專利名稱：具有增量壓力補(bǔ)償?shù)囊簤合到y(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及一種液壓系統(tǒng)，更具體地涉及一種具有增量壓力補(bǔ)償(augmented pressure compensation )的液壓系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
液壓系統(tǒng)常用于控制作業(yè)機(jī)械的液壓致動(dòng)器的操作。這些液壓系統(tǒng)通 常包括設(shè)置在液壓回路中流體連接在致動(dòng)器和泵之間的閥。這些閥可分別 構(gòu)造成控制去往致動(dòng)器中各腔室或來(lái)自各腔室的加壓流體的流量和方向。 在某些情況下，多個(gè)致動(dòng)器可連接到一共用的泵。致動(dòng)一個(gè)所述致動(dòng)器可 導(dǎo)致與所述共用的泵流體相連的一個(gè)或多個(gè)液壓回路中的不希望的壓力波 動(dòng)。同時(shí)，致動(dòng)一個(gè)致動(dòng)器可能比單獨(dú)地或同時(shí)地致動(dòng)其它致動(dòng)器需要高得多的來(lái)自所述泵的壓力。在授予Wilke等人的美國(guó)專利No. 5,878,647 (，647專利)中描述了一 種減少液壓系統(tǒng)中的壓力波動(dòng)方法。，647專利描述了一種液壓回路，其具 有兩對(duì)螺線管閥/電磁閥、變量泵、貯液器和液壓致動(dòng)器。 一對(duì)螺線管閥包 括頭端供液閥和頭端回流閥，并將液壓致動(dòng)器的頭端腔室連接到變量泵或 貯液器。另一對(duì)螺線管閥包括桿端供液閥和桿端回流閥，并將液壓致動(dòng)器 的桿端腔室連接到變量泵或]J&液器。四個(gè)螺線管閥中的每一個(gè)與不同的壓 力補(bǔ)償閥相關(guān)聯(lián)，以控制位于相關(guān)聯(lián)的閥和致動(dòng)器之間的流體的壓力。盡管，647專利中所述的液壓回路的多個(gè)壓力補(bǔ)償閥可減少液壓回路中 的壓力波動(dòng)，但是，它們會(huì)在將泵的輸出壓力減小到用于致動(dòng)液壓致動(dòng)器 所需的壓力時(shí)造成高的壓降。這些高的壓降對(duì)于根據(jù)需要操作液壓致動(dòng)器 可能是不必要的，并且會(huì)由于不必要地造成高的泵輸出壓力而減少可用的加壓流體的流，和/或會(huì)由于需要來(lái)自可操作地驅(qū)動(dòng)泵的動(dòng)力源的不必要的 能量而降低液壓回路的效率。另外，由于液壓回路可具有多個(gè)液壓致動(dòng)器， 形成最高的來(lái)自泵的輸出壓力的致動(dòng)器可根據(jù)作用于多個(gè)致動(dòng)器的外部栽 荷和/或操作員輸入而發(fā)生改變。因此，構(gòu)造用于降低壓力需求的系統(tǒng)可能 需要靈活以適應(yīng)變化的外部栽荷和/或操作員輸入。本發(fā)明的液壓系統(tǒng)意在解決一個(gè)或多個(gè)上述問(wèn)題。發(fā)明內(nèi)容一方面，本發(fā)明涉及一種液壓系統(tǒng)，該液壓系統(tǒng)包括加壓流體的源、 至少一個(gè)液壓致動(dòng)器和第一閥。該第一閥具有可相對(duì)于第一閥孔在位于基 本阻止加壓流體朝向所述至少一個(gè)液壓致動(dòng)器流動(dòng)的第一位置與允許最大 流量的加壓流體朝向所述至少 一個(gè)液壓致動(dòng)器流動(dòng)的第二位置之間的多個(gè) 位置之間移動(dòng)的第一閥元件。該第一閥元件構(gòu)造成至少部分地根據(jù)第一閥 下游的加壓流體的壓力選擇性地從位于第一和第二位置之間的第三流動(dòng)通 過(guò)位置移動(dòng)到位于第三和第二位置之間的第四位置。另一方面，本發(fā)明涉及一種操作液壓系統(tǒng)的方法，該方法包括使流體 加壓和朝向第一閥引導(dǎo)經(jīng)加壓的流體。該方法還包括將第一壓力下的第一 加壓流體流從第一閥引導(dǎo)至第一液壓致動(dòng)器的第一腔室。該方法還包括至 少部分地根據(jù)第一閥下游的壓力將第二壓力下的第二加壓流體流從第一閥 引導(dǎo)至第一腔室，其中，所述第一壓力大于所述第二壓力。


圖l是舉例說(shuō)明的作業(yè)機(jī)械的概略圖；圖2是舉例說(shuō)明的圖1的作業(yè)機(jī)械的液壓系統(tǒng)的概略圖。
具體實(shí)施方式
圖l示出舉例說(shuō)明的作業(yè)機(jī)械io。作業(yè)機(jī)械io可以是執(zhí)行與諸如采 礦、建筑、耕作或現(xiàn)有技術(shù)中所知的其它行業(yè)有關(guān)的某種類型的操作的固定式或移動(dòng)式機(jī)械。例如，作業(yè)機(jī)械10可以是運(yùn)土機(jī)械如推土機(jī)、裝載機(jī)、反鏟(挖土)機(jī)、挖掘機(jī)、機(jī)動(dòng)平地機(jī)、自傾卸卡車或其它運(yùn)土機(jī)械。作業(yè)機(jī)械10可包括發(fā)電機(jī)組、泵、船用器具(marinevessel)或其它適宜的 任務(wù)實(shí)施機(jī)械。作業(yè)機(jī)械10可包括機(jī)架12、第一和第二作業(yè)機(jī)具14和16、 以及連接在第一和第二作業(yè)機(jī)具與/或機(jī)架12之間的第一和第二液壓致動(dòng) 器18和20。機(jī)架12可包括支承作業(yè)機(jī)械10的任何結(jié)構(gòu)單元。例如，機(jī)架12可以 是連接動(dòng)力源(未示出)與牽引裝置22的固定式底架、聯(lián)桿系統(tǒng)的移動(dòng)式 機(jī)架構(gòu)件、和/或現(xiàn)有技術(shù)所知的任何其它類型的機(jī)架。第一和第二作業(yè)機(jī)具14和16可分別包括用于執(zhí)行任務(wù)的任何裝置。 例如，第一和第二作業(yè)機(jī)具14和16可包括刮板、裂具、妒鈄、伊具、翻 斗、推進(jìn)裝置或現(xiàn)有技術(shù)中所知的任何其它任務(wù)實(shí)施裝置。第一和第二作 業(yè)機(jī)具14和16可通過(guò)直接樞轉(zhuǎn)件、通過(guò)液壓致動(dòng)器18和20之一在其中 形成構(gòu)件的聯(lián)桿系統(tǒng)、和/或以任何其它適宜的方式連接到機(jī)架12。第一和 第二作業(yè)機(jī)具14和16可構(gòu)造成相對(duì)于機(jī)架12樞轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)、滑動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)或 以現(xiàn)有技術(shù)所知的任何其它方式運(yùn)動(dòng)。如圖2所示，作業(yè)機(jī)械10還可包括構(gòu)造成影響第一和第二液壓致動(dòng)器 之一或兩者、以例如使第一和第二作業(yè)機(jī)具14和16之一或兩者都產(chǎn)生運(yùn) 動(dòng)的液壓系統(tǒng)24。為清楚起見(jiàn)，將參考構(gòu)造成控制第一液壓致動(dòng)器18的 操作的液壓回路說(shuō)明所述液壓系統(tǒng)24。但是，應(yīng)注意，所述液壓系統(tǒng)24 可包括用于致動(dòng)第二液壓致動(dòng)器20和/或其它液壓致動(dòng)器的其它液壓回路 200。液壓系統(tǒng)24可包括加壓流體源26、儲(chǔ)液罐28、壓力補(bǔ)償閥30、頭端 供液閥32、桿端供液閥34、頭端泄流閥36和桿端泄流閥38。液壓系統(tǒng)24 還可包括頭端補(bǔ)液閥40、頭端卸壓閥42、桿端補(bǔ)液閥44和桿端卸壓閥46。 可以設(shè)想，液壓系統(tǒng)24可包括其它和/或不同的部件，如溫度傳感器、位 置傳感器、蓄能器(accumulator)和/或現(xiàn)有技術(shù)中所知的其它部件。第一液壓致動(dòng)器18可包括活塞-缸組件、液壓馬達(dá)、和/或其中具有一個(gè)或多個(gè)流體腔室的任何其它已知的液壓致動(dòng)器。例如，第一液壓致動(dòng)器18可包括管狀部分(tube) 50和置于管狀部分50中的活塞組件52。管狀 部分50和活塞組件52之一可以樞轉(zhuǎn)地連接到機(jī)架12上，而管狀部分50 和活塞組件52中的另一個(gè)可以樞轉(zhuǎn)地連接到作業(yè)機(jī)具14上。第一液壓致 動(dòng)器18可包括通過(guò)活塞組件52分隔的第一腔室54 (頭端腔室)和第二腔 室56 (桿端腔室)。第一和第二腔室54和56可選擇性地被供以加壓流體， 以使活塞組件52在管狀部分50中移位，從而改變第一液壓致動(dòng)器18的有 效長(zhǎng)度。第一液壓致動(dòng)器18的膨脹和回縮可用于協(xié)助使機(jī)架12和作業(yè)機(jī) 具14之一或兩者運(yùn)動(dòng)?？梢栽O(shè)想，第一液壓致動(dòng)器18可連接到作業(yè)機(jī)具 10的任何部件上和/或連接在作業(yè)機(jī)具10的任何部件之間，以影響它們之 間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)?；钊M件52的移位可以是由于活塞組件52的相對(duì)側(cè)的壓差作用造成 的。不平衡的作用力可由于第一和第二腔室54和56之一中的流體壓力不 同于第一和第二腔室54和56的另一個(gè)中的流體壓力造成。例如，活塞組 件52的第一腔室表面上的壓力大于活塞組件52的第二腔室表面上的壓力 將造成活塞組件52移位成增大第一液壓致動(dòng)器18的有效長(zhǎng)度。類似地， 活塞組件52的第二腔室表面上的壓力大于活塞組件52的第一腔室表面上 的壓力將造成活塞組件52在管狀部分50中回縮以減小第一液壓致動(dòng)器18 的有效長(zhǎng)度?？梢栽O(shè)想，活塞組件52可連接有密封件(未示出)如O形 環(huán)，以限制在第一和第二腔室54和56之間的流體流動(dòng)。(加壓流體)源26可構(gòu)造成產(chǎn)生加壓流體的流，并可包括變量泵如斜 盤泵、可調(diào)式軸流泵(variable pitch propeller pump)、和/或現(xiàn)有技術(shù)中 已知的其它加壓流體源。源26可通過(guò)控制系統(tǒng)100進(jìn)行控制，并可例如通 過(guò)副軸(未示出)、傳送帶(未示出)、電路(未示出)和/或以任何其它 適宜的方式可驅(qū)動(dòng)地連接到作業(yè)機(jī)械10的動(dòng)力源(未示出)。源26可設(shè) 置在儲(chǔ)液罐28和第一液壓致動(dòng)器18之間，并可構(gòu)造成通過(guò)控制系統(tǒng)100 進(jìn)行控制。源26可專門只向液壓系統(tǒng)24提供加壓流體，或者可向作業(yè)機(jī) 械10中的其它液壓系統(tǒng)如潤(rùn)滑系統(tǒng)提供加壓流體。儲(chǔ)液罐28可包括現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何低壓源，如構(gòu)造成用于保持流 體供給的貯液器。所述流體可包括例如專用液壓油、發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油、變速 器潤(rùn)滑油或現(xiàn)有技術(shù)中已知的其它工作流體。作業(yè)機(jī)械10中的一個(gè)或多個(gè) 液壓系統(tǒng)可從儲(chǔ)液罐28汲取流體，并使流體返回儲(chǔ)液罐28。還可以設(shè)想， 液壓系統(tǒng)24可連接有多個(gè)獨(dú)立的流體儲(chǔ)罐。壓力補(bǔ)償閥30可以是設(shè)置在源26和上游供液通路60之間的比例控制 閥，并可構(gòu)造成控制供給上游供液通路60的流體的壓力。壓力補(bǔ)償閥30 可包括比例閥元件，其可以朝向流動(dòng)通過(guò)位置彈簧/彈性和液力偏壓、以 及朝向流動(dòng)阻塞位置液力偏壓。所述壓力補(bǔ)償閥30的比例閥元件可響應(yīng)于 所造成的彈簧和液壓作用力的平衡而相對(duì)于閥體移位。壓力補(bǔ)償閥30可在經(jīng)由流體通路78從壓力補(bǔ)償閥30和上游供液通路 60之間的某一點(diǎn)處引導(dǎo)的流體的作用下朝向流動(dòng)阻塞位置移動(dòng)。流體通路 78中可設(shè)有限流孔80,以使流體通路78中的壓力和/或流動(dòng)波動(dòng)最小。壓 力補(bǔ)償閥30可在經(jīng)由流體通路82從往復(fù)閥(shuttle valve) 74引導(dǎo)的流 體的作用下朝向流動(dòng)通過(guò)位置移動(dòng)。流體通路82中可設(shè)有限流孔84,以 使流體通路82中的壓力和/或流動(dòng)波動(dòng)最小?？梢栽O(shè)想，壓力補(bǔ)償閥30的 比例閥元件可選擇地朝向流動(dòng)阻塞位置彈簧偏壓，來(lái)自通路82的流體可選 擇地使壓力補(bǔ)償閥30的閥元件朝向流動(dòng)阻塞位置偏壓，和/或來(lái)自通路78 的流體可選擇地使壓力補(bǔ)償閥30的比例閥元件朝向流動(dòng)通過(guò)位置移動(dòng)。還 可以設(shè)想，壓力補(bǔ)償閥30可選擇地定位在頭端和桿端供液閥32和34的下 游或者定位在任何其它適宜的位置。還可以設(shè)想，根據(jù)需要可省去限流孔 80和84。頭端和桿端供液間32和34可設(shè)置在源26和第一液壓致動(dòng)器18之間， 并分別構(gòu)造成調(diào)節(jié)去往第一和第二腔室54和56的加壓流體流。具體地， 頭端和桿端供液閥32和34可分別包括比例閥元件，所述比例閥元件彈簧 偏壓和螺線管致動(dòng)，以使閥元件移動(dòng)到流體朝向第一和第二腔室54和56 的流動(dòng)基本被阻塞的第 一位置與可使最多的流體朝向第 一和第二腔室54 和56流動(dòng)的第二位置之間的多個(gè)位置中的任一位置處。此外，頭端和桿端供液網(wǎng)32和34的比例閥元件可通過(guò)控制系統(tǒng)100 進(jìn)行控制，以改變加壓流體可流動(dòng)通過(guò)其中的流通面積的大小?？梢栽O(shè)想， 頭端供液閥32可選擇地可以是液壓致動(dòng)的、機(jī)械致動(dòng)的、氣動(dòng)的或通過(guò)任 何其它適宜的方式致動(dòng)。應(yīng)注意，比例閥元件可比固定面積閥元件在控制 液壓致動(dòng)器18的運(yùn)動(dòng)方面提供更大的靈活性，因?yàn)槔缈赡苄枰?或希 望向第一和第二腔室54和56供應(yīng)不同的流體流量/流率，以根據(jù)作用于第 一液壓致動(dòng)器18上的不同的外部作用力和/或不同的操作員輸入形成該第 一液壓致動(dòng)器18的不同的致動(dòng)速度。頭端和桿端泄流閥36和38可設(shè)置在第一液壓致動(dòng)器18和儲(chǔ)液罐28 之間，并可構(gòu)造成調(diào)節(jié)來(lái)自第一和第二腔室54和56的加壓流體流。具體 地，頭端和桿端泄流閥36和38可分別包括雙位閥元件，所述雙位閥元件 可以在允許流體從第一和第二腔室54和56流動(dòng)的第一位置與基本不允許 流體從第一和第二腔室54和56流動(dòng)的第二位置之間彈簧偏壓和螺線管致 動(dòng)?？梢栽O(shè)想，頭端和桿端泄流閥36和38可包括其它的或不同的閥元件， 如比例閥元件和/或現(xiàn)有技術(shù)中已知的其它閥機(jī)構(gòu)。還可以設(shè)想，頭端和桿 端泄流閥36和38可以是液壓致動(dòng)的、才幾械致動(dòng)的、氣動(dòng)的和/或通過(guò)任何 其它適宜的方式致動(dòng)。頭端和桿端供液和泄流閥32、 34、 36和38可流體相連。特別地，頭 端和桿端供液閥32和34可并聯(lián)連接到上游的供液通路60，并連接到下游 的系統(tǒng)信號(hào)通路62。頭端和桿端泄流閥36和38可并聯(lián)連接到下游的泄流 通路64。頭端供液和回流閥32和36可并聯(lián)連接到第一腔室通路61,桿端 供液和回流閥34和38可并聯(lián)連接到第二腔室通路63。頭端和桿端補(bǔ)液閥40、 44可流體連接到第一液壓致動(dòng)器18與頭端和 桿端供液和泄流閥32、 34、 36和38之間的第一和第二腔室通路61和63。 頭端和桿端補(bǔ)液閥40和44可分別具有構(gòu)造成在第一和第二腔室通路61 和63中的流體壓力低于儲(chǔ)液罐28中的流體壓力時(shí)作出響應(yīng)而使流體能從 儲(chǔ)液罐28進(jìn)入第一和第二腔室通路61和63的閥元件。這樣，頭端和桿端 補(bǔ)液閥40和44可構(gòu)造成通過(guò)使來(lái)自儲(chǔ)液罐28的流體能夠注入第一和第二腔室54和56來(lái)減小液壓系統(tǒng)24中由于作用于第一液壓致動(dòng)器18上的外 部作用力造成的壓力降低。頭端和桿端減壓閥42和46可流體連接到第一液壓致動(dòng)器18與頭端和 桿端供液和泄流閥32、 34、 36和38之間的第一和第二腔室通路61和63。 頭端和桿端減壓閥42和46可分別具有朝向閥關(guān)閉位置彈簧偏壓、并能在 第一和第二腔室通路61和63中的壓力高于預(yù)定壓力時(shí)作出響應(yīng)而移動(dòng)到 閥開(kāi)啟位置的閥元件。這樣，頭端和桿端減壓閥42和46可構(gòu)造成通過(guò)使 來(lái)自第一和第二腔室54和56中的流體能泄入儲(chǔ)液罐28中來(lái)減小液壓系統(tǒng) 24中由于作用于第一液壓致動(dòng)器18上的外部作用力造成的壓力尖峰。可在下游的系統(tǒng)信號(hào)通路62中設(shè)置往復(fù)閥74。往復(fù)閥74可構(gòu)造成響 應(yīng)于來(lái)自頭端或桿端供液閥32和34之一的較高的流體壓力而使頭端和桿 端供液閥32和34中具有較低流體壓力的另一個(gè)與壓力補(bǔ)償閥30流體相 連。這樣，往復(fù)閥74可分辨來(lái)自頭端和桿端供液閥32和34的壓力信號(hào)， 以使所述兩個(gè)閥的較低的輸出壓力能夠經(jīng)由流體通路82影響壓力補(bǔ)償閥 30的運(yùn)動(dòng)。液壓系統(tǒng)24可包括其它部件以控制流體壓力和/或液壓系統(tǒng)24中的液 流。具體地，液壓系統(tǒng)24可包括構(gòu)造成控制流體壓力和/或液壓系統(tǒng)24中 的液流的壓力平衡通路66和68。壓力平衡通路66和68可流體連接到上 游供液通路60和下游系統(tǒng)信號(hào)通路62。壓力平衡通路66和68可分別包 括限流孔70和72，以使流體通路66和68中的壓力和/或流動(dòng)波動(dòng)最小。 可以設(shè)想，根據(jù)需要可省去限流孔70和72。液壓系統(tǒng)24還可包括止回閥 76,該止回閥設(shè)置在壓力補(bǔ)償閥30與上游供液通路60之間，并構(gòu)造成用 于阻斷加壓流體從上游供液通路60向壓力補(bǔ)償閥30的流動(dòng)。的操作?？刂葡到y(tǒng)100可包括構(gòu)造成用于經(jīng)由通信線路104和106接收來(lái) 自頭端和桿端壓力傳感器108和110的壓力信號(hào)的控制器102?？刂破?00 還可構(gòu)造成用于經(jīng)由通信線路112和114向頭端和桿端供液閥32和34輸 送控制信號(hào)，以及經(jīng)由通信線路116向源26輸送控制信號(hào)?？梢栽O(shè)想，所200680036115.X說(shuō)明書第8/13頁(yè)述壓力和控制信號(hào)均可以是任何常規(guī)的信號(hào)，如脈沖信號(hào)、電壓水平信號(hào)、 磁場(chǎng)信號(hào)、聲或光波信號(hào)和/或其它信號(hào)模式。所述控制器102可構(gòu)造成用于響應(yīng)于來(lái)自頭端和桿端壓力傳感器108 和110的壓力信號(hào)來(lái)控制頭端和桿端供液閥32和34以及源26。控制器102 可構(gòu)造成執(zhí)行一種或多種算法以確定適當(dāng)?shù)妮敵鲂盘?hào)來(lái)控制頭端和桿端供 液閥32和34的閥元件的運(yùn)動(dòng)并從而控制引導(dǎo)通過(guò)的流體的量、以及控制 源26的輸出如輸出壓力和/或輸出流量/流率。控制器102可例如通過(guò)預(yù)先 確定的^^式、查找表和/或圖來(lái)確定合適的控制信號(hào)?？梢栽O(shè)想，控制器102 可包括一個(gè)或多個(gè)微處理器、內(nèi)存、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置、通信總線和/或現(xiàn)有技 術(shù)中已知的其它部件。還可以設(shè)想，控制器102可構(gòu)造成單獨(dú)的控制器， 或者與能夠控制作業(yè)機(jī)械10的各種其它功能的通用作業(yè)機(jī)械控制系統(tǒng)成 為一體。還可以設(shè)想，控制器102可控制液壓系統(tǒng)24中其它部件的操作， 如頭端和桿端泄流閥36和38。頭端和桿端壓力傳感器108和110可包括任何已知的壓力傳感器，并 可構(gòu)造成用于感受供給第一和第二腔室54和56的加壓流體的壓力，并形 成表示所感應(yīng)到的壓力的合適的壓力信號(hào)。可以設(shè)想，所述壓力信號(hào)可從 位于頭端和桿端供液閥32和34下游的任何位置處確定，例如在各自的第 一和第二腔室54和56中、在第一和第二腔室通路61和63中、和/或在任 何其它適當(dāng)位置處?？梢栽O(shè)想，液壓系統(tǒng)24中可設(shè)有任意數(shù)量的壓力傳感 器，它們分別構(gòu)造成用于產(chǎn)生壓力信號(hào)，這些壓力信號(hào)可被控制器102使 用，以例如通過(guò)利用預(yù)先確定的算法將這些壓力信號(hào)合并成單個(gè)壓力信號(hào) 和/或利用多個(gè)查找表使所述多個(gè)壓力信號(hào)建立關(guān)系來(lái)確定用于頭端和桿 端供液閥32和34以及源26的適宜的控制信號(hào)。工業(yè)適用性所公開(kāi)的液壓系統(tǒng)可應(yīng)用于包括一個(gè)或多個(gè)流體致動(dòng)器且需要對(duì)壓力 和/或供入液壓致動(dòng)器的流體流(量/率)進(jìn)行控制的任何作業(yè)機(jī)械。特別是 所公開(kāi)的液壓系統(tǒng)可減少其中的壓力波動(dòng)，同時(shí)降低經(jīng)過(guò)其部件的壓力降。所公開(kāi)的液壓系統(tǒng)還能夠適應(yīng)于作用在致動(dòng)器上的變化的栽荷和相應(yīng)地對(duì)加壓流體源的不同的要求。下面說(shuō)明液壓系統(tǒng)24的操作。應(yīng)理解到，僅為 清楚起見(jiàn)參考液壓致動(dòng)器18說(shuō)明液壓系統(tǒng)24的操作，對(duì)該液壓系統(tǒng)的說(shuō) 明同樣適用于任何其它構(gòu)造成用于致動(dòng)第二液壓致動(dòng)器20和/或其它液壓 致動(dòng)器的液壓回路200。第一液壓致動(dòng)器18可響應(yīng)于操作員的輸入而在流體壓力作用下移動(dòng)。 流體可經(jīng)過(guò)源26加壓，并經(jīng)由上游供液通路60被引導(dǎo)至頭端和桿端供液 閥32和34。響應(yīng)于操作員的用于使活塞組件52相對(duì)于管狀部分50伸出 或縮回的輸入，控制器102可控制頭端和桿端供液閥32和34之一，以從 流動(dòng)阻塞位置移動(dòng)到流動(dòng)通過(guò)位置，從而將加壓流體引導(dǎo)到第一和第二腔 室54和56兩者中適當(dāng)?shù)囊粋€(gè)。幾乎同時(shí)，頭端和桿端泄流閥36和38之 一可從流動(dòng)阻塞位置移動(dòng)到流動(dòng)通過(guò)位置，以將流體從第一和第二腔室54 和56兩者中適當(dāng)?shù)囊粋€(gè)引導(dǎo)至儲(chǔ)液罐28，以造成活塞組件52兩側(cè)的壓力 差，該壓力差導(dǎo)致活塞組件52相對(duì)于管狀部分50運(yùn)動(dòng)?？梢栽O(shè)想，位于 流動(dòng)通過(guò)位置的頭端和桿端供液閥32和34之一的比例閥元件可被控制成 到達(dá)其多個(gè)位置中的任一位置，以產(chǎn)生通過(guò)其中的任何希望的加壓流體流(量/率)。應(yīng)注意，供給第一液壓致動(dòng)器18的流體的量可與液壓致動(dòng)器 18的移動(dòng)速度成正比，例如，頭端和桿端供液閥32和34之一的使流量相 對(duì)較大的位置與使流量相對(duì)較小的位置相比可以較大的速度致動(dòng)液壓致動(dòng) 器18。還可以設(shè)想，位于流動(dòng)通過(guò)位置的頭端和桿端供液閥32和34之一 的岡元件的位置可例如通過(guò)控制器102進(jìn)行確定一一控制器利用查找表使 操作員的輸入與希望的流動(dòng)通過(guò)位置建立關(guān)系，以提供希望流率下希望的 流體的量，以便使第一液壓致動(dòng)器18適當(dāng)?shù)匾苿?dòng)。還可以設(shè)想，頭端和桿 端泄流閥36和38之一的閥元件可例如通過(guò)控制器102進(jìn)行確定——控制 器使操作員的輸入和/或活塞組件52兩側(cè)的壓差與希望的流動(dòng)通過(guò)位置建 立關(guān)系，以提供希望流率下希望的流體的量，以便建立適宜的液壓致動(dòng)器 18的運(yùn)動(dòng)阻力。當(dāng)頭端和桿端供液閥32和34之一移至流動(dòng)通過(guò)位置時(shí)，下游系統(tǒng)信號(hào)通路62中作用于往復(fù)閥74的使流動(dòng)通過(guò)的閥側(cè)的壓力可低于下游信號(hào) 通路62中作用于往復(fù)閥74的使流動(dòng)阻塞一側(cè)的壓力。這樣，往復(fù)閥74 可由于較高的壓力而朝向使流動(dòng)通過(guò)的閥(側(cè))偏壓，從而將來(lái)自流動(dòng)通 過(guò)閥(側(cè))與流體通路66和68之一的較低的壓力經(jīng)由通路82傳輸?shù)綁毫?補(bǔ)償閥30。然后，該傳輸?shù)綁毫ρa(bǔ)償閥30的較低的壓力可與彈簧作用力 一起作用成抵抗從流體通路78傳輸?shù)綁毫ρa(bǔ)償閥30的壓力。由此得到的 作用力隨后可使壓力補(bǔ)償閥30的閥元件朝向流動(dòng)阻塞或流動(dòng)通過(guò)位置移 動(dòng)。在例如由于作用在一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器上的外部作用力較低而造成對(duì)源 26的要求降低和/或由于改變操作員的輸入以產(chǎn)生不同的操作、從而造成來(lái) 自源26的壓力下降時(shí)，壓力補(bǔ)償閥30可朝向流動(dòng)通過(guò)位置移動(dòng)，并由此 保持上游供液通路60中的壓力。類似地，在例如由于作用在一個(gè)或多個(gè)致 動(dòng)器上的外部作用力較高而造成對(duì)源的要求增加和/或由于改變操作員輸 入以產(chǎn)生不同的操作、從而使來(lái)自源26的壓力升高時(shí)，壓力補(bǔ)償閥30可 朝向流動(dòng)阻塞位置移動(dòng)，以由此保持上游供液通路60中的壓力。這樣，對(duì) 于給定操作，壓力補(bǔ)償閥30可通過(guò)產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膲毫祦?lái)調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)24 中的流體壓力，以將上游供液通路60中的壓力控制成基本恒定的壓力，從 而無(wú)論源26的輸出壓力如何都能保持作用于第一液壓致動(dòng)器18上的希望 的負(fù)載壓力。經(jīng)過(guò)壓力補(bǔ)償岡30的壓力降可根據(jù)源26的壓力輸出以及與第一液壓 致動(dòng)器18的致動(dòng)有關(guān)的負(fù)載壓力一一由于源26可向分別具有不同負(fù)載壓 力的多個(gè)液壓致動(dòng)器供給壓力一一變化。例如，第一操作員輸入可僅指令 第一液壓致動(dòng)器18致動(dòng)，從而要求來(lái)自源26的第一壓力，而隨后的操作 員輸入可指令第一液壓致動(dòng)器18和第二液壓致動(dòng)器20致動(dòng)，從而要求來(lái) 自源26的高于第一壓力的第二壓力。但是，在特定流動(dòng)通過(guò)位置處經(jīng)過(guò)頭 端和桿端供液閥32和34之一的壓力降可基本不變，因?yàn)閴毫ρa(bǔ)償閥30 將上游供液通路60中的壓力保持成基本恒定的壓力。例如，對(duì)于希望的操 作，經(jīng)過(guò)頭端供液岡32的壓力降可約為2MPa。對(duì)于同樣的希望的操作， 源26的壓力輸出例如可以是約20MPa，第一液壓致動(dòng)器18的負(fù)載壓力例如可以是約10MPa。這樣，壓力補(bǔ)償閥30的閥元件可^皮致動(dòng)成位于使經(jīng) 過(guò)壓力補(bǔ)償閥30的壓力降例如為約8MPa的位置。另夕卜，對(duì)于一不同的操 作，源26的壓力輸出例如可以是約30MPa，第一液壓致動(dòng)器18的負(fù)載壓 力可保持成例如約lOMPa。這樣，壓力補(bǔ)償閥30的閥元件可被致動(dòng)成位 于使經(jīng)過(guò)壓力補(bǔ)償閥30的壓力降例如為約18MPa的位置。在多功能的操作中，例如，當(dāng)希望多個(gè)液壓致動(dòng)器如第一和第二液壓 致動(dòng)器18和20操作時(shí)，控制器102可控制多個(gè)頭端和桿端閥例如頭端和 桿端供液閥32和34,以使其被致動(dòng)到流動(dòng)通過(guò)位置，從而將加壓流體引 導(dǎo)到多個(gè)液壓致動(dòng)器的各自的腔室如第一和第二腔室54和56?？刂破?02 可接收來(lái)自與多個(gè)流動(dòng)通過(guò)供液閥相關(guān)聯(lián)的多個(gè)頭端和桿端壓力傳感器例 如頭端和桿端壓力傳感器和110的多個(gè)壓力信號(hào)。所述多個(gè)流動(dòng)通過(guò) 供液閥中具有最高的下游壓力的那個(gè)、例如所述多個(gè)流動(dòng)通過(guò)供液閥中與 相關(guān)聯(lián)的液壓致動(dòng)器的最高負(fù)載壓力有關(guān)的那個(gè)可被增量。具體地，所述 多個(gè)流動(dòng)通過(guò)供液閥之一可在其下游具有比在該多個(gè)流動(dòng)通過(guò)供液閥中其 它供液閥下游的壓力更高的壓力?？刂破?02可例如通過(guò)比較從多個(gè)壓力 傳感器108和IIO接收到的壓力信號(hào)來(lái)確定最高壓力的流動(dòng)通過(guò)供液閥。 控制器102可通過(guò)增大最高壓力的流動(dòng)通過(guò)供液閥的比例閥元件朝向更大 開(kāi)啟位置的移位來(lái)使該最高壓力的流動(dòng)通過(guò)供液閥增量，例如，由控制器 102例如利用各自的查找表進(jìn)行確定的比例閥元件的移位可被增量以降低 通過(guò)其中的加壓流體流的壓力。由于最高壓力供液閥可被增量，因此對(duì)源26的總體壓力要求可減小。 例如，考慮到頭端供液閥32對(duì)于希望的操作可能是最高壓力供液閥，壓力 補(bǔ)償閥30可在源26和第一液壓致動(dòng)器18之間保持一恒定的壓力降。通過(guò) 使頭端供液閥32增量，上游供液通路60和第一腔室通路61之間的壓差可 減小。這樣，供給往復(fù)閥74的流動(dòng)通過(guò)閥側(cè)的壓力可減小，從而造成較低 的壓力經(jīng)由通路82被輸送到壓力補(bǔ)償閥30。該較低的壓力隨后可影響壓 力補(bǔ)償閥30的比例閥元件的平衡從而到達(dá)一更關(guān)閉的位置。但是，由于從 上游供液通路60到第一腔室通路61的壓力降被減小，將需要較小的來(lái)自源26的壓力。因此，對(duì)源26的要求可減小。這樣，控制器102可使源26 的輸出壓力減小，從而又使得可驅(qū)動(dòng)地連接到源26的動(dòng)力源的希望的輸出 減少；或者，控制器102可允許源26輸出增加的加壓流體流。例如，如現(xiàn) 有:J支術(shù)中所知，加壓流體源可輸出不同壓力和流量/流率的加壓流體，其中 輸出壓力與輸出流量/流率成反比，并由于物理因素的限制而可能具有輸出 要求限制。通過(guò)使頭端供液閥32增量來(lái)減少源26的輸出壓力將使得源26 需要較少的能量以供給減小的輸出壓力下的相同的輸出流量/流率，或者使 得源26能夠供給減小的輸出壓力下的增多的輸出流量/流率，從而向第一 液壓致動(dòng)器18供應(yīng)更多的加壓流體流。應(yīng)注意，源26的輸出流量的增加 可被引導(dǎo)至與最高壓力供液閥相關(guān)聯(lián)的致動(dòng)器，因?yàn)槔缗c非最高壓力的 供液閥相關(guān)聯(lián)的致動(dòng)器可具有足夠的流(量/率)以影響其抵抗作用在其上 的較小的抗力的運(yùn)動(dòng)?？梢栽O(shè)想，對(duì)于不同的操作員輸入選擇性地致動(dòng)多個(gè)液壓致動(dòng)器，則 液壓系統(tǒng)24的最高壓力供液閥可發(fā)生改變。還可以設(shè)想，最高壓力供液閥 可例如部分地取決于動(dòng)作的致動(dòng)器的數(shù)目、各致動(dòng)器的動(dòng)作程度、動(dòng)作的 致動(dòng)器的類型、動(dòng)作的致動(dòng)器的特定群組、和/或其它的致動(dòng)器動(dòng)作形式。 這樣，由于頭端和桿端供液閥32和34是比例閥，每個(gè)閥元件可根據(jù)需要 和/或希望被增量，這可在最高壓力供液閥改變時(shí)實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)24的靈活 的控制。例如，比例面積閥元件可使不同的流體流量被供至第一和第二腔 室54和56，以造成第一液壓致動(dòng)器18的不同的致動(dòng)速度，這可適應(yīng)于作 用在第一液壓致動(dòng)器18上的變化的外部作用力和/或不同的希望的^^作員 輸入。還可以設(shè)想，被增量的最高壓力流動(dòng)通過(guò)供液閥的比例閥元件的位 移可增大(成)高于從各自的查找表中確定的位移到完全開(kāi)啟的閥位置之 間的任意的量。還可以設(shè)想，與被增量的最高壓力流動(dòng)通過(guò)供液閥相關(guān)聯(lián) 的泄流閥的流動(dòng)通過(guò)位置可不根據(jù)減小的壓力進(jìn)行調(diào)整，以保持對(duì)相關(guān)聯(lián) 的液壓致動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)的適當(dāng)?shù)淖枇Α４送?，在多功能的操作中?一個(gè)或多個(gè)液壓回路可具有基本相同的壓 力和/或可具有在預(yù)定范圍內(nèi)的壓力。這樣，與基本相同的壓力有關(guān)的各流動(dòng)通過(guò)供液閥可被增量?？梢栽O(shè)想，在多功能操作中， 一個(gè)或多個(gè)液壓致 動(dòng)器可不被致動(dòng)。這樣，與不動(dòng)作的液壓致動(dòng)器相關(guān)聯(lián)的壓力閥可默認(rèn)為 零。還可以設(shè)想，在多液壓致動(dòng)器系統(tǒng)的單功能操作中，例如在只希望一 個(gè)液壓致動(dòng)器操作時(shí)，流動(dòng)通過(guò)供液閥可以與多功能操作中的最高壓力流動(dòng)通過(guò)供液閥類似的方式增量。還可以設(shè)想，對(duì)于液壓系統(tǒng)24的特定操 作一一例如在控制器102選擇性地控制液壓系統(tǒng)24以例如通過(guò)開(kāi)啟頭端和 桿端供液閥32和34兩者以使來(lái)自第一和第二腔室54和56之一的加壓流 體與來(lái)自源26的加壓流體在上游供液通路60中混合、從而再產(chǎn)生一部分 朝向儲(chǔ)液罐28引導(dǎo)的從第一和第二腔室54和56之一到第一和第二腔室 52和54中的另一個(gè)的加壓流體的情況下，控制器102可選擇性地不使最 高壓力流動(dòng)通過(guò)閥增量。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將能夠顯見(jiàn)可對(duì)所公開(kāi)的液壓系統(tǒng)作出多種變型。 通過(guò)閱讀說(shuō)明書和所公開(kāi)的液壓系統(tǒng)的實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將能夠 顯見(jiàn)其它實(shí)施方式。應(yīng)注意，本說(shuō)明書和示例僅應(yīng)被認(rèn)為是示例性的，其 真實(shí)范圍在所附權(quán)利要求及其等同方案中進(jìn)行限定。
權(quán)利要求
1.一種液壓系統(tǒng)(24)，包括加壓流體的源(26)；至少一個(gè)液壓致動(dòng)器(18)；以及第一閥(32)，該第一閥具有可相對(duì)于第一閥孔在位于基本阻止加壓流體朝向所述至少一個(gè)液壓致動(dòng)器流動(dòng)的第一位置與允許最大流量的加壓流體朝向所述至少一個(gè)液壓致動(dòng)器流動(dòng)的第二位置之間的多個(gè)位置之間移動(dòng)的第一閥元件，該第一閥元件構(gòu)造成至少部分地根據(jù)第一閥下游的加壓流體的壓力選擇性地從位于第一和第二位置之間的第三流動(dòng)通過(guò)位置移動(dòng)到位于第三和第二位置之間的第四位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓系統(tǒng)，其特征在于，所述至少 一個(gè)液壓致動(dòng)器是第一液壓致動(dòng)器，所述系統(tǒng)還包括第二液壓致動(dòng)器；第二閥，該第二閥具有可相對(duì)于第二閥孔在位于基本阻止加壓 流體朝向所述第二液壓致動(dòng)器流動(dòng)的第 一位置與允許最大流量的加 壓流體朝向所述第二液壓致動(dòng)器流動(dòng)的第二位置之間的多個(gè)位置之間移動(dòng)的第二閥元件；其中，所述第一閥元件構(gòu)造成在第一閥下游的壓力大于第二閥 下游的壓力時(shí)從第三位置移至第四位置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓系統(tǒng)，還包括設(shè)置在所述源和 所述第一閥之間的壓力補(bǔ)償閥(30),該壓力補(bǔ)償閥構(gòu)造成用于將 從所述源引導(dǎo)至所述第一閥的流體控制成第一壓力。
4. 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 閥還包括構(gòu)造成用于控制通過(guò)第一閥的加壓流體流的流通面積，以及所述第一閥元件相對(duì)于第一閥孔的移動(dòng)成比例地改變流通面積；所述液壓系統(tǒng)還包括控制器(30),該控制器構(gòu)造成用于影響第一閥元件相對(duì)于第 一閥孔的移動(dòng)，以成比例地改變流通面積；以及至少一個(gè)壓力傳感器(108， 110),該壓力傳感器構(gòu)造成用于 感應(yīng)第一閥下游的加壓流體的壓力。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓系統(tǒng)，其特征在于，所述至少 一個(gè)液壓致動(dòng)器是多個(gè)液壓致動(dòng)器，所述第一閥是多個(gè)閥之一，所 述系統(tǒng)還包括具有可比例調(diào)節(jié)的流通面積的所述多個(gè)閥中的每一個(gè)，該多個(gè) 閥中的每一個(gè)構(gòu)造成用于選擇性地允許加壓流體朝向多個(gè)液壓致動(dòng) 器中相關(guān)聯(lián)的一個(gè)的成比例的流動(dòng)；以及其中，所述多個(gè)閥中在其下游具有最高壓力的一個(gè)閥的流通面 積被增量。
6. —種操作液壓系統(tǒng)的方法，包括 使流體力口壓；朝向第一閥(32)引導(dǎo)經(jīng)加壓的流體；將第一壓力下的第一加壓流體流從第一閥引導(dǎo)至第一液壓致動(dòng) 器(18)的第一腔室(54);以及至少部分地根據(jù)第一閥下游的壓力將第二壓力下的第二加壓流 體流從第一閥引導(dǎo)至第一腔室，其中，所述第一壓力大于所述第二 壓力。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，還包括 至少部分地根據(jù)操作員輸入確定第一加壓流體流；以及 通過(guò)降低第 一 加壓流體流的壓力來(lái)產(chǎn)生第二加壓流體流。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，還包括 朝向第二閥(34)引導(dǎo)加壓流體；將第三加壓流體流從第二閥引導(dǎo)至第二液壓致動(dòng)器(20)的第 一腔室；感應(yīng)第一壓力；感應(yīng)第三壓力；以及在第一壓力大于第三壓力時(shí)引導(dǎo)第二加壓流體流通過(guò)第一閥。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括 在位于第一閥和笫一液壓致動(dòng)器之間的位置感應(yīng)第一壓力； 在第二閥和第二液壓致動(dòng)器之間感應(yīng)第三壓力。
10. —種作業(yè)機(jī)械(10)，包括 機(jī)架(12 ) j至少一個(gè)作業(yè)機(jī)具(14);以及 根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的液壓系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種液壓系統(tǒng)(24)，其包括加壓流體的源(26)、至少一個(gè)液壓致動(dòng)器(18)和第一閥(32)。該第一閥具有可相對(duì)于第一閥孔在位于基本阻止加壓流體朝向所述至少一個(gè)液壓致動(dòng)器流動(dòng)的第一位置與允許最大流量的加壓流體朝向所述至少一個(gè)液壓致動(dòng)器流動(dòng)的第二位置之間的多個(gè)位置之間移動(dòng)的第一閥元件。該第一閥元件構(gòu)造成至少部分地根據(jù)第一閥下游的加壓流體的壓力選擇性地從位于第一和第二位置之間的第三流動(dòng)通過(guò)位置移動(dòng)到位于第三和第二位置之間的第四位置。
文檔編號(hào)F15B11/02GK101278129SQ200680036115
公開(kāi)日2008年10月1日 申請(qǐng)日期2006年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月30日
發(fā)明者E·A·普拉塞蒂亞萬(wàn), J·L·庫(kù)恩, M·T·韋爾奎倫, S·科維塔, 戶澤昌司 申請(qǐng)人:卡特彼勒公司;新卡特彼勒三菱株式會(huì)社