系统、包括该系统的工程机械及运输期间弹性支承工程机械的器具的方法

摘要

本发明涉及一种用于工程机械(101)的系统(201)，其中该系统适于在运输期间弹性支承载荷的运动，其中该系统包括：至少一个液压缸(108、109)，所述至少一个液压缸(108、109)用于操作载荷；蓄能器(271)；和阀(273)，该阀(273)适于控制液压缸(108、109)与蓄能器之间的流体连通。该系统包括：第一控制阀(207)，该第一控制阀(207)布置在连接到液压缸(108、109)的活塞侧的管道上；第二控制阀(209)，该第二控制阀(209)布置在连接到液压缸(108、109)的活塞杆侧的管道上；第一压力传感器(229)，该第一压力传感器(229)用于检测液压缸(108、109)的载荷压力；第二压力传感器(275)，该第二压力传感器(275)用于检测蓄能器的充装压力；和控制单元(213)，该控制单元(213)适于接收具有关于由压力传感器(229、275)检测到的压力的信息的信号，并且适于对应于所检测到的压力产生控制信号，以用于控制弹性支承功能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于工程机械的系统，其中该系统适于在运输期间弹性支承载荷的运动。该系统包括至少一个用于操作载荷的液压缸、蓄能器和适于控制液压缸与蓄能器之间流体连通的阀。特别地，本发明涉及一种包括该系统的工程机械。

本发明还涉及一种在运输期间弹性支承工程机械的器具的方法。

背景技术

在下文中，本发明将结合轮式装载机形式的工程机械的运行描述。这是优选的，但不限制本发明的应用。本发明也能够用于其他类型的工程机械(或工程车辆)，例如挖掘装载机、挖掘机或例如拖拉机的农机。

当轮式装载机的器具(例如铲斗或货盘叉)与载荷接触且提升载荷时，器具优选刚性地连接到轮式装载机的框架。然而，在载荷运输期间，特别地在经过不平的道路表面上方时，有利的是器具能够相对于车架运动(摇摆)。以此方式，增加了操作者舒适性，且在运输期间降低了材料溢出。为此原因，轮式装载机装配有装载臂悬架。在装载臂悬架中，工程机械的提升缸与蓄能器流体连通。因此，装载臂变得相对于车架可运动。结果是两个可运动质量，而非一个。

在装载循环中，通常使用装载臂悬架的自动激活和接触激活。例如，能够使用与档位相关的激活，这意味着装载臂悬架除在一档前进档之外总是被激活。在铲斗推入到材料(岩石、砂砾等)后立即激活一档，且因此装载臂悬架被接触激活。当轮式装载机在此之后从材料中后退时，激活倒档且因此再次激活装载臂悬架。

WO 99/16981公开了一种装载臂悬架系统。系统包括蓄能器，所述蓄能器能够与提升缸的活塞侧流体连通。系统还包括用于液压流体的箱，所述箱能够与提升缸的活塞杆侧流体连通。系统包括用于控制悬架的多个阀。系统，且特别是阀设计为使得提升缸的活塞侧和蓄能器之间的压力平衡在装载臂悬架激活前自动进行。以此方式，在激活装载臂悬架时先前发生的器具的俯仰运动在很大程度上被避免。

根据现有技术，阻尼特征通常是恒定的(即，所谓的非可变的)，且因此必须对于空铲斗、满铲斗或中间位置的运行调整，这意味着阻尼特征对于其他装载情况变得不是优化的。

当根据现有技术提升非常重的货盘载荷时，存在发生组件的倾斜运动的风险，从而导致货盘撞击地面。其原因是在发生激活前的短时期期间，蓄能器无时间充分蓄能。

此外，当激活根据现有技术的装载臂悬架时，当控制液压缸和蓄能器之间的流体连通的阀打开时在工程机械内存在的撞击的风险。

此外，当激活根据现有技术的装载臂悬架时，存在蓄能器蓄能到过高的压力的风险，这导致当蓄能器向箱排放时的能量损失。此问题在短周期装载期间是特别地明显的，此时装载(且因此蓄能)以高频率(每分钟两次或三次)进行。

发明内容

本发明的第一目的是实现一种系统，该系统在运输期间弹性支承器具的运动且创造了柔性的且从能量方面有效的运行的先决条件。更具体地，本发明力求创造解决以上所述问题中的至少一个的先决条件。

该目的通过根据权利要求1所述的系统实现。这因此通过一种系统实现，该系统包括：第一控制阀，该第一控制阀布置在连接到液压缸的活塞侧的管道上；第二控制阀，该第二控制阀布置在连接到液压缸的活塞杆侧的管道上；第一压力传感器，该第一压力传感器用于检测液压缸的载荷压力；第二压力传感器，该第二压力传感器用于检测蓄能器的充装压力；和控制单元，该控制单元适于接收具有关于由压力传感器检测到的压力的信息的信号，且适于对应于检测到的压力产生控制信号，以用于控制弹性支承功能。

以此方式能够改变阻尼特征，例如，根据装载情况改变阻尼特征。在以空铲斗的运输期间，与在重载荷运输期间(此时期望相对刚性的悬架)相比，期望较软的即阻尼更大的运动。例如，能够通过控制阀的开度改变阻尼特征，所述开度基于检测到的压力水平控制了液压缸和蓄能器之间的流体连通。

在激活发生之前必须进行压力平衡，以不导致激活悬架时的不受控的运动。因此，应使蓄能器在被连接前大体上具有与提升缸(活塞侧)相同的压力水平。由于系统包括用于检测液压缸的载荷压力和蓄能器的充装压力的压力传感器的事实，当蓄能器内的压力与提升缸相比在确定的范围(偏移)内时可激活悬架。这因此意味着允许有限的不受控的上下运动。

由于系统包括用于检测液压缸的压力和蓄能器的充装压力的压力传感器的事实，可根据确定的可变方法激活悬架，这取决于蓄能器内的压力是否高于提升缸内的压力。

当涉及到自动激活和停止装载臂悬架时，本发明造成了降低激活时间的先决条件。根据现有技术，装载臂悬架能够在蓄能器内的压力低(空铲斗)时停止，且在提升缸内的压力高时激活。然后，大量的油必须填充到蓄能器内，且激活的时间可能变长。降低此激活时间的一个方法是将当提升发生时将油暗中填充到蓄能器内到一定的特定压力。

此外，对于此系统，能够设定蓄能器内的最大压力的极限。控制单元通过相关的压力传感器记录蓄能器内的压力。当此压力已达到特定水平时，控制单元将连接到蓄能器的阀关闭。这能够用于增加蓄能器的使用寿命，或替代地降低蓄能器的复杂性，且因此降低蓄能器的成本。

此外，带有第一和第二控制阀的设备提供了以最优方式控制悬架的激活的可能性。特别地，不需要将泵和箱同时连接到提升功能件。第一和第二控制阀一起用于分别提升和降低载荷。因此，提升功能件是双重作用的。第一控制阀和第二控制阀相互可独立地致动。

液压系统优选是感测载荷的液压系统。这意味着泵检测来自激活的液压缸的压力(LS信号)。泵然后设定压力，所述压力高于缸的压力一定的巴数。这导致油流出到控制缸，所述流出的水平取决于激活的控制阀的调整程度。

本发明的第二目的是实现一种相应的方法，该方法提供了运输期间对器具的运动的弹性支承且创造了柔性的且从能量方面有效的运行的先决条件。

这通过包括如下步骤的方法实现：检测蓄能器的充装压力和液压缸的载荷压力，和基于检测到的压力控制弹性支承功能的激活。

该目的也通过包括如下步骤的方法实现：通过可变地控制适于控制液压缸和蓄能器之间的流体连通的阀的开度控制器具的运动的阻尼。

本发明的另外的优选实施例和与之相关的优点从剩余的权利要求和如下的描述中描述。

附图说明

下面参考附图中示出的实施例更详细地描述本发明，其中：

图1示出了轮式装载机的侧视图，

图2示出了用于轮式装载机的系统的实施例。

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包括前车辆部分102和后车辆部分103，所述部分每个包括框架和一对驱动轴112、113。后车辆部分103包括驾驶舱104。车辆部分102、103相互连接，其连接方式使得车辆部分102、103能够围绕垂直轴线通过两个液压缸104、105相互旋转，所述液压缸104、105连接到两个部分上，因此，液压缸104、105布置在车辆的纵向方向上的中心线的不同侧上，用于使轮式装载机101转向或转弯。

轮式装载机101包括用于处理物体或材料的设备111。设备111包括装载臂单元106和具有装配在装载臂单元上的铲斗形式的器具107。在此，铲斗107填充以材料116。装载臂单元106的第一端枢转地连接到前车辆部分102以实现铲斗的提升运动。铲斗107枢转地连接到装载臂单元106的第二端，以实现铲斗的倾斜运动。

装载臂单元106能够相对于车辆的前部分102通过两个液压缸108、109升起和降低，液压缸108、109的每个在一端处连接到前车辆部分102且在另一端处连接到装载臂单元106。铲斗107能够相对于装载臂单元106通过第三液压缸110倾斜，所述第三液压缸110在一端处连接到前车辆部分102，且在另一端处通过链接臂系统连接到铲斗107。

图2中示出了系统的第一实施例。系统201包括适于为所述致动器通过液压回路供给加压液压流体的泵205。泵205通过车辆的驱动发动机206驱动，所述驱动发动机206具有柴油发动机的形式。泵205具有可变排量。泵205优选地适于无限地可变控制。系统201包括阀装置208(见虚线)，所述阀装置208包括具有多个用于控制提升和倾斜的控制阀的液压回路。

流量阀形式的两个控制阀207、209在泵205和提升缸108、109之间布置在回路内，以控制提升和降低运动。这些流量阀的第一阀207布置为将泵205连接到活塞侧，而这些阀的第二阀209布置为将箱243连接到活塞杆侧。此外，第一阀207布置为将箱243连接到活塞侧，且相应地第二阀209则布置为将泵205连接到活塞杆侧。这提供了改变控制的大可能性。特别地，不需要将泵和箱同时连接到功能件。

系统201还包括控制单元213或计算机，所述计算机包含用于控制功能件的软件。控制单元也称为CPU(中央处理单元)或ECM(电子控制模块)。控制单元213合适地包括微处理器。

呈提升杆形式的操作者控制元件211以可运行方式连接到控制单元213。控制单元213适于从控制杆接收控制信号且相应地致动控制阀207、209(通过阀控制单元215)。控制单元213优选地控制更一般的控制策略，且控制单元215控制阀单元208的基本功能件。当然，控制单元213、215也能够整合为单独的单元。当控制泵205时，存在流出到缸108、109的油，其水平取决于激活的阀207、209被调整的程度。

转向轮形式的操作者控制的元件219通过转向盘直接驱动液压转向器单元220的形式的阀单元液压连接到转向缸104、105用于控制其方向。

类似于提升功能件，两个控制阀223、225布置在泵205和倾斜缸110之间，用于控制器具相对于装载臂的前进和返回运动。倾斜杆形式的操作者控制的元件227运行地连接到控制单元213。控制单元213适于从倾斜杆接收控制信号且相应地致动控制阀223、225。

优先阀220布置在泵的出口管道245处，用于自动设定优先性使得转向功能件在提升功能件(和倾斜功能件)前接收到要求的压力。

系统201是载荷感测系统且为此目的包括多个压力传感器229、231、233、235、237，用于检测所述功能件的每个的载荷压力。系统的提升功能件包括两个压力传感器229、231，其中之一布置在通向提升缸的活塞侧的管道上，且另一个布置在通向提升缸的活塞杆侧的管道上。以相应的方式，系统的提升功能件包括两个压力传感器235、237，其中之一布置在通向倾斜缸的活塞侧的管道上，且另一个布置在通向倾斜缸的活塞侧的管道上。转向功能件包括在连接到转向缸104、105的管道上的压力传感器233。更确切地，压力传感器233位于LS管道上，当在一个方向上转向时所述LS管道接收到与在一个缸侧上的压力相同的压力，且当在另一个方向上转向时所述LS管道接收到与在另一个缸侧上的压力相同的压力。在中性位置时，LS管道连接到箱。

系统还包括适于通过液压信号控制泵的输出压力的电控阀241。系统201包括用于检测指示了来自泵的输出压力的压力的另外的压力传感器239。更确切地，压力传感器239适于检测电控阀241下游位置处的压力。因此，当241完全打开时压力传感器239直接感测泵压力。在正常运行条件下，压力传感器239感测来自阀241的调节的压力。因此，控制单元213适于从泵压力传感器239接收带有关于压力水平的信息的信号。

因此，控制单元213接收来自压力传感器229、231、233、235、237、239的电信号，且产生用于致动电控阀241的电信号。

如前所述，控制单元213适于从控制杆211、227接收信号。当操作者期望提升铲斗时，提升杆211被操作。控制单元从控制杆211接收相应的信号，且致动控制阀207、209到一定位置，所述位置使得泵被连接到提升缸108、109的活塞侧且提升缸的活塞杆侧连接到箱243。此外，控制单元从提升缸的活塞侧上的压力传感器229且从泵下游的压力传感器239接收到信号。基于接收到的信号确定在检测到的载荷压力水平以上的期望的泵压力，且相应地致动电控的泵控制阀241。

控制单元213优选适于将控制阀207、209的开度与泵205的出口压力协调，以用于最优运行。

倾斜功能件的控制以与提升功能件的控制相应的方式进行。当工程机械转向时，转向功能件的压力传感器233检测转向载荷压力且产生相应的载荷信号。控制单元213接收此载荷信号和来自电控阀241的出口管道上的压力传感器239的信号。基于接收到的信号，确定在检测到的载荷压力以上的水平的期望的泵压力，且相应地致动电控阀241。

当数个功能件同时使用时，将检测到的载荷压力进行比较，且对应于检测到的载荷压力中的最高的压力控制泵205。

因此，电控的泵控制阀241适于在两个端部位置之间可无限地调整，所述两个端部位置为：对应于产生最小压力的泵的第一端部位置，和对应于产生最大压力的泵的第二端部位置。

反向阀形式的液压装置253在电控的泵控制阀241和泵之间布置在管道251上。反向阀253适于从转向功能件和泵控制阀241接收液压信号。此外，反向阀适于对应于具有最大载荷压力的接收信号控制泵205。因此，液压装置(反向阀)253在由两个输入压力信号形成的输出信号内选择了较高的压力。

系统还包括用于检测提升缸位置的传感器255。传感器255运行地连接到控制单元213。以此方式，控制单元213能够确定进行载荷的提升还是降低运动。

系统201还包括适于在运输期间弹性支承装载臂且因此弹性支承器具106的蓄能器271(或数个蓄能器)，和适于控制提升缸108、109和蓄能器271之间的流体连通的阀273。系统还包括用于检测蓄能器271的充装压力的压力传感器275。控制单元213适于：通过其相关的传感器229接收带有关于提升缸108、109内的载荷压力的信息的信号，且通过压力传感器275接收带有关于蓄能器271内的充装压力的信息的信号，且对应于检测到的压力产生用于控制弹性支承功能的控制信号。

更精确地，提升缸108、109和蓄能器271之间的阀273适于控制提升缸的活塞侧和蓄能器之间的流体连通。阀273是电控的阀。

下文将给出控制弹性支承的方法且特别是在其激活期间的控制方法的多个不同的示例。当下文提及“活塞侧”和“活塞杆侧”时，如果未论述其他情况，则它们分别指提升缸的活塞侧和活塞杆侧。

在激活发生前进行压力平衡，即蓄能器271在连接前应大体上处于与活塞侧相同的压力水平。其目的是避免连接期间变成不可控的运动。

根据一个示例，压力平衡基于接受蓄能器271和活塞侧之间的一定压力差公差来控制。

如果蓄能器271内的压力在相对于活塞侧的预定的范围或区间(偏移)内，则将装载臂悬架激活。这意味着允许工具的有限的、不受控的上下运动。根据第一替代，压力偏移在两个方向上相等。根据第二替代，压力偏移在不同的方向上不同。例如，能够允许更大的向上运动。根据第三替代，压力偏移是检测到的运行参数的函数，所述运行参数例如为活塞侧上的压力水平。压力越高，则可允许的偏移越大，因为与低压力相比，在高压力时要求更大的压差，以获得来自蓄能器的相同的油体积。最后，这将导致不同载荷的相同的运动偏移。

根据另一个示例，装载臂悬架仅当提升功能件处于中性位置时才被激活。

如果蓄能器内的压力低于活塞侧，则根据第一替代发生如下情况：控制单元213检查是否提升或降低运动在进行中(例如通过提升杆211)。如果在进行中，则激活被推迟直至提升功能件处于中性位置。控制单元然后检查活塞侧上的压力水平且将其保存在存储器内(例如100巴)。然后，由控制单元通过电载荷感测系统将泵205设定到高于活塞侧上压力水平(例如130巴)的压力水平。

将泵205连接到活塞侧的阀207打开。在此情况下，阀207类似于降压阀起作用，即阀207保证活塞侧上的压力总是保持为高于保存在存储器内的压力一定的偏移的压力(例如120巴)，这意味着装载臂不能降下。

阀273打开且允许油到蓄能器内。阀273向蓄能器的打开优选地以一定的时间坡度完成。阀273的开度取决于活塞侧上的压力水平。进行活塞侧上的压力水平的检查，使得所述压力水平不落到一定水平之下，即在保存在存储器内的压力以上的水平(例如110巴)。当蓄能器217内的压力大体上与加压开始前曾在活塞侧上的压力(例如根据前述在一定的偏移内)相同时，控制泵侧到活塞侧的阀207关闭。因此，通向泵205的载荷感测信号中断。因此，将活塞杆侧连接到箱243的第二控制阀209打开。控制活塞侧和蓄能器271之间的流体连通的阀273保持打开。因此，装载臂悬架被激活。

如果蓄能器内的压力低于活塞侧上的压力，则根据第二替代发生如下情况：控制单元213检查是否提升或降低运动在进行中(例如通过提升杆211)。如果在进行中，则激活被推迟直至提升功能件处于中性位置。然后由控制单元213通过电载荷感测信号将泵205设置为处于高于活塞侧上压力水平的压力水平(例如，如果载荷压力为100巴，则为130巴)。

活塞侧的压力也导致活塞杆侧的加压。如果铲斗内的载荷突然变大(在激活进行中时)，能够发生不期望的装载臂降低，但这能够从活塞杆侧上的压力降低到零而被记录。为防止此情况，泵205和活塞侧之间的阀207连续调整活塞侧上的压力，使得活塞杆侧上的压力不降低到一定水平以下。这意味着控制泵205和活塞侧之间的流体连通的阀207类似于降压阀起作用，即阀207保证活塞杆侧上的压力总是处于特定的水平(例如20巴)，这意味着在活塞侧上存在充足的压力，且相应地装载臂不能降下。

然后，将活塞侧连接到蓄能器271的阀273打开且允许油到蓄能器内。阀273到蓄能器271的打开优选地以一定的时间坡度完成。阀273的开度取决于活塞杆侧上的压力控制。检查活塞杆侧上的压力水平，使得该压力水平不降低到一定的特定水平(例如10巴)以下。当蓄能器271内的压力等于活塞侧上的压力时(或以一定的偏移低于此水平时，见上文)，控制泵的供给侧到活塞侧的阀207关闭。因此，通向泵205的载荷感测信号中断。将活塞杆侧连接到箱的阀209打开。通向蓄能器271的阀273保持打开。因此，装载臂悬架被激活。

如果蓄能器压力高于活塞侧上的压力，则根据第一替代发生如下情况：控制单元213检查是否提升或降低运动在进行中。如果在进行中，则激活被推迟直至提升功能件处于中性位置。控制单元213检查活塞侧上的压力水平且将其保存在存储器内。通向蓄能器271的阀273打开。然后，通过将活塞侧连接到箱243的阀207(类似于限压器起作用)将压力排放，直至压力达到与保存在存储器内的压力相同的水平(或一定的偏移以上，见上文示例)。因此，将活塞侧连接到箱的阀207关闭。然后，将活塞杆侧连接到箱243的阀209打开。因此，装载臂悬架被激活。

如果蓄能器压力高于活塞侧上的压力，则根据第二替代发生如下情况：控制单元213检查是否提升或降低运动在进行中。如果在进行中，则激活被推迟直至提升功能件处于中性位置。通向蓄能器的阀273打开。活塞杆侧上的压力然后将升高，因为蓄能器271内的压力高于活塞侧上的压力。然后，通过将活塞侧连接到箱243的阀207(类似于限压器起作用)将压力从活塞侧排放，直至活塞杆侧上的压力达到一定的特定水平(例如10巴)。然后，将活塞侧连接到箱243的阀207关闭。将活塞杆侧连接到箱的阀209打开。因此，装载臂悬架被激活。

根据另外的替代，装载臂悬架在提升或降低运动进行中同时被激活。活塞侧和蓄能器271之间的阀273以一定的时间坡度打开到一定的流动水平，其打开方式使得装载臂悬架被连接而不导致对于操作者的任何可觉察到的干扰。时间坡度和开度能够具有如下依赖性：根据第一示例，时间坡度和开度与运行条件无关是恒定的。根据第二示例，时间坡度和开度取决于活塞侧和蓄能器之间的压力差异。根据第三示例，时间坡度和开度取决于功能件的速度(速度越高，则旁通到蓄能器被觉察到越少)。以上的示例也能够组合。

根据另外的示例，在发生激活前蓄能器被预填充(暗中填充)以油至一定的压力水平，其目的是降低激活时间。控制单元213检查装载臂悬架是否被激活且提升是否在进行中。如果活塞侧上的压力高于蓄能器内的压力，则初始化蓄能器的填充，即通向蓄能器271的阀273打开到一定程度。此开度能够具有如下的依赖性：根据第一示例，开度与运行条件无关是恒定的。根据第二示例，开度取决于活塞侧和蓄能器271之间的压力差异。根据第二示例，开度取决于提升功能件的速度(速度越高，则越少注意到蓄能器的旁通)。

蓄能器271的填充完成直至如下的最低压力水平：活塞侧上的压力水平或确定的最大压力。此最大压力能够具有如下依赖性：根据第一示例，最大压力与运行条件无关是恒定的。根据第二示例，最大压力等于蓄能器在先前激活时曾具有的压力，或多个先前激活的平均或距此值的一定的偏差。

蓄能器271能够类似于弹簧，其中气体预充入对应于弹簧的偏置。系统内的阻尼来自于装载臂接头内的和缸内的摩擦和通向其中发生前后流动的蓄能器的阀273上的压力下降。这意味着弹性特征(蓄能器)是固定的。另一方面，阻尼能够通过改变阀的开度而改变。这意味着当前后流动改变时压力下降。

用于阀的开度(阻尼)的控制策略能够根据如下替代进行：根据第一示例，开度与运行条件无关是恒定的。根据第二示例，开度取决于活塞侧和蓄能器之间的压力差。更确切地，压力差越大，则开度将越小。这意味着在活塞侧和蓄能器之间的流动越高，则消耗的能量越多。特别地对于空的铲斗，通常产生在装载臂中位移过小的问题，因为接头和缸内的摩擦相对于由质量施加的力变得很大，这意味着阀的阻尼应保持为低阻尼(阀打开)。

根据第一示例，开度取决于缸内的压力水平。这意味着载荷越小则阻尼变得越小。这是有利的，特别在装载臂和缸内的摩擦占主导时的低载荷范围内。根据第二示例，开度取决于操作运行或工具。在一定的操作运行中，期望更刚性的系统，且在其他操作运行中期望略微更软的系统，即或多或少地具有阻尼的系统。操作运行的一个示例是将木材装载到卡车上。因此，期望避免使卡车的支撑腿弯曲。在此情况下，使用更刚性的设置是有利的。根据第三示例，开度取决于操作者的设定。不同的操作者将以不同的方式驾驶，且在一些情况下适应于来自其他工程机械的特征。根据第四示例，开度取决于工具位置或缸位置。如果铲斗靠近地面，则更刚性的系统是有利的，以防止铲斗摇摆且陷入地面。当铲斗处于高位置时，更软的系统是有利的，以降低翻倒的风险。

根据替代或补充，阻尼特征能够通过将活塞杆侧连接到箱243的阀209调整，且能够具有与在前文中描述的相同类型的相关性。

本发明不应视作限于以上所述的典型实施例，而是在附属权利要求的范围内可构思多个另外的变化和修改。

在前述描述中，术语“电控阀”已用于在液压回路上的直接电致动的阀，也就是说，阀适于通过电输入信号致动。当然存在落入术语“电控阀”的范围内的变体，例如数个阀的组件，其中第一阀布置在液压回路上，且其中直接电致动的第二阀适于通过液压信号致动第一阀。