專利名稱：用于工作機械的液壓控制設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于工作機械的液壓控制設備，其通過開放式中心液壓回路中的中央旁路中的負控制壓力來控制液壓泵的排出流動速率。
背景技術：
在傳統的設有開放式中心液壓回路的工作機械，例如液壓挖掘機和輪式裝載機中，通過中央旁路中的工作液壓來控制液壓泵的排出流動速率。例如，專利文獻1公開了一種中央旁路中設置有小孔(節流孔)的液壓回路結構，其中從小孔上游側引出的負控制通路與調節器控制閥相連通。在該技術中，調節器控制閥被控制為使得液壓泵的排出流動速率隨著負控制通道中的工作液壓(即負控制壓力)的降低而升高。該構造被認為，當回路中的液壓缸或液壓馬達不操作(即沒有任何操作，控制桿處于空檔位置)或者如果有操作但操作幅度(可操縱變化)非常小時，能夠通過將更高的負控制壓力引入到調節器控制閥來使得液壓泵的排出流動速率最小化。這種通過中央旁路中小孔的壓差來對液壓泵的排出流動速率進行的控制通常被稱為“負控制”。用于負控制的小孔節流特征基于當工作機械處于正常操作、即發動機以標定發動機速度轉動時液壓泵的排出流動速率的泵特征設定。例如，泵特征被設置成使得排出流動速率Q隨著負控制壓力Pn的降低而升高，并且使得排出流動速率Q隨著負控制壓力Pn的升高而降低，如圖3的實線所示。在該例中，標定發動機速度下的泵特征被設定成使得當負控制壓力Pn為第一壓力Pl或更大時排出流動速率Q被設定為第一流動速率Q1，而當負控制壓力Pn小于第二壓力P2時排出流動速率Q被設置為第二流動速率Q2(Q2 > Ql)。此外，在負控制壓力Pn滿足 P2 <= Pn < Pl的范圍內，排出流動速率Q與負控制壓力Pn的升高成比例地降低。對于這種泵特征，小孔的節流特征被設置成使得當控制桿處于空檔位置時產生的負控制壓力使得液壓泵的排出流動速率Q最小化。例如，如圖3的虛線所示，小孔的節流特征被設置成使得當排出流動速率Q為第一流動速率Ql時負控制壓力Pn ( S卩小孔上游壓力) 變為第一壓力Pl或更大。與圖3中實線和虛線的交點A相對應的壓力Pnl是當控制桿處于空檔位置時的負控制壓力，并且與該交點對應的泵流動速率為第一流動速率Ql。參考文獻專利文獻1 日本專利公開No. 2001-271806
發明內容
本發明所要解決的問題但是，用于液壓泵的這種排出流動速率Q的泵特征不能適用于實際發動機速度低于標定發動機速度的情況，因為該泵特征是針對標定發動機速度限定的。更具體地，當發動機速度降低時，泵排出流動速率與發動機速度的降低成比例地降低。因此，如圖3中點劃線所示，例如，針對相同的負控制壓力Pn的排出流動速率Q在整個范圍上降低。因此，當控制桿處于空檔位置時的負控制壓力是與圖3中的點劃線和虛線的交叉點B相對應的壓力Pn2，壓力Pn2小于第一壓力Pl。此外，如果在低于標定發動機速度的發動機速度下液壓泵的最小排出流動速率Q3 小于第一壓力Pl下小孔的流動速率Qs (即與點C相對應的流動速率)，那么與交叉點B相對應的泵流動速率Qr會大于最小排出流動速率Q3。換句話說，超過最小排出流動速率Q3 的泵流動速率Qr的多余液壓流體會浪費地流到液壓流體艙，這使得效率降低。在這種情況下，因為液壓泵以遠高于最低要求排放流動速率Q3的量排出液壓流體，所以出現壓力損失并且實際排出壓力低于期望排出壓力。如上文所述，傳統的負控制具有這樣的問題，即當發動機速度落到標定發動機速度以下時不能獲得最小泵排出流動速率。該問題可能會使得燃油效率降低。本發明針對上述問題進行考慮，且本發明的一個目的是提供一種用于工作機械的液壓控制設備，其在控制桿處于空檔位置時不管發動機速度如何都將液壓泵的排出流動速率保持為最低流動速率，以減小輸出，從而改進燃油消耗。解決問題的方法為了實現上述目的，根據權利要求1，本發明的用于工作機械的液壓控制設備的特征在于，所述設備包括發動機，其提供用于所述工作機械的驅動源；液壓泵，其設置在開放式中心液壓回路上并且由所述發動機驅動；液壓致動器，其設置在所述液壓回路中并且響應于所述液壓泵提供的液壓流體而操作；負控制回路，其將所述液壓回路中的中央旁路中的液壓作為負控制壓力引導到所述液壓泵；怠速檢測裝置，其檢測所述液壓致動器是否處于非操作狀態；以及負控制壓力控制裝置，其將所述負控制壓力控制為任意值，其中，所述液壓泵具有當所述負控制壓力大于或等于第一預定壓力時使所述液壓泵的排出流動速率最小化的泵特征，且當所述怠速檢測裝置檢測到所述液壓致動器的非操作狀態時，所述負控制壓力控制裝置將所述負控制壓力強制控制為所述第一預定壓力或更高。此外，根據權利要求2的本發明的用于工作機械的液壓控制設備的特征在于，除了權利要求1所述的結構之外，還包括壓力開關，其根據是否存在對與所述液壓致動器相連的操作桿的操作輸入而輸出開或關信號，其中，當從所述壓力開關接收到關信號時，所述怠速檢測裝置檢測到非操作狀態。此外，根據權利要求3的本發明的用于工作機械的液壓控制設備的特征在于，除了權利要求2的結構之外，當從所述壓力開關持續地接收到關信號預定的時間段時，所述怠速檢測裝置檢測到非操作狀態。換句話說，當怠速檢測裝置，即發動機的自動減速功能被致動時檢測到液壓致動器的非操作狀態。此外，根據權利要求4的本發明的用于工作機械的液壓控制設備的特征在于，除了權利要求1-3中的任意一項所述的結構之外，還包括液壓鎖定裝置，其鎖定與所述液壓致動器相連的控制閥的操作，其中，當所述液壓鎖定裝置被致動時所述怠速檢測裝置檢測到非操作狀態。發明效果根據本發明的用于工作機械的液壓控制設備(權利要求1)，因為當液壓致動器處于非操作狀態時負控制壓力的最小值被強制控制為第一預定壓力或更高，所以與發動機速度無關地保持更高的負控制壓力，從而保持從液壓泵的最小排出流動速率。這能夠幫助改進燃料效率。此外，根據本發明的用于工作機械的液壓控制設備(權利要求2)，通過檢查操作桿是否存在任何操作輸入，非操作狀態可以由簡化的結構可靠地檢測。此外，根據本發明的用于工作機械的液壓控制設備(權利要求3)，通過向用于確定非操作狀態的狀況添加時間限制，可防止控制在短時間段內被反復執行，這可以使得控制穩定化。此外，根據本發明的用于工作機械的液壓控制設備(權利要求4)，可以通過檢查液壓鎖定裝置的操作來更可靠地檢測非操作狀態。此外，僅當操作者致動液壓鎖定裝置時才確定非操作狀態，這幫助改進操作感受。
圖1示出液壓回路示圖，其示意性地示出使用根據本發明的實施方式的用于工作機械的液壓控制設備的液壓回路；圖2示出表示液壓泵的排出流動速率和該液壓控制設備的負控制壓力之間的關系的曲線圖；且圖3示出表示傳統液壓控制的曲線圖。
具體實施例方式下面將參照
本發明的實施方式。1.構造本發明適用于液壓挖掘機的開放式中心液壓回路10，如圖1示意性地示出。該圖示出用于操作液壓缸3以使得前工作機械延伸和縮回的液壓回路的示意性構造。液壓泵2被發動機1驅動以將存儲在液壓流體艙11中的液壓流體排出到液壓回路10。液壓流體從液壓泵2通過控制閥8被供應到液壓缸3。此外，液壓泵2設有調節器 2a以控制從液壓泵2排出的液壓流體的流動速率。發動機的速度可以由操作者使用加速轉盤16任意地設置。例如，當加速轉盤16被設置在位置1，發動機1被控制成保持最慢的發動機速度(IOOOrpm)。此外，當加速轉盤16被設置在位置10，發動機1被控制成保持最快的發動機速度(2000rpm)。這樣，根據加速轉盤16的位置步進地設置發動機速度。注意該發動機1的輸出(單位為馬力)隨著加速轉盤16的位置讀數的增加而增加。因此，加速轉盤16的最大位置，即位置10，提供最高的發動機輸出。液壓泵2的輸出 (單位為馬力)也根據發動機輸出而設置。控制閥8被構造成通過在多個閥芯(流動速率控制閥桿)位置之間切換來可變地控制液壓流體的分配方向和流動速率的控制閥。此外，操作先導管線14連接至控制閥8的閥芯的各端。操作先導管線14連接至遠程控制閥13，遠程控制閥13根據操作桿13的操作幅度而打開或關閉以引導與對閥芯的操作幅度相對應的先導壓力。這里，設置兩個操作先導管線14來響應操作桿13向兩個方向的操作。由此，如果操作桿13向兩個方向中的任一方向操作，控制閥8的閥芯豎直地(如圖1所示豎直地)移動，以根據操作桿的操作幅度而控制供給到液壓缸3的液壓流體的流動速率，從而延伸或縮回液壓缸3。此外，選擇滑閥7a與控制閥8并行地設置在操作先導管線14之間。選擇滑閥7a 起選擇兩個操作先導管線14中具有較高壓力的一個的作用。被選擇的先導壓力被引入至壓力開關7。壓力開關7是僅當高于控制桿的空檔位置(控制桿未被操作時)壓力的先導壓力被輸入時才輸出開信號的開關。因為從選擇滑閥7a引入的壓力不取決于操作桿13被操作的方向，所以壓力開關7響應于操作桿13的任何操作輸入而輸出開信號。相對地，壓力開關7在操作桿13處于空檔位置時輸出關信號。該開或關信號被發送至控制器5，后文將對控制器進行說明。在中央旁路15、即當操作桿13處于空檔位置時液壓泵2排出的液壓流體的返回路徑中，小孔9和負控制釋放閥17彼此并行地設置。此外，負控制回路4設置在從中央旁路 15的分支中，該分支在小孔9和負控制釋放閥17的上游側(更靠近控制閥8)。負控制回路4是用于對液壓泵2的調節器加進行負控制的回路。“負控制”這一術語是指通過響應于負控制回路4的工作液壓的任何上升或下降而減小或增加液壓泵2的排出流動速率以保持液壓泵2的輸出基本恒定的控制。這里通過負控制回路4引入到調節器加的工作液壓被稱為“負控制壓力”。小孔9和負控制釋放閥17都是用于產生負控制壓力的閥。負控制釋放閥17起安全閥的作用，其將中央旁路15中的工作液壓限制在預設的上限或更低的范圍內。小孔9是節流閥，其限制從中央旁路15排出到液壓流體艙11中的液壓流體的流動速率。由小孔9和負控制釋放閥17所產生的負控制壓力Pn與中央旁路15中的液壓流體的流動速率Q相關，如圖2中的虛線所示，其中負控制壓力Pn隨著流動速率Q的增加而增加。關于小孔9的節流特征，負控制壓力Pn與流動速率Q之間的相互關系由下述公式1 表不Pn+ (公式 1)(其中ρ代表液壓流體的密度，C代表流動速率系數，A代表開口面積，且Pt代表艙壓力)。要被引入調節器加的負控制壓力Pn與由該負控制壓力Pn控制的液壓泵2的排出流動速率之間的關系在圖2中示出。當操作桿13處于空檔位置時，液壓泵的排出流動速率等于中央旁路15中的液壓流體的流動速率Q。接下來的說明中將使用符號“Q”表示操作桿13處于空檔位置時的排出流動速率。圖2中的實線表示發動機1處于標定發動機速度時的泵特征，即當加速轉盤16設置到位置10時的泵特征。圖2中的點劃線表示當發動機1以低于標定發動機速度的速度轉動時的泵特征，即當加速轉盤設置到位置1時的泵特征。當加速轉盤16被設置為位置10時的泵特征設置成使得當負控制壓力Pn大于或等于第一壓力Pl (第一預定壓力)時排出流動速率Q被設置為第一流動速率Q1，而當負控制壓力Pn小于第二壓力P2時排出流動速率Q被設置為第二流動速率Q2(Q2 > Ql)。此外， 在負控制壓力Pn滿足Pl <= Pn < P2的范圍內，排出流動速率Q與負控制壓力Pn的增加成比例地減小。此外，當加速轉盤16被設置為位置1時的泵特征設置成使得總體流動速率Q與加速轉盤16被設置為位置10時相比變得更小。一般地，排出流動速率Qr可以以下述公式2 表示，其中Qp是發動機1處于標定發動機速度時的排出流動速率且N為發動機1的實際發動機速度
「_ η 實際發動機速度# n (八^ 9、込=標定發動機艦·込(公式2)因此，當加速轉盤16從位置10 (標定發動機速度2000rpm)變為位置1 (IOOOrpm) 時流動速率Q減小到一半。如上文所述表示小孔9的節流特征的圖2中的虛線在大于或等于第一壓力Pl的范圍內與發動機1在標定發動機速度時的泵特征曲線相交。換句話說，小孔9的節流特征被設置成使得產生負控制壓力以將控制桿處于空檔位置時來自液壓泵2的液壓流體的流動速率設置為第一流動速率Ql。因此，與兩條曲線的交叉點A對應的壓力Pnl是當控制桿處于空檔位置時的負控制壓力，并且與該交叉點A相對應的流動速率為Ql。2.對負控制壓力的控制NFC (負流動控制)閥6設置在負控制回路4中。NFC閥6起在非致動狀態下強制負控制壓力Pn升高的負控制壓力控制裝置的作用，并且被構造成包括用于選擇較高壓力的選擇滑閥6a和螺線管比例減壓閥6b。螺線管比例減壓閥6b被用于將先導泵12所供給的液壓流體引導至負控制回路4，并且在控制器5的控制下打開或關閉。這里，螺線管比例減壓閥6b的閥打開比率被設置為使得當螺線管比例減壓閥6b 被打開(被勵磁)時下游側的液壓壓力變為預定壓力Pc (Pc > =Pl)。由此，引入到調節器 2a的負控制壓力Pn被強制保持為預定壓力Pc，而與小孔9的實際上游壓力值無關。在該實施方式中，預定壓力被設置為小于與圖2中的交叉點A對應的壓力Pnl。如圖1所示，螺線管比例減壓閥6b也連接至液壓流體艙11，當螺線管比例減壓閥 6b關閉(未勵磁)時第二壓力(下游壓力)被設置為最低壓力(艙壓力)。控制器5 (怠速檢測裝置)是由微型計算機構建的電子控制設備，并且設置為其上集成有現有的微處理器、R0M、RAM等的LSI裝置。控制器5具有檢測裝置的功能，其檢測液壓缸3是否處于非操作狀態。更具體地，控制器5控制螺線管比例減壓閥6b在從壓力開關 7輸入關信號時被勵磁。另一方面，控制器5控制螺線管比例減壓閥6b在從壓力開關7輸入開信號時不被勵磁。3.應用和效果當在加速轉盤16被設置為位置10的液壓挖掘機中在操作桿13上進行操作輸入時，根據操作的幅度在先導管線14上產生先導壓力以對控制閥8進行控制。中央旁路15的工作液壓隨著操作桿13的操作幅度增大而減小。另一方面，因為控制器5控制螺線管比例減壓閥6b在該情況下不被勵磁，所以中央旁路15側的工作液壓在選擇滑閥6a處被選擇。 因此，經過負控制回路4引入到調節器加的負控制壓力Pn被減小，從而增加從液壓泵2排出的液壓流體的流動速率。然后，當不對操作桿13進行操作輸入時，作為小孔9上游壓力的負控制壓力Pn變為壓力Pnl。另一方面，控制器5控制螺線管比例減壓閥6b被勵磁，從而在螺線管比例減壓閥6b的下游側產生預定的壓力Pc。在該情況下，因為在選擇滑閥6a處中央旁路15側的工作液壓Pnl高于螺線管比例減壓閥6b側的工作液壓Pc，所以中央旁路15側的工作液壓 Pnl被引入調節器加。此外，當加速轉盤16從位置10變為位置1時，中央旁路15中液壓流體的流動速率Q減小，這減小選擇滑閥6a處中央旁路15側的工作液壓。換句話說，壓力沿著圖2中表示小孔9的節流特征的虛線降低。但是，選擇滑閥6a另一側所產生的預定壓力Pc防止被引入調節器加的先導壓力Pn下降到低于預定壓力Pc。更具體地，液壓泵2的排出流動速率Q與引入到調節器加的先導壓力Pn之間的關系變為如圖2所示的點A’，這使得從液壓泵2的排出流動速率Q最小化。如上所述，根據該液壓控制回路，由于在操作桿13沒有任何操作輸入的情況下負控制壓力Pn的最小值被強制控制為預定壓力Pc，所以保持與發動機速度無關的更高的負控制壓力Pn，這可以使得液壓泵2的排出流動速率Q最小化。這可以幫助在怠速操作期間 (當不進行操作時)減小液壓能損失，從而提高能量消耗效率。此外，操作桿13的空檔狀態可以由簡化的結構來檢測，其能夠可靠地檢測液壓缸 3的非操作狀態。4.其他雖然已經描述了本發明的一種實施方式，但是本發明并不限于上述實施方式，并且在不脫離本發明的精神的情況下可以進行多種修正。例如，雖然在上述實施方式中控制器5致動螺線管比例減壓閥6b的觸發是從壓力開關7輸入的關信號，但是除了關信號外或者替代關信號可以使用其他的觸發。這種用于啟動控制的觸發的例子如下-當關信號被持續地輸入預定的時間段，不管加速轉盤的操作-當液壓鎖定桿被關閉，不管加速轉盤的操作-當加速轉盤被調低，并且檢測到操作桿13的空檔位置-當加速轉盤被調低，并且關信號被持續地輸入預定的時間段-當加速轉盤被調低，并且液壓鎖定桿被關閉如上文所述，通過給狀況加上時間限制以確定液壓缸3處于非操作狀態，防止控制在短時間內被反復執行，從而使得控制穩定化。注意當發動機的自動減速功能被致動時， 液壓致動器的非操作狀態可以被檢測。此外，可以通過檢查用于鎖定控制閥8的閥芯的液壓鎖定桿(液壓鎖定裝置)的操作狀態來更可靠地檢測非操作狀態。在這種情況下，僅當操作者啟動液壓鎖定裝置時才確定非操作狀態，這幫助改進操作感受。此外，雖然已經參照液壓操作的操作桿13描述了上述實施方式，本發明也適用于電動操作桿。如果使用電動操作桿，通過向控制器5輸入與操作桿的操作輸出幅度相關的信號可以實現與上述實施方式相類似的效果。雖然在上述實施方式中預定的壓力Pc被設置在Pl < = Pc < = Pnl的范圍內，如圖2所示，但是只要預定的壓力Pc滿足至少Pl <= Pc就能夠實現與上述實施方式類似的效果。工業實用性
本發明適用于多種工作機械的制造工業，例如液壓挖掘機以及推土機、輪式裝載機、液壓起重機。附圖標記說明1發動機2液壓泵2a調節器3液壓缸4負控制回路5控制器(怠速檢測裝置)6NFC閥(負控制壓力控制裝置)6a選擇滑閥6b螺線管比例減壓閥7壓力開關7a選擇滑閥8控制閥(控制閥)9 小孔10液壓回路11液壓流體艙12先導泵13操作桿13a遠程控制閥14操作先導管線15中央旁路16加速轉盤17負控制釋放閥
權利要求
1.一種用于工作機械的液壓控制設備，包括 發動機，其提供用于所述工作機械的驅動源；液壓泵，其設置在開放式中心液壓回路上并且由所述發動機驅動；液壓致動器，其設置在所述液壓回路中并且響應于所述液壓泵提供的液壓流體而操作；負控制回路，其將所述液壓回路中的中央旁路中的液壓作為負控制壓力引導到所述液壓泵；怠速檢測裝置，其檢測所述液壓致動器是否處于非操作狀態；以及負控制壓力控制裝置，其將所述負控制壓力控制為任意值，其中，所述液壓泵具有當所述負控制壓力大于或等于第一預定壓力時使所述液壓泵的排出流動速率最小化的泵特征，且當所述怠速檢測裝置檢測到所述液壓致動器的非操作狀態時，所述負控制壓力控制裝置將所述負控制壓力強制控制為所述第一預定壓力或更高。
2.根據權利要求1所述的用于工作機械的液壓控制設備，還包括壓力開關，其根據是否存在對與所述液壓致動器相連的操作桿的操作輸入而輸出開或關信號，其中，當從所述壓力開關接收到關信號時，所述怠速檢測裝置檢測到非操作狀態。
3.根據權利要求2所述的用于工作機械的液壓控制設備，其中，當從所述壓力開關持續地接收到關信號預定的時間段時，所述怠速檢測裝置檢測到非操作狀態。
4.根據權利要求1-3中的任意一項所述的用于工作機械的液壓控制設備，還包括液壓鎖定裝置，其鎖定與所述液壓致動器相連的控制閥的操作，其中，當所述液壓鎖定裝置被致動時所述怠速檢測裝置檢測到非操作狀態。
全文摘要
由發動機驅動的液壓泵(2)、液壓致動器(3)、以及負控制回路(4)設置在開放式中心液壓回路(10)中，并且中央旁路中的液壓作為負控制壓力被引導到液壓泵(2)。另外，將負控制壓力控制為預定值的負控制壓力控制裝置(6)也設置在負控制回路(4)中。液壓泵(2)的泵特征被確定為當負控制回路(4)中的負控制壓力不小于第一預定壓力時使得排出流動速率最小化。此外，設置檢測液壓致動器(3)是否處于非操作狀態的怠速檢測裝置(5)，使得當檢測到非操作狀態時負控制壓力等于或大于第一預定壓力。
文檔編號E02F9/22GK102414454SQ20108001838
公開日2012年4月11日 申請日期2010年8月17日 優先權日2009年9月4日
發明者中西學, 土井敦亙, 島原圣, 柴田雅史, 清水裕介, 秋山征一, 西川裕康 申請人:卡特彼勒S.A.R.L公司