CN101641483B - 液压动力管理系统 - Google Patents

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Abstract

一种具有液压动力管理系统(105)的机器(10)。该机器包括驱动第一固定排量泵和第二固定排量泵(95，100)以产生加压流体的合并流的内燃机(30)。主工具(50，55，45)和辅助工具(57)可响应于加压流体的流动而操作，并且控制阀(90)选择性地将合并流导向主工具和辅助工具。动力管理系统(105)可操作为在合并流的压力超过表示接近内燃机停转的压力时防止加压流体从第二泵(100)流向主工具(50，55，45)。还提供了用于将合并流供给至辅助工具而不考虑合并流的压力的装置，并且该装置可以采取动力管理超驰机构(150)或旁路机构(110)的形式。

Description

液压动力管理系统
技术领域
本发明涉及一种液压动力管理系统，该液压动力管理系统例如可以用在紧凑结构的车辆，如滑移装载机(skid steer loader)中。
背景技术
滑移装载机通常安装有驱动和转向系统(steering system)以及主器械，如具有铲斗附件的提升臂。通过在内燃机的作用下被驱动的液压泵，液压机液体在压力下被供给至驱动系统，并被供给至主器械。
在许多滑移装载机中，提升臂在起重油缸的作用下上升和下落，并且铲斗在摆缸的作用下卷起和倾倒。铲斗可以被更换，或者采用各种辅助工具，如为滑移装载机提供附加功能的螺丝钻或凿岩锤来增强性能。主阀通常响应于操纵杆或其它控制装置来控制液压机液体向起重油缸、摆缸和辅助工具的供给。在一些滑移装载机中，来自第一液压泵的液压机液体被供给至上升臂和摆缸，同时由除第一液压泵之外的第二液压泵供给的液压机液体被供给至辅助装置。在这样的系统中，供给至上升臂和摆缸的液压机液体的压力和流量通常被限制，以避免使内燃机停转。例如，通过采用可变容积泵、变速驱动机构、可变压安全阀或这类装置的组合，可以实现这样的压力和/或流量限制。然而，这样的系统还可能允许供给至辅助装置的液体的压力达到会使内燃机停转的水平，例如，当操作人员需要辅助工具最大限度工作时。
发明内容
本发明提供了一种包括内燃机的机器，该内燃机具有输出阈值，在该输出阈值之下内燃机运转，在该输出阈值内燃机停转。第一固定排量泵和第二固定排量泵通过内燃机的运转而被驱动，以产生加压流体的合并流。主工具和辅助工具可响应于加压流体的流动而操作。控制阀选择性将合并流导向主工具和辅助工具。动力管理系统，可操作为在合并流的压力超过表示内燃机达到输出阈值的压力时防止加压流体从第二泵流向主工具。本发明还提供了用于将合并流供给至辅助工具而不考虑合并流的压力的装置。
在一些实施例中，提供合并流的装置可以包括超驰机构，该超驰机构响应于控制阀将合并流导向辅助工具而使动力管理系统的操作无效。在其它实施例中，提供合并流的装置可以包括用于将加压流体流从第二泵供给辅助工具而不流过控制阀的旁通阀。本发明可以在紧凑结构的车辆，如滑移装载机中实现。在这样的实施例中，主工具例如可以包括提升臂和铲斗。
本发明还提供了操作包括内燃机、第一固定排量泵和第二固定排量泵、主工具以及辅助工具的机器的方法，该方法包括：(a)由内燃机驱动第一固定排量泵和第二固定排量泵的运转；(b)由第一固定排量泵和第二固定排量泵产生加压流体的合并流；(c)由加压流体的合并流选择性地操作主工具和辅助工具；(d)检测合并流的压力；(e)当合并流的压力超过表示潜在的内燃机停转的压力时，防止加压流体从第二泵流向主工具；以及(f)允许加压流体的合并流流向辅助工具，而不考虑合并流的压力。
因此，除辅助工具外，本发明还允许主工具(如，滑移装载机的上升和倾倒功能)利用来自两个固定排量泵的合并流。
参考详细的描述和附图，本发明的其它方面将变得明显。
附图说明
图1为实现本发明的包括液压操作电路的车辆的侧视图。
图2为该车辆的透视图。
图3为该车辆的整体液压回路图。
图4为该整体液压回路图的执行部分的放大详细图。
具体实施方式
在详细说明本发明的任何实施例之前，需要理解的是，本发明不限于在下文提出的或在附图中展示的详细结构和组件配置的应用。本发明可以为其他实施例，并可以以各种方式来实施或实行。而且，应当理解，在此采用的措词和术语是为了进行描述，而不应当被认为是限制。在此，“包括”、“包含”或“具有”以及其变形意思是包括随后列出的物件和其等同物及附加物件。除非存在相反的说明或限定，术语“安装”、“连接”、“支撑”和“联结”及其变形被广泛采用，并且包括直接或间接地安装、连接、支撑和联结。而且，“连接的”和“联结的”不限于物理或机械连接或联结。
图1和2示出滑移装载机10，其具有由两个右侧车轮20和两个左侧车轮25支撑的框架15、内燃机30、包括操作人员控制装置37的操作室35、左右提升臂40和安装在提升臂40的远端之间倾斜的铲斗45。虽然本发明被示为由滑移装载机10实现，但本发明可以在其他车辆和机器中实现。虽然所示的操作人员控制装置37采取操作杆的形式，但在其他实施例中，该控制装置可以包括复杂的操作杆和/或脚踏开关。
右侧车轮20被独立于左侧车轮25驱动。当所有的四个车轮20、25以相同的速度转动时，取决于车轮20、25的旋转方向，装载机10前后运动。通过沿相同的方向但以不同的速率旋转左右车轮20、25，装载机10转向，并通过沿相反的方向旋转左右车轮20、25，装载机10基本上围绕零转弯半径旋转。
在安装在框架15和提升臂40之间的起重油缸50的作用下，提升臂40相对于框架15上升(即，图1中的逆时针旋转)和下降(即、图1中的顺时针旋转)。铲斗45相对于臂40倾斜，以在安装在提升臂40和铲斗45的摆缸55的作用下卷起(即，图1中的逆时针旋转)和倾倒(即、图1中的顺时针旋转)。可以为铲斗45更换各种辅助工具或装置，或者将各种辅助工具或装置与铲斗45一起使用。辅助工具的示例性的而不是穷举的列表包括螺丝钻、凿岩锤、挖沟机、抓具、旋转扫路机、残桩研磨机、锯、混凝土搅拌机、泵、切削工具、扫雪机、转刀和反铲挖土机。
参见图3，滑移装载机10的整体液压回路包括驱动部分60和执行部分65，二者均与油罐70连通，并且二者都由操作人员控制装置37控制。该回路的驱动部分60控制车辆20、25的旋转速率和方向，以控制滑移装载机10的正反运动、操纵和旋转。驱动部分60包括双向可变容积液压泵80和左右侧驱动马达85，以控制车轮20、25。驱动部分60还包括一起工作以操作该回路的驱动部分60的安全阀86、固定排量进料泵88和液压进料过滤器(hydraulic charge filter)89。
参见图4，该回路的执行部分65包括主控制阀(“MCV”)90、第一泵95、第二泵100、动力管理系统105、和可选的旁通阀110。MCV 90包括上升阀芯115、倾斜阀芯120和辅助阀芯125，它们都在没有液压机液体流经阀芯115、120、125的中心或中间位置中被示出。上升阀芯115、倾斜阀芯120和辅助阀芯125可以与控制装置37一起从它们的中心位置移位，以允许液压机液体分别流向起重油缸50、摆缸55和辅助装置或工具57。辅助工具57在联结装置126处插入液压回路的执行部分65中，该联结装置126基本可以为任何类型，且可以为凸的或凹的。液压回路的执行部分65向主工具(如，用于提升臂40和铲斗45的起重油缸50、摆缸55)和辅助工具(如，无论哪一种情况，辅助工具都在联结装置126处被连接)供给液压机液体。
在所示的实施例中，第一和第二泵95、100为固定排量泵，并在内燃机30的作用下被恒速驱动。在所示的实施例中，第一和第二泵95、100分别以16加仑每分钟和10加仑每分钟的速率供给液压机液体。在其它实施例中，第一和第二泵95、100可以以最适合它们所结合的车辆或机器的其它速率供给液压机液体。第一和第二泵95、100都与MCV 90液体连通，且因此都向上升阀芯115、倾斜阀芯120和辅助阀芯125供给加压液压机液体。回流管127在液压机液体通过MCV90之后将其回流至储液器70。
操作人员希望的是使第二泵100不能运转(即，不从第二泵100向MCV90供给液压机液体)，打开/关闭阀128可以被移入所示的敞开位置，以放置与储液器70连通的第二泵100。另一方面，当操作人员希望使用来自泵95、100的加压液压机液体时，打开/关闭阀128被移位成关闭情况。
第一泵95与MCV 90直接连通，而第二泵100通过动力管理系统105与MCV 90连通。所示的动力管理系统105包括由阀弹簧135偏压入所示的关闭位置的动力管理回路阀130。动力管理系统105还包括止回阀140，该止回阀140允许液压机液体单向流出动力管理系统105，并流入MCV90。
动力管理系统105还包括作用在阀130的相对端上(即，向阀130的相对端提供先导或参考信号)的第一和第二先导或参考信号线145、150。第一先导信号线145在止回阀140的MCV侧接进液压回路，以与供给至MCV90的液压(即，来自第一和第二泵95、100的合并液压)成比例地提供与弹簧135的偏压相抵的力。弹簧135被校准，以在所述液压接近或达到内燃机30可能停转的水平时(这样的液压水平在此称为“停转压力”)偏离。当达到停转压力时，内燃机30达到它的输出阈值，并且内燃机停转。
当供给至MCV90的液压机液体的压力达到停转压力时，弹簧135偏离，且阀130打开。当阀130打开时，来自第二泵100的液压机液体沿着最小阻力路径流向储液器70，并且止回阀140关闭。在这点上，阀130可以被称为重定向机构。当MCV90的液压再次回落到停转压力以下时，弹簧135使阀130移位至关闭位置，并且止回阀140打开，使得来自泵95、100的液压机液体在此被供给至MCV 90。
第二先导线150在辅助阀芯125处接进液压回路，并且沿与弹簧偏压相同的方向起作用。第二先导线150仅在辅助阀芯125打开时向阀130提供该信号。由于在通过MCV 90时液压的下降，第二先导线150中的压力稍微低于第一先导线145中的压力。弹簧135的偏压主要补偿第一和第二先导线145、150中的压力差，使得弹簧135和第二先导线150的结合力等于或大于第一先导线145的力。因此，当辅助阀芯125离开它的中心或中间位置时，弹簧135不偏离，并且滑移装载机10的操作人员可以向辅助工具57提供甚至达到停转压力的最大动力。当辅助阀芯125不在正中时，操作人员还可以向起重油缸50、摆缸55提供最大动力，由于阀130为锁定关闭的。
为了进一步最大化供给辅助工具57的动力，可以采用可选的旁通阀110。当辅助工具57被激活时(即，在将辅助阀芯125移离中心时)，可选的旁通阀110由操作人员打开。当打开时，该旁通阀110提供从第二泵100至辅助工具57的直达线路，这避免了在所有的液压机液体流经MCV90时产生的压力下降。液压机液体将沿着最小阻力路径从第二泵100经过打开的旁通阀110到达辅助工具57，并且不会通过动力管理系统105和MCV90。结果，止回阀140关闭，且仅由第一泵95加压的液压机液体通过MCV90流向辅助工具57。第一和第二先导线145、150在这种情况下将阀130保持为关闭。
第二先导线150和可选旁通阀110可以认为是辅助大流量机构的一部分，其中该辅助大流量机构允许辅助工具57接收来自泵95、100的液压机液体的合并流，而不考虑流入MCV90的液压机液体的压力。
第二先导线150使合并流进入MCV 90(即，到达上升阀芯115、倾斜阀芯120和辅助阀芯125)，并且在辅助阀芯125偏离其中间位置时，使安全阀130不能工作，且因此用作动力管理系统超驰(override)机构。在其它实施例中，代替采用先导或参考线145、150中的压力，动力管理系统超驰机构可以包括传感器以及电或机电制动装置，以锁定关闭的阀130。
可选的旁通阀110允许将被供给至辅助工具57的仅具有来自第一泵的液压机液体的合并流通过MCV90，且因此用作动力管理系统旁路机构。
进一步最大化或控制辅助装置操作的可选特征是第二先导线150中的螺线管或其它合适的超驰停用阀(override disabling valve)155。停用阀155可操作为关闭辅助阀芯125和阀130之间的连通，因此有效地停用第二先导线150的功能(即，停用动力管理超驰装置)，以允许在辅助装置57运转期间操作动力管理系统105。希望使动力管理系统105在辅助装置操作期间工作的情况的一个例子是当辅助工具57想以高转矩模式而不是高速模式操作时。通过使动力管理系统105工作，一旦阀130打开，仅来自第一泵95的液压机液体被供给至辅助装置57。这导致以更高的压力、更低的流量向辅助装置57供给液压机液体，这有利于辅助装置57的更高转矩的操作模式。
希望使动力管理系统105在辅助装置操作期间工作的情况的另一个例子是在辅助装置57计划以高速操作模式运转，而内燃机30接近于停转时。假设在这种情况中已经达到停转压力，则使动力管理系统105运转将使第二泵100脱机。这将导致仅来自第一泵95的液压机液体供给至辅助装置57，但还允许内燃机30从停转中恢复原状。当发动机速度在减少的负载下增加时，它能够更快地驱动第一泵95，并且向辅助装置提供比当内燃机接近停转时采用第一和第二泵95、100提供的流量更高的流量。为了使动力管理系统105在这样的情况下工作，超驰停用阀155可以响应于发动机速度而操作，同时在发动机速度(如，以每分钟转数或“rpm”测量的)下降至阈值速度以下时，控制系统通过停用阀155使动力管理系统105工作，其中假设在该阈值速度，可仅由第一泵95实现更大的流量。
停用阀155在这两个例子中操作为一种装置，该装置选择性地使第二引导线150不工作，以通过仅从第一和第二泵95、100中的一个供给液压机液体而允许动力管理系统105在辅助装置57的操作被优化的情况下(无论在高转矩模式还是在高速模式)工作。
本发明的各种特征和优点在随后的权利要求中提出。

Claims (17)

1.一种紧凑结构的车辆，包括：
框架；
提升臂，由框架支撑，并且相对于框架可旋转；
铲斗，由提升臂支撑，并且相对于提升臂可旋转；
框架上的内燃机，该内燃机具有输出阈值，在该输出阈值之下内燃机运转，在该输出阈值内燃机停转；
第一固定排量泵和第二固定排量泵，由内燃机驱动，以产生加压流体的合并流；
起重油缸，适合响应于接收加压流体而沿上升和下降方向转动提升臂；
摆缸，适合响应于接收加压流体而沿卷起和倾倒方向转动铲斗；
辅助工具，适合响应于接收加压流体而进行运转；
主控制阀，接收加压流体的合并流，该主控制阀包括上升阀芯、倾斜阀芯和辅助阀芯，每个阀芯具有中间位置，并且每个阀芯可从中间位置移动，以将加压流体的合并流引导至起重油缸、摆缸和辅助工具；
动力管理系统，用于在流向主控制阀的加压流体的压力超过表示内燃机达到输出阈值的停转压力时，防止来自第二泵的加压流体流向主控制阀；和
辅助大流量机构，用于在辅助阀芯从它的中间位置移开时，允许加压流体的合并流流向辅助工具，而不考虑流入主控制阀的加压流体的压力是否超过停转压力，其中辅助大流量机构包括表示辅助阀芯从它的中间位置移开的参考信号，该参考信号使动力管理系统不能防止来自第二泵的加压流体流向主控制阀以及上升阀芯、倾斜阀芯和辅助阀芯。
2.根据权利要求1所述的车辆，其中辅助大流量机构包括旁通阀，该旁通阀将来自第二泵的加压流体传送至辅助工具而不流过主控制阀。
3.根据权利要求1所述的车辆，其中动力管理系统包括动力管理阀，该动力管理阀能够在第一位置和第二位置之间移动，在所述第一位置，第二泵将加压流体供给至主控制阀，在所述第二位置，第二泵被防止将加压流体供给至主控制阀。
4.根据权利要求3所述的车辆，其中动力管理系统包括表示流入主控制阀的加压流体的压力的参考信号，其中动力管理阀响应于指示所述压力超过停转压力的参考信号而移至第二位置。
5.根据权利要求1所述的车辆，其中第一固定排量泵和第二固定排量泵在内燃机的作用下被恒速驱动。
6.一种操作包括内燃机、第一固定排量泵和第二固定排量泵、主工具以及辅助工具的机器的方法，该方法包括：
(a)由内燃机驱动第一固定排量泵和第二固定排量泵的运转；
(b)由第一固定排量泵和第二固定排量泵产生加压流体的合并流；
(c)由加压流体的合并流选择性地操作主工具和辅助工具；
(d)检测合并流的压力；
(e)当合并流的压力超过表示潜在的内燃机停转的压力时，防止加压流体从第二泵流向主工具；以及
(f)允许加压流体的合并流流向辅助工具，而不考虑合并流的压力，还包括在加压流体正被供给至辅助工具的同时检测加压流体是否正被供给至辅助工具，并允许加压流体流向辅助工具和主工具，而不考虑合并流的压力。
7.根据权利要求6所述的方法，其中步骤(e)包括采用重定向机构将加压流体从第二泵传送至储液装置中；并且其中步骤(f)包括停用重定向机构。
8.根据权利要求6所述的方法，其中步骤(c)包括采用控制阀将合并流导向主工具和辅助工具，并且其中步骤(f)包括将加压流体流从第二泵传送至辅助工具，而不流过控制阀。
9.根据权利要求6所述的方法，其中步骤(a)包括在内燃机的作用下恒速驱动第一固定排量泵和第二固定排量泵。
10.一种紧凑结构的车辆，包括：
框架；
提升臂，由框架支撑，并且相对于框架可旋转；
铲斗，由提升臂支撑，并且相对于提升臂可旋转；
框架上的内燃机，该内燃机具有输出阈值，在该输出阈值之下内燃机运转，在该输出阈值内燃机停转；
第一固定排量泵和第二固定排量泵，由内燃机驱动，以产生加压流体的合并流；
起重油缸，适合响应于接收加压流体而沿上升和下降方向转动提升臂；
摆缸，适合响应于接收加压流体而沿卷起和倾倒方向转动铲斗；
辅助工具，适合响应于接收加压流体而进行运转；
主控制阀，接收加压流体的合并流，该主控制阀包括上升阀芯、倾斜阀芯和辅助阀芯，每个阀芯具有中间位置，并且每个阀芯可从中间位置移动，以将加压流体的合并流引导至起重油缸、摆缸和辅助工具；
动力管理系统，用于在流向主控制阀的加压流体的压力超过表示内燃机达到输出阈值的停转压力时，防止来自第二泵的加压流体流向主控制阀；
辅助大流量机构，用于在辅助阀芯从它的中间位置移开时，允许加压流体的合并流流向辅助工具，而不考虑流入主控制阀的加压流体的压力是否超过停转压力，其中辅助大流量机构使动力管理系统失效；和
停用机构，该停用机构选择性地停用辅助大流量机构，以允许动力管理系统在通过仅从第一泵供给流体而优化辅助装置的操作的情况下工作。
11.根据权利要求10所述的车辆，还包括控制系统，该控制系统被配置为响应于内燃机速度下降至速度阈值以下而控制该停用机构，其中在该速度阈值，由第一泵和第二泵提供的合并流量低于仅仅由第一泵在内燃机以高于速度阈值的速度运转的情况下而提供的流量。
12.根据权利要求11所述的车辆，其中当内燃机速度下降到阈值速度以下时，控制系统通过停用机构使动力管理系统工作。
13.根据权利要求10所述的车辆，其中辅助大流量机构包括表示辅助阀芯从它的中间位置移开的参考信号，该参考信号使动力管理系统不能防止来自第二泵的加压流体流向主控制阀。
14.根据权利要求10所述的车辆，其中辅助大流量机构包括旁通阀，该旁通阀将来自第二泵的加压流体传送至辅助工具而不流过主控制阀。
15.根据权利要求10所述的车辆，其中动力管理系统包括动力管理阀，该动力管理阀能够在第一位置和第二位置之间移动，在所述第一位置，第二泵将加压流体供给至主控制阀，在所述第二位置，第二泵被防止将加压流体供给至主控制阀。
16.根据权利要求15所述的车辆，其中动力管理系统包括表示流入主控制阀的加压流体的压力的参考信号，其中动力管理阀响应于指示所述压力超过停转压力的参考信号而移至第二位置。
17.根据权利要求10所述的车辆，其中第一固定排量泵和第二固定排量泵在内燃机的作用下被恒速驱动。
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