液压驱动系统和用于改进式操作的诊断控制策略技术方案

提供一种用于液压泵与液压驱动单元之间的液压流体供应的方法和设备，当测量到的液压流体压力越过预定压力阈值时，对向所述液压驱动单元的液压流体流动方向进行切换或停止向所述液压驱动单元的液压流体流动。该方法还包括计算由液压驱动单元所做的机械功的量，并当用于驱动循环的计算出的机械功小于机械功的预期量时，警告操作者或限制向液压驱动单元的液压流体流动速率。用于实现该方法的设备还包括压力传感器和电子控制器，该压力传感器与泵和驱动单元之间的液压流体供应管道相关联，该电子控制器被编程为根据该方法操作该驱动系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种液压驱动系统和一种用于改进式操作的诊断控制策略。尽管许多 液压驱动系统均可以受益于本公开的系统和控制策略，但是它特别地有利于采用以不同速 度操作的液压流体泵的系统，例如，这种具有通过电动机机械驱动的液压流体泵的系统，其 中液压泵速与电动机速度成比例，因为比起具有以恒定的速度操作的液压流体泵的系统来 说，控制这种系统是更为复杂的。此外，本公开的系统的一些方面特别地适用于用以产生往 复运动的液压驱动系统，这需要切换以使液压驱动单元中的液压活塞的方向反向的液压流 体流动。
技术介绍
液压驱动系统可以用于将机械动力提供到诸如具有往复活塞的正排量泵的驱动 机构、和采用液压流体压力驱动机械运动的其它机构。在这种液压驱动系统中，可测量液压 流体压力以提供指示操作条件的指示信号，且这种指示信号可以用于控制液压驱动系统。 例如，共同拥有的加拿大专利No. 2，527，122、名为“用于从存储容器泵送流体及检测存储容 器何时为空的设备和方法”(’ 122专利)公开了一种设备，其包括从存储罐泵送过程流体的 被液压驱动的往复活塞泵，和一种方法，其包括测量液压流体压力以确定存储罐何时为空。 对于诸如低温流体的过程流体，商用级别的传感器是不适用的，所以这种确定存储罐何时 为空并防止泵在存储罐为空的时候操作的方法是有用的。通过’ 122专利教导的方法包括 测量峰值液压系统压力并当峰值液压系统压力降到用于预定次数的预定阈值之下时确定 存储罐为空，这表明泵在泵送行程期间遭遇了较少的过程流体阻力。当将存储罐确定为空 时，用于液压系统的电子控制器可以被编程为切换，从而从不同的存储罐泵送过程流体。当 该方法工作时，与该方法相关的难题是峰值液压系统压力可以响应于不同于被泵送的过程 流体的量的因素而改变。例如，峰值液压系统压力也可以响应于过程流体在其被泵送的系 统中的压力而改变，因为下游的过程流体压力与排气行程期间作用于泵活塞上的阻力相互 关联。泵活塞运动的阻力也可以随动摩擦而变，由此由将过程流体传送到液压驱动器的液 压泵的速度的变化所引起的液压流体流动速率的变化同样可以影响液压驱动器中的峰值 液压系统压力。相应地，如果调整预期峰值液压系统压力以解决影响峰值液压系统压力的 其它因素，例如过程流体压力和液压驱动器速度，就可以改进通过’ 122专利教导的依赖于 峰值液压系统压力的测量的方法。该方法的使用不限于被液压驱动的泵。对于不同的被液 压驱动的设备，例如液压机或挤压机，如果峰值液压系统压力小于预期压力，这就可能是存 在比预期材料量更少的材料在工作的指示，这表明需要补充所供应的材料或者到了停机的 时候；这里，峰值液压压力也是可以随诸如液压泵速或液压流体流动速率的常态操作变量 而变的。还是参见被液压驱动的往复式泵的示例，泵的效率可以通过防止泵活塞缩短行程 而提高，如果泵活塞不完全地伸展或缩回，将发生缩短行程的情况，这导致不完全的活塞行 程。这对于单作用活塞泵和双作用活塞泵来说都是问题，因为缩短的行程防止泵活塞腔被完全地填充过程流体和/或完全地排出过程流体。常规的液压驱动器可以采用磁性近程 式传感器以检测何时活塞已经到达活塞行程的止点，但是该方法增加了成本和所需要的维 护，因为对于每个液压驱动活塞均需要两个传感器。另一种方法是采用流量计以测量液压 流体流量并基于已知的液压气缸的容量计算何时液压活塞已经到达其行程的止点。然而， 利用该方法，流量计可能是昂贵的，且通过例如流量计的精度的其它因素或者如果在系统 中存在液压流体泄漏就可能引入不精确性。共同拥有的加拿大专利申请No. 2，476，032、名 为“液压驱动系统和操作液压驱动系统的方法”(’ 032申请)公开了一种通过采用设置在 液压活塞中的往复阀来防止缩短行程的方法，该往复阀操作液压流体于每个活塞行程的终 了处流过活塞。这允许液压活塞完成每个行程而不被驱动撞击端板并损坏端板，这允许控 制器被编程为基于液压泵速度、液压流体压力或流逝的时间中的至少一个，估计何时活塞 已经到达行程的止点。往复阀的操作允许控制器有一些可允许的误差以确保在控制器发送 电子信号到流动切换装置以切换液压流体流向和液压活塞运动的方向之前完成液压活塞 行程。图1是绘制出用于具有以恒定速度操作的液压流体泵的液压驱动系统的液压系 统压力和泵送状态相对于时间的曲线。通过线101描绘的该液压系统压力由与管道相关联 的传感器进行测量，该管道将来自液压泵的排出口连接至液压驱动单元。在本示例中，该液 压驱动单元包括往复式液压活塞，并且通过线105描绘的泵送状态示出了液压驱动单元中 的活塞是正在伸展还是正在缩回。泵送状态1的值表示液压活塞正在伸展并正在做功，如 由与峰值液压系统压力的相互关系所示出的那样。泵送状态2的值表示液压活塞正在缩 回，并且在本示例中，由液压驱动单元驱动的泵是单作用泵，从而使缩回行程期间的液压系 统压力低得多。绘制的数据涉及一种液压驱动单元，其正驱动单作用容积式活塞泵，该泵 在伸展行程期间从泵缸泵送过程流体，并在缩回行程期间将过程流体汲取到泵缸中。相应 地，在每个泵送循环期间，液压系统压力在伸展行程期间达到峰值，并当往复阀打开时在活 塞行程的终了处急剧下降。在往复阀打开的同时，液压系统压力在缩回行程的终了处稳定 于由通过往复阀和经由活塞的流体通道的压降所支配的压力，如由曲线中以附图标记IOlB 所表示的平坦部分所示的那样。在对于图1所绘制的数据中，当液压活塞转向以进行缩回 行程时，往复阀关闭，且液压系统压力下降并稳定于甚至更低的压力，该甚至更低的压力与 在将液压流体从缸的出口排出时流经缸的出口的液压流体的压降相关联。在缩回行程的终 了处，液压系统压力升高，以再次反映通过打开的往复阀和经由活塞的流体通道的压降，如 由曲线中以附图标记IOlA和101’ A所表示的平坦部分所示的那样。，032申请教导一种方法，其通过将电子控制器被编程为根据液压泵速、液压流 体压力或消逝时间估计何时完成每个活塞行程，消除了对于液压活塞用位置或近程式传感 器的需要。即，由于对于每个活塞行程所排出的液压流体容量是已知的，这些变量中的一个 可以用于通过从液压泵速、液压流体压力或消逝的时间计算预期何时完成活塞行程来估计 何时完成每个活塞行程。’032申请教导利用往复阀来防止液压活塞被驱动抵靠在活塞或端 板上并损坏活塞或端板，这允许控制器采用用于活塞行程的终了的正时的初步估计，并使 得所估计的行程持续时间能够包括用于每个行程的额外的时间以防止短行程，这确保液压 活塞完成其行程。尽管本方法和设备是有效的并消除了用以检测何时活塞已经到达每个活 塞行程的止点的传感器的需求，但可以对它进行改进且如果可缩短往复阀打开时液压活塞行程之间的额外时间，就可使得液压驱动器更为有效。上文中已经描述了多个与被液压驱动的设备相关联的困难，这表明了对改进的诊 断控制策略的一种需求，该改进的诊断控制策略对于致力于这些和其它困难以改进效率和 /或操作而言是有用的。
技术实现思路
公开了一种诊断和控制液压驱动系统的方法，其包括测量液压泵与液压驱动单 元之间的液压流体供应管道中的液压流体压力；当测量到的液压流体压力越过预定压力阈 值时，对向液压驱动单元的液压流体流动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于诊断和控制液压驱动系统的方法，包括：测量液压泵与液压驱动单元之间的液压流体供应管道中的液压流体压力；当测量到的液压流体压力越过预定压力阈值时，对向所述液压驱动单元的液压流体流动方向进行切换或停止向所述液压驱动单元的液压流体流动，以结束驱动循环；根据（ｉ）测量到的从联接到所述液压驱动单元并由所述液压驱动单元驱动的机构传送到所述液压驱动单元的阻力；和（ｉｉ）液压泵速中的至少一个，将所述预定压力阈值调整到校正后的压力阈值；根据所述驱动循环期间的液压泵速、完成所述驱动循环的时间、和所述驱动循环期间由所述液压驱动单元中的液压活塞排出的容量中的至少一个以及所述测量到的液压流体压力，计算所述驱动循环中由所述液压驱动单元所做的机械功的量；和当针对所述驱动循环的所述计算出的机械功比机械功的预期量小预定差额时，警告操作者或者限制向所述液压驱动单元的液压流体流动速率，所述机械功的预期量根据预期峰值液压系统压力被计算出。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】CA 2007-10-4 2,602,164一种用于诊断和控制液压驱动系统的方法，包括测量液压泵与液压驱动单元之间的液压流体供应管道中的液压流体压力；当测量到的液压流体压力越过预定压力阈值时，对向所述液压驱动单元的液压流体流动方向进行切换或停止向所述液压驱动单元的液压流体流动，以结束驱动循环；根据(i)测量到的从联接到所述液压驱动单元并由所述液压驱动单元驱动的机构传送到所述液压驱动单元的阻力；和(ii)液压泵速中的至少一个，将所述预定压力阈值调整到校正后的压力阈值；根据所述驱动循环期间的液压泵速、完成所述驱动循环的时间、和所述驱动循环期间由所述液压驱动单元中的液压活塞排出的容量中的至少一个以及所述测量到的液压流体压力，计算所述驱动循环中由所述液压驱动单元所做的机械功的量；和当针对所述驱动循环的所述计算出的机械功比机械功的预期量小预定差额时，警告操作者或者限制向所述液压驱动单元的液压流体流动速率，所述机械功的预期量根据预期峰值液压系统压力被计算出。2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过确定位于测量到的液压流体压力相对于由 所述液压驱动单元中的液压活塞排出的容量的曲线下方的面积而计算出由所述液压驱动 单元所做的机械功的量。3.根据权利要求1所述的方法，其中，根据(i)测量到的从联接到所述液压驱动单元并 由所述液压驱动单元驱动的机构传送到所述液压驱动单元的阻力；和(ii)液压泵速中的 至少一个，校正所述机械功的预期量。4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括通过将(i)测量到的液压流体压力；(ii)测量到的从所述机构传送到所述液压驱动单 元的阻力；和(iii)液压泵速或测量到的液压流体流动速率输入到预定公式中来调整所述 机械功的预期量，并采用所述预定公式来计算校正后的机械功的预期量。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述预定公式通过将所述校正后的机械功的预 期量与凭经验确定的值相比较来进行校验，所述凭经验确定的值表示利用相同的从所述机 构传送到所述液压驱动单元的阻力的值、和相同的液压泵速或液压流体流动速率的值所做 出的实际机械功。6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述预定公式是基于模型的，并通过将所述校正 后的机械功的预期量与对应的凭经验确定的机械功的值相比较来进行校验。7.根据权利要求3所述的方法，进一步包括通过参照三维查阅表而调整所述机械功的预期量，其中，所述校正后的机械功的预期 量根据(i)测量到的液压流体压力；(ii)测量到的从所述机构传送到所述液压驱动单元的 阻力；和(iii)液压泵速或测量到的液压流体流动速率来确定。8.根据权利要求7述的方法，进一步包括通过凭经验获得的校正后的机械功的预期量或者凭经验获得的校正因子建立所述查 阅表，所述校正因子能够被施加于所述机械功的预期量，以确定所述校正后的机械功的预期量。9.根据权利要求3的方法，进一步包括使用从查阅表以及公式确定的校正因子的组合、根据(i)测量到的液压流体压力；(ii)测量到的从所述机构传送到所述液压驱动单元的阻力；和(iii)液压泵速或测量到的 液压流体流动速率来调整所述机械功的预期量，以确定所述校正后的机械功的预期量。10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括调整所述校正后的机械功的预期量或所述测量到的液压流体压力，以考虑传感器测量 液压流体压力的位置处的液压流体压力与所述液压驱动单元中的液压流体压力之间的差。11.根据权利要求1所述的方法，其中，联接到所述液压驱动单元并由所述液压驱动单 元驱动的所述机构是具有往复活塞的容积式泵，用于将过程流体从过程流体存储容器泵送 到传送管道或储液器容器。12.根据权利要求11的方法，其中，从所述容积式泵传送到所述液压驱动单元的阻力 随在所述传送管道或所述储液器容器中测量到的过程流体压力而变，并且所述方法进一步 包括测量所述容积式泵的排出口下游的所述过程流体压力并以与所述测量到的过程流体 压力的改变成正比的方式调整所述校正后的机械功的预期量。13.根据权利要求11所述的方法，进一步包括根据液压泵速或液压流体流动速率来调整所述校正后的机械功的预期量。14.根据权利要求1所述的方法，进一步包括当所述计算出的所述机械功的量小于用于预定次数的所述驱动循环的所述机械功的 预期量时，或者如果计算出面积的所述机械功的量比所述机械功的预期量小超过所述预定 差额的预定量时，停止向所述液压驱动单元的液压流体流动。15.根据权利要求14述的方法，其中，所述过程流体存储容器是多个过程流体存储容 器中的一个，并且所述方法进一步包括当停止所述液压驱动单元时，操作液压流体分流阀以将液压流体分流到另一液压驱动 单元，从而操作与另一过程流体存储容器相关联的另一容积式泵。16.根据权利要求11所述的方法，进一步包括当所述计算出的面积小于用于预定次数的所述驱动循环的所述预期面积，或者如果所 述计算出的面积比所述预期面积小超过所述预定差额的预定量时，操作过程流体分流阀以 将所述容积式泵与所述过程流体存储容器流体断开并将所述容积式泵与第二过程流体存 储容器流体连接。17.根据权利要求11述的方法，其中，所述液压驱动单元包括具有能够机械操作的往 复阀的往复式液压活塞，所述往复阀在液压活塞行程的止点处自动打开...

【专利技术属性】
技术研发人员：格雷格巴滕堡，
申请(专利权)人：西港能源有限公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]