液压控制装置及液压控制方法
【专利摘要】本发明提供一种液压控制装置及液压控制方法。在液压驱动器经由中位封闭型方向切换阀连接于液压泵并且能够按照操作部件的操作量改变所述方向切换阀的位置的施工机械中，本发明的液压控制装置对所述液压泵进行控制，其特征在于，具备：假想负控压计算机构，根据操作部件的操作量和所述液压泵的吐出压，计算假想负控系统时的假想负控压；以及控制指令值计算机构，根据假想负控压，计算对所述液压泵的控制指令值。
【专利说明】液压控制装置及液压控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在液压驱动器经由中位封闭型方向切换阀连接于液压泵并且能够按照操作部件的操作量改变方向切换阀的位置的施工机械中，对液压泵进行控制的液压控制装置及液压控制方法。
【背景技术】
[0002]一直以来，已知有代替一般的泄放控制的可变容量泵的控制方法，所述一般的泄放控制中，通过按照控制阀的操作量改变泄放流量，由此来控制液压驱动器的速度，所述可变容量泵的控制方法中，使用中位封闭型控制阀，另一方面，对控制阀设定假想的泄放开口，并按照操作量改变该假想泄放开口的面积(假想泄放开口面积)(例如，参考专利文献I)。该控制方法中，利用假想泄放开口面积和基于其的假想泄放量来计算所需的泵吐出压力，并执行泵控制以实现该泵吐出压力。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特开平10-47306号公报
[0006]发明的概要
[0007]发明要解决的技术课题
[0008]然而，上述的专利文献I所述的技术中，仅仅是设定假想的泄放开口，而没有假想负控节流器，因此不能假想地再现负控系统。如一般所知，负控系统在负荷较高的情况下液压驱动器的速度成为低速，而在负荷较低的情况下液压驱动器的速度成为高速，在这一点上符合人的惯性。
[0009]因此，本发明的目的在于提供一种在液压驱动器经由中位封闭型方向切换阀连接于泵的施工机械用的液压回路中能够假想地再现负控系统的液压控制装置及液压控制方法。
[0010]用于解决技术课题的手段
[0011]为了实现上述的目的，根据本发明的一方面提供一种液压控制装置，在液压驱动器经由中位封闭型方向切换阀连接于液压泵并且按照操作部件的操作量可改变所述方向切换阀的位置的施工机械中，所述液压控制装置对所述液压泵进行控制，其特征在于，具备:
[0012]假想负控压计算机构，根据所述操作部件的操作量和所述液压泵的吐出压，计算假想负控系统时的假想负控压；以及
[0013]控制指令值计算机构，根据所述假想负控压，计算对所述液压泵的控制指令值。
[0014]发明效果
[0015]根据本发明，在液压驱动器经由中位封闭型方向切换阀连接于泵的施工机械用的液压回路中能够假想地再现负控系统。【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是表示本发明所涉及的施工机械I的结构例的图。
[0017]图2是表不基于本发明的一实施例的液压控制系统60的回路图。
[0018]图3是中位全开型(负控)系统中使用的方向切换阀的概要图。
[0019]图4是通过本实施例的控制器10实现的假想泄放系统中再现的负控系统的块图。
[0020]图5是表示假想方向切换阀及方向切换阀的特性的一例的图。
[0021]图6是表示通过本实施例的控制器10实现的假想泄放系统的一例的控制块图。
[0022]图7是表示假想泄放系统中再现的负控系统的一例的概要的图。
[0023]图8是表不假想负控压-流量表及开口面积-流量表的各一例的图。
[0024]图9是表示通过本实施例的控制器10实现的假想泄放系统的另一例的控制块图。
[0025]图10是表示通过本实施例的控制器10实现的泵吐出压校正系数Kli的计算方法的一例的流程图。
[0026]图11是与图10有关联的泵吐出压校正系数Kli的计算块图。
[0027]图12是表示通过本实施例的控制器10实现的泵吐出指令校正系数Kq的计算方法的一例的流程图。
[0028]图13是与图12有关联的泵吐出指令校正系数Kq的计算块图。
【具体实施方式】
[0029]以下，参考附图对用于实施本发明的最佳方式进行说明。
[0030]图1是表示本发明所涉及的施工机械I的结构例的图。施工机械I为如液压挖土机、叉车、起重机等搭载有人进行操作的液压系统的机械。在图1中，施工机械I在履带式下部行走体2之上经由回转机构以X轴为中心回转自如地搭载有上部回转体3。并且，上部回转体3在前方中央部具备由动臂4、斗杆5及铲斗6、以及分别对它们进行驱动的作为液压驱动器的动臂缸7、斗杆缸8及铲斗缸9构成的挖掘装置。挖掘装置可以为轧碎机和破碎机等其他装置。
[0031]图2是表不基于本发明的一实施例的液压控制系统60的回路图。液压控制系统60包含每次旋转时的吐出量(cc / rev)可变的可变容量型液压泵11。液压泵11连接于引擎17，通过引擎17旋转驱动。液压泵11经由供给管路13及中位封闭型方向切换阀(控制阀)20、22、24而与动臂缸7、斗杆缸8及铲斗缸9并联连接(液压驱动器的一例)。并且，在与油箱T相连的返回管路14上经由方向切换阀20、22、24并联连接有动臂缸7、斗杆缸8及铲斗缸9。液压泵11被调节装置12控制。另外，方向切换阀20、22、24可以为通过液压而被位置控制的类型，也可以为如图所示的通过来自控制器10的电信号(驱动信号)而被位置控制的类型。
[0032]另外，液压控制系统60可以包含如行走用液压马达和回转用液压马达那样的其他的液压驱动器。并且，液压控制系统60所包含的液压驱动器的个数，在图2所示的例子中为3个，但也可以为包括I个在内的任意个数。
[0033]自液压泵11的供给管路13上设置有检测液压泵11的吐出压(泵吐出压)的液压传感器30。液压传感器30可以向控制器10输入与泵吐出压对应的电信号。
[0034]在供给管路13上设置有卸荷阀18。卸荷阀18连接与油箱T相连的返回管路14。由此，供给管路13经由卸荷阀18而与油箱T连通。卸荷阀18根据其位置来切换供给管路13与油箱T连通的状态和供给管路13被从油箱T截断的状态。可以根据各方向切换阀20、22,24的向各液压驱动器(动臂缸7、斗杆缸8及铲斗缸9)的流路(驱动器管路)的开闭状态来控制卸荷阀18。例如，只要各方向切换阀20、22、24的各驱动器管路的任意一个被打开，卸荷阀18就会被关闭，以免从液压泵11吐出的油排出到油箱T中。另一方面，当各方向切换阀20、22、24的各驱动器管路全部被关闭时，卸荷阀18被打开而形成从液压泵11吐出的油排出到油箱T中的状态。另外，卸荷阀18可以为通过液压而被位置控制的类型，也可以为如图所示的通过电信号而被位置控制的类型。
[0035]并且，在供给管路13上设置有溢流阀19。并且，返回管路14经由各对应的溢流阀21a、21b、23a、23b、25a、25b而分别连接于动臂缸7、斗杆缸8及铲斗缸9的各无杆侧及有杆侧。另外，图示的例子中，溢流阀21a、21b、23a、23b、25a、25b包含补充止回阀。溢流阀19、21a、21b、23a、23b、25a、25b可以为通过液压而被位置控制的类型，也可以为如图所示的通过电信号而被位置控制的类型。
[0036]控制器10以微型计算机为中心构成，例如具有CPU、存储控制程序等的ROM、存储运算结果等的可读写的RAM、定时器、计数器、输入界面及输出界面等。
[0037]在控制器10上电连接有各种操作部件40、42、43。操作部件40、42为用于对各方向切换阀20、22、24的位置进行可变操作以便用户操作施工机械I的部件。操作部件40、42、43可以为例如操纵杆或踏板方式。本例子中，操作部件40、42、43分别为用于操作斗杆5的斗杆操作操纵杆、用于操作动臂4的动臂操作操纵杆、用于操作铲斗6的铲斗操作操纵杆。由用户操作的操作部件40、42、43的操作量(冲程)作为电信号而被输入到控制器10。由用户操作的操作部件40、42、43的操作量的检测方法可以为用压力传感器检测先导压的方法，也可以为检测操纵杆角度的 方法。
[0038]控制器10根据操作部件40、42、43的操作量等，控制方向切换阀20、22、24以及卸荷阀18。另外，当方向切换阀20、22、24为通过液压而被位置控制的类型时，方向切换阀20、22,24通过根据操作部件40、42、43的操作发生变化的先导压而被直接控制。例如，当斗杆操作量LS1、动臂操作量LS2及铲斗操作量LS3分别为各自对应的规定阈值LSt h ^LSt h 2、LSth3以下时，可以使卸荷阀18打开，当斗杆操作量LS1、动臂操作量LS2及铲斗操作量LS3中的任意一个大于各自对应的规定阈值LSth 1、LSth2、LSth3时，可以使卸荷阀18关闭。规定阈值LSt h p LSt h 2、LSt h 3可以对应各方向切换阀20、22、24的驱动器管路的开口开始打开时的操作量。
[0039]并且，控制器10根据操作部件40、42、43的操作量等，经由调节装置12控制液压泵U。另外，对于该液压泵11的控制方法将在后面详述。
[0040]其次，对基于本实施例的控制器10的特征性控制方法进行说明。
[0041]本实施例的控制器10在图2所示的具备中位封闭型方向切换阀20、22、24的液压回路中，通过泵控制来再现中位全开型(负控系统)的控制特性。以下，将这种系统称作“假想泄放系统”。
[0042]图3是中位全开型(负控)系统中使用的方向切换阀的概要图。负控系统中，在方向切换阀处于中立状态时，如图3 (A)所示，液压泵的吐出流量通过中位旁通管路全部卸载到油箱中。例如，在方向切换阀通过操作部件的操作向右侧移动时，如图3 (B)所示，向液压驱动器的流路被打开，同时中位旁通管路被节流。若成为极限操作状态，则如图3 (C)所示，中位旁通管路被完全关闭，液压泵的吐出流量全部供给到液压驱动器。它们的关系能够如下进行表示。
[0043][数式I]
,L /\L.I # C__ MiII P
[0044]Qd = Cl2Aa ^】+ ChAh I^l
P、P
[0045]其中，P为密度，Qd、pd为液压泵的吐出流量及吐出压，cb、Ab为与方向切换阀的中位旁通管路相关的流量系数及开口面积(泄放开口面积)，ca、Aa为与方向切换阀的驱动器管路相关的流量系数及开口面积，Pact为驱动器管路压。负控系统中，中位旁通管路在方向切换阀的后段设置有负控节流器，经由负控节流器而与油箱连通(参考图7)。
[0046]由数式I的公式可知，若驱动器管路压因负荷而上升则压差(P d -pact)减小，流入到液压驱动器中的流量减小。若从液压泵的吐出流量Qd相同，则该减少的量会通过中位旁通管路流动。这意味着，根据液压驱动器的负荷，即使操作量相同，液压驱动器的速度也不同。
[0047]图4是在通过本实施例的控制器10实现的假想泄放系统中再现的负控系统的块图。另外，在图4中，Qb表示卸荷阀通过流量，K表示体积弹性率，Vp表示泵-控制阀容量，Va表示控制阀-缸容量,A表示缸受压面积，M表示缸容量、F表示外力干扰。
[0048]本实施例中，为了在假想泄放系统中再现负控系统，如图4的块70所示，假想中位全开型方向切换阀(参考图3)，运算该假想方向切换阀的泄放部分来计算假想泄放量Qb，并将从基于负控系统的控制规律的液压泵的吐出流量的目标值Q d t减去假想泄放量Qb的量作为指令值来控制液压泵11。
`[0049]考虑到在实际的负控系统中，在中位旁通管路中通过负控节流器而产生背压的情况，假想泄放量Qb可以如下进行计算。即，在假想泄放系统中，为了将实际的负控系统模型化，可以假想在自假想方向切换阀的中位旁通管路上设置与油箱连通的负控节流器，来考虑由该假想负控节流器产生的背压。
[0050][数式2]
[0051]Qh = ChAb
V P
[0052]其中，P n为由假想负控节流器产生的背压(以下称作“假想负控压”)。
[0053]另一方面，假想负控节流器中，以下公式成立。
[0054][数式3]
[0055]Qh = c?A 丨+金5= Cn An ；:.芒！
I PV P
[0056]其中，Pt为油箱压，在此设为零。对于假想负控压Pn，设定规定上限值Pn _。上限值P η_可以对应假想的负控系统中的溢流阀的设定压。
[0057]由数式2和数式3的公式，假想负控压P η能够如下进行表示。[0058][数式4]
【权利要求】
1.一种液压控制装置，在液压驱动器经由中位封闭型方向切换阀连接于液压泵并且按照操作部件的操作量能够改变所述方向切换阀的位置的施工机械中，所述液压控制装置对所述液压泵进行控制，其特征在于，具备: 假想负控压计算机构，根据所述操作部件的操作量和所述液压泵的吐出压，计算假想负控系统时的假想负控压；以及 控制指令值计算机构，根据所述假想负控压，计算对所述液压泵的控制指令值。
2.根据权利要求1所述的液压控制装置，其中， 所述假想负控压计算机构根据所述操作部件的操作量，根据给定的假想泄放开口面积特性计算假想泄放开口面积，并根据计算出的假想泄放开口面积和所述液压泵的吐出压计算所述假想负控压。
3.根据权利要求1或2所述的液压控制装置，其中， 所述施工机械在所述方向切换阀与所述液压泵之间设置有与油箱相连的卸荷阀， 所述液压控制装置具备校正机构，所述校正机构在怠速中对所述液压泵赋予规定吐出流量的指令值，根据由此时所得的所述液压泵的吐出压推算的实际粘度和由此时所得的油温推算的基准粘度，校正对所述液压泵的控制指令值。
4.根据权利要求1或2所述的液压控制装置，其中， 所述施工机械在所述方向切换阀与所述液压泵之间设置有与油箱相连的比例阀类型的卸荷阀， 所述液压控制装置具备校正机构，所述校正机构在怠速中对所述液压泵赋予规定吐出流量的指令值，并且将所述卸荷阀的开度维持在零与最大值之间的规定开度，根据由此时所得的所述液压泵的吐出压推算的实际吐出流量和所述规定吐出流量的指令值，校正对所述液压泵的控制指令值。
5.一种液压控制方法，其为在液压驱动器经由中位封闭型方向切换阀连接于液压泵并且按照操作部件的操作量能够改变所述方向切换阀的位置的施工机械中，对所述液压泵进行控制的方法，其特征在于，具备以下步骤: 假想负控压计算步骤，根据所述操作部件的操作量和所述液压泵的吐出压，计算假想负控系统时的假想负控压；和 控制指令值计算步骤，根据所述假想负控压，计算对所述液压泵的控制指令值。
【文档编号】E02F9/22GK103765016SQ201280041009
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2012年8月9日 优先权日:2011年9月21日
【发明者】松崎英祐 申请人:住友重机械工业株式会社