CN102686808A - 工程机械的液压泵控制装置及控制方法 - Google Patents

工程机械的液压泵控制装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

根据本发明的工程机械的液压泵控制装置用于控制液压泵，该液压泵包括：通过旋转控制阀（31）向旋转马达（30）供给工作油的第一泵（10）；以及通过作业机控制阀（41）向作业机传动装置（40）供给工作油的第二泵（20）的，该液压泵控制装置包括：按照所输入的泵控制信号来调节上述第一泵（10）的斜盘角从而调节上述第一泵（10）的排出流量的第一斜盘角调节单元（12）；以及控制部（60），该控制部（60）从上述第一泵（10）的排出压力（P1）减去上述第二泵（20）的排出压力（P2）而算出泵差压（P1-P2），并将上述所算出的泵差压（P1-P2）与基准差压进行比较，若大于上述基准差压，则向上述第一斜盘角调节单元（12）输出上述泵控制信号以使上述第一泵（10）的排出压力（P1）成为小于等于旋转溢流压力的第一基准压力以下。

Description

工程机械的液压泵控制装置及控制方法
技术领域
本发明涉及如挖掘机等工程机械的液压泵控制装置及控制方法，尤其涉及以简化的构造减少旋转马达的旋转溢流流量和***的主溢流流量从而能够改进燃料消耗率的工程机械的液压泵控制装置及控制方法。
背景技术
一般来讲，如挖掘机的工程机械具备用于行使或驱动各种作业装置以及旋转驱动上部旋转体的多个传动装置。这种多个传动装置由从变量液压泵排出的工作油而驱动。
但前面所述的工程机械的液压***在各传动装置处于失速（stall）状态或高载荷作业状态时会出现从液压泵排出能够向各传动装置供给的流量以上的流量的情况。在这种情况下，剩余流量使液压***的压力上升，若所上升的工作油的压力超过溢流压力，则通过溢流阀向储油罐***。此时，由于通过溢流阀***的工作油其压力是超过溢流压力的高压，因而***的动力损失非常大。
尤其，上部旋转体惯性较大，因而上部旋转体的旋转驱动初期供给到旋转马达的工作油的流量中较多的部分通过旋转溢流阀向储油罐***，这种通过旋转溢流阀***的工作油导致较大的动力损失。为了减少这种动力损失在开发减少旋转驱动时液压泵的排出流量的技术，在韩国公开专利第2004-0080177中公开了该技术的一例。
根据在上述韩国公开专利中所公开的液压泵的流量控制装置，为了使液压泵的排出流量在旋转马达的溢流条件下减少地进行控制，需要具备用于检测是否旋转马达用控制阀已转换的载荷压力检测流路、往复阀、增压器以及电磁元件阀等较多的液压构成零部件。因此，在使用如上述韩国公开专利的液压***时不但使工程机械的构造复杂还导致成本上升。而且，由于所追加的液压构成零部件，不仅使因压力损失等而引起的损失变大，还会降低液压***的可靠度。
发明内容
技术课题
本发明是鉴于上面所述的问题而提出的，其目的在于提供一种不仅能够简化构造还使通过溢流阀***的流量最小化从而能够使动力损失最小化的工程机械的液压泵控制装置及控制方法。
用于解决课题的手段
旨在达到如上所述的目的的根据本发明的工程机械的液压泵控制装置用于控制包括：通过旋转控制阀31向旋转马达30供给工作油的第一泵10；以及通过作业机控制阀41向作业机传动装置40供给工作油的第二泵20的液压泵，包括：按照所输入的泵控制信号来调节上述第一泵10的斜盘角从而调节上述第一泵10的排出流量的第一斜盘角调节单元12；以及控制部60，该控制部60从上述第一泵10的排出压力P1减去上述第二泵20的排出压力P2而算出泵差压P1-P2，并将上述所算出的泵差压P1-P2与基准差压进行比较，若大于上述基准差压，则向上述第一斜盘角调节单元12输出上述泵控制信号以使上述第一泵10的排出压力P1成为小于等于旋转溢流压力的第一基准压力以下。
根据本发明的一实施例，上述工程机械的液压泵控制装置包括按照从上述控制部60输入的泵控制信号来调节上述第二泵20的斜盘角从而调节上述第二泵20的排出流量的第二斜盘角调节单元22，上述控制部60向上述第一和第二斜盘角调节单元12、22输出泵控制信号，使得若上述泵差压P1-P2小于上述基准差压则使上述第一泵10的排出压力P1和上述第二泵20的排出压力P2中较大的排出压力成为大于上述旋转溢流压力且小于主溢流压力的第二基准压力以下。
上述第一斜盘角调节单元12包括：按照所输入的控制压力来调节上述第一泵10的斜盘角的第一调压阀13；以及按照所输入的上述泵控制信号来调节输入到上述第一调压阀13的控制压力的第一电磁比例减压阀14。
另一方面，旨在达到如上所述的目的的方法是一种工程机械的液压泵控制方法，该工程机械的液压泵包括：通过旋转控制阀31向旋转马达30供给工作油的第一泵10；以及通过作业机控制阀41向作业机传动装置40供给工作油的第二泵20，上述工程机械的液压泵控制方法包括：a）算出从上述第一泵10的排出压力P1减去上述第二泵20的排出压力P2的泵差压P1-P2的步骤；b）若上述泵差压P1-P2大于基准差压，则判断当前作业状态为单一旋转，若上述泵差压P1-P2小于基准差压，则判断为当前作业状态非为单一旋转的步骤；以及c）若判断当前作业状态为单一旋转，则控制上述第一泵10的排出流量以使上述第一泵10的排出压力P1成为小于等于旋转溢流压力的第一基准压力以下的步骤。
根据本发明的一实施例，可进一步包括：d）若判断为当前作业状态非为单一旋转，则控制上述第一和第二泵10、20的排出流量使得上述第一泵10的排出压力P1和上述第二泵20的排出压力P2中较大的排出压力成为大于上述旋转溢流压力且小于主溢流压力的第二基准压力以下。
上述c）步骤包括：c1）比较上述第一泵10的排出压力P1与上述第一基准压力的步骤；以及c2）若上述第一泵10的排出压力P1大于上述第一基准压力，则控制上述第一泵10的排出流量以使上述第一泵10的排出压力P1维持在上述第一基准压力的步骤。
发明效果
根据如上所述的解决问题手段，从第一泵与第二泵的排出压力之差判断当前作业状态是否为单一旋转，从而能够省略现有的判断是否为旋转作业所需的如载荷压力检测流道、往复阀、增压器以及电磁元件阀等的追加构成零部件，由此能够节减成本。
而且，若判断当前作业状态为单一旋转，则控制第一泵的排出流量以使第一泵的排出压力成为小于等于旋转溢流压力的第一基准压力以下，从而能够使通过旋转溢流阀***的工作油的流量最小化，由此能够改进燃料消耗率。
而且，若判断为当前作业状态非为单一旋转，则控制上述第一和第二泵的排出流量使得上述第一泵和第二泵的排出压力中较大的排出压力成为大于上述旋转溢流压力但小于主溢流压力的第二基准压力以下，从而在当前作业状态非为单一旋转的复合作业状态下也能使通过主溢流阀***的工作油的流量最小化，由此能够极大地改进工程机械的燃料消耗率。
另一方面，以调压阀和电磁比例减压阀构成斜盘角调节单元，因而本发明的液压泵控制装置还能适用于以控制压力控制泵的斜盘角的机械式液压***。
附图说明
图1是概略地表示了适用有根据本发明一实施例的液压泵控制装置的工程机械的液压***的回路图。
图2是用于说明图1中所图示的控制部的比例积分控制过程的控制框图。
图3是用于说明根据本发明一实施例的液压泵控制方法的流程图。
图4是用于说明图3的S120步骤的流程图。
图5是用于说明图3的S130步骤的流程图。
图6是概略地表示了设定有对于泵排出压力的泵排出流量的升压模式和从升压模式降压的降压模式的曲线图。
具体实施方式
下面参照附图详细说明根据本发明的一实施例的工程机械的液压泵控制装置及控制方法。
参照图1，根据本发明的一实施例的工程机械的液压泵控制装置用于控制第一泵10和第二泵20的排出流量而使通过旋转溢流阀32和主溢流阀50***的工作油的流量最小化，包括：用于调节上述第一和第二泵10、20各自的斜盘角的第一和第二斜盘角调节单元22；用于2检测上述第一和第二泵10、20各自的排出压力P1、P2的第一和第二压力传感器11、21；以及基于通过上述第一和第二压力传感器11、21检测出的排出压力P1、P2向上述第一和第二斜盘角调节单元12、22输出泵控制信号的控制部60。
从上述第一泵10排出的工作油由旋转控制阀31控制流动方向而向旋转马达30供给。在上述旋转马达30中设有旋转溢流阀32，若上述旋转马达30的工作油上升到旋转溢流压力以上则上述旋转溢流阀32使工作油向***储油罐T***。作为由第一泵10的工作油驱动的传动装置在本实施例中仅例示了一个旋转马达30，但传动装置设定成不同于本实施例地由多个第一泵10驱动亦可。
从上述第二泵20排出的工作油由作业机控制阀41控制流动方向而向作业机传动装置40供给。在本实施例中由上述第二泵20的工作油驱动的作业机传动装置40例示为一个，但可由如动臂液压缸、小臂液压缸以及铲斗液压缸那样的多个传动装置构成，在这种情况下，在多个传动装置的各自上连接有作业机控制阀。
另一方面，在与上述第一和第二泵10、20相连的流道上设有主溢流阀50，若第一和第二泵10、20的排出压力P1、P2上升到主溢流压力以上则上述主溢流阀50使工作油向***储油罐T***。即、上述主溢流阀50用于防止液压***整体的压力上升到容许压力以上。
本发明的技术思想是为了是使通过上述旋转溢流阀32和上述主溢流阀50***的工作油的流量最小化，尤其在当前作业状态为单一旋转的情况下，将第一泵10的排出压力P1控制成小于旋转溢流压力从而使通过旋转溢流阀32***的工作油最小化，在当前作业状态非为单一旋转的情况下，将上述第一和第二泵10、20的压力控制成小于主溢流压力从而使通过主溢流阀50***的工作油的流量最小化。下面说明用于具体实现这种技术思想的构成。
上述第一斜盘角调节单元12用于按照所输入的泵控制信号调节上述第一泵10的斜盘角从而调节第一泵10的排出流量，包括按照所输入的控制压力调节上述第一泵10的斜盘角的第一调压阀13和用于控制输入到上述第一调压阀13的控制压力的第一电磁比例减压阀（Electronic Proportional Pressure Reduce，（EPPR）阀）14。
上述第一调压阀13通过上述第一电磁比例减压阀14与控制泵70连接。就上述第一调压阀13而言，若输入较高的控制压力则向流量减少的方向驱动上述第一泵10的斜盘，若输入较低的控制压力则向流量增加的方向驱动上述第一泵10的斜盘。在这种上述第一调压阀13中除了由上述第一电磁比例减压阀14控制的控制压力之外还可输入中间位置旁通流道的末端的负控制（negacon）压力、由操作杆的操作产生的正控制（posicon）压力或从各传动装置所检测的载荷压力（load sensing pressure）。
上述第一电磁比例减压阀14设置于控制泵70与上述第一调压阀13之间而调节连接上述控制泵70与第一调压阀13的流道的开度量从而调节输入到上述第一调压阀13的控制压力。因此，若在上述第一电磁比例减压阀14中输入作为较高的电流指令值的泵控制信号，则连接上述控制泵70与上述第一调压阀13的流道的开度量增加。由此，输入上述第一调压阀13的控制压力增加使得第一泵10的流量减少。其一例图示在图6中。
图6图示的是对于泵排出压力的泵排出流量，以虚线表示的线图是表示在上述第一电磁比例减压阀14中输入有i的泵控制信号的状态的曲线图（以下称“升压模式”），以实线表示的线图是表示输入有3i的泵控制信号的状态的曲线图（以下称“降压模式”）。如图6所示，对于相同的压力，升压模式的排出流量小于降压模式下的排出流量。即、升压模式是泵的排出流量较大的状态使得泵能够输出较大的动力，由此旋转马达30或作业机传动装置40能够以较大的动力驱动。与此相反，降压模式是泵排出流量小于升压模式的状态使得泵输出小于升压模式的动力，由此旋转马达30或作业机传动装置40以较小的动力驱动。
换句话讲，若减少泵控制信号的电流指令值，则能够增加泵的排出流量从而能够提高泵的排出压力，若增加泵控制信号的电流指令值，则能够减少泵的排出流量从而能够减少泵的排出压力。利用这种泵控制信号的电流指令值与泵的排出流量以及排出压力的关系就能减少通过旋转溢流阀32和主溢流阀50***的工作油的流量。
上述第二斜盘角调节单元22除了调节上述第二泵20的斜盘角的功能之外与上述第一斜盘角调节单元12相同。更具体地讲，上述第二斜盘角调节单元22包括第二调压阀23和第二电磁比例减压阀24，它们的构造以及动作关系与上述第一调压阀13和第一电磁比例减压阀14相同，因而省略详细说明。
上述第一和第二压力传感器11、21用于检测上述第一和第二泵10、20各自的排出压力P1、P2，由上述第一和第二压力传感器11、21检测出的排出压力P1、P2输出到上述控制部60。
上述控制部60用于从由上述第一和第二压力传感器11、21检测出的排出压力P1、P2算出用于向上述第一和第二斜盘角调节单元12、22的输出的泵控制信号。关于这种控制部60的详细的功能将在以下所要说明的液压泵控制方法栏中详细说明。
下面说明具有如上所述构成的液压泵控制装置的控制方法。
参照图3，首先，控制部60接收来自上述第一和第二压力传感器11、21的输入（S100）。然后，上述控制部60从上述第一泵10的排出压力P1减去上述第二泵20的排出压力P2而算出泵差压P1-P2，并将上述所算出的泵差压P1-P2与基准差压进行比较，而判断上述泵差压P1-P2是否大于基准差压（S110）。这种判断步骤用于判断当前作业状态是否为单一旋转，判断结果，若泵差压P1-P2大于基准差压，则控制部60判断当前的作业状态为单一旋转。
通常，若旋转溢流阀32的旋转溢流压力为p，则在不能由第二泵进行20进行作业时，上述第二泵20的排出压力P2大致不足0.2p。因此，若上述第一泵10的排出压力P1比上述第二泵20的排出压力大0.8p以上，则可判断为未由上述第二泵20进行作业而是仅由第一泵10进行旋转作业。在这种情况下，基准差压能够设定为0.8p。
这样，仅以第一泵10与第二泵20的排出压力P1、P2判断当前作业状态是否为单一旋转，因而无需追加构成零部件。
若判断当前作业状态为单一旋转，则上述控制部60向上述第一斜盘角调节单元12输出泵控制信号以使第一泵10的排出压力P1成为小于等于旋转溢流压力的第一基准压力以下（S120）。这里，第一基准压力在旋转溢流压力为p的情况下，可设定成不足p，但考虑到旋转驱动的响应性以设定为p为宜。
参照图4更具体地说明S120步骤，控制部60若判断当前作业状态为单一旋转则判断第一泵10的排出压力P1是否大于第一基准压力（S121）。若判断第一泵10的排出压力P1小于第一基准压力，则控制部60考虑旋转马达30的响应性而如图6所示那样将与升压模式对应的电流指令值作为泵控制信号向第一电磁比例减压阀14输出，由此以升压模式控制第一泵10的流量（S122）。另一方面，若判断为第一泵10的排出压力P1大于第一基准压力，则上述控制部60以降压模式控制第一泵10的流量（S123）。此时，如图2所示，上述控制部60将第一基准压力作为目标值，并将第一泵10的排出压力P1和上述第一基准压力作为误差值而进行比例积分控制（PI控制）。
这里，虽然在图6中例示了降压模式以3i的电流指令值作为泵控制信号输出的情况，但这意味着降压模式以高于升压模式的电流指令值作为泵控制信号输出，由上述PI控制而决定输出到上述第一电磁比例减压阀14的降压模式的电流指令值。
这样，在为单一旋转的情况下，控制上述第一泵10的流量以使第一泵10的排出压力维持在旋转溢流压力以下，从而能够使通过旋转溢流阀32***的工作油的流量最小化，由此能够改进燃料消耗率。
另一方面，若在S110步骤判断为当前作业状态非为单一旋转，则上述控制部60向上述第一和第二斜盘角调节单元12、22输出泵控制信号以使第一泵10的排出压力P1与第二泵20的排出压力P2中较大的压力成为小于等于主溢流压力且大于旋转溢流压力的第二基准压力以下（S130）。即、在旋转溢流压力为p且主溢流压力为1.2p的情况下，可设定第二基准压力大于p且小于1.2p，但考虑到作业机传动装置40的响应性，第二基准压力最好设定为1.2p。
参照图5进一步具体说明S120步骤，控制部60若判断为当前作业状态非为单一旋转，则判断第一泵10的排出压力P1与第二泵20的排出压力P2中较大的压力是否大于第二基准压力（S131）。若判断为第一泵10的排出压力P1与第二泵20的排出压力P2中较大的压力小于第二基准压力，则控制部60考虑作业机传动装置40的响应性而如图6所示那样以与升压模式对应的电流指令值作为泵控制信号向第一和第二电磁比例减压阀14、24输出，从而以升压模式控制第一和第二泵10、20的流量（S132）。另一方面，若判断为第一泵10的排出压力P1与第二泵20的排出压力P2中较大的压力大于第二基准压力，则上述控制部60以降压模式控制第一和第二泵10、20的流量（S133）。此时，如图2所示，上述控制部60将第二基准压力作为目标值，并将第一泵10的排出压力P1与第二泵20的排出压力中较大的压力和上述第二基准压力作为误差值而进行比例积分控制（PI控制）。
产业上利用可能性
本发明不仅能够适用于挖掘机还能适用于使用旋转马达的多种工程机械。

Claims (6)

1.一种工程机械的液压泵控制装置，该工程机械的液压泵包括：通过旋转控制阀（31）向旋转马达（30）供给工作油的第一泵（10）；以及通过作业机控制阀（41）向作业机传动装置（40）供给工作油的第二泵（20），其特征在于，包括：
按照所输入的泵控制信号来调节上述第一泵（10）的斜盘角从而调节上述第一泵（10）的排出流量的第一斜盘角调节单元（12）；以及
控制部（60），该控制部（60）从上述第一泵（10）的排出压力（P1）减去上述第二泵（20）的排出压力（P2）而算出泵差压（P1-P2），并将上述所算出的泵差压（P1-P2）与基准差压进行比较，若大于上述基准差压，则向上述第一斜盘角调节单元（12）输出上述泵控制信号以使上述第一泵（10）的排出压力（P1）成为小于等于旋转溢流压力的第一基准压力以下。
2.根据权利要求1所述的工程机械的液压泵控制装置，其特征在于，
包括按照从上述控制部（60）输入的泵控制信号来调节上述第二泵（20）的斜盘角从而调节上述第二泵（20）的排出流量的第二斜盘角调节单元（22），
上述控制部（60）向上述第一和第二斜盘角调节单元（12、22）输出泵控制信号，使得若上述泵差压（P1-P2）小于上述基准差压则使上述第一泵（10）的排出压力（P1）和上述第二泵（20）的排出压力（P2）中较大的排出压力成为大于上述旋转溢流压力且小于主溢流压力的第二基准压力以下。
3.根据权利要求1所述的工程机械的液压泵控制装置，其特征在于，
上述第一斜盘角调节单元（12）包括：
按照所输入的控制压力来调节上述第一泵（10）的斜盘角的第一调压阀（13）；以及
按照所输入的上述泵控制信号来调节输入到上述第一调压阀（13）的控制压力的第一电磁比例减压阀（14）。
4.一种工程机械的液压泵控制方法，该工程机械的液压泵包括：通过旋转控制阀（31）向旋转马达（30）供给工作油的第一泵（10）；以及通过作业机控制阀（41）向作业机传动装置（40）供给工作油的第二泵（20），其特征在于，包括：
a）算出从上述第一泵（10）的排出压力（P1）减去上述第二泵（20）的排出压力（P2）的泵差压（P1-P2）的步骤；
b）若上述泵差压（P1-P2）大于基准差压，则判断当前作业状态为单一旋转，若上述泵差压（P1-P2）小于基准差压，则判断为当前作业状态非为单一旋转的步骤；以及
c）若判断当前作业状态为单一旋转，则控制上述第一泵（10）的排出流量以使上述第一泵（10）的排出压力（P1）成为小于等于旋转溢流压力的第一基准压力以下的步骤。
5.根据权利要求4所述的工程机械的液压泵控制方法，其特征在于，进一步包括：
d）若判断为当前作业状态非为单一旋转，则控制上述第一和第二泵（10、20）的排出流量使得上述第一泵（10）的排出压力（P1）和上述第二泵（20）的排出压力（P2）中较大的排出压力成为大于上述旋转溢流压力且小于主溢流压力的第二基准压力以下。
6.根据权利要求4所述的工程机械的液压泵控制方法，其特征在于，上述c）步骤包括：
c1）比较上述第一泵（10）的排出压力（P1）与上述第一基准压力的步骤；以及
c2）若上述第一泵（10）的排出压力（P1）大于上述第一基准压力，则控制上述第一泵（10）的排出流量以使上述第一泵（10）的排出压力（P1）维持在上述第一基准压力的步骤。
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