配备有用于控制液压部件的系统的液压回路

技术领域

本发明涉及一种液压回路，该液压回路包括：泵，该泵连接到储箱并且经由方向控制滑阀以设定压力向部件供应液压液体，该方向控制滑阀设有连接到部件入口的分配端口和连接到部件出口的减压端口；并且还包括连接到部件入口的压力限制器。

背景技术

诸如公共工程机械的液压机械所配备有的多种用于控制液压部件的系统是已知的。

因此，图5示出了通过操作者致动其控制杆或控制构件1来用于控制液压部件7的系统。在这种情况下，液压部件（也称为“功能件”）7是结合在由泵20供给的液压回路中的马达，泵20从储箱21中抽取液体，储箱21接收来自回路的液压返回液体。该回路通过具有分配端口3和减压端口4的方向控制滑阀2a。分配端口3的截面遵循分配定律C3，并且减压端口4的截面遵循减压定律C4：图5A；这些定律将在下文进行阐述。

液压回路100在滑阀2a的上游受到连接到储箱21的主压力限制器9的保护，压力限制器9将由泵20供应的液压液体的压力限制到安全压力，例如200巴。

在回路本身中，在方向控制滑阀2a的下游，由在液压部件7的入口和出口之间的次级压力限制器6保护液压部件7免受过压。次级限制器6直接连接到储箱21。

在过压导致次级限制器6打开的情况下，只要操作者不经由直接作用在方向控制滑阀2a上的他们的控制构件1改变流率请求，来自供给端口3的流就直接排出到储箱21中，而不改变流率。

在正常操作期间，操作者通常将杆1驱动到其最大行程。如果部件7在操作过程中被堵塞，则所有的供给流都由压力限制器6排出，并直接返回到储箱21。

作为示例，在100巴的压力和60升/分钟的流率的情况下，这对应于10 kW的下降。

具体地，通常直到堵塞发生后几秒钟，操作者才反应过来并释放杆使杆返回到中间位置，并完全关闭供给端口3。

上述情况是不可逆的液压马达7的情况，不可逆的液压马达7的入口总是经由端口3供给，并且减压经由端口4来采取返回路径。

在可逆马达的情况下，马达的入口和返回被交换，以便沿相反的方向运动；然后，通过关于表示端口截面的Y轴对称，端口的截面根据与图5A的曲线对称的曲线变化；滑阀行程的轴线X沿负方向取向。

图6A、6B示出了由双作用液压缸7A构成的部件的情况，该双作用液压缸7A由被分成两个活塞腔室的圆柱形外壳形成：

-其中一个腔室71被界定在活塞和气缸的端壁之间，

-另一个腔室72被界定在活塞、液压缸的杆和另一端壁之间。

两个腔室71、72的容积变化是不同的，因为活塞杆穿过的腔室的截面通过该杆的截面而减小。

液压缸的操作由两个图6A、6B示出，分别对应于在端壁侧上供给的液压缸和在杆侧上供给的液压缸；端口（3a、4a）、（3b、4b）的变化曲线在图7的曲线图中示出。

根据图6A的回路的供给曲线C3a低于返回曲线C4a，这本身在压力曲线CPa中表现出来。

根据图6B的回路的供给曲线C3b高于返回曲线C4b，这本身在稳定的且弱的压力曲线CPb中表现出来，该压力曲线CPb针对在液压缸入口处在该位置中的压力。通过使滑阀经过位置O，液压缸被供给的操作模式被切换成沿相反的方向操作，其中液压缸根据图6被供给，从而则获得根据曲线C3b、C4b变化的端口3b、4b。

在根据图6A的供给中，入口处的压力根据曲线CPa变化，并且在图6B的供给的情况下，压力CPb建立在弱的、实际上恒定的水平处。

端口（3a、4a）和（3b和4b）是滑阀2a中成对的独立端口；这些端口分别经由端口3a、4a连接到腔室71、72，并以相反的顺序经由端口3b、4b连接到腔室72、71。

在这两种操作模式中，在液压缸7 （7 a、7b）堵塞的情况下，次级限制器6介入，结果类似于图5的电路的结果。

更详细地描述：

端口3和4具有根据滑阀2a的平移位置而可变化的截面S3、S4，以便根据伯努利原理设定通过每个端口3或4的流率Q：

根据该原理：

Qi：通过端口（i）的流率，

ΔP：由泵20提供的压力和由部件7表示的负载的压力之间的压力差，

Si（x）：取决于方向控制滑阀2a的平移位置（x）的端口（i）的截面，

ki：取决于滑阀2a的加工规格的系数，

（i） = 3或4。

端口（i）的截面Si（x）遵循一曲线，该曲线表示施加在截面Si上的变化，该变化取决于与该功能（即液压部件的操作特征）相关联的液压要求，如图3中针对为图4的液压回路的端口3和4建立的C3和C4曲线所示。

这些曲线绘制在坐标系统中，该坐标系统具有原点O，横坐标（x）和纵坐标（y）。

纵坐标（y）表示针对方向控制滑阀2a的（x）位置的端口（i）的截面Si（x）。该轴线X的原点O是方向控制滑阀2a的位置，在该位置中，截面Si（x）为零，也就是说端口是关闭的：

作为示例：

*表示供给端口3的截面S3的曲线C3在原点O处开始；它首先缓慢上升，且然后以细长的S形陡峭梯度上升到在方向控制滑阀2的行程xM的末端处的其最大截面S3max。

*表示返回端口4的截面S4的曲线C4基本上围绕一条未绘制的直线从原点O延伸到方向控制滑阀2a的行程末端xm的其最大截面S4max。

C3和C4的曲线相交。在初始阶段中，供给截面S3低于返回截面S4；这种关系随着操作条件而变化，从而到达最大操作条件的区域，直到行程xM的末端。

这种已知的液压系统使用压力限制器6，压力限制器6是安装在连接到储箱的管线中的液压机械压力限制器。压力限制器6经由其弹簧的预载进行设定（通过螺钉或电比例线圈），以便设定部件7入口处的最大容许压力。

在液压部件7由于外部原因而堵塞的情况下，会出现过压。

压力限制器6使得能够保护具有马达或液压缸的各种液压工具，例如液压锤、清扫机、钻器或公共工程机械配备的其他工具。然而，这种多种多样的工具产生或多或少麻烦的缺点。

一般来说，购买液压机时，液压机具有基本设备，如挖掘机的基本设备。然后，该设备由某些工具进行补充，液压回路的设置并不理想地适合于这些工具，因此有必要改变液压回路，这带来了缺点和成本。

压力设置的范围是有限的，并且为了安装如上所述的设备，有必要机械地修改安装，例如修改压力限制器6的弹簧的值。

如果要设置的压力低于系统压力，这将降低其他功能的性能，这些功能将不得不在暂时降低的压力下工作。

对于需要高速度（也就是说相当大的流率）的工具，液压机械限制器6必须能够将相当大的流率排出到储箱21，并且在高压力下这样做，高压力是限制器6设定的压力。因此，有必要适配压力限制器的选择参数，以适应待输出的功率。几秒钟内的液压功率损失可能表示着相当大的下降。

此外，为了排出相当大的流率，配件和软管必须具有大的直径，从而使得它们体积庞大并且难以安装在现有的液压装置中。

根据向液压装置供料的电动泵单元的驱动系统的转速，可能存在由压力变化引起的寄生频率，必须限制液压缸或马达上的这种变化。这也需要方向控制滑阀的修改。

发明内容

本发明的目的是克服用于控制液压回路的部件的已知系统的缺点，以及实现一种液压回路，该液压回路使得可以更有效地操作液压部件，同时还使得通过调节工作压力更容易将各种液压部件安装在同一个液压机上。

为此，本发明的主题是一种用于控制液压部件的系统，该回路的特征在于，其包括：用于液压部件的供给控制系统，该供给控制系统具有安装在供给端口下游的液压部件上游并提供关于液压液体压力的信息的压力传感器和设定点压力；致动器，其控制方向控制滑阀的移动；控制单元，其用于基于关于在供给端口处测量的压力的信息、基于设定点压力和基于来自操作者的请求来生成用于致动器的控制信号；以及滑阀中的泄漏孔，其在滑阀行程的初始阶段中在供给端口和部件之间产生朝向储箱的泄漏。

根据本发明的液压回路可以通过以下方式而被非常简单地实现或安装：通过将用于监测该压力的供给压力传感器、方向控制滑阀中的泄漏端口以及控制单元与已知的液压回路结合，其中该控制单元使得能够根据来自操作者的请求来管理方向控制滑阀的操作（通过适配该请求以适合能够安装在液压回路中的各种部件的操作规格）；通过对该管理进行配置，以及通过保护该回路免受压力冲击或过压，以及通过允许在没有功率损失的情况下操作。

根据本发明的控制系统可以经由紧凑的系统非常容易地安装在现有机器上。该系统使得可以总体上限制功率损失、恢复可用的流率、以及在适当的情况下在较弱的压力下工作以及为其他功能保持较高的压力。更一般地，根据本发明的控制系统使得可以经由可配置的控制单元调节工作压力。

根据另一个有利的特征，控制单元确定在来自传感器的关于压力的信息和设定点压力之间的差Ec，以将该压力差转换成基础信号，该基础信号根据方向控制滑阀的位置在操作区域中逐步变化，并且液压回路包括权衡装置，该权衡装置接收来自操作者的请求信号和基础信号，以发出等于两个信号（即来自操作者的请求和基础信号）中的较小者的信号。

本发明同样允许更完整的压力限制设置范围，并且总体上使得可以确保系统在所有操作条件下的稳定性。

总之，在根据本发明的这种液压回路中，在过压的情况下，在达到触发次级限制器的压力水平之前，控制单元接收压力信号并生成用于方向控制滑阀的控制信号，以便使其返回到减压区域，在减压区域中，截面减小且因此供给流率减小，并且压力可以经由泄漏端口排出，泄漏端口的截面稍微大于或等于该操作范围内的供给截面。

根据另一个有利的特征，滑阀的供给、减压和泄漏端口的回路根据滑阀的位移位置被分成多个区域：封闭区域，其是从滑阀的行程末端位置到打开开始位置的供给封闭区域；减压区域，该减压区域在封闭区域之后，并且在该减压区域中，供给截面缓慢打开，同时比泄漏截面更小，供给截面S3和泄漏截面S5比减压截面小得多；压力保持区域，在该压力保持区域中，泄漏截面再次下降并下降到供给截面以下；分配区域，在该分配区域中，泄漏孔的截面仅非常微弱地介入；以及全流率区域，在该全流率区域中，泄漏截面实际上不再介入。

根据另一个有利的特征，控制单元具有温度补偿表，该温度补偿表接收基础信号SCo，以便根据液压液体的温度对其进行补偿，该温度由检测回路中的液压液体的温度的温度传感器提供，温度补偿信号SCC被施加到该权衡装置，该权衡装置接收来自操作者的请求信号DO和该温度补偿信号SCC，以便根据这两个信号中的较小者形成控制信号。

附图说明

下面将借助于根据本发明的液压回路的实施例更详细地描述本发明，该实施例在附图中示出，其中：

图1示出了根据本发明的用于控制液压部件的系统，

图2示出了系统的控制功能的示意图，

图3示出了方向控制滑阀的端口截面的曲线图，

图3A示出了图3的放大细节，

图4示出了取决于可逆液压部件（例如液压马达）的滑阀行程的滑阀端口截面的曲线图，

图5示出了根据现有技术的用于控制液压部件的系统的示意图，

图5A示出了图5的回路的方向控制滑阀的端口截面的曲线图，

图6A示出了双作用液压缸在其第一供给位置的控制图，

图6B示出了图6A的双作用液压缸在其第二供给位置的控制图，

图7示出了用于双作用液压缸供给的方向控制滑阀的端口截面的曲线图。

具体实施方式

根据图1，本发明的主题是由泵20（电动泵）供给液压液体的液压回路100，泵20以通过主压力限制器9限制的可变压力供给液压液体。液压回路100包括方向控制滑阀2，该方向控制滑阀2根据来自操作者的请求DO管理液压部件7的供给，该操作者致动控制构件1（例如杆），并考虑所施加的参数。

液压回路100包括：

-通过滑阀2的供给端口3将泵20连接到液压部件7的入口的支路，

-通过滑阀2的减压（或返回）端口4将液压部件7的出口连接到储箱21的返回支路，以及

-旁路，其绕过液压部件7的入口，并经由滑阀2的泄漏端口5通向储箱21。

液压回路100通过液压部件7的入口和储箱21之间的直接连接来补充，该直接连接经由次级压力限制器6，而不经过返回端口4。

次级限制器6是重要的高压力安全构件，用于在电子部件故障或切断电源的情况下限制最大压力。作为示例，设置的范围是从50巴到350巴。次级压力限制器将被校准至360bar，以避免过压，如果方向控制滑阀在控制错误或经由电力的缺乏后保持关闭，则过压可能会损坏管道、软管或液压系统的任何其他部件。

根据本发明，由单元10控制的致动器23对滑阀2的实际瞬时控制独立于来自操作者的请求DO，也就是说独立于致动构件1的位置。

泄漏端口5连接到部件7上游的供给端口3，从而使得可以在初始阶段中增加液压回路中的压力或者减弱或平滑压力的增加，并且也使得可以在压力强烈增加的情况下更有效地操作；因此，例如，在液压部件7堵塞的情况下，由连接到液压部件7的入口的压力传感器8立即检测到部件上游的压力增加；该压力由控制单元10处理，控制单元10立即将方向控制滑阀2返回到减压区域B，以便减小供给截面S3，并因此减小到达液压部件7的流率Q3；该弱的流率经由泄漏端口5排出，而不必以全流率和高压压力通过限制器6。可用流率可以被供给到另外的部件。

由于液压回路100的特征可取决于液压液体的温度T，在一个变型中，为了考虑到在某些情况下的这种显著依赖性，在主限制器9的分支下游的泵20的出口设有温度传感器22。

方向控制滑阀2由控制单元10控制，该控制单元10接收（图2）：

-来自操作者1的请求DO，

-设定点压力PC，

-来自压力传感器8的压力P；并且，作为变型：

-液压液体的温度T，该温度由传感器22提供。

设定点压力PC是施加在液压回路100的操作上的参数，以保护回路及其部件SES，并减少由于以高压力和大流率返回液体而导致的功率损失，因为这些损失不会触发压力限制器6。

根据图2，控制单元10将由传感器8提供的压力P与压力设定点Pc进行比较，并确定差Ec，该差Ec用于产生基础控制信号SCo，然后如果需要的话，利用补偿表101对该基础控制信号SCo进行温度补偿。基础信号SCo是沿着曲线Co的差Ec的函数，该曲线Co取决于开口3、4、5的控制区域A、B、C、D、E，这将在下面详细说明，在区域A、C、E中增加台阶高度，并且沿着台阶高度之间的区域B、D中的连接段。基础信号SCo到达权衡装置102，该权衡装置102同样接收来自操作者的请求DO，以保留这两个信号SCo或DO中较小的一者作为控制信号SC。

在配备有用于检测液压液体的温度的温度传感器22的电路变型的情况下，基础信号SCo被补偿以给出补偿信号SCC，该补偿信号SCC将与权衡装置102中的信号DO进行比较以获得控制信号SC。

信号SC控制方向控制滑阀2，通过沿着图3的曲线C3、C4、C5以及图3A的放大细节移动，方向控制滑阀2的（x）位置确定端口3、4、5的截面S3、S4、S5。

图3的曲线C3、C4（其基本原理已经解释过）表示了端口3、4的截面的变化，该变化取决于方向控制滑阀2在方向控制体中的位置。这同样适用于由曲线C5限定的端口5的截面S5。

在液压马达7的情况下，液体的流动仅在一个方向上前进，使得仅涉及图3/3A的曲线图的右侧部分的曲线，而在液压缸的情况下，液体在部件（7a，7b）中的流动方向不对称地反转，并且使用右侧部分和左侧部分的曲线，如图7所示。

滑阀2经由通过信号SC控制的致动器23被移位，而不是直接通过来自操作者1的控制构件请求DO移位，使得电路100的响应比操作者的响应更快，以便考虑由传感器8检测的压力的突然增加，这将作为优先事项。

除了如下所示的可变截面的端口3、4之外，滑阀2还具有泄漏端口5，泄漏端口5将液压部件7的入口连接到储箱21。

曲线C3、C4、C5的描绘沿着X轴被分成多个区域（也就是说滑阀2经由致动器23的移位）：

-密封区域A，滑阀2是关闭的

-减压区域B

-加压区域C

-分配区域D

-全流率区域E。

供给端口3和返回端口4的曲线C3和C4的总体形状已经描述过了。

通过端口3、4、5的流率是由伯努利原理给出的，具体地：

*通过供给端口3的流率：

，

ΔP3是泵20和部件7（负载）之间的压力差；

*通过减压端口4的流率：

，

ΔP4是液压部件7的回流和储箱21之间的压力差；

*通过泄漏端口5的流率：

，

ΔP5是液压部件7和储箱21之间的压力差。

Q3/Q4的比值给出了供给管线中的压力变化。

-封闭区域A之后的减压区域B开始于位置xo，在此位置处孔3、4、5的截面开始打开。

减压端口4的截面S4完全打开，而供给端口3的截面S3几乎保持关闭。

*泄漏端口5的泄漏截面S5比供给端口3的那者打开得更多，因此减小了液压部件7的供给管线中的供给流率，无论液压部件7是马达还是液压缸。

-压力保持区域C：

泄漏截面S5减小，从而使得可以实现液压部件7的供给管线的受控再加压，以便为获得由泄漏控制的移动准备条件。

在区域C的末端处，泄漏截面C5与继续上升的供给曲线C3相交。

为泄漏端口5保持小的泄漏截面S5，以避免特别是当系统在指标示的响应（对阶跃变化的响应）激活时被激励时的可能的不稳定性。

滑阀2按照曲线C3的打开定律，与等效端口边缘处的压降成比例地分配流率。

-分配区域D：

滑阀2按照曲线C4的打开定律，与液压部件7的等效端口上的压降成比例地分配体积流率。

-全流率区域E：

在该区域中，达到最大液压功率。供给截面3的增加导致负载（部件7）中的压力下降。为了确保稳定的压力，减小返回截面C4，以在液压马达的情况下获得接近1的压力比。

在全流率运行时，方向控制滑阀2完全关闭泄漏截面5，以避免流率的不必要下降。

在液压部件7堵塞的情况下，负载压力的增加立即被传感器8检测到并被控制单元10处理，控制单元10瞬时使滑阀2返回到区域B，以经由截面S3的减小和通过泄漏端口5的截面S5的补偿来减小供给流率Q3。

由于测量的压力超过设定点压力PC，差Ec变为负值并产生控制信号SCmin，从而立即使滑阀返回减压区域B，而无论来自操作者的当前请求DO如何。

因此，供给立即减少，并经由泄漏端口5执行返回。

在液压部件7由液压马达构成的情况下，进入的流率与流出的流率相同，并且图3所示的曲线适用。

在液压缸的情况下，在与液压缸相关联的仪器堵塞的情况下，类似地进行控制以减小液压缸的供给截面。

附图标记列表

100 液压回路

1 控制构件/控制杆

2 方向控制滑阀

2a已知的方向控制滑阀

3 部件7的供给端口

4 部件7的返回端口

5 部件7上游的泄漏端口

6 次级压力限制器

7 液压部件

7a，b液压缸

8 部件7入口处的压力传感器

9 主压力限制器

10控制单元

101 温度补偿表

102 权衡装置

20液压回路的供给泵

21液压液体储箱

22泵20出口处的用于液压液体的温度传感器

23方向控制滑阀2的致动器

P 由传感器8测量的压力

PC设定点压力

DO来自操作员的请求

SCo 基础信号

SCC 补偿信号

SC控制信号

Ec测量的压力和设定值之间的压力差

T 由传感器22提供的温度

A-E 端口3、4、5的打开曲线的区域

C3表示供给端口截面的曲线

C4表示减压端口截面的曲线

C5表示泄漏端口截面的曲线

C6压力曲线

A 封闭区域

B 减压区域

C 压力保持区域

D 分配区域

E 全流率区域

S3供给截面

S4减压或返回截面

S5泄漏截面。