CN104024656B - 具有可变排量泵的流体流量求和控制和流体流量的优先权分配的液压系统 - Google Patents

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Abstract

一种系统(20)，具有供给加压流体以向多个液压功能(31‑36)提供动力的可变排量泵(50)。每个液压功能具有控制阀(51‑56)，控制阀(51‑56)具有可变流体源孔口(64)和可变计量孔口(75)，可变流体源孔口控制泵与流量求和节点之间的流体流量，可变计量孔口(75)控制流量求和节点与液压致动器(21‑26)之间的流体流量。控制阀内的可变旁通孔口(8a‑8f)在流量求和节点与箱体(48)之间串联连接。当控制阀内的计量孔口扩大时，该流体源孔口扩大，而旁通孔口收缩。这改变流量求和节点处的压力，该压力用于控制泵的输出。设置部件以给予选定的液压功能以关于消耗来自泵的流体流量的不同级别优先权。

Description

具有可变排量泵的流体流量求和控制和流体流量的优先权分 配的液压系统
对相关申请的交叉引用
不适用
联邦政府
资助研究或开发声明
不适用
发明背景
1.发明领域
本发明涉及一种用于液压动力机械的阀组件；更具体的涉及可产生压力信号的阀组件，压力信号控制可变排量液压泵并优先使用来自泵的流体来运转所选的液压制动器。
2.相关技术说明
一台机器上的液压驱动作业构件的速度取决于液压系统的主窄面孔口的横截面积，以及跨越这些孔口的压降。为便于控制，压力补偿液压系统设计成用于控制压降。这些先前的控制系统包括负载传感导管，该负载传感导管可将阀作业端口处的压力传输到在系统中供给增压流体的可变排量液压泵的输入口。所得到泵输出的自调节在提供跨越控制孔口的大致恒定的压降，该控制孔口的横截面积可由机器操作者控制。这便于控制的原因在于压降保持恒定，作业构件的移动速度由孔口的横截面积确定。
一种这样的系统在美国专利第5715865号中公开，题为《Pressure CompensatingHydraulic Control Valve System(压力补偿液压阀系统)》，其中单独的阀部分控制从泵到驱动作业构件的每个液压制动器的液压流体流量。这些阀部分是这样的类型：感测作用于液压致动器的最大载荷压力以提供传递到泵的控制输入端口的载荷传感压力。最大载荷压力根据接受来自所有阀部分的载荷压力的一系列梭阀确定。
每个阀部分包括具有可变计量孔口的控制阀以及分开的压力补偿阀。泵的输出压力响应于载荷感测压力施加到计量孔口的一侧和计量孔口的另一侧处的压力补偿阀，使得跨越计量孔口的压降保持大致恒定。
尽管该系统是有效的，但除了具有计量孔口的控制阀之外，其还需要每个阀部分内分开的压力补偿阀和梭阀。这些附加部件增加了液压系统的成本和复杂性，对于较廉价的机器来说这会是重要的考虑。因此，需要用于执行该功能的较为廉价且较不复杂的技术。
在某些机器上，所选的液压功能具有优于其它液压功能的操作优先权。因此，必须确保最大可能程度地满足较高优先权功能的供给流体需求，即使这样会导致其它液压功能的性能较低。先前的流量优先权技术通常具有效率损失，诸如热损失。因此，仍然需要实施液压功能优先权的其它技术。此外，某些机器需要多于两个的液压功能优先级。
发明内容
提供一种用于液压系统的控制阀组件，其中可变排量泵将从箱体抽吸的流体送到供应管道以运行多个液压功能。每个液压功能具有液压致动器和控制阀，控制阀控制从供应管道至液压致动器的流体流量。来自每个液压功能内液压致动器的流体经由返回管道传送到箱体。
在控制阀组件内设置流量求和节点。第一供应节点连接到第一液压功能和流量求和节点。第二供应节点连接到第二液压功能。
所有控制阀都具有可变第一路径和可变第二路径，流体通过可变第一路径从泵流到流量求和节点，流体通过可变第二路径从与相应液压功能相关的第一或第二供应节点流到相关联的液压致动器。每个控制阀还包括可变第三路径，其中所有这些第三路径在流量求和节点与返回管道之间串联连接，由此形成旁通通路。本文提到可变路径是指液压系统运行期间通过该路径的流体流量可以变化。在本发明的一实施例中，每个控制阀包括(1)第一路径内的可变流体源孔口，(2)第二路径内的可变计量孔口，以及(3)第三路径内的可变旁通孔口。这些孔口尺寸变化以扩大和收缩相应的可变路径，且因此增加和减小流过其中的流体流量。
每个控制阀构造成使得当第二路径内的可变计量孔口尺寸增加以运行相关液压致动器时，第一路径内的可变流体源孔口尺寸也成比例增加以将更多流体从供应管道传送到流量求和节点。同时，第三路径内的旁通孔口尺寸成比例减小以限制从流量求和节点到返回管道的流体流量。控制阀的该操作改变流量求和节点处的压力，该压力用于操作可变排量裕度控制的泵。该泵通过控制到供给管道的流体流量以满足控制阀的需求来作出响应。
控制阀组件还包括第一优先权止回阀，流体通过该第一优先权止回阀从旁通通路上在第一与第二液压功能之间的点流入第二供应节点。流体还能够通过固定第一供应孔口从流量求和节点流到第二供应节点。
第一优先权止回阀和固定第一供应孔口用于给予第一液压功能以消耗来自泵的输出流量的优先权。第一供应节点较佳地直接连接到流量求和节点，使得流体基本上不受限制地供给到第一液压功能。于是，第一液压功能具有使用由泵供给的流体的最高优先权。
当仅第二液压功能运行时，来自泵的流体从流量求和节点通过第一液压功能内控制阀的第三路径自由通向旁通通路。现在第二液压功能内控制阀的第三路径尺寸减小，进一步限制到返回管道的流量。于是，流体从旁通通路通过第一优先权止回阀流到第二供应节点，在该处流体相对不受限制地可用于向第二液压功能内的液压致动器提供动力。
假设现在第一和第二液压功能同时启用。用于第一液压功能的第一供应节点从流量求和节点接收相对不受限制的流体流量。第一液压功能内控制阀的缩小的第三路径通过旁通通路流到第二液压功能。因此，流体主要通过固定第一供应孔口从流量求和节点供给到第二供应节点。由固定第一供应孔口提供的限制妨碍到第二供应节点且因此到第二液压功能的供应流量。于是，关于使用流量求和节点处存在的泵输出流量，第一液压功能具有优于第二液压功能的优先权。
附图说明
图1是包含液压系统的挖掘机的示意图；
图2是根据本发明的液压系统的第一实施例的示意图；
图3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为了它们的功能关系的更好理解而重新布置；
图4是用于挖掘机的液压系统的第二实施例的示意图；以及
图5是液压系统的第三实施例的示意图。
本发明的详细描述
这里所使用的术语“直接连接的”和“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”在两个点或液压回路节点之间，即是部件直接地连接至每个这种的点或元件。
尽管本发明在上下文中描述为用在挖土机上的，本发明还可实施在其它液压操作机器上。
首先参见图1，挖掘机10包括驾驶室11，该驾驶室11可在由液压马达26驱动时在履带12上顺时针和逆时针摆转。履带12由分别通过分开的液压马达21和22驱动的右轨道13和左轨道14推进。
附连至驾驶室的悬臂组件15再分为彼此枢转附连的悬臂16、臂17和铲斗18。机械地和液压地并联连接的成对液压活塞缸体组件23相对于驾驶室11升高或降低悬臂16。在典型的挖掘机中，这些组件23的缸体附连至驾驶室11，而活塞杆附接至悬臂16，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23的连接可使重力趋于将活塞杆从缸体伸出。支承在悬臂16的远端处的臂17可响应于另一液压活塞缸体组件24的操作而向前和向后枢转。铲斗18在通过又一液压活塞缸体组件25驱动时在臂17的末端枢转。铲斗18可由其它作业头代替。
液压马达21、22和26以及在悬臂组件15上的液压活塞缸体组件23、24和25通常称为“液压致动器”，“液压致动器”是将液压流体流动流转换成机械运动的一类装置。具体的液压系统可包括其它类型的液压致动器。为了简化本文的描述，一前一后升高和降低悬臂的成对活塞缸体组件23将考虑作为单个液压致动器。
具体参见图2，用于挖掘机10的液压系统20具有六个液压功能31－36，但在采用本发明的其它液压系统中可使用更多或更少数量的这些功能。具体来说，它们是包括用于轨道的液压马达21和22的左行驶和右行驶液压功能31和32、悬臂液压功能33、臂液压功能34、铲斗液压功能35以及驾驶室摆转液压功能36。左行驶和右行驶液压功能31和32构成第一优先权部分37，而悬臂和臂液压功能33和34构成第二优先权部分38。第三优先权部分39包括铲斗和摆转液压功能35和36。应当理解，六个液压功能可以不同方式分组到各优先权部分，且在特定机器上可设置更多或更少数量的优先权部分。
每个液压功能31、32、33、34、35和36分别包括液压致动器21、22、23、24、25和26中的一个以及包括阀单元41、42、43、44、45和46。六个阀单元组合形成控制阀组件40，该控制阀组件40具有并排附连的六个实体分开部分或单个单体。第一阀单元41具有第一控制阀51，第二阀单元42具有第二控制阀52，而第三阀单元43具有第三控制阀53。第四阀单元44具有第四控制阀54，第五阀单元45具有第五控制阀55，而第六阀单元46具有第六控制阀56。每个控制阀51、52、53、54、55和56控制相应的相关液压致动器21、22、23、24、25和26与可变排量泵50和箱体48之间的流体流量。
泵50将加压流体供给到供应管路58且是这样的类型：使得输出压力等于施加到控制端口49的压力加上被称为“泵裕度”的固定预定量。增加或减少泵50的排量以保持泵裕度。流体还通过返回管路60流到箱体48。供应管路58和返回管路60延伸至阀单元41－46中的每个。
供应管路58经由相对小的固定入口孔口65连接到由延伸穿过所有阀单元41-46的另一通路限定的流量求和节点74。流量求和节点74又连接到第一供应节点91、第二供应节点92、第三供应节点93。包含到第一液压系统20中的本发明的实施例中，三个供应节点91、92和93串联连接。具体来说，第一供应节点91通过第一通路83直接连接到流量求和节点74，并通过固定第一供应孔口94连接到第二供应节点92，固定第一供应孔口94形成第二通路85。第二供应节点92通过固定第二供应孔口96连接到第三供应节点93，固定第二供应孔口96形成第三通路99。在第一液压系统中，第一供应节点91位于第一优先权部分37内，第二供应节点92位于第二优先权部分38内，而第三供应节点93位于第三优先权部分39内。
控制阀51-56中的每个是正开口式三位阀，且可以是例如滑阀式阀。虽然在示例性第一液压系统20中，控制阀51－56示出为通过先导操作，但控制阀中的一个或多个可通过螺线管、机械连接件或其它类型操作件操作。
将详细描述第一控制阀51，应理解，该描述同样适用于其它五个控制阀52-56。第一控制阀51具有直接连接到供应管道58的供应端口62。控制阀内的可变流体源孔口64提供供应端口62与流量出口66之间的可变流量流体连通，由此形成穿过控制阀的可变第一路径。为了便于理解第一液压系统20的随后操作描述，用于每个控制阀51、52、53、54、55和56的可变流体源孔口64分别标记为孔口64a、64b、64c、64d、64e和64f。第一控制阀51的流量出口66直接地连接至流量求和节点74。因此，控制阀51-56内的可变流体源孔口64a-64f在供应管道58与流量求和节点74之间并联连接，并在其间提供分开的可变第一路径，如图3中进一步图示的。
返回图2，第一控制阀51具有由常规载荷止回阀68联接到与相应阀单元相关的供应节点的计量孔口入口70。用于第一和第二阀51和52的计量孔口入口70联接到第一供应节点91，用于第三和第四阀53和55的计量孔口入口联接到第二供应节点92，而用于第五和第六阀55和56的计量孔口入口70联接到第三供应节点93。当大负载作用在连接到该阀的液压致动器上时，负载止回阀68防止流体从计量孔口入口70流回到相关供应节点。第一控制阀51内的可变计量孔口75根据第一控制阀远离中心、中性位置移动的方向，将计量孔口入口70连接到两个作业端口76和78之一。可变计量孔口75限定穿过控制阀的可变第二路径。两个作业端口76和78连接到第一液压致动器21上的不同端口。第一控制阀51通常偏置到中心位置，在该中心位置中两个作业端口76和78都关闭。
第一控制阀51还具有直接连接在该控制阀的旁通入口81和旁通出口82之间的旁通孔口80a，由此形成穿过该控制阀的第三可变路径。用于其它控制阀52、53、54、55和56的旁通孔口分别标以80b、80c、80d、80e和80f。旁通孔口80a-80f串联连接以形成旁通通路84，该旁通通路84提供流量求和节点74与返回管路60之间的流体路径，如图3进一步图示的。在该系列中，流量求和节点74直接连接到第一控制阀51的旁通入口81，而第六控制阀56的旁通出口82直接连接到返回管路60。
图3是第一液压系统20的示意图，其中可变流体源孔口64a-64f和旁通孔口80a-80f更加按照功能的方式成组布置，这些相应的孔口示出在相应控制阀51-56外，实际上这些孔口在控制阀内。该功能示意图示出六个可变流体源孔口64a-64f和相对小的固定入口孔口65在供应管道58与流量求和节点74之间直接并联连接。该并联连接形成可变流量部分86。六个旁通孔口80a-80f在流量求和节点74与到箱体48的返回管道60之间串联连接，并形成第一液压系统20内的旁通部分88。
泵排量控制
首先假设所有控制阀51－56在中心位置中，在该中心位置中控制阀的作业端口76和78都关闭。在该状态下，施加到供应管道58的来自泵50的输出仅通过相对小的固定入口孔口65通向流量求和节点74，因为所有的流体源孔口64a-64f关闭。因此，仅相对少量的流体从泵50流到流量求和节点74。在控制阀51-56的该状态下，旁通部分88内的所有旁通孔口80a-80f打开到其最大量以提供相对大的流动面积。这允许进入流量求和节点74的流体方便地穿过旁通部分88进入返回管道60。于是，流量求和节点74处的压力处于相对低的水平，且该压力通过固定控制孔口98和泵控制管道90传递到可变排量泵50的控制端口49。
现在假设使用挖掘机10的人员命令操作第一优先权部分37内的左行驶液压功能31。第一控制阀51从中心位置沿任一方向位移，根据该运动的方向，该位移将计量孔口入口70通过可变计量孔口75连接至作业端口76或78中的一个。随着阀进一步远离计量孔口位移，且因此其提供的流动路径扩大。使第一控制阀51位移还将另一作业端口78或76连接至通向返回管路60的出口端口72。同时，可变流体源孔口64a还扩大与控制阀移动的距离相关的量，由此增加从泵50到流量求和节点74的流体流量。同时，阀位移使得旁通孔口80a的尺寸收缩，致使流量求和节点处的压力增加。扩大孔口，且因此扩大其所提供的流体路径会减小对该路径内流体流量的限制。相反，使孔口收缩，且因此相关流体路径收缩会增加对该路径内流体流量的限制。总之，当第一控制阀51打开将流体传送到第一液压致动器21的其第二路径时，通过第一路径进入流量求和节点74的泵输出流量增加，且该流量通过旁通通路84通入箱体。该组合作用增加流量求和节点74处的压力。该压力增加通过泵控制管道90连通到泵50的控制端口49，由此增加泵输出压力。当流体求和节点压力足够大以克服作用在第一致动器21上的负载力时，流体开始流过在第一控制阀51中的计量孔口75以驱动第一致动器。当流体流量开始流向液压致动器时，作为从流量求和节点到箱体的旁通通路80的一部分的、第一控制阀的第三路径内的流量减小。
当第一液压致动器21达到所需位置时，第一控制阀51通过控制该阀的任何机构返回到中心位置。在中心位置中，两个作业端口76和78再次关闭，切断从流体求和节点74流向第一液压致动器21的流体流量。此外，可变流体源孔64a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。将第一控制阀51复位至中心位置还扩大了旁通孔口80a的尺寸。现在，如果其它控制阀52－56也在中心位置中，则所有其旁通孔口80a-c相对大，因此将流量求和节点压力释放到返回管路60中。
第一控制阀51从中心移位的同时，也可使一个或多个其它控制阀52-58移位。其相应可变流体源孔口64b－64f还将附加流体从供应管路58传输入到流量求和节点74。因为所有的流体源孔口64a-64f和固定入口孔口65并联连接，所以跨越这些孔口的每个有相同压差。由于该压差由泵50控制为固定裕度，所以每个流体源孔口的横截面面积决定通过该孔口的流量。流入流量求和节点的总流量是流经所有可变流体源孔64a－64f的各个流量的总和。结果，每个可变流体源孔口打开的面积之和决定流入流量求和节点74的总和流量，并且这样决定来自可变排量泵50的输出流量。每个控制阀51－56中的计量孔口75的相应流动面积和在致动器21-26上相应的负载力决定每个致动器所接收的、来自流量求和节点74的流量。当多个液压功能31-36同时启用时，其组合操作决定流量求和节点74处的压力且因此决定泵的输出。
液压功能流体流量优先权
第一优先权部分37内的两个行驶液压功能31和32消耗来自第一供应节点91的流体来操作相应的液压致动器21和22。因为第一供应节点91通过第一通路85直接连接到流量求和节点74，所以这些液压功能无限制地供应有来自第一供应节点的流体，无论其它液压功能33-36是否也在运行。于是，行驶液压功能31和32通常可接收所需的流体流量。或者可将诸如孔口的固定或可变限制放入第一通路85内。
当第二优先权部分38内的悬臂和臂液压功能33和34中的仅一个或两个运行时，来自泵50的流体穿过为该液压功能当前打开的流体源孔口64c或64d，并进入流量求和节点74。操作液压功能的旁通孔口80c或80d关闭，由此增加流量求和节点处的压力，如前所述。流体从流量求和节点74通过第一和第二液压阀51和52内完全打开的旁通孔口80a和80b流入现在未运行的行驶液压功能31和32。这通过旁通通路84将流体传送到右行驶功能32与悬臂液压功能33之间的位置87，即第一和第二优先权部分37与38之间。从该位置87，流体通过第一优先权止回阀95流到第二供应节点92。某些流体还流过第一供应节点91和第一供应孔口94流到第二供应节点92。从第二供应节点92，流体通过用于现在操作的液压功能33或34的控制阀53或54的计量孔口传送。
因此，当第一优先权部分37内的行驶液压功能31和33都不启用时，且第二优先权部分38内的悬臂或臂液压功能33或34运行时，流体通过旁通通路84基本上不受限制地供应到位置87并然后通过第一优先权止回阀95到达第二供应节点92。
现在假设第一和第二优先权部分37和38内所有的液压功能31-34都不启用且第三优先权部分38内的铲斗或摆转液压功能35和36中的一个或两个启用。流体从流量求和节点74通过未启用液压功能31-34内的旁通孔口80a、80b、80c和80d传送到旁通通路84内臂和铲斗液压功能34和35之间的位置89，即第二和第三优先权部分38和39之间的位置。在运行的铲斗或摆转液压功能中的旁通孔口80e或80f关闭，即尺寸缩小，缩小的量与该够功能打开计量孔口的量成比例，由此限制控制阀55或56处通过旁通通路84的流量。旁通通路84内位置89处的流体继续流过第二优先权止回阀97到达第二供应节点93。某些流体还顺次流过第一供应节点91、第一供应孔口94、第二供应节点92以及第二供应孔口96到达第三供应节点93。第三供应节点93处的流体然后通过启用铲斗或摆转液压功能35或36内的计量孔口传送到相应液压致动器25或26。
总之，当第一和第二优先权部分37和38内的液压功能31-34都不启用且第三优先权部分39内的液压功能35和36运行时，流体基本上通过旁通通路84不受限制地供应到位置89并然后通过第二优先权止回阀97到达第三供应节点93。
现在考虑多于一个优先权部分37、38和39中的液压功能同时运行的情况。在该情况下，第一液压系统20基于预定序列的优先权方案将来自泵50的可用液压流体分配到这些液压功能中的不同液压功能。流体从流量求和节点74顺次通过由固定供应孔口94和96串联连接的供应节点91、92和93供应。这些孔口限制该序列内从一个供应节点到另一供应节点的流量，由此基于流体必须流过的孔口的数量(如果有的话)给予更高的流量使用优先权，以到达给定液压功能。孔口越多，优先权越低。
例如，假设左行驶液压功能31在命令悬臂液压功能33运行的同时运行。用于驱动左行驶液压致动器21的供应流体从流量求和节点74不受限制地传送到第一优先权部分37内的第一供应节点91。因为用于左行驶液压功能31的第一控制阀51从中心位置移动，通过旁通通路84的流体流量受到第一旁通孔口80a的尺寸缩小的限制，该尺寸缩小的量与该功能的相关计量孔口75打开的量成比例。因此，有限量的流体从旁通通路84通过第一优先权止回阀95流到第二供应节点92，该第二供应节点92供给第二优先权部分38内的悬臂液压功能33。而是，流体可主要通过连接到第一供应节点91的固定第一供应孔口94流入第二供应节点92。由固定第一供应孔口94提供的限制控制左行驶液压功能31与悬臂液压功能33之间的流体流量的比例，左行驶液压功能31具有使用泵输出流量的更高优先权，悬臂液压功能33具有较低的流量使用优先权。因此，左行驶液压功能能够消耗其所需量的流量，而悬臂液压功能33的操作现在限于可穿过固定第一供应孔口94的其余流量。
例如，当仅左行驶液压功能31和第三优先权部分39中的液压功能同时运行时，发生类似的情况。在该情况下，左行驶液压功能31仍具有使用泵输出流量的第一优先权，而旁路通路84在第一控制阀51中的旁通孔口80a处关闭。流体主要通过第一和第二供应孔口94和96供应到第三优先权部分39，如摆转液压功能36。相比流入第一供应节点91的限制，这些通孔对到第三供给节点的流量提供了更大的限制。于是，第三优先权部分39内的液压功能比左行驶液压功能具有使用泵输出流量的较低优先级。
假设发生另一种情况，其中行驶液压功能31和32都未启用，而第二和第三优先权部分38和39中各有一功能启用。例如，考虑臂液压功能34和铲斗液压功能35都运行。现在第四控制阀54的操作，具体是旁通孔口80d尺寸的成比例减小，限制了通过该阀处的旁通通路84的流量。但，来自流量求和节点74的流量在旁通通路84中传送到位置87，流量从该位置87相对不受限制地继续穿过第一优先权止回阀95到达第二供应节点92。某些附加流体通过第一供应孔口94到达第二供应节点93。该组合流体流量可供臂液压功能34使用。
因为旁通通路84在第二优先权部分38受限制，所以铲斗液压功能35主要通过第一和第二供应孔口94和96接收来自流量求和节点74的流体。相比对到第一供应节点92的流量限制，这些通孔对到第三供应节点93的流量提供了更大的限制。于是，与臂液压功能相比，铲斗液压功能具有使用来自泵的输出流量的较低优先权。
在另一种情况下，当所有三个优先权部分37-39中的液压功能都同时启用时，行驶液压功能31和32具有使用泵输出流量的第一优先权。这是因为这些功能连接到第一供应节点91，该第一供应节点91基本不受限制地从流量求和节点74接收流体。现在旁通通路84通过第一优先权部分37中控制阀51或52中的旁通孔口80a或80b的尺寸成比例减小而受限制。下一个优先权是悬臂和臂液压功能33和34，它们主要通过第一供应孔口94接收来自流量求和节点74的流体。该供应孔口对流入第二供应节点92的流量提供单一限制，而对流入第一优先权部分37内的第一供应节点91的供应流量基本没有限制。第三优先权部分38中的铲斗和摆转液压功能35和36通过第一和第二供应孔口94和96两者供应有流体。因此，对进入第二供应节点92的流量有两个限制，连接到该第二供应节点的铲斗和摆转液压功能35和36具有最低流体使用优先权。
总之，第一液压系统20具有不同的液压功能31-36，分组为三个优先权级别。因为第一供应节点91直接连接到流量求和节点74，第一优先权部分37中的行驶液压功能31和32具有最高优先权级别。第二优先权部分38中的悬臂和臂液压功能33和34具有中间优先权级别，因为在某些情况下，供应流体可仅通过流量限制到达第二供应节点92。最后，因为在特定情况下，供应流体只能顺次通过多个流量限制到达第三供应节点93，所以第三优先权部分39中的铲斗和摆转液压功能35和36具有最低优先权级别。
参照图4，包含本发明概念的第二液压系统100具有与第一液压系统20相似的部件，且这些部件被分配以相同的附图标记。这些系统之间的区别在于流体如何从流量求和节点74流到用于六个液压功能31-36的三个供应节点101、102和103。而在第一液压系统20中，三个供应节点90-93通过固定供应孔口94和96串联连接，而在第二液压系统100中，三个供应节点101、102和103分别通过第一、第二和第三通路108、109和110并联连接到流量求和节点74。
具体来说，第一优先权部分111中的第一供应节点101经由第一通路108连接到流量求和节点74，从而行驶液压功能31和32基本不受限制地供给有流体。第二优先权部分112的第二供应节点102通过第二通路109中的固定第一供应孔口104连接到流量求和节点74，该固定第一供应孔口104对来自流量求和节点流出的流体提供第一流量限制。第二供应节点102还通过第一优先权止回阀105在第一与第二优先权部分111和112之间位置87处，即右行驶和悬臂液压功能32与33之间的位置连接到旁通通路84。类似地，第三优先权部分113的第三供应节点103通过第三通路110中的固定第二供应孔口106连接到流量求和节点74。第二供应孔口106对从流量求和节点流出的流体提供第二流量限制。第二优先权止回阀107将第三供应节点103连接到位于第二与第三优先权部分112和113之间旁通通路84上的位置89，即臂与铲斗液压功能34与35之间的位置。这两个优先权止回阀105和107允许流体仅沿从旁通通路84流到相应的供应节点102和103的方向流动。应理解，可将更多或更少数量的液压功能连接到三个供应节点101、102和103中的每个上。此外，液压功能可分成多于三个优先权部分。
当来自第一通道位置87的流量可用时，可从旁通通路84经由第一优先权止回阀105将流体供应到第二优先权部分112内的悬臂和臂液压功能33-34。另外，如果行驶液压功能31或32中的任一个启用，且其旁通孔口80a或80b至少部分关闭，则流体主要通过第一供应孔口104供应到悬臂和臂液压功能33-34。类似地，当来自第二通道位置89的流量可用时，可从旁通通路84经由第二优先权止回阀107将流体供应到第三优先权部分113内的铲斗和摆转压功能35-36。另外，如果行驶液压功能31和32、悬臂液压功能33或臂液压功能34中的任一个启用，这会导致旁通孔口80a-80d限制通过旁通通路84的流量，则流体主要通过第二供应孔口106供应到铲斗和摆转液压功能35和36。
第一和第二供应孔口104和106尺寸具体设置成提供所需量的流量限制，使三个优先权部分111-113有使用泵输出流量的不同优先权级别。例如，连接到第一供应节点101的两个行驶液压功能31和32具有最高流量使用优先权，因为相关的供应节点101以不受限的方式直接连接到流量求和节点74。如果第二优先权部分112具有次高流量使用优先权，则与第一供应孔口104的流量面积和限制相比，第二供应孔口106具有更小的流量面积，即更大的限制，使得相比第三优先权部分113，流体流量会优先供应第二优先权部分112。因此，当行驶功能31或32启用时，固定第一和第二供应孔口104和106的相对尺寸决定连接到第一和第二供应节点102和103的不同液压功能之间的优先权关系。
参照图5，流量求和泵排量控制技术可应用于液压系统中，其中每个分开的功能被分配以消耗泵所产生的流体流量的自身的优先权级别。在第三液压系统200中示出具有三个液压功能201、202和203。第一液压功能201包括连接到第一控制阀单元204内第一控制阀207的第一液压致动器211。第二液压功能202包括带有第二控制阀208的第二阀单元205，其控制流入和流出第二液压致动器212的流体流量。最后，第三液压功能203具有第三液压致动器213，其从第三阀单元206内的第三控制阀209接收流体。
第三液压系统200具有可变排量泵214，该可变排量泵214从箱体216抽取流体并在压力下将该流体供给到供应管道218。供应管道通过主固定孔口222连接到流量求和节点220。流量求和节点220处的压力通过固定控制孔口传送到负载感测管道252内，该负载感测管道252连接到可变排量泵214的控制端口254。该压力的大小以与第一液压系统20相同的前述方式来改变泵214的输出。
三个控制阀207、208和209是正开口式三位阀，且可以是例如滑阀式阀。虽然控制阀207-209显示为先导操作，但其中一个或多个可由螺线管、机械连接件或其它类型操作件操作。
将对第一控制阀207进行详细描述，但应理解为该描述也适用于其它两个控制阀208和209。第一控制阀207具有可变流体源孔口224，在该阀为打开状态时，其提供从供应管道218到流量求和节点220的第一流体路径。可变流体源孔口224根据控制阀打开量按比例打开，以向第一液压致动器211提供加压流体，并在阀从所示中立中心位置移开时，发生动作。因此，第一路径传送到流量求和节点220的流体量与相应控制阀的打开量成比例。第一控制阀207还具有计量孔口226，该计量孔口226在计量孔口入口210和联接到第一液压致动器211上的两个作业端口之一之间提供可变第二路径。哪个作业端口与第二路径连接由第一控制阀207从中心位置移开的方向决定。
可变旁通孔口232a设置在中心位置，且在阀从中心位置移开时关闭。第二和第三控制阀208和209分别具有相似的旁通孔口232b和232c。旁通孔口232a、232b和232c串联连接以在流量求和节点220与通向箱体216的返回管道219之间形成旁通通路235。具体来说，第一控制阀207的旁通孔口232a直接连接到流量求和节点220，由第三控制阀209的旁通孔口232c提供的串联连接的相反端连接到返回管道219。当所有控制阀207-209都在中心位置时时，旁通通路235为从流量求和节点220到返回管道219流动的流体提供相对不受限的路径。当一个或多个旁通孔口232随其相应控制阀从中心位置移出而按比例减小尺寸时该路径受到更大限制。
这三个控制阀的207、208、209的区别在于流体供应到其计量孔口入口210的方式。对于第一控制阀207，计量孔口入口210连接到第一供应节点228，该第一供应节点228通过第一止回阀230直接联接到流量求和节点220。第一止回阀230允许流体仅沿从流量求和节点向供应节点的方向流动。
第二控制阀208的计量孔口入口210具有相似的第二供应节点234，该第二供应节点234通过串联连接的第二止回阀236和固定第一供应孔口240联接到流量求和节点220。第一供应孔口240限制通过该连接的流量。第二供应节点234也在第二控制阀208处通过第三止回阀238联接到旁通通路235，从而允许旁通通路中的流体流入第二供应节点。
位于第三控制阀209的计量孔口入口210处的第三供应节点242通过串联连接的第四止回阀244和固定第二供应孔口248联接到流量求和节点220。第二供应孔口248限制通过该连接的流量。第三供应节点242也通过第四止回阀244联接到旁通通道235在第三控制阀209处的部分。
第三液压系统200与第二液压系统100以类似方式操作。但，在第三液压系统200中，每个液压功能201-203在第一液压功能201具有最高优先权的情况下直接或经由分开的固定供应孔口240或248分别连接到流量求和节点220。第一和第二供应孔口240和248的尺寸不同，其中当第一液压功能201启用且其控制阀207从中心部分位移时，具有较小供应孔口的相关液压功能具有低于其它液压功能的流量消耗优先权。应理解为可提供附加液压功能，每个液压功能都具有分开的固定供应孔口用于将相关控制阀的计量孔口入口连接到流量求和节点220，从而提供消耗来自泵214输出流量的附加优先权级别。
对于第三液压系统200，第一液压功能201接收来自流量求和节点220的流体以通过载荷保持止回阀230和第一供应节点228来驱动致动器211。无论是否有任何其它液压功能202或203也在启用，第一液压功能201都接收流体。如果第二或第三液压功能202或203是仅启用的一个液压功能，则流体将经由相关止回阀238或234从旁通通路235到达其功能的供应节点234或242。
但如果，第二或第三液压功能202或203在第一液压功能201启用的同时启用，则此时第一控制阀207中至少部分关闭的旁通孔口232a限制进入旁通通路235的流量。于是，第二或第三液压功能202或203分别主要通过固定供应孔口240或248在其相应的第二或第三供应节点234或242处接收流体。该供应孔口限制流体从流量求和节点220至相关功能的流量，给予第一液压功能201以使用泵输出流量的较高优先权。
在另一种情况下，假设第一液压功能201未启用，则当第二和第三液压功能202和203同时运行时，第二液压功能202在其供应节点234处从旁通通路235接收流体。第二控制阀208内按比例减小的旁通孔口232b限制大量流体通过旁通通路235传输到第三液压功能203。于是，第三液压功能203中的第三控制阀209主要通过固定第三供应孔口248在其供应节点242处接收流体。因此，在这种情况下，第二液压功能202通过旁通通路235得到相对不受限制的流量，而第三液压功能203接收受限的流体流量，且因此具有使用泵214所提供流体的较低的优先权。
前面的描述主要涉及本发明的较佳实施例。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，本发明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 (24)

1.一种用于液压系统的控制阀组件，其中可变排量泵将从箱体抽吸的流体送到供应管道内，且其中所述液压系统具有多个液压致动器，所述控制阀组件包括：
流量求和节点；
第一供应节点，所述第一供应节点通过第一通路连接到所述流量求和节点；
第二供应节点；
第一构件，所述第一构件限定所述流量求和节点与所述第二供应节点之间的第二通路并比通过所述第一通路的流体流量限制更大程度地限制流体流量；
第一控制阀和第二控制阀，每个控制阀具有可变第一路径、可变第二路径、以及可变第三路径；
其中所述第一和第二控制阀的所述可变第一路径并联连接以形成可变流动部分，流体通过所述可变流动部分在所述可变排量泵与所述流量求和节点之间流动，流体选择性地流过所述第一供应节点与第一液压致动器之间所述第一控制阀的所述可变第二路径，流体选择性地流过所述第二供应节点与第二液压致动器之间所述第二控制阀的所述可变第二路径，且所述第一和第二控制阀的所述可变第三路径串联连接以形成旁通通路，流体通过所述旁通通路在所述流量求和节点与所述箱体之间流动；以及
第一优先权止回阀，流体通过所述第一优先权止回阀仅沿从所述旁通通路上第一与第二控制阀之间的点到所述第二供应节点的方向流动。
2.如权利要求1所述的控制阀组件，其特征在于，所述第一通路将所述流量求和节点直接连接到所述第一供应节点。
3.如权利要求1所述的控制阀组件，其特征在于，所述第一构件是第一供应孔口。
4.如权利要求1所述的控制阀组件，其特征在于，还包括：固定入口孔口，所述固定入口孔口提供所述可变排量泵的出口与所述流量求和节点之间的流体路径。
5.如权利要求1所述的控制阀组件，其特征在于，还包括：负载感测管道，所述流量求和节点处的压力通过所述负载感测管道连通到所述可变排量泵的控制端口。
6.如权利要求1所述的控制阀组件，其特征在于，在所述第一和第二控制阀中的每个中，所述可变第一路径随着所述可变第二路径的扩大而扩大，且所述可变第一路径随着所述可变第二路径的收缩而收缩。
7.如权利要求1所述的控制阀组件，其特征在于，在所述第一和第二控制阀中的每个中，所述可变第三路径随着所述可变第二路径的扩大而收缩，且所述可变第三路径随着所述可变第二路径的收缩而扩大。
8.如权利要求1所述的控制阀组件，其特征在于，在所述第一和第二控制阀中的每个中，所述可变第一路径随着所述可变第二路径的扩大和收缩而分别扩大和收缩，且所述可变第三路径随着所述可变第二路径的扩大和收缩而分别收缩和扩大。
9.如权利要求1所述的控制阀组件，其特征在于，在所述第一和第二控制阀中的每个中，所述可变第一路径包括可变流体源孔口；所述可变第二路径包括可变计量孔口；且所述可变第三路径包括可变旁通孔口。
10.如权利要求9所述的控制阀组件，其特征在于，所述第一和第二控制阀中的每个还包括第一作业端口，所述多个液压致动器中的一个连接到所述第一作业端口；且其中每个控制阀具有：
a)第一位置，在所述第一位置所述第一作业端口关闭，所述可变流体源孔口具有第一尺寸，且所述可变旁通孔口具有第二尺寸，以及
b)第二位置，所述第一作业端口通过所述可变第二路径联接到相应供应节点，所述可变流体源孔口具有大于所述第一尺寸的第三尺寸，且所述可变旁通孔口具有小于所述第二尺寸的第四尺寸。
11.如权利要求10所述的控制阀组件，其特征在于，所述第一和第二控制阀中的每个还包括第二作业端口，所述多个液压致动器中的一个连接到所述第二作业端口；且每个控制阀具有：c)第三位置，在所述第三位置所述第二作业端口通过所述可变计量孔口联接到所述流量求和节点，所述可变流体源孔口具有大于所述第一尺寸的第五尺寸，且所述可变旁通孔口具有小于所述第二尺寸的第六尺寸。
12.如权利要求1所述的控制阀组件，其特征在于，所述第一构件包括设置在所述第二通路中的第一供应孔口。
13.如权利要求1所述的控制阀组件，其特征在于，第一供应孔口直接连接到所述流量求和节点，并提供流体在所述流量求和节点与所述第二供应节点之间流动的路径。
14.如权利要求1所述的控制阀组件，其特征在于，还包括：第三控制阀，所述第三控制阀连接到第三供应节点，其中所述第三供应节点通过第二优先权止回阀从所述旁通通路接收流体并通过第二供应孔口从所述流量求和节点接收流体。
15.如权利要求1所述的控制阀组件，其特征在于，多个液压功能中的每个还包括优先权止回阀，所述优先权止回阀防止流体沿通过所述可变第二路径进入相应供应节点的方向流动。
16.如权利要求1所述的控制阀组件，其特征在于，还包括：
第三供应节点；
第三控制阀，所述第三控制阀包括可变第一路径、可变第二路径、以及可变第三路径，流体通过所述可变第一路径从所述供应管道流到所述流量求和节点，流体通过所述可变第二路径从所述第三供应节点流到第三液压致动器，所述可变第三路径在所述旁通通路内与所述第一和第二控制阀中每个的所述可变第三路径串联连接；
第二优先权止回阀，流体通过所述第二优先权止回阀仅沿从所述旁通通路上第二与第三控制阀之间的点到所述第三供应节点的方向流动；以及
第二供应孔口，流体通过所述第二供应孔口从所述流量求和节点流到所述第三供应节点。
17.一种用于液压系统的控制阀组件，其中可变流量泵将从箱体抽吸的流体送到供应管道，多个液压功能连接到所述供应管道和连接到箱体的返回管道，且每个液压功能具有液压致动器和控制阀，所述控制阀控制从所述供应管道到所述液压致动器的流体流量，所述控制阀组件包括：
流量求和节点；
第一供应节点，所述第一供应节点连接到第一液压功能并连接到所述流量求和节点；
第二供应节点，所述第二供应节点连接到第二液压功能；
每个控制阀具有可变流体源孔口、可变计量孔口和可变旁通孔口，流体通过所述可变流体源孔口从所述供应管道流到所述流量求和节点，流体通过所述可变计量孔口从与相应液压功能关联的所述第一或第二供应节点流到多个液压致动器中的相应一个，其中各所述控制阀的各所述可变旁通孔口在所述流量求和节点与所述返回管道之间串联连接，由此形成旁通通路；
第一优先权止回阀，流体通过所述第一优先权止回阀仅沿从所述旁通通路上在第一与第二液压功能之间的点到所述第二供应节点的方向流动；以及
第一供应孔口，流体通过所述第一供应孔口从所述第一供应节点流到所述第二供应节点。
18.如权利要求17所述的控制阀组件，其特征在于，还包括：负载感测管道，所述流量求和节点处的压力通过所述负载感测管道连通到所述可变排量泵的控制端口。
19.如权利要求17所述的控制阀组件，其特征在于，在每个控制阀中，所述可变流体源孔口随着所述可变计量孔口的扩大和收缩而分别扩大和收缩；以及
所述可变旁通孔口随着所述可变计量孔口的扩大和收缩而分别收缩和扩大。
20.如权利要求17所述的控制阀组件，其特征在于，还包括：
第三供应节点；
多个控制阀中的第三控制阀，所述第三控制阀包括可变流体源孔口、可变计量孔口和可变旁通孔口，流体通过所述可变流体源孔口从所述供应管道流到所述流量求和节点，流体通过所述可变计量孔口从所述第三供应节点流到多个液压致动器中的相应一个，其中所述可变旁通孔口在所述旁通通路内与其它控制阀的所述可变旁通孔口串联连接；
第二优先权止回阀，流体通过所述第二优先权止回阀仅沿从所述旁通通路上第二与第三液压功能之间的点到所述第三供应节点的方向流动；以及
第二供应孔口，流体通过所述第二供应孔口从所述第二供应节点流到所述第三供应节点。
21.一种用于液压系统的控制阀组件，其中可变流量泵将从箱体抽吸的流体送到供应管道，多个液压功能连接到所述供应管道和连接到箱体的返回管道，且每个液压功能具有液压致动器和控制阀，所述控制阀控制从所述供应管道到所述液压致动器的流体流量，所述控制阀组件包括：
流量求和节点；
第一供应节点，所述第一供应节点连接到第一液压功能并连接到所述流量求和节点；
第二供应节点，所述第二供应节点连接到第二液压功能；
每个控制阀具有可变流体源孔口、可变计量孔口和可变旁通孔口，流体通过所述可变流体源孔口从所述供应管道流到所述流量求和节点，流体通过所述可变计量孔口从与相应液压功能关联的所述第一或第二供应节点流到多个液压致动器中的相应一个，其中各所述控制阀的各所述可变旁通孔口在所述流量求和节点与所述返回管道之间串联连接，由此形成旁通通路；
第一优先权止回阀，流体通过所述第一优先权止回阀仅沿从所述旁通通路上所述第一与第二液压功能之间的点到所述第二供应节点的方向流动；以及
第一供应孔口，所述第一供应孔口连接到第一供应路径，所述第一供应路径一端直接连接到所述流量求和节点且另一端直接连接到所述第二供应节点。
22.如权利要求21所述的控制阀组件，其特征在于，还包括：负载感测管道，所述流量求和节点处的压力通过所述负载感测管道连通到所述可变排量泵的控制端口。
23.如权利要求21所述的控制阀组件，其特征在于，在每个控制阀中，所述可变流体源孔口随着所述可变计量孔口的扩大和收缩而分别扩大和收缩；且所述可变旁通孔口随着所述可变计量孔口的扩大和收缩而分别收缩和扩大。
24.如权利要求21所述的控制阀组件，其特征在于，还包括：
第三供应节点；
多个控制阀中的第三控制阀，所述第三控制阀包括可变流体源孔口、可变计量孔口和可变旁通孔口，流体通过所述可变流体源孔口从所述供应管道流到所述流量求和节点，流体通过所述可变计量孔口从第三供应节点流到多个液压致动器中的相应一个，其中所述可变旁通孔口在所述旁通通路内与其它控制阀的所述可变旁通孔口串联连接；
第二优先权止回阀，流体通过所述第二优先权止回阀仅沿从所述旁通通路上第二与第三液压功能之间的点到所述第三供应节点的方向流动；以及
第二供应孔口，所述第二供应孔口连接到第二供应路径，所述第二供应路径一端直接连接到所述流量求和节点且另一端直接连接到所述第三供应节点。
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