專利名稱:操作流體工作設(shè)備的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及操作流體工作設(shè)備的方法,所述流體工作設(shè)備包括至少一個(gè)循環(huán)改變 容積的工作腔、高壓流體連接部、低壓流體連接部和至少一個(gè)將所述工作腔連接到所述高 壓流體連接部和/或所述低壓流體連接部的電氣促動(dòng)閥,其中所述至少一個(gè)所述電氣換向 閥的促動(dòng)模型根據(jù)所述流體工作設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行選擇。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種流體工 作設(shè)備,所述流體工作設(shè)備包括至少一個(gè)循環(huán)改變?nèi)莘e的工作腔、高壓流體連接部、低壓流 體連接部、至少一個(gè)將所述工作腔連接到所述高壓流體連接部和/或所述低壓流體連接部 的電氣促動(dòng)閥、和至少電子控制單元。
背景技術(shù):
在需要泵送流體或者在馬達(dá)模式下使用流體來驅(qū)動(dòng)流體工作設(shè)備的時(shí)候,通常會(huì) 使用流體工作設(shè)備。術(shù)語(yǔ)“流體”可以指代氣體和液體兩者。當(dāng)然,流體甚至可以指代氣體 和液體的混合物,此外還指代超臨界流體,此時(shí)無(wú)法在氣體和液體之間進(jìn)行區(qū)分。特別是,如果必須增大流體的壓力水平,則使用所述流體工作設(shè)備。例如,所述流 體工作設(shè)備可以是氣體壓縮機(jī)或液壓泵。通常,流體工作設(shè)備包括一個(gè)或多個(gè)循環(huán)改變?nèi)莘e的工作腔。通常為每一個(gè)循環(huán) 改變的容積,提供流體進(jìn)入閥和流體排出閥。傳統(tǒng)上,流體進(jìn)入閥和流體排出閥是被動(dòng)閥。在特定工作腔的容積增大時(shí),其流體 進(jìn)入閥打開,而其流體排出閥由于工作腔容積增大所導(dǎo)致的壓力差而關(guān)閉。在工作腔的容 積再一次減小的這一階段,流體進(jìn)入閥關(guān)閉,而流體排出閥因壓力差改變而打開。用來改善流體工作設(shè)備的相對(duì)新穎且前景廣闊的方案是所謂的合成轉(zhuǎn)換 (synthetically commutated)液壓泵,也稱為數(shù)字排量泵或可變排量泵。所述合成轉(zhuǎn)換液 壓泵例如從EP0494236B1或W091/05163A1中可以獲得信息。在這種泵中,被動(dòng)進(jìn)入閥被電 氣促動(dòng)的進(jìn)入閥所取代。優(yōu)選所述被動(dòng)排出閥也由電氣促動(dòng)的排出閥所取代。通過適當(dāng)控 制所述閥,可以實(shí)現(xiàn)全行程泵送模式、空循環(huán)泵送模式(空載模式)和部分行程泵送模式。 此外,如果進(jìn)入閥和排出閥都為電氣促動(dòng)閥,則所述泵也可以用作液壓馬達(dá)。如果所述泵作 為液壓馬達(dá)運(yùn)行,則也可以發(fā)生全行程馬達(dá)操作和部分行程馬達(dá)操作。這種合成轉(zhuǎn)換液壓泵的主要優(yōu)勢(shì)在于其較之傳統(tǒng)液壓泵來說,效率較高。此外,由 于所述閥為電氣促動(dòng)閥,所以所述合成轉(zhuǎn)換液壓泵的輸出特性可以非常迅速地改變。為了根據(jù)給定的需求適配合成轉(zhuǎn)換液壓泵的流體流量輸出,在現(xiàn)有技術(shù)中存在若 干種方案。例如,可以將合成轉(zhuǎn)換液壓泵切換到全行程泵送模式,持續(xù)特定的時(shí)間。當(dāng)合成轉(zhuǎn) 換泵運(yùn)行在泵送模式時(shí),高壓流體容器以流體填充。一旦達(dá)到特定的壓力水平,則合成轉(zhuǎn)換 泵切換到空載模式,并且流體流量需求由高壓流體容器來提供。一旦高壓流體容器達(dá)到特 定的較低閾值水平,則合成轉(zhuǎn)換泵再次切換。但是,這種方案需要相對(duì)巨大的高壓流體容器。這種高壓流體容器造價(jià)昂貴,占據(jù)較大體積并且非常沉重。此外,輸出壓力將會(huì)發(fā)生特定的變化。到目前為止,用來根據(jù)給定需求適配合成轉(zhuǎn)換液壓泵的輸出流體流量的更為先進(jìn) 的建議在EPl 537 333 Bl中描述。在該文件中,建議使用空載模式、部分行程泵送模式和全 行程泵送模式的組合模式。在空載模式下,相應(yīng)的工作腔在其工作循環(huán)過程中不進(jìn)行有效 泵送。在全行程模式下,工作腔的全部可用容積用于在相應(yīng)循環(huán)中向高壓側(cè)泵送流體。在 部分行程模式下,僅有一部分可用容積用來在相應(yīng)循環(huán)中向高壓側(cè)泵送流體。不同的模式 在若干腔和/或若干連續(xù)的循環(huán)中進(jìn)行分配,使得通過所述設(shè)備的流體的時(shí)間平均有效流 速滿足給定需求。除了這些先前已知的控制方法之外,也可以應(yīng)用不同的基本控制策略。實(shí)際上, 一一些額外的基本控制策略已經(jīng)被本發(fā)明人考慮在內(nèi)。所述額外的基本控制方法將在下面 詳細(xì)描述。在過去,合成轉(zhuǎn)換液壓泵受到控制,以便選擇特定的基本控制策略并用于合成轉(zhuǎn) 換液壓泵的整個(gè)工作條件范圍上。到目前為止,已經(jīng)通過改良現(xiàn)有的控制策略或者引入新 的控制策略并將相應(yīng)的構(gòu)思應(yīng)用于合成轉(zhuǎn)換液壓泵的整個(gè)工作條件范圍來進(jìn)行合成轉(zhuǎn)換 液壓泵控制方面的改進(jìn)。例如,EPl 537333B1中描述的控制方法應(yīng)用于合成轉(zhuǎn)換液壓泵的 全部工作條件。當(dāng)然,在合成轉(zhuǎn)換液壓泵的整個(gè)工作條件范圍上實(shí)施特定的基本控制策略是直接 而相對(duì)容易的方式。而且,必須承認(rèn),這種合成轉(zhuǎn)換液壓泵已經(jīng)運(yùn)行地非常良好。但是,到目前為止的方法仍然存在缺陷和一定的局限。主要問題在于壓力脈動(dòng)問 題。尤其是在特定工作條件下,流體工作設(shè)備的流體輸出流量可能會(huì)發(fā)生劇烈的波動(dòng)。這 將導(dǎo)致不希望看到的壓力脈動(dòng)。這種壓力脈動(dòng)會(huì)引起由合成轉(zhuǎn)換液壓泵驅(qū)動(dòng)的液壓設(shè)備的 操作員的注意。例如,操作員可能會(huì)注意到液壓缸體的啟動(dòng)-停止行為(“粘滯”效應(yīng))。 這種壓力脈動(dòng)甚至可能引起磨損加劇,并最終導(dǎo)致液壓回路的部件損壞。另一個(gè)問題是時(shí)間響應(yīng),即流體流量需求改變之后,流體工作設(shè)備調(diào)節(jié)其流體流 量輸出所需的時(shí)間。這種時(shí)間延遲可能相當(dāng)長(zhǎng),尤其在特定的工作條件下。當(dāng)然,不希望看 到設(shè)備操作員在其改變需求之后等待明顯較長(zhǎng)的時(shí)間間隔。作為示例,EPl 537 333B1中描述的方法將作進(jìn)一步解釋。根據(jù)所述方法,先前限 定的特定容積分量選擇用于部分行程泵送。對(duì)于真實(shí)應(yīng)用來說,EPl 537 333B1的申請(qǐng)人 已經(jīng)選擇了 16.67% (BP, 1/6)的容積分量.應(yīng)該承認(rèn),這種控制方法適合于大約15%以下 區(qū)域內(nèi)的流體流量需求。但是,如果流體流量非常低,比如2%,則兩個(gè)部分行程泵送脈沖之 間的時(shí)間間隔將仍舊相當(dāng)大。在略高于16. 67%的區(qū)域中,例如在17%的流體流量需求時(shí), 情況也相當(dāng)糟糕。此時(shí),流體流量需求可能由16%的部分行程泵送循環(huán)恒定地泵送或者在 這種兩次泵送循環(huán)之間存在非常大的時(shí)間間隔的序列中插入全行程泵送行程。還可以在這 種形式下放棄部分行程泵送循環(huán),并使用全行程泵送循環(huán)來滿足需求。兩次連續(xù)泵送循環(huán) 之間的間隔將非常小。但是,將會(huì)出現(xiàn)明顯的脈動(dòng)。
發(fā)明內(nèi)容
因此,本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種操作合成轉(zhuǎn)換型流體流量設(shè)備的方法,該方法顯 示出對(duì)流體流量輸出特性的改善。此外,還提出了一種適當(dāng)?shù)牧黧w工作設(shè)備。
如權(quán)利要求1所述的方法和如權(quán)利要求12所述的流體工作設(shè)備解決了上述問題。為了解決上述問題,建議改動(dòng)操作上述類型的流體工作設(shè)備的方法,以提供用來 促動(dòng)所述電氣促動(dòng)閥的多種促動(dòng)策略,并且選擇適當(dāng)?shù)拇賱?dòng)策略用于所述流體工作設(shè)備的 不同工作條件。在試圖克服上述問題時(shí),發(fā)明人開始致力于改善先前用于合成轉(zhuǎn)換液壓泵的已知 促動(dòng)策略。在此期間,他們構(gòu)思了若干種改型,甚至開發(fā)出了先前并不知道的用于合成轉(zhuǎn)換 液壓泵的促動(dòng)策略。在此期間,他們出乎意料地發(fā)現(xiàn),如果不說是不可能的話,非常難于優(yōu) 化單一促動(dòng)策略,以使所述單一促動(dòng)策略在流體工作設(shè)備的全部工作條件下都能提供良好 的流體流量輸出特性。相反,每一種單一促動(dòng)策略通常都在流體工作設(shè)備的不同工作條件 的一個(gè)或若干區(qū)間內(nèi)展現(xiàn)出良好的性能,而在不同區(qū)域(工作條件的區(qū)間)內(nèi)性能變差。此 外,他們出乎意料地發(fā)現(xiàn),不同促動(dòng)策略展現(xiàn)良好性能的這些區(qū)域并不是一定相同。因此, 通過在流體工作設(shè)備的可能工作條件的每個(gè)區(qū)域內(nèi)選擇適當(dāng)?shù)拇賱?dòng)策略,可以改善流體工 作設(shè)備的流體輸出特性。因此,不同促動(dòng)策略的組合流體輸出特性可以比單一促動(dòng)策略所 能提供的流體輸出特性更好。當(dāng)然,為了實(shí)現(xiàn)不同的促動(dòng)策略在工作條件的不同區(qū)域內(nèi)展現(xiàn)良好的效果,需要 首先開發(fā)多種不同的基本促動(dòng)策略。特別是,這是必要的,因?yàn)橛嘘P(guān)合成轉(zhuǎn)換液壓泵控制方 法的知識(shí)截止目前還非常有限。要注意,本發(fā)明不僅可以用于液壓泵。相反,如果流體工作設(shè)備用作液壓馬達(dá)的 話,本發(fā)明也有用。在這種情況下,流體流量需求通常被機(jī)械動(dòng)力需求和/或高壓側(cè)的液壓 流體可用性所取代。而且,在這種情況下,泵送行程的概念當(dāng)然必須理解為馬達(dá)行程。優(yōu)選,流體工作設(shè)備的工作條件至少部分地由不同流體流量需求來限定。流體流 量需求通常是用來控制流體流量設(shè)備的主要輸入?yún)?shù)。流體流量需求通常由使用流體工作 設(shè)備的設(shè)備操作員給出。操作員可以通過將指令(例如,操作桿、踏板、節(jié)流閥、杠桿、發(fā)動(dòng) 機(jī)速度等)設(shè)定到特定水平來選擇流體流量需求。因此,流體流量需求同時(shí)是變化最大的 參數(shù)。但是,不同的參數(shù)也可以限定工作條件。例如,流體流量設(shè)備的驅(qū)動(dòng)速度(旋轉(zhuǎn)軸的 每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))、由相同的機(jī)械動(dòng)力源當(dāng)作流體工作設(shè)備驅(qū)動(dòng)的其他部件消耗的機(jī)械動(dòng)力、液 壓油料的溫度、壓力、機(jī)械動(dòng)力的可用性等,可以替代地和/或額外地用作輸入?yún)?shù)。優(yōu)選,至少其中一種所述促動(dòng)策略是可變部分行程策略。這種可變部分行程策略 可以利用連續(xù)的一系列部分行程泵送脈沖來實(shí)現(xiàn)。在該系列中,個(gè)體泵送循環(huán)的泵送分量 可以根據(jù)實(shí)際流體流量需求進(jìn)行選擇。泵送分量的變化通常通過適當(dāng)改變進(jìn)入閥的發(fā)射角 (促動(dòng)角、促動(dòng)時(shí)間、發(fā)射時(shí)間)來完成??勺儾糠中谐滩呗詫?duì)于較低流體流量需求和/或較高流體流量需求特別有用。在 這些區(qū)域,可變部分行程策略通常可以提供最平滑的流體流量輸出,且脈沖之間的時(shí)間間 隔最小。作為對(duì)較低流體流量需求區(qū)域的估算,可以使用從0到10%的區(qū)間。但是,也可以 使用從 0 到 5、6、7、8、9、11、12、13、14、15、16. 7(即 1/6)、20、25、30、33. 3 (即 1/3)或 35% 的 流體流量需求。在較高流體流量一側(cè),可以類似地選擇所述區(qū)間,從65、66. 7 (即2/3)、70、 75、80、83. 3(即 5/6)、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95 到 100%變化。有重要意義的可
能是 1/3、1/4、1/5、1/6......和 2/3、3/4、4/5、5/6......(即丄和^^,n = 3、4......)。
η η
必須要說明,較低流體流量需求區(qū)域的上限和/或較高流體流量需求區(qū)域的下限 可以脫離實(shí)際,在流體流量需求的中間區(qū)域,在經(jīng)過流體進(jìn)入閥的流體速度可能非常高的 時(shí)候,流體進(jìn)入閥必須關(guān)閉。經(jīng)過流體進(jìn)入閥的流體速度特別取決于泵的幾何結(jié)構(gòu)設(shè)置、 泵的驅(qū)動(dòng)速度和缸體的工作相位。如果流體流量設(shè)備是活塞加缸體型的設(shè)備、是用于高速 (rpm)和/或工作相位是經(jīng)過下死點(diǎn)之后的大約90°,則較高的流體速度可以特別存在。在 這些區(qū)域關(guān)閉進(jìn)入閥可能導(dǎo)致閥應(yīng)力增大和/或產(chǎn)生的噪音增大。還可以對(duì)于非常低的流體流量需求排除可變部分行程策略。理論上,甚至在非常 低的流體流量需求區(qū)域中,可變部分行程策略仍然能輸送最有可能平滑的流體流量。但是, 發(fā)明人出乎意料地發(fā)現(xiàn),在非常低的流體流量需求區(qū)域采用可變部分行程策略會(huì)出現(xiàn)問 題。就是說,原因是可變部分行程策略會(huì)產(chǎn)生高頻的小型泵送行程脈動(dòng)流量。產(chǎn)生的這種 壓力脈動(dòng)通過部件諸如軟管和累加器得到衰減。但是,較高的脈動(dòng)頻率將在剛性較大的部 件諸如軟管上引發(fā)更多的振動(dòng)。因此,當(dāng)這些部件承受應(yīng)用這種部件時(shí)并不常見的振動(dòng)時(shí), 通過這些部件的內(nèi)部摩擦?xí)a(chǎn)生熱量。除了發(fā)熱增大之外的第二種影響是,所述熱量無(wú)法 足夠迅速地傳輸走,因?yàn)樵谶@些區(qū)域流速非常低。這樣可能導(dǎo)致過多的熱量累積,熱量累積 可能導(dǎo)致嚴(yán)重的高溫,這種高溫甚至?xí)p壞一些部件諸如軟管。要注意,軟管中產(chǎn)生的熱量 與壓力變化速率成正比,而壓力變化速率本身又是壓力波動(dòng)幅值和頻率的函數(shù)。即,QHoseccYt= f iP peak-to-peak, /)其中Qh_是軟管中產(chǎn)生的熱量,Ppeak_t0_peak是峰值到峰值的壓力波動(dòng),而f是壓力 波動(dòng)頻率。因此,在非常低的流體流量區(qū)域中,優(yōu)選使用不同的泵送(馬達(dá))策略,例如混 合調(diào)制策略,后面會(huì)有描述。雖然,這樣通常導(dǎo)致更大的壓力變化,但是壓力波動(dòng)的頻率將 以非常低的頻率出現(xiàn),因此防止了部件過熱。非常低的流體流量需求區(qū)域可以定義為從0 到1、2、3、4、5、6或7%的區(qū)間。具有優(yōu)勢(shì)的是,至少其中一種促動(dòng)策略是混合模型調(diào)制策略。這里,一系列至少兩 個(gè)容積泵送分量不同的泵送循環(huán)組合,使得在時(shí)間平均方面,實(shí)際流體流量輸出對(duì)應(yīng)于流 體流量需求。當(dāng)然,0%的泵送分量(空載行程泵送循環(huán))和/或100%的泵送分量(全行 程泵送循環(huán))也可以用于此目的。如果使用空載行程泵送循環(huán)、全行程泵送循環(huán)和16%容 積分量的部分行程泵送循環(huán)的組合循環(huán),則等價(jià)于EPl 537 333 Bl中所述的方法。但是, 本發(fā)明建議部分行程泵送循環(huán)的容積分量根據(jù)流體工作設(shè)備至少在特定區(qū)域內(nèi)的工作條 件而變化。根據(jù)流體工作設(shè)備的工作條件而變化,優(yōu)選利用預(yù)先確定的部分行程脈沖的相 對(duì)簡(jiǎn)單的序列來動(dòng)態(tài)地實(shí)現(xiàn)。采用混合模型調(diào)制策略的區(qū)域優(yōu)選是中間區(qū)域、中等/較低 區(qū)域和/或中等/較高區(qū)域。如果泵送分量不同的至少兩種不同的部分行程泵送循環(huán)用于流體工作設(shè)備的不 同工作條件,則甚至更為優(yōu)選。所述泵送分量可以根據(jù)流體流量需求來選擇。換句話說, 不僅僅使用具有單一泵送容積分量的單一部分行程泵送循環(huán)(即,不是空載循環(huán)或全行程 泵送循環(huán))。相反,可以使用不同的容積分量用于不同的部分行程泵送循環(huán)。作為示例,可 以構(gòu)造一系列25和75%的容積分量(并且,根據(jù)需要使用空載行程和/或全行程泵送循 環(huán)),以使實(shí)際流體流量需求得到滿足。給定的數(shù)字25%和75%當(dāng)然僅作為示例,也可以 選擇不同的數(shù)字。特別是,甚至優(yōu)選根據(jù)實(shí)際流體流量需求來改變?nèi)莘e分量。因此,可以從0%和25%的分量泵送容積之間的區(qū)間內(nèi)選擇數(shù)字較小的泵送分量。當(dāng)然,區(qū)間的邊界可以 落入 0%和 10%、11%、12%、13%、14%、15%、16%、16. 7%,17%,18%,19%,20%,21 %, 22%,23%,24%,26%,27%,28%,30%,33. 3%或35%之間。類似地,較高分量的容積可以 從75%和100%之間的區(qū)間選擇。所述區(qū)間也可以從65%、66. 7%,70%,71%,72%,73%, 74%,76%,78%,79%,80%,81%,82%,83%,83. 3%,84%,85%,86%,87%,88%,89%,
n-l
90%到100%。類似地,也可以相應(yīng)使用丄和
= 3、4、5、6.......
η如果至少其中一種促動(dòng)策略是一組預(yù)先計(jì)算的促動(dòng)模型,則也是優(yōu)選方案。在原 理上,促動(dòng)模型可以是任何系列的空行程泵送循環(huán)(空載模式)、部分行程泵送循環(huán)(任意 分量值)和/或全行程泵送循環(huán)。但是,所述一系列的不同泵送循環(huán)并不是利用表示流體 流量需求和實(shí)際泵送性能的“累加器”變量實(shí)時(shí)計(jì)算而確定的。而是,所述一系列不同促動(dòng) 模型是提前計(jì)算的。然后,根據(jù)實(shí)際流體流量需求,選擇適當(dāng)?shù)念A(yù)先計(jì)算的促動(dòng)模型。這種 預(yù)先計(jì)算的促動(dòng)模型通常是在給定流體工作設(shè)備的實(shí)際工作條件下,最佳地滿足需求的模 式。在預(yù)先計(jì)算促動(dòng)模型時(shí),可以將多種條件考慮并納入所述促動(dòng)模型。例如,所述促動(dòng)模 型可以預(yù)先進(jìn)行計(jì)算,以實(shí)現(xiàn)平滑流體流量輸出,以使產(chǎn)生的壓力脈動(dòng)被最小化。此外,在 預(yù)先計(jì)算促動(dòng)模型時(shí),可以使用消除混疊(anti-aliasing)方法,以避免數(shù)字假象(摩爾效 應(yīng))。利用目前可用的存儲(chǔ)設(shè)備,可以低成本地存儲(chǔ)一組大量的預(yù)先計(jì)算的促動(dòng)模型。通過 這種方式,可以提供數(shù)量充足的不同的預(yù)先計(jì)算的促動(dòng)模型來滿足不同的流體流量需求。優(yōu)選,對(duì)于處于2種預(yù)先計(jì)算的促動(dòng)模型之間的流體流量需求,可以使用相鄰預(yù) 先計(jì)算的促動(dòng)模型進(jìn)行插值。這樣,可以限制不同促動(dòng)模型的數(shù)量,但是仍然能實(shí)現(xiàn)非常良 好的細(xì)微調(diào)節(jié)。插值通常由適當(dāng)?shù)南盗衼硗瓿桑渲兴鱿噜彺賱?dòng)模型在時(shí)間上彼此相鄰。 如果,例如為14%的需求和15%的需求存儲(chǔ)促動(dòng)模型,并且實(shí)際流體流量需求為14. 1%, 則在實(shí)施一系列單一 14%促動(dòng)模型和隨后一組9個(gè)15%容積分量的促動(dòng)模型時(shí),可以在較 長(zhǎng)周期內(nèi)滿足14. 的需求。當(dāng)然,還可以將流體流量需求簡(jiǎn)單地“舍入”到為其存儲(chǔ)促動(dòng) 模型的下一個(gè)值。如果存儲(chǔ)相對(duì)大量的預(yù)先計(jì)算的促動(dòng)模型,這樣做尤其不是問題。優(yōu)選,對(duì)于中低流體流量需求和/或?qū)τ谥懈吡黧w流量需求來說,可以選擇混合 模型調(diào)制策略和/或預(yù)先計(jì)算的促動(dòng)模型策略。作為示例,相應(yīng)的促動(dòng)策略可以用于處于 10 %和15 %之間的區(qū)間內(nèi)和/或75 %和90 %之間的區(qū)間內(nèi)的流體流量需求。但是,也可以 使用不同的數(shù)字。對(duì)于中低流體流量需求區(qū)間的下限和中高流體流量需求區(qū)間的上限,可 以分別參照可變部分行程策略的低流體流量需求的上限和高流體流量的需求的下限。作為中低流體流量需求區(qū)間的上限和中高流體流量需求區(qū)間的下限,也可以 使用 15 %、16· 7 %,20 %,21 %,22 %,23 %,24 %,26 %,27 %,28 %,29 %,30 %,33. 3 35%,40%,60%,65%,66. 7%,70%,71%,72%,73%,74%,76%,77%,78%,79%,80%,
1 n-\
83. 3%和/或85%。同樣,也可以使用—和
= 3、4、5、6.......
η η如果對(duì)于中等流體流量需求而言,選擇預(yù)先計(jì)算的促動(dòng)模型策略和/或混合模型 促動(dòng)策略,則也是優(yōu)選方案。特別是在該區(qū)域中,即使在考慮被允許的用于部分行程泵送循 環(huán)的容積分量存在特定限制時(shí),如果使用預(yù)先計(jì)算的促動(dòng)模型,也可以利用非常短的促動(dòng) 模型區(qū)間長(zhǎng)度來實(shí)現(xiàn)不同的流體輸出流量。可以限定25和75%之間的區(qū)間,在其中使用相應(yīng)的促動(dòng)策略。但是,10%、15%、16. 7%,20%,21%,22%,23%,24%,26%,27%,28%, 29 %,30 %,33. 3 %,35 %,40 %,45 %,55 %,60 %,65 %,66. 7 %,70 %,71 %,72 %,73 74%,76%,77%,78%,79%,80%,83. 3%、85%、90%也可以分別作為區(qū)間下限和/或上
限。同樣,也可以分別使用丄和Μ, η = 3、4、5、6.......
η η如果根據(jù)工作條件,特別是根據(jù)流體工作設(shè)備的轉(zhuǎn)速來選擇用于個(gè)體部分行程泵 送循環(huán)的被允許區(qū)域的極限和/或不同促動(dòng)策略之間過渡部分的極限,則是進(jìn)一步優(yōu)選方 案。個(gè)體部分行程泵送循環(huán)的“被允許區(qū)域”是分量容積的區(qū)間,分量泵送循環(huán)可以從中選 擇。換句話說,“被允許區(qū)域”通過考慮液壓流體在所述流體進(jìn)入閥的促動(dòng)角經(jīng)過流體進(jìn)入 閥的速度來限定。如果液壓流體在(特意)的促動(dòng)角經(jīng)過進(jìn)入閥的速度大于特定極限,則 禁止促動(dòng),而如果速度低于所述極限,則允許促動(dòng)。例如,流體工作設(shè)備的驅(qū)動(dòng)速度(例如, 每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))就是這種影響流體經(jīng)過進(jìn)入閥的速度的因素。因此,在流體工作設(shè)備的較低 驅(qū)動(dòng)速度,可以擴(kuò)展用于個(gè)體部分行程泵送循環(huán)的被允許容積分量的區(qū)域,而不會(huì)引起應(yīng) 力增大、磨損和/或產(chǎn)生噪音增大。因此,應(yīng)用可變部分行程策略的區(qū)域可以擴(kuò)展。當(dāng)然,也可以考慮不同的參數(shù),例 如液壓流體的溫度,這是液壓流體粘性指標(biāo)。在任何情況下,可以進(jìn)一步改善流體輸出特性 和不同工作條件下的流體輸出特性的一致性。此外,建議了前述類型的流體工作設(shè)備,其特征在于,設(shè)計(jì)并布置電子控制單元, 以使電子控制單元實(shí)施如前述實(shí)施方式至少一種所述的方法。流體工作設(shè)備各實(shí)施方式的目標(biāo)和優(yōu)勢(shì)類似于所述方法的相應(yīng)實(shí)施方式。
在連同附圖一起考慮本發(fā)明實(shí)施方式的以下描述時(shí),本發(fā)明將變得更為清楚。附圖示出圖1示出了帶有6個(gè)缸體的合成轉(zhuǎn)換液壓泵的簡(jiǎn)略示意圖;圖2示出了符合本發(fā)明實(shí)施方式的不同促動(dòng)策略的構(gòu)成狀況;圖3示出了部分行程泵送概念;圖4示出了在較低流體需求區(qū)域中采用可變部分行程策略的流體流量輸出;圖5示出了在較高流體流量需求區(qū)域使用可變部分行程策略的流體流量輸出;圖6示出了如何利用若干缸體的個(gè)體輸出流量產(chǎn)生輸出流量;圖7示出了在中低流體流量需求區(qū)域中使用預(yù)先計(jì)算的促動(dòng)模型策略獲得的流 體流量輸出;圖8示出了在中高流體流量需求區(qū)域中使用預(yù)先計(jì)算的促動(dòng)模型策略獲得的流 體流量輸出;圖9示出了在中等流體流量需求區(qū)域中使用在線促動(dòng)策略獲得的流體流量輸出。
具體實(shí)施例方式在圖1中,示出了合成轉(zhuǎn)換液壓泵1,該泵具有一個(gè)機(jī)組2,所述機(jī)組具有6個(gè)缸體 3。每個(gè)缸體具有循環(huán)改變?nèi)莘e的工作空間4。工作空間4基本上由缸體部分5和活塞6限定。彈簧7推壓缸體部分5和活塞6彼此背離?;钊?由偏心件8支撐,所述偏心件偏離 旋轉(zhuǎn)軸線中心地連接到旋轉(zhuǎn)軸9。在傳統(tǒng)徑向活塞泵(“婚禮蛋糕”型泵)的情況下,多個(gè) 活塞6可以共用相同的偏心件8。偏心件8沿軌道運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致活塞6往復(fù)進(jìn)出它們相應(yīng)的缸 體部分5運(yùn)動(dòng)。通過活塞6在它們相應(yīng)缸體部分5內(nèi)的這種運(yùn)動(dòng),工作空間4的容積循環(huán)變化。在圖1所示例子中,合成轉(zhuǎn)換液壓泵1是具有電氣促動(dòng)進(jìn)入閥10和電氣促動(dòng)排出 閥11的泵類型。進(jìn)入閥10和排出閥11兩者的一側(cè)流體連接到缸體3的工作腔4。在它們另一側(cè),所述閥分別流體連接到低壓流體集流管18和高壓流體集流管19。由于合成轉(zhuǎn)換液壓泵1包括電氣促動(dòng)的排出閥11,所以它還可以用作液壓馬達(dá)。 在泵送模式下用作進(jìn)入閥的閥將在馬達(dá)模式下變成排出閥,反之亦然。當(dāng)然,設(shè)計(jì)方案也可以不同于圖1所示的例子。例如,可以提供缸體的若干機(jī)組2。 還可以讓一個(gè)或若干個(gè)機(jī)組2存在不同數(shù)量的缸體,例如4個(gè)、5個(gè)、7和8個(gè)缸體3。雖然 在圖1所示例子中,缸體3在軸9的全周內(nèi)均等布置,即彼此可開60°,但是缸體3也可以 不均等地布置。當(dāng)然,不僅可以使用活塞加缸體的泵。而是,其他類型的泵也可以具有本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)。在圖2中,作為示例,示出了本發(fā)明的一種可行實(shí)施方式。在圖2中,描繪了 6種 不同的促動(dòng)區(qū)域I至VI。不同促動(dòng)區(qū)域I至VI的意義也在表1中列出。在每個(gè)區(qū)域中,實(shí) 施特定的促動(dòng)方式。如果流體流量需求非常低(即,在流體流量需求介于0%和10%之間的區(qū)域I中) 或者非常高(即,在流體流量需求介于90%和100%之間的區(qū)域VI中),在當(dāng)前示例中,應(yīng) 用可變部分行程促動(dòng)策略??勺儾糠中谐滩呗詫⒔柚鷪D3至5進(jìn)一步解釋。在圖3中,示出了單一缸體3的流體輸出流量12。在圖3中,橫軸上的標(biāo)記表示旋 轉(zhuǎn)軸9的30°轉(zhuǎn)角。在0° (和360°、720°等),相應(yīng)缸體3的工作腔4開始減小容積。 開始時(shí),電氣促動(dòng)的進(jìn)入閥10處于打開位置。因此,被向著工作腔4外驅(qū)使的流體將通過 仍然打開的進(jìn)入閥10向著低壓流體集流管離開缸體3。因此,在時(shí)間區(qū)間A中,進(jìn)行“被動(dòng) 泵送”,即進(jìn)入和離開缸體3的流體簡(jiǎn)單地返回低壓流體集流管18,并且不向高壓側(cè)實(shí)施有 效泵送。在圖3所示例子中,發(fā)射角13選擇為旋轉(zhuǎn)軸的120°轉(zhuǎn)角(以及類似的480°、 840°等)。在發(fā)射角13處,借助適當(dāng)信號(hào)關(guān)閉電氣促動(dòng)閥10。因此,工作腔4內(nèi)的殘余流 體無(wú)法再經(jīng)由進(jìn)入閥10離開缸體3。因此,壓力發(fā)生累積,這種壓力累積將最終打開排出閥 11并將流體向高壓集流管推送。因此,時(shí)間區(qū)間B可以表示為“主動(dòng)泵送”區(qū)間(與“被動(dòng) 泵送”區(qū)間相對(duì))。一旦活塞6到達(dá)其180°的上死點(diǎn)(或者略微延后),則排出閥11將在 閥關(guān)閉彈簧的作用下關(guān)閉,同時(shí)進(jìn)入閥10因活塞6向下移動(dòng)而在工作腔4內(nèi)產(chǎn)生的欠壓而 打開?,F(xiàn)在,工作腔4膨脹將經(jīng)由進(jìn)入閥10吸入液壓流體。在圖3的例子中,將實(shí)現(xiàn)工作 腔4可用容積的25%的有效泵送。在圖4和5中,示出了采用可變部分行程策略的流體流量輸出示例,用于低需求區(qū) 域(圖4)和高需求區(qū)域(圖5)的流體流量需求16。在橫軸上,示出了所謂的“決策”,表 示其中一個(gè)缸體開始收縮。橫軸上的標(biāo)記表示旋轉(zhuǎn)軸9的60°轉(zhuǎn)角。
在圖4中,流體流量需求16開始為2%。從圖4可以看出,該流體流量需求由一系 列單一部分行程脈沖15供應(yīng)。對(duì)于每一個(gè)部分行程脈沖15來說,發(fā)射角13選擇地讓產(chǎn)生 并泵送到高壓側(cè)的平均流量等于泵容量(工作腔排量)的2%。從決策點(diǎn)5開始,流體流量 需求16緩慢增大到8%的流體流量需求(在決策點(diǎn)10)。從圖4中可以推導(dǎo)出,發(fā)射角13 相應(yīng)前進(jìn),以便個(gè)體部分行程脈沖15提供較高的輸出容積分量,與增大的流體流量需求16 相對(duì)應(yīng)。在圖5中,示出了流體流量需求刻度的高端一側(cè)的情形。流體流向16從93%的 流體流向需求開始,在決策點(diǎn)11處增大到98%的流體流量需求。首先,93%容積分量的流 體流量需求16由一系列個(gè)體部分行程泵送循環(huán)15來供應(yīng)。首先,相應(yīng)的發(fā)射角13選擇地 讓個(gè)體泵送脈沖15的輸出流體容積分量對(duì)應(yīng)于初始93%的流體流量需求16。由于個(gè)體部 分行程脈沖15經(jīng)過大約180°來完成(即,三個(gè)決策點(diǎn)),所以個(gè)體泵送脈沖15彼此重疊。 使用具有6個(gè)缸體3的合成轉(zhuǎn)換液壓泵1 (參見圖1),至多3個(gè)個(gè)體脈沖15彼此重疊。總 體流體流量輸出在圖5中以線14示出。如上所述,在決策點(diǎn)11處,流體流量需求16增大到98%。因此,個(gè)體泵送脈沖15 的發(fā)射角13偏移,以使每個(gè)個(gè)體泵送脈沖15的輸出容積分量對(duì)應(yīng)增大的98%的流體流量 需求16。類似地,總體流體輸出流量14增大。在圖2中的流體流量需求區(qū)域II、III和IV(另參見表1),流體流量需求由預(yù)先 計(jì)算的促動(dòng)模型來滿足。圖6示出了一系列容積分量不同的單一脈沖15 (包括全行程脈沖和空行程/空載 脈沖)如何能組合產(chǎn)生特定的總體輸出流量14。通過選擇促動(dòng)模型,其中每個(gè)個(gè)體泵送行 程15的泵送循環(huán)數(shù)量以及泵送容積分量可以變化,可以在時(shí)間平均方面實(shí)現(xiàn)幾乎任意的 輸出流體流速。圖6中的總體流體輸出流量14并不必然是在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合中可能發(fā)生的 流體輸出流量模型。但是,說明了每個(gè)泵送脈沖具有不同容積分量并開始于不同時(shí)刻的多 個(gè)泵送脈沖如何疊加成特定形狀的總體流體輸出流量。在圖7中,示出了用于圖2/表1的區(qū)域II的示例。這里,假設(shè)流體流量需求16為 14%。如表1所示,流體流量需求16將采用一系列10%和16%的部分行程分量來提供。實(shí) 現(xiàn)這一結(jié)果的非常簡(jiǎn)單的序列為(16%、16%、10%)。一旦該基本序列完成,則其將重復(fù)。 這種重復(fù)序列在圖7中示出。圖7的基本特征(即,軸注釋)與圖4至6相同。在圖8中,示出了用于區(qū)域V的示例(圖2,表1)。80%的流體流量需求用于該示 例。在所示例子中,流體流量需求由16%和90%的部分行程脈沖構(gòu)成的序列提供。滿足這 一需求的可行的基本序列可以是 90 % +90 % +90 % +90 % +90 % +90 % +90 % +16 % +90 % +90 % +90 % +90 % +90 % +90% +16% +90% +90% +90% +90% +90% +90% +90% +16% +90% +90% +90% +90% +90% +90% +16% +90% +90% +90% +90% +90% +90% +16%—旦前述循環(huán)完成,則該基本序列將重復(fù)。該序列在圖8中示出。但是,為了便于 說明,并沒有示出完整的循環(huán)。但是,仍然可以看出個(gè)體泵送循環(huán)15如何疊加成總體流體 流量輸出和14。從圖8可以看出,在決策點(diǎn)7和決策點(diǎn)8之間的時(shí)間區(qū)間內(nèi),看不到16%的部分行 程脈沖20。相反,所述16%的部分行程脈沖20在決策點(diǎn)9和10之間的時(shí)間區(qū)間內(nèi)實(shí)施。這是因?yàn)楸玫南惹案左w發(fā)生“堵塞”。由于所有的收縮缸體(從決策點(diǎn)0開始)參與泵送, 所以在決策點(diǎn)7和9之間不再有可以用于實(shí)施16%的部分行程泵送的缸體??梢詫?shí)施這種 16%的部分行程泵送的第一個(gè)缸體是在決策點(diǎn)7開始收縮的缸體。實(shí)際上,該缸體將在決 策點(diǎn)9和10之間的時(shí)間區(qū)間內(nèi)實(shí)施16%的部分行程泵送脈沖20。在圖2和表1的區(qū)域IV中,在線算法用作促動(dòng)策略。作為用于區(qū)域IV的示例,選擇40%的流體流量需求,將由16%和75%的部分行程 泵送脈沖來實(shí)現(xiàn)。流體輸出流量在圖9中示出。除了單一泵送脈沖15、總體輸出和流體流 量14和流體流量需求16之外,還示出了表示累加器的值17的曲線。累加器17是變量,表 示流體流量需求16和實(shí)際流體流量輸出14之間的差值。在每一步驟中,流體流量需求16 都增加到累加器變量14中。如果實(shí)施泵送循環(huán)(部分行程或全行程),則在該步驟中從累 加器值14中減去適當(dāng)?shù)闹怠@奂悠髯兞侩S著時(shí)間的發(fā)展在表2中進(jìn)一步示出,用于圖9所示的例子。表2中的“決策”列表示采取決策來實(shí)施泵送循環(huán)(在表2中,16%的部分行程循 環(huán)和75%的部分行程循環(huán))的時(shí)間。實(shí)施實(shí)際的部分行程泵送操作的時(shí)間可以根據(jù)泵的實(shí) 際設(shè)計(jì)情況、流體流量需求以及先前實(shí)施的泵送循環(huán)而發(fā)生時(shí)間上的變化。換句話說,與前 述圖8中的情況相同的情況也可能在這里發(fā)生。額外的信息可以從相同的申請(qǐng)人于同日提交的另外三份申請(qǐng)Ref. No. DA1708EP、 DA1718和DA1719EP中獲得。所述這些申請(qǐng)的內(nèi)容通過引用而包含在本申請(qǐng)公開的內(nèi)容中。表 1 表權(quán)利要求
一種操作流體工作設(shè)備的方法,所述所述流體工作設(shè)備包括至少一個(gè)循環(huán)改變?nèi)莘e的工作腔、高壓流體連接部、低壓流體連接部和至少一個(gè)將所述工作腔連接到所述高壓流體連接部和/或所述低壓流體連接部的電氣促動(dòng)閥,其中至少其中一個(gè)所述電氣促動(dòng)閥的促動(dòng)模型根據(jù)所述流體工作設(shè)備的工作條件進(jìn)行選擇,其特征在于,提供用于促動(dòng)所述電氣促動(dòng)閥的多種促動(dòng)策略,并且為所述流體工作設(shè)備的不同工作條件選擇適當(dāng)?shù)拇賱?dòng)策略。
2.如權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,所述流體工作設(shè)備的所述工作條件至少部 分地由不同流體流量需求所限定。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法,其特征在于,至少其中一種所述促動(dòng)策略是可變部分 行程策略。
4.如權(quán)利要求3所述的方法,其特征在于,所述可變部分行程策略用于低流體流量需 求和/或高流體流量需求。
5.如權(quán)利要求3或4所述的方法,其特征在于,所述可變部分行程策略被排除用于非常 低的流體流量需求。
6.如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,至少其中一種所述促動(dòng)策略是混 合模型調(diào)制策略。
7.如權(quán)利要求6所述的方法,其特征在于,泵送分量不同的至少兩種不同的部分行程 泵送循環(huán)用于所述流體工作設(shè)備的不同工作條件。
8.如權(quán)利要求6或7所述的方法,其特征在于,至少其中一種所述促動(dòng)策略是一組預(yù)先 計(jì)算的促動(dòng)模型。
9.如權(quán)利要求8所述的方法,其特征在于,對(duì)于處于兩種預(yù)先計(jì)算的促動(dòng)模型之間的 流體流量需求來說,使用相鄰的預(yù)先計(jì)算的促動(dòng)模型進(jìn)行插置。
10.如權(quán)利要求6至9任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,對(duì)于中低流體流量需求和/或 中高流體流量需求來說,選擇混合模型調(diào)制策略和/或預(yù)先計(jì)算的促動(dòng)模型策略。
11.如權(quán)利要求6至10任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,對(duì)于中等流體流量來說,選擇 預(yù)先計(jì)算的促動(dòng)模型策略和/或混合模型調(diào)制策略。
12.如權(quán)利要求1至11任一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,個(gè)體部分行程泵送循環(huán)的被允 許區(qū)域的極限和/或不同促動(dòng)策略之間的過渡區(qū)域的極限根據(jù)工作條件特別是所述流體 工作設(shè)備的轉(zhuǎn)速來選擇。
13.一種流體工作設(shè)備,所述流體工作設(shè)備包括至少一個(gè)循環(huán)改變?nèi)莘e的工作腔、高壓 流體連接部、低壓流體連接部、至少一個(gè)將所述工作腔連接到所述高壓流體連接部和/或 所述低壓流體連接部的電氣促動(dòng)閥、和至少電子控制單元,其特征在于,所述電子控制單元 設(shè)計(jì)并布置成使得所述電子控制單元實(shí)施如權(quán)利要求1至12至少一項(xiàng)所述的方法。
全文摘要
為了改善合成轉(zhuǎn)換液壓泵(1)的流體輸出流量特性(14),建議使用多種不同的閥(10)促動(dòng)策略。對(duì)于每一個(gè)流體流量需求區(qū)域(I至VI),選擇特定的促動(dòng)策略。
文檔編號(hào)F04B49/22GK101910562SQ200880123738
公開日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2008年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月1日
發(fā)明者奧諾·庫(kù)特勒, 肯·K-H·萊 申請(qǐng)人:索爾-丹佛斯公司