技术领域
[0001] 本
发明总体上涉及一种用于控制枢转地附接到可变排量
液压泵上的旋转
斜盘的
角度的方法和装置，更具体地涉及用于控制过中心泵(over-center pump)的旋转斜盘的方法和装置。
背景技术
[0002] 可变排量液压泵广泛用于液压系统以提供用于各种应用的加压液压
流体。多种机器例如
推土机、装载机等很大程度上依靠液压系统操作，并利用可变排量泵来提供比固定排量泵更大的控制程度。
[0003] 已利用各种控制方案来控制此类可变排量液压泵的旋转斜盘角度。2001年5月16日
申请的、授予Hongliu Du的美国
专利No.6,623,247中公开了一种这样的控制方案。然而，提供具有过中心能
力的响应性控制方案可为有益的。
发明内容
[0004] 本发明的第一方面提供了一种液压系统，该液压系统具有：具有可绕一轴线旋转的旋转斜盘的可变排量液压泵；配置成使旋转斜盘绕所述轴线沿第一方向旋转的第一液压
致动器；配置成使旋转斜盘绕所述轴线沿第二方向旋转的第二液压致动器；所述第二方向与所述第一方向相反；配置成向第一致动器提供加压流体的第一流动控制
阀；和配置成向第二致动器提供加压流体的第二流动
控制阀。
[0005] 本发明的第二方面提供了一种用于控制可变排量液压装置的旋转斜盘定向的方法，该方法包括：将可变排量液压装置配置成通过经第一流动控制阀将加压流体引导到第一控制致动器以在旋转斜盘上形成沿第一方向的力矩而充当泵的第一步骤。该方法还包括将可变排量液压装置配置成通过经第二流动控制阀将加压流体引导到第二控制致动器以在旋转斜盘上形成沿第二方向的力矩而充当
马达的第二步骤，所述第二方向与所述第一方向相反。
附图说明
[0006] 图1是示例性机器的侧视图；
[0007] 图2是示例性传动装置的示意图；
[0008] 图3是示例性泵和相关的控制
硬件的示意图；
[0009] 图4是位于阻流
位置的示例性阀的示意图；
[0010] 图5是位于通流位置的示例性阀的示意图；和
[0011] 图6是位于排放位置的示例性阀的示意图。
具体实施方式
[0012] 图1图示了示例性机器10。机器10可以是执行与诸如采矿、建筑、耕种之类的行业或任何其它行业相关的某类操作的固定或移动机器。例如，机器10可以是移土机器，例如推土机、装载机、反铲装载机、挖掘机、自行平路机、自卸货车或任何其它移土机器。机器10还可包括发
电机组、泵、船用器皿或任何其它合适的机器。参见图1和2，机器10可包括
框架12、机具14、
发动机16、诸如
车轮或
履带之类的牵引装置18和用于将动力从发动机16传递到牵引装置18的传动装置20。
[0013] 如图2所示，传动装置20例如可以是静液压传动装置并且可包括主泵22、马达24和旁通
安全阀26。根据本发明，主泵22可以是可变排量泵，例如可变排量轴向
活塞泵，马达24可以是固定排量
液压马达。然而，马达24可以替代地为可变排量马达。传动装置20还可包括向旋转斜盘控制硬件30提供加压流体的加料泵28，该旋转斜盘控制硬件30在图3中更详细地示出。
[0014] 根据其中马达24为固定排量马达的
实施例，传动装置20的速度和
扭矩控制可至少部分地通过调节泵22的排量来完成。对于可变排量轴向
活塞泵，通过改变旋转斜盘32的倾斜角度来控制排量，如图3所示。图3还图示了能够控制旋转斜盘32的角度的控制硬件30。
[0015] 如图3所示，旋转斜盘32绕旋转斜盘枢转点34倾斜。旋转斜盘32由配置成分别从两个控制阀40、42接收加压流体的两个液压控制致动器36、38致动。在图示的实施例中，控制阀40、42是三向流动控制阀，用于控制加压流体在加压流体源、控制致动器36、38和低压储器例如罐46之间的流动。在图示的实施例中，加压流体源是加料泵28。
[0016] 每个控制致动器36、38均可包括配置在腔室52中的活塞50。活塞50在旋转斜盘32上施力。两个活塞50所施加的力在旋转斜盘32上形成相反的力矩，并且活塞50的运动改变旋转斜盘32的倾斜角度α。旋转斜盘角度α可如本领域中可公知的通过旋转斜盘角度
传感器进行监控。活塞50的运动通过加压流体进入和离开相应的腔室52来实现。加压流体流入和流出腔室52由控制阀40、42控制。
[0017] 控制阀40、42可以是具有阀芯44的流动控制阀，所述阀芯可在允许加压流体在加料泵28与相应的控制致动器36、38之间流动的通流位置、将相应的控制致动器36、38与加料泵28和罐46两者基本上液压地隔离的阻流位置、以及允许流体从相应的控制致动器36、38流向罐46的排放位置之间移动。控制阀40、42也可是平滑调整的，使得可在通流位置、阻流位置和排放位置之间实现任何数量的位置。阀芯44可由螺线管48或本领域中公知的其它致动装置致动。在所描绘的实施例中，螺线管48的致动力可由
弹簧54对抗。
[0018] 图4图示了位于阻流位置的控制阀40、42。如图所示，当阀芯44位于阻流位置时，基本上既防止了流体从加料泵28通至相应的控制致动器36、38，又防止了流体从相应的控制致动器36、38通至罐46。在图4-6中，PT代表与罐46直接连通的液压压力，PS代表与加料泵28直接连通的液压压力，PC代表与控制致动器36、38直接连通的液压压力。可从下式1计算阀芯上的稳态力平衡。
[0019] (1)Fsol，0＝ksprg(x0+δprecomp)
[0020] 在式1中，Fsol，0是螺线管48力；Ksprg是弹簧
刚度；δprecomp是螺线管48力为零时的弹簧预压缩量；且x0是在阻流位置的阀芯位移。螺线管48的力通常可根据下式2表达。
[0021] (2)Fsol，0＝kisibias
[0022] 在式2中，kis是稳态螺线管48
电流-力增益且ibias是螺线管48电流。因此，在式2成立的情况下，可根据下式3计算用于维持阻流位置的稳态螺线管48电流，即
偏压电流。
[0023]
[0024] 图5图示了位于通流位置的控制阀40、42。可根据下式4描述在该通流位置的螺线管48力。
[0025] (4)Fsol＝ksprg(Δx+x0+δprecomp)+CffA(Δx)(Ps-Pc)
[0026] 在式4中，Δx是阀芯44离开其阻流位置的位移；Cff是阀流体力系数；且A是阀计量面积，其取决于阀芯44的位置。结合式1-4，可根据下式5表达isol。
[0027]
[0028] 图6图示了位于排放位置的控制阀40、42，其中允许流体从控制致动器36、38流向罐46。在这种情况下，稳态流体力抵抗弹簧54工作，而不是像通流位置的情况下那样抵抗螺线管48。因此，我们可获得如下式(6)中表达的稳态螺线管电流。
[0029]
[0030] 两个控制阀40、42可在它们的阻流位置周围被相应控制。对控制阀40、42使用两个三向流动控制阀提供了大的灵活量以与流体计量要求相匹配。对于闭环反馈控制，可根据下式(7)和(8)来表达用于两个螺线管48的控制电流。
[0031] (7)isol1＝ibias1+f1(Δe)
[0032] (8)isol2＝ibias2-f2(Δe)
[0033] 其中f1(Δe)和f2(Δe)是通过所采用的控制定律计算出的控制效力(effort)，其可取决于
跟踪误差。可使用本领域中公知的多种稳定控制
算法来确定f1(Δe)和f2(Δe)。
[0034] 由于控制致动器36、38中的
泄漏，阻流位置可朝通流位置改变，以将旋转斜盘32维持在稳态位置。由此，用于维持稳态旋转斜盘位置的对应的螺线管48电流可从通过式3给出的螺线管48偏压电流增加。假设泄漏呈
层流形式，则稳态螺线管48电流可线性地取决于控制致动器36、38中的流体压力并且相反地取决于流体
粘度。可设置
压力传感器以监控控制致动器36、38中的流体压力，从而有助于确定稳态螺线管48电流。
[0036] 上述控制硬件30可用于任何数量的液压系统中，例如设计成向机具14、液压传动装置20或利用液压动力的混合传动装置提供动力的系统。参考图3，可通过增大旋转斜盘角度α来实现泵22排量的增加。这可通过将控制阀42致动到通流位置并且将控制阀40致动到排放位置来完成。相反，可通过将控制阀42致动到排放位置并且将控制阀40致动到通流位置来减少泵22排量。
[0037] 如果泵22是过中心泵，如图3所示，可使旋转斜盘角度α为负，在这种情况下，泵22可充当马达。可这样做以例如延迟液压传动装置20的运动，在这种情况下，通过泵产生的动力例如可被反馈到传动系，被储存以用于其它目的，或者仅作为热量耗散。
[0038] 一旦实现所需的泵22位移，即旋转斜盘角度α，控制阀40、42便可如上所述配置成维持稳态旋转斜盘角度α。
[0039] 对本领域的技术人员来说显而易见的是，可在不脱离本发明的范围或精神的情况下对所公开的装置和控制方法作出各种
修改和变更。另外，根据
说明书和对本文公开的装置和方法的实施，所公开的装置和控制方法的其它实施例对本领域的技术人员来说将是显而易见的。说明书和示例应当仅被认为是示例性的。
