CN104520594B - 具有力调制的无计量液压*** - Google Patents

具有力调制的无计量液压*** Download PDF

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Abstract

本发明公开一种液压***(56)。该液压***可具有泵(66)和致动器(26)，所述泵(66)被配置成从第一通道(68)和第二通道(70)中的一个引出低压流体且将流体排出到所述第一通道和第二通道中的另一个中，所述致动器(26)经由第一通道和第二通道联接到所述泵。该液压***也可具有至少一个第一控制阀(86)，所述至少一个第一控制阀(86)流体连接在第一通道和第二通道之间，以选择性地从第一通道和第二通道中的一个引导流体绕过所述泵并流入第一通道和第二通道中的另一个中。该液压***还可具有至少一个第二控制阀(78)，所述至少一个第二控制阀(78)与至少一个第一控制阀平行地流体连接，以选择性地从第一通道和第二通道中的一个引导流体绕过所述致动器并流入第一通道和第二通道中的另一个中。

Description

具有力调制的无计量液压***
技术领域
本发明总体上涉及一种液压***，且更具体地涉及一种具有力调制的无计量液压***。
背景技术
常规的液压***包括将低压流体从箱中引出，增压流体且使增压流体可用于多个不同致动器的在移动致动器中使用的泵。在这个布置中，每个致动器的速度和/或力可以通过选择性地节流(即限制)增压流体从所述泵流入和/或流出每个致动器的流来单独控制。例如，为了以较高的速度和/或用较大的力移动特定的致动器，从泵到致动器中的流体流未被限制或仅少量被限制。相比之下，为了以较低的速度和/或用较小的力移动同一致动器或另一个致动器，增加对流体流的限制。虽然适合于许多应用，但是使用流体限制来控制致动器速度或力可以导致降低液压***的整体效率的流损失。
另一种类型的液压***被称为无计量液压***。无计量液压***通常包括以闭环方式连接到单个致动器或一对串联操作的致动器的泵。在操作期间，泵从致动器的一个腔室引出流体且将增压流体排出到同一致动器的相对腔室。为了以较高的速度移动致动器，泵以较快的速率排出流体。为了以较低的速度移动致动器，泵以较慢的速率排出流体。无计量液压***通常比常规的液压***更有效，因为致动器的速度通过泵操作控制，与流体限制相反。也就是说，泵被控制以期望的速度仅排出与移动致动器所必要的流体一样多的流体，并且需要很少或不需要所述流体流的节流。
在2008年10月16日公布的Griswold的美国专利公开2008/0250783(’783公开)中公开一种示例性无计量液压***。在’783公开中，描述多致动器闭环液压***。该液压***包括具有第一致动器的第一回路和具有第二致动器的第二回路，所述第一致动器以闭环的方式连接到第一泵，所述第二致动器以闭环的方式连接到第二泵。该液压***也包括第三泵，所述第三泵以开环的方式连接到第一回路和第二回路，以提供额外流至第一回路和第二回路。
上述’783公开的闭环液压***可能不是最佳的。特别地，该***没有公开一种调制致动器的力的方式。
本发明的液压***旨在解决上述问题中的一个或多个和/或现有技术的其他问题。
发明内容
一方面，本发明涉及一种液压***。该液压***可包括泵和致动器，所述泵被配置成从第一通道和第二通道中的一个引出低压流体且将流体排出到所述第一通道和第二通道中的另一个中，所述致动器经由第一通道和第二通道联接到泵。该液压***也可具有至少一个第一控制阀，所述至少一个第一控制阀流体连接在第一通道和第二通道之间且被配置成选择性地从第一通道和第二通道中的一个引导流体绕过泵并流入第一通道和第二通道中的另一个中。该液压***还可具有至少一个第二控制阀，所述至少一个第二控制阀与至少一个第一控制阀并联地流体连接且被配置成选择性地从第一通道和第二通道中的一个引导流体绕过所述致动器并流入第一通道和第二通道中的另一个中。
另一方面，本发明涉及一种操作液压***的方法。该方法可包括：从致动器的第一腔室和第二腔室中的一个引出流体；用泵增压流体；以及引导增压流体到致动器的第一腔室和第二腔室中的另一个中来移动致动器。该方法也可包括从致动器选择性地引导第一流体流，以绕过泵并从第一流体流回收能量。该方法还可包括从泵选择性地引导第二流体流，以并行于第一流体流绕过致动器来选择性地减小致动器的力。
附图说明
图1是示例性公开的机器的图示说明；以及
图2是可结合图1的机器使用的示例性公开的液压***的图示说明。
具体实施方式
图1示出具有多个协作完成任务的***和部件的示例性机器10。机器10可包含固定或移动机器，该固定或移动机器执行与诸如采矿、建筑、农业、运输行业或本领域中公知的另一个行业相关联的某种类型的操作。例如，机器10可以是运土机器，如图1中所示的挖掘机、推土机、装载机、反铲挖土机、机动平地机、自动倾卸卡车或任何其他运土机器。机器10可包括配置成移动作业工具14的实施***12、用于推进机器10的驱动***16、提供动力给实施***12和驱动***16的动力源18和为实施***12、驱动***16和/或动力源18的手动控制而设置的操作员站20。
实施***12可包括由流体致动器作用来移动作业工具14的联动结构。在所公开的示例性实施例中，实施***12包括由一对邻近的双作用液压缸26(图1中仅示出一个液压缸)相对于作业表面24绕水平轴线(未示出)垂直枢转的吊杆22。实施***12也包括杆28，所述杆28由单个双作用液压缸32和单个双作用液压缸34绕水平轴30垂直枢转，所述单个双作用液压缸34操作地连接在杆28和作业工具14之间，以绕水平枢转轴36垂直地枢转作业工具14。在所公开的实施例中，液压缸34经由动力链路37连接到作业工具14，尽管其他连接也可以是可能的。吊杆22可以枢转地连接到机器10的主体38，并且主体38可以枢转地连接到底架39并能够由液压摆动马达43绕垂直轴线41移动。杆28可以经由轴30和36将吊杆22枢转地连接到作业工具14。可以想到的是，如果需要的话，实施***12可以被不同地布置。
许多不同的作业工具14可附接到单个机器10且可由操作员控制。作业工具14可包括用于执行特定任务的任何装置诸如，例如桶(图1中示出)、叉形装置、刮板、铲、耙路机、倾倒床、扫帚、除雪机、推进装置、切割装置、抓握装置或本领域中公知的任何其他任务执行装置。虽然在图1的实施例中连接为相对于机器10的主体38在垂直方向上枢转且在水平方向上摆动，但是作业工具14可以替代地或附加地以本领域中公知的任何其他方式旋转、滑动、打开和关闭或移动。
驱动***16可包括一个或多个被提供动力来推进机器10的牵引装置。在所公开的示例中，驱动***16包括位于机器10的一侧处的左履带40L和位于机器10的相对侧处的右履带40R。左履带40L可由左行进马达42L驱动，而右履带40R可由右行进马达42R驱动。可以想到的是，驱动***16可以替代地包括除履带以外的牵引装置，如车轮、传送带或其他公知的牵引装置。机器10可通过在左行进马达42L和右行进马达42R之间产生速度和/或旋转方向差来操纵，而直行进可通过从左行进马达42L和右行进马达42R产生大体相等的输出速度和旋转方向来促进。
动力源18可包含发动机诸如，例如，柴油发动机、汽油发动机、以气体燃料为动力的发动机或本领域中公知的任何其他类型的燃烧发动机。可以想到的是，在一些应用中，动力源18可以替代地包含非燃烧动力源，如燃料电池、动力存储装置或本领域中公知的另一个源。动力源18可产生机械或电力输出，然后所述机械或电力输出可转化成液压动力，用于移动液压缸26、32、34、左右行进马达42L、42R和摆动马达43。
操作员站20可包括从指示所期望的机器操纵的机器操作员接收输入的装置。具体地，操作员站20可包括靠近操作员座位(未示出)安置的一个或多个操作员接口装置46，例如操纵杆、方向盘和/或踏板。操作员接口装置46可通过产生指示所期望的机器操纵的位移信号来启动机器10的移动，例如行进和/或工具移动。随着操作员移动接口装置46，操作员可用所期望的速度和/或用所期望的力影响在所期望的方向上的相应的机器移动。
图2的示意图中示出两个示例性线性致动器(液压缸26和34)和一个示例性旋转致动器(摆动马达43)。应该注意的是，虽然示出具体的线性致动器和旋转致动器，但是所示的致动器可表示机器10的线性致动器(例如，液压缸26、32、34)或旋转致动器(左行进马达42L、右行进马达42R或摆动马达43)中的任何一个或多个。
如图2中示意性地所示，液压缸26和34可包括本领域中公知的任何类型的线性致动器。每个液压缸26和34可包括管48和活塞组件50，所述活塞组件50布置在管48内，以形成第一腔室52和相对的第二腔室54。在一个示例中，活塞组件50的杆部分50A可延伸穿过第二腔室54的端部。因此，第二腔室54可被视为液压缸26和34的杆端腔室，而第一腔室52可被视为头端腔室。
第一腔室52和第二腔室54每个都可选择性地设置有增压流体并排出增压流体以引起活塞组件50在管48内移动，从而改变液压缸26和34的有效长度并移动作业工具14(参照图1)。流体流入和流出第一腔室52和第二腔室54的流率可与液压缸26和34的平移速度相关，而第一腔室52和第二腔室54之间的压差可与由液压缸26、34在实施***12的相关联的联动结构上施加的力相关。应该注意的是，虽然图2中未示出液压缸32，但是其结构和操作可与相对于液压缸26、34在上面描述的类似。
摆动马达43，像液压缸26和34，可由流体压差驱动。具体地，摆动马达43可包括位于泵送机构如叶轮、柱塞或一系列活塞(未示出)的任一侧的第一腔室和第二腔室(未示出)。当第一腔室填充有增压流体且第二腔室排出流体时，泵送机构可被推动在第一方向上移动或旋转。相反地，当第一腔室排出流体且第二腔室填充有增压流体时，泵送机构可被推动在相反方向上移动或旋转。流体流入和流出第一腔室和第二腔室的流率可确定摆动马达43的输出速度，而跨越泵送机构的压差可确定输出转矩。可以想到的是，如果需要，摆动马达43的排量可以是变化的，使得对于供给流体的给定流率和/或压力，可以调节摆动马达43的速度和/或转矩输出。应该注意的是，虽然图2中未示出行进马达42L、42R，但是其结构和操作可与相对于摆动马达43在上面描述的类似。
如图2中所示，机器10可包括具有多个流体部件的液压***56，所述多个流体部件协作移动作业工具14和机器10。特别是，液压***56可包括尤其第一液压回路58、第二液压回路60和供给回路62。第一液压回路58可以是与液压缸34和摆动马达43相关联的铲斗回路，而第二液压回路60可以是与液压缸26相关联的吊杆回路。供给回路62可以选择性地与第一液压回路58和第二液压回路60中的每个流体连接，以从所述回路接收多余流体，或者如果必要向所述回路提供补给流体。可以想到的是，如果需要，液压***56内可包括回路的附加和/或不同配置诸如，例如与液压缸32、左行进马达42L和右行进马达42R相关联的杆回路(未示出)或与每个单独致动器相关联的(例如，与每个液压缸32、34、26、左行进马达42L、右行进马达42R和/或摆动马达43相关联的)独立回路。另外，在示例性实施例中，液压***56的回路中的一个或多个可以是无计量回路。
在所公开的实施例中，第一液压回路58和第二液压回路60中的每个包括多个促进相关联致动器的同时和独立的使用与控制的相互连接和协作的流体部件。例如，第一液压回路58和第二液压回路60中的每个可包括泵66，所述泵66经由由第一泵通道68和第二泵通道70形成的闭环并行地流体连接到其相关联的旋转和/或线性致动器。具体地，第一液压回路58中的泵66可经由第一泵通道68和第二泵通道70直接连接到摆动马达43，且经由第一泵通道68和第二泵通道70、杆端通道72和头端通道74并行地连接到液压缸34。同样地，第二液压回路60中的泵66可经由第一泵通道68和第二泵通道70、杆端通道72和头端通道74连接到液压缸26。
为了引起摆动马达43在第一方向上旋转，第一泵通道68可填充有由泵66增压的流体，而第二泵通道70可填充有流出摆动马达43的流体。为了反转摆动马达43的方向，第二泵通道70可填充有由泵66增压的流体，而第一泵通道68可填充有流出摆动马达43的流体。在特定线性致动器(例如，液压缸26和/或34)的延伸操作期间，头端通道74可填充有由泵66增压的流体，而杆端通道72可填充有从线性致动器返回的流体。相比之下，在缩回操作期间，杆端通道72可填充有由泵66增压的流体，而头端通道74可填充有从线性致动器返回的流体。
每个泵66可以是可变排量、过中心型泵。也就是说，泵66可被控制从其相关联的致动器引出流体，且通过一范围的流率在指定的升高压力下排出流体在两个不同方向上回到致动器。为了此目的，泵66可包括排量控制器，如旋转斜盘和/或其他类似的冲程调节机构。排量控制器的各种部件的位置可基于尤其致动器中的一个或多个的需求、所期望的速度、所期望的转矩和/或负载以电动液压和/或水力机械方式调节，从而改变泵66的排量(例如，排出速率)。在示例性实施例中，排量控制器可响应左行进马达42L、右行进马达42R、摆动马达43和液压缸26、32、34中的一个或多个的组合需求来改变泵66的排量。泵66的排量可从其中大体上无流体从泵66排出的零排量位置到在其中流体以最大速率从泵66排出到第一泵通道68中的第一方向上的最大排量位置进行变化。同样地，泵66的排量可从零排量位置到在其中流体以最大速率从泵66排出到第二泵通道70中的第二方向上的最大排量位置进行变化。泵66可以由例如副轴、传送带或者以另一种合适的方式可驱动地连接到机器10的动力源18。作为另外的选择，泵66可经由转矩转换器、齿轮箱、电路或者以本领域中公知的任何其他方式间接地连接到动力源18。可以想到的是，不同回路的泵66可按照需要(例如，经由同一轴)串联地或(经由齿轮系)并联地连接到动力源18。也可以想到的是，如果需要，泵66中的任何一个或多个可以替代地为非过中心的(即，单向的)。
泵66也可作为马达被选择性地操作。更具体地，当相关联的致动器正在过速条件下操作时，从致动器排出的流体可具有比泵66的输出压力更高的升高压力。在这种情况下，通过泵66引导回来的致动器流体的升高压力可用来驱动泵66，以在动力源18的帮助下或在无动力源18的帮助下旋转。在一些情况下，泵66可能甚至能够将能量传递给动力源18，从而提高动力源18的效率和/或容量。
在一些操作期间，引起线性致动器和/或旋转致动器移动而不引起同一回路内的其他致动器移动，可能是可取的。选择性地切换穿过线性致动器和/或旋转致动器的流体流动方向而不切换穿过同一回路内的其他致动器的流体流动方向且不切换泵的旋转方向，也可能是可取的。为了这些目的，第一回路58和第二回路60每个都可设置有切换阀76，所述切换阀76能够大体将相关联的旋转或线性致动器从其相应的泵66和/或其他液压回路部件分离。切换阀76也可被配置成选择性地切换穿过相关联的旋转或线性致动器的流体流动方向。在示例性实施例中，切换阀76可被配置成独立地切换特定回路内每个致动器的流动方向。
切换阀76可以是任何类型的非可变、开/关类型的阀。此类阀可以是例如在一个或多个通流位置之间通过螺线管致动且朝向一个阻流位置通过弹簧偏置的两位置或三位置、四通滑阀。此类通流位置可包括例如，直流位置和横流位置，其中横流位置可在与直流位置相反或颠倒的方向上引导流体。当切换阀76处于通流位置中的一个位置时，流体可大体不受限制地通过第一泵通道68和第二泵通道70流入和流出旋转致动器或线性致动器。当切换阀76处于阻流位置时，第一泵通道68和第二泵通道70内流体流不能流入、流出或穿过旋转致动器或线性致动器，以显著影响旋转致动器或线性致动器的运动。
可以想到的是，切换阀76也可用作负载保持阀，液压地锁定旋转致动器和/或线性致动器的移动。当例如相关联的致动器具有非零位移且切换阀76处于其阻流位置时，此类液压锁定可能发生。类似的功能也可由与图2中所示的各种线性致动器相关联的专用关闭阀120和负载保持阀114提供。应当理解的是，由于此类阀的构造，专用提升阀式负载保持阀114等可具有比例如滑阀式切换阀76更好的泄漏和漂移特性。
可以想到的是，如果需要，切换阀76中的一个或多个可以替代地为可变位置阀。例如，在其中阻止所述旋转致动器中的一个或多个达到零位移的实施例中，相关联的切换阀76可以是可变位置阀。此类可变位置切换阀76可以是例如四通滑阀和/或被配置具有通流、阻流、限流、流切换和/或本文所述的其他功能的任何其他类似阀或一组阀。在进一步的示例性实施例中，切换阀76中的一个或多个可包括四个独立的二位二通提升阀。
可变位置切换阀76可被配置成可控制地变化穿过其中的流体量，并且示例性可变切换阀76A在图2中示出与第一液压回路58相关联。可变位置切换阀76A可允许任何所期望流率的流体通过。此类所期望的流率可在完全打开的通流位置处的大体不受限制的流和在完全关闭的阻流位置处的完全限制的流(即，无流)之间变化。在此类示例性实施例中，切换阀76可被配置成除促进相关联致动器的分离和/或选择性流动方向切换以外，可控制地变化、增加、减少和/或以其他方式改变相关联致动器的线性或旋转速度。此类切换阀76可被配置成通过限制流穿过相关联致动器来独立地改变相关联致动器的相应速度。
例如，可能有时候泵66之一同时提供流体至一个以上的致动器。在此类应用中，改变所述致动器之一的速度而不改变从泵66接收流体的剩余致动器的速度可能是可取的，并且可变位置切换阀76可被配置成通过可变地限制流体流穿过致动器来独立地改变其相关联致动器的速度。在第一液压回路58的泵66正在同时提供流体至这些致动器中的每个致动器时，当例如独立地改变摆动马达43和/或液压缸34的旋转速度时，此类流和/或速度控制可能是有用的。应当理解的是，穿过第一液压回路58和第二液压回路60中的每个的流体流可由相关联泵66控制，并且随着此流穿过相应的切换阀76，改变切换阀76在此流上施加的流导可具有改变穿过切换阀76的压差的影响。因此，对于给定的穿过切换阀76到相应的致动器的流，如果压力使施加到致动器的负载平衡，则此类流导变化可指示致动器的速度。虽然相对于第一液压回路58的示例性致动器在上面进行了描述，但是当与液压***56的任何回路的致动器相关联时可变位置切换阀76可具有类似的功能。
也如图2中所示，第一液压回路58和第二液压回路60可经由组合阀107流体连接到彼此。组合阀107可包括一个或多个流控制部件，其被配置成促进引导流体在第一液压回路58和第二液压回路60之间和/或从两个或更多源组合流体。在示例性实施例中，组合阀107可包括多个两位置或三位置、可变(比例型)阀元件。在进一步的示例性实施例中，组合阀107可包括多个非可变位置开/关阀元件。在任一配置中，阀元件可被控制允许和/或限制流体在第一液压回路58和第二液压回路60之间穿过。例如，组合阀107可经由通道132、134选择性地流体连接到第一和第二液压回路58、60的第一泵通道68和/或第二泵通道70。通过组合阀107的各种流体连接，可从一个或多个泵66同时提供流体至液压***56的致动器中的任一个致动器。组合阀107也可被配置成分离第一液压回路58和第二液压回路60中的一个或多个和/或其部件。
例如，在一些操作中，用来自第二液压回路60的泵66的流体流补充由第一液压回路58的泵66提供给特定致动器的流体流(或反之亦然)可能是可取的。为了这些目的，组合阀107可用于同时将流体从第一液压回路58和第二液压回路60中的任一个的泵66引导到致动器，从而引导流体的“组合流”到致动器。关于例如第一液压回路58，当液压缸34与摆动马达43同时操作时，可能需要此类流体的组合流。在此类操作中，液压缸34和摆动马达43的组合需求可超过第一液压回路58的泵66的最大排量。因此，组合阀107可被控制来组合由第二液压回路60的泵66提供的流体与由第一液压回路58的泵66提供的流体，并且引导流体的组合流到液压缸34和摆动马达43。当此类流体的组合流从泵66经由组合阀107引导至液压缸34和摆动马达43时，如果组合阀107不是比例阀，则与液压缸34相关联的切换阀76可用于可变地限制流穿过液压缸34。作为另外的选择，如果组合阀107是比例阀，组合阀107可用于可变地限制流穿过液压缸34，并且切换阀76可被简单地用作开/关阀。另外或在替代方案中，与摆动马达43相关联的切换阀76可用于可变地限制流穿过摆动马达43。在提供组合流到一个或多个致动器的同时用切换阀76限制流可帮助控制所述一个或多个致动器的速度。
在进一步的示例性实施例中，组合阀107和切换阀76可用于促进相关联的线性致动器的流体再生。例如，高压流体可经由切换阀76和组合阀107从一个腔室传送到所述线性致动器中的另一个，而无流体穿过泵66。应当理解的是，当在液压缸34的延伸期间再生时，第一液压回路58的泵66可以以在流入第一腔室52的流和流出第二腔室54的流之间的差的量提供流体至液压缸34。同样地，当在液压缸34的缩回期间再生时，第一液压回路58的泵66可以以在流入第二腔室54的流和流出第一腔室52的流之间的差的量从液压缸34接收多余流体。
本领域技术人员将理解的是，在延伸和缩回期间流入和流出液压缸26和34的第一腔室52和第二腔室54的液压流体流的相应速率可以不相等。也就是说，由于第二腔室54内的杆部分50A的位置，与第一腔室52内的压力区相比，活塞组件50可在第二腔室54内具有减压区。因此，在液压缸26和34的缩回期间，与可以被第二腔室54消耗的液压流体相比，更多的液压流体可被迫使离开第一腔室52，并且在延伸期间，与被迫使离开第二腔室54的液压流体相比，更多的液压流体可被第一腔室52消耗。为了容纳在缩回期间的多余流体排出和在延伸期间所期望的额外流体，每个液压缸26、34可设置有两个补给阀89和两个减压阀88，所述两个减压阀88经由相应连接件140、142与供给回路62的连接件136流体联接。当切换阀76关闭时，减压阀88和/或补给阀89也可或替代地用于保护液压回路58的通道免受由液压缸26和34的负载引起的压力冲击。第一液压回路58和第二液压回路60每个都可包括经由共同通道90流体连接到供给回路62的类似补给阀86和减压阀88布置。应当理解的是，为了避免对液压缸26和34的损害并且/或者为了消散来自离开液压缸26和34的增压流体的能量，与每个液压缸26、34相关联的切换阀76可被配置成可变地限制流穿过相应液压缸26、34且/或即使在再生期间减小相应液压缸26、34的速度。
与液压缸26、34相关联的补给阀89每个都可以是止回阀或另一种类型的阀，其配置成阻挡在第一方向上的流且允许仅在第二方向上的流。例如，补给阀89可被配置成选择性地允许增压流体从供给回路62经由相应连接件140、142进入杆端通道72和/或头端通道74。然而，此类阀可抑制流体在相反方向上穿过。
另一方面，与第一液压回路58和第二液压回路60相关联的补给阀86每个都可以是设置在共同通道90和第一和第二泵通道68、70中的一个之间的可变位置阀，并且每个都可被配置成选择性地允许增压流体从供给回路62进入第一泵通道68和第二泵通道70。特别是，当共同通道90的压力超过第一和第二泵通道68、70的压力一阈值量时，补给阀86中的每个都可以是从其中流体在共同通道90和相应第一和第二泵通道68、70之间自由流动的第一位置朝向其中来自共同通道90的流体可仅流入第一和第二泵通道68、70中的第二位置通过螺线管致动。补给阀86可以朝向其第二位置(即补给阀86通常可处于其第二位置)通过弹簧偏压，且在已知需要正补给流体(从供给回路62到第一或第二泵通道68、70中的流)或负补给流体(从第一或第二泵通道68、70到供给回路62中的流)的操作期间仅朝向其第一位置移动。
补给阀86可提供额外功能。特别是，补给阀86也可用于通过同时一起移动至少部分到其第一位置促进在特定回路内在第一泵通道68和第二泵通道70之间的流体再生。在这种情况下，来自第一泵通道68和第二泵通道70中的一个的高压流体(即由对应致动器排出的流体)可被引导至第一泵通道68和第二泵通道70中的另一个，用于在同一致动器内再使用(即无流体穿过泵66)。在示例性实施例中，补给阀86也可帮助创建旁通流用于“开芯式感觉”。特别是，来自第一泵通道68和第二泵通道70中的一个的高压流体(即由泵66排出的流体)可被引导至第一泵通道68和第二泵通道70中的另一个，而无流体穿过对应致动器。当致动器上的负载在经由接口装置46从操作员接收的恒定运动命令期间增加时，此功能可引起相关联致动器停止。在此类示例性实施例中，来自泵66的流可经由共同通道90转向供给回路62，以便减少传给致动器的能量且从而减小致动器的速度和/或力。此类功能可使操作员能够完成专门的位置控制任务，如用作业工具14清洁脏的壁，而不破坏所述脏的壁。
当流体的压力超过减压阀88的设定阈值时，减压阀88可被提供来允许流体从液压缸26和34以及从第一液压回路58和第二液压回路60中的每一个减压到供给回路62中。减压阀88可被设置成在相对高的压力水平下操作，以便例如在仅当液压缸26或34达到冲程结束位置且来自相关联泵66的流是非零时可达到的水平下或者在液压***56的故障条件下防止对液压***56的破坏。
供给回路62可包括流体连接到上述共同通道90的至少一个液压源。在所公开的实施例中，供给回路62具有两个源，包括供给泵94和蓄能器96，其并联地流体连接到共同通道90，以提供补给流体至第一液压回路58和第二液压回路60。供给泵94可包含例如发动机驱动的、固定或可变排量泵，其被配置成从箱98引出流体，增压流体且将流体排出到共同通道90中。蓄能器96可包含例如压缩气体、膜/弹簧或囊式蓄能器，其被配置成从共同通道90累积增压流体且将增压流体排出到共同通道90中。来自供给泵94或来自第一液压回路58和第二液压回路60(即来自泵66和/或旋转和线性致动器的操作)的多余液压流体可用设置在回流通道102中的供给减压阀100被引导至蓄能器96中或至箱98中。由于共同通道90和回流通道102内升高流体压力的结果，供给减压阀100可以从阻流位置朝向通流位置移动。手动检修阀104可以与蓄能器96相关联，以促进在供给回路62的检修期间蓄能器96至箱98的排出。
一个或多个力调制控制阀78、80可以与液压***56相关联，以帮助调节作业工具14在特定情况期间的速度和/或力。在示例性实施例中，仅第二液压回路60设置有力调制控制阀78、80，这些阀被联接来调节由液压缸26施加在作业工具14上的力。然而，可以想到的是，如果需要，力调制控制阀78、80可以替代地或另外地与液压***56的液压缸34、摆动马达43和/或其他致动器(例如，左行进马达42L和/或右行进马达42R)和回路相关联。
力调制控制阀78、80可分别设置在连接第一泵通道68和第二泵通道70与共同通道90的第一旁通通道82和第二旁通通道84内。力调制控制阀78、80可并联于补给阀86布置且以某种程度上类似的方式起作用。特别是，力调制控制阀78、80可以是可操作移动到第一位置或闭合位置和第二位置或完全打开位置(图2中所示的正常位置)之间的任何位置的螺线管。当力调制控制阀78、80处于第一位置时，可经由力调制控制阀78、80抑制第一和第二泵通道68、70和共同通道90之间的流。然而，当力调制控制阀78、80处于第二位置时，可允许来自泵66的增压流体绕过液压缸26且从第一和第二泵通道68、70中的较高压通道流动到第一和第二泵通道68、70中的较低压通道(且/或流入共同通道90中)。
绕过液压缸26的来自泵66的增压流体量可以与液压缸26的速度和/或力的减小相关。特别是，因为当力调制控制阀78、80完全处于第二位置时，可能对绕过液压缸26的流体流有很小的阻力，第二液压回路60内流体的压力可保持为低压。此低压流体可导致液压缸26的速度和/或力容量减小以及导致通过作业工具14的移动的可控性相应增加。随着力调制控制阀78、80朝向其阻流位置移动，较大阻力可施加于绕过第二液压回路60内的流体的流上，从而引起第二液压回路60内所有流体的压力相应上升且引起所得的液压缸26的速度和/或力容量相应上升。因此，随着机器10的操作员请求来自液压缸26的更大力(例如，随着操作员转移接口装置46一较大距离)，可引起力调制控制阀78、80朝向其阻流位置移动一较大量。当力调制控制阀78、80完全移动到阻流位置时，大体上无流体可以经由力调制控制阀78、80绕过液压缸26，使得液压缸26的全速和/或力可提供给操作员。
应该注意的是，当力调制控制阀78、80完全处于阻流位置时，力调制控制阀78、80可能不再限制穿过第二液压回路60的任何流体的流。因此，当力调制控制阀78、80正在计量(即处于除第一位置或第二位置以外的位置)时，可能仅经历与力调制控制阀78、80相关联的任何计量损失。如上所述，由力调制控制阀78、80提供的功能可导致对液压缸26的更大控制且当作业工具14上的负载增加超过特定水平时允许液压缸26停止，从而使操作员能够完成精细的位置控制任务。
在所公开的实施例中，与补给阀86相比，力调制控制阀78、80可提供对液压缸26的更精密控制。特别是，对于来自操作员的给定命令，补给阀86可被配置成穿过较高速率的流体，而力调制控制阀78、80可被配置成穿过较低速率的流体。在一个实施例中，对于给定操作员输入，补给阀86的开口面积和/或通流容量可以约为力调制控制阀78、80的开口面积和/或通流容量的两倍。此差异可允许补给阀86更快地响应相应***的补给和/或再生需求，且对于力调制控制阀78、80，对于来自操作员的给定输入，提供对液压缸26的速度和/或力的更精密控制。可以想到的是，在一些实施例中，如果需要，力调制控制阀78、80可与补给阀86一起使用，以提供液压缸26的同时高速补给/再生和精密控制。
在机器10的操作期间，机器10的操作员可利用接口装置46，以将识别各种线性和/或旋转致动器的所期望的移动的信号提供至控制器124。基于一个或多个信号，包括来自接口装置46的信号和例如来自位于整个液压***56的各种压力传感器126和/或位置传感器(未示出)的信号，控制器124可命令不同阀的移动和/或不同泵和马达的排量变化来以所期望的方式(即以所期望的速度和/或用所期望的力)将特定的一个或多个线性和/或旋转致动器推进到所期望的位置。
控制器124可包含单个微处理器或多个微处理器，所述多个微处理器包括用于基于来自机器10的操作员的输入和基于感测的或其他已知操作参数控制液压***56的操作的部件。许多可商购的微处理器可以被配置成执行控制器124的功能。应该理解的是，控制器124可容易实施在能够控制许多机器功能的一般机器微处理器中。控制器124可包括存储器、辅助存储装置、处理器和用于运行应用程序的任何其他部件。各种其他回路可以与控制器124相关联，如动力供应回路、信号调节回路、螺线管驱动器回路和其他类型的回路。
工业实用性
所公开的液压***可适用于要求具有改进的液压效率和控制的任何机器。所公开的液压***可通过无计量技术、流共享和流组合的使用提供改进的效率。所公开的液压***可通过力调制的使用提供改进的控制。现在将描述液压***56的操作。
在机器10的操作期间，位于站20内的操作员可在特定的方向上通过特定量和/或用特定的速度倾斜接口装置46，以命令作业工具14在所期望的方向上、以所期望的速度和/或用所期望的力运动。可将由接口装置46产生的一个或多个相应信号提供至控制器124，指示所期望的运动，连同机器性能信息，例如传感器数据，如压力数据、位置数据、速度数据、泵或马达排量数据和本领域中已知的其他数据。
例如，响应指示期望用增加的速度提升作业工具14的来自接口装置46的信号，且基于机器性能信息，控制器124可产生控制信号，所述控制信号被引导至第二液压回路60内泵66的冲程调节机构、切换阀76和/或力调制控制阀78、80。这些控制信号可包括第一控制信号和同时发生的第二控制信号，所述第一控制信号引起泵66增加其排量并以较大的速率将增压流体排出到第一泵通道68中，所述同时发生的第二控制信号引起切换阀76移动到其直流位置中(如果尚未在直流位置中)。如上所述，当切换阀76处于其直流位置时，第一泵通道68可与头端通道74流体连通，并且杆端通道72可与第二泵通道70流体连通。当来自泵66的流体经由第一泵和头端通道68、74被引导至第一腔室52中时，来自液压缸26的第二腔室54的返回流体可以以闭环的方式经由杆端通道72和第二泵通道70流回到泵66。
在大约同一时间，可将控制信号发送到与第一泵通道68相关联的力调制控制阀78，引起力调制控制阀78移动到与接口装置46的位移对应的位置。例如，如果接口装置46被位移仅一小量，则力调制控制阀78可移动到相对高流量位置，在所述相对高流量位置处来自第一泵通道68的大量流体可绕过液压缸26并直接流入第二泵通道70中。在这种情况下，液压缸26可能正在相对缓慢和/或用相对小的力延伸。所述延伸可继续直到作业工具14的负载变得更重或接合不可移动的块，在该时间作业工具14可停止移动并且来自第一泵通道68的所有流体可被迫使绕过液压缸26并经由力调制控制阀78直接流入第二泵通道68中。
然而，如果接口装置46被位移一较大量(例如，在作业工具移动停止时被进一步移动)，则控制器124可引起力调制控制阀78移动到更限流的位置，在该限流位置处来自第一泵通道68的较少量流体可绕过液压缸26并直接流入第二泵通道70中。在这种情况下，随着更多流体将被引导至液压缸26中，液压缸26可更快地和/或用较大的力延伸。随着操作员继续位移接口装置46一较大量，力调制控制阀78将最终完全关闭，并且液压缸26将用最大力和/或以最大速度移动。以这种方式，操作员可被提供有对液压缸26的力控制。液压***56内的其他致动器的力调制可以以类似的方式进行调节。
为了在缩回方向上以增加的速度驱动液压缸26(例如，以降低作业工具14)，控制器124可产生引起第二液压回路60的泵66在倒流方向上增加其排量并以较大的速率将增压流体排出到第二泵通道70中的第一控制信号，同时产生引起切换阀76移动到其直流位置中(如果尚未在直流位置中)的第二控制信号。作为另外的选择，控制器124可引起泵66保持原来的流动方向并将流体排出到第一泵通道68中，同时引起切换阀76移动到其横流位置中。任何一个策略可导致增压流体进入液压缸26的第二腔室54和流出第一腔室52。
关于上述的第一种策略，可将控制信号发送至与第二泵通道70相关联的力调制控制阀80，引起力调制控制阀80移动到与接口装置46的位移对应的位置。当接口装置46被位移仅一小量时，力调制控制阀78可移动到相对高流量位置，并且当接口装置46被位移一较大量时，力调制控制阀78可移动到更限制的位置。与更限制的位置相比，高流量位置可导致液压缸26的相对较低的延伸速度和/或力。如上所述，当来自泵66的流体被引导至液压缸26的第二腔室54中时，来自第一腔室52的返回流体可以以闭环的方式流回到泵66中，从而允许液压缸以与泵66的排量和力调制控制阀70的位置相关的速度和/或力缩回。
如上所述，流体流入和流出液压缸26(和液压缸32和34)的速率在正常延伸和缩回操作期间可不相等。为了容纳在延伸期间需要的额外流体，泵66的多余输出可被选择性地引导至第一液压回路58和/或供给回路62中，或者补充流体可从这些其他回路被引导至第一液压回路58中。
例如，在液压缸26的延伸期间，控制器124可产生引起第一液压回路58的泵66增加其排量并以较大的速率排出增压流体的控制信号和引起组合阀107传送来自第一液压回路58的额外流体来与进入第一腔室52的来自第二液压回路60的流组合的控制信号。作为另外的选择，来自供给回路62的补给流体可经由补给阀86和/或88进入第二液压回路60与进入第一腔室52的流组合。
相比之下，在液压缸26的缩回期间，控制器124可产生引起组合阀107传送来自第二液压回路60的多余流(即流出第一腔室52的一些流体)到第一液压回路58中的控制信号。作为另外的选择，来自第一腔室52的多余流体可经由减压阀88和/或补给阀86被引导至供给回路62中。
在所公开的液压***中，由不同泵提供的流可在相关联的液压致动器的调制期间大体不受限制，使得显著的能量不会在致动过程中被不必要地浪费。因此，本发明的实施例课提供改进的能量使用和节约。另外，液压***56的闭环操作可在一些应用中允许用于控制与线性致动器和旋转致动器相关联的流体流的计量阀的减少或甚至完全消除。此减少可导致不太复杂和/或更便宜的***。
所公开的液压***也可提供不同致动器的力调制。特别是，通过由力调制控制阀78、80促进的压力控制，机器10的操作员可被提供有额外的且更受控制的方式，作业工具14的移动可以以所述额外的且更受控制的方式进行操纵。此控制可提供机器10的增强的性能。
对本领域的技术人员将显而易见的是，可以对所公开的液压***作出各种修改和变化。从所公开的液压***的说明书和实践考虑，其他实施例对本领域的技术人员将是显而易见的。意图在于说明书和示例被视为仅仅是示例性的，其真实的保护范围由随附权利要求及其等同物指出。

Claims (10)

1.一种液压***(56)，包括：
泵(66)，其被配置成从第一通道(68)和第二通道(70)中的一个引出低压流体，且在升高压力下将流体排出到所述第一通道和所述第二通道中的另一个中；
致动器(26)，其经由所述第一通道和所述第二通道联接到所述泵；
至少一个第一控制阀(86)，其流体连接在所述第一通道和所述第二通道之间且被配置成选择性地从所述第一通道和所述第二通道中的一个引导流体绕过所述泵并流入所述第一通道和所述第二通道中的另一个中；和
至少一个第二控制阀(78)，其与所述至少一个第一控制阀并联地流体连接且被配置成选择性地从所述第一通道和所述第二通道中的一个引导流体绕过所述致动器并流入所述第一通道和所述第二通道中的另一个中。
2.根据权利要求1所述的液压***，其中，所述至少一个第一控制阀具有比所述至少一个第二控制阀更大的通流容量。
3.根据权利要求2所述的液压***，其中，所述至少一个第一控制阀的通流容量为所述至少一个第二控制阀的通流容量的两倍。
4.根据权利要求2所述的液压***，还包括补给回路(62)，其中：
所述至少一个第一控制阀是在第一位置和第二位置之间可操作的螺线管，在所述第一位置允许流体绕过所述泵，并且在所述第二位置基于所述补给回路和所述第一通道和所述第二通道之间的压差允许来自补给回路的流体流入所述第一通道和所述第二通道中；
当所述至少一个第一控制阀处于所述第一位置时，允许绕过所述致动器的流体流入所述补给回路中；
所述至少一个第一控制阀通常处于第二位置；并且
所述至少一个第一控制阀包括：
与所述第一通道相关联的第一控制阀(86)；和
与所述第二通道相关联的第二控制阀(86)。
5.根据权利要求4所述的液压***，其中，所述至少一个第二控制阀包括：
与所述第一通道相关联的第三控制阀(78)；和
与所述第二通道相关联的第四控制阀(78)。
6.根据权利要求4所述的液压***，其中：
所述至少一个第二控制阀是在第一位置和第二位置之间可操作的螺线管，在所述第一位置允许流体绕过所述致动器，并且在所述第二位置阻断穿过所述至少一个第二控制阀的流体流；并且
所述至少一个第二控制阀通常处于所述第一位置。
7.根据权利要求4所述的液压***，其中，所述补给回路包括：
供给泵(94)；和
蓄能器(96)，其流体连接到所述供给泵且流体连接到所述至少一个第一控制阀。
8.根据权利要求1所述的液压***，其中：
所述泵是过中心可变排量泵；并且
所述液压***还包括流体连接到所述第一通道、所述第二通道和所述致动器的方向控制阀(76)，所述方向控制阀能够移动来控制穿过所述致动器的流体流的方向。
9.根据权利要求8所述的液压***，其中：
所述泵是第一泵；并且
所述液压***还包括：
第二泵(66)；和
组合阀(107)，其被配置成选择性地将所述第一通道和所述第二通道与所述第二泵连接。
10.根据权利要求9所述的液压***，其中：
所述致动器是第一致动器；
所述方向控制阀是第一方向控制阀；并且
所述液压***还包括：
第二致动器(34)；和
第二方向控制阀(76A)，其流体联接在所述第二泵和所述组合阀之间。
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