CN101743362A - 具有热冲击保护的液压系统 - Google Patents

Abstract

一种具有热冲击保护的液压系统。该液压系统可以包括限制何时可以将热的液压流体引导至冷的液压元件的控制装置(50)。该液压系统可以用在诸如挖沟机(10)等机器中，以保护诸如液压马达(32，36，40，44)等液压元件不会由于热冲击而出现故障。

Description

具有热冲击保护的液压系统

本申请为2008年6月26日递交的PCT国际专利申请，其中对除了美国之外的所有指定国以维米尔制造公司(Vermeer ManufacturingCompany，美国国有公司)作为申请人，仅对美国以美国公民Ty Hartwick和Jason Morgan为作为申请人，并且要求于2007年6月29日递交的美国临时专利申请序列No.60/937671的优先权，在此以引用的方式将其全部内容结合进来。

技术领域

本发明涉及一种具有热冲击保护的液压系统，更具体地，涉及一种配置为在寒冷天气下使用时保护液压马达元件的液压系统。

背景技术

由于热冲击，液压元件可能不能工作或过早磨损。在液压系统环境中，当热的液压流体引导至冷的液压元件时会发生热冲击。冷元件的快速局部加热可能导致液压系统的各个子元件以不同的速率膨胀，并且不希望的彼此接触。

已知的防止由于热冲击导致的机器故障的方法是，甚至在激活冷元件之前，通过手动引导液压流体流过整个液压系统而逐渐加热该液压系统的元件。这种方法避免热流体引至冷的活动元件。这种方法的效率受机器操作者的能力的限制，即机械操作者认识到可能导致热冲击的环境，以及记得在使用各种液压元件之前加热它们。因此，本领域需要用于防止由于热冲击导致的机器故障的改进的且更可靠的方法和系统。

发明内容

本发明涉及一种具有热冲击保护的液压系统。该液压系统能够包括限制何时可以将热的液压流体引导至冷的液压元件的控制装置。

本发明还涉及一种具有热冲击保护系统的挖沟机。该挖沟机包括控制系统，该控制系统包括液压马达和其它液压元件不会由于液压元件(如，液压马达)内的子元件(如，活塞和汽缸)的不均匀的热膨胀而失效。

附图说明

图1为体现本发明原理的挖沟机的侧视图；

图2为用于说明目的的图1的挖沟机的液压循环管路的简化示意图；

图3为图1的液压马达的透视图；

图4为图3的挖沟机的液压马达的侧视图；

图5为图4的液压马达沿A-A线的剖视图；以及

图6为图1的挖沟机的液压循环管路的更详细的视图。

具体实施方式

本发明的原理可适用于各种液压系统。然而，为了提供本发明的各个方面在其中可以适用的示例性环境，在此参照挖沟机来描述本发明的原理。无论什么情况下，只要可能，在所有的附图中相同的附图标记用来表示相同或相似的部件。

大致参照图1和2，展示了示例性的挖沟机10。挖沟机10是其中至少某些驱动功能件没有经由齿轮和轴直接连接至发动机20的机器的例子。挖沟机10包括用于驱动至少某些驱动功能件的液压系统。具体地，挖沟机10包括用于驱动多个液压泵30、34、38、42(在图2中示出)的发动机20，所述多个液压泵30、34、38、42依次驱动多个液压马达32、36、40、44(在图2中示出)，所述多个液压马达32、36、40、44驱动挖沟机10输出(如，履带、悬臂、传送装置等)。

更具体地，所描述的挖沟机10包括由一对履带14、16支撑的底盘12，所述履带转动以移动挖沟机10。底盘12支撑驾驶室18、悬臂22和传送装置24。在所描述的实施方式中，驾驶室18构造为相对于底盘12垂直移动(上下)，以在挖沟期间使操作者看清工作位置。悬臂22枢转地连接至底盘12的第一端。悬臂22构造为在输送期间抬升，且在挖沟期间下降。在挖沟操作期间转动的挖掘链26由悬臂22支撑。传送装置24用来将拖入挖沟机10的泥土、石块和其它碎片倒出挖沟机10的侧面。在所描述的实施方式中，发动机20为柴油动力发动机；然而，应当理解，任何其它类型的发动机也是可能的(如，气动、电动或混合动力等)。

参照图2，示出了挖沟机10的简化液压循环管路。在所描述的实施方式中，发动机20驱动泵30，34，38和42。泵30向马达32提供液压流体，马达32驱动挖沟机10的左侧履带14。泵34向马达36提供液压流体，马达36驱动挖沟机10的右侧履带16。泵38向马达40提供液压流体，马达40驱动传送装置24。泵42向马达44提供液压流体，马达44驱动挖掘链26。在所描述的实施方式中，该系统中液压流体使用相同的贮液器或储液箱46。应当理解，图2中所示出的液压结构仅是用于说明的目的。图6示出了挖沟机10的示例性液压循环管路，其将在下文详细描述。

由于来自各个泵和马达的液压流体使用相同的储液器46，所描述的液压循环管路构造为使得热的液压流体可能被引导至冷的液压元件。例如，当操作者在寒冷的天气中启动挖沟机10并且驱动挖沟机10一定距离到达工作地点时，这种情况会发生。一旦到达工作地点，操作者启动挖掘链26，并开始挖掘。在上述过程中，在输送期间，发动机20使泵30和34以及马达32和36开始运行，但不使马达44开始运行。同时在输送中，储液器46中的液压流体和液压流体流过的液压元件(即，泵30，34和马达32，36)的温度从环境温度逐渐增加至正常工作温度。当操作者到达工作地点并启动挖掘链26时，处于正常工作温度的液压流体流入还处于或接近环境温度的液压元件(即，泵42和马达44)中。在这些情况下，由于相对热的液压流体被引导流入相对冷的液压元件，由于热冲击而可能发生故障。在所描述的实施方式中，当马达44内的活动部件之间的间隙较小时，马达44特别容易遭受热冲击。

参照图3-5，马达44示出了大的、高效径向活塞马达。马达44的主要元件包括汽缸60、活塞62、机轴滚筒64和输出轴66。由活塞62的处于流体压力下的区域产生的力在活塞62沿着它们的孔延伸时使输出轴66旋转。两个或三个活塞62同时受压，以确保平滑的旋转输出。虽然热冲击在各种液压元件可能是一个问题，但如同所示出的那种的高效、大液压马达特别容易遭受热冲击。由于这种马达是非常高效的，因此汽缸60和活塞62之间的间隙相对很小。这种相对小的间隙在小的和大的马达中是相同的。与较小的马达相比，大马达44(如，16公升容积)中的汽缸60和活塞62的伸缩距离与元件之间间隙相比较大。在所描述的实施方式中，汽缸直径大约为4英寸。高公差(即，低间隙)和大的内部元件的组合使大的、高效液压马达特别容易遭受热冲击。由于这种马达通常很昂贵，并且对机器的运转很关键，因此希望可以避免热冲击。

返回参照图2，控制装置50和传感器52配置为帮助避免由热冲击导致的故障。在一种实施方式中，控制装置50配置为认出何时可能或很可能发生热冲击的(即，认出热冲击条件)，并自动响应以防止由热冲击对系统造成损坏。

认出热冲击条件→自动响应

具有多个不同的将系统构造为实现上述步骤的方式。在下文中将更详细地描述其中的一些例子。

在一个实施方式中，控制装置50构造为限制冷的元件的操作性，并允许有时间使冷的元件缓慢变热。在一个实施方式中，控制装置50构造为如果液压流体和马达44温度之间的温差大于预定值，则阻止操作者操作挖掘链26。在另一个实施方式中，控制装置50限制操作者可以以何种程度使用这些元件以防止热冲击。换句话说，当这些元件变热时，允许操作者更猛烈地驱动这些元件。例如，在温差小于预定值之前，控制装置50不允许马达44以高于设定的RPM的速度运转。预定值可以部分地基于马达的额定功率，这通常由马达制造商提供。

控制装置50还可以构造为当存在热冲击条件向操作者报警。在这种实施方式中，操作者可以通过使热的液压流体循环通过元件(如，马达44的挖掘链)而逐渐加热冷的元件。例如，当操作者将挖沟机10驱动至工作地点的同时可以发生这种情况。在其它实施方式中，控制装置50构造为当认出热冲击条件时自动开始使液压流体循环通过冷的元件。在这种实施方式中，机器(如，挖沟机10)可以构造为使得液压流体能够循环通过元件(如，泵42和马达44)而不启动对应的附件(如，挖掘链26)。例如，在一些结构中，在该附件和对应的液压元件之间提供离合器，使得流体能够流过这些元件而不启动附件。在其它实施方式中，液压马达构造为使得一定量的液压流体在它们处于空挡位置时流过它们。

在一些实施方式中，基于对液压流体温度和液压元件(如，马达32，36，40，44和泵30，34，38，42)的温度的测量确定热冲击条件，并且在一些实施方式中，通过其它措施确定热冲击条件。在测量温度的实施方式中，温度传感器可以位于储液箱46中，以测量液压流体的温度，并且温度传感器可以位于或靠近其它各种液压元件。例如，马达44的温度可以通过测量马达壳体出口侧的流体的温度(即，流出马达44的流体的温度)而进行近似。控制装置50可以构造为，在马达44被充分加热，使得流出马达44的液压流体和储液器46中的液压流体的温差小于预定值时，允许操作者操作挖掘链26。

在可替换的实施方式中，基于对环境温度的测量并收集与机器的操作特性相关的数据而确定热冲击条件。例如，控制装置50可以构造为，当环境温度低于某个预定温度(如，0°F)时，并且当在启动挖掘链之前履带已经运转预定时间时，认出在马达44中存在热冲击条件。控制装置可以构造为，无论何时环境温度低于预定温度，并且某些元件(即，冷的元件)没有使用，并且某些其它元件(即，热的元件)在使用时，认出热冲击条件。当这些条件出现时，存在一种可能，即由热的元件加热的液压流体可能会冲击冷的元件。这种可替换的实施方式说明，控制装置50可以构造为不对液压流体的温度和液压元件的温度进行测量而认出热冲击条件。在上述实施方式中，所述操作特性可以用于确定热冲击条件。

参照图6，示出了更详细的液压循环管路。所描述的实施方式包括左侧履带回路70、右侧履带回路72、连接回路74和传送装置回路76，这些回路都用公用油箱78。所描述的回路70，72，74和76中的每一个都包括定量泵80-84，进料泵90-94、进料溢流阀100-104和马达110-113。当马达110-113从回路上漏油时，进料泵90-94替换漏出的油。应当理解，在任一个回路中可以采用多于一个的马达或泵。例如，连接回路74包括一起驱动一个马达112的两个泵82和83。所描述的实施例还包括多个温度传感器。例如，所描述的管路包括用于测量回路温度的温度传感器120，用于测量马达壳体温度的温度传感器122和用于测量油箱温度的温度传感器124。传感器120，122和124向控制系统提供数据，用于避免管路由于热冲击而出现故障。上述说明、例子和数据提供了对本发明的结构的制造和使用的完整描述。在不背离本发明的精神和范围的前提下，可以完成本发明的多个实施方式。

Claims (20)

1.一种挖沟机，包括：

底盘，支撑在一对履带上，所述履带配置为移动该挖沟机；

悬臂，可枢转地安装到底盘，该悬臂配置为支撑工具；

安装到底盘的发动机；

多个液压泵，配置为由该发动机驱动；

液压储液器，连接至所述多个液压泵；

用于驱动所述履带的履带驱动液压马达，其中履带驱动液压马达连接至所述多个液压泵中的至少一个；

用于驱动所述工具的工具驱动液压马达，其中该工具驱动液压马达连接至所述多个液压泵中的至少一个；和

包括热冲击避免功能的控制系统。

2.根据权利要求1所述的挖沟机，其中该控制系统配置为至少部分地基于环境温度而激活所述热冲击避免功能。

3.根据权利要求1所述的挖沟机，其中该控制系统配置为至少部分地基于液压储液器中的液压流体的温度而激活所述热冲击避免功能。

4.根据权利要求1所述的挖沟机，其中该控制系统配置为至少部分地基于连接至工具驱动液压马达的出口的液压管线中的液压流体的温度而激活所述热冲击避免功能。

5.根据权利要求1所述的挖沟机，其中所述热冲击避免功能限制能够引导至工具驱动液压马达的液压流体的最大流量。

6.根据权利要求1所述的挖沟机，其中所述热冲击避免功能警告操作者存在热冲击条件。

7.根据权利要求1所述的挖沟机，其中热冲击避免功能自动将液压流体引导至工具驱动液压马达。

8.一种机器，包括；

底盘，支撑在可转动驱动机构上，所述可转动驱动机构配置为移动该机器；

可移动地安装到底盘的工具；

安装到底盘的发动机；

多个液压泵，由该发动机驱动；

液压储液器，连接至所述多个液压泵；

用于驱动所述履带的驱动液压马达，其中驱动液压马达连接至所述多个液压泵中的至少一个；

用于驱动所述工具的工具驱动液压马达，其中该工具驱动液压马达连接至所述多个液压泵中的至少一个；和

包括热冲击避免功能的控制系统。

9.根据权利要求8所述的机器，其中该控制系统配置为至少部分地基于环境温度、液压储液器中的液压流体的温度、或者连接至工具驱动液压马达的出口的液压管线中的液压流体的温度而激活所述热冲击避免功能。

10.根据权利要求8所述的机器，其中所述热冲击避免功能限制能够引导至工具驱动液压马达的液压流体的最大流量。

11.根据权利要求8所述的机器，其中所述热冲击避免功能警告操作者存在热冲击条件。

12.根据权利要求8所述的挖沟机，其中热冲击避免功能自动将液压流体引导至工具驱动液压马达。

13.一种用于避免由于热冲击而导致的液压系统故障的方法，该方法包括下述步骤：

认出热冲击条件；以及

自动响应所述条件，以防止由于热冲击导致的损坏。

14.根据权利要求13所述的方法，其中自动响应所述条件的步骤包括向操作者报警。

15.根据权利要求13所述的方法，其中自动响应所述条件的步骤包括自动加热液压元件。

16.根据权利要求13所述的方法，

其中认出热冲击条件的步骤包括将液压系统中的液压流体的温度与冷的液压元件的温度进行比较；并且

其中自动响应所述条件的步骤包括，如果液压流体和冷的液压元件之间的温差超过预定值，则自动限制冷的液压元件的功能性。

17.根据权利要求16所述的方法，其中液压元件为液压马达，并且其中限制冷的液压元件的功能性的步骤包括限制马达能够转动的速度。

18.根据权利要求16所述的方法，其中通过测量流出冷的液压元件的液压流体的温度来估计冷的液压元件的温度。

19.根据权利要求16所述的方法，其中通过测量环境温度来估计冷的液压元件的温度。

20.根据权利要求16所述的方法，其中液压流体的温度包括感应储液器的温度。

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