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1、10申请公布号CN104093993A43申请公布日20141008CN104093993A21申请号201380007452622申请日2013011661/593,07220120131USF15B11/00200601E02F9/22200601F15B21/0820060171申请人伊顿公司地址美国俄亥俄州72发明人WL吉尔霍夫74专利代理机构北京市中咨律师事务所11247代理人牛晓玲吴鹏54发明名称用于在液压系统中维持恒定负载的系统和方法57摘要一种液压系统，包括从储器24抽取流体的泵22和具有第一端口和第二端口的致动器26。计量阀装置28控制通过所述致动器的流体流量且包括定位在所述。
2、泵和所述第一端口之间的入口节流阀30A、30D和定位在所述第二端口和所述储器之间的出口节流阀30B、30C。控制器34控制计量阀装置的运行。在入口节流模式下，所述控制器通过控制所述入口节流阀的节流面积来控制通过所述致动器的流体流量。在出口节流模式下，所述控制器通过控制所述出口节流阀的节流面积来控制通过所述致动器的流体流量。在所述入口节流模式和出口节流模式下，所述控制器均基于源自所述出口节流阀的数据确定通过所述致动器的流体流量。30优先权数据85PCT国际申请进入国家阶段日2014073186PCT国际申请的申请数据PCT/US2013/0216582013011687PCT国际申请的公布数据W。
3、O2013/115986EN2013080851INTCL权利要求书2页说明书5页附图5页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书5页附图5页10申请公布号CN104093993ACN104093993A1/2页21一种液压系统，包括从储器中抽取流体的泵；具有第一端口和第二端口的致动器；控制通过所述致动器的流体流量的计量阀装置，所述计量阀装置包括定位在所述泵和所述第一端口之间的入口节流阀以及定位在所述第二端口和所述储器之间的出口节流阀；以及控制器，所述控制器控制所述计量阀装置的操作，所述液压系统能在入口节流模式下操作，在所述入口节流模式下，所述控制器通过控制所述入口。
4、节流阀的节流面积来控制通过所述致动器的流体流量，所述液压系统能在出口节流模式下操作，在所述出口节流模式下，所述控制器通过控制所述出口节流阀的节流面积来控制通过所述致动器的流体流量，在所述入口节流模式和出口节流模式下，所述控制器均基于源自所述出口节流阀的数据来确定通过所述致动器的流体流量。2根据权利要求1所述的液压系统，其中，所述致动器能在第一方向和第二方向上被致动。3根据权利要求2所述的液压系统，其中，当所述致动器在所述第一方向上被致动时，流体流从所述第一端口流至所述第二端口。4根据权利要求2所述的液压系统，其中，当所述致动器在所述第二方向上被致动时，流体流从所述第二端口流至所述第一端口。5根。
5、据权利要求1所述的液压系统，还包括用于将控制信号发送至所述控制器的用户界面。6根据权利要求1所述的液压系统，其中，所述用户界面包括操纵杆、控制杆、控制按钮、及键盘中的至少一个。7根据权利要求1所述的液压系统，其中，所述入口节流阀和所述出口节流阀中的每一个包括可变节流阀。8一种控制液压系统的方法，所述方法包括在入口节流模式下操作所述液压系统，其中，通过致动入口节流阀来控制流向液压致动器的液压流体的流量；检测所述液压致动器处的入口负载；检测所述液压致动器处的出口负载；以及当所述出口负载大于所述入口负载时，在出口节流模式下操作所述液压系统，其中，通过致动出口节流阀来控制从所述液压致动器流出的液压流体。
6、的流量。9根据权利要求8所述的方法，还包括在入口节流模式和出口节流模式下，至少部分基于从位于所述出口节流阀处的传感器发出的信号来确定通过所述液压系统的流量。10根据权利要求9所述的方法，其中，所述传感器包括流量传感器、阀控制器的位置传感器、阀致动器的电流传感器、以及流体压力传感器中的至少一个。11根据权利要求8所述的方法，其中，所述入口节流阀和所述出口节流阀中的每一个包括可变节流阀。12根据权利要求8所述的方法，还包括接收来自用户界面的控制信号。13根据权利要求8所述的方法，其中，所述液压致动器能在第一方向和第二方向上操权利要求书CN104093993A2/2页3作。权利要求书CN104093。
7、993A1/5页4用于在液压系统中维持恒定负载的系统和方法0001相关申请的交叉引用0002本申请于2013年1月16日作为PCT国际专利申请提交并且要求于2012年1月31日提交的序列号为NO61/593,072的美国专利申请的优先权，该申请全部的公开内容以引用的方式并入本文。背景技术0003在液压系统中，使用入口节流在压力管路中的液压调节，METERIN和出口节流在回流管路中的液压调节，METEROUT元件来控制液压致动器的运行。入口节流控制阀限制液压流体从泵流入致动器入口。在这种情况下，它们仅用在存在对立负载的系统中，因为它们不能阻止负载失控。出口节流控制阀限制液压流体流出致动器。由于这。
8、些阀对从系统中转移出的流量进行调整，它们能够防止失控负载而维持负载受控。当改变负载时，要求将控制负载速度的阀从入口节流变为出口节流或者从出口节流变为入口节流。计量元件的精度的任何差异将导致负载的速度变化，这可能产生非期望的或甚至不安全的情形。发明内容0004在一个方面，本发明涉及一种液压系统，其包括从储器内抽取流体的泵；具有第一端口和第二端口的致动器；控制通过致动器的流体流量的计量阀装置，所述计量阀装置包括定位在泵和第一端口之间的入口节流阀以及定位在第二端口和储器之间的出口节流阀；以及控制器，所述控制器控制计量阀装置的操作，所述液压系统能在入口节流模式下操作，在入口节流模式下，所述控制器通过控。
9、制入口节流阀的节流面积来控制通过所述致动器的流体流量，所述液压系统能在出口节流模式下操作，在出口节流模式下，所述控制器通过控制出口节流阀的节流面积来控制通过所述致动器的流体流量，在入口节流模式和出口节流模式下，所述控制器均基于源自出口节流阀的数据来确定通过所述致动器的流体流量。0005在另一个方面，本发明涉及一种控制液压系统的方法，所述方法包括在入口节流模式下操作液压系统，其中通过致动入口节流阀控制流入液压致动器的液压流体的流量；检测液压致动器处的入口负载；检测液压致动器处的出口负载；以及，当输出负载大于输入负载时，在出口节流模式下操作液压系统，其中通过致动出口节流阀控制从液压致动器流出的液压。
10、流体的流量。附图说明0006在附图中示出目前优选的实施例，但应理解的是，本发明不限于所示出的明确布置和设备。0007图1为液压控制系统的示意图。0008图2为图1中的液压控制系统的示意图。0009图3为图1中的液压控制系统的示意图。说明书CN104093993A2/5页50010图4描绘了使用液压控制系统的挖掘机。0011图5描绘了控制液压系统的方法。具体实施方式0012图1示出了根据本发明的原理的液压系统20。液压系统20包括从储器24中抽取流体的泵22如，变排量泵。使用从泵22流出的液压流体驱动致动器26。在所示出的实施例中，致动器26为双向式液压马达，但在其他实施例中可为液压缸或其他结构。
11、。使用阀装置28以控制泵22和致动器26之间、以及致动器26和储器24之间的流体连通。阀装置28包括第一阀30A、第二阀30B、第三阀30C以及第四阀30D。阀30A30D优选为可变节流阀。泄压阀32定位在泵22和阀装置28之间。当泵22的输出部处的液压压力超过泄压阀32的限定值时，泄压阀32将来自泵22的液压流的一部分倾泄至储器24中以防止提供给阀装置28的液压压力超过预定的极限。系统20还包括控制阀装置28、泄压阀32以及泵22的操作的控制器34。用户界面36允许操作员发出传送到控制器34的控制信号。在特定实施例中，用户界面36可包括操纵杆、控制杆、控制按钮、键盘、其他界面结构、或这些结构。
12、的组合。如图1中所示，使用致动器26驱动负载38。0013在一个实施例中，致动器26用在挖掘机100见图4上。挖掘机100包括安装在底盘UNDERCARRIAGE104上的上部组件102。底盘104包括诸如履带或车轮的推进结构106以用于沿着地面推进挖掘机100。底盘104还可包括底盘框架、以及用于为推进结构106提供动力的一个或多个驱动器。上部组件102可包括驾驶室108。通常，上部组件102通过允许上部组件102相对于底盘104绕竖直轴线110以360度旋转的中心销附接到底盘104。摆动驱动器即，回转驱动器用于使上部组件102相对于底盘104绕竖直轴线110旋转。上部组件102还可包括挖掘。
13、臂112。挖掘臂112通常为铰接式的并且在其自由端处包括诸如铲斗114的挖掘元件。致动器26可用于使挖掘机100的上部组件102相对于挖掘机100的底盘104绕竖直轴线110枢转/旋转。因此，在这样的实施例中，致动器26起到摆动驱动器即，回转驱动器的作用并且负载38表示使挖掘机100的上部组件102绕竖直轴线110以选定转速旋转所需的动力。0014参照图13，致动器26包括第一端口40和第二端口42。由于致动器26为双向式的，第一端口40和第二端口42可相对于彼此在作为输入端口和输出端口之间交替。例如，当负载38沿如图2中所示的第一方向120旋转时，第一端口40为与泵22流体连通的输入端口而第。
14、二端口42为与储器24流体连通的输出端口。相反，当负载38沿如图3中所示的第二方向旋转时，第二端口42为与泵22流体连通的输入端口而第一端口40为与储器24流体连通的输出端口。0015应理解的是，系统20可在入口节流模式和出口节流模式下运行。当致动器26的输入端口处的液压压力大于致动器26的输出端口处的液压压力时，系统20在入口节流模式下运行。这种情形发生在当使用来自泵22的动力经由致动器26主动驱动负载38时。当致动器26的输出端口处的液压压力大于致动器26的输入端口处的液压压力时，系统20在出口节流模式下运行。这种情形发生在当因重力作用或其他装置而引起负载38在超限状态下移动时。0016图。
15、2示出其中负载38沿第一方向120旋转的系统20。在负载38沿第一方向120说明书CN104093993A3/5页6旋转的情况下，第一阀30A为入口节流阀，第三阀30C为出口节流阀，并且第二阀30B和第四阀30D均处于关闭状态。在入口节流模式下，使用来自泵22的液压流体来驱动致动器26并且通过控制器34控制第一阀30A的节流面积以提供导致通过致动器26的期望流量的计量功能。期望流量优选地对应于使负载38旋转的期望转速。若负载38由于重力作用而开始超限运转时，第二端口42处的液压压力变得大于第一端口40处的液压压力。该压力的变化可通过定位在致动器26的相对侧上的压力传感器50A、50B来检测。当。
16、第二端口42处的液压压力超过第一端口40处的液压压力时，系统20从入口节流模式切换到出口节流模式。在出口节流模式下，控制器32控制第三阀30C的节流面积以控制通过致动器26的流量。这样，该流量将抵抗重力作用，负载38可继续以恒定转速旋转。系统20还可包括压力传感器50C和50D。压力传感器50C测量系统20在泵22的输出位置处的系统压力。压力传感器50D测量系统20的油箱压力。所有的传感器50A50D优选地与控制器连接/联系以便为控制器提供实时的压力数据。0017如上所述，负载38的转速取决于通过致动器26的液压流体的流量。在入口节流模式和出口节流模式下，控制器34基于源自出口节流阀即，第三阀。
17、30C的数据来确定通过致动器26的流量。例如，基于第三阀30C的节流面积和来自压力传感器50B和50D的压力读数，控制器可计算或者确定对应于通过致动器26的流量的流量值。重要的是，不论液压系统处于入口节流模式或是出口节流模式，用于确定通过致动器26的流量的数据均来自于第三阀30C。这一点之所以非常重要是因为在不同的计量元件之间可能存在精度差异。因此，当系统在入口节流模式和出口节流模式之间切换时，使用来自不同的计量元件的数据来计算速度，则两个计量元件之间的精度差异可能导致负载38的转速的非期望的改变。通过在入口节流模式和出口节流模式下均使用仅来源于第三阀30C的数据，可以消除这些不精确性。001。
18、8图3示出了沿第二方向130旋转的负载38。当负载38沿第二方向旋转时，第二端口42为输入端口，第一端口40为输出端口，并且第一阀30A和第三阀30C处于关闭状态。第四阀30D控制泵22和第二端口42之间的流体连通而第二阀30B控制第一端口40和储器24之间的流体连通。在入口节流模式下，控制第四阀30D的节流面积以提供对应于负载38的期望转速的流向致动器26的期望流量。在超限运行状态下，控制器34感测到第一端口40处的压力大于第二端口42处的压力，并且将系统切换到出口节流模式。在出口节流模式下，第二阀30B起到控制通过致动器26的流量的计量阀的作用。在这种模式下，控制器控制第二阀30B的节流面。
19、积以维持通过致动器26的期望流量。当负载38沿第二方向130旋转时，不论系统20处于入口节流模式或是出口节流模式，控制器34均使用从第二阀30B即，出口节流阀处获得的数据。如上所述，通过使用仅来源于出口节流阀的数据，在负载转变期间，可更加精确地控制负载38的转速。0019使用系统时，操作员在用户界面36处发出控制信号。速度控制信号指示操作员所期望的负载38旋转的方向，并且还指示操作员所期望的负载38旋转的速度。控制器34接收到控制信号并操作阀装置28和泵22以便以操作员期望的转速和旋转方向驱动负载38。为确保致动器26以期望的速度和方向旋转，控制器监测通过致动器26的流量。不论系统20处于入口。
20、节流模式或是出口节流模式，均基于源自出口节流阀的数据来确定通过致动器的流量。能以多种方法确定这些数据。可采用流量传感器直接测量通过阀30A30D的流量。说明书CN104093993A4/5页7或者，可基于阀控制器的位置、阀致动器电流、系统内各位置处的流体压力或者它们的组合来估计流量。0020图5描绘了控制液压系统200的方法。该方法可通过算法实现并且包括从用户界面接收输入步骤202。输入可包括表示控制方向、期望速度等的信号。期望的方向输入决定了液压致动器的哪个端口为输入端口，和哪个端口为输出端口。然后基于输入端口和输出端口的位置来识别入口节流阀和出口节流阀步骤204。入口节流阀位于液压泵和致动。
21、器入口之间；出口节流阀位于致动器出口和流体储器之间。在入口节流模式下，出口节流阀完全地打开，而基于入口节流阀的致动来控制流向致动器的液压流体的流量步骤206。在出口节流阀处或其附近确定实际的系统流量步骤208。将该测量值或计算值与基于用户输入的期望流量进行比较并相应地致动入口节流阀。另外对致动器入口和出口的负载进行监测210。当入口负载保持高于出口负载时，系统保持在入口节流模式并且返回至步骤206。当出口负载高于入口负载步骤212时，这是失控的负载即，在与致动器施加的力的方向相同的方向上移动的负载的指示。这种负载的改变引起从入口节流模式到出口节流模式的改变。在出口节流模式下，首先致动出口节流阀。
22、以维持期望的系统流量步骤214。此后，打开入口节流阀步骤216。继续监测入口和出口负载并且当出口负载保持大于入口负载步骤218时，继续致动出口节流阀即，返回至步骤214。当入口负载小于出口负载时，算法返回至入口节流模式返回至步骤206，并且根据需要继续致动入口节流阀。在这个过程期间的任何时候，指令方向的改变将使阀构型的改变即，起初指定为入口节流阀的阀在当指令方向改变时将指定为出口节流阀成为必需。这将使控制算法返回至步骤202。如上所述，不论系统处于入口节流模式或是出口节流模式，均在出口节流阀处测量流量。0021上述的液压控制系统能以单个包装或多个包装作为成套用具出售。成套用具可包括控制器、压力。
23、传感器、泵、阀等。或者，控制器可作为单个独立的单元出售。用户可然后单独地从第三方或泵供应商处获取各种阀、传感器等。如果需要，成套用具中可包括控制布线，尽管包含在所述成套用具中的说明书也可能会指定基于特定安装/装置的所需的布线类型。0022此外，电子控制器可装载有系统使用所需的必要的软件或固件。在替代构型中，如果标准PC个人电脑/计算机用作控制器，或者如果该PC作为用户或服务界面与控制系统或泵系统结合在一起使用，那么软件可包含在各种类型的存储介质CD、DVD、USB驱动器，等等中以用于上传至该标准PC。此外，成套用具说明书中可包括用于从互联网的网站下载程序的网站地址和密码。0023本文所描述的控。
24、制算法技术能以硬件、软件或硬件与软件的组合形式实现。本文所描述的技术能以集中方式在一个计算机系统中实现，或以分散方式在不同的元件遍布数个相互连接的计算机系统的情形下实现。适于执行本文中所描述的方法的任意类型的计算机系统或其他设备都是适用的。硬件和软件的典型结合可以是具有计算机程序的通用计算机系统，所述计算机程序在被加载到计算机系统并被执行时控制该计算机系统，使得该计算机系统执行本文所描述的方法。然而，由于还设想到所述控制算法技术可用在重型施工设备上，所以可能需要包含有必需的操作员界面的独立的硬件系统。0024本文所描述的控制算法技术还可嵌入到计算机程序产品中，该计算机程序产说明书CN10409。
25、3993A5/5页8品包括能够使本文所描述的方法得以执行的所有特征，并且当该计算机程序产品被加载到计算机系统内时其能够执行这些方法。本文中的计算机程序是指指令组的采用任意语言、编码或符号的任意表述，所述指令组用于使具有信息处理能力的系统直接地执行特定功能，或在A转换成另一语言、编码或符号；和/或B以不同的材料形式复制中的任一者或二者之后使所述具有信息处理能力的系统执行特定功能。0025虽然本文中已经对应被理解为是本发明的示例性和优选的实施例的内容进行了描述，但对于本领域技术人员而言，本发明的其他变型将通过本文的教导而显而易见。本文中公开的特定的制造方法和几何构型本质上是示例性的且不应被理解为限制性的。因此，期望落入所述技术的精神和范围内的所有这些变型通过所附权利要求得到保护。因而，希望由专利证书保护的是在所附权利要求中限定和区分的技术以及全部等同方案。0026要求保护的是说明书CN104093993A1/5页9图1说明书附图CN104093993A2/5页10图2说明书附图CN104093993A103/5页11图3说明书附图CN104093993A114/5页12图4说明书附图CN104093993A125/5页13图5说明书附图CN104093993A13。