工作机器的液压控制回路的制作方法

1.本发明涉及诸如液压挖掘机之类的工作机器的液压控制回路的技术领域。


背景技术：

2.通常，例如，液压控制回路用在诸如液压挖掘机之类的工作机器中。一些已知的液压控制回路包括可变排量型液压泵、驱动作为液压供给源的液压泵的液压致动器、以及用于基于操作杆的操作执行将油供给到液压致动器/将油从液压致动器排出的控制的控制阀。为了改善燃料消耗和工作效率，在这种液压控制回路中，需要适当地控制液压泵的流量和压力。由于该原因，传统地已知一种液压控制回路的技术，该液压控制回路包括通过从液压泵的排出管线分支并延伸到油箱而形成的旁通油路、具有可变打开面积以控制旁通油路的流量的旁通阀、以及用于控制液压泵和旁通阀的排量改变装置的控制器。(例如，参见专利文献1)。
3.专利文献1中公开的液压控制回路被配置为使得在操作杆的非操作(待机状态)期间，泵流量被控制到最小，并且旁通阀的打开面积被控制到打开面积被限制到预先设定的设定值的位置，并且另一方面，在操作杆的操作期间，泵流量根据操作输入的增加而增加，并且旁通阀的打开面积被控制到打开面积根据来自设定值的操作输入而减小的位置。通过该配置，可以在操作杆的非操作期间实现燃料消耗的改善，并且可以实现操作开始时的响应性的改善。在操作杆的操作期间，也可以确保与操作输入相对应的泵流量和泵压力。
4.现有技术文献
5.[专利文献]
[0006]
[专利文献1]日本专利申请公开no.2013
‑
127273


技术实现要素：

[0007]
[本发明要解决的问题]
[0008]
同时，在专利文献1的液压控制回路中，在操作杆的非操作期间，如上所述，旁通阀的打开面积被限制在设定值，由此泵压力被保持在特定值或更大，以改善开始操作时的响应性。然而，在这种情况下，为了通过稳定泵压力来进一步提高燃料效率，更期望执行用于通过将泵压力的检测值反馈到旁通阀的打开面积控制来保持泵压力恒定的控制，即，用于将泵压力保持在设定压力的闭环控制。另一方面，在操作杆的操作期间，因为泵压力根据液压致动器的状态而波动，所以用于将泵压力的检测值反馈到旁通阀的打开面积控制的闭环控制是不合适的。
[0009]
因此，提出了在操作杆的非操作期间执行闭环控制以将泵压力保持在设定压力，并且在操作杆的操作期间根据操作杆的操作输入对旁通阀的打开面积执行开环控制。
[0010]
然而，当在操作杆的非操作期间执行闭环控制时，用于将泵压力设置为设置压力的旁通阀的打开面积根据诸如液压油温度和液压设备的个体差异之类的条件而具有不同的值。由于该原因，当操作操作杆以开始开环控制时，如果预先设定了旁通阀相对于操作杆
的操作输入的打开面积，则在从闭环控制转换到开环控制时，在闭环控制期间旁通阀的打开面积与开始开环控制时旁通阀的打开面积之间可能存在差异和不连续性。从而，存在泵压力可能在不连续点处突然波动，导致可操作性恶化的问题。此外，如果与操作杆的操作输入相对应地预先设定开环控制中的旁通阀的打开面积。然而，由于诸如液压油温度和液压设备的个体差异之类的条件没有反映在设定值中，因此考虑到这些条件，存在不能基于旁通阀的打开面积来控制泵压力的问题，并且存在通过本发明要解决的问题。
[0011]
[解决问题的方案]
[0012]
鉴于以上情况，已经做出了本发明以解决这些问题。根据本发明的权利要求1的工作机器的液压控制回路包括：可变排量型液压泵，驱动作为液压供给源的液压泵的液压致动器、用于基于操作杆的操作执行将油供给到液压致动器/将油从液压致动器排出的控制的控制阀、通过从液压泵的排出管线分支并且延伸到油箱而形成的旁通油路、用于控制旁通油路的流量的具有可变打开面积的旁通阀、和用于控制液压泵和旁通阀的排量改变装置的控制器，其中，所述控制器在操作杆的非操作期间，执行闭环控制以维持泵流量恒定，并且控制旁通阀的打开面积使得泵压力维持在设定压力，并且另一方面，在操作杆的操作期间，执行开环控制以根据操作杆的操作输入增加泵流量，和根据操作杆的操作输入减少旁通阀的打开面积，并且其中，控制器包括用于基于闭环控制期间旁通阀的打开面积，纠正开环控制中操作杆的操作输入与旁通阀的打开面积之间的对应关系的纠正部件。
[0013]
根据本发明的权利要求2的工作机器的液压控制回路是根据权利要求1的工作机器的液压控制回路，其中，纠正部件控制在开始开环控制时的旁通阀的打开面积，使得旁通阀的打开面积在从闭环控制转换为开环控制时不会变得不连续。
[0014]
根据本发明的权利要求3的工作机器的液压控制回路是根据权利要求1或2的工作机器的液压控制回路，其中，纠正部件包括指示开环控制中操作杆的操作输入与旁通阀的打开面积之间的对应关系的标准映射，并且基于闭环控制期间旁通阀的打开面积纠正标准映射。
[0015]
根据本发明的权利要求4的工作机器的液压控制回路是根据权利要求1或2的工作机器的液压控制回路，其中，纠正部件获得闭环控制期间的泵流量、泵压与旁通阀的打开面积之间的关系，并且基于该关系纠正在开环控制期间与操作杆的操作输入相对应的旁通阀的打开面积。
[0016]
[发明的有益效果]
[0017]
根据本发明的权利要求1，能够顺利地执行从闭环控制向开环控制的转换，并且能够将开环控制中的旁通阀的打开面积控制作为与闭环控制相似的、考虑了液压油温度和液压设备的个体差异等每次的条件的控制来执行，并从而，能够将基于旁通阀的打开面积的泵压力控制作为不受每次的条件影响的高精度的控制来执行。
[0018]
根据本发明的权利要求2，能够消除由于旁通阀的打开面积在从闭环控制转换为开环控制时变得不连续而导致的泵压力的波动，这有助于提高可操作性。
[0019]
根据本发明的权利要求3或4，能够将开环控制中的旁通阀的打开面积控制作为与闭环控制相似的考虑到每次的条件的控制来执行。
附图说明
[0020]
图1是工作机器的液压控制回路图。
[0021]
图2是示出控制器的输入/输出的框图。
[0022]
图3是示出操作杆的操作输入与泵流量/控制阀的供给阀通道的打开面积/旁通阀的打开面积/泵压力之间的关系的图。
[0023]
图4是示出在开环控制中预先设定了操作杆的操作输入与旁通阀的打开面积之间的对应关系的情况下的操作杆的操作输入与旁通阀的打开面积/泵压力之间的关系的图。
[0024]
图5是示出纠正例1中的操作杆的操作输入与旁通阀的打开面积/泵压力之间的关系的图。
[0025]
图6a是示出纠正例2中的操作杆的操作输入与泵压力之间的关系的图，并且图6b是示出纠正例2中的控制过程的流程图。
具体实施方式
[0026]
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。图1是示出设置在诸如液压挖掘机之类的工作机器中的液压控制回路的图。在图1中，参考标号1表示安装于工作机器的发动机，并且2表示由发动机1驱动的可变排量型液压泵，2a表示用于根据来自如下所述的控制器9的控制信号使液压泵2的排量可变的泵排量改变装置(液压泵2的排量改变装置)，3表示液压泵2的排出管线，4表示油箱，5表示驱动作为液压供给源的液压泵2的多个液压致动器，并且6表示用于基于相应的操作杆7的操作分别执行将油供给到每个液压制动器5/从每个液压制动器5排出的控制的控制阀。在图1中示出三个液压制动器5作为多个液压制动器，但是不用说，不限于此。例如，在液压挖掘机中，设置了多个液压制动器，诸如左和右行进电机、旋转电机、转臂缸、斗杆缸、铲斗缸等。
[0027]
控制阀6是装备有先导孔6a、6b的滑阀。当先导压力没有输入到先导孔6a、6b时，控制阀6位于不执行将油供给到液压制动器5/从液压制动器5排出的控制的中性位置n。然而，通过将先导压力输入到先导孔6a、6b，控制阀6以对应于先导压力的移位方向和移位量移位到操作位置x或y，并且用于将液压泵2的排出油供给到液压制动器5的供给阀通道6c打开，使得在方向控制和流量控制已经受影响的状态下将液压泵2的排出油供给到液压制动器5。
[0028]
参考标号8a、8b也表示用于将先导压力输出到控制阀6的先导孔6a、6b的电磁比例先导阀。先导阀8a、8b基于从控制器9输出的控制信号输出对应于操作杆7的操作输入的先导压力。然后，通过在移位方向上以对应于从先导阀8a、8b输出的先导压力的移位量移位的控制阀6执行对应于操作杆7的操作的将油供给到液压制动器5/从液压制动器5排出的控制。先导阀8a、8b分别设置于每个控制阀6。在图1中，仅示出了用于将先导压力输出到一个控制阀6(右端的控制阀6)的先导阀8a、8b，并且省略了用于其他控制阀6的先导阀。
[0029]
参考标号10表示通过从液压泵2的排出管线3分支并且延伸到油箱4而形成的旁通油路。在旁通油路10中，设置了用于控制旁通油路10的流量的旁通阀11。旁通阀11被配置为使得基于来自控制器9的控制信号可变地控制打开面积，从旁通油路11完全打开的完全打开位置到旁通油路完全闭合的完全闭合位置。
[0030]
参考标号12也表示连接于液压泵2的排出管线3的先导压力源的减压阀。先导压力源的减压阀12将液压泵2的排除压力降低到预定压力，并且将其输出到先导压力供给油路
13。先导压力供给油路13是用作先导阀8a、8b和旁通阀11的先导压力供给源的油路。用于将先导压力供给油路13维持在预定压力的蓄压器14连接于先导压力供给油路13。当然，先导压力供给源能够甚至通过使用普通先导泵的回路构成。
[0031]
另一方面，如图2的框图所示，在输入侧，控制器9连接于用于检测每个操作杆7的操作方向和操作输入的操作检测装置15以及用于检测液压泵2等的排出压力的压力传感器16。同时，在输出侧，控制器9连接于旁通阀11、泵排量改变装置2a、用于相应控制阀的先导阀8a、8b等。控制器9被配置为执行各种控制，诸如用于基于输入信号将控制信号输出到旁通阀11和泵排量改变装置2a以控制液压泵2的流量和压力的泵控制，以及用于将控制信号输出到先导阀8a、8b以控制液压制动器5的操作的液压制动器控制。
[0032]
接着，将参考图3描述由控制器9执行的泵控制。
[0033]
首先，控制器9基于来自操作检测装置15的检测信号确定操作杆7的非操作或操作。然后，当确定为操作杆7的非操作时，控制器9输出控制命令到泵排量改变装置2a以将液压泵2的流量设定为最小流量，并且控制器9输出控制信号以改变打开面积从而将液压泵2的排出压力保持在通过将压力传感器16的检测值返回到旁通阀11而预先设定的设定压力。因此，将执行闭环流量控制，其中，在操作杆7的非操作期间，旁通阀11的打开面积被控制为使得泵流量维持在最小流量，并且泵压力维持在设定压力。结果，由于排出管线3的压力维持在设定压力，所以能够实现降低燃料消耗，并且能够实现操作杆7的操作开始时的响应性的提高。
[0034]
在本实施例中，在确定操作杆7的非操作或操作时，控制器9不仅确定操作杆7未实际操作(图3中所示的操作杆
″0″
的操作输入)的情况，而且包括在操作杆7的死区d内的操作，作为操作杆7的非操作。在这种情况下，操作杆7的死区d是指即使在操作操作杆7时控制阀6位于中性位置n附近并且供给阀通道6c闭合的状态下操作杆7的操作范围。如图3所示，通过操作杆7超过死区d的操作，控制阀6的供给阀通道6c打开，并且开始向液压致动器5供给压力油，并且供给阀通道6c的打开面积根据操作杆7的操作输入的增加而增加，并从而供应到液压致动器5的压力油的量增加。
[0035]
另一方面，当确定操作杆7已经被操作时(如上所述，超过死区d的操作)，控制器9向泵排量改变装置2a输出控制指令，以获得与操作杆7的操作输入(操作杆的操作输入)相对应的泵流量，即，根据操作杆7的操作输入的增加来增加泵流量，并且将执行开环控制以根据操作杆7的操作输入的增加而减小旁通阀11的打开面积的控制指令输出到旁通阀11。因此，泵流量根据操作杆7的操作输入的增加而增加，并且泵压力由于旁通阀11的打开面积的减小而增加，并从而泵流量和泵压力可以增加，与随着操作杆7的操作输入的增加而向液压致动器5供给的压力油的量的增加相对应，并从而可以实现工作效率的提高。
[0036]
另外，控制器9装备有纠正装置17，在闭环控制中向旁通阀11输出控制信号时，该纠正装置17基于开环控制期间的旁通阀11的打开面积，纠正操作杆7的操作输入与旁通阀11的打开面积之间的对应关系。在开环控制期间已经执行纠正装置17的纠正的状态下，控制信号输出到旁通阀11。
[0037]
换句话说，在闭环控制中，因为旁通阀11的打开面积被可变地控制以使得液压泵2的排出压力维持在设定压力，所以旁通阀11的打开面积每次由于液压油的温度和液压设备的个体差异而取不同的值。另一方面，将根据开环控制期间的操作杆7的操作输入来确定旁
通阀的打开面积，但是在这种情况下，如果开环控制期间的旁通阀11的打开面积是已经相对于操作杆的操作输入预先设定的设定值，则如图4所示，在闭环控制期间的旁通阀11的实际打开面积(实际值)与开始开环控制时的旁通阀11的打开面积之间可能产生差异，并且打开面积可能变得不连续。当旁通阀11的打开面积以这种方式变得不连续时，泵压力在不连续点突然波动，这变为使可操作性恶化的因素。此外，如果开环控制中的对应于操作杆的操作输入的旁通阀11的打开面积是已经预先设定而无论诸如液压油的温度和液压装备的个体差异之类的条件的设定值，则将不能实现考虑到每次的条件的旁通阀11的打开面积控制。因此，通过纠正装置17基于闭环控制中的旁通阀11的打开面积来纠正开环控制中的操作杆的操作输入与旁通阀11的打开面积之间的对应关系。由此，可以避免在从闭环控制转换到开环控制时旁通阀11的打开面积的不连续的产生，并且可以考虑到开环控制中的每个时间的条件来实现旁通阀11的打开面积控制。
[0038]
接着，将描述由纠正装置17执行的纠正，但是该纠正根据在开环控制中如何设定操作杆7的操作输入与旁通阀11的打开面积之间的关系而变化。因此，作为纠正例1，将描述在将操作杆的操作输入与旁通阀11的打开面积之间的关系设定为唯一关系的情况下的纠正，并且作为纠正例2，将描述在操作杆的操作输入与旁通阀11的打开面积之间的关系被设定为获得根据操作杆的操作输入而设定的泵压力的情况下的纠正。
[0039]
首先，将参考图5描述纠正例1。纠正例1是将开环控制中的操作杆的操作输入与旁通阀11的打开面积之间的关系(在下文中，旁通阀11的打开面积也称为旁通开度)设定为唯一关系的情况。具体地，预先设定用于将泵压力维持在设定压力的旁通打开的标准值
″
as
″
。另外，假设标准值
″
as
″
是在开始开环控制时旁路开度的初始值，则在开环控制中操作杆的操作输入与旁路开度之间的关系，即，其中旁通开度根据操作杆的操作输入的增加而减小的关系预先设定为标准映射
″
mas
″
。如果设定了这样的标准映射
″
mas
″
，则按以下步骤执行校正：首先获得用于在闭环控制中将泵压力保持在设定压力的旁通阀的打开面积的实际值an与标准值as之间的比率r(r＝an/as)，并且然后通过将标准映射mas的值乘以比率r来获得校正映射man(man＝c
×
mas)的值。在开环控制中，使用如此创建的纠正映射man将旁通阀11控制为具有对应于操作杆的操作输入的打开面积。结果，在开始开环控制时旁通阀11的打开面积变得等于在闭环控制期间旁通阀11的打开面积，并且可以避免在从闭环控制转换到开环控制时旁通开度的不连续的产生，并且在开环控制中，与每次的条件对应的旁通阀11的打开面积控制也可以与闭环控制相似地实现。
[0040]
接着，将描述纠正例2。纠正例2是将开环控制中的操作杆的操作输入与泵压力之间的对应关系预先设定为映射mps(参见图6a)的情况，并且设定为基于映射mps和泵流量来控制旁通阀11的打开面积。在如此设定的情况下，为了纠正开环控制中的对应于操作杆的操作输入的旁通阀11的打开面积，首先通过使用指示操作杆的操作输入与泵压力之间的关系的映射mps获得从操作检测装置15输入的对应于操作杆的操作输入的泵压力pp，如图6a的流程图所示(步骤s1)。
[0041]
接着，通过将闭环控制期间的泵流量(在本实施例中，最小泵流量)qmin、泵压力(设定压力)ps和旁通开度的实际值an输入下面的等式(1)而获得要在如下所述的等式(2)中使用的系数cr(步骤s2)。
[0042]
qmin＝cr
×
an
×
(ps)1/2
ꢀꢀ
(1)
[0043]
使用以上等式(1)获得的系数cr是使用闭环控制中的实际值计算的系数，并且作为包括液压油密度变化的变量而获得。
[0044]
接着，通过将在步骤s1中获得的与操作杆的操作输入相对应的泵压力pp、在步骤s2中获得的系数cr、和对应于操作杆的操作输入的泵流量q输入到以下等式(2)，获得与开环控制期间的操作杆的操作输入相对应的旁通阀11的打开面积a(步骤s3)。
[0045]
q＝cr
×
a
×
(pp)1/2
ꢀꢀ
(2)
[0046]
控制信号输出到旁通阀11，以等于通过使用以上等式(2)获得的打开面积(步骤s4)。
[0047]
结果，开环控制期间的旁路开度采用在闭环控制期间的条件(闭环控制期间的泵流量(最小流量)、泵压力(设定压力)和旁路开度的实际值)下校正的值，可以避免在从闭环控制转换到开环控制时旁路开度的不连续的产生，并且在开环控制中，与闭环控制期间的情况相似，可以根据每次的条件实现旁通阀11的打开面积控制。
[0048]
以上等式(1)和(2)中的泵流量qmin和q的值是当将来自控制器9的控制信号输出到泵排量改变装置2a时使用的泵流量值。等式(2)中的泵压力pp也用作旁通阀11之前和之后的压差的值，假设油箱压力大致为零
[0049]
同时，工作机器的液压控制回路设置有液压锁定装置，虽然未示出。液压锁定装置用于引入液压锁定状态，其中，除非液压锁定装置被释放，否则即使当操作杆7操作时(液压制动器5不操作)，也不将压力油供给到液压制动器5。例如，液压锁定装置被配置为使用设置在操作室中的液压锁定杆(未示出)和基于液压锁定杆的操作使先导压力供给油路13进入卸载状态的卸载阀。如果液压锁定装置未被释放，即，处于其中即使当操作杆7操作时液压制动器5也不操作的液压锁定状态，则控制器9将制约液压泵2的流量到最小流量的控制信号输出到泵排量改变装置2a，并且将控制信号输出到旁通阀11，以使其位于旁通油路10完全打开的完全打开位置。结果，因为泵流量维持在最小流量，所以泵排出压力降低，并且使得液压泵2的排出油流到油箱4内的旁通油路10完全打开。因此，能够实现液压锁定状态下的低燃料消耗。本发明中的操作杆的操作和非操作部包括处于液压锁定状态的操作杆7的操作和非操作。
[0050]
在如上所述配置的本实施例中，工作机器的液压控制回路包括可变排量型液压泵2；液压制动器5，其驱动作为液压供给源的液压泵2；控制阀6，其用于基于操作杆7的操作执行将油供给到液压制动器5/从液压制动器5排出的控制；旁通油路10，其通过从液压泵2的排出管线3分支并且延伸到油箱4而形成；旁通阀11，其具有可变打开面积以控制旁通油路10的流量；和控制器9，其用于控制液压泵2的排量改变装置2a和旁通阀11，并且在操作杆7的非操作期间(包括在杠杆7的死区d内的操作)，控制器9执行闭环控制以使泵流量维持恒定(最小流量)，和控制旁通阀的打开面积使得泵压力维持在设定压力，并且另一方面，在操作杆7的操作(超过操作杆7的死区d的操作)期间，执行开环控制以根据操作杆7的操作输入增加泵流量，和根据操作杆的操作输入减小旁通阀的打开面积。结果，在操作杆7的非操作期间的稳定状态下，泵压力维持在设定压力，并从而能够实现低燃料消耗，并且另一方面，在操作杆7的操作期间，泵流量和泵压力根据操作杆的操作输入而增加，并从而能够实现工作效率的提高。此外，在液压控制单元中，控制器9装备有纠正装置17，用于基于闭环控制期间的旁通阀11的打开面积纠正开环控制中的操作杆的操作输入与旁通阀的打开面积之间
的对应关系。
[0051]
如上所述，在本实施例中，在操作杆7的非操作期间，控制器9执行旁通阀11的打开面积的闭环控制，旁通阀11执行通过从液压泵2的排出管线3分支并且延伸到油箱4而形成的旁通油路10的流量控制，使得泵压力维持在设定压力，并且另一方面，在操作杆7的操作期间，执行开环控制，使得打开面积对应于操作杆的操作输入而增加，并从而能够实现低燃料消耗和提高的工作效率。尽管事实如此，在闭环控制期间，能够通过纠正装置17基于旁通阀11的打开面积纠正操作杆的操作输入与旁通阀11的打开面积之间的对应关系。结果，能够顺利地执行从闭环控制向开环控制的转换，并且能够将开环控制中的旁通阀11的打开面积控制作为考虑了与闭环控制期间相似的条件，即，诸如液压油温度和液压设备的个体差异之类的每次的条件的控制来执行，并且因此，能够将基于旁通阀11的打开面积的泵压力控制作为不受每次的条件影响的高精度的控制来执行。
[0052]
在液压控制单元中，纠正装置17被配置为控制开始闭环控制时的旁通阀11的打开面积，使得旁通阀11的打开面积在从闭环控制转换为开环控制时不会变得不连续。结果，能够消除由于旁通阀11的打开面积在从闭环控制转换为开环控制时变得不连续而导致的泵压力的波动，这有助于提高可操作性。
[0053]
此外，在液压控制单元中，在通过纠正装置17纠正开环控制中的操作杆的操作输入与旁通阀11的打开面积之间的对应关系时，纠正装置17设置有指示开环控制中的操作杆的操作输入与旁通阀11的打开面积之间的对应关系的标准映射mas，并且被配置为基于闭环控制期间的旁通阀11的打开面积纠正标准映射mas，并从而能够将开环控制中的旁通阀11的打开面积控制作为与闭环控制相似的考虑了每次的条件的控制来执行。
[0054]
此外，纠正装置17能够被配置为获得闭环控制期间的泵流量、泵压力和旁通阀的打开面积之间的关系，并且基于该关系纠正开环控制期间的与操作杆的操作输入对应的旁通阀的开度。即使这样配置，也能够将开环控制中的旁通阀11的打开面积控制作为与闭环控制相似的考虑到每次的条件的控制来执行。
[0055]
工业实用性
[0056]
本发明能够用于诸如液压挖掘机之类的工作机器的液压控制回路。