液压变换器的控制系统

(1)技术领域

本发明总的涉及一液压系统控制系统，更具体地涉及用于具有液压变换器的 液压系统的一控制系统。

(2)背景技术

液压变换器是一用于液压回路或液压系统中的装置。液压变换器是一用于液 压系统或回路的液压传输和调节装置。液压变换器在液压回路中提供压力或流体 能量的转换。它不像阀那样，仅通过对流过可引起能量损失的小孔的流体节流而 降低压力，液压变换器可对应流体输出的增加或减少而使液压增加或减少。而这 不会导致明显的能量损失。液压变换器一般与作为功率源的恒定或已知的供给压 一起使用。该功率源可由诸如柴油发动机、汽油发动机、活塞式或回转式发动机 或马达之类的多种原动机中的任一种驱动。该液压转变系统还需要液压泵装置与 某些类型的压力调节系统一同使用，从而为液压变换器提供预定的或恒定的供给 压。这通常涉及使用某些其它元件，例如蓄液器、减压阀以及具有压力补偿的排 量可变的变量泵。以这种方式，可调节泵出的流体以在使输出流与连接于液压功 率源的液压变换器的随时间变化的需求相匹配的同时，提供恒定的、可预知的输 出压力。

液压变换器的作用可由一等效系统来解释，该等效系统包括一连接于排量恒 定或可变的泵的排量恒定或可变的马达，这些装置中的至少一种可通过某些外部 控制装置变化或调整。马达或泵可以是两物理上彼此独立的元件，它们与一轴互 连或共享一相同的泵件。液压变换器还可以具有一采用三流体通道的或开口的配 流盘。马达和泵的排量可通过改变可旋转的配流盘的角度而改变。马达或泵的排 量可彼此关联，这种关联是(排量与)配流盘角度的一函数。马达或液压变换器 的入口侧可连接于一恒压的液体功率源，该液体功率源可以采用一蓄液池或其它 装置以维持恒定的供给压。液压变换器的输出部分或泵部分用来驱动液压回路， 例如设置于运土器械中的推进回路、操纵回路或执行回路。基本上，液压变换器 是一个三通装置，用来将输入流和输入压力转化成一不同的输出流以及与之对应 的输出压力，这与泵和马达的排量比成函数关系。除了液压变换器的机械损失外， 该液压变换器可将压力维持在与液压变换器的输入相同的水平上。连接于参照压 力点的第三通口可在输出端根据变化情况提供所需的额外的液压流体或者在输入 端对过多的液压流体进行分流。液压变换器的输入压力或输入流体和输出压力或 输出流体之间的变化比率取决于输入和输出之间的有效排水比率，它是由液压变 换器内的配流盘的角度所控制的。

在将液压变换器用于液压回路中作为功率传输元件时，很重要的一点是需要 使液压变换器的功率输出满足所有连接于液压变换器的液压回路或负载的需求。 液压变换器还需要在负载变化的情况下具有稳定的、可响应的性能。当将一蓄液 池设置在液压变换器的输入端以提供一恒定的供给压时，有可能使蓄液池中的液 体排放，即运行在压力下降的情况下，以维持所需的流量或瞬时功率。这发生于 当输出端所需的瞬时功率超过将要提供给液压变换器的能量时。由于蓄液池需要 在其它系统操作运行于普通方式之前先在其中注入至标准系统压力，所以液体的 排放在液压变换器的操作中非常令人关注的。

使用液压变换器的另一重要问题是其作为一功率转化装置运作的多变的特 性。由于液压变换器内的两容积间的相互作用，在输入和输出流量及压力中会产 生持续不变的波动，这种波动取决于其体积的大小以及有效的可压缩性。在极端 的情况下，这种波动会造成元部件灾难性的损毁或失效。另外，这种波动会造成 功率传输中的操作困难。因此，需要消除这样的波动以使液压变换器能运行在现 实的场合中。另外，消除波动可导致液压功率的稳定传输，而不会在液压回路中 产生过多的声音或噪声。

因此，本发明的目的在于克服中一个或多个前述的问题。

(3)发明内容

按照本发明的一个方面，一液压变换器将液压提供至一流体驱动器，一控制 系统具有一液压系统以将液压提供给液压变换器，一连接于液压变换器的控制器， 该控制器用来限定提供给液压变换器的输入压力、并基于提供给液压变换器的输 入压力控制液压变换器的运行。

按照本发明的另一方面，一控制系统具有一液压系统以将液压提供给液压变 换器，一控制器连接于液压变换器，该控制器用来决定液压变换器提供给流体驱 动器的输出压力、并基于输出压力控制液压变换器的运行。

(4)附图说明

图1是用于按照本发明构造的液压变换器的一控制系统的方框图；

图2是用于按照本发明构造的液压变换器的一控制系统的细节方框图；

图3是按照本发明构造的液压变换器的一控制系统的另一实施例的方框图； 以及

图4是按照本发明构造的液压变换器的一控制系统的又一实施例的方框图。

(5)具体实施方式

现参阅附图，图1示出按照本发明构造的一用于液压变换器的控制系统 10。一液压系统14连接于液压变换器12以将压力或液压流体提供给液压变 换器12。液压系统14包括一与泵18相连的发动机16。发动机16可由一操 作人员控制，例如通过利用一诸如操作员的输入(未示出)选择一节流阀而 加以控制。泵18用来将压力或液压流体提供给连接于液压变换器12的蓄液 池20。一马达22，它作为一流体驱动器或一负载回路的例子连接于液压变换 器12。

一控制器或控制单元24由一导线26电气连接于液压变换器12。该控制 单元24可包括一微处理器、一微控制器或其它任何合适的电路或集成电路芯 片。控制装置24用来控制从液压变换器12对由液压系统14所产生的液压流 体流量的需求。当发动机16的速度响应操作员的输入或马达22的负载而变 化时，于泵18输出端产生的流量与发动机16的转速成比例地直接变化。为 控制从液压变换器12中出来的流量，控制系统10监视液压变换器12的输入。 控制系统10保证液压变换器12的输出功率满足连接于液压变换器12的马达 22或其它回路或负载的要求。

当控制系统10运行时，一操作人员通过启动输入至任何所需速度而控制 操作员输入端。然后发动机16使泵18运作，该泵18将液压流体送至蓄液池 20，随后送至液压变换器12。一旦将液压流体注入液压变换器12，液压变换 器12就使马达22运作。控制单元24监视液压变换器12，以确定是否需要调 节液压变换器12，以增加或减少提供给马达22的液压流体。如公知的那样， 从液压变换器12中出来的液压流体可通过调节一液压变换器内的配流盘(未 示出)而加以控制。配流盘的移动可有效地控制从液压变换器12传输至马达 22的流体体积。

现参阅图2，用来控制液压变换器12运作的控制单元24的方框图如图所 示。控制单元24包括一用来确定液压变换器12输入端的参照功率的功率参 照计算部件30，由此满足马达22对液压变换器12输出端的要求。功率参照 计算可围绕一恒定的参照功率或考虑马达22动态特性的复杂计算而进行。这 种计算牵涉到传感器的使用，诸如用来感应马达22或负载处的压力，或基于 控制回路24的诸如液压变换器12的排比、对液压变换器12的输入压力或转 动速度等已知变量而进行。

功率参照计算部件30通过一导线34连接于比例控制项32。比例控制项 32的输入是由功率参照计算部件30确定的计算参照功率与在液压变换器12 的输入端的实际量之间的差值。比例控制项32作用于功率参照信号和液压变 换器12的输入端的实际功率之间的误差。比例控制项32通过一导线36连接 于液压变换器12。比例控制项32的输出被提供给液压变换器12以控制液压 变换器12的排比。这种输出与液压变换器12的输入功率的误差成比例。例 如，液压变换器12具有可移动的配流盘(未示出)且比例控制项32的输出 会使配流盘移动。这种移动将保证在由于马达22或负载回路的变化而导致在 液压变换器12的输出功率要求有变化的情况下作出快速响应。这样的变化可 以是因为马达中流体的突然阻塞而必须使控制系统10内的压力增加以克服流 体的阻塞。比例控制项32将经由导线36提供一信号，由此改变液压变换器12 内的配流盘的角度以使液压变换器12输出端的压力增加。比例控制项32可 用来保证对马达22或负载回路内的大幅度变化作出快速响应。

功率参照计算部件30还通过一导线40连接于一积分控制项38。积分控 制项38的输入是由功率参照计算部件30确定的计算参照功率与在液压变换 器12的输入端的实际值之间的误差。积分控制项38作用于功率参照信号和 实际功率之间的误差以通过导线42将一输入提供给液压变换器12的输入端。 这种输入控制液压变换器12内的配流盘的角度。该积分控制项38确保液压 变换器12的功率输入的零稳定状态误差。积分控制项38还通过维持输入到 液压变换器12的功率并使其接近于参照值的方法而防止蓄液池20中液体的 排出。

功率参照计算部件30还通过导线46连接于微分控制项44。该微分控制 项44作用于液压变换器12的实际功率输入以改变液压变换器12内的配流盘 角度。微分控制项44可通过将微分控制项44连接于液压变换器12的导线48 传送一信号而控制压力变换器12。微分控制项44用来预计液压变换器12的 操作。更重要的是，微分控制项44将一超前相位导入至液压变换器12内， 该超前相位用来控制液压变换器12的配流盘的角度上的小波动。这消除了在 液压变换器12的输入端和输出端的流体或压力波动，也有助于消除液压变换 器12内的任何速度波动。微分控制项44的作用是有效地消除可能发生于液 压变换器12内的压力波动和流量波动。

图3示出用于液压变换器102的控制系统100，其中提供给液压变换器102 的输入功率被持续监测，由此控制液压变换器102的操作。包括一液压系统104 的控制系统100连接于液压变换器102以将压力或液压流体提供给液压变换 器102。液压系统104含有一连接于泵108的发动机106。该发动机106可由 一操作人员通过操作人员的输入进行控制，该输入可以是诸如一节流阀(未 示出)。泵108用来将压力或液压流体送至连接于液压变换器102的蓄液池 110。一作为流体驱动器或负载回路的一个例子的马达112连接于液压变换器 102的输出端。一控制器或控制单元114由一导线116电气连接于液压变换器 102。一压力传感器118连接于蓄液池110和液压变换器102的输入端以检测 提供给液压变换器102的压力。该传感器1 18由一导线120连接于控制单元 114。传感器118将检测到的压力通过导线120提供给控制单元114。这样， 控制单元114就可监测液压变换器102的输入以控制液压变换器102的操作。

参阅图4，其中示出了用于液压变换器152的控制系统150的另一实施例。 控制系统150对液压变换器152的输出进行监测以控制液压变换器152的操 作。控制系统150包括一连接于液压变换器152的液压系统154以将压力或 液压流体送至液压变换器152的输入端。液压系统154包含一连接于泵158 的发动机156。发动机156可由一操作人员通过输入进行，例如采用一诸如节 流阀的操作输入(未示出)。泵158用来将压力或液压流体送至连接于液压 变换器152的蓄液池160。一作为流体驱动器或负载回路的例子的马达162连 接于液压变换器152的输出端。一控制器或控制单元164通过一导线166电 气连接于液压变换器152。一压力传感器168连接于液压变换器152的输出端 和马达162之间以检测提供给马达162的压力。该传感器168由一导线170 连接于控制单元164。传感器168将检测到的压力通过导线170提供给控制单 元164。这样，控制单元164可以监测液压变换器152的输出以控制液压变换 器152的操作。

尽管未示出，为控制液压变换器12、102或152的操作，也可以监测任 何液压变换器12、102或152的速度。这样，液压变换器12、102或152的 速度就被用作代替输入压力或输出压力的控制变量。

(6)工业上的应用

按照本发明的原理构造而成的控制系统10通过对液压变换器的控制以满 足所有连接于液压变换器的液压回路或负载的要求，有利地提高了液压变换 器的使用价值。本发明的控制系统10还减少了与液压变换器相连的、与液压 系统相联系的蓄液池中液体的排出。本发明的控制系统10的使用，消除了蓄 液池的排出或使排出减少。由于蓄液池的排出对于液压变换器操作有明显影 响，所以控制液压变换器的操作以确保施加标准系统压力和确保操作的正常 进行是很重要的。另外，控制系统10可消除产生于液压变换器输入和输出端 任何压力波动和流量波动。

通过对附图、公开内容和所附权利要求的研究，可获得本发明的其它方 面、目的以及优点。