功率感測再生器的製作方法
2023-05-04 01:33:26 2
專利名稱：功率感測再生器的製作方法
技術領域：
本發明涉及液壓驅動系統領域，更具體地涉及包含節能裝置的這種系統。
背景液壓驅動系統的設計中通常反映出效率與複雜性及響應時間的組合之間的一種折衷。例如，提高效率通常是以增加複雜性及降低響應時間兩者為代價的。
某些最簡單與最快響應的液壓驅動系統用固定排出量泵產生液壓，泵的大小確定為在系統壓力下滿足對給定的流率的需求。維持系統壓力所不需要的剩餘流量由一個減壓閥排出，但是否則是可在系統壓力上用來滿足對附加的流量的需求的。能量損失是作為排出的液體量與其壓力降的乘積來計算的。附加的損失是與為滿足負載對降低壓力的要求而需要的扼流相關聯的。
可以通過增加一個在固定排出量泵與負載之間的限流器上維持一個預定的補償壓差的所謂「優先卸載」閥而改進效率。限流器上的補償壓差是通過將剩餘的流量到達節流器之前排放掉而維持的。泵的輸出壓力限制在限流器上的補償壓差與一個瞬時負載壓力需求之和上。
維持在限流器上的補償壓差所不需要的剩餘流量在泵的輸出壓力上排出，這是顯著地低於由減壓閥維持的系統壓力極限的。節流損失也受到補償壓差的限制。雖然剩餘流量可用來滿足附加流量的需求，但是在可以得到剩餘流量的降低的壓力上可能減少響應時間。
另一種效率改進可通過用一個壓力補償的可變排出量泵來取代固定排出量泵與優先卸載閥而作出。改變可變排出量泵的輸出容量來維持系統壓力。雖然不產生過剩流量，可能需要可觀的節流來滿足負載對降低的壓力的需求。增加壓力的瞬時要求是用降低節流來滿足的，但必須改變泵的輸出容量來維持壓力的增加。
通常，最高效率是由所謂「負載感測」系統顯示的，在其中控制一個可變排出量泵的輸出容量來保持一個流量控制閥上的預定工作壓差。不產生過剩的流量並且流量控制閥上的節流損失受到工作壓差的限制。然而，在要求改變可變排出量泵的輸出容量的時間上既沒有額外的流量也沒有額外的壓力可利用來明顯減少響應時間。
儘管如此，即使最高效的負載感測系統也在將液體輸送到具有不等的壓力需求的獨立負載的支路中浪費可觀的能量。雖然負載感測系統能將最高壓力支路中的節流損失限制在工作壓差上，但其它所有支路是在可變排出量泵的同一輸出壓力上供液的，因此需要額外的節流。較低壓力的支路中的降低的壓力或增加的流量需求會增加這種能量損失。
類似的能量損失也出現在固定排出量供液的支路中。通常，所有支路是在固定排量泵的預定輸出壓力上供液的，並且各支路中的節流損失取決於各支路中的流量及泵的預定輸出壓與各支路的單個負載壓力需求之間的差。支路之間的流率與壓力的明顯的不均衡會產生可觀的能量損失。
在支路網路中採用了分流器在支路之間分配不同的流量。某些分流器是由獨立於入口壓力地將流量分成固定部分的壓力補償節流器構成的。雖然降低了支路網路中流量控制閥上的節流損失，各支路中組合流量控制閥上的節流損失與壓力補償的節流器上的節流損失的總損失則保持不變。
然而，也利用成組的固定尺寸排出器(諸如齒輪泵/電機設備)與排出器的各自的容量成比例地在支路之間分流。雖然排出器保持固定比例的流量，一個排出器的出口壓力的降低(因此作為一臺電機工作)被轉換成另一個排出器的出口壓力的增加(因此作為一臺泵工作)。出口壓力中的變化以不同的比例將液壓分配給支路，但是分配給所有支路的總能量保持不變。支路相對於分配給排出器的恆定能量的總能量需求中的任何降低都作為浪費的能量損失了。
發明的概述我稱之為「功率感測再生器」的發明提供將高壓液體輸送到一或多個負載的液壓驅動系統中的節能。我的再生器通過將供應高壓液體的一個動力單元的功率需求降低到與負載對高壓液體的總需求更緊密地匹配而節能。該再生器在由固定或可變排量泵供給的液壓驅動系統中能廣泛地用於節能。
我的再生器的基本型式可用一對機械地互相連接的用於將高壓液體的流量分成預定比例的部分的排出器配置而成。在易受變化的供給壓力上將高壓液流沿一條工作管線引導到排出器的一個公共入口。另外兩條工作管線將兩個排出器的出口連接到兩個流量控制閥的入口上，用於在兩個排出器的各自的排放壓力上引導液流的分開部分。兩個流量控制閥調節到達一或多個負載的液體流量。一個控制系統根據兩個排出器的排放壓力之間的差，相對於兩個排出器排放壓力中的較高者降低輸送壓力。輸送壓力的降低減少了輸送高壓液流的動力單元的動力需求。這裡將排出器所作的降低動力單元的動力需求的有用功稱作「再生」。
兩個流量控制閥可獨立地工作來調節對兩個不同的負載的液體流量，也可一起工作來調節對一個單一負載的液體流量。此外，最好是壓力補償的流量控制閥可根據採用我的再生器的系統的進一步細節構成為可調節的旁路、節流器、或旁路與節流器組合型閥。
例如，兩個可調節的旁路型壓力補償的流量控制閥可在一個預定的序列中一起工作將一個固定排量泵供給的液流調節到一個單一的負載。兩個閥的出口都連接到該單一負載上。在低於各排出器的容量的所要求的流率上，流量控制閥之一被置於串列(關閉)條件中而通過排出器之一將整個流量返回到一個貯存槽。一個排出器上伴隨的壓力降低轉換成另一個排出器上的成比例的壓力增加，而在對兩個排出器的較低輸送壓力上滿足負載的壓力需求。最好兩個排出器具有不等的容量，以便在流量需求的較寬範圍上用於節能。
在我的再生器中可採用類似的旁路型流量控制閥來獨立地調節對由一個固定排量泵供液的一個系統內的兩個或以上負載的流率。排出器的尺寸相對地定為輸送預定的最大流率到各負載。將負載需求的壓力之間的差轉換成有用功來降低排出器的輸送壓力，同時降低產生輸送壓力的功率需求。
調節對多個負載的流量的旁路型流量控制閥最好用組合壓力補償與減壓功能的部件構成。一個節流閥提供可調節的節流量。與該節流閥並聯的一個第一減壓閥通過排放過剩的流量到貯存槽而在節流閥上保持一個預定的補償壓差。一個第二減壓閥連接在來自節流閥的出口的第一減壓閥的一條導流管上，將出口導流管中的壓力限制在一個預定的壓力設定值上。一個限流器限制出口導流管中的流量。相應地，具有超過兩個減壓閥的組合壓力設定值的節流閥的入口側上的壓力通過從第一減壓閥排出過剩的流量而降低。
在我的再生器中可採用限流器型壓力補償的流量控制閥來獨立調節對由一臺負載感測可變排量泵供液的一個系統內的兩個負載的流率。導流管發布控制可變排量泵的幾何容量的信號，在調節對較高壓力的負載的流量的流量控制閥上維持一個預定的工作壓差。液壓控制隨動閥允許流量通過繞過排出器的附加工作管線以防止兩個流量控制閥中任何一個上的壓差下降到一個預定的液壓控制壓差以下，以維持對負載的要求流率。
將工作壓差設定為小於液壓控制壓差來保證對較高壓力的負載所要求的流率能夠獨立於對較低壓力的負載所要求的流率得到滿足。然而，當對較低與較高壓力負載所要求的流率之比超過供應流率給負載的排出器的幾何容量之比時，供應流量給較低壓力負載的排出器便作為一臺電機工作，來驅動作為一臺泵的供應高壓負載的另一排出器。與液壓控制隨動閥串聯的止回閥使作為一臺泵工作的排出器的排放壓力能夠超過對該排出器的輸送壓。
在我的再生器中可利用旁路與限流器組合型壓力補償的閥來取代限流器型閥，獨立地調節對負載感測或壓力補償的可變排量泵供液的系統內的二個或以上負載的流率。循環管線將三個流量控制閥中每一個與可變排量泵與排出器入口之間的工作壓力管線連接。循環管線使一個或多個排出器能作為循環器工作，同時其它排出器作為泵或電機工作。
然而在由負載感測可變排量泵供液的系統中，最好將流量控制閥的補償壓差設定值設得高於可變排量泵的工作壓差設定值，以防止循環流量通過調節流量到最高壓力負載的流量控制閥。結果，調節流量到最高壓力負載的流量控制閥便作為一個限流器型閥工作，用於限制排出器的轉速及用於保持排出器之間的實際流量分配中的變化以補償排出器的容量低效率。
改變壓力補償的可變排量泵的幾何容積將排出器的最高排放壓力維持在預定的設定值上。再生器相對於預定設定值降低了供液壓力。一個閥邏輯網封鎖通過調節流量到最高壓力負載的流量控制閥的流量循環。類似於由負載感測可變排量泵供液的系統，調節流量到最高壓力負載的流量控制閥作為一個限流器型閥工作，用於維持排出器之間的實際流量分配中的變化。
也可利用管線的一種特定配置在具有最高出口壓力的排出器上並聯一個附加的排出器。這相對於其它排出器降低了作為電機工作的排出器的機械效益，但同時也降低了操作一個或多個作為電機的排出器所需的流率。換言之，在對負載的流率的一定組合上減少了能節省的能量，但是在流率的多得多的組合上能節省能量。
附1為展示配置有兩個排出器及兩個旁路型壓力補償的流量控制閥的我的再生器的管路圖，它們可操作地連接成用於調節對由固定排量泵供液的一個液壓驅動系統內的一個單一的負載的高壓液體的流量。
圖2為展示配置有用於獨立地調節對由一個固定排量泵供液的一個系統內的兩個負載的流量的兩個排出器及兩個旁路型壓力補償的流量控制閥的我的再生器的管路圖。
圖3為展示配置有用於獨立地調節對由一個負載感測可變排量泵供液的一個系統內的兩個負載的流量的兩個排出器及兩個限流器型壓力補償的流量控制閥的我的再生器的管路圖。
圖4為展示配置有用於獨立地調節對由一臺負載感測可變排量泵供液的一個系統內的三個負載的流量的三個排出器及三個旁路與限流器組合型壓力補償流量控制閥的我的再生器的管路圖。
圖5為展示配置有用於獨立地調節對由一臺壓力補償可變排量泵供液的一個系統內的三個負載的流量的三個排出器及三個旁路與限流器組合型壓力補償流量控制閥的我的再生器的管路圖。
圖6為類似於圖4的管路圖，但示出一個能夠交替地與三個排出器中具有最高出口壓力的一個並聯的附加排出器。
詳細說明
圖1中描繪了由一個連接在一臺固定排量泵12上的一個原動機10供給動力的一個液壓驅動系統內的我的功率感測再生器。泵入口管線14將來自貯存槽16的工作液體供應輸送到固定排量泵12的入口。一條工作管線18分成兩條支線20及22，用於將來自固定排量泵12的出口的高壓液體輸送到一對排出器24與26的各自的入口。
作為泵或電機工作的排出器24與26具有固定的幾何容量，用於將來自固定排量泵12的高壓液流分成兩個預定的部分。雖然也可採用柱塞、葉輪或其它液壓轉換件，但最好採用齒輪作為排出器24與26的工作件。
工作管線28與30將來自排出器24與26的各自的出口的高壓液體輸送到兩個可調節的旁路型壓力補償流量控制閥32與34的入口。連接管線36與38合併成一條單一的工作管線40，用於將來自流量控制閥32與34的各自的出口的經過調節的高壓液流輸送到表示諸如一臺電機或液壓缸的動力轉換設備的負載42。然而，多餘的液體則沿連接流量控制閥32與34的排放口與貯存槽16的回流管線44與46從負載42分流到貯存槽16。
一條控制聯杆48以預定的次序調節兩個流量控制閥32與34的位置，來調節通過兩個流量控制閥到負載42的總液體流量。例如，在較小的排出器24的有效容量範圍內的理想流率上，將流量控制閥34設定在串列(關閉)狀態中，而流量控制閥32計量對負載42的全部流量。
打開的流量控制閥32將工作管線28中的壓力「Pd1」保持在工作管線40中所需要的壓力「PL」以上的一個預定補償壓差設定值「dP1」上，而流量控制閥34則將工作管線30中的壓力「Pd2」保持在補償壓差設定值「dP1」上。工作管線28與30之間的壓差(等於需要的壓力「PL」)通過操作作為一臺電機的較大排出器26而轉換成有用功，用於驅動作為一臺泵的較小排出器24。結果，降低了將固定排量泵12連接在排出器24和26上的工作管線18、20與22中的壓力「Pp」。
忽略摩擦，固定排量泵12的排放壓力「Pp」與排出器24與26的排放壓力「Pd1」與「Pd2」之間的關係如下(1)Pp＝Pd1Cd1＋Pd2Cd2其中，「Cd1」為排出器的總的幾何容量中排出器24提供的分數部分，而「Cd2」則為排出器的總的幾何容量中排出器26提供的分數部分。相對於排出器24的排放壓力「Pd1」降低了的泵12的排放壓力「Pp」的量「Pr」等於所要求的壓力「PL」與總排放器容量中排出器26所提供的分數部分「Cd2」的積，如下(2)Pr＝Pd1－Pp＝PLCd2在對負載42的要求流率超過較小排出器24的容量但在較大排出器26的容量範圍內時，將流量控制閥32設定在串列(關閉)狀態中，而流量控制閥34計量對電機42的全部流量。從而，排出器24的排放壓力「Pd1「保持在補償壓差設定值「dP1」上，而排出器26的排放壓力「Pd2」則保持在高於負載42的需求壓力「PL」的補償壓差設定值「dP1」上。泵的排放壓力「Pp」中的降低量「Pr」等於需求壓力「PL」與總排出器容量中排出器24所提供的分數部分「Cd1」的積，如下(3)Pr＝Pd2－Pp＝PLCd1從作為一臺電機操作排出器24與26之一中節省的能量的量「ES」(即再生的量)等於泵排放壓力的降壓量「Pr」與泵的有效輸出流量「Qp」之積，如下(4)Es＝PrQp雖然在超過較大排出器26的容量的理想流率上不降低泵排放壓力「Pp」，但在較高的理想流率上浪費較少的能量。流量控制閥34保持完全打開，而流量控制閥32計量所要求的附加流量。兩個排出器24與26的排出器排放壓力「Pd1」與「Pd2」保持在負載42所要求的壓力「PL」以上的補償壓差設定值「dP1」上。
工作管線28與30中排出器壓力「Pd1」與「Pd2」的過多的量由在較低的泵排放壓力「Pp」上將多餘的流量從泵12排放到貯存槽16的一個減壓閥50而加以防止。減壓閥50位於從工作管線18延伸到貯存槽16的一條返回管線52上。工作管線28與30之間的一個往復閥54將兩個排出器排放壓"Pd1"與「Pd2」中的較高者作為一個導壓沿導流管56連通到減壓閥50。在一個預定的峰值設定點壓力以上的控制壓力打開減壓閥50並使得剩餘的流量從泵12返回到貯存槽16而將排出器排放壓限定在峰值設定點壓力上。
其餘的圖示出在供應高壓液體給兩個或以上負載的液壓驅動系統中為節能而配置我的再生器的實例。然而，與圖1相似，在圖2中我的再生器也是描繪在由連接在一臺固定排量泵62上的一臺原動機60驅動的一個液壓驅動系統內的。從貯存槽66供給的工作液體是沿一條入口管線64引導到固定排量泵62的一個入口的。一條工作管線68分成兩條支線70與72，用於從固定排量泵12的出口將高壓液體輸送到一對排出器74與76的各自的入口。
也與圖1的實施例相似，工作管線78與80從排器74與76的各自的出口將高壓液體輸送到兩個可調節的旁路型壓力補償流量控制閥82與84的各自的入口。然而，圖2的流量控制閥82與84描繪成部件形式以更好地展示將閥內的壓力補償與減壓功能組合在一起的改進。
流量控制閥82包含一個具有可變尺寸節流孔的節流閥86及一個差動減壓閥88。節流閥86在工作管線78與工作管線90之間限制對一個第一負載92的流量。差動減壓閥88通過沿一條回流管線94將過剩的流量從工作管線78排放到貯存槽66中而將工作管線78與90之間的壓差限制在補償差壓「dP1」上。導流管96與98將導壓連通到來自工作管線78與90的差動減壓閥88上。差動減壓閥88在節流閥86的單個流量設定值上補償不同的需求壓力「PL」。
然而，在流量控制閥82上還連接了一個減壓閥100來限制工作管線78中的壓力。減壓閥100的一個入口連同差動減壓閥88的導流管98，通過一個限流器102連接在工作管線90上。導流管98中超過預定的減壓設定值的壓力被沿回流管線94從導流管98排放到貯存槽66中的液體減壓。然而，工作管線78中的具有超過補償壓差「dP1」與減壓設定值之和的數值的壓力是通過將過剩的流量經由差動減壓閥88排放到貯存槽66中而減壓的。由於減壓閥100隻用於影響差動減壓閥88的操作，可將減壓閥100的尺寸定成非常小與價格低的部件。
流量控制閥84包含類似的部件，其中包括限制工作管線80與對一個第二負載112的一條工作管線110之間的流量的一個節流閥106、及通過沿一條回流管114將過剩的流量從工作管線80排放到貯存槽66中而限制工作管線80與110之間的壓差的一個差動減壓閥108。用導流管116與118將導壓從工作管線80與110連通到差動減壓閥108上。減壓閥120的一個入口連同導管118，通過一個限流器122連接在工作管線100上。減壓閥120相對於限流器122的尺寸定成將導流管118中的壓力限制在減壓設定值上。
除了減壓閥100與120調節的最大系統壓力以外，工作管線78與80中的壓力，即排出器排放壓「Pd1」與「Pd2」，緊隨工作管線90與110中的壓力，即負載需求壓力「PL1」與「PL2」。事實上，管線78與90及管線80與110之間的唯一限制為旁路型流量控制閥的節流閥部分86與106，對應的排放壓力「Pd1」與「Pd2」及它們的相關負載需求壓力「PL1」與「PL2」之間的唯一壓差為差動減壓閥88與108的補償壓差「dP1」。這些緊密的關係可用等式表示如下(5)Pd1＝PL1＋dP1(6)Pd2＝PL2＋dP1排出器排放壓「Pd1」與「Pd2」之間的任何壓差都被利用來對應地降低固定排量泵62的排放壓「Pp」，類似於參照式(1)至(5)說明的前面的實施例。然而，最好將排出器74與76的相對容量「Cd1」與「Cd2」的尺寸定為符合於對兩個負載92與112的所要求的最大流率之比。可以連同類似地配置的流量控制閥，串列地增加其它排出器，來節省向兩個以上負載供液的固定排量泵的能量。
然而，最好將用一臺原動機130驅動一臺負載感測可變排量泵132的圖3的實施例限制在正好向兩個負載供給液體。液體最初沿來自一個貯存槽136的一條入口管134引導到可變排量泵132的一個入口。連接在可變排量泵上的一條工作管線138分裂成連接在各自的排出器144與146的入口上的一對支管140與142以及間接連接到相同的排出器144與146的各出口上的一對旁路管148與150。更具體地，旁路管148與150分別與連接在排出器144與146的出口上的工作管線152與154合併。
兩個排出器144與146機械地串列互連以便將支管140與142中液體分流成預定的比例。工作管線152與154將液體的分流引導到可調節限流器型壓力補償流量控制閥156與158的入口。將調節後的液體流沿工作管線160與162從兩個流量控制閥156與158的出口引導到各自的負載164與166。
與前面的實施例中的旁路型流量控制閥相似，限流型流量控制閥156與158也是由包含一個節流閥(未示出)在內的部件構成的。然而，不是排放過剩的流量來保持節流閥上的補償壓差「dP1」，而是與節流閥串聯一個壓力控制閥(也未示出)，用於通過進一步限制通過節流閥的流量而保持補償壓差「dP1」。從而，各流量控制閥156與158上的總壓差等於它們各自的節流與壓力控制閥上的壓差之和。
以兩種不同的方法進一步控制各流量控制閥156與158上的總壓差。第一，一對液壓控制隨動閥168與170調節旁路管148與150中的各流量，而在兩個流量控制閥156與158上保證至少保持一個預定的最小壓差。第二，控制可變排量泵132在具有最高壓力負載需求的流量控制閥156或158之一上保持一個預定的壓差。
第一對導流管172與174將來自工作管線152與160的各導流壓力連通到液壓控制隨動閥168上，而第二對導流管176與178將來自工作管線154與162的各導流壓力連通到液壓控制隨動閥170上。兩個液壓控制隨動閥168與170原始都是打開的，但被預定的液壓控制壓差設定值「dP2」以上的導流壓力之間的壓差關閉。
換言之，當流量控制閥156與158上的壓差降到液壓控制壓差「dP2」以下時，液壓控制隨動閥168與170使來自工作管線138的高壓流繞過排出器144與146。最好，液壓控制隨動閥的液壓控制壓差「dP2」高於流量控制閥的補償壓差「dP1」以支持流量控制閥的傳統操作。止回閥180與182防止旁路管148與150中的回流並使排出器144或146之一作為一臺泵工作。
第一往復閥184將工作管線152與154中的較高壓力連通到導流管186。第二往復閥188將工作管線160或162中的較高壓力連通到導流管190。改變可變排量泵132的幾何容量來保持導流管186與190之間的一個預定的工作壓差「dP3」。可變排量泵132的工作壓差「dP3」最好低於液壓控制隨動閥168與170的液壓控制壓差「dP2」來保證有足夠的流量到達流量控制閥156與158。
例如，當流量控制閥之一158關閉時，防止排出器144與146轉動。打開另一個流量控制閥156導致管線152中的排出器排放壓「Pd1」下降到直至液壓控制隨動閥168打開。足夠的高壓液體供給量通過旁路管148到達流量控制閥156。然而，可變排量泵132還調節對流量控制閥156的流量來保持流量控制閥156上的工作壓差「dP3」。
在兩個流量控制閥156與158都打開的一定條件下，排出器144與146參與節能。假定對負載164與166的要求的流率之比超過排出器144與146的幾何容量之比時負載166具有最高的負載壓需求「PL2」，則排出器144作為電機工作來驅動作為泵的排出器146。止回閥182防止通過旁路管150的回流。
響應對負載164的要求的流率的增加，排出器144的排放壓「Pd1」繼續下降直到液壓控制隨動閥168打開，以保證足夠的液體供應到達流量控制閥156。當液壓控制隨動閥168開始打開時，出現最大的再生及相關的節能。對較低與較高壓力負載164與166所需的流率為打開液壓控制隨動閥168所需的比超過排出器144與146的幾何容量之比，該比值為排出器的容量低效性的一個函數。從而，排出器144與146的容量低效性是通過流率中的變化調節的，而不降低對給定的負載需求壓力「PL1」與"PL2"的最大節能量。
然而，最好用不同的閥門配置從一臺可變排量泵向兩個以上負載提供流量。例如圖4描繪了一種負載感測可變排量泵的這種較佳配置，而圖5則描繪了代替壓力補償可變排量泵所需的改裝。
圖4中，原動機200驅動一臺負載感測可變排量泵202，而後者沿一條入口管204從貯存槽206中抽取液體。引導從可變排量泵排出的液體的工作管線208分裂成三條支管210、212與214及三條旁路管216、218與220。
三條支管210、212與214構成對三個機械地串列互連的排出器222、224與226的一個公共入口。但是工作管線228、230與232將三個排出器222、224與226的出口分開連接在旁路與限流器組合型壓力補償流量控制閥234、236與238的入口上。流量控制閥234、236與238的出口沿工作管線240、242與244連接在負載246、248與250上。循環管線252、254與256將流量控制閥234、236與238連接在工作管線208上。止回閥258、260與262防止從工作管線到各流量控制閥234、236與238的回流。
可能時，採用串聯限流與並聯旁路技術的組合來保持流量控制閥234、236與238的節流閥部分上的補償壓差「dP1」。然而，通過循環管線252、254與256的各流量要求工作管線228、230與232中的排出器排放壓「Pd1」、「Pd2」或「Pd3」高出工作管線208中的泵排放壓「Pp」一個足以克服對循環流的阻力的量。
旁路管216、218與220提供工作管線208與工作管線228、230與232之間的替換連接。液壓控制隨動閥264、266與268調節通過旁路管216、218與220的流量，以保證各流量控制閥234、236與238獨立於從排出器222、224與226排放的流率而接受足夠的液體供給。止回閥270、272與274防止通過旁路管216、218與220的回流。
導流管276、278與280連通作為對液壓控制隨動閥264、266與268的第一導流壓的排出器排放壓「Pd1」、「Pd2」與「Pd3」；以及導流管282、284與286連通作為對液壓控制隨動閥264、266與268的第二導流壓的來自工作管線240、242與244的負載需求壓力"PL1"、「PL2」與「PL3」。類似於前面的實施例，將液壓控制隨動閥偏置成打開位置，但被大於液壓控制壓差「dP2」的第一與第二導流壓之間的壓差所關閉。
也與前面的實施例類似，改變負載感測可變排量泵202的幾何容量來保持由一對導流管288與290連通的兩個導流壓之間的工作壓差「dP3」。往復閥292與294識別與隔離作為導流壓之一的排出器排放壓「Pd1」、「Pd2」與「Pd3」中的最高者；以及往復閥296與298隔離作為另一導流壓的負載需求壓力「Pd1」、「Pd2」與「Pd3」中的最高者。泵的工作壓差「dP3」最好小於液壓控制隨動閥的液壓控制壓差「dP2」。然而，與前面的實施例相反，可變排量泵的工作壓差「dP3」最好也小於流量控制閥的補償壓差「dP1」。
後面所提到的壓差設定值「dP1」與「dP3」之間的關係具有閉鎖從流量控制閥到具有最高壓力需求的負載的調節流量的循環流動的作用。雖然壓力「Pp」或壓差設定值「dP1」與「dP3」閉鎖了循環流動的任何一個流量控制閥234、236與238，也潛在地限制了排出器222、224與226的轉速。在再生期間，服務於最高壓力需求的流量控制閥限制排出器222、224與226的轉速，以允許提高通過其它流量控制閥的流率來補償排出器的容量低效性。
一個或多個但不是全部排出器222、224與226能夠作為一個循環器工作，用於從一個或多個負載246、248與250分流過剩的流量而不限制排出器的轉速。作為循環器工作的任何一個排出器的排放壓「Pd1」、「Pd2」或「Pd3」必須超出泵排放壓「Pp」一個足以克服流經有效循環管線252、254或256的阻力的量。作為一個循環器操作排出器之一能在負載之一即使只需要小量流量或不需要流量時也能使其它排出器作為泵或電機工作。排出器222、224與226的容量低效性使得一個以上的排出器能在作為電機工作的排出器之間的不同流率範圍上作為一臺電機工作。
能夠用十分相似於前面的實施例的方法計算泵的排放壓「Pp」，但用計入第三排放器的如下的公式(7)Pp＝Pd1Cd1＋Pd2Cd2＋Pd3Cd3其中「Cd3」為第三排出器提供的排出器總幾何容量的用分數表示的部分。
假定負載246具有最高壓力需求「PL1」，由再生導致的泵排放壓中的減少的量「Pr」可計算如下(8)Pr＝Pd1－Pp＝PL1＋dP3－Pp超過傳統的負載感測系統的節省的能量「Es」作為壓力降低「Pr」與上面式(4)中所寫的泵的瞬時輸出流量「Qp」的乘積而變化。
圖5中描繪了與圖4的系統相似的一個液壓驅動系統，但修改成包含一臺壓力補償可變排量泵312而不是一臺負載感測可變排量泵。壓力補償可變排量泵312是由一臺原動機310驅動的，用於從貯存槽314中抽取液體並將高壓液體排放到工作管線316中。
將高壓液體流引導到排出預定的流量比的三個排出器318、320與322的一個公共入口。旁路與限流器組合型壓力補償流量控制閥324、326與328將三個排出器318、320與322排放的液流調節到各自的負載330、332與334。
液壓控制隨動閥336、338與340保證來自工作管線316的足夠液體供應與排出器318、320與322排放的相對流量無關地到達流量控制閥324、326與328。關閉液壓控制隨動閥336、338與340的液壓控制壓差「dP2」最好大於流量控制閥324、326與328的補償壓差「dP1」以保證流量控制閥的壓力補償特徵的正常操作。然而將壓差設定值「dP1」與「dP2」之間的差保持小到能夠使作為電機工作的排出器上產生最大的壓力降。
往復閥342與344隔離排出器排放壓"Pd1"、「Pd2」與「Pd3」中最高者作為對壓力補償可變排量泵312的導流壓。改變可變排量泵312的幾何容量將導流壓與一個給定的系統壓力「Pc」匹配。泵312的實際排出壓「Pp」相對於給定的系統壓力「Pc」降低了按照下述關係的再生量(9)Pp＝Pc－Pr流量控制閥324、326與328沿各自的循環管線346、348與350將排出器排放的過剩流量返回到工作管線316。但是，通過流量控制閥調節對具有最高壓力需求的負載的流量的循環流卻被雙位置換向閥354、356與358的一個網絡隔離與封閉。導流管360、362與364以不同的對連通各需求壓力「PL1」、「PL2」與「PL3」到各換向閥354、356與358上，用於進行封閉適當的循環管線中的流動所必要的邏輯比較。
用於封閉服務於最高壓力負載的流量控制閥中所通過的循環的閥門的相同或替代配置可替代前面的實施例中的流量控制閥的壓差「dP1」與「dP3」之間的規定的關係及負載感測泵。這便使得前面的實施例中的流量控制閥能夠保持對它們的壓力補償功能的控制，同時滿足最高壓力需求。
圖6描繪了對圖4的補充，公共的特徵用相同的參照數字表示。然而，替代三個大小不等的排出器222、224與226，圖6的實施例包含四個串列互連的大小相等的排出器370、372、374與376。一條附加的支管將排出器376的入口與工作管線208相連。
但是，不是用來向一個第四負載供給流量，連接在排出器376的出口上的附加工作管線380將額外的流量提供給其它工作管線228、230或232中呈現最高的排出器排放壓「dP1」、「dP2」或「dP3」的一條管線。並將往復閥382與384修改成將工作管線380中的額外流量引導到工作管線228、230或232中適當的一條中。
在再生期間，排出器376與其它排出器中的一個並行地作為泵工作，藉此高效地加倍承擔泵操作的排出器的總幾何容量部分。雖然增加泵容量會降低作為電機工作的排出器相對於作為泵工作的排出器的機械效益，並相應地減少泵排放壓「Pp」的壓力降低「Pr」，但多得多的對負載246、248與250的要求流率的組合能夠起動再生。
給定了大小相等的排出器370、372、374與376，在對任何一個較低壓力負載的要求流率達到正好一半對最高壓力負載的要求流率時便會起動再生。對較低壓力負載的要求流率超過對最高壓力負載的要求流率的一半時，將排出器的容量低效性補償到工作管線208中最大的壓力降低「Pr」，這等價於具有100％容量效率的排出器的理論壓力降低「Pr」。
雖然全部四個排出器370、372、374與376都具有相等的幾何容量，也可將排出器370、372與374的大小定為更好地與對各負載246、248與250的預期流率匹配。可還將排出器376的大小改變成改進預期流率上的總體節能。此外，也可用可變幾何容量來製造排出器376，以便在對負載的流率的更寬的範圍中進一步改進節能。
在上述各實例中，一組管線、閥門、排出器、壓力設定值、以及它們之間的邏輯關係構成了一個液壓控制系統，用於識別支管之間的潛在節能，並用於將液流源上的供應壓力降低到更接近與支管對動力的總需求匹配。然而，傳統的電子控制可用來代替液壓控制完成類似的功能。例如，壓力傳感器可代替導流管。
以上的所有實例也描述了調節通過負載的單一方向流量的流量控制閥的特徵。然而，流量控制閥也能以眾所周知的方式配置成調節通過負載的雙向流量，用於控制諸如正反轉電機與雙動汽缸等動力轉換設備。例如，流量控制閥的節流閥部分可用一節流四通換向控制閥來代替，以調節通過負載的相反流動方向。
貫穿本說明書還參照了至連我的再生器的部件的管線。然而這些管線中也旨在包括各式各樣的用於引導液體的已知部件，其中包括通道、管道與導管。例如，我的再生器內的流通路徑最好作為集成管路塊或棧內的通道構成。
權利要求
1.一種用在一個系統中將液壓動力作為壓力下的液體流量輸送到一個或多個負載的再生器，包括機械地互連的第一與第二排出器，用於將液體流量分成預定的部分；所述第一與第二排出器具有一個入口及各自的出口；第一與第二流量控制閥，用於調節不同的液體流量部分到一個或多個負載；所述第一與第二流量控制閥具有各自的入口與出口；一條第一工作管線，用於在一個第一壓力上將液體流量的供應連接到所述排出器的入口上；第二與第三工作管線，用於在第二與第三壓力上分別將排出器的所述出口連接到第一與第二流量控制閥的所述入口上；以及一個控制系統，根據所述第二與第三壓力之間的差，相對於所述第二與第三壓力中較高者降低所述第一壓力。
2.權利要求1的再生器，還包括第四與第五工作管線，用於在各自的第四與第五壓力上分別將第一與第二流量控制閥的所述出口連接到一個或多個負載上。
3.權利要求2的再生器，其中所述控制系統包括第一與第二壓力調節器，在所述第二與第四壓力之間及所述第三與第五壓力之間，提供所述第一與第二流量控制閥上的各自的壓差調節。
4.權利要求3的再生器，還包括第一與第二回流管，用於分別分流來自所述第四與第五工作管線的過剩液體流量。
5.權利要求4的再生器，其中所述第一與第二流量控制閥包括節流閥，以及所述第一與第二壓力調節器通過將所述第四與第五工作管線上的過剩液體流量分流到所述第一與第二回流管上而提供在所述節流閥上保持預定的補償壓差。
6.權利要求5的再生器，其中所述第一與第二回流管提供將過剩的液體流量引導到一個貯存槽。
7.權利要求5的再生器，還包括一個導流器操作的減壓閥，用於根據取自所述第二與第三壓力中的較高者的一個導流信號，將過剩的流量從所述第一工作管線排放到所述貯存槽。
8.權利要求6的再生器，其中所述第四與第五工作管線聯合構成一條公共工作管線，用於引導液體流量到一個單一的負載。
9.權利要求8的再生器，其中所述第一與第二流量控制閥具有一個共同的致動器，用於以預定的序列操作所述第一與第二流量控制閥，將通過所述公共工作管線的流量調節到該單一負載上。
10.權利要求9的再生器，其中所述第一與第二排出器具有不同的幾何容量。
11.權利要求10的再生器，其中第四與第五壓力等於該單一負載的需求壓力，以及將所述第一與第二流量控制閥之一置於一個打開位置並將所述第一與第二流量控制閥的另一個置於一個關閉的位置，相對於所述單一負載的需求壓力降低所述第一壓力。
12.權利要求5的再生器，還包括導流管對，用於將所述節流閥上的所述壓差連通到所述第一與第二壓力調節器上。
13.權利要求12的再生器，還包括分別連接到各對中的所述導流管之一上的減壓閥，用於將各對中的所述一條導流管中的壓力限制在預定的洩放壓上。
14.權利要求13的再生器，其中所述第一與第二壓力調節器分流通過所述第一與第二回流管中的過剩液體流量，用於將所述第二與第三管線中的壓力限制在所述補償壓差與所述洩放壓之和上。
15.權利要求3的再生器，其中所述第四與第五工作管線提供獨立地引導液體流量到不同的負載。
16.權利要求15的再生器，還包括將所述第一工作管線分別連接到所述第二與第三工作管線上的第一與第二旁路管。
17.權利要求16的再生器，其中所述第一與第二壓力調節器為初級壓力調節器，它們響應預定的液壓控制壓差以上的所述第一與第二流量控制閥上的壓差，提供限制通過所述第一與第二旁路管的液體流量。
18.權利要求17的再生器，還包括一條第一導流管，用於連通所述第二與第三壓力中的較高者作為一個第一導流壓；以及一條第二導流管，用於連通所述第四與第五壓力中的較高者作為一個第二導流壓。
19.權利要求18的再生器，其中所述第一與第二導流管作為一個第二壓力調節器提供可變排量泵的控制排量，用於將所述第一與第二流量控制閥之一上的一個預定的工作壓差保持在所述第二及第三壓力中的較高者與所述第四及第五壓力中的較高者之間。
20.權利要求19的再生器，其中所述液壓控制壓差不小於所述工作壓差。
21.權利要求20的再生器，其中所述第一與第二流量控制閥包括節流閥及三級壓力調節器，用於通過進一步限制通過所述第一及第二流量控制閥的液體流量，保持所述節流閥上的預定補償壓差。
22.權利要求21的再生器，其中所述液壓控制壓差及所述工作壓差不小於所述補償壓差。
23.權利要求15的再生器，還包括機械地與所述第一與第二排出器連接的一個第三排出器，用於進一步將液體流量分成三個預定的部分；所述第三排出器具有一個入口及出口；一個第三流量控制閥，用於控制對第三負載的液體流量；所述第三流量控制閥具有一個入口及出口；所述第一工作管線還提供在所述第一壓力上將液體流量的供應連接到所述第三排出器的入口上；一條第六工作管線，用於在一個第六壓力上將所述第三排出器的出口連接在所述第三流量控制閥的入口上；一條第七工作管線，用於在一個第七壓力上將所述第三流量控制閥的出口連接在第三負載上；以及所述控制系統進一步根據所述第二、第三與第六壓力之間的差，相對於所述第二、第三與第六壓力中的一個較高者，降低所述第一壓力。
24.權利要求23的再生器，其中所述控制系統還包括一個第三壓力調節器，該調節器在所述第六與第七壓力之間調節所述第三流量控制閥上的壓差。
25.權利要求24的再生器，還包括第一、第二與第三循環管線，用於分別將來自所述第四、第五與第七工作管線的過剩液體流量分流到所述第一工作管線。
26.權利要求25的再生器，進一步包括第一、第二與第三止回閥，用於防止液體流量從所述第一工作管線回流到所述第一、第二與第三循環管線。
27.權利要求26的再生器，還包括一個閥門邏輯網絡，用於閉鎖通過所述第一、第二與第三循環管線中一條的循環，該條管線分流來自所述第四、第五與第七工作管線中具有所述第四、第五與第七壓力中最高壓力的一條的過剩流量。
28.權利要求27的再生器，其中所述第一、第二與第三流量控制閥包括節流閥，以及所述第一、第二與第三壓力調節器通過將來自所述第四、第五及第七工作管線的過剩液體流量分流到所述第一、第二與第三循環管線，而提供在所述節流閥上保持預定的補償壓差。
29.權利要求28的再生器，其中所述第一、第二與第三壓力調節器還通過進一步限制通過所述第一、第二與第三流量控制閥的液體流量，而提供在所述節流閥上保持預定的補償壓差。
30.權利要求24的再生器，還包括將所述第一工作管線分別連接在所述第二、第三與第六工作管線上的第一、第二與第三旁路管。
31.權利要求30的再生器，其中所述第一、第二與第三壓力調節器根據預定的液壓控制壓差以上的所述第一、第二與第三流量控制閥上的壓差，提供對通過所述第一、第二與第三旁路管的液體流量的限制。
32.權利要求31的再生器，其中止回閥防止液體流量從所述第一、第二與第三旁路管回流到所述第一工作管線。
33.權利要求15的再生器，還包括機械地與所述第一與第二排出器連接的一個第三排出器，用於進一步將液體流量分成三個預定的部分；所述第三排出器具有一個入口與出口；所述第一工作管線還提供在所述第一壓力上將液體流量的供應連接到所述第三排出器的入口上；一條流動路徑，用於將所述第三排出器的出口替換地連接到所述第二與第三工作管線上；以及所述控制系統提供將所述第三排出器的出口連接到所述第二與第三工作管線中具有所述第二與第三壓力中較高的壓力的一條上。
34.權利要求33的再生器，其中所述控制系統包括一個往復閥，用於識別所述第二與第三壓力中的較高者。
35.一種用於將一個液體流量供給多個負載的液壓泵系統，包括一個可變排量泵，用於將液體流量供給第一與第二負載；機械地互連的第一與第二排出器，用於排出該可變排量泵所供給的液體流量的預定部分；第一與第二流量控制閥，用於控制從所述第一與第二排出器到第一與第二負載的對應的液體流量；一條第一工作管線，用於在一個第一壓力上將來自可變排量泵的液體流量引導到所述第一與第二排出器；第二與第三工作管線，用於在第二與第三壓力上，將來自所述第一與第二排出器的各液體流量引導到所述第一與第二流量控制閥；第四與第五工作管線，用於在第四與第五壓力上，進一步將來自所述第一與第二流量控制閥的各液體流量引導到第一與第二負載；以及一個泵控制器，用於通過改變所述可變排量泵的排量，在所述第一與第二流量控制閥中具有所述第二與第三壓力中較高的壓力及所述第四與第五壓力中較高的壓力的一個閥上，保持一個預定的工作壓差。
36.權利要求35的再生器，還包括一條第一導流管，用於連通所述第二與第三壓力中的較高者作為對泵控制器的一個第一導流壓；以及一條第二導流管，用於連通所述第四與第五壓力中的較高者作為對泵控制器的一個第二導流壓。
37.權利要求36的再生器，還包括將所述第一工作管線分別連接在所述第二與第三工作管線上的第一與第二旁路管。
38.權利要求37的再生器，還包括第一與第二初級壓力調節器，它們根據預定的液壓控制壓差以上的所述第一與第二流量控制閥上的壓差，限制通過所述第一與第二旁路管的液體流量。
39.權利要求38的系統，其中所述第一與第二流量控制閥包括限流器及次級壓力調節器，用於保持所述限流器上的預定補償壓差。
40.權利要求39的系統，其中將所述次級壓力調節器的補償壓差設定為不大於可變排量泵的工作壓差及初級壓力調節器的液壓控制壓差。
41.權利要求40的系統，其中將可變排量泵的工作壓差設定為不大於初級壓力調節器的液壓控制壓差。
42.權利要求41的系統其中，所述限流具有可變大小的孔，以及所述次級壓力調節器控制通過所述限流器的流率，以保持限流器上的預定補償壓差。
43.權利要求42的系統，其中所述次級壓力調節器也包括帶有可變大小的孔、並且與流量控制閥的所述限流器串聯的限流器。
44.一種液壓管路，用於節省液壓泵系統中的能量，該系統具有在壓力下將液體流量供給三個或以上負載的一臺可變排量泵，該液壓管路包括機械地至連的第一、第二與第三排出器，用於將液體流量分成預定的部分；第一、第二與第三流量控制閥，用於控制從所述第一、第二與第三排出器到第一、第二與第三負載的各液體流量；一條第一工作管線，用於在第一壓力上將來自可變排量泵的液體流量引導到所述第一、第二與第三排出器；第二、第三與第四工作管線，用於在第二、第三與第四壓力上將來自所述第一、第二與第三排出器的各液體流量引導到所述第一、第二與第三流量控制閥；第五、第六與第七工作管線，用於在第五、第六與第七壓力上將各液體流量進一步從所述第一、第二與第三流量控制閥引導到第一、第二與第三負載；以及第一、第二與第三循環管線，用於從所述第五、第六與第七工作管線上將過剩液體流量分流到所述第一工作管線。
45.還包括一個控制系統，用於閉鎖通過所述第一、第二與第三循環管線中分流來自所述第五、第六與第七工作管線中具有所述第五、第六與第七壓力中最高壓力的一條管線的過剩流量的一條循環管線的循環。
46.權利要求45的管路，其中所述控制系統包括一個壓力調節器，用於將所述第一、第二與第三流量控制閥上的一個預定的工作壓差保持在所述第二、第三及第四壓力中的較高者與所述第五、第六及第七壓力中的較高者之間。
47.權利要求46的管路，其中所述第一、第二與第三流量控制閥包括限流器，以及所述控制系統包括附加的壓力調節器，用於通過將來自所述第五、第六與第七工作管線的過剩液體流量分流到所述第一、第二與第三循環管線，而保持所述限流器上的預定補償壓差。
48.權利要求47的管路，其中所述控制系統通過將所述工作壓差設定為小於所述補償壓差，而提供對通過所述第一、第二與第三循環管線之一的循環的閉鎖。
49.權利要求47的管路，其中所述附加壓力調節器也包括帶有可變大小的孔、與流量控制閥的所述限流器串聯的限流器，用於保持所述限流器上的預定補償壓差。
50.權利要求49的管路，還包括將所述第一工作管線分別連接在所述第二、第三與第四工作管線上的第一、第二與第三旁路管。
51.權利要求50的管路，其中所述控制系統包括其它的附加壓力調節器，用於根據大於預定的液壓控制壓差的所述第一、第二與第三流量控制閥上的壓差，限制通過所述第一、第二與第三旁路管的液體流量。
52.權利要求51的管路，其中將所述預定液壓控制壓差設定為大於所述工作壓差。
53.權利要求44的管路，還包括機械地與所述第一、第二與第三排出器連接的一個第四排出器，用於將液體流量進一步分成四個預定的部分；所述第一工作管線也在所述第一壓力上將液體流量從可變排量泵引導到所述第四排出器；一條流動路徑，提供將來自所述第四排出器的液體流量交替地引導到所述第二、第三與第四工作管線之一中；以及一個控制系統，用於識別所述第二、第三與第四壓力中的最高壓力，及用於將來自所述第四排出器的液體流量引導到所述第二、第三與第四工作管線中具有最高壓力的一條。
54.權利要求53的管路，其中所述控制系統包括一對串聯的往復閥，用於識輥所述第二、第三與第四壓力中的較高者。
55.權利要求54的管路，其中所有四個所述排出器具有相等的幾何容量。
全文摘要
一種功率感測再生器，包括一對串列連接的排出器(24與26)，用於將來自一臺泵(12)的液體流量分成預定的部分以服務於一個或多個負載(42)。流量控制閥(32與34)將來自排出器(24與26)的各流量調節到一個或多個負載(42)上。一個控制系統包括流量控制閥(32與34)的壓差調節器，該控制系統根據排出器(24與26)的排放壓之間的差，降低泵(12)的排放壓。
文檔編號E02F9/22GK1126507SQ94192624
公開日1996年7月10日 申請日期1994年4月20日 優先權日1993年4月28日
發明者理察·M·羅奇 申請人:羅奇工程公司