控制工程机械中的液压缸的方法以及用于工程机械的控制系统

摘要

本发明涉及用于控制工程机械内的液压缸(108)的方法，所述液压缸被设置成利用由液压机构(204)控制的液压缸移动承受负载的工具，所述方法包括如下步骤：检测出工具的提升运动将要开始；液压机构在提升发生之前获得基本速度。

说明书

技术领域

本发明涉及控制工程机械中的至少一个液压缸的方法以及用于工程机械的控制系统。

背景技术

本发明将参照具体形式为轮式装载机的工程机械进行描述。这是本发明优选但非限制性的应用场合。本发明还可以用于其他类型的工程机械(或工程车辆)，比如挖掘装载机(反铲装载机)和挖掘机械。

例如，本发明涉及控制用于操作工具的提升和/或倾斜液压缸。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种用于控制液压缸的方法，优选地，用于提升功能和/或倾斜功能，所述方法提供平稳的操作。

利用根据权利要求1所述的方法实现此目的。因此，利用一种控制工程机械内的液压缸的方法实现所述目的，所述液压缸被设置成利用由液压机构控制的液压缸移动承受负载的工具，所述方法包括如下步骤：检测出工具的提升运动将要开始；在提升发生之前获得液压机构的基本速度。此控制方法减小了在提升运动开始时液压机构(泵)内的起动摩擦。

根据优选的实例，所述方法包括如下步骤：通过排泄(draining)液压机构的连接至液压缸的活塞侧的端口，液压机构获得基本速度，以及因此在提升运动开始时允许来自液压机构的一定的泄漏流量。优选地，在液压机构的连接至液压缸的活塞侧的端口和油箱之间建立流通通道，以及因此在提升运动开始时允许一定的泄漏流量从液压机构流至油箱。然而，这样不必排泄液压机构的端口至油箱。根据可选的方案，液压机构的连接至液压缸的活塞侧的端口可以连接至液压机构的第二端口，所述第二端口形成液压机构的入口。

根据特定的实例，所述方法包括如下步骤：通过开启连接至液压机构的端口的管路上的控制装置获得所述排泄。

本发明的第二个目的是获得一种控制系统，优选地，用于提升功能和/或倾斜功能，所述控制系统提供平稳的操作。

利用根据权利要求11所述的控制系统实现此目的。通过用于工程机械的控制系统实现所述目的，所述系统包括液压机构和至少一个液压缸，其特征在于：液压缸的第一端口通过第一管路连接至液压缸活塞侧，并且，控制装置被设置成获得来自液压机构的第一端口的排泄，以便在提升运动开始时允许液压机构泄漏一定的液流量。

优选地，所述控制装置包括电控阀。优选地，阀连续可调，但是，也可以是开/关阀。

优选地，液压缸适合于移动工具，以便执行作业功能。根据第一实例，液压缸包括用于移动负载臂的提升液压缸，所述负载臂可枢转地连接至车架，工具设置在负载臂上。根据第二实例，液压缸包括用于移动工具的倾斜液压缸，所述工具可枢转地连接至负载臂。

通过阅读其他的从属权利要求及随后的描述，本发明的其他优选实施例和发明效果将变得明显。

附图说明

本申请将参照附图中所示出的实施例对本发明进行详细描述，其中：

图1示出了轮式装载机的侧视图，

图2示出了用于控制轮式装载机的作业功能的控制系统的优选实施例，

图3示出了根据第一实例的用于工具的提升的流程图，和

图4示出了用于控制轮式装载机的一个或多个功能的控制系统。

具体实施方式

图1示出了轮式装载机101的侧视图。轮式装载机101包括车辆前部102和车辆后部103，车辆前部102和车辆后部103均包括车架和一对驱动轴112、113。车辆后部103包括驾驶室114。车辆的前、后部102、103以这样的方式彼此连接在一起，即，通过连接至车辆的前、后部102、103的两个液压缸104、105，车辆的前、后部102、103可以绕着竖直轴线相对于彼此枢转。因此，液压缸104、105设置在车辆纵向中心线的不同侧，用于使轮式装载机101转向或转弯。

轮式装载机101包括用于处理目标物或材料的装置111。装置111包括提升臂装置106和具体形式为铲斗的工具107，所述铲斗安装在提升臂装置上。此处，铲斗107装满了材料116。提升臂装置106的第一端可旋转地连接至车辆前部102，用于形成铲斗的提升运动。铲斗107可旋转地连接至提升臂装置106的第二端，用于形成铲斗的倾斜运动。

通过两个液压缸108、109，提升臂装置106可以相对于车辆的前部102升高及降低，所述各液压缸108、109在一端连接至车辆前部102，在另一端连接至提升臂装置106。通过第三液压缸110，铲斗107可以相对于提升臂装置106倾斜，所述第三液压缸110在一端连接至车辆前部102，在另一端通过连杆臂系统连接至铲斗107。

下面描述通过提升液压缸108、109升高提升臂106的实施例，参见图1。然而，控制系统的实施例还能用于通过倾斜液压缸110倾斜铲斗107。

图2示出了用于执行提升臂106的提升及降下的控制系统201的第一实施例，参见图1。因此，图2中的液压缸108相当于提升液压缸108、109(虽然在图2中只示出了一个液压缸)。

控制系统201包括电动机构202、液压机构204和提升液压缸108。电动机构202以机械驱动的方式通过中间传动轴206连接至液压机构204。液压机构204通过第一管路210连接至液压缸108的活塞侧208，通过第二管路214连接至液压缸108的活塞杆侧212。

在第一工作状态，液压机构204适合于起到泵的作用，其由电动机构202驱动，并且向液压缸108提供来自油箱216的加压流体，并且，在第二工作状态，液压机构204适合于起到马达的作用，其由来自液压缸108的液压流体驱动，并且驱动电动机构202。

在第一工作状态，液压机构204适合于控制液压缸108的活塞218的速度。因此，在液压机构和液压缸之间无需控制阀来用于所述控制。更确切地说，控制系统201包括控制单元402，参见图4，其电气连接至电动机构202，以便在第一工作状态通过控制电动机构来控制液压缸108的活塞的速度。

液压机构204具有第一端口220和第二端口222，所述第一端口220通过第一管路210连接至液压缸的活塞侧208，所述第二端口222通过第二管路214连接至液压缸的活塞杆侧212。此外，液压机构204的第二端口222连接至油箱216，以便允许液压机构在第一工作状态通过第二端口222从油箱216吸取液压油并通过第一端口220将油提供至液压缸108。

控制系统201包括用于控制压力的装置224，所述压力装置224设置在液压机构204的第二端口222和油箱216之间的管路226上，以便允许在活塞杆侧212上的压力增大(build-up)。更确切地说，压力控制装置224包括电控限压阀。

控制系统201还包括用于检测液压缸108的活塞侧208的压力的传感器228。

液压机构204的第一端口220通过第一吸入管路230连接至油箱216。具体形式为单向阀的装置232适合于允许从油箱中吸取液压流体并防止液压流体通过吸入管路230流向油箱。

液压机构204的第二端口222通过第二吸入管路234连接至油箱216。具体形式为单向阀的装置236适合于允许从油箱中吸取液压流体并防止液压流体通过吸入管路234流向油箱。

用于开启/关闭的装置237设置在位于液压机构204的第二端口222和液压缸108的活塞杆端212之间的第二管路214上。此装置237包括一个二位电控阀。在第一位置，管路214开启，可以双向流通。在第二位置，阀具有单向阀功能，只允许流体在朝向液压缸108的方向上流动。在提升运动期间，电控阀237打开，电动机构202的转速确定了液压缸108的活塞218的速度。液压流体通过第二吸入管路234从油箱216中抽取，并且通过第一管路210被泵送至液压缸108的活塞侧208。

附加管路242连接液压机构204的第二端口222和油箱216。

用于开启/关闭的装置243设置在位于液压机构204的第一端口220和液压缸108的活塞端208之间的第一管路210上。此装置243包括一个二位电控阀。在第一位置，管路210开启，可以双向流通。在第二位置，阀具有单向阀功能，只允许流体在朝向液压缸108的方向上流动。

传感器248被设置成检测活塞杆的位置。

电控阀237、243起着负载保持阀的作用。当承载有负载时它们关闭，以便不消耗电能，同时还防止当驱动源关闭时负载跌落。根据一个可选方案，省去了活塞杆侧的阀237。然而，保留阀237是有利的，因为外力可以提升提升臂106。

过滤装置238和热交换器240设置在位于液压机构204的第二端口222和油箱216之间的附加管路242上。当提升功能处于不作用位置时，由于液压机构204驱动来自油箱216的循环液流首先通过第一吸入管路230然后通过附加管路242，可以获得附加的过滤及加热液流。因此，在到达油箱之前，液压流体通过热交换器240和过滤装置238。

通过在液压流体以上述方式被泵送至油箱的同时提高电控压力限制器224的压力，还存在液压流体的辅助加热的其他可能性。当然，当使用提升功能时也可以这样。

此外，电控压力限制器224可以被用作支持阀(back-up valve)，用于当执行下降操作时使活塞杆侧212再次装油。背压可以根据需要改变，并且可以尽可能地保持低，这样节能。油越热，背压可以越低，并且，下降的速率越慢，背压可以越低。当存在过滤的液流时，背压可以为零。

第一限压阀245设置在将液压机构204的第一端口220连接至油箱216的管路上。第二限压阀247设置在将液压缸108的活塞侧208连接至油箱216的管路上。两个限压阀245、247连接至位于液压机构204和液压缸108的活塞侧208之间的第一管路210，位于阀243的不同侧。两个限压阀245、247，其也被称为震动阀，它们由弹簧加载，并且被调节成在不同的压力下开启。根据实例，第一限压阀245被调节成在270bar的压力下开启，第二限压阀247被调节成在380bar的压力下开启。

当工程机械101被驱动朝向一堆砂砾或石头前进和/或当工具提升/下降/倾斜时，铲斗的运动可能受到障碍物的限制。那么，限压阀245、247保证压力不会增加至对系统有害的水平。

根据第一实例，铲斗107处于不动作的位置，即其相对于车辆前部102的车架来说保持固定。当轮式装载机101被驱动朝向一堆石头时，在压力为380bar时第二压力限制器247开启。

在下降期间，位于液压机构204和液压缸108的活塞侧208之间的第一管路210上的阀243开启。当提升臂106降低时，在压力为270bar时第一压力限制器245开启。如果在动力减少的下降操作期间外力应使负载臂106向上运动，那么位于液压机构204的第二端口222和油箱216之间的管路226上的压力限制器224开启。

根据限压阀245、247被调节成在预定压力开启的方案的替代方案，限压阀可以被设计具有可变的开启压力。根据一种变型，限压阀245、247是电控限压阀。如果采用电控，那么，一个阀247就足以满足震动功能。取决于阀243是否开启或关闭对阀247进行控制。取决于激活或未激活提升/下降功能以及取决于缸的位置，开启压力可以进行调节。

图3示出了所提出的方法的逻辑回路的流程图。逻辑回路开始于初始模块301。在此之后，控制单元转至模块303，其中，读出来自提升杆406的信号，参见图4。在接下来的模块305，判断提升运动是否将要开始。如果提升运动将要开始，信号被发送至阀203，以致阀203在泵和油箱之间开启连通通道，参见模块307。同时，信号被发送至电动机构202以驱动泵204。

对于轻负载，起动摩擦不是很大。根据一个实例，因此，在提升运动开始时，可以检测液压缸的活塞侧的压力，将检测到的压力与预定值相比较，并且，对于液压机构来说，可以在提升发生之前获得基本速度，只要检测到的压力超过预定值即可。换句话说，在任何排泄开始之前，负载需要是特定的重量。

此外，或者是作为上述替代方案的变型，在提升运动开始时检测液压缸的活塞侧上的压力，并且，基于检测到的压力控制液压机构的基本速度的大小。因此，更大的负载(其导致更大的压力)意味着产生更大的液流。

此外，检测表征提升速度的运行参数。检测到的运行参数与预定值进行比较，并且，当检测到的运行参数超过预定值时，液压机构204和油箱216之间的连通通道逐渐地关闭。例如，为此目的，液压机构的速度通过电动机构202检测。根据另一个实例，工具的位置通过传感器248检测。因此，随着提升速度增加，阀203逐渐地关闭。根据一个可选的方案，可以使用开/关阀代替连续可控阀203。根据一个可选的控制方法，在提升运动期间开/关阀保持关闭。

图4示出了用于提升功能的控制系统。具体形式为提升杆的由操作者控制的元件，或控制元件406，设置在驾驶室114内，用于驾驶员对其进行手动操作，并且，控制元件406电气连接至用于控制提升功能的控制单元402。

控制单元402通常被称为CPU(中央处理单元)，并且包括微处理器和存储器。

电动机构202以这样的方式电气连接至控制单元402，即，其受到控制单元控制，并且可以提供工作状态信号至控制单元。

控制系统包括一个或多个连接至所述电动机构202的储能装置420。例如，储能装置420可以由电池或超级电容组成。当电动机构202起到电动机的作用并且驱动与其相关联的泵204时，储能装置420适合于向电动机构提供能量。当电动机构202由与其相关联的泵204驱动并且起到发电机的作用时，电动机构202适合于向储能装置420充电。

轮式装载机101还包括具体形式为内燃机的动力源422，其通常包括柴油机，用于驱动车辆。柴油机以可驱动的方式通过传动系统(未示出)连接至车辆的车轮。此外，柴油机通过发电机(未示出)连接至储能装置420，用于能量传输。

可以设想出适合于产生电能的替代性的机构/装置。根据第一可选方案，使用燃料电池向电动机构提供能量。根据第二可选方案，使用具有发电机的燃气轮机向电动机构提供能量。

图4还示出了其他的元件，它们连接至根据用于提升功能的控制系统的实施例的控制单元402(参见图2)，比如电控阀224、237、243、203，位置传感器248和压力传感器228。

不能认为本发明仅仅限于如上所述的示例性实施例，应当认为，本发明包括在所附权利要求的范围内可以预想到的多种变型与改进。

本发明并不限于图2中示出的特定的液压系统。取而代之的是，本发明可以用于其他类型的液压系统，比如传统的液压系统，其中，液压泵由车辆的驱动发动机(柴油机)通过轴直接地机械驱动，并且，通过设置在泵和液压缸之间的管路上的阀控制液压缸的运动。例如，液压系统可以是负载检测系统。

位置传感器248可以包括线性位移传感器，用于检测活塞杆的位置，或者，其也可以是角度传感器，其检测负载臂106的角位置。