專利名稱：具有熱沖擊保護(hù)的液壓系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有熱沖擊保護(hù)的液壓系統(tǒng)。該液壓系統(tǒng)能夠包括限制何時可以 將熱的液壓流體引導(dǎo)至冷的液壓元件的控制裝置。 本發(fā)明還涉及一種具有熱沖擊保護(hù)系統(tǒng)的挖溝機(jī)。該挖溝機(jī)包括控制系統(tǒng)，該控 制系統(tǒng)包括液壓馬達(dá)和其它液壓元件不會由于液壓元件(如，液壓馬達(dá))內(nèi)的子元件(如， 活塞和汽缸)的不均勻的熱膨脹而失效。


圖1為體現(xiàn)本發(fā)明原理的挖溝機(jī)的側(cè)視圖； 圖2為用于說明目的的圖1的挖溝機(jī)的液壓循環(huán)管路的簡化示意圖； 圖3為圖1的液壓馬達(dá)的透視圖； 圖4為圖3的挖溝機(jī)的液壓馬達(dá)的側(cè)視圖； 圖5為圖4的液壓馬達(dá)沿A-A線的剖視圖；以及 圖6為圖1的挖溝機(jī)的液壓循環(huán)管路的更詳細(xì)的視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的原理可適用于各種液壓系統(tǒng)。然而，為了提供本發(fā)明的各個方面在其中 可以適用的示例性環(huán)境，在此參照挖溝機(jī)來描述本發(fā)明的原理。無論什么情況下，只要可 能，在所有的附圖中相同的附圖標(biāo)記用來表示相同或相似的部件。 大致參照圖1和2，展示了示例性的挖溝機(jī)10。挖溝機(jī)10是其中至少某些驅(qū)動功 能件沒有經(jīng)由齒輪和軸直接連接至發(fā)動機(jī)20的機(jī)器的例子。挖溝機(jī)10包括用于驅(qū)動至少 某些驅(qū)動功能件的液壓系統(tǒng)。具體地，挖溝機(jī)10包括用于驅(qū)動多個液壓泵30、34、38、42(在 圖2中示出)的發(fā)動機(jī)20，所述多個液壓泵30、 34、 38、42依次驅(qū)動多個液壓馬達(dá)32、 36、40、 44(在圖2中示出)，所述多個液壓馬達(dá)32、36、40、44驅(qū)動挖溝機(jī)10輸出(如，履帶、懸臂、 傳送裝置等)。 更具體地，所描述的挖溝機(jī)10包括由一對履帶14、16支撐的底盤12，所述履帶轉(zhuǎn) 動以移動挖溝機(jī)IO。底盤12支撐駕駛室18、懸臂22和傳送裝置24。在所描述的實(shí)施方式 中，駕駛室18構(gòu)造為相對于底盤12垂直移動(上下)，以在挖溝期間使操作者看清工作位 置。懸臂22樞轉(zhuǎn)地連接至底盤12的第一端。懸臂22構(gòu)造為在輸送期間抬升，且在挖溝期 間下降。在挖溝操作期間轉(zhuǎn)動的挖掘鏈26由懸臂22支撐。傳送裝置24用來將拖入挖溝 機(jī)10的泥土、石塊和其它碎片倒出挖溝機(jī)10的側(cè)面。在所描述的實(shí)施方式中，發(fā)動機(jī)20 為柴油動力發(fā)動機(jī)；然而，應(yīng)當(dāng)理解，任何其它類型的發(fā)動機(jī)也是可能的(如，氣動、電動或 混合動力等)。 參照圖2，示出了挖溝機(jī)10的簡化液壓循環(huán)管路。在所描述的實(shí)施方式中，發(fā)動機(jī) 20驅(qū)動泵30， 34， 38和42。泵30向馬達(dá)32提供液壓流體，馬達(dá)32驅(qū)動挖溝機(jī)10的左側(cè)履 帶14。泵34向馬達(dá)36提供液壓流體，馬達(dá)36驅(qū)動挖溝機(jī)10的右側(cè)履帶16。泵38向馬 達(dá)40提供液壓流體，馬達(dá)40驅(qū)動傳送裝置24。泵42向馬達(dá)44提供液壓流體，馬達(dá)44驅(qū) 動挖掘鏈26。在所描述的實(shí)施方式中，該系統(tǒng)中液壓流體使用相同的貯液器或儲液箱46。 應(yīng)當(dāng)理解，圖2中所示出的液壓結(jié)構(gòu)僅是用于說明的目的。圖6示出了挖溝機(jī)10的示例性 液壓循環(huán)管路，其將在下文詳細(xì)描述。 由于來自各個泵和馬達(dá)的液壓流體使用相同的儲液器46，所描述的液壓循環(huán)管路 構(gòu)造為使得熱的液壓流體可能被引導(dǎo)至冷的液壓元件。例如，當(dāng)操作者在寒冷的天氣中啟 動挖溝機(jī)10并且驅(qū)動挖溝機(jī)10 —定距離到達(dá)工作地點(diǎn)時，這種情況會發(fā)生。 一旦到達(dá)工 作地點(diǎn)，操作者啟動挖掘鏈26，并開始挖掘。在上述過程中，在輸送期間，發(fā)動機(jī)20使泵30 和34以及馬達(dá)32和36開始運(yùn)行，但不使馬達(dá)44開始運(yùn)行。同時在輸送中，儲液器46中的 液壓流體和液壓流體流過的液壓元件(即，泵30， 34和馬達(dá)32， 36)的溫度從環(huán)境溫度逐漸 增加至正常工作溫度。當(dāng)操作者到達(dá)工作地點(diǎn)并啟動挖掘鏈26時，處于正常工作溫度的液 壓流體流入還處于或接近環(huán)境溫度的液壓元件(即，泵42和馬達(dá)44)中。在這些情況下， 由于相對熱的液壓流體被引導(dǎo)流入相對冷的液壓元件，由于熱沖擊而可能發(fā)生故障。在所 描述的實(shí)施方式中，當(dāng)馬達(dá)44內(nèi)的活動部件之間的間隙較小時，馬達(dá)44特別容易遭受熱沖 擊。 參照圖3-5，馬達(dá)44示出了大的、高效徑向活塞馬達(dá)。馬達(dá)44的主要元件包括汽 缸60、活塞62、機(jī)軸滾筒64和輸出軸66。由活塞62的處于流體壓力下的區(qū)域產(chǎn)生的力在 活塞62沿著它們的孔延伸時使輸出軸66旋轉(zhuǎn)。兩個或三個活塞62同時受壓，以確保平滑
5的旋轉(zhuǎn)輸出。雖然熱沖擊在各種液壓元件可能是一個問題，但如同所示出的那種的高效、大液壓馬達(dá)特別容易遭受熱沖擊。由于這種馬達(dá)是非常高效的，因此汽缸60和活塞62之間的間隙相對很小。這種相對小的間隙在小的和大的馬達(dá)中是相同的。與較小的馬達(dá)相比，大馬達(dá)44 (如，16公升容積)中的汽缸60和活塞62的伸縮距離與元件之間間隙相比較大。在所描述的實(shí)施方式中，汽缸直徑大約為4英寸。高公差(即，低間隙)和大的內(nèi)部元件的組合使大的、高效液壓馬達(dá)特別容易遭受熱沖擊。由于這種馬達(dá)通常很昂貴，并且對機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)很關(guān)鍵，因此希望可以避免熱沖擊。 返回參照圖2，控制裝置50和傳感器52配置為幫助避免由熱沖擊導(dǎo)致的故障。在一種實(shí)施方式中，控制裝置50配置為認(rèn)出何時可能或很可能發(fā)生熱沖擊的(即，認(rèn)出熱沖擊條件)，并自動響應(yīng)以防止由熱沖擊對系統(tǒng)造成損壞。
認(rèn)出熱沖擊條件一自動響應(yīng) 具有多個不同的將系統(tǒng)構(gòu)造為實(shí)現(xiàn)上述步驟的方式。在下文中將更詳細(xì)地描述其中的一些例子。 在一個實(shí)施方式中，控制裝置50構(gòu)造為限制冷的元件的操作性，并允許有時間使冷的元件緩慢變熱。在一個實(shí)施方式中，控制裝置50構(gòu)造為如果液壓流體和馬達(dá)44溫度之間的溫差大于預(yù)定值，則阻止操作者操作挖掘鏈26。在另一個實(shí)施方式中，控制裝置50限制操作者可以以何種程度使用這些元件以防止熱沖擊。換句話說，當(dāng)這些元件變熱時，允許操作者更猛烈地驅(qū)動這些元件。例如，在溫差小于預(yù)定值之前，控制裝置50不允許馬達(dá)44以高于設(shè)定的RPM的速度運(yùn)轉(zhuǎn)。預(yù)定值可以部分地基于馬達(dá)的額定功率，這通常由馬達(dá)制造商提供。 控制裝置50還可以構(gòu)造為當(dāng)存在熱沖擊條件向操作者報警。在這種實(shí)施方式中，操作者可以通過使熱的液壓流體循環(huán)通過元件(如，馬達(dá)44的挖掘鏈)而逐漸加熱冷的元件。例如，當(dāng)操作者將挖溝機(jī)10驅(qū)動至工作地點(diǎn)的同時可以發(fā)生這種情況。在其它實(shí)施方式中，控制裝置50構(gòu)造為當(dāng)認(rèn)出熱沖擊條件時自動開始使液壓流體循環(huán)通過冷的元件。在這種實(shí)施方式中，機(jī)器(如，挖溝機(jī)IO)可以構(gòu)造為使得液壓流體能夠循環(huán)通過元件(如，泵42和馬達(dá)44)而不啟動對應(yīng)的附件(如，挖掘鏈26)。例如，在一些結(jié)構(gòu)中，在該附件和對應(yīng)的液壓元件之間提供離合器，使得流體能夠流過這些元件而不啟動附件。在其它實(shí)施方式中，液壓馬達(dá)構(gòu)造為使得一定量的液壓流體在它們處于空擋位置時流過它們。
在一些實(shí)施方式中，基于對液壓流體溫度和液壓元件(如，馬達(dá)32，36，40，44和泵30， 34， 38， 42)的溫度的測量確定熱沖擊條件，并且在一些實(shí)施方式中，通過其它措施確定熱沖擊條件。在測量溫度的實(shí)施方式中，溫度傳感器可以位于儲液箱46中，以測量液壓流體的溫度，并且溫度傳感器可以位于或靠近其它各種液壓元件。例如，馬達(dá)44的溫度可以通過測量馬達(dá)殼體出口側(cè)的流體的溫度(即，流出馬達(dá)44的流體的溫度)而進(jìn)行近似?？刂蒲b置50可以構(gòu)造為，在馬達(dá)44被充分加熱，使得流出馬達(dá)44的液壓流體和儲液器46中的液壓流體的溫差小于預(yù)定值時，允許操作者操作挖掘鏈26。 在可替換的實(shí)施方式中，基于對環(huán)境溫度的測量并收集與機(jī)器的操作特性相關(guān)的數(shù)據(jù)而確定熱沖擊條件。例如，控制裝置50可以構(gòu)造為，當(dāng)環(huán)境溫度低于某個預(yù)定溫度(如，0° F)時，并且當(dāng)在啟動挖掘鏈之前履帶已經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)預(yù)定時間時，認(rèn)出在馬達(dá)44中存在熱沖擊條件?？刂蒲b置可以構(gòu)造為，無論何時環(huán)境溫度低于預(yù)定溫度，并且某些元件(即，冷的元件)沒有使用，并且某些其它元件(即，熱的元件)在使用時，認(rèn)出熱沖擊條件。當(dāng)這些條件出現(xiàn)時，存在一種可能，即由熱的元件加熱的液壓流體可能會沖擊冷的元件。這種可替換的實(shí)施方式說明，控制裝置50可以構(gòu)造為不對液壓流體的溫度和液壓元件的溫度進(jìn)行測量而認(rèn)出熱沖擊條件。在上述實(shí)施方式中，所述操作特性可以用于確定熱沖擊條件。
參照圖6，示出了更詳細(xì)的液壓循環(huán)管路。所描述的實(shí)施方式包括左側(cè)履帶回路70、右側(cè)履帶回路72、連接回路74和傳送裝置回路76，這些回路都用公用油箱78。所描述的回路70， 72， 74和76中的每一個都包括定量泵80-84，進(jìn)料泵90-94、進(jìn)料溢流閥100-104和馬達(dá)110-113。當(dāng)馬達(dá)110-113從回路上漏油時，進(jìn)料泵90-94替換漏出的油。應(yīng)當(dāng)理解，在任一個回路中可以采用多于一個的馬達(dá)或泵。例如，連接回路74包括一起驅(qū)動一個馬達(dá)112的兩個泵82和83。所描述的實(shí)施例還包括多個溫度傳感器。例如，所描述的管路包括用于測量回路溫度的溫度傳感器120，用于測量馬達(dá)殼體溫度的溫度傳感器122和用于測量油箱溫度的溫度傳感器124。傳感器120， 122和124向控制系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)，用于避免管路由于熱沖擊而出現(xiàn)故障。上述說明、例子和數(shù)據(jù)提供了對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的制造和使用的完整描述。在不背離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以完成本發(fā)明的多個實(shí)施方式。
權(quán)利要求
一種挖溝機(jī)，包括底盤，支撐在一對履帶上，所述履帶配置為移動該挖溝機(jī)；懸臂，可樞轉(zhuǎn)地安裝到底盤，該懸臂配置為支撐工具；安裝到底盤的發(fā)動機(jī)；多個液壓泵，配置為由該發(fā)動機(jī)驅(qū)動；液壓儲液器，連接至所述多個液壓泵；用于驅(qū)動所述履帶的履帶驅(qū)動液壓馬達(dá)，其中履帶驅(qū)動液壓馬達(dá)連接至所述多個液壓泵中的至少一個；用于驅(qū)動所述工具的工具驅(qū)動液壓馬達(dá)，其中該工具驅(qū)動液壓馬達(dá)連接至所述多個液壓泵中的至少一個；和包括熱沖擊避免功能的控制系統(tǒng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的挖溝機(jī)，其中該控制系統(tǒng)配置為至少部分地基于環(huán)境溫度而激活所述熱沖擊避免功能。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的挖溝機(jī)，其中該控制系統(tǒng)配置為至少部分地基于液壓儲液器中的液壓流體的溫度而激活所述熱沖擊避免功能。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的挖溝機(jī)，其中該控制系統(tǒng)配置為至少部分地基于連接至工具驅(qū)動液壓馬達(dá)的出口的液壓管線中的液壓流體的溫度而激活所述熱沖擊避免功能。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的挖溝機(jī)，其中所述熱沖擊避免功能限制能夠引導(dǎo)至工具驅(qū)動液壓馬達(dá)的液壓流體的最大流量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的挖溝機(jī)，其中所述熱沖擊避免功能警告操作者存在熱沖擊條 件。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的挖溝機(jī)，其中熱沖擊避免功能自動將液壓流體引導(dǎo)至工具驅(qū)動液壓馬達(dá)。
8. —種機(jī)器，包括；底盤，支撐在可轉(zhuǎn)動驅(qū)動機(jī)構(gòu)上，所述可轉(zhuǎn)動驅(qū)動機(jī)構(gòu)配置為移動該機(jī)器；可移動地安裝到底盤的工具；安裝到底盤的發(fā)動機(jī)；多個液壓泵，由該發(fā)動機(jī)驅(qū)動；液壓儲液器，連接至所述多個液壓泵；用于驅(qū)動所述履帶的驅(qū)動液壓馬達(dá)，其中驅(qū)動液壓馬達(dá)連接至所述多個液壓泵中的至少一個；用于驅(qū)動所述工具的工具驅(qū)動液壓馬達(dá)，其中該工具驅(qū)動液壓馬達(dá)連接至所述多個液壓泵中的至少一個；禾口包括熱沖擊避免功能的控制系統(tǒng)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的機(jī)器，其中該控制系統(tǒng)配置為至少部分地基于環(huán)境溫度、液壓儲液器中的液壓流體的溫度、或者連接至工具驅(qū)動液壓馬達(dá)的出口的液壓管線中的液壓流體的溫度而激活所述熱沖擊避免功能。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的機(jī)器，其中所述熱沖擊避免功能限制能夠引導(dǎo)至工具驅(qū)動液壓馬達(dá)的液壓流體的最大流量。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的機(jī)器，其中所述熱沖擊避免功能警告操作者存在熱沖擊條件。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的挖溝機(jī)，其中熱沖擊避免功能自動將液壓流體引導(dǎo)至工具驅(qū)動液壓馬達(dá)。
13. —種用于避免由于熱沖擊而導(dǎo)致的液壓系統(tǒng)故障的方法，該方法包括下述步驟認(rèn)出熱沖擊條件；以及自動響應(yīng)所述條件，以防止由于熱沖擊導(dǎo)致的損壞。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中自動響應(yīng)所述條件的步驟包括向操作者報警。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中自動響應(yīng)所述條件的步驟包括自動加熱液壓元件。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中認(rèn)出熱沖擊條件的步驟包括將液壓系統(tǒng)中的液壓流體的溫度與冷的液壓元件的溫度進(jìn)行比較；并且其中自動響應(yīng)所述條件的步驟包括，如果液壓流體和冷的液壓元件之間的溫差超過預(yù)定值，則自動限制冷的液壓元件的功能性。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中液壓元件為液壓馬達(dá)，并且其中限制冷的液壓元件的功能性的步驟包括限制馬達(dá)能夠轉(zhuǎn)動的速度。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中通過測量流出冷的液壓元件的液壓流體的溫度來估計冷的液壓元件的溫度。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中通過測量環(huán)境溫度來估計冷的液壓元件的溫度。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中液壓流體的溫度包括感應(yīng)儲液器的溫度。
全文摘要
一種具有熱沖擊保護(hù)的液壓系統(tǒng)。該液壓系統(tǒng)可以包括限制何時可以將熱的液壓流體引導(dǎo)至冷的液壓元件的控制裝置(50)。該液壓系統(tǒng)可以用在諸如挖溝機(jī)(10)等機(jī)器中，以保護(hù)諸如液壓馬達(dá)(32，36，40，44)等液壓元件不會由于熱沖擊而出現(xiàn)故障。
文檔編號E02F9/22GK101743362SQ200880021679
公開日2010年6月16日 申請日期2008年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月29日
發(fā)明者泰·哈特威克, 賈森·米爾詹 申請人:維米爾制造公司