CN105164428A - 可变负载感测开放式中心混合系统 - Google Patents

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Abstract

一种负载感测开放式中心液压系统，提供高效率和操作员反馈，且包括：一个或多个恒流开放式中心阀(218)；相应的一个或多个平行动力芯(238)，可操作地联接到一个或多个恒流开放式中心阀；可变容量泵(246)，直接流体地连接到一个或多个平行动力芯；以及压力补偿流量控制器，流体地连接在可变容量泵和一个或多个恒流开放式中心阀之间。一个或多个恒流开放式中心阀未流体地联接到固定容量泵。

Description

可变负载感测开放式中心混合系统
相关申请
本申请要求2013年6月12日提交的美国临时申请No.61/834,186以及2013年2月15日提交的美国临时申请No.61/765,231的权益，其中每个申请的公开内容通过援引并入本文。
技术领域
本发明涉及例如用于越野运土、构造和林业设备(如反铲装载机、原木装载机、伐木归堆机、轮式装载机等)的液压阀系统。液压阀系统被用来例如引起缸来移动反铲装载机中的动臂或铲斗装载器。本发明涉及一种对于这样的液压阀系统的改进设计，更具体地涉及一种具有反馈的有效的开放式中心液压系统。
背景技术
开放式中心液压回路使用供应连续流动的泵。这个流动通过控制阀的开放式中心回到储罐；即，当控制阀的阀芯位于中间位置时，提供了一种回到储罐的开放式返回路径且流体未被泵送到高压。否则，如果控制阀被致动，其使流体按路线流入致动器和储罐，或从致动器和储罐流出。流体的压力将上升以满足任何阻力，因为泵具有恒定输出。如果压力上升到太高，流体通过泄压阀返回储罐。多个控制阀可连续堆叠。这种类型的回路通常使用廉价的定量泵。
发明内容
恒流开放式中心系统的主要缺点是能效。因为泵是固定的，所以全部泵流动一直被加压在最高功能压力。阀中的节流损失，尤其是在低流量需求时(即，在缓慢运动期间)的节流损失，可能是巨大的。竞争性负载感测技术使用变量泵(variablepump)，用以根据功能需要调整泵流动，但是失去了运动速度的压力依赖性；因此操作员在受支配实施时得不到任何力的反馈。
本发明利用并结合了两种现有技术系统。
根据本发明的一个方案，开放式中心液压系统包括：一个或多个恒流开放式中心阀；平行动力芯，可操作地联接到一个或多个恒流开放式中心阀；可变容量泵(variablecapacitypump)，流体地连接到一个或多个恒流开放式中心阀，并被构造成提供加压流体到一个或多个恒流开放式中心阀，并直接流体地连接到平行动力芯；以及流量限制器，流体地连接在可变容量泵和一个或多个恒流开放式中心阀之间。
可选地，可变容量泵直接流体地连接到平行动力芯。
可选地，流量限制器是流体地连接在可变容量泵和一个或多个恒流开放式中心阀之间的压力补偿流量控制器。
可选地，一个或多个恒流开放式中心阀包括多个串联的恒流开放式中心阀。
可选地，一个或多个恒流开放式中心阀未流体地联接到固定容量泵。
可选地，泵是负载感测泵。
可选地，泵被设置为远程压力控制泵。
可选地，流量限制器是固定计量装置。
可选地，流量限制器是变量计量装置。
可选地，一个或多个恒流开放式中心阀中的至少一个包括阀芯，该阀芯具有凹口，凹口被构造成在该处形成流量限制，使得开放式中心通道中的压力随着阀芯冲程增加。
可选地，一个或多个恒流开放式中心阀中的至少一个包括阀芯，阀芯具有与其相关的：(A)第一液压端口和第二液压端口；(B)第一阀芯通道，在平行动力芯与第一液压端口之间，该第一液压端口与阀芯相关，第一阀芯通道能够根据阀芯的位置被打开或关闭；(C)第二阀芯通道，在平行动力芯与第二液压端口之间，该第二液压端口与阀芯相关，第二阀芯通道能够根据阀芯的位置被打开或关闭；(D)第三阀芯通道，在储罐运送通道与第一液压端口之间，该第一液压端口与阀芯相关，第三阀芯通道能够根据阀芯的位置被打开或关闭；(E)第四阀芯通道，在储罐运送通道与第二液压端口之间，该第二液压端口与阀芯相关，第四阀芯通道能够根据阀芯的位置被打开或关闭；(F)第五阀芯通道，其中开放式中心芯通过第五阀芯通道，且其中，根据阀芯的位置，阀芯可允许液压流体以不受限的方式流过第五阀芯通道和开放式中心芯，或阀芯可局部地限制液压流体流过第五阀芯通道和开放式中心芯。
可选地，阀芯至少具有中间位置、第一非中间位置和第二非中间位置，其中：(A)在中间位置，阀芯允许液压流体以不受限的方式通过第五阀芯通道和经过第五阀芯通道的开放式中心芯，阀芯阻断液压流体通过第一阀芯通道、第二阀芯通道、第三阀芯通道和第四阀芯通道的流动；(B)在第一非中间位置，阀芯局部地限制液压流体通过第五阀芯通道和经过第五阀芯通道的开放式中心芯的流动，阀芯打开动力芯与第一液压端口之间的第一阀芯通道，该第一液压端口与阀芯相关允许液压流体从动力芯流到第一液压端口，阀芯打开储罐运送通道与第二液压端口之间的第四阀芯通道，该第二液压端口与阀芯相关允许液压流体从第二液压端口流到储罐运送通道，阀芯关闭动力芯和与阀芯相关的第二液压端口之间的第二阀芯通道，并且阀芯关闭储罐运送通道和与阀芯相关的第一液压端口之间的第三阀芯通道；以及(C)在第二非中间位置，阀芯局部地限制液压流体通过第五阀芯通道和经过第五阀芯通道的开放式中心芯的流动，阀芯打开动力芯与第二液压端口之间的第二阀芯通道，该第二液压端口与阀芯相关允许液压流体从动力芯流到第二液压端口，阀芯打开储罐运送通道与第一液压端口之间的第三阀芯通道，该第一液压端口与阀芯相关允许液压流体从第一液压端口流到储罐运送通道，阀芯关闭动力芯和与阀芯相关的第一液压端口之间的第一阀芯通道，阀芯关闭储罐运送通道和与阀芯相关的第二液压端口之间的第四阀芯通道。
可选地，一个或多个阀中每个阀的每个阀芯具有与其相关的阀芯致动器，其中每个所述阀芯致动器能够引起与阀芯致动器相关的阀芯向中间位置、第一非中间位置或第二非中间位置运动。
可选地，液压系统还包括：信号端口，与变量泵相关，其中信号端口接收的液压流体压力的增加引起变量泵以增加的压力速率泵送液压流体，且其中信号端口接收的液压流体压力的降低引起变量泵以减小的压力速率泵送液压流体；感测信号通道，液压地连接开放式中心芯与信号端口，其中感测信号通道与开放式中心芯之间的液压连接位于泵与开放式中心芯中的泵的下游的一个或多个阀的第一个阀的阀芯之间；其中，当一个或多个阀的一个或多个阀芯的致动以引起一个或多个被致动的阀芯处于第一非中间位置或第二非中间位置的方式发生时，开放式中心芯中增加的液压流体压力通过感测信号通道被液压地连通到信号端口。
根据本发明的另一方案，一种阀组件包括：一个或多个恒流开放式中心阀；开放式中心阀输入端口；平行动力芯，可操作地联接到一个或多个恒流开放式中心阀；以及动力芯输入端口，与开放式中心阀输入端口分开，其中，平行动力芯未流体地连接到输入端口的下游的多个开放式中心阀的一开放式中心芯。
可选地，阀组件包括可变容量泵，该可变容量泵流体地连接到平行动力芯输入端口和开放式中心阀输入端口。
可选地，可变容量泵直接流体地连接到平行动力芯输入端口。
可选地，阀组件包括流量限制器，该流量限制器流体地连接在可变容量泵和一个或多个恒流开放式中心阀之间。
可选地，流量限制器是流体地连接在可变容量泵和一个或多个恒流开放式中心阀之间的压力补偿流量控制器。
可选地，一个或多个恒流开放式中心阀包括多个串联的恒流开放式中心阀。
可选地，一个或多个恒流开放式中心阀未流体地联接到固定容量泵。
可选地，泵是负载感测泵。
可选地，泵被设置为远程压力控制泵。
可选地，流量限制器是固定计量装置。
可选地，流量限制器是变量计量装置。
可选地，一个或多个恒流开放式中心阀中的至少一个包括阀芯，该阀芯具有凹口，该凹口被构造成在该处形成流量限制，使得开放式中心通道中的压力随着阀芯冲程增加。
可选地，一个或多个恒流开放式中心阀中的至少一个包括阀芯，该阀芯具有大体上小于动力芯凹口的开放式中心凹口。
可选地，一个或多个恒流开放式中心阀中的至少一个包括阀芯，阀芯具有与其相关的：(A)第一液压端口和第二液压端口；(B)第一阀芯通道，在平行动力芯与第一液压端口之间，该第一液压端口与阀芯相关，第一阀芯通道能够根据阀芯的位置被打开或关闭；(C)第二阀芯通道，在平行动力芯与第二液压端口之间，该第二液压端口与阀芯相关，第二阀芯通道能够根据阀芯的位置被打开或关闭；(D)第三阀芯通道，在储罐运送通道与第一液压端口之间，该第一液压端口与阀芯相关，第三阀芯通道能够根据阀芯的位置被打开或关闭；(E)第四阀芯通道，在储罐运送通道与第二液压端口之间，该第二液压端口与阀芯相关，第四阀芯通道能够根据阀芯的位置被打开或关闭；(F)第五阀芯通道，其中开放式中心芯经过第五阀芯通道，且其中，根据阀芯的位置，阀芯可允许液压流体以不受限的方式流过第五阀芯通道和开放式中心芯，或阀芯可局部地限制液压流体流过第五阀芯通道和开放式中心芯。
可选地，阀芯至少具有中间位置、第一非中间位置和第二非中间位置，其中：(A)在中间位置，阀芯允许液压流体以不受限的方式通过第五阀芯通道和经过第五阀芯通道的开放式中心芯的流动，阀芯阻断液压流体通过第一阀芯通道、第二阀芯通道、第三阀芯通道和第四阀芯通道的流动；(B)在第一非中间位置，阀芯局部地限制液压流体通过第五阀芯通道和经过第五阀芯通道的开放式中心芯的流动，阀芯打开动力芯与第一液压端口之间的第一阀芯通道，该第一液压端口与阀芯相关允许液压流体从动力芯流到第一液压端口，阀芯打开储罐运送通道与第二液压端口之间的第四阀芯通道，该第二液压端口与阀芯相关允许液压流体从第二液压端口流到储罐运送通道，阀芯关闭动力芯和与阀芯相关的第二液压端口之间的第二阀芯通道，阀芯关闭储罐运送通道和与阀芯相关的第一液压端口之间的第三阀芯通道；以及(C)在第二非中间位置，阀芯局部地限制液压流体通过第五阀芯通道和经过第五阀芯通道的开放式中心芯的流动，阀芯打开动力芯与第二液压端口之间的第二阀芯通道，该第二液压端口与阀芯相关允许液压流体从动力芯流到第二液压端口，阀芯打开储罐运送通道与第一液压端口之间的第三阀芯通道，该第一液压端口与阀芯相关允许液压流体从第一液压端口流到储罐运送通道，阀芯关闭动力芯和与阀芯相关的第一液压端口之间的第一阀芯通道，阀芯关闭储罐运送通道和与阀芯相关的第二液压端口之间的第四阀芯通道。
可选地，一个或多个阀中每个阀的每个阀芯具有与其相关的阀芯致动器，其中每个阀芯致动器能够引起与阀芯致动器相关的阀芯向中间位置、第一非中间位置或第二非中间位置运动。
可选地，阀组件还包括：信号端口，与变量泵相关，其中信号端口接收的液压流体压力的增加引起变量泵以增加的压力速率泵送液压流体，且其中信号端口接收的液压流体压力的降低引起变量泵以减小的压力速率泵送液压流体；感测信号通道，液压地连接开放式中心芯与信号端口，其中感测信号通道与开放式中心芯之间的液压连接位于泵与开放式中心芯中的泵的下游的一个或多个阀的第一个阀的阀芯之间；其中，当一个或多个阀的一个或多个阀芯的致动以引起一个或多个被致动的阀芯处于第一非中间位置或第二非中间位置的方式发生时，开放式中心芯中增加的液压流体压力通过感测信号通道被液压地连通到信号端口。
附图说明
在下文中，将参照附图更详细地描述本发明的前述和其他特征。
图1是具有两个阀、八个阀芯以及对应于阀芯的八种功能的传统的开放式中心液压阀系统的实施例的示意图。
图2A是示出传统的简单CFO阀的阀芯在中间位置的操作的剖视图。
图2B是示出传统的简单CFO阀的阀芯在第一非中间位置被致动以提升负载的操作的剖视图。
图2C是示出传统的简单CFO阀的阀芯在第二非中间位置被致动以降低负载的操作的剖视图。
图3示出具有固定计量装置的示例性的负载感测开放式中心液压系统的示意图；以及
图4示出了示例性的具有压力补偿流量控制计量装置的负载感测开放式中心液压系统的详细视图。
图5示出了示例性的具有远程压力控制泵的开放式中心液压系统的示意图。
图6示出远程压力控制泵的详细示意图。
具体实施方式
如图1所描绘的(还参见美国专利申请公开2009/0025380，其全部内容由此通过援引并入本文)，传统的开放式中心液压系统110包括被连接到一个或多个恒流开放式中心(CFO)阀组的定量泵。图1的开放式中心液压阀系统110目前是通用的，例如，用于越野运土、构造和林业设备。这些系统的主要优点是阀技术的复杂度低、对操作员输入的响应时间短以及取决于功能运动的压力，允许操作员在实施时获得更好的对力的“感觉”。
同时，这种开放式中心液压阀系统110的基本设计存在变型，这种系统的基本组成部分和操作将在下文中简要描述。
图1的开放式中心液压阀系统110典型地包括液压流体储罐112、一个或多个恒流开放式中心液压阀组(“多个阀”)114以及定量泵116。每个阀114可依次包括一个或多个阀芯118，且每个阀芯118被阀芯致动器120致动。阀芯致动器120可由设备操作员使用一些诸如机械的(例如，使用拉杆)、电力的(例如，使用螺线管，该螺线管接收来自开关、控制杆、计算机或其他工具的电信号)、液压的、气动的或其他方式的已知的手段(图中未示出)致动。
为了说明阀芯118的操作以在阀内选择性地互相连接液压路径，图2A、2B和2C提供了一组示出简单恒流开放式中心(“CFO”)阀136的阀芯118如何能够重新指引液压流体的恒流简图。其中，根据阀芯118的位置，阀芯118能够提供与一对液压端口122和124中的任一个选择性液压连通。液压端口122和124被液压地连接到活塞128的任一侧的缸126。简单CFO阀136具有许多内部液压路径，这些内部液压路径允许阀芯118根据自身位置，指引液压流体流向液压端口122和124或从液压端口122和124流出。
例如，在图2A中，阀芯118在中间位置。在该位置，定量泵116以恒定速率泵送液压流体通过开放式中心芯130。阀芯118不阻碍或限制液压流体流经开放式中心芯130，该液压流体继续流到储罐运送通道(tankgalley，储罐流道)132，且随后通过储罐运送通道132流到液压流体储罐112。中间位置的阀芯118一方面阻碍液压流体向液压端口122和124的流动或从液压端口122和124流出，另一方面，阻碍液压流体向开放式中心芯130或者储罐运送通道132流动或从开放式中心芯130或者储罐运送通道132流出。结果是没有净液压流体流入或流出在活塞128之上或之下的缸126。活塞128和相关负载134不升高或下降。
另一方面，在图2B中，引起阀芯118移动到第一非中间位置(向上)，在该处阀芯118局部地限制由定量泵116提供的液压流体流动通过开放式中心芯130，升高阀芯118的上游液压流体(即，在阀芯118与定量泵116之间)的液压压力。阀芯118还打开简单CFO阀136之内的液压路径，使净液压流体从开放式中心芯130通过液压端口122流入在活塞128之下的缸126。同时，阀芯118打开简单CFO阀136中液压端口124与储罐运送通道132之间的液压路径，允许净液压流体从活塞128之上的缸126流出，流到储罐运送通道132以及流到液压流体储罐112。结果是净液压流体流到活塞128之下的缸126并从活塞128之上的缸126流出；因此，引起活塞128和其相关负载134上升。
而且，在图2C中，引起阀芯118移动到第二非中间位置(向下)，引起阀芯118局部地限制由定量泵116提供的液压流体流动通过开放式中心芯130，升高阀芯118的上游的液压压力。阀芯118打开简单CFO阀136之内的液压路径，允许净液压流体从开放式中心芯130通过液压端口124流入活塞128之上的缸126；与此同时，打开液压端口122与储罐运送通道132之间的液压路径，允许净液压流体从活塞128之下的缸126流出。结果是活塞128和其相关负载134被降低。
系统110中阀芯118的操作类似于上文描述的简单CFO阀136中的阀芯118的操作；然而，如图1的示意图中所示出和公开的，开放式中心液压阀系统110内被阀芯118选择性地互相连接的多个流体路径有一定程度上不同。
再次参照图1所示的开放式中心液压阀系统110，每个阀芯118能够与一对相关的液压端口122和124选择性液压连通。每对液压端口122和124反过来可与设备应用(诸如反铲装载机上的动臂)液压连通，其中开放式中心液压阀系统110用于操作，典型地利用缸和活塞。液压端口选择性地提供加压液压流入活塞的任一侧的缸或从活塞的任一侧的缸流出。
再次参照图1，每个阀114的每个阀芯118以及因此与每个阀芯118相关的每对液压端口122和124，与利用开放式中心液压阀系统110的设备上应用的功能相关联。在图1所示的示例中，其中一个阀芯118(以及相关的一对端口122和124)与下列功能中的每个有关，可以发现，例如，在反铲装载机中：动臂、铲斗、斗杆、回转、稳定器、动臂装料器、铲斗装料器以及辅助机构。这些功能是为了说明而选择的，且熟练技术人员将会认识到，这些功能可根据赋予了开放式中心液压阀系统110的设备和应用而变化。
阀114包括若干液压流体路径，这些液压流体路径可通过阀芯118的致动而选择性地相互连接，阀114包括开放式中心芯130、动力芯138以及储罐运送通道132。定量泵116从液压流体储罐112(给定的发动机速度下的恒定流速)将液压流体泵送到开放式中心芯130。储罐运送通道132使液压流体返回液压流体储罐112，在液压流体储罐11液压流体可被再次泵送。阀114还包括在开放式中心芯130与动力芯138之间的液压连接，即，阀之内的开放式中心/动力芯通道140。典型地，阀114还可包括诸如减压阀142或负载下降单向阀144的较小的内部阀，这些较小的内部阀被用以阻止例如系统中的过压或错误的流向，这些为本领域技术人员已知，且为了简洁而没有被充分讨论。
开放式中心液压阀系统110典型地被容纳在标准歧管(图中未示出)中，该标准歧管被附接到使用了开放式中心液压阀系统110的设备(诸如构造、运土或林业设备，例如反铲装载机)中。定量泵116典型地由动力输出装置(图中未示出)驱动，该动力输出装置依次直接安装到传动装置(图中未示出)，该传动装置连接到使用了开放式中心液压阀系统110的设备的原动机(例如，内燃机)。
每个阀114中的阀芯118指引液压流体流向相关的液压端口122和124并允许流体从相关的液压端口122和124流出以引起例如活塞在缸之内移动，从而引起安装了开放式中心液压阀110的设备的功能方面的运动的操作，其对熟练技术人员是公知的，且可由熟练技术人员仅通过参照图1中的示意图确定。为了以下说明，将假设液压端口122和124以与图2A、2B和2C中所示相似的方式分别液压地连接到活塞128之上或之下的缸126。
从图1中可以看出并且将在下面进一步描述，当阀芯118由阀芯致动器120导致在中间位置(开放式中心芯130未受阀芯118限制)，且一方面开放式中心芯130或储罐运送通道132与另一方面同阀芯118相关的一对液压端口122和124之间的流体通道被阀芯118阻断时，没有净液压流体流向液压端口122和124或从液压端口122和124流出，从而流到活塞128的任一侧的缸126，且因此，活塞128不移动。反而，由定量泵116以恒定流速(对于给定发动机速度)运送的液压流体无限制地通过开放式中心芯130和阀芯118的开放式中心流到储罐运送通道132和液压流体储罐112，在该液压流体储罐处液压流体被再次泵送。因此，活塞128和缸126相关的功能(例如动臂的位置)没有变化，因为在活塞128之上或之下的缸126中的液压流体没有净变化。活塞128因此不会移动。
如图1所示，如果阀芯致动器120被操作员致动而引起阀芯118从中间位置移动到第一非中间位置，那么由定量泵116运送的液压流体的恒流由开放式中心芯130的阀芯118的局部限制引起以增加压力。参照图1，开放式中心芯130中的流体压力的增加通过开放式中心/动力芯通道140被连通到动力芯138。如图1所示，致动的阀芯118允许增压的液压流体从动力芯138流到与致动的阀芯118相关的第一液压端口122，而流入活塞128之下的缸126。致动的阀芯118同时允许流体从连接到活塞128上方的缸126流出，通过与致动的阀芯118相关的第二液压端口124。该流体流过储罐运送通道132而到达液压流体储罐112(在此处流体被再次泵送)。因此，净效应是压力之下的液压流体流入活塞128之下的缸126，液压流体从活塞128之上的气缸126流出。这引起活塞128和相关负载134上升且功能改变(例如，这引起动臂以及任何相关负载上升)。
另一方面，如图1所示，如果阀芯操作员操作致动器120以引起阀芯118从中间位置移动到第二非中间位置，再一次引起开放式中心130的局部限制，并引起流体流经开放式中心芯130以增加压力。液压压力的该增加再一次通过开放式中心/动力芯通道140使开放式中心芯130连通到动力芯138。同时，致动的阀芯118允许液压流体流出活塞128之下的缸126，通过与致动的阀芯118相关的所连接的液压端口122且通过储罐运送通道132而流到液压流体储罐112。同时，阀芯指引加压流体(由于开放式中心芯130中的开口被阀芯118局部限制，在来自定量泵116的压力之下)从动力芯138流经相关的液压端口124而流入活塞128之上的缸126。因此，压力之下的液压流体被引入活塞128之上的缸126，液压流体从活塞128之下的缸126排出。这引起活塞128下降且设备功能改变(例如，引起动臂和任何相关负载被降低)。技术人员当然将会理解阀114中的阀芯118的致动可被用以操作一些具有移动部件的不同设备功能，且将不限于动臂(或反铲装载机)。
在下文中描述图1所示的开放式中心液压阀系统110的操作的更多细节。本文中关于与单个具体功能相关的单个阀114内单一阀芯118(及其相关的一对液压端口122和124)的操作的解释是说明性的，且不限于单个具体阀芯118或阀114，并也适用于在开放式中心液压阀系统110之内的其他阀芯118和阀114。
因为用于开放式中心液压系统110的泵是定量泵116，由定量泵116提供的液压流体的流动在安装了系统10的设备的给定发动机速度下是恒定的。
当开放式中心液压系统110中的阀114中的阀芯致动器120在中间位置时，所有相关的阀芯118同样也在中间位置。如图1所示，阀芯118的中心是打开的，通向相关的液压端口122和124(从开放式中心芯130或动力芯138)、或从液压端口122和124(通向储罐运送通道132)的净流路被阀芯118阻断，且由定量泵116从液压流体储罐112以恒定流速泵送的所有净液压流体流动无限制地流过开放式中心芯130、通过阀芯118、流到储罐运送通道132，随后回到液压流体储罐112，该液压流体流在此可被再次泵送。
当与开放式中心液压系统110有关的其中一个功能被致动时，与该功能有关的阀芯致动器120被设备操作员致动，以便(向左或向右，如图1的示意图所示)移动相关的阀芯118，以便局部地限制或“挤压”通过开放式中心芯130到储罐运送通道132的开口。液压流体流在开放式中心芯130中被阀芯118的该局部限制局部地限制流到储罐运送通道132，并反过来增加了开放式中心芯130中定量泵116以恒流提供的液压流体的压力。开放式中心芯130中引起增加的液压流体压力通过开放式中心/动力芯通道140被液压地传输到动力芯138。
如果旨在引起活塞128移动到如图1所示的第一非中间位置(从而，例如，提升动臂和相关负载)使所选的阀芯致动器120致动，随后不仅开放式中心芯130被局部地限制以引起开放式中心芯130中发生压力增加，并被传输到动力芯138，而且阀芯118同时打开阀114中在相关的液压端口122(在图2B所示的方式中，液压地连接到活塞128之下的缸126)与动力芯138之间的液压通道。在动力芯138中液压压力已增加的液压流体通过相关的液压端口122传输。同时，致动的阀芯118打开阀114中相关的液压端口124(在图2B所示的方式中，液压地连接到活塞128之上的缸126)与储罐运送通道132之间的液压通道。结果是来自动力芯138的压力之下的液压流体流过相关的液压端口122并开始填充活塞128之下的缸126，且允许液压流体离开活塞128之上的缸126，流过相关的液压端口124流入储罐运送通道132从而回到液压流体储罐112，在此液压流体可被再次泵送。通过将加压的液压流体添加到活塞128之下的缸126，以及通过减少活塞128之上的缸126中的液压流体，活塞128与其相关负载134被提升。
相反，如果旨在引起活塞移动到如图1所示的第二非中间位置(例如，使得动臂下降)使所选的阀芯致动器120致动，随后不仅致动的阀芯118引起开放式中心芯130被局部地限制以引起开放式中心芯130中流体压力增加，并经由开放式中心/动力芯通道140被液压地传输到动力芯138，而且致动的阀芯118打开阀114中相关的液压端口124(液压地连接到活塞128之上的缸126)与动力芯138(具有加压的液压流体)之间的液压通道。同时，致动的阀芯118打开阀114中相关的液压端口122(在图2C所示的方式中，液压地连接到活塞128之下的缸126)与储罐运送通道132之间的通道，允许液压流体从活塞128之下的缸126流出，流到储罐运送通道132和液压流体储罐122。结果是来自动力芯138的压力之下的液压流体开始填充活塞128之上的缸126，且液压流体开始离开活塞128之下的缸126。活塞128与其相关负载134降低(在该示例中，动臂和负载被降低)。
因为图1所示的开放式中心液压阀系统110使用定量泵116，该定量泵在安装了系统110的设备的给定发动机速度下以恒流操作，用于产生未使用的液压流体流(例如当阀芯118在中间位置时，不断地流过开放式中心芯130的液压流体)的所有功率是一种损失。然而，在这种系统中的定量泵116的尺寸和功率必须不仅适应足够的液压流动和系统压力以操作由阀114在额定负载条件下操作的多种功能，而且为了系统正常运转，还必须维持通过开放式中心芯130(也克服线路损耗)的恒定液压流动。因此开放式中心液压阀系统110需要相对较大和强劲的定量泵116恒定运行。而且，如上所述，在这种系统中需要使定量泵116的功率的相当大部分输送常常未被该系统的功能使用的液压流体流，例如恒定通过开放式中心芯130到达液压流体储罐112，仅为了被再次泵送(当一个或多个、常常是所有的阀芯118没有被致动且功能被闲置时)。因此，开放式中心液压阀系统110中固有地效率相当低。
一些因素刺激了设备制造商和液压系统设计师来试图克服包括开放式中心液压阀系统110的液压阀系统的低效和缺点。新的排放标准和对于节约燃料的期望已引起设计者和制造商试图通过实现更大的马力管理，设计出更节约燃料以及更高效能的设备和液压系统。制造商和设计者也同样希望避免提供尺寸、重量和费用显著增加的现有技术系统的替代物。由于上述系统110的泵被固定，所以整体泵流动总是在最高功能压力被加压。阀中的节流损失，尤其是在低流量需求时(即，在缓慢移动期间)，可能是巨大的。
一个可能的替代是用变量活塞泵替代图1所示的开放式中心液压阀系统110的定量泵116。然而，在这种可能的替代中，开放式中心液压阀系统110中现有的阀114将需要被相当大、相当重且相当昂贵的阀代替，以便允许这种替代所需的更高的液压流体流动。这种可能的替代成本过高，且这种又大又重的系统的安装将是不期望的，因为，在许多(如果不是大部分)应用中，设备上可用于安装液压系统的空间是有限的。
竞争性负载感测技术使用变量泵来调整功能需要的泵流量，但是失去了运动速度的压力依赖性；从而操作员在实施时不再得到任何对于力的反馈。
本发明结合了传统CFO系统的优点与负载感测系统的优点。
图3和图4中以使用本领域技术人员能理解的原理图符号的形式示意性示出了示例性的液压系统210。液压系统210与上面提及的系统110共享相似性，因此使用相同的但增加100的附图标记来表示与系统中的相似结构对应的结构。此外，除非下文中另有注明，上述系统110的描述同样适用于系统210。而且，在阅读和理解说明书时应了解，系统的各方面在适用情况下可彼此取代或彼此结合使用。
示例性的液压系统210包括液压流体储罐212和一个或多个以本文描述和说明的方式更改的标准开放式中心液压阀组214(“固定/可变阀”)。每个固定/可变阀214可包括一个或多个阀芯218，每个阀芯由相关的阀芯致动器220致动。如前面所讨论的，阀芯致动器220可被操作员使用多种已知方法(包括机械地、电力地、液压地、气动地或以其他方式)致动。
在示例性的液压系统210中，系统110的定量泵被可变容量(例如，变量活塞式)负载感测式泵246替代。
本发明的系统210可被容纳在标准歧管(图中未示出)中，该标准歧管被附接到使用了系统210的设备(例如，越野构造、运土或林业设备，图中未示出)。变量泵240可被动力输出装置(图中未示出)驱动，反过来，该动力输出装置被安装到连接到设备的原动机的传动装置(图中未示出)。
系统210的每个阀芯218以与如上所述的传统开放式中心液压阀系统110中的阀芯118相同的方式操作，以提供与每个阀芯218相关的液压端口222和224的选择性地液压连通。在本发明的一个典型应用中，每对液压端口222和224以与如上所述的对于开放式中心液压阀系统110中相似的方式，与活塞的相对两侧上的缸液压连通，以引起活塞运动。为了防止过度重复、服务简洁的功能以及避免再说明本领域熟练从业者已知的内容，除非另有注明，在固定/可变混合系统210中液压连接到在支撑负载的活塞的任一侧的缸的液压端口222和224的操作，与液压连接到在活塞128的任一侧的缸126的液压端口122和124的解释和说明相同，以及先前已经描述和说明的现有技术的开放式中心液压阀系统110中的负载134(参见，例如图1、图2A、图2B和图2C)。
可变容量泵仅直接地被捆绑(tie)到CFO阀的平行动力芯。CFO阀被构造成在动力芯和开放式中心芯之间没有任何连接或通道。CFO阀开放式中心通道也被供给来自负载感测泵的流动，但是间接通过固定或可变(以容易地调节控制增益)计量装置250。例如，这可以是压力补偿流量控制。由于负载感测泵工作以在它的出口端口与它的负载感测信号端口之间维持设定的压力差，所以恒定但少量的流动被允许通过CFO开放式中心通道。这个量是信号流，且相比于通过平行动力芯的量较小，例如，少于主流量的约30％。优选地，信号流为约1-10升每分钟。
计量装置，例如图4中所示的压力补偿流量控制装置250’，被设定为允许恒定但少量的流动通过CFO开放式中心通道。限制通过开放式中心通道的流量的阀芯的凹口被特别切割，以建立开放式中心通道中的限制，使得开放式中心通道中的压力随着阀芯冲程增加。开放式中心中的凹口大体上小于平行动力芯凹口，以提供减少的信号流，且优选地少于10％，更优选地约为平行动力芯凹口的尺寸的1-4％。
由于负载感测泵的负载感测线路也连接到开放式中心通道，所以任何阀芯冲程增加支配负载感测泵的压力。负载感测泵的控制将改变它的位移，以匹配负载感测线路中的压力加上在它的出口端口处的一定余量压力。(也就是说，除非负载感测泵饱和，即，需要提供比可能在最大位移更大的流量。)
那么用于单个功能的流量由平行动力芯中的阀芯的设计确定，用于单个功能的负载压力和所有节段的阀芯位置为操作员提供与开放式中心“感觉”非常相似的经验。然而，由于变量泵自动地调整它的位移，以仅提供由开放式中心通道中的限制来产生的所需压力，不浪费多余的流量。
现在参看图5，液压系统的示例性实施例以310示出。系统310大体上与上述提及的系统210相同，因此使用相同的但增加100的附图标记来表示与系统中相似结构对应的结构。此外，除非下文中另有注明，上述系统210的描述同样适用于系统310。而且，在阅读和理解本说明书时应了解，系统的各方面在适用情况下可彼此取代或彼此结合使用。
与上述参照系统210描述的相同或相似的功能也可通过使用被设定为如图5所示的远程压力控制泵的泵实现。
具体地，图6示出用最大变量(mostvariable)泵操作的这个控制选项的示意性的示例。如图所示，小孔口350被结合到向控制端口(V)供应流动的泵中，控制端口可连接到CFO阀的开放式中心通道。在这种情况下，不需要外部计量装置被悬置(plumbinto)到回路。
由于远程压力控制泵346的信号线路也被连接到开放式中心通道，所以任何阀芯冲程增大支配远程压力控制泵的压力。远程压力控制泵的控制将改变它的位移，以匹配在它的出口端口处的信号线路中的压力。(也就是说，除非泵饱和，即，需要提供比可能在最大位移更大的流量。)
正如负载感测系统210，由于远程压力控制泵自动地调整它的位移，以仅提供由开放式中心通道中的限制来产生的所需压力，所以不浪费多余的流量。
尽管已经参考特定的一个或多个实施例示出和描述了本发明，但是显然，本领域其他技术人员在阅读和理解本说明书和附图时将会想到等同的改变和修改。特别是关于由上述元件(部件、组件、设备、组成等)执行的各种功能，除非另有说明，用于描述这些元件的术语(包括提到的“方法”)旨在对应于执行所述元件的特定功能(即，功能相同)的任何元件，尽管没有在结构上等同所公开的结构，所公开的结构执行在本文中示出的本发明的一个或多个示例性实施例中的功能。此外，当本发明的特定特征可能仅参考一些所述实施例中的一个或多个在上文描述时，如期望的且对于任何给定或特定的应用有利的，这样的特征可与其他实施例的一个或多个其他特征结合。

Claims (30)

1.一种开放式中心液压系统，包括：
一个或多个恒流开放式中心阀；
平行动力芯，能操作地联接到所述一个或多个恒流开放式中心阀；
可变容量泵，流体地连接到所述一个或多个恒流开放式中心阀，并被构造成提供加压流体到所述一个或多个恒流开放式中心阀，并直接流体地连接到所述平行动力芯；以及
流量限制器，流体地连接在所述可变容量泵和所述一个或多个恒流开放式中心阀之间。
2.根据权利要求1所述的液压系统，其中，所述流量限制器是流体地连接在所述可变容量泵和所述一个或多个恒流开放式中心阀之间的压力补偿流量控制器。
3.根据前述任一权利要求所述的液压系统，其中，所述一个或多个恒流开放式中心阀包括多个串联连接的恒流开放式中心阀。
4.根据前述任一权利要求所述的液压系统，其中，所述一个或多个恒流开放式中心阀未流体地联接到固定容量泵。
5.根据前述任一权利要求所述的液压系统，其中，所述泵是负载感测泵。
6.根据前述任一权利要求所述的液压系统，其中，所述泵被设置为远程压力控制泵。
7.根据前述任一权利要求所述的液压系统，其中，所述流量限制器是固定计量装置。
8.根据前述任一权利要求所述的液压系统，其中，所述流量限制器是变量计量装置。
9.根据前述任一权利要求所述的液压系统，其中，所述一个或多个恒流开放式中心阀中的至少一个包括阀芯，该阀芯具有凹口，所述凹口被构造成在该处形成流量限制，使得开放式中心通道中的压力随着阀芯冲程增加。
10.根据前述任一权利要求所述的液压系统，其中，所述一个或多个恒流开放式中心阀中的至少一个包括阀芯，所述阀芯具有与其相关的：
(A)第一液压端口和第二液压端口；
(B)第一阀芯通道，在所述平行动力芯与第一液压端口之间，所述第一液压端口与所述阀芯相关，所述第一阀芯通道能够根据所述阀芯的位置被打开或关闭；
(C)第二阀芯通道，在所述平行动力芯与第二液压端口之间，所述第二液压端口与所述阀芯相关，所述第二阀芯通道能够根据所述阀芯的位置被打开或关闭；
(D)第三阀芯通道，在储罐运送通道与所述第一液压端口之间，所述第一液压端口与所述阀芯相关，所述第三阀芯通道能够根据所述阀芯的位置被打开或关闭；
(E)第四阀芯通道，在所述储罐运送通道与所述第二液压端口之间，所述第二液压端口与所述阀芯相关，所述第四阀芯通道能够根据所述阀芯的位置被打开或关闭；
(F)第五阀芯通道，其中开放式中心芯经过所述第五阀芯通道，且其中，根据所述阀芯的位置，所述阀芯能允许液压流体以不受限的方式流过所述第五阀芯通道和所述开放式中心芯，或所述阀芯能局部地限制液压流体流过所述第五阀芯通道和所述开放式中心芯。
11.根据权利要求10所述的液压系统，其中，所述阀芯至少具有中间位置、第一非中间位置和第二非中间位置，其中：
(A)在所述中间位置，所述阀芯允许液压流体以不受限的方式通过所述第五阀芯通道和经过所述第五阀芯通道的所述开放式中心芯，所述阀芯阻断液压流体通过所述第一阀芯通道、所述第二阀芯通道、所述第三阀芯通道和所述第四阀芯通道的流动，
(B)在所述第一非中间位置，所述阀芯局部地限制液压流体通过所述第五阀芯通道和经过所述第五阀芯通道的所述开放式中心芯的流动，所述阀芯打开所述动力芯与所述第一液压端口之间的所述第一阀芯通道，所述第一液压端口与所述阀芯相关允许液压流体从所述动力芯流到所述第一液压端口，所述阀芯打开所述储罐运送通道与所述第二液压端口之间的所述第四阀芯通道，所述第二液压端口与所述阀芯相关允许液压流体从所述第二液压端口流到所述储罐运送通道，所述阀芯关闭所述动力芯和与所述阀芯相关的所述第二液压端口之间的所述第二阀芯通道，并且所述阀芯关闭所述储罐运送通道和与所述阀芯相关的所述第一液压端口之间的所述第三阀芯通道；以及
(C)在所述第二非中间位置，所述阀芯局部地限制液压流体通过所述第五阀芯通道和经过所述第五阀芯通道的所述开放式中心芯的流动，所述阀芯打开所述动力芯与所述第二液压端口之间的所述第二阀芯通道，所述第二液压端口与所述阀芯相关允许液压流体从所述动力芯流到所述第二液压端口，所述阀芯打开所述储罐运送通道与所述第一液压端口之间的所述第三阀芯通道，所述第一液压端口与所述阀芯相关允许液压流体从所述第一液压端口流到所述储罐运送通道，所述阀芯关闭所述动力芯和与所述阀芯相关的所述第一液压端口之间的所述第一阀芯通道，并且所述阀芯关闭所述储罐运送通道和与所述阀芯相关的所述第二液压端口之间的所述第四阀芯通道。
12.根据前述任一权利要求所述的液压系统，其中，所述一个或多个阀中每个阀的每个阀芯具有与其相关的阀芯致动器，其中每个所述阀芯致动器能够引起与所述阀芯致动器相关的所述阀芯向中间位置、第一非中间位置或第二非中间位置运动。
13.根据前述任一权利要求所述的液压系统，还包括：
信号端口，与所述变量泵相关，其中所述信号端口接收的液压流体压力的增加引起所述变量泵以增加的压力速率泵送液压流体，且其中所述信号端口接收的液压流体压力的降低引起所述变量泵以减小的压力速率泵送液压流体；
感测信号通道，液压地连接所述开放式中心芯与所述信号端口，其中所述感测信号通道与所述开放式中心芯之间的液压连接位于所述泵与所述开放式中心芯中的所述泵的下游的、所述一个或多个阀的第一个阀的所述阀芯之间；
其中，当一个或多个所述阀的一个或多个所述阀芯的致动以引起一个或多个被致动的阀芯处于第一非中间位置或第二非中间位置的方式发生时，所述开放式中心芯中增加的液压流体压力通过所述感测信号通道被液压地连通到所述信号端口。
14.一种阀组件，包括：
一个或多个恒流开放式中心阀；
开放式中心阀输入端口；
平行动力芯，能操作地联接到所述一个或多个恒流开放式中心阀；以及
动力芯输入端口，与所述开放式中心阀输入端口分开，
其中，所述平行动力芯未流体地连接到所述输入端口的下游的所述开放式中心阀的开放式中心芯。
15.根据权利要求14所述的阀组件，还包括可变容量泵，所述可变容量泵流体地连接到所述平行动力芯输入端口和所述开放式中心阀输入端口。
16.根据权利要求15所述的阀组件，其中，所述可变容量泵直接流体地连接到所述平行动力芯输入端口。
17.根据权利要求15或16所述的阀组件，还包括流量限制器，所述流量限制器流体地连接在所述可变容量泵和所述一个或多个恒流开放式中心阀之间。
18.根据权利要求17所述的阀组件，其中，所述流量限制器是流体地连接在所述可变容量泵和所述一个或多个恒流开放式中心阀之间的压力补偿流量控制器。
19.根据前述任一权利要求所述的阀组件，其中，所述一个或多个恒流开放式中心阀包括多个串联的恒流开放式中心阀。
20.根据前述任一权利要求所述的阀组件，其中，所述一个或多个恒流开放式中心阀未流体地联接到固定容量泵。
21.根据前述任一权利要求所述的阀组件，其中，所述泵是负载感测泵。
22.根据前述任一权利要求所述的阀组件，其中，所述泵被设置为远程压力控制泵。
23.根据权利要求17所述的阀组件，其中，所述流量限制器是固定计量装置。
24.根据权利要求17所述的阀组件，其中，所述流量限制器是变量计量装置。
25.根据前述任一权利要求所述的阀组件，其中，所述一个或多个恒流开放式中心阀中的至少一个包括阀芯，该阀芯具有凹口，所述凹口被构造为在该处形成流量限制，使得开放式中心通道中的压力随着阀芯冲程增加。
26.根据前述任一权利要求所述的阀组件，其中，所述一个或多个恒流开放式中心阀中的至少一个包括阀芯，该阀芯具有大体上小于动力芯凹口的开放式中心凹口。
27.根据前述任一权利要求所述的阀组件，其中，所述一个或多个恒流开放式中心阀中的至少一个包括阀芯，所述阀芯具有与其相关的：
(A)第一液压端口和第二液压端口；
(B)第一阀芯通道，在所述平行动力芯与第一液压端口之间，所述第一液压端口与所述阀芯相关，所述第一阀芯通道能够根据所述阀芯的位置被打开或关闭；
(C)第二阀芯通道，在所述平行动力芯与第二液压端口之间，所述第二液压端口与所述阀芯相关，所述第二阀芯通道能够根据所述阀芯的位置被打开或关闭；
(D)第三阀芯通道，在储罐运送通道与所述第一液压端口之间，所述第一液压端口与所述阀芯相关，所述第三阀芯通道能够根据所述阀芯的位置被打开或关闭；
(E)第四阀芯通道，在所述储罐运送通道与所述第二液压端口之间，所述第二液压端口与所述阀芯相关，所述第四阀芯通道能够根据所述阀芯的位置被打开或关闭；
(F)第五阀芯通道，其中开放式中心芯经过所述第五阀芯通道，且其中，根据所述阀芯的位置，所述阀芯能允许液压流体以不受限的方式流过所述第五阀芯通道和所述开放式中心芯，或所述阀芯能局部地限制液压流体流过所述第五阀芯通道和所述开放式中心芯。
28.根据权利要求27所述的阀组件，其中，所述阀芯至少具有中间位置、第一非中间位置和第二非中间位置，其中：
(A)在所述中间位置，所述阀芯允许液压流体以不受限的方式通过所述第五阀芯通道和经过第五阀芯通道的所述开放式中心芯，所述阀芯阻断液压流体通过所述第一阀芯通道、所述第二阀芯通道、所述第三阀芯通道和所述第四阀芯通道的流动，
(B)在所述第一非中间位置，所述阀芯局部地限制液压流体通过所述第五阀芯通道和经过所述第五阀芯通道的所述开放式中心芯的流动，所述阀芯打开所述动力芯与所述第一液压端口之间的所述第一阀芯通道，所述第一液压端口与所述阀芯相关允许液压流体从所述动力芯流到所述第一液压端口，所述阀芯打开所述储罐运送通道与所述第二液压端口之间的所述第四阀芯通道，所述第二液压端口与所述阀芯相关允许液压流体从所述第二液压端口流到所述储罐运送通道，所述阀芯关闭所述动力芯和与所述阀芯相关的所述第二液压端口之间的所述第二阀芯通道，并且所述阀芯关闭所述储罐运送通道和与所述阀芯相关的所述第一液压端口之间的所述第三阀芯通道；以及
(C)在所述第二非中间位置，所述阀芯局部地限制液压流体通过所述第五阀芯通道和经过第五阀芯通道的所述开放式中心芯的流动，所述阀芯打开所述动力芯与所述第二液压端口之间的所述第二阀芯通道，所述第二液压端口与所述阀芯相关允许液压流体从所述动力芯流到所述第二液压端口，所述阀芯打开所述储罐运送通道与所述第一液压端口之间的所述第三阀芯通道，所述第一液压端口与所述阀芯相关允许液压流体从所述第一液压端口流到所述储罐运送通道，所述阀芯关闭所述动力芯和与所述阀芯相关的所述第一液压端口之间的所述第一阀芯通道，所述阀芯关闭所述储罐运送通道和与所述阀芯相关的所述第二液压端口之间的所述第四阀芯通道。
29.根据前述任一权利要求所述的阀组件，其中，所述一个或多个阀中每个阀的每个阀芯具有与其相关的阀芯致动器，其中每个所述阀芯致动器能够引起与所述阀芯致动器相关的所述阀芯向中间位置、第一非中间位置或第二非中间位置运动。
30.根据前述任一权利要求所述的阀组件，还包括：
信号端口，与所述变量泵相关，其中所述信号端口接收的液压流体压力中的增加引起所述变量泵以增加的压力速率泵送液压流体，且其中所述信号端口接收的液压流体压力中的降低引起所述变量泵以减小的压力速率泵送液压流体；
感测信号通道，液压地连接所述开放式中心芯与所述信号端口，其中所述感测信号通道与所述开放式中心芯之间的液压连接位于所述泵与所述开放式中心芯中的所述泵的下游的、所述一个或多个阀的第一个阀的所述阀芯之间；
其中，当一个或多个所述阀的一个或多个所述阀芯的致动以引起一个或多个被致动的阀芯处于第一非中间位置或第二非中间位置的方式发生时，所述开放式中心芯中增加的液压流体压力通过所述感测信号通道被液压地连通到所述信号端口。
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