CN101370987A - 用于工程机械的控制***以及用于控制液压缸的方法 - Google Patents

用于工程机械的控制***以及用于控制液压缸的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于工程机械(101)的控制***，所述***包括电动机构(202)、液压机构(204)和至少一个液压缸(108)。电动机构(202)以驱动方式连接至液压机构(204)。液压机构(204)通过第一管路(210)连接至液压缸(108)的活塞侧(208)，并且通过第二管路(214)连接至液压缸(108)的活塞杆侧(212)。在第一工作状态，液压机构(204)适合于由电动机构(202)驱动并且向液压缸(108)提供来自油箱(216)的加压流体；在第二工作状态，液压机构(204)适合于由来自液压缸(108)的液压流体流驱动并且驱动电动机构。

Description

用于工程机械的控制***以及用于控制液压缸的方法
技术领域
本发明涉及一种用于工程机械的控制***以及一种用于控制至少一个液压缸的方法。
背景技术
本发明将参照具体形式为轮式装载机的工程机械进行描述。这是本发明优选但非限制性的应用场合。本发明还可以用于其他类型的工程机械(或作业车辆)，比如挖掘装载机(反铲装载机)和挖掘机械。
例如，本发明涉及控制用于操作工具的提升液压缸和/或倾斜液压缸。
更确切地说，本发明涉及一种控制***，所述控制***包括液压机构，所述液压机构起到泵和马达的作用。液压机构以驱动方式连接至电动机构，所述电动机构起到电动机和发电机的作用。
因此，在第一工作状态，液压机构起到泵的作用，并且提供加压流体至液压缸。在第二工作状态，液压机构还起到液压马达的作用，并且其由来自液压缸的液压流体驱动。因此，电动机构在第一工作状态起到电动机的作用，在第二工作状态起到发电机的作用。
第一工作状态对应于利用液压缸执行的作业操作，比如提升或倾斜。因此，液压流体被引导至液压缸，用于实现液压缸活塞的运动。另一方面，第二工作状态是能量回收状态。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种控制***，优选地，所述控制***用于提升和/或倾斜功能，使高能效的运行成为可能。
通过根据权利要求1所述的控制***来实现此目的。因此，利用用于工程机械的控制***实现所述目的，所述***包括电动机构、液压机构和至少一个液压缸，电动机构以驱动方式连接至液压机构，液压机构通过第一管路连接至液压缸的活塞侧，并且通过第二管路连接至液压缸的活塞杆侧，在第一工作状态，液压机构适合于由电动机构驱动并且向液压缸提供来自油箱的加压流体；在第二工作状态，液压机构适合于由来自液压缸的液压流体流驱动并且驱动电动机构。
优选地，液压缸适合于移动工具，以便执行作业功能。根据第一实例，液压缸包括用于移动装载臂的提升液压缸，所述装载臂可枢转地连接至车架，工具设置在装载臂上。根据第二实例，液压缸包括用于移动工具的倾斜液压缸，所述工具可枢转地连接至装载臂。
优选地，通过电动机构直接地控制液压缸的速度，也就是说，在液压机构和液压缸之间无需控制阀来调节运动的方向和速度。在一些情况下，需要设置通/断阀，所述通/断阀分别开启和关闭液压流体流的通路。
根据本发明的一个优选实施例，液压缸具有第一端口和第二端口，所述第一端口通过第一管路连接至液压缸的活塞侧，所述第二端口通过第二管路连接至液压缸的活塞杆侧。因此，第二端口与第一端口分隔开。此外，优选地，液压机构设置在两个不同的方向上驱动，一个方向涉及流体从第一端口流出，第二个方向涉及流体从第二端口流出。因此，液压机构能够双向泵送流体。
根据本发明的另一个优选实施例，***包括用于控制压力的装置，所述压力装置设置在位于液压机构和油箱之间的管路上，以实现液压机构和压力装置之间的压力增大。这样，可以在下降期间实现液压缸的活塞杆侧的再次装油，实现工具的强制下降(所谓的＂强制向下＂)，以及实现能量回收，等等。优选地，活塞侧或活塞杆侧连接至液压机构和压力装置之间的管路。
本发明的第二个目的是提供一种用于控制液压缸的方法，所述液压缸可以执行工具的强制下降(＂强制向下＂)。
利用根据权利要求42所述的方法实现此目的。因此，利用控制受到负载影响的液压缸的方法实现此目的，其中液压机构通过第一管路可运行地连接至液压缸，并且通过第二管路连接至油箱，所述方法包括如下步骤：以这样的方式控制液压机构，即，允许来自液压缸的液压流体流驱动液压机构；检测表征液压缸的活塞侧的压力的运行参数；将检测到的压力与预定值相比较；如果检测到的压力小于预定值，那么增加液压缸的活塞杆侧的压力。
通过此方法，还可以在下降期间实现液压缸的活塞杆侧的再次装油。
本发明的第三个目的是实现一种这样的方法，其使得在液压缸在负载影响下的运动期间可以高效地回收能量。
利用根据权利要求48所述的方法实现此目的。因此，利用在液压缸在负载影响下运动期间再生能量的方法实现此目的，其中液压机构通过第一管路可运行地连接至液压缸，并且通过第二管路连接至油箱，所述方法包括如下步骤：以这样的方式控制液压机构，即，允许来自液压缸的液压流体流驱动液压机构；检测至少一个运行参数；基于检测到的运行参数，增加位于液压机构和油箱之间的管路内的压力。
其他从属权利要求及下面的描述揭示了本发明的其他优选实施例和发明效果。
附图说明
本申请将参照附图中所示出的实施例对本发明进行详细描述，其中：
图1示出了轮式装载机的侧视图；
图2—6示出了用于控制轮式装载机的作业功能的控制***的不同的实施例；
图7示出了用于控制轮式装载机的若干功能的控制***的实施例；
图8示出了用于控制轮式装载机的一个或多个功能的控制***；
图9示出了用于控制轮式装载机的作业功能的控制***的另一个实施例；
图10示出了用于根据第一实例的工具的强制下降的流程图；
图11示出了用于根据第一实例的能量回收的流程图；和
图12—14示出了控制***的三个附加的实施例。
具体实施方式
图1示出了轮式装载机101的侧视图。轮式装载机101包括车辆前部102和车辆后部103，所述车辆前部102和车辆后部103都包括车架和一对驱动轴112、113。车辆后部103包括驾驶室114。车辆的前、后部102、103以这样的方式相互连接在一起，即，通过两个液压缸104、105，它们可以绕着竖直轴线相对于对方枢转，所述两个液压缸104、105连接至车辆的前、后部102、103。因此，液压缸104、105设置在车辆纵向中心线的不同侧，用于使轮式装载机101转向或转弯。
轮式装载机101包括用于处理目标物或材料的装置111。装置111包括提升臂装置106和具体形式为铲斗的工具107，所述铲斗安装在提升臂装置上。此处，铲斗107装满材料116。提升臂装置106的第一端可旋转地连接至车辆前部102，用于形成铲斗的提升运动。铲斗107可旋转地连接至提升臂装置106的第二端，用于形成铲斗的倾斜运动。
通过两个液压缸108、109，提升臂装置106可以相对于车辆前部102升高及降低，所述各液压缸108、109在一端连接车辆前部102，在另一端连接提升臂装置106。通过第三液压缸110，铲斗1107可以相对于提升臂装置106倾斜，所述液压缸110在一端连接至车辆前部102，在另一端通过连杆臂***连接至铲斗107。
下面将更详细地描述用于轮式装载机101的液压功能的控制***的若干实施例。这些实施例涉及通过提升液压缸108、109来提升和下降提升臂106，参见图1。然而，控制***的各种实施例还可以用于通过倾斜液压缸110倾斜铲斗107。
图2示出了用于执行提升臂106的提升和下降的控制***201的第一实施例，参见图1。因此，图2中的液压缸108相当于提升液压缸108、109(虽然在图2中只出示了一个液压缸)。
控制***201包括电动机构202、液压机构204和提升液压缸108。电动机构202通过中间传动轴206以可机械驱动的方式连接至液压机构204。液压缸108通过第一管路210连接至液压缸108的活塞侧208，通过第二管路214连接至液压缸108的活塞杆侧212。
在第一工作状态，液压机构204适合于起到泵的作用，其由电动机构202驱动并且向液压缸108提供来自油箱216的加压流体；在第二工作状态，液压机构204适合于起到马达的作用，由来自液压缸108的液流驱动并且驱动电动机构202。
在第一工作状态，液压机构204适合于控制液压缸108的活塞218的速度。因此，对于所述控制来说，在液压机构和液压缸之间无需控制阀。更确切地说，控制***201包括控制单元802，参见图8，其电气连接至电动机构202，以便在第一工作状态通过控制电动机构来控制液压缸108的活塞的速度。
液压机构204具有第一端口220和第二端口222，所述第一端口220通过第一管路210连接至液压缸的活塞侧208，所述第二端口222通过第二管路214连接至液压缸的活塞杆侧212。此外，液压机构204的第二端口222连接至油箱216，以便允许液压机构在第一工作状态通过第二端口222从油箱216抽取油并通过第一端口220将油提供至液压缸108。
在某些情况下，比如，当希望向下挤压材料或平整某些东西时，相对于只有负载驱动活塞218的运动时的情况来说，必须利用更大的力来降低铲斗107。这样的力或加强的下降通常被称为＂强制向下＂。此强制向下功能还可以用于提升车辆。控制***201包括用于控制压力的装置224，所述压力装置224设置在液压机构204的第二端口222和油箱216之间的管路226上，以便允许活塞杆侧212的压力增大(build-up)。更确切地说，压力控制装置224包括电控限压阀。
控制***201还包括用于检测液压缸的活塞侧208的压力的传感器228。当在活塞侧检测到低压力值时，至油箱的管路226被限压阀224阻塞，其导致至活塞杆侧的管路214内的压力增加，并且获得所述增强的向下运动(强制向下)。在下降期间，压力传感器记录下活塞侧的压力低于特定值(例如20bar)。随后，电控压力限制器的压力值增加至适当的大小，以致液压缸的活塞杆侧的压力增大。
换句话说，利用液压缸的活塞杆侧连接至所述管路226，从液压机构204至油箱的管路226的液流部分地受到限制。
根据利用电控限压阀实现工具强制下降的一个可替选方案，可以在工具的正常下降期间控制阀，以便将液压缸的活塞杆侧上的压力增加到能实现活塞杆侧的再次装油的程度。在此情况下，液压缸的活塞杆侧的压力不需要增加至与在强制下降期间相同的程度。
电控压力限制器224因此能用作支持阀(back-up valve)，用于当执行下降操作时使活塞杆侧212再次装油。背压可以根据需要改变，并且可以尽可能地保持低，这样节能。油越热，背压可以越低；下降的速率越慢，背压可以越低。当存在过滤的液流时，背压可以为零。
图10示出了用于强制下降中的逻辑回路的流程图。在接收到要求＂强制向下＂的信号后，逻辑回路开始于初始模块1001。在此之后，控制装置转至模块1003，其中读取来自压力传感器228的压力信号。在接下来的模块1005中，检测到的压力值与预定的第一向上压力值相比较。如果检测到的压力值小于预定压力值，那么信号被发送至电控限压阀224，以致其增加液压缸的活塞杆侧的压力，参见模块1007，足以用于＂强制向下＂功能。如果检测到的压力值大于预定压力值，那么信号被发送至电控限压阀224，以致其设定液压缸的活塞杆侧的第二预定压力，其具体形式为基本压力，参见模块1009。基本压力对应于足够产生活塞杆侧的再次装油的压力值，例如4bar。
本发明的另一方面涉及一种用于在负载影响下在提升液压缸108、109下降期间再生能量的方法。例如，此方法可以用于储能装置(比如超级电容)的卸载。一个实例包括处于充满状态的储能装置，因此，必须通过某种其他方式利用能量，以便允许下降。下面是用于将液压流体内的下降能转换为热能的方案的实例。
在装载臂的下降期间或清空铲斗期间，能量可以再生.如果能量存储几乎已满，那么不能发生下降/清空的整个运动。在此情况下，能量因此可以作为热能转移至液压油箱。
因此，液压机构204通过第一管路210可操作地连接至液压缸108、109，通过第二管路226可操作地连接至油箱216。在能量再生期间，控制液压机构204使其允许由来自液压缸108的液压流体流驱动。所述方法包括如下步骤：检测至少一个运行参数，并且基于检测到的运行参数增加位于液压机构204和油箱216之间的管路226内的压力，以便增加液压机构204的油箱侧的压力。
更具体地说，所述方法包括如下步骤：基于检测到的运行参数，以这样的方式控制设置在液压机构204和油箱216之间的管路226上的压力控制装置224，即，增加液压机构204的油箱侧的压力。通过电动机构202，能量从液压机构204中适当地再生至储能装置820，参见图8。
通过增压先导控制(pilot-controlled)压力限制器224，多余液流(＝活塞容量—活塞杆体积)将经过压力限制器224到达油箱，因此，此能量可以被转出。如果活塞杆侧的区域是活塞侧区域的70％，那么这意味着下降能量的30％可以转出至油箱。
然后，对活塞杆侧212进行增压，意味着活塞侧208的压力增加至更高的水平。这意味着，此方法仅能用于这样的负载，其中，压力水平不超过泵可以处理的水平，或者是压力水平不超过震动阀可以开启的水平。电动机202的速度确定液压缸的速度。
根据第一实施例，因此，所述方法包括如下步骤：首先，检测表征储能装置820内的当前能量水平的运行参数；将检测到的能量水平值与预定值相比较；如果检测到的能量水平超过预定值，那么增加液压机构204的油箱侧的压力。预定值对应于储能装置全满，或者是几乎全满。在这种情况下，必须避免试图向储能装置存储更多的能量。通过使限压阀224增加压力，储能装置因此卸载。换句话说，多余的能量在限压阀224内泄放。因此，多余能量基本上被转换为液压流体内的热能。
根据可选的实施例，可以选择通过限压阀224泄放能量，即使储能装置没有全满时也是如此。例如，可以选择从附加的子***泄放多余能量，例如参见图5，通过限压阀224泄放多余能量。
根据另一个可选的实施例，所述方法包括如下步骤：检测操作者(比如驾驶员)的输入，所述输入表征能量将被再生，并且相应地控制液压机构的油箱侧的压力。更具体地说，检测驾驶员操作的操纵杆的位置。如果操纵杆离开基本位置朝向表明负载下降的方向运动时，产生相对应的信号。优选地，同时接受来自操纵杆的信号和来自储能装置的信号，以便使限压阀增加油箱侧的压力。
根据另一个可选方案，或者是附加的方案，所述方法包括如下步骤：检测第一管路210内的压力；将较检测到的压力值比预定值相比较；如果检测到的压力值超过预定值，增加液压机构204的油箱侧的压力。在此情况下，预定压力值表征正在执行能量回收运动。
根据另一个可选方案，或者是附加的方案，所述方法包括如下步骤：检测液压缸108、109的运动方向；如果检测到的方向对应于液压缸由负载驱动的方向，那么控制液压机构204的油箱侧的压力。
图11示出了用于能量再生的逻辑回路的流程图。逻辑回路开始于初始模块1101。在此之后，控制单元转至模块1103，其中读取来自储能装置的信号。在接下来模块1105中，将检测到的能量值与预定能量值相比较.如果检测到的能量值大于预定值，那么逻辑回路转至模块1107。在模块1107，读取来自驾驶员的信号。在接下来模块1109中，判断检测到的驾驶员输入是否表明将进行能量再生.如果是这样，那么，信号被发送至电控限压阀224，以致其增加液压缸的活塞杆侧的压力，参见模块1111。
计算机通过位置传感器248监测液压缸108的位置，并且通过压力传感器228监测液压缸的负载。可选地，液压缸108上的负载可以基于延迟负载所需的电能来计算。控制单元802还监测储能装置820内有多少能量。控制单元802现在计算：如果完全地执行下降，此功能将产生多少能量。此计算结果与储能装置820内可以再生出的能量大小相比较。在此基础上，计算机可以确定何时开始减小能量以及其应该有多大。
图12示出了根据图2的控制***的变型1201。位于连接至液压缸的活塞杆侧108的管路214上的阀1237能够可变地调整。更具体地说，阀1237包括先导控制减压阀。利用此***，所有能量可以转为油中的热能。
当负载下降时，由于先导控制减压阀1237的作用，可以进行活塞杆侧212的再装油。在下降阶段，活塞杆侧212的压力因此可以被调节至接近于零的水平。然后，通过阀1237的液流和压降在油中产生热量。剩余的油量(＝活塞容量—活塞杆体积)可以通过先导控制压力限制器224到达油箱，并且，其能量可以通过阀设定的压降而减少。
可以通过减压阀1237和限压阀224控制将减小多少能量。通过增加限压阀224的压力值，可以使泵/马达消耗能量，取代再生能量。如果能量存储装置820需要暂时地清空至某种程度，那么这可能是有用的。电动机的速度确定液压缸的速度。
根据图12中所述的实施例，控制单元802一直检查能量存储装置820内有多少能量。如果其开始接近最大值，可以执行能量减少，从而达到一个不会导致能量存储装置＂过载＂的水平。
下面将更详细地描述根据图2的控制***201。
液压机构204的第一端口220通过第一吸入管路230连接至油箱216。具体形式为单向阀的装置232适合于允许从油箱中吸取液压流体并防止液压流体通过吸入管路230流向油箱。
液压机构204的第二端口222通过第二吸入管路234连接至油箱216。具体形式为单向阀的装置236适合于允许从油箱中吸取液压流体并防止液压流体通过吸入管路234流向油箱。
用于开启/关闭的装置237设置在位于液压机构204的第二端口222和液压缸108的活塞杆端212之间的第二管路214上。此装置237包括一个二位电控阀。在第一位置，管路214开启可以双向流通。在第二位置，阀具有单向阀功能，只允许流体在朝向液压缸108的方向上流动。在提升运动期间，电控阀237打开，电动机构202的转速确定液压缸108的活塞218的速度。液压流体通过第二管路234从油箱216中抽取，并且通过第一管路210被泵送至液压缸108的活塞侧208。
附加管路242连接液压机构204的第二端口222和油箱216。
用于开启/关闭的装置243设置在位于液压机构204的第一端口220和液压缸108的活塞端208之间的第一管路210上。此装置243包括一个二位电控阀。在第一位置，管路210开启，可以双向流通。在第二位置，阀具有单向阀功能，只允许流体在朝向液压缸108的方向上流动。
如果在下降运动期间铲斗107应当突然停止(如果铲斗撞击地面可能发生这种情况)，那么液压机构204将没有时间来停止。在此情况下，液压流体可能通过吸入管路230从油箱216中抽取出来，并且通过附加管路242。
电控阀237、243起着负载保持阀的作用。当承载有负载时它们关闭，以便不消耗电能，同时还防止当驱动源关闭时负载跌落。根据可选的方案，省去了位于活塞杆侧212的阀237。然而，因为外力可以升高提升臂106，所以保留阀237是有利的。
过滤装置238和热交换器240设置在位于液压机构204的第二端口222和油箱216之间的附加管路242上。当提升功能处于不作用位置时，由于液压机构204驱动来自油箱216的循环液流首先通过第一吸入管路230然后通过附加管路242，可以获得附加的过滤及加热液流。因此，在到达油箱之前，液压流体通过热交换器240和过滤装置238。
通过在液压流体以上述方式的被泵送至油箱的同时提高电控压力限制器224的压力，还存在液压流体的辅助加热的其他可能性。当然，当使用提升功能时也可以这样。
第一限压阀245设置在将液压机构204的第一端口220连接至油箱216的管路上。第二限压阀247设置在将液压缸108的活塞侧208连接至油箱216的管路上。两个限压阀245、247连接至位于液压机构204和液压缸108的活塞侧208之间的第一管路210，位于阀243的不同侧。两个限压阀245、247，其也被称为震动阀，它们由弹簧加载，并且被调节成在不同的压力下开启。根据实例，第一限压阀245被调节成在270bar的压力下开启，第二限压阀247被调节成在380bar的压力下开启。
当工程机械101被驱动朝向一堆砂砾或石头和/或当工具提升/下降/倾斜时，铲斗的运动可能受到障碍物的限制。然后，限压阀245、247保证压力不会增加到对***有害的水平。
根据第一实例，铲斗107处于不动作的位置，即其相对于车辆前部102的车架来说保持固定。当轮式装载机101被驱动朝向一堆石头时，在压力为380bar时第二压力限制器247开启。
在下降期间，位于液压机构204和液压缸108的活塞侧208之间的第一管路210上的阀243开启。当提升臂106降低时，在压力为270bar时第一压力限制器245开启。如果在失出动力的下降操作期间外力使装载臂106向上运动，那么位于液压机构204的第二端口222和油箱216之间的管路226上的压力限制器224开启。
根据限压阀245、247被调节成在预定压力开启的方案的替代方案，限压阀可以被设计具有可变的开启压力。根据一种变型，限压阀245、247是电控限压阀。如果采用电控，那么，一个阀247就足以满足震动功能。取决于阀243是否开启或关闭对阀247进行控制。取决于激活或未激活提升/下降功能以及取决于液压缸的位置，可以调节开启压力。
图3示出了控制***301的第二实施例。此处，液压机构204的第一端口220通过管路302连接液压缸108的活塞杆侧212，所述管路302连接液压缸108的活塞杆侧212和活塞侧208，与液压机构204并联。用于流量控制的装置304，具体形式为电控通/断阀，设置在所述并联管路302上，以便控制活塞杆侧212和活塞侧208之间的流体流通。通过阀304，可以降低经过液压机构204的最大流量，即，可以降低泵的排量，或者是可以使用更低的最高转速。
图4示出了控制***401的第三实施例。流量控制装置402，具体形式为电控比例阀，连接至管路404上，所述管路404在第一管路210和油箱216之间延伸，以便允许在提升运动开始时一定量的液流从液压机构204泄漏至油箱。因此，在进行提升前，液压机构204具有一定的基本转速。这样降低了起动磨擦。随后，可以逐渐地关闭阀402，使提升速度变得更大。阀402是小阀，其只产生在液压缸运动开始之前足以使液压机构204开始工作的足够的泄漏流量。
流量控制装置406，具体形式为电控比例阀，连接在位于液压机构204和液压缸的活塞侧208之间的第一管路210上，以便在下降运动开始时控制从液压缸108至液压机构204的液流的大小。在下降运动开始时，电动机构202具有较低的反向扭矩，以防止起动磨擦和急跳起动。阀406成比例地开启，并且控制活塞速度。在阀406开启的同时，电动机构202中的反向扭矩增加，液压机构204逐渐地接管下降运动的速度控制。最后，阀406完全开启，通过电动机构202完全控制下降速度。
图5示出了控制***501的第四实施例。液压机构204可以通过连接装置502连接至另一液压执行机构504，其适合于执行作业功能，该作业功能独立于通过所述液压缸108所执行的作业功能。此处，连接装置502包括电控单向阀。例如，附加的作业功能可以是工具锁定或用于转向功能的紧急泵送。
图6示出了控制***601的第五实施例，其是第一实施例的发展，参见图2。此处，所述用于允许液压流体通过吸入管路230、234从油箱216吸入的装置包括电控通/断阀632、636，而不是单向阀。这减少了吸入侧出现气穴现象的问题。
根据可选的方案，阀632、636中的一个或两个被先导控制。例如，先导控制可以通过液压信号或电气信号来实现。
当液压机构在一定方向旋转，以致液压流体流至液压缸108时，将液压机构204的第二端口222连接至油箱216的阀636可以开启。当旋转改变时，阀636关闭。
当过滤和加热流运行时，将液压机构204的第一端口220连接至油箱216的阀632开启。如果装置在下降期间突然停止，阀636可能也需要开启，由于液压机构202来不及停止，这将导致产生气穴现象。例如，可以通过记录液压机构202的状态和液压缸108的状态来记录这些事件的过程。
图7示出了控制***701，其包括用于提升功能的子***707、用于倾斜功能的子***709、用于转向功能的子***711和用于附加功能的子***731。上面已经描述了用于提升功能的不同***的实施例。
如图7所示的用于倾斜功能的子***709的结构对应于用于提升功能的***的结构。图7示出了具有附图标记703的电动机构和具有附图标记705的液压机构。对于倾斜功能，增加了限压阀702或震动阀，其将倾斜液压缸110的活塞杆侧连接至油箱。
图7所示的用于转向功能的子***711包括所述第一和第二转向液压缸104、105，其适合于使轮式装载机101车架转向。该***还包括第一驱动装置704和第二驱动装置706，所述第一驱动装置704和第二驱动装置706都包括电动机构708、710和液压机构712、714。电动机构708、710分别以驱动方式连接至与其相关联的液压机构712、714。
两个液压机构中的第一液压机构712连接至第一液压缸104的活塞侧716和第二液压缸105的活塞杆侧718。两个液压机构中的第二液压机构714连接至第二液压缸105的活塞侧720和第一液压缸104的活塞杆侧722。
为了使轮式装载机101朝向某一方向转向(例如向右)，第一液压机构712适合于由与其相关联的电动机构708驱动，并向液压缸104、105提供来自油箱216的加压流体，第二液压机构714适合于由来自液压缸104、105的液流驱动，并且驱动与其相关联的电动机构710，反之亦然。
因此，在工作期间，液压机构被以相反的方向驱动。
第一电控控制装置(控制阀)724设置在第一驱动装置704的液压机构712和转向液压缸104、105之间，第二电控控制装置(控制阀)726设置在第二驱动装置706的液压机构714和转向液压缸104、105之间。
优选地，图7所示的用于附加功能的子***731仅包括一个用于提供全部附加功能的驱动装置734。这意味着它更易于增加附加功能，参见箭头766，因为仅需要增加一个阀装置。驱动装置734包括泵736，其通过电动机738机械地驱动。例如，此附加功能可以包括工具107，工具107包括可以相对于彼此移动的部件，该部件的移动受到控制。此功能可以包括清扫辊、夹持臂等。
具体形式为液压缸732的液压执行机构适合于执行所示控制***731中的运动。通过第一和第二管路744、746，泵736连接至活塞侧740和活塞杆侧742。具体形式为电控比例阀748、750的入口阀设置在第一和第二管路744、746上。活塞侧740和活塞杆侧742通过第三和第四管路752、754连接至油箱216。具体形式为电控比例阀756、758的出口阀设置在第三和第四管路752、754上。压力传感器760、762设置在第三和第四管路752、754上。额外的压力传感器764设置在泵736下游和入口阀748、750上游的管路上。
根据可选的方案，可以增加更多的泵和适当的电动机，以增加最大流量。而且，用于提升或倾斜功能的泵可以并联连接，用于任何流量峰值。还可以增加使用其他类型阀的功能。
附加功能可以通过入口调节来控制：在功能激活时，记录液压缸732中的负荷压力。泵736设定一个扭矩，所述扭矩在入口阀748、750前给定更高的压力水平，所述压力水平通过阀前的压力传感器764记录。这意味着入口阀748、750具有已知的压降。由于压降可以读出，所以可以通过控制入口阀(调节开口面积)来调节流量.如果若干功能同时运行，那么泵736产生一个比记录的最高负荷压力更高的特定扭矩值。出口阀756、758开启至产生特定反压力的程度，该特定反压力可以通过液压缸732的出口侧的压力传感器760、762读出。如果反压力由于悬挂有负载而更高，那么调节出口阀756、758，以致入口侧上的压力不低于特定值。能够以同样的方式来调节利用电动机代替液压缸的功能。
可选地，附加功能可以通过出口调节来控制：泵736被设定一个扭矩，所述扭矩在出口阀756、758前给出特定压力值，该压力值通过出口阀前的压力传感器760、762记录。这意味着出口阀756、758具有已知的压降(原则上，油箱侧是无压力的)。根据可选/补充的方案，压力传感器设置在油箱侧。因此，可以控制经过阀所产生的压降(在有些情况下，***不是无压力的)。
由于压降可以读出，所以可以通过控制出口阀756、758(调节开口面积)来调节流量。如果若干功能同时运行，那么泵将产生一个扭矩，该扭矩在压力传感器上(出口侧上)给出特定的压力值，其具有最低压力。
入口阀748、750可以完全开启，以致不发生压降(更低的损耗)。如果悬挂有负载，那么液压缸732驱动，或者，如果泵流量发生不足，那么出口阀756、758也会进行调节，以致液压缸732的入口侧上的压力不低于特定值。在泵流量不充足的功能之间，可以进行优先/权重(prioritizing/weighting)。
能够以同样的方式来调节利用电动机代替液压缸的功能。
如果采用具有液压马达的功能(例如清扫辊)，那么，入口阀748、750和出口阀756、758可以完全开启，以致不产生压降。因此，清扫辊的速度直接通过泵736的转速控制.如果另一个功能是同时暂时地控制，那么可以暂时地改变至入口控制或出口控制。
控制***731为最大进给压力限制提供了机会。压力可以通过压力传感器读出，并且，当压力变得过高时，入口阀可以节流。
控制***731还为处理冲击压力提供了机会。压力可以通过压力传感器读出，并且，当压力变得过高时，出口阀可以***至油箱。
根据发展的方案，连同液压缸732的再次装油阀，支持阀可以在出口侧增加在阀756、758后面(朝向油箱216)。当若干功能同时运行时并且随后一个功能具有一个驱动液流的负载时，其提供了更多的可用泵送液流。
图8示出了用于控制图7所示的控制***701的控制***，所述控制***701用于提升功能、倾斜功能、转向功能和附加功能。若干元件，或控制元件804、806、808、810、812、814，设置在驾驶室114内，用于驾驶员对其进行手工操作，并且它们电气连接至控制单元802，用于控制各种功能。车轮804和控制杆806适合于控制转向功能。提升杆808适合于提升功能，倾斜杆810适合于倾斜功能。控制杆812适合于控制第三种功能，附加的控制元件814适合于第三功能的泵控制(可调节流量)。可以增加与各控制元件相关的附加功能。
电动机构202、703、708、710、738以这样的方式电气连接至控制单元802，即，它们由控制单元控制并且它们可以提供工作状态信号至控制单元。
控制***包括一个或多个储能装置820，储能装置820连接至一个或多个所述电动机构202、703、708、710、738。例如，储能装置820可以包括电池或超级电容。当电动机构202起到电动机的作用并且驱动与其相关联的泵204时，储能装置820适合于向电动机构提供能量。当电动机构202由与其相关联的泵204驱动并且起到发电机的作用时，电动机构202适合于向储能装置820充电。
轮式装载机101还包括具体形式为内燃机的动力源822，其通常包括柴油机，用于驱动车辆。柴油机以可驱动的方式通过驱动***(未示出)连接至车辆的车轮。此外，柴油机通过发电机(未示出)连接至储能装置820，用于传递能量。
可以设想出适合于产生电能的替代性机构/装置。根据第一可选方案，使用燃料电池向电动机构提供能量。根据第二可选方案，使用具有发电机的燃气轮机向电动机构提供能量。
图8还示出了其他的元件，它们连接至根据用于提升功能的控制***的第一实施例的控制单元802(参见图2)，比如电控阀224、237、243、位置传感器248和压力传感器228。可以理解的是，用于倾斜功能、控制功能和附加功能的相应元件连接至控制单元802。
图9示出了控制***901的另一个实施例。控制***901包括反向(reversed)的液压缸902，这意味着负载904通过其重量将液压缸向外拉。参见图2，根据第一实施例，该控制***901可以看作是控制***201的变型。
为了在下降运动期间向液压缸902的活塞侧906提供必需的再次装油，***包括一个附加的小泵908。该小泵驱动连接至液压机构204。
在下降期间，液压流体从液压缸902的活塞杆侧910通过较大的液压机构204流至活塞侧906。通过吸入管路912，小泵908将液压流体从油箱216泵送至活塞侧906。在提升运动期间，小泵908做无用的功。小泵908仅仅通过小单向阀914泵送通过其本身的液压流体。因此，单向阀914连接在附加的泵908的入口侧916和出口侧918之间，以致在提升运动期间，泵908只泵送包括单向阀914的回路920内的液压流体。因此，单向阀914被设置成与小泵908并联。
另外，除了过滤和加热的液流稍大以外，此***901的功能类似于基本***(参见图2)。
图13和14示出了图2中的第一实施例的两个变型1301、1401。
根据图13的控制***1301包括任意类型的附加泵1304，其被设置成产生一个来自油箱216的进给压力。根据图14的控制***1401包括具体形式为储能器1416的加压罐。储能器1416被设置成产生进给压力。因此，术语＂罐＂以其最广泛的意义来理解，包括各种型式的可以加压的收集容器，比如储能器。
控制***的变型1301和1401提供了液压缸108内增强的再次装油。此外，主装置(泵/马达)202、204可以更小，并且能够以更高的速度驱动。此外，热交换器、过滤器、油箱和进给泵可以共用于若干作业功能。
不能认为本发明仅仅限于如上所述的示例性实施例，应当认为，本发明包括在所附权利要求的范围内可以预想到的多种变型与改进。

Claims (57)

1.一种用于工程机械(101)的控制***，包括电动机构(202)、液压机构(204)和至少一个液压缸(108)，电动机构(202)以驱动方式连接至液压机构(204)，液压机构(204)通过第一管路(210)连接至液压缸(108)的活塞侧(208)，通过第二管路(214)连接至液压缸(108)的活塞杆侧(212)，在第一工作状态，液压机构(204)适合于由电动机构(202)驱动，并且向液压缸(108)提供来自油箱(216)的加压流体，在第二工作状态，液压机构(204)适合于由来自液压缸(108)的液压流体流驱动，并且驱动电动机构。
2.如权利要求1所述的控制***，其特征在于：在第一工作状态，液压机构(204)适合于控制液压缸(108)的活塞(218)的速度。
3.如上述权利要求中任何一项所述的控制***，其特征在于：控制***包括控制单元(802)，该控制单元(802)电气连接至电动机构(202)，以便在第一工作状态通过控制电动机构来控制液压缸(108)的活塞(218)的速度。
4.如上述权利要求中任何一项所述的控制***，其特征在于：液压机构(204)具有第一端口(220)和第二端口(222)，所述第一端口(220)通过第一管路(210)连接至液压缸(108)的活塞侧(208)，所述第二端口(222)通过第二管路(214)连接至液压缸(108)的活塞杆侧(212)。
5.如权利要求4所述的控制***，其特征在于：液压机构(204)设置成在两个不同的方向上被驱动，其中一个方向涉及流体从第一端口(220)流出，第二个方向涉及流体从第二端口(222)流出。
6.如上述权利要求中任何一项所述的控制***，其特征在于：液压机构(204)的第二端口(222)连接至油箱(216)，以便允许液压机构(204)在第一工作状态通过第二端口(222)从油箱中抽取油，并且通过第一端口(220)将油提供至液压缸。
7.如上述权利要求中任何一项所述的控制***，其特征在于：所述***包括用于控制压力的装置(224)，所述压力装置(224)设置在液压机构(204)和油箱(216)之间的管路(226)上，以便实现液压机构(204)和压力装置(224)之间的压力增大。
8.如权利要求7所述的控制***，其特征在于：活塞侧(208)或活塞杆侧(212)连接至液压机构(204)和压力装置(224)之间的管路(226)。
9.如权利要求7所述的控制***，其特征在于：活塞杆侧(212)连接至液压机构(204)和压力装置(224)之间的管路(226)。
10.如权利要求4—6中任何一项所述的控制***，其特征在于：所述***包括用于控制压力的装置(224)，所述压力装置(224)设置在液压机构的第二端口(222)和油箱之间的管路(226)上，以便允许活塞杆侧(212)的压力增大。
11.如权利要求4—6中任何一项所述的控制***，其特征在于：所述***包括用于控制压力的装置(224)，所述压力装置(224)设置在液压机构的第二端口(222)和油箱之间的管路(226)上，以便允许活塞杆侧(212)的压力增大。
12.如权利要求7—11中任何一项所述的控制***，其特征在于：压力控制装置(224)被设置成能够可变地设定压力。
13.如权利要求7—12中任何一项所述的控制***，其特征在于：压力控制装置(224)包括电控限压阀。
14.如上述权利要求中任何一项所述的控制***，其特征在于：所述***包括用于感测液压缸的活塞侧(208)的压力的传感器(228)。
15.如上述权利要求中任何一项所述的控制***，其特征在于：液压机构的第一端口(220)通过吸入管路(230)连接至油箱(216)。
16.如权利要求15所述的控制***，其特征在于：装置(232，632)设置在吸入管路(230)上，以便允许从油箱中吸取液压流体并阻止液压流体流向油箱。
17.如权利要求16所述的控制***，其特征在于：装置包括单向阀(232)。
18.如权利要求16所述的控制***，其特征在于：装置包括电控通/断阀(632)。
19.如上述权利要求中任何一项所述的控制***，其特征在于：液压机构的第二端口(222)通过吸入管路(234)连接至油箱(216)。
20.如权利要求19所述的控制***，其特征在于：装置(236，636)设置在吸入管路(234)上，以便允许从油箱中吸取液压流体并阻止液压流体流向油箱。
21.如权利要求20所述的控制***，其特征在于：装置包括单向阀(236)。
22.如权利要求20所述的控制***，其特征在于：装置包括电控通/断阀(636)。
23.如上述权利要求中任何一项所述的控制***，其特征在于：液压机构(204)的第二端口(222)通过管路(242)连接至油箱(216)。
24.如权利要求23所述的控制***，其特征在于：过滤装置(238)设置在液压机构(204)的第二端口(222)和油箱(216)之间的管路(242)上。
25.如上述权利要求中任何一项所述的控制***，其特征在于：液压机构(204)可以通过连接装置(502)连接至液压执行机构(504)，所述液压执行机构(504)适合于执行作业功能，该作业功能独立于由所述液压缸(108)执行的作业功能。
26.如权利要求4所述的控制***，其特征在于：液压机构(204)的第一端口(220)连接至液压缸(108)的活塞杆侧(212)。
27.如上述权利要求中任何一项所述的控制***，其特征和于：所述***包括连接液压缸(108)的活塞杆侧(212)和活塞侧(208)的管路(302)，该管路(302)与液压机构(204)并联。
28.如权利要求27所述的控制***，其特征在于：所述***包括用于流控制的装置(304)，该装置(304)设置在所述并联管路(302)上，以便控制活塞杆侧(212)和活塞侧(208)之间的流动连通。
29.如上述权利要求中任何一项所述的控制***，其特征在于：液压机构(204)的第一端口(220)通过第一管路(210)连接至液压缸(108)的活塞侧(208)；流控制装置(402)连接在第一管路(210)和油箱(216)之间，以便允许在提升运动开始时从液压机构(204)中泄漏出一定量的液流到油箱。
30.如上述权利要求中任何一项所述的控制***，其特征在于：液压机构(204)的第一端口(220)通过第一管路(210)连接至液压缸(108)的活塞侧(208)；流控制装置(406)连接在第一管路(210)上，以便在下降运动开始时控制从液压缸(108)流向液压机构(204)的液压流体流的大小。
31.如上述权利要求中任何一项所述的控制***，其特征在于：液压缸适合于移动工具(107)，以便执行作业功能。
32.如权利要求31所述的控制***，其特征在于：液压缸包括用于移动装载臂(106)的提升液压缸(108，109)，所述装载臂(106)可枢转地连接至车架，所述工具(107)设置在装载臂(106)上。
33.如权利要求31或32所述的控制***，其特征在于：液压缸包括用于移动工具(107)的倾斜液压缸(110，902)，所述工具(107)可枢转地连接至装载臂(106)，所述装载臂(106)可枢转地连接至车架。
34.如权利要求33所述的控制***，其特征在于：倾斜液压缸(110)适应为使得作用在倾斜液压缸上的负载(904)通过其重量拖曳倾斜液压缸的活塞杆。
35.如权利要求34所述的控制***，其特征在于：控制***包括附加的小泵(908)，该泵(908)驱动连接至液压机构(204)；此附加的泵(908)连接至倾斜液压缸的活塞侧(906)和油箱(216)，以便在下降运动期间泵送液压流体至活塞侧。
36.如权利要求35所述的控制***，其特征在于：控制***包括单向阀(914)，所述单向阀(914)连接在附加的泵(908)的入口侧(916)和出口侧(918)之间，使得在提升运动期间，泵(908)仅泵送包括单向阀(914)的回路(920)中的液压流体。
37.一种用于工程机械(101)的控制***，包括用于执行第一作业操作的第一子***(707，709)和用于执行至少一个第二作业操作的第二子***(731)，
所述第一子***包括电动机构(202)、液压机构(204)和至少一个液压缸(108，109)，电动机构(202)以驱动方式连接至液压机构(204)，液压机构(204)通过第一管路连接至液压缸的活塞侧，通过第二管路连接至液压缸的活塞杆侧，在第一工作状态，液压机构适合于由电动机构驱动并且向液压缸提供来自油箱的加压流体，在第二工作状态，液压机构适合于由来自液压缸的液压流体流驱动，并且驱动电动机构，
所述第二子***(731)包括驱动装置(734)和液压执行机构(732)，驱动装置(734)包括电动机构(738)和液压机构(736)，电动机构以驱动方式连接至液压机构，液压机构(736)适合于与液压执行机构(732)流体相通；装置(748，750，756，758)适合于控制液压执行机构(732)的运动。
38.如权利要求37所述的控制***，其特征在于：所述控制装置(748，750)设置在液压执行机构(732)的入口侧。
39.如权利要求37或38所述的控制***，其特征在于：所述控制装置(756，758)设置在液压执行机构(732)的出口侧。
40.如权利要求37—39中任何一项所述的控制***，其特征在于：所述控制装置(748，750，756，758)包括至少一个阀。
41.如权利要求37—40中任何一项所述的控制***，其特征在于：控制***包括用于车架转向式车辆(101)的第三子***(711)，
所述第三子***(711)包括第一转向液压缸(104)和第二转向液压缸(105)，所述各转向液压缸适合于车架转向式车辆；第一驱动装置(704)和第二驱动装置(706)均包括电动机构(708，710)和液压机构(712，714)，各电动机构以驱动方式连接至与其相关联的液压机构，两个液压机构中的第一个(712)适合于与第一转向液压缸(104)的活塞侧(716)和第二转向液压缸(105)的活塞杆侧(718)流体相通，两个液压机构中的第二个(714)适合于与第二转向液压缸的活塞侧(720)和第一转向液压缸的活塞杆侧(722)流体相通。
42.一种在负载(116)的影响下控制液压缸(108，109)的方法，其中液压机构(204)可运行地通过第一管路(210)连接至液压缸(108，109)，并且通过第二管路(226)连接至油箱(216)，所述方法包括如下步骤：控制液压机构(204)，使其允许由来自液压缸(108，109)的液压流体流驱动；检测表征液压缸的活塞侧(208)的压力的运行参数；将检测到的压力与预定水平相比较；如果检测到的压力小于预定水平，那么增加液压缸的活塞杆侧(212)的压力。
43.如权利要求42所述的方法，包括如下步骤：利用连接至管路(226)的液压缸的活塞杆侧，部分地防止第二管路(226)内的流体从液压机构(204)流至油箱(216)。
44.如权利要求42—43中任何一项所述的方法，包括如下步骤：增加液压缸的活塞杆侧的压力到一定程度，在该程度下，在液压缸的活塞在负载施加力的方向上运动期间，实现液压缸的活塞杆侧的再次装油。
45.如权利要求42—43中任何一项所述的方法，包括如下步骤：增加液压缸的活塞杆侧的压力到一定程度，在该程度下，在负载施加力的方向上实现液压缸的活塞的强制运动。
46.如权利要求中42—45任何一项所述的方法，包括如下步骤：当液压机构(204)由来自液压缸(108，109)的液压流体流驱动时，从液压机构(204)中再生能量。
47.如权利要求42—46中任何一项所述的方法，其中液压缸(108，109)设置在工程机械(101)上，用于移动承受所述负载(116)的工具(107)。
48.一种用于在负载(116)的影响下在液压缸(108，109)运动期间再生能量的方法，其中液压机构(204)可运行地通过第一管路(210)连接至液压缸(108，109)，通过第二管路(226)连接至油箱(216)，所述方法包括如下步骤：控制液压机构(204)使其允许由来自液压缸(108)的液压流体流驱动；检测至少一个运行参数；基于检测到的运行参数，增加液压机构(204)和油箱(216)之间的管路(226)内的压力，以便增加液压机构(204)的油箱侧的压力。
49.如权利要求48所述的方法，包括如下步骤：基于检测到的运行参数，控制设置在液压机构(204)和油箱(216)之间的管路(226)上的压力控制装置(224)，从而增加液压机构(204)的油箱侧的压力。
50.如权利要求48或49所述的方法，其中压力控制装置(224)包括电控限压阀。
51.如权利要求49—51中任何一项所述的方法，包括如下步骤：从液压机构(204)中再生能量至储能装置(820)。
52.如权利要求51所述的方法，包括如下步骤：通过电动机构(202)，能量被再生为电能。
53.如权利要求51或52所述的方法，包括如下步骤：检测表征储能装置(820)内的当前能量水平的运行参数；将检测到的能量水平的值与预定值相比较；如果检测到的能量水平超过预定值，则增加液压机构(204)的油箱侧的压力。
54.如权利要求48—53中任何一项所述的方法，包括如下步骤：检测操作者的输入，所述输入表征将要再生能量；相应地控制液压机构(204)的油箱侧的压力。
55.如权利要求48—54中任何一项所述的方法，包括如下步骤：检测第一管路(210)内的压力；将检测到的压力值比预定值相比较；如果检测到的压力值超过预定值，则增加液压机构(204)的油箱侧的压力。
56.如权利要求48—55中任何一项所述的方法，包括如下步骤：检测液压缸(108，109)的运动方向；如果检测到的方向对应于液压缸由负载驱动，则控制液压机构(204)的油箱侧的压力。
57.如权利要求48—56中任何一项所述的方法，其中液压缸(204)被设置成移动工程机械上的工具(107)。
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