CN104074843B - 具有转速可调的驱动机的液压装置和用于其的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有转速可调的驱动机的液压装置和用于其的控制方法，对于具有转速可变的驱动机和液压机的液压装置来说，可以根据在液压机的入口中的压力限制液压机的至少一个功率参数和/或液压机的功率参数的至少一个时间导数。此外还涉及一种用于控制这种装置的控制方法。

Description

具有转速可调的驱动机的液压装置和用于其的控制方法
技术领域
本发明涉及一种按权利要求1的前序部分所述的液压装置和一种按权利要求8的前序部分所述用于控制该液压装置的方法。
背景技术
传统的液压装置具有大多设计成电动机的、转速可调的驱动机，用于向液压的消耗设备供应压力介质或压力介质体积流量的液压机可以通过该驱动机被驱动。液压机具有入口和工作管路，液压机通过该入口抽吸压力介质或压力介质通过该入口流向液压机以及液压机通过该工作管路供应消耗设备。
这些装置的缺陷在于，基于驱动机在入口中或在液压机的吸入侧上的很高的调整活力和很宽的转速范围，在超过临界的压力介质体积流量时，会面临液压机的气蚀和受损。
为了避免这一点，已知若干针对入口的布设措施以及限定了针对压力介质的特性，其中，液压机的特性参量，例如它的最大压力介质体积流量，被接纳到布设中。
对此的缺陷在于，在实践中经常基于变化的要求而必须对液压装置进行修正，其中，例如可能出现的是，入口经历了几何形状的改变或液压机经历了位置改变。因为由此可以改变入口的动力学和流体静力学，所以尽管认真布设，结果仍不再能排除气蚀。
为了能更进一步在实际上在装置中存在的运行条件下建立起防气蚀保护，已知的是，仅在于容器中测量的压力介质温度的允许的区间内容许液压机的不受限制的功率。若温度测量处在区间外时面临气蚀，那么驱动机的以及因而液压机的功率限制就开始生效。
这种解决方案的缺陷也在于，它没有解决与所述的修正相关联的问题以及仍然可能出现气蚀。
发明内容
与此相对，本发明所要解决的技术问题是，创造一种液压装置，其带有可靠的防气蚀保护。
该技术问题通过一种带有权利要求1特征的液压装置以及通过一种带有权利要求8特征的用于控制该液压装置的方法解决。
液压装置的有利的扩展设计在权利要求2至7中说明，方法的有利的扩展设计则在权利要求9和10中说明。
液压装置具有转速可调的、尤其是转速经调节的驱动机以及能被这个驱动机驱动的液压机。后者设置用于至少一个液压的消耗设备的压力介质供应。按照本发明，液压机的至少一个功率参数和/或液压机的功率参数的至少一个时间导数能够至少根据液压机的特别是绝对的入口压力被限制。
一旦在入口中预期有表明气蚀的入口压力，那么以此方式就能限制液压机的功率或功率的改变率。通过这种功率限制可以确保入口压力在液压机的任一运行工况下都足够高，以便防止在液压机中以及在入口中的气蚀。相比公知的解决方案，即气蚀应当通过根据压力介质容器的所监控的压力介质温度采取的功率限制而被阻止的解决方案，这种解决方案的优势在于，它能根据一个参数进行，该参数能在“原处”，亦即在应当防止气蚀的那个地方被测量。功率限制的这种形式因此更为可靠。
入口压力是在液压机的入口中的压力。入口指的是通向液压机的压力介质输入处，其相比液压机的工作压力和消耗设备的压力介质供应具有较低的压力水平。
液压机可以在开放的或闭合的液压回路中与液压的消耗设备连接。在开放的回路中，入口可以是吸入管路，其浸入到压力介质贮存器的液位下方，因而压力介质能被液压机抽吸。入口压力于是尤其可以被称为吸入压力。
功率参数是液压机或驱动机的可变的，尤其是可调整的数值，液压机的功率，尤其是它的压力介质体积流量可能受到该该数值的影响。时间导数是功率参数的变化率以及因此对液压机的功率的变化率有影响。
液压机优选作为液压泵设计用于压力介质供应。它可以设计有可调整的或恒定不变的排量以及能以在单象限运行、双象限运行或四象限运行中运行。它可以例如设计成斜盘式或斜轴式构造类型的轴活塞机。
优选设置液压机的压力介质体积流量作为能被限制功率参数。作为备选或补充，可以设置液压机的驱动转速、液压机的驱动力矩或驱动机的电流消耗作为能被限制的功率参数。
驱动机优选被设计成电动机。这个电动机具有这样的优势，即，它可以覆盖很大的转速和力矩范围以及具有很高的调整活力。这一点除了针对压力介质体积流量的很大的调整活力外，还实现了对相应的功率参数的快速的调整和限制以避免气蚀。
在第一个优选的备选方案中，设置液压机的转速或与之关联的转速，特别是驱动机的转速作为能被限制的功率参数。液压机于是具有恒定不变的或能调整的排量。在第二种优选的备选方案中，设置液压机的排量作为能被限制的功率参数，该液压机然后当然被设计有能调整的排量。
作为对此的备选，可以将液压机的多个功率参数设置成能被限制的。这些功率参数优选是液压机的转速或与之关联的转速，特别是驱动机的转速以及液压机的排量。液压机然后相应地设计有能调整的排量。这种备选方案提供了这样的优势，即，能达到压力介质体积流量的以及因此针对它的限制的一种特别高的调整活力。
在一种优选的扩展设计中，设置液压机的转速的或与之关联的转速的，特别是驱动机的转速的变化率或液压机的排量的变化率作为能被限制的时间导数。
在此当然也合适的是，可以设置两个提到的导数，亦即转速的导数和排量的导数或多个时间导数作为能被限制的时间导数。
在一种特别优选的扩展设计中，所述装置具有控制机构，控制机构被这样设计，即，通过它可以至少根据入口压力求出至少一个功率参数的额定值极限和/或至少一个时间导数的额定值极限。
一个或若干额定值极限优选被设置用于传递给装置的上一级的调节单元，消耗设备的调节参量可以通过该调节单元被调节。
为了能够如上所述求出一个或若干额定值极限，装置的一种扩展设计优选具有针对每一个入口的压力检测单元，例如压力传感器。在泵运行中有液压机的仅一个转动方向的开放的回路中，装置具有仅一个压力检测单元，因为入口保持不变。在入口可以根据转动方向和/或消耗设备的负载情况更替的闭合的回路中，装置优选在每一个工作管路/每一个入口中都具有一个压力检测单元。
在后者提到的情形下，控制机构优选被这样设计，即，通过它可以从工作管路和进入管路的两个压力中求出小于入口压力的压力。
在一种优选的扩展设计中，控制机构被这样设计，即，通过它可以根据一个或多个时间导数求出一个或多个额定值极限。以此方式可以考虑到针对液压机的不同的运行工况，例如静止的、非静止的、加速的、制动的运行工况的不同的额定值极限。
为此，装置的一种扩展设计优选针对每一个能被限制的功率参数具有一个检测单元。就转速而言优选是转速检测单元，例如在液压机或驱动机的驱动轴上的转速传感器。对排量而言，则优选是布置在液压机上或液压机内的行程或角检测单元。
在一种优选的扩展设计中，控制机构被这样设计，即，通过它可以求出一个或多个时间导数。
控制机构为此在一种扩展设计中优选具有存储器单元和处理器单元，在存储器单元中可以储存一个或多个功率参数的在一段时间内检测到的实际值，通过处理器单元则可以从所检测的经储存的实际值中求出/计算出一个或多个时间导数。
在装置的一种优选的扩展设计中，这个装置具有调节单元，通过调节单元可以调节液压的消耗设备的至少一个调节参量，特别是压力介质体积流量或其工作压力。在此，可以将调节偏差和一个或多个额定值极限输入给调节单元以求出至少一个调整参量。对功率参数的按本发明的限制然后通过考虑到额定值极限而经由调节单元变得有效。
在此，控制机构或与调节单元分开地布置，或与这个调节单元集合成一个驱动调节器。
一种用于控制按前述说明的至少一个方面构造的液压装置的方法，按照本发明具有步骤“至少根据入口压力限制至少一个功率参数和/或至少一个时间导数”。随这种限制变得有效的优势，在之前已经被充分阐释，因此此处参考前述说明。
在该方法的一种特别有利的扩展设计中，首先检验限制究竟是否有必要。为此，该方法在步骤“至少根据入口压力限制至少一个功率参数和/或至少一个时间导数”之前具有两个步骤“检测入口压力”和“求出入口压力与允许的入口压力的偏差”。紧接着这两个步骤的是根据该偏差进行步骤“至少根据入口压力限制至少一个功率参数和/或时间导数”。若入口压力例如处在允许的入口压力之上，那么不必进行任何限制，因为不会面临气蚀。反之，若入口压力小于或等于允许的入口压力，那么就会面临气蚀以及要进行限制。
为了在限制它的一个或若干功率参数时一并考虑到液压机的运行工况，该方法的一种特别优选的扩展设计在步骤“求出入口压力与允许的入口压力的偏差”之前具有步骤“求出液压机的转速的时间导数”以及“根据转速的时间导数求出允许的入口压力”。在此，转速的时间导数允许推断，液压机是否处在加速的、制动的或静止的运行工况中。因此可以为不同的运行工况限定不同的允许的入口压力。在加速的过程中，允许的入口压力例如可以在短时间内相对其静止的值下降，以便实现加速。
附图说明
接下来借助四个附图详细阐释按本发明的液压装置的三个实施例和按本发明的方法的一个实施例。附图中：
图1示出了液压装置的第一个实施例；
图2示出了液压装置的第二个实施例；
图3示出了液压装置的第三个实施例；以及
图4示出了方法的一个实施例。
具体实施方式
按照图1，液压装置1具有一个设计成电动机的、转速可调的驱动机2和一个设计成有恒定不变的排量的、斜盘式构造类型的轴活塞机的液压机4。后者通过一根驱动轴6与驱动机2机械地联接。
通过在规定的运行中作为液压泵工作的液压机4可将压力介质体积流量经由一条工作管路10供应给液压的消耗设备8。液压机4通过进入管路或入口12与料箱T连接。在此，在入口12中象征性地针对进入管路的流动阻力设一个节流器14。压力介质可以通过回流管路16从液压的消耗设备8在开放的液压的回路中朝着料箱T回引。
此外，液压装置具有调节单元18和控制机构20。调节单元18通过信号线路22与压力检测单元24连接，在工作管路10中的工作压力pA可以通过该压力检测单元检测。调节单元18此外还具有输入端，工作压力的额定值pAsoll可以通过该输入端输入。调节单元18具有第一调节器26，通过它可以求出额定转速nsoll。通过第二调节器28从中求出驱动机2的额定电流Isoll以及将该额定电流传递给这个驱动机。
控制机构20通过信号线路30与压力检测单元32连接，通过该压力检测单元可以读出在节流器32和液压机4之间的入口或吸入压力pS。控制机构20还通过信号线路34与转速检测单元36连接，通过其可以检测驱动轴6的转速。控制机构20具有存储器单元38和处理器单元40。
工作压力的额定值pAsoll在液压装置1的按规定的运行中被预定以及输送给调节单元18。工作压力的实际值pA被压力检测单元24检测以及传递给调节单元18。由两者的差引起的调节偏差作为输入参数进入第一调节器26。同时通过转速检测单元36检测驱动轴6的转速n以及通过压力检测单元32检测吸入压力pS并且将它们传递给控制机构20。被检测单元32、36检测到的值在此被储存在控制机构20的存储器单元38中。由所储存的针对转速n的值在合适的时间间隔内形成了它的时间导数dn/dt。换句话说，由功率参数即液压机4的转速n求出时间变化率。这是针对液压机4的加速、制动或静止的一种尺度。根据液压机4的通过导数表征的运行工况，通过控制机构2求出允许的吸入压力pSzul。针对液压机4的静止运行，这个吸入压力例如是0.8 bar的绝对值，在正的时间导数中，亦即在液压机4的加速中，它为0.6 bar的绝对值。
通过控制机构20求出实际上的吸入压力pS与允许的吸入压力pSzul的偏差。若这个偏差大于零，那么控制机构20求出功率参数转速n的界限，亦即额定值极限nlim+。这个额定值极限被传递给调节单元18的第一调节器26以及被这个调节单元在计算额定转速nsoll时考虑到。若从工作压力p的调节偏差产生了一个额定转速nsoll，其大于nlim+，那么额定转速nsoll被限制在nlimt+。通过调节单元18将转速的额定值nsoll与实际的转速n相比以及倘若存在差，那么这个差进入第二调节器28以求出额定电流isoll。
通过根据在液压机4的入口12内的绝对吸入压力pS对驱动机2的额定转速nsoll的前述限制，确保了吸入压力的最小允许的值pSzul不会被未超出以及排除了对液压机4的气蚀损伤。
对下文中说明的实施例2和3适用的是，仅详细探讨与第一个实施例的区别。在其它方面它们对应第一个实施例。在此，在这些实施例中被相同地构造的构件或部件，用保持不变的附图标记标注。
按图2的液压装置101的第二个实施例具有一个相对第一个实施例有所修正的控制机构120，除了转速的额定值极限nlim+外，通过该控制机构还能求出针对电流i和驱动力矩M的额定值极限以及能够将它们传递给第二调节器128。电流i的额定值极限是ilim+以及驱动力矩M的额定值极限是Mlim+。以此方式可以限制驱动轴6的加速度以及因此限定在工作管路10中和入口12内的压力介质的加速度，从而能够阻止基于加速效应引起的气蚀。
与两个前述实施例不同的是，按图3的液压装置201具有液压的消耗设备208，其在一个闭合的液压的回路中与液压机4连接。液压机4按规定可以在两个象限内，也就是说在有正转动方向和负转动方向的泵运行内运行。同样可以考虑四象限运行。转动方向与两个前述的实施例类似地用各一个弯曲的箭头以相应的符号标出。
随多象限运行而来的是，液压机的入口随象限更替（转动和输送方向更替）而更替。工作管路10因此根据转动和输送方向可以是工作管路或进入管路。同样的说明也适用于工作管路或进入管路212。因此通过已经提到的压力检测单元24随运行方式的不同检测在相应的管路10内的工作压力或入口压力。压力检测单元32连接在管路212上，通过该压力检测单元可以根据转动和输送方向或检测工作压力或检测入口压力。
所检测到的工作压力p通过信号线路222呈报给调节单元218以及入口压力pS通过信号线路230呈报给控制机构220。区分机构242接在这个控制单元之前，其由被压力检测单元24、32检测到的压力求出小于入口压力pS的压力和大于工作压力p的压力。
基于在泵运行中的不同的转动方向，控制机构220被相对第二个实施例这样修正，即，针对每一个额定值极限nlim、ilim和Mlim，既能求出一个用于正的转动方向的值也能求出一个用于负的转动方向的值。后者用“-”表明以及另一个用“+”表明。
与所示的实施例不同的而是，液压机4或204设计有能调整的排量。于是作为对转速n、电流I或驱动力矩M的前述限制的备选方案或补充，可以通过相应修正后的控制机构实现对功率参数即排量和/或其时间导数的限制，以便阻止在相应的入口中的气蚀。
对全部所说明的实施例适用的是，可以向控制机构20；120；220输送液压机4的机器专有的特性参量41，以便优化对功率参数和/或功率参数的时间导数的限制。这些可以例如是：液压机4；204的标称排量或最大允许加速度或最大允许转速或摩擦系数或泄漏值。
图4最后示出了按本发明的控制方法，如参考前述对图1的说明逐步阐释的那样。在此，大致同时进行步骤50“检测入口压力pS”和步骤60“检测转速n”。紧接最后提到的步骤进行步骤70“求出转速n的时间导数”。在此求出的针对导数的值被传递给步骤80“求出允许的入口压力pSzul”。该值在此按照图1的前述说明求出。紧接着进行的是，将所检测的入口压力pS和允许的入口压力pSzul传递给步骤90“求出入口压力pS与允许的入口压力pSzul的偏差”。紧接着根据在此求出的偏差进行对功率参数的限制和/时间导数的限制，从而防止了在入口中的气蚀。
公开了一种带有转速可变的驱动机和液压机的液压装置，其中，可以根据在液压机的入口中的压力限制液压机的至少一个功率参数和/或液压机的功率参数的至少一个时间导数。
此外还公开了一种用于控制这种装置的控制方法。
附图标记
1；101；201 液压装置
2 驱动机
4；204 液压机
6 驱动轴
8；208 液压的消耗设备
10 工作管路
12；212 进入管路
14 节流器
16 回流管路
18；118；218 调节单元
20；120；220 控制机构
22；222 信号线路
24 压力检测单元
26；226 第一调节器
28；128；228 第二调节器
30；230 信号线路
32 压力检测单元
34 信号线路
36 转速检测单元
38 存储器单元
40 处理器单元
41 特性参量
242 区分机构

Claims (9)

1.液压的装置，具有转速可调的驱动机（2），用于为至少一个液压的消耗设备（8；208）供应压力介质的液压机（4；204）能够通过该驱动机被驱动，其特征在于，液压机（4；204）的至少一个功率参数和/或液压机（4；204）的功率参数的至少一个时间导数能够至少根据液压机（4；204）的入口压力pS、pA、pB来限制，其中，所述装置具有控制机构（20；120；220），该控制机构被设计成，通过它能够至少根据入口压力求出至少一个功率参数的额定值极限和/或至少一个时间导数的额定值极限。
2.按权利要求1所述的装置，其中，设置液压机（4；204）的转速n或液压机（4；204）的排量作为能被限制的功率参数。
3.按权利要求1或2所述的装置，其中，设置液压机（4；204）的转速n的变化率或液压机（4；204）的排量的变化率作为能被限制的时间导数。
4.按权利要求1所述的装置，其中，控制机构（20；120；220）被设计成，通过它能够根据一个或多个时间导数求出一个或多个额定值极限。
5.按权利要求1或4所述的装置，其中，控制机构（20；120；220）被设计成，通过它能够求出一个或多个时间导数。
6.按权利要求1或4所述的装置，具有调节单元（18；118；218），通过调节单元能够调节液压的消耗设备的至少一个调节参量，并且为了求出至少一个调整参量而能够将调节偏差和一个或多个额定值极限输送给该调节单元。
7.用于控制按前述权利要求任一项构造的液压的装置（1；101；201）的方法，其特征在于步骤
- “至少根据入口压力pS、pA、pB限制至少一个功率参数和/或至少一个时间导数”。
8.按权利要求7所述的方法，其中，在步骤“至少根据入口压力pS限制至少一个功率参数和/或时间导数”之前进行
- “检测入口压力pS”以及
- “求出入口压力pS与允许的入口压力pSzul的偏差”
的步骤，并且其中根据该偏差进行步骤“至少根据入口压力pS限制至少一个功率参数和/或时间导数”。
9.按权利要求8所述的方法，其中，在步骤“求出入口压力pS与允许的入口压力pSzul的偏差”之前进行
- “求出液压机（4；204）的转速n的时间导数”以及
- “根据转速n的时间导数求出允许的入口压力pSzul”
的步骤。
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