CN105593438A - 用于通过平衡保护来降低动臂跳动的液压系统及方法 - Google Patents

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Abstract

用于减少动臂(30)的动臂运动同时提供平衡阀保护的液压系统(600)以及方法，所述液压系统包括液压缸(110)、第一和第二平衡阀(300，400)、第一和第二控制阀(700，800)以及选择阀组(850)。选择阀组适于分别在净负荷(90)由液压缸的第一腔室(116，118)和第二腔室(118，116)支承时自我配置成第一构型和第二构型。当选择阀组分别在第一和第二构型被激活时，第二和第一控制阀可将液压流体流波动到第二和第一腔室，以产生抵消动臂的环境振动(960)的振动响应(950)。当选择阀组未激活时，第一和第二平衡阀适于向液压缸提供常规平衡阀保护。

Description

用于通过平衡保护来降低动臂跳动的液压系统及方法
相关申请的交叉援引
本申请在2014年5月13日作为PCT国际专利申请提交，并且要求2013年5月31日提交的美国专利申请系列号No.61/829,796的优先权，该申请的公开内容通过全文引用的方式并入本文中。
背景技术
各种非公路车辆和公路车辆包括动臂。例如，某些混凝土泵车包括配置成支承通道的动臂，混凝土通过所述通道从混凝土泵车的基底泵送到施工现场的需要混凝土的位置。这种动臂可以是细长的并方便将混凝土泵送到距离混凝土泵车相当远的距离。此外，这样的动臂可以相对较重。动臂的相当大的长度和质量属性的组合可导致动臂呈现不期望的动态行为。在某些配置中的某些动臂中，动臂的自然频率可以是大约0.3赫兹(即每周期3.3秒)。在某些配置中的某些动臂中，动臂的自然频率可小于约1赫兹(即每周期1秒)。在某些配置中的某些动臂中，动臂的自然频率的范围是从约0.1赫兹至约1赫兹(即，每周期10秒至每周期1秒)。例如，当动臂在不同位置间移动时，致动该动臂的启动和停止负荷可诱发振动(即，震荡)。可激发动臂的其它负荷来源包括在混凝土沿动臂被泵送时混凝土的动量，启动和停止混凝土沿动臂的泵送，对抗动臂的风负荷和/或其它杂类负荷。
具有动臂的其它车辆包括：消防车，其中动臂上可包括梯子；消防车，包括具有用来向需要的位置输送水的管道的动臂；挖掘机，其使用动臂来移动铲斗；伸缩臂叉车，其使用动臂在施工地点周围输送材料；起重机，其使用动臂来将材料在不同位置间移动，等等。
在某些(包括上面提到的那些)动臂应用中，可使用液压缸致动所述动臂。通过致动液压缸，动臂可根据需要展开和缩回以实现动臂的所需定位。在某些应用中，平衡阀可用于控制液压缸的致动和/或防止液压缸发生非指令的运动(例如，由部件故障引起)。图1示出了现有技术的系统100，其包括第一平衡阀300和第二平衡阀400。平衡阀300控制和/或传输液压流体流进入和离开系统100的液压缸110的第一腔室116。同样地，第二平衡阀400控制和/或传输液压流体流进入和离开液压缸110的第二腔室118。具体地，平衡阀300的端口302连接到液压缸110的端口122。同样地，平衡阀400的端口402流体连接到液压缸110的端口124。如图所示，流体管线522将端口302示意性地连接至端口122，以及流体管线524将端口402连接至端口124。平衡阀300、400通常被直接安装在液压缸110上。端口302可以直接连接至端口122，以及端口402可直接连接至端口124。
平衡阀300、400为系统100提供安全保护。具体地，在缸110可发生移动之前，液压压力必须被施加到平衡阀300、400两者上。施加到平衡阀300、400中的一个的液压压力被输送到液压缸110的端口122、124中相应的一个，从而迫使液压缸110的活塞120移动。施加到平衡阀300、400中的另一个的液压压力允许液压流体流出液压缸110的端口124、122中的另一个。通过要求平衡阀300、400上的液压压力对应于正在释放液压流体的端口122、124，供给或接收来自液压缸110的液压流体的液压管线、阀、泵等的故障将不会导致液压缸110的非指令运动。
现在转向图1，将详细说明系统100。如图所示，使用四通三位液压控制阀200来控制液压缸110。控制阀200包括阀芯220，该阀芯可被定位于第一构型222、第二构型224或第三构型226。如图1所示，阀芯220处于第一构型222。在第一构型222中，来自供给管线502的液压流体从控制阀200的端口212被传送到控制阀200的端口202，并最终传送到液压缸110的端口122和腔室116。液压缸110由此被迫延伸并且液压缸110的腔室118中的液压流体被迫离开缸110的端口124。离开端口124的液压流体通过进入控制阀200的端口204和离开控制阀200的端口214到返回管线504而返回到液压储箱。在某些实施方案中，供给管线502在恒定或接近恒定的供给压力下供给液压流体。在某些实施方案中，返回管线504在恒定或接近恒定的返回压力下接收液压流体。
当阀芯220被定位在第二构型224时，端口202和端口212之间的液压流体流以及端口204和端口214之间的液压流体流被有效地停止，并且流向和流出缸110的液压流体流也被有效地停止。因此，当阀芯220被定位在第二构型224时，液压缸110保持基本静止。
当阀芯220被定位在第三构型226时，来自供给管线502的液压流体流通过阀200的端口212进入并通过端口204离开。液压流体流最终被输送到液压缸110的端口124和腔室118，从而迫使缸110缩回。当液压流体压力被施加到腔室118时，腔室116内的液压流体被迫通过端口122离开。离开端口122的液压流体进入阀200的端口202并离开端口214，由此返回至液压箱。操作员和/或控制系统可根据需要移动阀芯220并由此实现液压缸110的延伸、缩回和/或锁定。
现在将详细讨论当液压缸110延伸时平衡阀300、400的功能。在阀200的阀芯220被放置在第一构型222时，来自供给管线502的液压流体压力对液压管线512加压。液压管线512连接在控制阀200的端口202、平衡阀300的端口304和平衡阀400的端口406之间。施加到平衡阀300的端口304的液压流体压力流过平衡阀300的阀芯310并流过平衡阀300的止回阀320和因而从端口304通过平衡阀300的通道322流到端口302。液压流体压力进一步流过端口122并进入腔室116(即，量入(meter-in)腔室)。施加到平衡阀400的端口406的压力使平衡阀400的阀芯410抵靠弹簧412移动从而压缩弹簧412。施加到端口406的液压流体压力因此打开端口402和端口404之间的通道424。通过在端口406施加液压压力，液压流体可通过端口124离开腔室118(即，量出(meter-out)腔室)、通过管线524、横跨阀芯410地通过平衡阀400的通道424、通过液压管线514、通过阀200并通过返回管线504进入储箱。量出侧可提供背压。
现在将详细讨论在液压缸110缩回时平衡阀300、400的功能。阀200的阀芯220被放置在第三构型226，来自供给管线502的液压流体压力对液压管线514加压。液压管线514连接在控制阀200的端口204、平衡阀400的端口404和平衡阀300的端口306之间。施加在平衡阀400的端口404的液压流体压力流过平衡阀400的阀芯410并流过平衡阀400的止回阀420和因此从端口404通过平衡阀400的通道422流到端口402。液压流体压力进一步流过端口124并进入腔室118(即，量入腔室)。施加到平衡阀300的端口306的液压压力使平衡阀300的阀芯310抵靠弹簧312移动从而压缩弹簧312。施加到端口306的液压流体压力因而打开端口302和端口304之间的通道324。通过在端口306施加液压压力，液压流体可通过端口122离开腔室116(即，量出腔室)、通过管线522、横跨阀芯310通过平衡阀300的通道324、通过液压管线512、通过阀200并通过返回管线504进入储箱。量出侧可以提供背压。
供给管线502、返回管线504、液压管线512、液压管线514、液压管线522和/或液压管线524可以属于管线组500。
发明内容
本发明的一个方面涉及用于降低动臂的动臂动态(例如，动臂跳动)同时向动臂提供平衡阀保护的系统和方法。
本发明的另一方面涉及一种液压系统，其包括液压缸、第一平衡阀、第二平衡阀、第一控制阀、第二控制阀和选择阀装置。液压缸包括第一腔室和第二腔室。第一平衡阀在第一节点处流体连接到第一腔室，以及第二平衡阀在第二节点处流体连接到第二腔室。第一控制阀在第三节点处流体连接到第一平衡阀，第二控制阀在第四节点处流体连接到第二平衡阀。选择阀装置流体连接到所述第一节点和第二节点并且适于在净负荷由液压缸的第二腔室支承时自我配置为第一构型组，还适于在净负荷由液压缸的第一腔室支承时自我配置为第二构型组。当选择阀装置被激活并处于第一构型组时，第一控制阀适于使第一液压流体流波动到第一腔室，从而导致液压缸产生第一振动响应。
在某些实施方案中，当选择阀装置被激活并处于第二构型组时，第二控制阀适于使第二液压流体流波动到第二腔室并由此导致液压缸产生第二振动响应。在某些实施方案中，第一腔室是杆端腔室和第二腔室是头端腔室。在其它实施方案中，第一腔室是头端腔室和第二腔室是杆端腔室。在某些实施方案中，第一平衡阀、第二平衡阀和选择阀装置被以物理方式安装到液压缸上。
本发明的另一方面涉及一种液压阀组，其包括第一平衡阀、第二平衡阀和选择阀装置。第一平衡阀为第一节点提供第一逆流保护。第一平衡阀包括第一平衡阀打开节点。第二平衡阀为第二节点提供第二逆流保护。第二平衡阀包括第二平衡阀打开节点。选择阀装置流体连接至第一节点、第二节点、第一平衡阀打开节点和第二平衡阀打开节点。选择阀装置适于响应由第一节点的第一流体压力和第二节点的第二流体压力产生的净阀芯力进行自我配置。当净阀芯力在第一方向时，选择阀装置将第一平衡阀的第一节点连接至第二平衡阀的第二平衡阀打开节点。当净阀芯力在第二方向时，选择阀装置将第二平衡阀的第二节点连接至第一平衡阀的第一平衡阀打开节点。
本发明的又一方面涉及一种液压动臂控制系统，其包括一对平衡阀、选择阀装置和一对控制阀。所述一对平衡阀液压地联接至动臂的液压致动器的相对的两侧。选择阀装置感测液压致动器的相对的两侧中的净无负荷侧并打开所述一对平衡阀中对应于该净无负荷侧的一者。所述一对控制阀对应于液压致动器的相对的两侧。所述一对控制阀中的一者对应于所述净无负荷侧并向液压致动器的该净无负荷侧发送振动液压流体流。
本发明的再一方面涉及一种控制动臂中的振动的方法。该方法包括：1)提供阀装置，其包括一对平衡阀、一对控制阀和一选择阀组；2)提供液压致动器，其包括一对腔室；3)通过施加到液压致动器上的净负荷配置所述选择阀组并因此配置所述一对平衡阀；4)利用已通过配置所述一对平衡阀而配置的所述一对平衡阀中的相应一者来锁定所述一对腔室中的加载/有负荷腔室；和5)利用所述一对控制阀中相应的一者将振动液压流体传送到所述一对腔室中的未加载/无负荷腔室。
各个其它方面将在下面的说明中阐述。这些方面会涉及单独的特征和特征的组合。应理解，前面的总体说明和以下详细说明只是示例性和说明性的，且并非对本文公开的实施例所基于的宽泛概念加以限制。
附图说明
图1是现有技术的液压系统的示意图，该液压系统包括具有一对平衡阀和一控制阀的液压缸；
图2是液压系统的示意图，该液压系统包括图1的液压缸和平衡阀，配置有根据本发明的原理的液压缸控制系统；
图3是图2的放大部分；
图4是适于与图2的根据本发明的原理的液压缸控制系统一起使用的液压缸的示意图；
图5是具有动臂系统的车辆的示意图，所述动臂系统由一个或多个缸致动并通过图2的根据本发明的原理的液压系统进行控制；和
图6是示出用于根据本发明的原理控制用于定位一动臂的缸(如图4的液压缸)的示例性方法的流程图。
具体实施方式
根据本发明的原理，一种包括平衡阀300和400的液压系统适于致动液压缸110，并且还提供用于抵消振动(液压缸110暴露于所述振动)的装置。如图2所示，示出了示例系统600以及液压缸110(即，液压致动器)、平衡阀300和平衡阀400。图2的液压缸110和平衡阀300、400可以与图1的现有系统100中所示的那些相同。因此，液压系统600可改装成现有的和/或常规的液压系统。液压缸110和平衡阀300、400的某些特征将不会被冗余地重新说明。
根据本发明的原理，类似保护由用于液压缸110和液压系统600的平衡阀300、400提供，如上文关于液压系统100所述。具体地，液压管线、液压阀和/或液压泵的故障不会导致液压系统600的液压缸110的非指令移动。液压系统600的液压结构还提供了使用液压缸110来抵消振动的能力。
液压缸110可保持净负荷90，该净负荷通常可迫使缸110的杆126缩回或延伸。杆126连接到缸110的活塞120。如果负荷90迫使液压缸110延伸，液压缸110的杆侧114上的腔室118通过负荷90被加压，平衡阀400起作用以防止液压流体从腔室118释放，并由此起到安全装置的作用以防止液压缸110的非指令延伸。换句话说，平衡阀400锁定腔室118。除了提供安全性，腔室118的锁定还防止缸110漂移。振动控制可经由液压缸110通过对液压缸110的头侧112上的腔室116动态加压和减压而提供。由于液压缸110、液压缸110附接其上的结构和腔室118内的液压流体都至少轻微地可变形，液压压力向腔室116的选择性施加会导致液压缸110的运动(例如，轻微移动)。这样的运动，当与系统模型和系统的动态测量相结合地定时时，可以用来抵消系统的振动。
如果负荷90迫使液压缸110缩回，液压缸110的头侧112上的腔室116通过负荷90被加压，并且平衡阀300起作用以防止液压流体从腔室116释放，并由此起到安全装置的作用以防止液压缸110的非指令缩回。换句话说，平衡阀300锁定腔室116。除了提供安全性，腔室116的锁定可防止缸110的漂移。振动控制可经由液压缸110通过对液压缸110的杆侧114上的腔室118动态加压和减压而提供。由于液压缸110、液压缸110附接其上的结构和腔室116内的液压流体都至少轻微地可变形，液压压力向腔室118的选择性施加会导致液压缸110的运动(例如，轻微移动)。这样的运动，当与系统模型和系统的动态测量相结合地定时时，可以用来抵消系统的振动。
负荷90被示出为经由杆连接部128附接至缸110的杆126。在某些实施方案中，负荷90是横跨杆连接部128和缸110的头侧112的可拉伸或可压缩的负荷。
如下面进一步描述的，系统600提供了控制框架和控制机构从而可以为非公路车辆和公路车辆两者都实现动臂减振。所述减振适于减少具有相对较低的自然频率的动臂(例如，混凝土泵车动臂)中的振动。液压系统600也可以被应用至具有相对较高的自然频率的动臂(例如，挖掘机动臂)。与常规的解决方案相比，液压系统600通过较少的传感器和简化的控制结构实现了动臂减振。可以在保证某些液压管线、液压阀和/或液压泵的故障保护时实施该减振方法，如上所述。故障保护可以是自动的和/或机械的。在某些实施方案中，故障保护可不需要接合任何电信号和/或电力。故障保护可以是规章要求(例如，ISO标准)。规章要求可能要求由液压系统600提供用于保护的特定机械装置。
某些动臂可包括能传送和/或放大负荷90的动态行为的刚度和惯性属性。由于动态负荷90可包括施加到动臂的外力/位置扰动，特别是当这些扰动接近动臂的自然频率时可导致剧烈的振动(即，震荡)。动臂通过负荷90产生的这种激发可能导致安全问题和/或降低动臂系统的生产率和/或可靠性。通过测量液压系统600的参数并适当响应，扰动的影响可以被减小和/或最小化或甚至消除。所提供的响应可以在广泛变化的操作条件下都有效。根据本发明的原理，振动控制可以使用最小数量的传感器来实现。
根据本发明的原理，流向缸110的头侧112的腔室116的液压流体流与流向缸110的杆侧114的腔室118的液压流体流被独立地控制和/或计量以实现动臂减振，同时也防止了缸110的漂移。根据本发明的原理，液压系统600可配置成类似于常规平衡系统(例如，液压系统100)。
在某些实施方案中，当要求缸110的移动时，液压系统600配置成常规平衡配置。如下面进一步描述的，液压系统600使得能够在远离液压缸110的远程位置上(例如，在传感器610处)测量缸110的腔室116和/或118内的压力。因此，这种结构可以减少本应定位在动臂上的质量和/或可简化液压管线(例如，硬管道和软管)的铺设。机械如混凝土泵动臂和/或起重臂的性能可通过这种简化的液压管线铺设和/或降低动臂上的质量而提高。
平衡阀300和400可以是阀装置840的部件。阀装置840可包括控制和/或调节流向和/或来自液压缸110的液压流体流的各种液压部件。阀装置840还可包括控制阀700(例如，比例液压阀)、控制阀800(例如，比例液压阀)和选择器阀装置850，在下面详细描述。控制阀700和/或800可以是高带宽和/或高分辨率控制阀。
在图2所示的实施例中，节点51被限定在平衡阀300的端口302和液压缸110的端口122处；节点52被限定在平衡阀400的端口402和液压缸110的端口124处；节点53被限定在平衡阀300的端口304和液压阀700的端口702处；节点54被限定在平衡阀400的端口404和液压阀800的端口804处；节点55被限定在平衡阀300的端口306和液压阀350的端口352处；以及节点56被限定在平衡阀400的端口406和液压阀450的端口452处。液压阀350和450在下面详细描述。
现在转到图4，液压缸110被示出成具有阀块152、154。阀块152、154可以是彼此分开的，如图所示，或者可以是单一的组合阀块。阀块152可被安装到液压缸110的端口122和/或安装在液压缸110的端口122上方，以及阀块154可被安装到液压缸110的端口124和/或安装在液压缸110的端口124上方。阀块152、154可直接安装到液压缸110上。阀块152可包括平衡阀300，以及阀块154可包括平衡阀400。阀块152和/或154可包括阀装置840的附加部件。阀块152、154，和/或单个的组合阀块可包括选择阀装置850和/或其部件。
现在转到图5，详细描述和说明了示例性动臂系统10。动臂系统10可包括车辆20和动臂30。车辆20可包括传动系统22(例如，包括轮子和/或履带)。如图5所示，车辆20上还设置了刚性的可伸缩的支承部24。刚性支承部24可包括延伸以接触地面并因而支承和/或通过绕过远离车辆20的传动系统22和/或悬挂系统的地面支承件而使车辆20稳定的支脚。在其它车辆(例如，具有履带的车辆，没有悬挂系统的车辆)中，传动系统22可以是刚性足够强并且可能不需要和/或不设置可伸缩的刚性支承部24。
如图5所示，动臂30从第一端32延伸到第二端34。如图所示，第一端32(例如，通过转盘)可旋转地附接至车辆20。第二端34可通过动臂30的致动来定位，从而按需要定位。在某些应用中，可能需要在主要水平的方向上使第二端34远离车辆20延伸一个相当的距离。在其它实施方案中，可能期望垂直地在车辆20之上一相当距离处定位第二端34。在又一些其它应用中，动臂30的第二端34可与车辆20垂直地且水平地间隔开。在某些应用中，动臂30的第二端34可被降低到一个孔洞内并因而定位在低于车辆20的高度。
如图所示，动臂30包括多个动臂段36。相邻的成对动臂段36可通过相应的接头38彼此连接。如图所示，第一动臂段361在第一接头381处可旋转地附接至车辆20。第一动臂段361可通过两个旋转接头被安装。例如，第一旋转接头可包括转盘，和第二旋转接头可包括水平轴。第二动臂段362在第二接头382处附接至第一动臂段361。同样地，第三动臂段363在接头383处附接至第二动臂段362，以及第四动臂段364在第四接头384处附接至第三动臂段363。相邻的成对动臂段36之间的相对位置/取向可通过相应的液压缸110进行控制。例如，第一动臂段361和车辆20之间的相对位置/取向由第一液压缸1101控制。第一动臂段361和第二动臂段362之间的相对位置/取向由第二液压缸1102控制。同样地，第三动臂段363和第二动臂段362之间的相对位置/取向由第三液压缸1103控制，第四动臂段364和第三动臂段363之间的相对位置/取向由第四液压缸1104控制。
根据本发明的原理，可对动臂30(包括多个动臂段361-4)建立模型并且动臂30的振动可由控制器640控制。具体地，控制器640可以发送信号652到阀700和发送信号654到阀800。信号652可包括振动分量652v，信号654可包括振动分量654v。振动分量652v、654v可导致相应的阀700、800在相应的端口702、804处产生振动流和/或振动压力。振动流和/或振动压力可通过相应的平衡阀300、400被传送到液压缸110的相应的腔室116、118。
控制器640的信号652、654还可包括移动信号，其分别导致液压缸110伸出和缩回，并由此致动动臂30。如图3所示，控制器还发送激活信号642到选择阀装置850。如图所示，激活信号642被发送到激活器630，该激活器进而发送阀信号632到阀350和450的每一个。在接收到阀信号632后，阀350和450激活选择阀装置850。在激活后，选择阀装置850选择平衡阀300、400中的一个作为保持平衡阀并选择平衡阀400、300中的另一个作为振动流/压力转移平衡阀。在所示实施方案中，液压缸110的腔室116、118中有负荷的一个(由净负荷90加载)对应于保持平衡阀300、400，而液压缸110的腔室118、116中无负荷的一个(即未通过净负荷90加载)对应于振动流/压力转移平衡阀400、300。在某些实施方案中，振动分量652v或654v可以被发送到对应于液压缸110的腔室118、116中的无负荷的一个的控制阀800、700。
控制器640可接收来自各种传感器的输入，所述传感器包括传感器610、位置传感器、LVDT传感器、视觉传感器等，并由此计算出包括振动分量652v、654v的信号652、654。控制器640可包括动臂30的动态模型并使用动态模型和来自各种传感器的输入来计算包括振动分量652v、654v的信号652、654。在某些实施方案中，激活信号642从控制器640被直接发送到阀350和450。
在某些实施方案中，单个系统如液压系统600可用在液压缸110中的一个上(例如，液压缸1101)。在另一些实施方案中，多个液压缸110的每一个都可通过对应的液压系统600被致动。在又一些实施方案中，所有液压缸110的每一个都可通过一系统如系统600被致动。
如图2所示，示例性液压系统600包括比例液压控制阀700和比例液压控制阀800。示例性液压系统600还包括液压阀350、液压阀450和液压阀900。如图所示，选择阀装置850包括液压阀350、液压阀450和液压阀900。在该示例性实施例中，液压阀700和800是三通三位比例阀，阀350和450是两通两位阀，以及阀900是四通两位阀。阀700和800可以组合在共同的阀体内。在某些实施方案中，液压系统600的阀300、350、400、450、700、800和/或900中的部分或全部可组合在共同的阀体和/或共同的阀块内。在某些实施方案中，阀装置840的阀300、350、400、450、700、800和/或900中的部分或全部可组合在共同的阀体和/或共同的阀块内。在某些实施方案中，阀装置840的阀300、350、400、450和/或900中的部分或全部可组合在共同的阀体和/或共同的阀块内。在某些实施方案中，选择阀装置850的阀350、450和/或900中的部分或全部可组合在共同的阀体和/或共同的阀块内。
现在转向图2，将详细描述液压系统600的特定元件。液压阀700包括具有第一构型722、第二构型724和第三构型726的阀芯720。如图所示，阀芯720处于第三构型726。阀700包括端口702、端口712和端口714。在第一构型722中，端口714被阻断，并且端口702流体连接到端口712。在第二构型724中，端口702、712、714全都被阻断。在第三构型726中，端口702流体连接至端口714，端口712被阻断。
液压阀800包括具有第一构型822、第二构型824和第三构型826的阀芯820。如图所示，阀芯820处于第三构型826。阀800包括端口804、端口812和端口814。在第一构型822中，端口812被阻断，并且端口804流体连接到端口814。在第二构型824中，端口804、812、814全都被阻断。在第三构型826中，端口804流体连接至端口812，端口814被阻断。
在所示实施方案中，液压管线562使平衡阀300的端口302与液压缸110的端口122以及与阀900的端口902相连。液压管线562可包括延伸到阀900的控制端口932的液压管线572。液压管线572可以是毛细管线并具有来自液压管线562的延迟的压力响应。节点51可包括液压管线562。液压管线564可以使平衡阀400的端口402与液压缸110的端口124以及与阀900的端口914相连。液压管线564可包括延伸到阀900的控制端口934的液压管线574。液压管线574可以是毛细管线并具有来自液压管线564的延迟的压力响应。节点52可包括液压管线564。在某些实施方案中，液压管线562、564被包括在阀块、壳体等内部并可以长度较短。液压管线552可以使平衡阀300的端口304与液压阀700的端口702以及与阀450的端口462相连。节点53可包括液压管线552。同样地，液压管线554使平衡阀400的端口404与阀800的端口804以及与阀350的端口362相连。节点54可包括液压管线554。
可提供测量阀700、800的各端口处的温度和/或压力的传感器。具体地，传感器6101设置成邻近阀700的端口702。如图所示，传感器6101是压力传感器并且可以用于提供关于系统600和/或动臂系统10的动态信息。如图2所示，第二传感器6102设置成邻近液压阀800的端口804。传感器6102可以是压力传感器并且可以用于提供关于系统600和/或动臂系统10的动态信息。如图2进一步示出，第三传感器6103可设置在邻近阀800的端口814处，以及第四传感器6104可设置在邻近阀800的端口812处。
在某些实施方案中，供给管线502内的压力和/或储箱管线504内的压力是公知的，以及压力传感器6101和6102可分别用于计算通过阀700和800的流率。在其它实施方案中，计算横跨阀700、800的压力差。例如，当阀800的阀芯820处于第一位置822时可使用压力传感器6103及压力传感器6102，从而计算通过阀800的流量。同样地，当阀800的阀芯820处于第三构型826时可计算传感器6102和传感器6104之间的压力差。控制器640可以使用这些压力和压力差作为控制输入。
还可以在阀700、800处及其周围提供温度传感器，并因此通过允许计算流过阀700、800的液压流体的粘度和/或密度而改善流量测量。控制器640可以使用这些温度作为控制输入。
虽然通过第一传感器6101、第二传感器6102、第三传感器6103和第四传感器6104示出，但在替代实施例中可以使用比所示实施例中更少或更多的传感器。此外，在其它实施例中，这种传感器可以定位在各种不同的其它位置。在某些实施方案中，传感器610可定位于共同的阀体内。在某些实施方案中，可以使用Eaton公司的伺服阀。所述伺服阀提供了紧凑和高性能的阀包，其包括两个三通阀(即，阀700和800)，压力传感器610和压力调节控制器。Eaton伺服阀还包括线性差动变压器(LVDT)，其分别监测阀芯720、820的位置。通过使用两个三通比例阀700、800，腔室116和118的压力可以独立地控制。此外，流入和/或流出腔室116和118的流率可以独立地控制。在其它实施方案中，腔室116、118中的一个的压力可相对于流入和/或流出相对的腔室116、118的流率独立地控制。
与使用单个四通比例阀200(见图1)相比较，液压系统600的构造可以在更少的能量消耗的情况下实现和适应更灵活的控制策略。例如，当缸110在移动时，与量出腔室116、118连接的阀700、800可以操纵腔室压力，同时与量入腔室连接的阀800、700可以调节进入腔室118、116的流量。由于量出腔室压力不与量入腔室流量关联，量出腔室压力可以调节得较低，从而减少相关的节流损失。
再次转向图3，下面将详细说明阀350、450和900。阀350是两通两位阀。具体地，阀350包括第一端口352、第二端口362和第三端口364。阀350包括具有第一构型372和第二构型374的阀芯370。在第一构型372中(示于图3)，端口352与端口362相连，且端口364被阻断。在构型374中，端口364和端口352相连且端口362被阻断。如图所示，阀350包括螺线管376和弹簧378。螺线管376和弹簧378可用于使阀芯370在第一构型372和第二构型374之间移动。
阀450也是两通两位阀。具体地，阀450包括第一端口452、第二端口462和第三端口464。阀450包括具有第一构型472和第二构型474的阀芯470。在第一构型472中(也示于图3)，端口452和端口462相连，且端口464被阻断。在构型474中，端口464和端口452相连且端口462被阻断。如图所示，阀470包括螺线管476和弹簧478。螺线管476和弹簧478可用于使阀芯470在第一构型472和第二构型474之间移动。
阀900是四通两位阀。具体地，阀900包括第一端口902、第二端口904、第三端口912和第四端口914。阀900包括可配置成第一构型922(示于图3)和第二构型924的阀芯920。在第一构型中，端口904和914相连，端口902和912被阻断。在第二构型924中，端口902和912相连，且端口904和914被阻断。阀900的阀芯920通过弹簧926和928以及施加在第一控制端口932和第二控制端口934上的压力的组合被移动。
当压力被施加到控制端口932时，弹簧926被压缩，且阀芯920被推向构型924。同样地，当压力被施加到控制端口934时，弹簧928被压缩，且阀芯920被推向构型922。施加到端口932的压力作用在区域936上。同样地，施加在端口934的压力作用在区域938上。由于腔室116内的压力作用其上的区域132(例如，头侧区域)与腔室118内的压力作用其上的区域134(例如，杆侧区域)可不同，区域936、938也可以是不同的，并且由此补偿缸110的头侧112和杆侧114之间的区域/面积差异。
为了防止净负荷90较轻时阀900的过度往复，可由阀900限定死区。在某些实施方案中，弹簧926和/或928的滞后(hysteresis)范围是最大满刻度负荷的约10％至约20％。最大满刻度负荷可以在腔室116或腔室118中任一个处于其最大保持容量并向阀900供给相应的压力时被限定。
阀350在端口362处连接到流体管线554。同样地，阀450在端口462处连接到流体管线552。流体管线582使阀350的端口364连接到阀900的端口904。节点57可包括流体管线582。同样地，流体管线584使阀450的端口464连接到阀900的端口912。节点58可包括流体管线584。流体管线562还连接到阀900的端口902。同样地，流体管线564还连接到阀900的端口914。如图3所示，流体管线574从流体管线564延伸，并连接到端口934。流体管线574与流体管线564处于大致相同的压力。在其它实施例中，流体管线574可以是毛细管线或具有其它流动限制部如孔口。因此，端口934处的压力可以与流体管线564中的压力不同，至少瞬间不同。同样地，流体管线572从流体管线562延伸并连接到端口932。流体管线572可以与流体管线562处于大致相同的压力。在其它实施例中，流体管线572可以是毛细管线或具有其它流动限制部如孔口。因此，端口932处的压力可以与流体管线562中的压力不同，至少瞬间不同。
供给管线502、返回管线504、液压管线552、液压管线554、液压管线562、液压管线564、液压管线572、液压管线574、液压管线582和/或液压管线584可以属于一管线组550。
现在转到图2和3，将详细说明选择阀装置850的操作。如上所述，控制器640发送信号到激活器630，激活器进而将信号发送到阀350和450。在某些实施方案中，发送到阀350和450的信号是同步的，并同时发送到阀350和450两者。当发送到阀350、450的信号是禁用信号时，选择阀装置850将阀装置840配置成常规平衡配置。当根据发送到控制阀700、800的移动指令移动动臂30时，可采用常规平衡装置。在禁用配置中，选择阀装置850的阀900仍可感测第一腔室116和第二腔室118中的压力。因此阀900继续在第一构型922和第二构型924之间往复，即使当选择阀装置850处于禁用状态时。
当控制器640发送激活信号到激活器630并且激活器630发送激活信号到阀350、450时，阀350移动到第二构型374，并且阀450移动到第二构型474。在某些实施方案中，在激活配置中，阀装置840有效地锁定液压缸110使其不能移动。具体地，不论阀900的位置如何，阀350或450中的一个将不接收高压，因此将不传送高压到相应的平衡阀300、400。如上所述，选择阀装置850的激活配置可用于锁定液压缸110的腔室116、118中的一个，同时发送振动压力到腔室118、116中的另一个。振动压力可用于抵消动臂30受到的外部振动。
当净负荷90由腔室118承载时，来自腔室118的压力被施加到阀900的端口934上并将阀900推向第一构型922。在第一构型922中，阀900的端口904和端口914被连接并因而使节点52与节点57相连。由于阀350被激活，并且在第二构型374中，节点52和57都进一步连接到节点55。用于来自腔室118的高压流体的通道因此被打开至平衡阀300的端口306。因此，平衡阀300被打开以用于端口302和304之间的双向流动。使平衡阀300开放至双向流动允许控制阀700在控制器640的控制下施加和释放来自腔室116的液压流体压力。
当净负荷90由腔室116承载时，来自腔室116的压力被施加到阀900的端口932上并将阀900推向第二构型924。在第二构型924中，阀900的端口902和端口912被连接并因而使节点51与节点58相连。由于阀450被激活，并且在第二构型474中，节点51和58都进一步连接到节点56。用于来自腔室116的高压流体的通道因此被打开至平衡阀400的端口406。因此，平衡阀400被打开以用于端口402和404之间的双向流动。使平衡阀400开放至双向流动允许控制阀800在控制器640的控制下施加和释放来自腔室118的液压流体压力。
如图2中示意性示出，环境振动负荷960作为净负荷90的分量被施加在液压缸110上。如图2所示，振动负荷分量960不包括稳态负荷分量。在某些应用中，振动负荷960包括动态负荷例如风荷载、可沿动臂30移动的材料的动量负荷、来自移动车辆20的惯性负荷和/或其它动态负荷。稳态负荷可包括根据动臂30的结构而变化的重力负荷。振动负荷960可通过各种传感器610和/或其它传感器被感测和估计/测量。控制器640可处理这些输入并使用动臂系统10的动态行为的模型，从而计算和传送适当的振动信号652v、654v。信号652v、654v被转换成相应的阀700、800处的液压压力和/或液压流量。振动压力/流量通过相应的平衡阀300、400被传送到液压缸110的相应腔室116、118。液压缸110将所述振动压力和/或振动流量转换成振动响应力/位移950。当振动响应950和振动负荷960叠加在动臂30上时，所得的振动970就产生了。所得振动970可以是显著小于在没有振动响应950的情况下动臂30所产生的振动。动臂30的振动因此被控制和/或减少，增强了动臂系统10的性能、耐久性、安全性、可用性等。液压缸110的振动响应950在图2中示出成液压缸110的输出的动态分量。液压缸110还可包括反映静态负荷例如重力的稳态分量(即，静态分量)。
现在转到图6，给出了控制动臂系统10中的振动的示例方法1000。具体地，方法1000开始于起始点1002。在起始点1002开始后，到达决策点/决定点1004。如果动臂30处于使用中，控制方法前进到决策点1006。如果动臂30不在使用中，到达结束点1024。如果动臂30在决策点1006移动，控制方法前进到步骤1008，其中激活器630设置为关闭。然后控制方法前进到步骤1010，其中实施常规动臂移动控制。然后控制方法前进到决策点1004。在决策点1006，如果动臂30是不动的，控制方法前进到步骤1012，其中激活器630设置为开启。然后控制方法前进到决策点1014。在决策点1014，如果净负荷90由腔室118承载，则控制方法前进到步骤1016，其中液压缸110的腔室118被锁定。然后控制方法前进到步骤1018，其中在腔室116上执行振动控制并且控制方法随后前进到决策点1004。在决策点1014，如果净负荷90由腔室116承载，控制方法则前进到步骤1020。在步骤1020，腔室116被锁定且控制方法随后前进到步骤1022。在步骤1022，在腔室118上执行振动控制。然后控制方法前进到决策点1004。
本发明的各种修改和变型对本领域的技术人员来说将变得明显而不脱离本发明的范围和精神，并且应当理解，本发明的范围不会不适当地局限于本文阐述的说明性的实施例。

Claims (21)

1.一种液压系统(600)，包括：
液压缸(110)，其包括第一腔室(116，118)和第二腔室(118，116)；
第一平衡阀(300)，其在第一节点(51)处流体连接到第一腔室；
第二平衡阀(400)，其在第二节点(52)处流体连接到第二腔室；
第一控制阀(700)，其在第三节点(53)处流体连接到第一平衡阀；
第二控制阀(800)，其在第四节点(54)处流体连接到第二平衡阀；和
选择阀装置(850)，其流体连接到所述第一节点和第二节点，该选择阀装置适于在净负荷(90)由液压缸的第二腔室支承时自我配置为第一构型组，还适于在净负荷由液压缸的第一腔室支承时自我配置为第二构型组；
其中，当所述选择阀装置被激活并处于第一构型组时，第一控制阀适于使第一液压流体流波动到第一腔室，从而导致液压缸产生第一振动响应(950)。
2.根据权利要求1所述的液压系统，其中，当所述选择阀装置被激活并处于第二构型组时，第二控制阀适于使第二液压流体流波动到第二腔室并由此导致液压缸产生第二振动响应(950)。
3.根据权利要求1所述的液压系统，其中，所述第一腔室是杆端腔室(118)，所述第二腔室是头端腔室(116)。
4.根据权利要求1所述的液压系统，其中，所述第一腔室是头端腔室(116)，所述第二腔室是杆端腔室(118)。
5.根据权利要求1所述的液压系统，其中，所述第一平衡阀、所述第二平衡阀和所述选择阀装置被以物理方式安装在液压缸上。
6.根据权利要求1所述的液压系统，其中，所述选择阀装置配置成当发送到第一控制阀的第一阀指令(652)是第一缸振动指令并且发送到第二控制阀的第二阀指令(654)是第二缸振动指令时被激活。
7.根据权利要求6所述的液压系统，其中，所述选择阀装置配置成当发送到第一控制阀的第一缸振动指令目标为第一控制阀的振动压力输出响应时被激活。
8.根据权利要求1所述的液压系统，其中，所述选择阀装置包括在第五节点(55)处流体连接到所述第一平衡阀的第一阀(350)和在第六节点(56)处流体连接到所述第二平衡阀的第二阀(450)，以及其中，所述选择阀装置在第一阀将第五节点流体连接到第四节点以及第二阀将第六节点连接到第三节点时不被激活。
9.根据权利要求8所述的液压系统，其中，当所述选择阀装置未被激活时，第一平衡阀和第二平衡阀适于为液压缸提供常规的平衡阀保护。
10.根据权利要求8所述的液压系统，其中，所述选择阀装置包括在第七节点(57)处流体连接到第一阀且在第八节点(58)处流体连接到第二阀的第三阀(900)，以及其中，当第三阀将第二节点流体连接到第七节点且第一阀将第五节点流体连接到第七节点时，所述选择阀装置被激活并处于第一构型组。
11.根据权利要求10所述的液压系统，其中，当第二阀将第六节点流体连接到第八节点时，所述选择阀装置被激活且处于第一构型组。
12.根据权利要求8所述的液压系统，其中，所述选择阀装置包括在第七节点(57)处流体连接到第一阀且在第八节点(58)处流体连接到第二阀的第三阀(900)，以及其中，当第三阀将第一节点流体连接到第八节点且第二阀将第六节点流体连接到第八节点时，所述选择阀装置被激活并处于第二构型组。
13.根据权利要求12所述的液压系统，其中，当第一阀将第五节点流体连接到第七节点时，所述选择阀装置被激活且处于第二构型组。
14.根据权利要求1所述的液压系统，其中，所述选择阀装置包括流体连接到所述第一节点和第二节点的选择阀(900)，其中，当选择阀装置被激活并由此自我配置为第一构型组时，第二节点处的来自第二腔室的压力迫使所述选择阀将第二腔室的压力与第一平衡阀相连，并且因此允许第一控制阀将第一液压流体流流体地传送到第一腔室。
15.根据权利要求2所述的液压系统，其中，所述选择阀装置包括流体连接到所述第一节点和第二节点的选择阀(900)，其中，当选择阀装置被激活并且净负荷由第二腔室支承时，第一节点和第二节点之间的压差乘以所述选择阀的相应面积迫使选择阀将第二腔室的压力与第一平衡阀相连，从而允许第一控制阀将第一液压流体流流体地传送到第一腔室，并且当选择阀装置被激活且净负荷由第一腔室支承时迫使选择阀将第一腔室的压力与第二平衡阀相连，从而允许第二控制阀将第二液压流体流流体地传送到第二腔室。
16.根据权利要求15所述的液压系统，其中，所述选择阀的相应面积包括来自第一节点的第一压力作用于其上的第一面积并包括来自第二节点的第二压力作用于其上的第二面积，以及其中，第一腔室的第一有效面积与第一面积成比例，第二腔室的第二有效面积与第二面积成比例。
17.根据权利要求16所述的液压系统，其中，所述选择阀包括死区，其限制在所述第一构型组和第二构型组之间的切换，直到由作用在所述选择阀的相应的第一面积和第二面积上的压差导致的力差超过预定力差。
18.一种液压阀组(840)，包括：
第一平衡阀(300)，其为第一节点(51)提供第一逆流保护，所述第一平衡阀包括第一平衡阀打开节点(56)；
第二平衡阀(400)，其为第二节点(52)提供第二逆流保护，所述第二平衡阀包括第二平衡阀打开节点(56)；和
选择阀装置(850)，其流体连接至第一节点、第二节点、第一平衡阀打开节点和第二平衡阀打开节点，所述选择阀装置适于响应由第一节点的第一流体压力和第二节点的第二流体压力产生的净阀芯力进行自我配置；
其中，当净阀芯力在第一方向时，所述选择阀装置将第一平衡阀的第一节点连接至第二平衡阀的第二平衡阀打开节点；以及
其中，当净阀芯力在第二方向时，所述选择阀装置将第二平衡阀的第二节点连接至第一平衡阀的第一平衡阀打开节点。
19.根据权利要求18所述的液压阀组，还包括：
第一控制阀(700)，其在第三节点(53)处流体连接到第一平衡阀；和
第二控制阀(800)，其在第四节点(54)处流体连接到第二平衡阀。
20.一种液压动臂控制系统(600)，包括：
一对平衡阀，其以液压方式联接至动臂的液压致动器的相对的两侧；
选择阀装置(850)，所述选择阀装置感测液压致动器的相对的两侧中的净无负荷侧并打开所述一对平衡阀中对应于所述净无负荷侧的一者；以及
一对控制阀，其对应于液压致动器的相对的两侧，所述一对控制阀中对应于所述净无负荷侧的一者向液压致动器的所述净无负荷侧发送振动液压流体流。
21.一种控制动臂中的振动的方法，该方法包括：
提供阀装置，该阀装置包括一对平衡阀、一对控制阀和一选择阀组；
提供液压致动器，其包括一对腔室；
通过施加到液压致动器上的净负荷配置所述选择阀组并因此配置所述一对平衡阀；
利用已通过配置所述一对平衡阀而配置的所述一对平衡阀中相应的一者来锁定所述一对腔室中的加载腔室；和
利用所述一对控制阀中相应的一者将振动液压流体传送到所述一对腔室中的未加载腔室。
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