用於施工設備的擺動流量控制系統以及控制擺動流量控制系統的方法
2023-05-29 03:13:01
專利名稱：用於施工設備的擺動流量控制系統以及控制擺動流量控制系統的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於施工機械的擺動流量控制系統以及其控制方法。更具體地，本發明涉及一種用於施工機械的擺動流量控制裝置，其可通過在上部擺動結構加速時限制從液壓泵排出的液壓流體的流量以減少在減壓閥中消耗的液壓能來提高能量效率。
背景技術：
在用於包括挖掘機的施工機械的液壓裝置和液壓迴路中，已不斷地進行各種研究和開發，以用於有效地執行在包括動臂、鬥杆或鏟鬥的工作設備、行進裝置和擺動裝置中要求的高負荷工作條件。液壓泵根據操作杆的操作角或先導壓力而不管各自工作中的負載來排出液壓流體，並僅在操作杆最大限度地操作或先導壓力超過預設壓力的情況下以最大流量排出液壓流體。根據現有技術中用於施工機械的液壓裝置，如果從操作量感測裝置輸入操作量信號，流量計算裝置確定用於操作量的優選泵排出流量，並通過具有對應於流量值的電流的輸出裝置控制液壓泵的斜盤控制裝置。通常，如果操作員意圖進行突然的擺動操作，操作杆突然移動，並且由操作量感測裝置感測的輸入信號突然增加。此時，從液壓泵到擺動馬達形成流動路徑，因此液壓泵的流量突然增加，導致發生突然加速。此時，為了保護擺動馬達和擺動裝置，使用減壓閥將扭矩或輸入到擺動馬達的過高壓力限制在預定值之下。S卩，從液壓泵提供的流量增加，並且如果減壓閥中的壓力超過預定壓力，除了用來旋轉擺動馬達的流量之外，過多的流量返回到液壓箱。因此，與返回流量和釋放壓力成比例的能量損失，使設備的燃料效率變差。結果，在現有技術液壓裝置和液壓迴路中，雖然在擺動操作過程中直到上部擺動結構的旋轉加速為止不需要高流量，但在上部擺動結構轉動時液壓泵總是排出最大流量，因此發生與返回流量和釋放壓力成比例的能量損失，導致燃料損耗極大增加。
發明內容
技術問題因此，本發明旨在解決現有技術中出現的上述問題，並且本發明的一個實施例涉及一種用於施工機械的擺動流量控制系統以及其控制方法，其可通過在上部擺動結構加速時限制從液壓泵排出的液壓流體的流量以減少在減壓閥中消耗的液壓能來提高能量效率。技術方案根據本發明的一方面，提供一種用於施工機械的擺動流量控制系統，包括發動機；多個致動器，其用於包括動臂、鬥杆和鏟鬥的工作設備和擺動馬達；可變排量液壓泵，其連接到發動機，以為用於工作設備和擺動馬達的致動器提供液壓；操作單元，其包括操作杆或操縱杆，並指示多個致動器的移動；控制閥，其通過操作單元為致動器和擺動馬達提供液壓泵的液壓流體；工作設備位置檢測裝置，其安裝在致動器的一側，用於感測致動器的相對位置；操作量感測裝置，其連接到操作單元的一側，用於感測操作杆或操縱杆的操作量；以及流量控制器，其安裝成連接到操作量感測裝置和斜盤控制裝置，以接收由操作量感測裝置感測的信號，並控制液壓泵的排出流量，其中，流量控制器包括流量設置單元、流量限制單元和輸出裝置，流量設置單元接收來自操作量感測裝置的信號，並設置液壓泵的排出流量，流量限制單元接收來自工作設備位置檢測裝置的信號，如果工作設備處於轉動慣量大於預定值的位置，流量限制單元減小液壓泵的流量增加率，而如果工作設備處於轉動慣量小於預定值的位置，流量限制單元提高增加率，輸出裝置為斜盤控制裝置提供控制信號，以限制由流量限制單元確定的流量增加率。根據本發明的另一方面，提供一種用於控制施工機械的擺動流量控制系統的方法，所述擺動流量控制系統包括發動機；多個致動器，其用於包括動臂、鬥杆和鏟鬥的工作設備和擺動馬達；可變排量液壓泵，其連接到發動機，以為用於工作設備和擺動馬達的致動器提供液壓；操作單元，其包括操作杆或操縱杆，並指示多個致動器的移動；控制閥，其通過操作單元為致動器和擺動馬達提供液壓泵的流量；工作設備位置檢測裝置，其安裝在致動器的一側，用於感測致動器的相對位置；操作量感測裝置，其連接到操作單元的一側，用於感測操作杆或操縱杆的操作量；以及流量控制器，其連接到操作量感測裝置和斜盤控制裝置，以接收由操作量感測裝置感測的信號，並控制液壓泵的排出流量，所述方法包括接收來自操作量感測裝置的信號，並計算擺動需要的流量Qr
(SI)；計算擺動需要的流量Qr的變化率dQr (S2)；並通過比較擺動需要的流量Qr的變化率dQr和預設參考狀態的斜率S Ca)來補償需要的擺動馬達排出量Dr。根據本發明的方面，操作量感測裝置的信號和斜盤控制裝置的信號包括電磁控制信號或先導信號壓力。有益效果根據本發明的方面的用於施工機械的擺動流量控制系統，為了在突然的擺動操作過程中使返回到減壓閥的損失流量最小，通過比較流量和參考狀態，用根據上部擺動結構的轉動狀態變化的最佳流量限制斜率b來限制流量，由於上部擺動結構根據工作設備狀態變化的轉動慣量的系統液壓與預訂參考壓力對比，並補償與系統液壓和參考壓力之間的差值成比例的擺動需要的斜率C，以使流量損失最小。
圖1是示出根據本發明實施例的液壓泵控制系統的結構的圖。圖2是示出根據本發明實施例在擺動操作過程中的液壓泵控制塊的結構的圖。圖3a和3b是示出根據本發明實施例在擺動操作過程中的釋放壓力和流量控制特性的曲線圖。
圖4是示出根據本發明實施例在擺動操作過程中控制擺動需要的流量的方法的流程圖。
具體實施例方式在說明書和權利要求中所使用的術語或詞語不應被理解為限於典型的或字典的含義，而應基於發明人可適當定義術語的概念以用最佳方法解釋他們的發明的原則，分析為與本發明的技術思想一致的含義和概念。下文中將結合附圖詳細描述本發明的優選實施例。參見圖2和3，根據本發明的實施例，一種用於施工機械的擺動流量控制系統包括發動機I ;多個致動器2，其用於包括動臂、鬥杆和鏟鬥的工作設備和擺動馬達3 ；可變排量液壓泵4，其連接到發動機1，以為用於工作設備和擺動馬達3的致動器2提供液壓；操作單元5,其包括操作杆或操縱杆,並指示多個致動器2的移動；控制閥6或7，其通過操作單元5為致動器2和擺動馬達3提供液壓泵4的液壓流體；工作設備位置檢測裝置8，其安裝在致動器2的一側，用於感測致動器2的相對位置；操作量感測裝置9，其連接到操作單元5的一側，用於感測操作杆或操縱杆的操作量；以及流量控制器10，其安裝成連接到操作量感測裝置9和斜盤控制裝置11，以接收由操作量感測裝置9感測的信號，並控制液壓泵4的排出流量，其中，流量控制器10包括流量設置單元10a、流量限制單元IOb和輸出裝置10c，流量設置單元IOa接收來自操作量感測裝置9的信號，並設置液壓泵4的排出流量，流量限制單元IOb接收來自工作設備位置檢測裝置8的信號，如果工作設備處於轉動慣量大於預定值的位置，流量限制單元IOb減小液壓泵4的流量增加率，而如果工作設備處於轉動慣量小於預定值的位置，流量限制單元IOb提高增加率，輸出裝置IOc為斜盤控制裝置提供控制信號，以限制由流量限制單元IOb確定的流量增加率。優選地，流量限制單元IOb可配置為包括算子(operator)，算子用預定的算法或表根據工作設備位置檢測裝置8的位置檢測信號計算增加率，並且流量控制器10的流量設置單元IOa可接收來自操作量感測裝置9和發動機I的速度傳感器(未示出)的信號，並設置液壓泵4的排出流量。發明最好的形態在根據本發明實施例的用於施工機械的擺動流量控制系統中，流量控制器10可配置為包括流量設置單元10a、流量限制單元IOb和輸出裝置10c，流量設置單元IOa接收來自操作量感測裝置9的信號，並設置液壓泵4的排出流量，流量限制單元IOb接收來自工作設備位置檢測裝置8和發動機I的速度傳感器(未示出)的信號，並計算流量的增加率，以補償擺動需要的流量，輸出裝置IOc為斜盤控制裝置11提供控制信號，以將流量的增加率限制為由流量限制單元IOb計算的擺動需要的斜率C。操作量感測裝置9的信號和斜盤控制裝置11的信號包括電磁控制信號或先導信號壓力。根據如以上根據本發明實施例構造的用於施工機械的擺動流量控制系統，如果從液壓泵4提供足夠流量的液壓流體以在擺動馬達3中保持恆定壓力，從擺動馬達3輸入的扭矩Tm由下式不變地設置。Tm=Km*P*Dm=J*dco/dt+B*co(其中，Km表示扭矩常數，Dm表示擺動馬達排出量，J表示上部擺動結構的轉動慣量，並且B表示速度的阻力係數。)在此，如果假設轉動速度的阻力很低，施加到擺動馬達的扭矩是恆定的，並且包括工作設備致動器2的上部擺動結構的轉動速度的增加率變得恆定。相反，如果輸入到擺動馬達3的流量的增加率保持恆定，在擺動馬達3與液壓泵4 之間形成的液壓系統的液壓限制為恆定值，並且壓力與流量增加率的斜率成比例。S卩，如圖3a所示，如果當由從操作單元5的操作量感測裝置9感測的操作量信號計算優選需要的擺動馬達排出量Dr時流量增加率限制為擺動需要的斜率b，液壓泵4的壓力限制為接近釋放壓力的壓力B，並且可使由通過釋放返回到液壓箱的液壓流體引起的損失最小，以獲得最大加速度。另一方面，如圖3b所示，當動臂或鬥杆工作設備最大限度地展開或當使用鏟鬥工作設備進行重型挖掘過程時，上部擺動結構的轉動慣量變化。如果假設用於在那時變化的上部擺動結構的轉動慣量的最佳流量限制斜率是C，並且流量限制為擺動需要的斜率b，那麼超過流量限制斜率c的流量通過減壓閥返回到液壓箱，造成損失。在此情況下，在現有技術中，發生減壓閥超馳(override)現象，在此情況下壓力根據釋放的流量線性上升，並且液壓泵4的壓力根據損失的流量上升。根據本發明實施例的用於施工機械的擺動流量控制系統，為了在突然的擺動操作過程中使返回到減壓閥的損失流量最小，用根據上部擺動結構相對於參考狀態(例如，上部擺動結構的停頓狀態)的轉動狀態所需要的最佳流量限制斜率b限制流量，由於上部擺動結構根據工作設備狀態變化的轉動慣量的系統液壓與預訂參考壓力對比，並且補償與系統液壓和參考壓力之間的差值成比例的擺動需要的斜率C，以使流量損失最小。根據本發明另一實施例，一種用於控制施工機械的擺動流量控制系統的方法，所述擺動流量控制系統包括發動機I ;多個致動器2，其用於包括動臂、鬥杆和鏟鬥的工作設備和擺動馬達3 ；可變排量液壓泵4，其連接到發動機1，以為用於工作設備和擺動馬達3的致動器2提供液壓；操作單元5,其包括操作杆或操縱杆,並指示多個致動器2的移動；控制閥6或7，其通過操作單元5為致動器2和擺動馬達3提供液壓泵4的液壓流體；工作設備位置檢測裝置8，其安裝在致動器2的一側，用於感測致動器2的相對位置；
操作量感測裝置9，其連接到操作單元5的一側，用於感測操作杆或操縱杆的操作量；以及流量控制器10，其安裝成連接到操作量感測裝置9和斜盤控制裝置11，以接收由操作量感測裝置9感測的信號，並控制液壓泵4的排出流量，所述方法包括接收從操作量感測裝置9感測的信號，並計算擺動需要的流量Qr (SI);計算擺動需要的流量Qr的變化率dQr (S2);以及通過比較擺動需要的流量Qr的變化率dQr和預設參考狀態的斜率S Ca)來補償需要的擺動馬達排出量Dr。參見圖4，擺動需要的流量Qr的變化率dQr由dQr=Qr - Qivi)的關係確定。之後， 通過比較擺動需要的流量Qr的變化率dQr和預設參考狀態的斜率S ( α )來補償需要的擺動馬達排出量Dr (步驟S3)，擺動需要的流量Qr根據工作設備位置檢測裝置8感測的相對位置變化。如圖4所述，在上述的步驟S3中，如果擺動需要的流量Qr的變化率dQr小於預設參考狀態的斜率S ( α )，需要的擺動馬達排出量Dr由Dr=(Qiv1ASUhdt)/^的關係確定。相反，如果擺動需要的流量Qr的變化率dQr大於預設參考狀態的斜率S ( α )，需要的擺動馬達排出量Dr根據發動機I的速度(ω )確定。在此,擺動需要的流量Qr可由流量設置單元IOa和流量限制單元IOb控制,流量設置單元IOa接收與由操作量感測裝置9感測的工作人員的操作量和發動機I的速度有關的信號，並設置液壓泵4的排出流量，流量限制單元IOb接收來自工作設備位置檢測裝置8的信號，如果工作設備處於轉動慣量大於預定值的位置，流量限制單元IOb減小液壓泵4的流量增加率，而如果工作設備處於轉動慣量小於預定值的位置，流量限制單元IOb提高增加率。另一方面，上述補償也可通過在實驗上通過檢測包括動臂或鬥杆的上部擺動結構的相對位置來提前獲得對應於相對位置的流量限制斜率的校正值進行，或通過經過估計對應於相對位置的轉動慣量來計算用於對應的慣量值的最佳斜率的校正值進行。另外，以與上述相同的方式，流量控制器10配置為包括流量設置單元10a、流量限制單元IOb和輸出裝置10c，流量設置單元IOa接收來自操作量感測裝置9和發動機I的速度傳感器(未示出)的信號，並設置液壓泵4的排出流量，流量限制單元IOb接收來自工作設備位置檢測裝置8的信號，如果工作設備處於轉動慣量大於預定值的位置，流量限制單元IOb減小液壓泵4的流量增加率，而如果工作設備處於轉動慣量小於預定值的位置，流量限制單元IOb提高增加率，輸出裝置IOc為斜盤控制裝置提供控制信號，以限制由流量限制單元IOb確定的流量增加率。工業應用性如從以上描述清楚的是，根據本發明方面的用於施工機械的擺動流量控制系統，為了在突然的擺動操作過程中使返回到減壓閥的損失流量最小，通過比較流量和參考狀態，用根據上部擺動結構的轉動狀態變化的最佳流量限制斜率c來限制流量，由於上部擺動結構根據工作設備狀態變化的轉動慣量的系統液壓與預訂參考壓力對比，並且補償與系統液壓和參考壓力之間的差值成比例的擺動需要的斜率，以使流量損失最小。
權利要求
1.一種用於施工機械的擺動流量控制系統，包括發動機；多個致動器，所述多個致動器用於包括動臂、鬥杆和鏟鬥的工作設備和擺動馬達；可變排量液壓泵，所述可變排量液壓泵連接到所述發動機，以為用於所述工作設備和所述擺動馬達的致動器提供液壓；操作單元，所述操作單元包括操作杆或操縱杆，並指示所述多個致動器的移動；控制閥，所述控制閥通過所述操作單元為所述致動器和所述擺動馬達提供所述液壓泵的液壓流體；工作設備位置檢測裝置，所述工作設備位置檢測裝置安裝在所述致動器的一側，用於感測所述致動器的相對位置；操作量感測裝置，所述操作量感測裝置連接到所述操作單元的一側，用於感測所述操作杆或所述操縱杆的操作量；以及流量控制器，所述流量控制器安裝成連接到所述操作量感測裝置和斜盤控制裝置，以接收由所述操作量感測裝置感測的信號，並控制所述液壓泵的排出流量，其中，所述流量控制器包括流量設置單元、流量限制單元和輸出裝置，所述流量設置單元接收來自所述操作量感測裝置的信號，並設置所述液壓泵的排出流量，所述流量限制單元接收來自所述工作設備位置檢測裝置的信號，如果所述工作設備處於轉動慣量大於預定值的位置，所述流量限制單元減小所述液壓泵的流量增加率，而如果所述工作設備處於所述轉動慣量小於所述預定值的位置，所述流量限制單元提高增加率，所述輸出裝置為所述斜盤控制裝置提供控制信號，以限制由所述流量限制單元確定的流量增加率。
2.一種用於控制施工機械的擺動流量控制系統的方法，所述擺動流量控制系統包括 發動機；多個致動器，所述多個致動器用於包括動臂、鬥杆和鏟鬥的工作設備和擺動馬達；可變排量液壓泵，所述可變排量液壓泵連接到所述發動機，以為用於所述工作設備和所述擺動馬達的致動器提供液壓；操作單元，所述操作單元包括操作杆或操縱杆，並指示所述多個致動器的移動；控制閥，所述控制閥通過所述操作單元為所述致動器和所述擺動馬達提供所述液壓泵的流量；工作設備位置檢測裝置，所述工作設備位置檢測裝置安裝在所述致動器的一側，用於感測所述致動器的相對位置；操作量感測裝置，所述操作量感測裝置連接到所述操作單元的一側，用於感測所述操作杆或所述操縱杆的操作量；以及流量控制器，所述流量控制器連接到所述操作量感測裝置和斜盤控制裝置，以接收由所述操作量感測裝置感測的信號，並控制所述液壓泵的排出流量，所述方法包括接收來自所述操作量感測裝置的信號，並計算擺動需要的流量Qr (SI)；計算所述擺動需要的流量Qr的變化率dQr (S2);並且通過比較所述擺動需要的流量Qr的變化率dQr和預設參考狀態的斜率S (a)來補償需要的擺動馬達排出量Dr。
3.如權利要求1所述的用於控制施工機械的擺動流量控制系統的方法，其中，所述操作量感測裝置的信號和所述斜盤控制裝置的信號包括電磁控制信號或先導信號壓力。
全文摘要
本發明提供一種用於施工設備的擺動流量控制系統和一種控制擺動流量控制系統的方法。擺動流量控制系統包括發動機；多個致動器和旋轉馬達，其用於包括動臂或鬥杆和鏟鬥的工作設備；多個可變容量型液壓泵，其連接到發動機，以將油壓提供到用於工作設備的致動器和旋轉馬達中；操作部件，其包括操作杆和操縱杆，操作部件控制多個致動器的移動；控制閥，其藉助於操作部件將液壓泵內的流體分別提供到致動器和旋轉馬達中；工作設備位置檢測單元，其放置在每個致動器的一側，以檢測致動器的相對位置；操作杆檢測單元，其放置在操作部件的一側，以檢測操作杆或操縱杆的操作水平；以及流量控制器，其包括流量限制部件和輸出單元，流量限制部件接收來自流量設置部件、工作設備位置檢測單元和發動機速度傳感器的信號，以計算流量的增加率，由此補償擺動需要的流量，輸出單元用於將控制信號提供到斜盤控制裝置中，其中，流量控制器接收由操作杆檢測單元(9)檢測的信號，以控制每個液壓泵的排出流量。
文檔編號E02F9/22GK103026076SQ201080068317
公開日2013年4月3日 申請日期2010年7月30日 優先權日2010年7月30日
發明者金東洙 申請人:沃爾沃建造設備有限公司