具有基于優(yōu)先級共享的閉環(huán)液壓系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】公開一種具有第一、第二和第三泵的液壓系統(tǒng)(72)。該液壓系統(tǒng)還可具有以閉環(huán)方式連接到第一泵的第一致動(dòng)器(26)、以閉環(huán)方式連接到第二泵的第二致動(dòng)器(32)和第三致動(dòng)器(34)。液壓系統(tǒng)可進(jìn)一步具有與第三泵相關(guān)的選擇閥(122)和與第三泵和第三致動(dòng)器相關(guān)的第一轉(zhuǎn)換閥(121)。第一轉(zhuǎn)換閥能夠在第三泵以閉環(huán)方式連接到第三致動(dòng)器以使第三致動(dòng)器在第一方向上運(yùn)動(dòng)的第一位置、第三泵以閉環(huán)方式連接到第三致動(dòng)器以使第三致動(dòng)器在第二方向上運(yùn)動(dòng)的第二位置和第三泵連接到選擇閥的第三位置之間運(yùn)動(dòng)。
【專利說明】具有基于優(yōu)先級共享的閉環(huán)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)，更具體地涉及在回路之間具有基于優(yōu)先級共享的閉環(huán)液壓系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的開環(huán)液壓系統(tǒng)包括從箱抽取低壓流體、對流體加壓并使得加壓的流體對于多個(gè)不同的致動(dòng)器可用以用來運(yùn)動(dòng)致動(dòng)器的泵。在這種布置中，每個(gè)致動(dòng)器的速度可通過對從泵流入每個(gè)致動(dòng)器的加壓流體的流動(dòng)進(jìn)行選擇性節(jié)流(即限制)來獨(dú)立地控制。例如，為了以高速運(yùn)動(dòng)特定的致動(dòng)器，從泵到該致動(dòng)器的流體的流動(dòng)只受少量限制。相反，為了以低速運(yùn)動(dòng)相同致動(dòng)器或另一致動(dòng)器，增加對流體流動(dòng)施加的限制。盡管對于許多應(yīng)用來說是充分的，但使用流體限制來控制致動(dòng)器速度會(huì)造成流動(dòng)損失，從而減小液壓系統(tǒng)的整體效率。
[0003]一種替代類型的液壓系統(tǒng)已知為閉環(huán)液壓系統(tǒng)。閉環(huán)液壓系統(tǒng)通常包括以閉環(huán)形式連接到單個(gè)致動(dòng)器或者連接到串聯(lián)操作的一對致動(dòng)器的泵。在操作過程中，泵從致動(dòng)器的一個(gè)腔室抽取流體并將加壓流體排放到相同致動(dòng)器的相對腔室。為了以較高的速度運(yùn)動(dòng)致動(dòng)器，泵以較快的速率排放流體。為了以較低的速度運(yùn)動(dòng)致動(dòng)器，泵以較慢的速率排放流體。閉環(huán)液壓系統(tǒng)通常比傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)更有效率，因?yàn)橹聞?dòng)器的速度通過泵操作而不是流體限制來控制。即，泵被控制成只排放以希望速度運(yùn)動(dòng)致動(dòng)器所需要的那么多的流體，而需要少量或不需要流體流動(dòng)的節(jié)流。
[0004]2008年10月16日公開的Griswold的美國專利公開文獻(xiàn)2008/0250785 (’785專利)中公開一種示例性的閉環(huán)液壓系統(tǒng)。在’ 785公開文獻(xiàn)中描述了一種具有流動(dòng)組合功能的多致動(dòng)器液壓系統(tǒng)。該液壓系統(tǒng)包括具有以閉環(huán)方式連接到第一泵的第一液壓致動(dòng)器的第一回路和具有以閉環(huán)方式連接到第二泵的第二液壓致動(dòng)器的第二回路。該液壓系統(tǒng)還包括以開環(huán)方式連接到第一和第二回路以向第一和第二回路提供另外流動(dòng)的第三泵。
[0005]雖然相對于現(xiàn)有的無計(jì)量液壓系統(tǒng)所有改善，但上述’785公開文獻(xiàn)的無計(jì)量液壓系統(tǒng)仍不是最佳的。特別是，因?yàn)榈谌靡蚤_環(huán)方式連接到第一和第二回路，仍會(huì)實(shí)現(xiàn)過量損失。
[0006]本發(fā)明的液壓系統(tǒng)旨在解決上面闡述的一個(gè)或多個(gè)問題和/或現(xiàn)有技術(shù)的其他問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種液壓系統(tǒng)。該液壓系統(tǒng)可包括第一泵、第二泵和第三泵。該液壓系統(tǒng)還可包括以閉環(huán)方式連接到第一泵的第一致動(dòng)器、以閉環(huán)方式連接到第二泵的第二致動(dòng)器和第三致動(dòng)器。液壓系統(tǒng)可進(jìn)一步包括與第三泵相關(guān)的選擇閥和與第三泵和第三致動(dòng)器相關(guān)的第一轉(zhuǎn)換閥。第一轉(zhuǎn)換閥能夠在第三泵以閉環(huán)方式連接到第三致動(dòng)器以使第三致動(dòng)器在第一方向上運(yùn)動(dòng)的第一位置、第三泵以閉環(huán)方式連接到第三致動(dòng)器以使第三致動(dòng)器在第二方向上運(yùn)動(dòng)的第二位置和第三泵連接到選擇閥的第三位置之間運(yùn)動(dòng)。
[0008]在另一方面，本發(fā)明涉及一種操作液壓系統(tǒng)的方法。該方法可包括用第一泵加壓流體和經(jīng)由閉環(huán)的第一回路將加壓流體從第一泵引導(dǎo)到第一致動(dòng)器。該方法還可包括用第二泵加壓流體和經(jīng)由閉環(huán)的第二回路將加壓流體從第二泵引導(dǎo)到第二致動(dòng)器。該方法可進(jìn)一步包括用第三泵加壓流體和選擇性地經(jīng)由閉環(huán)的第三回路將加壓流體從第三泵經(jīng)過第三致動(dòng)器引導(dǎo)到第一或第二回路，或者經(jīng)由第三回路引導(dǎo)來自第三泵的加壓流體繞過第三致動(dòng)器并進(jìn)入第一或第二回路。
【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)器組合使用的一種示例性公開的液壓系統(tǒng)的示意圖；和
[0011]圖3是可以與圖1的機(jī)器組合使用的另一種示例性公開的液壓系統(tǒng)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]圖1示出一種具有相互合作以完成任務(wù)的多個(gè)系統(tǒng)和部件的示例性機(jī)器10。機(jī)器10可體現(xiàn)為執(zhí)行與諸如采礦、建筑、農(nóng)業(yè)、運(yùn)輸?shù)墓I(yè)或者本領(lǐng)域已知的其他工業(yè)相關(guān)的一些類型的操作的固定或活動(dòng)機(jī)器。例如，機(jī)器10可以是例如挖掘機(jī)(圖1所示)、推土機(jī)、裝載機(jī)、反鏟挖掘機(jī)、機(jī)動(dòng)平地機(jī)、傾卸卡車等的土方機(jī)器或者任何其他土方機(jī)器。機(jī)器10可包括被構(gòu)造成運(yùn)動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)16、為執(zhí)行系統(tǒng)12和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)16提供功率的功率源18以及定位成手動(dòng)控制執(zhí)彳丁系統(tǒng)12、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)16和/或功率源18的操作者站20。
[0013]執(zhí)行系統(tǒng)12可包括通過線性和轉(zhuǎn)動(dòng)流體致動(dòng)器作用以使作業(yè)工具14運(yùn)動(dòng)的連桿結(jié)構(gòu)。例如，執(zhí)行系統(tǒng)12可包括通過一對相鄰的、雙作用的液壓缸26(圖1中僅顯示了一個(gè))相對于作業(yè)表面24圍繞水平軸線(未顯示)豎直樞轉(zhuǎn)的吊桿22。執(zhí)行系統(tǒng)12還可包括通過單個(gè)雙作用液壓缸32圍繞水平軸線30豎直樞轉(zhuǎn)的斗桿28。執(zhí)行系統(tǒng)12可進(jìn)一步包括操作地連接在斗桿28和作業(yè)工具14之間以使作業(yè)工具14圍繞水平樞轉(zhuǎn)軸線36豎直樞轉(zhuǎn)的單個(gè)雙作用液壓缸34。在所公開的實(shí)施方式中，液壓缸34在頭端34A連接到斗桿28的一部分并在相對的桿端34B通過功率連桿37連接到作業(yè)工具14。吊桿22可在基部端樞轉(zhuǎn)連接到機(jī)器10的主體38。主體38可連接到底架39并通過液壓擺動(dòng)馬達(dá)43圍繞豎直軸線41擺動(dòng)。斗桿28可通過軸線30和36將吊桿22的遠(yuǎn)端樞轉(zhuǎn)連接到作業(yè)工具14。
[0014]多個(gè)不同的作業(yè)工具14能夠附接到單個(gè)機(jī)器10并能夠由操作者控制。作業(yè)工具14可包括用來執(zhí)行特定任務(wù)的任何裝置，諸如鏟斗(圖1所示)、叉形裝置、鏟板、鏟子、粗齒鋸、傾卸床、掃具、吹雪器、推進(jìn)裝置、切割裝置、抓取裝置或本領(lǐng)域已知的任何其他任務(wù)執(zhí)行裝置。雖然在圖1的實(shí)施方式中連接成在豎直方向上相對于機(jī)器10的主體38樞轉(zhuǎn)并在水平方向上圍繞樞轉(zhuǎn)軸線41擺動(dòng)，但作業(yè)工具14可替代或另外地以本領(lǐng)域已知的任何其他方式相對于斗桿28轉(zhuǎn)動(dòng)、滑動(dòng)、打開和關(guān)閉或運(yùn)動(dòng)。
[0015]驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)16可包括被提供功率以推進(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 —側(cè)上的左履帶40L和位于機(jī)器10的相對側(cè)上的右履帶40R。左履帶40L可通過左行駛馬達(dá)42L驅(qū)動(dòng)，而右履帶40R可通過右行駛馬達(dá)42R驅(qū)動(dòng)。可以想到，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)16可替代地包括履帶之外的牽引裝置，諸如輪子、帶或其他已知的牽引裝置。機(jī)器10可以通過在左右行駛馬達(dá)42L、42R之間生成速度和/或轉(zhuǎn)動(dòng)方向差來轉(zhuǎn)向，而直線行駛可通過生成左右行駛馬達(dá)42L、42R的基本相等的輸出速度和轉(zhuǎn)動(dòng)方向來促進(jìn)。
[0016]功率源18可體現(xiàn)為例如柴油發(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)的發(fā)動(dòng)機(jī)或本領(lǐng)域已知的任何其他燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)。可想到功率源18可替代地體現(xiàn)為非燃燒功率源，諸如燃料電池、功率存儲(chǔ)裝置或者本領(lǐng)域已知的其他源。功率源18可產(chǎn)生機(jī)械或電功率輸出，其可接著被轉(zhuǎn)換成液壓功率以便運(yùn)動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)12的線性和轉(zhuǎn)動(dòng)致動(dòng)器。
[0017]操作者站20可包括從機(jī)器操作者接收指示希望操縱的輸入。具體地，操作者站20可包括一個(gè)或多個(gè)操作者接口裝置46，例如操縱桿(圖1所示)、方向盤或踏板，它們位于操作者座椅(未顯示)近側(cè)。通過產(chǎn)生指示希望機(jī)器操縱的位移信號(hào)，操作者接口裝置46可啟動(dòng)機(jī)器10的運(yùn)動(dòng)，例如行駛和/或工具運(yùn)動(dòng)。在操作者運(yùn)動(dòng)接口裝置46時(shí)，操作者可用希望的方向、希望的速度和/或希望的力影響對應(yīng)的機(jī)器運(yùn)動(dòng)。
[0018]在圖2的示意圖中顯示了三個(gè)示例性液壓致動(dòng)器。應(yīng)當(dāng)注意，雖然只顯示了三個(gè)線性致動(dòng)器，但描繪的致動(dòng)器可代表機(jī)器10的線性致動(dòng)器(例如，液壓缸26、32、34)或轉(zhuǎn)動(dòng)致動(dòng)器(左行駛馬達(dá)42L、右行駛馬達(dá)42R或者擺動(dòng)馬達(dá)43)的任何一個(gè)或多個(gè)。
[0019]液壓致動(dòng)器如果體現(xiàn)為線性致動(dòng)器，則可均包括管48和布置在管48內(nèi)以形成第一腔室52和相對的第二腔室54的活塞組件50。在一個(gè)例子中，活塞組件50的桿部分50A可延伸經(jīng)過第二腔室54的端部。這樣，每個(gè)第二腔室54可被認(rèn)為是相應(yīng)致動(dòng)器的桿端腔室，而每個(gè)第一腔室52可被認(rèn)為是頭端腔室。每個(gè)液壓致動(dòng)器的第一和第二腔室52、54可選擇性地被從一個(gè)或多個(gè)泵提供加壓流體和排放加壓流體，以造成活塞組件50在管48內(nèi)位移，由此改變致動(dòng)器的有效長度，從而運(yùn)動(dòng)作業(yè)工具14。進(jìn)入和離開第一和第二腔室52、54的流體的流速可與每個(gè)致動(dòng)器的平移速度有關(guān)，而第一和第二腔室52、54之間的壓差可與每個(gè)致動(dòng)器施加在作業(yè)工具14上的力有關(guān)。
[0020]液壓致動(dòng)器如果體現(xiàn)為轉(zhuǎn)動(dòng)致動(dòng)器，可以類似的方式作用。即，每個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)致動(dòng)器也可包括定位在諸如推進(jìn)器、柱塞或一系列活塞的泵送機(jī)構(gòu)任一側(cè)的第一和第二腔室。當(dāng)?shù)谝磺皇姨畛鋪碜砸粋€(gè)或多個(gè)泵的加壓流體且第二腔室同時(shí)排放流體時(shí)，泵送機(jī)構(gòu)可通過泵送機(jī)構(gòu)上的壓差被迫在第一方向上轉(zhuǎn)動(dòng)。反之，當(dāng)?shù)谝磺皇遗欧帕黧w且第二腔室同時(shí)被填充加壓流體時(shí)，泵送機(jī)構(gòu)可通過壓差被迫在相反方向上轉(zhuǎn)動(dòng)。進(jìn)入和離開第一和第二腔室的流體的流速可確定每個(gè)致動(dòng)器的轉(zhuǎn)速，而泵送機(jī)構(gòu)上的壓差大小可確定輸出轉(zhuǎn)矩。如果希望，轉(zhuǎn)動(dòng)致動(dòng)器可以是固定或可變排量式馬達(dá)。
[0021]機(jī)器10可包括具有與液壓致動(dòng)器相互合作以使作業(yè)工具14和機(jī)器10運(yùn)動(dòng)的多個(gè)流體部件的液壓系統(tǒng)72。特別是，液壓系統(tǒng)72可尤其包括流體連接第一泵76與機(jī)器10的第一液壓致動(dòng)器(例如，與吊桿22的運(yùn)動(dòng)相關(guān)的液壓缸26)的閉環(huán)的第一回路74、流體連接第二泵80與第二液壓致動(dòng)器(例如，與斗桿28的運(yùn)動(dòng)相關(guān)的液壓缸32，或者左行駛馬達(dá)42L、右行駛馬達(dá)42R或擺動(dòng)馬達(dá)43)的閉環(huán)的第二回路78以及選擇性地連接第三泵84與第三液壓致動(dòng)器(例如與作業(yè)工具14相關(guān)的液壓缸34或者左行駛馬達(dá)42L、右行駛馬達(dá)42R或擺動(dòng)馬達(dá)43)的第三回路82。可以想到，如果希望，液壓系統(tǒng)72可包括另外和/或不同的回路或部件，例如具有一個(gè)或多個(gè)補(bǔ)償閥、泄壓閥、壓力源和/或存儲(chǔ)裝置的裝載回路、壓力補(bǔ)充閥和本領(lǐng)域已知的其他回路或閥。
[0022]第一回路74可包括多個(gè)不同的通道，其將第一泵76流體連接到第一液壓致動(dòng)器，并在一些構(gòu)造中以并聯(lián)閉環(huán)方式連接到機(jī)器10的其他致動(dòng)器。例如，第一泵76可經(jīng)由排放通道86、進(jìn)口通道88、頭端通道90和桿端通道92連接到第一液壓致動(dòng)器。第一轉(zhuǎn)換閥94可設(shè)置在排放通道和進(jìn)口通道86、88以及頭端通道和桿端通道90、92之間以控制經(jīng)過第一回路74的流體流動(dòng)方向。第一止回閥96可設(shè)置在排放通道86內(nèi)以幫助確保流體單向流動(dòng)經(jīng)過第一泵76。
[0023]第一轉(zhuǎn)換閥94可包括能夠在三個(gè)位置之間運(yùn)動(dòng)的先導(dǎo)操作滑閥元件98。當(dāng)滑閥元件98處于第一位置(圖2所示的最右側(cè)位置)時(shí)，排放通道86可與頭端通道90流體連接，而進(jìn)口通道88可與桿端通道92流體連接，因此來自第一泵76的流體在第一方向上流過第一液壓致動(dòng)器，使第一液壓致動(dòng)器在第一方向上(例如在延伸方向上)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)滑閥元件98處于第二位置(圖2中所示的中間位置)時(shí)，排放通道86可與進(jìn)口通道88流體連接，使得第一回路74內(nèi)的流體(例如來自第一泵76)繞過第一液壓致動(dòng)器(即，使得第一液壓致動(dòng)器基本與第一泵76隔離)。當(dāng)滑閥元件98處于第三位置(圖2所示的最左側(cè)位置)時(shí)，排放通道86可與桿端通道92流體連接，而進(jìn)口通道88可與頭端通道90流體連接，因此來自第一泵76的流體在與第一方向相反的第二方向上流過第一液壓致動(dòng)器，使第一液壓致動(dòng)器在第二方向(例如在縮回方向)上運(yùn)動(dòng)。
[0024]滑閥元件98可被彈簧偏壓到第二位置，并且被先導(dǎo)操作以運(yùn)動(dòng)到第一、第二和第三位置之間的任一位置，使得來自第一泵76的一些流體可在特定方向上流經(jīng)第一液壓致動(dòng)器，而來自第一泵76的剩余流體可繞過第一液壓致動(dòng)器。當(dāng)滑閥元件98處于第一和第二位置或者第二和第三位置之間的位置(即到兩者之間的位置)時(shí)，機(jī)器10的操作者可經(jīng)歷與第一液壓致動(dòng)器的控制相關(guān)的公知為“開放中心”感覺。即，在操作者引起滑閥元件98運(yùn)動(dòng)到兩者之間的位置時(shí)，可引起第一液壓致動(dòng)器運(yùn)動(dòng)，直到作業(yè)工具14上的載荷等于來自第一泵76的流體在第一液壓致動(dòng)器上產(chǎn)生的力，此時(shí)第一液壓致動(dòng)器可停止運(yùn)動(dòng)。接著，為了造成第一液壓致動(dòng)器繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，操作者需要引起滑閥元件98進(jìn)一步朝著第一和第三位置中的一個(gè)運(yùn)動(dòng)?！伴_放中心”感覺可為操作者提供作業(yè)工具14上的增強(qiáng)控制。
[0025]第二回路78可包括多個(gè)不同通道，這些通道流體連接第二泵80到第二液壓致動(dòng)器，并且在某些構(gòu)造中以并聯(lián)閉環(huán)方式連接到機(jī)器10的其他致動(dòng)器。例如，第二泵80可經(jīng)由排放通道100、進(jìn)口通道102、頭端通道104和桿端通道106連接到第二液壓致動(dòng)器。第二轉(zhuǎn)換閥107可布置在排放通道和進(jìn)口通道100、102和頭端通道和桿端通道104、106之間以控制通過第二回路78的流體流動(dòng)方向。第二止回閥108可布置在排放通道100內(nèi)以幫助確保流體單向流過第二泵80。
[0026]第二轉(zhuǎn)換閥107可與第一轉(zhuǎn)換閥94基本相同，并且包括能夠在三個(gè)位置之間運(yùn)動(dòng)的先導(dǎo)操作滑閥元件110。當(dāng)滑閥元件110處于第一位置(圖2所示的最左側(cè)位置)時(shí)，排放通道100可與頭端通道104流體連接，而進(jìn)口通道102可與桿端通道106流體連接，使得來自第二泵80的流體在第一方向上流過第二液壓致動(dòng)器，使第二液壓致動(dòng)器在第一方向上(例如在延伸方向上)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)滑閥元件110處于第二位置(圖2中所示的中間位置)時(shí)，排放通道100可與進(jìn)口通道102流體連接，使得第二回路78內(nèi)的流體(例如來自第二泵80)繞過第二液壓致動(dòng)器(即，使得第二液壓致動(dòng)器基本與第二泵80隔離)。當(dāng)滑閥元件I1處于第三位置(圖2所示的最右側(cè)位置)時(shí)，排放通道100可與桿端通道106流體連接，而進(jìn)口通道102可與頭端通道104流體連接，因此來自第二泵80的流體在與第一方向相反的第二方向上流過第二液壓致動(dòng)器，使第二液壓致動(dòng)器在第二方向(例如在縮回方向)上運(yùn)動(dòng)?；y元件110可與滑閥元件98基本相同。
[0027]第三回路82可包括多個(gè)不同通道，這些通道流體連接第三泵84到第三液壓致動(dòng)器，并且在某些構(gòu)造中以并聯(lián)閉環(huán)方式連接到機(jī)器10的其他致動(dòng)器。例如，第三泵84可經(jīng)由排放通道114、進(jìn)口通道115、頭端通道117和桿端通道119連接到第三液壓致動(dòng)器。第三轉(zhuǎn)換閥121可布置在排放通道和進(jìn)口通道114、115和頭端通道和桿端通道117、119之間以控制通過第三回路82的流體流動(dòng)方向。第三止回閥124可布置在排放通道114內(nèi)以幫助確保流體單向流過第三泵84。
[0028]第三轉(zhuǎn)換閥121可與第一和第二轉(zhuǎn)換閥94、107基本相同，并且包括能夠在三個(gè)位置之間運(yùn)動(dòng)的先導(dǎo)操作滑閥元件125。當(dāng)滑閥元件125處于第一位置(圖2所示的最左側(cè)位置)時(shí)，排放通道114可與頭端通道117流體連接，而進(jìn)口通道115可與桿端通道119流體連接，使得來自第三泵84的流體在第一方向上流過第三液壓致動(dòng)器，使第三液壓致動(dòng)器在第一方向上(例如在延伸方向上)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)滑閥元件125處于第二位置(圖2中所示的中間位置)時(shí)，排放通道114可與進(jìn)口通道115流體連接，使得第三回路82內(nèi)的流體(例如來自第三泵84)繞過第三液壓致動(dòng)器(即，使得第三液壓致動(dòng)器基本與第三泵84隔離)。當(dāng)滑閥元件125處于第三位置(圖2所示的最右側(cè)位置)時(shí)，排放通道114可與桿端通道119流體連接，而進(jìn)口通道115可與頭端通道117流體連接，因此來自第三泵84的流體在與第一方向相反的第二方向上流過第三液壓致動(dòng)器，使第三液壓致動(dòng)器在第二方向(例如在縮回方向)上運(yùn)動(dòng)?；y元件125可與滑閥元件98和110基本相同。
[0029]第三回路82還可包括選擇閥122，其選擇性地將第三泵84連接到第一回路74或第二回路78。與第一、第二和第三轉(zhuǎn)換閥94、107、121類似，選擇閥122可以是具有滑閥元件134的三位置、四通閥。當(dāng)滑閥元件134處于第一位置(圖2所示的最左側(cè)位置)時(shí)，進(jìn)口通道115可經(jīng)由第一回路通道116與第一回路74的頭端通道90流體連接，使得經(jīng)過選擇閥122的流體(即，從第三液壓致動(dòng)器排放或者從第三泵84排放并繞過第三液壓致動(dòng)器的流體)允許補(bǔ)充進(jìn)入第一液壓致動(dòng)器的第一腔室52的來自第一回路74的流體。當(dāng)滑閥元件134處于第二位置(圖2中所示的中間位置)時(shí)，進(jìn)口通道115可經(jīng)由返回通道127與第三泵84的進(jìn)口流體連接，使得經(jīng)過第三選擇閥122的流體(S卩，從第三液壓致動(dòng)器排放的流體)允許直接返回第三泵84。當(dāng)滑閥元件134處于第三位置(圖2所示的最右側(cè)位置)時(shí)，進(jìn)口通道115可經(jīng)由第二回路通道118與第二回路78的頭端通道104流體連接，使得經(jīng)過選擇閥122的流體(即，從第三液壓致動(dòng)器排放或者從第三泵84排放并繞過第三液壓致動(dòng)器的流體)允許進(jìn)入第二液壓致動(dòng)器的第一腔室52。滑閥元件134可與滑閥元件98、110和125基本相同。
[0030]第三泵84可被配置為從第一和第二回路74、78中的一個(gè)或兩個(gè)(或者，替代地或另外地，從裝載回路(如果設(shè)置的話))吸入流體。特別地，第三泵84可經(jīng)由第一進(jìn)口通道126連接到第一回路74的進(jìn)口通道88，并且可經(jīng)由第二進(jìn)口通道128連接到第二回路78的進(jìn)口通道102。第一隔離閥130可布置在第一進(jìn)口通道126內(nèi)，而第二隔離閥132可布置在第二進(jìn)口通道128內(nèi)。第一和第二隔離閥130、132在公開的實(shí)施方式中顯示為止回閥。但是，可以想到，如果希望，第一和/或第二隔離閥130、132可替代地體現(xiàn)為兩位置(即，流動(dòng)經(jīng)過、流動(dòng)阻斷)的電磁操作閥。在另一些實(shí)施方式中，如果希望，第一和第二隔離閥130、132可用類似于轉(zhuǎn)換閥122的單個(gè)滑閥替換。
[0031]第一、第二和第三泵76、80、84每個(gè)都可是基本相同的可變排量式泵，這些泵可被控制為從機(jī)器10的致動(dòng)器吸入流體并沿單個(gè)方向以特定的升高壓力將流體排放回到致動(dòng)器(即，泵76、80、84可是單向泵)。泵76、80、84每個(gè)都可包括行程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，例如旋轉(zhuǎn)斜盤，其中該機(jī)構(gòu)的位置是以致動(dòng)器的希望速度為基礎(chǔ)進(jìn)行液壓機(jī)械調(diào)節(jié)的，由此改變輸出(例如排放速率)。泵76、80、84的排量可分別從零排量位置調(diào)節(jié)到最大排量位置，在零排量位置基本沒有流體排出，而在最大排量位置流體以最大速率分別排放到排放通道86、100、114內(nèi)。泵76、80、84可通過例如副軸、帶或者以另一種合適的方式可驅(qū)動(dòng)地連接到機(jī)器10的功率源18上。可選擇地，泵76、80、84可經(jīng)由轉(zhuǎn)矩變換器、變速箱、電路或者以本領(lǐng)域內(nèi)已知的任何一種其他方式間接連接到功率源18上。可以預(yù)期的是，根據(jù)需要，泵76、80、84可串聯(lián)(例如經(jīng)過同一軸)或者并聯(lián)(例如經(jīng)由齒輪系)連接到功率源18上。
[0032]在機(jī)器10操作期間，操作者可利用接口裝置46向控制器140提供確定各個(gè)線性和/或旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器的希望運(yùn)動(dòng)的信號(hào)?；谝粋€(gè)或多個(gè)信號(hào)，包括來自接口裝置46的信號(hào)和例如來自位于整個(gè)液壓系統(tǒng)72內(nèi)的各個(gè)壓力傳感器(未示出)和/或位置傳感器(未示出)的信號(hào)，控制器140可指令不同閥的運(yùn)動(dòng)和/或不同泵和馬達(dá)的排量變化以使特定的一個(gè)或多個(gè)線性和/或轉(zhuǎn)動(dòng)致動(dòng)器以希望方式(即以要求速度和/或要求力)前進(jìn)到希望位置。
[0033]控制器140可具體為一個(gè)微處理器或者多個(gè)微處理器，微處理器包括用于根據(jù)來自機(jī)器10操作者的輸入和感測到的或者其他已知的工作參數(shù)控制液壓系統(tǒng)72的操作的部件。大量市場上買得到的微處理器可被配置為執(zhí)行控制器140的功能。應(yīng)當(dāng)理解的是，控制器140可毫不困難地具體體現(xiàn)為能夠控制多種機(jī)器功能的通用機(jī)器微處理器?？刂破?40可包括存儲(chǔ)器、輔助存儲(chǔ)設(shè)備、處理器和用于運(yùn)行程序的任何其他部件。各式各樣的其他回路可與控制器140相連，諸如供電回路、信號(hào)調(diào)節(jié)回路、螺線管驅(qū)動(dòng)回路及其他種類的回路。
[0034]圖3不出了一種替代實(shí)施方式的液壓系統(tǒng)72。像圖2的實(shí)施方式一樣，圖3的液壓系統(tǒng)72包括分別將流體從第一、第二和第三泵76、80、84引導(dǎo)到第一、第二和第三致動(dòng)器的第一、第二和第三回路74、78、82。但是，與圖2不同，第三轉(zhuǎn)換閥121在圖3的實(shí)施方式中被顯示為五通閥。即，先導(dǎo)元件125能夠從第一位置運(yùn)動(dòng)(圖2中所示的最左側(cè)位置)，在該位置，排放通道114可與頭端通道117流體連接，而桿端通道119可經(jīng)由返回通道138與第一和第二進(jìn)口通道126、128流體連接，使得來自第三泵84的流體在第一方向上流過第三液壓致動(dòng)器，造成第三液壓致動(dòng)器在第一方向(例如，在延伸方向)上運(yùn)動(dòng)。當(dāng)滑閥元件125處于第二位置(圖2中所示的中間位置)時(shí)，排放通道114可與進(jìn)口通道115流體連接，使得第三回路82內(nèi)的流體(即，來自第三泵84)繞過第三液壓致動(dòng)器(即，使得第三液壓致動(dòng)器基本與第三泵84隔離)。當(dāng)滑閥元件125處于第三位置(圖2所示的最右側(cè)位置)時(shí)，排放通道114可與桿端通道119流體連接，而頭端通道117可經(jīng)由返回通道138與第一和第二進(jìn)口通道126、128流體連接，因此來自第三泵84的流體在與第一方向相反的第二方向上流過第三液壓致動(dòng)器，使第三液壓致動(dòng)器在第二方向(例如在縮回方向)上運(yùn)動(dòng)。在此構(gòu)造中，經(jīng)過第三液壓致動(dòng)器的流體可返回第三泵84，而不是被引導(dǎo)到選擇閥122以在第一或第二回路74、78內(nèi)重新分布。
[0035]另外，第一回路通道116可在止回閥96下游的位置處在排放通道86處終止，而第二回路通道118可在止回閥108下游的位置處在排放通道100處終止。該終止位置可允許來自第三回路82的流體根據(jù)需要用在第一或第二液壓致動(dòng)器的頭端或桿端52、54中。另夕卜，止回閥136可設(shè)置在進(jìn)口通道115內(nèi)以幫助確保流體單向流過進(jìn)口通道115并抑制反向運(yùn)動(dòng)沖擊波影響第三致動(dòng)器和/或第三泵84的操作。
[0036]工業(yè)實(shí)用性
[0037]所公開的液壓系統(tǒng)可適用于希望改進(jìn)的液壓效率的任何一種機(jī)器。所公開的液壓系統(tǒng)可通過選擇性使用閉環(huán)技術(shù)、流動(dòng)共享和流動(dòng)組合提供改進(jìn)的效率?，F(xiàn)在描述液壓系統(tǒng)72的操作。
[0038]在機(jī)器10操作期間，位于站20內(nèi)的操作者可通過接口裝置46指令作業(yè)工具14以希望方向和以希望速度的特定運(yùn)動(dòng)。由接口裝置46產(chǎn)生的表明希望運(yùn)動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)信號(hào)可連同機(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)、泵或者馬達(dá)排量數(shù)據(jù)和本領(lǐng)域中已知的其他數(shù)據(jù))被提供至控制器140。
[0039]例如，響應(yīng)于來自接口裝置46的指示希望提升吊桿22的信號(hào)，以及根據(jù)機(jī)器性能信息，控制器140可產(chǎn)生指向第一泵76的行程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和/或第一轉(zhuǎn)換閥94的控制信號(hào)。為了在延伸方向(例如以升高吊桿22)上以遞增速度驅(qū)動(dòng)第一液壓致動(dòng)器(例如液壓缸26)，控制器140可產(chǎn)生使第一回路74的第一泵76增加其排量并且以較高速率將加壓流體排放到排放通道86內(nèi)的控制信號(hào)和/或使第一轉(zhuǎn)換閥94的滑閥元件98朝著其第一位置運(yùn)動(dòng)的控制信號(hào)。如上所述，當(dāng)滑閥元件98朝著其第一位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，排放通道86可逐漸地與頭端通道90流體連通，而桿端通道92可逐漸地與進(jìn)口通道88流體連通。當(dāng)來自第一泵76的流體被引入第一腔室52時(shí)，來自第一液壓致動(dòng)器的第二腔室54和/或來自第一回路74的另一個(gè)線性或者轉(zhuǎn)動(dòng)致動(dòng)器的回流流體可以閉環(huán)方式流回至第一泵76。在第一液壓致動(dòng)器的正常延伸期間，第一隔離閥130可處于其流動(dòng)阻斷位置。圖2中所示的第二和第三液壓致動(dòng)器的延伸可以類似方式啟動(dòng)。
[0040]為了在縮回方向上以遞增速度驅(qū)動(dòng)第一液壓致動(dòng)器(例如為了降低吊桿22)，控制器140可產(chǎn)生使第一回路74的第一泵76增加其排量并且以較高速率將加壓流體排放到排放通道86內(nèi)的控制信號(hào)和/或使第一轉(zhuǎn)換閥94的滑閥元件98朝其第三位置運(yùn)動(dòng)的控制信號(hào)。如上所述，當(dāng)滑閥元件98朝其第三位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，排放通道86可逐漸地與桿端通道92流體連通，而頭端通道90可逐漸地與進(jìn)口通道88流體連通。當(dāng)來自第一泵76的流體被引入第二腔室54時(shí)，來自第一液壓致動(dòng)器的第一腔室52和/或來自第一回路74的另一個(gè)線性或者轉(zhuǎn)動(dòng)致動(dòng)器的回流流體可以閉環(huán)方式流回至第一泵76。在第一液壓致動(dòng)器的正?？s回期間，第一隔離閥130可處于其流動(dòng)阻斷位置。圖2中所示的第二和第三致動(dòng)器的縮回可以類似方式啟動(dòng)。
[0041]在第一或第二液壓致動(dòng)器正常延伸期間，相應(yīng)的頭端通道90、104內(nèi)可要求比能夠通過第一和第二泵76、80供應(yīng)到第一和第二排放通道86、100內(nèi)更多的流體。即，流入和流出液壓致動(dòng)器(如果體現(xiàn)為線性致動(dòng)器)的流體的相應(yīng)流速在延伸和縮回期間可以是不等的。特別是，由于第二腔室54內(nèi)桿部分50A的定位，與第一腔室52內(nèi)的壓力區(qū)域相比，活塞組件50可在第二腔室54內(nèi)具有壓力減小區(qū)域。因此，在液壓致動(dòng)器縮回期間，比第二腔室54能夠消耗的更多的流體被迫離開第一腔室52，并且在延伸期間，比被迫離開第二腔室54更多的液壓流體可被第一腔室52消耗。為了適應(yīng)延伸期間所需的另外流體，第三泵84的輸出可以選擇性地引入到第一和第二回路74、78內(nèi)。
[0042]例如，在圖2所示的第一致動(dòng)器的延伸期間，控制器140可產(chǎn)生使第三回路82的第三泵84增加其排量并且以較高速率將加壓流體排放到排放通道114內(nèi)的控制信號(hào)，和/或使選擇閥122的滑閥元件134朝第一位置運(yùn)動(dòng)的控制信號(hào)。如上所述，當(dāng)滑閥元件134向第一位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，進(jìn)口通道115可與第一回路通道116逐漸地流體連通，因此流體以較高速率從第三回路82流入第一回路74。當(dāng)來自第三泵84的流體被引至第一回路74時(shí)，如條件允許，補(bǔ)償流體可在第一致動(dòng)器的延伸期間從裝載回路(未顯示)、從第二回路78和/或在第一致動(dòng)器的縮回期間從第一回路74供給到第三泵84 (例如在第二液壓致動(dòng)器縮回期間從第二回路78供給，否則從裝載回路供給)。
[0043]在圖2所示的第二液壓致動(dòng)器的延伸期間，控制器140可產(chǎn)生使第三回路82的第三泵84增加其排量并且以較高速率將加壓流體排放到排放通道114內(nèi)的控制信號(hào)，和/或使選擇閥122的滑閥元件134朝第三位置運(yùn)動(dòng)的控制信號(hào)。如上所述，當(dāng)滑閥元件134朝第三位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，排放通道114可與第二回路通道118逐漸地流體連通，因此流體以較高速率從第三回路82流入第二回路78。當(dāng)來自第三泵84的流體被引至第二回路78時(shí)，如條件允許，補(bǔ)償流體可在第二致動(dòng)器的延伸期間從裝載回路(未顯示)、從第一回路74和/或在第二致動(dòng)器的縮回期間從第二回路78供給到第三泵84。
[0044]第三轉(zhuǎn)換閥121可在第一和/或第二液壓致動(dòng)器的延伸期間根據(jù)操作者是否同時(shí)要求第三液壓致動(dòng)器操作來調(diào)整。例如，如果在第一液壓致動(dòng)器延伸期間，操作者同時(shí)要求作業(yè)工具14卷曲，則控制器140可朝著其第一位置運(yùn)動(dòng)滑閥元件125，使得來自第三泵84的流體以更大的速率流入第三液壓致動(dòng)器的第一腔室52。此時(shí)，可如上所述使得從第三液壓致動(dòng)器的第二腔室54排出的流體經(jīng)過進(jìn)口通道115和選擇閥122流入第一回路通道116。但是，如果在第三液壓致動(dòng)器延伸期間，操作者不要求作業(yè)工具14同時(shí)卷曲，第三轉(zhuǎn)換閥121的滑閥元件125可保持在第二位置，使得來自第三泵84的加壓流體繞過第三液壓致動(dòng)器，并經(jīng)由第三轉(zhuǎn)換閥121、進(jìn)口通道115、選擇閥122和第一回路通道116直接流到第一回路74。第三轉(zhuǎn)換閥121在第二線性致動(dòng)器延伸期間的調(diào)整可與第三轉(zhuǎn)換閥121在第一線性致動(dòng)器延伸期間的調(diào)整基本相同。
[0045]第一和/或第二回路74、78也可被構(gòu)造成在特定條件下選擇性地將流體引導(dǎo)第三回路82。例如，在第一液壓致動(dòng)器縮回期間，當(dāng)?shù)谝槐?6在向第二腔室54供應(yīng)加壓流體時(shí)，第一腔室52可排放超過吸入第一泵76中的量的流體。此時(shí)，過多流體可經(jīng)由第一進(jìn)口通道126引導(dǎo)到第三泵84。此時(shí)，第一隔離閥130可運(yùn)動(dòng)到其流動(dòng)經(jīng)過位置，且第二隔離閥132可保持在其流動(dòng)阻斷位置。這種流體，特別是如果被高度加壓(如在溢流條件期間的情況)，可幫助減小第三泵84的功率消耗和/或甚至被用來驅(qū)動(dòng)第三泵84作為馬達(dá)以將能量返回到功率源18。來自第二回路78的過量流體的排放可以類似方式作用。
[0046]在一些情況下第一回路74可能在第三回路82排放流體到第二回路78的同時(shí)排放流體到第三回路82。在這種情況下，當(dāng)來自第二回路78的流體需求小于通過第一回路74供應(yīng)到第三回路82的流體時(shí)，過量的流體可經(jīng)過泄壓閥(未顯示)引導(dǎo)到裝載回路(未顯示)。類似情況可能在流體從第二回路78排放到第三回路82期間發(fā)生。
[0047]在公開的液壓系統(tǒng)中，由不同泵提供的流動(dòng)可在相關(guān)液壓致動(dòng)器調(diào)整期間基本上沒有限制，因此在致動(dòng)過程中沒有大量能量的不必要浪費(fèi)。因此，本申請的實(shí)施例可提供改進(jìn)的能量使用和保存。另外，在某些應(yīng)用中，液壓系統(tǒng)72的閉環(huán)無計(jì)量操作允許減少乃至完全省略用于控制與線性和旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器相關(guān)的流體流動(dòng)的計(jì)量閥。這種減少形成沒那么復(fù)雜的和/或價(jià)格比較低廉的系統(tǒng)。
[0048]公開的液壓系統(tǒng)還可允許回路之間基于優(yōu)先級的流動(dòng)共享。特別是，公開的系統(tǒng)可根據(jù)需要允許來自第三回路82的流動(dòng)與第一和/或第二回路74、78共享(例如在第一和/或第二液壓致動(dòng)器延伸期間)。這種在閉環(huán)回路之間共享流動(dòng)的能力可允許相關(guān)的裝載回路具有減小的容量，由此減小裝載回路的尺寸和/或成本。另外，第三轉(zhuǎn)換閥121可在流動(dòng)共享期間允許第三液壓致動(dòng)器相對于第一和第二液壓致動(dòng)器具有優(yōu)先級。即，第三轉(zhuǎn)換閥121可允許來自第三泵84的流動(dòng)首先被引導(dǎo)經(jīng)過第三液壓致動(dòng)器(當(dāng)操作者同時(shí)要求第三液壓致動(dòng)器運(yùn)動(dòng)時(shí))或者引導(dǎo)成繞過第三液壓致動(dòng)器(當(dāng)不要求第三液壓致動(dòng)器運(yùn)動(dòng)時(shí))。這種能力可增加機(jī)器10的控制，同時(shí)仍提供不同回路的流動(dòng)需求。
[0049]本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白可以對公開的液壓系統(tǒng)進(jìn)行各種修改和變型。本領(lǐng)域技術(shù)人員將從說明書的考量和這里公開的液壓系統(tǒng)的實(shí)踐清楚其他實(shí)施方式。例如，如果希望，可以想到轉(zhuǎn)換閥94、107和/或122可體現(xiàn)為非滑閥式閥和/或非先導(dǎo)操作式閥。例如，可以利用具有提升式元件的直接電磁操作閥。意圖在于說明書和例子只認(rèn)為是示例性的，本發(fā)明的真實(shí)范圍通過以下權(quán)利要求及其等同物指明。
【權(quán)利要求】
1.一種液壓系統(tǒng)(72),包括: 第一泵(76)； 第二泵(80)； 第三泵(84)； 第一致動(dòng)器(26)，其以閉環(huán)方式連接到第一泵； 第二致動(dòng)器(32)，其以閉環(huán)方式連接到第二泵； 第三致動(dòng)器(34)； 選擇閥(122)，其與第三泵相關(guān)；和 第一轉(zhuǎn)換閥(121)，其與第三泵和第三致動(dòng)器相關(guān)， 其中，第一轉(zhuǎn)換閥能夠在第三泵以閉環(huán)方式連接到第三致動(dòng)器以使第三致動(dòng)器在第一方向上運(yùn)動(dòng)的第一位置、第三泵以閉環(huán)方式連接到第三致動(dòng)器以使第三致動(dòng)器在第二方向上運(yùn)動(dòng)的第二位置和第三泵連接到選擇閥的第三位置之間運(yùn)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的液壓系統(tǒng)，其中，選擇閥能夠在第三泵以閉環(huán)方式連接到第一致動(dòng)器的第一位置、第三泵連接到第二致動(dòng)器的第二位置和第三泵的輸出連接到第三泵的輸入的第三位置之間運(yùn)動(dòng)。
3.如權(quán)利要求2所述的液壓系統(tǒng)，其中，當(dāng)?shù)谝晦D(zhuǎn)換閥處于第三位置時(shí)，第三致動(dòng)器基本與第三泵和選擇閥隔離。
4.如權(quán)利要求3所述的液壓系統(tǒng)，其中，當(dāng)?shù)谝晦D(zhuǎn)換閥處于第一或第二位置時(shí)，從第三致動(dòng)器排放的流體與選擇閥流體連通。
5.如權(quán)利要求2所述的液壓系統(tǒng)，其中，第三泵能夠經(jīng)由選擇閥和第一轉(zhuǎn)換閥連接到僅第一和第二致動(dòng)器的頭端(52)。
6.如權(quán)利要求2所述的液壓系統(tǒng)，還包括: 第一返回通道(126)，其能夠允許過量流體從第一致動(dòng)器返回第三泵；和 第二返回通道(128)，其能夠允許過量流體從第二致動(dòng)器返回第三泵。
7.如權(quán)利要求6所述的液壓系統(tǒng)，還包括: 第一止回閥(130)，其設(shè)置在第一返回通道內(nèi)；和 第二止回閥(132)，其設(shè)置在第二返回通道內(nèi)。
8.如權(quán)利要求2所述的液壓系統(tǒng)，其中，選擇閥和第一轉(zhuǎn)換閥均能夠運(yùn)動(dòng)到第一、第二和第三位置之間的任何位置。
9.如權(quán)利要求2所述的液壓系統(tǒng)，其中，選擇閥和第一轉(zhuǎn)換閥均為四通先導(dǎo)操作閥。
10.一種操作液壓系統(tǒng)(72)的方法，包括: 用第一泵(76)加壓流體； 經(jīng)由閉環(huán)的第一回路將加壓流體從第一泵引導(dǎo)到第一致動(dòng)器(26)； 用第二泵(80)加壓流體； 經(jīng)由閉環(huán)的第二回路將加壓流體從第二泵引導(dǎo)到第二致動(dòng)器(32)； 用第三泵(84)加壓流體；和 選擇性地經(jīng)由閉環(huán)的第三回路將加壓流體從第三泵經(jīng)過第三致動(dòng)器引導(dǎo)到第一或第二回路，或者經(jīng)由第三回路引導(dǎo)來自第三泵的加壓流體繞過第三致動(dòng)器并進(jìn)入第一或第二回路。
【文檔編號(hào)】F15B15/18GK104040187SQ201280063392
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2012年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月21日
【發(fā)明者】B·A·埃德勒, J·L·庫恩, J·T·彼得森, M·T·維奎倫 申請人:卡特彼勒公司