專利名稱：可變輸出液壓執(zhí)行機構(gòu)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
技術(shù)領(lǐng)域主要涉及液壓控制系統(tǒng)。更具體地，技術(shù)領(lǐng)域涉及用于從液壓系統(tǒng)提供 可變力和/或可變速度的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
多種建筑設(shè)備采用液壓系統(tǒng)來控制由該設(shè)備執(zhí)行的功能。建筑設(shè)備操作人員配備 有一個或多個輸入裝置，其可操作地連接至諸如液壓缸之類的一個或多個液壓執(zhí)行機構(gòu)， 所述液壓執(zhí)行機構(gòu)控制該設(shè)備的各種組件或裝置的相對位置以進行多種操作。例如，反鏟 挖土機通常具有多個操縱桿和/或腳踏板，以控制反鏟挖土機的各種功能，如吊桿(boom arm)的位置、連接至吊桿的鏟斗臂的位置、以及連接至鏟斗臂的鏟斗的位置。諸如控制桿之類的輸入裝置的運動幅度通?？刂浦T如反鏟挖土機上的鏟斗臂之 類的給定裝置的輸出，即力和/或速度。一些操作要求給定裝置的精確輸出，如采用反鏟挖 土機在管道附近挖掘。在這種情況中，期望的是，相對于管道或其它物體控制鏟斗臂的輸 出。這種操作將輔以對輸出的進一步控制，如對鏟斗臂的力和/或速度的進一步控制。液壓系統(tǒng)可以采用以加壓流體的形式存儲能量的蓄能器。蓄能器可以獲得受超越 負載影響的加壓流體。當建筑設(shè)備降低負載時，該設(shè)備的重力和所述負載將加壓流體提供 至蓄能器。該加壓流體可以進行其它工作，或保留在蓄能器中。當降低所述負載時，加壓流 體流向通常具有預(yù)加壓和固定體積的蓄能器。隨后從蓄能器獲得處于幾乎恒定壓力水平的 加壓流體，用于隨后重新使用或分配至該設(shè)備的多種組件或裝置，以進行多種操作。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種車輛，包括底盤、支撐底盤的地面接合裝置和 由底盤支撐的液壓系統(tǒng)。該液壓系統(tǒng)包括液壓缸，該液壓缸包括殼體和活塞組件。該殼體 包圍活塞組件的至少一部分。該活塞組件包括活塞頭和活塞桿。該活塞頭包括孔側(cè)表面和 與孔側(cè)表面相對的桿側(cè)表面。殼體和孔側(cè)表面限定孔腔。殼體和桿側(cè)表面限定桿腔。液壓 系統(tǒng)還包括與孔腔流體連通以向孔腔提供加壓流體的壓力源。該壓力源與桿腔流體連通， 以向桿腔提供加壓流體。液壓系統(tǒng)還包括構(gòu)造為調(diào)整壓力源和桿腔之間的流體連通的至少 一個閥，和連接至所述至少一個閥以周期性地改變加壓流體至桿腔的供給的控制系統(tǒng)。該 控制系統(tǒng)構(gòu)造為相對于液壓缸的所需要的輸出控制所述至少一個閥自動地、周期性地在打 開命令和關(guān)閉命令之間變換。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種產(chǎn)生通過車輛的液壓系統(tǒng)施加的動態(tài)可變 平均流量的方法。該方法包括提供具有包括液壓缸和壓力源的液壓系統(tǒng)的車輛的步驟。該 液壓缸包括活塞，該活塞包括孔側(cè)表面和桿側(cè)表面。液壓缸流體連接至壓力源，以接收加壓 流體。該方法還包括步驟基于占空比周期性地向孔側(cè)表面和桿側(cè)表面中的至少一個提供 壓力，和響應(yīng)于至少一個操作人員輸入調(diào)節(jié)該占空比。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種車輛，包括底盤、支撐底盤的地面接合裝置和由底盤支撐的液壓系統(tǒng)。該液壓系統(tǒng)包括液壓缸，與液壓缸流體連通以提供加壓流體的 壓力源，構(gòu)造為調(diào)整壓力源和液壓缸之間的流體連通的至少一個閥，連接至所述至少一個 閥、以根據(jù)占空比周期性地改變加壓流體至液壓缸的供給的控制系統(tǒng)，以及與控制系統(tǒng)通 信的操作人員輸入裝置。該控制系統(tǒng)基于來自操作人員的輸入調(diào)節(jié)所述占空比。


通過參考下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式的說明，本發(fā)明的上述和其它特征，以 及實現(xiàn)它們的方法將變得更加清楚，并且本發(fā)明本身將得到更好的理解，在附圖中圖1為示例性車輛的透視圖；圖2為處于第一、全操作模式的示例性液壓系統(tǒng)的示意圖；圖3為圖2中的、處于第二、部分操作模式的液壓系統(tǒng)的示意圖；圖4為一連串循環(huán)的圖示，示出了圖2的液壓系統(tǒng)在提供合成或"RMS"力或壓力 的占空比下在第一和第二模式之間快速切換；以及圖5為液壓系統(tǒng)的優(yōu)選實施方式的示意圖。在所有附圖中對應(yīng)的附圖標記表示對應(yīng)的部件。雖然附圖示出了本發(fā)明的實施方 式，但附圖沒有必要是按比例繪制的，一些特征可以放大以更好地圖示和說明本發(fā)明。
具體實施例方式下文公開的實施方式不是窮盡式的，或不是將本發(fā)明限制為在接下來的詳細描述 中公開的精確形式。相反，選擇以及描述所述實施方式是為了本領(lǐng)域技術(shù)人員可以利用它 們的教導。如圖1直觀示出的那樣，車輛10能夠進行多種不同操作，以移動泥土或其它材料。 雖然反鏟式裝載機例證性地示出為示例性的車輛，但車輛10可以為任何適合的車輛，如平 地機、推土機等車輛10包括底盤12、鏟組件14、駕駛室16、地面接合裝置18和諸如反鏟20之類 的工具。鏟組件14、駕駛室16和反鏟20由底盤12支撐。鏟組件14還包括由多個支承臂 24(僅示出一個)支撐的工具或鏟斗22?？梢杂梢簤焊咨蛳鄬τ诘妆P12抬升和降低鏟斗 22和支承臂對?？梢杂梢簤焊?8相對于支承臂M移動鏟斗22。反鏟20可以用來通過吊桿30、鏟斗臂32和鏟斗34的運動挖溝和/或移動材料。 吊桿30由底盤12支撐。鏟斗臂32可活動地連接至吊桿30?？梢酝ㄟ^液壓缸36相對于吊 桿30抬升或降低鏟斗臂32。鏟斗34可活動地連接至鏟斗臂32?？梢杂梢簤焊?8相對于 鏟斗臂32移動鏟斗34。車輛10由多個地面接合裝置18推進。當期望附加的穩(wěn)定性時，多個穩(wěn)定裝置40 可以降低，以增加車輛10的基座。位于駕駛室16內(nèi)的操作人員控制鏟組件14、反鏟20和車輛10的運動。雖然駕 駛室16示出為封閉室，但駕駛室16可以敞開或部分封閉。操作人員通過位于駕駛室16內(nèi) 的諸如控制桿、操縱桿之類的操作人員輸入裝置42控制鏟斗22、鏟組件14、反鏟20和車輛 10的運動。操作人員輸入裝置42構(gòu)造為控制液壓缸沈、28、36和38以及其它裝置。液壓缸沈、28、36和38的位置和方位是示例性的，在本文中討論的所有的液壓缸
5的位置和方位同樣如此。液壓缸沈、28、36和38定位并定向為使得它們通過膨脹或收縮執(zhí) 行工作。類似地，在膨脹或收縮期間液壓缸沈、28、36和38可以具有超越負載。圖2和3圖示了車輛10的雙作用汽缸52的不同的操作模式，其圖示了液壓缸沈、 觀、36和38中的一個或多個，或者車輛10的其它液壓缸。圖2示出了構(gòu)造為以完全輸出 70(即，從壓力源M能獲得的最大力和/或最大速度)推動活塞組件58的第一或完全輸 出模式。圖3示出了構(gòu)造為以部分輸出84 (即，從壓力源M能獲得的部分力和/或部分速 度)推動活塞組件58的第二或部分輸出液壓模式。壓力源M可以為蓄能器、泵或其它壓力源。液壓缸52包括殼體56和包括活塞桿 59和活塞頭60的活塞組件58。殼體56和活塞頭60限定了孔腔62。殼體56和活塞頭60 在活塞頭60的與孔腔62相對的一側(cè)也限定了桿腔64?；钊^60限定了孔側(cè)表面66和與 孔側(cè)表面66相對且小于孔側(cè)表面66的桿側(cè)表面68。參照圖2，當處于完全輸出模式時，壓力源M向孔腔62提供加壓流體，加壓流體以 完全輸出70推動活塞組件58。完全輸出70也表征為全部力70和/或全速70。在完全輸 出70處，汽缸52的輸出等于壓力源M的壓力乘以孔側(cè)表面66的面積、且減去任何摩擦損失。如該實施方式中所示，存在于桿腔64中的流體返回容器或儲液器72。容器或儲液 器72也可以為用于接收隨后重新使用或分配至該設(shè)備的多個組件或裝置以進行多種操作 的加壓流體的蓄能器。完全輸出70圖示為液壓缸52的活塞組件58的延伸。完全輸出70 也可以在液壓缸52縮回期間出現(xiàn)?，F(xiàn)在參照圖3，當處于部分輸出模式時，加壓流體提供至孔腔62和桿腔64。桿側(cè)表 面68上的力對抗孔側(cè)表面66上的力。然而，由于孔側(cè)表面66大于桿側(cè)表面68，汽缸52仍 然膨脹，但力和速度比汽缸處于完全輸出模式時的小。部分輸出84在上面也圖示為液壓缸 52的活塞組件58的延伸。還可以預(yù)想的是，部分輸出84可以用來縮回液壓缸52。例如， 還可以預(yù)想的是，壓力源M能夠向桿腔64提供加壓流體，而不向孔腔62提供加壓流體。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，桿側(cè)表面68為孔側(cè)表面66的表面積的一部分。例 如，桿側(cè)表面68可以為孔側(cè)表面66的表面積的一半。在該實施方式中，處于部分輸出模式 的活塞組件58的輸出運動(即力和/或速度)大約是相對于完全輸出模式的活塞組件58 的輸出運動(即力和/或速度)的一半。桿側(cè)表面68可以為比孔側(cè)表面66大的表面積、 與孔側(cè)表面66相同的表面積、或者為孔側(cè)表面66的表面積的小部分(如四分之一)。根據(jù)本發(fā)明，設(shè)置一個或多個閥，以控制汽缸52在圖2的完全輸出模式和圖3的 部分輸出模式之間切換。通過以受控的速率在所述模式之間變換，則可以在完全輸出和部 分輸出之間調(diào)節(jié)汽缸52的輸出。例如，完全輸出模式進行的時間越長，汽缸52的輸出將越 接近完全輸出。部分輸出模式進行的時間越長，汽缸52的輸出將越接近部分輸出。因此， 不是僅具有兩種輸出(完全輸出和部分輸出)，汽缸52可以具有范圍為從完全輸出至部分 輸出的可變輸出?，F(xiàn)在參照圖5，圖示了示例性的液壓控制系統(tǒng)86。操作人員操縱操作人員輸入裝 置42，以要求汽缸52輸出期望的延伸速度或力。輸入裝置42產(chǎn)生至控制器92的操作人員 輸入90。控制器92接收操作人員輸入90，并監(jiān)測從壓力源M可獲取的壓力?；谒埱?的延伸速度(如操作人員輸入90所指示的那樣)和可獲取的壓力，控制器92控制汽缸52在完全輸出模式(如圖幻中運行多長時間和汽缸52在部分輸出模式(如圖幻中運行多 長時間。在圖5中示出虛線，以示出控制器90和多種其它組件之間的電子(或其它)通信 線路。根據(jù)優(yōu)選的實施方式，汽缸52采用如圖4所示的占空比在完全運轉(zhuǎn)模式和部分運 轉(zhuǎn)模式之間快速切換。每個循環(huán)具有相鄰脈沖之間的時間周期(b)和每個脈沖持續(xù)的長度 (a)。脈沖的長度(a)與脈沖之間的周期(b)之比為占空比。該占空比可以在0至1的范圍 內(nèi)。當占空比為0時，汽缸52總是以部分輸出模式運轉(zhuǎn)，提供如圖所示的在F2處的力或壓 力。當占空比為1時，汽缸52總是以完全輸出模式運轉(zhuǎn)，提供如圖所示的在Fl處的壓力。 占空比越接近0，汽缸52的延伸速度(或力)越接近處于部分輸出模式中的汽缸52的延伸 速度。占空比越接近1，汽缸52的延伸速度(或力)越接近處于完全輸出模式中的汽缸52 的延伸速度。完全和部分輸出模式之間的周期性切換的合成輸出是如圖4所示的所述輸入 的均方根。根據(jù)操作人員輸入信號90，控制器92調(diào)節(jié)占空比。例如，如果操作人員要求汽缸 52延伸得更快或力更大，則控制器92通過增加占空比而響應(yīng)。如果操作人員要求汽缸52 延伸得更慢或力更小，則控制器92通過減小占空比而響應(yīng)。汽缸52的輸出為汽缸52在以 完全輸出模式運轉(zhuǎn)時的力、汽缸52在以部分輸出模式運轉(zhuǎn)時的力和占空比的函數(shù)。汽缸52 在以完全輸出模式運轉(zhuǎn)時的力是由壓力源M供給的壓力和汽缸52的幾何形狀(例如，孔 側(cè)表面66的表面積)的函數(shù)。類似地，汽缸52在以部分輸出模式運轉(zhuǎn)時的力是由壓力源 54供給的壓力和汽缸52的幾何形狀(例如，孔側(cè)表面66的面積和桿側(cè)表面68的面積)的 函數(shù)。優(yōu)選地，通過增加或減小每個脈沖的長度(a)來調(diào)節(jié)占空比。然而，也可以通過減小 或增加相鄰脈沖之間的時間周期(b)、減小或增加相鄰脈沖之間的時間周期(b)和調(diào)節(jié)每 個脈沖的長度(a)的某種組合、或以任何其它方式調(diào)節(jié)占空比。相鄰脈沖之間的時間長度(b)影響完全輸出模式和部分輸出模式之間的切換的 可感知性。相鄰脈沖之間的時間長度(b)越長，所述切換變得越容易感知。例如，如果相鄰 脈沖之間的時間長度(b)為一分鐘，且占空比為50%，則操作人員將可能每30秒注意到速 度改變。然而，如果相鄰脈沖之間的時間長度(b)太短，則操作人員將不能注意到所述延伸 的速度的快速變化。而且，由于汽缸52和車輛10的其它組件的質(zhì)量和其它特征引起的阻 尼將進一步降低汽缸52的輸出速度(或力)的變化的可感知性。因此，即使汽缸52以不 同的模式快速運轉(zhuǎn)，操作人員也感知汽缸52是以恒定的平均速度延伸。汽缸52的“平均” 壓力(或力)也可以稱為由汽缸52接收到的壓力的均方根。該均方根壓力(或力)是所 述占空比和由壓力源M提供的壓力的函數(shù)。此外，正由汽缸52移動的負載也將影響汽缸 52的輸出。現(xiàn)在參照圖5，圖示了優(yōu)選實施方式的液壓系統(tǒng)100。液壓系統(tǒng)100包括以幾乎恒 定的壓力水平提供加壓流體的壓力源/蓄能器102。液壓系統(tǒng)100還包括如上所述的汽缸 52。如下文更詳細地討論的那樣，液壓系統(tǒng)100包括高速切換閥106、108、110和112。如上 所述，切換閥106、108、110和112將來自壓力源M的流體引向孔側(cè)表面66，以提供完全輸 出70，并如上所述，將來自壓力源M的流體引向孔側(cè)表面66和桿側(cè)表面68，以提供部分輸 出84。切換閥106、108、110和112每一個都連接至液壓系統(tǒng)控制器92。優(yōu)選地，切換閥106、108、110和112為具有高頻響應(yīng)的高速切換閥。例如，根據(jù)一種實施方式，頻率響應(yīng)為 5Hz (或200毫秒切換時間)。根據(jù)另一種實施方式，頻率響應(yīng)為25Hz (或40毫秒切換時 間)。也可以使用具有更大或更小頻率響應(yīng)的閥。精確的頻率響應(yīng)將依賴于所選擇的閥和 其它因素，如系統(tǒng)壓力。預(yù)想的是，較快的切換時間和響應(yīng)時間可以帶來效率的提高和可感 知性的降低。高速切換閥110構(gòu)造為打開或關(guān)閉至或來自桿腔64的加壓流體的連通，且也稱為 桿閥110。高速切換閥112構(gòu)造為打開或關(guān)閉至或來自孔腔62的加壓流體的連通，且也稱 為孔閥112。如表1中所示，液壓控制器92根據(jù)占空比控制高速切換閥106、108、110和112 打開或關(guān)閉，以在圖2的完全輸出70和圖3的部分輸出84之間切換。表1.液壓控制邏輯命令
權(quán)利要求
1.一種車輛，包括 底盤，支撐底盤的地面接合裝置，由底盤支撐的液壓系統(tǒng)，該液壓系統(tǒng)包括包括殼體和活塞組件的液壓缸，該殼體包圍活塞組件的至少一部分，該活塞組件包括 活塞頭和活塞桿，該活塞頭包括孔側(cè)表面和與孔側(cè)表面相對的桿側(cè)表面， 殼體和孔側(cè)表面限定孔腔， 殼體和桿側(cè)表面限定桿腔，與孔腔流體連通以向孔腔提供加壓流體的壓力源，該壓力源與桿腔流體連通以向桿腔 提供加壓流體，至少一個閥，構(gòu)造為調(diào)整壓力源和桿腔之間的流體連通，和控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)連接至所述至少一個閥，以周期性地改變加壓流體至桿腔的 供給，該控制系統(tǒng)構(gòu)造為相對于液壓缸的所需要的輸出控制所述至少一個閥自動地、周期 性地在打開命令和關(guān)閉命令之間變換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛，其中壓力源為蓄能器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛，其中所述至少一個閥為切換閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的車輛，其中切換閥具有約5Hz或更大的頻率響應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛，還包括構(gòu)造為調(diào)整壓力源和孔腔之間的流體連通的孔閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛，其中液壓缸為雙作用液壓缸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛，其中桿側(cè)表面小于孔側(cè)表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛，還包括用于確定所述至少一個閥的占空比的操作人員 輸入裝置。
9.一種產(chǎn)生通過車輛的液壓系統(tǒng)施加的動態(tài)可變平均流量的方法，該方法包括下述步驟提供包括液壓系統(tǒng)的車輛，該液壓系統(tǒng)包括液壓缸和壓力源， 液壓缸包括活塞，該活塞包括孔側(cè)表面和桿側(cè)表面， 液壓缸流體連接至壓力源，以接收加壓流體，基于占空比周期性地向孔側(cè)表面和桿側(cè)表面中的至少一個提供壓力，和 響應(yīng)于至少一個操作人員輸入調(diào)節(jié)所述占空比。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中壓力源為蓄能器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中蓄能器以幾乎恒定的壓力存儲加壓流體。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中液壓缸為雙作用液壓缸。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中桿側(cè)表面小于孔側(cè)表面。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括確定調(diào)節(jié)步驟中的誤差和調(diào)節(jié)占空比以減小 所述誤差的步驟。
15.一種車輛，包括 底盤，支撐底盤的地面接合裝置，和由底盤支撐的液壓系統(tǒng)，該液壓系統(tǒng)包括 液壓缸，壓力源，與液壓缸流體連通，以提供加壓流體， 至少一個閥，構(gòu)造為調(diào)整壓力源和液壓缸之間的流體連通，控制系統(tǒng)，連接至所述至少一個閥、以基于占空比周期性地改變加壓流體至液壓缸的 供給，和與控制系統(tǒng)通信的操作人員輸入裝置，該控制系統(tǒng)基于來自操作人員的輸入調(diào)節(jié)所述 占空比。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的車輛，其中壓力源為蓄能器。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的車輛，其中所述至少一個閥為切換閥。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的車輛，其中切換閥具有約5Hz或更大的頻率響應(yīng)。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的車輛，其中液壓缸為雙作用液壓缸。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的車輛，其中控制系統(tǒng)響應(yīng)于操作人員要求增加液壓缸的延 伸速度而增加占空比。
全文摘要
本發(fā)明可變輸出液壓執(zhí)行機構(gòu)系統(tǒng)，公開了產(chǎn)生由車輛的液壓系統(tǒng)施加的動態(tài)可變平均流量的方法和設(shè)備。
文檔編號E02F9/22GK102086655SQ20101055655
公開日2011年6月8日 申請日期2010年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月4日
發(fā)明者斯科特·S·漢德龍, 羅伯特·C·摩爾 申請人:迪爾公司