用于轮式装载机中的转向功能和作业功能的系统架构 |
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| 申请号 | CN201580063935.7 | 申请日 | 2015-11-24 | 公开(公告)号 | CN107000784B | 公开(公告)日 | 2019-05-31 |
| 申请人 | 派克汉尼芬公司; | 发明人 | 浩·张; 雷蒙德·科利特; 拉杰尼希·库马尔; 王强; 张苗; 詹姆斯·豪兰; | ||||
| 摘要 | 一种用于作业机械的液压系统(40)，包括：优先回路(41)，其包括至少第一优先 致动器 (47，48)和用于控制对第一优先致动器(47，48)的液压 流体 的供应并用于提供指示作用在第一优先致动器(47，48)上的负载的负载感测 信号 的优先控制 阀 (58)；附属回路(42)，其包括至少第一附属致动器(51)和用于控制对第一附属致动器(51)的液压流体的供应的至少第一附属 控制阀 (80)；用于产生液压流体的流的至少第一 泵 (46)；以及优先阀(74)，其用于根据负载感测信号将来自泵(46)的流分配到优先回路(41)和附属回路(42)，以操作优先回路的和附属回路的各自的致动器，其中，优先考虑优先回路(41)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于作业机械的液压系统，包括： |
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| 说明书全文 | 用于轮式装载机中的转向功能和作业功能的系统架构[0001] 相关申请数据 [0002] 本申请要求2014年11月24日提交的美国临时申请No.62/083,876和2015年7月27日提交的美国临时申请No.62/197,209的权益，上述两项申请通过引用而全部并入本文中。 技术领域[0003] 本发明涉及用于非道路车辆中的转向功能和附属功能的液压控制系统。 背景技术[0004] 诸如集材拖拉机、装载机和铲运机等的非道路施工车辆已经使用了液压馈送转向系统，液压馈送转向系统可以使得大型车辆在所有操作期间都可以相对轻松地机动。这种车辆还设置有液压馈送附属功能，从而能够操作如以下事物：抓斗、装载机铲斗和刮铲。附属功能常常与转向系统共享液压流体。按照惯例，液压流体穿过将流体分支到转向系统和附属功能的优先阀，通常优先考虑转向系统。也就是说，转向系统的流体要求优先于一个或多个附属功能的流体要求。 [0005] 按照惯例，优先阀包括阀芯，流体压力作用在阀芯上以克服弹簧并侵占第一阀芯位置。第一位置允许优先阀将流体转运至转向系统的主转向阀以及并转运至附属功能。当由液压回路压力减少而偶然引起流体压力下降到低于预定量时，在阀芯上的弹簧力使阀芯切换至第二位置，将所有进入的流体转运到主转向阀。 [0006] 美国专利No.3,455,210公开了一种这样的系统，其中到优先负载回路和附属负载回路的流体受到单个的流体源和单个的优先流控制阀的影响。另外在本领域已知的是，通过成对的流体源和装阀布置向优先负载回路和附属负载回路提供承压流体，该成对的流体源和装阀布置通常仅根据需要将所有的来自主要源的流直接引导至优先负载回路，而将来自次要源的流体引导至优先负载回路。 [0007] 为了能够更高效利用为转向系统开发的液压动力，根据美国专利No.4,215,720，压力补偿器感测正常的液压转向负载，并使转向泵的任何过量的流体动力输出对于工具的控制可用。根据该专利的系统主要用于轻载设备，其中单个泵可用于工具控制和转向控制，其中优先考虑转向控制以防止由于工具过载而产生的转向损失。 [0008] 节约能量和容易的可操作性在非道路施工机械设计中获得更多的关注。常规的轮式装载机呈现这样的平台：期望当协调在典型的工作周期期间执行的多个功能时改进系统效率。系统设计包括通过泵流共享管理转向系统和工具系统的相互作用，以实现高效率和对操作者输入的可接受的系统响应的双目标。 [0009] 特别是，转向回路设计应当避免轮式装载机应用中的稳定性问题和振荡问题。由于负载的性质，转向易于在转向工作开始时受到冲击，冲击应被抑制以保持生产力和可操作性。系统设计由于以下事实而是复杂的：工具(即悬臂和铲斗)和转向系统共享总的泵流，应当将总的泵流分成满足操作者需求而不损害整体性能。 [0010] 选择泵的数目和类型以在实现负载匹配到最小损失时满足总的流需求是影响系统的能量效率的另一设计决定。在本领域中已知包括单个或多个固定位移泵或可变位移泵的各种架构，且它们具有其各自的优点和缺点。 [0011] 欧洲专利申请No.2,123,541A1公开了一种用于抑制作业车辆的转向系统中的冲击的解决方案，其利用不同变形的预补偿器阀。预补偿器阀具有相同的目的，即，控制转向阀两端的压差，并因此控制穿过转向阀的流速，但缺乏将流在转向部分和工具部分之间分开的多泵式架构或转向歧管设计的任何建议。 发明内容[0012] 本发明提供了用于控制在转向功能和工具功能之间的液压流并在转向功能和工具功能之间分配流的各种新颖的布置。 [0013] 转向优先级可以经由与转向命令成比例的优先阀来实现。操作者可以在转向和工具同时发生的时刻与在仅转向的时刻感觉到相同的转向轮力。 [0015] 工具致动可以是中心打开的系统，尽管也可以设想中心关闭的系统。 [0016] 新颖的卸荷阀布置提供了高效的固定泵卸荷功能，并使系统流扰动最小化。 [0017] 另外公开了一种直接的电子控制架构，该电子控制架构能够实现更简化的液压回路并提供更大的能量节约。 [0018] 根据本发明的一个方面，一种用于作业机械的液压系统，包括：优先回路，所述优先回路包括至少第一优先致动器和优先控制阀，所述优先控制阀用于控制对所述第一优先致动器的液压流体的供应并用于提供指示作用在所述第一优先致动器上的负载的负载感测信号；附属回路，所述附属回路包括至少第一附属致动器和至少第一附属控制阀，所述第一附属控制阀用于控制向所述第一附属致动器的液压流体的供应；至少第一泵，所述第一泵用于产生液压流体的流；以及优先阀，所述优先阀用于根据所述负载感测信号将来自所述泵的流分配到所述优先回路和附属回路，以操作所述优先回路的和附属回路的各自的致动器，其中，优先考虑所述优先回路。 [0019] 减压阀可以连接在所述泵和所述优先控制阀之间，用于控制供应至所述优先控制阀的液压流体的流速。 [0020] 预补偿阀可以连接在所述泵和所述优先控制阀之间，用于控制供应至所述优先控制阀的液压流体的流速。 [0021] 所述减压阀或所述预补偿阀可以接收来自控制器的先导控制压力，所述先导控制压力决定所述优先控制阀两端的压降。 [0023] 负载感测可以向所述优先阀的先导端口供应所述负载感测信号，使得根据呈现于所述第一优先致动器上的负载来确定所述优先阀的位置。 [0024] 所述第一泵可以为固定位移泵或可变位移泵。 [0025] 所述第一泵的位移可以通过控制器根据所述负载感测信号来改变。 [0026] 所述第一泵的所述位移可以通过控制器根据作用在所述第一附属致动器上的负载来改变。 [0027] 二位三路阀可以用来向所述优先阀的先导端口馈送压力。 [0028] 所述二位三路阀可以保持关闭，直到从操纵杆供应的最高先导压力信号克服了弹簧力，在从操纵杆供应的最高先导压力信号克服了弹簧力之后，所述优先阀可以朝向打开位置转移，以向所述优先阀的先导端口供应线路感测信号。 [0029] 所述第一附属控制阀为中心关闭的类型、后补偿式中心关闭的类型或中心打开的类型。 [0030] 泵位移可以通过电子控制器根据以下信号中的一者或多者来控制：所述负载感测信号、附属负载感测信号和泵出口压力信号。 [0031] 所述泵的移位和所述阀中的至少一者的控制可以同时进行。 [0032] 所述系统可以包括：用于产生液压流的第二泵。 [0033] 所述第二泵可以向所述附属回路供应液压流，以及所述第一泵可以向所述优先回路供应液压流。 [0034] 所述第一泵可以基于优先级向所述优先回路供应液压流，其中，任何过量的流被供应至所述附属回路。 [0035] 所述第一泵和所述第二泵可以为固定位移泵或可变位移泵。 [0036] 当在所述优先回路中没有需求时，所有的泵流可被按路线发送到附属回路。 [0037] 所述第一泵可以为位可变位移泵，并且所述负载感测信号或来自所述附属回路的压力信号中的较高者可以用来确定所述第一泵的位移。 [0038] 可以设置卸荷阀，所述卸荷阀在供应至所述附属回路的压力超过规定量时，使过量的流卸荷穿过安全阀。 [0039] 发送至所述优先回路的压力和流的稳定性可以通过设置在减压阀上的孔口来实现。 [0040] 根据本发明的另一方面，一种用于作业机械的液压系统包括：优先回路，所述优先回路包括至少第一优先致动器和优先控制阀，所述优先控制阀用于控制对所述第一优先致动器的液压流体的供应；附属回路，所述附属回路包括至少第一附属致动器和至少第一附属控制阀，所述第一附属控制阀用于控制对所述第一附属致动器的液压流体的供应；至少第一泵，所述第一泵用于产生液压流体的流；以及优先阀，所述优先阀用于将来自所述泵的流分配到所述优先回路和附属回路，以操作所述优先回路的和附属回路各自的致动器；手动操作的输入设备，所述手动操作的输入设备用于允许机械操作者输入用于命令所述第一优先致动器和所述第一附属致动器的操作的命令，并用于输出指示所述命令的命令信号；以及控制器，所述控制器被配置成接收来自所述手动操作的输入设备的所述命令信号和多个系统参数，并配置成控制所述泵和优先阀的操作。 [0041] 优先控制阀可以提供指示作用在所述第一优先致动器上的负载的负载感测信号。 [0042] 所述阀的开度和所述第一泵的位移可以通过所述控制器来控制，所述控制器接收操纵杆输入、引擎速度和其它的系统参数。 [0043] 所述控制器可以用于计算作业功能所需要的总的流。 [0044] 所述优先回路可以为作业机械的转向回路，且所述附属回路可以为所述作业机械的工具回路。 [0046] 下面将详细描述本发明的前述和其它特征，并在权利要求书、以下详细说明本发明的一个或多个说明性实施方式的描述和附图中具体指出。然而，这些实施方式仅是本发明的原理可以采用的各种方式中的一些。当结合附图考虑时，本发明的其它目的、优点和特征将从下面对本发明的详细描述变得显而易见。 附图说明[0047] 图1为示例性作业机械、特别是前部轮式装载机的正视图。 [0048] 图2为具有中心打开的工具阀的、包括单个固定位移泵的示例性液压控制系统的示意性图示。 [0049] 图3为具有中心关闭的工具阀的、包括单个可变位移泵的另一示例性液压控制系统的示意性图示。 [0050] 图4为包括固定位移转向泵和固定位移工具泵的又一示例性液压控制系统的示意性图示。 [0051] 图5为具有中心打开的工具阀的、包括可变位移转向泵和固定位移工具泵的又一示例性液压控制系统的示意性图示。 [0052] 图6为具有中心关闭的工具阀和电子压力安全阀(pressure relief valve，PRV)的、包括可变位移转向泵和固定位移工具泵的又一示例性液压控制系统的示意性图示。 [0053] 图7为具有中心打开的工具阀的、包括固定位移转向泵和可变位移工具泵的又一示例性液压控制系统的示意性图示。 [0054] 图8为具有中心关闭的工具阀的、包括固定位移转向泵和可变位移工具泵的又一示例性液压控制系统的示意性图示。 [0055] 图9为具有中心关闭的工具阀和电子PRV的、包括固定位移转向泵和可变位移工具泵的又一示例性液压控制系统的示意性图示。 [0056] 图10为具有优先阀且无预补偿器阀的、包括固定位移转向泵和固定位移工具泵的另一示例性液压控制系统的示意性图示。 [0057] 图11为具有卸荷阀的、包括可变位移转向泵和固定位移工具泵的另一示例性液压控制系统的示意性图示。 [0058] 图12为可用在图11的液压控制系统中的替选的转向歧管的示意性图示。 [0059] 图13为具有减压阀且无预补偿器阀的、包括可变位移转向工具泵的另一示例性液压控制系统的示意性图示。 [0060] 图14为在智能流控制架构中的、包括可变位移转向泵和固定位移工具泵的另一示例性液压控制系统的示意性图示。 [0061] 图15为在智能流控制架构中的、包括可变位移转向泵和可变位移工具泵的另一示例性液压控制系统的示意性图示。 [0062] 图16为在智能流控制架构中的、包括固定位移转向泵和固定位移工具泵的另一示例性液压控制系统的示意性图示。 [0063] 图17为使用智能流控制架构的、另一示例性液压控制系统的示意性图示。 [0064] 图18为智能流控制架构的概略图示。 [0066] 图20与图14相同，除了更详细地示出电子控制器的功能。 [0067] 图21对应于图2并示出通过使用电子控制器的动力流管理。 [0068] 图22对应于图3并示出通过使用电子控制器的动力流管理。 [0069] 图23为图22中示出的架构的变型。 [0070] 图24对应于图11所示出的架构，示出仅转向流。 [0071] 图25对应于图11所示出的架构，示出仅工具动力流。 [0072] 图26对应于图11所示出的架构，示出转向流和工具动力流。 [0073] 在所有的示意图中，实线、点划线、实-散列线分别表示直接的液压连接、液压先导连接和电气信号连接。 具体实施方式[0074] 现在详细参照附图且首先参照图1，以附图标记10总体示出了示例性轮式装载机。轮式装载机10包括后车辆部12和前车辆部16，该后车辆部12包括驾驶室/隔室14，后车辆部 12和前车辆部16分别包括各自的框架轴18和驱动轴20。车辆部12和车辆部16以如下方式彼此联接在一起：车辆部12和车辆部16可通过液压缸22围绕竖直轴线而相对于彼此枢转，液压缸22在轮式装载机的相对两侧上连接至这两个部分。液压(转向)缸22为轮式装载机提供转向或回转。后车辆部12可以容置用作装载机的原动力的引擎。 [0075] 轮式装载机10还包括用于执行诸如处理物体或材料的附属功能的装置26。所示出的装置26包括升降臂单元28和安装在升降臂单元上的铲斗形式的工具30。铲斗30示出为填充有材料32。升降臂单元28的一端可旋转地联接至前车辆部16，以用于引起铲斗的升降运动。铲斗可旋转地联接至升降臂单元的相对端，以用于允许铲斗的倾斜运动。 [0076] 升降臂单元28可以通过一个或多个液压(升降)缸34而相对于车辆10的前部16被升起和降低，在示出的装载机中有两个液压(升降)缸34。这些液压缸34分别在一端联接至前车辆部16，且在另一端、在升降臂的相对两侧处联接至升降臂单元28。铲斗30可以通过第三(倾斜)液压缸36而相对于升降臂单元28倾斜，第三(倾斜)液压缸36在一端联接至前车辆部，而在另一端经由连杆臂系统38联接至铲斗。 [0077] 示出并描述轮式装载机10以便于理解本发明，而并不是当作限制。如应该理解的是，轮式装载机仅是可以受益于本发明的作业机械的一个示例。其它类型的作业机械(包括作业车辆)包括但不限于：具有包括升降臂、悬臂、铲斗、转向和/或回转功能件和行进机构的多个致动功能件的挖掘装载机(反铲挖掘机)、挖掘机、采矿设备和工业应用等。 [0078] 现在参照图2，以附图标记40总体指示示例性液压控制系统。控制系统40通常包括转向部分/回路41、附属部分/回路42、和优先部分/回路43。系统40具有用于非道路车辆(诸如上述的装载机)中的转向功能和工具功能的特定应用，并且将在本文中简要描述该特定应用，但应该理解的是，该系统可能还具有其它的应用。 [0079] 系统40包括单个泵46，该单个泵46用来供应转向功能和附属功能所需要的总流量，特别是转向缸47和转向缸48、升降缸49和升降缸50、以及倾斜缸51所需要的总流量。泵46(其可以是固定位移类型)连接至非道路车辆20的原动力，诸如引擎53。在图2中的实施方式以及本发明的其它实施方式中，可以用其它形式的驱动器替代引擎。例如，电动马达可以代替用于驱动泵46的引擎，并且电动马达可以由引擎驱动的发电机和/或由连接至引擎驱动的发电机的电储存器来供电。 [0080] 预补偿器阀56确定转向部分的主转向阀58两端的压差，从而确定通过主转向阀的流速。预补偿器阀56接收来自控制器60的先导控制压力，先导控制压力决定转向阀两端的压降。转向缸47和转向缸48接收来自转向阀58的流，并且转向缸47和转向缸48的连杆端和活塞端以这样的方式互连：当左边的缸伸出时，右边的缸缩回，反之亦然。控制器60可以具有与其相关联的一个或多个用于感测回路中的压力的压力传感器，诸如用于感测泵46的出口处的压力的压力传感器61和用于感测线路75上的负载感测压力的压力传感器59。 [0081] 在主转向阀之前使用预补偿器能够使得控制器60精确地控制在转向缸中的加压流体的流速。当地面反作用力大时，预补偿阀还可以用于抑制转向机动开始时的冲击。更好的稳定性和冲击抑制改进了可操作性和生产力。 [0082] 在示出的实施方式中，转向回路41包括转向控制单元61、冲击阀62和冲击阀63、以及防空化止回阀64和防空化止回阀65。 [0083] 优先阀74操作以基于转向回路41和附属回路42之间的优先级将来自泵46的流分开。优先阀连接至泵46的出口，并为泵流提供并行路径。致动工具49至工具51需要的供应流通过先导操作的优先阀74。来自转向阀58的负载感测(load sense，LS)线路75向优先阀的先导端口提供馈送，从而根据转向回路上呈现的负载确定优先阀74的位置。 [0084] 如图所示，优先阀和预补偿器阀56可以位于转向歧管76中。 [0085] 在转向回路上呈现负载之前，优先阀74将流体引导至附属(或工具)回路42。每当负载出现在转向回路上时，优先阀就将所有必要的流引导至转向回路，转向回路具有高于附属回路的优先级。 [0086] 附属回路/部分42(也称为系统的工具侧)包括用于分别将流引导至倾斜缸51以及升降缸49和升降缸50的中心打开的控制阀80和中心打开的控制阀81，倾斜缸51以及升降缸49和升降缸50通常也分别称为铲斗缸(或更通常称为铲斗致动器)和悬臂缸(或更通常称为悬臂致动器)。 [0087] 在图2中，操作者的操纵杆85(或其它合适的操作者控制件)产生致动悬臂阀和铲斗阀的先导压力信号。先导压力可以由附属泵86或其它合适的机构来供应。 [0088] 系统压力安全阀(pressure relief valve，PRV)87限制液压回路中的最大压力。类似于在转向回路，致动器可以具有与其相关联的冲击阀88至91和防空化止回阀92至95。 [0089] 在操作时，引擎(原动力)驱动固定位移泵，该固定位移泵的大小被设计成在其工作周期期间的任何给定时刻提供足以用于轮式装载机上的所有功能的流。电子控制器感测作为压力传感器的输出的转向LS压力，并且如果存在电子控制器需要应用至预补偿阀的任何校正信号，则电子控制器估计该校正信号。在正常操作时，当转向负载处于预期范围内时，控制器可以不向螺线管应用任何控制信号，在该情况下，主转向阀两端的压差单独通过阀中的偏置弹簧来确定。由于转向阀两端的恒定的压降，因而去往转向缸的流速与驾驶员的转向输入成比例。在导致潜在的不稳定性或压力冲击的负载压力振荡的情况下，例如在转向起始时，控制器可以操控转向阀两端的压降。控制器可以计算控制电流信号并向预补偿阀的螺线管应用控制电流信号。螺线管施加与弹簧的偏置相反的力，并使预补偿阀的阀芯移动至这样的位置：在该位置实现所期望的转向阀两端的压降。减小的通过转向阀的压差和所产生的针对给定开度的流速有助于使转向操作稳定。 [0090] 通常，在作业机械的转向系统中的冲击或振荡的发生对于操作者而言意味着失控的感觉，这导致了不良的可操作性和较低的生产力。本文所描述的系统可以解决机械控制和操作者舒适性。 [0091] 在负责向转向缸供应之后，剩余的泵流产生试图抵抗弹簧的偏置而打开优先阀的泵出口压力和先导端口上的转向LS压力。一旦泵压力克服了相反的力，则其余的供应流去往工具部分。 [0092] 基于驾驶员的操纵杆输入，全部流或部分流可以用于致动悬臂缸和铲斗缸，而其余的流返回至储液器。 [0093] 如果不是利用全部的泵流，则剩余的流将找到其通过中心打开的通道到储液器99的路径，该中心打开的通道在该过程中将能量耗散为热量。因此，该回路中总是存在损失。 [0094] 更节能的回路设计可以通过提供这样的能力来获得：控制泵流来满足工作周期期间的变化的流需求。图3示出了更节能的回路设计。除了下面所讨论的，图3中所示出的配置基本上与图2相同。 [0095] 特别地，图3的系统100包括代替图2的固定位移泵的可变位移泵101。电子控制器102接收转向LS压力信号、工具LS压力信号和泵压力信号。来自电子控制器的输出之一经由命令线路103操控泵位移，以达到超过最高系统压力一个固定裕度的供应压力。例如，线路 103上的命令可以用来控制泵旋转斜盘致动器，该泵旋转斜盘致动器改变旋转斜盘的角度。 [0096] 优先回路106略微不同于图2，其可以包括转向歧管块107。二位三路阀109向优先阀110的先导端口提供馈送。在弹簧偏置的作用下，阀109向优先阀110的先导端口供应泵压力，该泵压力与弹簧力一起保持优先阀关闭。当从操纵杆经由线路113供应的最高先导压力信号克服了弹簧力时，优先阀将朝向其打开位置切换，于是转向线路感测(line sense，LS)压力将连接到优先阀110的先导端口。在向转向回路115供应必要的泵流之后，剩余的泵流可以通过比例优先阀发送到工具部分116。 [0097] 由于可以在不需要流时完全地去除泵冲程，因而中心关闭的阀119和中心关闭的阀120可以用来控制工具致动器122至124。可以具有没有一个机械功能件在工作且因此没有对于泵流的请求的短暂的时间段。控制器102可以操控泵位移，以刚好弥补泄露，从而避免了与图3中所示出的中心打开的配置相关联的损失。 [0098] 图3中示出的具有单个可变位移泵101的系统具有与上面所描述的具有固定位移泵的系统相类似的功能，尽管存在着显著的不同之处。由于泵是可变类型，因而电子控制器102可以基于机械的控制架构来调节泵位移。悬臂阀119和铲斗阀120可以是如图所示的后补偿型中心关闭的类型。后补偿阀在用于作业机械的泵流不足的情况下为作业功能件提供流共享能力。因为在不需要流时泵可被完全地去除冲程，所以反而可以使用中心关闭的阀。 二位三路方向控制阀109将泵出口压力或转向LS压力连接到优先阀的先导端口。作用在阀的先导端口上的最高的操纵杆先导压力信号通过比较操作者产生的悬臂先导压力信号和操作者产生的铲斗先导压力信号而进行选择。 [0099] 如果没有对于悬臂操作或铲斗操作的操作者需求，则阀109在弹簧偏置的作用下将泵压力连接到阀110的先导端口。因此，当车辆仅仅转向时，阀110保持关闭，而工具部分没有接收任何泵流。当操作者移动悬臂操纵杆或/和铲斗操纵杆时，最高的操纵杆先导信号作用于弹簧并移动阀109，以将转向LS压力线路连接到优先阀110的先导端口。一旦建立克服弹簧和转向LS压力的足够的泵压力，则优先阀打开，使得过量的泵流流向工具侧125。悬臂阀和铲斗阀在它们各自的操纵杆先导压力输入的作用下被致动，并且将所需要的泵流引导到致动器缸。 [0100] 泵位移控制通过电子控制器来实现。电子控制器感测转向LS压力信号、工具LS压力信号和泵出口压力信号，并计算所期望的泵位移。 [0101] 根据本发明的控制架构可以灵活到足以允许实施无数的泵控制算法。两个示例为负载感测和流控制，但其它的策略也是可能的。类似于常规的LS系统，泵位移可被控制成使泵出口压力维持比最高负载压力高固定(或可变)裕度。在流控制架构中，除了压力信号，控制器还接收用于各个工具的操纵杆输入，以捕获“操作者意图”。基于这些操纵杆输入，控制器可以估计在负责泄露和其它的损失之后的每一个致动器的流需求和总的泵流。在考虑机械的当前操作条件(例如引擎速度)之后，这些流速被转化成所期望的泵位移和用于工具阀的阀芯冲程。由于可以从操作者的操纵杆读取所有的输入，因而基于需要的总的流计算所期望的泵位移可以被认为是前馈式控制。为了改进泵控制的精确度和系统响应，还可以增加小的反馈环路，以监控泵出口压力，从而确保泵出口压力总是保持比机械中的最高负载压力高一个指定量。 [0102] 在流控制架构中同时的泵和阀控制的一个优点是：相较于常规的负载感测系统，更快的机械响应和更低的压力波动导致更高的生产力。 [0103] 为了增加系统设计和控制的更高的灵活性并进一步改进效率，可以提供如图4至图9所示的双泵布置。双泵系统相比于使用单个的较大的泵还可以导致一些成本节约。图4至图9的系统类似于上述的系统，除非下面另有说明和/附图所示出的。 [0104] 图4的实施方式类似于图2的实施方式，除了图4的双泵系统130采用用于转向的固定位移泵131和用于工具的固定位移泵132。两个泵可以安装在由原动力134驱动的同一轴133上。泵131向转向回路138供应流，泵132向附属回路139供应流。优先回路140包括预补偿阀142和优先阀143。优先阀允许来自转向泵131的过量的流被按路线发送到附属回路139。 转向回路138、附属回路139和优先回路140基本上与图2中的相同，除非另有说明。再一次，设置各种的压力传感器144至147，以向控制器148提供压力信息，控制器148控制预补偿阀 142和电子压力安全阀150。 [0105] 尽管工具阀153和工具阀154在图4中被示出为中心打开的类型，但是具有在转向泵131的出口上的电子PRV 150的中心关闭的布置也是可以的。 [0106] 在操作中，转向泵131首先基于优先级向转向缸157和转向缸158供应流，然后残余的流通过优选阀143离开转向歧管块159，在该情况下该残余的流与来自工具泵132的流结合。操纵杆160的运动产生悬臂先导压力和铲斗先导压力，悬臂先导压力和铲斗先导压力控制其各自的工具控制阀153的阀芯和工具控制阀154的阀芯的冲程，并将需要的流引导至致动器缸161至163。类似于单个固定泵的情况，未使用的流找到其通过中心打开的阀到储液器的路径。当不需要转向泵流时，转向泵131可以通过使电子压力安全阀150断电来去负载，从而相较于单个固定泵配置可以节约一些能量。主PRV 164限制系统中的最大压力。 [0107] 图5示出了包括用于转向回路167的可变位移泵166和用于附属/工具回路169的固定位移泵168的双泵系统165。两个泵可以通过作为原动力的引擎170来运行。在固定位移泵168仅向工具供应流时，可变位移泵166基于优先级供应流以转向，而且根据需要增补去往工具缸170至172的流。转向歧管块173内部的回路与图3类似，具有各个部件的相同功能。控制器174经由传感器175至178来感测转向部分167和工具部分169的LS压力以及两个泵出口压力，并经由旋转斜盘致动器179来操控可变位移泵的位移，以满足转向需求，并供应致动作业工具所需的任何附加的流。类似于图2，工具阀180和工具阀181可以是中心打开的类型，以在没有一个作业功能件是激活的时，允许泵流在中间位置穿过工具阀180和工具阀 181。 [0108] 在操作中，可变转向泵166是位移受控的，以基于优先级满足转向缸182和转向缸183的流需求，并供应增补工具泵流所需的任何额外流。当工具泵流足以独自致动悬臂缸和铲斗缸170至172，来满足操作者要求的速度时，转向泵166仅以向转向缸供应必要的流来执行任务。这样，转向部分和作业部分彼此流解耦。任何在工具部分中未使用的流通过中心打开(open-centered，OC)的阀180和中心打开的阀181被导向到储液器184。因此，该配置可以比单个泵回路更加地节能，这是由于转向泵可以在不需要时去除冲程，且固定位移泵通常比类似尺寸的可变位移泵更高效。图4中的其它部件的功能已经在上面进行了描述。 [0109] 如在图6中所示，也可以使用中心关闭的悬臂阀190和中心关闭的铲斗阀191代替中心打开阀。图6的系统192类似于图5的系统，除了螺线管操作的安全阀195用来在不需要流时，使固定位移泵196卸荷。PRV 195可以具有软弹簧并且可以是常通电且关闭的，以维持某一最大系统压力。但是当不需要流通过工具部分时，电子控制器198可以使PRV断电，使得PRV容易打开并使得泵流通过PRV到储液器199。 [0110] 图7中示出的系统205具有用于转向操作的固定位移泵207和用于给工具提供动力的可变位移泵208。转向泵首先基于优先级满足转向缸210和转向缸211的流需求，残余的流从转向歧管块214分流出，在此，该残余的流与来自可变位移泵208的流结合。结合的流被递送至工具阀214和工具阀215，在此，根据需要利用该结合的流，并且任何剩余的流穿过这些阀中的打开的通道去往储液器218。可变位移泵可以以这样的方式由控制器220来控制：可变位移泵补偿工具缸中所需要的流与转向歧管块214的流输出的差值。 [0111] 在操作中，预补偿阀(pre-comp valve)224控制去往转向缸210和转向缸211的流速。在转向泵出口处所聚集的压力使得优先阀226打开，使得剩余的流离开转向歧管块并与来自工具泵208的流结合。来自两个泵的结合的流给悬臂致动器和铲斗致动器228至230提供动力，并且任何未使用的流找到其通过中心开启的阀的打开通道到储液器218的路径。电子PRV 234的位置优选位于固定转向泵207的出口处。类似于图6，每当不需要在工具侧上的任何转向流或补充流时，电子控制器可以使PRV断电并通过将转向泵的出口连接到储液器来使转向泵卸荷。通常来说，通过结合转向泵流来操控工具泵的流，可以使工具泵控制倾向于实现更高的系统效率。 [0112] 在图8的系统240中，工具阀242和工具阀243为中心关闭的类型。如图8所示，转向阀245可被选择成中心打开的阀。当不需要来自转向泵247的流时，预补偿器阀248可以完全打开，将泵流引导通过转向阀245的打开通道去往储液器250。同时可以通过控制器254操控可变位移工具泵252，以供应所需要的流。在回路中没有任何电子PRV的情况下，中心打开的转向阀在中间位置允许转向泵流排放到储液器。在工具侧上具有设定最大系统压力的主PRV 256。 [0113] 如在图9中所描绘的，另一解决方案将是使得螺线管操作的压力安全阀258反而被增加到固定位移转向泵260的出口。在不需要流的情况下，压力安全阀258可被断电，因此以非常低的泵压力而打开，使得损失和热产生量最小化。 [0114] 图7、图8和图9中的可变工具泵可以被调节以刚好输出所需要的流体量，因此可变工具泵不需要用于其过剩的流的任何额外的出口。 [0115] 在图7至图9中所示出的固定转向泵和可变工具泵配置具有这样的优点：如果需要用于负载保持目的，则在工具侧上具有备用流。在没有来自操作者的操纵杆输入的情况下，工具泵可被去除冲程至零位移，而固定转向泵可以输出与其容积和引擎速度成比例的流。通过同时控制预补偿阀开度并向电子PRV通电流，转向泵流的一部分可以受迫进入工具部分，并维持规定的压力。通常存在在来自控制器的泵位移命令与由于流而聚集的得到的压力之间涉及的一定延迟。来自转向泵的备用流可以在该延迟期间提供任何的负载保持功能。 [0116] 现在参照图10，类似于图4，示出了具有中心打开的工具阀282和中心打开的工具阀283的固定泵-固定泵式系统280。优先阀286优先考虑使来自转向泵287的流去往转向缸289和转向缸290，其中任何残余的流分流至工具阀。与来自工具泵293的流结合的这种来自转向泵的贡献可用于致动机械的工作液压。当没有转向需求时，所有的转向泵流被按路线发送至工具侧。 [0117] 图11中所示出的可变泵-固定泵式架构300与图5非常类似，除了几个差异。减压阀302代替图5的实施方式中的预补偿阀。转向歧管块304基本上实现与图5中优先阀块相同的功能。基于操作者对操纵杆的命令和转向负载感测压力信号，基于优先级将转向泵流引导至转向缸306和转向缸307，过量的/未使用的流找到其穿过工具回路310的路径。结合的流根据需要给作业功能提供动力。转向泵313为在负载感测控制(泵控制块315中示出的控制机制)下的可变位移泵。两个压力中更高的一者(转向负载感测压力或工具侧压力)确定在操作期间的任何时刻处的转向泵位移。图11中示出的可变泵-固定泵式系统具有这样的优点：由于转向泵的可变性质而使用比图10中的固定泵-固定泵式系统更少的引擎能量，该转向泵被控制成仅供应导致更少的节流损失所需的流。 [0118] 在图11的系统中还包括卸荷阀320，卸荷阀320在一些操作模式下类似于标准安全阀进行工作，在这些操作模式中系统使穿过安全阀的过量的流卸荷。当不使用工具时，线路321中的压力将不会高到足以打开卸荷阀，并且全部泵流将通过系统的中心打开的路径返回至储液器。 [0119] 转向泵将被优先考虑，并且在不需要来自工具泵的流时使工具泵卸荷。在转向歧管中的梭阀321增大转向泵313的位移，甚至是在这样的情况下：其中没有转向需求。该流将用于工具，但是在需要时将总是优先考虑转向。当供应到工具的压力不足时，通过关闭卸荷阀320将工具泵328的流增加至该压力。 [0121] 在图24中，黑色箭头示出仅转向的流。在图25中，箭头示出仅工具的动力流。在图26中，箭头示出转向的流和工具的动力流。 [0122] 在图12中，示出了修改的转向歧管330。图11示出了优先阀332作为标准安全阀而被内部馈送，而图12具有由选择器阀336馈送的优先阀334，选择器阀336经由线路337而由操纵杆命令控制。在图10中，优先级通过到转向回路的减压阀339与优先阀334的结合来实现。当不需要转向流，且需要其它的操纵杆功能时，来自转向泵的流被分流成用在工具上以及来自工具泵的流。图11示出了同一概念的转向歧管的替选实施方式。发送至转向回路的压力和流的稳定性通过在减压阀339上设置孔口442来实现。对其它工具的优先性通过减压阀39和优先阀334的结合来实现。当感测到操纵杆命令时，来自转向泵的压力通过向优先阀提供馈送的选择器阀336而得到馈送。发送到转向回路的最大压力可以通过减压阀的设定以及LS安全阀44的设定的结合来实现。这些实施方式均允许转向与工具之间的成比例的优先级。这意味着来自转向泵的流可以用于转向和工具而不损失对于转向优先级的需要，从而允许更高效地使用系统中的可用流且浪费较少的能量。 [0123] 图19示出了图11的架构的修改，其除了下面的不同之外是一样的。转向泵313是固定位移泵，且工具泵328是可变位移泵。来自转向泵的过量的流可通过转向歧管304中的优先阀332被按路线发送到工具侧。工具泵328(示出为在LS控制下)可被操作冲程以供应作业液压侧上所需要的剩余流。 [0124] 在图13中，可以看到类似于图11的系统的系统448具有可变泵-可变泵式结构，其中转向泵482和附属泵484均为可变位移类型。类似于转向泵482，工具泵484也可以基于工具侧485上的最高负载而处于负载感测控制下。在图13中示出了具有中心关闭的主阀488和中心关闭的主阀489的这样一种示例。这些主控制阀也可以为如上述系统中所示出的中心打开的类型。通过具有两个可变位移类型的泵的优点是，在机械刚好处于空载的那些时间段几乎不会浪费任何能量。但是这也在机械控制方面增加了更多的成本和复杂性。 [0125] 在上述的系统中，附属/工具阀由操作者操纵杆命令来控制，而可变位移泵处于负载感测控制下。与这种控制系统相对比，还可以使用替选的控制部件。如应该领会的，该新的控制方案能够获得优于该传统的基于负载感测的控制的某些优点。在该新的方案下，阀开度、泵位移和/或引擎节流阀通过电子控制器来控制，电子控制器接收操纵杆输入、引擎速度和其它相关的系统变量。 [0126] 图14示出了具有中心打开的阀492和中心打开的阀493的可变泵-固定泵式系统490。电子控制器495接收转向命令和来自操纵杆496的命令，并计算各个功能所需要的总的流需求以及总的流需求。基于当前的引擎速度和固定位移工具泵500的大小，控制器计算需要多少来自转向泵502的额外的流(如果有的话)来补偿需求和供应之间的差值。控制器还感测转向负载感测压力，并通过内置的查找表来将该转向负载感测压力与转向流需求相关联。可替选地，还可以具有旋转编码器来感测转向阀506的运动并估计转向流需求。 [0127] 利用引擎速度和泵的大小的知识，控制器495可以确定可变转向泵502的期望位移，从而可变转向泵502供应满足工具的任何补偿流加上转向需求所需的总的流速。控制器还可以致动优先阀，该优先阀代替图11中的转向歧管块的大部分，并且充当转向侧508和工具侧498之间的流分配器。这一新的流控制概念也可以通过控制节流阀来实现引擎管理，以用于引擎和泵之间的负载匹配。通过同时调节节流阀和泵位移，满足了需要的流和动力要求，同时改进机械效率以实现更好的燃料经济性。 [0128] 与图11中由回路中的操纵杆命令来直接驱动相反，图14中的电子控制器控制工具阀492和工具阀493。阀门开度通过各个作业功能的流需求以及可用的总的泵流来决定。在电子控制下，阀门开度可以与来自泵的流可用度同步，以避免由于泵响应中的延迟而引起的任何稳定性问题。 [0129] 在图15中示出了可变位移泵-可变位移泵式布置509。悬臂阀512和铲斗阀510为带有预补偿器阀的中心关闭的类型。在多致动器系统中的压力补偿的概念是众所周知的。操作者意图通过控制其致动主控制阀的操纵杆输入来控制致动器的速度。在多致动器系统中，不同的致动器通常经历不同的负载。假定进入致动缸的速度和因此的流速取决于打开面积和穿过计量孔口的压差，则如果没有办法控制阀两端的压差，同一操纵杆输入会导致不同的致动器速率。压力补偿的理念将独立于各个负载或泵压力来维持穿过所有的计量端口的恒定的或相同的压降，使得致动器速率直接是操作者的操纵杆命令的函数。 [0130] 通过分析可以表明，图15的系统中示出的预补偿阀除了在上一段落中所描述的它的压力补偿职责，还在泵超过需求的情况下实现流共享。在多致动器机械中，流共享是令人满意的性能，这确保了具有最高负载的致动器在来自泵的流超过需求的情况下不会损失流。在流共享回路中，所有的致动器(不管它们的负载)都在需求超过供应时成比例地减速。 [0131] 在图16中示出了固定位移泵-固定位移泵式回路。仅那些需要受控的元件(即工具侧阀520和522以及优先阀524)从电子控制器525得到它们的命令，如在之前提到的，电子控制器525监控所有相关的系统参数以及操纵杆输入并分配流以满足操作者需求。 [0132] 这一基于电子控制器的系统能够实现优于传统的负载感测的机械控制概念或其它类型的机械控制概念的多个优点。基于流的泵控制允许在不存在对维持固定的裕度压力的要求时更低的节流损失。另外，基于操作者的输入，由于泵和阀以前馈方式来控制，因而根据本发明的系统不再需要经受通常与负载感测系统相关联的系统响应中的延迟和偶然不稳定性。 [0133] 由于一个或多个可变泵可被控制成更好地利用可获得的引擎功率，因而这一新的控制架构有助于更好的引擎管理，因此实现更高的生产力。该新的控制架构还能够实现更快的系统响应、更大的稳定性、更好的引擎管理、更简单的设计和/或更高的生产力。 [0134] 图17示出了本发明的具有直接电子控制的又一实施方式。 [0135] 图18示意性地示出智能流控制架构。来自操作者600的转向命令和操纵杆命令被供应给电子控制器602。控制器从引擎604接收引擎速度和/或转矩信息以及经由相关联的传感器606接收机械参数，该相关联的传感器606感测机械对控制输入的响应614。控制器利用电磁致动或电液致动来命令主控制阀610的阀芯运动。控制器还控制一个或多个可变位移泵612的位移。 [0136] 图20与图14相同，除了更详细地示出了电子控制器的功能。电子控制器接收操作者命令和系统输入。操作者命令和系统输入由控制器使用，以计算用于各个功能的流需求以及总的泵流需求，然后提供相应的阀命令、引擎命令和泵命令。这些命令确定所期望的功能运动和机械响应。 [0137] 直接的电气控制能够实现优于传统的负载感测机械控制概念或其它类型的机械控制概念的多个优点。基于流的泵控制允许在不存在对维持固定的裕度压力的要求时更低的节流损失。另外，基于操作者的输入，由于泵和阀以前馈方式来控制，因而直接的电子控制减小或消除了通常与负载感测系统相关联的系统响应中的延迟和偶然不稳定性。另外能够实现更好的引擎管理。 [0138] 图21对应于图2并示出了通过使用电子控制器的动力流管理。引擎53(或其它马达)驱动固定位移泵46，该固定位移泵46的大小被设计成在其工作周期期间的任何给定时刻提供足以用于轮式装载机上的所有功能的流。电子控制器60感测作为压力传感器的输出的转向LS压力，并且如果存在电子控制器需要应用至预补偿阀56的任何校正信号，则电子控制器估计该校正信号。在正常操作中，当转向负载处于预期范围内时，控制器可以不将任何控制信号应用于预补偿阀56的螺线管56a，在该情况下，主转向阀58两端的压差单独通过预补偿阀56中的偏置弹簧56b来确定。由于转向阀两端的恒定的压降，因而去往转向缸47和转向缸48的流速与驾驶员的转向输入成比例。 [0139] 在导致潜在的不稳定性或压力冲击的负载压力振荡的情况下，例如在转向起始时，控制器60可以操控转向阀两端的压降。控制器计算并向预补偿阀56的螺线管56a应用控制电流信号。螺线管施加与弹簧56b的偏置相反的力，并使预补偿阀的阀芯移动至这样的位置：在该位置实现所期望的转向阀两端的压降。减小的通过转向阀的压差和所产生的针对给定开度的流速有助于使转向操作稳定。 [0140] 通常，在作业机械的转向系统中的冲击或振荡的发生对于操作者而言意味着失控的感觉，这导致了不良的可操作性和较低的生产力。因此，相较于作业机械的传统的布置，所提出的布置解决了与机械控制和操作者舒适性相关的显著问题。 [0141] 在负责向转向缸供应之后，剩余的泵流产生试图抵抗优先阀弹簧74a的偏置而打开优先阀74的泵出口压力和先导端口74b上的转向LS压力。一旦泵压力克服了相反的力，则其余的供应流去往工具部分。在图21中通过大的箭头示出了在优先阀已经打开时泵流的分配。由于具有使车辆始终能够转向的能力是最关键的方面，因而转向歧管76使转向优先于其它的作业功能。 [0142] 基于驾驶员的操纵杆输入，全部流或部分流可以用于致动悬臂缸和铲斗缸，而其余的流返回至储液器。 [0143] 图22对应于图3并示出了通过使用电子控制器的动力流管理。图22的具有单个可变位移泵的系统具有的功能类似于上面针对图21所描述的、使用固定位移泵的系统的功能，除了几个显著的不同之处。由于泵101是可变类型，因而控制器102可以基于机械的控制架构来调节泵101的位移。悬臂阀和铲斗阀可以是如图所示的后补偿型中心关闭的类型。后补偿阀在用于作业机械的泵流不足的情况下为作业功能件提供流共享能力。因为在不需要流时泵可被完全地去除冲程，所以可以使用中心关闭的阀。二位三路方向控制阀109将泵出口压力或转向LS压力连接到优先阀110的先导端口110a。如图22所示，作用在阀110的先导端口上的最高的操纵杆先导压力信号通过比较操作者产生的悬臂先导压力信号和操作者产生的铲斗先导压力信号而进行选择。 [0144] 如果没有对于悬臂操作或铲斗操作的操作者需求，则方向控制阀109在优先阀弹簧110b的偏置作用力下将泵压力连接到优先阀110的先导端口110a。因此，当车辆仅仅转向时，优先阀110保持关闭，而工具部分没有接收任何泵流。当操作者移动悬臂操纵杆或/和铲斗操纵杆112时，最高的操纵杆先导信号反作用于方向控制阀109的弹簧109a并使阀109向左移动，从而将转向LS压力线路114连接到优先阀110的先导端口110a。一旦建立克服弹簧和转向LS压力的足够的泵压力，则优先阀打开，向工具侧提供过量的泵流。悬臂阀和铲斗阀在它们各自的操纵杆先导压力输入的作用下被致动，并且将所需要的泵流引导到致动器缸113、致动器缸122和致动器缸124。在图22中通过大的箭头示出了在优先阀已经打开时泵流的分配。 [0145] 泵101的位移控制通过电子控制器102来实现。电子控制器感测转向LS压力信号、工具LS压力信号和泵出口压力信号，并计算所期望的泵位移。在根据本发明的这一实施方式和其它的实施方式中所提出的控制架构可灵活到足以允许实施无数的泵控制算法。两个示例为负载感测和流控制，但其它的策略也是可能的。类似于常规的LS系统，泵位移可被控制成使泵出口压力维持比最高负载压力高固定(或可变)裕度。 [0146] 在流控制架构中，除了压力信号，控制器还接收用于各个工具的操纵杆输入，以捕获“操作者意图”，如在图23中所示，这是图22中所示出的架构的变型。基于这些操纵杆输入I1、I2、I3和I4，控制器102估计在负责泄露和其它的损失之后的每一个致动器122、123、124的流需求和总的泵流。在考虑机械的当前操作条件(例如引擎速度)之后，这些流速被转化成所期望的泵101的位移和用于工具阀119和工具阀120的阀芯冲程。电子控制器发送出用于将泵位移以及悬臂阀运动和铲斗阀运动控制到其期望的值的命令信号。由于从操作者的操纵杆读取所有的输入，因而基于需要的总的流计算所期望的泵位移可以被认为是前馈式控制。为了改进泵控制的精确度和系统响应，可以增加小的反馈环路，以监控泵出口压力，从而确保泵出口压力总是保持比机械中的最高负载压力高一定的量。 [0147] 在流控制架构中同时的泵和阀控制的一个优点是：相较于常规的负载感测系统，更快的机械响应和更低的压力波动导致更高的生产力。 [0148] 尽管已经参照某个实施方式示出并描述本发明，但显然本领域技术人员在阅读和理解本说明书和附图后将想到等效变型和修改。特别是，考虑到由上述部件执行的各种功能，用来描述这些部件的术语(包括涉及的“方法”)除非另有说明，均旨在对应于执行所描述的部件的具体功能的任一部件(即，功能等效)，虽然没有在结构上等同于执行示出本发明的示例性实施方式的本文中的功能的结构。另外，尽管本发明的特定特征可以已经参照数个实施方式中的仅一个进行了公开，但这种特征可以与其它实施方式的一个或多个其它的特征组合，如对于任何给定或特定的应用可以是期望的和有利的。 |
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