括: 多个液压致动器，所述多个液压致动器包括给定液压致动器，所述给定液压致动器具有有第一端口和第二端口的缸体和活塞装置； 第一泵，所述第一泵用于提供流体，所述流体用于运行所述多个液压致动器； 箱体，所述箱体用于接收来自所述多个液压致动器的流体； 多个控制阀，所述多个控制阀中的每个选择性地控制所述多个液压致动器中的一个与所述第一泵和所述箱体之间的流体流量，所述多个控制阀包括给定控制阀，所述给定控制阀具有连接至所述给定液压致动器的所述第一端口的工作端口以及连接至所述第二端口的第二工作端口 ；以及 静液压泵一马达，所述静液压泵一马达可操作地连接成在所述给定液压致动器的所述第一端口和第二端口之间传送流体，并具有泵送模式，在所述泵送模式泵送流体，当流体从所述第一端口和第二端口中的一个端口流出的流体具有比流体流入所述第一端口和第二端口另一个端口所需的压力低的压力时，通过所述静液压泵一马达泵送流体。
21.如权利要求20所述的液压系统，其特征在于，当所述静液压泵一马达处于所述泵送模式时，所述给定控制阀将来自所述第一泵的流体传送到所述第一端口和第二端口中的另一个端口中。
22.如权利要求20所述·的液压系统，其特征在于，所述静液压泵一马达还具有马达运转模式，在所述马达运转模式中，所述静液压泵一马达通过流出所述第一端口和第二端口中的一个端口的流体驱动，流出所述第一端口和第二端口中的所述一个端口的所述流体处于比流入所述第一端口和第二端口的另一个端口的流体高的压力下。
23.如权利要求22所述的液压系统，其特征在于，当所述静液压泵一马达处于所述马达运转模式时，所述给定控制阀将流出所述第一端口和第二端口中所述一个端口的体中的一些传送至箱体。
24.如权利要求20所述的液压系统，其特征在于，所述静液压泵一马达是可变排量式。
25.如权利要求24所述的液压系统，其特征在于，所述给定控制阀通过控制信号操作；以及所述静液压泵一马达的排量通过所述控制信号控制。
26.如权利要求20所述的液压系统，其特征在于，还包括先导操作的负载止回阀，所述先导操作的负载止回阀响应于先导信号而打开，允许流体从所述给定液压致动器流至所述第二工作端口，并以其它方式允许流体仅从所述第二工作端口流至所述给定液压致动器。
27.如权利要求20所述的液压系统，其特征在于，所述液压系统还包括: 流体求和节点，所述流体求和节点与用于控制所述第一泵的排量的控制端口流体连通；以及 其中所述多个控制阀中的每个包括用于改变所述流体求和节点与所述相关的液压致动器之间流体流量的计量孔、可变流量源孔、以及可变旁通空，所述多个控制阀的所述可变流量源孔并联连接于所述第一泵与所述流体求和节点之间，以及所述多个控制阀的所述可变旁通孔串联连接以形成旁通通道，流体通过所述旁通通道在所述流体求和节点与所述箱体之间流动。
28.如权利要求27所述的液压系统，其特征在于，在所述多个阀的每个中，当所述计量孔扩大时所述可变流量源孔扩大，以及所述计量孔缩小时所述可变流量源孔缩小。
29.如权利要求27所述的液压系统，其特征在于，在所述多个阀的每个中，所述计量孔扩大时所述可变旁 通孔缩小，以及所述计量孔缩小时所述可变旁通孔扩大。
【文档编号】F15B13/06GK103857926SQ201280023251
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2012年3月15日 优先权日:2011年3月15日
【发明者】J·L·普法弗, E·P·哈姆金斯 申请人:胡斯可国际股份有限公司