CN1187867A - 液压驱动动力车的液压马达的容积控制装置 - Google Patents

Abstract

一种液压驱动动力车的液压马达的容积控制装置,包括由发动机(1)驱动的液压泵;由液压泵排出的压力油转动从而驱动移动机体的可变容积型液压马达(5);用于控制可变容积型液压马达的容积的容积控制部分,用这种方式,在发动机转速增加时容积减小,而在发动机转速减小时容积增加;以及工作速度控制装置,用于当容积控制部分在最大容积位置和中间容积位置之间操作时增加工作速度,当容积控制部分在中间容积位置和最小容积位置之间操作时减少工作速度。

Description

液压驱动动力车的 液压马达的容积 控制装置

技术领域

本发明涉及一种在液压驱动的动力车中液压马达容积控制装置，其中该可变容积型液压马达是通过液压泵排出的压力流体转动，以驱动构成能用液压马达移动的动力车的移动机体。

背景技术

至今，众所周知的液压驱动的动力车，其中的液压泵是由发动机驱动的，液压马达通过液压泵排出的压力流体转动，以驱动构成能用液压马达移动的动力车的移动机体。为了能使这种液压驱动的动力车加速和减速，液压马达一般都设计成可变容积型的，其中为达到使动力车加速的目的，液压马达是通过增加其容积的方法加速，而为使动力车达到减速的目的，液压马达是通过减少其容积的方法减速。

例如在日本未审专利申请No.Sho 62-255658中公开的那样，已知液压泵的容积能够通过使增加和减少其容积的工作部件，在容积减少的方向作动而逐渐减少，通过使工作部件在容积增加的方向作动而使液压泵的容积增加，从而对动力车实施逐渐的减速并同时增强使其自身转为加速的能力。

众所周知，具有可变容积类型的液压马达的液压驱动的动力车，可配置一个伺服缸装置和一个伺服阀，其设计是根据液压泵的泵压和发动机的转速来控制它的容积，其中，液压马达的容积在发动机转速增加时(当动力车处于加速状态)而减少，以提高液压马达的转动速率，而在发动机的转速减少时(在动力车减速时)液压马达的容积增加，以减少液压马达的转动速率。

于是，以如此方式来改变液压马达的容积是理想的。已经发现，在前面所叙述的改变液压泵容积的情况中，不仅增强了加速的能力，而且也有可能逐渐地减速，这是利用在发动机的转速已增加时，通过快速地减少液压马达容积的方法，和在发动机的转速已减少时，通过逐渐增加液压马达容积的方法实现的。

然而已发现，尽管如日本未审专利申请Sho No.62-255658中所公开的早期指出的***的液压泵容积的控制，是与泵压无关，而且发动机的转速使其有可能在增加和减少容积的方向上控制如何改变可变容积，如上所述，其中采用伺服缸装置和伺服阀组合的***，按照泵压和发动机转动速度来控制容积是不可能的。实际上，如前述***那样，它是在相对于增加和减少容积的方向上控制如何改变可变容积。

由于这个原因，在现有技术中采用的典型方法是，伺服阀和伺服缸室的相互连接回路配置了一个慢回流阀，因此伺服柱塞的速度在容积减少方向移动而加速，而伺服柱塞的速度在容积增加方向移动而减速。这样就有可能增大快加速和慢减速的能力。

另外，可以指出的是，对于改变动力车的速度，在其以给定速度移动的同时被加速时速度较低，从制动到启动时速度较高，移动的动力车在其减速的起始时刻减速时开始速度较低，而在制动前(其减速的最后时刻)立即速度较高，这种情况是最佳的。

另外，还可以指出的是，在前述那样配置慢回流阀的情况中，在容积减少方向伺服柱塞的移动速度将是一个给定的值，该值可不依赖于如附图1中线A所示那样的伺服柱塞的任何特殊位置来预定。而且，在容积增加方向伺服柱塞移动速度将是一个恒定值，该值可不依赖于如图1中线B所示那样的伺服柱塞的任何特定位置予以确立。

由此可见，采用慢回流阀时，伺服柱塞的移动速度是与其图1线A和B所示位置无关的恒定值，这已经是现有技术采取的作法，以便提高加速和减速特性，它是通过采用移动期间和起动期间中间看到的一种加速特征，以及通过采用在起始减速期间和在最终减速期间中间发现的一种减速特征，如上所述。现已发现，这种方法对液压驱动的动力车来说，是不可能获得完全满意的整体的加速和减速性能。

考虑到上述问题，本发明的目的在于提供一种能控制液压驱动的动力车的液压马达容积的装置，对动力车而言，该装置通过改变其速度能给出完全满意的整体加速和减速性能，在其移动时其速度较小，在起动时间内加速时速度较大，在其减速起始时间内速度较小，而在其减速的最终时间速度增加。

发明简要说明

为了实现上述目的，在液压驱动的动力车中，本发明提供的控制液压马达容积的装置包括：

一个适于通过具有可变转速的发动机驱动的液压泵；

可变容积型的液压马达，该液压马达适于通过来自所述液压马达排出的压力流体而转动，以驱动构成能够移动的动力车的移动机车；

一个在所述发动机转速增加时，能使所述液压马达容积减少，和在所述转速减少时，能使所述容积增加的容积控制部分，所述的容积控制部分具有可变的工作速率，并在最大容积位置、中间容积位置和最小容积位置中的不同位置上是可运作的；和

一个运作速率控制装置，当其处于所述最大容积位置和所述中间容积位置之间的位置动作时，能使所述的容积控制部分的工作速率加速，而在处于所述中间容积位置和所述最小容积位置之间的位置动作时，能使所述容积控制部分的工作速率减速。

根据上面所述的构成，可看出并应理解，液压马达的容积在发动机转动速度增加时将减少，而在发动机转动速度减少时将增加。于是，容积控制部分在处于其最大容积位置和其中间容积位置之间的位置动作时，将快速地动作，其结果是容积的改变速率得以增加；反之，在处于其中间容积位置和其最小容积位置之间的位置动作时，容积控制部分将慢慢地操作，结果使容积的改变速率减少。因此，液压马达的容积在动力车移动的同时被加速时会很快地减速，在动力车起动时会很快地减速，在动力车减速的起始时间将慢慢地加速，而在动力车减速的最终时间将很快地加速。所以，动力车的速度改变在其移动的同时被加速时会较小，在动力车起动的同时被加速时会较大，在动力车减速的起始时间内将较小，而在减速的最终时间内会较大。这样，达到了动力车完全满意的加速和减速性能。

在上面所述的构成中，所述的容积控制部分最好应包括：

一个伺服缸装置，该伺服缸装置有一个连接到在所述液压泵内的容积控制部件、并具有一个与其连接的弹簧的伺服柱塞；一个具有小压力接收面积的第一压力接收室，和一个具有大压力接收面积的第二压力接收室，所述的压力接收室分别由所述伺服柱塞的两侧限定，所述的第一压力接收室适于具有来自所述液压泵施加在其上的泵排出压力，致使所述伺服柱塞可以随所述第一压力接收室内的压力流体在容积增加的方向移动，以及可以随所述第二压力接收室内的压力流体在容积减少的方向移动；和

一个适于向其供给位置和排出位置其中之一转换的伺服阀，转换到所述的供给位置，是用于在与所述发动机转动速度相应的控制压力，大于所述液压泵的泵排出压力和所述弹簧的安装载荷总和时，将来自所述液压泵的泵排出的压力流体转送到所述的第二压力室中，阀转换到所述的排出位置，用于在所述的控制压力，小于所述泵排出压力和所述安装载荷的总和时，将来自第二压力接收室的压力流体排出，所述的伺服阀也适于当所述伺服阀处于所述的供给位置时，增加所述弹簧的安装载荷，在所述伺服阀处于所述排出位置时，减少所述弹簧的安装载荷。

因此，当所述伺服柱塞在容积减少方向移动时，所述的弹簧的安装载荷增加，而当所述伺服柱塞在容积增加方向移动时减少。

另外，应该指出的是，所述的工作速率控制装置可包括：

一个可变的节流装置，该可变的节流装置的可变面积的开孔，配置在使所述第二压力接收室和所述伺服阀相互连接的回路中；

一个用于探测所述伺服柱塞所占位置的位置探测装置，以便提供输出信号；和

一个对所述输出信号起反应的控制器装置，当所述输出信号指示出，由位于所述最大容积位置和所述中间容积位置之间的所述位置探测装置探测到的所述伺服柱塞的位置时，用于增加所述节流装置的可变开孔面积，以及当所述输出信号指出，由位于所述中间容积位置和所述最小容积位置之间的所述位置探测装置探测到的所述伺服柱塞位置时，用于减少所述节流装置的可变开孔面积。

还应该指出的是，所述的工作速率控制装置可包括在所述伺服柱塞内形成的一个流体通道，使所述第二压力接收室和所述伺服阀彼此相通，所述流体通道具有可变的开孔面积，当所述伺服柱塞的位置位于所述最大容积位置和所述中间容积位置之间时，开孔面积适于增大。当所述伺服柱塞的位置位于所述中间容积位置和所述最小容积位置之间时，开孔面积适于减少。

附图说明

通过表示本发明某些举例说明的实施例的附图和下列的详细说明，将对本发明更好的理解。在这方面，应该指出，以附图举例的说明的这些实施例决不是对本发明的限定，而是为了易于解释和理解本发明。

图1是表示现有技术的实例中伺服柱塞速度相对其位置的图表；

图2是根据本发明用于液压驱动动力车的液压马达容积控制装置的第一实施例液压回路图；

图3是表示本发明上述第一个实施例的伺服柱塞的位置和可变节流器开孔面积之间相互关系的图表；

图4是表示本发明上述第一个实施例的伺服柱塞的位置和液压马达容积改变速率之间相互关系的图表；

图5是表示根据本发明用于液压驱动动力车的液压马达容积控制装置的第二实施例液压回路图；

图6是表示本发明上述第二个实施例的伺服柱塞的位置和流体通道开孔面积之间相互关系的图表；

图7是表示本发明上述第二个实施例的伺服柱塞的位置和液压马达容积改变速率之间相互关系的图表。

实施发明的最佳方式

下面，参照附图对用于液压驱动动力车的液压马达容积控制装置的本发明适当实施例作出叙述。

现在将根据本发明的第一实施例相应的装置予以说明。

如图2所示，该装置包括发动机1、由发动机1驱动的液压泵2，和通过来自液压泵2排出的压力流体转动的可变容积型的液压马达5。液压泵2的第一入口2a和第二入口2b分别经第一主回路3和第二主回路4，与液压马达5的第一入口5a和第二入口5b相连接，形成一个闭合回路。液压马达5的输出侧经动力传递机构6与构成动力车的移动机体7相连接，通过机械制动器8制动。

发动机1具有与其相联接的发动机操作部件9，例如加速踏板，其设计是通过将控制输入配置到调速器10来控制发动机1的转速。此外，设置诸如制动踏板11的制动操作部件11，控制操作部件11使制动器8动作。

液压马达5配置有容积控制部件12，例如旋转斜盘。该容积控制部件12经杆14与伺服缸装置50内的伺服柱塞13相连接。伺服缸装置50包括具有小直径的第一压力接收室15，和具有大直径的第二压力接收室16，室15和16分别配置在伺服柱塞13的两端侧。伺服柱塞13设计成能随着第一压力接收室15内的压力朝向其由文字“最大”表示的最大容积位置，以及随着第二压力接收室16内的压力朝向其由文字“最小”表示的最小容积位置而移动。第一压力接收室15与泵压力导引回路19相连接，回路19经一对止回阀17和18和上述的第一及第二主回路3和4依次连接。第二压力接收室16经伺服阀20与泵压力导引回路19和油箱51呈可换向地连接。

伺服阀20设有一个第一压力接收部分21、一个第二压力接收部分22和一个弹簧23，并且有一个滑阀，该滑阀适于在第一压力接收部分21处的压力作用下被推到供给位置A，而在第一压力接收部分21和弹簧23的压力作用下被推到排出位置B。该弹簧23是经连杆24与上述的杆14相连接。第一压力接收部分21与控制压力产生装置52相连接，该控制压力产生装置52的设计可输出正比于发动机1的转速的控制压力。因此，与发动机1转速成正比的控制压力Ps对第一压力接收部分21起作用。同时应指出，上述的泵压力导引回路19与第二压力接收部分22相连接，致使泵的排出压力可以作用在上面。

因而很明显，伺服缸装置50和伺服阀20的设置，构成本发明的用于控制液压马达5容积的容积控制部分。

可变节流器26配置在使第一压力接收室16和伺服阀20相互连接的回路25的中间，可变节流器26有一个由控制器27控制的可变的开孔面积。控制器27设计成能接收代表伺服柱塞13位置的可由位移计28检测的输入量。可变节流器26的开孔面积适于借助比例螺线管产生变化，设计螺线管的电流强度由控制器27确定。

因此，可变节流器26的可变开孔面积如图3中的曲线a所示，根据伺服柱塞13的位置可由控制器27控制。例如，如果伺服柱塞13与其最大容积位置(最大)较近，开孔面积就会较大，而当它朝其最小容积位置(最小)移动时就会依次减少。

上述的控制压力产生装置52的构成是：由发动机1驱动的控制液压泵30，连接到液压马达30的排出通路30a的排出回路31，配置在排出回路31中的节流器32及低压减压阀33，以及其一个终端与节流器32的上游侧连接，而另一个终端与伺服阀20的第一压力接收部分21相接的探测器回路34。因此在探测器的回路34处产生了正比于发动机1转速的控制压力Ps。

下面接着将给出有关伺服缸装置50和伺服阀20工作的说明。

如控制压力Ps升高超出图2所示状态的液压泵2的泵排出压力(即由液压马达提供的动力车的驱动压力)，则伺服阀20处于它的供给位置A，致使可将泵的排出压力施加到第二压力接收室16。随之具有取决于第一压力接收室15和第二压力接收室16之间的压力接收面积差值的压力差的伺服柱塞13，将沿容积减少方向移动(图2中向右移动)，以使容积控制部件12在容积减少方向摆动，从而减少液压马达15的容积。

因此，由于弹簧23的安装载荷因为使伺服柱塞13可在容积减少的方向移动而增加，伺服阀20就会处于在它的排出位置B。其结果是，第二压力接收室内16中的压力将降低，使得在第一压力接收室15内泵排出压力的作用下，引起伺服柱塞13在容积增加的方向移动(图2中向左移动)。接着弹簧23的安装载荷被减少，这样使伺服阀20再次处于位置A。

因此随着重复这样的操作，紧接着液压马达5的容积被控制成与其泵的排出压力和控制压力Ps(相当于发动机1转速)相同的值。

还应该指出的是，如控制压力Ps减小到低于液压泵2的泵排出压力，则伺服阀20处于排出位置B，使第二压力接收室16内的压力降低。这将造成伺服柱塞13在容积减少方向的移动。然后，由于弹簧的安装载荷减少，伺服阀20将返回处于位置A，使泵的排出压力可以施加到第二压力接收室16，从而使伺服柱塞13在容积减少方向移动。这样一来，按照上述相同的原理，液压马达5的容积就会被控制成与其泵的排出压力和控制压力Ps相同的值。

这里可指出并应理解的是，如可变节流器26的开孔面积大时，则伺服柱塞13移动速率就快，若可变节流器26的开孔面积小，则伺服柱塞13的移动速率就慢。还由于可变节流器26的开孔面积是根据如图3所示的伺服柱塞13的位置而变化，伺服柱塞13的移动速率(即液压马达5的容积改变速率)将如图4中由曲线b所示那样改变。例如，如果伺服柱塞13处于接近最大容积位置(最大)的位置，则所述的开孔面积将会较大，当它朝最小容积位置(最小)移动时，会依次变得较小。在这方面还应该指出，如可变节流器26的开孔面积设定为如图3中假想线所示那样变化，则容积的改变速率将如图4中假想线所示那样改变。

由此得出，例如，如果液压马达5的容积从其最大值开始减少，则开始会快速减少，然后依次较慢地减少。而且，如果液压马达5的容积从其最小值增加，则开始会慢慢地增加然后依次快速地增加。

从上面叙述明显看出，这里使用的位移计28、可变节流器26和控制器27，建立了上述的容积控制部分的控制装置的操作速率。

下面，作为体现本发明原理的整体对本发明装置的操作予以说明。

如动力车是以给定的速度移动、发动机1的转动速度会很高，控制压力Ps将升高，液压泵2的排出压力很低。于是伺服柱塞13会处于容积是最大和最小值之间的中间值的位置，因此使液压马达5具有最大和最小值之间的中间容积。

如控制发动机的工作部件9，使在这种状态中增加(加速)发动机1的转速，则控制压力Ps会升高，而伺服柱塞13将如上所述那样在容积减少方向移动。因此，因为液压马达5的容积变得比中间值小，所以液压马达5被加速，从而使动力车得以加速。

此外，液压马达5的容积改变速率较低，并且其容积慢慢减少。从而造成动力车速度的改变较小，这代表着动力车移动时的加速特性。

还能看出，当通过控制发动机工作部件9来增加发动机1的转速的方法使动力车从制动(如发动机1处于停机状态)起动时，液压马达5的容积将快速减少。

更具体地说，当动力车处于在低的控制压力Ps作用下停止时，伺服阀20处于排出位置B，伺服柱塞13会因此而处在它的最大容积位置。如果此后若控制压力Ps因发动机1的转速的增加而升高时，则伺服柱塞13将在容积减少的方向移动。在从它的最大容积位置朝它的中间容积位置移动的同时，伺服柱塞13如图4中所示那样快速地移动。这就会引起液压马达5的容积快速地减少，并因此使动力车的速度改变或加速增加。

从上述讨论可看出并应理解，动力车速度的改变或加速，在其移动过程中处于加速时会比较小的，而处于起动时是比较大的。因此为其提供了应该完全满意的加速特性和性能。

从上述也可看出并应理解，如在动力车以给定的速度移动的状态来控制发动机的工作部件9，以便减少或减速发动机1的转速，则控制压力Ps将降低。因此，由于伺服柱塞13是在前述的容积增加的方向移动，以增加液压马达5的容积，依次减少其转速，动力车就被减速。而且，当动力车被减速到某个程度时，能因控制制动工作部件11使制动器8工作而被制动。

因此，可看出和应理解，容积的改变速率开始将是慢慢的，而后连续加速。这样，动力车最后的改变速率或减速在其开始期间是较慢的，而在其最后期间是较快的。由此，动力车的减速特性和性能再次得到完全满意的结果。

下面将根据代表本发明的第二实施例的装置给出说明。

如图5所示，在这个实施例的装置中，伺服柱塞13内有一个主流体通道40，该流体通道40使回路25和第二压力接收室16与伺服柱塞13相连通。另外，伺服柱塞13内有多个径向伸延且平行的辅助流体通道41，这些辅助流体通道41在其移动方向是间隔开的，使主流体通道40与伺服柱塞13的外周缘表面相连通。可看出并应理解，它们的构成，使得当伺服柱塞13置于它的最小容积位置(最小)时，回路25和第二压力接收室16可以经主流体通道40彼此连通；当伺服柱塞13朝其最大容积位置(最大)移动时，与第二压力接收室16相连通的辅助流体通道41的数量可以增加；当它到达最大容积位置(最大)时，第二压力接收室16和回路25可以经主通道40和所有的辅助流体通道41连通。

如主流体通道40和辅助流体通道41是如此构成的话，则看出并应理解，流体通道25和第二压力接收室16彼此相连通的开孔面积(即朝第二压力接收室16的开孔面积)，在伺服柱塞13从其最大容积位置(最大)朝其最小容积位置(最小)移动时，如图6中图表所示那样会连续逐步减少。结果，液压马达5的容积改变速率，如图7中图表所示那样在伺服柱塞13置于最大容积位置(最大)时是最快的，在其朝最小容积位置(最小)移动时连续逐步较慢，当它置于最小容积位置(最小)时最慢。

因此可指出，将会再次得到如前述第一实施例那样的最佳的加速特性和减速特性。

在这种形式中，将看出并应理解，上述主流体通道40和多个辅助流体通道41一起构成了前述的容积控制部分的工作速率控制装置。

正如上所述现在可得出结论：根据本发明，在所述发动机1的转速增加时，所述液压马达5的容积比较小。而在发动机1的转速减小时比较大；所述伺服柱塞13在其处于最大容积位置和中间容积位置之间时，就快速地移动，以增加液压马达5的容积改变速率，而在处于中间容积位置和其最小容积位置之间时，会慢慢地移动，以减少液压马达5的容积改变速率。由此引起液压马达5的容积在动力车7移动的同时处于加速时会慢慢地减小，而在动力车7从停止开始起动时，将快速的减小，在动力车减速的开始期间将慢慢地增加，在动力车减速的最终时间将快速地增加。

因此可以理解，动力车的速度改变速率或加速在其移动时是较小的，而在起动时是较大的；动力车速度改变速率或减速，在其减速的起始期间是较小的，而在其减速的最终期间是较大的。所以可以理解，对于液压驱动的动力车，根据本发明将获得完全满意的加速和减速特性。

上面已叙述了参照某些举例说明的本发明实施例，本技术领域的技术人员将易于理解，在不离开本发明的范围和实质条件下可对其作出多种置换、省略和增加。因此，应该认识到，本发明并非限于上述的具体实施例，而是包括在所附权利要求具体叙述的特征范围内，可能作出的所有实施例和所有等同物。

Claims (4)

1.一种在液压驱动的动力车中控制液压马达容积的装置，包括：

一个适于由具有可变转速的发动机驱动的液压泵；

可变容积型的液压马达，该液压马达适于由来自所述液压马达排出的压力流体转动，用于驱动构成能移动的动力车的移动机体；

一个容积控制部分，该容积控制部分是用于当所述发动机的转速增加时，减小所述液压马达的容积，以及所述转速减少时，增加所述的容积，所述的容积控制部分具有可变的工作速率，并在最大容积位置、中间容积位置和最小容积位置中间的不同位置是可操作的；和

一个工作速率控制装置，当其处于所述最大容积位置和所述中间容积位置之间的位置操作时，用于加速所述容积控制部分的所述工作速率，当所述的容积控制部分处于所述中间容积位置和所述最小容积位置之间的位置操作时，用于减速所述的工作速率。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的容积控制部分包括：

一个伺服缸装置，其设有伺服柱塞，它与所述液压泵内的容积控制部件相连接，并具有一个与其连接的弹簧；第一压力接收室，其具有小的压力接收面积；以及第二压力接收室，其具有大的压力接收面积，这二个接收室分别限定在所述伺服柱塞的两侧，所述第一压力接收室适于具有来自所述液压泵施加其中的泵排出压力，致使所述伺服柱塞可随所述第一压力接收室内的压力流体在容积增加的方向移动，并可随所述第二压力接收室内的压力流体在容积减少的方向移动；和

一个伺服阀，它适于转换到它的供给位置和排出位置中的一个位置，转换到所述的供给位置，是用来在相应于所述发动机转速的控制压力，大于所述液压泵的泵排出压力和所述弹簧的安装载荷的总和时，将来自所述液压泵的泵排出压力流体，供应到所述的第二压力室，转换到所述的排出位置，是用来在所述控制压力小于所述泵排出压力和所述安装载荷的总和时，将来自所述第二压力接收室的压力流体排出，所述的伺服阀也适于在其处于所述的供给位置时，增加所述弹簧的安装载荷，以及在其处于所述的排出位置时，减少所述弹簧的安装载荷，

因此，当所述伺服柱塞在容积减少的方向移动时，所述弹簧的安装载荷增加，而当所述的伺服柱塞在容积增加的方向移动时减少。

3.根据权利2所述的装置，其特征在于，所述的工作速率控制装置包括：

一个可变的节流装置，其具有配置在所述第二压力接收室和所述伺服阀相互连接的回路中的可变面积的开孔；

一个位置探测装置，用来探测所述伺服柱塞所处的位置，以提供输出信号；和

一个反映所述输出信号的控制器装置，用于当所述输出信号指出，通过位于所述最大容积位置和所述中间容积位置之间的所述位置探测装置，探测到的所述伺服柱塞位置时，增加所述节流装置的可变开孔面积；用于当所述输出信号指出，通过位于所述中间容积位置和所述最小容积位置之间的所述位置探测装置，探测到的所述伺服柱塞位置时，减少所述节流器装置的可变开孔面积。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的工作速率控制装置包括在所述伺服柱塞内形成的流体通道，为使所述第二压力接收室和所述伺服阀彼此相连通，所述的流体通道具有可变开孔面积，当所述伺服柱塞的位置，处于所述最大容积位置和所述中间容积位置之间时，适于增加可变开孔面积，以及在所述伺服柱塞位置处于所述中间容积位置和所述最小容积位置之间时，适于减少可变开孔面积。

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