CN101495785B - 流体工作机械的操作方法和流体工作机械 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种控制流体工作机械(12)的方法，该流体工作机械包括其中带有活塞(16)且被布置成能驱动轴(18)的多个工作缸(14)，加压工作流体通过总管(24)被供给缸，缸内物质可以通过采用多种形式中任一种形式的减压器被释放，以便例如允许所述机械(10)重新起动。

Description

流体工作机械的操作方法和流体工作机械
技术领域
本发明涉及流体工作机械的操作方法和流体工作机械本身，尤其涉及，但不限于，具有控制加压流体的直动阀的机械和机械的操作方法。
背景技术
欧洲专利公告号EP-B-0494236提供一种流体工作机械，其具有多个缸、将高压流体供给多个缸的高压流体总管、接收来自多个缸的废流体并使其返回贮槽的低压流体总管、以及与各腔和总管相关联以控制流体流入流出多个缸的多个提升阀。这些阀本身包括电磁提升阀，并且该机械还包括用于驱动阀以便利用工作腔容质的预压缩和膨胀来产生该机械的发动周期的机构。该机械的多个工作缸被实时选定，从而流体动力被可控制地转换成轴的动力或反之，因而允许可控制的双向能量流动。提升阀的构造允许流体压力作用在整个阀座区，产生大的闭合力。所采用的这些阀必须能以快到足以高速转换该机械的方式启动，为了做到这一点，阀必须是直动阀而不是先导阀。这样的直动阀依靠来自已经旋转的轴的能量促成克服高压总管内压力的阀打开。目前，这一要求将该技术限制应用在机械已在高于临界轴速情况下运行的条件。对于要求从零速度起动的应用而言，必须通过不同的手段开始发动周期。
发明内容
本发明的目的是提供一种从静止状态启动流体工作机械的方法，其做法是在供流回路中设置减压器，用于被供给流体工作机械的流体的减压，以便例如使高压供流与该机械隔离开并且便于将机械复位到可起动或可重新起动的状态。
因此，本发明提供一种控制流体工作机械的方法，该流体工作机械具有从动轴、容积周期性变化的多个工作腔、高压总管和低压总管、设置在其中一个或多个所述工作腔和所述高压总管之间的一个或多个高压阀、设置在其中一个或多个所述工作腔和所述低压总管之间的一个或多个低压阀、和连接到所述高压总管的减压器，该方法包括以下步骤：监测表示马达活动的一个或多个参数；在检测到预定情况后，启动减压器，由此释放高压供流管路内的加压流体。这样的方案释放了高压供流管路内的加压流体，否则加压流体可能会妨碍或阻止流体工作机械的重新起动。
该方法优选包括通过操作被接在高压总管和低压流体源之间的阀来减压高压总管的步骤。或者，这也可以通过操作在马达附近的且被接在高压总管和低压流体源之间的阀来完成。在另一方案中，这可以通过反转操作泵来完成，从而从供流管路中抽出高压流体并使其回到低压流体源。在又一个方案中，这可以通过使泵“越中点”转换流向来完成，从而允许流体从供流管路流过泵并回到低压流体源。
有利的是，监测参数是以下参数中的任何一个：发动机轴位置，车辆节气门位置，车辆变速箱，车辆制动器或车辆位移。
在一个优选的方案中，该方法包括确定马达的所期望的新运动方向的步骤，该步骤可以在完成高压总管的减压后进行。
有利的是，该方法包括在减压步骤当中或在减压步骤之后预先放置所述高压阀和/或低压阀中的一个或多个的步骤。此方法还可以包括按照后续操作的次序来预先放置所述阀的步骤。
该方法优选包括在后来重新启动流体至所述缸的流动之前使所述减压器不工作的步骤。
方便的是，该方法包括设定所述高压阀和低压阀以使轴在流体被供给缸时向前运动的步骤。这优选在所述高压阀和低压阀被设定成使轴在流体被供给缸时反向运动时来完成。该方法可以包括在减压后开始阀启动程序的步骤，包括以与所期望的轴运动方向相关的程序来启动阀的步骤。阀的启动可被间断开，由此避免阀脉冲重叠。
根据本发明的另一方面，提供一种流体工作机械，具有：输出轴；容积周期性变化的多个工作腔；高压总管和低压总管；位于其中一个或多个所述工作缸和所述高压总管之间的一个或多个高压阀；位于其中一个或多个所述工作缸和所述低压总管之间的一个或多个低压阀；和连接到高压总管上的减压器。这种配置有利于释放高压供流管路内的加压流体，否则该加压流体会妨碍或阻止流体工作机械的重新起动。
减压器优选包括被接在供流总管和低压流体源之间的阀。或者，减压器可以包括阀，该阀靠近马达、远离泵并且被接在供流总管和低压流体源之间。在另一种配置中，减压器可以包括泵，所述泵是可反转的，由此能从所述供流总管抽出流体。或者，减压器可以包括泵，泵能“越中点”转换流向，从而允许流体从供流总管流过泵。
有利的是，该机械包括监测器，用于监测以下参数中的任何一个：发动机轴位置，车辆节气门位置，车辆变速箱，车辆制动器或车辆位移，还可以包括控制单元，用于接收监测参数并根据预定的操作方法来操作阀。
在一个优选配置中，工作腔包括容纳有活塞的缸，该活塞可在缸中移动，其中所述活塞连接到轴上，用于在缸运动时使轴旋转。或者，所述工作腔可以通过活动的隔膜来界定。
有利的是，所述轴包括偏心凸轮表面，所述活塞可操作地连接到偏心凸轮表面，用于在活塞运动时驱动凸轮和轴。
附图说明
现在将仅以举例的方式参照附图来更详细地说明本发明，其中：
图1是本发明装置的示意图，其被布置成驱动车辆的行走轮；
图2至图4表示本发明的其它可选配置；和
图5是表示与本发明方法有关的监测程序和起动程序的流程图。
具体实施方式
现在特别参见图1，在标记10处大体示出的系统包括例如呈液压马达12形式的流体工作机械，液压马达12具有多个位于缸或工作腔16内的活塞14。传动轴18被连接到该活塞上，以便由此运动，在所示出的例子中，连接可以借助设在轴上的偏心凸轮20表面，活塞底面作用于该偏心凸轮表面。缸内工作容积的变化使活塞移动并作用于凸轮20，起动所述轴旋转。对本领域普通技术人员来说，将会想到其它形式的活塞-轴连接方式。在21处设有例如呈内燃机或电动机形式的原动机，并且如果需要，连接原动机以便驱动泵。
传动轴被直接或间接连接到从动件上，例如如图所示的车轮22和制动装置23。高压总管24通过供流管路28被连接到高压泵26上，高压泵本身通过贮槽管路32从贮槽30抽取流体。在一种可能的配置中，两位两通或两位三通的电磁操作阀34设置在供流管路28内并且可被操作用于将高压总管24的入口连接到高压供流管路28或贮槽管路36，该贮槽管路以一种将在下文中做更详细描述的方式引导流体回到贮槽30。与各缸或各工作腔16相关联地设有高压(入口)阀38，用于将流体供给缸或工作腔。
阀本身可以采用多种形式中的任何一种形式，但优选为高速直动式提升阀，因为这类阀能提供迅速的阀动作，以允许快速的流体供应，同时也提供极好的密封性能来阻隔在所述腔内产生的内压。在优选的配置中，阀为电磁驱动阀，电磁驱动阀的电动操作机构部分在40处被示意示出了，并且该电动操作机构部分被连接到控制单元或计算机42上，以便按照规定的控制方式被驱动，所述控制方式也将在下文中加以描述。设有与各缸或各工作腔14相关联的低压(出口)阀44，此外，它们又各自连接到呈低压总管46形式的总管上。低压总管46通过管路48直接连接到贮槽30，用于根据需要使流体回到贮槽。此外，低压阀44优选为电磁驱动阀，其电动操作机构部分用50示意表示，并且该电动操作机构部分被连接到控制单元或计算机42上，以便按照规定的控制方式被驱动，这也将在下文中加以描述。该流体工作机械还配备有绝对位置传感器52，用于检测轴18上标记53的角位置，从而确定其中哪些缸位于凸轮20表面的驱动侧。所述传感器也通过线路54被连接上，用于将轴位置数据提供给控制单元或计算机42。
在图1中还示出了将高压(HP)阀和低压(LP)阀连接到控制单元42的控制线路56和58，这些线路用于将来自控制单元的控制数据/信号传送给所述阀。控制单元42的另一侧被连接到与节气门62相连的车辆节气门传感器60上，并且被连接到设置用来检测供流管路28中的压力的压力传感器64上。还设有另一条控制线路65，用于将阀34的操作机构部分66连接到控制单元/计算机42上，而控制线路67将泵26连接到所述控制单元/计算机上，以便由其加以控制。
本领域普通技术人员将会理解，阀34的主要功能是根据需要从供流管路中清除高压流体，以允许马达自身“重新起动”。阀34的功能可以通过其它机构来实现，例如在图1中用26r表示的双向高压泵。如果采用这种泵，则当希望减小供流管路28内的压力时，人们只需要使泵反转，以允许泵“越中点”转换流向，由此使流体通过泵26r本身回到贮槽30。
人们将会理解，可以采用许多泵-阀配置的替换形式，在图2至图4中就示出了其中一些替换形式。简单参见图2，人们将会理解在某些应用中可能需要远离泵26来定位马达。在这样的布置方案中，高压供流管路28的长度L可能是非常重要的，因而该供流管路会容纳大量高压流体并且将花费很长时间来重新加压。在这样的布置方案中，非常希望尽量靠近马达12来布置减压器34，由此允许供流管路28的绝大部分在减压器34被启动时还保持承压状态。在图2所示的方案中，减压器34直接向低压回流管路和进而贮槽30提供减压输出流体。图3表示另一个配置方案，其中的减压器以阀34的形式来安置和控制，用于简单地将高压总管24中的物质排放到低压回流管路，使废流体回到贮槽30。图4是一种更具体的配置方案，其中的泵属于自身能“越中点”转换流向的类型，由此允许管路24和28内的任何加压流体被直接排回贮槽30。人们将会理解，本文所述的这种泵和其它的泵可以采用许多形式中的任何一种如数字式容积泵/马达或者采取更常见的配置方式。
现在，将参见图1和图5来详细描述上述配置方案的操作，图5是操作流程图。在操作中，图1的控制单元42每隔一段时间监测轴位置和踏板位置。只要能按照短到足以允许在容许时间段内完成校正作用的时间间隔确定轴位置和踏板位置，这就可以通过连续的或不连续的测量/监测技术来完成。在图5中分别以100和102表示前两步。根据车辆应用的不同，还可以包括监测变速箱和/或车辆制动器的步骤，用于确定已选择倒挡或已通过车辆制动器使车辆停止的可能性。这些步骤分别以框1 04和1 06被示出。如果控制单元在108中确定轴仍沿相同方向旋转而且无需采取行动，则如箭头110所示地重复监测循环。然而，如果控制单元确定轴位置和/或踏板位置例如需要控制单元干预以便“重新起动”马达12，则控制信号被发送给(步骤112)放泄阀34或泵26r，该放泄阀或泵被启动来按照上述方式减压供流管路28。在116步骤中确定车辆将来期望的定向运动之前，控制单元在步骤114中等待减压的完成。这可以通过监测挡位选择104或任何其它合适的指示器来完成。如果起动方向是向前的，则在步骤118中，控制单元启动阀的定位以允许向前旋转。实际上，这需要完成减压步骤120和流动请求步骤122，并且需要与在凸轮20表面的驱动侧的活塞相关的阀打开，以接受来自HP总管24的加压流体，并且要求在凸轮20另一侧的阀打开，以便流体从相应的缸被排至LP总管46。如上所述，位置传感器52的监测能使该系统确定其中哪些缸位于凸轮20的驱动侧。通过控制单元42的作用，使放泄阀34不能作动，从而允许高压流体被供给凸轮20驱动侧的缸。或者，如果该系统采用可逆泵26r，则控制单元42简单地促使泵26r正常操作(泵送)。然后，控制单元42被用于依据用户需求请求来自泵26或26r的流体，用户需求可以通过控制单元所监测的节气门位置或踏板位置来确定。高压流体按照需求和预定的“点火”顺序被供给相应的缸，以促使并维持轴18运动，从而维持车轮22的运动。如果控制单元42检测到起动方向与先前方向相反，则必须在步骤124中复位这些阀，以允许反向运动。实际上，这是按照上述方式完成的，此时在凸轮20驱动侧的多个阀是打开的以便接收高压流体，并且在将高压流体供给缸之前使放泄阀34不作动或者不让在泵26r处出现回流，由此驱动与缸相关联的活塞并使凸轮20和轴18旋转。如果要求车辆在与前述相同的方向上开动，则像以前那样重新开始阀的先后顺序。
尽管人们会理解阀可以有多种可行的启动顺序，但已经发现上述配置可受益于这样的方案，即每个缸的阀按照它们将被启动以促使轴1 8运动的顺序被设立或“点火”。在此方案中，多个阀以允许它们复位的方式被分别依次启动，并且在一个完整的阀启动周期或循环内采取这种做法。可以在点火顺序中加入相对短的时间间隔，以确保阀脉冲不重叠。一旦该步骤完成，则每个阀被置于一个适于重新开始供应高压流体和驱动马达的位置。人们会认识到，多个阀不一定按顺序被操作，并且在以可得到适当动力为条件，多个阀全部可以一起或基本上一起以能使阀复位的方式被启动。人们还会理解，当控制单元42监测轴位置时，控制单元42能确定任何阀的适当位置应在何处并且确定将来的旋转方向。
重新施加压力不能使轴18按期望的方式旋转。这可能是由过载、在流体工作机械12减压期间内的轴的运动或类似原因造成的。尽管可以在轴18上使用制动器23来阻止减压期间内的轴旋转，但在另一实施例中提供反转调整。连续起动尝试中的反转调整造成正确接通工作缸14，以便提供最大的起动转矩。
当工作机械12处于操作中时，控制单元42能记录下在失败的起动尝试中的初始轴位置和重新加压后的最终轴位置。因此，在接下来的起动周期，控制单元42能够假定在减压间隔期间内出现相同角度的轴转动，从而控制单元42调整第一和第二提升阀38、44，以使合适的工作缸14连通至正确的总管24、46，假定轴18在重新加压时处于期望位置。如果轴18在重新加压时没有按期望的方向开始旋转，则控制单元42能通过轴传感器52探测到起动程序已经失败并且需要重复该程序。如果流体工作机械12中的流体供应以该机械的压力得到调整的方式正在被控制，则在每次连续起动尝试中，高压总管24中的压力按照转矩每次都增大且成功起动的可能性提高的方式来设定。因为每次起动周期可能需要大约100毫秒，所以操作人员不会因多次起动周期导致的延迟而感觉过多的不便。
图2至图4的实施例的操作基本与上述一样，除了有少许小改动。例如在图2中，减压器34被操作来减小供流管路28中较短一段的压力，因此绝大部分的供流管路仍处于加压状态以供将来使用。在图3中，减压器34被简单操作来降低整个高压供流管路28的压力并使其中的流体通过低压回流管路48回到贮槽30。图4所示实施例的操作的些微区别在于，阀34被泵26替代，泵可被操作而“越中点”换向，从而容许来自管路28的高压流体流经泵本身，到达泵的低压侧，以使高压流体回到贮槽30。
人们将会理解，上面提到的系统和方法提供这样一种配置，在该配置中，流体工作机械可以在已停止后被简单快速地重新起动。另外，人们还会理解，重新起动步骤可以在与先前运动方向相同或相反的方向上开始。再者，人们还会认识到，当阀34或泵26r作为压力释放系统来操作时，其实际上是减压机构，在不背离本发明的精神的情况下，多个可选方案是可行的，本发明的精神就是允许供流管路的高压侧被减压，以消除任何这样的高压流体可能对马达12本身产生的压力影响。

Claims (22)

1.一种用于控制流体工作机械的方法，所述流体工作机械具有输出轴、容积周期性变化的多个工作腔、高压总管和低压总管、设置在其中一个或多个所述工作腔和所述高压总管之间的一个或多个高压阀、设置在其中一个或多个所述工作腔和所述低压总管之间的一个或多个低压阀、连接到所述高压总管的减压器、和贮槽；该方法包括以下步骤：监测表示马达活动的一个或多个参数；在检测到预定情况后，启动所述减压器，由此释放所述高压总管内的加压流体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括通过操作所述减压器来减压所述高压总管的步骤，其中所述减压器包括被接在所述高压总管和所述贮槽之间的一阀。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括通过操作所述减压器来减压所述高压总管的步骤，所述减压器包括在所述马达附近的且被接在所述高压总管和所述贮槽之间的一阀。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括在所述高压总管和所述贮槽之间设置泵和通过使泵反转运行来减压所述高压总管的步骤，由此将高压流体从所述供流管路抽出并使其回到所述贮槽。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，包括通过使泵“越中点”换向来减压所述高压总管的步骤，由此允许流体从所述供流管路流过该泵并回到所述贮槽。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，被监测的参数是以下参数中的任何一个：发动机轴位置，车辆节气门位置，车辆变速箱，车辆制动器或车辆位移。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，包括确定所述马达的所期望的新运动方向的步骤。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述确定在所述高压总管的减压完成之后进行。
9.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其特征在于，包括在所述减压步骤当中或减压步骤之后预置所述高压阀和/或低压阀中的一个或多个的步骤。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括按照后续操作的顺序来预置所述高压阀和/或低压阀的另一步骤。
11.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，包括在后来重新开始使流体流至所述工作腔之前不启动所述减压器的步骤。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括设定所述高压阀和所述低压阀以使所述轴在流体被供给所述工作腔时发生向前运动的步骤。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括设定所述高压阀和所述低压阀以使所述轴在流体被供给所述工作腔时发生反向运动的步骤。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括按照与轴运动的期望方向相关的顺序开始所述高压阀和/或低压阀的启动的步骤。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其特征在于，包括以一段时间间隔所述高压阀和/或低压阀启动的步骤，由此避免阀脉冲的重叠。
16.一种流体驱动马达，具有：
输出轴；
轴位置传感器(52)；
容积周期性变化的多个工作缸；
高压总管和低压总管；
设置在其中一个或多个所述工作缸和所述高压总管之间的一个或多个高压阀；
设置在其中一个或多个所述工作缸和所述低压总管之间的一个或多个低压阀；
贮槽(30)；
连接在所述高压总管和所述贮槽(30)之间的减压器(34)；以及
控制单元(42)，其连接到所述轴位置传感器(52)以接收输出轴位置数据且连接到所述减压器(34)以基于所检测的轴位置来操作该减压器从而给所述高压总管减压。
17.根据权利要求16所述的流体驱动马达，其特征在于，在所述高压总管和所述贮槽（30）之间设置泵；所述减压器包括在所述马达附近、远离泵并且被接在所述高压总管和所述贮槽(30)之间的一阀。
18.根据权利要求16所述的流体驱动马达，其特征在于，所述减压器包括泵，其中所述泵是可反转的，由此从所述高压总管抽出流体。
19.根据权利要求16所述的流体驱动马达，其特征在于，所述减压器包括泵，其中所述泵能“越中点”换向，以允许来自所述高压总管的流体流过所述泵。
20.根据权利要求16所述的流体驱动马达，其特征在于，包括监测器，用于监测以下参数中的任何一个：车辆节气门位置，车辆变速箱，车辆制动器或车辆位移。
21.根据权利要求16所述的流体驱动马达，其特征在于，所述工作缸包括容纳有活塞的缸，该活塞能在缸中移动，其中所述活塞与所述轴连接，以使所述轴在所述活塞运动时旋转。
22.根据权利要求21所述的流体驱动马达，其特征在于，所述轴包括偏心凸轮表面，所述活塞与所述偏心凸轮表面可操作地相连，用于在所述活塞运动时驱动所述凸轮和所述轴。
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