CN1178003C - 泵控制方法及泵控制装置 - Google Patents

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Abstract

由发动机(13)驱动的可变容量型主泵(11)包括对输出流量进行可变控制的容量控制装置(35)。根据发动机转速检测器(44)检测出的发动机转速和泵输出压力检测器(42)检测出的主泵(11)的泵输出压力，由控制器(45)输出的信号对电磁比例减压阀(46)输出的液压变速压力进行控制。将该液压变速压力导入容量控制装置(35)的调节器控制阀(39)，由调节器(37)控制主泵(11)的斜板(36)的倾转角，来控制泵输出压力-输出流量特性为最佳。由此，可提供相对于负载压力突变使发动机转速变化减小的泵控制装置。

Description

泵控制方法及泵控制装置
技术领域
本发明涉及控制可变容量型泵的泵控制方法及泵装置。
背景技术
如日本特开平10-220359号专利公报所示，作为油压挖土机等建筑机械的可变容量型泵的控制装置，往往接收对发动机转速进行检测的发动机转速检测器的输出信号，预先对发动机转速设定分段连续、并在发动机额定点交叉的泵吸收转矩，与发动机转速增减相对应运算泵吸收转矩，根据该运算结果向调节器控制阀发出指令，使得泵吸收转矩为规定值来对可变容量型泵的调节器进行调整。
这样，以往设法检测发动机转速来运算泵吸收转矩，对可变容量型泵的调节器进行调整，因而存在发动机转速变化相对于负载压力突变较大这种问题。
本发明正是针对这样的问题，其目的在于提供一种相对于负载压力突变使发动机转速变化减小的泵控制方法及泵控制装置。
发明内容
本发明的泵控制方法，检测发动机转速，检测包括由发动机驱动对泵输出流量进行可变控制的容量控制装置的可变容量型泵的泵输出压力，将与发动机转速和泵输出压力对应的液压变速压力导入容量控制装置，将可变容量型泵的泵输出压力-输出流量特性变速控制为量佳。于是，可通过检测出可变容量型泵的泵输出压力作为对容量控制装置进行控制的控制信号，来减小发动机转速相对于负载压力突变的变化，实现稳定的泵控制。
本发明的泵控制方法，检测发动机转速，检测包括由发动机驱动对泵输出流量进行可变控制的容量控制装置的可变容量型泵的泵输出压力，根据对可变容量型泵供给负载的工作流体进行控制的控制阀的中立状态和微操作状态，将所发生的负向控制压力导向容量控制装置，来控制泵输出流量为最小，将泵输出压力导入容量控制装置，将发动机供给可变容量型泵的泵马力控制为保持一定，将与发动机转速和泵输出压力对应的液压变速压力导入容量控制装置，将可变容量型泵的泵输出压力-输出流量特性变速控制为量佳。于是，可根据控制阀的中立状态和微操作状态，将所发生的负向控制压力导向容量控制装置来控制泵输出流量为最小，而一旦负向控制压力降低，便可将泵输出压力导入容量控制装置，将发动机供给可变容量型泵的泵马力控制为保持一定，此外，可通过将与发动机转速和泵输出压力对应的液压变速压力导入容量控制装置，将泵输出压力-输出流量特性变速控制为量佳，来减小发动机转速相对于负载压力突变的变化，从而可适应各种状况将可变容量型泵的容量控制装置控制为最佳状态。
本发明的泵控制装置，包括：对发动机驱动的可变容量型泵的输出流量进行可变控制的容量控制装置；对发动机转速进行检测的发动机转速检测装置；对可变容量型泵的泵输出压力进行检测的泵输出压力检测装置；以及将与发动机转速和泵输出压力对应的液压变速压力导入容量控制装置，将可变容量型泵的泵输出压力-输出流量特性变速控制为量佳的液压变速控制装置。于是，由泵输出压力检测装置检测出可变容量型泵的泵输出压力，并作为对容量控制装置进行控制的控制信号被液压变速控制装置取得，因而可减小发动机转速相对于负载压力突变的变化，实现稳定的泵控制，同时仅仅为将泵输出压力作为控制信号取得这种用途的改变，故可以在现有硬件几乎没有改变即系统也没有较大改变的情况下实现良好的泵控制装置。
本发明的泵控制装置，包括：对发动机驱动的可变容量型泵的输出流量进行可变控制的容量控制装置；对发动机转速进行检测的发动机转速检测装置；对可变容量型泵的泵输出压力进行检测的泵输出压力检测装置；将与发动机转速和泵输出压力对应的液压变速压力导入容量控制装置，将可变容量型泵的泵输出压力-输出流量特性变速控制为量佳的液压变速控制装置；将泵输出压力导入容量控制装置，将发动机供给可变容量型泵的泵马力控制为保持一定的定马力控制装置；以及根据对可变容量型泵供给负载的工作流体进行控制的控制阀的中立状态和微操作状态，将所发生的负向控制压力导向容量控制装置，来控制泵输出流量为最小的负向控制装置。于是，可由负向控制装置根据控制阀的中立状态和微操作状态，将所发生的负向控制压力导向容量控制装置，来控制泵输出流量为最小，而一旦负向控制压力降低，便可以靠定马力控制装置将泵输出压力导入容量控制装置，将发动机供给可变容量型泵的泵马力控制为保持一定，此外，可以靠液压变速控制装置，通过将与发动机转速和泵输出压力对应的液压变速压力导入容量控制装置，将泵输出压力-输出流量特性变速控制为量佳，来减小发动机转速相对于负载压力突变的变化，从而可适应各种状况将可变容量型泵的容量控制装置控制为最佳状态。
而容量控制装置包括：对泵输出流量进行可变调整的斜板；以及对斜板倾转角进行控制的液压致动型机械式调节器，机械式调节器包括：受到使斜板倾转角增加方向的弹力而动作的活塞；以及靠与弹力相对的流体压在使斜板倾转角减少方向上控制活塞的液控型调节器控制阀。于是，可通过将来自负向控制装置、定马力控制装置、液压变速控制装置的信号压力导入液控型调节器控制阀，靠该调节器控制阀对机械式调节器的活塞进行高精度的行程控制，因而可按原样运用现成的机械式调节器，在几乎不改变现有硬件的情况下实现良好的泵控制装置。
此外，液压变速控制装置包括：对与发动机转速和泵输出压力对应的液压变速压力进行运算的控制器；以及根据控制器输出的电信号对输入容量控制装置的调节器控制阀的控制压力进行控制的电磁比例动作阀。于是，靠与来自控制器的电信号相对应动作的比例动作电磁阀如所希望那样控制调节器控制阀，即便是现有机械式调节器也能将泵输出压力-输出流量特性控制为理想特性。
本发明第一方面的泵控制方法，其特征在于：
检测发动机转速，
检测包括由发动机驱动对泵输出流量进行可变控制的容量控制装置的可变容量型泵的泵输出压力，
根据对可变容量型泵供给负载的工作流体进行控制的控制阀的中立状态和微操作状态，将所发生的负向控制压力导向容量控制装置，来控制泵输出流量为最小，
将泵输出压力导入容量控制装置，将发动机供给可变容量型泵的泵马力控制为保持一定，
将与发动机转速和泵输出压力对应的液压变速压力导入容量控制装置，将可变容量型泵的泵输出压力-输出流量特性变速控制为量佳。
本发明第二方面的泵控制装置，其特征在于，包括：
对发动机驱动的可变容量型泵的输出流量进行可变控制的容量控制装置；
对发动机转速进行检测的发动机转速检测装置；
对可变容量型泵的泵输出压力进行检测的泵输出压力检测装置；
将与发动机转速和泵输出压力对应的液压变速压力导入容量控制装置，将可变容量型泵的泵输出压力-输出流量特性变速控制为量佳的液压变速控制装置；
将泵输出压力导入容量控制装置，将发动机供给可变容量型泵的泵马力控制为保持一定的定马力控制装置；以及
根据对可变容量型泵供给负载的工作流体进行控制的控制阀的中立状态和微操作状态，将所发生的负向控制压力导向容量控制装置，来控制泵输出流量为最小的负向控制装置。
附图说明
图1为表示本发明泵控制装置一实施形态的油压回路图，图2为表示该泵控制装置内控制器功能的框图，图3为表示该控制器内低速控制转矩运算部的发动机转速-输出马力特性的特性图，图4为表示该控制器内主泵允许转矩运算部功能的框图，图5为表示该控制器内主泵控制部功能的框图，图6为说明该主泵控制部内转矩-第1拐点压换算用的泵输出压力-流量特性图，图7为表示泵输出压力-泵输出流量特性的特性图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的一实施形态。
图1表示挖土机的油压回路。油压挖土机(未图示)在下部行走体上的上部旋转体上分别装载着作为向左右行走用油压电机、旋转用油压电机及前部工作机械的各油压缸供给工作油的一对可变容量型泵的主泵11，供给控制用控制压力的控制泵12，驱动这些主泵11和控制泵12的发动机13以及存放油压回路工作油的油箱14。
该油压挖土机还包括对左右行走用油压电机、旋转用油压电机及前部工作机械各油压缸的动作进行控制的油压回路。
该油压回路包括：对一对主泵11供给左右行走用油压电机、旋转用油压电机及前部工作机械各油压缸的工作油进行方向控制和流量控制的控制阀15，靠控制泵12供给的控制油压对该控制阀15进行远程操作的控制阀(以下将该控制阀称为“遥控阀16”)，以及对它们进行配管连接的油压通路。
控制阀15包括对工作油进行方向控制和流量控制的各种阀杆(阀柱)，对左侧行走用油压电机进行控制用的左行走控制用阀杆21、对右侧行走用油压电机进行控制用的右行走控制用阀杆22、对旋转用油压电机进行控制用的旋转控制用阀杆23、对悬臂用油压缸进行控制用的悬臂控制用第1阀杆24及第2阀杆25、对操作杆用油压缸进行控制用的操作杆控制用第1阀杆26及第2阀杆27、对挖斗用油压缸进行控制用的挖斗控制用阀杆28、以及对取代挖斗装在操作杆前端部的附件进行控制用的附件控制用阀杆29，平衡度高地配置为与两台主泵11相对应的两组。另外，还设置只从其中一台主泵11仅对左行走控制用阀杆21及右行走控制用阀杆22供给工作油以均速驱动左右行走用油压电机来实现直线行进的直行控制用阀杆30。
前述遥控阀16仅图示局部，但具有一减压阀32，靠油压挖土机操作室内的操作人员用操纵杆手动操作，通过对控制泵12经由控制压力通路31供给的油压控制油进行减压控制来供给控制阀15各阀杆端部的压力室。而且，控制压力通路31上与过滤单元33一起还设有将控制压力保持为设定压力的溢流阀34。
前述一对主泵11包括对泵输出流量进行可变控制的容量控制装置35，该容量控制装置35分别包括根据倾转角控制泵排放容积来对泵输出流量进行可变调整的斜板36、以及控制斜板36倾转角的液压致动型机械式调节器37。
上述机械式调节器37分别包括：受到使斜板36的倾转角增加方向的弹力而动作的活塞38；以及靠与弹力相对的流体压力(油压)在使斜板36倾转角减少方向上控制该活塞38的液控型调节器控制阀39。这些调节器控制阀39一体组装到内置活塞38的调节器主体中。
各活塞38的一端分别作用着各主泵11的泵输出压力，各活塞38的另一端与弹力一起还分别作用着各调节器控制阀39对泵输出压力进行控制的控制压力。各斜板36上分别设置着对倾转角(斜板位置)进行检测的斜板位置检测器(未图示)。
来自两台主泵11的输出通路上，使取出高压侧泵输出压力用的往复阀41介于中间，连接有作为对该泵输出压力进行检测的泵输出压力检测装置的泵输出压力检测器42。
发动机13包括：对发动机旋转速度(以下将该发动机旋转速度称为“发动机转速”或“发动机速度”)进行控制的调速器43；以及作为对发动机转速进行检测的发动机旋转速度检测装置的发动机转速检测器44。发动机13的目标转速由作为转速设定装置的加速器拔码盘、相对于额定转速设定低速的低速设定装置等来设定。
作为将与前述发动机转速检测器44和泵输出压力检测器42检测出的发动机转速和泵输出压力等相对应的液压变速压力Ps导入主泵11的容量控制装置35、并将主泵11的泵输出压力-输出流量特性变速控制为最佳的液压变速控制装置，设置有对与发动机转速和泵输出压力对应的液压变速压力Ps进行运算的控制器45、以及作为根据该控制器45输出的电信号对输入到调节器控制阀39的控制压力即液压变速压力Ps进行控制的比例动作电磁阀的电磁比例减压阀46。
该电磁比例减压阀46的1次端口连接有前述控制压力通路31，2次端口则经由液压变速压力通路47与容量控制装置35中2个调节器控制阀39的控制压力导入部48分别连通。
该电磁比例减压阀46根据控制器45至螺线管49的电信号对由前述溢流阀34控制为保持一定的控制压力进行比例控制，以导入调节器控制阀39的控制压力导入部48，通过与弹簧50相对对该调节器控制阀39进行位移控制，来对各种机械式调节器37的活塞38进行高精度的行程控制，驱动斜板36处于所希望的倾转角度。
而作为将主泵11的泵输出压力导入容量控制装置35的调节器控制阀39、并将发动机13供给主泵11的泵马力控制为保持一定的定马力控制装置，2台主泵11的输出通路经过阀51引出的通路52与2个调节器控制阀39的另一控制压力导入部53分别连通。
此外，作为根据对主泵11供给作为负载的各种油压致动器的工作油进行控制的控制阀15的中立状态和微操作状态、将所发生的负向控制压力导向容量控制装置35来控制泵输出流量为最小的负向控制装置，控制阀15的各个阀杆21～30处于中立状态和微操作状态时，为可经由各阀杆21～30与油箱14连通的2组中间卸荷式通路54，在与连通油箱14的油箱通路55的边界部分与溢流阀56一起还分别设置有节流孔57，从这些节流孔57的上游一侧引出的负向控制通路58与2个调节器控制阀39的另外又一个控制压力导入部58分别连通。各个负向控制通路58分别设置有对负向控制压力进行检测用的压力检测器60，这些压力检测器60分别与前述控制器45连接。
这样，前述机械式调节器37便按原样运用现有的部件，将来自负向控制装置、定马力控制装置、液压变速控制装置的信号压力导入液控型调节器控制阀39，由该调节器控制阀39使机械式调节器37的活塞38动作来控制斜板36的倾转角，根据斜板36的倾转角来控制泵排放容量。
而且，各种检测器(传感器)除了前述泵输出压力检测器42、发动机转速检测器44、前述斜板位置检测器等，还根据需要设置对操纵杆操纵量进行检测的操纵量检测器、对来自主泵11的泵输出流量进行控制的流量检测器、对油压致动器负载压力进行检测的负载压力检测器等，这些检测器的输出作为控制信息信号输入控制器45。
下面说明该控制器45的内容。
如图2所示，泵控制系统大致包括油压回路控制部61、发动机速度控制部62和主泵控制部63这3个模块。
前述油压回路控制部61根据工作油的油温信号TEMP、对是否操作油压挖土机的前部工作机械及旋转用悬臂操作杆进行检测用的来自仪表开关的检测信号SWim、以及对是否操作行走用驾驶杆进行检测用的来自驾驶开关的检测信号SWtr，运算油压回路所要求的要求流量Q。
前述发动机速度控制部62包括控制状态决定部64、低速控制转矩运算部65、防止发动机停车转矩运算部66、以及主泵允许转矩运算部67，根据由动力模式PM、工作模式WM以及加速拔码盘所设定的发动机设定转速Nac、发动机转速检测器44检测出的发动机转速N、以及由往复阀41选择高压侧并由泵输出压力检测器42检测出的泵输出压力Pp等，决定主泵11可利用的转矩大小即主泵允许转矩Tmpallow。
前述控制状态决态决定部64与各运算部65～67连接，具有如下功能：对发动机速度进行控制过程中，根据加速拔码盘、发动机转速度传感器等输入的各种信号，来决定诸如是要使防止发动机停车功能起作用还是使发动机转速保持在额定转速附近这种低速控制起作用等控制状态。
前述低速控制转矩运算部65如图3所示，额定转速-额定马力位于发动机输出特性中由调速器控制的调速区域和无法控制的滞后区域两者交界的不连续点上，所以为了确保稳定的运转设定低速量Nus，为了将较额定转速仅少该低速量Nus的发动机转速作为目标转速，即运算图3滞后区域中将目标转速仅向左方移动低速量Nus用的低速控制转矩，将加速拔码盘设定的设定转速和发动机转速检测器44检测出的发动机转速作为输入信号。
基本上，为了实现该发动机13的低速控制，对主泵11的调节器37进行控制，来根据发动机输出转矩对主泵11以(泵输出压力)×(泵输出流量)的形式吸收的负载转矩即泵吸收转矩进行控制。
前述防止发动机停车的转矩运算部66，由发动机转速检测器44检测出的发动机转速运算用以防止因负载引起发动机停止的防止发动机停车转矩。
接着，前述主泵允许转矩运算部67根据加速拔码盘所设定的加速度转矩、低速控制转矩运算部65输出的低速控制转矩以及防止发动机停车运算部66输出的防止发动机停车转矩，来决定一对主泵11可利用的主泵允许转矩Tmpallow。
该主泵允许转矩运算部67如图4所示，通过由加法器71在额定转速的主泵11所需的标准转矩Tt上对前述防止发动机停车转矩运算部运算得出的防止发动机停车转矩Tas进行加法处理来运算静态转矩Ts，通过由加法器72在该静态转矩Ts上对加速度转矩Tac进行加法处理来运算动态转矩Td，通过由加法器73在该动态转矩Td上对前述低速控制转矩运算部65运算得出的低速控制转矩Tus进行加法处理来运算主泵允许转矩Tmpallow，向前述主泵控制部63输出该主泵允许转矩Tmpallow。
该主泵控制部63，靠转矩换算器74用第1拐点压(图6示出的泵输出压力-流量特性的第1拐点处的泵输出压力)将如图5所示前述油压回路控制部61输出的要求流量Q(％)换算为主泵要求转矩Tmpreg(％)，来向发动机速度控制部62要求该主泵要求转矩Tmpreq。
该主泵要求转矩Tmpreq为根据主泵11的负载状况而决定的从泵一侧要求的转矩，另一方面主泵允许转矩Tmpallow(％)为根据发动机13一侧负载状况而被允许的转矩，于是，这些主泵要求转矩Tmpreq和主泵允许转矩Tmpallow当中低的转矩便为主泵11实际所用的泵吸收转矩。
接着，将前述发动机速度控制部62输出的主泵允许转矩Tmpallow和前述主泵要求转矩Tmpreq输入转矩选择装置75，来选择小的转矩，即求出泵吸收转矩，由换算器76将该泵吸收转矩换算为第1拐点压，再由换算器77将该第1拐点压换算为液压变速压力Ps，进而由换算器78将液压变速压力Ps换算为电磁比例减压阀46的螺线管49所需的液压变速用输入信号(控制电流)Ips用以从电磁比例减压阀46输出。
所以如图2所示，该液压变速用输入信号Ips一旦输入电磁比例减压阀46的螺线管49，便从电磁比例减压阀46输出作为运算得出的调节器控制压力信号的液压变速压力Ps，由该液压变速压力Ps控制调节器控制阀39，来控制主泵11的斜板36的倾转角。
这样，以往对发动机转速进行检测来进行泵控制，但本控制方法通过还检测泵输出压力Pp(或致动器负载压力)并加到控制装置上，可按原样运用与以往一样的用两段弹簧的机械式调节器37来控制泵要求马力。
具体来说，相对于增加输出压力检测器42、基于油压挖土机泵控制用的现有两段弹簧的泵斜板控制用调节器驱动部，可通过检测泵输出压力Pp并控制液压变速压力Ps使得机械式调节器37的P-Q特征成为理想的特性，可减小目标控制转矩和实际转矩间的误差。
换句话说，如图7所示，在定马力控制装置，控制调节器37使得泵输出压力Pp和泵输出流量Q的关系(以下称该关系为“泵P-Q特性”)在特定的定泵马力曲线上变化，另一方面，在液压变速控制装置，由控制器45根据发动机目标转速和发动机实际转速之转速偏差，运算须修正的泵吸收转矩，通过输出对应的液压变速用电信号Ips控制电磁比例减压阀46来控制液压变速压力Ps，通过使泵P-Q特性从特定的定泵马力曲线移至其它的曲线，校正机械式调节器37所用的弹簧50的拐点，修正上述转速偏差，图7中，使泵马力增加时，向右上方的定泵马力曲线移动。
下面依据上述控制内容说明图1示出的实施形态的作用。
控制阀15的全部阀杆21～30均为中立状态及微操作状态时，由负向控制装置将在中间卸荷式通路54的节流孔57上游侧发生的负向控制压力，经负向控制通路58导向调节器控制阀39的控制压力导入部59，靠调节器37控制斜板36使泵输出流量成最小。
再有，当由于阀矸21～30的位移负向控制压力降低，就根据经过定马力控制装置的通路52导入调节器控制阀39的控制压力导入部53的泵输出压力Pp，控制调节器控制阀39、靠调节器37控制斜板36的倾转角使发动机13供给主泵11的泵马力(或泵吸收转矩)为一定。即，图7中，随着泵输出压力Pp的变化，靠调节37控制斜板36的倾角使泵输出流量Q沿着一条定泵马力曲线变化。
由控制器45运算检测出的发动机转速N及泵输出压力Pp对应的液压变速压力Ps，根据该运算结果的控制信号控制液压变速装置的电磁比例减压阀46，将由该电磁比例减压阀46减压控制的控制压力即液压变速压力Ps导入调节器控制阀39的控制压力导入部48，靠调节器37控制斜板，变速控制泵输出压力-输出流量特性成最佳，即图7中从一条定泵马力曲线移向另一条定泵马力曲线。
如上所述，对于以前通过检测发动机转速N作反馈控制进行定马力控制，本控制装置也检测来自主泵11的泵输出压力Pp，因为做到了取入控制容量装置35的控制信息信号，所以，相对于负载压力突变，能减少发动机13的转速变化。
再有，不使用高价的控制装置，系统不作大的变更、仍用现有的硬件，只是将检测到的泵输出压力Pp作为控制信号取入，故既不增加成本，又能实现良好的控制装置。
还有，本控制方法及控制装置不仅限于斜板式泵控制，还可适用于具有类似机构的斜轴式泵等的控制。
工业实用性
本控制方法及控制装置用于相对于可变容量型泵负载压力突变减少发动机转速变化，不仅是建筑机械，如是由发动机驱动的可变容量型泵，则也能适用于其它的工作机械、固定式生产机械等。

Claims (4)

1.一种泵控制方法，其特征在于：
检测发动机转速，
检测包括由发动机驱动对泵输出流量进行可变控制的容量控制装置的可变容量型泵的泵输出压力，
根据对可变容量型泵供给负载的工作流体进行控制的控制阀的中立状态和微操作状态，将所发生的负向控制压力导向容量控制装置，来控制泵输出流量为最小，
将泵输出压力导入容量控制装置，将发动机供给可变容量型泵的泵马力控制为保持一定，
将与发动机转速和泵输出压力对应的液压变速压力导入容量控制装置，将可变容量型泵的泵输出压力-输出流量特性变速控制为最佳。
2.一种泵控制装置，其特征在于，包括：
对发动机驱动的可变容量型泵的输出流量进行可变控制的容量控制装置；
对发动机转速进行检测的发动机转速检测装置；
对可变容量型泵的泵输出压力进行检测的泵输出压力检测装置；
将与发动机转速和泵输出压力对应的液压变速压力导入容量控制装置，将可变容量型泵的泵输出压力-输出流量特性变速控制为最佳的液压变速控制装置；
将泵输出压力导入容量控制装置，将发动机供给可变容量型泵的泵马力控制为保持一定的定马力控制装置；以及
根据对可变容量型泵供给负载的工作流体进行控制的控制阀的中立状态和微操作状态，将所发生的负向控制压力导向容量控制装置，来控制泵输出流量为最小的负向控制装置。
3.如权利要求2所述的泵控制装置，其特征在于，
容量控制装置包括：
对泵输出流量进行可变调整的斜板；以及
对斜板倾转角进行控制的液压致动型机械式调节器，
机械式调节器包括：
受到使斜板倾转角增加方向的弹力而动作的活塞；以及
靠与弹力相对的流体压在使斜板倾转角减少方向上控制活塞的液控型调节器控制阀。
4.如权利要求3所述的泵控制装置，其特征在于，液压变速控制装置包括：
对与发动机转速和泵输出压力对应的液压变速压力进行运算的控制器；以及
根据控制器输出的电信号对输入容量控制装置的调节器控制阀的控制压力进行控制的电磁比例动作阀。
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