CN1356223A

CN1356223A - 控制车辆油缸操作的系统

Info

Publication number: CN1356223A
Application number: CN01145479A
Authority: CN
Inventors: 植松弘治; 阿部诚一
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2000-09-12
Filing date: 2001-09-12
Publication date: 2002-07-03
Anticipated expiration: 2021-09-12
Also published as: CN1153695C; JP2002089508A; JP4234893B2; GB0121951D0; US20020047300A1; GB2369097A; US6568763B2; GB2369097B

Abstract

一种控制油缸操作的系统,包括:一使一从动件如自卸车的车斗沿垂直方向移动的举升油缸;一转换油缸的方向控制阀,以便其处于一第一位置时,使油缸执行伸长运动,而其处于一第二位置时,使油缸执行收缩运动;当方向控制阀处于第二位置时调节一出口油量调节面积的一电磁式比例压力控制阀;输出响应于车斗垂直移动信号的电位计;和一控制器。当控制器检测到车斗处于刚好下降结束位置之前的位置时,控制器向电磁式比例压力控制阀供给一最佳电流,减少输出压力,进而通过调节举升油缸的一举升阀的出口油量调节面积,使下降速度变慢。此后,控制器检测车斗下降速度,并当这个下降速度与设定的下降速度不同时,修正来自电磁式比例压力控制阀的电流,从而通过控制举升缸的出口油量调节面积修正下降速度。

Description

控制车辆油缸操作的系统

技术领域

本发明涉及一种控制一油缸的伸/缩操作的系统，该油缸使一从动件垂直移动，如一车辆的一举升油缸，尤其是使一自卸车的一车斗垂直摆动的举升油缸，或使一挖掘装载机的臂垂直摆动的一摆臂油缸。

背景技术

在自卸车中，在车体(自卸车车体)和车斗之间布置一举升油缸，这样，车斗通过举升油缸的伸长运动向上摆动，而处于一立起状态；车斗通过举升油缸的收缩运动向下摆动，而处于一向下倾斜状态，即车斗落在车体上。

在这种自卸车中，当举升油缸的收缩运动快时，车斗以一增大的速度向下摆动，这样处于立起状态的车斗能在短时间内向下倾斜，即下降。但是，如果车斗向下迅速摆动，车斗以一大的冲击(下面称为落座振动)落座或落在车体上。

与上面的相反，当举升油缸的收缩运动慢时，落座振动减少。但是，车斗从目前立起状态到向下倾斜位置需用较长的时间。

在现有技术中，为了消除上述缺陷，已经提出各种减少落座振动的技术方案，在刚好落座(落)于车体上即举升油缸行程结束时刻之前，使举升油缸的收缩速度变慢。

例如，在日本专利特开平公开HEI 9-119405所公开的一装置中，当举升油缸的运动接近其行程结束位置(即刚好在车斗落座在车体上时刻之前的位置)时，将一举升阀移动到一缓冲位置，并且来自举升油缸膨胀腔的回油流过处于所述缓冲位置的该举升阀的孔。根据这样的布置，限制油的流速，进而使举升油缸的收缩速度变慢。

在日本专利特开平公开2000-87916的另一实例中，表示在一油缸行程的结束位置处减少振动的装置，其中设置一油缸，其通过在接近收缩行程止点后调节回油，用以在一行程结束处减少振动。在使用这样的油缸中，一电磁式比例压力减压阀装在与一方向控制阀和一远程控制阀相连的一油路内，这样能检测由调节油缸的回油引起的负载压力增大的信号，并且根据检测到的这个信号，向电磁式比例压力减压阀传导电流并控制它，进而为了更多的减少在油缸行程结束位置的振动，将方向控制阀移到邻近一中间位置的一位置上。

在前面的现有技术的装置中，举升油缸的回油流过被移置到缓冲位置的举升阀的孔，这样在不同油温下粘度不同的影响，改变流过该孔的油量。为此，举升油缸的回油温度在大气温度不同时或工作场地温度不同时而不同，或者当工作条件不同时，温度也不同，如早晨工作时和长时间工作后的时刻之间的差别。因此，在这样的时间内，举升油缸的收缩速度不同，并且在此情形下，可能出现不能减少落座振动的情形。

在后一种现有技术的装置中，另一方面，为了在接近行程结束位置后调节回油，需要使用具有复杂结构的一油缸，这样需要一昂贵的油缸，并且整个装置也变得昂贵。

发明内容

因此，本发明的一个目的是相当大地消除上述现有技术中的缺陷或不足，并提供一控制油缸操作的系统，其能在下降行程结束处减少对一从动件如一自卸车车斗的振动。

根据本发明，通过提供控制油缸操作的系统而实现这个和其它目的，该系统包括：

一沿垂直方向移动一从动件的油缸；

一方向控制阀，其被转换，当其处于一第一位置时，使油缸执行伸长运动，而处于一第二位置时，使油缸执行收缩运动；

当所述方向控制阀处于所述第二位置时，调节一出口油量调节面积的一调节装置；

用于响应所述从动件垂直移动输出信号的输出装置；和

一控制器，

该控制器具有下列功能：根据来自所述信号输出装置的信号，检测从动件的一垂直位置和一下降速度，其刚好能在从动件到达下降结束位置之前控制所述调节装置，以使出口油量调节面积达到下降振动小的一最佳调节值，并且，在下降结束之前的位置到下降结束位置的时间间隔内，检测所述从动件的下降速度，根据检测的下降速度，通过控制所述调节装置而修正并控制出口油量调节面积，以使下降速度和设定的下降速度一致。

根据上述方面的结构，当从动件刚好在所述下降结束之前的一位置处下降时，调节方向控制阀的出口油量调节面积，减少来自油缸的回油流速，进而使该油缸的收缩速度变慢。

当所述从动件刚好从下降结束之前的位置进一步下降时，根据下降速度修正并控制上述出口油量调节面积，然后以设定的下降速度下降到下降结束位置。

因此，根据不同温度下的油粘度的不同，使从动件的下降速度变快或变慢的情形中，改变方向控制阀的出口油量调节面积，进而使从动件以设定的下降速度下降到下降结束位置。

因此，在不同的工作温度的场合，如在大气温度不同或工作地温度不同时，或在不同工作或操作条件下，如在早晨操作时或长时间工作中，能减少在下降结束位置处从动件的振动。

另外，根据本发明，由于能根据从信号输出装置输出的信号来检测从动件的垂直位置和下降速度，因而可采用通常型式的便宜的油缸，进而，减少整个装置的生产成本。

还有，由于刚好在下降结束之前的位置和下降结束位置之间的一段时间内对出口油量调节面积进行控制，那么控制时间能聚集于一恒定的范围内，与整个行程内控制从动件垂直运动的情形相比较而言，这样能更少地受出口油量调节面积的差值的影响，这个差值是由从动件的重量或方向控制阀的工作误差造成的，因此，必将减少从动件在下降结束位置处的振动。

另外，在上述本发明的结构中，控制器还设置了一学习功能，其用于当从动件刚好从下降结束之前的位置到下降结束位置的下降时间比最佳时间长的某一时刻，将具有另一出口油量调节面积的一最佳调节阀修正为一较小值，相反当从动件刚好从下降结束之前的位置到下降结束位置的下降时间比最佳时间短的某一时刻，将所述具有另一出口油量调节面积的一最佳调节阀修正为一较大值。

根据这个结构，当从动件刚好从下降结束之前的位置到下降结束位置的下降时间与最佳时间不同时(即从动件没有以设定的下降速度下降时)，根据实际下降时间改变所述另一最佳出口油量调节面积，这样可使从动件在下一下降操作中以最佳时间下降。

另外，在本发明中，所述方向控制阀是由一先导压力转换的一先导压力转换阀，所述调节装置是一控制该先导压力的电磁式比例压力控制阀，并且所述控制器通过控制传导到电磁式比例压力控制阀的一电磁线圈的电流来控制方向控制阀的出口油量调节面积。

根据这种结构，通过一具有通常的先导压力转换阀的方向控制阀和电磁式比例压力控制阀来控制从动件的伸长和收缩操作。另外，此时，控制器只需控制传导到电磁线圈的电流，即可很容易地完成该控制。

附图说明

本发明的本质和其它的特性将从下面作出的说明、并参照附图而变得更为清楚。

图1是一自卸车的侧视图，其中应用了本发明的控制油缸操作系统。

图2是向自卸车的举升油缸输送经加压即液压油的一油路图。

图3是本发明控制一车斗向下倾斜速度的流程图。

具体实施方式

下面将参照图1至3说明本发明的一个最佳实施例。另外，应当注意，在此使用表示不同部件、部分等的位置，姿态等的术语，如“垂直”，“上”，“下”，“前”，“后”，“纵向的”等是相对图1所示的车辆处于正常状态而言的。

首先，参见图1，示出一车辆，即一自卸车，包括装有前轮2和后轮3的车体1。

一司机驾驶室4布置在车体1的一前侧部，一对横向车斗安装支架5安装在车体1的后侧部。

一对横向支架7也安装到一车斗(即道路运载平台)6的后侧部底面上。这些支架7和上述车斗安装支架5借助横轴8彼此连接，并且车斗6可垂直摆动地安装到一车体1上。

一对横向举升油缸9分别布置在车体1的纵向中间部和车斗6的纵向中间底部之间。

当操纵举升油缸9使之收缩时，车斗6垂直向下摆动，正如图1中的实线所示，在此，车斗6处于车斗落座或落下姿态，即处于车斗运载平台向下倾斜的状态。

相反，当操纵举升油缸9使之伸长时，车斗6向上摆动，这样处于一立起位置(沉积物排出姿态)如图1中的假象线所示。

参见图2，通过一发动机10的工作驱动一液压泵11和一副液压泵12。液压泵11包括一泄压通道11a，在该通道内装有一方向控制阀，如举升阀13。

举升阀13上设置有一泵送口14，一油箱口15，一第一致动器口16，一第二致动器口17和一旁通通道18，并且其能转换，以便处于诸如保持位置A，上升或向上移动位置B，浮动位置C和下降或向下移动位置D的任一位置。

泄压通道11a与泵送口14和旁通通道18的进入侧连通，旁通通道18的出口侧、油箱口15与油箱20相连的排出通道19相连通。第一致动器口16与举升油缸9的膨胀室9a相连通，第二致动器口17与举升油缸9的一收缩室9b连通。

举升阀13借助第一和第二弹簧21、22处于保持位置A。

在举升阀13保持位置A处，举升阀13分别断开与泵送口14，油箱口15，第一致动器口16和第二致动器口17的连通，并建立与旁通通道18的连通。

因此，举升油缸9的操作停止。此时，从液压泵11排出的油流经旁通通道18，然后流出经排出通道19进入油箱20。

根据供给一第一压力接受部23的一先导液压油的压力，举升阀13抵抗第一弹簧21的弹簧力，向上升位置B转换，当液压油压力达到一第一设定压力时处于上升位置B。

在举升油缸13处于上升位置B时，泵送口14和第一致动器口16相互连通，第二致动器口17和油箱口15相互连通，旁通通道18关闭。

根据这种方式，从液压泵11排出的液压油被供给举升油缸9的膨胀室9a，另一方面，举升油缸9收缩室9b内的液压油排出进入油箱20。因此，举升油缸9伸长。

根据供给一第二压力接受部24的一先导液压油的压力，举升阀13抵抗第二弹簧22的弹簧力，向浮动位置C转换，当液压油压力达到一第二设定压力时其处于浮动位置C。

在举升油缸13处于浮动位置C时，泵送口14与第二致动器口17连通，油箱口15与第一致动器口16连通，并建立与旁通通道18的连通。

根据这种方式，从液压泵11排出的液压油被输送到举升油缸9的收缩室9b，并流到油箱20。膨胀室9a内的液压油也流入油箱20。这样，举升油缸9靠车斗6的自重而收缩，然后车斗落座在车体1上，进入向下倾斜或下降结束状态。另外，举升阀13处于浮动位置C时，可能建立泵送口14和油箱口15之间、以及第一致动器口16和第二致动器口17之间的连通，也能使之与旁通通道18的连通。

根据这种布置，举升油缸9能通过一外力作用活动自如地伸长或收缩。例如，当向举升油缸9施加一使油缸9伸长方向的外力时，举升油缸9被操纵而伸长，另一方面，当向举升油缸9施加一使油缸9收缩方向的外力时，举升油缸9被操纵而收缩。

当所述举升阀转换到浮动位置C时，一第三弹簧25起作用。

举升阀13处于浮动位置C，而第二压力接受部24的压力高于所述第二设定压力一预定压力量时，根据此压力，举升阀13抵抗第二和第三弹簧22和25的弹簧力，向下降位置D移动，并且当这个压力大于一第三设定压力时，举升阀13处于其下降位置D。

在举升阀13处于下降结束状态时，泵送口14与第二致动器口17连通，第一致动器口16与油箱口15连通，并且旁通通道18关闭。

根据这种方式，从液压泵11排出的液压油被输送到举升油缸9的收缩室9b，另一方面，举升油缸9的膨胀室9a内的液压油被排入油箱20。这样，举升油缸9完成收缩行程。

也就是说，举升阀13具有一先导压力转换型的处于第一和第二位置的结构；即在第一位置，举升油缸9通过供给第一压力接受部23的先导液压油完成伸长运动，在第二位置，举升油缸9通过供给第二压力接受部24的先导液压油完成收缩运动，并且通过该先导液压油压力改变来自举升油缸9的回油流速，即出口油量调节面积。

另外，副液压泵12的泄压通道12a设置了一电磁式比例压力控制阀30。

该电磁式比例压力控制阀30设置一入口31、一出口32和一油箱口33。该电磁式比例压力控制阀30保持在一第一位置，在该位置，由出口32的压力(输出压力)和一弹簧34断开入口31和出口32间的连通，而出口32和油箱口33相互连通。

该电磁式比例压力控制阀30设置有一电磁线圈35，根据该电磁线圈35的推力，然后转换到一第二位置，在该位置，入口31和出口32相互连通，并且断开出口32和油箱口33间的连通。

如上所述，在电磁线圈35处于非“0”电流传导时，该电磁式比例压力控制阀30处于第一位置，在该位置，出口的压力变为零(即，等于油箱压力)，而入口31的压力变为等于布置在副液压泵12的排出通道12a上的一辅助安全阀36的一设定溢流压力。

另外，出口32的压力增加与电磁线圈35的传导电流成比例。

换言之，可以说该电磁式比例压力控制阀30是一种通过控制先导液压油压力调节举升阀13的出口油量调节面积的装置，这将在下面描述。

从该电磁式比例压力控制阀30输出的液压油通过操纵一电磁转换(方向控制)阀40，被输送到举升阀13的第一压力接受部23或第二压力接受部24。电磁方向控制阀40设置有与出口32连通的一第一口41，与所述第一压力接受部23连通的一第二口42，与第二压力接受部24连通的一第三口43和与油箱20连通的一第四口44。另外，该电磁方向控制阀40由一电磁线圈45的推力转换到一第一位置E，借助弹簧46转换到一第二位置F。

在电磁方向控制阀40的第一位置E处，第一口41和第二口42相互连通，并且第三口43也和第四口44彼此连通。

根据上述这种布置，液压油输送到举升阀13的第一压力接受部23，并且第二压力接受部24内的液压油排出进入油箱20。

在电磁方向控制阀40处于第二位置F时，第一口41和第三口43相互连通，并且第二口42也和第四口44彼此连通。

根据上述这种布置，液压油输送到举升阀13的第二压力接受部24，并且第一压力接受部23内的液压油排出进入油箱20。

也就是说，电磁方向控制阀40是一先导压力供给控制阀，其改变先导液压油的供给以便转换举升油缸13。

电磁式比例压力控制阀30的电磁线圈35和电磁方向控制阀40的电磁线圈45借助来自一控制器48的电流来控制，来自一电气手柄装置50的对一保持信号，一上升信号，一浮动信号或一下降信号进行切换的信号被输入到该控制器48。

另外，液压泵11的泄压通道11a设置一安全阀49，如图2所示。

电气手柄装置50设置了一可沿箭头a和b方向转动的手柄(件)51，产生与手柄51转动行程成比例的一电信号的电位计52，和一使保持手柄51处于浮动位置或上升位置的电子或机械的制动器(无图示)。

当手柄51沿箭头a转动时，选择浮动位置或下降位置，并且产生表示电位计52沿箭头a转动的信号和与转动行程成比例的信号，并输入到控制器48。

另一方面，当手柄沿箭头b转动时，选择上升位置，并且产生表示电位计52沿箭头b转动的信号和与转动行程成比例的信号，并输入到控制器48。

在联接车体1和车斗6的一轴8上也设置了一信号输出装置，输出响应车斗6垂直摆动的信号，例如一电位计53。电位计53的输出信号输入到控制器48。

一发动机运转传感器54检测发动机10的转速(转数)，并且检测的发动机转速输入到控制器48。

控制器48根据与手柄操作行程成比例的电信号产生一电流，并输送到电磁压力控制阀30的电磁线圈35。另外，在手柄51处于保持位置时，电磁线圈35上无电流传导。

控制器48响应于表示手柄51沿箭头b转动的信号，产生一电流传导到电磁方向控制阀40的电磁线圈45，并且在其它时间，没有电流传导到电磁线圈45。

控制器48一直根据来自电位计53的信号计算和检测车斗6的位置和下降速度。

下面将对车斗从立起姿态到向下倾斜姿态的摆动操作予以说明。

首先，电气手柄装置50的手柄51处于浮动位置。在该例子中，控制器48产生与手柄操作量成比例量值的电流传送到电磁式比例压力控制阀30，然后输出与该手柄操作量成比例的压力。

另一方面，电流不会传导到电磁方向控制阀40的电磁线圈45，因此，其处于第二位置F。

根据这样的操作，向举升阀13的第二压力接受部24输送其压力与手柄操作量成比例的先导液压油，然后处于浮动位置C。

在这个例子中，从液压泵10排出的液压油被供给举升油缸9的收缩室9b，膨胀室9a内的液压油经第一致动器口16和油箱口15流出进入油箱20(出口油量调节状态)，并且举升油缸9收缩，从而摆动并向下移动车斗。

在车斗6向下移动的过程中，控制器48以下面的方式操作，即由图3流程图所表示的方式。

参见图3，首先，在步骤S1，判断一车斗角是否为“0”。例如，假如当电位计53输出的信号等于一第一设定角时，判定车斗角为“0”度，而当其输出的信号不等于所述第一设定角时，判定为非“0”度(非“0”度的角度)。

该第一设定角是当车斗6沿垂直方向初始摆动时的实际测量值，或是根据每个元件或部件的尺寸得到的计算值。

在车斗下降操作过程中，车斗角不是“0”度，这样操作进入步骤S2。

在步骤S2，判定车斗是否现在正在向下移动。例如，假如电位计53输出的信号改变，则判定车斗角现在是处于向下移动状态，而输出信号没有改变时，则判定车斗角现在不是处于下降状态。

然后，当车斗是向下移动时，操作步骤进入步骤S3。

在步骤S3，判定车斗角是否处于一预先设定的第二设定角内(如4度)。即，判定车斗6是否刚刚进入落座位置之前的一落座防振区。

当车斗角在第二设定角之内时，操作步骤进入S4。

在步骤S4，当车斗角与第二设定角一致时，落座控制操作开始，并且在先前的处理中学习到的最佳电流(将在下面描述)在一预先设定时间内(如0.4秒)一直被输出。

这个最佳电流小于与前述的手柄操作量成比例的电流值，并且电磁式比例压力控制阀30的输出压力变为低压，这样供给第二压力接受部24的先导液压油压力也变为低压。举升阀13从浮动位置C继续向保持位置A移动，并且泵送口14和第二致动器口17间的连通区域和第一致动器口16和油箱口15间的连通区域变得更小(即出口油量调节面积被调节)。因此，从举升油缸9的膨胀室9a排出到油箱20的液压油的流速(回油流速)降低。

这样，举升油缸9的收缩速度就慢，进而也使车斗6的下降速度变慢。

换言之，控制器48产生最佳电流，由此控制电磁式比例压力控制阀30(调节装置)，并且举升阀13的出口油量调节面积变为最佳调节值，在该值处落座振动变小。

传导到电磁式比例压力控制阀30的电磁线圈35的电流从与操作手柄的操作行程一致的值减至该最佳值。

因此，电磁式比例压力控制阀30的输出压力逐渐减少，进而能连续地缓慢地调节举升阀13的出口油量调节面积。因而，举升油缸9的收缩速度被平稳地降低，这样在落座控制开始期间不会发生任何振动。

在上述设定时间段后，判定车斗下降或降下速度。车斗下降速度的判定将以下面的方式进行。

根据从电位计53输出的信号计算车斗下降速度。

在步骤S5，将设定的下降速度与实际下降速度进行比较。当实际下降速度大于设定下降速度时，前述的电流输出变小，因而从电磁式比例压力控制阀30输出的压力变低，举升阀13进一步转换到保持位置，而不是上述位置，并且出口油量调节面积进一步变小，这样下降速度变慢。

当实际下降速度不大于设定下降速度时，操作步骤进入步骤S6。

在步骤S6，比较设定下降速度和实际下降速度。当实际下降速度小于设定下降速度时，前述电流输出变大，从而从电磁式比例压力控制阀30的输出压力变大，举升阀13又转换到浮动位置C，而不是上述位置，并且出口油量调节面积变得更大，这样下降速度变快。当实际下降速度不慢时，保持上述输出电流。

也就是说，从开始落座控制操作经设定时间期间后，车斗下降速度被反馈，从而连续地改变出口油量调节面积，这样缓慢地使车斗下降速度变慢(使速度下降)。

当车斗一落座于身1上，步骤S1就判定车斗角是否是“0”角，并且计算落座控制时间，然后判定。

落座控制时间是一车斗角处于从第二设定角变为“0”角的时间(即刚要落座之前到落上之间的时间)，并且如果该时间大于上述最佳时间，判定落座振动小于允许值，但是将车斗落于车体上需要花很多时间，相反，如果该时间小于上述最佳时间，落座振动将大于允许值。

根据上述落座时间，修正前面的最佳时间，并判断下一个最佳电流(即在前面步骤S4所输出操作的这段时间内已经学习到的最佳电流)。

例如，当落座控制时间大于最佳时间(即下降速度慢)，使前面的最佳电流变大，增加一与该较长的时间段相应的量。相反，当落座控制时间小于最佳时间(即，下降速度快)，使前面最佳电流变小，减少一与该较短的时间段相应的量。

在上述实施例中，借助该电磁方向控制阀40，一个电磁式比例压力控制阀30输出的液压油经转换操作供给举升阀13的第一、第二压力接受部23、24的两者之一。但是，可以是两个电磁式比例压力控制阀30将输出压力输送到举升阀13的第一压力接受部23和第二压力接受部24。

另外，在上述实施例中，本发明适用于自卸车的举升油缸，但它可适用于挖掘装载机的垂直摆臂的摆臂油缸，并且在这种情形中，方向控制阀不需提供一浮动位置。也就是说，通过一油缸的收缩运动降下一从动件，其中油缸沿垂直方向移动该从动件。在这样的情形中，车斗、落座、刚要落座之前的时间和落座振动分别可以用从动件，下降结束，刚要下降之前的时间和下降结束振动替代。

另外需要指出的是，尽管本发明公开了一适用于油缸操作控制装置的发明，但本发明不限于这个特定的实施例或应用，对于本领域技术人员将得到大量其它应用的启示。另外，本领域专家将会对例解及说明的实施例的细节作出各种修正、改进和变动，以便符合设计等，或符合应用的需要。因此，本发明有理由被理解为一种与所附权利要求较宽范围的正确含义或恰当方面一致的教导。

Claims

1、一种控制油缸操作的系统，包括：

一沿垂直方向移动一从动件的油缸；

用于响应所述从动件垂直移动输出信号的输出装置；和

一控制器，

2、根据权利要求1所述的控制油缸操作的系统，其特征在于，所述控制器还设置了一学习功能，其用于当从动件刚好从下降结束之前的位置到下降结束位置的下降时间比最佳时间长的某一时刻，将具有另一出口油量调节面积的一最佳调节阀修正为一较小值，相反当从动件刚好从下降结束之前的位置到下降结束位置的下降时间比最佳时间短的某一时刻，将所述具有另一出口油量调节面积的最佳调节阀修正为一较大值。

3、根据权利要求1或2所述的控制油缸操作的系统，其特征在于，所述方向控制阀是由一先导压力转换的一先导压力转换阀，所述调节装置是一控制该先导压力的电磁式比例压力控制阀，并且所述控制器通过控制传导到电磁式比例压力控制阀的一电磁线圈的电流来控制方向控制阀的出口油量调节面积。