CN109667309B - 温度响应的液压降低 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及温度响应的液压降低。具体地，公开了一种作业机器，其包括机械斗杆和液压致动器，该液压致动器联接至所述机械斗杆以使所述机械斗杆在第一位置和第二位置之间移动。阀与所述液压致动器流体连通以向所述液压致动器供应流体。泵被构造成将流体排放至所述阀。发动机操作地连接至所述泵。冷却剂系统与所述发动机热连通并且包括温度传感器。控制器与所述泵和所述温度传感器通信。所述控制器被构造成向所述泵传输控制信号以修改所述泵的流量，并且响应于来自于所述温度传感器的表示温度处于或高于设定温度值的信号来调节所述泵的流量。

Description

温度响应的液压降低
技术领域
本公开涉及一种用于作业机器的液压系统。
背景技术
许多工业作业机器如建筑设备都使用液压装置来控制各种可动器具。操作员提供有可操作地联接至一个或多个液压致动器的一个或多个输入或控制装置，这些液压致动器操纵设备的选定部件或装置的相对位置，以执行各种操作。例如，挖掘机经常具有多个控制杆或操纵杆和脚踏板，以控制动臂斗杆(boom arm)的位置、联接至动臂斗杆的铲斗杆的位置和联接至铲斗杆的铲斗的位置。控制件的移动调节液压流体向连接至不同部件的缸的流动。
发明内容
根据示例性实施方式，一种作业机器包括机械斗杆和液压致动器，该液压致动器联接至所述机械斗杆以使所述机械斗杆在第一位置和第二位置之间移动。阀与所述液压致动器流体连通以向所述液压致动器供应流体。泵被构造成将流体排放至所述阀。发动机操作地连接至所述泵。冷却剂系统与所述发动机热连通并且包括温度传感器。控制器与所述泵和所述温度传感器通信。所述控制器被构造成向所述泵传输控制信号以修改所述泵的流量，并且响应于来自于所述温度传感器的表示温度处于或高于设定温度值的信号来调节所述泵的流量。
根据另一个实施方式，一种作业机器包括机械斗杆和液压致动器，该液压致动器联接至所述机械斗杆以使所述机械斗杆在第一位置和第二位置之间移动。阀与所述液压致动器流体连通以向所述液压致动器供应流体。泵被构造成将流体排放至所述阀。发动机操作地连接至所述泵。冷却剂系统与所述发动机热连通并且包括温度传感器。控制器与所述泵和所述温度传感器通信。所述控制器被构造成向所述泵传输控制信号以修改所述泵的流量，并且被构造成响应于来自于所述温度传感器的表示温度处于或高于设定温度值的信号来在近似1％和近似10％之间调节所述泵的流量。
另一个示例性实施方式涉及一种降低作业机器的操作温度的方法。该作业机器包括发动机、冷却剂系统、温度传感器、液压致动器、液压泵和用于控制所述液压泵的流量的控制器。接收针对所述液压泵的流量请求。将所述流量请求转换成与液压流量相关联的泵排量请求。从所述温度传感器接收温度值。当所述温度值处于或高于设定温度值时修改所述泵排量请求以调节液压流量。将经调节的泵排量请求转换成泵控制信号。将所述泵控制信号输出至所述液压泵。
附图说明
从参照附图对各种示例性实施方式的描述将更清楚这些示例性实施方式的方面和特征，其中：
图1是工业机器的侧视图；
图2是用于图1的工业机器的示例性液压系统的一部分的示意图；
图3是用于图1的工业机器的示例性控制系统的一部分的示意图；
图4是用于图1的工业机器的示例性冷却剂系统的示意图；
图5是用于液压系统的示例性控制序列的流程图；以及
图6是用于液压流量降低的查找表。
具体实施方式
图1示出了描绘为挖掘机100的作业机器的示例性实施方式。然而，本公开不限于挖掘机，并且可以延伸至其它工业机器，诸如装载机、履带机、收割机、集材机、挖沟机、伐木归堆机、自动平地机、或者任何其它作业机器。这样，尽管附图和即将进行的描述可以涉及挖掘机，但是要理解，本发明的范围延伸超过挖掘机，并且在合适的情况下，将代之而使用术语“机器”或“作业机器”。术语“机器”或“作业机器”是为了更为宽泛，并且出于本公开的目的，除了挖掘机之外还包括其它车辆。
挖掘机100包括底盘，该底盘包括通过摆动枢轴106枢转地安装至底架104的上部框架102。上部框架102在摆动枢轴106上可相对于底架104旋转大约360度。液压马达(未示出)驱动齿轮系(未示出)以使上部框架102围绕摆动枢轴106枢转。
底架104包括位于底架104的相反侧以沿着地面移动的一对地面接合机构诸如履带108。另选地，挖掘机100包括用于接合地面的多于两个的履带或轮子。上部框架102包括驾驶室110，操作员在该驾驶室110内控制机器。驾驶室110具有控制系统(未示出)，该控制系统包括但不限于方向盘、控制杆、操纵杆、控制踏板和控制按钮的不同组合。操作员致动控制系统的一个或多个控制件，以操作挖掘机100。
挖掘机100还包括从上部框架102与驾驶室110相邻地延伸的动臂112。动臂112可通过一对动臂缸114的致动而围绕竖直弧旋转。铲斗柄或铲斗杆116可旋转地安装至动臂112的一端，并且其位置由液压缸118控制。铲斗柄或铲斗杆116可旋转地联接至作业器具如铲斗120，该铲斗120可以通过液压缸122相对于斗杆116枢转。
机器100的上部框架102包括位于发动机总成上的外部壳罩124。上部框架102还包括配重主体126，该配重主体126包括壳体，该壳体填充有材料以给机器增加重量并抵消铲斗120中收集的负荷。抵消配重126改善了挖掘机100的起重或挖掘性能特性。
图2示出了液压系统200的示例性实施方式的局部示意图，该液压系统200被构造成向图1所示的挖掘机100中的器具供应流体，不过该液压系统也适合于与如上所述的其它作业机器一起使用。为了清楚起见，示出了液压系统200的一部分的基本布局，本领域技术人员将理解，根据机器和可动器具，可以使用不同的液压、机械和电气部件。
液压系统200包括至少一个泵202，该至少一个泵202从储存器204接收流体如液压油并且以期望系统压力将流体供应至一个或多个下游部件。例如，泵202与一个或多个阀206流体连通，并且每个阀与至少一个相应致动器208A、208B和208C流体连通。致动器208代表参照图1描述的致动器114、118、122。
泵202能够提供可调节输出，并且可以采取可变排量泵或可变输送泵的形式。泵202调节供应至阀206的流体的压力，并且阀206控制到达致动器208的流体流。尽管仅仅示出了单个泵202，但是可以根据系统需要而使用两个或更多个泵。
泵202的输出由控制器210确定。在示例性实施方式中，控制器210是车辆控制单元(VCU)，不过也可以使用其它合适的控制器，并且控制器210包括存储用于控制挖掘机100的软件、逻辑、算法、程序、指令集等的存储器。控制器210还包括用于实行或执行存储在存储器中的软件、逻辑、算法、程序、指令集等的处理器。存储器可以存储用于实现或执行软件、逻辑、程序、指令集等并控制挖掘机100的各种函数和其它数据或信息的查找表、图形表示。
控制器210与泵202通信，并且被构造成向泵202发送控制信号以调节输出或流量。控制信号的类型以及如何调节泵202将根据系统而变化。例如，控制信号可以从控制器210直接发送至泵202或发送至单独的泵控制器。控制信号可以是电气的、液压的、机械的或它们的组合。在示例性实施方式中，泵202包括液压控制单元，该液压控制单元从控制器210接收控制信号，并且调节对退出泵202的流体流进行控制的阀。具体地说，该液压控制单元可以包括通过控制信号中的电流来修改输出的可调节流量阀如电磁阀。虽然该液压控制单元可以被结合至该泵中或与该泵分开定位，但是在该公开中使用术语“泵”意在覆盖这两种布局以及本领域技术人员将理解的其它可用泵布局。
所使用的阀206的类型和数量取决于致动器208的类型和机器类型。图2中所示的示例性实施方式示出了三个阀206A、206B和206C。阀206被构造成从控制器和/或一个或多个控制装置接收信号以向致动器208选择性地供应流体。为了清楚起见，示出了阀206A、206B和206C的基本示意图，且本领域技术人员将理解，阀106可以包括一个或多个不同类型的阀、传感器、比较器、开关、调节器以及包括滑阀、止回阀、螺线管等由各种液压、机械或电气信号控制的其它液压部件的系统。
致动器208可以类似于本领域技术人员公知的任何其它合适类型的液压致动器或者可以是任何其它合适类型的液压致动器。图2示出了三个双动作液压致动器208A、208B和208C的示例性实施方式。每个双动作液压致动器208都包括第一腔室和第二腔室并且被构造成经由相关的阀206在第一腔室或第二腔室中选择性地接收流体，以使致动器在对应方向上移动。致动器208与储存器204流体连通，从而使得退出每个致动器208的第一腔室或第二腔室的流体排放到储存器204。
在操作过程(即，铲斗120的运动和使用)中，致动器208的负荷要求可能不同，并且液压系统200可以通过负荷感测系统212而针对这些可变负荷进行压力补偿。负荷感测系统212确定一个或多个致动器的负荷要求并且产生用来调节泵202的输出的负荷压力值。在示例性实施方式中，负荷感测部件(未示出)与每个阀206相关联，以测量致动器208对阀206的负荷或压力要求。负荷感测部件可以被结合到阀206内或与阀206流体连通。例如，负荷感测部件可以包括与主阀206连通并且被构造成将三个致动器208的最高压力要求中继至控制器210的一个或多个梭阀或隔离阀(未示出)。负荷感测部件可以利用其它液压、机械、电气和/或电磁装置和方法来确定和输出负荷压力值给控制器210。
图3示出了控制器210的示例性控制示意图300。控制器210包括用来从挖掘机100中的不同部件接收信息和命令以及向挖掘机100中的不同部件发送信息和命令的多个输入端和输出端。控制器210和不同部件之间的通信可以通过CAN总线或其它通信链路(例如，无线收发器)完成。其它传统通信协议可以包括J1587数据总线、J1939数据总线、IESCAN数据总线等等。为了清楚起见，示出了控制示意图300的一部分的基本布局，本领域技术人员将理解，不同的输入端和输出端可以与控制器210相关联。
控制器210与一个或多个传感器310通信。尽管被表示为单个单元，但是控制器210通常与多个传感器通信以收集并编辑关于车辆操作的信息。传感器310还监测车辆速度、车辆位置和其它车辆或发动机特定变量。
控制器210还可以与一个或多个操作员输入机构312通信。所述一个或多个操作员输入机构310可以例如包括操纵杆、节流阀控制机构、踏板、控制杆，开关或其它控制机构。操作员输入机构312位于挖掘机100的驾驶室110内，并且能够用来通过调节液压缸114、118、122控制挖掘机100的运动以及作业器具的位置。
控制系统300可以进一步包括与控制器210通信的操作模式选择器314。在一个示例中，操作模式选择器314位于挖掘机100的驾驶室110内。不同操作需要不同运动速度。例如，某些操作，诸如在管道附近的挖掘，需要对作业器具的运动进行精确或精细的控制。这样，期望对相应的部件的运动速率进行高分辨。在另一个示例中，诸如将泥土移动到卡车以移除，期望的是提供更高速率的运动以减少循环时间。这样，将期望运动速率的降低的分辨率或粗糙的分辨率。因而，操作模式选择器314可以允许操作员在正常操作模式、降低作业器具的运动速度的缓慢或精确模式与增加作业器具的运动速度的快速或生产率模式之间选择。
控制器210还与发动机控制单元(ECU)316通信。ECU 316例如使用传感器或其它监测装置从发动机特定输入端接收信息。ECU 316可以与发动机冷却剂系统400通信。图4中示出了该冷却剂系统400的示例性示意图。为了清楚起见，示出了冷却剂系统400的一部分的基本布局，本领域技术人员将理解，不同的输入端和输出端可以与冷却剂系统400相关联。
冷却剂系统400使用冷却剂从制冷负载例如挖掘机100的发动机402移除热。冷却剂通过制冷泵406在制冷管道404中循环。冷却剂进入发动机402中的热交换器HX并且在该热交换器HX中吸收热。冷却剂然后退出发动机402并且被引导至散热器408。冷却剂循环通过散热器408，从而在该散热器408处将热排出到大气。风扇410能够强制空气在散热器408上循环以增加从散热器408到大气的热传递。冷却剂储存器412与散热器408连通以接收和存储过量的冷却剂。使用一个或多个传感器414来监测冷却剂温度并将冷却剂温度传输至ECU 316或直接传送给控制器210。传感器414定位成监测冷却剂退出发动机402时并且进入散热器408之前的温度。在另选实施方式中，温度传感器414可以定位成监测其它位置的冷却剂或者监测位于冷却剂系统400中或用于其它发动机部件或流体的其它部件的温度，并且仍然认为是冷却剂系统400的温度传感器414。可以使用多于一个的传感器来监测冷却剂系统400或发动机402的温度，并且将该数据传输至ECU 316。
尽管冷却剂系统400有助于将发动机402保持在安全操作温度，但是在某些条件下，连续操作会导致发动机402过热。由于大气压降低会影响冷却剂的有效性，在更高海拔处过热条件会更普遍。因而，需要减少由发动机402产生的热。减少所产生的热的一种方式是减少对发动机402的需求。在某些系统中，发动机402的最大负荷可能来自于液压系统200。因此，通过降低泵202的流量从而减少致动器208的运动速度可以减少发动机要求。这减少了发动机的总作业负荷并且有助于控制冷却剂温度。
在示例性实施方式中，控制器210被构造成基于与冷却剂系统400相关的冷却剂温度(例如，发动机冷却剂温度)来降低泵202的流量。图5示出了将要由控制器210执行的流量降低模块500的部分流量图。在机器操作过程中，控制器210接收流量请求(步骤510)。该流量请求可以至少部分地基于由负荷感测系统212发送的信号和从一个或多个操作员输入机构312接收的信息。流量请求被转换成排量请求(步骤512)。该排量请求可以基于由用户选择的操作模式和/或基于预定车辆参数进行调节以产生经调节的排量请求(步骤514)。在某些示例中，该经调节的排量请求可以等于排量请求(即，在正常操作模式下以及没有其它发动机参数影响排量请求时)。然后可以基于从冷却剂温度传感器414接收的发动机冷却剂温度进一步修改所述经调节的排量请求，以产生温度调节过的排量请求(步骤516)。该温度调节过的排量请求516被转换成泵控制信号518并且在步骤520中传输至泵202。尽管针对这些步骤列举了特定顺序，但是如本领域技术人员将理解的那样，它们可以在接收步骤510和传输步骤520之间以不同顺序执行。
为了产生温度调节过的排量请求516，控制器210基于冷却剂温度使用所存储的查找表来确定液压系统的降低值。在图6中示出了查找表的示例，其中X表示设定温度值。如果冷却剂温度高于设定温度值，则将经调节的排量请求降低从设定温度值增加的一定百分比，直到其达到最大量。
所述设定温度值将根据机器或车辆而变化。所述设定温度至可以低于发动机或冷却剂的临界温度值(例如，过热或红线温度)。在示例性实施方式中，系统被构造成以高达110℃的冷却剂温度操作，其中所述设定温度值大约为101℃。
在示例性实施方式中，如果冷却剂温度保持高于所述设定温度值，则将流量降低所述设定温度值时的近似百分之一至近似百分之十的最大值。另外，降低量可以连续地增加或以设定增量增加。递增可以以每个增量增加近似百分之一。例如，降低量可以以近似百分之一开始，并且对于高于101℃的每度温度增加都增加百分之一，直到达到百分之十的最大值。
已经发现，在百分之一和百分之十之间降低流量充分地减少了发动机需求，从而将操作温度保持在安全状态下，同时对操作员性能察觉的影响最小。
为了说明一般原理和实际应用，已经提供了某些示例性实施方式的上述详细描述，由此使本领域技术人员能够理解本发明用于各种实施方式并且具有适合于所想到的具体使用的各种修改。该描述并非旨在穷尽本公开或将本公开限制于所公开的示例性实施方式。这里公开的任何实施方式和/或元件都可以彼此进行组合以形成没有具体公开的各种其它实施方式。因此，其它实施方式也是可能的并且将要包含在该说明书以及所附权利要求的范围内。说明书描述了具体示例以实现可以以其它方式实现的更一般的目的。
如在本申请中使用的，术语“前”、“后”、“上”、“下”、“向上”、“向下”和其它方位描述语都是为了方便本公开的示例性实施方式的描述，并且不是为了将本公开的示例性实施方式的结构限制于任何特定位置或方位。本领域技术人员应该将诸如“基本”或“近似”之类的程度术语理解为是指在给定值之外的合理范围，例如，与所描述的实施方式和部件的制造、组装和使用相关的一般公差或分辨率。

Claims (19)

1.一种作业机器，该作业机器包括：
机械斗杆；
液压致动器，该液压致动器联接至所述机械斗杆以使所述机械斗杆在第一位置和第二位置之间移动；
阀，该阀与所述液压致动器流体连通以向所述液压致动器供应流体；
泵，该泵被构造成将流体排放至所述阀；
发动机，该发动机操作地连接至所述泵；
冷却剂系统，该冷却剂系统与所述发动机热连通并且包括温度传感器；以及
控制器，该控制器与所述泵和所述温度传感器通信，
其中，所述控制器被构造成向所述泵传输控制信号以修改所述泵的流量，并且其中所述控制器被构造成响应于来自于所述温度传感器的表示温度处于或高于设定温度值的信号来降低所述泵的所述流量，并且其中，随着温度升高，降低量增加，直到达到为所述流量的10％的预编程的最大降低量。
2.根据权利要求1所述的作业机器，其中，所述控制器被构造成在处于所述设定温度时以第一量降低所述泵的所述流量，并且在高于所述设定温度时以第二量降低所述泵的所述流量，其中，所述第一量为所述流量的1％，并且所述第二量在所述流量的2％和10％之间。
3.根据权利要求1所述的作业机器，其中，所述控制器将所述控制信号传输至与所述泵相关联的流动控制阀。
4.根据权利要求1所述的作业机器，其中，所述冷却剂系统包括冷却剂，并且所述设定温度值与所述冷却剂的温度相关联。
5.根据权利要求4所述的作业机器，其中，所述冷却剂系统包括散热器，并且所述温度传感器被构造成监测所述发动机的下游和所述散热器的上游的冷却剂的温度。
6.根据权利要求1所述的作业机器，其中，所述设定温度值低于临界温度值。
7.根据权利要求1所述的作业机器，其中，所述机械斗杆连接至作业器具。
8.根据权利要求1所述的作业机器，其中，所述控制器是发动机控制单元。
9.一种作业机器，该作业机器包括：
机械斗杆；
液压致动器，该液压致动器联接至所述机械斗杆以使所述机械斗杆在第一位置和第二位置之间移动；
阀，该阀与所述液压致动器流体连通以向所述液压致动器供应流体；
泵，该泵被构造成将流体排放至所述阀；
发动机，该发动机操作地连接至所述泵；
冷却剂系统，该冷却剂系统与所述发动机热连通并且包括温度传感器；以及
控制器，该控制器与所述泵和所述温度传感器通信，
其中，所述控制器被构造成向所述泵传输控制信号以修改所述泵的流量，并且其中，所述控制器被构造成响应于来自于所述温度传感器的表示温度处于或高于设定温度值的信号来在1％和10％之间降低所述泵的所述流量，其中，10％是预编程的最大降低值。
10.根据权利要求9所述的作业机器，其中，随着温度升高至所述设定温度之上，降低量在1％和10％之间连续地增加。
11.根据权利要求9所述的作业机器，其中，降低量在1％和10％之间以1％的增量增加。
12.根据权利要求9所述的作业机器，其中，所述冷却剂系统包括冷却剂，并且所述设定温度值与所述冷却剂的温度相关联。
13.根据权利要求9所述的作业机器，其中，所述设定温度值低于临界温度值。
14.一种降低作业机器的操作温度的方法，该作业机器包括发动机、冷却剂系统、温度传感器、液压致动器、液压泵和用于控制所述液压泵的流量的控制器，所述方法包括：
接收针对所述液压泵的流量请求；
将所述流量请求转换成与液压流量相关联的泵排量请求；
从所述温度传感器接收温度值；
当所述温度值处于或高于设定温度值时修改所述泵排量请求以降低液压流量，并且将降低的最大量限制为10％；
将经调节的所述泵排量请求转换成泵控制信号；以及
将所述泵控制信号输出至所述液压泵。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述设定温度值低于临界温度值。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述温度值是冷却剂温度。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，在1％和10％之间降低所述液压流量。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，所述流量请求至少部分地基于来自于负荷感测系统的信号。
19.根据权利要求14所述的方法，该方法进一步包括：基于由用户输入的操作模式来调节所述排量请求。
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