專利名稱：差速器液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液壓傳動(dòng)系統(tǒng)和該液壓傳動(dòng)系統(tǒng)在絞車驅(qū)動(dòng)中的應(yīng)用。
測(cè)井包括與由鉆孔穿透的地層的一個(gè)或多個(gè)特性有關(guān)的數(shù)據(jù)的記錄。多種測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)是通過(guò)置于殼體內(nèi)的、稱為探針的合適井下裝置記錄的。在鋼絲繩傳送的測(cè)井中，探針通過(guò)纏繞在絞車卷筒上的鎧裝電纜放低至鉆孔內(nèi)。該測(cè)量在探針經(jīng)過(guò)不同地層時(shí)進(jìn)行，數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)電纜傳輸給在地面上的采集系統(tǒng)。通常，探針可以快速放低至鉆孔內(nèi)，并在不需要采集數(shù)據(jù)時(shí)快速?gòu)你@孔內(nèi)收回。不過(guò)，某些采集裝置的設(shè)計(jì)及物理性能需要使探針以通常低速在鉆孔內(nèi)精確移動(dòng)，同時(shí)采集數(shù)據(jù)。一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置用于如此地驅(qū)動(dòng)絞車卷筒，以致于系有該探針的電纜可以以合適的速度放出或收回。通常，該驅(qū)動(dòng)裝置包括原動(dòng)機(jī)如內(nèi)燃機(jī)和用于從原動(dòng)機(jī)向絞車卷筒傳送動(dòng)力的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。
普通的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)包括一液壓泵和一液壓馬達(dá)，該液壓泵通常為變排量液壓泵，該液壓馬達(dá)通常為變排量液壓馬達(dá)。液壓泵將動(dòng)力從原動(dòng)機(jī)傳送給液壓馬達(dá)，液壓馬達(dá)再向絞車卷筒施加扭矩。在工作時(shí)，該原動(dòng)機(jī)通常通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流閥等設(shè)置成預(yù)定的工作轉(zhuǎn)速。絞車卷筒的轉(zhuǎn)速再通過(guò)控制液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)液壓件的排量來(lái)調(diào)節(jié)。不過(guò)，通常當(dāng)液壓泵的流量和液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速減小以適應(yīng)非常低的卷筒轉(zhuǎn)速時(shí)，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)將變得不穩(wěn)定。該不穩(wěn)定將影響由測(cè)井裝置所進(jìn)行的測(cè)量的質(zhì)量，同時(shí)降低液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的使用性能。因此，測(cè)井速度通常限定在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定范圍內(nèi)。
已經(jīng)提出了多種方法來(lái)克服液壓傳動(dòng)系統(tǒng)在低速下的不穩(wěn)定問(wèn)題。例如，授予Mayhugh等的美國(guó)專利5355675公開(kāi)了一種能用于從發(fā)動(dòng)機(jī)向絞車傳送動(dòng)力的穩(wěn)定封閉式液壓旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)系統(tǒng)。在Mayhugh等的專利5355675中公開(kāi)的液壓旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)系統(tǒng)具有很寬的動(dòng)態(tài)速度控制范圍，并包括一個(gè)液壓馬達(dá)、一個(gè)變排量液壓泵和一個(gè)兩位置(two-position)控制裝置。該傳動(dòng)系統(tǒng)可以在標(biāo)準(zhǔn)模式和精確速度控制模式這兩種模式中的一種下工作。在標(biāo)準(zhǔn)模式中，該兩位置控制裝置使泵通過(guò)第一回路與馬達(dá)相互連接，馬達(dá)的轉(zhuǎn)速為泵排量的函數(shù)。在精確速度控制模式中，該兩位置控制裝置斷開(kāi)第一回路結(jié)構(gòu)，井使泵通過(guò)第二回路與馬達(dá)相互連接。在該模式中，馬達(dá)轉(zhuǎn)速是流過(guò)在馬達(dá)下游的比例流量閥的流速的函數(shù)。
本發(fā)明的一個(gè)方面是一種用于驅(qū)動(dòng)一個(gè)旋轉(zhuǎn)件的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，該液壓傳動(dòng)系統(tǒng)包括一差速器，該差速器有一個(gè)可旋轉(zhuǎn)地與旋轉(zhuǎn)件相連的輸出端。該液壓傳動(dòng)系統(tǒng)還包括第一液壓驅(qū)動(dòng)器和第二液壓驅(qū)動(dòng)器，該第一液壓驅(qū)動(dòng)器可操作地與差速器的第一輸入端相連，該第二液壓驅(qū)動(dòng)器可操作地與差速器的第二輸入端相連。第一液壓驅(qū)動(dòng)器的輸出端可以在第一選定方向以第一選定速度旋轉(zhuǎn)，該第二液壓驅(qū)動(dòng)器的輸出端可以在第二選定方向以第二選定速度旋轉(zhuǎn)。差速器的輸出轉(zhuǎn)速和方向與兩液壓驅(qū)動(dòng)器的輸出的轉(zhuǎn)速和方向的代數(shù)和有關(guān)。
本發(fā)明的另一方面是一種用于驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)件的方法，該方法包括控制第一液壓驅(qū)動(dòng)器以便使差速器的第一輸入端以一選定轉(zhuǎn)速在一第一選定方向轉(zhuǎn)動(dòng)，控制第二液壓驅(qū)動(dòng)器以便使差速器的第二輸入端以一第二選定轉(zhuǎn)速在第二選定方向旋轉(zhuǎn)。該第一和第二轉(zhuǎn)速和方向選定成可為差速器提供一選定的輸出轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向，因此，使可旋轉(zhuǎn)地與差速器的輸出端相連的旋轉(zhuǎn)件也有選定地輸出轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向。
本發(fā)明的另一方面是一種絞車系統(tǒng)，該絞車系統(tǒng)包括可旋轉(zhuǎn)支承的卷筒、輸出端與可旋轉(zhuǎn)支承的卷筒相連的差速器、輸出端與差速器的第一輸入端相連的第一液壓驅(qū)動(dòng)器和輸出端與差速器的第二輸入端相連的第二液壓驅(qū)動(dòng)器。該第一液壓驅(qū)動(dòng)器的輸出是可在第一選定方向的旋轉(zhuǎn)，該第二液壓驅(qū)動(dòng)器的輸出是可在第二選定方向的旋轉(zhuǎn)，差速器的輸出轉(zhuǎn)速與液壓驅(qū)動(dòng)器的輸出端的轉(zhuǎn)速和方向的代數(shù)和有關(guān)。
通過(guò)下面的說(shuō)明和附加的權(quán)利要求，可以理解本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是絞車系統(tǒng)的方框圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的線路圖。
圖3和4所示為用于控制圖2所示液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的控制圖實(shí)例。
圖5是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的線路圖。
圖6所示為用于圖5所示的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的控制圖的實(shí)例。
圖7是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的線路圖。
圖8所示為用于圖7所示的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的控制圖的實(shí)例。
下面將參考附圖介紹本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例。圖1是絞車系統(tǒng)2的方框圖，該絞車系統(tǒng)包括一個(gè)具有可旋轉(zhuǎn)支承的絞車卷筒5的絞車4、一個(gè)操作人員控制臺(tái)、一個(gè)原動(dòng)機(jī)8例如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)以及一個(gè)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)10。該絞車用于使負(fù)載12移動(dòng)。例如，在測(cè)井中，該負(fù)載是一探針。該負(fù)載安裝在纏繞于絞車卷筒5上的繩纜的一端。當(dāng)絞車卷筒5轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)絞車卷筒5的旋轉(zhuǎn)方向，繩纜13可以放出或收回。絞車卷筒5的轉(zhuǎn)速可由操作人員控制臺(tái)6控制。根據(jù)操作人員控制臺(tái)6發(fā)出的控制信號(hào)，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)10將動(dòng)力從原動(dòng)機(jī)8傳遞給絞車卷筒5，以便在選定方向以選定速度驅(qū)動(dòng)絞車卷筒5。
圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)10的液壓線路圖。該液壓傳動(dòng)系統(tǒng)10包括兩個(gè)閉環(huán)的液壓驅(qū)動(dòng)回路14、15。閉環(huán)液壓驅(qū)動(dòng)回路14包括液壓泵16和液壓馬達(dá)18。在本例中的閉環(huán)液壓驅(qū)動(dòng)回路15也包括液壓泵20和液壓馬達(dá)22。有多種液壓泵是本領(lǐng)域已知的。例如，見(jiàn)Sullivan，James A.Fluid PowerTheory and applications，Prentice-Hall，Inc.(1998)。液壓泵16、20可以是固定排量型。固定排量液壓泵每個(gè)工作循環(huán)傳送基本固定容積的流體。優(yōu)選是，液壓泵16、20是“變排量”泵。變排量泵中，泵的每個(gè)工作循環(huán)的排量是可調(diào)的。本領(lǐng)域已知有多種變排量泵。一種普通的結(jié)構(gòu)是用旋轉(zhuǎn)斜盤調(diào)節(jié)泵的容積流量。容積流量通過(guò)改變旋轉(zhuǎn)斜盤的角度而調(diào)節(jié)，例如，該角度改變既可以機(jī)械進(jìn)行，也可以通過(guò)磁軛驅(qū)動(dòng)(yoke-actuating)的活塞的運(yùn)動(dòng)來(lái)進(jìn)行。
在本實(shí)施例中，對(duì)控制液壓泵16、20的容積流量的內(nèi)部機(jī)構(gòu)例如旋轉(zhuǎn)斜盤(未示出)的調(diào)節(jié)由可驅(qū)動(dòng)電子排量控制器24、26控制，例如，在本實(shí)施例中，該可驅(qū)動(dòng)電子排量控制器24、26是排量電磁鐵。優(yōu)選是，液壓泵16、20包括用于控制其在兩個(gè)方向上的輸出流量的裝置，即用于使泵的吸入和排出孔翻轉(zhuǎn)的裝置。也可以用換向閥(未示出)來(lái)改變泵16、20中的一個(gè)或兩個(gè)的流向。液壓馬達(dá)18、22接收液壓泵16、20輸出的壓力流體，并將壓力流體中的能量分別轉(zhuǎn)換成馬達(dá)輸出軸28、30的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。液壓馬達(dá)18、22根據(jù)流過(guò)馬達(dá)的液體流向而使各輸出軸28、30以各個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，即正向或反向旋轉(zhuǎn)。液壓馬達(dá)既可以作為固定排量單元，也可以作為變排量單元，這樣，即使是流過(guò)馬達(dá)的容積流量固定，也可以使各個(gè)方向的轉(zhuǎn)速變化。本領(lǐng)域已知有多種液壓馬達(dá)設(shè)計(jì)。例如見(jiàn)Sllivan，James A.FluidPowerTheory and Applications，supra。
液壓馬達(dá)18、22的輸出軸28、30分別與差速器32的輸入端相連。在一個(gè)實(shí)施例中，差速器32包括斜齒輪34-40。軸28、30分別與輸入斜齒輪34和38相連。差速器32還包括斜齒輪42和44。齒輪42和44也可以是準(zhǔn)雙曲面齒輪。因此，本發(fā)明并不限定齒輪的形式。安裝架(carrier)46安裝在斜齒輪42上并與斜齒輪36和40相連。馬達(dá)輸出軸28、30的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)差速器輸入斜齒輪34和38傳遞給斜齒輪36和40。斜齒輪36和40的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)在通過(guò)安裝架46傳遞給斜齒輪42。最后，斜齒輪42的運(yùn)動(dòng)傳遞給斜齒輪44。輸出軸48與斜齒輪44相連，以便與斜齒輪44一起旋轉(zhuǎn)。輸出軸48將絞車卷筒5(如圖1所示)旋轉(zhuǎn)所需的扭矩傳遞給絞車卷筒5。輸出軸48的轉(zhuǎn)速由差速器32的齒輪結(jié)構(gòu)以及馬達(dá)輸出軸28、30的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向確定。通過(guò)合適選擇各馬達(dá)輸出軸28、30的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向，能夠控制差速器輸出軸48的轉(zhuǎn)速。如本領(lǐng)域所知，差速器32的結(jié)構(gòu)也可以與圖中所示不同。例如，差速器32可以由一系列行星齒輪或其它類型的齒輪構(gòu)成。因此，圖2所示的差速器的形式并不是為了限制本發(fā)明的范圍。
為了說(shuō)明差速器32的輸出轉(zhuǎn)速，差速器32可以在“差速模式”或“和速模式”下工作。在操作人員控制臺(tái)6，操作人員可以用模式選擇器50對(duì)工作模式進(jìn)行選擇。在一個(gè)實(shí)例中，模式的選擇包括選擇各液壓馬達(dá)18、22的旋轉(zhuǎn)方向。如下面進(jìn)一步說(shuō)明，各馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速和方法取決于絞車卷筒5(圖1中)所希望的轉(zhuǎn)速。根據(jù)選定的模式，操作人員可以再用控制裝置52例如操縱桿控制器來(lái)控制液壓泵16、20的工作?？刂蒲b置52向電子排量控制器24、26發(fā)出信號(hào)，該電子排量控制器再分別控制液壓泵16、20中的內(nèi)部機(jī)構(gòu)，這樣，合適量的流體從液壓泵16、20中泵送出。從液壓泵16、20中泵送出的壓力流體分別通過(guò)管道54、56流向液壓泵18、22，由此向液壓馬達(dá)18、22通過(guò)動(dòng)力。液壓馬達(dá)18、22將壓力流體的能量轉(zhuǎn)換成馬達(dá)輸出軸28、30的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如前所述。泵送給液壓馬達(dá)18、22的流體分別通過(guò)管道58、60返回液壓泵16、20的進(jìn)口總管。
差速器輸出軸48的轉(zhuǎn)速和方法與馬達(dá)輸出軸28、30的比例轉(zhuǎn)速代數(shù)和有關(guān)。使用術(shù)語(yǔ)“比例”是因?yàn)椴钏倨鬏敵鲚S48的轉(zhuǎn)速取決于齒輪結(jié)構(gòu)，例如將輸入軸28、30的運(yùn)動(dòng)傳遞給輸出軸48的齒輪32-38的齒數(shù)。當(dāng)馬達(dá)輸出軸28和30以相同方向旋轉(zhuǎn)以使與它們相連的差速器輸入齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，差速器輸出軸48的轉(zhuǎn)速將與馬達(dá)輸出軸28和30的轉(zhuǎn)速和有關(guān)。另一方面，當(dāng)馬達(dá)輸出軸28和30以相反方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，差速器輸出軸48的轉(zhuǎn)速與輸入軸28和30的轉(zhuǎn)速差有關(guān)。代數(shù)上，各馬達(dá)輸出軸的轉(zhuǎn)速可以任意指定符號(hào)(正或負(fù))，以便表示相連的差速器輸入齒輪以哪個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。圖3和4所示為控制圖的實(shí)例，該控制圖表示分別在差速模式和和速模式下液壓驅(qū)動(dòng)器回路14、15的各個(gè)速度，即馬達(dá)輸出軸28、30的轉(zhuǎn)速，以便使差速器輸出軸48的速度具有從全速向下(發(fā)出絞車卷筒上的繩纜)經(jīng)過(guò)和包括零再到全速向上(將繩纜卷到絞車卷筒上)的基本無(wú)限的可變能力。
圖3所示的控制圖用于差速模式。對(duì)于圖3所示實(shí)例，傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)置成這樣，即系在絞車卷筒5(見(jiàn)圖1)的繩纜13(見(jiàn)圖1)上的負(fù)載12(見(jiàn)圖1)在馬達(dá)輸出軸28(見(jiàn)圖2)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)向上運(yùn)動(dòng)(從鉆井中出來(lái))，在馬達(dá)輸出軸28(見(jiàn)圖2)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)向下運(yùn)動(dòng)(進(jìn)入鉆井中)。在圖3中，曲線28a、28b表示馬達(dá)輸出軸28(見(jiàn)圖2)的轉(zhuǎn)速，曲線30a、30b表示馬達(dá)輸出軸30(見(jiàn)圖2)的轉(zhuǎn)速，而曲線48a、48b表示差速器輸出軸48(見(jiàn)圖2)的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速曲線48a是轉(zhuǎn)速曲線28a和30a的合成，轉(zhuǎn)速曲線48b是轉(zhuǎn)速曲線28b和30b的合成。在差速區(qū)域66中，馬達(dá)輸出軸28(見(jiàn)圖2)逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，如曲線28a在差速區(qū)域66中的部分所示，馬達(dá)輸出軸30(見(jiàn)圖2)以順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，如曲線30a在差速區(qū)域66中的部分所示。類似的，在差速區(qū)域68中，馬達(dá)輸出軸28(見(jiàn)圖2)順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，如曲線28b在差速區(qū)域68中的部分所示，馬達(dá)輸出軸30(見(jiàn)圖2)以逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，如曲線30b的部分所示。在差速區(qū)域66、68中，差速器輸出軸48(見(jiàn)圖2)的轉(zhuǎn)速分別由馬達(dá)輸出軸28(見(jiàn)圖2)的轉(zhuǎn)速28a、28b和馬達(dá)輸出軸30(見(jiàn)圖2)的轉(zhuǎn)速30a、30b之間的差值確定。
圖4所示的控制圖用于和速模式。在和速模式中，不管負(fù)載12(見(jiàn)圖1)的運(yùn)動(dòng)方向如何，馬達(dá)輸出軸28和30(見(jiàn)圖2)都使相應(yīng)的差速器輸入出來(lái)以相同方向旋轉(zhuǎn)。在本例中，傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)置成這樣，當(dāng)馬達(dá)輸出軸28(見(jiàn)圖2)和馬達(dá)輸出軸30(見(jiàn)圖2)都順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，負(fù)載12(見(jiàn)圖1)向上運(yùn)動(dòng)。當(dāng)馬達(dá)輸出軸28和馬達(dá)輸出軸30都逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，負(fù)載12(見(jiàn)圖1)向下運(yùn)動(dòng)。在圖4中，曲線28a、28b表示馬達(dá)輸出軸28(見(jiàn)圖2)的轉(zhuǎn)速，曲線30a、30b表示馬達(dá)輸出軸30(見(jiàn)圖2)的轉(zhuǎn)速，而曲線48a、48b表示差速器輸出軸48(見(jiàn)圖2)的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速曲線48a是轉(zhuǎn)速曲線28a和30a的合成，轉(zhuǎn)速曲線48b是轉(zhuǎn)速曲線28b和30b的合成。在和速模式中，差速器輸出軸48(見(jiàn)圖2)的轉(zhuǎn)速48a、48b分別由馬達(dá)輸出軸28的轉(zhuǎn)速28a、28b和馬達(dá)輸出軸30(見(jiàn)圖2)的轉(zhuǎn)速30a、30b確定。和速模式通常不在差速器輸出軸48(見(jiàn)圖2)上提供零轉(zhuǎn)速，除非馬達(dá)輸出軸28和30(見(jiàn)圖2)的轉(zhuǎn)速都為零，即液壓馬達(dá)18、22(見(jiàn)圖2)都關(guān)閉。當(dāng)希望獲得非常低的轉(zhuǎn)速或零轉(zhuǎn)速時(shí)，差速模式是更合適的工作模式。參考圖2，應(yīng)當(dāng)知道，控制裝置52用于控制馬達(dá)輸出軸28、30的旋轉(zhuǎn)方向?？刂蒲b置52向液壓泵16發(fā)出信號(hào)，以便使流向倒轉(zhuǎn)。該倒轉(zhuǎn)的流向傳送給液壓馬達(dá)18、22。也可選擇，如前所述，通過(guò)各馬達(dá)18、22的流向可以用換向閥(未示出)來(lái)選擇。
如上所述的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)有很多優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，尤其是在用于鋼絲繩傳送的測(cè)井中。一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，通過(guò)使傳動(dòng)系統(tǒng)在差速模式下工作，該傳動(dòng)系統(tǒng)使絞車卷筒5(見(jiàn)圖1)的轉(zhuǎn)速能精確控制，尤其是在非常低的轉(zhuǎn)速時(shí)。在測(cè)井探針采集數(shù)據(jù)時(shí)，采用差速模式使得探針能以非常低的速度運(yùn)動(dòng)，甚至為零速度，同時(shí)使馬達(dá)18、22(見(jiàn)圖2)在它們各自的最小穩(wěn)定轉(zhuǎn)速極限之上工作。因?yàn)轳R達(dá)18、22(見(jiàn)圖2)能在它們各自的最小穩(wěn)定轉(zhuǎn)速極限之上工作，同時(shí)獲得非常低的傳動(dòng)器輸出轉(zhuǎn)速(和由此產(chǎn)生的低絞車卷筒轉(zhuǎn)速)，因此能消除在現(xiàn)有技術(shù)的絞車驅(qū)動(dòng)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的不穩(wěn)定區(qū)域。例如，當(dāng)測(cè)井探針沒(méi)有采集數(shù)據(jù)時(shí)，傳動(dòng)系統(tǒng)能夠在和速模式下工作，這樣，該測(cè)井探針能夠非?？斓姆诺偷姐@井中或從鉆井中收回。
如圖2所示的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)表示了能用于驅(qū)動(dòng)絞車的差速器液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例。能用于本發(fā)明的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的其它結(jié)構(gòu)到達(dá)液壓驅(qū)動(dòng)回路和齒輪也能獲得與前述裝置類似的效果。圖5所示為本發(fā)明另一實(shí)施例的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的線路圖。在該實(shí)施例中，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)包括一閉環(huán)的液壓驅(qū)動(dòng)回路82和一開(kāi)環(huán)的液壓驅(qū)動(dòng)回路84。閉環(huán)液壓驅(qū)動(dòng)回路82包括液壓泵86和液壓馬達(dá)88。該閉環(huán)液壓驅(qū)動(dòng)回路82類似于前述第一實(shí)施例的閉環(huán)液壓驅(qū)動(dòng)回路(圖2中的14、16)。開(kāi)環(huán)液壓驅(qū)動(dòng)回路84包括一液壓泵90、一方向控制閥92和一液壓馬達(dá)94，該液壓馬達(dá)94例如可以是一齒輪馬達(dá)。方向控制閥92控制流體從液壓泵90流向液壓馬達(dá)94的方向。在該實(shí)施例中，液壓泵90盡管可以用變排量泵，但優(yōu)選是一固定排量泵，例如一液壓齒輪泵。方向控制閥92接收模式選擇器50發(fā)出的控制信號(hào)。液壓泵86接收從控制裝置52發(fā)出的控制信號(hào)。液壓泵80、90的輸入軸87、91可以分別與原動(dòng)機(jī)8(見(jiàn)圖1)相連。
馬達(dá)88、94的輸出軸分別與差速器100的輸入端相連。在本實(shí)施例中，差速器100包括行星齒輪102、104，該行星齒輪102、104繞它們各自的軸和繞一中心齒輪106旋轉(zhuǎn)。中心齒輪106與馬達(dá)94的軸98相連。齒圈103通過(guò)安裝架105與馬達(dá)88的輸出軸96轉(zhuǎn)動(dòng)連接。行星齒輪102、104與斜齒輪100相連。斜齒輪110的運(yùn)動(dòng)與斜齒輪108耦合，該斜齒輪108再將其運(yùn)動(dòng)傳遞給差速器輸出軸112。行星式差速器使得閉環(huán)液壓驅(qū)動(dòng)回路和開(kāi)環(huán)液壓驅(qū)動(dòng)回路有不同的輸入比。該結(jié)構(gòu)能補(bǔ)償兩種驅(qū)動(dòng)器82、84之間的壓力、扭矩和速度差。圖6所示為在差速模式下表示液壓驅(qū)動(dòng)回路82、84的各自速度，即軸96、98的轉(zhuǎn)速的控制圖的一個(gè)實(shí)例。曲線96a、96b表示馬達(dá)輸出軸96的轉(zhuǎn)速，曲線98a、98b表示馬達(dá)輸出軸98的轉(zhuǎn)速，曲線112a、112b表示差速器輸出軸112的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速曲線112a是轉(zhuǎn)速曲線96a和98a的合成，轉(zhuǎn)速曲線112b是轉(zhuǎn)速曲線96b和98b的合成。當(dāng)在本實(shí)施例中通過(guò)調(diào)節(jié)馬達(dá)輸出軸96(見(jiàn)圖5)的轉(zhuǎn)速96a(96b)來(lái)控制輸出軸112(見(jiàn)圖5)的轉(zhuǎn)速112a(112b)時(shí)，馬達(dá)輸出軸98(見(jiàn)圖5)的轉(zhuǎn)速98a(98b)基本保持恒定。在圖6所示的控制圖中，不管負(fù)載(圖1中的12)的運(yùn)動(dòng)方向如何，馬達(dá)輸出軸96和98(見(jiàn)圖5)都以相同方向旋轉(zhuǎn)。
圖7所示為本發(fā)明還一實(shí)施例的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的線路圖。本實(shí)施例中，該液壓傳動(dòng)系統(tǒng)包括一閉環(huán)液壓驅(qū)動(dòng)回路122和一開(kāi)環(huán)液壓驅(qū)動(dòng)回路124。閉環(huán)液壓驅(qū)動(dòng)回路122包括一液壓泵126和一液壓馬達(dá)128。該閉環(huán)液壓驅(qū)動(dòng)回路122與前述閉環(huán)液壓驅(qū)動(dòng)回路14、16(見(jiàn)圖2)類似。開(kāi)環(huán)液壓驅(qū)動(dòng)回路124包括液壓泵130、單向閥132-138、控制閥140和可變流量限制器142，該液壓泵130優(yōu)選是一個(gè)固定排量泵，但也可以是變排量泵。單向閥132和134使流體能從儲(chǔ)液池144流向液壓泵130的有效進(jìn)口孔，但是使流體不能從泵130的有效排出孔流回儲(chǔ)液池144，而不管泵130的旋轉(zhuǎn)方向如何。單向閥136和138使流體能從液壓泵130流向管道145。盡管圖中表示了各個(gè)閥132和134，但是這些閥可以由能使液壓泵130的進(jìn)口孔交替與儲(chǔ)液池144相連的三通閥取代。管道145使流體從液壓泵130的有效排出孔流向控制閥140。當(dāng)控制閥140打開(kāi)時(shí)，流體能夠從液壓泵130泵送到流體限制器142。該流體限制器142能夠調(diào)節(jié)以控制流體流過(guò)控制閥140的流量。
泵130的驅(qū)動(dòng)軸148與差速器143的一個(gè)輸出端相連，該差速器143可以與差速器100(見(jiàn)圖5)類似，并且將液壓馬達(dá)128的輸出軸146與液壓泵130的輸入軸148相連。液壓泵130可以是固定排量泵，例如液壓齒輪泵，盡管它也可以采用變排量泵。馬達(dá)輸出軸146的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)差速器143的其它輸入端。當(dāng)閥140關(guān)閉時(shí)，泵130不能旋轉(zhuǎn)。軸146的旋轉(zhuǎn)將轉(zhuǎn)換成差速器輸出軸150的比例轉(zhuǎn)速。當(dāng)閥140打開(kāi)時(shí)，當(dāng)負(fù)載施加到差速器輸出軸150上和其它差速器輸入端(軸146)由馬達(dá)128驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，泵將旋轉(zhuǎn)。因?yàn)楸?30通過(guò)可變限制器142排出，因此，泵130的轉(zhuǎn)速將部分通過(guò)設(shè)定限制器142確定。泵130的旋轉(zhuǎn)提供了差速器143的輸入端之間的速度“補(bǔ)償”量。即使在馬達(dá)122能在其最小穩(wěn)定轉(zhuǎn)速之上工作，該速度補(bǔ)償能夠提供非常低或零的差速器143輸出轉(zhuǎn)速。根據(jù)施加在差速器輸出端上的負(fù)載和馬達(dá)128的優(yōu)選工作轉(zhuǎn)速，對(duì)可變限制器142的設(shè)定可以選擇提供合適的“補(bǔ)償”程度。當(dāng)并需要對(duì)速度精確控制時(shí)，如前所述，閥140可以關(guān)閉。
圖8是表示在差速模式下液壓驅(qū)動(dòng)回路122、124的速度即輸入軸146、148的轉(zhuǎn)速的控制圖。曲線146a、146b表示軸146(見(jiàn)圖7)的轉(zhuǎn)速，曲線148a、148b表示軸148(見(jiàn)圖7)的轉(zhuǎn)速，曲線150a、150b表示差速器輸出軸150(見(jiàn)圖7)的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速曲線150a是轉(zhuǎn)速曲線146a和148a的合成，轉(zhuǎn)速曲線150b是轉(zhuǎn)速曲線146b和148b的合成。軸148(見(jiàn)圖7)的轉(zhuǎn)速148a(148b)基本保持恒定，同時(shí)調(diào)節(jié)軸146(見(jiàn)圖7)的轉(zhuǎn)速146a(146b)以控制差速器輸出軸150(見(jiàn)圖7)的轉(zhuǎn)速150a(150b)。根據(jù)圖8所示的控制圖，軸146和148(見(jiàn)圖7)反向旋轉(zhuǎn)，而不管負(fù)載(圖1中的12)的運(yùn)動(dòng)方向如何。
總的來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的目的是對(duì)差速器的輸入端施加選定的速度和選定的旋轉(zhuǎn)方向，并與差速器的輸出端相連以驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)件。該結(jié)構(gòu)將使液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的馬達(dá)或泵在它們的最小穩(wěn)定速度之上工作，同時(shí)能在非常小的轉(zhuǎn)速，甚至包括零的情況下對(duì)旋轉(zhuǎn)件的旋轉(zhuǎn)精確控制。上面介紹了多個(gè)實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員通過(guò)該公開(kāi)的內(nèi)容可以知道，在不脫離本發(fā)明的精神的情況下，可以設(shè)計(jì)出其它的實(shí)施方式。因此，本發(fā)明的范圍僅能由附加的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種用于向旋轉(zhuǎn)件施加扭矩的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，包括一差速器，該差速器有一個(gè)可旋轉(zhuǎn)地與旋轉(zhuǎn)件相連的輸出端；一第一液壓驅(qū)動(dòng)器，該第一液壓驅(qū)動(dòng)器可旋轉(zhuǎn)地與差速器的第一輸入端相連；一第二液壓驅(qū)動(dòng)器，該第二液壓驅(qū)動(dòng)器可旋轉(zhuǎn)地與差速器的第二輸入端相連；以及一控制單元，該控制單元使得第一和第二液壓驅(qū)動(dòng)器各自以選定的速度和選定的方向旋轉(zhuǎn)，差速器的輸出轉(zhuǎn)速和方向與液壓驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)速和方向的代數(shù)和有關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，其中該第一液壓驅(qū)動(dòng)器包括一閉環(huán)液壓驅(qū)動(dòng)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，其中該第二液壓驅(qū)動(dòng)器包括一閉環(huán)液壓驅(qū)動(dòng)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，其中第一液壓驅(qū)動(dòng)器包括一個(gè)與一第一馬達(dá)液壓連接(hydraulically couple)的第一泵，第二液壓驅(qū)動(dòng)器包括一個(gè)與一第二馬達(dá)液壓連接的第二泵。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，其中該第一泵和第二泵包括變排量泵。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，還包括一個(gè)用于控制流體從泵輸送到各相連馬達(dá)的容積流量的裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，其中該第二液壓驅(qū)動(dòng)器包括一開(kāi)環(huán)液壓驅(qū)動(dòng)器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，其中該第一液壓驅(qū)動(dòng)器包括一個(gè)與一第一馬達(dá)液壓連接的第一泵。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，其中該第二液壓驅(qū)動(dòng)器包括一個(gè)通過(guò)方向控制閥與一第二馬達(dá)液壓連接的第二泵。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，其中該第二液壓驅(qū)動(dòng)器包括一個(gè)通過(guò)閥與一流體儲(chǔ)液池液壓連接的第二泵，該第二泵可旋轉(zhuǎn)地與一差速器的第二輸入端相連。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，其中該第二液壓驅(qū)動(dòng)器還包括一個(gè)將流體從泵中送出的管道和一個(gè)可選擇地使流體流過(guò)該管道的控制閥。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，還包括一個(gè)流體限制器用于調(diào)節(jié)通過(guò)該管道的流體流量。
13.一種用于驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)件的方法，包括控制一第一液壓驅(qū)動(dòng)器，以便使它在第一選定方向以第一選定轉(zhuǎn)速輸出；控制一第二液壓驅(qū)動(dòng)器，以便使它在第二選定方向以第二選定轉(zhuǎn)速輸出；該第一和第二液壓驅(qū)動(dòng)器的輸出端與差速器的各輸入端相連，該第一和第二選定轉(zhuǎn)速和方向這樣選定，即，使差速器的輸出端驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)件以第三選定速度和方向旋轉(zhuǎn)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中在第一模式下，第一選定方向和第二選定方向相同，在第二模式下，第一選定方向與第二選定方向相反。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中第一和第二液壓驅(qū)動(dòng)器中的一個(gè)的速度保持恒定，而另一個(gè)進(jìn)行調(diào)節(jié)以控制旋轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)速。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中對(duì)于各第一和第二液壓驅(qū)動(dòng)器，第一和第二選定轉(zhuǎn)速處于最小穩(wěn)定轉(zhuǎn)速極限值之上。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中該旋轉(zhuǎn)件包括一絞車，該絞車上纏繞有測(cè)井繩纜，其中，驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)件將產(chǎn)生下面三種可選情況中的一種在相應(yīng)選定第三方向時(shí)放出測(cè)井繩纜；在相應(yīng)選定第三方向時(shí)將測(cè)井繩纜從鉆井中收回；以及保持該測(cè)井繩纜的伸出。
全文摘要
一種用于驅(qū)動(dòng)一個(gè)旋轉(zhuǎn)件的液壓傳動(dòng)系統(tǒng),包括:差速器,該差速器有一個(gè)與該旋轉(zhuǎn)件相連的輸出端;第一液壓驅(qū)動(dòng)器,該第一液壓驅(qū)動(dòng)器具有與該差速器的第一輸入端相連的輸出端,以及第二液壓驅(qū)動(dòng)器,該第二液壓驅(qū)動(dòng)器有與該差速器的第二輸入端相連的輸出端。第一液壓驅(qū)動(dòng)器的輸出端可以在第一選定方向以第一選定速度旋轉(zhuǎn),該第二液壓驅(qū)動(dòng)器的輸出端可以在第二選定方向以第二選定速度旋轉(zhuǎn)。該差速器的輸出轉(zhuǎn)速和方向與液壓驅(qū)動(dòng)器的輸出的轉(zhuǎn)速和方向的代數(shù)和有關(guān)。在一個(gè)實(shí)施例中,第一和第二驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)速保持在最小穩(wěn)定極限值之上,同時(shí)通過(guò)將第一方向選定為與第二方向相反,使旋轉(zhuǎn)件以非常低或者零轉(zhuǎn)速工作。
文檔編號(hào)F16H47/04GK1336320SQ0112519
公開(kāi)日2002年2月20日 申請(qǐng)日期2001年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月26日
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