專利名稱：控制工程機械中的液壓缸的方法以及用于工程機械的控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及控制工程機械中的至少一個液壓缸的方法以及用于工 程機械的控制系統(tǒng)。
背景技術：
本發(fā)明將參照具體形式為輪式裝載機的工程機械進行描述。這是 本發(fā)明優(yōu)選但非限制性的應用場合。本發(fā)明還可以用于其他類型的工 程機械(或工程車輛)，比如挖掘裝載機(反伊裝載機)和挖掘機械。
例如，本發(fā)明涉及控制用于操作工具的提升和/或傾斜液壓缸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個目的是提供一種用于控制液壓缸的方法，優(yōu)選地， 用于提升功能和/或傾斜功能，所述方法提供平穩(wěn)的操作。
利用根據(jù)權利要求1所述的方法實現(xiàn)此目的。因此，利用一種控 制工程機械內(nèi)的液壓缸的方法實現(xiàn)所述目的，所述液壓缸被設置成利 用由液壓機構控制的液壓缸移動承受負載的工具，所述方法包括如下 步驟檢測出工具的提升運動將要開始；在提升發(fā)生之前獲得液壓機 構的基本速度。此控制方法減小了在提升運動開始時液壓機構(泵) 內(nèi)的起動摩擦。
根據(jù)優(yōu)選的實例，所述方法包括如下步驟通過排泄(draining)液 壓機構的連接至液壓缸的活塞側的端口，液壓機構獲得基本速度，以 及因此在提升運動開始時允許來自液壓機構的一定的泄漏流量。優(yōu)選 地，在液壓機構的連接至液壓缸的活塞側的端口和油箱之間建立流通
通道，以及因此在提升運動開始時允許一定的泄漏流量從液壓機構流 至油箱。然而，這樣不必排泄液壓機構的端口至油箱。根據(jù)可選的方 案，液壓機構的連接至液壓缸的活塞側的端口可以連接至液壓機構的 第二端口，所述第二端口形成液壓機構的入口。
根據(jù)特定的實例，所述方法包括如下步驟通過開啟連接至液壓 機構的端口的管路上的控制裝置獲得所述排泄。
本發(fā)明的第二個目的是獲得一種控制系統(tǒng)，優(yōu)選地，用于提升功 能和/或傾斜功能，所述控制系統(tǒng)提供平穩(wěn)的操作。
利用根據(jù)權利要求ll所述的控制系統(tǒng)實現(xiàn)此目的。通過用于工程 機械的控制系統(tǒng)實現(xiàn)所述目的，所述系統(tǒng)包括液壓機構和至少一個液 壓缸，其特征在于液壓缸的第一端口通過第一管路連接至液壓缸活 塞側，并且，控制裝置被設置成獲得來自液壓機構的第一端口的排泄， 以便在提升運動開始時允許液壓機構泄漏一定的液流量。
優(yōu)選地，所述控制裝置包括電控閥。優(yōu)選地，閥連續(xù)可調，但是， 也可以是開/關閥。
優(yōu)選地，液壓缸適合于移動工具，以便執(zhí)行作業(yè)功能。根據(jù)第一 實例，液壓缸包括用于移動負載臂的提升液壓缸，所述負載臂可樞轉 地連接至車架，工具設置在負載臂上。根據(jù)第二實例，液壓缸包括用 于移動工具的傾斜液壓缸，所述工具可樞轉地連接至負載臂。
通過閱讀其他的從屬權利要求及隨后的描述，本發(fā)明的其他優(yōu)選 實施例和發(fā)明效果將變得明顯。


本申請將參照附圖中所示出的實施例對本發(fā)明進行詳細描述，其中
圖l示出了輪式裝載機的側視圖，
圖2示出了用于控制輪式裝載機的作業(yè)功能的控制系統(tǒng)的優(yōu)選實
施例，
圖3示出了根據(jù)第一實例的用于工具的提升的流程圖，和
圖4示出了用于控制輪式裝載機的一個或多個功能的控制系統(tǒng)。
具體實施例方式
圖1示出了輪式裝載機101的側視圖。輪式裝載機101包括車輛 前部102和車輛后部103，車輛前部102和車輛后部103均包括車架和 一對驅動軸112、 113。車輛后部103包括駕駛室114。車輛的前、后 部102、 103以這樣的方式彼此連接在一起，即，通過連接至車輛的前、 后部102、 103的兩個液壓缸104、 105，車輛的前、后部102、 103可 以繞著豎直軸線相對于彼此樞轉。因此，液壓缸104、 105設置在車輛 縱向中心線的不同側，用于使輪式裝載機101轉向或轉彎。
輪式裝載機101包括用于處理目標物或材料的裝置111。裝置111 包括提升臂裝置106和具體形式為鏟斗的工具107，所述伊斗安裝在提 升臂裝置上。此處，鏟斗107裝滿了材料116。提升臂裝置106的第一 端可旋轉地連接至車輛前部102，用于形成鏟斗的提升運動。鏟斗107 可旋轉地連接至提升臂裝置106的第二端，用于形成鏟斗的傾斜運動。
通過兩個液壓缸108、 109，提升臂裝置106可以相對于車輛的前 部102升高及降低，所述各液壓缸108、109在一端連接至車輛前部102， 在另一端連接至提升臂裝置106。通過第三液壓缸IIO，鏟斗107可以 相對于提升臂裝置106傾斜，所述第三液壓缸110在一端連接至車輛 前部102，在另一端通過連桿臂系統(tǒng)連接至鏟斗107。
下面描述通過提升液壓缸108、 109升高提升臂106的實施例，參 見圖1。然而，控制系統(tǒng)的實施例還能用于通過傾斜液壓缸IIO傾斜鏟
斗107。
圖2示出了用于執(zhí)行提升臂106的提升及降下的控制系統(tǒng)201的 第一實施例，參見圖l。因此，圖2中的液壓缸108相當于提升液壓缸 108、 109 (雖然在圖2中只示出了一個液壓缸)。
控制系統(tǒng)201包括電動機構202、液壓機構204和提升液壓缸108。 電動機構202以機械驅動的方式通過中間傳動軸206連接至液壓機構 204。液壓機構204通過第一管路210連接至液壓缸108的活塞側208， 通過第二管路214連接至液壓缸108的活塞桿側212。
在第一工作狀態(tài)，液壓機構204適合于起到泵的作用，其由電動 機構202驅動，并且向液壓缸108提供來自油箱216的加壓流體，并 且，在第二工作狀態(tài)，液壓機構204適合于起到馬達的作用，其由來 自液壓缸108的液壓流體驅動，并且驅動電動機構202。
在第一工作狀態(tài)，液壓機構204適合于控制液壓缸108的活塞218 的速度。因此，在液壓機構和液壓缸之間無需控制閥來用于所述控制。 更確切地說，控制系統(tǒng)201包括控制單元402，參見圖4，其電氣連接 至電動機構202，以便在第一工作狀態(tài)通過控制電動機構來控制液壓缸 108的活塞的速度。
液壓機構204具有第一端口 220和第二端口 222，所述第一端口 220通過第一管路210連接至液壓缸的活塞側208，所述第二端口 222 通過第二管路214連接至液壓缸的活塞桿側212。此外，液壓機構204 的第二端口 222連接至油箱216，以便允許液壓機構在第一工作狀態(tài)通 過第二端口 222從油箱216吸取液壓油并通過第一端口 220將油提供 至液壓缸108。
控制系統(tǒng)201包括用于控制壓力的裝置224，所述壓力裝置224
設置在液壓機構204的第二端口 222和油箱216之間的管路226上， 以便允許在活塞桿側212上的壓力增大(build-up)。更確切地說，壓 力控制裝置224包括電控限壓閥。
控制系統(tǒng)201還包括用于檢測液壓缸108的活塞側208的壓力的 傳感器228。
液壓機構204的第一端口 220通過第一吸入管路230連接至油箱 216。具體形式為單向閥的裝置232適合于允許從油箱中吸取液壓流體 并防止液壓流體通過吸入管路230流向油箱。
液壓機構204的第二端口 222通過第二吸入管路234連接至油箱 216。具體形式為單向閥的裝置236適合于允許從油箱中吸取液壓流體 并防止液壓流體通過吸入管路234流向油箱。
用于開啟/關閉的裝置237設置在位于液壓機構204的第二端口 222和液壓缸108的活塞桿端212之間的第二管路214上。此裝置237 包括一個二位電控閥。在第一位置，管路214開啟，可以雙向流通。 在第二位置，閥具有單向閥功能，只允許流體在朝向液壓缸108的方 向上流動。在提升運動期間，電控閥237打開，電動機構202的轉速 確定了液壓缸108的活塞218的速度。液壓流體通過第二吸入管路234 從油箱216中抽取，并且通過第一管路210被泵送至液壓缸108的活 塞側208。
附加管路242連接液壓機構204的第二端口 222和油箱216。
用于開啟/關閉的裝置243設置在位于液壓機構204的第一端口 220和液壓缸108的活塞端208之間的第一管路210上。此裝置243包 括一個二位電控閥。在第一位置，管路210開啟，可以雙向流通。在 第二位置，閥具有單向閥功能，只允許流體在朝向液壓缸108的方向
上流動。
傳感器248被設置成檢測活塞桿的位置。
電控閥237、 243起著負載保持閥的作用。當承載有負載時它們關 閉，以便不消耗電能，同時還防止當驅動源關閉時負載跌落。根據(jù)一 個可選方案，省去了活塞桿側的閥237。然而，保留闔237是有利的， 因為外力可以提升提升臂106。
過濾裝置238和熱交換器240設置在位于液壓機構204的第二端 口 222和油箱216之間的附加管路242上。當提升功能處于不作用位 置時，由于液壓機構204驅動來自油箱216的循環(huán)液流首先通過第一 吸入管路230然后通過附加管路242，可以獲得附加的過濾及加熱液流。 因此，在到達油箱之前，液壓流體通過熱交換器240和過濾裝置238。
通過在液壓流體以上述方式被泵送至油箱的同時提高電控壓力限 制器224的壓力，還存在液壓流體的輔助加熱的其他可能性。當然， 當使用提升功能時也可以這樣。
此外，電控壓力限制器224可以被用作支持閥(back-upvalve)，用 于當執(zhí)行下降操作時使活塞桿側212再次裝油。背壓可以根據(jù)需要改 變，并且可以盡可能地保持低，這樣節(jié)能。油越熱，背壓可以越低， 并且，下降的速率越慢，背壓可以越低。當存在過濾的液流時，背壓 可以為零。
第一限壓閥245設置在將液壓機構204的第一端口 220連接至油 箱216的管路上。第二限壓閥247設置在將液壓缸108的活塞側208 連接至油箱216的管路上。兩個限壓閥245、 247連接至位于液壓機構 204和液壓缸108的活塞側208之間的第一管路210，位于閥243的不 同側。兩個限壓閥245、 247，其也被稱為震動閥，它們由彈簧加載，
并且被調節(jié)成在不同的壓力下開啟。根據(jù)實例，第一限壓閥245被調 節(jié)成在270bar的壓力下開啟，第二限壓閥247被調節(jié)成在380bar的壓 力下開啟。
當工程機械101被驅動朝向一堆砂礫或石頭前進和/或當工具提升 /下降/傾斜時，鏟斗的運動可能受到障礙物的限制。那么，限壓閥245、 247保證壓力不會增加至對系統(tǒng)有害的水平。
根據(jù)第一實例，鏟斗107處于不動作的位置，即其相對于車輛前 部102的車架來說保持固定。當輪式裝載機101被驅動朝向一堆石頭 時，在壓力為380bar時第二壓力限制器247開啟。
在下降期間，位于液壓機構204和液壓缸108的活塞側208之間 的第一管路210上的閥243開啟。當提升臂106降低時，在壓力為270bar 時第一壓力限制器245開啟。如果在動力減少的下降操作期間外力應 使負載臂106向上運動，那么位于液壓機構204的第二端口 222和油 箱216之間的管路226上的壓力限制器224開啟。
根據(jù)限壓閥245、247被調節(jié)成在預定壓力開啟的方案的替代方案， 限壓閥可以被設計具有可變的開啟壓力。根據(jù)一種變型，限壓閥245、 247是電控限壓閥。如果采用電控，那么， 一個閥247就足以滿足震動 功能。取決于閥243是否開啟或關閉對閥247進行控制。取決于激活 或未激活提升/下降功能以及取決于缸的位置，開啟壓力可以進行調節(jié)。
圖3示出了所提出的方法的邏輯回路的流程圖。邏輯回路開始于 初始模塊301。在此之后，控制單元轉至模塊303，其中，讀出來自提 升桿406的信號，參見圖4。在接下來的模塊305，判斷提升運動是否 將要開始。如果提升運動將要開始，信號被發(fā)送至閥203，以致閥203 在泵和油箱之間開啟連通通道，參見模塊307。同時，信號被發(fā)送至電 動機構202以驅動泵204。
對于輕負載，起動摩擦不是很大。根據(jù)一個實例，因此，在提升 運動開始時，可以檢測液壓缸的活塞側的壓力，將檢測到的壓力與預 定值相比較，并且，對于液壓機構來說，可以在提升發(fā)生之前獲得基 本速度，只要檢測到的壓力超過預定值即可。換句話說，在任何排泄 開始之前，負載需要是特定的重量。
此外，或者是作為上述替代方案的變型，在提升運動開始時檢測 液壓缸的活塞側上的壓力，并且，基于檢測到的壓力控制液壓機構的 基本速度的大小。因此，更大的負載(其導致更大的壓力)意味著產(chǎn) 生更大的液流。
此外，檢測表征提升速度的運行參數(shù)。檢測到的運行參數(shù)與預定
值進行比較，并且，當檢測到的運行參數(shù)超過預定值時，液壓機構204 和油箱216之間的連通通道逐漸地關閉。例如，為此目的，液壓機構 的速度通過電動機構202檢測。根據(jù)另一個實例，工具的位置通過傳 感器248檢測。因此，隨著提升速度增加，閥203逐漸地關閉。根據(jù) 一個可選的方案，可以使用開/關閥代替連續(xù)可控閥203。根據(jù)一個可 選的控制方法，在提升運動期間開/關閥保持關閉。
圖4示出了用于提升功能的控制系統(tǒng)。具體形式為提升桿的由操 作者控制的元件，或控制元件406，設置在駕駛室114內(nèi)，用于駕駛員 對其進行手動操作，并且，控制元件406電氣連接至用于控制提升功 能的控制單元402。
控制單元402通常被稱為CPU (中央處理單元)，并且包括微處 理器和存儲器。
電動機構202以這樣的方式電氣連接至控制單元402，即，其受到 控制單元控制，并且可以提供工作狀態(tài)信號至控制單元。
控制系統(tǒng)包括一個或多個連接至所述電動機構202的儲能裝置 420。例如，儲能裝置420可以由電池或超級電容組成。當電動機構202 起到電動機的作用并且驅動與其相關聯(lián)的泵204時，儲能裝置420適 合于向電動機構提供能量。當電動機構202由與其相關聯(lián)的泵204驅 動并且起到發(fā)電機的作用時，電動機構202適合于向儲能裝置420充 電。
輪式裝載機101還包括具體形式為內(nèi)燃機的動力源422，其通常包 括柴油機，用于驅動車輛。柴油機以可驅動的方式通過傳動系統(tǒng)(未 示出)連接至車輛的車輪。此外，柴油機通過發(fā)電機(未示出)連接 至儲能裝置420，用于能量傳輸。
可以設想出適合于產(chǎn)生電能的替代性的機構/裝置。根據(jù)第一可選 方案，使用燃料電池向電動機構提供能量。根據(jù)第二可選方案，使用 具有發(fā)電機的燃氣輪機向電動機構提供能量。
圖4還示出了其他的元件，它們連接至根據(jù)用于提升功能的控制 系統(tǒng)的實施例的控制單元402(參見圖2)，比如電控閥224、 237、 243、 203，位置傳感器248和壓力傳感器228。
不能認為本發(fā)明僅僅限于如上所述的示例性實施例，應當認為， 本發(fā)明包括在所附權利要求的范圍內(nèi)可以預想到的多種變型與改進。
本發(fā)明并不限于圖2中示出的特定的液壓系統(tǒng)。取而代之的是， 本發(fā)明可以用于其他類型的液壓系統(tǒng)，比如傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)，其中， 液壓泵由車輛的驅動發(fā)動機(柴油機)通過軸直接地機械驅動，并且， 通過設置在泵和液壓缸之間的管路上的閥控制液壓缸的運動。例如， 液壓系統(tǒng)可以是負載檢測系統(tǒng)。
位置傳感器248可以包括線性位移傳感器，用于檢測活塞桿的位
置，或者，其也可以是角度傳感器，其檢測負載臂106的角位置。
權利要求
1.一種用于控制工程機械(101)內(nèi)的液壓缸(108，109，110)的方法，所述液壓缸被設置成移動工具(107)，所述工具(107)承載負載(116)，液壓缸由液壓機構(204)控制，所述方法包括如下步驟檢測出工具的提升運動即將開始，以及在提升運動發(fā)生之前獲得液壓機構的基本速度。
2. 如權利要求l所述的方法，包括如下步驟通過排泄液壓機構 (204)的連接至液壓缸的活塞側(208)的端口 (220)，獲得液壓機構(204)的基本速度，以及因此在提升運動開始時允許從液壓機構中 泄漏出一定量的液流。
3. 如權利要求2所述的方法，包括如下步驟在液壓機構(204) 的連接至液壓缸的活塞側(208)的端口 (220)和油箱(216)之間建 立連通通道，以及因此在提升運動開始時允許從液壓機構中泄漏出一 定量的液流至油箱。
4. 如權利要求2或3所述的方法，包括如下步驟通過開啟連接 至液壓機構(204)的端口 (220)的管路(205)上的控制裝置(203) 實現(xiàn)所述排泄。
5. 如權利要求2 — 4中任何一項所述的方法，包括如下步驟檢 測表征提升速度的運行參數(shù)；將檢測到的運行參數(shù)與預定值進行比較;當檢測到的運行參數(shù)超過預定值時逐漸地結束所述排泄。
6. 如權利要求5所述的方法，包括如下步驟檢測液壓機構的速度。
7. 如權利要求5所述的方法，包括如下步驟檢測工具的位置。
8. 如上述權利要求中任何一項所述的方法，包括如下步驟通過 提升桿(406)檢測出工具的提升運動即將開始。
9. 如上述權利要求中任何一項所述的方法，包括如下步驟在提 升運動開始時檢測液壓缸的活塞側的壓力；將檢測到的壓力與預定值 相比較；只有當檢測到壓力的超過預定值，液壓機構在提升發(fā)生之前獲得基本速度。
10. 如上述權利要求中任何一項所述的方法，包括如下步驟在 提升運動開始時檢測液壓缸的活塞側的壓力；基于檢測到的壓力控制 液壓機構的基本速度的大小。
11. 一種用于工程機械(101)的控制系統(tǒng)，包括液壓機構(204) 和至少一個液壓缸(108)，其特征在于液壓機構(204)的第一端 口 (220)通過第一管路(210)連接至液壓缸(108)的活塞側(208)， 并且，控制裝置(203)被設置成實現(xiàn)從液壓機構(204)的第一端口(220)的排泄，以便允許在提升運動開始時從液壓機構(204)中泄 漏出一定量的液流。
12. 如權利要求ll所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述控制裝置 (203)連接在第一管路(210)和油箱(216)之間，以便允許在提升運動開始時從液壓機構(204)中泄漏出一定量的液流至油箱。
13. 如權利要求11或12所述的控制系統(tǒng)，其特征在于所述控 制裝置(203)包括電控閥。
14. 如權利要求11 — 13中任何一項所述的控制系統(tǒng)，其特征在于 所述控制裝置(203)包括連續(xù)可控閥。
15. 如權利要求11一14中任何一項所述的控制系統(tǒng)，其特征在于控制系統(tǒng)包括提升桿(406)，用于檢測出工具的提升運動即將開始。
16. 如權利要求11一15中任何一項所述的控制系統(tǒng)，其特征在于控制系統(tǒng)包括控制單元(402)，所述控制單元(402)可操作地連接 至控制裝置(203)，用于控制其設置。
17. 如權利要求11一16中任何一項所述的控制系統(tǒng)，其特征在于 液壓機構(204)通過第一管路(210)連接至液壓缸(108)的活塞側(208)，并且通過第二管路(214)連接至液壓缸(108)的活塞桿側 (212)。
18. 如權利要求17所述的控制系統(tǒng)，其特征在于液壓機構(204) 具有第一端口 (220)和第二端口 (222)，所述第一端口 (220)通過 第一管路(210)連接至液壓缸(108)的活塞側(208)，所述第二端 口 (222)通過第二管路(214)連接至液壓缸(108)的活塞桿側(212)。
19. 如權利要求18所述的控制系統(tǒng)，其特征在于液壓機構(204) 被設置成在兩個不同的方向上被驅動，其中一個方向涉及流體從第一 端口 (220)流出，第二個方向涉及流體從第二端口 (222)流出。
20. 如權利要求11 — 19中任何一項所述的控制系統(tǒng)，其特征在于 所述系統(tǒng)包括用于感測液壓缸的活塞側(208)的壓力的傳感器(228)。
21. 如權利要求11一20中任何一項所述的控制系統(tǒng)，其特征在于 所述系統(tǒng)包括電動機構(202)，所述電動機構(202)以驅動方式連 接至液壓機構(204)。
22. 如權利要求21所述的控制系統(tǒng)，其特征在于在第一工作狀 態(tài)，液壓機構(204)被設置成由電動機構(202)驅動并且向液壓缸(108)提供來自油箱(216)的加壓流體；在第二工作狀態(tài)，液壓機 構(204)被設置成由來自液壓缸(108)的液流驅動并且驅動電動機 構。
23. 如權利要求11一22中任何一項所述的控制系統(tǒng)，其特征在于 液壓缸適合于移動工具(107)，以便執(zhí)行作業(yè)功能。
24. 如權利要求23所述的控制系統(tǒng)，其特征在于液壓缸包括用 于移動負載臂(106)的提升缸(108， 109)，所述負載臂(106)可 樞轉地連接至車架，所述工具(107)設置在負載臂(106)上。
25. 如權利要求23或24所述的控制系統(tǒng)，其特征在于液壓缸 包括用于移動工具(107)的傾斜缸(110， 902)，所述工具(107) 可樞轉地連接至負載臂(106)，所述負載臂(106)可樞轉地連接至 車架。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于控制工程機械內(nèi)的液壓缸(108)的方法，所述液壓缸被設置成利用由液壓機構(204)控制的液壓缸移動承受負載的工具，所述方法包括如下步驟檢測出工具的提升運動將要開始；液壓機構在提升發(fā)生之前獲得基本速度。
文檔編號F15B21/14GK101370985SQ200780002422
公開日2009年2月18日 申請日期2007年1月16日 優(yōu)先權日2006年1月16日
發(fā)明者博·維格霍爾姆, 瑪庫·帕洛 申請人:沃爾沃建筑設備公司