液压负载感测系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于工程机械(1)的液压负载感测系统(12)。该液压系统包括泵(13)和液压蓄能器(16)，该泵(13)用于提供液压流体以驱动致动器(14)。该液压蓄能器(16)被布置成提供液压流体压力，该液压流体压力用于产生LS?信号以控制由泵(13)提供的液压流体压力。
【专利说明】
液压负载感测系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于工程机械的液压负载感测系统，该系统包括栗和液压蓄能器，该栗用于提供液压流体以驱动致动器。本发明还涉及一种用于控制液压负载感测系统的方法。
[0002]本发明能适用于不同类型的液压系统，特别是用于铰接式车架转向工程机械(例如轮式装载机和铰接式翻斗车)的液压转向系统。
[0003]尽管将针对轮式装载机的转向系统来描述本发明，但本发明的应用不限于这种特殊的应用，而是也可用在其他液压系统和车辆中。
【背景技术】
[0004]工程机械通常设有铲斗、车斗或其它类型的用于挖掘、提升、装载和/或运输物料的器具。
[0005]例如，轮式装载机具有提升臂单元，用于升降诸如铲斗的器具。该提升臂单元包括用于移动负载臂的多个液压缸和附接到该负载臂的器具。布置有一对液压缸以举升该负载臂，并且布置有另一个液压缸以使所述器具相对于负载臂倾斜。
[0006]另外，工程机械通常是铰接式车架转向的，并具有通过使工程机械的前车身部分和后车身部分相对于彼此枢转而使工程机械转弯/转向的一对液压缸。
[0007]该液压系统通常还包括至少一个液压栗，该至少一个液压栗被布置成向所述液压缸提供液压动力，即，液压流体和/或液压压力。该液压栗由动力源(例如，内燃机或电动机)驱动。工程机械的液压系统通常是所谓的负载感测系统(LS-系统)。这意味着，向液压系统提供液压流体的所述栗接收表示液压缸在运行中的当前负载压力的信号。然后，该栗被控制以提供比所述液压缸的负载压力略高的压力。
[0008]该液压栗通常是由工程机械的原动机驱动的可变排量栗。该栗通过动力输出装置被驱动，该动力输出装置可以位于内燃机与变速器装置(例如齿轮箱)之间。该变速器装置则例如连接到工程机械的车轮，以推进该工程机械。
[0009]在这种液压系统中，发生了能量损失，这是由于如下事实:在发动机运转时，即使所述液压缸不需要栗工作，该栗也总是转动。
【发明内容】
[0010]本发明的目的是提供一种液压负载感测系统，通过该系统，在能够确保向致动器提供液压流体的同时，还能够减少能量损失。
[0011 ]该目的是通过根据权利要求1所述的液压负载感测系统来实现的。
[0012]本发明是基于如下见解:通过提供用于产生负载感测信号的蓄能器，能够为所述栗提供一个单独的驱动源，并且，如果不要求栗工作，则允许所述栗静止不动。如果在该栗未运转时要求所述致动器的移动，则总是存在可从蓄能器获得的液压压力，该液压压力用于生成LS-信号并立即启动所述栗且产生栗压力以将液压流体提供至致动器。由于栗在未使用时不必须被驱动，将会减少能量损失。
[0013]例如，在液压负载感测系统中，由电动机驱动的液压栗能用于向液压转向系统供应液压流体。该栗可具有固定排量，因为电动机的速度可以改变以实现来自所述栗的期望的液压流体流。所述电动机和栗可静止不动，以在不要求转向时节约能量。当要求转向时，能够通过提供液压流体压力的蓄能器来获得快速响应，该液压流体压力产生要传送到电动机/所述栗的控制单元的LS-信号。然而，只要转向系统的负载压力超过由蓄能器提供的压力，传送到所述栗的该LS-信号仍然由转向系统的负载压力以传统的方式产生，以实现由所述栗提供的期望的液压流体压力。
[0014]根据另一方面，本发明还涉及一种用于控制根据权利要求11所述的液压负载感测系统的方法。通过根据本发明的方法，能够获得与上文针对液压负载感测系统所述的相同的优点。
[0015]根据一个实施例，该方法包括以下步骤:使用由蓄能器压力产生的LS-信号来启动所述栗并开始通过所述栗向致动器提供液压流体。通过使用由蓄能器压力产生的LS-信号来启动所述栗并开始通过所述栗向致动器提供液压流体，当操作者请求致动器的运行时，即使所述栗未运转，也能使延迟时间保持相对短。
[0016]在以下描述和从属权利要求中，公开了本发明的其他优点和有利特征。
【附图说明】
[0017]参考附图，下面是作为示例引用的本发明实施例的更详细描述。
[0018]在这些图中:
[0019]图1是侧视图，示出了具有根据本发明的液压系统的轮式装载机；
[0020]图2示出了根据本发明的液压负载感测系统的一个实施例；
[0021]图3示出了根据本发明的液压感测系统的另一个实施例;并且
[0022]图4是根据本发明的方法的一个实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0023]图1是轮式装载机形式的工程机械I的示图。该轮式装载机是能够采用根据本发明的液压负载感测系统的工程机械的一个实例。
[0024]该轮式装载机具有器具2。该术语“器具”旨在包括任一种通过液压技术控制的工具，例如铲斗、货叉或抓取工具。图中所示的器具是铲斗3，其布置在用于提升和降低铲斗3的负载臂4上，进一步地，该铲斗能够相对于所述负载臂倾斜。在图1所示的示例性实施例中，该轮式装载机的液压系统具有用于负载臂4的操作的两个液压缸5、6和用于使铲斗3相对于负载臂4倾斜的一个液压缸7。
[0025]该轮式装载机的液压系统还包括两个液压缸8、9(即，转向缸)，这两个液压缸8、9布置在轮式装载机I的两个相反侧，用于通过前车身部分10和后车身部分11的相对运动而使轮式装载机转向。
[0026]换句话说，该轮式装载机是通过转向缸8、9进行转向的铰接式车架转向轮式装载机。还存在将轮式装载机I的前车身部分10和后车身部分11连接的枢转接头，以使这些车身部分彼此枢转地连接，从而绕大致竖直的轴线枢转。
[0027]图2中示出了根据本发明的液压负载感测系统的一个示例性实施例。液压系统12包括栗13，该栗13用于提供液压流体以驱动致动器14。栗13由电动机15驱动。致动器14可以是一个或多个液压缸或者是任何其他液压设备。该液压系统还包括液压蓄能器16。液压蓄能器16能够被填充有加压的液压流体。该液压蓄能器16被布置成提供液压流体压力，该液压流体压力用于产生LS-信号以控制由栗13提供的液压流体压力。
[0028]如图中示意性地示出的，该液压系统包括用于控制所述致动器14的控制阀17。该液压系统优选布置成从控制单元18接收信号。该控制单元18也连接到某种操作者输入装置，例如操作杆19。作为对操作者的请求的响应，控制单元18对控制阀17进行控制并打开该控制阀，以将液压流体从栗13提供到致动器14。该液压系统还包括压力传感器20，该压力传感器20测量用于所述LS-信号的负载压力。与压力传感器20测量到的压力相对应的信号被传送到控制单元18，并且所述LS-信号从控制单元18传送到驱动所述栗的电动机15和/或传送到栗13。这可以通过电机控制单元21来执行。电机控制单元21可以是主控制单元18的一部分或者是与主控制单元18通信的独立单元。如果使用具有可变排量的栗，那么，对电动机15和栗13的控制可以包括该电动机的启动和停止、该电动机的速度和/或扭矩、以及对该栗的排量的调节。然而，在图2所示的示例性实施例中，该栗具有固定排量。尽管所示出的栗是具有固定排量类型的栗(因为可通过电动机的速度来控制该栗的容量)，但也可以使用另一种具有可变排量的栗。
[0029]通常，当致动器14工作且栗13向该致动器提供液压流体时，栗13将提供相当于致动器14的负载压力加上一个偏移量(offset)的液压流体压力，例如是负载压力加上20巴。这意味着所述控制阀17上具有压降。优选通过布置在栗13处的压力传感器22来测量该栗的压力。
[0030]然而，如果栗13已关闭且未被驱动(并且所述致动器不工作)，则不存在负载压力。即使响应于操作者的请求而随后打开控制阀17来启动致动器14，在致动器14内最初不存在(或者仅有非常小的)负载压力。这又意味着:没有(相关的)LS-信号由该致动器的负载压力产生，并且该栗将不启动，或者，从请求该致动器运行的时间点到该栗以所要求的压力提供液压流体的时间点之间的时间过长。
[0031]然而，当使用根据本发明的液压系统时，克服了该问题，这是因为:优选以与栗13相同的方式经由所述控制阀17流体地连接到致动器14的蓄能器16提供用于产生所述LS-信号的液压流体压力。蓄能器16可以与栗13连接到控制阀17的同一个入口 31。一旦控制阀17被打开，就可以利用来自该蓄能器的流体压力。然后，至少在一开始能够基于由液压蓄能器16产生的压力来控制栗13。通过由来自蓄能器16的压力产生的LS-信号，电动机15和栗13被启动并且栗13将提供相当于该LS压力加上一个偏移量的液压流体压力。
[0032]此外，至少在栗13刚开始启动但还不能提供致动器14的运行所需的压力时，液压蓄能器16还能布置成向致动器14提供液压流体以驱动该致动器(假设该蓄能器压力是足够的)。可以使用来自蓄能器16的液压流体，直到所述栗的压力已经达到超过蓄能器压力的压力。因此，能够进一步减少任何由于栗13的启动而带来的延迟时间，并且响应将更快。在这种连接结构中，栗13和蓄能器16被流体地连接到控制阀17的同一个入口 31，以向致动器14提供液压流体。
[0033]如图2中进一步示出的，该液压系统可以包括供给管线23，该供给管线23从栗13延伸到控制阀17并进一步延伸到致动器14，用于向致动器14提供液压流体。该液压系统还可以包括排放管线24，该排放管线24从致动器14延伸到控制阀17并进一步延伸到油箱25，用于排空该致动器14。蓄能器16能够连接到供给管线23，并且优选地，蓄能器16通过止回阀26而被连接，以允许液压流体在从液压蓄能器16到致动器14的方向上流动，但不允许在相反方向上流动。
[0034]此外，液压蓄能器16能够流体地连接到栗13，用于在栗13被驱动并提供比蓄能器16中的压力高的压力时对蓄能器16加载。栗13和液压蓄能器16之间的连接管线17适合具有减压阀28，该减压阀28允许液压蓄能器16被加载到预定的最大液压蓄能器压力。因此，当栗13被驱动时，S卩，在致动器14运行期间，液压蓄能器16能够被连续加载。压力传感器35优选布置在液压蓄能器16处，以测量蓄能器16中的压力。如果液压蓄能器16中的压力下降到低于阈值，则控制所述栗13以对该蓄能器加载并升高其压力。因此，能够确保该液压蓄能器中的压力将不低于预定的最小液压蓄能器压力。
[0035]此外，优选布置有一个或多个另外的止回阀29、30，以阻止液压流体在从蓄能器16到栗13的方向上或者在从致动器到该栗的方向上流动。该蓄能器的最大压力的大小可以优选为该栗的正常工作压力的大约10-50%或最大栗压力的大约10-50%。仅作为示例，该蓄能器的液压流体的压力可以为30-50巴。
[0036]在图3中，示出了根据本发明的液压负载感测系统的另一实施例。在本实施例中，致动器14具有两个液压缸14a、14b，这两个液压缸14a、14b被布置成提供该工程机械I的铰接式车架转向机构。本发明在如下这种应用中特别有用:在该应用中，当存在来自操作者的转向请求时，获得快速响应是很重要的。对于参考图3描述的根据本发明的液压系统的实施例，将仅详细描述这些实施例独有的特征和功能。图3中使用的与图2中相同的附图标记表示已参考图2描述的相同或相似的部件，因此在下文中，将仅简要地描述或者完全不描述这些部件。
[0037]特别地，连接到某种操作者输入设备(例如，参考图2描述但未在图3中示出的操作杆19和电机控制单元21)的主控制单元18也可相应地应用在图3所示的实施例中。
[0038]图3中示意性地示出的液压缸14a、14b能够机械地连接到该工程机械，用于参考图1如上文所述的转向缸8、9，以获得转向机构。液压缸14a、14b优选交叉地联接(cross-coupled)，使得液压流体被提供到一个液压缸的活塞侧，与此同时液压流体被提供到另一个液压缸的活塞杆侧，反之亦然。因此，这两个液压缸14a、14b都可以用于向左转向以及向右转向。
[0039]在图3中，详细地示出了控制阀或转向阀17。除了转向阀17之外，该液压系统还包括用于控制该转向阀17的两个先导阀32、33以及用于提供先导压力的压力源34。通过该先导压力，转向阀阀芯能够移动到期望的位置，以控制通过转向阀17的液压流体的流动。
[0040]响应于操作者的转向请求，控制单元控制转向阀17并且该转向阀被打开以将液压流体从栗13提供到液压转向缸14a、14b。该控制单元根据期望的转向方向将信号发送到所述先导阀之一。在图3所示的示例中，该控制单元已将信号发送到先导阀32，以允许先导液压流体的流动使转向阀阀芯向右移动。在该阀芯位置上，转向阀17被打开，以使液压流体经由入口 31流过转向阀17并进一步流到液压转向缸14a、14b。该液压系统还包括压力传感器20，该压力传感器20测量用于所述LS-信号的负载压力。该压力传感器20能够布置成测量转向阀17内的压力。
[0041 ]同样如前文所描述的，当致动器14中不存在负载压力时，或者换句话说，当栗13不提供任何液压流体或者该液压流体的压力低于液压蓄能器16的压力时，蓄能器16能够提供用于产生所述LS-信号的液压流体压力。蓄能器16可以与栗13连接到转向阀17的同一个入口 31，从而使压力传感器20能够测量由蓄能器流体压力产生的LS压力。一旦控制阀17被打开，就可以利用来自蓄能器16的流体压力。然后，至少在一开始能够基于由液压蓄能器16产生的压力来控制栗13。通过由来自蓄能器16的压力产生的LS-信号，电动机15和栗13被启动并且栗13将提供相当于该LS压力加上一个偏移量的液压流体压力。
[0042]尽管已结合一种转向系统(其中，转向阀由图3所示的先导压力和先导阀控制)描述了本发明和液压蓄能器的使用，但本发明也可适用于具有以任何其他适当的方式控制的转向阀的系统。例如，通常还存在额外的转向功能:其中，操作者可以通过机械连接到所述转向阀以移动转向阀阀芯的转向杆和方向盘来控制所述转向阀，即，所谓的转阀式转向(steering with orbitrol)。
[0043]本发明还涉及一种用于控制液压负载感测系统的方法。尽管在此将参考图4中的流程图来描述该方法，该方法可进一步实现如上所述的其他特征中的任一个，特别是参考图1、2和3的特征。对于该液压系统的部件，仍将使用与图2和图3相关的附图标记。该方法适用于包括栗13和液压蓄能器16的液压系统，该栗13用于提供液压流体以驱动致动器14。该方法包括以下步骤:通过液压蓄能器16提供液压流体压力，该液压流体压力用于产生LS-信号以控制由栗13提供的液压流体压力。
[0044]在图4所示的示例性实施例中，在第一步骤S50中，操作者通过操作者输入装置19请求转向，因此，来自该操作者输入装置的信号被发送到控制单元18。在第二步骤S60中，控制单元接收该信号并将对应的信号发送到先导阀32以控制转向阀17。在第三步骤S70中，先导阀32控制来自先导压力源34的液压流体的流动，以获得转向阀17的阀芯的期望位置。因此，转向阀17被打开，并且经由转向阀17的入口 31在蓄能器16和LS压力传感器之间建立了连接。在进一步的步骤S80中，LS压力传感器20测量由蓄能器16产生的压力并将相应的信号发送到控制单元18。在进一步的步骤S90中，控制单元18接收来自LS压力传感器20的该信号并根据该LS-信号来控制用于驱动栗13的电动机15。这可以通过连接到主控制单元18的电机控制单元21来执行，该电机控制单元21调节电动机14的速度/扭矩。在接下来的步骤SlOO中，通过控制电动机15的速度/扭矩，将把栗压力设定为所测量到的LS压力加上一个偏移量。当该方法应用于图3所示的系统时，当供给管线23内的压力与液压缸14a、14b的外部负载相比足够高时，液压缸14a、14b将开始移动。取决于液压缸14a、14b的负载，这将通过由蓄能器16产生的压力而立即发生，或者，如果压力不足，这将通过由栗13产生的更高压力而略微延迟地发生。然而，即使所述栗在该工程机械的操作者请求转向操作时未工作，通过使用由蓄能器压力产生的LS-信号来启动栗13并开始通过栗13向致动器14提供液压流体，也能够使该延迟时间保持相对短。
[0045]应当理解，本发明不限于上文所述并在附图中示出的实施例，而是，本领域技术人员将会认识到，在所附权利要求的范围内，可以进行许多修改和变型。
【主权项】
1.一种用于工程机械(I)的液压负载感测系统(12)，所述液压系统包括栗(13)和液压蓄能器(16)，所述栗(13)用于提供液压流体以驱动致动器(14)，其特征在于，所述液压蓄能器(16)被布置成提供液压流体压力，所述液压流体压力用于产生LS-信号以控制由所述栗(13)提供的液压流体的压力。2.根据权利要求1所述的液压系统，其特征在于，所述液压系统包括用于控制所述致动器(14)的控制阀(17)。3.根据权利要求2所述的液压系统，其特征在于，所述蓄能器(16)被流体地连接到所述控制阀(17)，以提供所述液压流体压力。4.根据权利要求2或3所述的液压系统，其特征在于，所述栗(13)和所述蓄能器(16)被流体地连接到所述控制阀(17)的同一个入口( 31)。5.根据前述权利要求中的任一项所述的液压系统，其特征在于，所述液压蓄能器(16)被布置成向所述致动器(14)提供液压流体以驱动所述致动器。6.根据前述权利要求中的任一项所述的液压系统，其特征在于，所述液压系统包括电动机(15)，所述电动机(15)被布置成驱动所述栗(13)。7.根据前述权利要求中的任一项所述的液压系统，其特征在于，所述液压蓄能器(16)被流体地连接到所述栗(13)，以在所述栗(13)被驱动时对所述蓄能器(16)加压。8.根据前述权利要求中的任一项所述的液压系统，其特征在于，所述液压系统包括作为工程机械(I)的转向机构的所述致动器(14)。9.根据权利要求8所述的液压系统，其特征在于，所述致动器(14)包括两个液压缸(14a，14b)，所述两个液压缸(14a，14b)被布置成提供铰接式车架转向机构。10.根据前述权利要求中的任一项所述的液压系统，其特征在于，所述栗(13)是具有固定排量类型的栗。11.一种用于控制液压负载感测系统(12)的方法，所述液压系统包括栗(13)和液压蓄能器(16)，所述栗(13)用于提供液压流体以驱动致动器(14)，其特征在于，通过所述液压蓄能器(16)提供液压流体压力，所述液压流体压力用于产生LS-信号以控制由所述栗(13)提供的液压流体的压力。12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，使用由蓄能器压力产生的所述LS-信号来启动所述栗(13)并开始通过所述栗(13)向所述致动器(14)提供液压流体。13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，当工程机械的操作者请求所述工程机械(I)的转向操作时，启动所述栗(13)并开始通过所述栗向所述致动器(14)提供液压流体。14.根据权利要求11-13中的任一项所述的方法，其特征在于，使用由蓄能器压力产生的所述LS-信号来启动用于驱动所述栗(13)的电动机(15)。15.一种计算机程序，其包括程序代码，当所述程序在计算机上运行时，所述程序代码用于执行根据权利要求11-14中的任一项所述的步骤。16.—种计算机可读介质，其含有根据权利要求15所述的计算机程序。17.—种控制单元(18)，所述控制单元(18)用于控制根据权利要求1所述的液压系统，所述控制单元被配置成执行根据权利要求11-14中的任一项所述的方法的步骤。18.—种工程机械，其包括根据权利要求1-10中的任一项所述的液压负载感测系统。
【文档编号】B62D5/06GK106029470SQ201380081486
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2013年12月19日
【发明人】约翰·利勒梅茨, 帕特里克·斯特纳
【申请人】沃尔沃建筑设备公司