《液压回路的控制装置及作业机械.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《液压回路的控制装置及作业机械.pdf（17页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 102893036 A(43)申请公布日 2013.01.23CN102893036A*CN102893036A*(21)申请号 201180023233.8(22)申请日 2011.12.272010-292878 2010.12.28 JPF15B 11/028(2006.01)E02F 9/22(2006.01)E02F 9/24(2006.01)G05D 16/00(2006.01)(71)申请人卡特彼勒SARL公司地址瑞士日内瓦(72)发明人西川裕康 岛原圣 中西学柴田雅史(74)专利代理机构北京市金杜律师事务所 11256代理人陈伟(54) 发明名称液压回。
2、路的控制装置及作业机械(57) 摘要本发明提供液压回路的控制装置及作业装置，实现了对电磁式可变溢流阀的溢流设定压力的溢流压精度的提高，其中所述电磁式可变溢流阀是为了对液压执行机构进行压力控制而设置的。通过控制器(31)对电磁式可变溢流阀(33)进行控制，电磁式可变溢流阀(33)是为了将供给到附属装置液压缸(15)的工作油的压力控制为能够电指令的设定压力而设置的。在控制器(31)中设有控制逻辑，根据与电磁式可变溢流阀(33)的溢流设定压力和溢流阀通过流量相关的输入信号修正上述电磁式可变溢流阀(33)的过调压力特性而得到溢流阀设定压力，该控制逻辑能够将与该溢流阀设定压力相关的指令信号向上述电磁式可。
3、变溢流阀(33)输出，从而通过该控制器(31)进行控制。(30)优先权数据(85)PCT申请进入国家阶段日2012.11.08(86)PCT申请的申请数据PCT/JP2011/080312 2011.12.27(87)PCT申请的公布数据WO2012/091059 JA 2012.07.05(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书7页 附图8页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 7 页 附图 8 页1/1页21.一种液压回路的控制装置，通过工作流体使液压执行机构工作，其特征在于，具有：电磁式可变溢流阀，其将供给到上述液压执行机构的工作流体的液。
4、压控制成能够进行电指令的溢流设定压力；和控制机构，根据与上述电磁式可变溢流阀的溢流设定压力和溢流阀通过流量相关的输入信号修正上述电磁式可变溢流阀的过调压力特性而得到溢流设定压力，上述控制机构将与该溢流设定压力相关的指令信号向上述电磁式可变溢流阀输出。2.根据权利要求1所述的液压回路的控制装置，其特征在于，上述控制机构具有：过调修正压力运算部，其具有如下功能：通过向预先制成的三维图输入溢流设定压力和溢流阀通过流量，运算过调修正压力，其中，所述三维图是根据上述溢流设定压力、上述溢流阀通过流量、和修正上述过调压力特性而得到的过调修正压力的关系而预先制成的；和减法部，其从上述溢流设定压力中减去上述过调。
5、修正压力运算部所算出的上述过调修正压力而算出过调压力修正后的溢流设定压力。3.根据权利要求1所述的液压回路的控制装置，其特征在于，上述控制机构具有：过调修正压力运算部，其具有如下功能：通过向预先制成的二维图输入溢流设定压力，确定溢流阀通过流量与过调压力的特性，通过对该所确定的溢流阀通过流量与过调压力的特性乘以溢流阀通过流量来算出过调压力，其中，所述二维图是根据多个溢流设定压力、和在各溢流设定压力中将相对于溢流阀通过流量的上述过调压力特性线性近似的情况下的固定流量下的过调压力的关系而预先制成的；和减法部，其从上述溢流设定压力中减去上述过调修正压力运算部所算出的上述过调修正压力而算出过调压力修正后。
6、的溢流设定压力。4.根据权利要求1至3中任一项所述的液压回路的控制装置，其特征在于，具有：负流体控制压流路，其从控制多个液压执行机构的控制阀的中间旁通流路对可变容量型泵的容量可变机构引导负流体控制压；泵流量限制控制部，其设置在该负流体控制压流路中，并根据与特定执行机构相应的泵流量限制值对泵流量进行限制；和输入机构，其设定了输出到该泵流量限制控制部的泵流量限制值，控制机构将在输入机构中设定的泵流量限制值用作表示上述特定执行机构控制用的电磁式可变溢流阀的通过流量的推算值。5.一种作业机械，其特征在于，具有：机身；作业装置，其搭载在该机身上，通过多个液压执行机构进行工作；附属装置工具，其安装在该作业。
7、装置的前端部；权利要求1至4中任一项所述的液压回路的控制装置，其针对使该附属装置工具工作的液压执行机构而设置。权 利 要 求 书CN 102893036 A1/7页3液压回路的控制装置及作业机械技术领域0001 本发明涉及具有电磁式可变溢流阀的液压回路的控制装置及具有该控制装置的作业机械。背景技术0002 如图8所示，工程机械的液压回路所使用的工具控制系统在将从可变容量型泵1排出的工作油通过控制阀2进行控制后向附属装置工具3供给的外部的输出流路4上采用了作为外部溢流阀的电磁式可变溢流阀5，由于该电磁式可变溢流阀5如图9所示那样能够根据指令电流值A0A7设定溢流压力，所以如图8所示，根据通过设置。
8、在工程机械等的驾驶室内的输入机构的监控器6所选择的溢流设定压力，机体控制器7从指令电流值A0A7中向电磁式可变溢流阀5输出对应的电流值，由此成为不用手动旋拧附在溢流阀上的螺钉就能够容易地改变该溢流设定压力的系统。0003 但是，在现有的工具控制系统中，一旦通过规定的电流值设定溢流压力，则由与该溢流设定压力对应的固定电流控制溢流阀，因此如图9所示，当通过溢流阀的流量增加时，基于阀阻力的压力上升的过调(override)压力特性显现，从而产生溢流设定压力与实际压力不同的问题。0004 另一方面，如图10所示，在液压机等的液压控制中，存在如下压力控制方法：根据对可变容量型泵8所排出的流量进行指令的信。
9、号即泵指令流量，控制装置9对电磁式可变溢流阀10的过调压力特性进行修正(例如，参照专利文献1)。0005 现有技术文献0006 专利文献1：日本特开平5-146900号公报(第2页，图1)发明内容0007 专利文献1记载的过调压力修正技术根据泵指令流量对电磁式可变溢流阀的过调压力特性进行修正，因此在具有多个液压执行机构的机身中，无法高精度地对特定的液压执行机构的溢流压进行过调压力修正。0008 本发明是鉴于上述问题而研发的，其目的在于实现对电磁式可变溢流阀的溢流设定压力的溢流压精度的提高，其中电磁式可变溢流阀是为了对特定液压执行机构进行压力控制而设置的。0009 技术方案1记载的发明为液压回路。
10、的控制装置，通过工作流体使液压执行机构工作，具有：电磁式可变溢流阀，其将供给到上述液压执行机构的工作流体的液压控制成能够进行电指令的溢流设定压力；和控制机构，根据与上述电磁式可变溢流阀的溢流设定压力和溢流阀通过流量相关的输入信号修正上述电磁式可变溢流阀的过调压力特性而得到溢流设定压力，上述控制机构将与该溢流设定压力相关的指令信号向上述电磁式可变溢流阀输出。0010 技术方案2记载的发明，在技术方案1记载的液压回路的控制装置中，上述控制机说 明 书CN 102893036 A2/7页4构具有：过调修正压力运算部，其具有如下功能：通过向预先制成的三维图输入溢流设定压力和溢流阀通过流量，运算过调修正。
11、压力，其中，所述三维图是根据上述溢流设定压力、上述溢流阀通过流量、和修正上述过调压力特性而得到的过调修正压力的关系而预先制成的；和减法部，其从上述溢流设定压力中减去上述过调修正压力运算部所算出的上述过调修正压力而算出过调压力修正后的溢流设定压力。0011 技术方案3记载的发明，在技术方案1记载的液压回路的控制装置中，上述控制机构具有：过调修正压力运算部，其具有如下功能：通过向预先制成的二维图输入溢流设定压力，确定溢流阀通过流量与过调压力的特性，通过对该所确定的溢流阀通过流量与过调压力的特性乘以溢流阀通过流量来算出过调压力，其中，所述二维图是根据多个溢流设定压力、和在各溢流设定压力中将相对于溢流。
12、阀通过流量的上述过调压力特性线性近似的情况下的固定流量下的过调压力的关系而预先制成的；和减法部，其从上述溢流设定压力中减去上述过调修正压力运算部所算出的上述过调修正压力而算出过调压力修正后的溢流设定压力。0012 技术方案4记载的发明，在技术方案1至3中任一项记载的液压回路的控制装置中，具有：负流体控制压流路，其从控制多个液压执行机构的控制阀的中间旁通流路对可变容量型泵的容量可变机构引导负流体控制压；泵流量限制控制部，其设置在该负流体控制压流路中，并根据与特定执行机构相应的泵流量限制值对泵流量进行限制；和输入机构，其设定了输出到该泵流量限制控制部的泵流量限制值，控制机构将在输入机构中设定的泵流。
13、量限制值用作表示上述特定执行机构控制用的电磁式可变溢流阀的通过流量的推算值。0013 技术方案5所述的发明为作业机械，其具有：机身；作业装置，其搭载在该机身上，通过多个液压执行机构进行工作；附属装置工具，其安装在该作业装置的前端部；权利要求1至4中任一项所述的液压回路的控制装置，其针对使该附属装置工具工作的液压执行机构而设置。0014 发明效果0015 根据技术方案1记载的发明，由控制机构根据与将通向液压执行机构的流路控制成溢流设定压力的电磁式可变溢流阀的溢流设定压力和溢流阀通过流量相关的输入信号对该电磁式可变溢流阀的过调压力特性进行修正，并将与该修正后的溢流设定压力相关的指令信号输出到电磁式。
14、可变溢流阀，由此能够实现对电磁式可变溢流阀的溢流设定压力的溢流压精度的提高，其中电磁式可变溢流阀是为了进行特定液压执行机构的压力控制而设置的。0016 根据技术方案2记载的发明，能够使用具有三维图的过调修正压力运算部和算出过调压力修正后的溢流设定压力的减法部而正确地实现过调修正。0017 根据技术方案3记载的发明，能够使用具有将相对于溢流阀通过流量的上述过调压力特性线性近似而得到的二维图的过调修正压力运算部和算出过调压力修正后的溢流设定压力的减法部而容易地实现过调修正。0018 根据技术方案4记载的发明，由于控制机构将在输入机构中设定的、向泵流量限制控制部输出的泵流量限制值用作表示特定执行机构。
15、控制用的电磁式可变溢流阀的通过流量的推算值，因此能够根据在输入机构中设定的流量限制值而简单地推算出电磁式可变溢流阀的通过流量，其中，泵流量限制控制部设置在负流量控制压流路中，并根据与特定执说 明 书CN 102893036 A3/7页5行机构相应的泵流量限制值限制泵流量。0019 根据技术方案5记载的发明，能够提供修正了电磁式可变溢流阀的溢流压力特性而实现对溢流设定压力的溢流压精度的提高的作业机械，其中电磁式可变溢流阀是为了对使安装于作业装置的前端部的附属装置工具工作的特定液压执行机构进行压力控制而设置的。附图说明0020 图1是表示本发明的液压回路的控制装置的一个实施方式的回路概念图。002。
16、1 图2是表示上述控制装置的第1修正逻辑例的框图。0022 图3是表示上述控制装置的第2修正逻辑例的框图。0023 图4是用于说明上述控制装置的电磁式可变溢流阀的过调压力特性及其修正原理的特性图。0024 图5是表示上述控制装置的电磁式可变溢流阀的过调压力特性修正例的特性图。0025 图6是搭载了上述控制装置的作业机械的侧视图。0026 图7是将图1所示的控制阀制成回路图的回路图。0027 图8是表示现有的工程机械的液压回路所使用的工具控制系统的概念图。0028 图9是用于说明电磁式可变溢流阀的过调压力特性的特性图。0029 图10是表示现有的过调压力修正系统的回路图。具体实施方式0030 以。
17、下，基于图1至图7所示的一个实施方式详细说明本发明。0031 图6表示液压挖掘机式的作业机械M，在相对于下部行驶体11a能够旋转地设置上部旋转体11b的机身11上搭载有驾驶室12和作业装置13，在该作业装置13的前端部以能够装拆的方式安装有附属装置工具14。0032 作为该种类的附属装置工具，存在液压碎石器(锤)那样的使用单动回路的工具，和抓斗、破碎器那样的使用双动回路的工具。作为使用双动回路的工具，如图6所示，存在通过作为液压执行机构且作为特定执行机构的附属装置液压缸15使一对抓持刃16等进行开闭动作的附属装置工具14。0033 关于作业装置13，在上部旋转体11b上以上下方向转动自如的方式。
18、轴支承有动臂13bm的基端，在该动臂13bm的前端以转动自如的方式轴支承有斗杆13st，在该斗杆13st的前端以能够转动的方式轴支承有附属装置工具14，动臂13bm通过动臂液压缸13bmc进行转动，斗杆13st通过斗杆液压缸13stc进行转动，附属装置工具14通过铲斗液压缸13bkc进行转动。附属装置工具14的开闭动作由附属装置液压缸15进行控制。0034 在该图6所示的作业机械M中搭载有图1所示的液压回路的控制装置A。将工作流体称为工作油。0035 图1和将图1的控制阀制成回路图的图7示出了液压回路的控制装置A的概要，搭载在机身11上的可变容量型泵21的排出口与控制从该泵21排出的工作油的控。
19、制阀22连接，由构成该控制阀22的多个执行机构控制用滑阀22sp进行方向控制和流量控制的工作油的输出流路23，与例如液压挖掘机的左右行驶马达、旋转马达、动臂液压缸13bmc、斗说 明 书CN 102893036 A4/7页6杆液压缸13stc、铲斗液压缸13bkc、以及附属装置液压缸15等各液压执行机构连接。0036 在控制阀22内的中间旁通流路24上，设置有用于排出负流量控制(negative flow control)压(以下称为负控压)的溢流阀25R、节流孔25o、以及负控压流路25L，可变容量型泵21具有由通过负流量控制压流路即负控压流路25L导出的负控压进行控制的容量可变机构26。以。
20、如下方式控制：控制阀22的各执行机构控制用滑阀22sp越靠近使执行机构停止的中立位置，则负控压越大，容量可变机构26越减少可变容量型泵21的排出流量。由此，构成了基于负控压的流量限制系统。0037 在该负控压流路25L中设置有泵流量限制控制部27，其根据与作为特定执行机构的附属装置液压缸15的动作相应的泵流量限制值对泵流量进行限制。0038 该泵流量限制控制部27具有：设置在负控压流路25L中的梭阀28a；和经由该梭阀28a与负控压流路25L连接的电磁比例阀28b，构成为能够通过该电磁比例阀28b并利用负控压流路25L来控制可变容量型泵21的排出流量。0039 即，能够通过设置在驾驶室12内的。
21、作为输入机构的监控器29来设定泵排出流量，从监控器29输入的泵排出流量设定值经由与监控器29连接的作为控制机构的液压挖掘机的机身控制器(以下仅称为控制器)31转换成对应的电流值，该电流值从控制机构31输入到电磁比例阀28b的电磁线圈，通过电磁比例阀28b与电流值对应地对1次压P进行减压控制而得到的2次压，经由梭阀28a作用于容量可变机构26，从而控制可变容量型泵21的排出流量。0040 另外，在从控制阀22连接到各液压执行机构的工作油的输出流路23与油箱32之间设置有电磁式可变溢流阀33，其通过设置在驾驶室12内的监控器29将输出流路23的液压控制为能够进行电指令的溢流设定压力。0041 该电。
22、磁式可变溢流阀33为压力控制阀，其根据驾驶室12内的操作员通过监控器29选择的值，将输出流路23的压力控制为与从控制器31向电磁线圈33sol输出的指令电流值相应的溢流设定压力。0042 图4示出了某个电磁式可变溢流阀33的特性，并示出了指令电流值越小(A0A1A6A7)，溢流设定压力越高的情况。另外，通过电磁式可变溢流阀33的流量越是增加，则过调压力特性越明显，并且过调压力特性值也因溢流设定压力(指令电流值A0A7)而不同。0043 由此可以得知，对于修正过调压力特性，需要输入修正时刻的溢流阀通过流量和溢流设定压力。0044 并且，如图1所示，在要通过电磁式可变溢流阀33将附属装置液压缸15。
23、的压力控制为溢流设定压力的情况下，从监控器29向控制器31输入溢流设定压力Prel和作为溢流阀通过流量的附属装置设定流量Qatt，通过将图4中虚线所示的修正前的溢流设定压力(目标压力)修正为实线所示的溢流设定压力(指令压力)，使例如指令电流值A3所示的实际压力接近虚线所示的溢流设定压力(目标压力)。0045 为此，如图1所示，控制器31具有：过调修正压力运算部34，其根据溢流设定压力Prel和附属装置设定流量Qatt运算过调修正压力P；减法部35，其将该过调修正压力运算部34所运算出的与附属装置设定流量相应的过调修正压力P从溢流设定压力Prel中减去而将过调修正后的溢流设定压力运算为指令压力；。
24、和转换器36，其将指令压力转换为说 明 书CN 102893036 A5/7页7电流值。0046 控制器31具有转换部37，其将从监控器29输入的泵排出流量设定值转换成对应的电流值并输出到电磁比例阀28b的电磁线圈。然后，电磁比例阀28b与来自控制器31的电流值相应地对1次压P进行减压控制而得到2次压，并使该2次压经由梭阀28a作用于可变容量型泵21的容量可变机构26，从而控制可变容量型泵21的排出流量。0047 像这样，为了解决因电磁式可变溢流阀33的过调压力特性而导致溢流设定压力与实际压力不同的问题，构筑了同时实施与溢流阀通过流量相应的过调压力特性的修正和与溢流设定压力相应的过调压力特性的。
25、修正的系统。0048 此外，为了解决上述问题，期望能够反馈控制由过调压力特性产生的误差压力即过调压力和溢流流量，但难以在电磁式可变溢流阀33的搭载回路上搭载流量计和压力计。因此，过调压力和电磁式可变溢流阀33的溢流阀通过流量使用了前馈控制，该前馈控制使用了下述的推算值和事前准备的值。0049 接下来，说明具体的修正手法。0050 首先，如图4所示，基于设计值、试验数据(bench data)以及实机上的数据掌握电磁式可变溢流阀33的过调压力特性。0051 然后推算通过电磁式可变溢流阀33的溢流阀通过流量。关于该溢流阀通过流量，将附属装置工具控制用的附属装置设定流量Qatt看作与溢流阀通过流量相。
26、关的控制输入并使用。0052 即，一直以来，当使附属装置工具14的附属装置液压缸15工作时，为了不使附属装置液压缸15流过过大流量，通过负控压控制用的电磁比例阀28b进行与安装于作业装置13的附属装置工具14相应的泵流量限制控制。与该各附属装置工具14对应的泵流量限制值预先通过监控器29进行设定。将在该监控器29中设定的泵流量限制值用作表示上述附属装置工具控制用的附属装置设定流量Qatt即电磁式可变溢流阀33的通过流量的推算值。0053 接下来，使用图2所示的控制逻辑或图3所示的控制逻辑。0054 图2所示的控制逻辑是在过调修正压力运算部34a中使用了根据溢流设定压力Prel、上述附属装置设定。
27、流量Qatt、和过调修正压力P的关系预先制成的三维图41的修正方式。0055 像这样，通过将预先掌握的过调压力特性三维图化，并向该过调压力特性输入溢流设定压力Prel和上述附属装置设定流量Qatt来算出过调修正压力P，并从溢流设定压力Prel中减去过调修正压力P，从而根据与修正了过调压力特性而得到的修正后的溢流设定压力(指令压力)对应的电流值来控制电磁式可变溢流阀33。0056 图3所示的控制逻辑是能够将相对于溢流阀通过流量的过调压力特性线性近似的情况下的简易逻辑，使用了在不使用上述三维图41的情况下也能够比较容易地实现的过调修正压力运算部34b。0057 该过调修正压力运算部34b根据如图4。
28、所示的通过电流值(A0A7)所示的多个溢流设定压力Prel、和在各溢流设定压力Prel中将相对于溢流阀通过流量的过调压力特性线性近似的情况下的固定流量下的过调压力(流量、压力斜率)的关系预先制成的二维图42，通过向该二维图42输入溢流设定压力Prel来确定固定流量下的过调压力(流量、压说 明 书CN 102893036 A6/7页8力斜率)。0058 再有，对附属装置设定流量Qatt乘以增益G来调整该设定流量Qatt的影响力，通过与二维图42连接的乘法器43对固定流量下的过调压力(流量、压力斜率)乘以上述的设定流量GQatt，从而运算出附属装置设定流量Qatt下的过调修正压力P，将该过调修正压。
29、力P从溢流设定压力Prel中减去，根据与修正过调压力特性而得到的修正后的溢流设定压力(指令压力)对应的电流值来控制电磁式可变溢流阀33。0059 图5示出了过调压力修正的实验结果，可知修正前的过调压力特性量通过图4的指令压力所示的过调压力修正而明显减少，并接近目标压力。即，能够飞跃地提升相对于电磁式可变溢流阀33的目标压力的溢流压精度。0060 另外，如图7所示，在本控制方法中，根据附属装置设定流量Qatt算出电磁式可变溢流阀33的过调修正压力，并且不将控制可变容量型泵21的容量可变机构26的泵指令流量用于过调修正压力的计算，其中附属装置设定流量Qatt设定了设想流入到附属装置工具14的附属装。
30、置液压缸15中的流量。0061 与之相对，在图10所示的液压机等的液压控制中，根据泵指令流量算出过调修正压力，但若直接将该方式应用于基于负控压的流量限制系统中，则根据附属装置设定流量和其他执行机构连动时的其他执行机构工作所需的连动追加流量的和、即根据泵指令流量算出过调修正压力。0062 如上所述，在通过工作流体使多个液压执行机构连动的液压回路中，由控制器31根据与将通向附属装置液压缸15的流路23控制成溢流设定压力的电磁式可变溢流阀33的溢流设定压力和溢流阀通过流量相关的输入信号，向电磁式可变溢流阀33输出与修正该电磁式可变溢流阀33的过调压力特性而得到的溢流设定压力相关的指令信号，由此能够实。
31、现对电磁式可变溢流阀33的溢流设定压力的溢流压精度的提高，其中电磁式可变溢流阀33是为了限制附属装置液压缸15的工作压而设置的。0063 另外，能够使用具有三维图41的过调修正压力运算部34a和算出过调压力修正后的溢流设定压力的减法部35而正确地实现过调修正。0064 同样地，能够使用过调修正压力运算部34b和算出过调压力修正后的溢流设定压力的减法部35而容易地实现过调修正，其中，过调修正压力运算部34b具有将相对于溢流阀通过流量的上述过调压力特性线性近似的二维图42。0065 另外，控制器31将泵流量限制控制部27的泵流量限制值(附属装置设定流量)用作表示附属装置液压缸控制用的电磁式可变溢流。
32、阀33的通过流量的推算值，因此能够根据在监控器29设定的泵流量限制值而容易地规定电磁式可变溢流阀33的通过流量，其中，泵流量限制控制部27根据在监控器29中设定的、与设置在负控压流路25L中使用的附属装置相应的泵流量限定值来限制泵流量。0066 再有，能够提供对电磁式可变溢流阀33的过调压力特性进行修正来实现对溢流设定压力的溢流压精度的提高的作业机械M，其中电磁式可变溢流阀33是为了限制使安装于作业装置13的前端部的附属装置工具14工作的附属装置液压缸15的工作压而设置的。0067 工业实用性0068 本发明能够利用于制造、销售液压回路的控制装置及作业机械的工业中。0069 附图标记说明说 明 书CN 102893036 A7/7页90070 0071 说 明 书CN 102893036 A1/8页10图1说 明 书 附 图CN 102893036 A10。