CN115111233A - 液压压力介质供应装置、利用液压压力介质供应装置的方法和移动式作业机器 - Google Patents

液压压力介质供应装置、利用液压压力介质供应装置的方法和移动式作业机器 Download PDF

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Abstract

液压压力介质供应装置、利用液压压力介质供应装置的方法和移动式作业机器。公开了一种电子开路泵，其允许直接用量预给定值来操控所述电子开路泵。因此，在待机运行或其他运行状况下，可以将最佳量预给定值作为额定值而不是压力额定值提供给泵。这允许对泵进行更灵活、更经济的操控。

Description

液压压力介质供应装置、利用液压压力介质供应装置的方法 和移动式作业机器
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的液压压力介质供应装置，特别是用于开放式液压回路的液压压力介质供应装置。本发明还涉及一种利用所述液压压力介质供应装置的方法和一种移动式作业机器。
背景技术
从Rexroth公司的文献RD 30630/04.13已知压力和输送流调节系统。所述压力和输送流调节系统用于电动液压地调节轴向活塞可调泵的摆动角、压力和功率。该调节系统具有带有电操控比例阀的轴向活塞可调泵。通过该电操控比例阀可以操控调整活塞。该调整活塞用于调整可调泵的斜盘。为调整活塞设置位移传感器，通过该位移传感器可以基于调整活塞的移动路径确定斜盘的摆动角。作为位移传感器的替代，也可以通过霍尔传感器获取斜盘在摆动轴上的摆动角。又可以从斜盘的摆动角中确定可调泵每一转的体积流。可调泵通过马达被驱动。如果可调泵没有被驱动并且调整系统无压力，则可调泵通过弹簧的弹力而摆动到最大输送体积。相反，在可调泵的驱动状态下并且当先导阀无电流且泵出口关闭时，可调泵摆动到零冲程压力。调整活塞上的泵压力与弹簧的弹簧力之间的平衡在大约4到8巴时出现。通常在调节电子设备无电压的情况下采用该基本设置。用于先导阀的控制器具有额定压力、额定摆动角和可选地额定功率值作为输入参量。可调泵出口侧的实际压力由压力传感器检测。如上所述，实际摆动角通过所述位移传感器确定。所记录的实际值在电子单元中得到数字处理并与预给定的额定值进行比较。然后，最小值形成器确保只有分配给期望工作点的调节器自动激活。然后最小值形成器的输出信号是先导阀上的比例磁铁的额定值。为了控制先导阀，通过位移传感器检测先导阀的阀芯的移动路径并报告给控制器。在Rexroth公司的文献RD 30242/03.10中，公开了用于所描述地调节轴向活塞可调机的外部操控电子设备。此外，在Rexroth公司的文献RD 92088/08.04中公开了一种电动液压调节系统。
此外，从现有技术已知负载感应（LS）控制和LUDV控制。LUDV控制在此是LS控制的一种特殊情况，其中将最高负载压力报告给可调泵，并调节可调泵，使得在泵管路中占主导的是仅比负载压力高特定压差∆p的泵压力。向LS控制的可调计量孔分配了个体压力补偿器，所述个体压力补偿器还通过各个负载压力低的液压消耗器的计量孔维持恒定的压差。在通常称为LS控制的控制装置中，个体压力补偿器布置在计量孔的上游，并在泵管路与计量孔之间强烈地对流体流节流，使得计量孔前的压力与泵压力无关地仅还比个体负载压力高特定压差。这里，在供应不足的情况下，负载压力最高的消耗器变慢，因为其计量孔前出现的泵压力下降并且由此该计量孔两端的压差变小。
在LUDV控制的情况下，个体压力补偿器布置在计量孔的下游，并在计量孔与负载之间强烈地对流体压力节流，使得所有计量孔上的压力都相同，优选等于或略高于最高负载压力。这里，在供应不足的情况下，计量孔下游的压力不会改变。在所有计量孔前以相同方式存在泵压力，从而如果在供应不足的情况下泵压力变小，则所有计量孔上的压差以相同方式变化，并且计量孔之间的流分布保持不变。
在移动式作业机器中，通常利用LS或LUDV控制器来运行工作液压系统。如前所述，可调泵获得的压力预给定值比消耗器的最高负载压力高特定值∆p。在待机运行下，可调泵通常是以压力控制的。流过连接在可调泵下游的阀的油量在此取决于可调泵的驱动转速并且取决于节流损耗，以保持预给定压力或预定∆p。此外，需要特定的冲洗量以冷却连接在可调泵下游的阀，特别是下游的主控制阀，并且最小化当消耗器开始运动时的停滞时间。
发明内容
与此相比，本发明所基于的任务是创建一种液压压力介质供应装置，该液压压力介质供应装置在装置技术方面以简单且成本有利的方式设计，并利用该装置使液压损耗最小化。此外，应当创建一种用于液压压力介质供应装置的方法，以使液压损耗最小化。此外，本发明的任务是创建一种移动式作业机器，其在装置技术方面以简单且成本有利的方式设计并且具有相对小的液压损耗。
关于压力介质供应装置的任务根据权利要求1的特征解决，关于移动式作业机器的任务根据权利要求10的特征解决，并且关于方法的任务根据权利要求11的特征解决。
本发明的有利扩展是从属权利要求的主题。
根据本发明，提供了一种液压压力介质供应装置，特别是用于开放式液压回路。所述压力介质供应装置具有液压机，特别是可调泵形式的液压机，所述液压机具有调节机构。可调泵例如是EOC泵（EOC=electronified open circuit，电子化开路）。所述调节机构具有电比例可控的先导阀。可以通过所述先导阀来控制所述调节机构。此外，所述压力介质供应装置具有电子控制器。所述电子控制器具有作为输入参量的额定压力，特别是液压机的额定输出压力。替代地或附加地，可以提供液压机的额定转速和/或液压机的额定摆动角和/或液压机的额定力矩和/或液压机的额定功率作为输入参量。先导阀的调节变量可以作为控制器的输出参量输出。液压机和/或压力介质供应装置可以在待机运行下或者以准备好运行的方式运行。作为待机运行的补充或替代，可以想到在特殊运行下运行所述液压机，也就是说，在除了待机运行和正常运行之外的另一运行下运行所述液压机。所述控制器有利地被设置为通过所述控制器基于量预给定值在待机运行下或在特殊运行下控制所述调节变量。
由此可以在待机运行下直接用量预给定值来操控液压机。因此，还有利的是，在待机运行下或者在特殊运行下或在其他运行状况下，可以向液压机提供最佳量预给定值作为额定值来代替压力额定值。已经表明，这允许对液压机进行更灵活和更经济的操控。换句话说，在待机运行下，不是预给定液压机上的压力使得间接产生油量，也不是预给定液压机的摆动角使得量将会仍然取决于驱动器转速，而是直接预给定量。使用本发明，可以设置适合于需求状况的最小冲洗量，并且由此使压力介质供应装置中的损耗最小化和/或在待机运行下完全实现冲洗连接在液压机下游的阀的目的，所述阀特别是下游的主控制阀。
在本发明的另一设计中，在控制器的量预给定值调节器中根据压力介质供应装置的油的温度确定所述量预给定值或额定输送体积。油的温度通过传感器在合适的位置提取或通过其他方式确定并输送到量预给定值调节器，例如基于温度的估计，例如通过随时间的温度发展模型和/或可从上述产量中计算出的运行功率的积分。换言之，根据当前或估计的油温来设置待机油量。
替代地或附加地可以规定，在所述量预给定值调节器或量预给定值调节器中根据所述压力介质供应装置的至少一个消耗器的LS压力（LS＝Load-Sensing，负载感应）和/或根据通过输入装置输入的输入产量来确定所述量预给定值，其中例如可以提供人机界面（HMI）作为输入装置。
替代地或附加地可以想到，量预给定值调节器或所述量预给定值调节器被构造为，使得根据实际转速来设置所述量预给定值。因此，液压机的实际转速可以由量预给定值调节器考虑，由此所述控制器可以与液压机的实际转速或驱动器转速无关地来控制所述调节产量，因为液压机的实际转速或驱动器转速由量预给定值调节器考虑。由此一方面简化了控制器，但仍然间接通过量预给定值考虑了实际转速。
替代或附加地，可以在量预给定值调节器或所述量预给定值调节器中根据一个或多个边界条件来确定所述量预给定值。换言之，可以由操作员在保护组件的极限内参数化待机油量或所述量预给定值。由此可以在压力介质供应装置的响应行为与待机运行下的能量效率之间设置最佳折衷，同时保持依赖于环境条件的组件保护。
替代地或附加地可以规定，在所述量预给定值调节器或量预给定值调节器中根据最小压力来确定所述量预给定值。在此可以选择最小压力或最小控制压力，由此可以控制液压机。例如，最小压力可以在例如7巴。该最小压力与目前常用的LS待机压力（例如大约为20至25巴）相比明显更小。替代地，也可以限制量调节器，使得不低于为控制可调泵而必须保持的最小压力。
在本发明的另一设计中，所述量预给定值调节器或量预给定值调节器被设计为设置所述量预给定值，特别是在待机运行或特殊运行下，使得压力介质供应装置的所述油或油被加热，由此温度升高。换言之，可以在待机运行下通过连续适配的量预给定值实现油的受控的加热。在另外的设计中可以想到，将油加热到预定的温度极限。如果温度足够高或达到温度极限，则可以减小所述量预给定值。特别地，可以将所述量预给定值减小到仅还建立最小压力。换言之，在待机运行或特殊运行下，在达到或超过所述油或油的额定温度之后，所述量预给定值可以具有最小值。可以将所述最小值选择为使得存在最小控制压力，以保持液压机可控。
如果油的温度低或过低，则可以将所述量预给定值调节器设计为使得暂时提高所述量预给定值，以例如更快地加热连接在液压机下游的控制块和/或避免或最小化导致液压组件（特别是主控制阀）使用寿命缩短的热效应。
在本发明的另外的设计中，所述控制器被构造为使得在正常运行中，即特别是在待机运行或特殊运行之外，基于额定输出压力或压力预给定值来控制所述液压机。换言之，当所述压力介质供应装置的消耗器开始运动时过渡到对液压机的压力控制。
如果请求连接到所述压力介质供应装置的消耗器运动，则所述压力介质供应装置中的LS压力通常增加，和/或通过输入装置提供电信息，从而可以启动从液压机的量控制到压力控制的过渡并且执行该过渡。在此，液压机的运行启动类型可以与期望的行为相适配。如果以电子方式已知操作员期望，则可以将该信息用于及早启动从通过所述量预给定值的控制到通过所述压力预给定值的控制的过渡，并且可以最小化在建立为了实现消耗器的运动而由液压机要求的油量时可能的停滞时间。
所述控制器可以具有针对所述液压机的实际输出压力和针对所述液压机的实际输送体积或实际摆动角的第一控制回路。所述量预给定值调节器优选地连接在所述第一控制回路的上游。
所述控制器可以具有针对所述液压机的输送体积调节速度或摆动角调节速度的第二控制回路，所述第二控制回路从属于所述第一控制回路。所述第二控制回路可以具有所述液压机的实际输送体积调节速度或实际摆动角调节速度作为输入参量并且具有针对所述先导阀的调节参量作为输出参量。可以将来自第一控制回路的调节值以额定输送体积调节速度或额定摆动角调节速度的形式输送给所述第二控制回路。
所述第一控制回路可以具有额定输送体积和/或额定输出压力作为输入参量。然后在待机运行或特殊运行下，额定输送体积可以作为量预给定值由量预给定值调节器输送。
所述调节机构的先导阀可以是电比例可操控的先导阀。然后可以通过所述先导阀来控制调节缸的由调节活塞界定的控制室中的流入和/或流出，以将压力介质加载给所述调节活塞以用于操控，由此控制所述调节机构。
根据本发明，提供了一种使用根据前述方面中的一个或多个方面的液压压力介质供应装置的方法。
根据本发明，移动式作业机器被构造为具有根据前述方面中的一个或多个方面的液压压力介质供应装置。
公开了一种电子开路泵，其允许直接用量预给定值来操控所述电子开路泵。因此，在待机运行或其他运行状况下，可以将最佳量预给定值作为额定值而不是压力额定值提供给泵。这允许对泵进行更灵活、更经济的操控。此外，优选地建立标准，根据所述标准设置可调整的量预给定值。
附图说明
下面基于示意图更详细地解释本发明的优选实施例。其中：
图1示出了根据第一实施例的液压压力介质供应装置的示意图，
图2示出了用于图1中的压力介质供应装置的控制器的示意图，
图3示出了根据另一实施例的用于图1中的压力介质供应装置的控制器的示意图，以及
图4和图5示出了履带式挖掘机和用于履带式挖掘机的压力介质供应装置的示意图。
具体实施方式
根据图1示出了液压压力介质供应装置1，其具有轴向活塞机2形式的液压机。所述液压机具有用于调整输送体积的摆动天平。轴向活塞机2既可以用作泵也可以用作马达。通过驱动单元4驱动轴向活塞机2，该驱动单元例如可以是内燃机，例如柴油机组，或可以是电动机。轴向活塞机2通过驱动轴6与驱动单元4连接。驱动轴6的转速8可以通过未示出的装置、例如通过转速传感器来提取，并且可以输送给压力介质供应装置1的控制器。为轴向活塞机2提供调节机构12。所述调节机构具有先导阀14。所述先导阀的阀芯可以通过致动器16进行电比例地操控。为此，由控制器20向致动器16输送调节参量18。向先导阀14的阀芯在基本位置的方向上加载阀弹簧22的弹簧力。所述弹簧力在此与致动器16的致动器力相反地作用。
轴向活塞机2在输出侧与压力管路24连接，压力管路24又与主控制阀26或阀块连接。通过主控制阀26或阀块可以控制在轴向活塞机2与一个或多个消耗器之间的压力介质供应。从压力管路24分出控制管路28，该控制管路连接到先导阀14的压力连接端P。例如，控制管路28构造在轴向活塞机2的壳体中。此外，先导阀14具有油箱连接端T，其通过油箱管路30与油箱连接。此外，先导阀14具有工作连接端A，所述工作连接端与调节缸34的控制室32连接。控制室32在此由调节缸的调节活塞36界定。然后可以通过调节活塞36调节轴向活塞机2的斜盘。调节活塞36的移动路径通过位移传感器38检测。替代地或附加地，轴向活塞机2的摆动天平的摆动角通过旋转传感器从摆动天平的摆动轴线提取。然后可以通过所检测的路径确定轴向活塞机2的实际输送体积或实际排出体积。然后将每转的实际输送体积40报告给控制器20。在先导阀14的阀芯的基本位置中，压力连接端P与工作连接端A连接，并且油箱连接端T被阻塞。当阀芯被加载了致动器16的致动器力时，阀芯从其基本位置出发向开关位置的方向移动，在所述开关位置时压力连接端P被阻塞并且工作连接端A与油箱连接端T连接。因此，在先导阀14的阀芯的基本位置中，向调节活塞36加载来自压力管路24的压力介质。此外，在调节机构12中提供了气缸42。气缸42具有啮合在轴向活塞机2的斜盘上的调节活塞44。调节活塞44界定了与压力管路24连接的控制室46。通过控制室46的压力介质并且通过弹簧48的弹簧力来加载调节活塞44，使得调节活塞44朝着增加输送体积的方向加载斜盘。此外，提供压力传感器50，通过该压力传感器50提取压力管路24中的压力并报告给控制器20，其中该压力是实际输出压力52。此外还提供了压力传感器54，其检测将被传送给控制器20的最高实际负载压力（实际LS压力）56。
控制器57通过CAN接口58与控制器20连接，以特别是将实际转速传送到控制器20。也可以想到将实际转速8直接输送给控制器20。
在使用压力介质供应装置1时，通过先导阀14和调节活塞36来控制轴向活塞机2的斜盘的位置。由轴向活塞机2输送的体积流与斜盘的位置成比例。由弹簧48预张紧的调节活塞44或反活塞始终被加载了实际输出压力或泵压力。当轴向活塞机2不旋转并且调节机构12无压力时，通过弹簧48将斜盘大约+100％地保持在位置中。
当轴向活塞机2受到驱动并且先导阀14的致动器16无电流时，斜盘摆动到零冲程压力，因为向调节活塞36加载了压力管路24的压力介质。调节活塞36上的实际输出压力与弹簧48的弹簧力之间的平衡出现在预定压力或压力范围时，例如在8至12巴之间。例如，当电子设备或控制器20无电压时，采取该零冲程运行。对先导阀14的操控通过控制器20进行，控制器20例如优选地是数字电子设备，替代地是模拟电子设备。控制器20处理所需的控制信号，这将在下面更详细地解释。
图2示意性地示出了控制器20的作用方式。控制器20具有第一控制回路60和第二控制回路62。第一控制回路60具有针对图1中的轴向活塞机2的斜盘的摆动角的调节器64，针对轴向活塞机2的输出压力的调节器66和针对轴向活塞机2的转矩的调节器68。调节器64具有额定输送体积70和实际输送体积40作为输入参量。规定调节变量72作为输出参量。调节器66具有额定输出压力74和实际输出压力52作为输入参量。规定调节变量75作为输出参量。调节器68具有实际转矩76或额定转矩作为输入参量。实际转矩被提供为另外的输入参量，该实际转矩例如又可以基于关于实际转速8的特性曲线来加以确定。规定调节变量78作为调节器68的输出参量。在相应调节器64至68的情况下，将输入参量分别输送给PID调节器形式的调节元件。
将调节参量72、75和78输送给最小值形成器80。该最小值形成器确保只有分配给期望工作点的调节器72、75或78自动激活。在此，然后精确调节输出压力、转矩或输送体积，其中每两个其他参量低于预给定的额定值。然后，最小值形成器80的输出信号是输送体积调节速度或额定输送体积调节速度82形式的额定值。然后输送体积调节速度或额定输送体积调节速度82是第二从属控制回路62的输入参量。第二控制回路62的另外的输入参量是实际输送体积40的导数，由此另外的输入参量是实际输送体积调节速度84。然后将用于第二控制回路62的输入参量82和84输送给PID元件86形式的调节元件。然后该调节元件输出用于图1中的先导阀14的调节参量18。
此外，图2中示出了量预给定值调节器88。该量预给定值调节器连接在第一控制回路60的上游。可以利用量预给定值调节器88在液压机2的待机运行下设置或调节量预给定值。作为输入参量，量预给定值调节器88具有最高的实际负载压力56、图1中的压力介质供应装置1的油的温度90和输入装置（例如HMI，特别是操纵杆）的信号92。可以规定液压机2的转速或实际转速94作为另外的输入参量。此外，可以规定一个或多个边界条件和/或组件保护和/或最小压力和/或一个或多个温度极限作为输入参量，这以简化形式用附图标记96示出。要指出的是，可以使用所提及的输入参量中的至少一个或多个，特别是温度。然后，量预给定值调节器88从一个或多个输入参量中确定图1中液压机2的待机运行的额定输送体积70。在待机运行之外，优选执行没有量预给定值调节器的调节，例如以所示的方式或替代地可以进行简单的压力调节。
在应当在待机运行下提供最小控制压力的运行情况下，可以想到将额定输送体积70从量预给定值调节器88直接输送给PID元件86。在这种运行情况下，可以忽略最小值形成器80的参量82。
根据图3示出了另外的控制器98。该控制器98具有带有输入参量56、90至96的量预给定值调节器88。规定额定输送体积70和额定输出压力74作为输出参量。在来自图2的控制器20的情况下，额定输出压力74也可以由量预给定值调节器88输出，这由虚线表示。
在此，输出优选仅在待机运行下进行。将额定输送体积70输送给调节器100并且将额定输出压力74输送给调节器102。将调节器100和102的输出参量输送给最小值形成器104。最小值形成器104的输出参量又是额定输送体积调节速度106，其被输送给调节器108。调节器108从中确定调节参量110。将会想到，量预给定值调节器88至少在特定运行状况下将额定输送体积70直接输送给调节器108，其中额定输送体积70能够由调节器108优先处理。
根据图4示出了履带式挖掘机，该履带式挖掘机根据图5具有压力介质供应装置，参见图1。该履带式挖掘机具有轴向活塞机2，轴向活塞机2由柴油机组形式的驱动单元4驱动。通过主控制阀26控制向液压缸168和170、向用于移动所述履带式挖掘机的液压机172、174以及向液压辅助运行器176的压力介质供应。在此，所述履带式挖掘机具有用于操作者的各种输入装置178，这些输入装置连接到CAN总线180。此外，压力传感器182、184连接到CAN总线180。这些压力传感器提取轴向活塞机2的实际输出压力。在液压缸168、170的输入侧分别提供安全阀，该安全阀在输送管路破裂的情况下保护液压缸168、170。如上所述，通过控制器20检测所需的输入参量并且特别是控制先导阀14。此外，根据输入装置178的经由CAN总线180检测到的信号来控制主控制阀26。

Claims (11)

1.一种液压压力介质供应装置（1），具有液压机（2），具有调节机构（12），所述调节机构（12）具有电比例可操控的先导阀（14），其中能够通过所述先导阀（14）来控制所述调节机构（12），以及所述压力介质供应装置（1）具有电子控制器（20、98），所述电子控制器具有所述液压机（2）的额定输出压力（74）作为输入参量并且具有所述先导阀（14）的调节参量（18）作为输出参量，其中所述液压机（2）能够在待机运行下或在特殊运行下运行，其特征在于，所述控制器（20、98）被设置为基于量预给定值在待机运行下或在特殊运行下控制所述调节参量（18）。
2.根据权利要求1所述的压力介质控制装置，其中，提供量预给定值调节器（88），所述量预给定值调节器根据所述压力介质供应装置（1）的油的温度（90）为所述控制器（20、98）确定所述量预给定值。
3.根据权利要求1或2所述的压力介质供应装置，其中，所述量预给定值调节器（88）或量预给定值调节器（88）设置所述量预给定值，使得为了加热所述压力介质供应装置（1）油的温度升高。
4.根据前述权利要求中任一项所述的压力介质供应装置，其中，在所述量预给定值调节器（88）或量预给定值调节器（88）中根据所述压力介质供应装置（1）的至少一个消耗器（26）的负载感应压力（56）和/或根据通过输入装置输入的输入参量（96）和/或根据所述液压机（2）的实际转速（94）和/或根据边界条件（96）和/或根据组件保护（96）和/或根据最小压力来确定所述量预给定值。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的压力介质供应装置，其中，所述量预给定值调节器（88）设置所述量预给定值，使得不超过所述油的温度的温度上限和/或不低于所述油的温度的温度下限。
6.根据前述权利要求中任一项所述的压力介质供应装置，其中，所述控制器（20）被构造为使得在正常运行中和/或在驱动消耗器时，基于压力预给定值来控制所述液压机（2）。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的压力介质供应装置，其中，所述量预给定值调节器（88）被设置为使得在达到或超过所述油的额定温度之后，将所述量预给定值调节到经过适配的额定值，特别是最小值。
8.根据权利要求7所述的压力介质供应装置，其中，将所述额定值选择为，使得存在最小控制压力以保持所述液压机（2）可控。
9.根据前述权利要求中任一项所述的压力介质供应装置，其中，所述控制器（20、98）被设置为，在引入用于维持最小压力的压力调节器以获得所述液压机（2）的可控性的情况下执行量控制。
10.一种移动式作业机器，具有根据前述权利要求中任一项所述的压力介质供应装置。
11.一种利用根据权利要求1至9中任一项所述的压力介质供应装置（1）的方法。
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