具有摆动马达能量回收的液压控制系统的制作方法_3

文档序号:8269022阅读:来源:国知局
[0036]控制器100可被配置为选择性地使第一蓄能器108进行填充和排放,从而提高机器10的性能。特别而言,由摆动马达49开始的实施系统14的典型摆动动作可由摆动马达49加速实施系统14的摆动运动过程的时间段,和摆动马达49减速实施系统14的摆动运动过程的时间段组成。加速段可需要来自摆动马达49的显著能量,这通常由通过由泵58供应到摆动马达49的加压流体的方式实现,而减速段可以加压流体的形式产生显著能量,这通常通过排放到罐60而浪费。加速段和减速段两者都可能需要摆动马达49将显著量的液压能量转换为摆动动能,反之亦然。然而,减速过程中通过摆动马达49的流体仍然含有大量能量。由于对离开摆动马达49的流体的流动的限制,通过摆动马达49的流体可在减速过程中被加压。如果在减速段过程中通过摆动马达49的流体被选择性地收集在第一蓄能器108内,则然后在随后的加速段过程中该能量可被返回(即排放)摆动马达49并由其重新使用。可通过选择性地使第一蓄能器108将加压流体排放到摆动马达49的较高压腔室(经由排放阀124、通道128、换向阀120以及第一腔室管道84和第二腔室管道86中的适当一个)单独或连同来自泵58的高压流体在加速段过程中辅助摆动马达49,从而单独经由泵58由小于以其它方式可用的动力的泵动力以相同或较大速率推动摆动马达49。可通过选择性地使第一蓄能器108填充离开摆动马达49的流体在减速段过程中辅助摆动马达49,从而对摆动马达49的动作提供附加阻力并降低离开摆动马达49的流体的限制和冷却要求。
[0037]在替代实施例中,控制器100可被配置为由离开泵58的流体(相对于离开摆动马达49的流体)选择性地控制第一蓄能器108的填充。即,在操作的调峰或经济模式中,控制器100可被配置为在泵58具有过量容量(即大于如操作员所要求的移动作业工具16的回路52、54所需的容量)时使蓄能器108由离开泵58的液体填充(例如,经由控制阀56、第一腔室管道84和第二腔室管道86中的适当一个、换向阀120、通道128和充压阀122)。然后,在泵58具有充分对摆动马达49提供动力的不足容量的时间过程中,先前从第一蓄能器108内的泵58中收集的高压流体可以上述方式排放以辅助摆动马达49。
[0038]控制器100可被配置为基于挖掘的当前或正在进行段、材料搬运,或机器10的其它工作周期调节第一蓄能器108的填充和排放。特别而言,基于从一个或多个性能传感器141接收的输入,控制器100可被配置为将由机器10执行的典型工作周期划分为多个段。典型工作周期可被划分为例如挖翻段、摆动到倾卸加速段、摆动到倾卸减速段、倾卸段、摆动到挖翻加速段,和摆动到挖翻减速段,如将在下面更详细描述的。基于当前正在执行的挖掘工作周期的段,控制器100可选择性地使第一蓄能器108填充或排放,从而在加速段和减速段的过程中辅助摆动马达49。
[0039]与从传感器141到挖掘工作周期的不同段的信号相关的一个或多个地图和/或动态元件可被存储在控制器100的存储器内。这些地图中的每个都可包括表格、图形和/或方程形式的数据的集合。动态元件可包括积分器、过滤器、速率限制器和延迟元件。在一个实例中,与段中的一个或多个的开始和/或结束相联的阈值速度、缸压力和/或操作员输入(即,斗杆位置)可被存储在地图内。在另一实例中,与段中的一个或多个的开始和/或结束相联的阈值力和/或致动器位置可被存储在地图内。控制器100可被配置为由存储在存储器中的地图和过滤器参考来自传感器141的信号以确定当前正在执行的挖掘工作周期的段并且然后相应地调节第一蓄能器108的充压和排放。根据需要,控制器100可允许机器10的操作员直接修改这些地图和/或从存储在控制器100的存储器中的可用关系地图选择特定地图以影响段划分和蓄能器控制。可设想,如果需要,可基于机器操作的模式附加地或替代地自动选择地图。
[0040]传感器141可与由摆动马达49施加的作业工具16的大致水平摆动动作(S卩,框架42相对于底架构件44的动作)相联。例如,传感器141可实施为与摆动马达49的操作相联的旋转位置或速度传感器、与框架42和底架构件44之间的枢转连接相联的角度位置或速度传感器、与将作业工具16连接到底架构件44的任何连杆构件或与作业工具16本身相联的局部或全局坐标位置或速度传感器、与操作员输入装置48的运动相联的位移传感器,或本领域中已知的任何其它类型的传感器,其可产生指示机器10的摆动位置、速度、力,或其它摆动相关的参数的信号。由传感器141产生的信号可在每个挖掘工作周期过程中被发送到控制器100并由其记录。可设想,如果需要,控制器100可基于来自传感器141的位置信号和经过的时间周期推导出摆动速度。
[0041]可替代地或附加地,传感器141可与由液压缸28施加的作业工具16的垂直枢转动作相联(即与悬臂24相对于框架42的升高和降低动作相联)。具体而言,传感器141可以是与悬臂24和框架42之间的枢转接头相联的角度位置或速度传感器、与液压缸28相联的位移传感器、与将作业工具16连接到框架42的任何连杆构件或与作业工具16本身相联的局部或全局坐标位置或速度传感器、与操作员输入装置48的运动相联的位移传感器,或本领域中已知的任何其它类型的传感器,其可产生指示悬臂24的枢转位置或速度的信号。可设想,如果需要,控制器100可基于来自传感器141的位置信号和经过的时间周期推导出枢转速度。
[0042]在又一附加实施例中,传感器141可与由液压缸38施加的作业工具16的倾斜力相联。具体而言,传感器141可以是与液压缸38内的一个或多个腔室相联的压力传感器或本领域中已知的任何其它类型的传感器,其可产生指示在作业工具16的挖翻和倾卸操作过程中产生的机器10的倾斜力的信号。
[0043]参考图3,示例性曲线142可表示相对于整个挖掘工作周期的每个段(例如整个与90°卡车装载相联的工作周期中)中的时间由传感器141产生的摆动速度信号。在大多数挖翻段过程中,摆动速度通常可约为零(即,在挖翻操作过程中,机器10可通常不摆动)。在挖翻行程完成时,机器10可通常被控制以朝向等待运输车辆12摆动作业工具16(参考图1)。因此,机器10的摆动速度可开始以增加接近挖翻段的末端。在挖掘工作周期的摆动至倾卸段进行时,当作业工具16在挖翻位置18和倾卸位置20之间的中间时,摆动速度可加速到最大,且然后朝向摆动到倾卸段的末端减速。在大多数倾卸段过程中,摆动速度通常可约为零(即,在倾卸操作过程中,机器10可通常不摆动)。当倾卸完成时,机器10可通常被控制以朝向挖翻位置18摆动回作业工具16(参照图1)。这样,机器10的摆动速度可增加接近倾卸段的末端。在挖掘周期的摆动至挖翻段进行时,摆动速度可在挖掘循环的摆动到倾卸段过程中在相对摆动方向的方向上加速到最大。当作业工具16在倾卸位置20和挖掘位置18之间的约中间时,一般可达到该最大速度。在作业工具16接近挖翻位置18时,作业工具16的摆动速度然后可朝向摆动至挖翻段的末端减速。控制器100可基于从传感器141接收的信号和存储在存储器中的地图和过滤器、基于为先前挖掘工作周期或以本领域中已知的任何其它方式记录的摆动速度、倾斜力,和/或操作员输入将当前挖掘工作周期划分为上述六段。
[0044]控制器100可选择性地使第一蓄能器108基于挖掘工作周期的当前或正在进行的段填充和排放。例如,图3的图表部分144(即下部)示出6个不同的操作模式,在此操作模式过程中,可完成挖掘周期,连同第一蓄能器108被控制以相对于每个挖掘工作周期的段由加压流体填充(用“C”表示)或排放加压流体(用“D表示”)时的指示。第一蓄能器108可被控制以在通路128内的压力大于第一蓄能器108内的压力时通过将充压阀122的阀元件134移动到第二位置或流通位置填充加压流体。第一蓄能器108可被控制以在第一蓄能器108内的压力大于通路128内的压力时通过将排放阀124的阀元件138移动到第二位置或流通位置排放加压流体。
[0045]基于图3的图表,可进行一些一般观察。首先,可以看出,控制器100可抑制第一蓄能器108在所有操作模式的挖翻和倾卸段的过程中接收或排放流体(即,在挖翻和倾卸段过程中,控制器100可将阀元件134和138保持在流阻第一位置)。控制器100可在挖翻和倾卸段过程中抑制填充和排放,因为在挖掘工作周期的这些部分的完成过程中不需要或几乎不需要摆动动作。其次,对于大部分模式(例如对于模式2-6),在此过程中控制器100使第一蓄能器108接收流体的段的数量可大于在此过程中控制器100使第一蓄能器108排放流体的段的数量。控制器100 —般可使第一蓄能器108填充往往比排放更多次,因为在足够高压(即在大于第一蓄能器108的阈值压力的压力)下可用的填充能量的量可小于在实施系统14的运动过程中所需的能量的量。第三,对于所有模式,在此过程中控制器100使第一蓄能器108排放流体的段的数量可从不大于在此过程中控制器100使第一蓄能器108接收流体的段的数量。第四,对于所有模式,仅在摆动到挖翻或摆动到倾卸加速段的过程中,控制器100可使第一蓄能器108排放流体。在挖掘周期的任何其它段过程中的排放可仅用于降低机器效率。第五,对于大部分操作模式(例如对于模式1-4),仅在摆动到挖翻或摆动到倾卸减速段的过程中,控制器100可使第一蓄能器108接收流体。
[0046]模式I可对应摆动密集型操作,其中显著量的摆动能量可用于由第一蓄能器108存储。示例性摆动密集型操作可包括150° (或更大)摆动操作,诸如图1所示的卡车装载实例、材料搬运(例如,使用抓钩或者磁铁)、从附近堆料料斗进料,或另一种操作(其中机器10的操作员通常请求苛刻的停停走走的命令)。当在模式I下操作时,控制器100可被配置为使第一蓄能器108在摆动至倾卸加速段的过程中将流体排到摆动马达49,在摆动至倾卸减速段的过程中从摆动马达49接收流体,在摆动到挖掘加速段的过程中将流体排到摆动马达49,以及在摆动到挖掘减速段过程中从摆动马达49接收流体。
[0047]控制器100可由机器10的操作员指示:第一操作模式是当前有效(例如,正在进行卡车装载),或者,可替代地,控制器100可基于经由传感器141监测的机器10的性能自动识别第一模式下的操作。例如,控
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