專利名稱：用于控制工程機械內(nèi)的液壓缸的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及用于控制工程機械內(nèi)的至少一個液壓缸的方法，該液 壓缸布置為使工具相對于車輛的一部分移動，其中液壓缸通過液壓機 器控制。
背景技術(shù)：
本發(fā)明將在下文中結(jié)合具有輪式裝載機形式的工程機械描述。這 是優(yōu)選的而決不限制本發(fā)明的應用。本發(fā)明也可以用于其他類型的工 程機械(或工程車輛)，例如挖掘裝載機(伸縮式挖掘裝載機)和挖 掘機。
本發(fā)明例如涉及為操作工具而對缸的提升和/或傾斜的控制。
更確切地，本發(fā)明涉及控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包括用作泵和馬達 的液壓機器。液壓機器以驅(qū)動方式連接到電機，該電機用作馬達和發(fā) 電機。
液壓機器因此在第一運行狀態(tài)中用作泵且將加壓的液壓流體供給 到液壓缸。液壓機器在第二運行狀態(tài)中也用作液壓馬達，且通過來自 液壓缸的液壓流體流來驅(qū)動。因此，在第一運行狀態(tài)中電機用作電動 馬達且在第二運行狀態(tài)中用作發(fā)電機。
第一運行狀態(tài)對應于工作狀態(tài)，例如以液壓缸執(zhí)行的提升或傾斜。 液壓流體因此引導向液壓缸以移動缸的活塞。另一方面，第二運行狀 態(tài)是能量回收狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是實現(xiàn)用于控制液壓缸的方法，優(yōu)選地用于提升功 能和/或傾斜功能，這提供了平滑的運行且意味著駕駛員受到更小的震 動和沖擊。
此任務以根據(jù)權(quán)利要求l的方法實現(xiàn)。因此，這以包括如下步驟的 方法實現(xiàn)檢測使活塞在液壓缸內(nèi)在第一方向上移動的工具移動的開 始；在發(fā)生工具移動前在第一旋轉(zhuǎn)方向上驅(qū)動液壓機器，使得來自液 壓機器的管線被加壓，該管線布置為將液壓機器連接到缸的一側(cè)，在 工具移動期間活塞將向該側(cè)移動。
優(yōu)選地直接通過來自車輛操作者的輸入(例如移動操作桿)來檢 測移動的開始。
該方法主要可應用于載荷的降低移動以避免震動，但該方法也可 以被用于在工程機械上對載荷的提升移動，和替代地用于工具的傾斜 移動。
本發(fā)明的進一步的優(yōu)選實施例和優(yōu)點從其他的從屬權(quán)利要求和如 下的描述中給出。


將參考在附圖中示出的實施例更詳細地在下文中描述本發(fā)明，各 圖為
圖l示出了輪式裝載機的側(cè)視圖2示出了用于控制輪式裝載機的工作功能的控制系統(tǒng)的優(yōu)選實
施例；
圖3示出了根據(jù)第一例子的用于降低工具的流程圖；和 圖4示出了用于控制輪式裝載機的功能的控制系統(tǒng)。
具體實施例方式
圖1示出了輪式裝載機101的側(cè)視圖。輪式裝載機101包括前部車輛
部分102和后部車輛部分103，這兩個部分每個包括框架和一對傳動軸 112、 113。后部車輛部分103包括駕駛艙114。車輛部分102、 103相互 聯(lián)接在一起，其方式使得它們可以相互繞豎直軸線通過兩個連接到所 述的兩個部分的液壓缸104、 105樞轉(zhuǎn)。液壓缸104、 105因此布置在車 輛的縱向方向上的中心線的不同側(cè)上，以用于轉(zhuǎn)向或使輪式挖掘機101 轉(zhuǎn)動。
輪式裝載機101包括用于處理物體或材料的設備111。設備lll包括 提升臂單元106和具有鏟斗形式的安裝在提升臂單元上的工具107。在 此處鏟斗107裝滿了材料116。提升臂單元106的第一端可旋轉(zhuǎn)地連接到 前部車輛部分102以產(chǎn)生鏟斗的提升移動。鏟斗107可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到提 升臂單元106的第二端以產(chǎn)生鏟斗的傾斜移動。
可以通過兩個液壓缸108、 109將提升臂單元106相對于車輛的前部 部分102升起和降低，液壓缸108、 109每個在一端處聯(lián)接到前部車輛部 分102，且在另一端處聯(lián)接到提升臂單元106。鏟斗107可以通過第三液 壓缸110相對于提升臂單元106傾斜，第三液壓缸110通過連桿臂系統(tǒng)在 一端處聯(lián)接到前部車輛部分102且在另一端處聯(lián)接到鏟斗107。
用于輪式裝載機101的液壓功能的控制系統(tǒng)的實施例將在下文中 更詳細地給出。此實施例涉及通過提升缸108、 109來提升和降低提升 臂106，見圖l。然而，控制系統(tǒng)的此實施例也可以用于通過傾斜缸IIO 來傾斜鏟斗107。
圖2示出了用于進行提升臂106 (見圖l)的提升和降低的控制系統(tǒng) 201的實施例。圖2中的液壓缸108因此對應于提升缸108、 109 (但在圖 2中僅示出了一個缸)。
控制系統(tǒng)201包括電機202、液壓機器204和提升缸108。電機202以 機械驅(qū)動方式通過中間傳動軸206連接到液壓機器204。液壓機器204通 過第一管線210連接到液壓缸108的活塞側(cè)208，且通過第二管線214連 接到液壓缸108的活塞桿側(cè)212。
液壓機器204在第一運行狀態(tài)中適合于用作泵，該泵由電機202驅(qū) 動并為液壓缸108供給來自箱216的加壓的液壓流體，且在第二運行狀 態(tài)中適合于用作馬達，該馬達由來自液壓缸108的液壓流體驅(qū)動且驅(qū)動 了電機202。
液壓機器204在第一運行狀態(tài)中適合于控制液壓缸108的活塞218 的速度。因此，在液壓機器和液壓缸之間不要求控制閥來用于所述控 制。更確切地，控制系統(tǒng)201包括控制單元402，見圖4，該控制單元電 連接到電機202，以在第一運行狀態(tài)中通過控制電機來控制液壓缸108 的活塞的速度。
液壓機器204具有經(jīng)由第一管線210連接到液壓缸的活塞測208的 第一口220，和經(jīng)由第二管線214連接到液壓缸的活塞桿側(cè)212的第二口 222。此外，液壓機器204的第二口222連接到箱216，以在第一運行狀 態(tài)中允許液壓機器從箱216通過第二口222抽油，且通過第一口220將油 供給到液壓缸108。
在一定的情況中，例如當希望下壓或平整材料時，需要以比在僅 載荷驅(qū)動活塞218的移動時更大的力來降低鏟斗107。這樣的強化降低 通常稱為"動力下降"。此動力下降功能也可以用于提升車輛?？刂?系統(tǒng)201包括用于控制壓力的裝置224，所述的壓力裝置224布置在液壓 機器204的第二 口222和箱216之間，以允許在活塞桿側(cè)212上建立壓力。 更確切地，壓力控制裝置224包括電控壓力限制閥。
控制系統(tǒng)201也包括用于感測液壓缸108的活塞側(cè)208上的壓力的
傳感器228。當在活塞側(cè)上檢測到低壓值時，到箱的管線226通過限壓 闊224阻斷，這導致到活塞桿側(cè)的管線214內(nèi)的壓力升高，且獲得了所 述的強化下降移動(動力下降)。在降低期間，壓力傳感器記錄了在 活塞側(cè)上壓力低于某水平(例如20巴)。在電控限壓器上的壓力水平 然后增加到合適的水平，使得在活塞桿側(cè)上發(fā)生壓力的建立(build-up)。
液壓機器204的第一口220通過第一抽吸管線230連接到箱216。具 有單向閥形式的裝置232適于允許從箱抽吸液壓流體且阻塞液壓流體 通過抽吸管線230到箱的流動。
液壓機器204的第二口222通過第二抽吸管線234連接到箱216。具 有單向閥形式的裝置236適合于允許從箱抽吸液壓流體，且阻塞了液壓 流體通過抽吸管線234到箱的流動。
用于打開/關(guān)閉的裝置237在液壓機器204的第二口222和液壓缸 108的活塞桿端212之間布置在第二管線214上。此裝置237包括帶有兩 個位置的電控閥。在第一位置中，管線214打開以在兩個方向上流動。 在第二位置中，閥具有單向閥的功能且僅在向著液壓缸108的方向上允 許流動。在提升移動期間，電動閥237打開且電機202的轉(zhuǎn)速確定了液 壓缸108的活塞218的速度。液壓流體從箱216通過第二抽吸管線234抽 吸且通過第一管線210泵送到液壓缸108的活塞側(cè)208。
另外的管線242將液壓機器204的第二口222和箱216連接。
用于打開/關(guān)閉的裝置243在第一管線210上布置在液壓機器204的 第一口220和液壓缸108的活塞端208之間。此裝置243包括帶有兩個位 置的電控閥。在第一位置中，管線210被打開用于在兩個方向上流動。 在第二位置中，閥具有單向閥功能且僅允許在向著液壓缸108的方向上 流動。
根據(jù)優(yōu)選的實施例，為降低工具，首先檢測通過提升桿406的移動
已開始了降低移動。電動閥243關(guān)閉。在發(fā)生降低移動前，液壓機器204 在第一旋轉(zhuǎn)方向上被驅(qū)動，使得液壓機器和閥243之間的管線210被加 壓。更特定地，液壓機器204在"錯誤的方向上"旋轉(zhuǎn)通過一定的角度， 該角度足以將所述的管線210加壓到合適的程度。液壓機器旋轉(zhuǎn)通過預 先確定的角度，或角度取決于載荷的大小而變化。載荷的大小例如可 以通過壓力傳感器228檢測。
然后，活塞側(cè)208上的閥243打開，液壓機器204的旋轉(zhuǎn)方向逆轉(zhuǎn)且 開始降低移動。電控限壓器可能需要被節(jié)流到一定的程度，以改進活 塞桿側(cè)的再填充。
因此，允許液壓機器在與第一旋轉(zhuǎn)方向相反的第二旋轉(zhuǎn)方向上旋 轉(zhuǎn)，以此能發(fā)生降低移動。因此降低了施加的壓力，使得可以開始降 低移動。來自液壓缸108的液壓流體的流動在第二旋轉(zhuǎn)方向上驅(qū)動了液 壓機器204。
另外，加壓可以通過首先在"錯誤的方向上"以一定的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動 電機202而發(fā)生，其中轉(zhuǎn)矩的程度基于剛好在此之前的壓力傳感器228 的值。例如，接收到來自電機202的信號，該信號指示了液壓機器的轉(zhuǎn) 矩。
根據(jù)另一個替代，在檢測到工具移動的開始之后，閥243保持打開。 另外，檢測指示了來自液壓機器204的管線加壓的運行參數(shù)。此運行參 數(shù)優(yōu)選地指示了活塞在液壓缸內(nèi)的位置。該位置優(yōu)選地通過位置傳感 器248檢測。將檢測到的值(位置)與極限值進行比較，且如果檢測到 的值超過了極限值則終止加壓。極限值對應于當電機在第一旋轉(zhuǎn)方向 ("錯誤的方向上")上被驅(qū)動時活塞在液壓缸內(nèi)的輕微升起。這指 示了降低移動可以開始，加壓終止且來自液壓缸108的液壓流體的流動 在第二旋轉(zhuǎn)方向上驅(qū)動液壓機器204。
根據(jù)替代實施例，方法用于相對于輪式裝載機101的前部部分102 升起鏟斗107。工作運行可能要求在基面上平整材料。為執(zhí)行此平整， 鏟斗可以被降低以實現(xiàn)與地面的接觸，然后持續(xù)降低移動使得前輪脫
開與地面的接觸，且將輪式裝載機的前部部分102從地面提升。輪式裝
載機然后可以被向下或向后驅(qū)動，以平整基面。在某些情況中，當機 器在此位置時，可能希望的是將裝載臂略微升起，以獲得與前輪的抓 握。為此提升運行，活塞桿側(cè)因此以與以上所述的用于降低移動的方
式相對應的方式被加壓。對于在圖2中示出的系統(tǒng)，也可以導致限壓闊 224關(guān)閉，使得在管線214內(nèi)獲得要求的加壓。
圖3圖示了在降低方法中對于邏輯回路的流程圖。邏輯回路開始于 初始框301。然后，控制單元繼續(xù)到框303，在此處讀取了來自控制桿 406的用于提升功能的信號。在下一個框305中，確定是否已開始降低 移動。如果降低移動已開始，則液壓缸的活塞側(cè)通過由電機驅(qū)動液壓 機器而被加壓，見框307。然后，從傳感器248再次讀取信號，該傳感 器248檢測了活塞桿的位置，見框309。如果檢測到活塞桿的一定的向 上移動，見框311，則通過電機對液壓機器的驅(qū)動被終止，見框313， 且允許液壓機器被來自液壓機器的流動驅(qū)動，見框315。
例如，活塞桿在提升缸內(nèi)的位置通過線性傳感器檢測。根據(jù)對檢 測活塞桿在提升缸內(nèi)的位置的替代，通過角度傳感器檢測裝載臂的角 位置。根據(jù)替代或另外的，例如通過傾斜缸內(nèi)的活塞桿的位置，或通 過角度傳感器，檢測工具的位置。位置參數(shù)優(yōu)選地被重復檢測，適當 地基本上被連續(xù)檢測，以此可以確定活塞在液壓缸內(nèi)的方向。
根據(jù)對檢測提升桿406移動的替代來用于開始方法，可以從另一個 控制設備接收輸入，例如機載計算機，這可以是無人操作的機器的情況。
如果鏟斗107在降低移動中應突然停止(這可能在鏟斗撞到地面時
發(fā)生)，則液壓機器204不能及時停止。在此狀態(tài)中，可能從箱216通 過抽吸管線230和通過另外的管線242抽吸液壓流體。
電控闊237、 243用作載荷保持閥。它們被關(guān)閉以使得在駐停 (hanging)載荷時不耗電，且也用于在驅(qū)動源關(guān)閉時防止下落。根據(jù) 替代，在活塞桿側(cè)212上的閥237被省略。然而，有利的是保留閥237， 因為外部力可能將提升臂106提升。
過濾單元238和換熱器240在附加管線242上布置在液壓機器204的 第二口222和箱216之間。在提升功能處于空檔位置時，另外的過濾和 加熱流動可能通過使液壓機器204驅(qū)動從箱216首先通過第一抽吸管線 230且然后通過附加管線242的循環(huán)流動而獲得。在箱前，液壓流體因 此通過換熱器240和過濾器單元238。
存在通過將電控限壓器224加壓而同時發(fā)生以以上所述的方式到 箱的泵送循環(huán)而對液壓流體的另外加熱的另一個可能性。這當然也可 能在使用提升功能時發(fā)生。
另外，電控限壓器224可能用作支持閥(back-up valve)以當執(zhí)行 降低時再填充活塞桿側(cè)212。背壓可以按要求變化且可以保持為盡可能 低，這節(jié)約了能量。油越熱則背壓可能越低，且降低的速度越慢則背 壓可以越低。當存在過濾流時，背壓可能為零。
第一限壓閥245布置在將液壓機器204的第一口220連接到箱216的 管線上。第二限壓閥247布置在將液壓缸108的活塞側(cè)208連接到箱216 的管線上。兩個限壓閥245、 247在閥243的不同側(cè)上在液壓機器204和 液壓缸108的活塞側(cè)208之間連接到第一管線210。兩個限壓閥245、 247
也稱為震動閥，它們被彈簧加載且調(diào)整為在不同的壓力下打開。根據(jù) 例子，第一限壓閥245調(diào)整為在270巴的壓力下打開，且第二限壓閥247
調(diào)整為在380巴的壓力下打開。
當工程機械101向砂礫堆或石堆行駛時和/或當工具被提升/降低/ 傾斜時，鏟斗的移動可能受到障礙的反作用。限壓閥245、 247則保證 壓力不增加到損壞系統(tǒng)的水平。
根據(jù)第一個例子，鏟斗107處于空檔位置，換言之，相對于前部車 輛部分102的框架靜止。當輪式裝載機101向石堆行駛時，第二限壓閥 247在380巴的壓力下打開。
在正在進行的下降期間，在第一管線210上在液壓機器204和液壓 缸108的活塞側(cè)208之間的閥243打開。當提升臂106被降低時，第一限 壓器245在270巴的壓力下打開。如果在使用動力下降的降低運行期間 外力促使裝載臂106向上，則在管線226上在液壓機器204的第二口222 和箱216之間的限壓器224打開。
根據(jù)對調(diào)整為在預先確定的壓力下打開的限壓閥245、 247的替代， 限壓閥可以設計為帶有可變打開壓力。根據(jù)變型例，限壓閥245、 247 被電控。如果使用電控，則一個閥247足以用于震動功能。此閥247取 決于閥243處于打開還是關(guān)閉而被控制。打開壓力可以取決于激活的或 未激活的提升/降低功能來調(diào)整，且也取決于活塞位置。
圖4示出了用于降低功能的控制系統(tǒng)。具有提升桿形式的控制元件 406布置在駕駛艙114內(nèi)以用于由駕駛員手動操作，且電連接到控制單 元402以控制提升功能。
電機202電連接到控制單元402，其方式使得它被控制單元控制且 可以提供運行狀態(tài)信號到控制單元。
控制系統(tǒng)包括一個或多個連接到所述的電機202的儲能裝置420。儲能裝置420例如可以包括電池或超級電容。儲能裝置420適合于當電 機202作為馬達運行且驅(qū)動其相關(guān)的泵204時向電機提供能量。電機202 當由其相關(guān)的泵204驅(qū)動且作為發(fā)電機運行時適合于向儲能裝置420充 以能量。
輪式裝載機101也包括具有內(nèi)燃機形式的動力源422以用于驅(qū)動車 輛，該內(nèi)燃機通常包括柴油機。柴油機在駕駛模式中通過傳動系(未 示出)連接到車輛的車輪。柴油機還通過發(fā)電機(未示出)連接到儲 能裝置420以用于能量傳遞。
可以構(gòu)思替代的機器/單元以適合于生成電力。根據(jù)第一替代，使 用向電機提供能量的燃料電池。根據(jù)第二替代，使用帶有用于向電機 提供能量的發(fā)電機的燃氣輪機。
圖4也示出了根據(jù)控制系統(tǒng)的第一實施例(見圖2)連接到控制單 元402的其他的部件以用于提升功能，例如電控閥224、 237、 243，位 置傳感器248和壓力傳感器228。將理解的是用于傾斜功能和轉(zhuǎn)向功能 和另外的功能的相應的部件連接到控制單元402。
本發(fā)明不視作限制于以上所述的實施例，而是在如下的權(quán)利要求 的范圍內(nèi)可構(gòu)思多個進 一 步的變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于控制工程機械(101)內(nèi)的液壓缸(108、109、110)的方法，該液壓缸布置為相對于車輛的一部分(102)移動工具(107)，其中液壓缸由液壓機器(204)控制，該方法包括如下步驟檢測使活塞(218)在液壓缸內(nèi)在第一方向上移動的工具移動的開始；在發(fā)生工具移動前在第一旋轉(zhuǎn)方向上驅(qū)動液壓機器(204)，使得來自液壓機器(204)的管線被加壓，該管線布置為將液壓機器(204)連接到缸的一側(cè)，在工具移動期間活塞(218)將向該側(cè)移動。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，包括如下步驟在加壓后允許液 壓機器(204)在與第一旋轉(zhuǎn)方向相反的第二旋轉(zhuǎn)方向上旋轉(zhuǎn)，從而能 開始工具的移動且來自液壓缸的液壓流體流在第二旋轉(zhuǎn)方向上驅(qū)動液 壓機器(204)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中用于打開和關(guān)閉液壓機器 (204)和液壓缸(208)之間的流動路徑的可控制裝置(237、 243)布置在來自液壓機器的管線上，該方法包括如下步驟在檢測到工具 移動的開始后，保持可控制裝置(237、 243)關(guān)閉，使得可控制裝置 (237、 243)不允許在從液壓缸到液壓機器(204)的方向上流動；和 將液壓缸(204)和可控制裝置(237、 243)之間的管線(210)加壓。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，包括如下步驟在加壓后打開可 控制裝置(237、 243)，以允許液壓機器(204)在與第一旋轉(zhuǎn)方向相 反的第二旋轉(zhuǎn)方向上旋轉(zhuǎn)，以此能開始移動且來自液壓缸的液壓流體 流在第二旋轉(zhuǎn)方向上驅(qū)動液壓機器(204)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，包括如下步驟在工具移動發(fā) 生前在第一旋轉(zhuǎn)方向上驅(qū)動液壓機器(204)，使得液壓機器的一側(cè)通 過來自液壓機器(204)的所述的管線被加壓。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，包括如下步驟在工具移動發(fā) 生前在第一旋轉(zhuǎn)方向上驅(qū)動液壓機器(204)，使得液壓機器的活塞側(cè)(208)通過來自液壓機器(204)的所述的管線(210)被加壓。
7. 根據(jù)以上權(quán)利要求的任一項所述的方法，包括如下步驟通過 來自車輛的操作者的輸入檢測工具移動的開始。
8. 根據(jù)以上權(quán)利要求的任一項所述的方法，包括如下步驟檢測 指示了來自液壓機器(204)的管線的加壓的操作參數(shù)，將檢測到的值 與極限值進行比較，且如果檢測到的值超過極限值則終止加壓。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，包括如下步驟檢測指示了活塞(218)在液壓缸內(nèi)的位置的運行參數(shù)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至7的任一項所述的方法，包括如下步驟驅(qū)動液壓機器(204)在第一旋轉(zhuǎn)方向上通過預先確定的角度。
11. 根據(jù)以上權(quán)利要求的任一項所述的方法，其中工具(107)受 到載荷(116)。
12. 根據(jù)以上權(quán)利要求的任一項所述的方法，其中工具的移動是 降低移動。
13. 根據(jù)以上權(quán)利要求的任一項所述的方法，其中來自液壓機器 (204)的管線(210)布置為將液壓機器連接到液壓缸的活塞側(cè)(208)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求l至ll的任一項所述的方法，其中工具的移動是 傾斜移動。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至12和權(quán)利要求14的任一項所述的方法， 其中來自液壓機器(204)的管線(214)布置為將液壓機器連接到液 壓缸的活塞桿側(cè)(212)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于控制工程機械內(nèi)的液壓缸(108)的方法，該液壓缸布置為相對于車輛的一部分移動工具，其中液壓缸由液壓機器(204)控制。方法包括如下步驟檢測使液壓缸的活塞(218)在第一方向上移動的工具移動的開始；在發(fā)生工具移動前在第一旋轉(zhuǎn)方向上驅(qū)動液壓機器(204)，使得來自液壓機器(204)的管線被加壓，該管線布置為將液壓機器(204)連接到缸的一側(cè)，在工具移動期間活塞(218)將向該側(cè)移動。
文檔編號F15B21/14GK101370989SQ200780002462
公開日2009年2月18日 申請日期2007年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月16日
發(fā)明者博·維格霍爾姆, 瑪庫·帕洛 申請人:沃爾沃建筑設備公司