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具有可變供給泵的靜壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的制作方法

文檔序號:5507897閱讀:535來源:國知局
專利名稱:具有可變供給泵的靜壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及靜壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),更特別地涉及具有提供加壓補(bǔ)給和導(dǎo)向流體的可變供給泵的靜壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
背景技術(shù)
差動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)普遍地使用于多種類型的車輛中,包括例如為建筑相關(guān)活動(dòng)所設(shè)計(jì)的車輛。這些車輛中的每一種 一般都包括至少兩個(gè)接地牽引裝置,可以是諸如傳動(dòng)皮帶、履帶或輪胎。接地牽引裝置被設(shè)置在車輛的相對側(cè)并且可以旋轉(zhuǎn)以沿著選定的路線推進(jìn)車輛。
差動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過改變接地牽引裝置的相對速度來沿著選定的路線操縱車輛。例如,要使車輛向左轉(zhuǎn),左接地牽引裝置要以低于右接地牽引裝置的速度或者是以與右接地牽引裝置相反的方向旋轉(zhuǎn)。要使車輛向右轉(zhuǎn),右接地牽引裝置要以低于左接地牽引裝置的速度或者是以與左接地牽引裝置相反的方向旋轉(zhuǎn)。速度或方向的相對差異導(dǎo)致車輛向較慢的接地牽引裝置的方向或者向反向運(yùn)動(dòng)的牽引裝置的方向轉(zhuǎn)向。
一些差動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括具有變量泵和液壓馬達(dá)的閉環(huán)液壓回路。泵驅(qū)動(dòng)馬達(dá)以使得軸沿著兩個(gè)方向中的一個(gè)旋轉(zhuǎn)。軸沿著一個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致一個(gè)接地牽引裝置以比另 一個(gè)接地牽引裝置更高的速度旋轉(zhuǎn)。軸沿著第二個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致另 一 個(gè)接地牽引裝置以更高的速度旋轉(zhuǎn)。軸的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定接地牽引裝置之間的速度差的大小。
雖然閉環(huán)液壓回路能夠有效地控制牽引裝置的轉(zhuǎn)向,但它們可能存在問題。例如,流過閉環(huán)液壓回路的流體能夠從泵和馬達(dá)的內(nèi)部裂縫中漏出,從而將系統(tǒng)壓強(qiáng)減小到泵和馬達(dá)的可接受界限以下。此外,由于液壓回路是封閉的,在環(huán)中循環(huán)的流體在高負(fù)荷工況下可能過熱。為了對漏出的和過熱的流體進(jìn)行補(bǔ)償,閉環(huán)回路通常使用固定排量泵,也被稱為供給泵。供給泵提供與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出成比例的、具有恒定壓強(qiáng)的液壓動(dòng)力以用于系統(tǒng)流體補(bǔ)給和控制致動(dòng)。
關(guān)。這種寄生損失的主要因素是通過減壓閥被節(jié)流的供給流量的被浪費(fèi)的液壓動(dòng)力。這可能在供給流量基本大于所需的操作工況下發(fā)生。 一種這樣的操作工況是當(dāng)主泵沒有向馬達(dá)提供流(即沒有進(jìn)行轉(zhuǎn)向)時(shí)發(fā)生。可以觀察到當(dāng)系統(tǒng)在這種工況下操作時(shí),供給流量會(huì)顯著減少。此外,固定排量泵通常尺寸過大從而由于磨損引起性能下降。這可以導(dǎo)致怠速和其他工況下的寄生損失。
一種處理由于被浪費(fèi)的液壓動(dòng)力的寄生動(dòng)力損失的嘗試可以在
于2001年8月7日授權(quán)給Poorman的編號為H1977 ( '977注冊)的依法注冊的美國發(fā)明中找到。'9 77注冊公開了 一種具有可變供給壓強(qiáng)的閉環(huán)液壓系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括液壓馬達(dá)以及與動(dòng)力源處于被驅(qū)動(dòng)連通的可變排量液壓泵。該系統(tǒng)還包括具有固定排量供給泵、可
的感測壓強(qiáng)情況來改變比例減壓閥的操作壓強(qiáng)設(shè)定。通過改變比例減壓閥的操作壓強(qiáng)設(shè)定,供給壓強(qiáng)可以根據(jù)閉環(huán)系統(tǒng)的需求進(jìn)行調(diào)整。通過調(diào)整系統(tǒng)壓強(qiáng)可以避免一些由于節(jié)流造成的寄生動(dòng)力損失。
雖然'977注冊的系統(tǒng)確實(shí)降低了壓力系統(tǒng)的寄生損失,但它可能還不是最佳方案。具體來說,該系統(tǒng)仍然使過多的流增壓。在諸如怠速工況的低需求狀況下,即使很少或沒有節(jié)流發(fā)生,過多的供給流量也可以引起寄生損失。因?yàn)楣┙o系統(tǒng)流量保持不變,所以'977注冊的系統(tǒng)仍可能引起不能令人接受的程度的寄生損失。
此外,'977注冊的系統(tǒng)可能是復(fù)雜而昂貴的。也就是,該系統(tǒng)必須使用諸如比例減壓閥和致動(dòng)器的多個(gè)附加部件來改變釋放壓強(qiáng)以執(zhí)行調(diào)整。附加部件的使用增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性且會(huì)增加系統(tǒng)成本。此外,使用附加部件增加了由于部件故障而引起系統(tǒng)失效的可
5能性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的閉環(huán)液壓系統(tǒng)能夠解決上述的 一 個(gè)或多個(gè)問題。 在一個(gè)方面,本發(fā)明涉及一種包括被配置為保持流體供給的儲(chǔ) 器的液壓系統(tǒng)。該液壓系統(tǒng)還包括被配置為向液壓系統(tǒng)提供供給流 體和導(dǎo)向控制流體的可變排量泵。此外,液壓系統(tǒng)包括被配置為從
可變排量泵接收供給流體并且驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的閉環(huán)部分。液壓系統(tǒng)還包 括被配置為將導(dǎo)向控制流體從可變排量泵引導(dǎo)至閉環(huán)部分的導(dǎo)向流 體供給部分。
根據(jù)本發(fā)明的另 一 方面,提供一種向液壓系統(tǒng)供給流體的方法。 該方法包括將流體加壓至第 一 和第二壓強(qiáng)設(shè)定值。該方法還包括響 應(yīng)于負(fù)載信號來選擇第一和第二壓強(qiáng)設(shè)定值中的一種。此外,該方 法包括響應(yīng)于反饋信號來調(diào)整流體流量以保持需要的操作壓強(qiáng)。該 方法還包括將流體引導(dǎo)至液壓執(zhí)行器系統(tǒng)以及閉環(huán)液壓回路。


圖1為示例性公開的機(jī)械的示意圖2為用于圖1所示機(jī)械的液壓系統(tǒng)的供給部分和導(dǎo)向控制部 分的示意圖;和
圖3為用于圖1所示機(jī)械的液壓系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向環(huán)路部分的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了示例性的機(jī)械10。機(jī)械10可以是執(zhí)行與諸如礦業(yè)、 建筑業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通或任何其他本領(lǐng)域已知的工業(yè)相關(guān)的某類操作 的移動(dòng)機(jī)械。例如,機(jī)械10可以是履帶型拖拉機(jī)(圖1中所示)、 液壓挖掘機(jī)、滑移式裝載機(jī)、農(nóng)用拖拉機(jī)、輪式裝載機(jī)、自動(dòng)平路 機(jī)、反鏟挖掘機(jī)或任何其他本領(lǐng)域已知的機(jī)械。機(jī)械10可以包括機(jī) 架12、至少一個(gè)工作執(zhí)行器14、動(dòng)力源16以及至少一個(gè)牽引裝置
618。
機(jī)架12可以包括支撐機(jī)械10和/或工作執(zhí)行器14的運(yùn)動(dòng)的任何 結(jié)構(gòu)單元。機(jī)架12可以是例如將動(dòng)力源16與牽引裝置18連接的固 定的基架、聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的可動(dòng)機(jī)架構(gòu)件或本領(lǐng)域已知的任何其他機(jī)架。
工作執(zhí)行器14可以包括用于執(zhí)行任務(wù)的任何裝置。例如,工作 執(zhí)行器14可以包括挖斗、伊刀、伊斗、碎土器、卸料斗、錘、螺旋 鉆或任何其他適合的執(zhí)行任務(wù)的裝置。工作執(zhí)行器14可以相對于機(jī) 架12樞轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)、滑動(dòng)、擺動(dòng)或以本領(lǐng)域已知的任何其他方式運(yùn)動(dòng)。
動(dòng)力源16可以采用內(nèi)燃機(jī),例如柴油機(jī)、汽油機(jī)、諸如天然氣 發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)、或本領(lǐng)域已知的任何其他類型的發(fā)動(dòng)機(jī)。 替代地動(dòng)力源16可以采用非燃燒動(dòng)力源,諸如燃料電池、動(dòng)力儲(chǔ)存 裝置或任何其他適合的動(dòng)力源。
牽引裝置18可以包括位于機(jī)械10兩側(cè)(僅示出一側(cè))且被配 置為支撐和推進(jìn)機(jī)械10的履帶。替代地,牽引裝置18可以包括車 輪、傳動(dòng)帶或其他牽引裝置。牽引裝置18可以是可轉(zhuǎn)向的,也可以 不是。
如圖2和圖3所示,積4成10可以包括具有多個(gè)流體部件的液壓 系統(tǒng)20,流體部件合作以使轉(zhuǎn)向裝置22 (如圖3 )致動(dòng)并且將導(dǎo)向 控制流體供給到諸如工作執(zhí)行器導(dǎo)向控制系統(tǒng)2 3以及制動(dòng)導(dǎo)向控制 系統(tǒng)24 (如圖3 )的附加液壓系統(tǒng)。具體i兌來,液壓系統(tǒng)20可以包 括保持流體供給的箱25以及通過流體通道30流體連接到導(dǎo)向控制 部分28的供給部分26。液壓系統(tǒng)20還可以包括通過流體通道34 與導(dǎo)向控制部分28流體連通的靜壓驅(qū)動(dòng)部分32 (如圖3)。
箱25可以構(gòu)成被配置為保持流體供給的儲(chǔ)器。流體可以包括例 如專用的液壓油、發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油、變速箱潤滑油或本領(lǐng)域已知的任 何其他流體。機(jī)械10中的一個(gè)或多個(gè)液壓系統(tǒng)可以從箱25取得或 向箱25返回流體。也可以想到,如果需要,液壓系統(tǒng)20可以替代 地連接到多個(gè)獨(dú)立的流體箱。
供給部分26可以補(bǔ)充被從液壓系統(tǒng)20中排出的流體以保持需要的壓強(qiáng)。如圖2所示,供給部分26可以包括被配置為通過吸入管 線38從箱25取得流體并且產(chǎn)生為液壓系統(tǒng)20加壓的流體流的供給 泵36。供給泵36可以采用可變排量泵,例如斜盤式柱塞泵,或被配 置為產(chǎn)生可變的加壓流體流的任何類型的泵。此外,供給泵36可以 通過諸如副軸40、傳動(dòng)帶(未示出)、電路(未示出)或任何其他 適合的方式可驅(qū)動(dòng)地連接到機(jī)械10的動(dòng)力源16,使得動(dòng)力源16的 輸出旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致供給泵36的泵送動(dòng)作。
供給泵36可以包括諸如斜盤42的泵流控制部件以改變與泵相 關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)柱塞(未示出)的行程。通過改變柱塞行程可以 根據(jù)需要增大或減少泵流,從而調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)20的壓強(qiáng)。供給泵36 還可以包括操作地連接到斜盤42以調(diào)節(jié)供給泵36的排量的致動(dòng)器 44。致動(dòng)器44可以為液壓控制的、電子控制的、機(jī)械控制的、或以 任何其他方式操作的,以調(diào)節(jié)斜盤42的位移角。
在 一 種示例性的實(shí)施方式中,供給泵3 6可以通過電液控制系統(tǒng)
進(jìn)行調(diào)節(jié)并且可以被設(shè)定為在第 一 和第二預(yù)定的壓強(qiáng)設(shè)定值下操 作。第一壓強(qiáng)設(shè)定值可以是與供給泵36在無負(fù)載狀態(tài)下處于最小排 量時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)相關(guān)的備用壓強(qiáng)設(shè)定值。應(yīng)當(dāng)理解,備用壓強(qiáng)可以根據(jù) 系統(tǒng)需求改變。例如,供給泵36的備用壓強(qiáng)可以為約2400kPa。第 二壓強(qiáng)設(shè)定值可以是相當(dāng)于作用在液壓系統(tǒng)20上的最高負(fù)載的高壓 切斷設(shè)定值。例如,導(dǎo)向控制部分28可以將導(dǎo)向控制流體供給到工 作執(zhí)行器導(dǎo)向控制系統(tǒng)23以調(diào)節(jié)工作執(zhí)行器14的操作。當(dāng)工作執(zhí) 行器14執(zhí)行伊刀浮動(dòng)指令時(shí),工作執(zhí)行器導(dǎo)向控制系統(tǒng)23可以要 求導(dǎo)向控制流體被加壓至約3100kPa。鏟刀浮動(dòng)指令所需要的壓強(qiáng)可 以大于作用在液壓系統(tǒng)20上的任何其他負(fù)載。因此,供給泵36的 壓強(qiáng)切斷設(shè)定值可以被設(shè)置為保持約3100kPa的最高壓強(qiáng)。
致動(dòng)器44可以響應(yīng)于來自位于工作才丸行器液壓系統(tǒng)(未示出) 中的電磁閥46的電子或液壓負(fù)載感測信號以及/或位于操作員站(未 示出)中的諸如控制桿、按鈕、把手或其他致動(dòng)裝置的致動(dòng)裝置48 的直接操作來被設(shè)置為高壓切斷模式或備用壓強(qiáng)模式。當(dāng)致動(dòng)裝置48向工作執(zhí)行器14發(fā)出伊刀浮動(dòng)指令信號時(shí),電磁閥46和/或致動(dòng) 裝置4 8可以通過負(fù)載感測信號線5 0向致動(dòng)器4 4發(fā)出負(fù)載感測信號。 當(dāng)收到負(fù)載感測信號時(shí),致動(dòng)器44可以在高壓切斷模式下操作。當(dāng) 鏟刀浮動(dòng)指令完成時(shí),負(fù)載感測信號可以被終止,致動(dòng)器44可以在 備用壓強(qiáng)模式下操作。
此外,致動(dòng)器44可以響應(yīng)于通過反饋線52接收到的來自壓強(qiáng) 傳感器的電子或液壓反饋信號來調(diào)節(jié)供給泵36。壓強(qiáng)傳感器可以策 略性地被放置在適合的位置以決定液壓系統(tǒng)20中一處或多處回路壓 強(qiáng)。例如,壓強(qiáng)傳感器可以被放置在工作執(zhí)行器導(dǎo)向控制系統(tǒng)23、 制動(dòng)導(dǎo)向控制系統(tǒng)24和/或靜壓驅(qū)動(dòng)部分32中。
在另 一 種示例性的實(shí)施方式中,供給泵3 6可以被設(shè)置為只在高 壓切斷設(shè)定下操作。供給泵36可以通過改變流體流量來調(diào)節(jié)液壓系 統(tǒng)20的壓強(qiáng)。如前所述,這樣的i殳定可以通過電液或液壓控制系統(tǒng) 來調(diào)節(jié)。
如上所述,來自供給泵36的加壓流體可以通過流體通道30被 引導(dǎo)至導(dǎo)向控制部分28。導(dǎo)向控制部分28可以將導(dǎo)向控制流體供給 到機(jī)械10所4吏用的獨(dú)立液壓系統(tǒng)。這種獨(dú)立液壓系統(tǒng)可以包括例如 制動(dòng)控制系統(tǒng)和工作執(zhí)行器導(dǎo)向控制系統(tǒng)。此外,導(dǎo)向控制部分28 可以起將流體從供給部分26引導(dǎo)至靜壓驅(qū)動(dòng)部分32的管道的作用。 導(dǎo)向控制部分28可以包括過濾元件54、壓強(qiáng)開關(guān)56、儲(chǔ)壓器58、 儲(chǔ)壓器60、減壓閥62、開關(guān)閥64??梢韵氲?,導(dǎo)向控制部分28可 以包括附加的和/或不同的部件,諸如補(bǔ)給閥、壓強(qiáng)平衡通道、溫度 傳感器、位置傳感器、加速度傳感器以及本領(lǐng)域已知的其他部件。
過濾元件54可以一皮設(shè)置在流體通道30內(nèi)以去除供給泵36下游 的油中的殘?jiān)蛩簭?qiáng)開關(guān)56可以與過濾元件54相關(guān)以一企測通 過過濾元件54流過的流體的壓強(qiáng)何時(shí)下降到例如約170kPa的預(yù)設(shè) 限值以下。在預(yù)設(shè)限值以上的壓強(qiáng)差的增加可能指示著來自供給泵 36的流體可能正通過旁路66繞過過濾元件54。流體繞過過濾元件 54可以指示過濾元件54被阻塞。在這種情況下,可以連接壓強(qiáng)開關(guān)
956以點(diǎn)亮設(shè)置在機(jī)械10的操作員站(未示出)內(nèi)的燈或報(bào)警燈(未
示出),從而向操作員發(fā)出過濾元件54可能阻塞的警報(bào)。應(yīng)當(dāng)理解 可以將單向閥68設(shè)置在旁路66內(nèi)且設(shè)置在供給泵36的下游,以防 止當(dāng)動(dòng)力源16未操作時(shí),未過濾的流體流回供給泵36。此外,單向 閥68的尺寸可以設(shè)置成用于與壓強(qiáng)開關(guān)56的預(yù)設(shè)限值相等的壓強(qiáng)。
流過過濾元件54后,流體可以通過流體通道70 ^皮引導(dǎo)至工作 執(zhí)行器導(dǎo)向控制系統(tǒng)23。被過濾的流體也可以通過流體通道34被引 導(dǎo)至制動(dòng)導(dǎo)向控制器以及靜壓驅(qū)動(dòng)部分32。應(yīng)當(dāng)理解,當(dāng)動(dòng)力源16 未操作和/或供給泵36出現(xiàn)故障時(shí),由導(dǎo)向控制部分28供給的導(dǎo)向 控制系統(tǒng)可能需要被供給流體。儲(chǔ)壓器58和儲(chǔ)壓器60可以在這些 情況下向?qū)蚩刂葡到y(tǒng)提供流體。
儲(chǔ)壓器58和儲(chǔ)壓器60均可以采用充滿可壓縮氣體的壓強(qiáng)容器, 該壓強(qiáng)容器被配置為儲(chǔ)存加壓流體以備以后用作導(dǎo)向控制流體源。 可壓縮氣體可以包括諸如氮?dú)饣蚱渌m合的可壓縮氣體。當(dāng)與儲(chǔ)壓 器58和儲(chǔ)壓器60連通的流體超過了預(yù)定的壓強(qiáng)時(shí),流體可以流入 儲(chǔ)壓器58和儲(chǔ)壓器60。因?yàn)榈獨(dú)馐强蓧嚎s的,它可以像彈簧一樣當(dāng) 流體流入儲(chǔ)壓器58和儲(chǔ)壓器60時(shí)被壓縮。當(dāng)通道70和/或通道34 中的流體壓強(qiáng)下降到預(yù)定的壓強(qiáng)以下時(shí),儲(chǔ)壓器58和儲(chǔ)壓器60內(nèi) 被壓縮的氮?dú)饪梢耘蛎洸?chǔ)壓器58和儲(chǔ)壓器60內(nèi)的流體從儲(chǔ)壓 器58和儲(chǔ)壓器60中排出。可以想到,如果需要,儲(chǔ)壓器58和60 可以替代地采用彈簧偏置式儲(chǔ)壓器。預(yù)定的壓強(qiáng)可以是例如約 1600psi。為了防止當(dāng)動(dòng)力源16未操作時(shí)流體流出儲(chǔ)壓器58和儲(chǔ)壓 器60且流回到供給部分26,可以在通道70和通道34內(nèi)"i殳置單向閥 72。應(yīng)當(dāng)理解,單向閥72的尺寸可以設(shè)置成用于與儲(chǔ)壓器58和儲(chǔ) 壓器60的預(yù)定的壓強(qiáng)相等的壓強(qiáng)。
減壓閥62可以使得壓強(qiáng)峰值損壞導(dǎo)向控制部分28的部件的情 況出現(xiàn)的可能性最小化。特別地,減壓閥62可以響應(yīng)于流體壓強(qiáng)來 選擇性地使被引導(dǎo)至導(dǎo)向控制部分28的加壓流體與箱25連通。在 一個(gè)示例中,減壓閥62可以通過流體通道70與來自供給泵36的加壓流體連通,并通過流體通道74與箱25連通。減壓閥62可以具有 閥元件,該閥元件可被彈簧偏向閥閉合位置且可以響應(yīng)于流體通道 70內(nèi)高于預(yù)定壓強(qiáng)的壓強(qiáng)來朝著打開位置運(yùn)動(dòng)。這樣,減壓閥62 可以通過允許將壓強(qiáng)過大的流體排入至箱25以減小導(dǎo)向控制部分 28內(nèi)的壓強(qiáng)峰值??梢韵氲?,預(yù)定的壓強(qiáng)可以通過電子、手動(dòng)或任 何其他適合的方式來改變以產(chǎn)生可變的減壓設(shè)定。
在一些情況下,可能需要停用工作執(zhí)行器控制系統(tǒng)。開關(guān)閥64 可以通過阻止流體流向工作執(zhí)行器導(dǎo)向控制系統(tǒng)23來實(shí)現(xiàn)這一任 務(wù)。特別地,開關(guān)閥65可以是可操作以控制流體流向工作執(zhí)行器導(dǎo) 向控制器的電磁控制閥。在所示的示例性的實(shí)施方式中,開關(guān)閥64 可以被設(shè)置在位于儲(chǔ)壓器58和工作執(zhí)行器導(dǎo)向控制系統(tǒng)23之間的 通道70內(nèi)。當(dāng)開關(guān)閥64為關(guān)時(shí),流向和流自工作執(zhí)行器導(dǎo)向控制 系統(tǒng)23的流量都會(huì)被停止,而當(dāng)開關(guān)閥64為開時(shí),流體可以流向 和從工作執(zhí)行器導(dǎo)向控制系統(tǒng)23流出。因此,當(dāng)開關(guān)閥64為關(guān)時(shí), 由于流向工作執(zhí)行器導(dǎo)向控制器的流體可以被重新引導(dǎo)到別處,工 作執(zhí)行器14被停用。
如圖3所示,流體可以被從導(dǎo)向控制部分28 (如圖2)通過流 體通道34引導(dǎo)至靜壓驅(qū)動(dòng)部分32以及通過流體通道76引導(dǎo)至制動(dòng) 導(dǎo)向控制器。當(dāng)流體進(jìn)入靜壓驅(qū)動(dòng)部分32時(shí),與流體通道34相關(guān) 聯(lián)的壓強(qiáng)傳感器78可以監(jiān)測流體的壓強(qiáng)。壓強(qiáng)傳感器78可以通過 反饋線52將監(jiān)測的壓強(qiáng)傳達(dá)至供給部分26中的致動(dòng)器44。監(jiān)測進(jìn) 入靜壓驅(qū)動(dòng)部分32的流體的壓強(qiáng)可以向供給泵36提供反饋以保持 液壓系統(tǒng)20內(nèi)需要的壓強(qiáng)。
靜壓驅(qū)動(dòng)部分32可以是調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向裝置22以使得牽引裝置18轉(zhuǎn) 向和推進(jìn)的閉環(huán)回路。靜壓驅(qū)動(dòng)部分32可以包括被配置為引導(dǎo)加壓 流體穿過靜壓驅(qū)動(dòng)部分32的轉(zhuǎn)向源80。此外,靜壓驅(qū)動(dòng)部分32可 以包括轉(zhuǎn)換減壓閥82和84、超壓(POR)閥86、液壓致動(dòng)器88、 沖泄閥90、致動(dòng)器箱排水器92以及源箱排水器94??梢韵氲?,靜 壓驅(qū)動(dòng)部分32可以包括附加的和/或不同的部件,諸如補(bǔ)給閥、壓強(qiáng)平衡通道、溫度傳感器、位置傳感器、加速度傳感器以及本領(lǐng)域已 知的其他部件。應(yīng)當(dāng)理解,雖然靜壓驅(qū)動(dòng)部分32公開為調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向裝
置22的液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng),靜壓驅(qū)動(dòng)部分32可以是本領(lǐng)域已知的任何
類型的閉環(huán)靜壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
轉(zhuǎn)向源80可以產(chǎn)生穿過由流體通道96和通道98形成的回3各的 加壓流體流。轉(zhuǎn)向源80可以采用可變排量泵或被配置為產(chǎn)生雙向可 變加壓流體流的任何其他類型的泵。此外,轉(zhuǎn)向源80可以通過諸如 副軸40、傳動(dòng)帶(未示出)、電路(未示出)或任何其他適合的方 式可驅(qū)動(dòng)地連接到機(jī)械10的動(dòng)力源16,使得動(dòng)力源16的輸出旋轉(zhuǎn) 導(dǎo)致轉(zhuǎn)向源80的泵送動(dòng)作。替代地,轉(zhuǎn)向源80可以通過變矩器、 齒輪箱或任何其他適合的方式間接地連接到動(dòng)力源16。
轉(zhuǎn)向源80可以包括諸如斜盤100的泵流控制部件以改變與泵相 關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)柱塞(未示出)的行程。通過改變一個(gè)或多個(gè)柱 塞的行程,可以根據(jù)需要增加或減少最大泵流。斜盤100的位移可 以通過控制閥104和可操作地連接到斜盤IOO的致動(dòng)器102來調(diào)節(jié)。
致動(dòng)器102可以是諸如復(fù)動(dòng)式液壓缸的液壓致動(dòng)器。但是,本 領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到,諸如其他類型的液壓控制執(zhí)行器、電磁驅(qū)
控制閥103可以通過流體通道106接收導(dǎo)向控制流體并且可以 被設(shè)置為與致動(dòng)器102處于流體連通狀態(tài)。此外,控制閥104可以 通過控制流向致動(dòng)器102的導(dǎo)向控制流體的流量來影響致動(dòng)器102 的致動(dòng)以及任何需要的斜盤位移的調(diào)整。限流孔108可以被設(shè)置在 流體通道106內(nèi),且具有使得流體通道106內(nèi)的壓強(qiáng)和/或流振動(dòng)最 小化的尺寸。例如,孑L 108可以具有約2.4mm的直徑。
在所示實(shí)例中,控制閥104可以為七通三位引導(dǎo)換向比例控制 閥,其可操作以控制到致動(dòng)器102的加壓流體流。當(dāng)控制閥104內(nèi) 的閥芯的位置改變時(shí),流體可以被以不同的速率引導(dǎo)至致動(dòng)器102, 從而調(diào)節(jié)致動(dòng)器102??刂崎y104兩端的彈簧和電磁線圏可以將控制 閥104偏向至對應(yīng)于無流量位置的空檔。
12當(dāng)轉(zhuǎn)向源80引導(dǎo)加壓流體穿過通道96和通道98時(shí),其中一條 通道中的壓強(qiáng)可以累積到導(dǎo)致通道96和通道98之間的壓強(qiáng)差大于 需要的水平。這種不希望的壓強(qiáng)差可以導(dǎo)致不希望的流和/或?qū)υO(shè)備 的損壞。轉(zhuǎn)換減壓閥82和84可以通過允許液壓流體從回3各的一邊 流到(即轉(zhuǎn)換到)另一邊來保證通道96和98之間的壓強(qiáng)差保持在 需要的范圍內(nèi)。應(yīng)當(dāng)理解, 一些來自導(dǎo)向控制部分28的流體可以通 過通道UO被引導(dǎo)至轉(zhuǎn)換減壓閥82和84以幫助保持通道96和通道 98之間需要的壓強(qiáng)差。
超壓閥86可以幫助調(diào)節(jié)靜壓驅(qū)動(dòng)部分32的峰值壓強(qiáng)。特別地, 超壓閥86可以響應(yīng)于最大流體壓強(qiáng)來選4奪性地將靜壓驅(qū)動(dòng)部分32 中的加壓流體與箱26連通。在一個(gè)實(shí)例中,超壓閥86可以與換向 閥112連通。換向閥112可以將回路中處于最高壓強(qiáng)的流體引導(dǎo)至 超壓閥86。這樣,超壓閥86可以始終接收最高壓強(qiáng)的流體??梢韵?到,預(yù)定的壓強(qiáng)可以通過電子、手動(dòng)或任何其他適合的方式改變從 而產(chǎn)生可變的減壓i殳定。
液壓致動(dòng)器88可以是變量馬達(dá)或固定排量馬達(dá),并且可以接收 來自轉(zhuǎn)向源80的加壓流體流。經(jīng)過液壓致動(dòng)器88的加壓流體流可 以導(dǎo)致可連接到牽引裝置18的轉(zhuǎn)向裝置22旋轉(zhuǎn),從而使機(jī)械10推 進(jìn)和/或轉(zhuǎn)向。可以想到,液壓致動(dòng)器88可以替代地通過齒輪箱或任 何其他本領(lǐng)域已知方式間接地連接到牽引裝置18。還可以想到,液 壓致動(dòng)器88可以連接到機(jī)械IO上除牽引裝置18外的不同機(jī)構(gòu),例 如旋轉(zhuǎn)工作執(zhí)行器、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)或本領(lǐng)域已知的任何其他工作機(jī)械機(jī) 構(gòu)。
當(dāng)流體在轉(zhuǎn)向源80和液壓致動(dòng)器88之間流動(dòng)時(shí),流體的溫度 可以上升至能夠損壞靜壓驅(qū)動(dòng)部分32的部件的程度。沖泄閥卯、致 動(dòng)器箱排水器92、源箱排水器94以及孔114可以防止流過靜壓驅(qū)動(dòng) 部分32的流體過熱。通過將一些流體引導(dǎo)入致動(dòng)器箱排水器92,沖 泄閥90能夠降低靜壓驅(qū)動(dòng)部分32的整體壓強(qiáng)。降低的壓強(qiáng)可以允 許低溫度的流體流入靜壓驅(qū)動(dòng)部分32,從而降低流過靜壓驅(qū)動(dòng)部分32的流體的溫度。此外,被排出的流體流過致動(dòng)器箱排水器92能夠
吸收流進(jìn)和流出液壓致動(dòng)器88的流體的過多熱量。孔114能夠允許 過熱的流體流進(jìn)和流出轉(zhuǎn)向源80從而被沖進(jìn)源箱排水器94。同樣, 降低的壓強(qiáng)能夠允許低溫度的流體流入靜壓驅(qū)動(dòng)部分32,從而降低 流過"l爭壓驅(qū)動(dòng)部分32的流體的整體溫度。此外,^皮排出的流體流過 源箱排水器94能夠吸收流進(jìn)和流出轉(zhuǎn)向源80的流體的過多熱量。 可以想到,孑L 114的尺寸可以被調(diào)整以適應(yīng)于流體溫度的控制。例 如,孑L 114的尺寸可以被設(shè)置為允許5LPM的流體流入源箱排水器 94。
因?yàn)橐簤褐聞?dòng)器88可以受到比轉(zhuǎn)向源80更高的負(fù)載,流進(jìn)和 流出液壓致動(dòng)器88的流體可能比流進(jìn)和流出轉(zhuǎn)向源80的流體更熱。 因此,在致動(dòng)器箱排水器92中循環(huán)的流體可能比在源箱排水器94 中循環(huán)的流體更熱且降溫效率更低。沖泄管線116可以允許源箱排 水器94中的流體流入致動(dòng)器箱排水器92,從而降低致動(dòng)器箱排水器 92中的流體的溫度。此外,沖泄管線116可以與箱25流體連接且可 以允許在致動(dòng)器箱排水器92和源箱排水器94中循環(huán)的流體排入箱 25。
工業(yè)實(shí)用性
所公開的液壓系統(tǒng)通過使用可變排量供給泵來供給和保持系統(tǒng) 內(nèi)的壓強(qiáng)可以降低寄生損失。通過僅當(dāng)需要時(shí)給流體加壓以及將流 體提供給閉環(huán)液壓回路,而不是不斷地泵入流體,能夠節(jié)省發(fā)動(dòng)機(jī) 動(dòng)力。此外,因?yàn)榭梢允褂每勺兣帕勘霉┙o閉環(huán)液壓回路,可以獲 得任何的額外流來將導(dǎo)向流體供給其他系統(tǒng)。此外,可以通過使用 可變排量供給泵來降低與供給高于需要的壓強(qiáng)的導(dǎo)向流體相關(guān)聯(lián)的 寄生損失。下面解釋液壓系統(tǒng)20的操作。
如圖l至圖3,當(dāng)動(dòng)力源16被起動(dòng)時(shí),副軸40開始轉(zhuǎn)動(dòng)供給泵 36以將流體從箱25中抽出并將流體排入通道30中。被從箱25中抽 出并被從供給泵36中排出的流體的量可以響應(yīng)于指示液壓系統(tǒng)20的流體壓強(qiáng)的反饋來進(jìn)行調(diào)整。這種反饋可以從諸如位于靜壓驅(qū)動(dòng)
部分32中的壓強(qiáng)傳感器78接收。當(dāng)液壓系統(tǒng)20的壓強(qiáng)降到需要的 壓強(qiáng)以下時(shí)可以增加流體的流量。反過來,當(dāng)液壓系統(tǒng)20的壓強(qiáng)增 加至需要的壓強(qiáng)以上時(shí)可以減少流體的流量。
此外,需要的流體壓強(qiáng)水平可以響應(yīng)于指示鏟刀浮動(dòng)指令或者 作用于相關(guān)聯(lián)的工作執(zhí)行器系統(tǒng)上的其他最大負(fù)載的負(fù)栽感測信號 來進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)負(fù)載感測信號被發(fā)送至供給泵36時(shí),需要的壓強(qiáng)水 平可以被增加至最大負(fù)載設(shè)定。當(dāng)負(fù)載感測信號被終止或降低時(shí), 需要的壓強(qiáng)水平可以被降至備用設(shè)定值??梢韵氲?,如果需要,需 要的壓強(qiáng)水平可以被永久性地設(shè)置到最大負(fù)載設(shè)定值。在這種實(shí)施 方式中,液壓系統(tǒng)20的壓強(qiáng)可以如上文所/^開地通過響應(yīng)于壓強(qiáng)反 饋信號來改變流體流從而得到保持。
被從供給泵36排出之后,流體可以被引導(dǎo)至導(dǎo)向控制部分28。 流體可以流過過濾元件54以去除流體中的雜質(zhì)。如果過濾元件;故阻 塞,流體可以通過旁路66改道。此外,壓強(qiáng)開關(guān)56可以啟動(dòng)報(bào)警 信號或燈從而向操作者發(fā)出過濾元件54阻塞的報(bào)警。被過濾后,流 體可以被分配,使得一部分流體可以被引導(dǎo)至工作執(zhí)行器導(dǎo)向控制 系統(tǒng)23,而一部分流體可以被引導(dǎo)至制動(dòng)導(dǎo)向控制系統(tǒng)24和靜壓驅(qū) 動(dòng)部分32。
當(dāng)流體流過通道70時(shí),壓強(qiáng)可以根據(jù)工作執(zhí)行器導(dǎo)向控制系統(tǒng) 23的需要進(jìn)一步進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如,如果流體以高于需要的壓強(qiáng)流過 通道70,減壓閥62可以將部分流轉(zhuǎn)移至箱25,直至壓強(qiáng)下降到需 要的壓強(qiáng)。此外,流體可以流入儲(chǔ)壓器58直至儲(chǔ)壓器58的容積被 充滿和/或通道70中流體的壓強(qiáng)基本等于儲(chǔ)壓器58中的流體的壓強(qiáng)。 此外,在進(jìn)入工作執(zhí)行器導(dǎo)向控制系統(tǒng)23之前,流體可以通過開關(guān) 閥64。在開模式,開關(guān)閥64可以將流體引導(dǎo)至工作執(zhí)行器導(dǎo)向控制 系統(tǒng)23。在關(guān)模式,開關(guān)閥64可以將流體轉(zhuǎn)移至箱25。
當(dāng)流體流過通道34時(shí),流體流可以被引導(dǎo)至儲(chǔ)壓器60、通過通 道76至制動(dòng)導(dǎo)向控制系統(tǒng)24以及至靜壓驅(qū)動(dòng)部分32。在流體進(jìn)入制動(dòng)導(dǎo)向控制系統(tǒng)24以及靜壓驅(qū)動(dòng)部分32之前,儲(chǔ)壓器60可以以 與儲(chǔ)壓器58類似的方式被填充至充滿容積。此外,在流體進(jìn)入靜壓 驅(qū)動(dòng)部分32之前,壓強(qiáng)傳感器78能夠感測通道34中的流體壓強(qiáng)并 向供給泵36發(fā)出反饋信號。進(jìn)入靜壓驅(qū)動(dòng)部分32的流體可以被分為導(dǎo)向控制流體和補(bǔ)給流 體。導(dǎo)向控制流體可以被引導(dǎo)至控制閥104。當(dāng)導(dǎo)向控制流體被引導(dǎo) 至致動(dòng)器102時(shí),控制閥104能夠調(diào)節(jié)導(dǎo)向控制流體流。控制閥104 能夠響應(yīng)于接收到的來自靜液壓傳動(dòng)部分3 2的傳感器或操作者的輸 入信號來調(diào)節(jié)流。補(bǔ)給流體可以通過轉(zhuǎn)換減壓閥82和84被引導(dǎo)至 由通道96和98形成的回路。轉(zhuǎn)換減壓閥82和84能夠保持通道96 和98之間的壓差。當(dāng)通道96和98之間的壓差在需要的范圍之外時(shí), 轉(zhuǎn)換減壓閥82和84能夠允許流體從一條通道流向另一條通道。通 過轉(zhuǎn)換減壓閥96和98向回路引入補(bǔ)給流體能夠幫助保持需要的壓 差。使用可變排量泵來向閉環(huán)液壓系統(tǒng)供給補(bǔ)給流體可以提供能夠 基于需求調(diào)整流的供給系統(tǒng)。可基于需求地調(diào)整流能夠節(jié)省能量并 降低在低負(fù)載情況下的寄生損失。特別地,所公開的可變排量泵能 夠以更少的能量來產(chǎn)生減少的流量。因此,作用于發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載在 低需求工況下能夠得到減少,且發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力能夠得到更有效的利用。此外,通過在流體供給系統(tǒng)中使用可變排量泵能夠降低調(diào)節(jié)液 壓系統(tǒng)的壓強(qiáng)所必要的部件的數(shù)量。系統(tǒng)中部件的減少能夠降低系 統(tǒng)的復(fù)雜性并且能夠降低與部件相關(guān)聯(lián)的成本。此外,通過減少部 件的數(shù)量,由于部件故障引起系統(tǒng)失效的可能性也能夠得到降低。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到,對于所公開的系統(tǒng)可以進(jìn)行多種修 改和變形。在考慮了所公開的系統(tǒng)的說明和實(shí)踐的條件下,本領(lǐng)域 技術(shù)人員能夠想到其他的實(shí)施方式。說明書和實(shí)例僅意于作為示例 性的,后附的權(quán)利要求書及其等價(jià)物給出本發(fā)明的真正范圍。
權(quán)利要求
1.一種液壓系統(tǒng)(20),包括儲(chǔ)器(25),其能夠保持流體的供給;可變排量泵(36),其能夠向所述液壓系統(tǒng)提供供給流體以及導(dǎo)向控制流體;閉環(huán)部分(32),其能夠接收來自所述可變排量泵的所述供給流體并對機(jī)構(gòu)(22)進(jìn)行驅(qū)動(dòng);以及導(dǎo)向流體供給部分(28),其能夠?qū)⑺鰧?dǎo)向控制流體從所述可變排量泵引導(dǎo)至所述閉環(huán)部分。
2. 如權(quán)利要求1所述的液壓系統(tǒng),其中,所述導(dǎo)向流體供給部 分還能夠?qū)⑺鰧?dǎo)向控制流體從所述可變排量泵引導(dǎo)至液壓執(zhí)行器 系統(tǒng)(23, 24)。
3. 如權(quán)利要求2所述的液壓系統(tǒng),其中,所述可變排量泵能夠 響應(yīng)于多于一個(gè)的輸入信號來調(diào)整泵排量。
4. 如權(quán)利要求3所述的液壓系統(tǒng),其中,所述多于一個(gè)輸入信 號中的至少另 一個(gè)包括指示所述閉環(huán)部分的實(shí)際壓強(qiáng)的第 一信號。
5. 如權(quán)利要求4所述的液壓系統(tǒng),其中,所述多于一個(gè)輸入信 號中的至少 一個(gè)包括指示作用于所述液壓執(zhí)行器系統(tǒng)的負(fù)載的第二 信號。
6. 如權(quán)利要求1所述的液壓系統(tǒng),其中,所述可變排量泵能夠 在相當(dāng)于所述液壓執(zhí)行器系統(tǒng)的導(dǎo)向控制系統(tǒng)所需要的最大負(fù)載的 壓強(qiáng)下以及在較低的備用壓強(qiáng)下操作。
7. 如權(quán)利要求6所述的液壓系統(tǒng),其中,所述可變排量泵能夠 響應(yīng)于與工作執(zhí)行器的致動(dòng)相關(guān)聯(lián)的信號來在最大壓強(qiáng)和較低備用 壓強(qiáng)之間切換。
8. —種用于向液壓系統(tǒng)(20)供給流體的方法,包括 將流體加壓至第 一 壓強(qiáng)設(shè)定值和第二壓強(qiáng)設(shè)定值;響應(yīng)于負(fù)載信號來選擇所述第一壓強(qiáng)設(shè)定值和第二壓強(qiáng)設(shè)定值中的一個(gè);響應(yīng)于壓強(qiáng)反饋信號來調(diào)整流體流以保持需要的操作壓強(qiáng); 將流體引導(dǎo)至液壓執(zhí)行器系統(tǒng)(23, 24)以及閉環(huán)回路(32)。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法,其中,將流體引導(dǎo)至閉環(huán)回路還 包括供給供給流體和導(dǎo)向控制流體。
10. 如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的液壓系統(tǒng)(20),其中, 所述閉環(huán)部分能夠驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)牽引裝置(18),且導(dǎo)向流體供給 部分能夠向制動(dòng)導(dǎo)向控制系統(tǒng)和工作執(zhí)行器導(dǎo)向控制系統(tǒng)中的至少 一個(gè)供給流體。
全文摘要
提供了一種具有能夠保持流體供給的儲(chǔ)器(25)的液壓系統(tǒng)(20)。該液壓系統(tǒng)還具有能夠向液壓系統(tǒng)提供供給流體和導(dǎo)向控制流體的可變排量泵(36)。此外,該液壓系統(tǒng)具有能夠從可變排量泵接收供給流體并且對機(jī)構(gòu)(22)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的閉環(huán)部分(32)。該液壓系統(tǒng)還具有能夠?qū)?dǎo)向控制流體從可變排量泵引導(dǎo)至閉環(huán)部分的導(dǎo)向流體供給部分(28)。
文檔編號F15B21/04GK101675277SQ200880014702
公開日2010年3月17日 申請日期2008年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月30日
發(fā)明者A·亨德澤爾, D·J·麥金太爾, E·D·斯坦姆勒, M·J·格里克尼克, N·G·麥克羅斯蒂, R·A·哈勞, R·R·哈肯, S·C·加尼特, T·L·漢德 申請人:卡特彼勒公司
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