本发明涉及一种用于工程机械的液压系统，包括：第一和第二液压促动器；和用于分别经由第一和第二优先阀(V1、V2)向第一和第二促动器中的至少一个提供液压流体的第一和第二液压机。通过第一促动器的入口阀上的压降ΔP来控制第一和第二优先阀，使得当压降ΔP低于第一阈值T1时，液压流体流仅被允许通向第一促动器。对于高于T1的压降，第二优先阀允许液压流体流通向第一和第二促动器。第一优先阀(V1)进一步构造为对于高于第二阈值T2的压降，允许液压流体流通向第一和第二促动器，第二阈值T2比第一阈值T1高。
1.一种用于工程机械的液压系统，包括用于控制第一功能件的第一液压促动器(A1)和用于控制第二功能件的第二液压促动器(A2)，所述第一液压促动器设有入口阀，所述液压系统进一步包括：第一液压机(P1)，用于将液压流体经由第一优先阀(V1)提供到所述第一液压促动器和所述第二液压促动器中的至少一个；
第二液压机(P2)，用于将液压流体经由第二优先阀(V2)提供到所述工程机械的所述第一液压促动器和所述第二液压促动器中的至少一个；
其特征在于，所述第一优先阀和所述第二优先阀中的每一个被构造为由所述第一液压促动器(A1)的所述入口阀上的压降(ΔP)控制，使得当所述压降低于第一阈值(T1)时，仅允许液压流体流通向所述第一液压促动器；
所述第二优先阀(V2)被进一步构造为：对于高于所述第一阈值(T1)的压降，允许液压流体流通向所述第一液压促动器和所述第二液压促动器二者；
所述第一优先阀(V1)被进一步构造为：对于高于第二阈值(T2)的压降，允许液压流体流通向所述第一液压促动器和所述第二液压促动器二者；并且其中所述第二阈值(T2)高于所述第一阈值(T1)。
2.根据权利要求1所述的液压系统，其中所述第二优先阀(V2)被进一步构造为：对于高于第三阈值(T3)的压降，仅允许液压流体流通向所述第二液压促动器(A2)；并且所述第一优先阀(V1)被进一步构造为：对于高于第四阈值(T4)的压降，仅允许液压流体流通向所述第二液压促动器(A2)；
其中所述第四阈值(T4)高于所述第三阈值(T3)。
3.根据权利要求2所述的液压系统，其中所述第三阈值(T3)高于所述第二阈值(T2)。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的液压系统，其中所述第一功能件是所述工程机械的液压转向系统。
5.根据权利要求1-3中的任一项所述的液压系统，其中所述第二功能件是所述工程机械的液压作业系统。
6.根据权利要求1-3中的任一项所述的液压系统，其中所述第一液压机(P1)是第一固定排量液压泵。
7.根据权利要求6所述的液压系统，其中所述第二液压机(P2)是第二固定排量液压泵。
8.根据权利要求7所述的液压系统，其中所述第二固定排量液压泵(P2)具有比所述第一固定排量液压泵(P1)大的排量。
9.根据权利要求1-3中的任一项所述的液压系统，其中所述液压系统具有用于将载荷感测信号(LS)从所述第一液压促动器(A1)传递到所述第一优先阀(V1)和所述第二优先阀(V2)中的每一个的装置。
10.根据权利要求1-3中的任一项所述的液压系统，进一步包括第三液压机(P3)，用于将液压流体提供到所述第二液压促动器(A2)。
11.根据权利要求2所述的液压系统，其中所述第一优先阀(V1)包括第一弹簧(S1)，且所述第二优先阀(V2)包括第二弹簧(S2)，并且其中，所述弹簧中的每一个弹簧的位置控制相应的优先阀的输出，使得：当所述弹簧完全延伸时，液压流体流仅被允许通向所述第一液压促动器(A1)，而当所述弹簧被完全压缩时，液压流体流仅被允许通向所述第二液压促动器(A2)。
12.根据权利要求11所述的液压系统，其中所述第一弹簧(S1)和所述第二弹簧(S2)的压缩是通过所述第一液压促动器(A1)的所述入口阀上的所述压降(ΔP)控制的。
13.根据权利要求11或12所述的液压系统，其中所述第一弹簧(S1)被构造为对于低于所述第二阈值(T2)的压降(ΔP)完全延伸，且对于高于所述第四阈值(T4)的压降(ΔP)完全压缩。
14.根据权利要求11或12所述的液压系统，其中所述第二弹簧(S2)被构造为对于低于所述第一阈值(T1)的压降(ΔP)完全延伸，且对于高于所述第三阈值(T3)的压降(ΔP)完全压缩。
15.一种用于控制工程机械的液压系统的方法，所述液压系统包括第一液压机(P1)和第二液压机(P2)，所述第一液压机(P1)用于将液压流体经由第一优先阀(V1)提供到第一液压促动器(A1)和第二液压促动器(A2)中的至少一个，所述第二液压机(P2)用于将液压流体经由第二优先阀(V2)提供到所述第一液压促动器(A1)和所述第二液压促动器(A2)中的至少一个，所述第一液压促动器(A1)设有入口阀，所述方法包括：控制所述第一优先阀(V1)和所述第二优先阀(V2)中的每一个，以在所述第一液压促动器(A1)的所述入口阀上的压降(ΔP)低于第一阈值(T1)的情况下仅允许液压流体流通向所述第一液压促动器(A1)；
控制所述第二优先阀(V2)，以便对于高于所述第一阈值(T1)的压降(ΔP)，允许液压流体流通向所述第一液压促动器(A1)和所述第二液压促动器(A2)二者；
控制所述第一优先阀(V1)，以便对于高于第二阈值(T2)的压降(ΔP)，允许液压流体流通向所述第一液压促动器和所述第二液压促动器二者；
其中所述第二阈值(T2)高于所述第一阈值(T1)。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述第二优先阀(V2)被控制为：对于高于第三阈值(T3)的压降，仅允许液压流体流通向所述第二液压促动器(A2)；并且所述第一优先阀(V1)被控制为：对于高于第四阈值(T4)的压降，仅允许液压流体流通向所述第二液压促动器(A2)；
其中所述第四阈值(T4)高于所述第三阈值(T3)。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述第三阈值(T3)高于所述第二阈值(T2)。
双优先阀
技术领域
[0001] 本发明涉及用于根据权利要求1的前序部分的用于工程机械的液压系统。
[0002] 本发明可应用于工业建筑机械领域内的工程机械，特别是轮式装载机。虽然将关于轮式装载机描述本发明，但本发明不限于此特定的机器，而是还可在其他工程机械，例如铰接式翻斗车、挖掘机和反铲装载机中使用。
背景技术
[0003] 工程机械设有铲斗、容器或其他类型的用于提升、运载和/或运输载荷的工具。
[0004] 例如，轮式装载机具有用于升高和降低工具(例如铲斗)的载荷臂单元。载荷臂单元包括用于移动载荷臂和附接到载荷臂的工具的多个液压缸。一对液压缸布置为提升载荷臂，且另外的液压缸布置在载荷臂上以用于提升工具。通常为车架转向的轮式装载机还具有用于通过使得轮式装载机的前部分和后部分相互枢转而使轮式装载机转弯/转向的一对液压缸。
[0005] 除液压缸外，轮式装载机的液压系统包括用于将液压流体提供到载荷臂的液压缸的第一泵(工作缸泵)和用于将液压流体提供到转向缸的第二泵(转向缸泵)。为了优化液压系统且以有效的方式使用泵，转向缸泵还可用于将液压流体提供到载荷臂单元的液压缸(工作缸)。
[0006] 由于经济和环境原因，工程机械的燃料效率日益重要。在包括缸促动器的工程机械内增加燃料效率的一个方式是增加液压系统的效率。例如已知固定排量泵比可变泵具有更高的效率。然而，当固定排量泵的仅部分流被使用时，剩余的流必须被卸放到油箱，因此增加了系统内的损失。
[0007] US 4044786试图通过如下方式减轻前述问题，即，引入其中优先阀连接到固定排量泵的液压系统，使得泵的流动被分配到超过一个载荷循环。
[0008] 然而，在根据US 4044786的液压系统中，当主载荷循环的流动需求增加到超过第一泵可提供的程度时，在从第一泵到第二泵的过渡的响应中将存在延迟。此延迟将被车辆的操作者作为主载荷循环的响应的临时降低而觉察到。
发明内容
[0009] 考虑到上述液压系统的期望特性，本发明的总体目的是提供一种改进的用于工程机械的液压系统和一种用于控制该系统的方法。
[0010] 根据本发明的第一方面，此目的通过根据权利要求1的液压系统实现。
[0011] 在此上下文中，“优先阀”应理解为具有用于从液压机接收液压流体的入口和用于将所接收的液压流体引导到两个液压促动器的两个出口的液压阀。优先阀被构造成被控制以基于接收到的控制信号将液压流体排他地提供到促动器中的任一个或以二者之间的任何比例将液压流体同时提供到两个促动器。
[0012] 本发明基于如下认识，即：有效的液压系统可通过使用第一和第二优先阀以将液压流体提供到第一和第二促动器来实现，其中通过第一促动器的入口阀上的压降来控制该两个优先阀，因此有效地利用了两个液压机，同时使第一促动器优先。
[0013] 根据本发明，第一和第二优先阀都连接到第一和第二液压促动器，且通过第一(被优先的)促动器的入口阀上的压降来控制优先阀，使得：如果压降低于第一阈值，则两个阀仅将液压流体提供到第一促动器。如果压降超过第一阈值，则第二优先阀开始将液压流体流也提供到第二促动器，而如果压降超过第二阈值，则第一优先阀开始将液压流体流提供到第二促动器。
[0014] 在本发明的一个实施例中，第二优先阀可进一步构造为：对于高于第三阈值的压降，仅允许液压流体流向第二促动器；且第一优先阀可进一步构造为：对于高于第四阈值的压降，仅允许液压流体流向第二促动器，其中，第四阈值高于第三阈值。此外，第三阈值可有利地高于第二阈值。因此，两个优先阀具有当压降的改变导致从将流体排他地提供到促动器中的任一个到将液压流体提供到两个促动器的过渡时重叠或反之亦然的范围。通过将优先阀构造为使得阈值重叠，能够实现第一促动器和第二促动器之间的平稳过渡。
[0015] 根据本发明的一个实施例，第一功能件可以是工程机械的液压转向系统，且第二功能件可以是工程机械的液压作业系统。因此，第一促动器是用于提供工程机械的转向功能的促动器，且第二促动器是用于提供工程机械的作业功能，例如提升功能的促动器。因此，在本发明的一个实施例中，转向功能是液压系统的优先功能。因此，液压系统布置为将动力提供到提升促动器，只要转向促动器不要求动力或要求低动力，且当转向促动器要求动力时将动力再引导到转向功能。
[0016] 在本发明的一个实施例中，第一液压机可有利地是第一固定排量液压泵，且第二液压机可有利地是第二固定排量液压泵。
[0017] 固定排量泵是不能够被调节以增加或降低在一个泵循环中被移动的流体的量的液压泵。通过使用固定排量泵而不是可变排量泵，能够提供更简单、更稳定且相对地成本更低的系统。
[0018] 在本发明的一个实施例中，第二固定排量液压泵可有利地具有比第一固定排量液压泵更大的排量。因此，只要转向载荷足够低，例如对于低转向速度，诸如在工程机械的运输期间，转向可通过具有较小的固定排量的第一泵驱动。
[0019] 根据本发明的一个实施例，第一优先阀可包括第一弹簧，且第二优先阀可包括第二弹簧，其中所述弹簧中的每个弹簧的位置控制相对应的优先阀的输出，使得当弹簧完全延伸时，液压流体流仅被允许通向第一促动器，且当弹簧完全压缩时，液压流体流仅被允许通向第二促动器。
[0020] 此外，第一弹簧和第二弹簧的压缩优选是通过第一促动器的入口阀上的压降来控制的。此外，第一弹簧可构造为对于低于第二阈值的压降完全延伸，且对于高于第四阈值的压降完全压缩。第二弹簧可构造为对于低于第一阈值的压降完全延伸，且对于高于第三阈值的压降完全压缩。
[0021] 根据本发明的第二方面，还提供了用于控制液压系统的方法，所述液压系统包括第一液压机和第二液压机，第一液压机将液压流体经由第一优先阀提供到第一促动器和第二促动器中的至少一个，第二液压机将液压流体经由第二优先阀提供到第一促动器和第二促动器中的至少一个，第一液压充电器设有入口阀，所述方法包括：控制第一优先阀和第二优先阀中的每一个，以在第一促动器的入口阀上的压降低于第一阈值的情况下，允许液压流体流仅通向第一促动器；控制第二优先阀，以便对于高于第一阈值的压降，允许液压流体流通向第一促动器和第二促动器；控制第一优先阀，以便对于高于第二阈值的压降，允许液压流体流通向第一促动器和第二促动器；其中，第二阈值高于第一阈值。
[0022] 本发明的此第二方面的效果和特征很大程度上类似于以上结合本发明的第一方面描述的效果和特征。
[0023] 还提供了一种计算机程序，用于使处理单元根据上述用于控制液压系统的方法来控制工程机械的液压系统，以及包括该计算机程序的计算机可读介质。
[0024] 本发明的另外特征和优点将在阅读所附权利要求和如下的描述时变得显见。专业人员将认识到本发明的不同的特征可组合以产生不同于在下文中所描述的实施例的实施例，而不偏离本发明的范围。
附图说明
[0025] 现在将参考示出了本发明的示例实施例的附图来更详细地描述本发明的这些及其他方面，其中：
[0026] 图1示意性地示意了根据本发明的实施例的工程机械；
[0027] 图2示意性地示意了根据本发明的实施例的液压系统；并且
[0028] 图3是示意性地描绘了图2的液压系统的功能的曲线图。
具体实施方式
[0029] 在本详细描述中，主要参考用于轮式装载机的液压系统来论述根据本发明的液压系统的各种实施例。应注意到的是，这并非限制本发明的范围，本发明同样可应用于例如挖掘机或反铲装载机中的液压系统。
[0030] 图1示意性地示出了轮式装载机形式的工程机械100。该轮式装载机100被认为是可有利地使用根据本发明实施例的液压系统的工程机械的示例。该轮式装载机具有前车身部分102和后车身部分104。这些车身部分中的每一个包括车架和布置在轮轴上的车轮106。后车身部分104包括用于轮式装载机100的操作者的驾驶室108。车身部分102、104以如下方式相互连接：即，它们能够借助于布置在车身部分102、104之间且接附到车身部分102、104上的两个液压缸(转向缸)110a、110b而绕竖直轴线相对于彼此枢转。因此，液压缸110a、
110b在沿工程机械100的纵向方向延伸的中心线的每一侧各布置一个，以便借助于这些液压缸使轮式装载机转动或转向。换言之，轮式装载机100是所谓的车架转向式(frame-steered)工程机械。
[0031] 轮式装载机包括提升设备112，用于处理不同载荷，例如物料或材料。提升设备112包括提升臂114，该提升臂114在第一端可枢转地连接到前车身部分102，以实现臂114的提升运动。提升臂114还可称为动臂。
[0032] 提升设备112进一步包括在此以铲斗表示的工具116，该铲斗可枢转地连接到提升臂114的第二端，以实现铲斗116的倾斜运动，例如用于倾卸载荷。
[0033] 借助于液压促动器，在此借助于液压缸(提升缸)118，能够使提升设备112相对于车辆的前车身部分102升起和降低。液压缸118在第一端处联接到前车身部分102，且在第二端处联接到提升臂114。借助于另外的液压缸(倾斜缸)120，能够使铲斗116相对于提升臂114倾斜，该液压缸120在第一端处联接到提升臂114，且在第二端处联接到铲斗116。
[0034] 轮式装载机100进一步包括驱动传动系(drive line)(未示出)，该驱动系包括发动机例如内燃机、转矩变换器、变速箱等。发动机能够布置为将动力供应到驱动传动系以驱动车轮106且借助于动力输出装置(PTO)驱动液压系统中的液压机(泵)，所述动力输出装置能够在发动机和转矩变换器之间布置在驱动传动系处。
[0035] 图2中示意性地示出了根据本发明实施例的液压系统。该液压系统包括第一液压促动器A1和第二液压促动器A2，第一液压促动器A1用于控制轮式装载机100的转向功能，第二液压促动器A2用于控制轮式装载机100的作业功能，例如提升功能。液压促动器A1和A2在此被设置为液压缸的形式，其中，A1对应于图1中的液压缸110a和110b，而A2对应于液压缸118。液压缸还包括用于控制缸的液压作用的阀。该系统进一步包括固定排量液压泵P1、P2、P3形式的第一、第二和第三液压机，用于将加压的液压流体提供到液压缸110a、110b和118。
P1和P2均经由第一优先阀V1和第二优先阀V2连接到液压缸A1和A2两者。液压泵P3仅连接到液压缸A2，用于在必要时提供额外的提升动力。这些液压泵共同地由马达例如内燃机直接驱动。
[0036] 液压系统具有用于将载荷感测信号LS从第一液压缸A1传递到第一优先阀V1和第二优先阀V2中的每一个的装置。载荷感测信号LS对应于液压缸A1中的压力。该载荷感测信号还可借助于布置在液压缸中的压力传感器被提供到优先阀，该压力传感器将电控制信号传递到电先导阀，电先导阀则将对应于载荷感测信号的液压控制信号提供到优先阀。
[0037] 优先阀则通过被限定为P-LS的压降ΔP来控制，其中P是在液压缸A1的入口阀之前的压力。因此，对应于LS和P的控制信号被提供到先导阀。替代地，直接提供对应于压力差ΔP的控制信号。优先阀V1和V2装配有弹簧S1和S2，弹簧S1和S2具有不同的弹簧偏压，使得液压流体流的分布被作为ΔP的函数引导到(directed to)液压缸A1和A2，这将在下文中进一步描述。作为使用具有不同的弹簧偏压的类似的弹簧的替代，可使用具有不同的弹簧常数的弹簧。合并了包括弹簧的优先阀的上述实施例是可如何实施本发明的一般构思的示例。本领域一般技术人员将认识到，可使用替代地构造的优先阀，同时仍执行本发明的期望功能。
[0038] 图3示意性地示出了作为关于图2中介绍的部件的压降ΔP的函数的、两个优先阀的位置。V1A1对应于优先阀V1仅通向液压缸A1。换言之，位置V1A1指示了由泵P1提供的液压流体流仅被提供到液压缸A1。类似地，V1A2指示了优先阀处于液压流体流仅被引导到液压缸A2中的位置。同样地，V1A2和V2A2分别指示了其中液压流体流被引导到A1和A2的、作为ΔP的函数的优先阀V2的位置。应注意到的是，图3未按比例绘出，且曲线图的目的是示意液压系统的大体功能。
[0039] 在液压系统的优选实施例中，优先阀V1和V2被构造为使得轮式装载机的通过液压缸A1提供的转向功能是优先的。为简单起见，在图2中仅示出了一个液压缸A1。
[0040] 当ΔP低于第一阈值T1时，优先阀V1和V2所处的位置使得来自泵P1和P2的流被引导到液压缸A1，即，被引导到转向功能件。优先阀的位置由弹簧S1和S2的弹簧偏压或弹簧常数与压降ΔP之间的关系确定，使得对于低于T1的ΔP，弹簧完全延伸，且所有通过阀P1和P2的流都被引导到A1。
[0041] 对于增加的达到高于阈值T1的压降ΔP，优先阀V2开始对通向液压缸A2的流打开。当ΔP达到第二阈值T2时，V1也开始允许液压流体流向液压缸A2。随着ΔP进一步增加，通过V1和V2的液压流体流被逐渐地从A1改向(redirect)到A2，使得对于预定的ΔP的范围，转向液压器件和提升液压器件都接收来自P1和P2的流。
[0042] 如果ΔP高于第三阈值T3，则通过优先阀T2的流仅被引导到促动器A2，且当ΔP超过第四阈值T4时，通过优先阀V1的流仅被引导到促动器A2。因此，对于高于T4的ΔP，弹簧S1和S2被完全压缩，且通过阀V1和V2的所有流均被引导到A2。
[0043] 在本发明的示例实施例中，对于ΔP的阈值为：T1＝15巴，T2＝17巴，T3＝19巴，并且T4＝21巴。
[0044] 此外，控制系统可基于P和LS的测量值对优先阀的功能进行电控。这样的控制系统可包括计算机程序，所述计算机程序导致控制系统根据以上的描述控制液压系统。
[0045] 本领域一般技术人员认识到，本发明不限于上述优选实施例。相反，在所附权利要求的范围内许多改型和变化是可行的。例如，阈值可基于现有的具体应用而变化和选择。
[0046] 另外，对于所公开的实施例的变化可被实施所要求的本发明的一般技术人员通过研读附图、公开和所附权利要求来理解和执行。在权利要求中，词语“包括”不排除其他原件或步骤，且不定冠词“一”和“一个”不排除多个。一些措施在相互不同的从属权利要求中被陈述的事实不指示这些措施的组合不可有利地使用。
