CN111075702B - 带有液压调节装置的负载敏感型液压系统 - Google Patents

Abstract

液压系统包括：阀分配器，其包括能连接至各个应用的一个或多个部分；供应设备，其包括泵和供应通道；连接至低压罐的排放通道；使用信号通道，其来自阀分配器的部分，还包括通过所述通道连接的液压调节装置，该液压调节装置包括二位三通比例阀，该二位三通比例阀配置为向不同供应设备和至少一个比例减压阀提供处于调整后压力下的工作流体，该调整后压力相对于作为应用的工作状态的表征的压力有所不同。

Description

带有液压调节装置的负载敏感型液压系统

技术领域

本发明属于包括液压调节装置的液压系统领域。

背景技术

还已知由于成本和尺寸的原因，使用泵来操作多个公用设施，特别是对于可移动应用，以便能够管理和多样化到单个公用设施的流量，而与负载和其他公用设施无关，如在用于多种公用设施的补偿式负载敏感系统中那样。此外，使用负载敏感系统，还可以校准可发送给每个公用设施的最大流量。

为此，负载敏感分配器在分配滑块之后承受压力，并将其发送到流量调节器，该流量调节器施加的压力等于负载敏感LS压力加上滑块之前的固定待机压力。这样，通过滑块的给料壁施加了固定的压力跃变，因此，固定流量不依赖于LS压力，而是仅取决于滑块的给料壁所打开的通道面积。

该流量调节器通常位于负载敏感类型的可变排量泵上，该泵仅发送产生由流量调节器本身施加的压力跃变所需的流量。或者，对于具有恒定或可变排量但不是LS的泵，将补偿器插入到分配器的输送管路中。后者仅将产生补偿器本身施加的压力跃变的流量发送给用户，而补偿器将多余的流量直接排放到排放口。

在同时驱动多个公用设施的情况下，分配器配备有一个系统，该系统适于向被驱动的补偿器中发送最高压力。为了即使在低压公用设施中也要保持负载敏感特性，有一系列局部压力补偿器，每个元件分配一个补偿器。

使用压力补偿器的传统电路的示例由US 3,987,623表示。

US 2013/0146162描述了电路的另一示例，在该电路中，LS信号由泵提供的压力P补偿，允许向其提供压力等于或大于LS负载敏感的压力的信号。

但是，如果需要较低的流量，此解决方案将无法优化泵的运行。

另一方面，希望在不影响控制和调节特性的情况下减少与负载敏感系统典型的泵待机压力有关的消耗和耗散。

由于预先建立的设置和校准，具有附加的工具和调节变量来优化系统并克服构造的刚性也将是合适的。

发明内容

本发明所基于的技术问题是提供一种液压系统，该液压系统允许改进已知的解决方案，并且可以至少部分地克服相对于现有技术的一个或多个可识别的缺点。

本发明的另一个目的是提供一种液压系统，其允许更大的调节灵活性并且可以更好地适应于应用的不同工作状态。

本发明的又一个目的是提供一种液压系统，其中与泵的待机压力有关的消耗和耗散可以被优化。

通过根据权利要求1制造的液压系统解决了该问题并且实现了这些目的。

应当理解，本发明的液压系统包括与阀分配器相关联的液压调节装置。该装置有利地由二位三通比例阀构成，该二位三通比例阀由至少一个比例减压阀提供的压力信号控制，或者在一些实施例中，由一个或多个预加载弹簧的等效压力信号或来自排放口的信号压力控制。

这样，由供应设备提供的高压与液压系统的负载敏感信号的压力之差所定义的压力跃变P-LS可以根据系统液压工作的应用或状态进行有利地管理。

有利地，压力跃变P-LS的管理允许向供应设备的泵发送调整后压力，该调整后压力可以高于和低于负载敏感压力LS值。

实际上这是可能的，因为压力LS被复制到本发明的液压调节装置中，从而可以将其与供应设备提供的压力P进行比较，并根据所需的操作模式提供不同的调整后信号。

根据本发明的另一方面，可以通过作用在至少一个比例减压阀上，相对于阀分配器的使用中存在的实际压力向供应设备发送不同的压力，来电气地管理该压力跃变。

在一些实施例中，供应设备包括负载敏感类型的可变排量泵，并且上述不同的压力被发送到泵的流量调节器，从而根据调整后压力所提供的信号来执行流量调节。

根据优选实施例，比例减压阀的调节可以由操作者直接管理。

在一些实施例中，液压系统连接到外部控制单元，该外部控制单元可能根据从放置在机器和/或阀分配器上的传感器接收到的一系列输入自动地管理比例减压阀。

例如，可以根据以下条件进行调节：

-根据操作者执行重复循环的系统的功能，本发明可以通过使循环次数最大化或使消耗最小化来改变待机压力。

-相同的操作者可以设置低待机压力，从而在进行精密操作时可以降低流速，反之，可以设置高待机压力和高速度用于近似操作；

-通常，根据机器的类型和应用，可以提供根据各种输入改变待机压力值的各种方式，以便通过间接控制诸如最大功率、所需转矩等参数根据发动机转数设置可变转矩极限；

-计算滑块以达到在滑块行程结束时设置的待机压力值时所需的最大流量，从而最大程度地利用行程，从而提高灵敏度。如果在泵饱和状态下以较低的发动机转数运行，则在滑块的行程中可能会出现死区：滑块将流量控制到一定行程，而最后一个部分则无法使用。通过减少可变待机压力，可以将其设置为始终利用整个行程，从而提高精确运动的灵敏度。

-对于在阀分配器中带有入口压力补偿器的固定式或非LS可变排量泵，即使没有公用设施的启动，流量也将被发送到阀分配器。进入的流量通过压力补偿器直接排放到被施加待机压力的排放口。现在，根据能够检测操作者是否已激活滑块(以及因此公用设施)的系统，本发明可以最小化待机压力，从而最小化能量消耗。

在从属权利要求中定义了本发明的其他优选特征。

附图说明

通过以下一些实施例的描述，该特征和其他特征将变得更加明显，这些描述仅通过附图中的非限制性示例的方式示出。

-图1：示出了根据本发明的具有负载敏感阀分配器的液压系统的回路图；

-图2：示出了液压调节装置的示意图，是图1的液压系统的细节；

-图3a示出了根据替代实施例的液压调节装置的图；

-图3b：示出了根据一个变型实施例的图3a的液压调节装置的示意图；

-图4a示出了根据另一实施例的液压调节装置的示意图；

-图4b：示出了根据一个变型实施例的图4a的液压调节装置的示意图；

-图5：示出了曲线图，该曲线图总结了分别随图1-2-3a-3b-4a-4b由本发明的减压器发送的压力的变化的两个压力信号之间的差；

-图6：示出了根据另一变型实施例的本发明的液压调节装置的示意图；

–图7：示出了一变型实施例的本发明的关于液压调节装置的可变排量泵的连接的示意图的细节。

具体实施方式

首先参考图1，根据本发明的液压系统通常用附图标记100表示。

液压系统100旨在用于驱动一种或多种应用，例如驱动挖掘机中的液压执行器。但是很明显，本发明的系统也可以用于不同类型的应用。

与应用的连接通过阀分配器10进行，该阀分配器包括一个或多个能连接到应用U1，····，Un的部分S1，···Sn。优选地，每个部分包括滑块，该滑块旨在提供驱动相应应用所需的油流速。

流体的流速由供应设备1提供给阀分配器10，在第一实施例中，该供应设备1包括负载敏感类型的可变排量泵。

在任何情况下，应该理解的是，通常，供应设备1还可以包括其他类型的泵12和连接至泵12的供应通道2，根据模态通过该供应通道2以高压P将流体提供给阀分配器10的各部分，这将在下面更详细地描述。但是，应当理解，在本实施例中，其中泵12是可变排量类型的，存在例如由压力补偿器形成的流量调节器11。

图7中示出了本发明的优选实施例中使用的可变排量类型的泵12的示意图，尤其是图1-5中的实施例所使用的可变排量泵12。

此外，设计待机状态p_stb与泵12相关联，由泵本身的特征，以及输送压力P与通过直接向泵12的流量调节器11提供压力LS来获得的应用压力LS之间的差值的表征来定义。

该系统还通过排放通道7连接到低压罐T，并且更通常地连接到应用的排放口。

根据本发明的液压系统100还包括与阀分配器10相关联的液压调节装置20，其功能将在下面更好地示出。

液压调节装置20可以集成在阀分配器内部或相对于阀分配器10为单独的组件的形式，该单独的组件可以通过前述通道连接至该阀分配器。在后一种情况下，液压调节装置20可以有利地成为可以与传统阀分配器结合的附件，而无需对其进行实质性修改。

现在再次参考图1，还将认识到，在本发明的系统中，还可以识别来自阀分配器10的部分的负载敏感信号30的通道。

通道30优选地被配置为从阀分配器的滑块接收负载敏感信号，相应的负载敏感LS压力对应于该负载敏感信号。更一般地，通道30从相应部分的滑块接收信号，该信号是相应应用的表征，表示压力，该压力是应用的特定工作状态的表征。

现在特别参考图2，将详细示出其第一实施例中的液压调节装置20。

根据本发明的一个方面，液压调节装置20包括二位三通比例阀4，该二位三通比例阀4由供应通道2供应，并且经由排放通道连接至低压罐T。

如将在下面更详细地看到的那样，二位三通比例阀4被配置为经由调整后压力LS_C31供给通道以调整后压力LS_C将工作流体提供给泵12的流量调节器11，所述调整后压力LS_C可能不同于负载敏感LS压力，即通道30压力。

调整后压力LSc的值借助于至少一个比例减压阀来调节。在本实施例中，存在第一比例减压阀5和第二比例减压阀6。

这些阀中的每一个都适于向二位三通比例阀4提供减压压力pr1，pr2。

更详细地，根据优选实施例，二位三通比例阀4具有四个推力区域A1，A2，A3，A4，前两个布置在二位三通比例阀4的第一端，后两个布置在第二端，与前两个相对。

在图2的实施例中，二位三通比例阀4的第一端承受：

-来自阀分配器的通道30的，用于推力区域A1的信号LS的压力；

-在第一比例减压阀为推力区域A2提供的减压压力pr1下。

二位三通比例阀4的第二端承受：

-用于推力区域A3的调整后LS_C压力LS；

-用于推力区域A4的第二比例减压阀6的减压压力pr2。

为了说明根据本发明的系统，特别是液压调节装置的操作，首先将参考图2中所示的系统来考虑阀4的平衡情况。

在这种情况下，可以验证以下方程式：

LS x A1+(pr1+p_T)x A2＝LS_C x A3+(pr2+p_T)x A4。

其中LS是负载敏感信号压力，LS_C是调整后压力，A1，A2，A3和A4是推力区域，p_T是低压罐处的压力，而pr1，pr2是比例减压阀5、6所提供的减压压力。

首先，我们假设没有滑块被驱动且比例减压阀未通电的情况。在这种情况下，泵上的流量调节器将移至零排量。事实上：

LS x A1＝LS_C x A3。

为了简化说明起见，考虑了A1＝A3和A2＝A4，即LSc等于LS，在没有滑块被驱动的情况下，LS等于低压罐T的压力p_T。在泵LS 12的流量调节器11上施加压力LS_C，因此，根据所说的，在供应通道2中施加的压力P等于LS_C+p_stb，因此等于LS+p_stb，因此等于p_T+p_stb。其中p_T表示低压罐处的压力，为简单起见，这里的p_T也可以假定为零。因此，在没有滑块被驱动的情况下，由泵发送的流量是最小的流量，其允许泵板通过流量调节器11保持在零排量。

在缓慢且特别精确的运动的情况下，即使有驱动的滑块也可能不供应比例减压阀5或6。在未供应比例减压阀的情况下，平衡仍然适用：

LS x A1＝LS_C x A1。

因此，在这种情况下，在供应通道2中施加的压力P等于LS_C+p_stb，但当LSc＝LS时，意味着施加的压力等于LS+p_stb。

但是LS是滑块下游的压力，因此压力补偿器通过滑块的给料壁施加等于设计待机压力p_stb的恒定实际待机压力，即泵12的调节器11的调节值。

取而代之的是假设供应比例减压阀，以使减压压力为pr1和pr2。恢复一般平衡：

LS x A1+(pr1+p_T)x A2＝LS_C x A1+(pr2+p_T)x A2。

我们总是假设低压罐T中的零压力p_T，而通过以下简单的数学步骤得出的比率A2/A1＝α：

LS_C–LS＝(pr1-pr2)xα。

为了简单起见，如果我们假设A1等于A2且因此α＝1，则从中得出：

LS_C＝LS+pr1-pr2。

压力LSc作用在泵12的调节器11上，因此压力P等于：

P＝LS_C+p_stb；

P＝LS+pr1-pr2+p_stb；

P-LS＝pr1-pr2+p_stb。

因此，有可能获得实际的待机压力，因此被定义为信号LS的压力与供应设备1提供的相对于设计待机压力p_stb有所不同的压力之间的差，如前所述，该设计待机压力是所用泵的特性。

换句话说，在根据本发明的系统中，根据液压系统的外部参数的数量，除了滑块的行程以及因此的通道面积之外，还可以通过改变通道2的压力与通道30的压力之间的压力差来调节发送到阀分配器10的应用的流量的曲线形状，因此为系统获得了更大的灵活性。

图5总结了无量纲参数中P-LS(即实际待机压力)的可能值，为了更好地解释但不限制本发明的设备目的，可以获取该可能值，并将与系统的实际LS不同的信号LSc发送给泵(进而发送给泵自己的流量调节器)。考虑到P-LS的值等于p_stb等于1并考虑一次给一个减压器通电，则将正号赋予pr1，将负号赋予pr2，可以注意到，通过给第一比例减压阀5通电，压力调节器4施加的LS_C增加，因此系统的实际待机压力P-LS增加，并且实际上大于泵调节器施加的p_stb值。另一方面，通过给第二比例减压阀6通电，通过调节器4调节的压力LS_C借助于pr2减小，因此实际待机压力减小。总而言之，通过作用于比例减压器的电控制，本发明允许根据最多样化的逻辑通过滑块的给料壁来改变待机压力，先前已经描述了所述逻辑的一些示例。

在任何情况下都将理解，只要使二位三通比例阀4在第一端承受来自通道30的负载敏感LS压力，在第二端承受来自通道31的要提供给供应设备1的LSc调整后压力LS，则可以更一般地获得待机压力变化。

另外，为了获得上述调节，二位三通比例阀4还在第一端和/或第二端承受由所述比例减压阀5、6提供的所述减压压力pr1，pr2。

根据本发明的另一方面，在二位三通比例阀4仅在两端的其中之一承受减压压力的情况下，相对的一端受到一个或多个预加载弹簧的作用，或者在相应的推力区域中承受排放通道的压力p_T，如在下面示出的其他实施例中示出的那样。

在图3a的实施例中，在液压调节装置20中，第二比例减压阀6和作用在区域A4上的二位三通比例阀4上的压力信号pr2被一个或多个具有相等压力pm2的弹簧60代替。因此，可以看出，在该变型中，第一比例减压阀5和相对减压信号与信号LS的推力方向成一体，并且与预加载弹簧60相反。

换句话说，在图3a的示意图中，弹簧60已由减压器6取代，因此：

P-LS＝pr1-pm2+p_stb。

其中pm2是弹簧60施加在阀箱4上的等效压力。因此(如图5所示)，当减压器5断电时，实际差值P-LS小于p_stb值并接近系统的实际待机压力可以假定的最小值。随着pr1的增加，实际待机压力时间增加，从而允许以相等的滑块行程进行调节，从而向应用提供更大的流量。

在图3b的变型实施例中，弹簧60被来自排放口的压力信号代替，因此：

P-LS＝pr1-T+p_stb。

可以在LS_C上获得的效果与图3a的解决方案相同，显然，作用在更受限区域A4上的等效压力值的变化范围很大。

相反，在图4a的变型实施例中，弹簧50代替了减压器5，在这种情况下：

P-LS＝pm1–pr2+p_stb。

其中pm1是弹簧50施加在阀箱4上的等效压力。在减压器断电的情况下，实际待机压力达到由于泵调节器p_stb的弹簧和在调节器4的末端的弹簧pm1的作用之和产生的最大值。如图5所示，通过给减压器6通电，因此通过将信号pr2施加到阀箱上，实际的待机压力减小了。

因此，可以看出，在该变型中，第二比例减压阀6和相对减压信号与信号LS的推力方向和预加载弹簧50的作用相反。

在图4b的变型实施例中，还描述了一种概念上类似的解决方案，它替代了弹簧50的压力信号，该压力信号来自排放口，因此：

P-LS＝T–pr2+p_stb。

最后，图6示出了另一个实施例，其中插入了与该专利相同的液压调节装置20，但是在这种情况下，液压系统100由供应组件1供应，该供应组件1包括固定或可变排量泵101，该泵101并非LS，有一个二位二通阀箱8从供应通道2引出，该二位二通阀箱8将供应通道2与排放通道7连接起来，在该二位二通阀箱8的端部施加压力P并与压力LS_C以及弹簧91相对，该弹簧91施加等效压力p_stb91。阀调节装置可以根据本发明制成，例如根据以上示出的任何实施例。

在这种情况下，调节器8排出不需要的过量流量，但是不会切断由泵101输送的流量，因此，即使应用连接的滑块都没有被驱动，泵也会发送在压力p_stb91下从排放口排出的所有的流量。

p_stb91越低，系统的节能量就越高，但是在p_stb91低的情况下，无法达到用于应用的较高的流量。图6的解决方案允许采用弹簧91，该弹簧91施加低的p_stb91，以便在滑块没被驱动时能够节省能量，然后在滑块本身被驱动时增大p_stb91值，从而获得所需的流量。

因此，本发明解决了所提出的问题，同时实现了多个优点，包括根据系统的操作特征改变实际待机压力的可能性。

此外，本发明还可以实现通常在具有LS可变排量泵的LS均流液压系统中发现的优点，可以总结如下：

-应用的流量仅取决于设置了待机压力的滑块的行程(即，输送压力P和应用的压力LS之间的压差)。这样，流量与负载本身无关，并且仅对阀箱行程起作用：Q～A(x)；

-当各种启动的公用设施对流量的要求超过泵的最大流量(饱和)时，流向各个公用设施的流量减少量将按比例分配给同一公用设施。

通常，待机压力是通过弹簧施加在泵上的，弹簧一旦被校准，就会施加恒定的待机压力p_stb的特定固定值。通过引入该专利的液压调节装置的变体，考虑了来自机器其余部分的输入，引入了按比例修改系统上的所得待机压力值的可能性。因此可以将另外的调节参数引入到流量定律中，即Δp作为LS修正压力LS_C的函数。

Q～A(x,Δp)。

Claims (8)

1.一种液压系统(100)，包括：

-阀分配器(10)，其包括一个或多个能连接到各个应用(U1，...Un)的部分(S1，...Sn)；

-供应设备(1)，其包括泵(12)和连接至所述泵(12)的供应通道(2)，所述供应设备(1)适合于向所述阀分配器(10)提供高压(P)工作流体的流量；

-排放通道(7)，其连接至低压罐(T)以及与所述阀分配器(10)相连的应用的排放口；

-使用信号通道(30)，其来自所述阀分配器(10)的部分并且从所述部分接收作为相应应用的表征的信号，对应于作为相同应用的工作状态的表征的相应的负载敏感压力(LS)；

其特征在于，所述液压系统包括：

-液压调节装置(20)，经由所述供应通道(2)、所述排放通道(7)和所述使用信号通道(30)连接至所述阀分配器(10)和/或所述供应设备(1)，所述液压调节装置(20)包括：

-由所述供应通道(2)供应的二位三通比例阀(4)，该二位三通比例阀(4)与所述排放通道(7)连接，并配置为在调整后压力(LSc)下提供工作流体给所述供应设备(1)，该调整后压力(LSc)相对于作为应用工作状态的表征的所述负载敏感压力(LS)是不同的，

-至少一个比例减压阀(5，6)，其适于为所述二位三通比例阀(4)提供减压压力(pr1，pr2)；

所述二位三通比例阀(4)的第一端承受所述负载敏感压力(LS)，该负载敏感压力(LS)是来自所述使用信号通道(30)的应用的工作状态的表征，而其第二端承受要提供给供应设备(1)的调整后压力(LS_C)；

所述二位三通比例阀(4)在其第一端和/或第二端进一步承受由所述比例减压阀(5、6)提供的所述减压压力；

其中，所述调整后压力(LSc)被提供给所述供应设备(1)的压力补偿器；

所述二位三通比例阀(4)在所述第二端处，在两个不同的推力区域(A3，A4)上承受由第二比例减压阀(6)所提供的减压压力以及要提供给供应设备(1)的调整后压力(LS_C)。

2.根据权利要求1所述的液压系统，其中，所述二位三通比例阀(4)仅在一端受到所述比例减压阀(5、6)提供的所述减压压力，其中相对端承受弹簧(50，60)的作用，所述弹簧(50，60)以相应的等效压力(pm1，pm2)推动所述二位三通比例阀(4)，或相对端承受与所述低压罐(T)连接的排放通道(7)的排放压力(p_T)。

3.根据权利要求1所述的液压系统，其中，所述二位三通比例阀(4)的第一端在两个不同的推力区域(A1，A2)上承受由第一比例减压阀(5)提供的减压压力和来自所述使用信号通道(30)的作为应用的工作状态的表征的所述负载敏感压力(LS)。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的液压系统(100)，其中，所述供应设备(1)包括负载敏感类型的可变排量泵(12)，所述可变排量泵(12)包括具有所述压力补偿器的流量调节器(11)，向所述压力补偿器提供所述调整后压力(LS_C)；由所述供应通道(2)提供的高压(P)施加在所述压力补偿器的一端，所述高压(P)与所述调整后压力(LS_C)以及另一个弹簧施加的补偿器等效压力(p_stb)的相对。

5.根据权利要求4所述的液压系统(100)，其中，所述供应设备(1)包括固定的(101)或非负载敏感可变排量泵，并且其中，所述供应设备限定了包括将供应通道(2)连接到排放通道(7)的比例二位二通阀箱(8)的所述压力补偿器，在所述比例二位二通阀箱(8)的端部施加了供应通道(2)所提供的高压(P)并且抵抗所述调整后压力(LS_C)，以及另一个弹簧(91)施加的补偿器等效压力(p_stb)。

6.根据权利要求1所述的液压系统(100)，其中，所述液压调节装置(20)形成为相对于所述阀分配器(10)独立的区别组件，所述区别组件经由所述供应通道(2)、所述排放通道(7)和所述使用信号通道(30)连接到所述阀分配器(10)。

7.根据权利要求1所述的液压系统(100)，包括控制单元(ECU)，所述控制单元(ECU)可操作地连接至所述比例减压阀(5、6)，以通过相应的减压压力(pr1，pr2)的变化来调节被提供给所述供应设备(1)的所述调整后压力(LS_C)。

8.根据权利要求1所述的液压系统(100)，其中，作为所述使用信号通道(30)的应用的工作状态的表征的所述压力是所述阀分配器(10)的负载敏感压力(LS)。