技术领域
[0001] 公开的
实施例涉及液压流控制系统。它们在添加于
原动机(诸如滑动转向装载机)的系统的背景下被描述，但是相信在其它应用中也是有用的。
背景技术
[0002] 施工装备和特别是该示例中的滑动转向装载机使用
发动机(通常是柴油机)来为地面驱动系统以及机载的液压系统(诸如装载机升降器、铲斗后倾翻器(bucket rollback)等)两者提供功率。除了用于地面接合轮或轨道的驱动
泵和用以提升臂的泵之外，附加的泵可联接于发动机以提供被称为辅流的用于运行附属件的外部
流体功率源。可选或辅助的附属件例如可包括动
力驱动器具，诸如
甩刀式割草机、刨机、锯、槽
铣刀、清扫机、耕作机、钻孔机、气锤、伐根切割机、
沥青磨碎机、
挖沟机、削片机等。合乎需要的是，分配与系统中的流体流和泵相关联的转矩，以使施加于相应的联接器和发动机的转矩不超过转矩容许极限。
发明内容
[0003] 公开了一种用于在具有动力驱动器具的工作车辆中使用的液压系统。在一个实施例中，系统包括
串联联接的多个可变和/或固定排量泵。与泵相关联的排量
传感器和
压力传感器监测并且报告系统内的转矩。逻辑编程
控制器，诸如计算机，监测排量并压力报告，并且如果需要，可改变泵排量以将每个驱动联接器和每个前述联接装置保持在其设计极限内。控制器可连续监测并且以最佳方式分配发动机的转矩。
[0004] 公开的一个实施例是一种用于分配来自原动机上的发动机功率输出的转矩的系统，其包括第一可变排量泵，其能够操作成驱动第一地面作用元件，以及在原动机的发动机功率输出和第一可变排量泵之间的第一联接器。还包括第二可变排量泵，其能够操作成驱动第二地面作用元件，以及在第一可变排量泵和第二可变排量泵之间的第二联接器。可变排量附属泵联接于第二可变排量泵并且能够操作成为工具器具提供功率。每个联接器具有额定转矩负载，并且施加于第二联接器的总转矩负载为由附属泵和第二可变排量泵施加的转矩负载之和。此外，施加于第一联接器的总转矩负载为由附属泵、第二可变排量泵和第一可变排量泵施加的转矩负载之和。还包括控制器，其监测施加于第一联接器和第二联接器的转矩负载，使得控制器施加控制逻辑以在第一或第二联接元件的转矩负载接近该联接元件的额定转矩负载时，减小可变排量泵中的一个或更多个的排量。
[0005] 控制逻辑的各个方面也被公开。在一个方面，控制器使用与每个可变排量泵相关联的压力传感器和排量传感器监测施加于第一联接器和第二联接器的转矩负载。在另一个方面，控制器利用优先控制逻辑编程，以按关于第一和第二可变排量泵的操作的优先顺序减小附属可变排量泵的操作。在又一个方面，控制器利用优先控制逻辑编程，以按关于第一和第二可变排量泵的操作的分配比例控制附属可变排量泵的操作。在另一个方面，控制器利用控制逻辑编程，以基于附属供给速率和地面作用移动速率中的一个或更多个的测量结果来控制可变排量泵中的一个或更多个的排量。在再一个方面，控制器还利用控制逻辑编程，以连同控制可变排量泵来控制附属供给速率和地面作用移动速率中的一个或更多个。
[0006] 在另一个方面，系统包括联接于附属泵的装载机泵，在第二可变排量泵和附属可变排量泵之间的第三联接器。在该布置中，施加于第三联接器的总转矩负载为由附属泵和装载机泵施加的转矩负载之和，控制器监测施加于第三联接器的转矩负载，并且控制器施加控制逻辑以在第三联接器的转矩负载接近该联接器的额定转矩负载时，减小附属泵的排量。
[0007] 在以下公开的系统的另一个实施例中，第一可变排量泵联接于滑动转向装载机的发动机输出。在相关实施例中，动力工具选自包含以下的组：甩刀式割草机、刨机、锯、槽铣刀、清扫机、耕作机、钻孔机、气锤、伐根切割机、沥青磨碎机、挖沟机，以及削片机。
[0008] 还公开了一种用于分配来自原动机上的发动机功率输出的转矩的系统，其包括：包括一个或更多个可变排量泵的多个泵，其中泵中的初始泵联接于原动机的发动机功率输出，并且多个泵与最接近发动机的初始泵串联布置，该初始泵后面是后续的泵并且包括离发动机最远的泵。初始联接元件布置在发动机功率输出和初始泵之间，其中，后续的联接元件布置在形成串联的多个泵的相邻泵之间，每个联接元件具有额定转矩负载。施加于每个联接元件的总转矩负载为由该联接元件后续的泵施加的转矩负载之和。控制器监测施加于每个联接元件的转矩负载，施加预先编程逻辑和测得的转矩负载以在联接元件的转矩负载接近该联接元件的额定转矩负载时，可控地改变该联接元件后续的一个或更多个可变排量泵的排量。
[0009] 该实施例包括控制器逻辑的各个方面。在一个方面，控制器使用与每个可变排量泵相关联的压力传感器和排量传感器监测由一个或更多个可变排量泵施加于联接元件的转矩负载。在另一个方面，多个泵包括一个或更多个固定排量泵，并且其中控制器使用与每个固定排量泵相关联的压力传感器监测由一个或更多个固定排量泵施加于联接元件的转矩负载。
[0010] 在系统和控制逻辑的类似相关实施例中，多个泵包括两个或更多个可变排量泵，并且控制器利用优先控制逻辑编程，以按优先顺序控制两个或更多个可变排量泵的操作。在另一个方面，多个泵包括两个或更多个可变排量泵，并且控制器利用优先控制逻辑编程，以按分配比例控制两个或更多个可变排量泵的操作。最后，公开了第三方面，其中多个泵包括两个或更多个可变排量泵，并且控制器利用控制逻辑编程，以基于通过多个泵的一个或更多个元件的操作独立地控制两个或更多个可变排量泵的排量。
[0011] 在另一个实施例中，一种用于分配来自原动机上的发动机功率输出的转矩的系统，其包括：多个泵，其包括两个或更多个可变排量泵，并且泵中的初始泵联接于原动机的发动机功率输出。多个泵与最接近发动机的初始泵串联布置，该初始泵后面是后续的泵并且包括离发动机最远的泵。初始联接元件布置在发动机功率输出和初始泵之间，并且其中，后续的联接元件布置在形成串联的多个泵的相邻泵之间，每个联接元件具有额定转矩负载。施加于每个联接元件的总转矩负载为由该联接元件后续的泵施加的转矩负载之和。控制器监测施加于每个联接元件的转矩负载，并且控制器施加预先编程逻辑和测得的转矩负载以在联接元件的转矩负载接近该联接元件的额定转矩负载时，可控地改变一个或更多个可变排量泵的排量，以减小系统内的转矩。
[0012] 控制器逻辑的各个方面也连同该实施例被公开。在一个方面，控制器施加预先编程逻辑和测得的转矩负载以可控地增大系统内的一个或更多个可变排量泵的排量，同时保持施加于系统中的每个联接元件的转矩负载低于该联接元件的额定转矩负载。在另一个方面，控制器利用优先控制逻辑编程，以按优先顺序增大两个或更多个可变排量泵的排量，同时保持施加于系统中的每个联接元件的转矩负载低于该联接元件的额定转矩负载。在再一个方面，控制器利用优先控制逻辑编程，以按优先顺序减小两个或更多个可变排量泵的排量，以保持施加于系统中的每个联接元件的转矩负载低于该联接元件的额定转矩负载。而且在又一个相关方面，控制器利用优先控制逻辑编程，以按分配比例可控地增大或减小两个或更多个可变排量泵的排量，同时保持施加于系统中的每个联接元件的转矩负载低于该联接元件的额定转矩负载。
[0013] 本发明的实施例的其它目的和优点从
说明书、
附图和
权利要求为显而易见的。
附图说明
[0014] 图1是根据本公开的一个实施例的发动机和泵布置的分解示意图。
[0015] 图2是构造成使用图1的发动机和泵布置的原动机的一个实施例的透视图。
具体实施方式
[0016] 为了促进本公开的原理的理解，现在将参照附图中示出的实施例，并且特定语言将用于描述该实施例。然而，将理解，从而不意在限制权力要求的范围，所示装置中的此类改变和另外的
修改，以及如本文中示出的本公开的原理的此类另外的应用如本公开所涉及的本领域技术人员通常将想到地被构想。
[0017] 在液压系统内的泵中，转矩可根据压力和泵排量来计算。具体地，转矩(τ)由以下公式给出：
[0018]
[0019] 其中，τ是以英寸-磅为单位的转矩，P是以磅每平方英寸为单位的压力，而D是以立方英寸每圈为单位的测得的排量。典型地，系统将通过观看每个泵可放在每个联接装置上的最大可能负载来设计。从离发动机最远的泵开始，总转矩计算为转矩之和，该转矩可放在朝向最接近发动机的联接器工作的每个后续联接装置上。然而，施加于联接装置的总转矩不可超过其特定转矩极限。泵可为固定排量泵和/或可变排量泵的组合。在实际实践中，成串的泵中的每一个将总是需要以最大排量和最大压力运行是很少见的。然而，由于可能性存在，故设计极限基于理论最大组合转矩负载。将该系统保持在设计极限内的需要可严格地限制此类现有布置中的每个泵所允许的可用转矩。
[0020] 本系统的实施例使用感侧串联的每个泵的排量和压力的传感器和计算机布置。在固定排量泵上，仅监测压力。在可变排量泵上，压力和流被监测以测量转矩，并且可由计算机控制。利用编程到计算机中的控制逻辑，可变排量泵可系统地改变排量，以将每个驱动联接器和/或每个前述联接装置保持在其设计极限内，因此根据通过连续监测和将转矩分配至合适的功能的总液压输出转矩的更好使用。
[0021] 图1示出了包括发动机和泵的系统10的示例性实施例的示意图。发动机20是主动力源，典型地安装在原动机(诸如牵引机或滑动/转向装载机)上。联接于发动机20的是驱动泵，诸如第一泵30和第二泵40。第一泵30和第二泵40典型地用于驱动地面作用元件，诸如轮或轨道/
踏板。在所示的示例中，第一泵30驱动左侧地面驱动器，而第二泵40驱动右侧地面驱动器，但是可任选地颠倒。
[0022] 第一泵30包括输入
驱动轴32，其使用联接装置26连接于来自发动机20的功率输出。来自发动机20的功率输出可为
飞轮、
直接驱动轴、功率引出带或链或另一种类型的机械功率传递连接。第一泵30包括经由联接装置36联接于第二泵40的
输入轴42的
输出轴34。
[0023] 在所示的示例中，第二泵40与起充液泵作用的内第三泵50组合，以提供由于系统内的压力下降而引起的补充压力和/或提供用于控制器(诸如压力操作先导控制
阀)的压力。
[0024] 在所示版本中，第四或附属泵60联接于第二泵40。输入驱动轴62使用联接装置46联接于来自泵40的功率输出轴44。可用于装载机和其它装备功能的第五泵70联接于第四泵60。第五泵70由经由联接装置66联接于输出轴64的输入轴72驱动。系统10中的所示串联中的泵的布置出于示范的目的，可按特定系统布置的需要任选地使用可选的泵和功能的顺序以及更多或更少的泵。
[0025] 能够用作联接装置26，36，46和66的联接布置的示例是与输入轴和输出轴匹配的且如示出地散置于泵之间的用
花键联接的阳/阴联接元件；然而，可使用其它联接布置。在较不合乎需要的装置中，不利用联接件将输入部连接于输出部的单轴可被使用，在该情况下，轴的转矩极限将为限制值。输入/输出轴在本文中作为示例被讨论，但是其它机械功率传递方法(诸如带，链驱动器或传动装置)可被使用。在任选的可选方案中，如果施加的转矩超过设计
阈值，则与传递功率脱离的分离联接装置可被使用。
[0026] 系统10可例如与滑动转向装载机或类似支承车辆一起使用，该滑动转向装载机或类似支承车辆的实施例在图2中以100示出。滑动转向装载机100是一种支承车辆，其具有
框架112、例如由泵30和40驱动的四个轮114或轨道、操作员
位置(诸如具有座位118的操纵室或
驾驶室106、以及一对左和右前提升臂120。左和右
液压缸122可与提升臂120
配对，并且可例如由泵70驱动以升高和降低提升臂120。动力驱动的工作工具器具128可例如通过与提升臂联接和脱开而可交换地安装于滑动转向装载机，并且联接于由附属泵60供应的功率。来自附属泵60的功率通过液压流体穿过流体压力管线124和返回管线126的流动来供应。动力驱动的工具器具的示例包括甩刀式割草机、刨机(图2中示出)、锯、槽铣刀、清扫机、耕作机、钻孔机、气锤、伐根切割机、沥青磨碎机、挖沟机，以及削片机。
[0027] 一些器具要求低压力和液压流体穿过管线124至器具的高或低流体积，而其它需要高压力和高或低流体积。出于例示的目的，高流/低压力系统的示例将为3300psi下的40gpm，而高压力/低流系统的示例将为4200psi下的34gpm。这些示例被认为是基于设计的数字，实际操作中的流和压力可取决于系统设置和负载变化。
[0028] 滑动转向装载机典型地包括带有液压流体供应源的液压储存器。每个
液压泵典型地经由供应管线从储存器抽出液压流体，并且在压力下将流体给送至由泵驱动的系统元件。离开从动元件的流体可返回至储存器或者可选地可再循环回到泵。在某些实施例中，一个或更多个泵中的流体流可颠倒以使从动元件的操作颠倒。流体流方向和压力可优选地使用电螺线管和/或液压控制
开关、流量阀和止回阀来调节和控制。
[0029] 系统10示出为使用了可变排量泵和固定排量泵的组合。如所示，泵30，40和60是可变排量泵，而泵50和70是固定排量泵。可变排量泵典型地允许输出压力和流在某一范围内连续地变化和被控制，而固定排量泵具有预先确定的输出。系统10中使用的示例是出于示范的目的，固定和可变排量泵的交替排列可被可选地使用。
[0030] 系统10并入与系统10内的每个泵相关联的压力传感器和排量传感器中的一个或两者。典型地，每个可变排量泵(诸如泵30，40和60)并入压力传感器38，48和68和排量传感器39，49和69两者。典型地，每个固定排量泵仅并入压力传感器，诸如与泵50和70相关联的传感器58和78。每个传感器将感测的压力或排量报告给控制系统，诸如计算机或PLC布置。
[0031] 系统10的其它实施例也被设想。例如，用于分配来自原动机上的发动机功率输出的转矩的系统包括多个泵，其包括一个或更多个可变排量泵。泵中的初始泵联接于原动机的发动机功率输出，并且多个泵与最接近发动机的泵中的初始泵串联布置，该初始泵后面是后续的泵并且包括离发动机最远的泵。初始联接元件布置在发动机功率输出与初始泵之间，并且后续的联接元件布置在形成串联的多个泵中的相邻泵之间，每个联接元件具有额定转矩负载。施加于每个联接元件的总转矩负载为由该联接元件后续的泵施加的转矩负载之和。监测施加于每个联接元件的转矩负载的控制器施加预先编程逻辑和测得的转矩负载，以在联接元件的转矩负载接近该联接元件的额定转矩负载时，可控地改变该联接元件后续的一个或更多个可变排量泵的排量。
[0032] 在另一个相关实施例中，以上讨论的泵中的初始泵是能够操作成驱动第一地面作用元件的第一可变排量泵，而一个或更多个可变排量泵包括能够操作成驱动第二地面作用元件的第二可变排量泵。当第一或第二联接元件的转矩负载接近该联接元件的额定转矩负载时，控制器施加控制逻辑以减小可变排量泵中的一个或更多个的排量。
[0033] 在另一个可选实施例中，以上讨论的多个泵包括两个或更多个可变排量泵，其中泵中的初始泵联接于原动机的发动机功率输出，并且其中控制器施加预先编程逻辑和测得的转矩负载，以在联接元件的转矩负载接近该联接元件的额定转矩负载时，可控地改变一个或更多个可变排量泵的排量，以减小系统内的转矩。
[0034] 控制系统并入预先编程逻辑和传感器测量结果以监测转矩，并且可响应于感测的条件控制系统10内的泵。根据需要，泵可系统且独立地改变排量，以控制施加于每个驱动联接器的转矩和对应地施加于每个前述联接装置的转矩，以将施加于联接装置中的每一个的转矩保持在它们的设计极限内，因此根据通过连续监测和分配可用转矩的液压输出转矩的更好使用。
[0035] 在所示构造中，驱动泵30和40以及附属泵60和泵70能够以它们的
指定最大流和额定压力运行，除非或直到联接装置中的任一个中的规定转矩极限被接近或满足。例如，对于系统10内的每个联接装置而言，规定的转矩极限可为最大允许转矩的85％。最大允许转矩典型地由联接装置供应商设定。
[0036] 如果转矩极限被接近或满足，则控制系统逻辑地减小可变排量泵中的一个或更多个的排量，以减小系统中的总转矩。在一个示例中，控制器中的控制逻辑通过减小或增大联接于接近其转矩极限的联接元件的、离发动机最远的下一个泵的排量来改变联接装置26，36和46上的转矩负载。例如，如果联接元件36接近其转矩极限，则控制器增大和减小泵
40中的排量以从泵40获得不超过联接元件36的转矩极限的期望输出。如果改变链中的第一接连泵(该实例中的泵40)中的排量不缓和给定联接元件上的潜在过大转矩要求，则控制器减小链中的离发动机最远的下一个泵(该示例中的泵60)的排量。以该方式，控制逻辑改变排量以使最大可用转矩输出能够服从操作者的控制。
[0037] 可选地，控制系统可通过减小泵30和40中的排量来优先首先减小至地面驱动元件的功率，以减小原动机的地面速度同时保持至附属泵60的全功率。在该示例中，控制器在大约同一时间近似等量地改变两个或更多个泵中的排量。这是有利的，因为在大约同一时间发生的泵30和40的排量的相当大差别可导致车辆作出非预期的左转或右转。因此，在该情况下，如果联接元件26或36中的任一个接近其转矩极限，则控制器在大约同一时间几乎等量地独立地改变泵30和40的排量，并且监测遍及系统的所得转矩负载。当泵30和40可用的
最大转矩减小时，操作者可经历例如迟缓转向反馈或减小的前进速度，因为通过减小最后的附属器具或动力驱动的器具可用的转矩，功率优先有利于动力驱动的器具。当联接装置26和36上的转矩负载减小时，控制器增大泵30和40中的排量，使地面驱动元件能够服从操作者的命令在最大能力下操作。
[0038] 在某些布置中，减小地面速度可具有直接和间接的转矩减小效果。例如，当使用某些附件，诸如沥青刨机(如图2中所示)或另一种类型的切割工具时，泵60内的施加的转矩可部分地为原动机的地面速度的函数，例如对刨机或切割工具的阻力可导致转矩反馈到附属泵60中。在此类布置中，通过直接减小至地面元件的功率来减小原动机的地面速度也对应地减小了至附件的阻力，并且因此可通过减小施加于附属泵60的转矩来间接地减小系统10中的转矩。
[0039] 更宽泛地说，施加于附属泵60的转矩可为附件的供给速率的函数、地面速度的函数，或使附件以不同方式移动的函数。控制系统可逻辑地控制系统中的一个或更多个泵的排量，或者可选地可控制不同附件移动布置，以减小附件供给速率和对应地减小总系统转矩。例如，控制器逻辑可编程成独立地保持附属泵60中所需的转矩，同时还在必要时改变地面元件泵30和40的排量。以该方式，控制器优先向附属泵60提供转矩，同时改变车辆的最大可用前进速度以避免超过联接装置26，36和46上的转矩极限。
[0040] 在另一个示例中，控制系统可编程成优先首先减小附属泵60中的排量，并且从而减小至附件的功率，同时允许地面驱动泵30和40服从操作者的控制以最大可用功率操作。在该示例中，如果确定联接元件26，36或46中的任一个接近它们的转矩极限，则控制器逻辑首先调节泵60的排量。如果这些调节不足，则只改变地面驱动泵30和40中的排量，从而修改车辆速度和/或转向响应性。控制器逻辑可编程成保持地面元件泵30和40中的所需转矩，同时改变附属泵60的排量。因此，控制器优先向地面元件泵30和40提供转矩，以在将可用转矩分配至附属泵60之前保持选择的速度。
[0041] 如果首次减小不足，则控制系统可按优先顺序和/或按
选定比例减小多个泵中的排量。以上讨论的逻辑的各种组合也被设想。例如，在过大的转矩可要求控制器在减小至地面驱动元件泵30和40的流之前首先完全消除至附属泵60的所有流，并且从而完全停止功率工具器具128的情况下，控制器可替换地编程成首先使泵60的排量以预先确定的百分数诸如10％递增地减小，同时如果联接元件中的任一个上的转矩接近它们相应的极限，也同时使所有其它可变排量泵的排量以另一个预先确定百分数诸如1％减小。这将有效地降低车辆和功率工具器具128的总性能，而没有完全停止任何一个系统同时使一个系统优先于另一个系统。同样地，控制逻辑可优先颠倒，并且编程成使地面驱动元件泵30和40的排量以预先确定百分数诸如8％减小，同时使所有其它可变排量泵的排量以另一个预先确定百分数诸如2％减小。
[0042] 在另一个示例中，控制器可编程成通过改变总转矩输入诸如通过调整发动机的
节流阀来避免超过联接装置26，36和46的转矩极限。在该情况下，操作者可以以特别设置设定节流阀，接着，当控制器感测到系统10中的联接装置中的一个或更多个接近其转矩极限时，节流阀可被递增地改变以避免超过这些极限。例如，在控制器不将节流阀调节超过操作者的设置的情况下，该示例中由控制器作出的调节服从由操作者作出的改变。
[0043] 如以上讨论的，优选地一旦系统10内的总转矩低于转矩极限，则控制系统恢复系统10内的排量，以只要不再次超过转矩极限，则实现系统10内的每个泵中的最大期望排量。选定的泵的排量恢复的顺序可根据需要和如以上讨论地被列入优先、分配和控制。
[0044] 大体上，控制系统能够动态地平衡，并且根据期望的优先控制系统10内的泵中的排量，以分配来自发动机的总可用转矩，以优化供应至附件的功率以及地面驱动功率和其它系统功率，同时保持总转矩和每个联接器的单个转矩低于编程的转矩极限。
[0045] 在其它实施例中，适当的传感器可用于监测可选或附加的变量，诸如流体、泵或联接装置的
温度，或者流体的有/无，以优化系统状态和优选地允许系统的控制用于使系统上的磨损和破损最小化。在某些实施例中，传感器和控制系统经由计量器、显示器、灯或类似状态指示器向操作者显示系统状态信息指示，并且如果指定的系统阈值被触发，则可提供视觉或听觉的警报。
[0046] 转矩分配系统已经在其在滑动转向装载机中使用的背景下被描述；然而，应当理解，本转矩分配系统不限于在滑动转向装载机中使用。转矩分配系统可与其它装载机或工作车辆一起使用，或者甚至在非工作车辆或固定设备中使用，其中，液压系统中的流和压力的选择性可变性是期望的。
[0047] 虽然所示实施例在附图和先前的说明书中已经被详述，但是所示实施例将被认为在特征方面是说明性的而非限制性的，理解的是，已经示出和描述了仅优选实施例，并且落入本发明的精神内的所有变化和修改期望被保护。冠词″一″，″一个″，″所述″和″该″不限于单个元件，并且包括一个或更多个此类元件。
