CN105229315A - 液压系统的控制安排以及用于控制液压系统的方法 - Google Patents

液压系统的控制安排以及用于控制液压系统的方法 Download PDF

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Abstract

在此提供了一种液压系统(1)的控制安排(5)，所述控制安排(5)包括具有一个高压端口(6)和一个低压端口(7)的供应端口安排、具有两个工作端口(8，9)的工作端口安排、被安排在所述高压端口(6)与所述工作端口安排(8，9)之间的第一阀门(10)、被安排在所述低压端口(7)与所述工作端口安排(8，9)之间的第二阀门(11)。这样一种控制安排应当加强对液压系统的控制。为此，提供了一个控制器(16)以用于控制所述第一阀门(10)和所述第二阀门(11)，所述控制器(16)具有用于接收一个操作者输入装置的信号的一个输入连接件(17)，并且基于所述信号，所述控制器至少在初始时计算出针对所述第一阀门(10)的第一流量需求与针对所述第二阀门(11)的第二流量需求之间的不平衡、并且根据所述第一流量需求调整所述第一阀门(10)并根据所述第二流量需求调整所述第二阀门(11)。

Description

液压系统的控制安排以及用于控制液压系统的方法
本发明涉及一种液压系统的控制安排，所述控制安排包括具有一个高压端口和一个低压端口的供应端口安排、具有两个工作端口的工作端口安排、被安排在所述高压端口与所述工作端口安排之间的第一阀门、以及被安排在所述低压端口与所述工作端口安排之间的第二阀门。
此外，本发明涉及一种用于控制液压系统的方法，该液压系统包括具有一个高压端口和一个低压端口的供应端口安排、具有两个工作端口的工作端口安排、被安排在所述高压端口与所述工作端口安排之间的第一阀门、以及被安排在所述低压端口与所述工作端口安排之间的第二阀门，该方法包括针对所述液压系统产生一个输入信号。
从WO96/27051A1中已知这样一种控制安排和这样一种方法。在该参考文件中示出的系统中，到该工作端口安排的流量和到与所述工作端口安排相连接的致动器的流量以及从该致动器返回的流量是可以被独立控制的。一个阀门给该致动器提供加压流体，并且另一个阀门使来自该致动器的流体与该液压系统的返回管线或低压连接件相连接。
作为本发明基础的目的是提高对液压回路的控制。
实现该目的在于：提供一个控制器以用于控制所述第一阀门和所述第二阀门，所述控制器具有用于接收一个操作者输入装置的信号的一个输入连接件，并且基于所述信号，所述控制器至少在初始时计算出针对所述第一阀门的第一流量需求与针对所述第二阀门的第二流量需求之间的不平衡、并且根据所述第一流量需求调整所述第一阀门并根据所述第二流量需求调整所述第二阀门。
在下文中，从高压端口到工作端口安排的加压流体的流量被称作“进口计量流量(meter-inflow)”，并且从该工作端口安排到液压系统的低压端口的流量被称作“出口计量流量(meter-outflow)”。
来自该操作者输入装置的输入信号表示进口计量流量并且被该控制器分开地转换成这两个阀门的流量需求。该流量需求是表示应当能够穿过该阀门的流量的数量。换言之，该流量需求表示与该阀门上的压力差相关的阀门开度。基本上，针对该第一阀门的流量需求应当等于针对该第二阀门的流量需求，这取决于致动器的类型。如果该致动器是一个差动缸，则针对该进口计量流量需求与出口计量流量需求之间的比率的计算此外要将缸比考虑在内。该控制器调整该第一阀门和第二阀门，以使得例如所需求的出口计量流量略微高于所需求的进口计量流量。这种明显的不平衡避免了该致动器中的有意背压，但仍使操作者针对正的和负的致动力而能够控制致动器速度。如从下文将清楚的，该第一流量对应于该进口计量流量并且该第二流量对应于该出口计量流量，并且因此该第一流量需求对应于该进口计量流量需求并且该第二流量需求对应于该出口计量流量需求。
优选的是，该控制器计算针对所述第一阀门的第一流量需求和针对所述第二阀门的第二流量需求。针对这两个阀门的流量需求是分开地计算出的。
在许多情况下，使该第一流量需求与第二流量需求之间具有固定差就足够了。然而，在某些情况下，有利的是根据该工作端口安排处的载荷条件，所述控制器校正所述第一流量需求和/或所述第二流量需求。以此方式，有可能增大或减小该第一流量需求与第二流量需求之间的差。在许多情况下，载荷方向是可预测的，并且针对这些情况，控制液压系统的进口计量流量或出口计量流量就足够了。当该载荷方向不可预测时，控制逻辑必须观测实际载荷并且在进口计量流量控制与出口计量流量控制之间切换控制方法。然而，在某些情况下，有利的是该控制逻辑不必确定存在哪个载荷方向并且由此避免与致动器速率急剧变化相关联的这两种控制方法之间的急剧转换。
优选地，所述控制器被连接到测量所述第一阀门上的第一压降的第一压降测量装置上和/或被连接到测量所述第二阀门上的第二压降的第二压降测量装置上。通过使用压降测量装置，该控制器能够将相应的阀门调整到给定的流量需求。所测量的压降对于该控制器而言是有价值的信息。
优选地，所述第一阀门和所述第二阀门各自包括用于指示开度的装置，所述装置被连接到所述控制器上。用于指示开度的装置可以例如是感测阀门元件在阀门壳体内的位置的位置传感器。该阀门元件的位置是该计量面积大小的指示。因此，该控制器和该第一阀门形成了第一闭环控制回路。根据所测量的第一阀门上的压降并且根据从用于指示开度的装置已知的计量面积，该控制器可以调整该第一阀门来符合由该控制器给定的流量需求。与该控制器一起形成第二闭环控制回路的第二阀门也是如此。
优选地，所述第一阀门和/或所述第二阀门是滑阀。在滑阀中，滑柱在壳体内移动。滑柱的位置是该计量面积的指示。因此，如果该滑柱在壳体中的位置是已知的话，“开度”或计量面积则同样是已知的。
优选地，在正载荷的情况下，该第一阀门确定与所述工作端口安排相连接的一个致动器的速率，并且将背压自动地调整到其最低水平。以此方式，确保了对该致动器的速度或速率的可靠控制，并且同时呈现出的背压却处于最低水平。
在一个额外的或替代性的实施例中，在负载荷的情况下，该第二阀门确定与所述工作端口安排相连接的一个致动器的速率，并且该第一阀门确定防空穴压力。取决于该载荷条件，该致动器的速率的确定从该第一阀门切换到该第二阀门。在任何情况下，都避免了空穴。
在一种如上所述的方法中实现该目的是在于：分开地计算出针对该第一阀门的第一流量需求与针对该第二阀门的第二流量需求，以便至少在初始时产生所述第一流量需求与所述第二流量需求之间的不平衡。
如以上与液压控制安排相关内容所提及的，这种不平衡具有的效果是，例如，在正载荷的情况下，该第二阀门被调整到比它本身所必需的更大的开度。因此，可以使能量消耗最小化。
优选地，该第一阀门确定与该工作端口安排相连接的一个致动器的速率，并且将背压自动地调整到其最低水平。使用该第一阀门来控制从该高压端口到该工作端口安排的流量。
此外或可替代地，在负载荷的情况下，该第二阀门确定与所述工作端口安排相连接的一个致动器的速率，并且该第一阀门确定防空穴压力。在负载荷的情况下，该第二阀门确定从该工作端口安排到该低压端口的流量，并且该第一阀门用于防空穴目的。
现在将参照附图更详细地描述本发明的优选实例，在附图中：
图1是在正压下的控制安排和致动器的示意图示，并且
图2是在负压下的控制安排和致动器的示意图示。
图1示出了液压系统1。该液压系统包括致动器2、泵3形式的压力源以及储箱4。此外，该液压系统包括控制安排5。控制安排5包括具有高压端口6和低压端口7的供应端口安排。高压端口6被连接到泵3上。低压端口7被连接到储箱4上。此外，控制安排5包括具有第一工作端口8和第二工作端口9的工作端口安排。这两个工作端口8、9被连接到致动器2上。
此外，控制安排5包括第一阀门10和第二阀门11。这两个阀门10、11都呈滑阀的形式。第一阀门10包括第一滑柱12，该第一滑柱可以由第一滑柱驱动装置13移动。第二阀门11包括第二滑柱14，该第二滑柱可以由第二滑柱驱动装置15移动。
第一阀门10控制流体从高压端口6到这些工作端口8、9之一(取决于滑柱12的位置)的流量。换言之，第一阀门10的控制进口计量流量，因为该第一阀门控制流入致动器2的流体的流量。
第二阀门11控制流体从该工作端口安排到低压端口7的流量。换言之，第二阀门11的控制离开致动器12的流体的流量，即出口计量流量。
这两个阀门10、11都由一个控制器16进行控制。控制器16被连接到第一滑柱驱动装置13和第二滑柱驱动装置15上。在一个优选实施例中，这些滑柱驱动装置13、15可以被实现成具有若干个螺线管(例如四个螺线管)的电桥的形式，从而以电桥形式工作并且借助于先导油源执行接通和断开到储箱或先导油源的连接，因而使阀门滑动件或元件移位。然而，还可以想象出使该阀门元件移位的其他方法。
此外，控制安排5包括压降测量装置。为了简化图示，示出了多个压力传感器PP、PT、P1、P2。压力传感器PP被连接到高压端口6上。传感器PT被连接到低压端口7上。传感器P1被连接到工作端口9上并且压力传感器P2被连接到工作端口8上。所有压力传感器PP、PT、P1和P2都被连接到控制器16上。因此，控制器16能够检测第一阀门10上的压降(取决于滑柱12的位置，该压降是P2与PP之间或P1与PP之间的差)。控制器16同样能够确定第二阀门11上的压降(取决于第二滑柱14的位置，该压降是P1与PT之间或P2与PT之间的差)。
这些滑柱驱动装置13、15将关于相应滑柱12、14位置的信息反馈至控制器16。因此，控制器16“知道”第一阀门10和第二阀门11的开度(也就是其计量面积)。滑柱12、14可以例如配备有位置测量装置，在一个优选实施例中该位置测量装置是通过LVDT变换器(LVDTtransducer)工作的传感器，然而，同样还可以使用其他测量原理的装置。
此外，控制器16包括用于接收操作者输入装置(例如，操纵杆)的信号的输入连接件17。
来自该操作者输入装置的输入信号表示进口计量流量并且被转换器16分开地转换成这两个阀门10、11的流量需求。该流量需求是指示可以穿过各个阀门10、11的流体流量的数量，如果该阀门上的压降是已知的，则指示该开度或计量面积。如果如所示出的致动器2是差动缸，则针对该出口计量流量需求的计算要将缸比(压力面积A2和A1之间的比率)考虑在内。
根据所测量的跨过阀门10、11的计量边缘的压降以及根据这些阀门10、11的已知计量面积，这些滑柱12、14的位置总是调整来符合来自该控制器的给定流量需求。所需求的出口计量流量至少在初始略微高于所需求的进口计量流量。这种明显的不平衡避免了致动器2中的所不旨在的背压，但仍使操作者能够控制致动器2的速度以用于正的和负的致动力。
当致动力F反作用于该致动器的运动时提供正载荷。图1中示出了这样一种情形。进给压力P2反映了致动力F和背压P1。背压P1是由致动器2与第二阀门11(跨过第二阀门11本身的计量边缘)之间的管线中的节流损失与第二阀门11与低压端口7之间管线中的节流损失之和确定的。
第二阀门11处流量控制需要的出口计量流量略微高于第一阀门10会计量进入致动器2的。致动器2的进口计量/出口计量流量平衡受到干扰并且使背压P1下降。背压P1下降要求第二阀门11打开更宽，以便维持穿过第二阀门11的所要求流量。持续的流量不平衡使得背压P1甚至下落更多，这再次迫使第二阀门11打开更多。这种程序继续，直至第二阀门11达到其最大的滑柱位置或开度。于是第二阀门11不再继续控制该出口计量流量。为了保持所需求的出口计量流量，将要求第二阀门11打开得非常大，由于该滑柱位置达到极限而使这是无法提供的。穿过第二阀门11的实际流量下降直至该流量符合致动器2的进口计量/出口计量流量均衡。
穿过第一阀门10的流量(进口计量流量)确定该致动器的速率。该背压被自动地调整到其最小水平。
当致动力F与致动器2的运动具有相同的方向时提供了负载荷。图2中示出了这种情形。进给压力P2通常接近于零。背压P1反映了致动力F和致动器2与第二阀门11(跨过第二阀门11本身的计量边缘)之间的管线中的节流损失与第二阀门11与低压端口7之间管线中的节流损失之和。
第二阀门11处流量控制需要的出口计量流量略微高于第一阀门10会计量进入致动器2的。当第二阀门11两端之间的压降足够时，第二阀门11将稳定到使该出口计量流量与流量需求相匹配的特定滑柱位置。由于负的致动力，背压P1将不会下落并且致动器2处的不平衡的流量均衡是使进给压力P2下降的原因。当由于较高的出口计量流量而使致动器2排出与由穿过第一阀门10的进口计量流量所提供的相比更多的流体体积时，进给压力P2会稳定到低于零的值。避免空穴作用是额外功能的目的。
该防空穴功能确保了最低的进给压力水平。它监测进给压力P2并且在进给压力P2下落至低于限定水平(防空穴压力)时提出对更多的进口计量流量的需求。通过提供比该流量控制初始所要求的更多的进口计量流量，致动器2处的流量均衡得以平衡并且进给压力P2停止下降。当达到该防空穴压力时，额外的进口计量流量需求将被逐渐减小，直至保持由该流量控制所需求的初始流量。如此，在该背景下始终存在该防空穴功能，并且当该进给压力下落至低于空穴临界水平时，该防空穴功能给致动器2提供更多的进口计量流量。第二阀门11(进口计量流量)确定致动器2的速率。进给压力P2稳定在其最低水平(防空穴压力)。

Claims (11)

1.一种液压系统(1)的控制安排(5)，所述控制安排(5)包括具有一个高压端口(6)和一个低压端口(7)的供应端口安排、具有两个工作端口(8，9)的工作端口安排、被安排在所述高压端口(6)与所述工作端口安排(8，9)之间的第一阀门(10)、以及被安排在所述低压端口(7)与所述工作端口安排(8，9)之间的第二阀门(11)，其特征在于，一个控制器(16)被提供用于控制所述第一阀门(10)和所述第二阀门(11)，所述控制器(16)具有用于接收一个操作者输入装置的信号的一个输入连接件(17)，并且基于所述信号，所述控制器至少在初始时计算出针对所述第一阀门(10)的第一流量需求与针对所述第二阀门(11)的第二流量需求之间的不平衡、并且根据所述第一流量需求调整所述第一阀门(10)并根据所述第二流量需求调整所述第二阀门(11)。
2.根据权利要求1所述的控制安排，其特征在于，所述控制器(11)计算针对所述第一阀门(10)的第一流量需求和针对所述第二阀门(11)的第二流量需求。
3.根据权利要求1或2所述的控制安排，其特征在于，取决于该工作端口安排(8，9)处的载荷条件，所述控制器(16)校正所述第一流量需求和/或所述第二流量需求并且根据所述第二流量需求调整所述第二阀门(11)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的控制安排，其特征在于，所述控制器(16)被连接到测量所述第一阀门(10)上的第一压降的第一压降(P1，PT；P2，PP)测量装置上和/或被连接到测量所述第二阀门(11)上的第二压降的第二压降(P1，PP；P2，PT)测量装置上。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的控制安排，其特征在于，所述第一阀门(10)和所述第二阀门(11)各自包括用于指示开度的装置(13，15)，所述装置被连接到所述控制器上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的控制安排，其特征在于，所述第一阀门(10)和/或所述第二阀门(11)是滑阀。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的控制安排，其特征在于，在正载荷的情况下，该第一阀门(10)确定与所述工作端口安排(8，9)相连接的一个致动器(2)的速率，并且将一个背压(P1)自动地调整到其最低水平。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的控制安排，其特征在于，在负载荷的情况下，该第二阀门(11)确定与所述工作端口安排(8，9)相连接的一个致动器(2)的速率，并且该第一阀门(10)确定一个防空穴压力(P2)。
9.一种用于控制液压系统(1)的方法，该液压系统包括具有一个高压端口(6)和一个低压端口(7)的供应端口安排、具有两个工作端口(8，9)的工作端口安排、被安排在所述高压端口(6)与所述工作端口安排(8，9)之间的第一阀门(10)、以及被安排在所述低压端口(7)与所述工作端口安排(8，9)之间的第二阀门(11)，该方法包括针对所述液压系统(1)产生一个输入信号，其特征在于，分开地计算出针对该第一阀门(10)的第一流量需求与针对该第二阀门(11)的第二流量需求，以便至少在初始时产生所述第一流量需求与所述第二流量需求之间的不平衡。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在正载荷的情况下，该第一阀门(10)确定与所述工作端口安排(8，9)相连接的一个致动器(2)的速率，并且将一个背压(P1)自动地调整到其最低水平。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，在负载荷的情况下，该第二阀门(11)确定与所述工作端口安排(8，9)相连接的一个致动器(2)的速率，并且该第一阀门(10)确定一个防空穴压力。
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