CN102597536B

CN102597536B - 用于控制泵的方法和装置

Info

Publication number: CN102597536B
Application number: CN201080048473.9A
Authority: CN
Inventors: H·杜
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2009-10-26
Filing date: 2010-09-16
Publication date: 2015-04-08
Anticipated expiration: 2030-09-16
Also published as: US8635941B2; CN102597536A; JP2013508620A; WO2011056302A3; US20110094213A1; WO2011056302A2; DE112010004146T5

Abstract

公开了一种用于泵(22)控制的电动液压控制系统。液压致动器(50)配置为控制摆盘的倾斜。通过控制加压流体流入流出两个压力室(54，56)来控制液压致动器(50)的位置，每个压力室位于致动器(50)的任一侧。设置流体通道(62)，其将通道与箱(40)选择性连接。通道具有用于每个压力室(54，56)的孔口(68，70)，并且致动器(50)配置为选择性地阻挡一个或多个孔口(68，70)的全部或部分，这取决于致动器(50)的位置。控制系统的部件配置为使得致动器(50)将在失去电功率时返回到中间或近中间位置。

Description

用于控制泵的方法和装置

技术领域

本公开一般涉及液压致动器，并且更特别地涉及用于控制可变排量泵的故障中间型电动液压控制系统。

背景技术

可变排量液压泵宽泛应用于液体系统中以便为各种应用提供加压液压流体。诸如推土机、装载机等许多类型的机器严重依赖于液体系统来运转，并且利用可变排量泵来提供对于固定排量泵的更大程度的控制。

各种控制方案已用于控制诸如这种可变排量液压泵的摆盘角。在2001年7月9日提交的授予Carsten Fiebing的美国专利号6,553,891中公开了一种这样的控制方案，该专利通过引用并入本文。然而，有利的是提供一种在失去功率时不能到中间位置的控制方案。

发明内容

公开了这样一种液压系统：所述液压系统具有：加压流体源；箱；致动器，其布置在第一压力室和第二压力室之间；流体通道，其具有与所述第一压力室选择性连通的第一孔口以及与所述第二压力室选择性连通的第二孔口；以及排泄阀，其布置在所述流体到内，所述排泄阀具有打开位置和闭合位置。根据此公开，当排泄阀处于所述打开位置时，流体能够从所述第一孔口和所述第二孔口传递到箱，并且当排泄阀处于所述闭合位置时，限制流体从第一孔口和第二孔口传递到箱。

进一步公开了控制摆盘倾斜的方法。该方法包括如下步骤：通过为与第一控制阀相关联的第一电气装置供给能量、不为与第二控制阀相关联的第二电气装置供给能量并且为与排泄阀相关联的第三电气装置供给能量来改变摆盘的倾斜；以及通过不为第一电气装置供给能量、不为第二电气装置供给能量并且不为第三电气装置供给能量而使摆盘返回到中间位置或近中间位置。

附图说明

图1为示例性机器的侧视图解示意图；

图2为示例性传动装置的示意性图解；

图3为在第一条件下示例性泵控制硬件的示意性图解；

图4为在第二条件下图3中的示例性泵控制硬件的示意性图解；以及

图5为另一实施方案的示例性泵控制硬件的示意性图解。

具体实施方式

图1示出了示例性的机器10。机器10可以为执行与诸如采矿、建筑、耕作或本领域公知的任何其它工业相关联的操作的固定式或移动式机器。例如，机器10可以为运土机，诸如推土机、装载机、反铲挖土机、挖掘机、自行式平地机、自卸车或任何其它运土机。机器10还可具体化为发电机组、泵、船舶或任何其它适合的机器。参照图1和图2，机器10可以包括框架12、用具14、诸如车轮或轨道等驱动轮加载装置18以及将动力从发动机16(图2)传递到驱动轮加载装置18的传动装置20(图2)。

如图2所示，传动装置20可以为流体静力学传动装置，并且可以包括加压流体源(例如，由发动机16驱动的主泵22、电动机24和旁通减压阀26。实际上，传动装置可以为连续可变传动装置(CVT)、平行路径可变传动装置(PPV)或本领域公知的其它传动装置。根据本公开，主泵22可以为诸如可变排量轴向活塞泵等可变排量泵，可通过改变摆盘(未示出)的倾斜角度来改变所述可变排量泵的位移。电动机24可以为固定排量液压电动机。然而，电动机24可以可选择地为可变排量电动机。传动装置20还可以包括另一加压流体源，例如向摆盘控制硬件30提供加压流体的进料泵28，在图3中进行了更加详细地说明。

图3示出了控制硬件30的部分。控制硬件30包括致动器50，致动器50具有连接部分52，所述连接部分52配置为接受摆盘控制臂(未示出)，以使致动器50的平移实现主泵22的摆盘(未示出)的角取向的变化。致动器50的位置是由第一压力室54和第二压力室56控制的。第一压力室54选择性地放置为通过第一三位三通控制阀58与进料泵28和箱40连通，第一三位三通控制阀58是通过诸如螺线管61等电气装置作用于诸如弹簧63等机械装置而被致动的。类似地，第二压力室56选择性地放置为通过第二三位三通控制阀60与进料泵28和箱40连通，第二三位三通控制阀60是通过诸如螺线管65等电气装置作用于诸如弹簧67等机械装置上而被致动的。

关于图3，致动器50向右运动是通过不为与第一控制阀58相关联的螺线管61供给能量以将第一压力室54放置为与进料泵28连通并且为与第二控制阀60相关联的螺线管65供给能量以将第二压力室56放置为与箱40连通来实现的。类似地，致动器50向左运动是通过为与第一控制阀58相关联的螺线管61供给能量以将第一压力室54放置为与箱40连通并且不为与第二控制阀60相关联的螺线管65供给能量以将第二压力室56放置为与进料泵28连通来实现的。

流体通道62设置在第一压力室54和第二压力室56之间。通道62具有将通道62与第一压力室54连接的第一孔口68以及将通道62与第二压力室56连接的第二孔口70。在图3所示的实施方案中，当致动器50处于中间位置时，如图所示，第一和第二孔口68、70被致动器50阻挡。致动器的中间位置的特征在于致动器关于第一和第二孔口68、70大体居中。可构思的是，致动器的中间位置和近中间位置将对应于摆盘的大致中间取向以及主泵22的零排量或最小排量。

在图3所示的实施方案中，致动器50向右相对少量的运动将打开通往第一压力室54的第一孔口68，并且致动器向左相对少量的运动将打开通往第二压力室54的第一孔口68。排泄阀64布置在通道62内，排泄阀具有打开位置和闭合位置。诸如弹簧72等机械装置朝向打开位置偏置排泄阀64，并且诸如螺线管74等电气装置朝向闭合位置偏置排泄阀64。当排泄阀64处于打开位置时，流体能够通过通道62到达箱40。当排泄阀64处于闭合位置时，限制流体流过通道62到达箱40并且限制流体从第一或第二孔口68、70中的另一个流道第一或第二孔口68、70中的任一个。

工业应用性

在主泵22正常工作期间，螺线管74被供给能量，将排泄阀64移动到闭合位置。以此方式，加压流体可提供给第一和第二室54、56或来自第一和第二室54、56以便移动致动器50并且改变摆盘的角度，并且因此改变主泵22的排量。

在失去电功率时，控制硬件30可具有图4所示的构造。在该条件下，第一和第二控制阀58、60由它们各自的弹簧致动到流过位置，以使第一和第二压力室54、56均与进料泵28连通。此外，排泄阀64也由弹簧72偏置到打开位置。进一步参照图4，致动器50保持在中间位置，从而通过第二孔口70的暴露面积A_p2经由通道62将第二压力室56与箱40连通。流体从第二压力室56流到箱40将使得第二压力室56处于比第一压力室54所处压力低的压力下。这种压力不平衡将朝向中间位置偏置致动器50。然而，由于作用于摆盘上的力，摆盘臂同样可在致动器50上施加力F_S。因此，致动器50将移动到平衡位置，平衡位置通常靠近中间位置。忽略摩擦影响，此平衡面积A_p1可由等式1近似，其中A_c为第二控制阀60的计量面积，A_act为第二压力室56中的压力作用于致动器50的右侧的表面积，并且P_charge为自进料泵28释放的流体的压力。

等式1

A_{p 2}^{2} = \frac{A_{c}^{2}}{\frac{A_{act} P_{chareg}}{F_{s}} - 1}

因此，利用等式1，致动器50的稳态位置可利用将致动器50的位置与第二孔口70的暴露面积A_p2进行比较的映射来近似。

在图5所示的另一实施方案中，致动器50的尺寸设计为使得其在中间位置上欠重叠，也就是说，在中间位置上，第一和第二孔口68、70二者均与它们各自的压力室54、56连通。在这种欠重叠的条件下，按照A_p1和A_p2的平衡位置可由等式2来近似，其中A_p1是第一孔口68的暴露面积。

等式2

A_{p 1}^{2} - A_{p 2}^{2} = \frac{(A_{c}^{2} + A_{p 1}^{2}) (A_{c}^{2} + A_{p 2}^{2})}{A_{c}^{2} A_{act} P_{ch \arg e}} F_{s}

因此，在欠重叠的条件下，利用等式2，致动器50的稳态位置可利用将致动器50的位置与暴露面积的平方差，即进行比较的映射来近似的。

本领域技术人员显而易见的是，可以对所公开的液压系统进行各种改进和变型。通过考虑说明书以及所公开的液压系统的实践，其它实施方案对于本领域技术人员来说是显然的。特别地，对于本领域技术人员来说显而易见的是，控制系统此处描述了用于可变排量泵，还可用于可变排量电动机。目的在于，说明书和实施例被视为仅仅是示例性的，真正的范围由随附的权利要求及其等同内容来表示。

Claims

1.一种液压系统，包括：

加压流体源；

箱(40)；

致动器(50)，其布置在第一压力室(54)和第二压力室(56)之间；

流体通道(62)，其具有与所述第一压力室(54)选择性连通的第一孔口(68)以及与所述第二压力室(56)选择性连通的第二孔口(70)；以及

排泄阀(64)，其布置在所述流体通道(62)中，所述排泄阀(64)具有打开位置和闭合位置；

其中，当所述排泄阀(64)处于所述打开位置时，流体能够从所述第一孔口(68)和所述第二孔口(70)传递到所述箱(40)；并且

其中，当所述排泄阀(64)处于所述闭合位置时，限制流体从所述第一孔口(68)和所述第二孔口(70)传递到所述箱(40)。

2.如权利要求1所述的液压系统，其中，所述排泄阀(64)通过第一机械装置朝向所述打开位置偏置并且通过第一电气装置朝向所述闭合位置偏置。

3.如权利要求2所述的液压系统，进一步包括具有第一位置和第二位置的第一控制阀(58)，其中，所述第一控制阀(58)的所述第一位置将所述第一压力室(54)与所述加压流体源连通，并且所述第一控制阀(58)的所述第二位置将所述第一压力室(54)与所述箱(40)连通。

4.如权利要求3所述的液压系统，其中，通过第二机械装置使所述第一控制阀(58)朝向所述第一位置偏置。

5.如权利要求4所述的液压系统，其中，通过第二电气装置使所述第一控制阀(58)朝向所述第二位置偏置。

6.如权利要求5所述的液压系统，进一步包括具有第一位置和第二位置的第二控制阀(60)，其中，所述第二控制阀(60)的所述第一位置将所述第二压力室(56)与所述加压流体源连通，并且所述第二控制阀(60)的所述第二位置将所述第二压力室(56)与所述箱(40)连通。

7.如权利要求6所述的液压系统，其中，通过第三机械装置使所述第二控制阀(60)朝向所述第一位置偏置。

8.如权利要求7所述的液压系统，其中，通过第三电气装置使所述第二控制阀(60)朝向所述第二位置偏置。

9.如权利要求8所述的液压系统，进一步包括具有倾斜角度的摆盘，其中所述致动器的运动实现了所述倾斜角度的变化。

10.如权利要求9所述的液压系统，其中，所述加压流体源为进料泵(28)。