CN100445574C - 用于工作机械的液压系统 - Google Patents

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Abstract

揭示了一种用于一工作机械的液压系统。液压系统(100)包括适用于储存一流体供应源的一流体储箱(114)和与流体储箱(114)流体连通的一加压流体源(112)。一第一液压致动器(128)和一第二液压致动器(160)与加压流体源(112)流体连通。一第一流体回流管(158)适用于将来自第一液压致动器(128)的流体回流引导至流体储箱(114)，而一第二流体回流管(130)适用于将来自第二液压致动器(160)的流体回流引导至流体储箱(114)。在第二流体回流管(130)中设置有一压力控制装置(170)，且可操纵该装置以选择性地调节第二流体回流管(130)中流体压力的大小。

Description

用于工作机械的液压系统
技术领域
本发明涉及一种液压系统，尤其涉及一种用于工作机械的液压系统。
背景技术
工作机械通常用于搬运较重的负载，比如土、建筑材料和/或碎片。这些可为例如轮式装载机、挖掘机、正铲挖掘机、自行式平地机、推土机、反铲挖掘机和履带式装载机的工作机械通常包括至少两种类型的动力系统：一推进系统和一工作执行系统。推进系统可用于例如在工作地点周围或之间移动工作机械，工作执行系统可用于例如在工作现场移动一工作执行部件通过一个工作周期。
这些工作机械通常包括向推进系统和工作执行系统提供动力的一液压系统。这些类型的液压系统通常包括操纵推进系统和工作执行系统的一系列液压致动器。例如，一个或多个液压缸和/或液压马达可用于操纵工作执行系统，一个或多个液压马达可用于操纵推进系统。
如果液压致动器经历气穴现象，那么液压系统中的液压致动器会受损。举例来说，当流向液压马达的供应流体少于来自液压马达的回流流体，一液压马达就会经历气穴现象。当流向液压马达的供应流体流停止、由此停止液压马达的运动时就会发生这一现象。液压马达中的惯性会使液压马达继续旋转。在进入液压马达进口侧的补充流体流空缺的情况下，液压马达会经历气穴现象。任何这样的气穴现象会导致液压系统的损坏，尤其会导致经历气穴现象的液压致动器的损坏。此外，气穴现象的发生还会导致产生难听的噪声。
如美国专利5673605中所示出的，在一液压系统中减少气穴现象的一个方法包括在来自液压马达的流体回流管中放置一背压阀。该背压阀在回流管中背压阀和液压马达之间保持一定量的流体压力。这一流体压力用来与液压马达的运动相抗。这样，当对马达的流体停止供应时，回流管中的流体压力可作用用来阻止马达继续运动，从而防止在液压马达的供应侧发生气穴现象。
然而，在回流管中保持背压会降低液压马达的效率。由液压马达所产生的动力是液压马达两端的压差的函数。增加对液压马达的背压将减少液压马达所产生的动力。在液压马达工作较长时间的情况下动力的减少尤其明显，例如当工作机械要走过相当长的距离的时候。
本发明的液压系统可解决以上的一个或多个问题。
发明内容
本发明的一个方面涉及一种液压系统，它包括一流体储箱，该流体储箱适用于储存一流体供应源；以及一加压流体源，该加压流体源与流体储箱流体连通。一第一液压致动器和一第二液压致动器与加压流体源流体连通。一第一流体回流管适用于将来自第一液压致动器的流体回流引导至流体储箱，一第二流体回流管适用于将来自第二液压致动器的流体回流引导至流体储箱。在第二流体回流管中放置有一压力控制装置，且可操纵该装置以选择性地调节第二流体回流管中流体压力的大小。
在另一方面，本发明涉及一种控制一工作机械上的一液压系统的方法。向一第一液压致动器和一第二液压致动器供应加压流体。将来自第一液压致动器的一流体回流通过一第一回流管引导至一流体储箱。将来自第二液压致动器的一流体回流通过一第二回流管引导至流体储箱。调节放置在第二回流管中的一压力控制装置以选择性地调节第二回流管中的压力。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的液压回路的示意图；以及
图2是表示一工作机械的示例性实施例的示意图。
具体实施方式
用于一工作机械的液压系统100的示意性实施例在图1中示出。液压系统100可包括流体储箱114。流体储箱114构造成容纳一工作流体源。工作流体可为通常用于一液压系统中的任意类型的流体。
液压系统100还可包括多个液压致动器。这些液压致动器可为例如一系列液压缸、一系列液压马达、或者液压缸和液压马达的结合。在图1中的实施例中，液压系统100包括一系列液压缸128、138、150和一系列液压马达160、162和164。可以构想，液压系统100可包括液压致动器的各种其它组合，如在本领域中所知的。
液压缸128、138和150每个各自包括一外壳131、139和152，这些外壳各自安装有一活塞杆133、141和154。活塞杆组件和液压缸128的外壳限定出缸盖端腔127和活塞杆端腔129。类似地，液压缸138和150也包括缸盖端腔和活塞杆端腔。
可将一股加压流体引导至每个液压缸128、138和150，以使各个活塞组件在各个外壳中运动。例如，可以将一股加压流体导入液压缸128的缸盖端127，使活塞杆组件133向活塞杆端腔129运动。留在活塞杆端腔129中的流体随着活塞133的运动使活塞杆端腔129的容积减小而从活塞杆端腔129流出。可将从具体的液压缸中放出的流体导入通向流体储箱114的流体回流管158。
液压系统100可包括多个流量控制阀装置，以控制流向和流出各个液压缸128、138和150的流体流量。例如，液压系统100可包括一系列独立的计量阀装置102、104和106。计量阀装置102可适用于控制流向和流出液压缸128的流体流量。计量阀装置104可适用于控制流向和流出液压缸138的流体流量。计量阀装置106可适用于控制流向和流出液压缸150的流体流量。
每个独立的计量阀装置102、104和106可包括多个独立工作、电子控制的计量阀。例如每个独立的计量阀装置102、104和106可包括多个计量阀120、122、124、126。计量阀120控制从缸盖端腔127流向流体回流管158的流体流量。计量阀122控制从流体管155流向缸盖端腔127的加压流体流量。计量阀124控制从流体管155流向活塞杆端腔129的加压流体流量。计量阀126控制从活塞杆端腔129流向流体储箱114的流体流量。诸计量阀可为滑阀、提升阀或任何其它传统类型的可用于控制流过流体管的流体流量的计量阀。
每个液压马达160、162和164可为可逆转的流体驱动马达。可将加压流体引入各个液压马达160、162和164的一侧，以使各个液压马达沿第一方向旋转。可将加压液体引入液压马达160、162和164的第二侧，以使各个液压马达沿相反的方向旋转。各个液压马达160、162和164可选择性地将流体释放到流体回流管130。
液压系统100还可包括多个流量控制阀装置以控制流向和流出各个液压马达160、162和164的流体流量。例如，液压系统100可包括一系列独立的计量阀装置108、110和111。计量阀装置108可适用于控制流向和流出液压马达160的流体流量。计量阀装置110可适用于控制流向和流出液压马达162的流体流量。计量阀装置111可适用于控制流向和流出液压马达164的流体流量。
每个独立的计量阀装置108、110和111可包括多个独立工作、电子控制的计量阀。例如每个独立的计量阀装置108、110和111可包括多个计量阀140、142、144和146。计量阀140控制流向各个液压马达的第一侧的液压流体流量，而计量阀142控制流向各个液压马达的第二侧的液压流体流量。因此可将计量阀140和142称为“计入”阀。计量阀144控制从各个液压马达的第二侧流向流体回流管130的流体流量，而计量阀146控制从各个液压马达的第一侧流向流体回流管130的流体流量。因此可将计量阀144和146称为“计出”阀。诸计量阀可为滑阀、提升阀或任何其它传统类型的可用于控制流过流体管的流体流量的计量阀。
液压系统100还可包括向各个液压致动器提供加压流体的加压流体源112。加压流体源112可包括第一泵116和第二泵118。第一和第二泵116和118每个都可为例如一变排量高压泵或一定排量高压泵。可以设置一发动机(未示出)或其它原动力，从而提供驱动力以向第一和第二泵116和118提供动力。第一和第二泵116和118每个都可独立工作，以将流体从流体储箱114中抽出并增加流体的压力。
第一和第二泵116和118可以许多不同的方式连接于一系列液压致动器中。如以下更详细地描述的，液压系统100可与一工作机械(图2示出了其一个示例性的实施例)一起使用。在图1所示的液压系统100的实施例中，第一和第二泵116和118与一系列的液压致动器相连接，以保证可根据液压系统100的工作情况向各个液压致动器提供加压流体。可以构想，对加压流体源112和液压致动器之间的流体连接可进行各种修改，以使液压系统100可适用于不同的应用场合，比如另一种类型的工作机械。
第一泵116可通过流体管155与液压缸128和138连接。可操作计量阀装置102来控制从流体管155流到液压缸128的加压流体。可操作计量阀装置104来控制从流体管155流到液压缸138的加压流体。可将从液压缸128和138的每一个流出的回流通过流体回流管158导入流体储箱114中。
第二泵118可通过流体管156与液压缸150连接。可操作计量阀装置106来控制从流体管156流到液压缸150的加压流体。可将从液压缸150流出的回流引导至流体回流管158以与来自液压缸128和138的回流汇合，并回到流体储箱114中。
液压系统100还可包括一对安全和旁路组合阀190。可操作组合阀190将来自流体管155和156的压力释放到流体管192。此外，可操作组合阀190将来自第一和第二泵116和118的流体旁路到流体管192。流体管192可与流体回流管130连接，从而使减压和旁路流与来自液压马达160、162和164的回流汇合。
第一和第二泵116和118的每一个还可向液压马达160、162和164提供加压流体。流体管155中来自第一泵116的加压流体流可与从第二泵118流入流体管159的加压流体流汇合。在流体管155和156以及流体管159之间可放置一对汇流器(flow combiner)148。可操作汇流器148来控制从各个流体管155和156流到流体管159的加压流体流量。
流体管159通过阀门装置108、110和111将加压流体流引导到液压马达160、162和164。可操作阀门装置108来控制流向液压马达160的加压流体流量。可操作阀门装置110来控制流向液压马达162的加压流体流量。可操作阀门装置111来控制流向液压马达164的加压流体流量。可将来自各个液压马达160、162和164的回流引导到通向流体储箱114的流体回流管130。
在流体回流管130中可放置压力控制装置170。压力控制装置170适用于在流体回流管130中保持一定大小的压力。压力控制装置170可为任何类型的适用于根据液压系统100的工作情况改变流体回流管130中的压力大小的装置。
例如，压力控制装置170可包括流体偏置止回阀172。止回阀172可暴露于来自加压流体源176经过流体管178的加压流体中。流体管178中的压力大小将决定止回阀172打开以使流体经流体回流管130流入流体储箱114的压力。这样，增加流体管178中的液压大小将增加流体回流管130中的液压大小。相反，减小流体管178中的液压大小将减小流体回流管130中的液压大小。
压力控制装置170可包括比例减压阀174，以控制流体管178中的压力大小，从而控制流体回流管130中的压力大小。比例减压阀174可包括阀件179。可调整阀件179的位置以控制比例减压阀174中的开口尺寸，从而控制流体管178中的压力大小。在加压流体源和流体管178之间的比例减压阀174中较大的开口可使流体管178中的流体压力较高。在加压流体源和流体管178之间的比例减压阀174中较小的开口可使流体管178中的流体压力较低。
比例减压阀174还可包括适用于作用在阀件179上并控制比例减压阀174中的开口尺寸的螺线管175和弹簧177。弹簧177可以动作以将阀件179移动到一位置处，从而使流体管178向流体储箱114完全打开。可以向螺线管175施加电流，从而在阀件179上施加力，将阀件179向一位置移动，在该位置处流体储箱的开口关闭，加压流体源和流体管178之间的连接逐渐打开。施加于螺线管175上电流的增加使作用在阀件179上的力增加，并使阀件179运动，该运动使流体管178中的压力与所施加的电流的增加成正比地增加。当施加于螺线管175的电流降低时，比例减压阀174中开口尺寸使流体管178中的压力与所施加的电流的减小成正比地减小。这样，通过调节施加在螺线管175上的电流，可调节比例减压阀174，从而控制流体管178和回流管130中压力的大小。
应该注意到的是，压力控制装置170可包括适用于控制流体管178中流体压力大小的任意类型的阀门或其它机构。例如，压力控制装置170可包括用来偏置止回阀172的可变弹力弹簧或另一类型的机构。
可设置控制器180以控制压力控制装置170。控制器180可包括一计算机，该计算机包括运行应用程序所需的所有元件，比如存储器、二级存储装置和诸如中央处理单元之类的处理器。熟悉本领域技术的人员会知道这一计算机可包括附加的或不同的元件。另外，虽然将本发明的各个方面描述为存储在存储器中，熟悉本领域技术的人员会知道这些方面也可存储在其它类型的计算机程序产品或计算机可读介质上或从其上读取，比如计算机芯片和二级存储装置，包括硬盘、软盘、CD-ROM或其它类型的RAM或ROM。控制器180还可包括各种其它已知的电路，例如特别是电源电路、信号检验电路和螺线管驱动电路。
控制器180可适用于根据液压马达160、162和164的工作来控制施加在比例减压阀174的螺线管175上的电流。在一定的工作状态下，比如在马达气穴现象的可能性相对较低时，控制器180可降低施加于螺线管175的电流，从而减低流体回流管130中的压力大小。在其它工作状态下，比如在马达气穴现象的可能性相对较高时，控制器180可增加施加于螺线管175的电流，从而增加流体回流管130中的压力大小。
如前所述，所述的液压系统100可结合在一工作机械中。工作机械200的一个示例性实施例在图2中示出。工作机械200包括可包括一操作人员就坐区域的外壳202。
外壳202可安装在被构造成可绕垂直轴线206使外壳202旋转或枢转的回转组件204上。回转组件204可由诸如液压马达164(参见图1)的液压致动器提供动力。阀门装置111可控制流向液压马达164的加压流体，从而控制回转组件204的运动方向和速度。
外壳202和回转组件204可由一牵引装置208支承。牵引装置208可为任意类型的适于提供工作机械200在一工作地点周围和/或诸工作地点之间运动的装置。例如，牵引装置208可包括一对履带210(在图2中只示出了一根)。每根履带210可由诸如液压马达160和162(参见图1)中的一个的液压致动器提供动力。阀门装置108可控制流向液压马达160的加压流体流，从而控制一根履带的运动方向和速度。阀门装置110可控制流向液压马达162的加压流体流，从而控制第二根履带的运动方向和速度。
工作机械200还可包括工作执行联动装置212，它工作连接有与地面接合的工具224。工作执行联动装置212可包括悬臂220。悬臂220可枢转地安装在外壳202上，以沿箭头221所指的方向运动。在另一个示例性实施例中，悬臂220可直接安装在回转组件204上，而外壳202可相对于牵引装置208固定。在这个替代实施例中，回转组件204将使悬臂相对于外壳202绕一垂直轴线枢转。
可在悬臂220上可枢转地安装杆子222，用于沿箭头223所指的方向运动。可在杆子222上可枢转地安装与地面接合的工具224，以用于沿箭头225所指的方向运动。与地面接合的工具224可为通常用于工作机械上以运送土、碎片或其它材料的负载226的任意类型的机构。例如，与地面接合的工具224可为铲子、铲斗、铲刀或蚌式挖斗。
工作执行联动装置212可由一系列液压致动器提供动力，比如液压系统100的液压缸128、138和150(参见图1)。液压缸150的外壳152可与外壳202连接，液压缸150的活塞杆组件154可连接于悬臂220。阀门装置106可控制流入和流出液压缸150的流体流，从而控制悬臂220的运动。
液压缸128和138可分别为杆子222和与地面接合的工具224的运动提供动力。液压缸138的外壳139可与悬臂220连接，液压缸138的活塞杆组件141可连接于杆子222。阀门装置104可控制流入和流出液压缸138的流体流，从而控制杆子222相对于悬臂220的运动。类似地，液压缸128的外壳131可与杆子222连接，液压缸128的活塞杆组件133可连接于与地面接合的工具224。阀门装置102可控制流入和流出液压缸128的流体流，从而控制与地面接合的工具224相对于杆子222的运动。
控制器180(参见图1)可适用于根据接收自操作人员的输入量而向各个阀门装置102、104、106、108、110和111提供控制信号。控制信号可适用于使各个阀门装置中的计量阀作动，以控制流入和流出各个液压致动器的流体流。这样，控制器180可产生操作人员所需的具体运动或动作。
控制器可监视液压系统100中液压致动器的工作，以识别液压致动器之一会经历气穴现象的情况。例如，控制器180可接收一系列信号S1、S2和S3，这些信号提供对液压马达160、162和164的电流工作特性的指示。信号S1、S2和S3可代表例如流出各个液压马达的流体流量、各个液压马达的旋转速度、各个液压马达的功率输出或任何其它的相关工作特性。
控制器180可处理信号S1、S2和S3以识别出液压系统100中发生气穴现象的可能。作为对气穴现象危险性上升的响应，控制器180可调节压力控制装置170以增加流体回流管130中流体压力大小。作为对气穴现象危险性下降的响应，控制器180可调节压力控制装置170以降低流体回流管130中流体压力大小。
在图1的实施例中，压力控制装置170适用于降低液压马达160、162和164中发生气穴现象的可能性。然而，可以设想，压力控制装置170可进一步适用于避免液压致动器128、130和150中发生气穴现象。这可通过例如在流体回流管158和流体回流管130之间设置流体连接管来达到。在这个流体连接管中可放置一控制阀(未示出)，以将来自液压致动器128、138和150的所有或部分回流引导至流体回流管130。这样，可使用压力控制装置170来控制液压致动器128、138和150中的一个或多个的背压大小。
当流经流体回流管130的流体流量相对较低时，液压马达160、162和164产生气穴现象的危险性会较高。这在例如只有液压马达160、162和164中的一个动作并停止旋转的情况下会发生。由于泄漏量较大，则无法获得充足的补充流体。在这个情况下，控制器180可操纵压力控制装置170以增加流体回流管130中流体压力的大小。当流向工作中的液压马达160、162和164的流体流停止时，流体回流管130中较高的背压会通过计出阀起作用以提供所需的补充流体。
当流经流体回流管130的流体流量相对较高时，液压马达160、162和164产生气穴现象的危险性会较低。这在例如液压马达160、162和164中的一个以上动作时会发生，比如当工作机械200行进一段距离时。此外，当加压流体源112通过流体管192向流体回流管130提供旁路或减压流体流时，流经流体回流管130的流体流量会相对较高。在此情况下，控制器180可操纵压力控制装置170以降低流体回流管130中流体压力的大小。流体回流管130中的流体压力减小量可使工作中的液压马达的效率提高。
工业可用性
上述液压系统可用于降低产生与液压系统100中的一个或多个液压致动器相关的气穴现象产生的可能性。可将来自诸如液压马达160、162和164的液压致动器中的一些流体回流引导通过压力控制装置170。可将来自诸如液压缸128、138和150的另一些液压致动器的流体回流直接导入流体储箱114。当发生气穴现象的可能性增加时，可调节压力控制装置170以增加流体回流管130中流体压力的大小，从而增加施加在液压马达160、162和164上的背压。当发生气穴现象的可能性减小时，减小流体回流管130中压力的大小，从而减小背压大小。
压力控制装置170的可变性可提高液压系统100中液压致动器的效率。流体回流管130中的压力在某些情况下的减小可提高液压系统100的效率。此外，将来自液压致动器128、138和150的回流直接引导至流体储箱也可提高液压系统100的效率。
所述液压系统100的压力控制装置170还可用于改进对液压系统100的其它方面的控制。例如，随着将来自加压流体源112的卸载流引导通过压力控制装置170，可操纵该压力控制装置来调节加压流体源112的卸载压力。其它的此类控制方面对熟悉本领域技术的人员来说是显而易见的。
此处所描述的液压系统100可与工作机械200联系在一起使用。虽然已经结合一挖掘机对液压系统100(见图2)进行了描述，但可以设想该液压系统可用于任何类型的工作机械。例如，工作机械200可为轮式装载机、正铲挖掘机、自行式平地机、推土机、反铲挖掘机或履带式装载机。
对于熟悉本领域技术的人员来说，显而易见，可以对本发明的液压系统进行各种修改和变型而不会背离本发明的范围。在阅读了本说明书和此处所揭示的系统的实施后，对于熟悉本领域技术的人员来说，其它的实施方式是显而易见的。应该认为本说明书和诸例子只是示例性的，本发明的实际范围应由所附权利要求及其等效内容来限定。

Claims (10)

1.一种液压系统，它包括：
一流体储箱(114)，该流体储箱适用于储存一供应流体；
一加压流体源(112)，该加压流体源与流体储箱(114)流体连通；
一第一液压致动器(128)，该第一液压致动器与加压流体源(112)流体连通；
一阀装置(102)，该阀装置相对于所述加压流体源(112)和流体储箱(114)设置在液压系统中，以控制流向和流出第一液压致动器(128)的流体流；
一第二液压致动器(160)，该第二液压致动器与加压流体源(112)流体连通；
一独立的计量阀装置(108)，该独立的计量阀装置相对于加压流体源(112)设置在液压系统中，以控制流向和流出第二液压致动器(160)的流体流，该独立的计量阀装置(108)具有两个计入阀(140、142)以控制从加压流体源(112)流向第二液压致动器(160)的流体流，还具有两个计出阀(144、146)以控制从第二液压致动器(160)流向流体储箱(114)的流体流；
一第一流体回流管(158)，该第一流体回流管适用于将来自第一液压致动器(128)的流体回流引导至流体储箱(114)；
一第二流体回流管(130)，该第二流体回流管适用于将来自两个计出阀(122、124)的流体回流引导至流体储箱(114)；
一传感器装置(S1、S2、S3)，该传感器装置可操作而检测发生气穴现象的可能性并产生一信号；以及
一压力控制装置(170)，该压力控制装置响应接收到的表示第二液压致动器(160)中发生气穴现象的可能性的信号而选择性地调节第二流体回流管(130)中流体压力的大小。
2.如权利要求1所述的液压系统，其特征在于，第一液压致动器(128)为一液压缸，第二液压致动器(160)为一液压马达，且加压流体源(112)包括一第一泵(116)和一第二泵(118)。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，
所述阀装置(102)包括一组独立的计量阀，该组计量阀适于控制加压流体源(112)和液压缸(128)之间的流体流，并控制从液压缸(128)流向第一流体回流管(158)的流体流。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括一控制器(180)，该控制器适用于响应接收自传感器装置(S1、S2、S3)的表示发生气穴现象的可能性的信号而调节压力控制装置(170)，从而调节第二流体回流管(130)中的流体压力大小。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，压力控制装置(170)包括置于第二流体回流管(130)中的一止回阀(172)和适于控制第二流体回流管(130)中的流体压力大小的一比例减压阀(174)。
6.一种包括如权利要求1到5中任意一项所述的液压系统(100)的工作机械(200)。
7.一种控制一工作机械上的一液压系统的方法：
向一第一液压致动器(128)和一第二液压致动器(160)供应加压流体；
将来自第一液压致动器(128)的一流体回流通过一第一回流管引导至一流体储箱(114)；
将来自第二液压致动器(160)的一流体回流通过一第二回流管(130)引导至流体储箱(114)；
检测第二液压致动器中发生气穴现象的可能性，并传输一个表示发生气穴现象的可能性的信号；以及
响应检测到的表示发生气穴现象的可能性的信号，调节放置在第二回流管(130)中的一压力控制装置(170)以选择性地调节第二回流管(130)中的流体压力大小。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，第二液压致动器(160)为一液压马达，以及，还包括：
控制流向液压马达(160)的流体流，从而控制回转组件(204)的运动；以及
响应回转组件(204)工作中的变化而调节压力控制装置(170)。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：响应与一第一牵引装置(208)相关的一第二液压马达(162)在工作中的变化以及与一第二牵引装置(208)相关的一第三液压马达(164)在工作中的变化而调节压力控制装置(170)。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：
响应经过第二流体回流管(130)的流体流量的减少而增加第二流体回流管(130)中的流体压力的大小；以及
响应经过第二流体回流管(130)的流体流量的增加而减小第二流体回流管(130)中的流体压力的大小。
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