油壓控制系統(tǒng)的制作方法
油壓控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種油壓控制系統(tǒng)，其利用根據(jù)從操作裝置輸入的操作而運(yùn)作的中位關(guān)閉型的控制閥進(jìn)行控制，將從可變?nèi)萘啃偷挠蛪罕幂敵龅膭幼饔凸┙o到油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制所述油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作。將利用泵容量檢測單元檢出的泵容量，和利用泵輸出壓檢測單元檢出的泵輸出壓作為反饋輸入，利用具有反饋反饋輸入或反饋基于反饋輸入確定的運(yùn)算值的馬力控制回路、壓力控制回路、流量控制回路、和最小壓力保持回路的控制器，進(jìn)行油壓泵的可變?nèi)萘靠刂?。該控制器具有選擇器，其對應(yīng)操作輸入和反饋輸入，選擇任一多個回路，利用選擇器選擇多個回路中任一回路，根據(jù)來自所選回路的控制值，進(jìn)行油壓泵的可變?nèi)萘靠刂啤?br> 【專利說明】油壓控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于對油壓機(jī)鏟等建筑機(jī)械進(jìn)行油壓控制的油壓控制系統(tǒng)。更具體地，涉及一種用于使建筑機(jī)械等中所使用的油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作的油壓控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在油壓機(jī)鏟等的建筑機(jī)械中，形成有如下油壓控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，S卩，使用有多個油缸、油壓馬達(dá)等的油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并控制這些油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作，來進(jìn)行指定的操作。因此，通過引擎，尤其最近通過電動馬達(dá)等的驅(qū)動源來驅(qū)動油壓泵，并根據(jù)操作者對操作手柄等的操作，利用油壓控制閥來控制從油壓泵供給的油壓，供給到各執(zhí)行機(jī)構(gòu)。(例如，參照專利文獻(xiàn)I)
[0003]上述專利文獻(xiàn)I所示的現(xiàn)有的油壓控制系統(tǒng)中，作為油壓控制閥，使用中位旁通型的方向控制閥，當(dāng)操作桿處于中位位置時，從油壓泵供給的油通過中位狀態(tài)的中位旁通閥的中位旁通通路，返回到油箱。當(dāng)操作操作桿時，中位旁通通路因應(yīng)該操作而關(guān)閉，并且控制方向控制閥的動作，使得根據(jù)操作向油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行油的供給。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本發(fā)明專利公開第2007-23606號公報
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]發(fā)明要解決的問題
[0008]在如上所述的現(xiàn)有的油壓控制系統(tǒng)中，伴隨操作輸入的增大，中位旁通通路變窄，使得泵的輸出壓增大，而控制負(fù)載側(cè)流量，因此在中位位置時，以及在方向控制閥的切換的過程中能量損失大，存在因發(fā)生于中位旁通槽口部的流體力而導(dǎo)致操作性劣化的問題。
[0009]鑒于上述問題而產(chǎn)生本發(fā)明，其目的在于提供一種油壓控制系統(tǒng)，其使用中位關(guān)閉型方向切換閥來進(jìn)行泵的容量控制，并且能夠降低能量損失，且確保操作性。
[0010]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的油壓控制系統(tǒng)，其利用根據(jù)操作裝置的操作輸入而動作的中位關(guān)閉型控制閥進(jìn)行控制，將從可變?nèi)萘啃偷挠蛪罕幂敵龅膭幼饔凸┙o到油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制所述油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作，具有檢測所述油壓泵的容量的泵容量檢測單元和檢測所述油壓泵的輸出壓的泵輸出壓檢測單元，將由所述泵容量檢測單元檢測的泵容量和由泵輸出壓檢測單元檢測的泵輸出壓作為反饋輸入，將根據(jù)所述操作輸入和所述反饋輸入確定的特性值作為控制環(huán)路的目標(biāo)值，利用對所述反饋輸入或基于所述反饋輸入的運(yùn)算值進(jìn)行反饋的控制部對所述油壓泵進(jìn)行可變?nèi)萘靠刂?，該控制部包括馬力控制環(huán)路、壓力控制環(huán)路、流量控制環(huán)路和最小壓力保持環(huán)路，所述控制部具有選擇器部，其根據(jù)所述操作輸入和所述反饋輸入，選擇所述多個環(huán)路的任一者，利用所述選擇器部從多個所述環(huán)路中選擇任一環(huán)路，并根據(jù)來自被選擇的所述環(huán)路的控制值對所述油壓泵進(jìn)行可變?nèi)萘靠刂啤?br> [0011]在上述油壓控制系統(tǒng)中，優(yōu)選具有多個所述油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對該多個所述油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)分別設(shè)定與所述操作輸入和所述反饋輸入相應(yīng)的流量、壓力和馬力的特性值表，通過這些特性值表確定所述多個環(huán)路的流量、壓力、和馬力的目標(biāo)值。
[0012]在上述油壓控制系統(tǒng)中，優(yōu)選所述選擇部
[0013]I)在所述操作輸入表示所述操作裝置處于中位位置時，選擇所述最小壓力保持環(huán)路，
[0014]2)在所述操作輸入表示離開所述中位位置，所述泵容量為所述油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作油供給回路的泄漏量以下，所述油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)處于動作前的狀態(tài)時，選擇所述壓力控制環(huán)路，
[0015]3)在所述操作輸入表示離開所述中位位置，所述泵容量為所述油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作油供給回路的泄漏量以上，且為根據(jù)所述操作輸入信號確定的容量以下時，選擇所述馬力控制環(huán)路，
[0016]4)在所述操作輸入表示離開所述中位位置，所述泵容量超過根據(jù)所述操作輸入信號確定的容量時，選擇所述流量控制環(huán)路。
[0017]在上述油壓控制系統(tǒng)中，優(yōu)選
[0018]5)與所述操作輸入無關(guān)，在由所述泵輸出壓力檢測單元檢測的泵輸出壓小于最小允許壓力時，選擇所述最小壓力保持環(huán)路。
[0019]在上述油壓控制系統(tǒng)中，優(yōu)選
[0020]6)在快速操作減小所述操作輸入時，選擇所述流量控制環(huán)路，利用所述流量控制環(huán)路進(jìn)行強(qiáng)制減小所述油壓泵的容量的控制。
[0021]在上述油壓控制系統(tǒng)中，優(yōu)選在選擇從所述壓力控制環(huán)路移至所述馬力控制環(huán)路時，以所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)克服負(fù)載壓力而開始動作時的壓力為基準(zhǔn)，使所述馬力控制表的特性值可變。由此可平順地從壓力控制移至馬力控制。
[0022]在上述油壓控制系統(tǒng)中，優(yōu)選所述控制部根據(jù)所述操作輸入和所述泵輸出壓控制所述中位關(guān)閉型的控制閥的動作，考慮到可變?nèi)萘啃陀蛪罕玫牧髁吭黾犹匦允茌敵鰤毫?負(fù)載壓力)的影響而變化，而以克服負(fù)載壓力而開始動作時的壓力為基準(zhǔn)，利用該基準(zhǔn)特性對所述中位關(guān)閉型的控制閥進(jìn)行開口控制而開啟開口(即，負(fù)載壓力小時開口更大，負(fù)載壓力大時開口更小)。
[0023]如上所述，根據(jù)本發(fā)明，使用中位關(guān)閉型方向切換閥而取消中位旁通回路，以電氣方式進(jìn)行泵的容量控制(泵的傾斜控制)，并由控制器進(jìn)行控制，從而確保由中位旁通回路實現(xiàn)的控制特性，并且能夠改善在中位旁通槽口處造成的能量損失和操作性劣化。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為表示應(yīng)用了本發(fā)明的油壓控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的控制電路圖。
[0025]圖2為詳細(xì)表示上述油壓控制系統(tǒng)的控制電路圖。
[0026]圖3為表不對于操作輸入,為確定壓力、流量、馬力的目標(biāo)值而使用的表的圖。
[0027]圖4為表示與操作輸入相應(yīng)的馬力、壓力特性的圖。
[0028]圖5為利用壓力和流量的關(guān)系表不固定馬力特性的圖。
[0029]圖6為表不相對于操作輸入馬力、壓力特性的圖。
[0030]圖7為表示相對于操作輸入流量特性的圖。[0031 ]圖8為表示對對于操作輸入的流量特性的圖。
[0032]圖9為表示對對于操作輸入的閥芯開口面積的控制特性的圖。
[0033]圖10為表示現(xiàn)有的負(fù)載傳感型泵控制系統(tǒng)的示意性結(jié)構(gòu)圖。
[0034]附圖標(biāo)記說明
[0035]1、2第1、第2操作裝置
[0036]5、6第1、第2油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)
[0037]7、8第1、第2控制閥
[0038]10 油壓泵
[0039]12 傾斜驅(qū)動缸
[0040]14 傾斜控制閥
[0041]20 控制器
[0042]30 流量控制環(huán)路部
[0043]40 壓力控制環(huán)路部
[0044]50 馬力控制環(huán)路部
[0045]60 最小壓力保持環(huán)路部
[0046]70 選擇器
【具體實施方式】
[0047]以下，參照【專利附圖】
【附圖說明】本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。圖1示意性地表示應(yīng)用了本發(fā)明的油壓控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該油壓控制系統(tǒng)例如進(jìn)行以下控制，即，使油壓機(jī)鏟的執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)操作手柄的操作而動作；其根據(jù)操作者操作第I和第2操作裝置1、2的操作手柄la、2a,而使第I和第2油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)5、6的活塞5a、6a伸縮動作，來控制油壓機(jī)鏟的動作。另外，在實際的油壓機(jī)鏟中，具有更多的操作裝置和油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，但是為了容易說明，以下以兩個操作裝置1、2和兩個油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)5、6為例，說明油壓控制系統(tǒng)和使用該系統(tǒng)的控制方法。
[0048]作為油壓產(chǎn)生源，具有被發(fā)動機(jī)3旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的油壓泵10，來自該油壓泵10的輸出油通過第I和第2控制閥7、8，被供給到第I和第2油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)5、6。油壓泵10為，對傾斜角進(jìn)行可變控制，能控制輸出容量的斜板或斜軸型油壓泵，利用傾斜驅(qū)動缸12對其傾斜角進(jìn)行可變控制。該傾斜驅(qū)動缸12中，利用傾斜控制閥14進(jìn)行動作油供給控制，由此控制傾斜驅(qū)動缸12的動作，進(jìn)行油壓泵10的輸出容量控制。具有在此時檢測油壓泵10的斜板或斜軸傾斜角A (即，泵輸出容量)的傾斜角傳感器16、和檢測油壓泵10的輸出油壓P的油壓傳感器18。第I和第2控制閥7、8為中位關(guān)閉型的方向控制閥，在中位時，切斷與油壓泵10連接的油路和與第I及第2油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)5、6連接的油路之間的連通。
[0049]為控制傾斜控制閥14及第I和第2控制閥7、8的動作而設(shè)有控制器20。控制器20輸入有來自第I和第2操作裝置1、2的操作信號，由傾斜角傳感器16檢測的油壓泵10的傾斜角信號，和由油壓傳感器18檢測的油壓泵10的輸出壓信號，并根據(jù)上述信號，對傾斜控制閥14及第I和第2控制閥7、8的動作進(jìn)行控制。以下參照圖2說明該控制器20的結(jié)構(gòu)。
[0050]控制器20的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，具有:流量控制環(huán)路部30、壓力控制環(huán)路部40、馬力控制環(huán)路部50、最小壓力保持環(huán)路部60和選擇器部70。其詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖2所示，在控制器20中，以存儲有后述各種表(例如，如圖3所示的壓力一操作輸入表、流量一操作輸入表和馬力一操作輸入表等)的特性值表存儲部為主體，具有:進(jìn)行邏輯運(yùn)算和序列運(yùn)算的系統(tǒng)管理部25、第I?第3放大器81?83等，用于綜合發(fā)揮選擇器、放大器等輸出功能。
[0051]根據(jù)操作手柄la、2a的操作，利用控制器20對第I和第2控制閥7、8進(jìn)行動作控制，根據(jù)操作手柄la、2a的操作方向，進(jìn)行動作油的供給方向的切換控制，并且根據(jù)操作量，進(jìn)行開度控制。另一方面，在油壓泵10的傾斜角控制中，通過根據(jù)操作手柄la、2a的操作使第I和第2油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)5、6動作，而控制油壓泵10的傾斜角。此時，使用由傾斜角傳感器16檢測的油壓泵10的傾斜角信號、和由油壓傳感器18檢測的油壓泵10的輸出壓信號，進(jìn)行反饋電路控制。
[0052]當(dāng)進(jìn)行油壓泵10的傾斜角控制時，通過將第I和第2控制閥7、8的動作控制進(jìn)行組合，可以更精密地進(jìn)行控制，但是，在恒定的控制中，根據(jù)操作桿la、2a的操作對第I和第2控制閥7、8進(jìn)行控制，在這個前提下，也可獨(dú)立地進(jìn)行油壓泵10的傾斜角控制。因此，在本實施方式中，主要說明控制器20進(jìn)行的油壓泵10的傾斜角控制，對于與之組合的對第I和第2控制閥7、8進(jìn)行的動作控制，只對與油壓泵10連動而有助于改善復(fù)合操作，使得本發(fā)明取得更佳效果的部分進(jìn)行說明。但是，由于在操作手柄la、2a的操作下的泵傾斜角的應(yīng)答特性比第I和第2控制閥7、8的應(yīng)答特性差，因此在必須快速操作操作手柄la、2a，進(jìn)行過渡控制時，在控制器20內(nèi)對第I和第2控制閥7、8進(jìn)行所謂的延遲控制，以使泵傾斜角控制能夠配合第I和第2控制閥7、8的動作。
[0053]首先說明利用該控制器20進(jìn)行的油壓控制的基本思路。此處所示的油壓控制系統(tǒng)為，將中位關(guān)閉型方向切換閥用于第I和第2控制閥7、8，不具有中位旁通回路，并將油壓泵10的傾斜控制電氣化，通過控制器控制。由此，確保在使用現(xiàn)有的中位開放型方向切換閥時，利用中位旁通回路實現(xiàn)的控制特性，并且達(dá)到改善當(dāng)使用中位開放型方向切換閥時中位旁通槽口造成的能量損失和操作性劣化的目的。
[0054]在該油壓控制系統(tǒng)中，使用了多個閉環(huán)控制，一般所謂閉環(huán)控制是指，作為指令值對偏差進(jìn)行增益，以使目標(biāo)值-反饋值(當(dāng)前值)=偏差=0，并輸出給控制對象。此時，多數(shù)情況使用I型控制，其包含一個積分器，以使在目標(biāo)值一定時偏差(恒定偏差)為O。例如有PI控制或PID控制的I動作。因此，在本油壓控制系統(tǒng)中，對于現(xiàn)有的泵傾斜驅(qū)動機(jī)構(gòu)中的積分部件，不采用壓力及傾斜角等機(jī)械反饋，而將其引入速度(流量)、力(壓力)、馬力(流量X壓力)等多個電氣控制系環(huán)路中，由此進(jìn)行I型控制。
[0055]在油壓系統(tǒng)中，對可變泵進(jìn)行電控的現(xiàn)有一般方式是，使用以電氣方式的指令量進(jìn)行流量控制或壓力控制的可變?nèi)萘勘?。此時，一般是反饋泵的傾斜量或輸出壓力，進(jìn)行閉環(huán)控制。即，在電控環(huán)路的內(nèi)，作為小環(huán)路，預(yù)先現(xiàn)成組合有傾斜量或輸出壓力的閉環(huán)控制，從電控系統(tǒng)輸出流量指令或壓力指令。由此，在電氣系統(tǒng)中，當(dāng)控制對象為馬力時，可通過電子運(yùn)算，將馬力換算成作為對泵的指令量的流量或壓力。因此，除法運(yùn)算是必需的，但數(shù)字運(yùn)算對此并不擅長。因此，在本油壓控制系統(tǒng)中，如前所述，由于利用馬力控制環(huán)路，直接以I型進(jìn)行傾斜驅(qū)動，因此對于馬力計算，可以用反饋輸入的乘法運(yùn)算(流量X壓力)來代替除法運(yùn)算。
[0056]在多數(shù)情況下，速度、力、馬力同時受控。因此，在系統(tǒng)內(nèi)總是對馬力、力、速度進(jìn)行計算。所謂“同時”還有以下意思，即，例如，“對確定的速度屬性進(jìn)行速度控制，并使壓力或馬力限制在設(shè)定值以內(nèi)”，以此作為基礎(chǔ)的控制，并根據(jù)條件向其他控制實時切換。因此，若速度控制中系統(tǒng)的狀態(tài)在設(shè)定值以內(nèi)，則壓力或馬力的控制實質(zhì)上不起作用。但是，若系統(tǒng)的馬力到達(dá)設(shè)定值，則直接從當(dāng)前的控制(速度控制)轉(zhuǎn)到馬力控制。
[0057]在本油壓控制系統(tǒng)中，由使用了高級邏輯運(yùn)算的選擇部70選擇所要控制的任一控制環(huán)路中應(yīng)建立控制環(huán)路的控制系統(tǒng)，并根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行實時切換，而進(jìn)行同時控制。
[0058]另外，在現(xiàn)有的系統(tǒng)中，負(fù)載傳感系統(tǒng)用泵為，將以固定的設(shè)定值作為目標(biāo)值的馬力控制環(huán)路、流量控制環(huán)路、和壓力控制環(huán)路直接以級聯(lián)(連鎖)方式與泵傾斜驅(qū)動機(jī)構(gòu)的積分要素連接。該結(jié)構(gòu)例如圖10所示。
[0059]但是，在圖10所示例子的情形下，馬力控制及壓力控制的目標(biāo)值，與本實施方式的系統(tǒng)不同，不是可根據(jù)操作輸入而改變的目標(biāo)值，而是固定的目標(biāo)值，而且，已裝入有最小值選擇環(huán)路，其總是對流量控制、馬力控制和壓力控制，選擇輸出使傾斜角減小的值的控制環(huán)路。上述情形對于，利用操作輸入、反饋輸入及其組合，不僅利用最小值選擇，還利用進(jìn)階的邏輯運(yùn)算，選擇使用流量、壓力、馬力控制的系統(tǒng)來說并不適合。例如，最小壓力保持環(huán)路在負(fù)載壓力為最小值以下時進(jìn)行向傾斜角增加方向的動作，因此不是最小值選擇。
[0060]在本實施方式的油壓控制系統(tǒng)中，通過在控制器內(nèi)設(shè)置對應(yīng)操作輸入和反饋輸入的選擇部70，進(jìn)行進(jìn)階邏輯運(yùn)算，利用與操作輸入相關(guān)的可變目標(biāo)值使各控制環(huán)路動作，還實現(xiàn)單純最小值選擇以外的功能。
[0061]在本實施方式的油壓控制系統(tǒng)中，操作輸入被輸入到控制器內(nèi)，從而對應(yīng)每個執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制中位關(guān)閉型方向切換閥，同時根據(jù)每個操作輸入，確定壓力的目標(biāo)值、流量的目標(biāo)值、馬力的目標(biāo)值，而輸入為各控制環(huán)路的目標(biāo)值。最普通的方法是，使用二維壓力一操作輸入表、流量一操作輸入表和馬力一操作輸入表。這些特性值表的示例如圖3所示。另夕卜，操作輸入正向和負(fù)向變化，但是在圖3的示例中，僅表示正向。在圖3中，表示了操作輸入一壓力控制特性的示例，作為與流量為O時操作輸入對應(yīng)的壓力上升特性，對每個執(zhí)行機(jī)構(gòu)定義壓力控制特性。另外，根據(jù)復(fù)合動作條件等也可以指定多個。
[0062]為了有效地使用操作輸入范圍并減小無效行程，當(dāng)操作輸入超過中位脫離點(diǎn)時，使在壓力控制環(huán)路部40中執(zhí)行的壓力控制環(huán)路的目標(biāo)值提升至無負(fù)載驅(qū)動第I和第2執(zhí)行機(jī)構(gòu)5、6所必須的壓力附近，且使得動作開始點(diǎn)基本不離開中位脫離點(diǎn)。然后，根據(jù)任意確定的流量為O時的操作輸入一壓力特性，提高壓力。當(dāng)壓力提高到克服負(fù)載為止時，執(zhí)行機(jī)構(gòu)5、6開始動作。為了在此時無沖擊并平滑地控制啟動，需要進(jìn)行加速等級的控制。其原因在于，通過手動操作不可能使指令值從O開始完全線性上升。
[0063]例如，若在流量控制環(huán)路部30中執(zhí)行的速度控制(即，流量控制)不是線性，而是呈階梯狀下達(dá)指令后達(dá)到被指令的速度，則使用系統(tǒng)中被賦予的最大加速能力啟動，產(chǎn)生啟動沖擊。在馬力控制環(huán)路部50中執(zhí)行的馬力控制也可以說與此相同。因此，在動作開始時進(jìn)行的平滑控制中，必須在其間控制加速等級的壓力控制，并利用選擇部70選擇基于壓力控制環(huán)路部40的控制。在超過動作開始點(diǎn)后，執(zhí)行機(jī)構(gòu)5、6根據(jù)操作輸入，慢慢提高速度。在此情形下，如果負(fù)載壓力一定，由于速度的控制(即，流量的控制)為壓力X流量=馬力，因此能夠定義為，在馬力控制特性上進(jìn)行控制。從動作開始點(diǎn)往后的控制特性的示例如上述操作輸入一壓力控制特性的示例(圖3)所示。[0064]馬力控制環(huán)路作為限制器，用于限制從原動機(jī)對可變泵的輸入馬力，并防止發(fā)動機(jī)停止(engine stall),但其進(jìn)行與操作輸入相應(yīng)的對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動馬力控制。從O?原動機(jī)額定輸出，連續(xù)設(shè)定適當(dāng)?shù)奶匦灾底鳛轳R力目標(biāo)值。定義馬力目標(biāo)值在以下曲線上，即，在動作開始時為0，隨著其后的操作輸入增大而逐漸上升，最終到達(dá)原動機(jī)額定馬力的曲線。由于該曲線始于動作開始點(diǎn)，因此僅存在與動作開始點(diǎn)的數(shù)相對應(yīng)的數(shù)的曲線。即，由于在中位脫離點(diǎn)(S0-1點(diǎn))以下沒有動作開始點(diǎn)，在額定壓力到達(dá)點(diǎn)(S0-3點(diǎn))以上也沒有，因此可以根據(jù)其間的操作輸入進(jìn)行定義。對于每個執(zhí)行機(jī)構(gòu)，還根據(jù)復(fù)合動作條件等的要求，使馬力控制特性不同，因此根據(jù)需要來定義每個執(zhí)行機(jī)構(gòu)及復(fù)合動作條件。
[0065]與操作輸入相應(yīng)的可變馬力控制在本發(fā)明中極為重要，并且是本發(fā)明的特征。其原因不僅是因為其在壓力恒定時與流量的控制(即，速度控制)相當(dāng)。即使負(fù)載(壓力)變化時，馬力控制環(huán)路為確保目標(biāo)馬力，而使速度(流量)改變，使操作者可根據(jù)速度變化感知負(fù)載的變化。即，在包括操作者的操作環(huán)路系統(tǒng)中，該速度變化起到反饋的作用，因此，在機(jī)械操作上，可形成合理的操作系統(tǒng)。參照圖4和圖5說明其原因。
[0066]操作輸入一壓力特性與圖3所示相同。動作開始點(diǎn)因負(fù)載壓力而變化，并處于從中位脫離點(diǎn)(S0-1)到額定壓力到達(dá)點(diǎn)(S0-3)之間。在操作輸入一壓力特性上，令SO-1點(diǎn)的壓力為P01，S0-3點(diǎn)的壓力為P02，其中位S0-2點(diǎn)的壓力為P00。這樣，可以定義與壓力POO、POU P02相應(yīng)的馬力特性。在操作輸入SI中，與負(fù)載壓力(壓力反饋值)相應(yīng)，為W1、W2或W3，馬力控制環(huán)路以該值為馬力目標(biāo)值動作。
[0067]在系統(tǒng)以操作輸入S1、負(fù)載壓力P00、馬力目標(biāo)值W2而使馬力控制環(huán)路動作的狀態(tài)下，負(fù)載壓力變化為POl或P02的情形如圖5所示。在該圖中，由于壓力變化而使泵輸出流量從QO變成Ql或Q2，因此表示如果壓力上升，則速度變慢，如果壓力下降，則速度變快。
[0068]作為特殊的例子，在使操作輸入一壓力特性在中位脫離點(diǎn)附近呈階梯狀從最小壓力上升到額定壓力，并使壓力控制環(huán)路起到額定壓力限制器(額定壓力控制)的功能時，由于在中位脫離點(diǎn)附近僅存在一點(diǎn)的動作開始點(diǎn)，因此能夠僅使用一個馬力特性。該示例如圖6所示。若負(fù)載壓力不足額定壓力，則壓力控制區(qū)域被取消，直接從中位區(qū)域轉(zhuǎn)移到馬力控制區(qū)域。但此時有啟動時沖擊的危險。
[0069]將流量控制特性定義為對在中位脫離點(diǎn)處因跳動(jump up)的壓力特性產(chǎn)生的泄漏進(jìn)行補(bǔ)償?shù)那€，該曲線從最小壓力保持流量上升到對流量附加余量后的值，并隨著操作輸入的增大而增大到最大流量。在操作輸入離開中位位置，傾斜量反饋輸入為由操作輸入確定的值以上的流量(傾斜角)的情形下，由選擇器70選擇流量控制環(huán)路。因此，流量控制特性和馬力控制特性的關(guān)系是重要的。圖7表示流量控制特性和馬力控制特性的關(guān)系的例子。
[0070]如上所述，在假設(shè)作用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的外部負(fù)載恒定的條件下，相對于操作輸入的馬力控制特性可以表示為流量特性。在圖7的例子中，在基于馬力控制特性的流量特性曲線與流量控制特性曲線的交點(diǎn)WQ點(diǎn)處，操作輸入和流量是確定的。相對于操作輸入的馬力控制特性因負(fù)載壓力而變化。因此，WQ點(diǎn)也隨著負(fù)載壓力變化。
[0071]交點(diǎn)WQ的軌跡如圖8所示。在該圖8中表示，與壓力PO、P1、P2、P0-1、P0-2相應(yīng)的基于馬力控制特性的流量特性曲線、操作輸入一流量控制特性曲線，以及它們的交點(diǎn)。PO-1與P0-2為比動作點(diǎn)為中位脫離點(diǎn)時的壓力PO小的負(fù)載壓力。對于PO、PO-1和P0-2的任一者，動作開始點(diǎn)和馬力控制特性均相同。這樣，當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)5、6的速度變快時，由選擇部70選擇流量控制環(huán)路，可以不影響負(fù)載壓力而控制速度，帶給操作者強(qiáng)力的感覺。
[0072]最小壓力保持環(huán)路的目標(biāo)值通常為固定值。其考慮到用于確保泵傾斜驅(qū)動裝置的最小動作值、確保啟動應(yīng)答性的備用必要壓力、位于中位位置時的能源節(jié)省需求度等而確定。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)載為負(fù)(出口節(jié)流(meter-out)側(cè)負(fù)載)時,需要積極地補(bǔ)充來自泵側(cè)的不足流量，使負(fù)載側(cè)需要的流量和來自泵側(cè)的供給流量相配合。在現(xiàn)有的負(fù)載傳感系統(tǒng)或正控制(positive-control)系統(tǒng)中，由于來自泵的供給流量依賴于操作輸入，因此難以通過增加泵供給流量來進(jìn)行平衡?，F(xiàn)有的一般方法中，通過被稱為補(bǔ)給閥或真空限制閥的止回閥，從油槽管路吸入，補(bǔ)償來自泵的供給不足。但是因為油槽管路壓力非常低，供給能力有限。因此，使用以下手段，即，對于供給能力不足的部分，使出口節(jié)流側(cè)變窄，而限制負(fù)荷側(cè)要求流量。因為當(dāng)原動機(jī)的轉(zhuǎn)速慢時，油槽管路壓力進(jìn)一步下降，因此使條件更為惡化。在本實施方式中，由于令最小保持壓力大于油槽壓力，因此與現(xiàn)有技術(shù)比較，可以將出口節(jié)流限制器設(shè)定得較大，從而能夠提高節(jié)能性。
[0073]當(dāng)系統(tǒng)選擇壓力控制環(huán)路或馬力控制環(huán)路時，可變泵的流量增加特性受到負(fù)載壓力的影響而變化。在現(xiàn)有的系統(tǒng)中，由于僅通過操作輸入來控制方向控制閥的閥芯行程，因此當(dāng)負(fù)載壓力大時，方向控制閥的閥芯與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的供給流量減少無關(guān)，隨操作輸入而大幅移動，造成開口面積達(dá)到必要程度以上。然而，由于泵輸出流量在由執(zhí)行機(jī)構(gòu)的負(fù)載壓力確定的動作開始點(diǎn)往后開始增加，因此若依照該增加特性確定中位關(guān)閉型方向控制閥的各閥芯行程，則可以控制開口面積，使其不大于必要程度。
[0074]圖9表示閥芯行程控制的例子。利用刻于閥芯的槽口確定實際的開口特性。即，由于對于行程而言是具有固有的特性，因此將其預(yù)先存儲于控制器。在現(xiàn)有技術(shù)中，由于通常僅通過操作輸入來控制第I和第2控制閥7、8的閥芯行程，因此僅在某個特定的負(fù)載壓力下閥芯開口開啟點(diǎn)和動作開始點(diǎn)一致。在本發(fā)明中，可由負(fù)載壓力求得與操作輸入相關(guān)的動作開始點(diǎn)，因此與之相符地，適當(dāng)?shù)馗膭娱y芯開口開啟點(diǎn)和開口特性，則可使方向切換閥相對于操作輸入Sa的開口面積在PO時為A0，在Pl時為Al，在P2時為A2。在根據(jù)操作輸入Sa而變更為A0、A1、A2時，可以反向讀取存儲于控制器中的與某行程相應(yīng)的開口特性，而求得A0、A1、A2下的行程。由此，能夠以操作輸入為基礎(chǔ)，根據(jù)壓力改變閥芯的行程。
[0075]例如，在第一執(zhí)行機(jī)構(gòu)5在以操作輸入的中位值動作的狀況下開始操作比較高的負(fù)載壓力的第二執(zhí)行機(jī)構(gòu)6，并加上給泵的指令量(壓力、馬力或流量環(huán)路的指令量)時，會有負(fù)載壓力大的第二執(zhí)行機(jī)構(gòu)6不開始動作，而僅使第一執(zhí)行機(jī)構(gòu)5的速度增大的情形。因此，例如，當(dāng)僅操作第一執(zhí)行機(jī)構(gòu)5，負(fù)載壓力為Pl時，操作第二執(zhí)行機(jī)構(gòu)6，此時，若第二執(zhí)行機(jī)構(gòu)6的負(fù)載壓力小于PI，則泵輸出壓力向PO方向變化，若大于PI，則向P2變化，若向PO方向變化，則第一執(zhí)行機(jī)構(gòu)5的流量減小，若向P2方向變化，則流量為增大的方向。但是，根據(jù)本發(fā)明，此時由于第I控制閥7的開口面積也分別向AO方向、A2方向發(fā)生特性變化，因此能夠使動作方向為抑制因第二執(zhí)行機(jī)構(gòu)6的操作使第一執(zhí)行機(jī)構(gòu)5中的流量發(fā)生改變。第二執(zhí)行機(jī)構(gòu)6側(cè)也發(fā)揮如下特性，即，如果第一執(zhí)行機(jī)構(gòu)5側(cè)的負(fù)載壓相對高，則導(dǎo)致泵輸出壓力升高，延遲第二控制閥8的開口開啟動作，相對于操作輸入，將開口面積縮小。相反，發(fā)揮如下特性，如果因為第一執(zhí)行機(jī)構(gòu)5側(cè)的負(fù)載壓力相對低，導(dǎo)致泵輸出壓力降低，第2控制閥8的開口開啟提前，對于操作輸入，開口面積增大。其結(jié)果是，能夠使動作方向為抑制因第二執(zhí)行機(jī)構(gòu)6的操作使第一執(zhí)行機(jī)構(gòu)5中的流量發(fā)生改變。
[0076]因此，在本實施方式中，考慮到可變泵的流量增加特性受負(fù)載壓力影響而變化，通過操作輸入和負(fù)載壓力，控制中位關(guān)閉型的第I和第2控制閥7、8的各閥芯的行程，由此使上述閥7、8的槽口的開口特性與泵輸出流量特性聯(lián)動，因此可以改善復(fù)合操作。
[0077]接下來，結(jié)合操作輸入增大，說明作泵驅(qū)動系統(tǒng)如何動作。
[0078]當(dāng)操作輸入處于中位位置時:
[0079]選擇由最小壓力環(huán)路60進(jìn)行的控制，并保持中位關(guān)閉型的第I和第2控制閥7、8位于中位位置，使得所有的端口(port)封閉，因此使泵以大致O傾斜角控制在最小壓力狀態(tài)。需要馬力大致為0，中位時的損耗極小。
[0080]泵輸出壓在負(fù)載壓力以下時:
[0081]當(dāng)開始操作輸入，離開中位位置時，選擇由壓力控制環(huán)路部40進(jìn)行的控制。壓力控制環(huán)路的目標(biāo)值跳至適合的壓力，使動作開始點(diǎn)基本不脫離中位脫離點(diǎn)，然后，逐漸配合操作輸入的增大而升壓到動作開始壓。通過壓力控制使執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作開始。對于中位關(guān)閉型的第I和第2控制閥7、8，控制開口開啟，使其特性為以超過負(fù)載壓力而開始動作時的壓力為基準(zhǔn)，其行程為微小開口的程度，等待泵輸出壓力達(dá)到負(fù)載壓力。
[0082]當(dāng)泵輸出壓力達(dá)到負(fù)載壓力，執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生動作時:
[0083]當(dāng)油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)5、6動作開始時，選擇基于馬力控制環(huán)路部50的控制。通過操作輸入使目標(biāo)馬力增加，而使壓力、流量增加或其雙方均增加。即，由于因負(fù)載壓力而使速度的增加不同，因此可以將負(fù)載壓力作為速度的變化反饋給操作者。操作者可通過該反饋獲知各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的負(fù)載狀態(tài)，而進(jìn)行適當(dāng)?shù)膹?fù)合操作?？刂浦形魂P(guān)閉型的第I和第2控制閥
7、8為由操作輸入值和負(fù)載壓力確定的行程量。
[0084]當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)速度變得相當(dāng)快，操作輸入增大到流暈控制開始倌.以上時;
[0085]選擇由流量控制環(huán)路30進(jìn)行的控制。此時，由于難以進(jìn)行也沒有必要進(jìn)行精密操作，因此也不需要負(fù)載狀態(tài)的反饋，所以由單純的流量控制環(huán)路進(jìn)行的速度控制即足夠。此時，對速度進(jìn)行控制而不影響負(fù)載壓力的變化。
[0086]當(dāng)操作輸入急諫奪小時:
[0087]由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)側(cè)的慣性導(dǎo)致產(chǎn)生負(fù)荷速度先于供給流量的傾向，因此負(fù)載壓力降低。因此，在壓力控制或馬力控制中，存在與中位關(guān)閉型的第I和第2控制閥7、8的關(guān)閉速度相比，泵傾斜角的減小延遲的傾向，有可能產(chǎn)生高沖擊壓力。為防止其發(fā)生，對應(yīng)于操作輸入的減少，與被關(guān)閉的中位關(guān)閉型的第I和第2控制閥7、8的動作同步，選擇流量控制環(huán)路，直接將泵傾斜角拉回到O方向。
[0088]當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)載壓力變小到最小壓力以下時:
[0089]選擇由最小壓力保持環(huán)路部60進(jìn)行的控制。執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)荷為負(fù)(出口節(jié)流側(cè)負(fù)荷)時，由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)速度先于泵流量，因此泵輸出壓力降低，達(dá)到最小壓力以下，最差的情況是產(chǎn)生空泡。為防止空泡生成，必須積極地從泵側(cè)補(bǔ)充不足流量，使負(fù)荷側(cè)需要的流量與來自泵側(cè)的供給流量匹配，最小壓力保持環(huán)路動作。另外，利用該功能，可以將出口節(jié)流槽口設(shè)定得更大，使提高節(jié)能性。
[0090]另外，本發(fā)明包括以下控制方法，S卩，實時檢測應(yīng)進(jìn)行最小壓力保持控制的條件，在達(dá)到該條件的時刻，強(qiáng)制將最小壓力代入到壓力控制環(huán)路的指令值，用壓力控制環(huán)路代替最小壓力保持環(huán)路。
[0091]通過本發(fā)明的控制，能夠?qū)崿F(xiàn)以下效果。
[0092]1.對第I和第2控制閥7、8使用中位關(guān)閉型方向切換閥，取消中位旁通回路，并以電氣化進(jìn)行油壓泵10的傾斜控制，用控制器20進(jìn)行控制，由此可確保由中位旁通回路實現(xiàn)的控制特性，并能夠改善在中位旁通槽口處的能量損失和因流體力造成的操作性劣化。
[0093]I1.對于現(xiàn)有的泵傾斜驅(qū)動機(jī)構(gòu)中的積分部件，去掉壓力及傾斜角等的機(jī)械方式的反饋，而裝入到速度(流量)、力(壓力)、馬力(流量X壓力)等的多個電氣控制系統(tǒng)環(huán)路中，進(jìn)行I型控制。
[0094]II1.根據(jù)基于操作輸入和反饋輸入的馬力控制環(huán)路、壓力控制環(huán)路、流量控制環(huán)路各自的可變目標(biāo)值，使各環(huán)路動作，可以使執(zhí)行機(jī)構(gòu)平順動作。
[0095]II1-L當(dāng)操作輸入超過中位脫離點(diǎn)時，由選擇器70選擇基于壓力控制環(huán)路部40的控制，根據(jù)任意確定的流量O時的操作輸入一壓力特性，使壓力升高，并通過加速等級的控制，平順地進(jìn)行動作開始。更易于在手動操作啟動時使速度從O開始線性增大。
[0096]II1-2.基于馬力控制環(huán)路部50的控制不僅作為用于限制從原動機(jī)到可變泵的輸入馬力的限制器而動作，還進(jìn)行與操作輸入相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動馬力控制。因此，在從O至原動機(jī)額定輸出的區(qū)間，確定適當(dāng)?shù)奶匦灾?，作為連續(xù)的馬力目標(biāo)值。當(dāng)負(fù)荷(壓力)變化時，馬力控制環(huán)路為確保目標(biāo)馬力而改變速度(流量)，操作者可以由速度變化感知負(fù)載變化。由此，在包括操作者的操作的操作環(huán)路系統(tǒng)中，該速度變化起到反饋的作用，可以在機(jī)械的操作上形成合理的操作系統(tǒng)。
[0097]II1-3.當(dāng)油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度變快時，選擇基于流量控制環(huán)路30的控制，可以不影響負(fù)載壓力而進(jìn)行速度控制，還可以使操作者感受到強(qiáng)力的感覺。
[0098]111-4.當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)荷為負(fù)(出口節(jié)流側(cè)負(fù)荷)時，由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)速度大于泵輸出流量，因此泵輸出壓力下降，達(dá)到最小壓力以下，最差的情況是產(chǎn)生空泡。為防止空泡生成，啟動基于最小壓力保持環(huán)路部60的控制，積極從泵側(cè)補(bǔ)充不足流量，使負(fù)荷側(cè)需要的流量與來自泵側(cè)的供給流量匹配。通過該功能，可將出口節(jié)流槽口設(shè)定得更大，可改善節(jié)能性。
[0099]IV.為實現(xiàn)比單純的最小值選擇更多的功能，在控制器20內(nèi)，應(yīng)用與操作輸入和反饋輸入相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，使選擇器70動作，選擇馬力控制環(huán)路、壓力控制環(huán)路、流量控制環(huán)路和最小壓力保持環(huán)路中應(yīng)建立環(huán)路的控制系統(tǒng)。此時，可根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)實時切換這些控制環(huán)路，而進(jìn)行同時控制。
[0100]V.考慮可變泵的流量的增加特性受負(fù)載壓力影響發(fā)生變化，而利用操作輸入和負(fù)載壓力控制中位關(guān)閉型的第I和第2控制環(huán)路7、8的各閥芯行程，由此可使第I和第2控制閥7、8的槽口的開口特性與泵輸出流量特性聯(lián)動，改善復(fù)合操作。
【權(quán)利要求】
1.一種油壓控制系統(tǒng),其特征在于， 其利用根據(jù)操作裝置的操作輸入而動作的中位關(guān)閉型控制閥進(jìn)行控制，將從可變?nèi)萘啃偷挠蛪罕幂敵龅膭幼饔凸┙o到油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制所述油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作， 具有檢測所述油壓泵的容量的泵容量檢測單元和檢測所述油壓泵的輸出壓的泵輸出壓檢測單元， 將由所述泵容量檢測單元檢測的泵容量和由泵輸出壓檢測單元檢測的泵輸出壓作為反饋輸入，將根據(jù)所述操作輸入和所述反饋輸入確定的特性值作為控制環(huán)路的目標(biāo)值，利用對所述反饋輸入或基于所述反饋輸入的運(yùn)算值進(jìn)行反饋的控制部對所述油壓泵進(jìn)行可變?nèi)萘靠刂?，該控制部包括馬力控制環(huán)路、壓力控制環(huán)路、流量控制環(huán)路和最小壓力保持環(huán)路， 所述控制部具有選擇器部，其根據(jù)所述操作輸入和所述反饋輸入，選擇所述多個環(huán)路的任一者， 利用所述選擇器部從多個所述環(huán)路中選擇任一環(huán)路，并根據(jù)來自被選擇的所述環(huán)路的控制值對所述油壓泵進(jìn)行可變?nèi)萘靠刂啤?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油壓控制系統(tǒng)，其特征在于， 具有多個所述油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對該多個所述油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)分別設(shè)定與所述操作輸入和所述反饋輸入相應(yīng)的流量、壓力和馬力的特性值表，通過這些特性值表確定所述多個環(huán)路的流量、壓力、和馬力的目標(biāo)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的油壓控制系統(tǒng)，其特性在于， 所述選擇部 1)在所述操作輸入表示所述操作裝置處于中位位置時，選擇所述最小壓力保持環(huán)路， 2)在所述操作輸入表示離開所述中位位置，所述泵容量為所述油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作油供給回路的泄漏量以下，所述油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)處于動作前的狀態(tài)時，選擇所述壓力控制環(huán)路， 3)在所述操作輸入表示離開所述中位位置，所述泵容量為所述油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作油供給回路的泄漏量以上，且為根據(jù)所述操作輸入信號確定的容量以下時，選擇所述馬力控制環(huán)路， 4)在所述操作輸入表示離開所述中位位置，所述泵容量超過根據(jù)所述操作輸入信號確定的容量時，選擇所述流量控制環(huán)路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的油壓控制系統(tǒng)，其特征在于， 5)與所述操作輸入無關(guān)，在由所述泵輸出壓力檢測單元檢測的泵輸出壓小于最小允許壓力時，選擇所述最小壓力保持環(huán)路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的油壓控制系統(tǒng)，其特征在于， 6)在快速操作減小所述操作輸入時，選擇所述流量控制環(huán)路，利用所述流量控制環(huán)路進(jìn)行強(qiáng)制減小所述油壓泵的容量的控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的油壓控制系統(tǒng)，其特征在于， 在選擇從所述壓力控制環(huán)路移至所述馬力控制環(huán)路時，以所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)克服負(fù)載壓力而開始動作時的壓力為基準(zhǔn)，使所述馬力控制表的特性值可變。
7.根據(jù)權(quán)利要求1~6中任一項所述的油壓控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述控制部根據(jù)所述操作輸入和所述泵輸出壓控制所述中位關(guān)閉型的控制閥的動作，以克服負(fù)載壓力而開始動作時的壓力為基準(zhǔn)，利用該基準(zhǔn)特性對所述中位關(guān)閉型的控制閥進(jìn)行開口控制而開啟開口，以使在負(fù)載壓力小時開口更大，負(fù)載壓力大時開口更小，而使所述開口控制與所述油壓泵的輸出控制`連動。
【文檔編號】F04B49/06GK103827490SQ201280044193
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月18日
【發(fā)明者】山路憲平 申請人:山路憲平
【專利摘要】本發(fā)明提供一種油壓控制系統(tǒng)，其利用根據(jù)從操作裝置輸入的操作而運(yùn)作的中位關(guān)閉型的控制閥進(jìn)行控制，將從可變?nèi)萘啃偷挠蛪罕幂敵龅膭幼饔凸┙o到油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制所述油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作。將利用泵容量檢測單元檢出的泵容量，和利用泵輸出壓檢測單元檢出的泵輸出壓作為反饋輸入，利用具有反饋反饋輸入或反饋基于反饋輸入確定的運(yùn)算值的馬力控制回路、壓力控制回路、流量控制回路、和最小壓力保持回路的控制器，進(jìn)行油壓泵的可變?nèi)萘靠刂?。該控制器具有選擇器，其對應(yīng)操作輸入和反饋輸入，選擇任一多個回路，利用選擇器選擇多個回路中任一回路，根據(jù)來自所選回路的控制值，進(jìn)行油壓泵的可變?nèi)萘靠刂啤?br> 【專利說明】油壓控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于對油壓機(jī)鏟等建筑機(jī)械進(jìn)行油壓控制的油壓控制系統(tǒng)。更具體地，涉及一種用于使建筑機(jī)械等中所使用的油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作的油壓控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在油壓機(jī)鏟等的建筑機(jī)械中，形成有如下油壓控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，S卩，使用有多個油缸、油壓馬達(dá)等的油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并控制這些油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作，來進(jìn)行指定的操作。因此，通過引擎，尤其最近通過電動馬達(dá)等的驅(qū)動源來驅(qū)動油壓泵，并根據(jù)操作者對操作手柄等的操作，利用油壓控制閥來控制從油壓泵供給的油壓，供給到各執(zhí)行機(jī)構(gòu)。(例如，參照專利文獻(xiàn)I)
[0003]上述專利文獻(xiàn)I所示的現(xiàn)有的油壓控制系統(tǒng)中，作為油壓控制閥，使用中位旁通型的方向控制閥，當(dāng)操作桿處于中位位置時，從油壓泵供給的油通過中位狀態(tài)的中位旁通閥的中位旁通通路，返回到油箱。當(dāng)操作操作桿時，中位旁通通路因應(yīng)該操作而關(guān)閉，并且控制方向控制閥的動作，使得根據(jù)操作向油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行油的供給。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本發(fā)明專利公開第2007-23606號公報
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]發(fā)明要解決的問題
[0008]在如上所述的現(xiàn)有的油壓控制系統(tǒng)中，伴隨操作輸入的增大，中位旁通通路變窄，使得泵的輸出壓增大，而控制負(fù)載側(cè)流量，因此在中位位置時，以及在方向控制閥的切換的過程中能量損失大，存在因發(fā)生于中位旁通槽口部的流體力而導(dǎo)致操作性劣化的問題。
[0009]鑒于上述問題而產(chǎn)生本發(fā)明，其目的在于提供一種油壓控制系統(tǒng)，其使用中位關(guān)閉型方向切換閥來進(jìn)行泵的容量控制，并且能夠降低能量損失，且確保操作性。
[0010]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的油壓控制系統(tǒng)，其利用根據(jù)操作裝置的操作輸入而動作的中位關(guān)閉型控制閥進(jìn)行控制，將從可變?nèi)萘啃偷挠蛪罕幂敵龅膭幼饔凸┙o到油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制所述油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作，具有檢測所述油壓泵的容量的泵容量檢測單元和檢測所述油壓泵的輸出壓的泵輸出壓檢測單元，將由所述泵容量檢測單元檢測的泵容量和由泵輸出壓檢測單元檢測的泵輸出壓作為反饋輸入，將根據(jù)所述操作輸入和所述反饋輸入確定的特性值作為控制環(huán)路的目標(biāo)值，利用對所述反饋輸入或基于所述反饋輸入的運(yùn)算值進(jìn)行反饋的控制部對所述油壓泵進(jìn)行可變?nèi)萘靠刂?，該控制部包括馬力控制環(huán)路、壓力控制環(huán)路、流量控制環(huán)路和最小壓力保持環(huán)路，所述控制部具有選擇器部，其根據(jù)所述操作輸入和所述反饋輸入，選擇所述多個環(huán)路的任一者，利用所述選擇器部從多個所述環(huán)路中選擇任一環(huán)路，并根據(jù)來自被選擇的所述環(huán)路的控制值對所述油壓泵進(jìn)行可變?nèi)萘靠刂啤?br> [0011]在上述油壓控制系統(tǒng)中，優(yōu)選具有多個所述油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對該多個所述油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)分別設(shè)定與所述操作輸入和所述反饋輸入相應(yīng)的流量、壓力和馬力的特性值表，通過這些特性值表確定所述多個環(huán)路的流量、壓力、和馬力的目標(biāo)值。
[0012]在上述油壓控制系統(tǒng)中，優(yōu)選所述選擇部
[0013]I)在所述操作輸入表示所述操作裝置處于中位位置時，選擇所述最小壓力保持環(huán)路，
[0014]2)在所述操作輸入表示離開所述中位位置，所述泵容量為所述油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作油供給回路的泄漏量以下，所述油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)處于動作前的狀態(tài)時，選擇所述壓力控制環(huán)路，
[0015]3)在所述操作輸入表示離開所述中位位置，所述泵容量為所述油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作油供給回路的泄漏量以上，且為根據(jù)所述操作輸入信號確定的容量以下時，選擇所述馬力控制環(huán)路，
[0016]4)在所述操作輸入表示離開所述中位位置，所述泵容量超過根據(jù)所述操作輸入信號確定的容量時，選擇所述流量控制環(huán)路。
[0017]在上述油壓控制系統(tǒng)中，優(yōu)選
[0018]5)與所述操作輸入無關(guān)，在由所述泵輸出壓力檢測單元檢測的泵輸出壓小于最小允許壓力時，選擇所述最小壓力保持環(huán)路。
[0019]在上述油壓控制系統(tǒng)中，優(yōu)選
[0020]6)在快速操作減小所述操作輸入時，選擇所述流量控制環(huán)路，利用所述流量控制環(huán)路進(jìn)行強(qiáng)制減小所述油壓泵的容量的控制。
[0021]在上述油壓控制系統(tǒng)中，優(yōu)選在選擇從所述壓力控制環(huán)路移至所述馬力控制環(huán)路時，以所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)克服負(fù)載壓力而開始動作時的壓力為基準(zhǔn)，使所述馬力控制表的特性值可變。由此可平順地從壓力控制移至馬力控制。
[0022]在上述油壓控制系統(tǒng)中，優(yōu)選所述控制部根據(jù)所述操作輸入和所述泵輸出壓控制所述中位關(guān)閉型的控制閥的動作，考慮到可變?nèi)萘啃陀蛪罕玫牧髁吭黾犹匦允茌敵鰤毫?負(fù)載壓力)的影響而變化，而以克服負(fù)載壓力而開始動作時的壓力為基準(zhǔn)，利用該基準(zhǔn)特性對所述中位關(guān)閉型的控制閥進(jìn)行開口控制而開啟開口(即，負(fù)載壓力小時開口更大，負(fù)載壓力大時開口更小)。
[0023]如上所述，根據(jù)本發(fā)明，使用中位關(guān)閉型方向切換閥而取消中位旁通回路，以電氣方式進(jìn)行泵的容量控制(泵的傾斜控制)，并由控制器進(jìn)行控制，從而確保由中位旁通回路實現(xiàn)的控制特性，并且能夠改善在中位旁通槽口處造成的能量損失和操作性劣化。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為表示應(yīng)用了本發(fā)明的油壓控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的控制電路圖。
[0025]圖2為詳細(xì)表示上述油壓控制系統(tǒng)的控制電路圖。
[0026]圖3為表不對于操作輸入,為確定壓力、流量、馬力的目標(biāo)值而使用的表的圖。
[0027]圖4為表示與操作輸入相應(yīng)的馬力、壓力特性的圖。
[0028]圖5為利用壓力和流量的關(guān)系表不固定馬力特性的圖。
[0029]圖6為表不相對于操作輸入馬力、壓力特性的圖。
[0030]圖7為表示相對于操作輸入流量特性的圖。[0031 ]圖8為表示對對于操作輸入的流量特性的圖。
[0032]圖9為表示對對于操作輸入的閥芯開口面積的控制特性的圖。
[0033]圖10為表示現(xiàn)有的負(fù)載傳感型泵控制系統(tǒng)的示意性結(jié)構(gòu)圖。
[0034]附圖標(biāo)記說明
[0035]1、2第1、第2操作裝置
[0036]5、6第1、第2油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)
[0037]7、8第1、第2控制閥
[0038]10 油壓泵
[0039]12 傾斜驅(qū)動缸
[0040]14 傾斜控制閥
[0041]20 控制器
[0042]30 流量控制環(huán)路部
[0043]40 壓力控制環(huán)路部
[0044]50 馬力控制環(huán)路部
[0045]60 最小壓力保持環(huán)路部
[0046]70 選擇器
【具體實施方式】
[0047]以下，參照【專利附圖】
【附圖說明】本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。圖1示意性地表示應(yīng)用了本發(fā)明的油壓控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該油壓控制系統(tǒng)例如進(jìn)行以下控制，即，使油壓機(jī)鏟的執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)操作手柄的操作而動作；其根據(jù)操作者操作第I和第2操作裝置1、2的操作手柄la、2a,而使第I和第2油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)5、6的活塞5a、6a伸縮動作，來控制油壓機(jī)鏟的動作。另外，在實際的油壓機(jī)鏟中，具有更多的操作裝置和油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，但是為了容易說明，以下以兩個操作裝置1、2和兩個油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)5、6為例，說明油壓控制系統(tǒng)和使用該系統(tǒng)的控制方法。
[0048]作為油壓產(chǎn)生源，具有被發(fā)動機(jī)3旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的油壓泵10，來自該油壓泵10的輸出油通過第I和第2控制閥7、8，被供給到第I和第2油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)5、6。油壓泵10為，對傾斜角進(jìn)行可變控制，能控制輸出容量的斜板或斜軸型油壓泵，利用傾斜驅(qū)動缸12對其傾斜角進(jìn)行可變控制。該傾斜驅(qū)動缸12中，利用傾斜控制閥14進(jìn)行動作油供給控制，由此控制傾斜驅(qū)動缸12的動作，進(jìn)行油壓泵10的輸出容量控制。具有在此時檢測油壓泵10的斜板或斜軸傾斜角A (即，泵輸出容量)的傾斜角傳感器16、和檢測油壓泵10的輸出油壓P的油壓傳感器18。第I和第2控制閥7、8為中位關(guān)閉型的方向控制閥，在中位時，切斷與油壓泵10連接的油路和與第I及第2油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)5、6連接的油路之間的連通。
[0049]為控制傾斜控制閥14及第I和第2控制閥7、8的動作而設(shè)有控制器20。控制器20輸入有來自第I和第2操作裝置1、2的操作信號，由傾斜角傳感器16檢測的油壓泵10的傾斜角信號，和由油壓傳感器18檢測的油壓泵10的輸出壓信號，并根據(jù)上述信號，對傾斜控制閥14及第I和第2控制閥7、8的動作進(jìn)行控制。以下參照圖2說明該控制器20的結(jié)構(gòu)。
[0050]控制器20的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，具有:流量控制環(huán)路部30、壓力控制環(huán)路部40、馬力控制環(huán)路部50、最小壓力保持環(huán)路部60和選擇器部70。其詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖2所示，在控制器20中，以存儲有后述各種表(例如，如圖3所示的壓力一操作輸入表、流量一操作輸入表和馬力一操作輸入表等)的特性值表存儲部為主體，具有:進(jìn)行邏輯運(yùn)算和序列運(yùn)算的系統(tǒng)管理部25、第I?第3放大器81?83等，用于綜合發(fā)揮選擇器、放大器等輸出功能。
[0051]根據(jù)操作手柄la、2a的操作，利用控制器20對第I和第2控制閥7、8進(jìn)行動作控制，根據(jù)操作手柄la、2a的操作方向，進(jìn)行動作油的供給方向的切換控制，并且根據(jù)操作量，進(jìn)行開度控制。另一方面，在油壓泵10的傾斜角控制中，通過根據(jù)操作手柄la、2a的操作使第I和第2油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)5、6動作，而控制油壓泵10的傾斜角。此時，使用由傾斜角傳感器16檢測的油壓泵10的傾斜角信號、和由油壓傳感器18檢測的油壓泵10的輸出壓信號，進(jìn)行反饋電路控制。
[0052]當(dāng)進(jìn)行油壓泵10的傾斜角控制時，通過將第I和第2控制閥7、8的動作控制進(jìn)行組合，可以更精密地進(jìn)行控制，但是，在恒定的控制中，根據(jù)操作桿la、2a的操作對第I和第2控制閥7、8進(jìn)行控制，在這個前提下，也可獨(dú)立地進(jìn)行油壓泵10的傾斜角控制。因此，在本實施方式中，主要說明控制器20進(jìn)行的油壓泵10的傾斜角控制，對于與之組合的對第I和第2控制閥7、8進(jìn)行的動作控制，只對與油壓泵10連動而有助于改善復(fù)合操作，使得本發(fā)明取得更佳效果的部分進(jìn)行說明。但是，由于在操作手柄la、2a的操作下的泵傾斜角的應(yīng)答特性比第I和第2控制閥7、8的應(yīng)答特性差，因此在必須快速操作操作手柄la、2a，進(jìn)行過渡控制時，在控制器20內(nèi)對第I和第2控制閥7、8進(jìn)行所謂的延遲控制，以使泵傾斜角控制能夠配合第I和第2控制閥7、8的動作。
[0053]首先說明利用該控制器20進(jìn)行的油壓控制的基本思路。此處所示的油壓控制系統(tǒng)為，將中位關(guān)閉型方向切換閥用于第I和第2控制閥7、8，不具有中位旁通回路，并將油壓泵10的傾斜控制電氣化，通過控制器控制。由此，確保在使用現(xiàn)有的中位開放型方向切換閥時，利用中位旁通回路實現(xiàn)的控制特性，并且達(dá)到改善當(dāng)使用中位開放型方向切換閥時中位旁通槽口造成的能量損失和操作性劣化的目的。
[0054]在該油壓控制系統(tǒng)中，使用了多個閉環(huán)控制，一般所謂閉環(huán)控制是指，作為指令值對偏差進(jìn)行增益，以使目標(biāo)值-反饋值(當(dāng)前值)=偏差=0，并輸出給控制對象。此時，多數(shù)情況使用I型控制，其包含一個積分器，以使在目標(biāo)值一定時偏差(恒定偏差)為O。例如有PI控制或PID控制的I動作。因此，在本油壓控制系統(tǒng)中，對于現(xiàn)有的泵傾斜驅(qū)動機(jī)構(gòu)中的積分部件，不采用壓力及傾斜角等機(jī)械反饋，而將其引入速度(流量)、力(壓力)、馬力(流量X壓力)等多個電氣控制系環(huán)路中，由此進(jìn)行I型控制。
[0055]在油壓系統(tǒng)中，對可變泵進(jìn)行電控的現(xiàn)有一般方式是，使用以電氣方式的指令量進(jìn)行流量控制或壓力控制的可變?nèi)萘勘?。此時，一般是反饋泵的傾斜量或輸出壓力，進(jìn)行閉環(huán)控制。即，在電控環(huán)路的內(nèi)，作為小環(huán)路，預(yù)先現(xiàn)成組合有傾斜量或輸出壓力的閉環(huán)控制，從電控系統(tǒng)輸出流量指令或壓力指令。由此，在電氣系統(tǒng)中，當(dāng)控制對象為馬力時，可通過電子運(yùn)算，將馬力換算成作為對泵的指令量的流量或壓力。因此，除法運(yùn)算是必需的，但數(shù)字運(yùn)算對此并不擅長。因此，在本油壓控制系統(tǒng)中，如前所述，由于利用馬力控制環(huán)路，直接以I型進(jìn)行傾斜驅(qū)動，因此對于馬力計算，可以用反饋輸入的乘法運(yùn)算(流量X壓力)來代替除法運(yùn)算。
[0056]在多數(shù)情況下，速度、力、馬力同時受控。因此，在系統(tǒng)內(nèi)總是對馬力、力、速度進(jìn)行計算。所謂“同時”還有以下意思，即，例如，“對確定的速度屬性進(jìn)行速度控制，并使壓力或馬力限制在設(shè)定值以內(nèi)”，以此作為基礎(chǔ)的控制，并根據(jù)條件向其他控制實時切換。因此，若速度控制中系統(tǒng)的狀態(tài)在設(shè)定值以內(nèi)，則壓力或馬力的控制實質(zhì)上不起作用。但是，若系統(tǒng)的馬力到達(dá)設(shè)定值，則直接從當(dāng)前的控制(速度控制)轉(zhuǎn)到馬力控制。
[0057]在本油壓控制系統(tǒng)中，由使用了高級邏輯運(yùn)算的選擇部70選擇所要控制的任一控制環(huán)路中應(yīng)建立控制環(huán)路的控制系統(tǒng)，并根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行實時切換，而進(jìn)行同時控制。
[0058]另外，在現(xiàn)有的系統(tǒng)中，負(fù)載傳感系統(tǒng)用泵為，將以固定的設(shè)定值作為目標(biāo)值的馬力控制環(huán)路、流量控制環(huán)路、和壓力控制環(huán)路直接以級聯(lián)(連鎖)方式與泵傾斜驅(qū)動機(jī)構(gòu)的積分要素連接。該結(jié)構(gòu)例如圖10所示。
[0059]但是，在圖10所示例子的情形下，馬力控制及壓力控制的目標(biāo)值，與本實施方式的系統(tǒng)不同，不是可根據(jù)操作輸入而改變的目標(biāo)值，而是固定的目標(biāo)值，而且，已裝入有最小值選擇環(huán)路，其總是對流量控制、馬力控制和壓力控制，選擇輸出使傾斜角減小的值的控制環(huán)路。上述情形對于，利用操作輸入、反饋輸入及其組合，不僅利用最小值選擇，還利用進(jìn)階的邏輯運(yùn)算，選擇使用流量、壓力、馬力控制的系統(tǒng)來說并不適合。例如，最小壓力保持環(huán)路在負(fù)載壓力為最小值以下時進(jìn)行向傾斜角增加方向的動作，因此不是最小值選擇。
[0060]在本實施方式的油壓控制系統(tǒng)中，通過在控制器內(nèi)設(shè)置對應(yīng)操作輸入和反饋輸入的選擇部70，進(jìn)行進(jìn)階邏輯運(yùn)算，利用與操作輸入相關(guān)的可變目標(biāo)值使各控制環(huán)路動作，還實現(xiàn)單純最小值選擇以外的功能。
[0061]在本實施方式的油壓控制系統(tǒng)中，操作輸入被輸入到控制器內(nèi)，從而對應(yīng)每個執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制中位關(guān)閉型方向切換閥，同時根據(jù)每個操作輸入，確定壓力的目標(biāo)值、流量的目標(biāo)值、馬力的目標(biāo)值，而輸入為各控制環(huán)路的目標(biāo)值。最普通的方法是，使用二維壓力一操作輸入表、流量一操作輸入表和馬力一操作輸入表。這些特性值表的示例如圖3所示。另夕卜，操作輸入正向和負(fù)向變化，但是在圖3的示例中，僅表示正向。在圖3中，表示了操作輸入一壓力控制特性的示例，作為與流量為O時操作輸入對應(yīng)的壓力上升特性，對每個執(zhí)行機(jī)構(gòu)定義壓力控制特性。另外，根據(jù)復(fù)合動作條件等也可以指定多個。
[0062]為了有效地使用操作輸入范圍并減小無效行程，當(dāng)操作輸入超過中位脫離點(diǎn)時，使在壓力控制環(huán)路部40中執(zhí)行的壓力控制環(huán)路的目標(biāo)值提升至無負(fù)載驅(qū)動第I和第2執(zhí)行機(jī)構(gòu)5、6所必須的壓力附近，且使得動作開始點(diǎn)基本不離開中位脫離點(diǎn)。然后，根據(jù)任意確定的流量為O時的操作輸入一壓力特性，提高壓力。當(dāng)壓力提高到克服負(fù)載為止時，執(zhí)行機(jī)構(gòu)5、6開始動作。為了在此時無沖擊并平滑地控制啟動，需要進(jìn)行加速等級的控制。其原因在于，通過手動操作不可能使指令值從O開始完全線性上升。
[0063]例如，若在流量控制環(huán)路部30中執(zhí)行的速度控制(即，流量控制)不是線性，而是呈階梯狀下達(dá)指令后達(dá)到被指令的速度，則使用系統(tǒng)中被賦予的最大加速能力啟動，產(chǎn)生啟動沖擊。在馬力控制環(huán)路部50中執(zhí)行的馬力控制也可以說與此相同。因此，在動作開始時進(jìn)行的平滑控制中，必須在其間控制加速等級的壓力控制，并利用選擇部70選擇基于壓力控制環(huán)路部40的控制。在超過動作開始點(diǎn)后，執(zhí)行機(jī)構(gòu)5、6根據(jù)操作輸入，慢慢提高速度。在此情形下，如果負(fù)載壓力一定，由于速度的控制(即，流量的控制)為壓力X流量=馬力，因此能夠定義為，在馬力控制特性上進(jìn)行控制。從動作開始點(diǎn)往后的控制特性的示例如上述操作輸入一壓力控制特性的示例(圖3)所示。[0064]馬力控制環(huán)路作為限制器，用于限制從原動機(jī)對可變泵的輸入馬力，并防止發(fā)動機(jī)停止(engine stall),但其進(jìn)行與操作輸入相應(yīng)的對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動馬力控制。從O?原動機(jī)額定輸出，連續(xù)設(shè)定適當(dāng)?shù)奶匦灾底鳛轳R力目標(biāo)值。定義馬力目標(biāo)值在以下曲線上，即，在動作開始時為0，隨著其后的操作輸入增大而逐漸上升，最終到達(dá)原動機(jī)額定馬力的曲線。由于該曲線始于動作開始點(diǎn)，因此僅存在與動作開始點(diǎn)的數(shù)相對應(yīng)的數(shù)的曲線。即，由于在中位脫離點(diǎn)(S0-1點(diǎn))以下沒有動作開始點(diǎn)，在額定壓力到達(dá)點(diǎn)(S0-3點(diǎn))以上也沒有，因此可以根據(jù)其間的操作輸入進(jìn)行定義。對于每個執(zhí)行機(jī)構(gòu)，還根據(jù)復(fù)合動作條件等的要求，使馬力控制特性不同，因此根據(jù)需要來定義每個執(zhí)行機(jī)構(gòu)及復(fù)合動作條件。
[0065]與操作輸入相應(yīng)的可變馬力控制在本發(fā)明中極為重要，并且是本發(fā)明的特征。其原因不僅是因為其在壓力恒定時與流量的控制(即，速度控制)相當(dāng)。即使負(fù)載(壓力)變化時，馬力控制環(huán)路為確保目標(biāo)馬力，而使速度(流量)改變，使操作者可根據(jù)速度變化感知負(fù)載的變化。即，在包括操作者的操作環(huán)路系統(tǒng)中，該速度變化起到反饋的作用，因此，在機(jī)械操作上，可形成合理的操作系統(tǒng)。參照圖4和圖5說明其原因。
[0066]操作輸入一壓力特性與圖3所示相同。動作開始點(diǎn)因負(fù)載壓力而變化，并處于從中位脫離點(diǎn)(S0-1)到額定壓力到達(dá)點(diǎn)(S0-3)之間。在操作輸入一壓力特性上，令SO-1點(diǎn)的壓力為P01，S0-3點(diǎn)的壓力為P02，其中位S0-2點(diǎn)的壓力為P00。這樣，可以定義與壓力POO、POU P02相應(yīng)的馬力特性。在操作輸入SI中，與負(fù)載壓力(壓力反饋值)相應(yīng)，為W1、W2或W3，馬力控制環(huán)路以該值為馬力目標(biāo)值動作。
[0067]在系統(tǒng)以操作輸入S1、負(fù)載壓力P00、馬力目標(biāo)值W2而使馬力控制環(huán)路動作的狀態(tài)下，負(fù)載壓力變化為POl或P02的情形如圖5所示。在該圖中，由于壓力變化而使泵輸出流量從QO變成Ql或Q2，因此表示如果壓力上升，則速度變慢，如果壓力下降，則速度變快。
[0068]作為特殊的例子，在使操作輸入一壓力特性在中位脫離點(diǎn)附近呈階梯狀從最小壓力上升到額定壓力，并使壓力控制環(huán)路起到額定壓力限制器(額定壓力控制)的功能時，由于在中位脫離點(diǎn)附近僅存在一點(diǎn)的動作開始點(diǎn)，因此能夠僅使用一個馬力特性。該示例如圖6所示。若負(fù)載壓力不足額定壓力，則壓力控制區(qū)域被取消，直接從中位區(qū)域轉(zhuǎn)移到馬力控制區(qū)域。但此時有啟動時沖擊的危險。
[0069]將流量控制特性定義為對在中位脫離點(diǎn)處因跳動(jump up)的壓力特性產(chǎn)生的泄漏進(jìn)行補(bǔ)償?shù)那€，該曲線從最小壓力保持流量上升到對流量附加余量后的值，并隨著操作輸入的增大而增大到最大流量。在操作輸入離開中位位置，傾斜量反饋輸入為由操作輸入確定的值以上的流量(傾斜角)的情形下，由選擇器70選擇流量控制環(huán)路。因此，流量控制特性和馬力控制特性的關(guān)系是重要的。圖7表示流量控制特性和馬力控制特性的關(guān)系的例子。
[0070]如上所述，在假設(shè)作用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的外部負(fù)載恒定的條件下，相對于操作輸入的馬力控制特性可以表示為流量特性。在圖7的例子中，在基于馬力控制特性的流量特性曲線與流量控制特性曲線的交點(diǎn)WQ點(diǎn)處，操作輸入和流量是確定的。相對于操作輸入的馬力控制特性因負(fù)載壓力而變化。因此，WQ點(diǎn)也隨著負(fù)載壓力變化。
[0071]交點(diǎn)WQ的軌跡如圖8所示。在該圖8中表示，與壓力PO、P1、P2、P0-1、P0-2相應(yīng)的基于馬力控制特性的流量特性曲線、操作輸入一流量控制特性曲線，以及它們的交點(diǎn)。PO-1與P0-2為比動作點(diǎn)為中位脫離點(diǎn)時的壓力PO小的負(fù)載壓力。對于PO、PO-1和P0-2的任一者，動作開始點(diǎn)和馬力控制特性均相同。這樣，當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)5、6的速度變快時，由選擇部70選擇流量控制環(huán)路，可以不影響負(fù)載壓力而控制速度，帶給操作者強(qiáng)力的感覺。
[0072]最小壓力保持環(huán)路的目標(biāo)值通常為固定值。其考慮到用于確保泵傾斜驅(qū)動裝置的最小動作值、確保啟動應(yīng)答性的備用必要壓力、位于中位位置時的能源節(jié)省需求度等而確定。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)載為負(fù)(出口節(jié)流(meter-out)側(cè)負(fù)載)時,需要積極地補(bǔ)充來自泵側(cè)的不足流量，使負(fù)載側(cè)需要的流量和來自泵側(cè)的供給流量相配合。在現(xiàn)有的負(fù)載傳感系統(tǒng)或正控制(positive-control)系統(tǒng)中，由于來自泵的供給流量依賴于操作輸入，因此難以通過增加泵供給流量來進(jìn)行平衡?，F(xiàn)有的一般方法中，通過被稱為補(bǔ)給閥或真空限制閥的止回閥，從油槽管路吸入，補(bǔ)償來自泵的供給不足。但是因為油槽管路壓力非常低，供給能力有限。因此，使用以下手段，即，對于供給能力不足的部分，使出口節(jié)流側(cè)變窄，而限制負(fù)荷側(cè)要求流量。因為當(dāng)原動機(jī)的轉(zhuǎn)速慢時，油槽管路壓力進(jìn)一步下降，因此使條件更為惡化。在本實施方式中，由于令最小保持壓力大于油槽壓力，因此與現(xiàn)有技術(shù)比較，可以將出口節(jié)流限制器設(shè)定得較大，從而能夠提高節(jié)能性。
[0073]當(dāng)系統(tǒng)選擇壓力控制環(huán)路或馬力控制環(huán)路時，可變泵的流量增加特性受到負(fù)載壓力的影響而變化。在現(xiàn)有的系統(tǒng)中，由于僅通過操作輸入來控制方向控制閥的閥芯行程，因此當(dāng)負(fù)載壓力大時，方向控制閥的閥芯與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的供給流量減少無關(guān)，隨操作輸入而大幅移動，造成開口面積達(dá)到必要程度以上。然而，由于泵輸出流量在由執(zhí)行機(jī)構(gòu)的負(fù)載壓力確定的動作開始點(diǎn)往后開始增加，因此若依照該增加特性確定中位關(guān)閉型方向控制閥的各閥芯行程，則可以控制開口面積，使其不大于必要程度。
[0074]圖9表示閥芯行程控制的例子。利用刻于閥芯的槽口確定實際的開口特性。即，由于對于行程而言是具有固有的特性，因此將其預(yù)先存儲于控制器。在現(xiàn)有技術(shù)中，由于通常僅通過操作輸入來控制第I和第2控制閥7、8的閥芯行程，因此僅在某個特定的負(fù)載壓力下閥芯開口開啟點(diǎn)和動作開始點(diǎn)一致。在本發(fā)明中，可由負(fù)載壓力求得與操作輸入相關(guān)的動作開始點(diǎn)，因此與之相符地，適當(dāng)?shù)馗膭娱y芯開口開啟點(diǎn)和開口特性，則可使方向切換閥相對于操作輸入Sa的開口面積在PO時為A0，在Pl時為Al，在P2時為A2。在根據(jù)操作輸入Sa而變更為A0、A1、A2時，可以反向讀取存儲于控制器中的與某行程相應(yīng)的開口特性，而求得A0、A1、A2下的行程。由此，能夠以操作輸入為基礎(chǔ)，根據(jù)壓力改變閥芯的行程。
[0075]例如，在第一執(zhí)行機(jī)構(gòu)5在以操作輸入的中位值動作的狀況下開始操作比較高的負(fù)載壓力的第二執(zhí)行機(jī)構(gòu)6，并加上給泵的指令量(壓力、馬力或流量環(huán)路的指令量)時，會有負(fù)載壓力大的第二執(zhí)行機(jī)構(gòu)6不開始動作，而僅使第一執(zhí)行機(jī)構(gòu)5的速度增大的情形。因此，例如，當(dāng)僅操作第一執(zhí)行機(jī)構(gòu)5，負(fù)載壓力為Pl時，操作第二執(zhí)行機(jī)構(gòu)6，此時，若第二執(zhí)行機(jī)構(gòu)6的負(fù)載壓力小于PI，則泵輸出壓力向PO方向變化，若大于PI，則向P2變化，若向PO方向變化，則第一執(zhí)行機(jī)構(gòu)5的流量減小，若向P2方向變化，則流量為增大的方向。但是，根據(jù)本發(fā)明，此時由于第I控制閥7的開口面積也分別向AO方向、A2方向發(fā)生特性變化，因此能夠使動作方向為抑制因第二執(zhí)行機(jī)構(gòu)6的操作使第一執(zhí)行機(jī)構(gòu)5中的流量發(fā)生改變。第二執(zhí)行機(jī)構(gòu)6側(cè)也發(fā)揮如下特性，即，如果第一執(zhí)行機(jī)構(gòu)5側(cè)的負(fù)載壓相對高，則導(dǎo)致泵輸出壓力升高，延遲第二控制閥8的開口開啟動作，相對于操作輸入，將開口面積縮小。相反，發(fā)揮如下特性，如果因為第一執(zhí)行機(jī)構(gòu)5側(cè)的負(fù)載壓力相對低，導(dǎo)致泵輸出壓力降低，第2控制閥8的開口開啟提前，對于操作輸入，開口面積增大。其結(jié)果是，能夠使動作方向為抑制因第二執(zhí)行機(jī)構(gòu)6的操作使第一執(zhí)行機(jī)構(gòu)5中的流量發(fā)生改變。
[0076]因此，在本實施方式中，考慮到可變泵的流量增加特性受負(fù)載壓力影響而變化，通過操作輸入和負(fù)載壓力，控制中位關(guān)閉型的第I和第2控制閥7、8的各閥芯的行程，由此使上述閥7、8的槽口的開口特性與泵輸出流量特性聯(lián)動，因此可以改善復(fù)合操作。
[0077]接下來，結(jié)合操作輸入增大，說明作泵驅(qū)動系統(tǒng)如何動作。
[0078]當(dāng)操作輸入處于中位位置時:
[0079]選擇由最小壓力環(huán)路60進(jìn)行的控制，并保持中位關(guān)閉型的第I和第2控制閥7、8位于中位位置，使得所有的端口(port)封閉，因此使泵以大致O傾斜角控制在最小壓力狀態(tài)。需要馬力大致為0，中位時的損耗極小。
[0080]泵輸出壓在負(fù)載壓力以下時:
[0081]當(dāng)開始操作輸入，離開中位位置時，選擇由壓力控制環(huán)路部40進(jìn)行的控制。壓力控制環(huán)路的目標(biāo)值跳至適合的壓力，使動作開始點(diǎn)基本不脫離中位脫離點(diǎn)，然后，逐漸配合操作輸入的增大而升壓到動作開始壓。通過壓力控制使執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作開始。對于中位關(guān)閉型的第I和第2控制閥7、8，控制開口開啟，使其特性為以超過負(fù)載壓力而開始動作時的壓力為基準(zhǔn)，其行程為微小開口的程度，等待泵輸出壓力達(dá)到負(fù)載壓力。
[0082]當(dāng)泵輸出壓力達(dá)到負(fù)載壓力，執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生動作時:
[0083]當(dāng)油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)5、6動作開始時，選擇基于馬力控制環(huán)路部50的控制。通過操作輸入使目標(biāo)馬力增加，而使壓力、流量增加或其雙方均增加。即，由于因負(fù)載壓力而使速度的增加不同，因此可以將負(fù)載壓力作為速度的變化反饋給操作者。操作者可通過該反饋獲知各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的負(fù)載狀態(tài)，而進(jìn)行適當(dāng)?shù)膹?fù)合操作?？刂浦形魂P(guān)閉型的第I和第2控制閥
7、8為由操作輸入值和負(fù)載壓力確定的行程量。
[0084]當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)速度變得相當(dāng)快，操作輸入增大到流暈控制開始倌.以上時;
[0085]選擇由流量控制環(huán)路30進(jìn)行的控制。此時，由于難以進(jìn)行也沒有必要進(jìn)行精密操作，因此也不需要負(fù)載狀態(tài)的反饋，所以由單純的流量控制環(huán)路進(jìn)行的速度控制即足夠。此時，對速度進(jìn)行控制而不影響負(fù)載壓力的變化。
[0086]當(dāng)操作輸入急諫奪小時:
[0087]由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)側(cè)的慣性導(dǎo)致產(chǎn)生負(fù)荷速度先于供給流量的傾向，因此負(fù)載壓力降低。因此，在壓力控制或馬力控制中，存在與中位關(guān)閉型的第I和第2控制閥7、8的關(guān)閉速度相比，泵傾斜角的減小延遲的傾向，有可能產(chǎn)生高沖擊壓力。為防止其發(fā)生，對應(yīng)于操作輸入的減少，與被關(guān)閉的中位關(guān)閉型的第I和第2控制閥7、8的動作同步，選擇流量控制環(huán)路，直接將泵傾斜角拉回到O方向。
[0088]當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)載壓力變小到最小壓力以下時:
[0089]選擇由最小壓力保持環(huán)路部60進(jìn)行的控制。執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)荷為負(fù)(出口節(jié)流側(cè)負(fù)荷)時，由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)速度先于泵流量，因此泵輸出壓力降低，達(dá)到最小壓力以下，最差的情況是產(chǎn)生空泡。為防止空泡生成，必須積極地從泵側(cè)補(bǔ)充不足流量，使負(fù)荷側(cè)需要的流量與來自泵側(cè)的供給流量匹配，最小壓力保持環(huán)路動作。另外，利用該功能，可以將出口節(jié)流槽口設(shè)定得更大，使提高節(jié)能性。
[0090]另外，本發(fā)明包括以下控制方法，S卩，實時檢測應(yīng)進(jìn)行最小壓力保持控制的條件，在達(dá)到該條件的時刻，強(qiáng)制將最小壓力代入到壓力控制環(huán)路的指令值，用壓力控制環(huán)路代替最小壓力保持環(huán)路。
[0091]通過本發(fā)明的控制，能夠?qū)崿F(xiàn)以下效果。
[0092]1.對第I和第2控制閥7、8使用中位關(guān)閉型方向切換閥，取消中位旁通回路，并以電氣化進(jìn)行油壓泵10的傾斜控制，用控制器20進(jìn)行控制，由此可確保由中位旁通回路實現(xiàn)的控制特性，并能夠改善在中位旁通槽口處的能量損失和因流體力造成的操作性劣化。
[0093]I1.對于現(xiàn)有的泵傾斜驅(qū)動機(jī)構(gòu)中的積分部件，去掉壓力及傾斜角等的機(jī)械方式的反饋，而裝入到速度(流量)、力(壓力)、馬力(流量X壓力)等的多個電氣控制系統(tǒng)環(huán)路中，進(jìn)行I型控制。
[0094]II1.根據(jù)基于操作輸入和反饋輸入的馬力控制環(huán)路、壓力控制環(huán)路、流量控制環(huán)路各自的可變目標(biāo)值，使各環(huán)路動作，可以使執(zhí)行機(jī)構(gòu)平順動作。
[0095]II1-L當(dāng)操作輸入超過中位脫離點(diǎn)時，由選擇器70選擇基于壓力控制環(huán)路部40的控制，根據(jù)任意確定的流量O時的操作輸入一壓力特性，使壓力升高，并通過加速等級的控制，平順地進(jìn)行動作開始。更易于在手動操作啟動時使速度從O開始線性增大。
[0096]II1-2.基于馬力控制環(huán)路部50的控制不僅作為用于限制從原動機(jī)到可變泵的輸入馬力的限制器而動作，還進(jìn)行與操作輸入相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動馬力控制。因此，在從O至原動機(jī)額定輸出的區(qū)間，確定適當(dāng)?shù)奶匦灾?，作為連續(xù)的馬力目標(biāo)值。當(dāng)負(fù)荷(壓力)變化時，馬力控制環(huán)路為確保目標(biāo)馬力而改變速度(流量)，操作者可以由速度變化感知負(fù)載變化。由此，在包括操作者的操作的操作環(huán)路系統(tǒng)中，該速度變化起到反饋的作用，可以在機(jī)械的操作上形成合理的操作系統(tǒng)。
[0097]II1-3.當(dāng)油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度變快時，選擇基于流量控制環(huán)路30的控制，可以不影響負(fù)載壓力而進(jìn)行速度控制，還可以使操作者感受到強(qiáng)力的感覺。
[0098]111-4.當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)荷為負(fù)(出口節(jié)流側(cè)負(fù)荷)時，由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)速度大于泵輸出流量，因此泵輸出壓力下降，達(dá)到最小壓力以下，最差的情況是產(chǎn)生空泡。為防止空泡生成，啟動基于最小壓力保持環(huán)路部60的控制，積極從泵側(cè)補(bǔ)充不足流量，使負(fù)荷側(cè)需要的流量與來自泵側(cè)的供給流量匹配。通過該功能，可將出口節(jié)流槽口設(shè)定得更大，可改善節(jié)能性。
[0099]IV.為實現(xiàn)比單純的最小值選擇更多的功能，在控制器20內(nèi)，應(yīng)用與操作輸入和反饋輸入相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，使選擇器70動作，選擇馬力控制環(huán)路、壓力控制環(huán)路、流量控制環(huán)路和最小壓力保持環(huán)路中應(yīng)建立環(huán)路的控制系統(tǒng)。此時，可根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)實時切換這些控制環(huán)路，而進(jìn)行同時控制。
[0100]V.考慮可變泵的流量的增加特性受負(fù)載壓力影響發(fā)生變化，而利用操作輸入和負(fù)載壓力控制中位關(guān)閉型的第I和第2控制環(huán)路7、8的各閥芯行程，由此可使第I和第2控制閥7、8的槽口的開口特性與泵輸出流量特性聯(lián)動，改善復(fù)合操作。
【權(quán)利要求】
1.一種油壓控制系統(tǒng),其特征在于， 其利用根據(jù)操作裝置的操作輸入而動作的中位關(guān)閉型控制閥進(jìn)行控制，將從可變?nèi)萘啃偷挠蛪罕幂敵龅膭幼饔凸┙o到油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制所述油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作， 具有檢測所述油壓泵的容量的泵容量檢測單元和檢測所述油壓泵的輸出壓的泵輸出壓檢測單元， 將由所述泵容量檢測單元檢測的泵容量和由泵輸出壓檢測單元檢測的泵輸出壓作為反饋輸入，將根據(jù)所述操作輸入和所述反饋輸入確定的特性值作為控制環(huán)路的目標(biāo)值，利用對所述反饋輸入或基于所述反饋輸入的運(yùn)算值進(jìn)行反饋的控制部對所述油壓泵進(jìn)行可變?nèi)萘靠刂?，該控制部包括馬力控制環(huán)路、壓力控制環(huán)路、流量控制環(huán)路和最小壓力保持環(huán)路， 所述控制部具有選擇器部，其根據(jù)所述操作輸入和所述反饋輸入，選擇所述多個環(huán)路的任一者， 利用所述選擇器部從多個所述環(huán)路中選擇任一環(huán)路，并根據(jù)來自被選擇的所述環(huán)路的控制值對所述油壓泵進(jìn)行可變?nèi)萘靠刂啤?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油壓控制系統(tǒng)，其特征在于， 具有多個所述油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對該多個所述油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)分別設(shè)定與所述操作輸入和所述反饋輸入相應(yīng)的流量、壓力和馬力的特性值表，通過這些特性值表確定所述多個環(huán)路的流量、壓力、和馬力的目標(biāo)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的油壓控制系統(tǒng)，其特性在于， 所述選擇部 1)在所述操作輸入表示所述操作裝置處于中位位置時，選擇所述最小壓力保持環(huán)路， 2)在所述操作輸入表示離開所述中位位置，所述泵容量為所述油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作油供給回路的泄漏量以下，所述油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)處于動作前的狀態(tài)時，選擇所述壓力控制環(huán)路， 3)在所述操作輸入表示離開所述中位位置，所述泵容量為所述油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作油供給回路的泄漏量以上，且為根據(jù)所述操作輸入信號確定的容量以下時，選擇所述馬力控制環(huán)路， 4)在所述操作輸入表示離開所述中位位置，所述泵容量超過根據(jù)所述操作輸入信號確定的容量時，選擇所述流量控制環(huán)路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的油壓控制系統(tǒng)，其特征在于， 5)與所述操作輸入無關(guān)，在由所述泵輸出壓力檢測單元檢測的泵輸出壓小于最小允許壓力時，選擇所述最小壓力保持環(huán)路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的油壓控制系統(tǒng)，其特征在于， 6)在快速操作減小所述操作輸入時，選擇所述流量控制環(huán)路，利用所述流量控制環(huán)路進(jìn)行強(qiáng)制減小所述油壓泵的容量的控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的油壓控制系統(tǒng)，其特征在于， 在選擇從所述壓力控制環(huán)路移至所述馬力控制環(huán)路時，以所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)克服負(fù)載壓力而開始動作時的壓力為基準(zhǔn)，使所述馬力控制表的特性值可變。
7.根據(jù)權(quán)利要求1~6中任一項所述的油壓控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述控制部根據(jù)所述操作輸入和所述泵輸出壓控制所述中位關(guān)閉型的控制閥的動作，以克服負(fù)載壓力而開始動作時的壓力為基準(zhǔn)，利用該基準(zhǔn)特性對所述中位關(guān)閉型的控制閥進(jìn)行開口控制而開啟開口，以使在負(fù)載壓力小時開口更大，負(fù)載壓力大時開口更小，而使所述開口控制與所述油壓泵的輸出控制`連動。
【文檔編號】F04B49/06GK103827490SQ201280044193
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月18日
【發(fā)明者】山路憲平 申請人:山路憲平
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