CN104093915A - 用于液压流体系统的电子负载下降保护 - Google Patents

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CN104093915A CN201380006140.3A CN201380006140A CN104093915A CN 104093915 A CN104093915 A CN 104093915A CN 201380006140 A CN201380006140 A CN 201380006140A CN 104093915 A CN104093915 A CN 104093915A
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Abstract

一种控制阀(206)的方法，包括检测流体源(202)处的供给压力，以及检测活塞(214)的第一侧处的第一端口(208)压力。当所述供给压力超过所述第一端口压力时，控制器(224)将所述阀从关闭位置致动至第一打开位置。此后，当所述供给压力小于所述第一端口压力时，所述控制器将所述阀致动至所述关闭位置。

Description

用于液压流体系统的电子负载下降保护
相关申请的交叉援引
本申请于2013年1月4日作为PCT国际专利申请提交，且要求于2012年1月20日提交的序列号为No.61/588,919的美国专利申请的优先权，以引用方式将该文献整体并入本文。
背景技术
传统上，液压控制系统使用机械止回阀用以确保抵抗重力的负载不会在与指令速度相反的方向上移动。这样，止回阀确保了来自泵的供给压力比相关联的致动器或缸上的端口压力大。图1中描绘了一个这样的液压控制系统100。系统100包括用于从流体贮器104中抽取液压流体的泵102。迫使泵排量向上以抵抗重力G。二通阀106包括第一打开位置106a、第二打开位置106b及关闭位置106c。当阀106处于第一位置106a时，来自泵102的流体被输送至活塞缸110的第一端口108。当阀106处于第二位置106b时，来自泵102的流体被输送至活塞缸110的第二端口112。随着流体被输送到两个端口中的一个端口108、112，活塞114在缸110内移动，并迫使液压流体从两个端口中的另一端口112、108流出。当阀106处于关闭位置106c时阻止了所述流体流入或流出活塞缸110。
止回阀116定位在泵102的出口与阀106之间。当阀106处于第一位置106a时，止回阀116防止活塞缸110中的流体的过高排出压力/压头将泵102的输出流体压回。止回阀常用在逆着重力抽取流体的系统中，所述止回阀却易遭受污染或损坏，这会妨碍正确的操作。
发明内容
在一个方案中，本发明涉及用于对阀进行控制的方法，该方法包括：检测流体源处的供给压力；检测活塞的第一侧处的第一端口压力，所述活塞位于缸中；当所述供给压力大于所述第一端口压力时，将阀从关闭位置致动至第一打开位置；以及当所述供给压力小于所述第一端口压力时，将阀致动至关闭位置。
在另一方案中，本发明涉及液压控制系统，其包括：活塞缸；连接到液压流体源的泵；位于所述活塞缸与所述泵之间的阀；位于在所述泵的出口处的流体管线上的供给压力传感器；位于在活塞缸的第一入口处的流体管线上的第一端口压力传感器；以及可操作地连接到所述阀、供给压力传感器和第一端口压力传感器上的控制器，其中在检测到所述供给压力大于所述第一端口压力时所述控制器发出第一信号以将所述阀从关闭位置致动至第一打开位置，当所述供给压力小于所述第一端口压力时所述控制器将阀致动至所述关闭位置。
附图说明
在附图中示出目前优选的实施例，但应理解的是，本发明不限于所示出的明确布置和装置/设备。
图1是现有技术中的液压控制系统的示意图。
图2是液压控制系统的示意图。
图3是用于液压控制系统的控制逻辑图。
图4描绘了用于控制液压系统的方法。
具体实施方式
现在将详细参照在附图中所示出的本发明的示例性方案。只要有可能，将贯穿附图使用相同的附图标记用以指示相同或相似的结构。
下文描述的本发明应用在使用液压致动器——诸如液压缸、液压马达及由液压流体驱动的其他类型的机械装置——的系统中。液压致动器通常用于工业设备和施工设备(例如，吊臂/吊杆、升降机、摇臂、枢转机构)中。然而，为了清晰说明，将在液压缸的情形下描述下述实施例。
图2描绘了液压控制系统200的示意图。该系统包括泵202、贮器204以及二通阀206。可以是计量阀的阀206具有第一打开位置206a、第二打开位置206b以及关闭位置206c。阀206的位置控制流体输送到活塞缸210的第一端口208或第二端口212。还迫使流体从相对的(另一)端口212、208经由阀206回到贮器204中。取代位于泵202的出口处的机械止回阀，控制系统200包括与控制器224通信的多个压力传感器218、220、222。控制器224还可操作地连接至致动器(未示出)，该致动器在各不同位置206a、206b、206c之间致动阀206。在某些实施例中，控制器224还可以控制和/或操作泵202。
在操作期间，控制器224持续地监控从供给压力传感器218发出的指示泵供给压力的信号。将这些信号与从端口压力传感器220、222持续发出的指示各端口处的压力的信号进行比较。当端口208处的压力(如由传感器220感测到的)大于供给压力(如由传感器218感测到的)时，控制器224使阀206维持在关闭位置206c，从而阻止所述的高流体压力被引向泵202的出口。随着泵202增大供给压力，控制器持续监控由传感器218和传感器220发出的信号。当供给压力等于或大于端口压力时，阀可打开至第一阀位置(在这种情况下，打开至位置206a)。随着计量阀206打开，不断地监控来自各传感器的压力。如果端口压力传感器220、222处的压力超过供给压力传感器218处的压力，则控制器224将致动所述阀到达关闭位置206c用以阻止负载回落。
如上所指出的，阀206还可以是计量阀。在这种情况下，由于对供给压力和端口压力进行监控，所以控制器224可在供给压力与端口压力之间的差(或范围)变小时使计量阀206节流。也就是说，随着端口压力相对于供给压力增大，阀206将节流以避免服务/系统饱和，且避免负载沿着与指令方向相反的方向移动。图3中描绘了所述操作，该图描绘了用于控制液压控制系统——如图2中所示的类型——的控制逻辑图300。在第一状态(302)下，存在非零流量需求，且流动方向从泵出口(即，供给)到缸端口中的一个端口。换句话说，通过泵流动的液压流体被朝向缸的两个端口中的一个端口输送。对端口压力传感器和供给压力传感器进行监控，直至供给压力比端口压力大(304)。更具体地，将供给压力与在所述液压流体将被引向到的端口处的端口压力进行比较。如果供给压力实际上比端口压力大，则阀被致动到激活状态(306)，且随着阀打开液压流体开始流经阀。在某些实施例中，供给压力可由于某因素——百分比或其他参数——而在阀被致动到打开位置之前超过端口压力。在某些实施例中，供给压力可在阀被致动之前超出第一端口压力约5bar。在较高的流速下，可以得到供给压力与端口压力之间的更大的范围。
在阀处于激活状态时，继续监控压力传感器。如果供给压力与适当的端口压力之间的差小于范围或差时(308)，控制器开始使阀朝向关闭位置节流(310)。所述范围或差可以是预先确定的，或相反地是可配置的。所述范围可基于期望的或要求的性能考量、操作员优选选择或其他因素配置而成。阀可继续节流，直到阀完全关闭，或直到负载变化，使得供给压力与适当的端口压力之间的差大于或等于可配置的范围(312)。在这种情况下，阀可返回至其激活状态(306)，并且继续进行激活传感器监控。
图4描绘了控制液压系统的方法400。方法400从计量阀关闭——如上文图2中所描绘的阀——开始(步骤402)。然后，通过操作员控制的选择开关或电子控制开关确定缸端口(步骤404)。一般而言，所述缸的建议用途将指示哪个端口应被确定。在这种情况下，经确定的端口将限定出在所述方法期间将与供给压力Ps进行比较的端口压力Pp。对供给压力Ps进行检测(步骤406)，且将指示该供给压力的信号发送至控制器。然后，检测端口压力Pp(步骤408)，且将指示该端口压力的信号发送至控制器。此后，进行供给压力Ps与端口压力Pp的比较(步骤410)。如果供给压力Ps小于端口压力Pp，则阀保持关闭(且控制算法返回至步骤402)。如果供给压力Ps大于端口压力Pp，则阀打开(步骤412)。阀可以根据用户要求和/或可编程写入到控制器中的多个因素而完全打开或按计量打开。在该实施例中，阀完全打开。继续对供给压力Ps和端口压力Pp进行监控。如果供给压力Ps未处于端口压力Pp的范围内(步骤414)，则阀保持打开(即，控制算法返回至步骤412)，并继续监控。然而，如果判定供给压力Ps处于端口压力Pp的范围内，则阀节流(步骤416)。如果阀尚未节流至关闭(步骤418)，那么继续进行对供给压力Ps和端口压力Pp的监控以及两个压力之间的比较(如步骤414)。随着供给压力Ps与端口压力Pp相差越来越小的范围，阀继续节流(如步骤416)。当阀已节流至使得该阀关闭或几乎关闭时(步骤418)，所述算法确认阀完全关闭(步骤420)并等待新的指令信号。
可根据具体应用所要求的或所期望的，在制造时或由操作员在现场/实地将不同的范围或差编程写入到控制器中。例如，阀打开至第一流动位置仅可以在达到由第一值限定的“第一打开范围”时发生。对于使阀打开至第二流动位置，可能需要由第二值限定的“第二打开范围”。具有基于缸的流体被传送到的一侧的不同的打开范围在存在安全或其他考量的应用中可以是有利的。当达到打开范围时，阀可以在激活状态下完全打开，或可以打开至最小位置。此后，可能需要限定出具有必须在阀节流开始之前达到的第三值的“开始节流范围”。类似地，由第四值、第五值或更多值限定出的“阶段节流范围”可以与随着阀节流而形成的不同的阀位置相关联。最后，在阀完全重新打开之前可能需要由附加值限定出的“重新打开范围”。在上述示例中，所述范围中的每一个可以由不同的值限定。在其他实施例中，所述范围的一些或全部可由相同的阀限定。所述范围可以压力值的绝对差、百分比差或其他适当的度量标准为特征。
本文所描述的电子传感器被结合到不包括止回阀的液压控制系统中。然而，传感器和控制器也可作为冗余安全系统而用在具有机械止回阀的系统中。另外，控制系统可与具有多于或少于两个位置的阀一起使用，或用在具有多个阀的系统中。简而言之，本文所描述的电子控制系统可用在任何需要阻止或控制回流的液压系统中。此外，本发明所描述的控制系统可在未接收到来自传感器中的一个或多个的信号时或者在所接收到的信号可能指示错误状态/误差条件的情形下自动地(主动地或通过移走弹簧-关闭致动器上的动力)使阀移动至关闭位置。在其他实施例中，信号可以预先确定的时间间隔被发送至控制器和/或由控制器接收，这可在制造期间或在现场/实地编制成程序。此外，信号可持续地发送至控制器，但是控制器可以仅使用这些信号的较小的子集以用于所需的供给压力与端口压力之间的比较。
上文所描述的液压控制系统可以作为在单个包装或多个包装中的成套用具出售。所述成套用具可包括控制器、压力传感器、泵、阀，等等。替代地，控制器可作为单个独立单元出售。用户可然后单独地从第三方或泵供应商处获取各种阀、传感器、致动器，等等。如果需要，(成套用具中)可包括控制线，然而包含在所述成套用具中的说明书也可以详细说明基于具体安装/装置的所需的线的类型。
此外，电子控制器可装有使用所述系统所要求的必需的软件或固件。在替代构型中，如果PC(个人电脑/计算机)用作控制器，或者如果PC与控制系统或泵系统配合用作用户或服务界面/接口，则软件可包含在各种类型的存储介质(CD/光盘、DVD/光碟、USB驱动器，等等)中以用于上传至标准PC。此外，成套用具说明书中可包括用于从互联网的网站下载程序的网站地址和密码。
本文所描述的控制算法技术可以硬件、软件或硬件与软件的组合形式实现。本文所描述的技术可以集中方式在一个计算机系统中实现，或以分散方式在不同的元件遍布多个相互连接的计算机系统的情形下实现。适于执行本文中所描述的方法的任意类型的计算机系统或其他设备都是适用的。硬件和软件的典型组合可以是具有这样的计算机程序的通用计算机系统，即，所述计算机程序在被加载到计算机系统并被执行时控制该计算机系统，使得该计算机系统执行本文所描述的方法。然而，由于还设想到所述(控制算法)技术被用在重型施工设备上，所以可能需要包含有必需的操作员界面(缸控制开关，等等)的独立的硬件系统。
本文所描述的(控制算法)技术还可嵌入到计算机程序产品中，该计算机程序产品包括能够使本文所描述的方法得以执行的所有特征，并且当该计算机程序产品被加载到计算机系统内时其能够执行这些方法。本文中的计算机程序是指指令组/指令集的利用任意语言、编码或符号的任意表达式，所述指令组/指令集用于使具有信息处理能力的系统直接地执行特定功能，或在a)转换成另一语言、编码或符号和/或b)以不同的材料形式复制(拷贝)之后使所述具有信息处理能力的系统执行特定功能。
虽然本文中已经对应被理解为是本发明的示例性和优选的实施例的内容进行了描述，但对于本领域技术人员而言，本发明的其他变型将通过本文的教导而显而易见。本申请中公开的特定的本发明工作方法和几何构型本质上是示例性的且不应被理解为限制性的。因此，期望落入所述技术的精神和范围内的这些变型通过所附权利要求得到保护。因而，希望由专利证书保护的是在所附权利要求中限定和区分的技术以及全部等同方案。

Claims (12)

1.一种控制阀的方法，所述方法包括：
检测流体源处的供给压力；
检测活塞的第一侧处的第一端口压力，所述活塞位于缸内；
当所述供给压力超过所述第一端口压力时，将所述阀从关闭位置致动到第一打开位置；以及
当所述供给压力小于所述第一端口压力时，将所述阀致动到所述关闭位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
检测所述活塞的第二侧处的第二端口压力；以及
当所述供给压力超过所述第二端口压力时，将所述阀从所述关闭位置致动到第二打开位置。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测步骤中的至少一个检测步骤以预先确定的时间间隔发生。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测步骤中的至少一个检测步骤是持续的。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括当所述第一端口压力和所述第二端口压力中的至少一者与所述供给压力之间的差包含预先确定的参数时，将所述阀朝向所述关闭位置致动。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括当所述供给压力比所述第一端口压力高大约5bar时，将所述阀朝向所述关闭位置致动。
7.一种液压控制系统，包括：
活塞缸；
连接到液压流体源的泵；
位于所述活塞缸与所述泵之间的阀；
位于在所述泵的出口处的流体管线上的供给压力传感器；
位于在所述活塞缸的第一入口处的流体管线上的第一端口压力传感器；和
可操作地连接至所述阀、所述供给压力传感器以及所述第一端口压力传感器的控制器，
其中所述控制器在检测到供给压力大于第一端口压力时发出第一信号以将所述阀从关闭位置致动至第一打开位置，以及
所述控制器在所述供给压力小于所述第一端口压力时将所述阀致动至所述关闭位置。
8.根据权利要求7所述的液压控制缸，其特征在于，所述液压控制缸还包括位于在所述活塞缸的第二入口处的流体管线上的第二端口压力传感器，其中所述控制器在检测到供给压力大于第二端口压力时发出第二信号以将所述阀从所述关闭位置致动至第二打开位置。
9.根据权利要求7所述的液压缸，其特征在于，所述控制器以预先确定的时间间隔对所述供给压力和所述第一端口压力中的至少一者进行检测。
10.根据权利要求7所述的液压缸，其特征在于，所述控制器持续地检测所述供给压力和所述第一端口压力中的至少一者。
11.根据权利要求7所述的液压缸，其特征在于，当所述第一端口压力和所述第二端口压力中的至少一者与所述供给压力之间的差包含预先确定的参数时，所述控制器将所述阀朝向所述关闭位置致动。
12.根据权利要求7所述的液压缸，其特征在于，在所述供给压力比所述第一端口压力高大约5bar时，所述控制器将所述阀朝向所述关闭位置致动。
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