[发明专利]液压驱动系统和用于改进式操作的诊断控制策略

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。