CN101680463B - 可操纵的串联双速马达结构 - Google Patents

可操纵的串联双速马达结构 Download PDF

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Abstract

一种液压系统，包括第一和第二泵(例如210；220)、第一和第二马达(例如260；270)、以及用于有选择地形成混合液压流量和基本液压流量的三个阀(例如230；240；250)。阀的布置使均和流量提供到串联的两个马达(例如260；270)上，以使这些马达高速运转，并且允许将混合流量提供到一个马达上，并将基本流量提供到另一个马达上。当将这种布置应用到车辆(例如10)上时，其提供了车辆驱动马达的可操纵的高速串联布置。

Description

可操纵的串联双速马达结构
技术领域
本发明涉及一种可操纵的串联双速马达结构，其中两个马达可以串联地操作，两个马达均以高速运转，或者一个马达以高速运转且另一个以低速运转，以例如为车辆提供转向能力。
发明内容
在一种实施方式中，本发明提供了一种液压系统，包括液压流体贮存器，以及从所述贮存器抽取液压流体并向液压系统提供液压流体的基本流量的第一液压泵和第二液压泵。该液压系统还包括第一泵送管线和第二泵送管线；第三泵送管线和第四泵送管线。该液压系统还包括：第一换向阀，该第一换向阀可控制为使从第一泵送管线和第二泵送管线中选出的一个与第一液压泵连通，使第一泵送管线和第二泵送管线中的另一个与所述贮存器连通；以及第二换向阀，该第二换向阀可控制为使从第三泵送管线和第四泵送管线中选出的一个与第二液压泵连通，使第三泵送管线和第四泵送管线中的另一个与所述贮存器连通。该液压系统还包括：第一液压马达和第二液压马达；以及与第一马达连通的第一马达管线和第二马达管线；以及与第二马达连通的第三马达管线和第四马达管线。该系统还包括：第一阀，在该第一阀使第三泵送管线与第三马达管线连通的第一位置与该第一阀使第三泵送管线与第一马达管线连通的第二位置之间是可驱动的；第二阀，在该第二阀使第二泵送管线与第二马达管线连通的第一位置与该第二阀使第二泵送管线与第四马达管线连通的第二位置之间是可驱动的；和连结阀，在该连结阀切断第二马达管线与第三马达管线之间的连通的第一位置与该连结阀使第二马达管线和第三马达管线彼此连通的第二位置之间是可驱动的。第一阀、第二阀和连结阀均驱动到它们各自的第一位置上时使第一马达和第二马达在对应的第一液压泵和第二液压泵的单独作用下低速并联运转。第一阀、第二阀和连结阀均驱动到它们各自的第二位置上时使第一马达和第二马达在来自于第一液压泵和第二液压泵的液压流体的混合流量的作用下高速串联运转。连结阀与第一阀和第二阀中的一个驱动到它们各自的第二位置上并且第一阀和第二阀中的另一个驱动到它的第一位置上时使所述马达串联操作，其中一个马达接收来自于两个泵的液压流体的混合流量，另一个马达接收液压流体的基本流量。
在另一种实施方式中，本发明提供了一种车辆，包括：原动机；在所述原动机的作用下被驱动的第一液压泵和第二液压泵，以便于第一液压泵和第二液压泵中的每一个均以基本流量产生液压流体流；响应于来自于第一液压泵和第二液压泵的液压流体流而运转的第一马达和第二马达；分别响应于第一马达和第二马达的运转而被驱动的第一行驶机构和第二行驶机构。该车辆还包括有选择地将第一马达和第二马达置于串联关系和并联关系的阀系统。所述阀系统有选择地以基本流量和以二倍于基本流量的混合流量向第一马达和第二马达提供液压流体。所述阀系统可配置成有选择地都以所述混合流量向第一马达和第二马达提供液压流体，以使所述马达以串联关系高速运转。所述阀系统还可以配置成以所述混合流量向第一马达和第二马达中的任一个提供液压流体，以使该马达高速运转，并以所述基本流量向第一马达和第二马达中的另一个提供液压流体，以使该马达低速运转，从而在将第一马达和第二马达保持成串联关系的同时实现车辆的转向。
在另一种实施方式中，本发明提供了一种操作车辆的方法，所述车辆具有原动机、第一液压和第二液压泵、第一液压马达和第二液压马达以及第一行驶机构和第二行驶机构。该方法包括步骤：利用所述原动机驱动第一液压泵和第二液压泵；以基本流量形成来自于第一液压泵和第二液压泵中的每一个的液压流体流；将第一液压马达和第二液压马达布置成串联关系；将来自于第一液压泵和第二液压泵的液压流体流以高于基本流量的混合流量混合成混合的液压流体流；使所述混合流量通过所述第一液压马达，以使所述第一液压马达高速运转；使液压流体以基本流量通过所述第二液压马达，以使所述第二液压马达低速运转；响应于第一液压马达和第二液压马达的运转而驱动第一行驶机构和第二行驶机构的运转；使所述车辆响应于以串联关系运转的第一液压马达和第二液压马达而非直线地运动，其中第一液压马达和第二液压马达中的任一个高速运转，且第一液压马达和第二液压马达中的另一个低速运转。
本发明的其他方面在考虑了具体实施方式和附图之后将变得明显。
附图说明
图1是包括体现本发明的液压驱动回路的车辆的透视图。
图2是所述车辆的侧视图。
图3是处于低速向前驱动配置的液压驱动回路的示意图。
图4是处于高速向前驱动配置的液压驱动回路的示意图。
图5是处于高速右转向前驱动配置的液压驱动回路的示意图。
图6是处于高速右转倒退驱动配置的液压驱动回路的示意图。
图7是处于高速左转向前驱动配置的液压驱动回路的示意图。
图8是处于高速左转倒退驱动配置的液压驱动回路的示意图。
具体实施方式
在详细解释本发明的任何实施方式之前，应该理解的是本发明并不将其应用局限于下面的描述中所阐述的或者附图中所图示的结构细节和元件布置上。本发明可以具有其他实施方式并且可以以各种方式实现或实施。还有，应该理解的是这里使用的措词和术语是为了描述的目的，不应该被认为是限定。这里使用的“包括”、“包含”或者“具有”以及它们的变型意思是包含列在它们之后的项目及其等价物以及额外的项目。除非另有说明或限定，术语“安装”、“连接”、“支撑”和“联接”以及它们的变型被广泛地使用并且包括直接和间接的安装、连接、支撑和联接。此外，“连接”和“联接”并不局限于实体的或机械的连接或联接。
图1和2图示了一种挖掘机10，其包括壳体15、车盘20、工作组25和回填铲30。虽然本发明是包含在一挖掘机10中进行图示的，但是本发明可以包含在其他车辆和机器中，包括但不局限于小型履带式装载机、多用途工程运输车和滑移装载机。
壳体结构15包括含有操作员操纵装置的操作员室35、含有内燃发动机50的发动机室或座身45、以及液压系统55。该液压系统55响应于内燃发动机50的运转而运作。尽管图示出的实施方式包括内燃发动机50，但是其他实施方式可以包括其他类型的原动机，包括但不局限于电动机。虽然图示出的操作员操纵装置40采取操纵杆的形式，但是在其他实施方式中，所述操纵装置可以包括多个操纵杆和/或踏板。
所述壳体结构15经由摆动支座60连接到车盘20的顶部。该壳体15和工作组25在所述液压系统55的作用下运转的回转发动机的作用下能够在所述摆动支座60上围绕竖轴转动或“回转”。所述操作员操纵装置40由挖掘机10的操作员操纵，以有选择地将液压流体分配到所述回转发动机、车盘20和/或工作组25上。
所述车盘20包括橡胶履带或钢履带65、驱动链轮70、滚轮、惰轮以及是整个液压系统55的一部分的液压驱动回路73的部分。所述驱动回路73使所述驱动链轮70转动。履带65在驱动链轮70的作用下转动，并且挖掘机10通过在操作员操纵装置40的作用下使右侧和左侧履带65向前和向后转动来行驶。虽然所图示的车辆10包括履带65，但是在其他实施方式中本发明可以用到具有诸如车轮、推进器或者其他的用于接合地面或其他表面以使车辆10移动的装置的其他行驶机构的车辆上。
所述工作组25包括悬臂75、铲斗柄80、附加装置85、转臂油缸90、铲斗油缸(dipper cylinder)95和附加装置油缸100。图示出的附加装置85是铲斗，但是在其他实施方式中，该附加装置可以包括螺丝钻、手提钻或者其他的适合于工地的附加装置。所述工作组25通过摆动架105连接到壳体结构15的前端，所述摆动架105能够使所述工作组被偏左或偏右枢转，以关于车盘20的纵向范围偏置，以适合于需要平行于履带65进行挖掘和开沟的工地。所述液压系统55向转臂油缸90、铲斗油缸95和附加装置油缸100提供液压流体，以使转臂75关于所述壳体15、铲斗柄80关于所述转臂75、以及附加装置85关于所述铲斗柄80分别枢转。所述附加装置85还接收来自于液压系统55的液压流体，以使该附加装置的运动部分(例如诸如螺丝钻、锯、转动刷等之类的附加装置的运动部分)关于该附加装置85的其他部分动作。
回填铲油缸110可枢转地连接在回填铲30与车盘20之间。所述回填铲油缸110接收来自于液压系统55的液压流体，并且进行伸缩，以关于车盘20升起和降下所述回填铲30。所述回填铲30用于减小坡度、平整、回填、挖沟和一般的开槽推土工作。回填铲30可以降下支撑到地面上以使挖掘机10的其他部分升起并且升高工作组25的倾倒高度。所述回填铲30还可以用于在挖掘操作期间稳定所述挖掘机10。
图3示意性地图示了液压系统55中的液压驱动回路73。该驱动回路73包括液压流体贮存器180。导引分别由左、右泵210、220提供的液压流体的左、右三位换向阀190、200。该驱动回路73还包括左、右阀230、240、连结阀250以及左、右行驶马达260、270。左、右泵210，220在图示的实施方式中是定量泵，并且在车辆发动机50的作用下被驱动，以通过所述驱动回路73提供来自于贮存器180的液压流体流。在图示出的实施方式中泵210，220具有相等的排量，而且均使液压流体以基本速度流动。在一些实施方式中，驱动回路73仅有一部分由车盘20支撑。例如，泵210、220和阀190、200、230、240、250可以由座身45支撑，以及马达260、270可由车盘20支撑。
左、右阀230、240是三通两位常开阀，连结阀250是两通两位常闭阀。在图示的实施方式中，左、右行驶马达260、270是定量双向马达，并且驱动左、右链轮70的转动。
所述三位换向阀190、200包括中间位置，在该位置上来自于泵210、220的液压流体不需要流过马达260、270就可以流回贮存器180。当所述换向阀190、200处于中间位置时，马达260、270不转动，车辆10保持静止。当所述换向阀190、200切换到前进位置(即从图3-5和7中看是向上切换)时，液压流体从泵210、220分别流入第一和第三泵送管线1v、3v，这(正如下面要讨论的)导致左/右马达260、270的向前转动。还有，第二和第四泵送管线2v、4v通过换向阀260、270与贮存器180连通用于使液压流体流返回。当所述换向阀190、200切换到倒退位置(即从图6和7中看是向下切换)时，液压流体从泵210、220分别流入第二和第四泵送管线2v、4v以使左、右马达260、270倒转，并且第一和第三泵送管线1v、3v用作返回贮存器180的管线。
连结阀250的静止状态是关闭的，如图3中所示。当连结阀250关闭时，左、右泵210、220并联地分别驱动左右马达260、270。更具体地说(使用图3的示例，其中换向阀190、200处于前进位置)，液压流体以基本速度从左泵210流过第一泵送管线1v、第一马达管线1m、左马达260、第二马达管线2m、第二泵送管线2v，并回到贮存器180。在类似的方式中，液压流体以基本速度从右泵220流过第三泵送管线3v、第三马达管线3m、右马达270、第四马达管线4m、第四泵送管线4v，并回到贮存器180。当并联操作时，从第一和第二泵210、220直到流体回到贮存器180之前没有流量的混合。换言之，当连结阀250关闭时，液压流体在回到贮存器180之前仅流过其中一个马达260、270。
第二和第三泵送管线2v、3v与对应的右阀240和左阀230连通，第一和第四泵送管线1v、4v围绕所述阀230、240流动。图3中的配置可以称作低速并联模式，因为仅有来自泵210、220中的一个的液压流体被供应到每个马达260、270，液压流体是以基本速度提供的并且没有来自于左、右环路的液压流体的混合。
如果所述换向阀190、200被向下切换(即切换到倒退位置)，那所述驱动回路以反向模式运作，在这种情况下图3中的箭头都反向。当液压流体从第一马达管线1m通过左马达260流向第二马达管线2m时，同时当液压流体从第三马达管线3m通过右马达270流向第四马达管线4m时，这些马达260、270被认为是向前转动，其分别驱动车辆的左、右链轮70向前转动。当液压流体从第二马达管线2m通过左马达260流向第一马达管线1m时，同时当液压流体从第四马达管线4m通过右马达270流向第三马达管线3m时，这些马达260、270被认为是倒转，其驱动左、右链轮70倒转。
当所述连结阀250被驱动时，其使第二和第三马达管线2m、3m彼此连通，从而将左、右侧环路连接。当这与驱动左、右阀230、240中的一个或两个结合来完成时，来自于左、右泵210、220的液压流体在所述驱动回路73的至少一部分中被混合以形成具有二倍于基本速度的混合速度的液压流体流。在图中以基本速度(即基本流量)流动的液压流体用细线示出，在图中以混合速度(即混合流量)流动的液压流体用粗线示出。左、右马达260、270以与通过它们的液压流体的体积流量成比例的速度转动。因此，马达260、270响应于基本流量以“低速”运转，响应于混合流量以二倍于低速的“高速”运转。向两个马达均提供混合流量造成高速直线行进，且向其中一个马达提供混合流量，向另一马达提供基本流量允许高速转向。
在图4中，三个阀230、240、250均已经被驱动并且左、右换向阀190、200处于前进位置。左阀230将来自于第一和第三泵送管线1v、3v的流量并入到第一马达管线1m中，混合流量从第一马达管线1m到第二马达管线2m通过所述左马达260。第二马达管线2m由右阀240关闭或封闭，因此混合流量被从第二马达管线2m引导穿过连结阀250并进入第三马达管线3m。混合流量从第三马达管线3m到第四马达管线4m通过右阀270。混合流量然后在第二和第四泵送管线2v、4v之间被分开以以基本速度返回到贮存器180。左右马达260、270被串联连接，因为来自于左马达260的液压流体在返回到贮存器180之前流过了右马达270。在该配置中，马达260、270在混合流量的作用下以高速向前转动。如果阀230、240、250被保持为图3中看到的配置，而换向阀被切换到倒退位置，则马达260、270会以高速倒转。
在图5中，左阀230和连结阀250被驱动，但是右阀240处于其静止位置。还有，在图5中，左、右换向阀190、200处于前进位置。与图4的配置类似，来自于左、右泵210、220的流量在第一马达管线1m中被混合，因此以高速驱动左马达260前进。但是，因为连结阀250被驱动而右阀240没有被驱动，所以第二马达管线2m与第三马达管线3m(通过连结阀250)和第二泵送管线2v(通过右阀240)连通。第二马达管线2m中的混合流量由此分开，以基本流量通过连结阀250进入第三马达管线3m，并以基本流量通过右阀240和第二泵送管线2v流回贮存器180。第三马达管线3m中的基本流量通过右马达270进入第四马达管线4m，通过第四泵送管线4v流回贮存器180。因此，以低速向前驱动右马达270和右链轮70。这种配置的结果是车辆左链轮70会比车辆右链轮70更快地向前转动，车辆10将会向前运动并右转(即遵循非直线的路径)。
图6图示了当阀230、240、250如图5中被配置，而左、右换向阀190、200处于倒退位置(即将所有通路向下切换)时的车辆操作。在该情况下，右泵220通过第四泵送管线4v向第四马达管线4m提供液压流体，液压流体从第四马达管线4m到第三马达管线3m流过右马达270。第三马达管线3m由左阀230关闭或封闭，并且通过连结阀250与第二马达管线2m连通。左泵210通过第二泵送管线2v和右阀240向第二马达管线2m提供液压流体，这样在第二马达管线2m中产生混合流量。混合流量从第二马达管线2m到第一马达管线1m通过左马达270。左阀230使第一马达管线1m与第三泵送管线3v连通，混合流量因此分成在第一和第三泵送管线1v、3v中的两个基本流量，这两个基本流量返回到贮存器180。因此，车辆左链轮70比车辆右链轮70更快地倒转，车辆10将会倒退并往右转。
图7图示了一种右阀240和连结阀250被驱动，而左阀230处于其静止位置的配置。左、右换向阀190、200在该配置中同样处于前进位置。左泵210通过第一泵送管线1v建立了对第一马达管线1m的液压流体的基本流量供应。所述基本流量从第一马达管线1m到第二马达管线2m通过左马达260。第二马达管线2m由右阀240关闭或封闭，因此基本流量通过连结阀250，并且汇合到第三马达管线3m中。右泵220通过左阀230向第三马达管线3m提供基本流量以在第三马达管线3m中形成混合流量。所述混合流量从第三马达管线3m到第四马达管线4m通过右马达270，然后在第二和第四泵送管线2v、4v之间分开以以基本流量返回贮存器180。该配置使右马达270高速向前转动，并且使左马达低速向前转动，从而使车辆10左转。
图8图示了在阀230、240、250被如图7中配置，而左、右换向阀190、200处于倒退位置时的车辆操作。右阀240使第二和第四泵送管线2v、4v中的来自于左、右泵210、220的基本流量在第四马达管线4m中汇合成混合流量。该混合流量从第四马达管线4m通过右马达270进入第三马达管线3m。左阀230使第三马达管线3m与第三泵送管线3v连通，连结阀250使第三马达管线3m与第二马达管线2m连通。所述混合流量分开，以基本流量通过左阀230，进入第三泵送管线3v以返回贮存器180，同时以基本流量通过连结阀250，进入第二马达管线2m。第二马达管线2m中的基本流量通过左马达260，进入第一马达管线1m，并通过第一泵送管线1v返回贮存器180。因此，车辆右链轮70比车辆左链轮70更快地倒转，车辆10将会倒退并往左转。
因此，除了别的以外，本发明还提供了一种用于有选择地向串联布置的第一和第二马达提供混合流量和基本流量的系统和方法，以提供易操纵的双速串联马达操作。本发明的各个特征和优点在随后的权利要求中阐述。

Claims (15)

1.一种液压系统，包括：
液压流体贮存器；
从所述贮存器抽取液压流体并向液压系统提供液压流体的基本流量的第一液压泵和第二液压泵；
第一泵送管线和第二泵送管线；
第三泵送管线和第四泵送管线；
第一换向阀，该第一换向阀可控制为使从第一泵送管线和第二泵送管线中选出的一个与第一液压泵连通，使第一泵送管线和第二泵送管线中的另一个与所述贮存器连通；
第二换向阀，该第二换向阀可控制为使从第三泵送管线和第四泵送管线中选出的一个与第二液压泵连通，使第三泵送管线和第四泵送管线中的另一个与所述贮存器连通；
第一液压马达和第二液压马达；
与第一马达连通的第一马达管线和第二马达管线；
与第二马达连通的第三马达管线和第四马达管线；
第一阀，在该第一阀使第三泵送管线与第三马达管线连通的第一位置与该第一阀使第三泵送管线与第一马达管线连通的第二位置之间是可驱动的；
第二阀，在该第二阀使第二泵送管线与第二马达管线连通的第一位置与该第二阀使第二泵送管线与第四马达管线连通的第二位置之间是可驱动的；和
连结阀，在该连结阀切断第二马达管线与第三马达管线之间的连通的第一位置与该连结阀使第二马达管线和第三马达管线彼此连通的第二位置之间是可驱动的；
其中第一阀、第二阀和连结阀均驱动到它们各自的第一位置上时使第一马达和第二马达在对应的第一液压泵和第二液压泵的单独作用下低速并联运转；
其中第一阀、第二阀和连结阀均驱动到它们各自的第二位置上时使第一马达和第二马达在来自于第一液压泵和第二液压泵的液压流体的混合流量的作用下高速串联运转；并且
其中连结阀与第一阀和第二阀中的一个驱动到它们各自的第二位置上并且第一阀和第二阀中的另一个驱动到它的第一位置上时使所述马达串联操作，其中一个马达接收来自于两个泵的液压流体的混合流量，另一个马达接收液压流体的基本流量。
2.根据权利要求1所述的液压系统，其中第一和第二液压泵为具有相等的排量的定量泵。
3.根据权利要求2所述的液压系统，其中第一液压马达和第二液压马达为定量双向马达。
4.根据权利要求1所述的液压系统，其中第一换向阀和第二换向阀为三位换向阀。
5.根据权利要求4所述的液压系统，其中第一换向阀和第二换向阀构造为使得在中间位置上，来自第一液压泵和第二液压泵的液压流体不需要流过第一液压马达和第二液压马达就流回贮液器。
6.根据权利要求5所述的液压系统，其中第一阀和第二阀为三通两位常开阀，连接阀为两通两位常闭阀。
7.一种车辆，包括：
原动机，和如权利要求1所述的液压系统。
8.根据权利要求7所述的车辆，其中第一液压泵和第二液压泵为具有相等的排量的定量泵。
9.根据权利要求8所述的车辆，其中第一马达和第二马达为定量双向马达。
10.根据权利要求9所述的车辆，其中第一行驶机构为第一履带，第二行驶机构为第二履带。
11.根据权利要求8所述的车辆，其中第一换向阀和第二换向阀为三位换向阀。
12.根据权利要求11所述的车辆，其中第一换向阀和第二换向阀构造为使得在中间位置上，来自第一液压泵和第二液压泵的液压流体不需要流过第一马达和第二马达就流回贮液器，使得车辆保持静止。
13.根据权利要求12所述的车辆，其中第一换向阀和第二换向阀、阀系统的第一阀和第二阀、以及阀系统的连接阀构造为使得在第一换向阀和第二换向阀切换到前进位置时，从第一液压泵和液压泵流动的液压流体以导致第一马达和第二马达向前转动的方式移动。
14.根据权利要求13所述的车辆，其中第一换向阀和第二换向阀、阀系统的第一阀和第二阀、以及阀系统的连接阀构造为使得在第一换向阀和第二换向阀切换到倒退位置时，从第一液压泵和液压泵流动的液压流体以导致第一马达和第二马达倒转的方式移动。
15.根据权利要求14所述的车辆，其中阀系统的第一阀和第二阀为三通两位常开阀，阀系统的连接阀为两通两位常闭阀。
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