CN102859081A - 泵抽吸填装*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种液压泵***(100；200；300)和减少或消除在***中的气穴现象的泵抽吸填装***(102；202；302)，以及操作该***和包括该***的工作机(10)的方法(400)。

Description

泵抽吸填装***
相关申请的交叉引用
本申请基于并且要求2010年4月23日提交的申请序列号为61/327,275的美国临时专利申请的权益，其内容据此通过引用整体地并入。
技术领域
公开的实施例涉及液压***，诸如工作机的液压***。更具体地，公开的实施例涉及利用泵抽吸填装***以减少或消除气穴现象的液压***。
背景技术
伸缩臂叉车和其他工作机通常利用包括一个或多个液压泵的液压***，以为移动马达提供动力，升高、降低、伸展和缩回吊杆或臂，为液压工具等提供动力。在其他液压回路部件之中，液压***包括一个或多个液压泵和液压流体的贮存器。一个或多个液压泵从贮存器提供液压流体到液压回路的一个或多个部分以执行必要的功能。
在液压回路的任何部分所要求的流体的体积超过被供给的流体的体积时发生气穴现象。这可能会导致在回路的那部分中的绝对压力降低至液压流体的蒸汽压力以下，导致在流体内形成蒸汽气泡。蒸汽气泡在被压缩时内爆。气穴现象会损坏液压部件和污染液压流体。在极端的情况下，气穴现象可能导致泵和马达的机械故障。
上面的讨论仅提供一般的背景信息，并且不意图用于辅助确定要求保护的主题的范围。
发明内容
公开了液压泵装置和***和减少或消除***中的气穴现象的泵填装***，以及操作该***和包括该***的工作机的方法。
在一个示例性实施例中，液压***包括致动器，处于压力下的液压流体提供到致动器。第一泵具有第一泵出口线路，配置为提供处于压力下的液压流体到致动器。第一泵具有与致动器流体连通的第一泵入口线路，使得从致动器返回的液压流体提供第一液压流体源到第一泵入口。液压***的泵抽吸填装***被配置为提供处于压力下的液压流体到第一泵入口，以减少在液压***中的气穴现象。
在一个示例性实施例中，泵抽吸填装***包括第二泵，所述第二泵具有第二泵出口，第二泵出口与第一泵入口液压连通，使得第二泵提供第二加压液压流体源到第一泵入口。泵抽吸填装***的蓄能器与第一泵入口液压连通。蓄能器能够保持处于压力下的液压流体的储备量，并且被配置为当在第一泵入口的液压压力下降至低于预定值时提供第三加压液压流体源到第一泵入口。
提供本发明内容以便以简化的形式介绍构思的选择，所述构思在具体实施方式中进一步描述。发明内容并不旨在确定要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不是旨在用于辅助确定要求保护的主题的范围。
附图说明
图1是根据本发明所公开的实施例的工作机的左侧视图。
图2-1是根据第一实施例的具有泵抽吸填装***的液压泵***的示意性说明图，并且显示致动器控制阀处于中立位置。
图2-2和2-3是图2-1中所示的液压泵***的示意图，显示处于不同致动位置的致动器控制阀。
图3是根据第二实施例的液压泵***和/或泵抽吸填装***的示意图。
图4是根据第三实施例的液压泵***和/或泵抽吸填装***的示意图。
图5是图示根据公开的实施例的示例性方法的方框图。
具体实施方式
在详细解释本发明的任何实施例之前，应理解，本发明在其应用中并不限于在以下说明中提出或在以下附图中图示的部件的结构和布置的细节。本发明能够以其他实施例实施并且以各种方式实践或执行。此外，应当理解的是，本文所用的措辞和术语是用于描述的目的，并且不应该被视为限制。“包括”、“包含”或“具有”和其变体的使用在此处意味着包括在其后列出的各项和其等同物以及额外的项目。除非指定或以其他方式限制，术语“安装”、“连接”、“支撑”和“耦合”及其变体被广义地使用，并且包括直接和间接安装、连接、支撑和耦合。另外，“连接”和“耦合”并不限于物理的或机械的连接或耦合。
一种伸缩臂叉车形式的作业机10显示在图1中，并且作为可以利用公开的实施例的一种类型的工作机的示例。然而，所公开的实施例可以实施于其他类型的工作机，诸如滑移和其他轮式装载机、挖掘机、多功能车等，并且不限于在伸缩臂叉车上实施。图1显示工作机10，工作机10包括车架14，由前部和后部成对轮18支撑用于在地面上移动。操作者驾驶室22安装到车架14，并且包括总体由附图标记26表示的用于工作机10的控制操作的操作者控制器。操作者控制器26可以包括各种不同的操作者控制装置类型的任何一种，并且操作者控制器26总体地表示各种操作者控制类型。发动机被安装到车架14，并且提供用于移动轮18和用于其它机器功能的动力源。发动机，总体以附图标记30表示，典型地位于工作机10的右侧，靠近驾驶室22，并且因此在图1中不可见。发动机30可以是内燃机、电动机或任何其它合适的动力源。可伸缩起重臂34或其他类型的工作臂可以枢转地安装在车架14上，并且在其远端处包括工具38。工具可以是种类繁多的不同类型的工具的任何一种，例如，包括如在图1中所示的货盘叉、铲斗等。一个或多个液压缸42耦合在车架14和起重臂34之间，用于升高和降低起重臂34。也可以包括一个或多个其它的液压缸，用于执行倾斜、起重臂伸展或其他功能。工作机10包括液压泵***，用于传送动力到驱动***和用于工作机功能的操作，作为一个例子，诸如起重臂34的操作。
图2-1至2-3显示根据第一实施例的包括泵抽吸填装***102的液压泵***100。液压泵***100示意地用于提供流体压力，用于操作或提供动力到工作机10的主要液压***。例如，***100可以被用于为诸如在图1中显示的缸42的***或部件和其他辅助或副液压***提供动力。致动器104表示被提供液压动力的致动器。例如，致动器104可以是缸42或其它致动器，用于移动或转向工作机，或用于执行作业功能。例如，在存在至少一个缸类型致动器时，本发明公开的***的实施例是特别有用的，但是它们并不限于利用缸型致动器的***，因为公开的实施例可以用于其他类型的致动器。虽然显示单个致动器104，典型地，多个致动器将包含在工作机中并且致动器104意图表示一个或多个这样的致动器、马达或其他的液压动力部件。此外，如上面所讨论的，液压泵***100可以结合到各种工作机中。伸缩臂形式的工作机10仅仅是这样的工作机的示例。
液压泵***100包括致动器控制阀106、第一泵108(在这里也称为工具泵)和第二泵110。第一泵108在一些实施例中是可变排量、载荷敏感液压泵，尽管其它实施例可以采用固定排量泵。第一泵108通过工具泵出口线路114和阀106从回路的工具泵抽吸部分(例如，回路的提供液压流体到第一泵108的入口115的部分，包括显示在图2-1中的工具泵入口线路)供给液压流体流到致动器104。在致动器控制阀106是在中立位置时(如在图2-1中所示)，没有液压流体被提供给致动器104，并且通过线路114的全部工具泵流体通过返回线路112被提供给回路的工具泵抽吸部。如图2-2所示，在致动器控制阀106通过线路118传送流体至致动器104的缸座116以伸展致动器104时，由于流出活塞杆端120的流量与进入缸座116的流量之间的差，缺少通过返回线路112到第一泵入口115的流量。由于在活塞杆端120中活塞杆的存在减少了活塞杆端侧的整体容积，产生上述差别。与从活塞杆端120排出流体相比，更多的流体必须被引入缸座116以伸展缸104。如在图2-3中显示，在致动器控制阀106通过线路122发送流体到致动器104的活塞杆端120以缩回活塞杆时，则相反，存在通过返回线路112到工具泵入口的过量流量。
第二泵110在出口126处提供液压流体的输出流，出口126直接地耦合到返回线路112。来自第二泵110的返回流因此通过返回线路112增加到工具泵108的返回流，以使返回线路112提供来自两个不同源的流量到入口115。第二泵110补偿工具泵损失(容积效率)，并且补偿如上面所讨论的在伸展致动器104时出现的返回流的缺乏量的一小部分。在一些实施例中，第二泵110是固定排量齿轮泵。更一般地，第二泵110可以是***100的直接从罐124泵送或抽吸液压油的任何第二泵，泵入口线路127耦合到所述罐124。在一些实施例中，第二泵110是专门用于提供到诸如第一泵108的其他泵的入口的流量的填装泵。替代地，第二泵110可以是具有固定或可变排量的工具泵，并且提供到返回线路112的添加流量可以是从另一个致动器(未显示在任何附图中)返回的流体。
液压泵***100的泵抽吸填装***102包括蓄能器128，蓄能器128提供处于压力下的油的储备量。蓄能器128具有输出端129，类似于返回线路112，输出端129与入口115连通，以提供到第一泵108的液压流体。蓄能器128的最小负载压力表示为压力P2，最小负载压力是蓄能器开始从其最小容积膨胀和积聚额外液压流体的压力。随着流体被引入蓄能器，容积膨胀直到到达最大容积。蓄能器中的压力P3增加直到达到P1，将在下面更详细讨论，在压力P1处安全阀130打开。正如上文所解释的，在阀106引导液压流体流到缸座116时，在返回线路112中到工具泵108的流量不足。第二泵110通过提供液压流体到返回线路112来补充该流量。然而，在某些情况中，由第二泵110供给的额外流不足以补偿从致动器104和可能接收来自第一泵108的流量的任何致动装置的返回流的缺乏量。当在返回线路112中的流量没有提供足够流量到工具泵108的入口时，在线路112中的压力下降到低于压力P1，蓄能器128能够供给加压的液压流体到入口115，直到压力P3降至低于P2。通过直接提供处于压力下的液压流体到泵108的入口115来补偿返回流的不足，蓄能器128有助于防止在工具泵108的入口115处的气穴现象。
液压***100还包括与泵入口115连通的安全阀130。安全阀130被配置为在压力P1处打开并且有效地设置在入口115处(进而在蓄能器128处)的最大压力P1。在安全阀130处的压力达到P1时，安全阀130打开以便液压流体可以通过安全阀130返回到罐124。在没有汽缸运动的情况下，在入口115处的压力等于压力P1，因为第二泵110能够在P1以上的压力下提供过量的返回流。在缸104缩回的情况下，因为第二泵110的过量流量和缸的差别容积的组合导致足够流量以在安全阀130处超过压力P1，在入口115处的压力还是压力P1。
在致动器104伸展时，如果差别流量小于来自第二泵110的流量，那么在入口115处的压力是在压力P1处。然而，如果在致动器缸伸展时，差别流量高于来自第二泵110的流量，只要蓄能器128没有完全地排放，那么在入口115处的压力将在压力P1和压力P2之间。
现在参照图3，液压泵***200被显示。图3显示致动器控制阀106在中立位置。虽然没有单独地显示致动器控制阀106在提供液压流体到致动器104的基座和活塞杆端的替代位置，但应当理解，在其他公开的实施例中，阀106也能够移动到在图2-2和2-3中显示的位置。
在本实施例中，泵抽吸填装***202包括可调节贮存器形式的蓄能器228。可调节存贮蓄能器228包括在缸231内的活塞229和弹簧230。在这个实施例中，可调节贮存器228可以包括两个输出232和233。然而，在其它实施例中，输出232和233可以被替换为单个出口线路232，并且安全阀130可以直接地连接到第一泵108的入口115。在图示的实施例中，可调节贮存器228的输出233被连接到上面讨论的安全阀130，并且可调节贮存器228的输出232被连接到第一泵108的入口115。贮存器228中的最大压力由压力P1设置，安全阀130在压力P1处打开。压力P2是弹簧230开始压缩的压力。在贮存器228处的压力P3可在0和P2之间变化，直到其被填装，即，开始压缩弹簧230，此时，压力P3可在P2和P1之间变化，取决于贮存器228的排放量。
现在参照图4，显示根据另一个实施例的液压泵***300。在本实施例中，泵抽吸填装***302包括具有第一和第二活塞331和333的蓄能器328，第一和第二活塞331和333彼此一致地移动，即，在第一和第二缸332和334中通过耦合到两个活塞的连接杆335在相同的方向上移动。缸332通过入口/出口线路329直接地耦合到止回阀130、返回线路112和泵入口115。缸334通过入口/出口线路330耦合到第二泵110的出口126。在本实施例中，缸334和出口126再次耦合到返回线路112，但是在此配置中通过安全阀337。安全阀337，其可以是流体静压传动填装泵安全阀，具有释放压力值P4。安全阀337保持压力P4在恒定压力值，例如30巴，所述压力值成为静压传动填装压力值。
在液压泵***300中，代替在蓄能器328中包括弹簧，使用具有活塞表面面积S2的活塞333将压力P4连续地供给到缸334。与这个缸334连通的是另一个缸332，缸332包括具有活塞表面面积S1的活塞331。由这个第二缸332所产生的压力等于P4*S2/S1。在S2比S1小得多的情况下，相对低的压力在缸332中实现，这有利于抽吸泵填装。P4*S2/S1必须低于P1，以便于在没有发生致动器104运动或缩回时储液器328的填装。
通过举例的方式，方法实施例包括参照在图2-1至2-3、3和4中图示的实施例在以上描述的液压***的操作。图5是方框图，图示作为一个示例性实施例提供的方法400。然而，公开的方法并不限于上面讨论的液压***的具体示例。
现在具体地参照图5，考虑上面所讨论的液压***的实施例，方法400的方框410，包括使用第一泵以提供处于压力下的液压流体至致动器。作为示例，泵108通过致动器控制阀106提供处于压力下的液压流体至致动器104，泵108具有耦合到致动器控制阀106的第一泵出口线路114和耦合到返回线路112的第一泵入口线路115。在方框420中，液压流体在压力下从泵抽吸填装***(例如，102、202、302)提供到返回线路112和第一泵入口115，以减少在液压***中的气穴现象。
在示例性实施例中，从泵抽吸填装***提供处于压力下的液压流体到第一泵入口115包括在第一泵入口115处的压力下降到低于一个预定值时从耦合到入口115的蓄能器(128，228，328)提供处于压力下的液压流体到第一泵入口115。在一些实施例中，从第二泵110提供加压的液压流体，以使得所述第二泵110使加压的液压流体被提供给第一泵入口115，所述第二泵110具有耦合到罐124的第二泵入口127和耦合到返回线路112的第二泵出口126。
在示例性实施例中，从泵抽吸填装***提供处于压力下的液压流体还包括当在工具泵的入口处的填装压力超过蓄能器的最小填装压力P2时在蓄能器中存储处于压力下的液压流体，直到由蓄能器保持的液压流体的压力达到蓄能器的最大负载压力P1。
在一些示例性的实施例中，公开的方法包括使用耦合在蓄能器和罐之间的安全阀130，以设置用于填装蓄能器的液压流体的最大填装压力P1，使得P1大于P2。
在一些示例性实施例中，从蓄能器提供处于压力下的液压流体到泵抽吸线路包括从可调节贮存器提供处于压力下的液压流体。
虽然主题已经运用针对特定结构特征和/或方法动作的语言描述，应当理解，在所附权利要求书中限定的主题不一定限于上述的特定特征或动作。而是，上述的特定特征和动作是作为实现权利要求的示例形式而公开的。例如，在各种实施例中，不同类型的工作机可以包括所公开的液压***。在不脱离所公开的构思的范围的情况下，所公开的构思的其它变型的示例也是可能的。

Claims (15)

1.一种液压***，包括：
致动器，处于压力下的液压流体被提供至致动器；
第一泵，具有第一泵出口，第一泵出口配置为提供处于压力下的液压流体到致动器，第一泵具有与致动器流体连通的第一泵入口，使得从致动器返回的液压流体提供第一液压流体源到第一泵入口；和
泵抽吸填装***，配置为提供处于压力下的液压流体到第一泵入口，以减少在液压***中的气穴现象，泵抽吸填装***包括：
第二泵，具有第二泵出口，第二泵出口与第一泵入口液压连通，使得第二泵提供第二加压液压流体源到第一泵入口；和
蓄能器，与第一泵入口液压连通并且能够保持处于压力下的液压流体的储备量，蓄能器配置为当在第一泵入口处的液压压力下降至低于预定值时提供第三加压液压流体源到第一泵入口。
2.根据权利要求1所述的液压***，其中，当在第一泵入口处的液压压力超过第一压力水平P2时，所述蓄能器的容积膨胀以接收处于压力下的液压流体，直到达到蓄能器的最大容积。
3.根据权利要求2所述的液压***，进一步包括与第一泵入口连通的安全阀，所述安全阀配置为设置在第一泵入口处的最大液压流体压力P1。
4.根据权利要求1所述的液压***，进一步包括位于第一泵出口和致动器之间的致动器控制阀。
5.根据权利要求4所述的液压***，其中，致动器控制阀具有中立位置，中立位置防止来自第一泵出口的流体被提供给致动器，并且引导来自第一泵出口的流体到第一泵入口。
6.根据权利要求1所述的液压***，其中，蓄能器包括可调节贮存器。
7.根据权利要求6所述的液压***，其中，可调节贮存器包括贮存器缸、贮存器活塞和定位在贮存器缸内的弹簧。
8.根据权利要求1所述的液压***，其中，蓄能器具有第一端口和第二端口并且进一步包括与第一泵入口连通的第一安全阀，所述第一安全阀设置在第一泵入口处的最大压力P1，其中第二泵出口与蓄能器的第一端口流体连通，蓄能器的第二端口与第一泵入口连通，并且，其中蓄能器还包括：
第一缸，具有位于其中的第一活塞，第一活塞具有第一活塞表面面积S1；
第二缸，具有位于其中的第二活塞，第二活塞具有第二活塞表面面积S2，并且，第一活塞表面面积和第二活塞表面面积不相等；和
连接杆，连接到第一活塞和第二活塞中的每一个，使得第一活塞和第二活塞在第一缸和第二缸中彼此一致地移动。
9.根据权利要求8所述的液压***，其中，第一缸与第一泵入口流体连通地耦合，并且第二缸与第二泵出口流体连通地耦合。
10.根据权利要求9所述的液压***，其中，第二泵出口和蓄能器的第二缸通过具有释放压力P4的第二安全阀流体连通地耦合到第一泵入口，其中，由蓄能器的第二缸提供到第一泵入口的液压流体的压力等于P4×S2/S1，并且其中P1大于P4×S2/S1。
11.一种减少在提供加压的液压流体至致动器的液压***中的气穴现象的方法，包括以下步骤：
使用具有与致动器流体连通的第一泵出口的第一泵提供加压流体至致动器，并且在致动器和第一泵入口之间提供流体路径以提供到第一泵入口的第一加压液压流体源；和
从泵抽吸填装***，包括从与第一泵入口连通的蓄能器，提供附加的处于压力下的液压流体至第一泵入口，以减少液压***中的气穴现象。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，从泵抽吸填装***提供附加的处于压力下的液压流体至第一泵入口的步骤进一步包括从第二泵提供加压液压流体到第一泵入口。
13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括下述步骤：在第一泵入口处的液压压力超过蓄能器的最小压力设定值时，使蓄能器的容积膨胀，并且在蓄能器中存储处于压力下的液压流体，直到达到能够由蓄能器保持的液压流体的最大体积。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括提供与第一泵连通的安全阀以设置第一泵入口处的最大压力的步骤。
15.根据权利要求11所述的方法，其中从蓄能器提供处于压力下的液压流体到第一泵入口的步骤包括从可调节贮存器提供处于压力下的液压流体。
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