CN103080550A - 液压装置 - Google Patents

Abstract

液压装置具备的控制装置（5）根据先导泵（1）的目标喷出压力与由压力传感器（3）检测出的先导泵（1）的喷出压力之比、和根据由旋转速度传感器（4）检测出的先导泵（1）的旋转速度求出的先导泵（1）的喷出流量，来求取与先导泵（1）的目标喷出压力对应的先导泵（1）的目标喷出流量，并且控制电动马达（2）的旋转速度，以使先导泵（1）的喷出流量接近先导泵（1）的目标喷出流量。

Description

液压装置

技术领域

本发明涉及能够安装于例如挖掘机、粉碎作业设备、解体作业设备等液压作业设备中的液压装置。

背景技术

过去，关于液压装置有在日本特开2009－216182号公报（专利文献1）中公开的装置。该液压装置具有：液压泵；驱动液压泵的可变速马达；检测液压泵的喷出压力的压力传感器；以及控制装置，其根据压力传感器检测出的压力，控制液压泵的旋转速度。

但是，上述过去的液压装置存在这样的问题，即，在负荷的特性变化的情况下，即使想要通过使用来自压力传感器的信号控制液压泵的旋转速度，使得由压力传感器检测出的液压泵的喷出压力的值固定，液压泵的喷出压力的收敛性能也较差。

并且，上述过去的液压装置还存在这样的问题，即，在负荷的请求流量大幅变动的情况下，即使想要通过使用来自压力传感器的信号控制液压泵的旋转速度，变更液压泵的喷出流量，也不能充分缩短截止到将液压泵的喷出流量变更为目标量（请求流量）所需的时间。即，存在针对上述负荷的请求流量的变动的响应性不足的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009－216182号公报

发明内容

发明要解决的问题

因此，本发明的课题是提供一种液压装置，即使是负荷的特性变化时，也能够良好地控制液压泵的喷出压力，进而能够针对负荷的请求流量的变动迅速进行响应。

用于解决问题的手段

为了解决上述问题，本发明的液压装置的特征在于，该液压装置具有：

液压泵；

电动马达，其驱动所述液压泵；

压力传感器，其检测所述液压泵的喷出压力；

旋转速度传感器，其检测所述液压泵的旋转速度；以及

控制装置，

所述控制装置根据所述液压泵的目标喷出压力与由所述压力传感器检测出的所述液压泵的喷出压力之比、和根据由所述旋转速度传感器检测出的所述液压泵的旋转速度求出的所述液压泵的喷出流量，来求取与所述液压泵的目标喷出压力对应的所述液压泵的目标喷出流量，

所述控制装置控制所述电动马达的旋转速度，以使所述液压泵的喷出流量接近所述液压泵的目标喷出流量。

根据上述结构，所述控制装置根据液压泵的目标喷出压力与由压力传感器检测出的液压泵的喷出压力之比、和根据由旋转速度传感器检测出的液压泵的旋转速度求出的液压泵的喷出流量，来求取与液压泵的目标喷出压力对应的液压泵的目标喷出流量，所述控制装置控制电动马达的旋转速度，以使液压泵的喷出流量接近液压泵的目标喷出流量。其结果是，即使是负荷的特性变化时，也能够良好地控制液压泵的喷出压力，并且能够迅速响应负荷的请求流量的变动。即，能够提高所述液压泵的喷出压力的收敛性能，能够缩减响应速度。

在一个实施方式的液压装置中，所述液压泵的目标喷出流量是根据下式求出的，

Q₀＝Q₁·（P₀－P₁）^1/n

Q₀：所述液压泵的目标喷出流量

Q₁：所述液压泵的喷出流量

P₀：所述液压泵的目标喷出压力

P₁：所述液压泵的喷出压力

n：节流孔的特性常数。

根据上述实施方式，由于利用上式求出所述液压泵的目标喷出流量，因而能够确实提高所述液压泵的喷出压力收敛性能，能够确实缩减响应速度。

发明效果

根据本发明的液压装置，控制装置根据液压泵的目标喷出压力与由压力传感器检测出的液压泵的喷出压力之比、和根据由旋转速度传感器检测出的液压泵的旋转速度求出的液压泵的喷出流量，来求取与液压泵的目标喷出压力对应的液压泵的目标喷出流量，控制装置控制电动马达的旋转速度，以使液压泵的喷出流量接近液压泵的目标喷出流量，因而能够提高液压泵的喷出压力的收敛性能，能够减小响应速度。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式的液压装置的主要部分的框图。

图2是示出挖掘机的液压电路的概况的框图。

图3是用于说明本发明的一个实施方式的电动马达的旋转速度控制的流程图。

图4是示出过去的液压装置的响应特性的曲线图。

图5是示出过去的液压装置的响应特性的曲线图。

图6是示出过去的液压装置的响应特性的曲线图。

图7是示出过去的液压装置的响应特性的曲线图。

图8是示出上述实施方式的液压装置的响应特性的曲线图。

图9是示出上述实施方式的液压装置的响应特性的曲线图。

图10是示出上述实施方式的液压装置的响应特性的曲线图。

图11是示出上述实施方式的液压装置的响应特性的曲线图。

具体实施方式

下面，根据图示的实施方式更详细地说明本发明的液压装置。

图1是本发明的一个实施方式的液压装置的主要部分的框图。

所述液压装置被安装于挖掘机（shovel car），所述液压装置具有：例如作为固定容量型液压泵的先导泵1，其吸入油箱106内的工作油并喷出；电动马达2，其驱动先导泵1；压力传感器3，其检测先导泵1的喷出压力；旋转速度传感器4，其检测先导泵1的旋转速度；以及控制装置5，其控制电动马达2。另外，先导泵1是本发明的液压泵的一例。

另外，在所述挖掘机也安装有未图示的存储装置，用于存储先导泵1的目标喷出压力的设定值。

图2是示出所述挖掘机的液压电路的概况的框图。

所述挖掘机具有主体部101。该主体部101具有旋转体111、一端部能够转动地与旋转体111连接的吊杆112、一端部能够转动地与吊杆112的另一端部连接的臂113、能够转动地与臂113的另一端部连接的挖斗（bucket）114。并且，主体部101通过控制阀102与例如作为可变容量型液压泵的主泵105连接。

所述主泵105吸引油箱106内的工作油，并朝向控制阀102喷出。该控制阀102切换从主泵105供给的工作油的流路，并使工作油流向主体部101或流向油箱106。

在所述控制阀102与先导泵1之间设置右手用操作杆103和左手用操作杆104。该右手用操作杆103和左手用操作杆104接受先导泵1的一次先导压力，并生成二次先导压力。

所述右手用操作杆103具有：先导阀121，其生成用于使吊杆112抬起的吊杆抬起先导压力；先导阀122，其生成用于使吊杆112下降的吊杆下降先导压力；先导阀123，其生成用于使挖斗114进行挖掘动作的挖斗挖掘先导压力；先导阀124，其生成用于使挖斗114进行排土动作的挖斗排土先导压力。并且，在用户操作右手用操作杆103时，从右手用操作杆103向控制装置5输出表示该右手用操作杆103的操作量的信号。

所述左手用操作杆104具有：先导阀131，其生成用于推压臂113的臂推压先导压力；先导阀132，其生成用于拉回臂113的臂拉回先导压力；先导阀133，其生成用于使旋转体111向右旋转的右旋先导压力；先导阀134，其生成用于使旋转体111向左旋转的左旋先导压力。并且，在用户操作左手用操作杆104时，从右手用操作杆103向控制装置5输出表示该左手用操作杆104的操作量的信号。

下面，说明所述液压装置的控制方式。

所述控制方式是利用下式所示的关系，

$P=c\frac{Q^n}{A^n}$ n=2…（式1）

P：先导泵1的喷出压力

c：流出系数

Q：先导泵1的喷出流量

A：节流孔的断面积（在复合系统中指系统整体的等效节流孔断面积）

n：表示节流孔的特性的值

根据当前的先导泵1的喷出压力和喷出流量估计先导泵1的目标旋转速度，并控制电动马达2使能够得到该目标旋转速度，由此实现良好的压力控制，而且与节流孔的断面积、流出系数无关。另外，即使是在负荷不表示纯粹的节流孔的特性（n＝2）的情况下，如果通过变更n的值能够近似节流孔的特性的话，也能够使用采用上式1所示的关系的方法。

更详细地进行说明，将某个时刻的先导泵1的喷出压力设为P₁，将根据该时刻的先导泵1的旋转速度而近似计算出（可以考虑容积效率，也可以不考虑容积效率）的先导泵1的喷出流量设为Q₁，此时下式2成立。其中，当在先导泵1的目标喷出压力P₀与目标喷出压力P₀时的先导泵1的喷出流量Q₀之间，在极短时间内c、A不变的情况下，下式3成立。

$P_1=c\frac{{Q_1}^n}{A^n}$ …（式2）

$P_0=c\frac{{Q_0}^n}{A^n}$ …（式3）

从上述式2、式3中消去c、A，则得到下式。

$\frac{P_0}{P_1}=\frac{{Q_0}^n}{{Q_1}^n}$ …（式4）

另外，关于Q₀对上式4进行整理得到下式。

$Q_0=Q_1{\left(\frac{P_0}{P}\right)}^{\frac{1}{n}}$ …（式5）

根据该式5，从P₁、Q₁和P₀求出Q₀。根据该求出的Q₀、先导泵1的容积q、上述时刻的电动马达2的旋转速度V₁，能够计算出电动马达2的目标旋转速度V₀。

即，上述控制装置5通过将由压力传感器3检测出的先导泵1的喷出压力、先导泵1的目标喷出压力、根据由旋转速度传感器4检测出的先导泵1的旋转速度求出的先导泵1的喷出流量，代入到上述式5，来取与先导泵1的目标喷出压力对应的先导泵1的目标喷出流量，并且控制电动马达2的旋转速度，以使先导泵1的喷出流量接近先导泵1的目标喷出流量。

图3是用于说明上述控制装置5对电动马达2的旋转速度控制的流程图。该旋转速度控制是按照预先设定的周期来进行的。

首先，在步骤S1，从所述存储装置读出先导泵1的目标喷出压力的设定值。

然后，在步骤S2，由压力传感器3检测先导泵1的喷出压力。

然后，在步骤S3，由旋转速度传感器4检测先导泵1的旋转速度。

然后，在步骤S4，使用由旋转速度传感器4检测出的先导泵1的旋转速度，计算出先导泵1的喷出流量。

然后，在步骤S5，将先导泵1的喷出压力、先导泵1的喷出流量、和先导泵1的目标喷出压力的设定值代入到上述式5，计算出与先导泵1的目标喷出压力对应的先导泵1的目标喷出流量。

最后，在步骤S6，控制电动马达2的旋转速度，以使先导泵1的喷出流量接近先导泵1的目标喷出流量。

这样，通过控制所述电动马达2的旋转速度，即使是右手用操作杆103和左手用操作杆104的特性发生变化时，也容易使液压泵的喷出压力的值固定，并且即使是应该输送给右手用操作杆103或者左手用操作杆104的工作油的流量发生变动时，也能够在足够短的时间内响应该变动。

说明上述表示节流孔的特性的值n为2时的过去的压力PI控制系统。在过去的压力PI控制系统中，当调整为在节流孔断面积为某个A1时使响应特性达到最佳的情况下，在节流孔断面积从A1变化为A1＋ΔA、再从A1＋ΔA变化为A1时，电动马达2的旋转速度与时间的关系如图4所示，先导泵1的喷出压力与时间的关系如图5所示。在该图4、图5中，虽然响应特性良好，但是在节流孔断面积为A2（A1的1/2）时，如图6、图7所示，响应特性变得非常差。在这种情况下，为了改善响应特性，需要根据情况变更补偿器的系数，导致控制系统变复杂，而且调整也需要时间。

与此相对，在本实施方式中，当调整为在节流孔断面积为A1时使响应特性达到最佳的情况下，在节流孔断面积从A1变化为A1＋ΔA、再从A1＋ΔA变化为A1时，电动马达2的旋转速度与时间的关系如图8所示，先导泵1的喷出压力与时间的关系如图9所示。并且，在使节流孔断面积从A1变化为A2（A1的1/2）的情况下，在节流孔断面积从A2变化为A2＋ΔA、再从A2＋ΔA变化为A2时，电动马达2的旋转速度与时间的关系如图10所示，先导泵1的喷出压力与时间的关系如图11所示。根据该图8～图11可知，在本实施方式中，无论节流孔断面积是A1还是A2，均能够得到良好的响应特性。在此，假设将在控制中使用的乘幂系数（表示节流孔的特性的值）n设为2，将实际的系统设为n＝1.9时，控制系统产生估计误差。

并且，上述过去的压力PI控制系统的响应速度为0.13秒，而本实施方式的响应速度为0.06秒。

在上述实施方式中，也可以将用于使先导泵1的喷出流量接近先导泵1的目标喷出流量的信号直接输入电动马达2的控制系统，或者为了改善收敛性能，也可以将上述信号通过PI补偿器直接输入电动马达2的控制系统，或者为了改善响应性能，也可以将上述信号通过PID补偿器输入电动马达2的控制系统。

本发明也可以应用于驱动先导泵1的电动马达2的旋转速度控制以外的、例如驱动主泵105的引擎的旋转速度控制。即，本发明不限于驱动先导泵1的电动马达2的旋转速度控制。

并且，本发明也能够应用于挖掘机以外的例如吊车、推土机、打桩机等。

标号说明

1先导泵；2电动马达；3压力传感器；4旋转速度传感器；5控制装置；101主体部；102控制阀；103右手用操作杆；104左手用操作杆；105主泵；106油箱；111旋转体；112吊杆；113臂；114挖斗；121～124、131～134挖斗。

Claims (2)

1.一种液压装置，其特征在于，该液压装置具有：

液压泵（1）；

电动马达（2），其驱动所述液压泵（1）；

压力传感器（3），其检测所述液压泵（1）的喷出压力；

旋转速度传感器（4），其检测所述液压泵（1）的旋转速度；以及

控制装置（5），

所述控制装置（5）根据所述液压泵（1）的目标喷出压力与由所述压力传感器（3）检测出的所述液压泵（1）的喷出压力之比、和根据由所述旋转速度传感器（4）检测出的所述液压泵（1）的旋转速度求出的所述液压泵（1）的喷出流量，来求取与所述液压泵（1）的目标喷出压力对应的所述液压泵（1）的目标喷出流量，

所述控制装置（5）控制所述电动马达（2）的旋转速度，以使所述液压泵（1）的喷出流量接近所述液压泵（1）的目标喷出流量。

2.根据权利要求1所述的液压装置，其特征在于，所述液压泵（1）的目标喷出流量是根据下式求出的，

Q₀＝Q₁·（P₀－P₁）^1/n

Q₀：所述液压泵（1）的目标喷出流量

Q₁：所述液压泵（1）的喷出流量

P₀：所述液压泵（1）的目标喷出压力

P₁：所述液压泵（1）的喷出压力

n：节流孔的特性常数。

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