CN103649554A - 基于优先权将流体从多个泵分配至多个液压功能的系统 - Google Patents

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Abstract

一种阀组件（40）具有联接至第一泵（50）的排量控制（39）端口的流量求和节点（74）。在组件中的每个阀（41-47）具有可变计量孔（75），该可变计量孔控制从进口（70）至液压致动器的流量，并具有可变源孔（64），该可变源孔将流体从供应管路（58）传送至流量求和节点。源孔随着计量孔缩小而扩大。每个阀包括可变旁通孔（80），且所有控制阀的旁通孔串联连接，在旁通节点（55）和箱体（53）之间形成旁通通道（85）。旁通节点联接至流量求和节点并接收来自第二泵（51）的流体。在每个阀处，源止回阀（68）将流体从供应管路传送至进口，以及旁通供应止回阀（89）将流体从旁通通道传送至进口。

Description

基于优先权将流体从多个泵分配至多个液压功能的系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2011年3月15日提交的美国临时专利申请第61/452,885号的权益,两个文献的内容以参见的方式纳入本文，就如同于此处进行了完全的阐述。
关于联邦赞助研发的声明
不适用
本发明的背景
1.本发明的领域
本发明涉及具有多个泵和多个独立地可控制的液压致动器的液压系统；以及更具体地涉及多个泵的控制和将产生的流体流量分配到多个液压致动器。
2.相关技术的说明
液压系统具有至少一个液压泵，该液压泵提供加压流体，该加压流体通过各控制阀馈送以驱动不同的液压致动器。液压致动器是诸如缸体活塞布置或是液压马达，该液压马达使液压流体的流动转变为机械运动。
因为不同量级的负载作用于各个液压致动器上，操作每个致动器所需的液压压力可在任何时间点处大幅变化。例如，在挖土机中，用于举起悬臂的液压致动器通常需要相对较高的压力，该相对较高的压力是与卷起铲斗或移动臂的其它致动器相比而言的。因此，当操作者在举起悬臂的同时还移动臂或铲斗时，来自泵的流体流量的大部分将去向较低压力的液压致动器。在没有一些其它补偿机构的情况下，这剥夺了悬臂致动器根据命令进行操作所需的必要流体。为了保持在所有致动器中的适当流量共享，液压系统使用复杂的节流机构，该节流机构在多个致动器操作时对较低压力功能增加了压降，并且防止它们消耗不成比例地大量的流体流量。不同设备制造商使用不同的节流机构。这些机构中的一些使用压力补偿器和负载感应泵，而其中的另一些使用来自操作者空置的先导压力信号来对低压功能形成节流损失。所有这些节流损失产生热并给液压系统增加低效从而能够进行机器操作者命令的多功能操作。
期望的是，避免这些在效率和能量上的固有损失的同时还保持操作者所期望的多功能性能。
在许多更大的机器上的液压系统具有多个泵，该多个泵用于供应加压流体以为各个液压致动器提供动力。一个泵可专用于仅向选择的致动器提供流体，而另一个泵给其余的致动器提供流体。当那些液压致动器不消耗流体且其泵处于相对少使用状态，而其它液压致动器的不同泵正经历大量流体需求时，液压致动器与给定泵的固定分配是低效的。在其它系统中，某些液压致动器由来自多个泵的流体提供动力，在这种情况下用于在那些液压致动器之间分享可用流体的机械是必须的。
因此，期望以有效的方式动态地分配来自多个泵的流体输出，同时认识到需要某些致动器在关于可用流体的使用方面比其它液压致动器具有优先权。
发明内容
液压系统包括可变流量第一泵和第二泵，该可变流量第一泵和第二泵将来自箱体的流体供应至多个液压功能。每个液压功能包括液压致动器和控制阀，该控制阀管理从一个或两个泵到液压致动器的流体应用。控制阀是独特控制阀组件的一部分。
控制阀组件包括连接成从第一泵向多个液压功能的传送流体的供应管路、用于将流体传送回箱体的返回管路、以及多个控制阀。每个控制阀具有出口，该出口可操作地联接以接收来自供应管路的流体，以及具有用于控制从进口至液压致动器的流体的流量的可变计量孔。多个控制阀的每个还包括可变旁通孔，其中所有那些旁通孔串联连接在旁通节点与返回管路之间。旁通孔的该串联连接形成旁通通道。较佳地，给定控制阀的可变旁通孔随着该给定控制阀的可变计量孔尺寸增加而尺寸减小。旁通节点可操作地连接以接收来自第二泵的流体。
设置多个源止回阀和多个旁通供应止回阀。在每个控制阀处，源止回阀将来自供应管路的流体传送至进口，以及旁通供应止回阀将来自旁通通道的流体传送至进口。
本控制阀组件的另一个方面是带有连接成接收仅来自供应管路的流体的进口的另一个控制阀。
本控制阀组件的另一个方面是带有连接成接收仅来自供应管路的流体的进口的附加控制阀。
本控制阀组件的还有另一个方面是排量控制回路，该排量控制回路响应于多个液压功能的流体需求而控制第一泵的排量。在一个实施例中，排量控制回路包括联接至用于第一泵的控制端口的流量求和节点。接着多个控制阀中的每个具有可变源孔，来自供应管路的流体通过该可变源孔流至流量求和节点，其中，可变源孔随着同一控制阀中的可变计量孔尺寸增加而尺寸增加。
附图说明
图1是带有液压系统的挖掘机的示意图，该液压系统包含有根据本发明的控制阀组件；
图2是用于挖掘机的第一液压系统的示意图；
图3、4、5和6是在第一液压系统中的三个控制阀的放大示意图；
图7是在图2中的液压系统的示意图，某些内部部件与控制阀分开且根据它们的功能关系重新布置。
图8是在控制阀组件中的三个控制阀的替代连接；以及
图9是根据本发明的第二液压系统的示意图。
本发明的详细描述
这里所使用的术语“直接连接”是指相关联的部件通过管路连接在一起而无需诸如阀、孔或其他器件之类的任何插入元件，该插入元件限制或控制流体的流量超出任何管路的固有限制。如果部件描述成直接连接摂在两个点或元件之间，那就是部件直接地连接至每个这样的点或元件。
尽管本发明在上下文中描述的是用在挖土机上的，本发明还可实施在其他类型的液压操作设备上。
首先参见图1，挖掘机10包括驾驶室11，该驾驶室可在履带16上顺时针和逆时针摆动。附接至驾驶室的悬臂组件12细分为彼此之间枢接的悬臂13、臂14和铲斗15。机械地和液压地并联连接的成对液压活塞缸体组件17相对于驾驶室11升高或降低悬臂13。在典型的挖掘机中，这些组件17的缸体附接至驾驶室11，而活塞杆附接至悬臂13，这样作用在悬臂上的重力趋于将活塞杆缩回缸体中。然而，活塞缸体组件的连接可使重力趋于将活塞杆从缸体伸出。支承在悬臂13的远端处的臂14可响应于另一个液压活塞缸体组件18的操作而向前和向后枢转。当通过还有另一个液压活塞缸体组件19驱动时，铲斗15使在臂的末端枢转。铲斗15可被其他作业头代替。
另外参见图2，成对的左右双向行进马达20和22各自驱动轨道24以在地面上推进挖掘机。双向液压摆动马达26可选择性地相对履带16顺时针和逆时针转动驾驶室11。
液压马达20、22和26以及在悬臂组件12上的液压活塞缸体组件17-19通常称为液压致动器，该液压致动器是将液压流动流转换成机械运动的装置。给出的液压系统可包括其它类型的液压致动器。
具体参见图2，液压系统30具有七个液压功能31-37，尽管在实践本发明的其他液压系统中可使用更多或更少数量的这样的功能。具体地，具有左和右行进功能31和32，以及摆动功能33。悬臂组件包括悬臂功能34、臂功能35和铲斗功能36，称为执行功能。设置第七功能37是用于为辅助装置提供动力，诸如液压锤。
每个液压功能31、32、33、34、35、36和37各自包括控制阀41、42、43、44、45、46和47，以及包括相关的液压致动器20、22、26、17、18、19和27。这七个控制阀41-47组合形成控制阀组件40。控制阀可物理上分离或组合在单个单体组件中。六个控制阀41-46管理在来自可变排量第一泵50和固定排量第二泵51到相关的液压致动器的流体流量。可选地，第二泵51可以是诸如带有正排量或非正排量或负载传感控制泵的可变排量泵。例如，第一泵50的最大排量可以是145立方厘米，以及第二泵51的最大排量可以是50立方厘米。第一泵50将加压流体提供至供应管路58并且第二泵51将加压流体提供至在旁通通道85的上游处的旁通节点55。所有的控制阀41-47还管理从相关联的液压致动器返回至通向箱体53的返回管路60的流体流量。
第一泵50是该类型的：输出压力等于施加到负载传感控制端口39的压力加上被称为“泵裕度”的固定预定量。为了保持所期望的压力，第一泵50增加或减少其排量。例如，如果出口压力与控制输入端口压力之间的差异小于泵裕度，则泵将增加排量。如果出口压力与控制输入端口压力之间的差异大于泵裕度，则泵将减少排量。已知通常通过孔的流量可表示为与流通面积和压差的平方根成比例。由于该泵控制方法提供恒定压差或“泵裕度”，流出第一泵50的流量将与泵出口与负载传感控制端口39之间的流通面积成线性比例。
可选地,第一泵50可以是正排量泵,在该正排量泵中,通过电动液压装置或先导操作装置控制排量。
当多个功能需要流体时，第一泵50可处于相对高排量，该相对高排量可使驱动泵的发动机过载以及可能使发动机停机。这种情况将通过发动机控制器探测到，该发动机控制器通过向液压系统的系统控制器57提供报警信号来作出响应。系统控制器57通过操作负载传感动力控制阀38作出反应，该负载传感动力控制阀打开成比例的量来减少施加在负载传感端口处的压力来管理第一泵50的出口压力。该动作减少了发动机上的负载并防止停机。
系统控制器57除了接收来自挖掘机上各个传感器的输入信号之外，还接收来自驾驶室11中的操作者界面59的输入装置的信号。系统控制器通过产生操作第一液压系统30中的阀的信号来作出响应。
每个控制阀41-47是正开口式三位阀，例如：诸如滑阀式阀，然而可以使用其它类型的阀。虽然在示例性液压系统30中，控制阀41-47示出为通过先导压力操作，但控制阀中的一个或多个可通过螺线管或机械连接件操作。
用于行进功能31和32的第一和第二控制阀41和42与图3中详细描述的第一控制阀相同。该滑阀式阀具有供应端口62，该供应端口直接地连接至来自第一泵50的供应管路58。控制阀中的可变流量源孔64提供供应端口62和流量出口66之间的流体连通。流量出口66通过功能流量限制器63连接至二级供应管路67，该功能流限制器包括与止回阀并联的固定孔。
流量出口66还直接地连接至计量孔进口70。在第一控制阀41中的可变计量孔75根据控制阀远离中心、即所示的中性位置移动的方向，选择性地将计量孔进口70连接至两个工作端口76和78之一。两个工作端口76和78连接至相关的液压致动器，诸如在左行进功能31中的致动器20上的不同端口。第一控制阀41通常通过弹簧77偏置到中心位置中，在该中心位置中两个工作端口76和78都连接至返回管路60。
第一控制阀41还具有直接地联接在控制阀的旁路进口79和旁路出口81之间的可变旁通孔80。
其它五个控制阀43-47与第一控制阀41相似，相同的部件和特征用相同的附图标记标识。现在将描述在那些其它阀中的差异。
对于在图2和4中示出的第五控制阀45，流量出口66通过常规源止回阀68连接至计量孔出口70。计量孔进口70还通过旁通供应止回阀89联接至在控制阀的旁通入口端口79侧处的旁通通道85。旁通供应止回阀89如将要描述的那样，在某些操作情况下，允许流体从旁通路径85流经计量孔75。第四控制阀44的计量孔进口70以相同的方式联接至流量出口66和旁通通道85。
参见图5，用于摆动功能33的第三控制阀43具有相似的计量孔进口70至流量出口66和旁通路径85的连接。然而，对于第三控制阀33而言，源止回阀68和旁通供应止回阀89的出口通过串联连接的先导操作速度控制阀91和控制孔92联接至计量孔进口70。速度控制阀91响应于跨越控制孔92的压差。由于压差随流量增加而增加，速度控制阀91成比例地关闭以限制流体流量，该限制流体流量提供对于摆动功能的过速保护。第三控制阀43还具有内部流量限制阀93，该内部流量限制阀通过在计量孔75的出口侧的压力先导操作。流量限制阀93在摆动功能33以最大转矩操作时，限制通过第三控制阀的源孔64的流体流量。如果不是最大转矩时的该限制，摆动卸压阀94或95将打开通向箱体的路径，这浪费由泵产生的流体流量。
如图2和6所示，用于辅助功能37的第七控制阀47不具有如在其它控制阀中的可变流量源孔64，该可变流量源孔选择性地在供应端口62与流量出口66之间提供流体连通。这是因为第七控制阀47不接收直接地来自供应管路58的流体，并因此不对第一泵50的排量施加控制。替代地，第七控制阀47仅通过旁通供应止回阀89经由旁通路径85供应流体。
通常参见图2，第一和第二控制阀41和42的流量出口66通过它们的功能流量限制器63联接至在二级供应管路67中限定的流量求和节点74。第三至第六控制阀43-46的流量出口66直接地连接至流量求和节点74。这样，控制阀中的每个可调流量源孔64提供在供应管路58与流量求和节点74之间的分离的可变流体路径。
用于所有控制阀41-47的旁通孔80串联连接以改变在流量求和节点74和返回管路60之间通过旁通通道85的流体连通。求和节点74通过二级供应管路67连接至在旁通通道85的上游端处的旁通节点55。在示例性液压系统30中，第四控制阀44的旁通进口端口79连接至旁通节点55。第四控制阀44的旁通出口81直接地连接至第三控制阀43的旁通进口端口79，该第三控制阀的旁通出口81直接地连接至第五控制阀45的旁通进口端口79、等等，在所有控制阀47、46、42和41中都是如此。第一控制阀41的旁通出口81直接地连接至返回管路60。这样在一系列在每个控制阀41-47中的旁通孔80连接在求和节点74与返回管路60之间。
继续参见图2，双位置成比例跨接连接阀97与跨接连接止回阀98、旁通通道85和供应管路58串联。通常提供流量限制的跨接连接阀97响应于行进功能31和32的命令打开。跨接连接止回阀98定向成使得当在旁通通道85中的压力超过在供应管路58中的压力至少一个预定水平时，止回阀打开以允许来自旁通通道的流量进入供应管路58。循环支流分别用跨接连接阀97和跨接连接止回阀98在悬臂和摆动功能44和43之间连接至旁通通道85。该循环支流给予摆动功能33优于臂和铲斗功能35和36使用旁通通道流量的优先权。通过打开跨接连接阀97减少该优先权，这样当触发行进功能31或32时，摆动致动器26不会驱使过度。在供应管路58中在行进功能31和32及铲斗功能36之间的行进优先阀99通过行进命令相似地先导操作以给行进功能对由第一泵50提供的流体使用的优先权。
跨接连接止回阀96可操作地连接以使流体能够从旁通通道58流入供应管路58。跨接连接止回阀96在臂功能控制阀45和铲斗功能控制阀46之间连接至旁通通道85。
本液压系统30具有相对大的可变排量第一泵50，该可变排量第一泵提供如由操作者要求的用以操作液压功能所需的大部分流量。当悬臂液压功能34、摆动液压功能33以及臂液压功能35不消耗所有由第二泵产生的流量时，除了补充来自第一泵50的输出之外，可具有固定或可变排量的第二泵51提供流量以操作按照悬臂液压功能34、接着是摆动液压功能33、且接着是臂液压功能35这样的优先权顺序来操作这三个功能。
第二泵51的出口连接至在旁通通道85的上游端处的旁通节点55，该旁通通道通过在控制阀41-47中的旁通孔80的串联连接形成。泵出口止回阀49使第二泵51的卸压阀48与系统卸压阀61隔离。流量求和节点74限定在其中的二级供应管路67还通过包括止回阀87和孔86的循环支流联接至旁通通路85的旁通节点55的上游。止回阀87阻塞在旁通节点55处第二泵51的输出流量进入二级供应管路67。这样，来自第二泵51的流量进入旁通通道85并在其中流动通过控制阀旁通孔80的串联连接。
图7是第一液压系统30的简要说明，示出了控制第一泵50排量的那些部件。各种控制阀41-47中的可变流量源孔64和旁通孔80被示出以更功能性关系布置。在该附图中，附图标记的下标是指相对应的元件是由下标数字标示的具体控制阀的一部分（例如，旁通孔8041是第一控制阀41的一部分），然而，使用没有下标的附图标记一般地指示该元件。
六个控制阀41-46的可变流量源孔6441-6446并联在来自第一泵50的供应管路58与在二级供应管路67中限定的流量求和节点74之间。所有七个控制阀41-47的旁通孔8041-8047串联连接在流量求和节点74与通向箱体53的返回管路60之间，并形成旁通通道85。应注意到，旁通孔及因此它们相应的控制阀以图7中从右向左的第一顺序串联连接。该第一顺序限定控制阀必需使用流经旁通通道85的流体的优先权。还应注意到，控制阀41-47以从左向右的第二顺序连接至供应管路58和二级供应管路67，这限定了使用由第一泵50产生的流体流量的优先权。具体地，第二顺序与第一顺序相反。
此时忽略由第二泵51提供的流量并首先假设所有的控制阀41-46处于中心位置，在该中心位置中，它们的液压功能都是不工作的。在该不工作状态，施加到供应管路58的来自第一泵50的输出经过可变流量源孔6641-6446进入求和节点74。由于所有那些控制阀流量源孔现在缩小至相对小的流通面积，相对小的流体量从第一泵50流至求和节点74。此时，旁通通道85中的所有控制阀旁通孔8041-8047扩大到它们的最大尺寸，因此具有相对大的流通面积。因此，在液压系统30的该不工作状态中，流体相对畅通地从求和节点74流经装置86和87进入旁通通道85，并通过该旁通通道进入返回管路60。结果，在流量求和节点74处的压力处在相对低的水平。该低压力水平传送至可变排量第一泵50的负载传感控制端口39。应注意到：在该液压功能不工作状态中，来自第二泵51的输出还相对自由地流过旁通通道85进入返回管路60。
当液压功能31-37中的一个或更多工作时，它各自的控制阀41-47从中心位置移位，这增加了计量孔75的尺寸，因此将流体从计量孔进口70传送至相关的液压致动器。该控制阀的移位还增加了其可变流量源孔64的尺寸，因此增加从第一泵50的出口进入流量求和节点74和到控制阀的计量孔进口70的流量。与此同时，控制阀的旁通孔80尺寸减小，这限制流经旁通通道85并进入返回管路60的流量。限制旁通通道流量首先改变在流量求和节点74处的压力，该流量求和节点联接至第一泵50的负载传感控制端口39。如前所述，该压力变化改变第一泵的排量以增加流入供应管路58的流量，以保持“泵裕度”。
当流量求和节点足够大到克服作用在连接至该移位控制阀的液压致动器上的负载力时，流体开始流经相应计量孔75以驱动该液压致动器。
与此同时，其它控制阀41-47中的一个或多个也可从中心位置移位以触发它的相关联的液压功能。这样的其它控制阀的各自的可变流量源孔64还将流体从供应管路58传送进入流量求和节点74。因为所有可变流量源孔64并接连接，所以跨越那些孔中的每个有相同的压差。每个流量源孔的压差和横截面面积决定经过所给出孔的流量。流入流量求和节点74的总流量是流经每个可变流量源孔64的单独流量的累积。结果，每个打开的可变流量源孔面积的总和决定流入流量求和节点74的累积流量，并且这样控制来自可变排量第一泵50的输出流量。在第一六个控制阀41-46的每个的中计量孔75的各自流通面积和在致动器17、18、19、20、22和26上的各自负载力决定它们的致动器的每个所接收的、来自流量求和节点74的流量的大小。
当所有液压致动器31-37停止操作时，它们的相关的控制阀41-47通过控制该阀的任何装置返回至中心位置。在中心位置，控制阀的工作端口76和78与计量孔进口70断开，切断了从流量求和节点74至液压致动器的流体流量。此外，所有的可变流量源孔64缩小至相对小的尺寸，该相对小的尺寸减少了从供应管路58流向流量求和节点74的流量。将所有控制阀41-47返回到中心位置还扩大了其旁通孔80的尺寸,因此将流量求和节点压力释放入返回管路60中。这减少了流量求和节点74处的压力，该流量求和节点74处压力连接至第一泵50的负载传感控制端口39。该压力水平的减少减少了第一泵50的排量。
第一泵50的排量的控制的上述描述忽略了第二泵51的运行。根据在每个控制阀41-47中的可变旁通孔80的状态，来自第二泵51的输出流量施加到旁通通道85的上游端处的旁通节点55上，通过该旁通通道流量可通到下游端处的返回通道60。当悬臂、摆动或臂功能34、33或35之一分别地运行时，来自旁通通道85的流体可经过在该功能中的旁通供应止回阀89供给至相关控制阀43-45的计量孔进口70。在计量孔进口70处，来自旁通通道85的流体与来自第一泵50的流体组合，该来自第一泵50的流体通过流量源孔64和源控制阀68从供应管路58上接收。来自第二泵51的流体的贡献增加了来自第一泵50的、由相应液压功能所消耗的流体量。
继续参见图7，来自第二泵51的在旁通通道85中的流量首先可供悬臂功能34提供动力使用。具体地，在旁通通道85中的流量可经过旁通供应止回阀8944流至第四控制阀44的计量孔进口7044。如果触发悬臂功能34，即，第四控制阀44已从中心位置移位，相应的旁通孔8044尺寸减小，因此限制流体流到旁通通道85中更远的下游并引导流至计量孔进口7044。然而，如果悬臂功能不工作，第二泵的出口流量继续经过旁通通道85至用于摆动功能33的第三控制阀43。
如果摆动功能33是工作的，流体流经用于该功能的旁通供应止回阀8943并流至计量孔进口7043。然而，如果摆动功能33不工作，则来自第二泵51的流量继续经过旁通通道85至用于臂功能35的控制阀45。当臂功能35工作时，该流体可用以经过臂功能旁通止回阀8945以供应计量孔进口7045。如果不是那种情况的话，流量继续经过旁通通道85该通道的下游端处至左行进控制阀41的旁通出口81，从该通道的下游端处流体流入箱体返回管路60中。
以这种方式，悬臂、摆动和臂功能34、33和35各自地通过旁通通道85接收来自第二泵51的流体。沿着该旁通通道85的那些控制阀的顺序决定相应功能必须使用该流体的优先权。应理解的是，悬臂、摆动和臂功能34、33和35可同时运行并不需要所有来自第二泵51的流量。在该情况下，那些功能的几个使用第二泵流量以运行它们各自的液压致动器。
参见图2和7，如果悬臂、摆动和臂液压功能34、33和35分别不消耗在旁通通道85中的来自第二泵51的所有流体，多余的流体能流经由跨接连接止回阀98和在跨接连接阀97中的孔形成的循环支流。经过该循环支流的流量补充来自第一泵50的、导入二级供应管路67并可用于除了辅助功能37之外所有功能的流体流量。应注意到，辅助功能37仅从旁通通道85，而不从主要或二级供应管路58和67获取流体。
很显然，悬臂、摆动和臂液压功能34、33和35分别能通过二级供应管路67接收来自第一泵50的流体和通过旁通通道85接收来自第二泵51的流体。由于两个泵50和51可在不同的输出压力水平下操作，必须保持那些压力水平独立。这通过源止回阀68和旁通供应止回阀89来实现，该源止回阀将用于每个阀的计量孔进口70联接至二级供应管路67，该旁通供应止回阀将该进口连接至旁通通道85。那对止回阀允许来自各泵的流体施加至计量孔进口70。
当举起悬臂13的同时，需要较低压力的摆动或其它液压功能必须保持足够的转矩在可接受的速率下加速。在这种命令情况下，来自第二泵51的流量将通过它的与旁通通道85的连接被引导至悬臂功能34，这样悬臂可在所需压力下操作。较低压力摆动功能33使用来自第一泵50的流体来运行，第一泵在比第二泵51低的输出压力水平下运行。然而，摆动液压功能可要求比第一泵输出高的压力以在可接受的速率下加速。因此，用于摆动功能33的第三液压阀43在旁通通道85的上游端处接收来自旁通节点55否则会去向悬臂功能34的流体。该流体传送通过分流支路52（图2）。为确保悬臂功能34保持优先权，在分流支路52上设有孔54以限制分流到摆动功能的流量。
在挖掘机上理想的是行进功能31和32接收优于在其他液压功能使用液压流体的优先权。因此，当行进功能工作时，它们对流体的需求通过从第一泵50分配与适当地运行行进功能所需的一样多的输出流量来满足。这通过操作行进优先阀99以在行进功能31和32与其它液压功能33-37之间在供应管路58中插入流量限制来实现。
当仅运行一个行进功能31或32时，它的流量需求的大部分将由第一泵50通过至供应管路58的连接来提供。然而，行进功能流量需求的相当大的部分（例如25%）可来自第二泵51。由于其它液压功能是不工作的，所以从第二泵51进入旁通通道85的流量由在工作的行进功能处的旁通孔80的减少的尺寸来限制。该限制迫使旁通流经跨接连接止回阀96并进入供应管路58，因此在供应管路中补充来自第一泵50的流体。接着组合流量经行进功能控制阀41或42的可变流量源孔64传送至流量求和节点74。该组合流量考虑来自第二泵51的流量贡献来影响第一泵50的排量控制。换言之，考虑由第二泵51提供的流量来减少第一泵排量。
如果在行进功能31或32是工作的同时其它液压功能之一、诸如铲斗功能36被命令，则用于该其它液压功能的控制阀中的流量源孔64将来自供应管路58的流体传送至二级供应管路67的第二部分67b中。第二部分67b通过固定的分离孔69联接至第一部分67a，以及行进功能31和32连接至第一部分67a。分离孔69限制通过该其它液压功能馈送入第二部分67b的流量进入第一部分67a和到达行进功能。具体地，分离孔69限制由于跨越孔出现的泵裕度而传送至行进功能的附加流量。固定分离孔69的尺寸将附加流量限制到预限定附加量，高于通常当只有行进功能工作时所发生的量。
当行进功能31和32工作时，必需防止比最大的允许流量多的流量传送至它们的液压致动器20和22。这通过在每个行进功能中的功能流量限制器63的固定孔和止回阀布置来实现。例如，如果那些功能被命令至最大水平的同时，行进功能之一停止，则这样在停止的功能中未消耗的供应流量经过相关联的功能流量限制器63进入二级供应管路67。未消耗的供应流量从二级供应管路67传送通过在仍然工作的行进功能中的功能流量限制器67的止回阀。然而，因为跨越该孔出现裕度压力，所以来自停止功能的流量由它的功能控制限制器63的孔限制。在通常的操作情况下，经过在停止功能中的功能控制限制器孔的流量将足够小，这样不会在仍然工作的行进功能中引起问题。
从图2-7，很明显两个行进功能31和32具有消耗来自第一泵50的流量的优先权，并且仅在来自第二泵的流体是运行其它液压功能33-37所不需要的时，两个行进功能接收来自第二泵的流体。由于在旁通通道85中的它们的连接顺序，悬臂功能34、摆动功能33和臂功能35具有使用由第二泵51提供的流体的优先权。此外，那些之后的功能33、34和35中的每个还能消耗来自供应管路58中未被行进功能31和32消耗的流体。铲斗功能36可仅消耗来自主要和二级供应管路58和67的流体，并且辅助功能37仅消耗来自旁通通道85的流体。
第三和第五控制阀43和45的每个使它的计量孔进口70通过分离源和旁通供应止回阀68和89联接至它的流量出口66以及旁通通道85。从旁通通道85到用于那些控制阀43和45的每个的计量孔进口70的流量受到每个控制阀中在旁通通道上游的旁通孔80的尺寸影响。例如，通过用于第五阀45的旁通供应止回阀89的流量受到第三和第四控制阀43和44中的旁通孔80影响。该构造称为控制阀计量孔80至旁通通道85的“串联连接”。
图8示出了控制阀计量孔进口70至旁通通道85的“并联连接”。控制阀101和103以与图2中第五控制阀45相同的方式连接。然而，用于控制阀102的旁通供应止回阀89并不连接至该控制阀上游且相邻控制阀103下游、即在控制阀102和103之间的旁通通道85。替代地，用于控制阀102的旁通供应止回阀89将该控制阀的计量孔进口70连接至在控制阀103上游的旁通通道85中的中间节点110，即在旁通通道中连接有用于控制阀103的旁通供应止回阀89的相同点处。因此，从旁通通道85至控制阀102的流体的供应不受由在控制阀103中的旁通孔80的尺寸影响，因为在该示例中，流体从右至左通过旁通通道85。
图9示出实施本发明构思的第二液压系统200。该液压系统200具有左行进功能201和右行进功能202、悬臂功能203、摆动功能204、臂功能205和铲斗206。
可变排量第一泵208从箱体210抽取流体，并且将该流体在压力之下提供到供应管路209中。供应管路209具有双位比例供应阀207，该双位比例供应阀位于左和右行进功能201和202与保持液压功能203-206之间。
第二液压系统200具有固定排量第二泵220，该固定排量第二泵也从箱体210抽出流体并在压力下将该流体经供应止回阀222提供到悬臂/臂选择阀224。悬臂/臂选择阀224将来自第二泵220的输出流量引导至功能供应管路228或在旁通通道226的上游端处的旁通节点229。旁通节点229还通过止回阀231连接至二级供应管路230。止回阀231防止来自第二泵220的流量流入二级供应管路,并因此以悬臂、摆动和臂功能的优先顺序保持用于悬臂、摆动和臂功能的流量优先权。另一个止回阀233允许来自固定排量第二泵220的、够则会被某些液压功能消耗的流体流入供应管路209，这样补充来自第一泵208的、用于其他液压功能的流量。这减少了通过第一泵208抽出的发动机功率。
每个液压功能201、202、203、204、205和206各自包括控制阀211、212、213、214、215和216，以及包括相关的液压致动器20、22、17、26、18和19。所有控制阀211-216都连接至供应管路209并连接至通回箱体210的返回管路218。控制阀211-216是正开口式三位式，并且可以是例如螺线管操作滑阀式阀。每个控制阀211-216具有两个打开状态，在该两个打开状态中，来自供应管路209的流体馈送至相关的液压致动器17-26，并且来自致动器的流体通过阀返回至箱体返回管路218。根据所用的打开状态，液压致动器沿两个方向之一被驱动。
用于行进功能201和202的第一和第二控制阀211和212具有供应端口221，该供应端口直接地连接至供应管路209。那些控制阀211和212的出口端口223通过功能流量限制器225联接至二级供应管路230的第一部分230a。第三、第五和第六控制阀213、215和216具有相似的供应端口235和出口端口230，该供应端口235直接地连接至供应管路209，该出口端口236直接地连接至二级供应管路230的第二部分230b。
用于摆动功能204的第四控制阀214使其供应端口237通过成比例流量限制阀246连接至供应管路209，以及并出口端口239，该出口端口直接地连接至第二供应管路部分230b。流量限制阀246通过在出口端口239处的压力先导操作。摆动功能204具有流量限制器，该流量限制器限制来自可变排量泵的流量大小超过用于摆动液压致动器26的最大额定流量。该流量限制器包括与固定孔250串联的流量阀248，流体行进通过该固定孔供应至摆动液压致动器26。流量阀248通常打开并通过跨越孔250的压差先导操作。这样，当跨越固定孔250的流量超过预定值，因此产生所给出量级的压降时，流量阀248开始按比例地关闭，因此限制到摆动液压致动器26的流量。
在其中限定有流量求和节点232的第一供应管路部分230a通过固定求和孔242联接至第二供应管路部分230b。二级供应管路230的第一供应管路部分230a通过固定孔241连接至第一泵208的排量控制输入234。当控制阀211-216打开时，来自供应管路209的流体施加于流量求和节点232，并且流体施加的量与各自控制阀打开的程度成比例。
控制阀211-216还具有各旁通孔240，这些旁通孔串联连接以形成在旁通节点229与箱体返回管路218之间的旁通通道226。旁通通道226与止回阀231一起还提供在求和节点232与返回管路218之间的流体路径。当所有控制阀211-216处于关闭、中心位置时，其旁通孔240扩大以提供相对大的流动路径，该大的流动路径允许流体容易地从旁通节点229通入返回管路218。当控制阀211-216打开时，其旁通孔240缩小以限制流过旁通通道226的流量，这使在求和节点232处的压力增加，因此改变第一泵208的排量。
应注意的是,在控制阀213、215和214处分别有多组双止回阀255、260和262。当旁通通道226中具有合适压力时，这些止回阀之一可打开以将来自旁通通道的流体提供至相应的控制阀。该组中的其他止回阀在相应阀的打开状态时防止流体向后回二级供应管路230中或流入供应管路209中。这些对止回阀255、260和262允许流体从供应管路209和固定排量第二泵220两者供应至各自的液压功能。
继续参见图9，当命令悬臂升高或臂运动中任一个时，来自固定排量第二泵220的流量被引导至相应悬臂或臂功能203或205。这通过触发悬臂/臂选择阀224以成比例地将来自固定排量泵220的流量引导入功能供应管路228中来实现。这防止所有的固定排量泵流量被行进功能201或202消耗，并且更重要地防止通过止回阀233引导至供应管路209。功能供应管路228中的流量通过在悬臂功能203处的支流253引导到旁通通道226。应注意，旁通通道226中的止回阀254阻止该流量行进回旁通节点229。这样，在所有系统情况下，如果命令悬臂功能203时，来自第二泵220的流量最优先被引导以保持在该功能的压力限制下的悬臂流量。在命令悬臂升起操作的情况下，悬臂控制阀213的旁通孔240稍稍地关闭，因此已迫使进入旁通通道226的流体流过止回阀255和悬臂控制阀到达悬臂液压致动器17。该流量补充否则从从供应管路209和230抽出的任何流体。
此外，在挖掘机10的挖掘操作过程中，当臂功能205是工作的时，悬臂/臂选择阀224还将来自固定排量第二泵220的流量送入功能供应管路228中。该流量还流经支流253到旁通通路226中，并从该处流过至臂功能205。由于用于该功能的臂控制阀215具有减少的旁通孔240，迫使旁通通道流量通过止回阀262和臂控制阀以为臂液压致动器18提供动力。在挖掘操作过程中，臂功能205需要比铲斗功能206更高的压力是很常见的。第二液压系统200保持来自第二泵220的、用于臂功能的较高压力，而允许可变排量第一泵208以铲斗功能206所需的一样在较低压力下运行。
应注意，在悬臂功能203与摆动功能204之间，旁通通道226通过止回阀256和固定孔258联接至供应管路209。该循环支流允许未被臂功能205消耗的流体可被引导入供应管路209，流体可从该供应管路由其他液压功能使用。假设悬臂功能203和摆动功能204是不起作用的，则当触发臂功能205时，其控制阀215中的旁通孔240至少部分地关闭以允许流体从旁通通道226经由止回阀262流入该功能。任何未被臂功能205消耗的流体流经止回阀256和固定孔258。固定孔258允许保持在旁通通道226中的压力，从而臂功能将接收加压流体。
当命令悬臂升起、摆动和诸如或臂放下或铲斗转斗的另一较低的压力操作时，摆动功能204需要保持足够的转矩以适当地加速。在该命令情况之下，来自固定排量第二泵220的输出流量经由功能供应管路228引导到悬臂功能203，并且该功能因此在所需的压力下操作。收进悬臂或铲斗转斗操作在较低压力下从第一泵208得到动力。为了加速，摆动功能204需要比可变排量泵208产生的更高的压力。因此，现在摆动功能204通过止回阀和孔的组合264连接，该止回阀和孔的组合引导在功能供应管路228中的一些较高压力流量从悬臂功能203至摆动功能。在264处的孔的大小选择成限制引自偏离悬臂功能的流量。
仍参见图9，可变排量第一泵208具有比可允许进入行进液压致动器20和22显著高的流量，而不发生超速情况。当仅运行行进功能201和202之一时，其处于第一泵208的控制中，并因此从该泵接收大部分的流量需求。流量需求的其余部分满意地经由将流体供应到供应管路209的选择阀224和止回阀233来自固定排量第二泵220。当与例如铲斗功能206的执行功能一起命令单个行进功能时，任何到行进功能201和202的附加流量由在二级供应管路230中的固定求和孔242来限制。关于第一液压系统30，如前所述，当两个行进功能起作用时，发生相同类型的流量限制。
第二液压系统200实施节流技术，该节流技术给予行进功能201和202对于流体流量的使用的优先权。对于此技术，控制阀207将供应管路209分成第一部分270和第二部分272，其中仅行进功能201和202连接至该第一部分，其它功能203-206连接至该第二部分。当进行功能被命令时，该供应阀207从打开位置过渡成限制位置以限制允许从第一泵208到非行进功能203-206的流量大小。供应阀207用于两个行进功能201和202的致动器中所产生最高压力成比例地关闭。此外，二级供应管路230中的固定求和孔242限制由行进功能201和202命令的、在该操作模式过程中允许流至实施功能203、205和206的泵出口流量的大小。
为了避免跨越在摆动功能的液压致动器26处跨越跨接端口释放阀266的高压流量损失，流量限制阀246位于在主要供应管路209与负载传感管路部分238之间流经摆动控制阀214的流动路径中。当在该第二供应管路部分230b中的压力升高超过预定水平时，实施该流量限制阀246的先导操作控制阀关闭，以因此限制来自第一泵208的摆动功能的进口流量，该预定水平比跨接端口释放阀压力阈值稍高或稍低。应注意，流量限制阀246可放置在摆动控制阀214的供应管路侧或第二供应管路侧。
为了改善生产率并匹配铲斗功能206悬臂功能203的压力负载，在控制阀216和箱体返回管路218之间铲斗功能的排出管路中加入节流损失。该限制与举起悬臂命令成比例地变化。在第二液压系统200中,该限制是通过比例控制阀268来实施的,该比例控制阀响应于悬臂命令的量来运行。可选地,这样的限制可通过在悬臂滑阀上的可变孔实施,从铲斗功能排出的油流动穿过该悬臂滑阀。
前面的描述主要指向工业车辆的某些实施例。尽管关注的是各种替代方式，但是应该预料到，熟悉本领域的技术人员将会意识到现在从这些实施例的说明中而变得显而易见的其他替代方式。因此，本规模的范围应由下面的权利要求书来确定，而不应由上面的说明书来限制。

Claims (36)

1.一种用于液压系统的控制阀组件，所述液压系统具有可变排量第一泵和第二泵，所述第一泵和第二泵将从箱体供应流体以为多个液压致动器提供动力，所述控制阀组件包括：
供应管路，所述供应管路连接成用于将流体传送至所述多个液压致动器的所述第一泵；
返回管路，所述返回管路用于将流体传送至所述箱体；
多个控制阀，每个控制阀具有联接成接收来自所述供应管路的流体的第一进口，以及用于控制从所述第一进口至所述多个液压致动器之一的流体流量的可变计量孔，其中所述多个控制阀的可变旁通孔串联连接在旁通节点和所述返回管路之间，因此形成旁通通道，并且其中所述旁通节点操作地连接成接收来自所述第二泵的流体；
多个第一流量方向控制装置，每个第一流量方向控制装置提供流体能仅从所述供应管路流至所述多个控制阀之一的第一进口的路径；以及
多个第二流量方向控制装置，每个第二流量方向控制装置提供流体能仅从所述旁通通道流至所述多个控制阀之一的第一进口的另一路径。
2.如权利要求1所述的控制阀组件，其特征在于，在所述多个控制阀中的每个中，所述可变旁通孔随着所述可变计量孔尺寸增加而尺寸减少。
3.如权利要求1所述的控制阀组件，其特征在于，还包括排量控制回路，所述流量控制回路响应于所述多个液压功能对流体的需求操作地联接以控制所述第一泵的排量。
4.如权利要求3所述的控制阀组件，其特征在于，还包括将来自排量控制回路的流体传送至所述旁通节点的循环支流。
5.如权利要求3所述的控制阀组件，其特征在于，所述排量控制回路包括：
流量求和节点，所述流量求和节点联接至用于所述第一泵的排量控制端口；以及
所述多个控制阀中的每个具有可变源孔，流体通过所述可变源孔从所述供应管路流至所述流量求和节点，其中所述可变源孔随着在同一控制阀中的所述可变计量孔尺寸增加而尺寸增加。
6.如权利要求5所述的控制阀组件，其特征在于，
还包括附加控制阀，所述附加控制阀具有联接成接收来自所述供应管路的流体的第二进口，以及具有用于控制从所述第二进口至另一个液压致动器的流体流量的可变计量孔；以及
其中所述排量控制回路还包括二级供应管路，在所述二级供应管路中限定所述流量求和节点，并还包括将所述二级供应管路分成第一部分和第二部分的孔，其中所述附加控制阀的所述可变源孔连接至所述第一部分，而所述多个控制阀的所述可变源孔连接至所述第二部分。
7.如权利要求6所述的控制阀组件，其特征在于，还包括在所述供应管路中在所述附加控制阀连接至所述供应管路处与所述多个控制阀连接至所述供应管路处之间的孔。
8.如权利要求5所述的控制阀组件，其特征在于，还包括对于一个控制阀，所述控制阀包括流量限制阀，所述流量限制阀用于响应于所述流量求和节点处的压力而限制通过所述可变源孔的流体流量。
9.如权利要求1所述的控制阀组件，其特征在于，每个第一流量方向控制装置和每个第二流量方向控制装置包括止回阀。
10.如权利要求1所述的控制阀组件，其特征在于，还包括流量控制装置，流体经过所述流量控制装置从所述旁通通道流入所述供应管路。
11.如权利要求10所述的控制阀组件，其特征在于，所述流量控制装置响应于所述旁通通道中的压力而打开和关闭。
12.如权利要求10所述的控制阀组件，其特征在于，所述流量控制装置在所述多个控制阀的两个之间连接至所述旁通通道。
13.如权利要求1所述的控制阀组件，其特征在于，还包括串联连接的止回阀和流体经过其从所述旁通通道流入所述供应管路的孔。
14.如权利要求1所述的控制阀组件，其特征在于，用于所述多个控制阀的每个的所述第一进口通过所述多个第二流量方向控制装置之一在所述多个控制阀的不同对之间连接至所述旁通通道。
15.如权利要求1所述的控制阀组件，其特征在于，用于所述多个控制阀中的两个的所述第一进口通过所述第二流量方向控制装置在所述多个控制阀的同一对之间连接至所述旁通通道。
16.如权利要求1所述的控制阀组件，其特征在于，所述第二泵是可变排量泵。
17.如权利要求1所述的控制阀组件，其特征在于，所述第二泵是固定排量泵。
18.如权利要求1所述的控制阀组件，其特征在于，所述可变旁通孔的串联连接限定有第一顺序，所述多个控制阀以所述第一顺序连接在所述旁通节点与所述返回管路之间，以及其中所述多个控制阀以不同的第二顺序连接至所述供应管路。
19.如权利要求18所述的控制阀组件，其特征在于，所述不同的第二顺序与所述第一顺序相反。
20.如权利要求1所述的控制阀组件，其特征在于，还包括至少一个附加控制阀，每个所述附加控制阀具有连接成接收仅来自所述供应管路的流体的第二进口，以及用于控制从所述第二进口至另一个液压致动器的流体流量的可变计量孔。
21.如权利要求1所述的控制阀组件，其特征在于，还包括至少一个附加控制阀，每个所述附加控制阀具有连接成接收仅来自所述旁通管路的流体的第二进口，以及用于控制从所述第二进口至另一个液压致动器的流体流量的可变计量孔。
22.一种用于液压系统的控制阀组件，所述液压系统具有可变排量第一泵和第二泵，所述第一泵和所述第二泵将从箱体供应流体用于给多个液压致动器提供动力，所述控制阀组件包括：
供应管路，所述供应管路连接成传送来自所述第一泵的流体，所述第一泵用于将流体传送至所述多个液压致动器；
返回管路，所述返回管路用于将流体传送至所述箱体；
流量求和节点，所述流量求和节点联接至所述第一泵的排量控制端口；
多个控制阀，每个控制阀具有用以控制从第一进口至液压致动器的流体流量的可变计量孔，以及具有可变源孔，流体通过所述可变源孔从所述供应管路流至所述流量求和节点，其中所述可变源孔随着在同一控制阀中的所述可变计量孔尺寸增加而尺寸增加，并且每个控制阀包括有可变旁通孔，所述可变旁通孔随着在相一控制阀中的所述可变计量孔尺寸增加而尺寸减少，其中所述多个控制阀的所述可变旁通孔串联连接在旁通节点与所述返回管路之间，因此形成旁通通道，其中所述旁通节点操作地连接成接收来自所述第二泵的流体并联接至所述流量求和节点；
多个第一流量方向控制装置，每个第一流量方向控制装置提供流体能仅从所述供应管路流至所述多个控制阀之一的第一进口的路径；以及
多个第二流量方向控制装置，每个第二流量方向控制装置提供流体能仅从所述旁通通道流至所述多个控制阀之一的第一进口的另一路径。
23.如权利要求22所述的控制阀组件，其特征在于，每个第一流量方向控制装置包括源止回阀，以及每个第二流量方向控制装置包括旁通供应止回阀。
24.如权利要求23所述的控制阀组件，其特征在于，还包括流量控制装置，流体经过所述流量控制装置从所述旁通通道流入所述供应管路。
25.如权利要求24所述的控制阀组件，其特征在于，所述流量控制装置响应于在所述旁通通道中的压力而打开和关闭。
26.如权利要求24所述的控制阀组件，其特征在于，所述流量控制装置在所述多个控制阀的两个之间连接至所述旁通通道。
27.如权利要求22所述的控制阀组件，其特征在于，还包括串联连接的止回阀和流体经过其从所述旁通通道流入所述供应管路的孔。
28.如权利要求22所述的控制阀组件，其特征在于，还包括止回阀和可操作地串联连接以将流体从所述流量求和节点传送至所述旁通节点的孔。
29.如权利要求22所述的控制阀组件，其特征在于，还包括：
附加控制阀，所述附加控制阀具有用于控制从第二进口至另一个液压致动器的流体流量的可变计量孔，以及具有可变源孔，流体通过所述可变源孔从所述供应管路流至所述流量求和节点，其中所述可变源孔随着在同一控制阀中的所述可变计量孔尺寸增加而尺寸增加，以及所述附加控制阀包括可变旁通孔，所述可变旁通孔与多个控制阀的所述可变旁通孔串联连接；以及
二级供应管路，在所述二级供应管路中限定所述流量求和节点，以及具有将所述二级供应管路分成第一部分和第二部分的孔，其中所述附加控制阀的所述可变源孔连接至所述第一部分，并且所述多个控制阀的所述可变源孔连接至所述第二部分。
30.如权利要求29所述的控制阀组件，其特征在于，还包括在所述供应管路中在所述附加控制阀连接至所述供应管路处与所述多个控制阀连接至所述供应管路处之间的孔。
31.如权利要求22所述的控制阀组件，其特征在于，所述第二泵是可变排量泵。
32.如权利要求22所述的控制阀组件，其特征在于，所述第二泵是固定排量泵。
33.如权利要求22所述的控制阀组件，其特征在于，还包括附加控制阀，所述附加控制阀具有联接成接收仅来自所述流量求和节点的流体的第二进口，以及具有用于控制从所述第二进口至另一个液压致动器的流体流量的可变计量孔，以及还具有可变源孔，流体通过所述可变源孔从所述供应管路流至所述流量求和节点，其中所述可变源孔随着在所述附加控制阀中的所述可变计量孔尺寸增加而尺寸增加，以及所述附加控制阀包括可变旁通孔，所述可变旁通孔与多个控制阀的所述可变旁通孔串联连接。
34.如权利要求22所述的控制阀组件，其特征在于，还包括至少一个附加控制阀，每个所述附加控制阀具有联接以接收仅来自所述旁通管路的流体的第二进口，以及具有用于控制从所述第二进口至另一个液压致动器的流体流量的可变计量孔。
35.如权利要求22所述的控制阀组件，其特征在于，所述可变旁通孔的串联连接限定有第一顺序，所述多个控制阀以所述第一顺序连接在所述旁通节点与所述返回管路之间，以及其中所述多个控制阀以不同的第二顺序连接至所述供应管路。
36.如权利要求35所述的控制阀组件，其特征在于，所述不同的第二顺序与所述第一顺序相反。
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