CN104045028B - 用于材料搬运车辆的液压系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于材料搬运车辆的液压系统，具有升高和降低负载承载滑架的液压缸和活塞组件。在滑架降低的同时控制从液压缸排出的流体以从该流体回收能量。第一路径将排出流体送出以驱动泵作为液压马达。第二路径将排出流体送出到储存器，旁通泵。在第一降低模式中，第二路径关闭，而第一路径打开。在第二降低模式中，第一和第二路径都打开且比例地控制通过每个路径的流量。在第三降低模式中，仅第二路径打开。基于滑架的所需降低速度选择模式来使用。

Description

用于材料搬运车辆的液压系统和方法

技术领域

本发明涉及诸如升降式叉车和前移式叉车的材料搬运车辆，其具有电动操作部件和液压系统；且更具体涉及用于从液压系统回收能量来向电动操作部件供电的技术。

背景技术

某些材料搬运车辆具有用于驱动和转向车轮的电动机，所述车轮推进车辆的经过生产工厂、仓库或类似设施的地面。这些材料搬运车辆还具有用于升高和降低诸如一对铲叉或平台的负载承载件的液压系统。液压系统具有操作泵的电动机，泵供给加压流体。加压流体受阀组件的控制以操作液压缸和活塞组件来升高负载承载件。

负载承载件通过重力降低。降低的速率通过打开阀来控制，使得成比例地控制流体流出缸体到达储存器的流量。流体由于作用在负载承载件上的重力和其上的任何负载而在压力下流出缸体。该压力在流体进入储存器时降低到大气压。因此，排出的加压流体中所含能量已经失去。

某些材料搬运车辆具有用于回收该排出流体中能量的机构。不同于直接将流体通入储存器，流体通过泵引导回到储存器，由此驱动泵作为液压马达。驱动泵使得也驱动联接到泵的电动机使电动机用作发电机。产生的所发的电用于为材料搬运车辆上的其它有源装置供电或用于对车辆电池充电。

该能量回收技术的缺点在于从液压缸排出流体的流速。过高的流量会以太大的速度驱动泵和电动机，造成两装置上的过度磨损。非常高的速度还产生不利地影响车辆上励磁系统的电频率。

因此，需要能够从高流速排出流体回收能量而不会不利地影响泵-电动机组合。

发明内容

一种材料搬运车辆，具有车体和用于承载所运输负载的滑架，其中滑架相对于车体升高和降低。车辆上的液压系统包括储存器、从储存器抽吸流体并将流体在压力下提供到泵出口的泵、以及具有液压缸端口并机械地连接以升高和降低滑架的液压缸和活塞组件。该液压系统还包括：电动操作的比例第一阀，该比例第一阀选择性地控制在泵出口与液压缸端口之间流体流过的第一路径；以及电动操作的比例返回阀，该比例返回阀选择性地控制在液压缸端口与储存器之间旁通泵的、流体流过的第二路径。

液压系统以多种模式运行以降低滑架。在第一模式，返回阀关闭且第一阀打开，以引导流体从液压缸端口流到泵出口。在该降低模式中，泵作为液压马达操作。在第二模式中，返回阀打开以引导某些流体从液压缸端口到储存器流过所述第二路径，且第一阀打开以引导其它流体从液压缸端口流到泵出口，由此将泵作为液压马达运行。在第一和第二模式中都将泵作为液压马达运行使得泵从通过液压缸端口排出液压缸的流体回收能量。在一个实例中，泵驱动所附连的电动机发电，所发的电可用于为材料搬运车辆上的其它电部件供电和为车辆电池充电。

在另一实施例中，液压系统选择性地在第三模式中操作，其中第一阀保持关闭且返回阀打开以将所有流体从液压缸端口通过第二路径引导到储存器。

本发明的另一方面提供用于在特定时间选择三种模式中的哪个模式来使用以降低滑架。当用于降低负载滑架的所需速度小于第一水平时选择第一模式。当用于降低负载滑架的所需速度大于第一水平且小于第二水平时选择第二模式。当用于降低负载滑架的所需速度大于第二水平时选择第三模式。作为另一变型，当所需速度大于第二水平，负载滑架高于给定高度，且负载滑架上的负载小于给定重量时选择第三模式。

附图说明

图1是包含本发明的材料搬运车辆的立体图；

图2是用于材料搬运车辆的控制系统的示意图；以及

图3是控制系统中液压回路的示意图。

具体实施方式

首先参照图1，诸如升降式叉车的材料搬运车辆10包括车体14，车体14 安装在车轮16和17上以移动经过例如货舱或工厂的地面。车体包括驾驶室18，驾驶室18具有供操作人员出入的开口20。驾驶室18包含多功能控制手柄22 和定位在底板26上的叉杆(deadman)开关24。叉杆开关24必须在车辆搬运车辆上的任何电动机可运行之前由操作人员的脚来关闭，这防止车辆跑开。在驾驶室18内还设有方向盘28。尽管示例地示出材料搬运车辆10为站立的前后操作人员姿势构造，但本发明并不限于该类型的车辆，而是也可用于其它类型材料搬运车辆，包括但不限于：码垛车、平板货车、侧向装卸机、摆动前移式叉车、平衡叉式装卸车、拣选车、堆垛/运取机、牵引车、或用于仓库或工厂中进行运输、存储和运取物体的其它动力车辆。

材料搬运车辆10包括固定到车体14的垂向桅杆30，滑架32可滑动地安装到桅杆以在不同位置之间垂向移动。一对铲叉34形成负载承载件，该负载承载件从滑架32延伸以支承正在运输的负载50(图2)。通过操作多功能控制手柄22，操作者控制垂向桅杆30上滑架32的升高和降低。桅杆30具有当滑架32升高时伸缩的多个部分。桅杆具有当完全折叠且所有部分缩回时的最小高度。

参照图2，多功能控制手柄22和方向盘28是材料搬运车辆10的控制系统40的一部分。控制系统40包括车辆控制器42，车辆控制器42是基于微机的装置，用于执行控制车辆上其它部件操作的软件。常规信息显示器41和键盘43使操作人员能够与车辆控制器42交互。车辆控制器42还从多功能控制手柄22、方向盘28、按键式开关45和叉杆开关24接收操作人员输入信号。响应于这些收到的信号，车辆控制器42向升降电动机控制器44和推进系统47提供命令信号，推进系统47包括牵引电动机控制器46和转向电动机控制器48。推进系统47提供沿选择方向推进和转向材料搬运车辆10的动力，而升降电动机控制器44管理滑架32沿桅杆30的运动以升高或降低负载50，如下文所述。材料搬运车辆10和其控制系统40由一个或多个电池38供电，一个或多个电池38通过电力分配器52中的一组熔断器或电路断路器联接到车辆控制器42、推进系统47以及升降电动机控制器44。尽管本文的公开中使用电池供电的材料搬运车辆，但本发明也可用在由内燃机或燃料电池提供动力的车辆上。

牵引电动机控制器46启动连接到车轮16的牵引电动机54以为材料搬运车辆10提供动力。牵引电动机54的速度和方向可通过多功能控制手柄22的操作来选择。车轮16还通过牵引电动机54连接到摩擦制动器56，从而为材料搬运车辆10提供维护和停车制动功能。转向电动机控制器48连接成响应于操作人员转动方向盘28而操作转向电动机57并与关联的可转向轮58。可转向轮 58的转动方向和来自多功能控制手柄22的行驶控制命令决定材料搬运车辆经过使用车辆的设施的地面的运动方向。

多功能控制手柄22的操作还指定操作人员希望升高和降低滑架32的速度。车辆控制器通过向升降电动机控制器44发送命令而响应于该指定。升降电动机控制器44控制对连接到液压系统62的液压升降电动机60的电流施加。液压系统62根据多功能控制手柄22处选定的方向沿垂向桅杆30推进滑架32 和铲叉34，由此上下移动负载50。升降电动机60驱动固定正排量泵64，该固定正排量泵64产生流体从储存器66到连接在材料搬运车辆的车体14与滑架 32之间的液压缸和活塞组件68的流动。液压回路65包括阀组件，该阀组件控制流体从泵64到液压缸和活塞组件68的流量以升高滑架32，且在其它时间控制流体从液压缸和活塞组件回到储存器66的流量。阀组件由来自车辆控制器 42的信号电动操作。

速度传感器59向车辆控制器42提供指示液压升降电动机60的速度的信号。高度传感器67探测滑架32升高到最靠近地面的最低位置上方的高度。重量传感器69探测滑架32上存在的任何负载50的重量。

参照图3，液压回路65包括通过入口止回阀70连接到泵64的入口71的流体储存器66。第一路径73将泵64的出口72连接到液压缸和活塞组件68 的液压端口76。该第一路径73设有串联连接并由来自车辆控制器42的信号电动操作的第一和第二阀74和75。第一阀74是比例阀，其提供高分辨率的流量控制，第二阀75是具有打开和关闭位置的双位阀。多种类型的比例阀在该应用中具有不理想的一定程度的泄漏。于是，设置具有相对低泄漏的第二阀75 以在不希望流体在泵出口72与液压缸和活塞组件68之间流动时防止这种流动。或者，如果第一阀74在关闭状态具有相对低的泄漏，也可免去第二液压阀75。供给止回阀77与第一和第二电磁阀74和75并联连接，并允许流体沿从泵出口72到液压缸端口76的方向流动。

卸压阀78连接在泵出口72与储存器返回管线79之间并在泵出口的压力超过预定值时打开。出口止回阀80连接成提供允许流体仅沿从储存器返回管线79到泵出口72方向流动的路径。返回止回阀82打开以允许流体从储存器返回管线79或入口71流到储存器66。手动操作阀84连接在液压缸端口76 与储存器返回管线79之间，并在材料搬运车辆10上断电情况下或负载滑架32 不能正常降低的其它情况下操作以降低负载滑架32。

电动操作的比例返回阀86连接在液压缸端口76与储存器66之间的第二路径85内，并由来自车辆控制器42的信号操作。返回阀86提供相对大的供流体流过的通道，且因此当完全打开时，对流体的该流动产生可忽略的压降。电动操作的辅助阀88具有连接到液压缸端口76的端口和连接到储液器90的另一端口。电动操作阀74、75、86和88由来自车辆控制器42的信号控制，该车辆控制器42包括用于产生操作这些阀所必须电流水平的适当驱动电路。

为了升高滑架21，操作人员操纵多功能控制手柄22，该多功能控制手柄 22向车辆控制器42发送适当的电命令。车辆控制器通过命令升降电动机控制器44启用升降电动机60、由此驱动泵64来作出响应。调节马达的速度，且因此调节泵的速度来控制滑架升高的速率。这产生泵64的出口72处加压流体的流量。该加压流体强迫供给止回阀77打开，使流体持续流入液压缸端口76。该流动然后使活塞延伸出液压缸，升高滑架32，且如果必要使桅杆30延伸。如果需要，车辆控制器42也可打开第一和第二电磁阀74和75以打开第一路径73以使流体从泵出口72流动到液压缸端口76。

当滑架32到达所需高度时，操作人员操纵多功能控制手柄22以向车辆控制器42发出信号来终止升高滑架32。响应时，车辆控制器命令升降电动机控制器44以对升降电动机60断电，由此停用泵64。如果在升高操作期间，第一和第二电磁阀74和75打开，则两个阀现都由车辆控制器42关闭。那些阀和供给止回阀77的关闭防止流体从液压缸端口76通过泵64回流。

用于降低负载承载滑架32的过程根据由多功能控制手柄22的操作所指示的所需降低速度而变化。滑架32的速度决定降低操作期间流体流出液压缸端口76的速度。如果可行，该流动施加到液压泵64的出口72，以在马达模式下运行泵，该模式使用流体的能量来驱动升降电动机60，升降电动机由此用作发电机。由升降电动机60产生的电由升降电动机控制器44应用以对材料搬运车辆10上的其它电部件供电并对电池38充电。

当多功能控制手柄22的操作指定降低速度(S)低于第一阈值水平(L1)，即S<L1时，选择第一降低模式。在该第一降低模式，车辆控制器42仅将第一和第二阀74和75打开，以使通过液压缸端口76流出的流体能够经由第一路径73流过泵64、流出泵出口71并通过返回止回阀82流到储存器66。非比例第二阀75完全打开，而比例第一电磁阀74的位置打开成根据车辆操作人员要求比例地控制流体流量且因此比例地控制滑架32的降低速度。返回阀86在第一降低模式保持关闭。

当多功能控制手柄22指定降低速度高于第一阈值水平且低于第二阈值水平(L2)，即L1<S<L2时，车辆控制器42选择第二降低模式。在第二模式，第一和第二阀74和75打开，且返回阀86打开。第一阀74和返回阀86比例地打开以在第一与第二路径73和85之间分配从液压端口排出的流量。该分配控制通过第一路径的流量，使得在过高速度下泵不会作为马达被驱动。此外，来自电池38的电流可施加到升降电动机60以产生防止泵-马达组合过速的相对力。泵-马达组合的速度由传感器59测量。

当多功能控制手柄22指定降低速度大于第二阈值，即L2<S且滑架32高于第一高度时，启用第三降低模式。作为一种安全措施，负载也必须小于第一重量，从而滑架32不会太快降落。在第三降低模式中，车辆控制器42完全打开返回阀86，从液压端口排出的所有流量经由第二路径85流到储存器。由于当相对大的返回阀86完全打开时可忽略量的流体流过第一路径，所以第一和第二阀74和75在第三降低模式中可关闭。

如果多功能控制手柄22指定降低速度高于第二水平，但滑架32低于第一高度或负载比第一重量重，则车辆控制器42选择第一降低模式。

因此，只要可行，本降低方法将从液压缸送出流体以驱动泵作为液压马达。在以过高速度过速驱动泵的降低条件下，来自液压缸的某些或全部流体被绕过泵送到储存器。该降低方法使得能够在滑架下降速度的宽范围下回收能量而不会过速驱动泵。

前面的描述主要涉及本发明的一较佳实施例。尽管已注意本发明范围内各种变型，但是应该预料到，熟悉本领域的技术人员将很可能意识到现在从本发明实施例的说明中变得显而易见的附加变型。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 (20)

1.一种用于材料搬运车辆的液压系统，所述材料搬运车辆具有车体和用于承载所运输负载的滑架，所述液压系统包括：

液压缸和活塞组件，所述液压缸和活塞组件操作地连接以相对于所述车体升高和降低所述滑架并具有液压缸端口；

储存器；

泵，所述泵操作地连接以从所述储存器抽吸流体并将所述流体在压力下提供到泵出口，所述泵能作为液压马达运行；

比例第一阀，所述比例第一阀电动操作并选择性地控制在所述泵出口与所述液压缸端口之间流体流过的第一路径；

比例返回阀，所述比例返回阀电动操作并选择性地控制在所述液压缸端口与所述储存器之间旁通所述泵的、流体流过的第二路径；

速度传感器，所述速度传感器探测所述液压马达的速度；

其中所述液压系统以多种模式运行以降低所述滑架，所述多种模式包括：

(a)第一模式，在所述第一模式中，所述比例返回阀关闭且所述比例第一阀打开以引导流体从所述液压缸端口流到所述泵出口，由此将所述泵作为所述液压马达运行；以及

(b)第二模式，在所述第二模式中，所述比例返回阀打开以引导流体从所述液压缸端口到所述储存器流过所述第二路径，且所述比例第一阀打开以引导流体从所述液压缸端口流到所述泵出口，由此将所述泵作为所述液压马达运行，其中响应于所述液压马达的速度控制通过所述比例第一阀和所述比例返回阀的流量的分配。

2.如权利要求1所述的液压系统，其特征在于，还包括：电动操作的第二阀，所述电动操作的第二阀在所述第一路径内与所述比例第一阀串联。

3.如权利要求1所述的液压系统，其特征在于，还包括：入口止回阀，所述入口止回阀操作地连接以提供从所述储存器到所述泵的入口端口流体流过的入口路径。

4.如权利要求1所述的液压系统，其特征在于，还包括：返回止回阀，所述返回止回阀操作地连接到所述泵的入口端口并提供从所述泵到所述储存器流体流过的返回路径。

5.如权利要求1所述的液压系统，其特征在于，还包括：供应止回阀，所述供应止回阀操作地连接以提供从所述泵出口到所述液压缸端口流体流过的第三路径。

6.如权利要求1所述的液压系统，其特征在于，还包括：储液器；以及电动操作的储液器阀，所述电动操作的储液器阀用于控制流体在所述液压缸端口与所述储液器之间的流动。

7.如权利要求1所述的液压系统，其特征在于，还包括：用于降低所述负载滑架的第三模式，在所述第三模式中，所述比例第一阀关闭且所述比例返回阀打开以引导流体从所述液压缸端口流到所述储存器。

8.如权利要求1所述的液压系统，其特征在于，还包括：

入口止回阀，所述入口止回阀操作地提供从所述储存器到所述泵的入口端口流体流过的入口路径；

返回止回阀，所述返回止回阀操作地连接以提供从所述入口端口到所述储存器流体流过的返回路径；以及

供应止回阀，所述供应止回阀操作地连接以提供从所述泵出口到所述液压缸端口流体流过的第三路径。

9.一种操作液压系统的方法，所述液压系统具有储存器；泵，所述泵具有连接到所述储存器的入口并具有出口，所述泵能作为液压马达运行；速度传感器，所述速度传感器探测所述液压马达的速度；液压缸和活塞组件，所述液压缸和活塞组件具有液压缸端口并操作地连接以升高和降低材料搬运车辆上的负载滑架，第一路径，所述第一路径用于流体在所述出口与所述液压缸端口之间流动；以及第二路径，所述第二路径用于流体在所述液压缸端口与所述储存器之间旁通所述泵流动；所述方法包括：

(a)在第一模式中降低所述负载滑架，在所述第一模式中，所述第二路径关闭且所述第一路径打开以引导流体从所述液压缸端口流到所述出口，由此将所述泵作为液压马达运行；以及

(b)在第二模式中降低所述负载滑架，在所述第二模式中，所述第二路径打开以引导流体从所述液压缸端口到所述储存器流动，且所述第一路径打开以引导流体从所述液压缸端口流到所述泵出口，由此将所述泵作为所述液压马达运行，其中响应于所述液压马达的速度控制通过所述第一路径和所述第二路径的流量的分配。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述第一模式中的降低所述负载滑架包括关闭返回阀以关闭所述第二路径。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述第一模式中的降低所述负载滑架包括打开第一阀以打开所述第一路径。

12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述第二模式中的降低所述负载滑架包括：打开比例第一阀以打开所述第一路径；以及打开比例返回阀以打开所述第二路径。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述流量的分配包括打开所述比例第一阀和所述比例返回阀分配以限制所述液压马达的运行小于给定速度。

14.如权利要求9所述的方法，其特征在于：

当用于降低所述负载滑架的所需速度小于第一水平时选择所述第一模式；以及

当用于降低所述负载滑架的所需速度大于第一水平且小于第二水平时选择所述第二模式。

15.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：用于在第三模式中降低所述负载滑架，在所述第三模式中，所述第二路径打开以引导流体从所述液压缸端口流到所述储存器，且所述第一路径关闭。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，在所述第三模式中的降低所述负载滑架包括打开返回阀以打开所述第二路径。

17.如权利要求15所述的方法，其特征在于：

当用于降低所述负载滑架的所需速度小于第一水平时选择所述第一模式；

当用于降低所述负载滑架的所述所需速度大于第一水平且小于第二水平时选择所述第二模式；以及

当用于降低所述负载滑架的所述所需速度大于所述第二水平时选择所述第三模式。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，当所需速度大于所述第二水平且所述负载滑架高于给定高度时选择所述第三模式。

19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，当所需速度大于所述第二水平且所述负载滑架上的负载小于给定重量时选择所述第三模式。

20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，当所需速度大于所述第二水平且发生所述负载滑架高于给定高度和所述负载滑架上的负载小于给定重量中的至少一个时选择所述第一模式。