专利名称：当需要时自动限制运行期间液压系统内压力的方法
技术领域：
本发明涉及在运行期间当需要时自动限制液压系统内产生的压力的方法，所述系 统适合于将加压的液压流体输送到适合于执行工作功能的至少一个致动器。
背景技术：
在下文中，将结合以轮式装载机形式的工作机器描述本发明。这是优选的但不意 味着限制本发明的应用。本发明例如也能够用于其他类型的工作机器(或工作车辆)，例如 翻斗车、挖掘机或例如拖拉机的农用机械。轮式装载机可用于多种工作领域，例如提升和运输岩石和砂砾，装载货盘和原木。 在这些工作的每个中使用不同的设备，包括以铲斗形式的工具、叉工具和抓臂。更特定地， 设备包括相对于轮式装载机车架枢转地布置的装载臂单元，或悬臂。以液压缸形式的两个 致动器布置在车架和装载臂单元之间，以实现装载臂单元的提升和降低运动。工具枢转地 布置在装载臂单元上。以液压缸形式的另外的致动器布置在工具和装载臂单元之间，以实 现工具的翻倾运动。液压系统包括泵，所述泵适合于经由包括多个控制阀的液压回路向液压缸供给加 压的液压流体。通常，轮式装载机具有比以上所述的提升和翻倾功能更多的液压功能。这样的另 外的液压功能包括转向、第三功能、第四功能，且在一些情况中包括甚至更多的功能。每个 功能通常需要两个冲击阀，除了提升功能，所述提升功能具有一个冲击阀。对于带有第三和 第四功能的机器，这意味着九个冲击阀。不同的功能要求不同的流速。此外，相同的功能要求用于活塞侧和活塞杆侧的不 同的流速。不同尺寸的机器也具有不同的流速要求。实践中，仅使用很少的冲击阀，其中具 有最高流速要求的一个冲击阀决定了流速。这意味着大多数功能具有不必要的大的冲击 阀。
发明内容
本发明的第一目的是实现一种方法，所述方法产生了更成本有效的、带有维持或 改进的使用寿命的系统的先决条件。此目的通过根据权利要求1所述的方法实现。因此，通过如下步骤实现检测系统内的至少一个位置处的压力；将检测到的压力值或与检测到的压力值相关联的值与第一预定限定值进行比较; 和如果检测到的压力值或与检测到的压力值相关联的值超过预定的限定则打开致 动器和箱之间的经由第一管道的流体连通。因此，以此方式，当需要时，主动控制到箱的排放。优选地，至少一个压力传感器适合于检测各功能部的压力。以此方式，限定值(例如，打开压力)可设定为在所有情况下尽可能低，这使得组 成部件上更小的载荷。根据优选的实施例，流体连通经由控制阀打开，所述控制阀布置在第一管道上且 其功能为分别控制液压流体向致动器的供给和从致动器的供给以执行工作功能。在不期望 的压力升高的情况中，此控制阀作为受控的冲击阀起作用。优选地，为致动器提供分开的入 口阀和出口阀以控制所述功能(例如，提升和降低运动)。根据另一个优选的实施例，该方法还包括如下步骤经由冲击阀打开致动器和箱 之间经由第二管道的流体连通。冲击阀也称为限压阀。冲击阀优选地以常规方式布置为被 动的(通过压力直接控制)，例如弹簧加载的冲击阀。通过将控制阀和冲击阀的打开组合， 可在压力冲击的情况下获得希望流速的到箱的排放。由于可能包括的直接控制的冲击阀的较小尺寸且由于较少的变量，可实现较低的 成本。此外，由于较小的直接控制的冲击阀，阀壳体可被制得更小。通常，控制阀比冲击阀打开得更慢，这在许多情况中意味着在冲击阀已打开致动 器和箱之间经由第二管道的流体连通之后打开致动器和箱之间经由第一管道的所述流体 连通。换言之，控制阀以一定的延迟打开，使得冲击阀首先打开。然而，可确保控制阀大体 上与冲击阀同时打开，或在冲击阀之前打开。优选地，使用具有比电控制出口阀更小的尺寸，即带有较低的标称流速的冲击阀。 快速作用的直接控制的冲击阀直接打开且启动流动排放。然后，打开电控制的控制阀，该控 制阀能够处理较大的流量要求量且将其排放到箱。根据另一个优选实施例，所述方法包括如下步骤基于检测到的压力确定到箱的 流速。以此方式，可确定冲击控制功能的特征。例如基于致动器内的压力变化来控制控制 阀的开度。本发明的另外的优选实施例和与之相关联的优点从剩余的权利要求和如下描述 中将显而易见。
将在下文中更详细地参考在附图中示出的实施例来描述本发明，其中图1示出轮式装载机的侧视图，和图2示出在轮式装载机运行期间用于执行所述方法的系统。
具体实施例方式图1示出了轮式装载机101的侧视图。轮式装载机101包括前车辆部分102和后 车辆部分103，所述部分各包括车架和一对驱动轴112、113。后车辆部分103包括驾驶舱 114。车辆部分102、103以如下方式相互连接，使得它们能够通过以液压缸104、105形式的 两个致动器围绕竖直轴线相对于彼此地枢转，所述液压缸104、105连接到该两个部分。因 此，液压缸104、105布置在车辆的纵向方向上的中心线的不同侧上，用于转向或使轮式装 载机101转弯。轮式装载机101包括用于处理物体或材料的设备111。设备111包括装载臂单元106和以铲斗形式的装配在装载臂单元上的工具107。在此，铲斗107填充有材料116。装 载臂单元106的第一端枢转地连接到前车辆部分102，以实现铲斗的提升运动。铲斗107枢 转地连接到装载臂单元106的第二端，以实现铲斗的翻倾运动。装载臂单元106能够通过以液压缸108、109形式的两个致动器相对于车辆的前部 分102升高和降低，所述液压缸108、109中的每一个在一端处连接到前车辆部分102且在 另一端处连接到装载臂单元106。铲斗107能够通过第三致动器(液压缸)110相对于装载 臂单元106翻倾，所述第三液压缸110在一端处连接到前车辆部分102，且在另一端处通过 连杆臂系统连接到铲斗107。在图2中示出系统的第一实施例。系统201包括适合于通过液压回路为液压缸 提供加压液压流体的泵205。泵205通过以柴油机形式的车辆的驱动发动机206驱动。泵 205具有可变排量。泵205优选地适合于无限可变的控制。系统201包括阀装置208 (见虚 线)，所述阀装置208包括液压回路，所述液压回路具有用于控制提升和翻倾功能的多个控 制阀。以流量阀207、209形式的两个控制阀在回路中布置在泵205和提升缸108、109之 间，以控制提升和降低运动。这些阀的第一个207布置为将泵205连接到活塞侧，而这些阀 的第二个209布置为将箱243连接到活塞杆侧。此外，第一阀207布置为将箱243连接到 活塞侧，且相应地，第二阀208布置为将泵205连接到活塞杆侧。这提供了使控制变化的大 的可能性。特别地，不需要将泵和箱同时连接到功能部。系统201进一步包括控制单元213或计算机，控制单元213或计算机包括用于控 制功能部的软件。控制单元也称为CPU(中央处理单元)或ECM(电子控制模块)。控制单 元213适当地包括微处理器。以提升杆形式的操作者控制的元件211可操作地连接到控制单元213。控制单元 213适合于从控制杆接收控制信号且相应地(经由阀控制单元215)致动控制阀207、209。 控制单元213优选地控制更一般的控制策略，且控制单元215控制阀单元208的基本功能 部。自然，控制单元213、215也能够集成为单个单元。当对泵205进行控制时，存在流出缸 108,109的油，其水平取决于被致动的阀207、209被打开的程度。以转向盘形式的操作者控制的元件219经由以液压转向器(orbitrol)单元220 形式的阀单元液压地连接到转向缸104、105以用于其直接控制。类似于提升功能部，两个控制阀223、225布置在泵205和翻倾缸110之间，用于控 制所述工具相对于装载臂单元的向前运动和返回运动。以翻倾杆形式的操作者控制的元件 227可操作地连接到控制单元213。控制单元213适合于从翻倾杆接收控制信号且相应地 致动控制阀223、225。优先阀220布置在泵的出口管道245处，从而自动设定优先性使得转向功能部在 提升功能部(和翻倾功能部)前接收到要求的压力。系统201是载荷感测的系统，且为此目的包括多个压力传感器229、231、233、235、 237，用于检测所述功能部中的每一个的载荷压力。系统的提升功能部包括两个压力传感器 229、231，其中之一布置在通向提升缸的活塞侧的管道上，且另一个布置在通向提升缸的活 塞杆侧的管道上。以相应的方式，系统的提升功能部包括两个压力传感器235、237，其中之 一布置在通向翻倾缸的活塞侧的管道上，且另一个布置在通向翻倾缸的活塞侧的管道上。转向功能部包括在连接到转向缸104、105的管道上的压力传感器233。更确切地，压力传感 器233位于LS管道上，当在一个方向上转向时所述LS管道接收到与在一个缸侧上的压力 相同的压力，且当在另一个方向上转向时所述LS管道接收到与在另一个缸侧上的压力相 同的压力。在中间位置时，LS管道连接到箱。该系统进一步包括适合于经由液压信号控制泵的输出压力的电控阀241。系统 201包括另外的压力传感器239，用于检测指示来自泵的输出压力的压力。更确切地，压力 传感器239适合于检测在电控阀241下游位置处的压力。因此，当阀241完全打开时压力 传感器239直接感测泵压力。在正常运行条件下，压力传感器239检测来自阀241的输出 压力。因此，控制单元213适合于从泵压力传感器239接收带有关于压力水平的信息的信 号。因此，控制单元213接收来自压力传感器229、231、233、235、237、239的电信号，并 产生用于控制电控阀241的电信号。如前所述，控制单元213适合于从控制杆211、227接收信号。当操作者希望提升 铲斗时，提升杆211被操作。控制单元从控制杆211接收相应的信号，且将控制阀207、209 致动到一定位置，使得泵被连接到提升缸108、109的活塞侧且提升缸的活塞杆侧被连接到 箱243。此外，控制单元从提升缸的活塞侧上的压力传感器229且从泵下游的压力传感器 239接收信号。基于接收到的信号，确定在检测到的载荷压力水平以上的希望的泵压力，且 相应地致动电控制的泵控制阀241。控制单元213优选地适合于将控制阀207、209的打开程度和泵205的输出压力协 调以用于最优运行。翻倾功能部以与提升功能部相对应的方式控制。当使机器转向时，转向功能部的 压力传感器233检测转向载荷压力，且生成相应的载荷信号。控制单元213接收此载荷信 号和来自电控阀241的出口管道上的压力传感器239的信号。基于接收到的信号，确定在 检测到的载荷压力水平以上的希望的泵压力，并且相应地致动电控制的泵控制阀241。当同时使用若干个功能部时，将检测到的载荷压力进行对比，且与检测到的载荷 压力的最高一个相对应地对泵205进行控制。因此，电控制的泵控制阀241适合于能够在两个端部位置之间无限地调整，所述 两个端部位置为与产生最小压力的泵相对应的第一端部位置，和与产生最大压力的泵相 对应的第二端部位置。以反向阀形式的液压装置253在管道251上布置在电控制的泵控制阀241和泵之 间。反向阀253适合于从转向功能部和泵控制阀241接收液压信号。此外，反向阀适合于 与接收到的具有最大载荷压力的信号相对应地对泵205进行控制。因此，液压装置(反向 阀)253在由两个输入压力信号构成的输出信号中选择较高的压力。该系统进一步包括用于检测提升缸位置的传感器255。传感器255可操作地连接 到控制单元213。以此方式，控制单元213能够决定进行载荷的提升运动还是降低运动。系统201进一步包括用于提升功能部和翻倾功能部的多个冲击阀261、263、267， 用于在强的压力升高的情况下将液压流体排放到箱243。系统的提升功能部包括布置在通 向提升缸的活塞侧的管道273上的冲击阀261。系统的翻倾功能部包括两个冲击阀263、 267，其中的一个冲击阀263布置在通向翻倾缸的活塞杆侧的管道277上，且另一个冲击阀267布置在通向翻倾缸的活塞侧的管道279上。在下文中，在一些不同的例子中描述在运行期间当需要时自动限制系统内产生的 压力的方法。此方法相对于提升功能部来描述，但相应地例如也用于翻倾功能部。外力启动液压缸108、109的运动。控制单元213经由压力传感器209检测到压力 超过一定的第一水平(例如，350巴)。然后，控制单元213向出口阀207发出信号，以经由 第一管道271将油排放到箱243。相应地，出口阀207借助于软件控制而类似于冲击阀地起 作用。当压力超过一定的第二预定水平(例如，360巴)时，直接控制的冲击阀261打开，且 开始经由第二管道273到箱243的流动。电控制的出口阀207现在具有时间打开，用于使 较大的排放流进入箱243。被连续记录的压力降低，且电控制的出口阀207和直接控制的冲 击阀261在特定的压力水平下关闭。第一水平可等于第二水平，但优选地，第一水平小于第二水平。这是为了获得控制 阀相对于冲击阀的大体上同时的或更早的打开。作为前述描述的补充或替代，基于压力导数控制电控制的出口阀207(以获得电 控制的出口阀207的更快的打开)。例如，控制阀被控制为只要液压缸108、109内的压力导 数超过一定水平则用作冲击阀，而不考虑压力水平是否为低。如果外力启动缸的移动，则控 制阀将在压力水平达到上限(例如，350巴)之前启动其打开程序。如果未达到上限，则当 压力导数下降到一定水平以下时，控制阀将仍关闭。根据另外的变体，电控制的冲击阀207具有可变的打开压力。优选地，压力水平根 据运行条件(例如，装载臂位置和/或铲斗位置)而设定。然后，直接控制的冲击阀261被 设定为仅在最大压力水平下打开。在一些情况中，需要大的冲击阻力，例如在铲斗以最大推 力被推入材料堆时，且在其他情况中，冲击功能可在较低的压力下打开。这意味着机械/铁 制件经受较低的应力。电控阀207的打开压力例如取决于如下运行参数用于不同功能部的气缸位置。例如，当铲斗以最大推力被推入材料堆时(当单元 被降低且铲斗处于水平位置时)，在提升缸的活塞侧上需要特别高的阻力。工具的类型。不受推力影响的工具(例如，货盘叉组件)不需要与铲斗一样高的 打开压力。处理类型。一个处理的例子是将木材装载到卡车上。另一个例子是用于装载砂砾 /岩石的铲斗操作。此外，可构思将相同的工具例如铲斗用于不同的处理操作。因此，处理 类型可与工具类型无关。根据一个例子，该系统是自适应的。控制单元然后可通过检测运行参数且推断执 行了何种处理操作和/或使用的工具类型来记录轮式装载机在一定时段期间如何运行。替 代地或补充地，基于来自操作者控制元件(例如操纵杆、按钮或驾驶舱内另外的控制装置) 的信号确定限定值。机器速度。在高的机器速度时，如果冲击阀的打开压力处于较高的水平则是更安 全的。根据另外的变体，电控阀207具有用于相同流速的不同压降，其中压降取决于如 下因素所涉及的功能，和/或
缸位置。当在装载臂处于高位置时受到冲击载荷时，不希望单元降低到地面，而是 希望以受控的速度降低。以此系统，所有功能部和所有机械尺寸可具有相同的冲击特征， 即，当冲击功能部打开时，可感受到相同程度的阻力而不考虑所涉及的机器的类型。此外，可利用基于压力水平的自适应冲击控制。基本构思是具有尽可能低的打开 压力，其目的是“爱惜”机械。最恶劣地处理的机械是很大程度上决定打开水平的机械。因 此，根据另外的变体，引入自适应打开压力。因此，大多数机械可处于较低的水平下，且要 求较高水平的机械也将获得此水平。该构思是控制单元213记录冲击载荷在发生时的程 度。如果此程度超过一定水平，则用于电控制的冲击阀207的打开压力在一定限定内临时 增大。打开压力可以是如下因素的全部或一些的函数冲击载荷频率、冲击载荷时间、表达 为总机器时间的百分比的冲击载荷时间(当柴油机运行时)、和/或表达为用于所涉及的功 能部的总激活时间的百分比的冲击载荷时间。类似的自适应作用也可在电控制的冲击阀207在一定压力导数下打开时发生。可 取决于作为压力导数结果的、电控制的冲击阀207的打开频繁度/打开大小而调节压力导 数极限。可使用如上所述的取决于相同功能部的参数，但如在前文中所述，仅考虑其中冲击 载荷控制作为压力导数的结果发生的那些情况。本发明不应视作限制于以上所述的示例性实施例，而是在如下的权利要求的范围 内可构思另外的变体和修改。特别地，优选实施例能够以多种不同方式组合。
权利要求
一种用于在需要时自动限制液压系统(201)内的、在运行期间产生的压力的方法，所述系统适于将加压的液压流体输送到至少一个致动器(108、109、110)，所述至少一个致动器(108、109、110)被布置为执行工作功能，其中，所述方法包括如下步骤检测所述系统内至少一个位置处的压力；将检测到的压力值或与检测到的压力值相关联的值与第一预定限定值进行比较；和如果检测到的压力值或与检测到的压力值相关联的值超过所述预定限定值，则打开所述致动器(108、109、110)和箱(243)之间的、经过第一管道(271、275)的流体连通。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，经由控制阀(207、223)来打开所述流体连通，所 述控制阀(207、223)布置在所述第一管道(271、275)上，并具有如下功能分别控制所述液 压流体供向所述致动器和来自所述致动器的液压流体的供给，以用于执行所述工作功能。
3.根据权利要求2所述的方法，包括如下步骤经由电信号打开所述控制阀(207、 223)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在与所述致动器(108、109、110)的 第一侧连接的管道上布置第一控制阀(207、223)，在与所述致动器(108、109、110)的第二 侧连接的管道上布置第二控制阀(209、225)，所述方法包括如下步骤检测这些致动器侧 中的至少一侧的压力，并打开通向所述箱的所述控制阀(207、223)，所述控制阀(207、223) 布置在已产生所述增大的压力的侧上。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括如下步骤经由冲击阀(261、263) 打开所述致动器(108、109、110)和所述箱(243)之间的、经过第二管道(273、277)的流体 连通。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述冲击阀(261、263)为被动式。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，所述冲击阀(261、263)为弹簧加载式。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其中，所述第一管道(271、275)和所述第 二管道(273、277)连接到所述致动器的相同侧。
9.根据权利要求2至4中任一项和权利要求5至8中任一项所述的方法，其中，所述控 制阀(207、223)排放到箱的流量大于所述冲击阀(261、263)排放到箱的流量。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括如下步骤在所述致动器(108、 109,110)和所述箱(243)之间的、经过所述第一管道(271、275)的所述流体连通已被打开 时，检测压力；如果所述压力值或与检测到的所述压力值相关联的值降低到比所述第一限 定值低的第二预定限定值之下，则关闭所述致动器和所述箱之间的、经过所述第一管道的 所述流体连通。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括如下步骤检测所述致动器(108、 109,110)的压力。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括如下步骤检测所述系统内所述位 置的压力水平，将所述压力水平与用于所述压力水平的第一预定限定值进行比较，如果所 述压力水平超过所述预定限定值，则打开所述致动器(108、109、110)和所述箱(243)之间 的、经过第一管道(271、275)的流体连通。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括如下步骤确定所述系统内所述位 置处的压力导数，将所述压力导数与用于所述压力导数的第一预定限定值进行比较，如果所述压力导数超过所述预定限定值，则打开所述致动器(108、109、110)和所述箱(243)之 间的、经过所述第一管道(271、275)的流体连通。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括如下步骤基于实际运行条件确定 所述限定值。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括如下步骤检测至少一个运行参数， 且基于所检测到的运行参数确定所述限定值。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括如下步骤对指示所述工具的位置 的运行参数进行检测，且基于所检测到的运行参数确定所述限定值。
17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括如下步骤重复检测所述至少一个 运行参数，且基于如何执行工作功能来确定所述限定值。
18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括如下步骤控制包括工具(107)的提 升和翻倾在内的多个工作功能部(203、217、221)。
19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，不同的限定值与工作功能部中的 至少两个相关联，其中，所述方法包括如下步骤选择与被执行的工作功能部相关联的限定 值，以用于所述比较。
20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括如下步骤控制工作机器(101)，所 述工作机器包括所述系统。
21.根据权利要求20所述的方法，包括如下步骤对指示经由所述致动器致动的工具 类型的运行参数进行检测，且基于检测到的工具的类型确定所述限定值。
22.根据权利要求20所述的方法，包括如下步骤对指示利用所述机器执行的处理类 型的运行参数进行检测，且基于检测到的处理操作的类型确定所述限定值。
23.根据权利要求21或22所述的方法，包括如下步骤对指示机器速度的运行参数进 行检测，且基于检测到的机器速度确定所述限定值。
24.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括如下步骤基于检测到的压力确定 到所述箱的流速。
全文摘要
本发明涉及一种在运行期间当需要时自动限制液压系统(201)内的压力的方法。所述系统布置为将加压的液压流体输送到布置为执行工作功能的至少一个流体致动的装置(108、109、110)，其中方法包括如下步骤感测系统的至少一个位置处的压力，将检测到的压力值或相关联的值与第一预定压力限定值进行比较，且如果感测到的压力值或相关联的值超过预定限定值，则通过第一管道(271、275)打开流体致动的装置(108、109、110)和储存器(243)之间的流体连通。
文档编号E02F9/22GK101889117SQ200780101852
公开日2010年11月17日 申请日期2007年12月12日 优先权日2007年12月12日
发明者博·维格霍尔姆, 安德烈亚斯·埃克瓦尔 申请人:沃尔沃建筑设备公司