CN103362894B - 用于操控负载的方法和液压控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于操控负载的方法和液压控制装置。公开了用于操控具有两个压力室的负载的方法和用于操控负载的数字液压的控制装置，其中为了操控该负载能够向压力室输入预先确定的压力介质体积或从这个压力室中排出预先确定的压力介质体积。

Description

用于操控负载的方法和液压控制装置
技术领域
本发明涉及用于操控具有两个压力室的负载的方法和用于操控这种负载的液压的控制装置。
背景技术
通常可连续调节的液压阀装置被用于控制压力介质体积流。其中采用了能成比例调节的阀门，其阀门机构被设置为能液压或电气地连续调节，以便设定用于压力介质体积流的流通断面。对于能电气调节的比例调节阀而言可利用脉冲宽度调制(PWM)，以便设定操作磁体上的电流。其中脉冲宽度调制的频率被设定得高于阀门的最大的切换频率。PWM-脉冲在操作磁体的线圈中被平整为平均值。阀芯通过弹簧被逆向于操作磁体的作用方向得到加载。在调节时设定的弹簧力对应于弹簧并从而阀芯所经过的与电流相应的行程的力。该弹簧被如此设计，从而它在一个最大程度地通电时可被调节到对应于阀芯最大打开位置的位置上。
在近些年里创立了所谓的数字液压系统，其中代替比例调节阀采用了切换阀，其通过脉冲例如按照PWM的形式操控。
切换阀这一概念应特别被理解为一种阀门，其具有一个可运动的阀门机构，所述阀门机构借助弹簧在基本位置的方向(例如关闭)上得到预紧并可以调节到一个切换位置(打开)中。这个切换位置通过操作磁体的通电而被占据。在此的前提是，将阀门机构在基础位置的方向上预紧的弹簧与额定电流下操作磁体的力相比较如此微小，以致于为了在电流施加到操作磁体上以使切换阀接通到切换位置中而仅仅需要比较短的时间(对于快速切换阀而言2ms)。通过选择脉冲频率和脉冲持续时间就可以通过这种切换阀以类似于在比例调节阀中那样设定压力介质体积流。
基本上应该区分二进制编码的并行结构方案脉冲-编码-调制(PCM)和具有单个切换阀的脉冲-宽度-调制(PWM)，但它们也可以被组合。通过连接多个这种切换阀可以影响体积流，以便调节或控制液压调节机构例如液压缸。
对于数字液压的轴控制而言可以实现由多个这种切换阀组成的单元(数字体积流单元(DFCU))，其中这些切换阀被相互并联设置。其中按理想方式单通流量总是从一个阀门到下一个(阀门)被加倍。因此通过这种DFCU最大可实现的流量体现在单个流量的总和。体积流通过这种DFCU的分解是通过切换阀的数目被预先给定的。这种分解的提高可以通过应用另外的切换阀于DFCU中或通过脉冲宽度调制的操控来实现，其中该切换阀的弹道式PWM-操控也是可以的。
在US5355772A中描述了一个所属类型的、用于操控液压缸的液压控制装置，其中液压缸活塞杆侧的环形室被加载了预先给定的压力例如泵压力，同时另外的在底侧的压力室则能通过切换阀装置与泵或一个压力介质耗降端(储箱)相连接。期望的缸位置通过经由切换阀装置向底侧的压力室输入压力介质体积流或将压力介质体积流从这个底侧的压力室排放的方式得到设定，其中分别相对环形室中的压力进行调节。
这个解决方案的缺点是，控制装置的体积流分解是很有限的，其中速度分解和定位精度以及布置在后的液压调节机构的压力调节精度都取决于这个体积流分解并因此同样受到限制。
发明内容
相对于此本发明的目的在于，提供一种用于操控具有两个压力室的负载的方法和一种液压控制装置，通过其使负载的定位精度尤其精确控制得到改进。
这个任务在方法方面通过权利要求1的特征得到解决并且在液压控制装置方面通过并列的权利要求9的特征得到解决。
本发明的有利扩展方案是从属权利要求的内容。
本发明方法应用于操控具有两个压力室的负载，其中一个压力室能至少通过切换阀装置闭锁或能够与压力介质源或能够与压力介质耗降端连接。按照本方法首先确定压力介质体积，其被输入到一个压力室或从这个压力室中排出，以便在压力室之一中优选在另外的优选得到闭锁的压力室中设定预先确定的额定-腔压力，或者以便设定预先确定的额定-负载位置例如缸的活塞位置。然后根据这个求得的压力介质体积如此操控该切换阀装置，从而将预先确定的压力介质体积输入到一个压力室中或从这个压力室中排出。
于是使就此产生的实际-腔压力或实际-负载位置与相应的预先确定的额定 值作比较并视情况使两个前述的步骤重复进行，直至呈现额定状态。
因此和现有技术不同的是，通过切换阀装置没有设定至各个压力室的压力介质体积流而是将预先确定的压力介质体积定量输入到压力室之一中或从这个压力室中排出。然后负载的运动按照压力介质在另外的、优选得到闭锁的压力室中的压缩或减压来进行。
因此压力介质的压缩性用于执行精确控制。和现有技术的差别在于，没有调节体积流而是调节体积，其中该切换阀的接通时间在靠前区域(Vorfeld)中得到确定。
在一个特别优选的实施例中为每个压力室配设了切换阀装置。
在本发明的一个变型方案中改变切换阀的打开持续时间，以便输入或排出压力介质体积。
在向一个压力室输入压力介质或者说从一个压力室排出压力介质期间相应另外的压力室则优选被闭锁，从而使在相应被闭锁的压力室中的压力介质的压缩性被利用于实现负载的最小的定位步骤。
按照本发明优选的是，为每个压力室配设至少一个进流和排流阀。如果其中具有较小压力介质体积的压力室被闭锁并且具有较大体积的另外的压力室通过阀装置与压力介质源或压力介质耗降端相连接，则对于确定的、所输入或排出的压力介质体积而言与被颠倒的情况即具有较大体积的压力室被闭锁并且该压力介质体积被输入到较小体积的压力室或从其中排出的情况作比较就获得一个较小的、额定-腔压力或额定-负载位置的变化。以此首先所称的方式使在具有较大体积的压力室中较高的压缩性被应用于精确调控。如果与此相反，具有较小体积的压力室通过阀装置与压力介质源或压力介质耗降端相连接并具有较大体积的另外的压力室被闭锁的话，则可以使在具有较小体积的压力室中的较小的压缩性应用于只用微小的压力介质体积实现该额定-腔压力或额定-负载位置的改变。
对于两个压力室通过一个活塞被分开的情况，额定-腔压力或额定-活塞位置的改变的尺度根据压力介质体积并因此敏感度额外地通过在活塞上作用的外力尤其弹簧力外能够受到影响。
在一个替代性的解决方案中也可以以交替的方式使一个腔的进流阀和另外的腔的一个排流阀在时间上错开地得到操控，以便调节负载位置。
其中该切换阀的操控可以按照脉冲组合来实现，该脉冲组合从一个预设的或在数据存储器中保存的、具有不同脉冲持续时间的脉冲组合表格中选出。
按照本发明优选的是，切换阀的打开时间低于用于相应切换阀的接通时间-也就是说呈现弹道式的操控。
在本发明的用于操控具有两个压力腔的负载的液压控制装置中规定，为至少一个所述压力室相应配设一个作为切换阀构造的进流和排流阀，通过其可使该压力腔与压力介质源或压力介质耗降端连接。此外该控制装置具有用于操控进流和排流阀的控制单元，从而使得这个或另外的压力室的腔压力或负载位置能够经由为这个压力室配设的进流或排流阀通过在另外的压力室中源于输入或排出压力介质体积的压力介质的压缩或减压来设定。
如已提及的那样，优选的是，为每个压力室配设进流和排流阀。在这种情况下例如为了设定腔压力和/或负载位置可以使一个压力室的进流阀和另外的压力室的排流阀以交替方式或相互叠加方式得到操控。
作为选择，也可以使为一个压力室配设的进流和排流阀以交替方式或叠加方式得到操控，同时使另外的压力室通过所配设的进流和排流阀得到闭锁，从而在这个压力室中压力介质的压缩性被用于调节。
本发明的控制单元被如此设计，从而该切换阀装置能够在前面讨论的方法权利要求的意义上得到操控。
附图说明
下面借助示意附图详细地阐述本发明的优选实施例。其中：
图1是一个本发明的用于操控具有两个压力室的负载的液压控制装置的线路示意图；
图2是用于表明图1中控制装置的切换阀的切换状态的曲线图；并且
图3示出图1中控制装置的变型方案。
具体实施方式
图1中表明的数字液压的控制装置1用于对负载、在当前情况下对液压缸2进行压力介质供给。其活塞4将液压缸2划分为一个底侧的压力室6和一个活塞杆侧的环形室8，它们能够通过该控制装置1与泵P或储箱T连接，以便设定该活塞位置或活塞速度或腔压力。
如开头所介绍的，本发明的数字液压的控制装置1包括多个所谓的数字体 积流单元(DFCU)，其在所示实施例中分别通过切换阀10、12、14和16构成。其中切换阀10、12被配设于压力室6并且切换阀14、16被配设于环形室8。泵P的压力接头分别通过工作线路18、20与相应的压力室6或者说环形室8连接。这两个切换阀12、14被布置在泵P和相应压力室6、8之间的压力介质流动路径中。通过两个另外的切换阀10、16可以使相应的工作线路18、20与储箱T连接，从而压力介质可以从所配设的压力室6或者说环形室8中流出。因此这两个切换阀12、14是进流阀，而两个另外的切换阀10、16则充当排流阀。
在图1中液压缸2的两个压力接头被标注以附图标记A、B，与之相应地这两个进流阀12、14控制从泵P至接头A或者说从泵P至接头B的压力介质连接，而两个排流阀10、16则控制从接头A至储箱T或者说从工作接头B至储箱T的压力介质连接。这些切换阀分别通过开头所述的弱性弹簧22、24、26、28在关闭位置的方向预紧并可以分别通过操作磁体30、32、34、36在流通位置的方向上调节。因此通过这些切换阀10、12、14、16就可以相互无关地控制从泵P至压力室6、8或者说从压力室至储箱T的相应体积流路径。基于这种分解的控制边缘(Steuerkante)就能实现准确的精细控制。
按发明该切换阀10、12、14、16的阀门机构的操控按照脉冲宽度调制(PWM)的方式实现，其中优选应用弹道式PWM。在这个模式中各切换阀不是被完全接通的，而是该各操作磁体30、32、34、36被短时间如此通电，以便利用被带入的能量使阀门机构只执行一个子升程并且相应于其弹道式的飞跃轨迹又返回到关闭位置中。与之相应地该弹道式的操控脉冲具有PWM-基本-频率，其低于相应切换阀的最大切换频率。换句话说：该弹道式的操控脉冲的持续时间是短于相应切换阀10、12、14、16的最小切换时间。
液压缸2的通过所示控制装置的压力介质供给按照所谓的进口测量-出口测量-(MMO)-方法实现，其中在原理上存在两个可能方案。这两个可能方案的共同之处在于，向液压缸2输送或从中排出的、为实现所期望的腔压力或缸位置所需的压力介质体积是已知的或者可以根据实时的压力和位置被近似地确定。因此切换阀10、12、14、16的接通持续时间遵从于为设定缸位置所需的压力介质体积。其中该切换阀10、12、14、16对于最小所需的压力介质体积而言可以按照所述的弹道方式运行。对于较大的压力介质体积也可以进行按照“标准的”PWM或以其他方式的操控。因此例如这些DFCU正如其在图3所示实施例 中所描述的那样具有多于一个的前述切换阀。每个DFCU的切换阀可以对“标准”PWM代替地或补充地以脉冲编码模式工作。
操作磁体30、32、34、36的通电通过控制单元40实现，该控制单元通过信号线路42、44、46、48与操作磁体30、32、34、36连接，以使将它们切换至通电或无电。
在本发明实施例中压力介质的这种定量输入或者说排出通过切换阀10、12、14、16的打开持续时间实现，其中通过它们将一个压力室闭锁，同时向另外的压力室输入压力介质体积或从这个压力室中排出压力介质体积。这就是说，因此活塞4几乎可以说支撑在被闭锁的油体积上，其中在这个压力室中的压力则根据输入或排出的体积变化。活塞4的运动则与之相应地按照在得到闭锁的压力室中压力介质的压缩或减压来实现。这使得活塞4能够非常精确地控制地运动。
其中一方面存在这样的可能性，即，将进流阀应用在液压负载的一个侧面上并将排流阀应用在该液压负载的另一个侧面。这样例如对于在图1中的线路来说能够使切换阀14和10得到操控，而两个另外的切换阀12、16则保留在它们的闭锁位置上。其中这两个控制从P→B和从A→T的压力介质连接的切换阀10、14可以相互时间上错开地得到操控。在原理上也可能的是，这个用于控制与储箱压力连接的切换阀根本不被操控。
这个在此优选的第二方案在于，操控为一压力室配设的进流和排流阀。在具体情况下应该向环形室8输入压力介质体积或从中排出压力介质体积，从而相应地如在图1中表示地那样来操控切换阀14、16，同时两个为压力室6配设的切换阀10、12不通电并因此保留在它们的关闭位置上。该操控脉冲在图1中用up和ut象征性表示。在此假设，这个操控是按照弹道方式实施的。其中优选的是，实施向具有实时较大压力介质体积的压力室中的压力介质输入或者说将压力介质从其排出，因为它可以被更强烈地压缩并因此能实现一个更灵敏的流体计量添加。在图1所示的实施例中与之对应地则实施向环形室8的压力介质体积输入或者说从其中排出压力介质体积，该环形室实时具有与压力室6相比较大的压力介质体积。
对于这种所选择的阀门切换组合来说例如一个借助预先给定参数的算法来生成不同持续时间的打开脉冲和源自于其的脉冲组合以用于操控这两个切换阀 14、16。作为选择，该脉冲组合也可以人工方式被预先给定。
除了这种组合外对于所选出的切换阀也可以设想所述打开脉冲的时间上的偏移，也就是说阀门不被同步地切换。
下面作为例子将精确地描述脉冲组合的生成。
其中脉冲长度tpuls可以作为时间单元t1的多倍预先给定。这个时间单元t1一般对应于控制单元40的取样时间。其中该时间t1应该小于阀门的切换时间tschalt(＝完全打开的时间)。在此假设，该时间单元t1＝tschalt/5。如果从现在起作为数倍来预先给定例如[046]，则按照下面插入的表格1来给出可能的脉冲组合。
对于这些不同的脉冲组合来说算出相应组合预期生成的体积。接着将那些具有所算出的与所需的流体体积Volref相应的脉冲组合选出，所述流体体积被输入至液压缸2或从其中排出，以便设定所期望的缸位置。然后这个以此方式求得的脉冲组合通过控制单元40被发送给操作磁体14、16。
在图2的图示中作为例子描述了阀门在脉冲长度tpuls＝6t1的情况下的切换状态。
如已介绍的那样，其中不仅进流阀而且排流阀都可以相互错开地操控。在原理上也可能的是，仅仅操控这两个切换阀14、16中的其中一个。在原理上还可能的是，为了设定预先确定的缸位置或缸的运行速度而以先前描述的方式向两个压力室6、8输入压力介质或从其中排出压力介质。
在前面描述的实施例中每个DFCU只设有一切换阀10、12、14、16，其依照上面介绍的策略被操控。图3表明了一个变型方案，其中每个DFCU包括多 个并联的切换阀，其中DFCU的每个单个的切换阀至下一个切换阀的单个流量按理想方式加倍。因此能通过这种DFCU控制的最大可实现的流量则由单个切换阀的单个流量的总和给出。因此通过DFCU的体积流的分解被限制在2n-1级上。因此在例如五个阀门情况下体积流的分解被限制25-1＝31上。这种分解或者说分解率的提高通过应用另外的切换阀或通过单个切换阀的脉冲宽度调制的操控(直至弹道式操控)是可能实现的。
在原理上就是涉及缸2的精确定位的本发明方法中，相应地每个DFCU的“最小的”切换阀10、12、14、16被应用于操控。原理上可能的是，按照传统控制的形式以比较大的速度使缸运动到一个预先确定的位置的区域中并然后按照前述的方法在利用得到闭锁的流体体积的压缩性的情况下实施该精确定位。
公开了一种用于操控具有两个压力室的负载的方法和一种用于操控负载的数字液压的控制装置，其中为了操控负载而能够可向压力室输入预先确定的压力介质体积或将压力介质体积从其中排出。
附图标记清单：
1控制装置
2液压缸
4活塞
6压力室
8环形室
10切换阀
12切换阀
14切换阀
16切换阀
18工作线路
20工作线路
22弹簧
24弹簧
26弹簧
28弹簧
30操作磁体
32操作磁体
34操作磁体
36操作磁体
40控制单元
42信号线路
44信号线路
48信号线路。

Claims (12)

1.用于对具有两个压力室（6、8）的负载进行数字液压操控的方法，所述压力室中的至少一个能够通过切换阀装置闭锁，能够与压力介质源或压力介质耗降端相连接，具有如下步骤：
a）确定要向一个压力室（6、8）输入的或要从这个压力室排出的压力介质体积，以便设定预先确定的额定-腔压力或预先确定的额定-负载-位置；
b）如此操控所述切换阀装置，从而向所述一个压力室（6、8）输入预先确定的压力介质体积或将预先确定的压力体积从这个压力室中排出；
c）检测实际-压力或实际-负载位置并视情况重复步骤a）、b）直至呈现额定状态。
2.按权利要求1的方法，其中为每个压力室（6、8）配设切换阀装置。
3.按权利要求1或2的方法，其中改变相应切换阀装置的打开持续时间，以便输入或排出期望的压力介质体积。
4.按权利要求3的方法，其中相应闭锁一个压力室（6、8），同时将所述压力介质体积向另外的压力室（6、8）输入或从这个压力室中排出。
5.按权利要求1或2的方法，其中将具有较小的压力介质体积的压力室（6）闭锁并将具有较大压力介质体积（8）的另外的压力室通过所述阀装置与所述压力介质源或所述压力介质耗降端相连接。
6.按权利要求1或2的方法，其中为每个压力室（6、8）配设进流阀（12、14）和排流阀（10、16）并且其中将一个压力室（6、8）的进流阀（12、14）和另外的压力室（6、8）的排流阀（10、16）以交替方式或以叠加方式操控，以便设定额定-状态。
7.按权利要求1或2的方法，其中使所述切换阀（10、12、14、16）的操控按照脉冲组合进行，所述脉冲组合从具有不同脉冲持续时间的脉冲组合的表格中选出。
8.按权利要求1或2的方法，其中所述切换阀的打开持续时间低于相应切换阀（10、12、14、16）的接通时间。
9.按权利要求1或2的方法，其中所述预先确定的额定-负载-位置是液压缸（2）的活塞位置。
10.用于操控具有两个压力室（6、8）的负载的数字液压的控制装置，其中为至少一个压力室配设了相应作为切换阀构造的进流和排流阀，通过其能够将这个压力室闭锁，能够与压力介质源或压力介质耗降端连接，并且具有用于操控所述进流阀和所述排流阀的控制单元（40），从而在这个压力室中或在另外的压力室中的腔压力或额定-负载位置能够借助为这个压力室配设的进流阀和排流阀通过在所述另外的压力室中源自输入或排出压力介质体积的压力介质的压缩或减压来设定。
11.按权利要求10的控制装置，其中为每个压力室（6、8）配设了进流阀和排流阀。
12.按权利要求10或11的控制装置，其中所述控制单元（40）被设置用于按权利要求1至9之一的方法来操控所述切换阀（10、12、14、16）。
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