CN107882789A - 具有负流量控制的电液系统 - Google Patents
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Abstract
一种流体动力系统,其包括电‑液可变排量流体泵,电‑液可变排量流体泵以第一排量值驱动流体。所述系统进一步包括定向控制阀、传感器以及控制器。定向控制阀包括可在中间位置与至少一个致动位置之间移动的阀构件。定向控制阀在阀构件处于致动位置时将至少一些流体分流至致动器,并且定向控制阀在阀构件处于中间位置时通过出口端口将流体以排放压力排放至储液槽。传感器测量排放压力与公称压力之间的差异并且基于测量到的差异生成信号。控制器至少部分地基于压力信号生成流量命令以改变泵的操作进而以第二排量值驱动流体。
Description
技术领域
本公开内容涉及用于作业机械的液压系统。更特别地,本公开内容涉及具有负流量控制(negative flow control)的电液系统。
背景技术
用于作业机械的液压系统可包括由发动机驱动的一个或多个泵,该泵将流体驱动至一个或多个流量控制阀。流量控制阀将流体的至少一部分分流(divert)至一个或多个致动器以操作作业机械。流体之后从一个或多于一个流量控制阀和一个或多于一个致动器被排放。
发明内容
在一个方面中,流力系统包括电-液可变排量流体泵、定向控制阀、传感器以及控制器。电-液可变排量流体泵构造为从储液槽中接收流体并以第一排量值驱动流体。定向控制阀包括入口端口和至少一个出口端口,入口端口构造为从泵接收流体。定向控制阀进一步包括可在中间位置与至少一个致动位置之间移动的阀构件。定向控制阀构造为在阀构件处于至少一个致动位置时将至少一些流体分流至致动器,并且定向控制阀进一步构造为在阀构件处于中间位置时通过至少一个出口端口中的一者将流体以排放压力排放至储液槽。传感器测量排放压力与公称压力之间的差异,并且传感器构造为基于排放压力与公称压力之间的差异生成压力信号。控制器构造为从传感器接收压力信号。控制器进一步构造为至少部分地基于压力信号生成流量命令以修改泵的操作进而以第二排量值驱动流体。
在另一方面中,流力系统包括电-液可变排量流体泵、定向控制阀、传感器以及控制器。电-液可变排量流体泵构造为从储液槽中接收流体并以第一排量值驱动流体。定向控制阀包括入口端口和至少一个出口端口,入口端口构造为从泵接收流体。定向控制阀进一步包括可在中间位置与至少一个致动位置之间移动的阀构件。定向控制阀构造为在阀构件处于至少一个致动位置时将至少一些流体分流至致动器,并且定向控制阀进一步构造为在阀构件处于中间位置时通过至少一个出口端口中的一者将流体以排放压力排放至储液槽。传感器测量排放压力与公称压力之间的差异,并且传感器构造为基于排放压力与公称压力之间的差异生成压力信号。控制器构造为从传感器接收压力信号,并且控制器构造为生成流量命令以修改泵的操作进而以第二排量值驱动流体。控制器能够以至少两种模式中的一种模式选择性地操作,并且流量命令至少部分地基于所述至少两种模式中的一种模式中的压力信号。
在又一方面中,一种作业机械包括原动机、底盘以及流力系统。底盘包括牵引驱动系统和吊杆。流力系统包括储液槽、电-液可变排量流体泵、定向控制阀、传感器以及控制器。电-液可变排量流体泵由原动机驱动并且构造为从储液槽中接收流体。泵可操作成以第一排量值驱动流体。定向控制阀包括入口端口和至少一个出口端口。入口端口构造为从泵接收流体。定向控制阀进一步包括可在第一位置与第二位置之间移动的阀构件。定向控制阀构造为在阀构件处于第二位置时将至少一些流体分流至致动器。定向控制阀构造为在阀构件处于第一位置时通过所述至少一个出口端口中的一者将流体以排放压力排放至储液槽。传感器测量排放压力与公称压力之间的差异,并且传感器构造为基于排放压力与公称压力之间的差异生成压力信号。控制器进一步构造为从传感器接收压力信号。控制器构造为至少部分地基于压力信号生成流量命令以修改泵的操作进而以第二排量值驱动流体。
在另一方面中,一种用于操作作业机械的流力系统的方法包括:操作可变排量电液流体泵以将流体以第一排量值供给至定向控制阀;电感应公称压力与从定向控制阀排放至储液槽的流体的排放压力之间的压差;基于感应到的压差或与被支承在作业机械上的辅助附件相关联的预定流量要求中的一者生成流量命令;以及响应于流量命令,修改泵的操作以便以不同于第一排量值的第二排量值驱动流体。
通过考虑详细的说明和附图,其它方面将变得显而易见。
附图说明
图1是挖掘机的侧视图。
图2是图1的挖掘机的液压系统的示意性视图。
图3是处于第一构型的图2的液压系统的一部分的示意性视图。
图4是用于图3的液压系统的控制方法的框图。
具体实施方式
在详细说明本公开内容的任意实施例之前,应当理解,本公开内容并未将其应用限制于以下说明中阐述的或以下附图中所示的部件的构造和布置的细节。本公开内容能够支持其它实施例并且能够以多种方式实践或实施。同样,应当理解,本文使用的措辞和术语是出于说明的目的并且不应当被认为是限制性的。
“包括”和“包含”的使用以及本文使用的其变型意在涵盖其后所列的项及其等效项以及附加项。“由...组成”的使用以及本文使用的其变型意在涵盖仅其后所列的项及其等效项。除非另有规定或限制,术语“安装”、“连接”、“支承”以及“联接”及其变型被广泛地使用并涵盖直接及间接的安装件、连接件、支承件和联接件。
此外,应当理解,本发明的实施例可包括硬件、软件和电子部件或模块,为了便于论述,这些硬件、软件和电子部件或模块可被说明或被描述为就像大多数部件只以硬件的形式实现一样。然而,在阅读该详细说明的基础上,本领域普通技术人员将认识到,在至少一个实施例中,本发明的方面可以软件(例如,存储于非临时性计算机可读介质上的软件)的形式实现,该软件可由诸如微处理器、专用集成电路(“ASIC”)或其它电子装置之类的一个或多个处理单元执行。因此,应当注意,可以使用多个基于硬件和软件的装置以及多个不同的结构部件来实现本发明。例如,说明书中描述的“控制器”可以包括一个或多个电子处理器或处理单元、一个或多个计算机可读介质模块、一个或多个输入/输出接口以及将部件连接起来的各种连接件(例如、系统总线)。
图1示出了诸如液压挖掘机10的作业机械,其包括底盘或框架14和用于支承框架14并沿一表面推进框架14的牵引构件(例如、履带式导轨18)。在一些实施例中,框架14包括可相对于导轨18绕竖直轴线20旋转的平台。挖掘机10进一步包括被支承于框架14上的操作员驾驶室22和吊杆30。工具或作业附件(例如、铲斗34)可被联接至吊杆30的端部。挖掘机10还包括驱动系统,驱动系统具有原动机或发动机(未示出)、用于驱动导轨18的马达(未示出)以及用于使平台绕轴线20枢转的马达(未示出)。在一些实施例中,这些马达是液压马达。
尽管作业机械被说明并被描述为挖掘机,应当理解,作业机械可具有不同的形式,诸如装载机、推土机、机动平地机、铲运机、或其它类型的建筑机械、采矿机械、农业机械、或通用机械。同样,尽管作业附件被示出并被描述为铲斗,应当理解,作业附件可具有不同的形式,诸如钻、破碎器、碎土器、抓升装置、或用于进行挖掘、破碎、装卸、搬运、倾倒或以其它方式接触泥土或其它物质的一些其它类型的附件。此外,作业附件可以是能够从吊杆30中拆卸的以允许其它类型的作业附件被联接至吊杆30。
在所示的实施例中,吊杆30包括可枢转地联接至框架14的主要构件或提升部分38和可枢转地联接至提升部分38的端部的臂部或杆部42。作业附件34可枢转地联接至杆部42的端部。挖掘机10包括诸如液压缸46的用于致动铲斗34、提升部分38以及杆部42或使铲斗34、提升部分38和杆部42相对于彼此并相对于框架14移动的致动器。
图2示出了挖掘机10的液压系统100的示意图。液压系统100包括储液箱或储液槽108、电-液(EH)可变排量流体泵112、主定向流量控制阀116(MCV)、压力传感器120、调节装置162以及控制器124。在一些实施例中,泵112是流体静压轴向柱塞泵,然而其它实施例可包括不同类型的可变排量泵。泵112可由发动机驱动并从储液槽108中抽取流体。泵112与主控制阀116流体连通并将流体驱动至主控制阀116。
主控制阀116是液压-机械阀组件并且可包括顺序布置、彼此流体连通并与相应的致动器流体连通的多个阀130a、130b、130c、130d。阀130中每一者均具有中心打开式(open-center)构型,使得一部分的流体穿过阀130传递至储液槽108,并且控制阀116整体上是中心打开式阀,使得在阀116的中间状态下,流体穿过阀130a至130d中每一者至储液槽108。然而,如果阀130中的一者被致动,一部分的流体被分流/转向(diverted)到相应的致动器而另一部分的流体流过至随后的阀130并最终至储液槽108。在所示的实施例中,各个阀130由操纵杆142的运动独立地致动。
例如,在所示的实施例中,阀130a的致动将加压流体引向用于驱动导轨18(图1)的一个或多个马达,并且阀130b的致动将加压流体引向用于使框架14绕轴线20摆动或枢转的一个或多个马达。此外,阀130c的致动指引加压流体以使液压缸46a伸长和缩回以使吊杆30的提升部分38(图1)枢转。最后,阀130d的致动指引加压流体使液压缸46b伸长和缩回以使杆部分42(图1)相对于提升部分38枢转。在其它实施例中,主控制阀116可包括与挖掘机10上的其它致动器相关联的附加的阀。尽管图2的示意图仅示出一个泵112、一个控制阀116、一个压力传感器120和一个控制器124,应当理解,液压系统100可包括多个泵、多个控制阀、多个传感器和多个控制器。
图3示出了用于阀130c的回路在阀130c被致动时的详细示意图。为了简洁,仅示出了阀130中的一个阀,应当理解,其它每个阀130也可存在类似的回路。在一些实施例中,阀130c是定向流量控制阀并且包括可动阀构件(例如、轴芯(spool)——未示出)。在控制阀116的运行期间,当阀130c的阀构件移动时,流体经端口150被分流至缸46a。在所示的实施例中,流体使缸46a伸长。应当理解,可使流体流反向以使缸46a缩回。流体通道可包括节流装置(restrictions)154(例如、由管道(plumbing)或内部损失产生)。
虽然一部分的流体被分流以致动缸46a,但另一部分可穿过阀130c的中心打开式流路。中心打开式流路中的该部分流体中的一些可通过随后的阀130d(未示出)被分流到另一致动器,或者中心打开式流路中的全部流体可穿过主控制阀116并从主控制阀116被排放至储液槽108。经中心打开式流路被排放至储液槽108的流体具有中心打开压力或排放压力。
压力调节装置162确定流体从主控制阀116被排放至储液槽108的公称压力(nominal pressure)。在所示的实施例中,压力调节装置162包括恒定孔和减压阀。在排放压力超过公称压力的情况下减压阀可打开以增加流至储液槽108的流体流量。压力传感器120可将公称压力和感应到的排放压力进行比较以生成表示差异的信号。所述差异代表在传感器120上游要求的所有功能的净流量或结果流量,因此,压力差异代表多个功能的流量请求。在某些情况下,从泵112接收到的所有流体可被分流到致动器中的一个或多于一个,使得没有流体从控制阀116直接排放到储液槽108。在这种情况下,感应到的排放压力为零(即,压差的值等于公称压力的值)。
传感器120生成与中心打开压力或排放压力相对应的信号,并且该信号发送到控制器124并且由控制器124接收并解释。在一些实施例中,控制器124包括电子处理器(例如,一个或多个微处理器、专用集成电路(“ASICs”),或其它电子装置)、计算机可读的、非临时性存储器和输入/输出接口。应当理解,控制器124可包括附加的部件。存储器被构造成存储可由电子处理器执行以发出命令(例如、通过输入/输出接口)的指令。例如,控制器124可发出命令来控制泵112的移位/排量(displacement)。控制器124还可接收信息(例如、由传感器120生成的信号),控制器124可使用该信息来确定何时发出命令以及发出何种类型的命令。例如,在一些实施例中,控制器124基于由传感器120测量到的、接收到的或计算出的信号控制泵112的移位/排量速率(displacement rate)。在一些实施例中,控制器124能够接收来自用户的输入或命令。应当理解,输入/输出接口能够通过有线连接或无线连接(包括局域网和控制器区域网络)与控制器124外部的部件(例如、其它传感器、阀、泵、马达、致动器等)进行通信。
图4示出了用于控制可变排量泵112的操作的方法210。压力传感器120首先感应中心开口压力或排放压力(步骤214),并将排放压力与公称压力值进行比较(步骤218)。之后,控制器124确定是否(例如经由来自操纵杆142的电信号)正对辅助附件进行控制(步骤220)。如果是的话,基于独立于感应到的压差的、与该附件相关联的预定流量要求生成流量请求(步骤222)。
如果未对辅助附件进行控制并且排放压力与公称压力之间的差异大于预定的阈值,控制器124基于压差生成初始流量请求(步骤224)。例如,如果感应到的排放压力低于公称压力,那么控制器124确定来自可变排量泵112的流量的必要增量。
除了接收排放压力信号以外,控制器124还接收一个或更多动力控制输入信号(步骤230)。可从例如机械10上的其它控制器接收这些动力控制输入信号并且可基于来自原动机的各种信号并基于操作员偏好生成这些动力控制输入信号。例如,动力控制输入信号可包括指示发动机的最大动力输出的动力模式(例如,用于较大操作要求的重型模式、用于中等操作要求的标准模式,或用于节约燃料消耗的经济模式)。动力控制输入信号还可包括节流命令,该节流命令代表驱动可变排量泵112的发动机的最大节流位置。动力控制输入信号可包括其它类型的动力控制输入。
在所示的实施例中,动力控制输入信号提供了对可变排量泵112的操作的限制。在调节泵的排量之前,控制器124将所生成的流量请求与动力控制输入进行比较。如果流量请求要求泵112超过动力控制输入的一个或更多,则将流量请求修改为小于或等于一个或更多动力控制输入的值(步骤226)。在其它实施例中,控制器124可以增加流量请求而不是限制它。当修改后的流量请求满足动力控制输入的限值时,控制器124基于修改后的流量请求生成流量命令或泵排量/位移命令以调整泵112的操作以提供所需的排量/位移(步骤234)。排量/位移命令被传送到泵112(步骤238)以修改泵112的操作。
通过使电液可变排量泵112与电控制器124和传感器120电通信,液压系统100消除了对阀或联接至泵112的流体联接件的需要。此外,液压系统100可使用液压-机械控制阀116。因此,液压系统100更简单并且更具成本效益。感应到的排放压力是在传感器120上游要求的任何功能的结果,因此压力信号将代表/说明多个功能的流量请求。此外,动力控制方法考虑到发动机动态性、液力动态性和动力可用性,并可对流量请求提供上限或限值。
尽管已经参照某些优选实施例对某些特定方面进行了详细的描述,但变型和改型存在于所描述的一个或多个独立方面的范围和精神中。在以下权利要求中列出了各种特征和优点。
Claims (20)
1.一种流体动力系统,所述流体动力系统包括:
电-液可变排量流体泵,所述电-液可变排量流体泵构造为从储液槽中接收流体并以第一排量值驱动所述流体;
定向控制阀,所述定向控制阀包括入口端口和至少一个出口端口,所述入口端口构造为从所述电-液可变排量流体泵接收所述流体,所述定向控制阀进一步包括阀构件,所述阀构件能够在中间位置与至少一个致动位置之间移动,所述定向控制阀构造为在所述阀构件处于所述至少一个致动位置时将至少一些流体分流至致动器,所述定向控制阀进一步构造为在所述阀构件处于所述中间位置时通过所述至少一个出口端口中的一个将流体以排放压力排放至所述储液槽;
传感器,所述传感器用于测量所述排放压力与公称压力之间的差异,所述传感器构造为基于所述排放压力与所述公称压力之间的所述差异生成压力信号;以及
控制器,所述控制器配置为从所述传感器接收所述压力信号,所述控制器进一步配置为至少部分地基于所述压力信号生成流量命令以改变所述电-液可变排量流体泵的所述操作进而以第二排量值驱动流体。
2.根据权利要求1所述的流体动力系统,其中,所述定向控制阀包括压力调节装置,所述压力调节装置构造为建立所述公称压力,所述压力调节装置包括减压阀,所述减压阀定位成与所述入口端口流体地连通并与所述储液槽流体地连通。
3.根据权利要求1所述的流体动力系统,进一步包括操纵杆,所述操纵杆用于接收用户输入并致动所述定向控制阀,其中,所述定向控制阀是液压机械式定向控制阀。
4.根据权利要求1所述的流体动力系统,其中,所述控制器进一步配置为接收动力控制信号以便改变所述流量命令。
5.根据权利要求4所述的流体动力系统,其中,所述动力控制信号指示驱动所述电-液可变排量流体泵的原动机的最大速度或所述原动机的动力极限模式中的至少一种。
6.一种流体动力系统,所述流体动力系统包括:
电-液可变排量流体泵,所述电-液可变排量流体泵构造为从储液槽中接收流体并以第一排量值驱动所述流体;
定向控制阀,所述定向控制阀包括入口端口和至少一个出口端口,所述入口端口构造为从所述电-液可变排量流体泵接收所述流体,所述定向控制阀进一步包括阀构件,所述阀构件能够在中间位置与至少一个致动位置之间移动,所述定向控制阀构造为在所述阀构件处于所述至少一个致动位置时将至少一些流体分流至致动器,所述定向控制阀进一步构造为在所述阀构件处于所述中间位置时通过所述至少一个出口端口中的一个将流体以排放压力排放至所述储液槽;
传感器,所述传感器用于测量所述排放压力与公称压力之间的差异,所述传感器构造为基于所述排放压力与所述公称压力之间的所述差异生成压力信号;以及
控制器,所述控制器配置为从所述传感器接收所述压力信号,所述控制器进一步配置为生成流量命令以改变所述电-液可变排量流体泵的操作进而以第二排量值驱动流体,所述控制器能够选择性地以至少两种模式中的一种模式操作,所述流量命令至少部分地基于所述至少两种模式中的一种模式中的所述压力信号。
7.根据权利要求6所述的流体动力系统,其中,所述控制器配置为接收动力控制信号以便改变所述流量命令。
8.根据权利要求7所述的流体动力系统,其中,所述动力控制信号指示驱动所述电-液可变排量流体泵的原动机的动力极限模式或所述原动机的最大速度中的至少一种。
9.根据权利要求7所述的流体动力系统,其中,在所述至少两种模式中的另一种模式中,所述控制器配置为检测辅助附件并且所述控制器配置为基于与所述辅助附件相关联的预定流量要求生成流量命令。
10.一种作业机械,所述作业机械包括:
原动机;
底盘,所述底盘包括牵引驱动系统和吊杆;以及
流体动力系统,所述流体动力系统包括:
储液槽;
电-液可变排量流体泵,所述电-液可变排量流体泵由所述原动机驱动并且构造为从所述储液槽中接收流体,所述电-液可变排量流体泵能够操作成以第一排量值驱动所述流体;
定向控制阀,所述定向控制阀包括入口端口和至少一个出口端口,所述入口端口构造为从所述电-液可变排量流体泵接收所述流体,所述定向控制阀进一步包括阀构件,所述阀构件能够在第一位置与第二位置之间移动,所述定向控制阀构造为在所述阀构件处于所述第二位置时将至少一些流体分流至致动器,所述定向控制阀构造为在所述阀构件处于所述第一位置时通过所述至少一个出口端口中的一个将流体以排放压力排放至所述储液槽;
传感器,所述传感器用于测量所述排放压力与公称压力之间的差异,所述传感器构造为基于所述排放压力与所述公称压力之间的所述差异生成压力信号;以及
控制器,所述控制器配置为从所述传感器接收所述压力信号,所述控制器进一步配置为至少部分地基于所述压力信号生成流量命令以改变所述电-液可变排量流体泵的操作进而以第二排量值驱动流体。
11.根据权利要求10所述的作业机械,其中,所述定向控制阀包括压力调节装置,所述压力调节装置构造为建立所述公称压力,所述压力调节装置包括减压阀,所述减压阀与所述入口端口流体连通并与所述储液槽流体连通。
12.根据权利要求10所述的作业机械,进一步包括用于接收用户输入的操纵杆,其中,所述定向控制阀被液压机械式地致动。
13.根据权利要求10所述的作业机械,其中,所述控制器配置为接收动力控制信号以便改变所述流量命令的最大值。
14.根据权利要求13所述的作业机械,其中,所述动力控制信号指示所述原动机的最大速度。
15.根据权利要求13所述的作业机械,其中,所述动力控制信号指示所述原动机的动力容量。
16.一种用于操作作业机械的流体动力系统的方法,所述方法包括:
操作电-液可变排量流体泵以将流体以第一排量值供给至定向控制阀;
电感测公称压力与从所述定向控制阀排放至储液槽的流体的排放压力之间的压力差异;
基于感测到的所述压力差异或基于与被支撑在所述作业机械上的辅助附件相关联的预定流量要求生成流量命令;以及
响应于所述流量命令,改变所述电-液可变排量流体泵的操作以便以第二排量值驱动所述流体,所述第二排量值不同于所述第一排量值。
17.根据权利要求16所述的方法,其中,电感测差异包括在没有流体从所述定向控制阀排放至所述储液槽时检测值等于所述公称压力的压力差异。
18.根据权利要求16所述的方法,进一步包括:
生成指示所述流量命令的最大值的动力控制信号;
将所述流量命令与所述动力控制信号进行比较;以及
如果所述流量命令的实施将会导致系统条件超过预定的阈值,则改变所述流量命令使得所述系统条件不超过所述阈值。
19.根据权利要求18所述的方法,其中,生成所述动力控制信号包括感测驱动所述电-液可变排量流体泵的原动机的最大速度。
20.根据权利要求18所述的方法,其中,生成所述动力控制信号包括感测驱动所述电-液可变排量流体泵的原动机的动力容量。
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