CN203892301U - 具有多回路再生作用的无节流液压系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种液压系统(56)。该液压系统可以包括第一无节流回路(60),带有以闭环方式流体地连接到第一执行机构(26)的第一泵(66);第二无节流回路(62),带有以闭环方式流体地连接到第二执行机构(43)的第二泵(66)。液压系统也可以具有至少一个蓄能器(106),该蓄能器构造为从第一和第二无节流回路接收加压流体和将加压流体排放到第一和第二无节流回路。

Description

具有多回路再生作用的无节流液压系统
技术领域
[0001] 本实用新型涉及液压系统,尤其是涉及一种具有多回路液压再生作用的无节流液 压系统。
背景技术
[0002] 常规的液压系统包括泵,泵从储罐抽吸低压流体,给流体加压,并且使得加压流体 可供给到多个不同的执行机构,以用于移动执行机构。在本装置中,每个执行机构的速度可 以通过有选择地节制(即限制)从泵进入到各个执行机构的加压流体的流量来独立地控制。 例如,为了高速移动特定的执行机构,从泵进入到执行机构的流量仅仅受到少量的限制。相 反,为了低速移动相同的或者另一个执行机构,对流体流量的节流会加大。尽管适合于多种 应用,使用流体节流器来控制执行机构的速度可能导致流量损失,这降低了液压系统的总 效率。
[0003] -种替代类型的液压系统被称为无节流液压系统。无节流液压系统通常包括以 闭环方式连接到单个执行机构或者连接到一对串联操作的执行机构的泵。在操作时,泵从 (多个)执行机构的一个腔抽吸流体并且将加压流体排放到相同的(多个)执行机构的相对 的腔。为了高速移动(多个)执行机构,泵以较快的速率排出流体。为了以较低速度移动(多 个)执行机构,泵以较慢的速率排出流体。无节流液压系统通常比常规的液压系统更有效 率,因为(多个)执行机构的速度通过泵操作来控制,而不是通过流体节流器。也就是说,控 制泵仅排出所需流量的流体,以按照所要求的速度移动(多个)执行机构,不需要对流体流 量进行节流。
[0004] -种示意性的无节流液压系统在Zimmerman等人发表的名称为'混合位移控制 多执行机构液压系统'的技术文献中公开,该文献于2011年5月18-20日在芬兰坦培 雷进行的第十二届北欧液压国际信息处理会议(Twelfth Scandinavian International Conference on Fluid Power)上发布。在该文献中,描述的多执行机构无节流型液压系统 具有能量储存功能。其液压系统包括摆动回路、吊臂回路、斗杆回路和铲斗回路,每个回路 具有以闭环方式连接到专门的执行机构的专用的泵。蓄能器与摆动回路关联,并且构造成 有选择地从摆动回路恢复液压能量,并且在选择的时间将流体释放到与之关联的泵和/或 摆动执行机构,从而改善引擎的效率和降低引擎的输出要求。吊臂、斗杆和铲斗回路还可以 从它们相应的回路恢复液压能量,通过将剩余的能量由在各个回路的泵之间的机械连接传 递到摆动回路,以存储在摆动回路的蓄能器内。
[0005] 尽管在现有的无节流液压系统上体现了改进,但是如上所述的技术文献的无节流 液压系统仍然没有达到最佳的地步。特别地,因为来自吊臂、斗杆和铲斗回路的多余的液压 能量只能在从液压能量(通过齿轮组)转换为机械能量之后再生,并且将液压能量返回到摆 动回路中,这可能会经历一些效率损耗。另外,因为存储在蓄能器内的能量只能释放回摆动 回路(或者进入释放回路),这可能限制了液压系统的功能。
[0006] 本实用新型的液压系统的目的是解决上述的一个或多个问题和/或现有技术的 其他的问题。
发明内容
[0007] 在一方面,本实用新型提供了一种液压系统;该液压系统包括第一无节流回路,带 有以闭环方式流体地连接到第一执行机构的第一泵,和第二无节流回路,带有以闭环方式 流体地连接到第二执行机构的第二泵;该液压系统还包括至少一个蓄能器,该蓄能器构造 为从第一和第二无节流回路接收加压流体并将加压流体排放到第一和第二无节流回路。
[0008] 在另一个方面,本实用新型提供了一种操作液压系统的方法;该方法可以包括利 用第一泵给流体加压,通过第一泵将加压流体引导到第一执行机构,和从第一执行机构通 过第一闭环回路将流体返回到第一泵,并且调节第一泵的操作以调节第一执行机构的操 作。该方法也可以包括利用第二泵给流体加压,通过第一泵将加压流体引导到第二执行机 构,和从第二执行机构通过第二闭环回路将流体返回到第二泵,并且调节第二泵的操作以 调节第二执行机构的操作。该方法还可以包括通过第一泵和第二泵两者在普通的蓄能器 内有选择地积累加压流体,并且有选择地从该普通的蓄能器将流体释放到第一和第二闭环 回路。
附图说明
[0009] 图1是机械装置的示意图;
[0010] 图2是液压系统的示意图,其可以与图1的机械装置一起使用。
具体实施方式
[0011] 图1图示了机械装置10的一种实施例,具有多个系统和元件,它们配合以完成任 务。机械装置10可以包括固定的或活动的机器,其执行一些类型的与工业相关的操作,例 如采矿、建筑、耕作、运输,或者现有技术中已知的其他工业操作。例如,机械装置10可以 是运土机械,例如挖土机(如图1所示)、推土机、载重车、反铲铲土机、机动平路机、倾卸式货 车,或者任何其他运土机械。机械装置10可以包括执行系统12,其构造为移动工作工具14 ; 传动系统16,其用于推进机械装置10 ;能源系统18,其提供能量给执行系统12和传动系统 16 ;和操作员工作站20,其设置为用于人工控制执行系统12、传动系统16和/或能源系统 18。
[0012] 执行系统12可以包括连杆结构,其通过流体执行机构作用以移动工作工具14。具 体地,执行系统12可以包括吊臂22,吊臂通过一对相邻的、双作用的液压缸26 (在图1中 仅显示了一个)围绕横轴(未显示)相对于工作面24垂直地枢转。执行系统12也可以包括 斗杆28,都杆通过单个双作用的液压缸32围绕横轴垂直地枢转。执行系统12还可以包括 单个双作用的液压缸24,其可操作地连接在斗杆28与工作工具14之间,以围绕水平的枢转 轴线36垂直地枢转工作工具14。在公开的实施例中,液压缸34的头端34A连接到斗杆28 的一部分,并且相对的杆端34B经由动力连杆37连接到工作工具14。吊臂22可以可枢转 地连接到机械装置10的本体38。本体38可以枢转地连接到底盘39,并且可通过液压摆动 马达43围绕垂直的轴线41活动。斗杆28可以枢转地经由轴线30和36将吊臂22连接到 工作工具14。
[0013] 多个不同的工作工具14可以连接到单个机械装置10上,并且是操作员可控制的。 工作工具14可以包括任何用于执行特别任务的装置,例如铲斗、叉形装置、轮叶、铲、松土 器、倾斜床、扫帚、吹雪机、推进装置、切割设备、抓握装置,或者任何其他现有技术中已知的 执行任务的装置。尽管在图1的实施例中,连接的工作工具14相对于机械装置10的本体 38在垂直方向上枢转,但是工作工具14还可以进行替代地或者另外地旋转、滑动、开启和 关闭,或者以现有技术中已知的任何其他方式活动。
[0014] 传动系统16可以包括一个或多个提供能量以推进机械装置10的牵引装置。在公 开的实施例中,传动系统16包括位于机械装置10 -侧的左侧履带40L和位于机械装置10 的相对侧的右侧履带40R。左侧履带40L可以通过左侧行走马达42L驱动,而右侧履带40R 可以通过右侧行走马达42R驱动。可以考虑到的是,传动系统16可以替代地包括除了履 带之外的牵引装置,例如轮子、皮带,或者其他已知的牵引装置。机械装置10可以通过在 左右行走马达42L,42R之间产生速度和/或旋转方向上的差异来驾驶,而直线的行进可以 通过在左右行走马达42L,42R上产生大体上相等的输出速度和旋转方向来便利地实现。
[0015] 能源系统18可以包括引擎,例如柴油机,汽油机,气体燃料动力引擎,或现有技术 中已知的任何其他类型的内燃机。可以考虑到的是,能源系统18可以替代地包括非燃烧型 的能量,例如燃料电池、电力存储设备,或者现有技术中已知的其他能源。能源系统18可以 产生机械的或者电力的输出,并且可以将输出转换为液压能量以用于移动液压缸26,32,34 和左右行进马达和摆动马达42L,42R,43。
[0016] 操作员工作站20可以包括这样的装置,其接收机械装置操作员的对机械装置10 操纵要求的指示性的输入。具体地说,操作员工作站20可以包括一个或多个操作员接口 装置46,例如操纵手柄,方向盘,或踏板,它们靠近操作员座椅(未显示)安置。通过产生对机 械装置10操作要求的指示性的位移信号,操作员接口装置46可以启动机械装置10动作, 例如行进和/或工具动作。当操作员移动接口装置46时,操作员可以在要求的方向、利用 要求的速度、和/或利用要求的力影响相应的机械装置10的动作。
[0017] 如图2所示,液压缸26, 32, 34可以各自包括管48和布置在管48内的活塞组件 50,以形成第一腔52和相对的第二腔54。在一个实施例中,活塞组件50的杆部分50A可 以贯穿第二腔54的端部。因而,第二腔54可以认为是液压缸26, 32, 34的有杆腔,而第一 腔52可以认为是无杆腔。
[0018] 第一和第二腔52, 54可以各自被有选择地供给加压流体和排出加压流体,以促使 活塞组件50在管48内移动,从而改变液压缸26, 32, 34的有效长度和移动工作工具14 (参 考图1)。从第一和第二腔52,54流入和流出的流体流量可以影响液压缸26,32,34的移动 速度,而在第一和第二腔52, 54之间的压差可以影响由液压缸26, 32, 34施加到与之关联的 执行系统12的连杆结构上的力。
[0019] 摆动马达43,类似于液压缸26, 32, 34,可以通过流体压差驱动。具体地说,摆动马 达43可以包括第一和第二腔(未显示),所述第一和第二腔位于泵机构的两侧,泵机构例如 叶轮、柱塞或活塞系(未显示)。当第一腔充入加压流体而第二腔排出了流体时,可以促使泵 机构在第一方向移动或旋转。相反地,当第一腔排出了流体而第二腔充入加压流体时,可以 促使泵机构在第二方向移动或旋转。从第一和第二腔流入和流出的流体流量可以确定摆动 马达43的输出速度,而穿过泵机构的压差可以确定输出转矩。可以考虑到的是,如果有要 求,摆动马达43的位移是可变的,因此对于给定的供给流体的流量和/或压力,摆动马达43 的速度和/或输出扭矩是可以调整的。
[0020] 与摆动马达43类似,左右行走马达42L,42R的每一个可以通过产生流体压差来驱 动。具体地说,左右行走马达42L,42R的每一个可以包括位于泵机构(未显示)两侧的第 一和第二腔(未显示)。当第一腔充入加压流体而第二腔排出了流体时,可以促使泵机构在 第一方向移动或旋转对应的牵引装置(40L,40R)。相反地,当第一腔排出了流体而第二腔充 入加压流体时,可以促使相应的泵机构在相反的方向移动或旋转牵引装置。从第一和第二 腔流入和流出的流体流量可以确定左右行走马达42L,42R的速度,而在左右行走马达42L, 42R之间的压差可以确定力矩。可以考虑到的是,如果有要求,左右行走马达42L,42R的位 移是可变的,因此对于给定的供给流体的流量和/或压力,行走马达42L,42R的速度和/或 输出扭矩是可以调整的。
[0021] 如图2所示,机械装置10可以包括液压系统56,该液压系统56具有多个流体元 件,它们配合以移动工作工具14 (参考图1)和机械装置10。特别地,液压系统可以包括第 一无节流回路58、第二无节流回路60、第三无节流回路62和充能回路64。第一无节流回 路58可以是与液压缸34和左行走马达42L关联的铲斗回路。第二无节流回路60可以是 与液压缸26和右行走马达42R关联的吊臂回路。第三无节流回路62可以是与液压缸32 和摆动马达43关联的斗杆回路。充能回路64可以有选择地与第一,第二和第三无节流回 路58,60,62中的每一个流体连通。可以考虑的是,无节流回路的另外的和/或不同的结构 也可以包括在液压系统56内,例如,如果有要求,与各个单独的执行机构(例如,液压缸32, 34, 26,左行走马达42L,右行走马达42R和/或摆动马达43)关联的独立的回路。
[0022] 在公开的实施例中,第一,第二和第三无节流回路58,60,62的每一个可以大体上 是相同的,并且包括多个相互连接和配合的流体元件,其有助于关联的执行机构的使用和 控制。例如,每个无节流回路58,60,62可以包括泵66,泵66通过闭环回路以并联的方式流 体地连接到与之关联的旋转或者线性执行机构,闭环回路通过上侧和下侧(相对于图2)通 道形成。具体地说,每个泵66可以通过第一泵通道68和第二泵通道70连接到它的旋转执 行机构(例如连接到左行走马达42L、右行走马达42R或摆动马达43)。另外,每个泵66可 以通过第一和第二泵通道68, 70、杆端通道72和头端通道74连接到它的线性执行机构(例 如连接到液压缸26, 32或34)。为了促使旋转执行机构在第一方向旋转,第一泵通道68可 以通过泵66充入加压流体,而第二泵通道70可以充入由旋转执行机构排出的流体。为了 使得旋转执行机构反向,第二泵通道70可以充入由泵68加压的流体,而第一泵通道68可 以充入由旋转执行机构排出的流体。在特别的线性执行机构的伸出操作过程中,头端通道 74可以通过泵66充入加压流体,而杆端通道72可以充入从线性执行机构返回的流体。相 反,在收回的操作中,杆端通道72可以充入由泵66加压的流体,而头端通道74可以充入从 线性执行机构返回的流体。
[0023] 每个泵66可以具有可变的排量,并且被控制以在两个不同的方向从其关联的执 行机构抽取流体,和在规定的高压下将流体排放回执行机构。也就是说,泵66可以包括行 程调整机构,例如旋转斜盘,其位置尤其是根据要求的执行机构的速度机械液压式的调整, 从而改变泵66的输出(例如释放速率)。泵66的排量可以从零排量位置调整到在第一方向 的最大排量位置,在零排量位置,大体上没有流体从泵66排出,在第一方向的最大排量位 置,流体从泵66以最大速率释放到第一泵通道68中。类似地,泵排量66可以从零排量位 置调整到第二方向的最大排量位置,在第二方向的最大排量位置上,泵66以最大速率将流 体释放到第二泵通道70。泵66可以可驱动地连接到机械装置10的能源系统18,例如通过 中间轴、传送带,或者另一些适合的方式。替代地,泵66可以通过变矩器、传动箱、回路或者 现有技术中已知的任何其他方式间接地连接到能源18。可以考虑到的是,泵66可以在不同 的回路按照要求以串联(例如通过相同的轴)或并联(例如通过齿轮组)的方式连接到能源 系统18。
[0024] 泵66也可以有选择地作为马达来运作。更具体地说,当关联的执行机构在溢流情 况下操作时,从执行机构排出的流体可能具有比泵66的出口压力更高的压力。在这样的情 况下,执行机构的高压流体被引导返回至泵66,这可以驱使泵66旋转,具有或者不具有来 自能源系统18的帮助。在一些情况下,泵66甚至可以施加能量到能源系统18,从而提高能 源系统18的效率和/或容量。
[0025] 在一些操作中,可能要求促使线性执行机构动作,而使得在相同的回路内的关联 的旋转执行机构不动作。为此目的,无节流回路58,60,62的每一个可以设置有隔离阀76, 其能够大体上将旋转执行机构和与其关联的泵66和线性执行机构隔离。隔离阀76,在公开 的实施例中,可以是开关型阀,它们是朝向流通位置电磁致动的和朝向不流通位置弹簧偏 压的。当隔离阀76处于流通位置时,流体可以大体上无限制地经由旋转执行机构在第一和 第二泵通道68, 70之间流动。当隔离阀76处于不流通位置时,流体不能在第一和第二泵通 道68, 70内流过,并且大体上不能影响旋转执行机构的动作。除了从泵66的操作和线性执 行机构的动作隔离旋转执行机构之外,隔离阀76还可以作为负载保持阀起作用,当旋转执 行机构具有非零排量并且隔离阀76处于它们的不流通位置时,液压锁定旋转执行机构的 动作。
[0026] 每个无节流回路58,60 62的线性执行机构可以同样地设置有阀来用于线性执行 机构的隔离。特别地,无节流回路58,60,62的每一个可以设置有四个阀,包括第一杆端阀 78、第二杆端阀80、第一头端阀82和第二头端阀84。第一杆端阀78可以设置在第一泵通 道68和杆端通道72之间。第二杆端阀80可以设置在第二泵通道70和杆端通道72之间。 第一头端阀82可以位于第一泵通道68和头端通道74之间。第二头端阀84可以位于第二 泵通道70和头端通道74之间。类似于隔离阀76,阀78,80,82,84可以是开关型阀,它们 是朝向流通位置电磁致动的和朝向不流通位置弹簧偏压的。为了从与之关联的泵66和旋 转执行机构隔离线性执行机构,并且液压锁定线性执行机构的动作,所有的阀78,80,82,84 可以移动到它们的不流通位置。
[0027] 阀78,80,82,84除了有助于关联的线性执行机构的隔离之外,也可以设置流动转 换功能。特别地,有时要求旋转执行机构在第一方向动作,而线性执行机构收回,而在其他 时候,要求旋转执行机构在第一方向动作,而线性执行机构伸出。在第一位置,可以要求泵 66对第一泵通道68和杆端通道72加压,而在第二位置,可以要求泵66对第一泵通道68和 头端通道74加压。阀78,80,82,84可以有助于这些操作。例如,当要求第一泵通道68由 泵66加压,而线性执行机构收回时,第一杆端阀78可以移到它的流通位置,因此杆端通道 72和线性执行机构的第二腔54也被加压。同时,第二头端阀84可以在它的流通位置,因此 从第一腔52排出的流体经过头端通道74流到第二泵通道70并流回泵66。相反,当要求第 一泵通道68由泵66加压,而线性执行机构伸出时,第一头端阀82可以移到它的流通位置, 因此头端通道74和线性执行机构的第一腔52也被加压。同时,第二杆端阀80可以在它的 流通位置,因此从第二腔54排出的流体经过杆端通道72流到第二泵通道70并流回泵66。 类似的阀78,80,82,84的动作可以被启动,从而为在线性执行机构的伸出和收回的过程中 旋转执行机构在第二方向的动作而设置。
[0028] 在一些实施例,阀78,80,82,和84可以用于帮助在关联的线性执行机构内的流体 再生作用。例如,当阀80,84移到它们的流通位置,而阀78,82在它们的不流通位置时,高压 流体可以经过阀80,84从线性执行机构的一个腔传输到另一个腔,而没有流体经过泵66。 类似的功能可以替代地这样来获得,即通过将阀78,82移动到它们的流通位置,而将阀80, 84保持在其不流通位置。
[0029] 本领域技术人员应当领会的是,在伸出和收回过程中,液压流体流入和流出液压 缸26, 32, 34的第一和第二腔52, 54的相应的速率是不相等的。也就是说,因为在第二腔54 内的杆部分50A的设置,与在第一腔52内的压力面积相比,活塞组件50可以在第二腔54 内具有较小的压力面积。因此,在液压缸26, 32, 34收回过程中,与第二腔54所消耗的量相 t匕,更多的液压流体从第一腔52流出;并且,在伸出过程中,与从第二腔54流出的量相比, 更多的液压流体由第一腔52所消耗。为了调节在收回过程中排出的多余流体并在伸出过 程中额外要求的流体,无节流回路58,60,62的每一个可以具有两个补充阀86和两个释放 阀88,所述阀将第一和第二泵通道68, 70通过普通的通道90连接到充能回路64。
[0030] 每个补充阀86可以是位置可变阀,其配置在普通的通道90和第一和第二泵通道 68, 70中的一个之间,并且构造为有选择地允许加压流体从充能回路64进入到第一和第二 泵通道68,70。特别地,每个补充阀86可以从第一位置电磁致动到第二位置,在第一位置, 流体在普通的通道90和相应的第一和第二泵通道68, 70之间自由地流动,在第二位置,当 普通的通道90的压力超过第一和第二泵通道68, 70的压力的量达到阈值时,流体仅可以从 普通的通道90流入到第一和第二泵通道68, 70。补充阀86可以由弹簧偏压到其第二位置, 并且仅仅在已知的需要正向或反向补偿流体的操作过程中朝向它们的第一位置移动。通过 同时一起移动到它们的第一位置的至少一半,补充阀86也可以在特别的回路内用于帮助 在第一和第二泵通道68, 70之间的流体再生作用。
[0031] 当流体的压力超过释放阀88的设定阈值时,释放阀88可以设置为允许流体从各 个无节流回路58,60,62释放到充能回路64。释放阀88可以设定为在较高压力级别下操 作,以免破坏液压系统56,例如在这样的级别,该级别仅可以这样达到,即当液压缸26,32, 34达到行程末端位置,并且来自关联的泵66的流量不为零,或者在液压系统56的破坏条件 下。每对释放阀88可以通过不同的分解器92连接第一和第二泵、以及头端部通道和杆端 通道68 - 74,这样第一泵和杆端通道68,72的高压流体可以通过一套分解器92排放到普 通的通道90,第二泵和头端通道70, 74的高压流体可以通过其余的分解器92排放到普通的 通道90。
[0032] 充能回路64可以包括至少一个流体地连接到如上所述的普通的通道90的液压 源。在公开的实施例中,充能回路64具有两个源,包括充能泵94和充能蓄能器96,它们可 以流体地并联连接到普通的通道90,以提供补充的流体到无节流回路58,60,62。充能泵 94可以包括,例如发动机驱动,变量泵,构造为从储罐98抽取流体,给流体加压,并且将流 体释放到普通的通道90中。在一个实施例中,充能泵94可以是偏心泵,其允许峰值修整操 作,这将在下文中更详细地描述。蓄能器96可以包括,例如,压缩空气、隔膜/弹簧,或者气 囊式的蓄能器,其构造为从普通的通道90积聚加压流体并将加压流体排放到普通的通道 90中。多余的液压流体,或者来自充能泵94或者来自无节流回路58,60,62 (S卩,来自泵66 和/或旋转的和线性执行机构的操作),可以引导到蓄能器96中或者经由配置在返回通道 102中的充能安全阀100引导到储罐98中。由于在普通的通道90和返回通道102内的升 高的流体压力,充能安全阀100可以从不流通位置朝向流通位置活动。手动维护阀104可 以与蓄能器96关联,以有助于在充能回路64的维护过程中,使流体从蓄能器96向储罐98 排放。
[0033] 液压系统56可以是设置有用于再生液压能量的装置。特别地,液压系统56可以 包括至少一个高压蓄压器106。在公开的实施例中,使用了两个高压蓄能器106,它们通过 两位的(即流通和不流通位置)、电磁致动的汇流阀107分隔。一个或者两个蓄能器106,根 据系统需求,可以有选择地通过汇流阀107连接到无节流回路58,60,62的具体的一个回 路,以积聚多余的加压流体或者排放之前积聚的流体。蓄能器106可以分别通过蓄能器通 道108和110、以及通过普通的通道112流体地连接到第一和第二泵通道68, 70。蓄能器阀 114可以配置在普通的通道112和蓄能器通道108,110之间,其构造为有选择地控制在单个 无节流回路58,60,62和蓄能器106之间的流体流量。蓄能器阀114可以是两位的(流通和 不流通)、螺线管致动的阀,即由弹簧朝向不流通位置偏压。手动维护阀116可以与蓄能器 106关联,以有助于在维护过程中,通过通道118使流体从蓄能器106向储罐98排放。
[0034] 在一些实施例中,阀120可以配置在通道122内,其将蓄能器106连接到普通的通 道90。阀120可以是两位的(流通和不流通)、螺线管致动的阀,即由弹簧朝向不流通位置偏 压。阀120可以用于帮助峰值修整操作。也就是说,任何时候蓄能器106具有多余的加压 流体(或者任何时候,加压流体被引导到几乎充满的蓄能器),该流体可以通过通道122和阀 120引导到充能回路64中。然后这些流体可以以几种不同的方式被利用,例如充入低压蓄 能器96,如果存在流量需求,为无节流回路58,60,62补充流体,或者在这样的方向驱动充 能泵94,以减少能源系统18上的负荷或者增大能源系统18的容量。可以考虑到的是,阀 120也可以有助于在一些应用中从破坏性的压力峰值保护蓄能器96。也就是说,阀120可 以用于从过大压力隔离蓄能器96,并且仅在通道122的压力低于阈值压力时打开。替代地, 如果有要求,可以设置另外的隔离阀150,并且直接与蓄能器96关联。
[0035] 在机械装置10的操作过程中,机械装置10的操作员可以利用接口装置46以产生 信号,其向控制器124标识多个线性的和/或旋转的执行机构的要求动作。基于一个或多 个信号,包括来自接口装置46的信号,和例如来自安装在整个液压系统56中的多个压力传 感器126和/或位置传感器(未显示)的信号,控制器124可以控制不同的阀动作和/或改 变不同的泵和马达的排量,以将一个或多个特别的线性的和/或旋转的执行机构以要求的 方式(即,在要求的速度下和/或带有要求的力)驱动到要求的位置。
[0036] 控制器124可以包括单个微处理器或者多个微处理器,其包括基于机械装置10的 操作员的输入和基于传感的或者其他已知的操作参数,以用于控制液压系统56的操作元 件。许多市售的微处理器可以构造为执行控制器124的功能。应当领会的是,控制器124 可以容易地包含在一般的机械装置微处理器中,能够控制多种机械功能。控制器124可以 包括存储器、二级存储器装置、处理器和用于实现应用的任何其他元件。多种其他的电路可 以与控制器124关联,例如发动机供油线路、信号调节电路、螺线管驱动电路和其他类型的 电路。
[0037] 工业实用性
[0038] 本实施例所公开的液压系统可以适合于任何要求改进液压效率和性能的机械装 置。本实施例所公开的液压系统可以利用无节流技术实现效率的提高。本实施例所公开的 液压系统通过新型的流体存储结构以及有选择的使用实现了性能的增强。现在将描述液压 系统56的操作。
[0039] 在机械装置10的操作过程中,在工作站20内的操作员可以通过接口装置46命令 工作工具14在要求的方向和以要求的速度进行特别的动作。一个或多个由接口装置46产 生的对应的信号,连同机械状态信息一起,例如传感器数据,如压力数据、位置数据、速度数 据、泵排量数据以其现有技术中已知的其他数据,可以提供给控制器124以指示要求的动 作。
[0040] 根据来自接口装置46的信号和根据机械状态信息,控制器124可以产生控制信 号,指导泵66,94和阀76, 78,80,82,84,86,114,120,150。例如,为了在第一方向以加速旋 转左行走马达42L,控制器124可以产生控制信号,其促使第一无节流回路58的泵66增大 其排量,并且将流体以更快的速率排放到第一泵通道68。另外,控制器124可以产生控制信 号,其促使隔离阀76朝向其流通位置移动或者保持在该位置上。当流体从泵66通过第一 泵通道68进入和通过左行走马达42L之后,流体可以通过第二泵通道70返回到泵66。为 了使得左行走马达42L的动作反向,泵66的输出方向可以反向。如果在左行走马达42L的 动作中,在第一或者第二泵通道68,70的任一个内的流体的压力变得过大(例如在溢流的 情况下),流体可以从加压通道通过释放阀88和普通的通道90排放到储罐98。替代地或者 另外地,加压流体可以通过蓄能器通道108或者110、阀114和普通的通道112引导到蓄能 器106中。相反,当在第一或者第二泵通道68, 70的任一个内的流体的压力变得过低,来自 充能回路64的流体可以被允许通过普通的通道90和补充阀86进入到无节流回路58。
[0041] 在左行走马达42L的动作中,操作员可以同时控制液压缸34动作。例如,操作员 可以通过接口装置46控制液压缸34加速收回。当这样的情况出现时,控制器124可以产 生控制信号,该控制信号促使第一无节流回路58的泵66加大其排量,并将流体以更快的速 率排放到第一泵通道68。另外,控制器124可以产生控制信号,以促使第一杆端阀78和第 二头端阀84朝向其流通位置移动或者保持在该位置上。在这时候,第二杆端阀80和第一 头端阀82可以位于它们的不流通位置。当来自泵66的流体通过第一泵和杆端通道68, 72 进入到液压缸34的第二腔54中时,流体可以从第一腔52通过头端和第二泵通道74, 70排 放回泵66。
[0042] 液压缸34动作可以以两种不同的方式反向。第一,泵66的操作可以反向,从而 使得流入和流出液压缸34的流体反向。尽管在一些情况下是令人满意的,但是这种控制 液压缸反向动作的方法可能仅仅在左行走马达42L的动作也同时反向时(因此以要求的不 变的方向保持行进)或者当左行走马达42L已经停止并且与液压缸34隔离时才是可行的。 第二,液压缸34的动作可以通过转换第一和第二泵和杆和头端阀78,80,82,84的位置来反 向。如果在液压缸34的动作中,在第一或者第二泵通道68, 70任意一个内的流体的压力变 得过大(例如在溢流的情况下),流体可以从加压通道通过释放阀88和普通的通道90排放 到储罐98。替代地或者另外地,加压流体可以通过蓄能器通道108或者110、阀114和普通 的通道112引导到蓄能器106中。相反,当流体的压力变得过低时,来自充能回路64的流 体可以被允许通过普通的通道90和补充阀86进入到无节流回路58。
[0043] 如上所述,可以通过控制泵66的排量来操作旋转的和线性的执行机构动作。然 而,当要求单个回路中的旋转的和线性的执行机构两者同时动作时,与其关联的泵66的排 量控制可以仅基于线性执行机构的要求动作来驱动(但是泵66的排量大小可以基于旋转 的和线性的执行机构两者的流量要求)。在这时候,为了促使旋转执行机构以要求的速度和 /或要求的力矩在要求的方向移动,旋转执行机构的排量可以有选择地改变。
[0044] 还有如上所述,液压缸34可以在收回操作中从第一腔52排出比第二腔54内消耗 的更多的流体,并且在伸出操作中消耗比从第二腔54排出的更多的流体。在这种操作中, 蓄能器阀114可以有选择地打开以允许多余的流体进入,补充蓄能器106(当多余的流体具 有足够的高压时,例如在溢流的情况下),或者排出流体,补充无节流回路58,从而使得进入 和排出泵66的流体平衡。
[0045] 考虑到的是,在一些实施例中,在溢流的情况下,可以将从线性执行机构排放的大 量流体部分或者全部地引导到蓄能器106中,并且存储起来以在之后使用,而不是返回到 泵66。在这个时候,泵66可以从充能回路64接收补充的流体。与阀76类似的隔离阀(未 显示)可以配置在通道70和/或72内,位于分解器92和带有通道68的阀76的会合点之 间,并且用于隔离泵66的低压端。
[0046] 当排出液压缸34的第一腔52的流体的压力升高时(例如,在马达收回操作中),在 液压缸34的收回操作中,可以实现流体的再生作用。具体地说,在如上所述的收回操作中, 两个补充阀86可以同时移向它们的连通位置。在这样的结构下,补充阀86可以允许一些 从第一腔52排出的流体绕过泵66,并且直接流入第二腔54。这样的操作可以有助于减少 泵66的负荷,并且仍然能满足操作员的要求,从而增加了机械装置10的效率。在一些实施 例中,补充阀86可以在再生作用过程中保持部分关闭,以有助于减少能量损耗,这改进了 可控性。
[0047] 在本实施例所公开的液压系统56中,通过泵66设置的流体大体上是无限制的,因 此主要的能量不必浪费在致动过程中。这样,本实用新型的实施例可以提供改进的能量用 途和保存方式。另外,在一些应用中,液压系统56的无节流操作可以允许减小甚至完全消 除对限量阀的使用,以控制流体流向关联的线性的和旋转的执行机构。限量阀的减少可以 降低系统的复杂度和/或降少系统的成本。
[0048] 本实施例所公开的液压系统可以设置为在多个闭环无节流回路之间存储和重复 利用液压能量。也就是说,液压系统56的结构可以允许多余的液压能量从一个闭环无节流 回路积聚,并且在之后用在另一个闭环无节流回路中。另外,因为能量是以液压的方式保留 的,并且直接从回路到回路传输,没有转换,这样的过程的效率是很高的。
[0049] 本实施例所公开的液压系统也可以设置为增加泵的过速保护。特别地,在液压缸 26, 32, 34的溢流收回操作中,当排出第一腔52的流体具有高压时,高压流体可以通过补充 阀86改道回到第二腔54,不会使得流体经过泵66。这样的改道不但有助于改进机械效率, 而且绕过泵66的设置也可以减小泵66过速的可能性。
[0050] 本实施例所公开的液压系统可以设置为改进压力保护,避免破坏性的冲击。特别 地,因为无节流回路58,60,62的压降可以通过分解器92 (在这样的位置,位于第一和第二 上部侧面通道和下部侧面通道68-74内)在两个位置设置,因此在这样的区域减小了形成破 坏性的压力峰值的可能性。
[0051] 显而易见的是,本领域技术人员可以对本实用新型公开的液压系统作出不同的修 改和变化。在考虑本文中公开的液压系统的说明书和惯例的情况下,本领域技术人员可以 显而易见地得到其他实施例。例如,尽管阀114, 76, 78,80,82和84是显示和描述为具有两 个位置的开关型的阀,可以考虑到的是,这些阀实际上是可以替换为比例阀的,以有助于其 他的功能。例如,如果蓄能器阀114是比例阀,蓄能器106可以通过第一、第二和第三无节 流回路58,60,62的每一个同时充能,即使所有的这三个回路具有不同的压力。在这样的情 况下,蓄能器的充能将在最低的压力下实现,并且可以要求一些节流。另外,尽管泵66描述 为偏心泵,可以考虑到的是,如果有要求,泵66可以替换为单向泵。在这样的情况下,通过 泵传输的(即,来自旋转的和线性的执行机构的任一个的)能量将限制在单个方向上。应当 理解到的是,说明书和实施例仅仅被认为是示例性的,其真实的保护范围由权利要求及其 等效物指定。

Claims (9)

1. 一种液压系统(56),其特征在于,包括: 第一无节流回路(60),具有第一泵(66),第一泵以闭环方式流体地连接到第一执行机 构(26); 第二无节流回路(62),具有第二泵(66),第二泵以闭环方式流体地连接到第二执行机 构(43);和 至少一个蓄能器(106),该蓄能器构造为从第一和第二无节流回路接收加压流体并将 加压流体排放到第一和第二无节流回路。
2. 如权利要求1所述的液压系统,其特征在于,所述第一执行机构是线性的吊臂执行 机构,所述第二执行机构是旋转的摆动执行机构。
3. 如权利要求2所述的液压系统,其特征在于,还包括第三无节流回路(58),具有第三 泵(66),第三泵流体连接到线性的铲斗执行机构(34),其中至少一个蓄能器还构造成从第 三无节流回路接收加压流体,并且排出流体到第三无节流回路。
4. 如权利要求1所述的液压系统,其特征在于, 所述第一无节流回路包括: 将第一泵与第一执行机构连接的第一和第二通道(68, 70);和 第一和第二阀(114,114),第一和第二阀是可操作的,以有选择地分别将第一和第二 通道与至少一个蓄能器连接;并且 所述第二无节流回路包括: 将第二泵与第二执行机构连接的第三和第四通道(68,70);和 第三和第四阀(114,114),第三和第四阀是可操作的,以有选择地分别将第三和第四 通道与至少一个蓄能器连接。
5. 如权利要求4所述的液压系统,其特征在于, 所述的至少一个蓄能器包括并联配置的第一蓄能器(106)和第二蓄能器(106);并且 所述液压系统还包括配置在第一和第二蓄能器之间的阀(107),该阀是可活动的,以有 选择地将来自第一和第二蓄能器输出的流体结合。
6. 如权利要求1所述的液压系统,其特征在于,还包括充能回路(64),充能回路具有充 能泵(94)和充能蓄能器(96),充能回路通过第一和第二补充阀(86,86)分别有选择地连通 第一和第二无节流回路。
7. 如权利要求6所述的液压系统,其特征在于,还包括通道,该通道使得充能回路和所 述至少一个蓄能器(122)流体地连接。
8. 如权利要求7所述的液压系统,其特征在于,还包括配置在所述通道内的阀(120), 该阀在第一位置和第二位置之间活动,在第一位置,充能回路和所述至少一个蓄能器之间 的流体连通是被阻断,在第二位置,允许流体在充能回路和所述至少一个蓄能器之间流动。
9. 如权利要求6所述的液压系统,其特征在于,第一泵,第二泵和充能泵都是变量泵。
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