液压驱动系统和用于改进式操作的诊断控制策略的制作方法

专利名称：液压驱动系统和用于改进式操作的诊断控制策略的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液压驱动系统和一种用于改进式操作的诊断控制策略。尽管许多 液压驱动系统均可以受益于本公开的系统和控制策略，但是它特别地有利于采用以不同速 度操作的液压流体泵的系统，例如，这种具有通过电动机机械驱动的液压流体泵的系统，其 中液压泵速与电动机速度成比例，因为比起具有以恒定的速度操作的液压流体泵的系统来 说，控制这种系统是更为复杂的。此外，本公开的系统的一些方面特别地适用于用以产生往 复运动的液压驱动系统，这需要切换以使液压驱动单元中的液压活塞的方向反向的液压流 体流动。
背景技术：
液压驱动系统可以用于将机械动力提供到诸如具有往复活塞的正排量泵的驱动 机构、和采用液压流体压力驱动机械运动的其它机构。在这种液压驱动系统中，可测量液压 流体压力以提供指示操作条件的指示信号，且这种指示信号可以用于控制液压驱动系统。 例如，共同拥有的加拿大专利No. 2，527，122、名为“用于从存储容器泵送流体及检测存储容 器何时为空的设备和方法”(’ 122专利)公开了一种设备，其包括从存储罐泵送过程流体的 被液压驱动的往复活塞泵，和一种方法，其包括测量液压流体压力以确定存储罐何时为空。 对于诸如低温流体的过程流体，商用级别的传感器是不适用的，所以这种确定存储罐何时 为空并防止泵在存储罐为空的时候操作的方法是有用的。通过’ 122专利教导的方法包括 测量峰值液压系统压力并当峰值液压系统压力降到用于预定次数的预定阈值之下时确定 存储罐为空，这表明泵在泵送行程期间遭遇了较少的过程流体阻力。当将存储罐确定为空 时，用于液压系统的电子控制器可以被编程为切换，从而从不同的存储罐泵送过程流体。当 该方法工作时，与该方法相关的难题是峰值液压系统压力可以响应于不同于被泵送的过程 流体的量的因素而改变。例如，峰值液压系统压力也可以响应于过程流体在其被泵送的系 统中的压力而改变，因为下游的过程流体压力与排气行程期间作用于泵活塞上的阻力相互 关联。泵活塞运动的阻力也可以随动摩擦而变，由此由将过程流体传送到液压驱动器的液 压泵的速度的变化所引起的液压流体流动速率的变化同样可以影响液压驱动器中的峰值 液压系统压力。相应地，如果调整预期峰值液压系统压力以解决影响峰值液压系统压力的 其它因素，例如过程流体压力和液压驱动器速度，就可以改进通过’ 122专利教导的依赖于 峰值液压系统压力的测量的方法。该方法的使用不限于被液压驱动的泵。对于不同的被液 压驱动的设备，例如液压机或挤压机，如果峰值液压系统压力小于预期压力，这就可能是存 在比预期材料量更少的材料在工作的指示，这表明需要补充所供应的材料或者到了停机的 时候；这里，峰值液压压力也是可以随诸如液压泵速或液压流体流动速率的常态操作变量 而变的。还是参见被液压驱动的往复式泵的示例，泵的效率可以通过防止泵活塞缩短行程 而提高，如果泵活塞不完全地伸展或缩回，将发生缩短行程的情况，这导致不完全的活塞行 程。这对于单作用活塞泵和双作用活塞泵来说都是问题，因为缩短的行程防止泵活塞腔被完全地填充过程流体和/或完全地排出过程流体。常规的液压驱动器可以采用磁性近程 式传感器以检测何时活塞已经到达活塞行程的止点，但是该方法增加了成本和所需要的维 护，因为对于每个液压驱动活塞均需要两个传感器。另一种方法是采用流量计以测量液压 流体流量并基于已知的液压气缸的容量计算何时液压活塞已经到达其行程的止点。然而， 利用该方法，流量计可能是昂贵的，且通过例如流量计的精度的其它因素或者如果在系统 中存在液压流体泄漏就可能引入不精确性。共同拥有的加拿大专利申请No. 2，476，032、名 为“液压驱动系统和操作液压驱动系统的方法”(’ 032申请)公开了一种通过采用设置在 液压活塞中的往复阀来防止缩短行程的方法，该往复阀操作液压流体于每个活塞行程的终 了处流过活塞。这允许液压活塞完成每个行程而不被驱动撞击端板并损坏端板，这允许控 制器被编程为基于液压泵速度、液压流体压力或流逝的时间中的至少一个，估计何时活塞 已经到达行程的止点。往复阀的操作允许控制器有一些可允许的误差以确保在控制器发送 电子信号到流动切换装置以切换液压流体流向和液压活塞运动的方向之前完成液压活塞 行程。图1是绘制出用于具有以恒定速度操作的液压流体泵的液压驱动系统的液压系 统压力和泵送状态相对于时间的曲线。通过线101描绘的该液压系统压力由与管道相关联 的传感器进行测量，该管道将来自液压泵的排出口连接至液压驱动单元。在本示例中，该液 压驱动单元包括往复式液压活塞，并且通过线105描绘的泵送状态示出了液压驱动单元中 的活塞是正在伸展还是正在缩回。泵送状态1的值表示液压活塞正在伸展并正在做功，如 由与峰值液压系统压力的相互关系所示出的那样。泵送状态2的值表示液压活塞正在缩 回，并且在本示例中，由液压驱动单元驱动的泵是单作用泵，从而使缩回行程期间的液压系 统压力低得多。绘制的数据涉及一种液压驱动单元，其正驱动单作用容积式活塞泵，该泵 在伸展行程期间从泵缸泵送过程流体，并在缩回行程期间将过程流体汲取到泵缸中。相应 地，在每个泵送循环期间，液压系统压力在伸展行程期间达到峰值，并当往复阀打开时在活 塞行程的终了处急剧下降。在往复阀打开的同时，液压系统压力在缩回行程的终了处稳定 于由通过往复阀和经由活塞的流体通道的压降所支配的压力，如由曲线中以附图标记IOlB 所表示的平坦部分所示的那样。在对于图1所绘制的数据中，当液压活塞转向以进行缩回 行程时，往复阀关闭，且液压系统压力下降并稳定于甚至更低的压力，该甚至更低的压力与 在将液压流体从缸的出口排出时流经缸的出口的液压流体的压降相关联。在缩回行程的终 了处，液压系统压力升高，以再次反映通过打开的往复阀和经由活塞的流体通道的压降，如 由曲线中以附图标记IOlA和101’ A所表示的平坦部分所示的那样。，032申请教导一种方法，其通过将电子控制器被编程为根据液压泵速、液压流 体压力或消逝时间估计何时完成每个活塞行程，消除了对于液压活塞用位置或近程式传感 器的需要。即，由于对于每个活塞行程所排出的液压流体容量是已知的，这些变量中的一个 可以用于通过从液压泵速、液压流体压力或消逝的时间计算预期何时完成活塞行程来估计 何时完成每个活塞行程。’032申请教导利用往复阀来防止液压活塞被驱动抵靠在活塞或端 板上并损坏活塞或端板，这允许控制器采用用于活塞行程的终了的正时的初步估计，并使 得所估计的行程持续时间能够包括用于每个行程的额外的时间以防止短行程，这确保液压 活塞完成其行程。尽管本方法和设备是有效的并消除了用以检测何时活塞已经到达每个活 塞行程的止点的传感器的需求，但可以对它进行改进且如果可缩短往复阀打开时液压活塞行程之间的额外时间，就可使得液压驱动器更为有效。上文中已经描述了多个与被液压驱动的设备相关联的困难，这表明了对改进的诊 断控制策略的一种需求，该改进的诊断控制策略对于致力于这些和其它困难以改进效率和 /或操作而言是有用的。

发明内容
公开了一种诊断和控制液压驱动系统的方法，其包括测量液压泵与液压驱动单 元之间的液压流体供应管道中的液压流体压力；当测量到的液压流体压力越过预定压力阈 值时，对向液压驱动单元的液压流体流动方向进行切换或停止向液压驱动单元的液压流体 流动，以结束驱动循环；并根据(i)测量到的从联接到液压驱动单元并由液压驱动单元驱 动的机构传送到液压驱动单元的阻力；和(ii)液压泵速中的至少一个，将预定压力阈值调 整到校正后的压力阈值；根据驱动循环期间的液压泵速、完成驱动循环的时间、和驱动循环 期间由液压驱动单元中的液压活塞排出的容量中的至少一个以及测量到的液压流体压力， 计算驱动循环中由液压驱动单元所做的机械功的量；和当针对该驱动循环的计算出的机械 功比机械功的预期量小预定差额时，警告操作者或者限制向液压驱动单元的液压流体流动 速率，该机械功的预期量根据预期峰值液压系统压力被计算出。在优选实施方式中，由液压驱动单元所做的机械功的量通过确定位于测量到的液 压流体压力相对于由液压驱动单元中的液压活塞排出的容量的曲线下方的面积而计算出。 该方法还可以包括根据(i)测量到的从联接到液压驱动单元并由液压驱动单元驱动的机 构传送到液压驱动单元的阻力；和(ii)液压泵速中的至少一个，校正机械功的预期量。校正机械功的预期量的优选实施方式包括将(i)测量到的液压流体压力；(ii)测 量到的从机构传送到液压驱动单元的阻力；和(iii)液压泵速或测量到的液压流体流动速 率输入到预定公式中，并采用该预定公式来计算校正后的机械功的预期量。该预定公式是 已经通过将校正后的机械功的预期量与凭经验确定的值相比较来进行校验的一个公式，该 凭经验确定的值表示利用相同的从机构传送到液压驱动单元的阻力的值、和相同的液压泵 速或液压流体流动速率的值所做出的实际机械功。经验数据可以用于对于应用该公式的具 体液压驱动系统来校准该公式。该预定公式可以是基于经验获得的，通过确定该预定公式 以匹配凭经验采集的数据，或者该预定公式可以是基于模型的，并随后通过将校正后的机 械功的预期量的计算结果与凭经验确定的校正后的机械功的预期量的值对其进行校准和 校验。在其它实施方式中，校正机械功的预期量的方法包括通过参照查阅表而调整机械 功的预期量。该查阅表可以是三维查阅表，其通过三个变量来确定校正值的校正因子。例 如，在优选实施方式中，通过参照查阅表，校正后的机械功的预期量根据(i)测量到的液 压流体压力；(ii)测量到的从机构传送到液压驱动单元的阻力；和(iii)液压泵速或测量 到的液压流体流动速率来确定。该查阅表可以通过凭经验获得的校正后的机械功的预期量 或凭经验获得的校正因子而建立，该校正因子可以被施加于机械功的预期量，以确定校正 后的机械功的预期量。在再一实施方式中，校正机械功的预期量的方法包括既采用校正因子又采用预定 公式。如同在其它实施方式中，可以将诸如(i)测量到的液压流体压力；(ii)测量到的从
8机构传送到液压驱动单元的阻力；和(iii)液压泵速或测量到的液压流体流动速率的测量 到的参数用于确定校正因子或校正值。例如，利用这些测量到的参数，查阅表可以用于校正 液压系统压力的改变，而预定公式可以用于例如通过来自由液压驱动单元驱动的过程流体 泵下游的过程流体压力的改变来校正测量到的阻力，以致将采用校正因子和预定公式校正 的值用于确定校正后的机械功的预期量。在优选实施方式中，对于测量到的液压流体压力进行的调整也可以校正传感器测 量液压流体压力的位置处的液压流体压力与液压驱动单元中的液压流体压力之间的差。这 对于用于驱动多个液压驱动单元的液压驱动系统而言是尤其重要的，且取决于驱动哪一个 液压驱动单元，校正因子之间可能存在差异，这例如由液压驱动单元之间的差异所引起并 出现在至不同的液压驱动单元的液压管路中。在已知特别适用于本公开的方法的应用中，联接到液压驱动单元并由液压驱动单 元驱动的机构是具有往复活塞的容积式泵，用于将过程流体从过程流体存储容器泵送到传 送管道或储液器容器。在该应用中，从容积式泵传送到液压驱动单元的阻力随传送管道或 储液器容器中所测量到的过程流体压力而变。该方法还包括测量容积式泵的排出口下游的 过程流体压力并以与测量到的过程流体压力的改变成正比的方式调整校正后的机械功的 预期量。该优选的方法还包括根据液压泵速或液压流体流动速率来调整校正后的机械功的 预期量。该方法还可以包括当计算出的机械功的量小于用于预定次数的驱动循环的机械 功的预期量时，或者如果计算出的机械功的量比该机械功的预期量小超过预定差额的预定 量时，停止向液压驱动单元的液压流体流动。小的计算出的机械功的量可以指示出从中泵 送出过程流体的存储容器是空的或者接近为空，或者存在设备故障，例如断裂驱动轴。电子 控制器可以采用计算出的机械功的量结合其它测量到的参数，以确定非正常操作条件的起 因。例如，如果计算出的机械功的量小于机械功的预期量，泵排出口的下游测量到的过程流 体压力也低于低压力阈值，且过程流体的终端使用者并未消耗泵送到它的所有过程流体， 则电子控制器可以确定过程流体系统中存在泄漏。相应地，该示例示出了通过所公开的方 法采集的控制参数可以与其它控制参数结合使用，以进一步改进诊断能力，并进一步改进 液压驱动系统及其驱动的机构的操作。该方法可以用于具有液压驱动单元的液压驱动系统，该液压驱动单元包括往复式 液压活塞，其具有可机械操作的往复阀，该往复阀在液压活塞行程的止点处自动打开，以操 作液压流体从液压活塞的一侧流到液压活塞的另一侧。除了确定在往复阀打开后测量到的 液压流体压力何时下降并且测量到的液压流体压力何时越过校正后的压力阈值以外，该方 法还包括精确地确定液压活塞完成其行程的正时，结束该驱动循环，并切换液压流体流动 方向以开始液压活塞在相反方向上的行程。即，该方法可以包括当往复阀打开时，通过检测 测量到的液压流体压力何时越过预定压力阈值来检测液压流体压力的改变。该方法教导了 以与过程流体压力的改变和/或从液压驱动单元驱动的机构传送到液压驱动单元的阻力 的其它改变成比例的方式将预定压力阈值调整到校正后的压力阈值。校正压力阈值改进了 检测非正常操作条件的方法，因为更精确地确定了驱动循环终了的正时能够更准确地计算 由液压驱动单元所做的机械功的量。如果在液压泵与液压驱动单元之间测量液压流体压 力，优选地同样以与液压泵速的改变或液压流体流动速率的改变成比例的方式来调整校正
9后的压力阈值。
如果公开的方法不能检测到活塞行程的终了，例如，如果用于测量液压流体压力 的压力传感器存在问题，则该方法可以进一步包括用于将液压流体流动切换成使液压活塞 在活塞行程的止点处反向的备用特征。该备用特征可以包括通过测量到的液压泵速或测量 到的液压流体流动速率，估计由液压驱动单元中的液压活塞所排出的容量，和当估计的排 出容量大于预定容量时，切换液压流体流动方向以开始液压活塞在相反方向中的行程。与 检测液压系统压力的改变的这里公开的优选控制方法相比，该备用方法可以导致活塞行程 之间更多的停机时间，并且在优选实施方式中，该备用特征只在优选控制方法未能在液压 活塞行程的止点处切换液压流体流动的情况下被结合进来。一种用于实现所公开的方法的液压系统，包括液压流体存储器，其中可以存储液 压流体；液压泵，其用于从存储器泵送液压流体；液压驱动单元，其可操作为(i)从液压泵 接收液压流体；(ii)将液压流体压力转换为联接到液压驱动单元并由液压驱动单元驱动 的机构中的机械运动；以及(iii)使液压流体返回到存储器；多个管道，其用于传送液压流 体并连接液压流体存储器、液压泵和液压驱动单元；压力传感器，其与位于液压泵的排出口 与至液压驱动单元的入口之间的液压流体供应管道相关联，用于测量液压流体压力；和电 子控制器。该电子控制器被编程为监测表示由压力传感器测量的液压流体压力的信号，并 且，根据与预定压力阈值相关的测量到的液压流体压力，切换往来于液压驱动单元的液压 流体流动方向或停止液压流体向液压驱动单元的流动以结束驱动循环；和根据(i)从由液 压驱动单元驱动并联接到液压驱动单元的机构传送到液压驱动单元的测量到的机械或流 体阻力；和(ii)液压泵速中的至少一个，调整预定压力阈值；和根据驱动循环期间的液压 泵速、完成驱动循环的时间、与在驱动循环期间由液压驱动单元中的液压活塞所排出的容 量中的至少一个以及测量到的液压流体压力，计算驱动循环中由液压驱动单元所做的机械 功的量；和当针对驱动循环计算出的机械功比机械功的预期量小预定差额时，警告操作者 或者停止向液压驱动单元的液压流体流动，该机械功的预期量根据预期峰值液压系统压力 被计算出。要求计算出的机械功的量小于用于预定次数的循环的第一预定量有助于过滤出 错误的指示，其可能发生在例如液压系统用于在可移动的应用中驱动泵的情况，在该应用 中存在由车辆运动对所存储的流体的影响所导致的泵入口附近的过程流体的深度存在一 定的可变性。即，车辆运动可能是计算出的机械功减小以及非不正常操作条件的原因。然 而，如果计算出的机械功的量小于第二预定量，该减小的面积可以如此小，以致更加确定了 非正常操作条件，并且这样，不同的预定阈值可以由本公开的方法所应用，以更好地确定事 实上是否存在非正常操作条件，并且如果是，采取什么措施。在优选实施方式中，电子控制器被编程为通过确定位于测量到的液压流体压力 相对于由液压驱动单元中的液压活塞所排出的容量的曲线下方的面积而计算出由液压驱 动单元所做的机械功的量。为了更加稳健地诊断由液压驱动系统执行的机械功，电子控制 器可以被编程为根据(i)测量到的从联接到液压驱动单元并由液压驱动单元驱动的机构 传送到液压驱动单元的阻力；和(ii)液压泵速中的至少一个，校正机械功的预期量。该液压驱动单元可以包括往复活塞，其通过在活塞的一侧上将液压流体传送至液 压缸以及在活塞的另一侧上从液压缸中将液压流体排出到液压流体存储器而被致动。往复 活塞包括具有阀构件的往复阀，该阀构件被机械致动以在每个活塞行程的止点处自动移动到打开位置。当往复阀打开时，液压流体可以从往复活塞的一侧流动到其另一侧，以致液压 活塞在每个活塞行程的止点处停止，而不存在撞击在每个行程的止点处的端板上的持续冲 击，并且以使液压驱动单元停机，直至使液压流体流动转向。当液压流体流动反向时，该阀 构件可移动至关闭位置。如果联接到液压驱动单元并由液压驱动单元驱动的机构是双作用容积式泵，则电 子控制器可以被编程为识别出两个不同的预定压力阈值，以确定往复活塞何时已经到达 活塞行程的止点。通常，液压驱动单元采用附接至驱动轴的驱动活塞，以使具有轴的腔具有 较小的活塞面积，并且当该腔是充满高压液压流体的工作腔时，由于较小的面积，与当相对 的腔工作时的情况相比，需要较高的液压流体压力以用于将过程流体泵送至同一压力，并 且本公开的方法和设备利用与液压驱动单元的不同腔相关联的不同的预定压力阈值来考 虑这种情况。如果联接到液压驱动单元的该机构是单作用容积式泵，则电子控制器被编程 为识别出第一预定压力阈值和第二预定压力阈值，第一预定压力阈值与工作活塞行程的 止点处的液压流体压力的减少相关联系，第二预定压力阈值与非工作活塞行程的止点处的 液压流体压力的增加相关联。图7和8是用于单作用容积式泵的液压流体压力的曲线，如 这里所公开的那样，该泵由液压驱动系统所驱动。在优选实施方式中，电子控制器被按照预定公式编程，该预定公式根据(i)测量 到的液压流体压力；(ii)测量到的从机构传送到液压驱动单元的阻力；和(iii)液压泵速 或测量到的液压流体流动速率的数据输入，计算校正后的预定压力阈值或被施加于预定压 力阈值以确定校正后的预定压力阈值的校正因子。在其它实施方式中，该设备还可以包括查阅表，电子控制器被编程为参照该查阅 表以从中获得校正后的预定压力阈值或被施加于预定压力阈值以确定校正后的预定压力 阈值的校正因子。在一个实施方式中，该查阅表是三维查阅表，并且这些输入为测量到的液 压流体压力、测量到的从机构传送到液压驱动单元的阻力和液压泵速。该查阅表可以凭经 验获得。如果联接到液压驱动单元的机构包括容积式泵，则如在说明性的实施方式中那 样，该设备还可以包括用于保持过程流体的多个存储容器以及用于从存储容器中的一个选 择性地传送过程流体的阀和管道。该液压驱动单元可以是多个液压驱动单元中的一个，每个液压驱动单元均联接到 与相应的过程流体存储容器相关联的容积式泵，且管道和阀将液压泵流体连接至液压驱动 单元的每一个，且电子控制器被编程为操作阀以控制液压流体流动方向以及控制操作液 压驱动单元中的哪一个操作和液压驱动单元中的哪一些停机。


图1是描绘出用于现有技术的液压驱动系统、例如’032申请中所公开的那种驱动 系统的液压系统压力和泵送状态相对于时间的曲线。图2是具有内部泵、液压驱动器、液压流体压力传感器和电子控制器的存储容器 的示意图。图3是具有两个存储容器的系统的示意图，每个存储容器均具有内部泵、液压驱 动器、液压流体压力传感器和电子控制器。
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图4是系统的示意图，该系统具有两个存储容器、与这两个存储容器的相应的存 储空间连通的外部泵、液压驱动器、液压流体压力传感器和电子控制器。图5是采集自液压驱动系统的数据的曲线，该曲线相对于时间绘制了液压系统压 力和液压泵速，示出了液压泵速如何影响液压系统压力。图6是采集自液压驱动系统的数据的曲线，该液压驱动系统用于驱动用于过程流 体的往复活塞泵，该曲线相对于时间描绘了液压系统压力、过程流体压力和泵送状态，示出 了过程流体压力如何影响液压系统压力。图7绘制了用于所公开的液压驱动系统的液压系统压力和泵送状态相对于时间 的曲线，在正常的操作期间，所公开的液压驱动系统采用了所公开的方法以缩短液压活塞 在活塞行程之间静止的时间。图8绘制了用于所公开的液压驱动系统的液压系统压力相对于时间的曲线，示出 了压力轨迹在非正常的操作条件下的外表特征。
具体实施例方式参照附图，以成百间隔的相似的附图标记命名的相似的部件在不同的实施方式和 示例中指的是相似的部件和数据。由于用于所公开的设备和方法的特别有用的应用是泵送 低温存储的来自低温存储容器的液化气体，因此该示例用于描述由附图示出的优选的实施 方式。然而，本领域技术人员将会理解的是，所公开的设备和方法可以用于泵送无需低温存 储的诸如丙烷的其它过程流体，并且它也可以用于采用液压驱动系统的其它应用。该方法 和设备在存在来自从动机构的可变阻力的情况下和/或以可变的速度驱动液压泵的情况 下是特别有用的。图2至4描述了用于采用液压驱动系统驱动一个或多个容积式往复活塞泵以从一 个或多个存储容器传送低温流体的不同实施方式的示意图。首先参见图2的实施方式，示 出了一种设备，其用于从存储容器200泵送低温流体，该存储容器200限定出热绝缘的低温 空间202。在该说明性的实施方式中，低温泵210设置在低温空间202内，并适于用于从低 温空间202将低温流体泵送到管道212。低温泵是众所周知的，并且低温泵210可以采用单 作用活塞或双作用活塞，并且可以是单级泵或多级泵。驱动轴将低温泵210操作性地连接到液压驱动单元214，该液压驱动单元214在 说明性的实施方式中位于低温空间的外面。在优选实施方式中，液压驱动单元214包括被 液压驱动的活塞，该活塞通过将加压液压流体交替引导到活塞的相对侧而往复运动。这种 用于产生线性往复运动的液压驱动单元是众所周知的。即，与被液压驱动的活塞的一侧相 关联的液压流体腔充满来自高压管道224的加压液压流体，并且与液压活塞的相对侧相关 联的液压流体腔与排放管226连通，该排放管226使液压流体返回到液压泵222或液压流 体存储器220。被液压驱动的活塞可以具有比泵送活塞的直径更大的直径，从而可将低温 流体泵送到比峰值液压系统压力更高的压力。该液压驱动系统包括一个或多个阀，在被液 压驱动的活塞完成其行程时这些阀是可操作的，从而通过阀的操作，使得先前与排放管226 连通的液压流体腔与供应加压液压流体的高压管道224连通，并且其它液压流体腔与排放 管226连通。在活塞行程的终了处一旦致动阀，并对向液压流体腔的液压流体连接进行切 换，加压液压流体就作用在液压活塞上以使得线性运动的方向反向。在优选实施方式中，液压流体阀可以是示意性示出的阀228，其包括带有端口的电子致动块，该端口用于将来自高 压管道224的流体从一个液压流体腔切换到另一液压流体腔，同时将相对的液压流体腔连 接到排放管226。该阀块也可以包括用于在不驱动液压驱动单元214的情况下再循环液压 流体的端口(在图2中示意性地示出为处于阀块的中间)。例如在液压泵222由电动机机 械驱动，在电动机操作时液压泵222持续地操作，并且当不需要时，低温泵210可以通过采 用阀228而保持停机以再循环液 压流体的情况下，可以应用该特征。压力传感器240优选地使其传感器设置在位于液压泵222的液压流体排出口与液 压驱动单元214之间的高压管道224中。更为优选地，压力传感器240位于液压泵222的 下游和阀228的上游，因为在阀228的下游，在液压驱动单元214操作期间，管道在压力与 排出作用之间交替变化。根据当前公开的发明，压力传感器240旨在测量液压流体压力，该 液压流体压力与连接至高压管道224的液压驱动单元214的驱动腔中的液压流体压力相 关。如果在液压驱动单元214处或者在位于液压驱动单元214与阀228之间的管道中测量 液压流体压力，则在优选实施方式中，采用至少两个压力传感器，一个与测量液压驱动单元 214中的液压活塞的每侧上的液压流体压力相关联。压力传感器240与电子控制器250通信以传送测量到的液压流体压力。响应于测 量到的液压流体压力，电子控制器250可以被编程为通过与液压泵222和阀228中的至少 一个通信，停止低温泵210，该电子控制器250控制旁通特征。电子控制器250也可以被编 程为利用测量到的液压系统压力来控制往来于液压驱动单元214的液压流体流动方向的 切换。如同将在对于本方法的说明中更为详细描述的那样，在所公开的设备的优选实施 方式中，电子控制器被编程为调节液压流体压力的阈限值，该液压流体压力阈限值用于控 制液压驱动系统以考虑改变液压泵速和/或来自由液压驱动系统驱动的机构的阻力的效 果。通常，较高的液压泵速与较高的测量到的液压系统压力相关联。其理由包括与通过 液压流体管道和分流阀的较高的流动速率相关联的较高的压降以及与液压活塞和从动机 构相关联的较高的摩擦阻力。在液压流体泵222与电子控制器250之间的虚线示出了在优 选实施方式中，指示液压泵速的数据可以传送到电子控制器250。如果液压泵222由电动 机(未示出)机械驱动，在其它实施方式中，电子控制器250就可以通过电动机速度来确 定液压泵速，因为在这种实施方式中，液压泵速与电动机速度成比例。在被液压驱动的泵的 说明性的示例中，下游过程流体压力的变化具有改变液压驱动单元的阻力的作用。相应地， 电子控制器250可以进一步接收来自指示低温泵210下游的流体压力的压力传感器242的 信号。压力传感器242可以测量如图1所示的管道212中的过程流体压力或者下游储液器 容器(未示出)中的过程流体的压力。如同将在对于本方法的说明中进一步详细描述的那 样，通过调节预定液压流体压力阈限值以对液压泵速的变化和来自从动机构的阻力的改变 进行校正，所公开的设备可以采用测量到的液压系统压力以更有效地操作液压驱动系统， 并且在液压活塞行程之间具有更少的停机时间，以及更为精确地指示何时使得通过液压驱 动单元的液压流体流动反向和何时切断液压驱动单元。图3是本设备的多级容器的实施方式的示意图，其特别适用于所公开的液压驱动 系统。本实施方式更像图2的实施方式，除了有两个存储容器300和300’以外，并且每个存 储容器300和300’均限定出其自身的低温空间302和302’。每个存储容器均具有相应的低温泵310和310’，其将低温流体传送到相应的管道312和312’。该液压驱动系统包括液 压泵322，其将加压液压流体从存储器320通过高压管道324、325和325，和阀327、328和 328’传送到分开的液压驱动单元314和314’中的一个以驱动相应的低温泵310和310’。 液压流体从液压驱动单元314和314’通过排放管326和326’被排回到存储器320。压力 传感器340位于高压管道324上以测量液压流体压力。如果压力传感器位于液压泵322与 阀327之间，那么只需要一个压力传感器，因为高压管道324将加压液压流体供应到液压驱 动单元314和314’中选定的一个。然而，因为中途流过阀327和管道325和325’中的一 个以及阀328和328’中的一个流到液压驱动单元314或314’的液压流体可能存在明显的 压力损失，这会导致由压力传感器340测量的液压流体压力高于液压驱动单元中的实际液 压流体压力。相应地，在优选实施方式中，为校正该差异，调整由压力传感器340所进行的 液压流体压力测量，或者调整预 定压力阈值。在优选实施方式中，电子控制器350接收来自压力传感器340的输入并处理该测 量到的液压系统压力，以根据所本公开的方法采用预定压力阈值控制液压驱动系统，调整 该预定压力阈值以根据(i)测量到的从联接到液压驱动单元的机构传送至该液压驱动单 元的阻力；和(ii)液压泵速中的至少一个，对其进行校正。在优选实施方式中，当液压驱动 系统具有变速液压泵时，对于测量到的从从动机构到液压驱动单元的阻力和液压泵速来校 正该校正后的压力阈值。电子控制器350从选择阀325的指令位置得知正在操作哪一个低 温泵310和310’以泵送低温流体，并将测量到的液压系统压力与该低温泵相关联。电子控制器350可被编程为支配阀325、328和328’的操作，并且在一些实施方 式中，支配液压泵322的速度。例如，液压泵可以由具有变速控制器的电机驱动。在其它实 施方式中，如果允许液压泵322持续操作，例如如果液压泵322被机械驱动并直接连接到电 动机，则无需控制液压泵322的操作。如果液压泵322持续地操作，就可以通过选择阀328 和328’的所示中间位置而停止低温泵310和310’，其中使加压液压流体再循环并绕过液压 驱动单元314和314’。除了存在两个存储容器且这两个存储容器平行地设置以外，操作图3的设备的方 法与操作图2的设备的方法非常相同，并且带有能够操作阀327以在液压驱动单元314和 314’之间进行切换，从而选择性地分别传送来自存储容器302或302’的过程流体的附加特 征。为表明所公开的液压驱动系统和方法的广泛应用性，图4是多级容器布置的另一 实施方式的示意图，其用于传送来自存储容器400和400’的过程流体，所公开的液压驱动 系统可以有利地应用于该多级容器布置。类似于其它实施方式，压力传感器440测量高压 管道424中的液压流体的压力，以使所公开的方法可以用于确定何时对向液压驱动系统 414的液压流体流进行切换，何时操作阀408以从一个存储容器切换到另一个存储容器，并 且何时停止液压驱动单元414。尽管图4只示出了两个存储容器以说明本实施方式，但本领 域技术人员将会理解的是，该设备可包括更多的存储容器并以基本相同的方式起作用。图 4的设备不同于图3的设备的地方在于低温泵410设置在低温空间402和402’的外面， 并且将低温流体供应至低温泵410的入口的管道404和404’由绝热体406所环绕以减少 热泄漏并将低温流体保持在低温，直到将它传送到低温泵410。阀408选择与低温泵410流 体连通的存储容器，且阀408同样优选地是热绝缘的(在本实施方式的简化说明中，绝热体并未示出为环绕图4中的阀408)。将低温流体从低温泵410排到管道412中。由于图4的多级存储容器布置只采用一个低温泵，用于液压驱动系统的布置包括 存储器420、液压泵422、高压管道424、排放管426，且这些管道通过阀428连接至液压驱动 单元414的方式与图2的相似编号的元件的布置基本相同。电子控制单元450接收来自压 力传感器440的液压流体压力的测量值并发送指令信号到阀408和428，并在一些实施方式 中也发送到液压泵422。电子控制器450也接收直接地或间接地指示液压泵速与测量到的 从低温泵410传送到液压驱动单元414的阻力中的至少一个的信号，其在本示例中可以是 来自压力传感器442的信号，该压力传感器442指示管道412中的过程流体压力。在其它 实施方式(未示出)中，传感器442可以位于低温泵410的更下游以测量例如在储液器容 器中的过程流体压力。尽管图4示出了具有两个存储容器和一个低温泵的布置，但可以理解的是，在其 它实施方式中，可以采用不止一个的低温泵，并且多个低温泵设置在低温空间的外面，如同 图4中所示的那 个低温泵，并且每个泵均能够从多个存储容器中的任一个传送低温流体。 尽管存在与将泵设置在存储容器内相关联的多个优点，但是与无需容置内部低温泵的存储 容器相比，这种布置增加了这种存储容器的制造成本。对于设置在存储容器的低温空间内 的内部低温泵而言，多级存储容器系统中的每个存储容器都需要低温泵。内部低温泵也更 难服务。另一方面，对于外部泵的难题是为存储容器与低温泵之间的管道和低温泵本身提 供足够的热绝缘。外部泵典型地在启动时，在泵能够正常操作前，需要冷却过程。相应地， 对于设置在存储容器的低温空间内的低温泵和对于设置在低温空间外面的低温泵的这两 种布置都存在优点和缺点。对于其中一种布置优于另一种布置的选择可以是使用者偏好和 /或成本考虑的问题。如由说明性的实施方式所示的那样，不管低温泵是位于由存储容器所 限定的低温空间的里面还是外面，所公开的设备和方法都可以以基本相同的结果来应用。具有不止一个低温泵的布置，不管低温泵是位于存储容器的里面还是外面，均可 以提供一些冗余以产生更稳健的系统。泵性能会随着时间的推移而退化，例如由于磨损的 密封件和对泵部件的其它正常磨损。多泵布置也可以提供额外的泵送容量，其在液压驱动 系统和到泵的管路允许选择性的或单独操作或同时操作的情况下，允许将泵制造得更小。 在具有外部低温泵的实施方式中，其也可以允许能够被扩展以适于特殊应用的需要而无需 要求低温泵的数量匹配存储容器的数量的模块化系统。即，优于需要设计不同尺寸的低温 泵，这增加了研发、制造和库存成本，可研发具有一个标准化尺寸的低温泵，并且泵的数量 的改变只依赖于所需的流量。现在已经描述了液压驱动系统的说明性的示例，将详细描述操作该系统的方法。 所述实施方式中的每个均可以受益于所公开的诊断和控制液压驱动系统的方法。该方法包 括测量位于液压流体泵222、322、422与液压驱动单元214、314、314，、414、414，之间的液压 流体供应管道224、324、424中的液压流体压力。在说明性的实施方式中，压力传感器240、 340和440可以用于执行该压力测量并将该数据传送到相应的电子控制器250、350和450。 为实施该方法，压力传感器无需与相应的管道224、324和424相关联，只要电子控制器接收 代表液压驱动单元的工作腔中的压力的液压流体压力数据即可。例如，如果液压驱动单元 具有往复液压驱动的活塞，将压力传感器放置在哪里无关紧要，只要液压流体压力测量与 液压缸中的压力相互关联即可，所述液压缸与相应的高压液压流体管道224、324或424流体连通。这意味着如果压力传感器位于阀228、327或428的下游，需要不止一个压力传感 器。然而，取决于传感器的位置，可调整测量到的液压流体压力以校正测量处的压力与液压 驱动单元中的液压流体压力之间的差，或者，以获得相同的结果，代替调整测量到的液压流 体压力，可调整预定压力阈值以校正与压力传感器的位置相关联的差异。例如，参见图2，由 于存在与流过管道和阀228、液压驱动单元214的入口和出口、和贯通阀以及通过液压驱动 单元214内的被液压驱动的活塞的流体通道的液压流体相关联的压力损失，因此，由压力 传感器240测量到的液压流体压力将比液压驱动单元中的液压流体压力高。此外，由于如 果液压泵速和液压流体流动速率增加，则压力损失增加，因此用以校正压力损失的调整是 不固定的。即，尽管由于诸如液压驱动系统中的压力损失的因素，导致由传感器240测量到 的液压流体压力的增加将与液压驱动单元中的液压流体压力的增加相关联，但液压驱动单 元处的压力增量将不会与高压管道224中的压力增量一样大。
除了压力损失以外，存在其它与改变液压泵速和液压流动速率相关联的因素，这 也导致测量到的液压流体压力与液压驱动单元中的液压流体压力之间的差异。这些其它因 素中的一些包括与更高的流动速率相关联的增大的摩擦，和与更高的液压流体流动速率相 关联的增加的液压流体泄漏。图5是采集自如说明性的实施方式中的一个的系统的数据的 曲线，并且该曲线相对于时间绘制出了液压系统压力(HSP)、过程流体压力和电动机速度。 在用于采集该数据的设备中，液压泵由发动机驱动，由此液压泵速与发动机转速成正比。线 501描绘了测量到的液压系统压力。从存储容器泵送的过程流体是液化气体，由此由线505 描绘的过程流体压力是测量到的气体系统压力(GSP)。该气体是被发动机作为燃料而消耗 的天然气，由此线505在每个泵送循环中升高，并随着气体的消耗而下降。线507是发动机 转速图，其阶梯状升高以示出增加液压泵速和液压流体流动速率对液压系统压力(HSP)的 影响。图5示出了随着液压泵速和液压流体流动速率的增加而增加的测量到的峰值液压流 体压力。在与600转/份(rpm)处的测量到的峰值液压系统压力仅仅是在约1700rpm处测 量到的峰值液压系统压力的约75%，由此如果不对测量到的液压流体压力或预定液压流体 压力阈值进行调整，则采用液压系统压力作为操作液压驱动系统的控制参数会导致不稳定 的结果和效率低的操作。例如，如果增加液压泵速，则会增加用于检测活塞行程的终了的预 定压力阈值。当预定阈值与泵送行程的终了处的下降沿相关时，这意味着将更快地检测到 行程的终了。当预定阈值与进气行程的终了处的上升沿相关时，增加阈值可以防止可由信 号噪音所导致的对于行程终了的错误指示。因此，液压驱动单元的操作可以通过调整测量到的液压系统压力或预定压力阈值 以考虑通过改变液压流体流动速率而引起的差异中的至少一些而得到改进，并且在优选实 施方式中，所有上述差异、即由压力损失、摩擦和泄漏率所导致的差异均通过调整测量到的 液压流体压力或用于控制液压驱动系统的操作的预定压力阈值而得到考虑。例如，在优选 实施方式中，通过检测该测量到的液压压力何时下落到预定压力阈值之下，将测量到的液 压流体压力用于控制使被液压驱动的活塞反转的正时。然而，如图5所示，峰值液压系统压 力可以根据液压泵速而一个循环一个循环地改变，且如果不对测量到的液压流体压力或预 定液压流体压力阈值进行调整以校正这种变化，则结果可能是不稳定的性能和效率低的操 作。相应地，在本方法和设备的优选实施方式中，测量到的液压流体压力与液压泵速或向液 压驱动单元的液压流体流动速率之间的关系通过采用预定公式或查阅表来校正该测量到的液压流体压力或预定压力阈值而得到考虑。该预定公式或查阅表采用测量到的液压流体 压力和液压泵速(或诸如发动机转速的液压流体流动速率的另一指示信号或由流量计测 量到的液压流体流动速率)，并产生可以应用于该测量到的液压流体压力或预定压力阈值 的校正因子，以校正液压泵速或液压流体流动速率的影响。在另一实施方式中，代替校正因 子，预定公式或查阅表可以直接产生校正后的液压流体压力值或校正后的压力阈值。在说 明性的示例中，液压泵速的改变与液压流体流动速率成正比，且在本公开中，这些术语可交 替地用于意指同一事物，因为它们对测量到的液压流体压力具有相同的影响。然而，在其它 实施方式(未示出)中，液压泵可以将液压流体传送到其它被液压驱动的装置，例如车辆中 的动力转向装置，且在这种情形下，在液压泵速的改变与流向液压驱动单元的液压流体流 动速率中的改变的效果之间可能存在差异，并且在这种系统中，是将液压流体流动速率的 改变用于为所公开的方法和设备确定校正因子。因此，对于具有多个由从液压泵传送的液 压流体驱动的装置的系统来说，用于确定流向液压驱动单元的液压流体流动速率的流量计 或其它装置用于确定用以调整测量到的液压流体压力或预定预压阈值的校正因子。
参见图2中所示的说明性的示例，将液压泵速(或发动机转速，如果该泵由发动机 驱动)报告到电子控制器250，该电子控制器250采用该数据，以利用预定公式计算校正因 子或通过参照查阅表来确定校正因子，以考虑对可变液压流体向液压驱动单元214的流动 速率的影响。所存储的和从查阅表输出的数据可以呈校正因子的形式，电子控制器250被 编程为应用于测量到的压力值或预定阈值，或者从查阅表输出的数据可以是校正值，其可 以由电子控制器250直接进行处理。在该方法的优选实施方式中，对测量到的液压系统压力或预定阈值进行的调整并 不仅限于对液压泵速进行的调整。可以影响测量到的液压系统压力的另一个重要的因子是 从由液压驱动系统驱动的机构传送到液压驱动单元的阻力。通常，来自该机构的较高的阻 力导致较高的系统压力。例如参见图2至4中所示的用于驱动往复活塞泵的液压驱动系统 的说明性的示例，由图6描绘的数据示出了从泵传送的阻力对液压系统压力的显著影响。 线605是工作泵排出口下游的过程流体压力的曲线。线603是示出了泵送状态的曲线，并 且1的值表示泵活塞处于伸展行程中，将过程流体从泵缸排出，2的值表示泵活塞处于缩回 行程中，将过程流体吸入到泵缸中，并且3的值表示泵是停止工作的。线601是测量到的液 压系统压力的曲线，其从曲线左侧到右侧示出了峰值液压系统压力增加了几乎500%。所绘 制的数据表示过程流体压力的范围以表明该关系，并且这种曲线可能在泵将过程系统从低 压增压到操作压力时出现，但是在正常的操作条件下，过程流体压力将代表性地不在这么 大的范围内波动。尽管如此，图6示出了来自由液压驱动系统所驱动的机构的阻力的影响 能够对每个泵送循环中的峰值液压系统压力具有显著的影响。在本方法和设备的优选实施 方式中，测量到的液压流体压力与测量到的传送到液压驱动单元的阻力之间的关系通过利 用预定公式或查阅表来校正测量到的液压流体压力或预定压力阈值而得到考虑。预定公式 或查阅表获得测量到的液压流体压力和测量到的阻力，或者诸如由过程流体泵所泵送的过 程流体的下游压力的阻力的指示信号，并产生能够用于测量到的液压流体压力或预定压力 阈值以校正测量到的阻力的影响的校正因子。在另一实施方式中，代替校正因子，预定公式 或查阅表可以直接产生校正后的液压流体压力值或校正后的压力阈值。参见图2中所示的 说明性的示例，阻力基于泵210下游的过程流体压力是可变的，由此在该示例中，由压力传感器242所确定的测量到的过程流体压力用于确定校正因子，以考虑传送到液压驱动单元 214的可变阻力的影响。
预定公式可以被确定为用以校正影响测量到的液压流体压力的不止一个因子。在 优选实施方式中，预定公式校正液压流体流动速率(其可以由液压泵速或发动机转速指 示)的影响和测量到的从该从动机构传送到液压驱动单元的阻力，在被液压驱动的过程流 体泵的情况下，该测量到的阻力能够由泵排出口下游的过程流体压力所指示。该预定公式 可以是基于模型的并由通过经验采集的数据所校验的，或者该公式可以凭经验获得。同样， 如果采用查阅表，它可以与校正因子结合以校正不止一个影响测量到的液压流体压力的因 子。例如，查阅表可以是三维查阅表，其从测量到的液压流体压力、泵下游的过程流体压力 和液压泵速构成的输入，输出校正因子或者校正后的压力阈值，其中泵下游的过程流体压 力与测量到的从机构传送到液压驱动单元的阻力相关联。由于对于液压流体压力的不同影 响的复杂性，在一些优选实施方式中，所存储的和从查阅表输出的数据可以凭验获得。在 再一实施方式中，校正因子或校正值可以通过采用将预定公式与查阅表相结合的方法而产 生，并且预定公式校正至少一个影响测量到的液压系统压力的因子，而查阅表校正至少一 个其它因子。图7示出了所公开的方法和装置如何能够有利地通过缩短液压驱动单元在活塞 行程之间停机的时间来改进液压驱动单元的效率。线701描绘出液压系统压力，线703表 示泵送状态，并且“1”的值对应于正将过程流体推过泵排出口时的伸展行程，而“2”的值 对应于泵正将过程流体吸入到泵送腔中时的缩回行程。图7描绘了来自类似于在图1中 用于采集数据的设备的数据，其区别在于与图7相关联的数据还包括本主题方法和设备的 特征。通过将图7与图1中的现有技术示例作比较，可以看出，在相同的时间量中，现有技 术的方法完成约一又二分之一个驱动循环，而通过采用本主题方法和设备，完成了约两个 驱动循环。该结果可通过缩短往复阀打开和活塞静止时的时间来实现。在现有技术中，由 于采用了对于用于完成每个活塞行程的正时的初步估计，对于每个活塞行程，将额外时间 结合到该估计时间中，以使得由于短行程而到达每个行程的止点的活塞必然会比在每个活 塞行程的终了处的额外的停机时间更加显著地降低效率。在现有技术的示例中，额外的停 机时间对应于液压系统压力曲线中的曲线的平稳段，其由流过打开的往复阀和经过液压活 塞的流体流道的液压流体的压降所导致。在图1中，这些曲线的平稳段由附图标记101A、 IOlB和101A’所表示。利用当前公开的方法和设备，预定压力阈值可以被电子控制器用以 检测在伸展行程的终了处导致曲线的平稳段的压力轨迹701的下降沿和在缩回行程的终 了处导致曲线的平稳段的上升沿，并且当越过这些预定阈值时，电子控制器被编程为切换 液压流体流动方向并使得活塞运动的方向反向。利用该方法，液压流体的流动切换需要精 确以使其有效，并通过缩短停机时间而不会使流动方向过早地反向来提高效率，使流动方 向过早地反向会导致短行程。必要的精度可以通过如已经讨论的那样采用校正因子将液压 流体压力用作控制参数而获得，这导致用于液压驱动单元的流动切换的基于廉价控制的方 法。除了采用校正后的压力阈值以调整如液压流体流动速率和由可变的过程流体压力所引 起的可变阻力的因子的影响以外，调整预定压力阈值也有助于过滤出可能由所采集的数据 中的信号噪音所导致的错误指示。例如，如果液压流体流动速率小于基线液压流体流动速 率和/或过程流体压力小于基线过程流体压力，如果不将指示伸展行程的终了的预定压力阈值降低至校正后的压力阈值，则测量到的液压系统压力可足够低，以致于信号噪音导致 测量到的液压系统压力越过预定压力阈值，过早地指示活塞行程的终了。参见图8，线801是液压系统压力相对于时间的曲线，并且该数据代表非正常的操 作条件。在图8中描绘出的数据是通过在存储容器200几乎为空时，操作类似于图2中所示 的设备而产生的。用于图8所示的第一泵送循环的数据代表正常的泵送循环，但是第二泵 送循环仅是指示吸入到泵210中的低温流体主要是蒸汽的小而狭窄的峰。下一个循环示出 了峰值液压压力是差不多正常的，但是曲线下的面积要小得多。对于近乎为空的存储容器， 液压流体压力轨迹变得非常不规则。如同由与第三泵送行程相关联的第三峰所示的那样， 测量到的峰值液压系统压力并不总是指示在每个驱动循环中做了多少机械功，以及操作条 件是正常还是不正常的好的指示信号。即，图8中的第一峰和第三峰在幅度方面基本相同， 但是在这两个循环中所做的机械功的量是非常不同的，这表明如果将峰值液压流体压力用 作由液压驱动单元所做的机械功的唯一的指示信号，则可能并未检测到非正常的操作条 件。机械功是由力所传送的能量的数量。液压系统压力相对于时间的曲线下方的面积或者 排出的容积表示由液压驱动单元所做的机械功，并且这使得计算出的面积成为非正常操作 条件的更好的指示信号。如果液压驱动系统以到液压驱动单元的恒定的液压流体流动速率 操作，则当计算出的面积降到预定阈值面积以下时，图8中所示的曲线下的面积可以用于 确定存在不正常的操作条件。即，当液压流体流动速率恒定时，计算位于液压流体压力相对 于时间的曲线下方的面积产生与在计算位于液压流体压力相对于排出的容积的曲线下方 的面积时由液压驱动单元所做的机械功有关的相同信息。然而，当液压流体流动速率是可 变的时，由于对于每个驱动循环的排出的容积是恒定的，因此排出的容积是用于计算代表 由液压驱动单元所做的机械功的面积的优选测量单位。对于给定组的操作条件，例如液压 流体流动速率和来自从动机构的阻力，在正常的操作条件下预期来自液压驱动单元的机械 功的预定量，并且当由计算出的面积所而表示测量到的机械功明显不同于机械功的预期量 时，例如如果与机械功的预期量的差异继续大于用于预定次数的循环的预定差额，或者当 在计算出的机械功的量与机械功的预期量之间存在更大的差异时，这表明可能存在不正常 的操作条件。当计算代表由液压驱动单元所做的机械功的面积时，为提高精度，需要准确并 且带有一致性地确定液压活塞已经到达活塞行程的止点时的正时。在优选实施方式中，这 通过确定液压流体压力下降并越过活塞行程终了处的校正后的压力阈值时的时间来实现。 如同校正压力阈值以更精确地确定活塞行程的终了的方法一样，本当前公开的确定由液压 驱动单元所做的机械功并通过计算位于液压流体压力曲线下方的面积而检测出非正常操 作条件的方法也受益于对预定压力阈值进行调整以校正例如液压泵速或过程流体压力的 因子，因为这些因子也影响对驱动循环的终了正时和计算出的面积的确定。本公开的方法 还受益于，根据用于校正预定压力阈值的相同因子来校正机械功的预期量。即，为提高本公 开的用于确定何时存在非正常操作条件的方法的稳健性，将机械功的预期量校正成用以根 据下列参数中的至少一个进行调整，即测量到的从联接到液压驱动单元并由液压驱动单 元驱动的机构传送到液压驱动单元的阻力、液压泵速和与这些参数相关的其它参数。往回参照被液压驱动的往复活塞泵的示例而对本公开的方法进行进一步说明，该 被液压驱动的往复活塞泵用于可移动的应用中以从存储罐中移除流体。如果计算出的位于 液压流体压力相对于排出的容积的曲线下方的面积降低到用于预定次数的泵送循环的第一预定阈值以下时，这可以是一种过程流体从中泵出的存储容器接近为空并且泵无法在泵 的进气行程时完全填充的指示。由于可能存在在存储容器内的流体的某些转移，即使当在 存储容器中剩余大量流体时，有时候也可能存在泵并未被完全填充的泵送循环，这导致表 明非正常操作条件的驱动循环。为此，电子控制器可以被编程为只在对于驱动循环计算出 的机械功的量少于用于预定次数的泵送循环的机械功的预期量时才发出非正常操作条件 的信号。另一方面，如果计算出的机械功下降甚至低于第二预定阈值，则这可能是设备存在 问题的指示，例如断裂轴或者由过程流体泵所供应的过程流体系统中存在严重的泄漏，并 且当检测到这个情况时，用于液压驱动单元的电子控制器可以被编程为立即停止液压驱 动单元。相反，电子控制器可以进一步被编程为检测是否计算出的面积高于预定的高设定 值，这可能由非正常高的液压流体压力所导致，这表明机构可能存在问题或者机构试图以 超出其能力的方式操作。相应地，电子控制器可以被编程为检测何时计算出的面积大于预 定的高设定值，在这种情况下它停止液压驱动单元以保护机构免于受损或者允许检查液压 驱动系统和从动机构以确定是否存在问题。对于依赖于预定压力阈值以稳健和可靠的方式 工作的这些方法，需要检测何时液压系统压力的改变可归因于液压泵速的改变、过程流体 压力的改变或从被液压驱动的机构所传送的阻力的改变，或者需要用信号通知操作者或需 求停止液压驱动单元的非正常操作条件。如同这里在描述本设备和方法中所公开的那样，存在能够影响测量到的液压流体 系统压力的许多因子，并且如果该液压流体压力从液压驱动单元遥测得到，存在可能导致 测量到的液压压力偏离液压驱动单元内的液压流体压力的因子。这些因子中的一些包括压 力损失、摩擦和泄漏，所有这些均可以随着液压流体流动速率而改变。这里公开的与将测量 到的液压系统压力用作用于控制液压驱动操作的参数相关联的另一难题是，液压流体系统 压力明显随从由液压驱动单元所驱动的机构传送到液压驱动单元的阻力而变，且这种阻力 可以作为正常操作条件和非正常操作条件的结果而改变。由于这些不同的因子所引入的复 杂性，在不校正测量到的液压系统压力或者电子控制器被编程为将其用作用于控制液压 系统的操作的参数的预定阈值中的至少一个的情况下，测量到的液压系统压力与与其相关 的操作条件之间可能不存在始终如一的相互关系。尽管已经示出和描述了本发明的特定元件、实施方式和应用，但是将会理解的是， 本发明并不限于此，因为本领域技术人员可以在不脱离本发明的范围的情况下，尤其是按 照前述教导作出变型。
权利要求
一种用于诊断和控制液压驱动系统的方法，包括测量液压泵与液压驱动单元之间的液压流体供应管道中的液压流体压力；当测量到的液压流体压力越过预定压力阈值时，对向所述液压驱动单元的液压流体流动方向进行切换或停止向所述液压驱动单元的液压流体流动，以结束驱动循环；根据(i)测量到的从联接到所述液压驱动单元并由所述液压驱动单元驱动的机构传送到所述液压驱动单元的阻力；和(ii)液压泵速中的至少一个，将所述预定压力阈值调整到校正后的压力阈值；根据所述驱动循环期间的液压泵速、完成所述驱动循环的时间、和所述驱动循环期间由所述液压驱动单元中的液压活塞排出的容量中的至少一个以及所述测量到的液压流体压力，计算所述驱动循环中由所述液压驱动单元所做的机械功的量；和当针对所述驱动循环的所述计算出的机械功比机械功的预期量小预定差额时，警告操作者或者限制向所述液压驱动单元的液压流体流动速率，所述机械功的预期量根据预期峰值液压系统压力被计算出。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过确定位于测量到的液压流体压力相对于由 所述液压驱动单元中的液压活塞排出的容量的曲线下方的面积而计算出由所述液压驱动 单元所做的机械功的量。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，根据(i)测量到的从联接到所述液压驱动单元并 由所述液压驱动单元驱动的机构传送到所述液压驱动单元的阻力；和(ii)液压泵速中的 至少一个，校正所述机械功的预期量。
4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括通过将(i)测量到的液压流体压力；(ii)测量到的从所述机构传送到所述液压驱动单 元的阻力；和(iii)液压泵速或测量到的液压流体流动速率输入到预定公式中来调整所述 机械功的预期量，并采用所述预定公式来计算校正后的机械功的预期量。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述预定公式通过将所述校正后的机械功的预 期量与凭经验确定的值相比较来进行校验，所述凭经验确定的值表示利用相同的从所述机 构传送到所述液压驱动单元的阻力的值、和相同的液压泵速或液压流体流动速率的值所做 出的实际机械功。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述预定公式是基于模型的，并通过将所述校正 后的机械功的预期量与对应的凭经验确定的机械功的值相比较来进行校验。
7.根据权利要求3所述的方法，进一步包括通过参照三维查阅表而调整所述机械功的预期量，其中，所述校正后的机械功的预期 量根据(i)测量到的液压流体压力；(ii)测量到的从所述机构传送到所述液压驱动单元的 阻力；和(iii)液压泵速或测量到的液压流体流动速率来确定。
8.根据权利要求7述的方法，进一步包括通过凭经验获得的校正后的机械功的预期量或者凭经验获得的校正因子建立所述查 阅表，所述校正因子能够被施加于所述机械功的预期量，以确定所述校正后的机械功的预期量。
9.根据权利要求3的方法，进一步包括使用从查阅表以及公式确定的校正因子的组合、根据(i)测量到的液压流体压力；(ii)测量到的从所述机构传送到所述液压驱动单元的阻力；和(iii)液压泵速或测量到的 液压流体流动速率来调整所述机械功的预期量，以确定所述校正后的机械功的预期量。
10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括调整所述校正后的机械功的预期量或所述测量到的液压流体压力，以考虑传感器测量 液压流体压力的位置处的液压流体压力与所述液压驱动单元中的液压流体压力之间的差。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，联接到所述液压驱动单元并由所述液压驱动单 元驱动的所述机构是具有往复活塞的容积式泵，用于将过程流体从过程流体存储容器泵送 到传送管道或储液器容器。
12.根据权利要求11的方法，其中，从所述容积式泵传送到所述液压驱动单元的阻力 随在所述传送管道或所述储液器容器中测量到的过程流体压力而变，并且所述方法进一步 包括测量所述容积式泵的排出口下游的所述过程流体压力并以与所述测量到的过程流体 压力的改变成正比的方式调整所述校正后的机械功的预期量。
13.根据权利要求11所述的方法，进一步包括根据液压泵速或液压流体流动速率来调整所述校正后的机械功的预期量。
14.根据权利要求1所述的方法，进一步包括当所述计算出的所述机械功的量小于用于预定次数的所述驱动循环的所述机械功的 预期量时，或者如果计算出面积的所述机械功的量比所述机械功的预期量小超过所述预定 差额的预定量时，停止向所述液压驱动单元的液压流体流动。
15.根据权利要求14述的方法，其中，所述过程流体存储容器是多个过程流体存储容 器中的一个，并且所述方法进一步包括当停止所述液压驱动单元时，操作液压流体分流阀以将液压流体分流到另一液压驱动 单元，从而操作与另一过程流体存储容器相关联的另一容积式泵。
16.根据权利要求11所述的方法，进一步包括当所述计算出的面积小于用于预定次数的所述驱动循环的所述预期面积，或者如果所 述计算出的面积比所述预期面积小超过所述预定差额的预定量时，操作过程流体分流阀以 将所述容积式泵与所述过程流体存储容器流体断开并将所述容积式泵与第二过程流体存 储容器流体连接。
17.根据权利要求11述的方法，其中，所述液压驱动单元包括具有能够机械操作的往 复阀的往复式液压活塞，所述往复阀在液压活塞行程的止点处自动打开以允许液压流体从 所述液压活塞的一侧流到另一侧，所述方法进一步包括当测量到的液压流体压力在所述往复阀打开后下降、且所述测量到的液压流体压力越 过所述校正后的压力阈值时，确定所述液压活塞已经完成其行程并切换液压流体流动方向 以开始所述液压活塞在相反方向上的行程。
18.一种液压系统，包括液压流体存储器，所述液压流体存储器中能够存储液压流体；液压泵，所述液压泵用于从所述存储器泵送液压流体；液压驱动单元，所述液压驱动单元能够操作为(i)从所述液压泵接收液压流体；(ii) 将液压流体压力转换为联接到所述液压驱动单元并由所述液压驱动单元驱动的机构中的机械运动；以及(iii)使所述液压流体返回到所述存储器；多个管道，所述管道用于传送液压流体并连接所述液压流体存储器、所述液压泵和所 述液压驱动单元；压力传感器，所述压力传感器与位于所述液压泵的排出口与至所述液压驱动单元的入 口之间的液压流体供应管道相关联，用于测量液压流体压力；和电子控制器，所述电子控制器被编程为监测表示由所述压力传感器测量的液压流体压力的信号，并且，根据与预定压力阈值 有关的测量到的液压流体压力，切换往来于所述液压驱动单元的液压流体流动方向或停止 液压流体向所述液压驱动单元的流动以结束驱动循环；根据(i)测量到的从联接至所述液压驱动单元并由所述液压驱动单元驱动的所述机 构传送到所述液压驱动单元的机械或流体阻力；和(ii)液压泵速中的至少一个，调整所述 预定压力阈值；和根据所述驱动循环期间的液压泵速、完成所述驱动循环的时间、与所述驱动循环期间 由所述液压驱动单元中的液压活塞所排出的容量中的至少一个以及所述测量到的液压流 体压力，计算所述驱动循环中由所述液压驱动单元所做的机械功的量；和当针对所述驱动循环的所述计算出的机械功比机械功的预期量小预定差额时，警告操 作者或者停止向所述液压驱动单元的液压流体流动，所述机械功的预期量根据预期峰值液 压系统压力被计算出。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述电子控制器被编程为通过确定位于测量到的液压流体压力相对于由所述液压驱动单元中的液压活塞所排 出的容量的曲线下方的面积而计算出由所述液压驱动单元所做的机械功的量。
20.根据权利要求18所述的设备，其中，所述电子控制器被编程为根据(i)测量到的从联接到所述液压驱动单元并由所述液压驱动单元驱动的机构传 送到所述液压驱动单元的阻力；和(ii)液压泵速中的至少一个，校正所述机械功的预期 量。
21.根据权利要求18所述的设备，其中，所述液压驱动单元包括往复活塞，所述往复活 塞通过在所述活塞的一侧上将所述液压流体传送到液压缸以及在所述活塞的另一侧上从 所述液压缸中将所述液压流体排出到所述液压流体存储器而致动，且所述往复活塞包括具 有阀构件的往复阀，所述阀构件被机械致动以在每个活塞行程的止点处自动移动至打开位 置，由此，当所述往复阀打开时，所述液压流体能够从所述往复活塞的一侧流动至所述往复 活塞的另一侧，并且，当液压流体流动反向时，所述阀构件能够移动至关闭位置。
22.根据权利要求21所述的设备，其中，联接到所述液压驱动单元并由所述液压驱动 单元驱动的所述机构是双作用容积式泵，且所述电子控制器被编程为识别出两个不同的 预定压力阈值，以确定所述往复活塞何时已经到达活塞行程的止点。
23.根据权利要求21所述的设备，其中，联接到所述液压驱动单元并由所述液压驱动 单元驱动的所述机构是单作用容积式泵，且所述电子控制器被编程为识别出第一预定压 力阈值和第二预定压力阈值，所述第一预定压力阈值与工作活塞行程的止点处的液压流体 压力的减少相关联，所述第二预定压力阈值与非工作活塞行程的止点处的液压流体压力的 增加相关联。
24.根据权利要求21所述的设备，其中，所述电子控制器被按照预定公式编程，所述预 定公式根据(i)测量到的液压流体压力；(ii)测量到的从所述机构传送到所述液压驱动单 元的阻力；和(iii)液压泵速或测量到的液压流体流动速率的数据输入，计算校正后的预 定压力阈值或被施加于所述预定压力阈值以确定所述校正后的预定压力阈值的校正因子。
25.根据权利要求21所述的设备，进一步包括查阅表，所述电子控制器被编程为参照 所述查阅表以获得校正后的预定压力阈值或被施加于所述预定压力阈值以确定所述校正 后的预定压力阈值的校正因子。
26.根据权利要求25所述的设备，其中，所述查阅表是三维查阅表，且所述输入为测量 到的液压流体压力、测量到的从所述机构传送到所述液压驱动单元的阻力、和液压泵速。
27.根据权利要求25所述的设备，其中所述查阅表是凭经验获得的。
28.根据权利要求18所述的设备，其中，联接到所述液压驱动单元并由所述液压驱动 单元驱动的所述机构包括容积式泵，且所述设备进一步包括用于保持过程流体的多个存储容器以及用于从所述存储容器中的一个选择性地传送 过程流体的阀和管道。
29.根据权利要求18所述的设备，其中，所述液压驱动单元是多个液压驱动单元中的 一个，每个液压驱动单元均联接到与相应的过程流体存储容器相关联的容积式泵，且管道 和阀将所述液压泵流体连接至所述多个液压驱动单元的每一个，且所述电子控制器被编程 为操作所述阀以控制液压流体流动方向以及控制所述液压驱动单元中的哪一个操作和所 述液压驱动单元中的哪一些停机。
全文摘要
提供一种用于液压泵与液压驱动单元之间的液压流体供应的方法和设备，当测量到的液压流体压力越过预定压力阈值时，对向所述液压驱动单元的液压流体流动方向进行切换或停止向所述液压驱动单元的液压流体流动。该方法还包括计算由液压驱动单元所做的机械功的量，并当用于驱动循环的计算出的机械功小于机械功的预期量时，警告操作者或限制向液压驱动单元的液压流体流动速率。用于实现该方法的设备还包括压力传感器和电子控制器，该压力传感器与泵和驱动单元之间的液压流体供应管道相关联，该电子控制器被编程为根据该方法操作该驱动系统。
文档编号G01L5/00GK101874161SQ200880117875
公开日2010年10月27日 申请日期2008年10月3日 优先权日2007年10月4日
发明者格雷格·巴滕堡 申请人:西港能源有限公司