CN101657646A - 油压传动装置的速度控制装置 - Google Patents

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Abstract

根据目标工作速度(C7－C9)来控制提供给油压传动装置(7－9)的工作油供给流量。检测油压传动装置(7－9)大致停止工作的状态，将该油压传动装置的目标工作速度(C7－C9)重新设定为较小值。使用重新设定后的目标工作速度来计算油压泵22所要求的必要流量Q，使用将可供给流量Qa除以必要流量Qb而得到的流量分配率Qr来校正目标工作速度。根据校正后的目标工作速度来控制提供给油压传动装置(7－9)的工作油供给流量，由此，在任一个油压传动装置(7－9)变为大致停止动作状态的情况下，能够快速加大对其它油压传动装置的工作油的供给。

Description

油压传动装置的速度控制装置
技术领域
本发明涉及一种在将从油压泵喷出的工作油分配给多个油压传动装置时的油压传动装置(oil hydraulic actuator)的速度控制。
背景技术
如油压挖掘机那样的建筑机械是通过使多个油压传动装置进行工作来驱动吊杆(boom)、吊臂(arm)、铲斗(bucket)等。这些油压传动装置以与操作员所操作的操作杆的操作量相应的工作速度来进行工作。为此，需要计算各油压传动装置的工作速度，并根据所计算出的工作速度来控制向各油压传动装置提供的工作油的供给量。
日本特许厅在1997年发行的JPH09-095980A提出了如下建议：为了缓和由于油压传动装置达到行程末端(stroke end)而产生的冲击，在行程末端附近减少向油压传动装置提供的工作油的供给量。
发明内容
在这样的建筑机械中，如果使多个油压传动装置同时进行高速工作，则有时导致油压泵的工作油供给能力达到极限。其结果，吊杆、吊臂、铲斗等工作速度变得低于所期待的速度。
在这样的状况下，当某个油压传动装置达到行程末端或者由于负荷增大而行程受到较大的阻力时，对该油压传动装置的工作油的供给产生延迟。然而，以往的建筑机械没有构成为在这种情况下立即增加向其它油压传动装置提供的工作油供给量。
因此，发明的目的在于提供一种在多个油压传动装置中的任一个油压传动装置停止工作时能够迅速地增加向其它油压传动装置提供的工作油供给量的油压传动装置的速度控制装置。
为了达到上述目的，在本发明的对利用从油压泵(22)喷出的工作油进行工作的多个油压传动装置的工作速度进行控制的油压传动装置的速度控制装置中，具备：控制阀，其根据目标工作速度来控制向各油压传动装置提供的工作油的供给流量；传感器，其检测至少任一个油压传动装置大致停止工作的状态；以及可编程控制器。
控制器被编程为如下：设定各油压传动装置的目标工作速度；将处于大致停止工作的状态的油压传动装置的目标工作速度重新设定为较小值；根据重新设定后的目标工作速度来计算油压泵应提供的必要流量；根据油压泵的可供给流量和必要流量来计算流量分配率；根据流量分配率来校正各油压传动装置的目标工作速度。
另外，在本发明的上述油压传动装置的速度控制方法中，设定各油压传动装置的目标工作速度；根据目标工作速度来控制向各油压传动装置提供的工作油的供给流量；检测至少任一个油压传动装置大致停止工作的状态；将处于大致停止工作的状态的油压传动装置的目标工作速度重新设定为较小值；根据重新设定后的目标工作速度来计算油压泵应提供的必要流量；根据油压泵的可供给流量和必要流量来计算流量分配率；根据流量分配率来校正各油压传动装置的目标工作速度。
对本发明的详细内容以及其它特征、优点，在说明书的下面的记载中进行说明，并在附图中示出。
附图说明
图1是应用了发明的油压挖掘机的油压回路图。
图2是油压挖掘机所具备的多个油压传动装置的油压回路图。
图3是说明基于发明的控制器所执行的油压传动装置的工作速度控制例程的流程图。
具体实施方式
参照附图1，油压挖掘机1具备：履带式的行驶机构6；车体2，其以能够旋转的方式设置在行驶机构6的上部；以及多关节型的前端附件(front attachment)20，其被设置在车体2上。
前端附件20具备：吊杆3，其可转动地连结在车体2上；左右一对的油压传动装置7，其驱动吊杆3；吊臂4，其可转动地连结在吊杆3的前端；一个油压传动装置8，其驱动吊臂4；铲斗5，其可转动地连结在吊臂4的前端；以及一个油压传动装置9，其驱动铲斗5。油压传动装置7-9都由使用了油压缸(oil hydrauliccylinder)的线性传动装置构成。
车体2中装载了油压供给单元21。油压供给单元21具备由图2所示的内燃发动机17驱动的油压泵22。油压挖掘机1通过根据从油压供给单元21进行的加压工作油的供给使油压传动装置7-9伸缩，使吊杆3、吊臂4以及铲斗5分别转动来进行地面的挖掘、砂土的搬运等。也可以在吊臂4的前端安装进行其它作业的附件，来代替进行地面的挖掘、砂土的搬运作业的铲斗5。
对吊杆3进行驱动的一对油压传动装置7被配置成从左右夹住吊杆3。各油压传动装置7通过内装在缸体11中的活塞所受到的油压，使与活塞结合的活塞杆(piston rod)12相对于缸体11进行伸缩。各缸体11的基端部通过共通的支承轴13可转动地连结在车体2上，各活塞杆12的前端部通过共通的支承轴14可转动地连结在吊杆3上。通过共通的控制阀15来向一对油压传动装置7提供工作油以及从一对油压传动装置7排出工作油。由此，一对油压传动装置7同步地进行工作，使吊杆3在垂直方向上转动。
驱动吊臂4的油压传动装置8被装载在吊杆3的背面。油压传动装置8通过内装在缸体31中的活塞所受到的油压，使与活塞结合的活塞杆32相对于缸体31进行伸缩。缸体31的基端部通过支承轴33可转动地连结在吊杆3上，活塞杆32的前端部通过支承轴34可转动地连结在吊臂4上。通过控制阀35来向油压传动装置8提供工作油以及从油压传动装置8排出工作油。由此，油压传动装置8进行伸缩，使吊臂4在垂直方向上转动。
对铲斗5进行驱动的油压传动装置9被装载在吊臂4的背面。油压传动装置9通过内装在缸体41中的活塞所受到的油压，使与活塞结合的活塞杆42相对于缸体41进行伸缩。缸体41的基端部通过支承轴43可转动地连结在吊臂4上，活塞杆42的前端部通过支承轴44可转动地连结在铲斗5上。通过控制阀45来向油压传动装置9提供工作油以及从油压传动装置9排出工作油。由此，油压传动装置9进行伸缩，使铲斗5在垂直方向上转动。
参照图2，说明对油压传动装置7-9进行驱动的油压供给单元21的结构。
如图2所示，油压供给单元21具备被内燃发动机17所驱动的油压泵22。在油压泵22上并列连接有一对油压传动装置7的驱动回路57、油压传动装置8的驱动回路58以及油压传动装置9的驱动回路59。
由于驱动回路57-59的结构相同，因此，以油压传动装置9的驱动回路59为例进行说明。
在铲斗5用的油压传动装置9的缸体41中内装有活塞46。与活塞46相结合的活塞杆42从缸体41向轴方向突出。在缸体41的内侧通过活塞46划分成杆侧油室48和杆反侧油室47。通过控制阀45从油压泵22选择性地向杆反侧油室47和杆侧油室48提供加压工作油。也是通过控制阀45从杆反侧油室47和杆侧油室48排出工作油。油压传动装置9利用通过控制阀45提供给杆反侧油室47和杆侧油室48的一方的加压工作油进行伸缩，使铲斗5转动。
控制阀45由构成桥回路的四个电磁阀V1-V4构成。
在油压泵22的喷出口上连接有高压通路25。供给通路25在控制阀45内分支为分支通路26和27。
在分支通路26中，串联地设置有：入口节流(meter-in)用电磁阀V1，其对向油压传动装置9的杆反侧油室47提供的工作油的流量进行控制；以及出口节流(meter-out)用电磁阀V2，其控制从油压传动装置9的杆反侧油室47排出的工作油的流量。在分支通路27中串联地设置有：入口节流用电磁阀V3，其对向杆侧油室48提供的工作油的流量进行控制；以及出口节流用电磁阀V4，其控制从杆侧油室48排出的工作油的流量。经由电磁阀V1和V2的分支通路26、以及经由电磁阀V3和V4的分支通路27被连接在低压通路23上，该低压通路23到达至油压泵22的吸入口。
在入口节流用电磁阀V1和出口节流用电磁阀V2之间的分支通路26上连接有第一通路28。第一通路28被连接在油压传动装置9的杆反侧油室47上。在入口节流用电磁阀V3和出口节流用电磁阀V4之间的分支通路27上连接有第二通路29。第二通路29被连接在油压传动装置9的杆侧油室48上。
入口节流用电磁阀V1、出口节流用电磁阀V2、入口节流用电磁阀V3以及出口节流用电磁阀V4都由电磁式的流量调整阀构成。通过从控制器50输出的电流信号来对各电磁阀V1-V4独立地进行操作，根据电流来调整开口面积，由此将通过各电磁阀V1-V4的工作油的流量控制为与电流信号相应的值。
从检测第一通路28的压力的压力传感器18和检测第二通路29的压力的压力传感器19向控制器50分别输入检测出的压力作为信号。
控制器50由具备中央运算装置(CPU)、读取专用存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)以及输入输出接口(I/O接口)的微型计算机构成。也能够由多台微型计算机构成控制器。
图1所示的控制阀15以及控制阀35也与控制阀45同样地构成。各控制阀15、35、45被分散地配置在油压传动装置7、8、9的附近。
控制器50通过操作控制阀15、35、45来切换向油压传动装置7、8、9提供工作油的供给方向，并且控制工作油的供给流量。控制器50这样驱动由吊杆3、吊臂4以及铲斗5所构成的多关节型的前端附件20，使用连结在吊臂4的前端上的铲斗5来进行地面的挖掘、砂土的搬运。
控制器50根据操作员所操作的操作杆51的操作量来计算与各油压传动装置7、8、9的动作相关的目标工作速度C7、C 8、C9。控制器50根据目标工作速度C7、C8、C9来调整各控制阀15、35、45的开度。通过该操作，使各油压传动装置7、8、9的伸缩速度与操作杆51的操作量相对应。
当使吊杆3、吊臂4以及铲斗5同时进行高速工作时，有时从油压泵22喷出的工作油的流量不足。
对此，控制器50根据驱动油压泵22的内燃发动机17的马力和各油压传动装置7、8、9的负荷信息来计算油压供给单元21对于油压回路57、58、59的可供给流量Qa。另一方面，根据各油压传动装置7、8、9的目标工作速度C7、C8、C9来计算对于各油压传动装置7、8、9的必要供给流量Qb。
控制器50将可供给流量Qa除以必要供给流量Qb来求出流量分配率Qr。流量分配率Qr乘对于各油压传动装置7、8、9的目标工作速度C7、C8、C9，来分别校正目标工作速度C7、C8、C9。通过该校正处理，在油压供给单元21的可供给流量Qa小于前端附件20的工作所需的流量Qb的情况下，将工作中的各油压传动装置7、8、9的工作速度一律抑制为较低。由此，防止仅是特定的油压传动装置的工作速度极端地下降而前端附件20的工作性能大幅受损。
当油压传动装置7-9中的任一个随着负荷的增大而大致停止工作，或者油压传动装置7-9中的任一个达到行程末端而大致停止工作时，不向大致停止了工作的油压传动装置提供工作油，由此来解决油压供给单元21的供给流量不足。
在这种情况下，如果控制器50继续输出进行上述校正处理后的命令，则向工作中的油压传动装置提供的工作油流量低于油压供给单元21的容量，因此成为将工作中的油压传动装置的工作速度抑制为较低的状态。
本发明的控制器50检测各油压传动装置7、8、9大致停止工作的状态，将向大致停止了工作的油压传动装置的驱动回路输出的目标工作速度向速度降低方向进行校正。在此，大致停止工作的状态是指油压传动装置7、8、9的工作速度变为零或者接近零的规定速度以下的微小速度的状态。
例如，当油压传动装置7达到大致停止了工作的状态时，控制器50将向油压传动装置7的驱动回路57输出的目标工作速度C7向速度降低方向进行校正。最好使对于大致停止了工作的油压传动装置7的目标工作速度C7L成为大于0的微小值。
当将校正后的目标工作速度C7L设为这样的值时，控制器50根据目标工作速度C7L、C8、C9计算必要流量Qb，因此与根据此前的目标工作速度C7、C8、C9计算必要流量Qb时相比，计算出的必要流量Qb的值变小。其结果，将可供给流量Qa除以必要流量Qb而求出的流量分配率Qr变大，提供给工作中的油压传动装置8和9的驱动回路58和59的工作油的供给流量增大。即，在使吊杆3、吊臂4以及铲斗5同时工作的状态下，当吊杆3大致停止工作时，吊臂4和铲斗5的工作速度立刻增加。这样，能够提高前端附件20整体的工作速度。
在油压传动装置8或9大致停止了工作的情况下也同样地，控制器50将目标工作速度C8或C9向速度降低方向进行校正，由此，使工作中的传动装置的工作速度增加。
控制器50如下那样检测油压传动装置7的工作大致停止的状态。即，根据来自压力传感器18和19的输入信号，将向油压传动装置7提供的工作油压、换言之负荷压力超过规定压力而上升的重负荷状态视为油压传动装置7的工作大致停止的状态。
在图2中，驱动回路57-59的结构相同。因此，在油压传动装置8或9的工作大致停止的状态下，控制器50也根据来自设置在各个驱动回路58和59上的压力传感器18和19的输入信号来同样地进行判断。
参照图3，对为了进行以上控制而控制器50所执行的油压控制例程进行说明。在前端附件20运转过程中控制器50每隔固定周期、即例如每隔十毫秒执行该例程。
首先，在步骤S1中控制器50读取驱动回路57-59的压力传感器18和19所检测出的油压传动装置7、8、9的负荷信息。
在步骤S2中控制器50参照预先保存在ROM中的映射图(map)，根据负荷信息设定油压泵22的喷出压力。
在步骤S3中控制器50读取驱动油压泵22的内燃发动机17的马力。
在步骤S4中控制器50根据油压泵22的喷出压力和内燃发动机17的马力来计算油压泵22的可供给流量Qa。
在步骤S5中控制器50根据操作员所操作的操作杆51的操作量来计算吊杆3用的油压传动装置7的目标工作速度C7。使控制阀15根据目标工作速度C7来改变开度，由此得到操作员所要求的吊杆3的工作速度。
在步骤S6中控制器50判断油压传动装置7是否处于大致停止工作的状态。在判断为油压传动装置7处于大致停止工作的状态的情况下，控制器50在步骤S7中将目标工作速度C7校正为较小的值C7L。在步骤S6中判断为油压传动装置7不处于大致停止工作的状态的情况下，控制器50不校正油压传动装置7的目标工作速度C7。
在步骤S8中控制器50根据操作员所操作的操作杆51的操作量来计算吊臂4用的油压传动装置8的目标工作速度C8。使控制阀35根据目标工作速度C8来改变开度，由此得到操作员所要求的吊臂4的工作速度。
在步骤S9中控制器50判断油压传动装置8是否处于大致停止工作的状态。在判断为油压传动装置8处于大致停止工作的状态的情况下，控制器50在步骤S10中将目标工作速度C8校正为较小的值C8L。在步骤S9中判断为油压传动装置8不处于大致停止工作的状态的情况下，控制器50不校正油压传动装置8的目标工作速度C8。
在步骤S11中控制器50根据操作员所操作的操作杆51的操作量来计算铲斗5用的油压传动装置9的目标工作速度C9。使控制阀45根据目标工作速度C9来改变开度，由此得到操作员所要求的铲斗5的工作速度。
在步骤S12中控制器50判断油压传动装置9是否处于大致停止工作的状态。在判断为油压传动装置9处于大致停止工作的状态的情况下，控制器50在步骤S13中将目标工作速度C9重新设定为较小的值C9L。在步骤S12中判断为油压传动装置9不处于大致停止工作的状态的情况下，控制器50不重新设定油压传动装置9的目标工作速度C9。
如上所述，在计算油压传动装置7、8、9的目标工作速度C7(C7L)、C8(C8L)、C9(C9L)之后，控制器50在步骤S14中，根据目标工作速度C7(C7L)、C8(C8L)、C9(C9L)计算必要流量Qb。
在步骤S15中控制器50判断可供给流量Qa是否为必要流量Qb以上。在此，如果可供给流量Qa为必要流量Qb以上，则能够使所有的油压传动装置7-9都以操作员所期望的速度进行工作。如果可供给流量Qa未达到必要流量Qb，则为供给流量不足，无法使所有的油压传动装置7-9都以操作员所期望的速度进行工作。
在可供给流量Qa为必要流量Qb以上的情况下，控制器50在步骤S16中将流量分配率Qr设定为1.0。
在可供给流量Qa未达到必要流量Qb的情况下，控制器50在步骤S17中，通过式子Qr＝Qa/Qb来计算流量分配率Qr。在这种情况下，流量分配率Qr变为小于1.0的值。
在步骤S18中，控制器50将流量分配率Qr与对于各油压传动装置7、8、9的目标工作速度C7(C7L)、C8(C8L)、C9(C9L)相乘来计算校正目标工作速度C7A、C8A、C9A。控制器50将计算出的校正目标工作速度C7A、C8A、C9A输出到各驱动回路57-59的电磁阀V1-V4。
通过执行以上例程，在油压传动装置7-9中的任一个被施加重负荷而处于大致停止工作的状态，或者在油压传动装置7-9中的任一个达到行程末端而处于大致停止工作的状态的情况下，将对应的油压传动装置的目标工作速度重新设定为较小的值，由此，根据目标工作速度而计算出的必要流量Qb减小。因而，能够避免发生所计算出的必要流量Qb与油压传动装置7-9实际需要的流量相比过大的情况，始终计算出适当的流量分配率Qr。因而，当油压传动装置7-9中的任一个变成大致停止工作的状态时，其它的油压传动装置的工作速度快速上升。其结果，多关节型的前端附件20维持较佳的作业效率。
在油压传动装置7-9大致停止工作的状态下，将该油压传动装置的目标工作速度C7L或C8L或C9L设为大于0的微小的值，因此，能够将重新变为可利用的工作油快速提供给工作中的油压传动装置。
在该速度控制装置中，分别利用压力传感器18和19检测油压传动装置7-9的负荷压力，根据检测出的负荷压力来判断油压传动装置7-9大致停止工作的状态，因此，不需要设置检测油压传动装置7-9的工作速度的传感器，就能够以简单的结构实现油压传动装置7-9的速度控制。
关于以上的说明，通过将申请日为2007年4月18日的日本专利申请2007-109417号的内容引用到此而进行合并。
以上，通过几个特定的实施例说明了本发明，但是本发明并不限定为上述各实施例。对本领域技术人员来说，能够在权利要求的技术范围内对这些实施例进行各种修正或者变更。
例如，也可以利用行程传感器(stroke sensor)检测油压传动装置7-9的行程位置，根据行程位置来判断油压传动装置7-9达到行程末端区域的状态，并将其视为油压传动装置7-9大致停止工作的状态。
另外，油压传动装置并不限定为油压缸，例如也可以是油压马达。
在以上的各实施例中，分别使用传感器检测控制所需的参数，但是，本发明不依赖于参数的获取方法，而还能够应用于使用参数来执行权利要求所述的控制的任何油压传动装置的速度控制装置。
产业上的可利用性
如上所述，通过本发明能够改善使用单一的油压源的油压来驱动的多个油压传动装置的工作特性。因而，本发明对提高多关节型建筑机械的作业效率具有特别良好的效果。
本发明的实施例所包含的排他性质或者特点如权利要求所述。

Claims (9)

1.一种油压传动装置的速度控制装置，对利用从油压泵(22)喷出的工作油进行工作的多个油压传动装置(7-9)的工作速度进行控制，该油压传动装置的速度控制装置具备：
控制阀(15、35、45)，其根据目标工作速度来控制向各油压传动装置(7-9)提供的工作油的供给流量；
传感器(18、19)，其检测至少任一个油压传动装置(7-9)大致停止工作的状态；以及
可编程控制器(50)，其被编程为如下：
设定各油压传动装置(7-9)的目标工作速度(S5、S8、S11)；
将处于大致停止工作的状态的油压传动装置(7-9)的目标工作速度重新设定为较小值(S7、S10、S13)；
根据重新设定后的目标工作速度来计算油压泵(22)应提供的必要流量(Qb)(S14)；
根据油压泵(22)的可供给流量(Qa)和必要流量(Qb)来计算流量分配率(Qr)(S15-S17)；
根据流量分配率(Qr)来校正各油压传动装置(7-9)的目标工作速度(S18)。
2.根据权利要求1所述的油压传动装置的速度控制装置，其特征在于，
较小值为大于零的微小值。
3.根据权利要求1所述的油压传动装置的速度控制装置，其特征在于，
传感器(18、19)是检测各油压传动装置(7-9)的负荷压力超过规定压力的压力传感器。
4.根据权利要求1所述的油压传动装置的速度控制装置，其特征在于，
传感器(18、19)是检测各油压传动装置(7-9)到达行程末端的行程传感器。
5.根据权利要求1所述的油压传动装置的速度控制装置，其特征在于，
油压传动装置(7-9)由对建筑机械的多关节型的前端附件(20)进行驱动的油压传动装置构成。
6.根据权利要求5所述的油压传动装置的速度控制装置，其特征在于，
建筑机械具备操作杆(51)，控制器(50)还被编程为：根据操作杆(51)的操作层度来设定油压传动装置(7-9)的目标工作速度。
7.根据权利要求5所述的油压传动装置的速度控制装置，其特征在于，
建筑机械具备对油压泵(22)进行驱动的内燃发动机(17)，控制器(50)还被编程为：根据油压泵(22)的喷出压力和内燃发动机(17)的马力来计算油压泵(22)的可供给流量(Qa)。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的油压传动装置的速度控制装置，其特征在于，
控制阀(15、35、45)由电磁阀(V1-V4)构成。
9.一种油压传动装置的速度控制方法，使用控制阀(15、35、45)来控制利用从油压泵(22)喷出的工作油进行工作的多个油压传动装置(7-9)的工作速度，该控制阀(15、35、45)根据目标工作速度来控制向各油压传动装置(7-9)提供的工作油的供给流量，
该油压传动装置的速度控制方法设定各油压传动装置(7-9)的目标工作速度；
检测至少任一个油压传动装置(7-9)大致停止工作的状态；
将处于大致停止工作的状态的油压传动装置(7-9)的目标工作速度重新设定为较小值；
根据重新设定后的目标工作速度来计算油压泵(22)应提供的必要流量(Qb)；
根据油压泵(22)的可供给流量(Qa)和必要流量(Qb)来计算流量分配率(Qr)；
根据流量分配率(Qr)来校正各油压传动装置(7-9)的目标工作速度。
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