CN104763693B - 转矩极限控制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及转矩极限控制。原动机藉由动力输出(PTO)装置将动力输送至单独的液压回路。在一些情形中，液压回路中的一者的峰值转矩需求可引起全部液压回路的总转矩超出PTO的额定转矩。一种设备测量第一液压回路中的液压流体压力，并且调节第二液压回路中的液压流体压力。因为压力与泵的转矩直接相关，所以通过基于第一液压回路中的当前压力调节第二液压回路中的压力可将总转矩限制在PTO最大转矩额定值以下。与第二液压回路的例如为机具提供动力的功能相比而言，第一液压回路可具有更高的优先级功能，诸如转向操纵。

Description

转矩极限控制

技术领域

本发明涉及液压式工具，更具体地涉及限制液压式工具所呈现的转矩(的方法)。

背景技术

动力输出(PTO)单元可用于在诸如柴油发动机的原动机与一个或多个液压泵之间输送动力。在使用两个或更多个液压泵的应用中，组合液压泵的总转矩尤其在瞬时状态中可能超过PTO装置和/或原动机的转矩额定值。这会导致原动机的灾难性故障。

一个示例是道路压实机，其利用一个液压泵驱动转向操纵回路，并利用另一液压泵驱动压实机单元。压实机单元的启动会在压实机液压泵的液压回路中引起非常高的瞬时压力。如果这在正进行转向操纵、诸如翻越突坡时发生，则由此引起的相应压力回路中的总压力需求会进而在液压泵处形成很高的转矩。通过PTO反馈回原动机的组合转矩可导致PTO或原动机的齿轮系的关键构件的机械故障。

美国公开专利申请20070079533(‘533申请)公开了一种液压系统，其将传感器用在用于积雪路面整理的机器中的具有压实器的液压回路上。当液压回路中的压力超出预先编程的压力值时，液压回路中的传感器打开旁通阀，用以旁通绕过压实器。‘533申请没有教导测量多液压回路中的总压力以便确定何时应当减小所述多液压回路的仅一个液压回路中的压力。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种动力管理系统包括构造成将机械动力输送至多个液压泵的动力产生设备。该设备可包括具有由所述动力产生设备供给动力的第一液压泵的第一液压回路，和具有由所述动力产生设备供给动力的第二液压泵的第二液压回路。该动力管理系统还可包括联接至所述第一液压回路和第二液压回路的阀。该阀可构造成根据由所述第一液压泵施加在所述动力产生设备上的转矩负载来限制所述第二液压回路中的压力。

根据本发明的另一方面，一种用于管理机械动力系统中的动力的设备可以包括具有第一压力的第一液压回路，和具有第二压力的第二液压回路。该设备还可包括压力传感器和联接至所述第二液压回路的压力释放阀，所述压力传感器对所述第一液压回路中的第一压力进行测量，所述压力释放阀基于第一压力和第二压力的组合(即，第一压力和第二压力的总和)降低所述第二压力。

根据本发明的又一方面，一种用于管理机械动力系统中的动力的方法可以包括利用由动力产生设备驱动的第一液压泵在第一液压回路中形成第一压力，以及利用由所述动力产生设备驱动的第二液压泵在第二液压回路中形成第二压力。所述方法可以包括基于所述第一压力计算所述第一液压泵的转矩，以及计算所述第二液压回路中的允许压力。所述第二液压回路中的允许压力可以基于所述动力产生设备的转矩容量和所述第一液压泵的当前转矩。所述方法还可包括在所述第二液压回路中的压力达到所述允许压力时排放所述第二液压回路。

这些和其它优点将通过说明书、附图和权利要求而变得明显。

附图说明

图1是转矩极限控制设备的第一实施例的简化的示意性视图；

图2是图1的转矩极限控制设备的另一实施例的简化的示意性视图；

图3是转矩极限控制设备的另一实施例的简化的示意性视图；

图4是适于用在图3的转矩极限控制设备中的控制器的框图；以及

图5是转矩极限控制设备的使用方法的流程图。

具体实施方式

图1是转矩极限控制设备的第一实施例100的简化的示意性视图。原动机102——诸如柴油发动机——可机械地驱动动力输出(PTO)单元104。PTO 104进而可驱动第一液压泵106和第二液压泵108。第一液压泵106可藉由第一液压回路112驱动第一液压马达110。第一液压回路112可终止于储器124，该储器可以已知方式联接至液压泵106。在一实施例中，第一马达110可驱动车辆中的转向(操纵)单元。

第二液压泵108可藉由第二液压回路116和储器122驱动第二液压马达114。在多个示例性实施例中，储器122和储器124与同泵106和108相关联的储器可以是同一个。在一示例性实施例中，第二液压马达114可驱动用于压紧沥青以用于摊铺的压实机。利用两个或更多个液压泵和对应的马达的其它应用可同等地适用。

液压机械压力释放阀118可以连接为将液压流体从第二液压回路116排放至储器120或另一低压元件，诸如冷却风扇(未描绘)。如上所述，在多个实施例中，仅一个共用的储器用于整个机器。压力释放阀118可被设定成在第二液压回路116中的压力达到设定点压力时打开。所述设定点压力可以随着第一液压回路112中的压力变化，使得该第一液压回路112中的更大的压力降低打开压力释放阀118的设定点压力。

可以配置压力释放阀118处的相称/比例关系，以使代表液压泵106和108处的转矩的液压压力不超过PTO 104处的额定转矩。也就是说，随着第一液压回路112中的压力增大，可以降低第二液压回路116中的打开压力释放阀118所需的压力。因此，第一和第二泵106、108的转矩总和将不超过PTO 104的最大转矩。这种情况下，PTO 104和原动机102两者都受到保护以使它们各自的齿轮传动系或其它内部构件不遭受损害。

马达110、114中的一者的负载或许不会具有和另一者一样高的优先级。在道路压实机的示例性实施例中，第一马达110可驱动车辆转向组件(未描绘)，而第二马达114可驱动执行压实操作的振动组件(未描绘)。因为减小或消除至转向组件的动力会引起安全问题，所以希望仅对供应至第二马达114的动力进行调节，以避免PTO 104过度扭转。因此，允许第一液压回路112中的压力在一定范围内上下变化，并且控制第二液压回路116中的压力，以确保两个泵106和108的输出不超过PTO 104的转矩额定值。

图2示出图1的实施例的变型。图2示出插设在第一液压回路112与压力释放阀118之间的中间阀119。在这个实施例中，在第一液压回路112中的压力将影响压力释放阀118的设定点(压力)之前，第一液压回路112中的压力必须达到用于打开中间阀119的初始阈值。当回路112中的压力达到初始阈值时，中间阀119打开。来自中间阀119经孔口126的流在管路128处形成一压力，该压力作用在压力释放阀118上用于减小或降低打开压力释放阀118并开始泄放或卸载回路116的压力。

图3是转矩极限控制设备的另一实施例150的简化的示意性视图。如上述，诸如气油或柴油发动机的原动机152可机械地驱动动力输出(PTO)单元154。PTO 154可驱动第一液压泵156。第一液压泵156可藉由第一液压回路160驱动第一马达158。在一实施例中，第一马达158可驱动用于车辆的转向组件，但利用液压马达的其它应用也将获得同等支持。如在许多液压回路中那样，第一液压回路160和第一液压马达158可将液压流体排放到储器161中，该储器161使流体返回至第一液压泵156。

第二液压泵170也可被原动机152和PTO 154驱动。第二液压泵170可藉由第二液压回路174将液压动力供应至第二马达172。在一实施例中，第二马达172可驱动用于压实沥青摊铺的振动组件(未描绘)。第二马达172的其它应用将获得同等支持。例如，在挖掘机中，第一液压马达158可驱动吊杆和铲斗，而第二液压马达172可使驾驶室旋转和/或使挖掘机的履带移动。如上所述的，第二液压回路174和第二马达172可将流体排放到储器176中，该储器176使流体返回至第二液压泵170。在一实施例中，储器161和176可以是同一个储器或贮存器，或者可以是单独的储器。

与图1和图2的液压机械阀118形成对照，图3的实施例使用了压力传感器162，该压力传感器可测量液压回路160中的压力并藉由电气连接结构164将信号发送至控制器166。控制器166可以是下文中参照图3描述的独立处理单元，或者可以是现有控制器——诸如发动机控制器或机器控制器——的一部分。

电动液压压力释放阀(EH阀)178可允许第二液压回路174(中的流体)排放至储器180或其它低压装置，诸如冷却风扇(未描绘)。EH阀178可以是多种市售产品——所述市售产品利用电信号设定输入端179处的打开阀178所需的压力——中的任一种。在示例性实施例中，输入压力是第二液压回路174中的压力。

控制器166可计算第一液压回路160中的压力。利用第一液压泵156的已知特征，第一液压回路160中的压力可转变为第一液压泵156的转矩。这个过程将在下文中更详细地描述。通过从原动机152和/或PTO 154的额定转矩或转矩容量(最大转矩)中减去第一液压泵156处的转矩，可计算出第二液压泵170的允许转矩。利用与通过第一液压管路160中的压力计算第一液压泵156的转矩的过程相似的过程，可以利用第二液压泵170的允许转矩计算出第二液压管路174的允许压力。

然后，控制器166可藉由电连接结构168生成信号，该信号确定EH阀178的用于在允许压力下打开的设定点。在一些实施例中，所述信号是控制所述设定点的电压，在其它实施例中所述信号可以是电流。在又一些实施例中，所述信号可以是数值。传递曲线或其它公式允许控制器166选择将EH阀178的打开压力设定成第二液压回路174的计算出的允许压力的适合的信号值。

图4是可用在转矩极限控制设备的一实施例100中的示例性控制器166的框图。控制器166包括处理器200和物理存储器202，该物理存储器包括RAM(随机存取存储器)、ROM、EEPROM(电可擦只读存储器)、闪存、磁泡存储器、磁性介质或其它硬件实施方式，但排除了载波和传播介质。存储器202可通过数据总线204联接至处理器200，该数据总线还可以藉由电连接结构164从压力传感器162联接至输入端206。处理器200可以生成发送至阀控制输出端208的信号。阀控制输出端208可利用是电压、电流、数字等的适合的信号来驱动EH阀178。

存储器202可包括操作系统210，并且还可包括转换程序，该转换程序用于执行通过压力计算转矩和通过允许转矩计算允许压力所需的运算。存储器202还可以包括配置数据，该配置数据包括但不限于用在转矩/压力计算中的液压泵排量值和(机械)效率。配置数据还可以包括允许用于EH阀178的基于第二液压回路174的允许压力的正确输出信号的传递曲线、公式或表格。

工业适用性

图5是转矩极限控制设备150的使用方法的流程图300。在框302处，第一液压泵156可利用由动力产生设备——诸如原动机152和动力输出(PTO)单元154——供应的动力对液压回路160加压。在框304处，第二液压泵170可利用由动力产生设备供应的动力对第二液压回路174加压。在一实施例中，第一液压回路160可驱动用于操纵车辆的马达158，而第二液压回路174可驱动联接至用于压实沥青摊铺面的振动单元的一个或多个马达172，但支持不同应用的其它实施例也被支持。在示例性实施例中，马达158可在运行期间具有更高的优先级，因为例如一个马达的功能与安全相关，而另一马达的功能不是时间要求严格的(timecritical)。

在框306处，可确定第一泵156的转矩。总体而言，液压泵的转矩可按以下等式计算

其中τ＝转矩；d＝泵排量；ΔP＝输出压力-输入压力；以及η_TOR＝泵的机械效率。在图3的示例性实施例中，输入压力是大气压力，所以ΔP＝输出压力。对于固定排量的泵而言，排量d是常数，且效率η_TOR可被假定为常数，使得是常数，因而转矩的计算简化成了非常简单的算术问题。

因此，可利用在压力传感器162处测得的第一液压回路160中的压力与常数的乘积来确定第一泵156的转矩。第一液压回路160中的压力随着马达158处的动作而变化。在马达158是转向操纵组件的一部分的实施例中，在车辆以直线且在平坦表面上运行期间，马达158可向第一泵156要求极少的转矩。然而，在转弯、于崎岖地形上操纵或它们的组合期间，会引起对第一泵156的非常大的需求，以使该第一泵的转矩输出比其静止状态显著增大。

在框308处，可确定第二液压泵170中的允许转矩。第二液压泵170中的允许转矩可简单的是可在动力输出单元154或其它相关动力传动系处得到的最大转矩减去第一液压泵156处的转矩，或者

τ_pump2max＝τ_PTOmax-τ_pump1 等式2

利用等式1的不同形式完成第二液压回路174中的允许压力的计算，从而在框310处可计算出第二液压回路174的最大允许压力。

在一实施例中，在框312处可通过利用针对EH阀178的已知传递曲线的控制器166将EH阀178设定至计算出的用于第二液压回路的最大压力。在框314处，当第二液压回路174中的压力达到允许压力时，EH阀178可打开。然后，在框316处，EH阀178可使第二液压回路174排放。在一实施例中，所述排放可使第二马达172的运行停止。在其它实施例中，尤其在超压情况是脉冲函数时，EH阀178可在压力一下降就关闭，并且第二马达172的功能可仅被暂时性地中断以使操作者不会注意到其影响。

在一实施例中，控制器166可联接至一主体或工具控制器(未描绘)，从而可对引起第二马达172中的脉冲的事件进行监控。例如，在一实施例中，发生转矩脉冲的最可能的时刻是第二马达172启动且振动组件从完全停止起开始的时候。因为控制器166可具有关于操作者启动振动组件的信息，所以控制器166能够主动地调小EH阀178的设定点，并借此在启动过程中限制第二液压回路174中的最大压力。因为可因此避免第二液压回路174中的脉冲，所以也可以避免PTO 154和原动机152的可能的转矩过载。

相似地，控制器166可监控操作者控制装置(未描绘)，用以预测第一液压回路160中的压力的变化或峰值，从而可主动调小EH阀178的设定点，用于更容易地排放第二液压管路174，并借此避免由于第一液压回路160中的压力的即将发生的变化和第一液压泵156的转矩的对应增加而导致的转矩过载。

因为图3的实施例利用控制器166来监控并分析机器的液压回路中的情形，所以转矩限制功能可应用至多于所示出的两个的液压回路。通过设定运行的优先级以及监控压力和即将发生的动作，在那些附加回路中的附加EH阀可被动态地调节，从而以优先级组合提供它们的相关功能，同时保留对PTO 154和原动机152的总转矩需求。

尽管上述方法针对图3的实施例描述，但等同的过程也可应用至图1和图2的液压机械阀实施例。转矩转变在压力释放阀118的释放压力设定的校准中是固有的。

大型液压驱动设备的制造商和操作者两者都受益于以上描述的多种设备和方法。当设备在各种构件的界限内运行时(即使在脉冲负载下)，制造商增强了设备可靠性并且降低了维护成本。当设备可靠运行且不需要停止服务用于维修或其它维护时，操作者将因此而受益。

根据专利法及相关法律的规定，认为以上描述的示例性构型/配置代表本发明的优选实施例。然而，应当理解的是可以不同于具体图示和描述的其它方式实践本发明而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种动力管理系统，包括：

动力产生设备，其构造成将机械动力输送至多个液压泵；

第一液压回路，其具有由所述动力产生设备供给动力的第一液压泵；

第二液压回路，其具有由所述动力产生设备供给动力的第二液压泵；和

联接至所述第一液压回路和第二液压回路的阀，该阀构造成根据由所述第一液压泵施加在所述动力产生设备上的转矩负载来限制所述第二液压回路中的压力，

其中，所述动力管理系统包括控制器，所述控制器能够基于第一液压回路中形成的第一压力计算第一液压泵的转矩，其中，将所述第一压力与已知的第一液压泵排量相乘，并且将相乘所得的结果除以所述第一液压泵的已知机械效率。

2.根据权利要求1所述的动力管理系统，其特征在于，根据所述第一液压回路中的压力动态调节设定点压力，所述阀在所述设定点压力下限制所述第二液压回路的压力。

3.根据权利要求2所述的动力管理系统，其特征在于，所述阀是液压机械压力释放阀，该液压机械压力释放阀在所述第二液压回路中的压力达到所述设定点压力时排放该第二液压回路中的流体。

4.根据权利要求2所述的动力管理系统，其特征在于，该动力管理系统还包括电动液压压力释放阀，该电动液压压力释放阀在所述第二液压回路中的压力达到所述设定点压力时释放该第二液压回路中的压力。

5.根据权利要求4所述的动力管理系统，其特征在于，该动力管理系统还包括压力传感器，该压力传感器构造成产生与所述第一液压回路中的压力成比例的电信号，其中所述设定点压力与所述电信号对应。

6.根据权利要求5所述的动力管理系统，其特征在于，所述控制器利用来自所述压力传感器的电信号计算由第一液压泵施加在所述动力产生设备上的第一转矩负载，并且计算所述第二液压回路中的与所述第二液压泵的第二转矩负载对应的最大压力，该第二转矩负载将所述第一和第二液压泵的总转矩负载限制在所述动力产生设备的转矩极限以下。

7.一种用于管理机械动力系统中的动力的方法，该方法包括：

利用由动力产生设备驱动的第一液压泵在第一液压回路中形成第一压力；

利用由所述动力产生设备驱动的第二液压泵在第二液压回路中形成第二压力；

基于所述第一压力计算所述第一液压泵的转矩；

基于所述动力产生设备的转矩容量和所述第一液压泵的转矩计算所述第二液压回路中的允许压力；以及

在所述第二液压回路中的压力达到所述允许压力时排放所述第二液压回路，

其中，计算所述第一液压泵的转矩包括：

利用联接至所述第一液压回路的压力传感器测量所述第一压力；

在控制器处，所述第一压力与已知的第一液压泵排量相乘，并且相乘所得的结果除以所述第一液压泵的已知机械效率；以及

将电动液压压力释放阀的设定点调节至所述允许压力。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

对所述第二液压回路的运行的变化进行监控；以及

在所述第二液压回路的运行的变化将引起所述第二压力的脉冲增大时，重新调节所述电动液压压力释放阀的设定点。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

对所述第一液压回路的运行的变化进行监控；以及

在所述第一液压回路的运行的变化将引起所述第一液压泵的转矩的脉冲增大时，重新调节所述电动液压压力释放阀的设定点。