DE10319484A1

DE10319484A1 - Hydrauliksteuersystem

Info

Publication number: DE10319484A1
Application number: DE10319484A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Zama Matsumoto; Takashi Yokohama Shinke; Masayuki Yokohama Kobayashi
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 2002-04-30
Filing date: 2003-04-30
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2023-05-01
Also published as: KR20030086415A; JP2004028333A; US20030200747A1; US6978607B2; KR100996322B1; JP4128482B2; DE10319484B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein Hydrauliksteuersystem mit bevorzugter Betriebsleistung, Ansprechverhalten in Betrieb und Stabilität, und mit einer stark verbesserten Systemeffizienz bereit. Falls jedes der Wegesteuerventile (3, 4 und 5) in der neutralen Position ist, ist die Druckölzufuhr zu jedem der Ventile zu der Ausstoßleitung (12) der verstellbaren Hydraulikpumpe (1) gestoppt. Der Druck in der Signalleitung (18) ist durch das solenoidbetriebene Ein-/Aus-Ventil (56) zu dem Tank (32) verbunden. Daher ist der Druck in der Signalleitung (18) niedrig. Andererseits wird das Drucköl in der Ausstoßleitung (11) zu dem Tank durch die druckerzeugende Einrichtung (31) gegen die an dem Strömungssteuerventil (29) mit Druckausgleich montierete Feder (55) ausgestoßen. In diesem Falle ist die Ausstoßrate der Pumpe auf einem minimalen Niveau gehalten, wenn das auf den Pumpenausstoßratensteuermechanismus (B) aufgebrachte Drucksignal (Pu) niedrig ist. Dann wird auch die durch das Strömungssteuerventil mit Druckausgleich strömende Ölmenge minimal. Wenn der Druck an der Drucksignalleitung (C) ansteigt, wird die Ausstoßrate der Pumpe auf einem minimalen Niveau gehalten. Die minimale Ausstoßrate kann auf ein sehr geringes Niveau eingestellt werden, abhängig von dem Aufbau der verstellbaren Hydraulikpumpe, die mit der Druckerzeugungseinrichtung und dem Pumpenausstoßratensteuermechanismus ausgestattet ist.

Description

Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Hydrauliksteuerung einer mit einem Hydraulikantrieb betriebenen Baumaschine wie einem Hydraulikbagger, insbesondere auf ein Hydrauliksteuersystem, welches die Systemeffizienz drastisch verbessert, wodurch eine Betriebsleistung davon verbessert wird.

Beschreibung des Standes der Technik

Es gibt ein Steuersystem mit negativer Rückkopplung (negative feedback control System – nachfolgend als „Nega-con-System" bezeichnet), ein Steuersystem mit positiver Kopplung (positive feedback control System – nachfolgend als „Posicon-System" bezeichnet) und ein Lastmesssystem, etc. als Hydrauliksteuersystem für Hydraulikbagger.

Der betreffende Gegenstand der jeweiligen, oben genannten herkömmlichen Systeme wird nachfolgend beschrieben.

Nega-con-System

14 veranschaulicht einen Hydraulikschaltplan des Nega-con-Systems. In dem System ist eine druckerzeugende Einrichtung an einem Auslass eines zentralen Bypassdurchgangs in einem Wegesteuerventil mit einem zentralen Bypassdurchgang vorgesehen. Die druckerzeugende Einrichtung veranlasst den Druck auf Ihrer stromaufwärtsgelegenen Seite, als Drucksignal auf einen Steuermechanismus der Pumpenausstoßrate zu wirken. Der Steuermechanismus der Pumpenausstoßrate arbeitet, um die Ausstoßrate in Übereinstimmung mit einem Absinken des Drucksignals zu erhöhen.

Das System stellt eine vorteilhafte Betriebsleistung für den Hydraulikbagger bereit, den eine Bedienperson handhabt und der daher in schwerem Gebrauch ist, da eine Signalrückkopplung zu der Pumpe von dem Wegesteuerventil ein Niederdruck ist, und Drucköl wird zu einem Aktor zugeführt, wobei ein Teil des von der Pumpe ausgestoßenen Drucköls ausleckt. In diesem Falle wird allerdings das zu dem Wegesteuerventil von der Pumpe zugeführte Drucköl in der Form von Wärme abgeführt, da ein Teil des Öls durch den zentralen Bypassdurchgang zu dem Tank ausgestoßen wird, während das Wegesteuerventil in einer neutralen Position oder auf dem Weg des Betriebes ist. Insbesondere in dem Fall, dass ein mit dem Ventil verbundener Hydraulikaktor vom Schwerlasttyp ist, d.h. ein großes Volumen von Drucköl benötigt, um tatsächlich anzufangen sich zu bewegen und daher die Betriebsmenge des Wegesteuerventils groß ist, gibt es weiterhin ein Problem, dass das Drucköl während des Zeitintervals abgeführt wird und als Ergebnis hieraus Energie nutzlos abgeführt wird, obwohl die Ausstoßrate der Pumpe durch das Drucköl niedrig gehalten wird.

Andererseits ist es möglich, die von dem zentralen Bypass ausgestoßene Druckölmenge relativ abzusenken, beispielsweise durch Verengen des zentralen Bypassdurchgangs des Wegesteuerventils. Allerdings ist es sehr schwierig, die Flächen und das Timing zwischen dem Öffnen des zentralen Bypassdurchgangs und des Öffnungsdurchgangs zu dem Zylinderanschluss in dem Wegesteuerventil geeignet einzustellen.

Ferner wird abhängig von der Bearbeitungsgenauigkeit und dem Ventilbetrieb von der Pumpe ausgestoßenes Drucköl in einem Durchgang von Zufuhrleitungen eingefangen, um eine unnormal hohe Druckerzeugung zu verursachen, welche die Energieeffizienz eher verschlechtert.

In dem für den Hydraulikbagger verwendeten Hydrauliksteuersystem ist die Betriebsleistung unter der Bedingung, dass eine Mehrzahl von Aktoren gleichzeitig betrieben wird, d.h. die Eigenschaften der Strömungsverteilung zu jedem Hydraulikaktor von der verstellbaren Hydraulikpumpe, sehr wichtig. Im Allgemeinen werden diese Eigenschaften einzig durch die Öffnungsflächen in jedem Ventil und die Ausstoßströmungsrate der Pumpe bei bestimmten Drehzahlen definiert. Dementsprechend gibt es weiterhin ein Problem, dass eine vorteilhafte Betriebsleistung nicht aufrechterhalten werden kann, wenn sich Drehzahlen eines Motors oder ein Lastdruck ändern.

Posi-con-System

15 veranschaulicht einen Hydraulikschaltplan für das Posi-con-System. In dem System wird von einer verstellbaren Hydraulikpumpe mit einem Steuermechanismus der Pumpenausstoßrate ausgestoßenes Drucköl zu Wegesteuerventilen mit einem zentralen Bypassdurchgang zugeführt. Die Ausstoßrate der Pumpe wird durch Betriebssignale zu den Ventilen derart gesteuert, dass die Ausstoßströmungsrate der Pumpe in Übereinstimmung mit einem Anstieg der Betriebsmenge zu den Ventilen ansteigt.

In dem Posi-con-System gibt es ein ähnliches Problem wie in dem Nega-con-System hinsichtlich der Systemeffizienz und der Betriebsleistung in kombinierten Betrieben trotz der vorteihaften Betriebsleistung, da ein Teil des Drucköls durch den zentralen Bypassdurchgang zu dem Tank ausgestoßen wird, während das Ventil in einer neutralen Position oder auf dem Weg des Betriebes ist.

Insbesondere ist die Ausstoßrate einzig in Übereinstimmung mit den Betriebsignalen zu den Ventilen definiert, ungeachtet des Öffnungsgrades an dem zentralen Bypassdurchgang. Daher ist es sehr schwierig, Flächen und ein Timing zwischen dem Öffnen des zentralen Bypassdurchgangs und des Öffnungsdurchgangs zu dem Zylinderanschluss einzustellen, sodass es weiterhin ein Problem gibt, dass eine unnormal hohe Druckerzeugung und eine Verzögerung des Druckanstieges in den Durchgängen der Zufuhrleitungen von der Pumpe entstehen kann. Zusätzlich kann gesagt werden, dass das Posi-con-System hinsichtlich dem Ansprechverhalten vorteilhaft ist verglichen mit anderen Systemen, da die Ausstoßrate der verstellbaren Hydraulikpumpe durch eine Signalausgabe parallel mit Betriebssignalen zu den Wegesteuerventilen gesteuert wird.

Lastmesssystem

16 veranschaulicht einen Hydraulikschaltplan des Lastmesssystems. In dem System wird hinsichtlich der Ölmenge für die Zufuhr zu dem Hydraulikaktor die Ausstoßrate der verstellbaren Pumpe derart gesteuert, dass ein Differenzialdruck auf der Eingangsseite des betreffenden Wegesteuerventils konstant ist. Dementsprechend gibt es keinen gedrosselten und abgeführten Öldruck wie in dem Nega-con-System und dem Posi-con-System, und die Systemeffizienz wird um dieses Ausmaß verbessert.

Allerdings muss der Differenzialdruck auf der Eingangsseite auf einem gewissen Pegel aufrechterhalten werden, beispielsweise mehr als 20 Bar, um die Pumpenausstoßrate geeignet zu steuern, und als Ergebnis hieraus tritt ein Druckabfall in dem Drucköl auf, wenn es durch jedes der Ventile passiert, ungeachtet der Menge. Somit gibt es weiterhin ein Problem hinsichtlich der Systemeffizienz.

Ferner gibt es hinsichtlich der Steuerung der Pumpenausstoßrate ein weiteres Problem einer Verzögerung des Ansprechverhaltens, da zuerst das Wegesteuerventil betrieben wird, und dann als Ergebnis die Pumpenausstoßrate gesteuert wird.

Darstellung der Erfindung

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben sich mit einer Forschung und Untersuchung befasst, um die oben genannten Probleme zu lösen, und stellten fest, dass diese Probleme durch Aufbringen eines Differenzialdrucks zwischen dem Druck auf der Ausstoßseite der verstellbaren Hydraulikpumpe und dem Druck des zu dem Hydraulikaktor von dem Wegesteuerventil zugeführten Drucköls zu dem durch eine Bedienperson vorgegebenen Betriebsbefehle gelöst werden können. Dementsprechend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Hydrauliksteuersystem bereitzustellen, das eine vorteilhafte Betriebsleistung, Ansprechverhalten und Stabilität besitzt und die Systemeffizienz drastisch verbessert. Um diese Aufgabe zu lösen, umfasst das Hydrauliksteuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung
einen Hydraulikaktor zum Durchführen eines vorbestimmten Betriebes mittels einer Druckölzufuhr,
eine Wegesteuerventileinheit mit einem Wegesteuerventil zum Zuführen von Drucköl zu dem Hydraulikaktor in Antwort auf ein von einer Betriebsbefehlseinheit gegebenes Betriebssignal,
eine verstellbare Hydraulikpumpe zum Zuführen von Drucköl zu der Wegesteuerventileinheit, deren Ausstoßrate sich auf ein von der Betriebsbefehlseinheit gegebenes Betriebssignal ändert,
eine Differenzialdruckerzeugungseinheit zum Erzeugen eines Differenzialdrucks zwischen einem Druck auf einer Ausstoßseite der verstellbaren Hydraulikpumpe und einem Druck in einem zu dem Aktor von dem Wegesteuerventil zugeführten Drucköl,
eine Steuermengenkorrektureinheit zum Korrigieren des Betriebssignals von der Betriebsbefehlseinheit an die verstellbare Hydraulikpumpe in Antwort auf eine Ausgabe der Differenzialdruckerzeugungseinheit, und
eine Ausstoßratensteuereinheit zum Steuern der Ausstoßrate der verstellbaren Hydraulikpumpe.

Um die Aufgabe zu lösen, ist das Hydrauliksteuersystem der vorliegenden Erfindung ferner derart aufgebaut, dass ein Hydrauliksteuersystem bereitgestellt wird, das ausgestattet ist mit
einer Mehrzahl von Wegesteuerventilen, die parallel mit einer verstellbaren Hydraulikpumpe verbunden sind, die mit einer Ausstoßratensteuereinrichtung ausgestattet ist,
einem Hydraulikaktor, der mit jedem der Wegesteuerventile verbunden ist,
einem Tank für Rücköl von jedem der Wegesteuerventile,
einem vorgesteuerten Ventil zum Betreiben der Wegesteuerventile, um von der verstellbaren Hydraulikpumpe ausgestoßenes Drucköl zu veranlassen, zu dem Hydraulikaktor zugeführt zu werden, und um Rücköl von dem Hydraulikaktor zu veranlassen, zu dem Tank ausgestoßen werden, und
einem Strömungsteilungsausgleichsventil, das zwischen jedem der Wegesteuerventile und dem Hydraulikaktor gelegen ist,
wobei das Hydrauliksteuersystem ferner aufweist:
eine erste steuersignalerzeugende Einrichtung zum Erzeugen eines Ausstoßratensteuersignals X zum Steuern der Ausstoßrate der verstellbaren Hydraulikpumpe in Bezug auf ein Betriebssignal zu dem Wegesteuerventil, eine erste druckerfassende Einrichtung zum Erfassen eines Drucks Pd in Drucköl, das von der verstellbaren Hydraulikpumpe ausgestoßen ist,
eine zweite druckerfassende Einrichtung zum Erfassen eines Drucks Pu stromaufwärts des Strömungsteilungsausgleichsventils, das stromabwärts eines variablen Öffnungsabschnitts gelegen ist, der zwischen einer Zufuhrleitung für das Drucköl und einem Zylinderanschluss in dem Wegesteuerventil gebildet ist,
einen Hydraulikkreis zum Aufbringen des durch die erste Druckerfassungseinrichtung erfassten Drucks Pu auf das betreffende Strömungsteilungsausgleichsventil derart, um es in Richtung des Öffnens zu betätigen, und zum Aufbringen eines maximalen Drucks Ps auf das betreffende Strömungsteilungsausgleichsventil derart, um es in Richtung des Schließens zu betätigen, wobei der maximale Druck Ps ausgewählt ist als höchster Druck unter dem erfassten Druck Pu entsprechend jedem Wegesteuerventil, und
eine zweite steuersignalerzeugende Einrichtung zum Erzeugen eines Ausstoßratensteuersignals Y, um die Ausstoßrate der verstellbaren Hydraulikpumpe derart zu steuern, dass der Differenzialdruck (Pd – Ps) zwischen dem maximalen Druck Ps und dem Druck Pd innerhalb eines vorbestimmten Werts gehalten ist,
wobei die Ausstoßratensteuereinrichtung durch die Ausstoßratensteuersignale X und Y gesteuert ist, wodurch die Ausstoßrate der verstellbaren Hydraulikpumpe gesteuert ist.

Dabei kann das Strömungsteilungsausgleichsventil in einem Durchgang für Rücköl von dem Wegesteuerventil zu dem Tank gelegen sein.

Auch können dabei eines oder mehrere der Strömungsteilungsausgleichsventile entsprechend jedem einer Mehrzahl der Wegesteuerventile in einem Durchgang für Rücköl zu dem Tank gelegen sind, und andere sind in einem Durchgang zwischen dem Wegesteuerventil und dem betreffenden Aktor gelegen sein.

Ferner kann dabei dem Ausstoßratensteuersignal X Priorität gegeben sein gegenüber dem Ausstoßratensteuersignal Y, um es auf die Ausstoßratensteuereinrichtung der verstellbaren Hydraulikpumpe aufzubringen, wenn ein spezifischer Hydraulikaktor in Betrieb ist.

Ferner kann dabei eine Verzögerungseinrichtung vorgesehen sein zum Verzögern einer Ausgabe des Ausstoßratensteuersignals Y zu dem Ausstoßratensteuersignal X in Bezug auf eine Fluktuation des Differenzialdrucks.

Ferner kann dabei eine Blockiereinrichtung vorgesehen sein zum Blockieren der Ausgabe des Ausstoßratensteuersignals Y zu dem Ausstoßratensteuersignal X.

Ferner kann dabei eine Begrenzungseinrichtung vorgesehen sein zum Begrenzen eines Bereichs der Ausgabe des Ausstoßratensteuersignals Y zu dem Ausstoßratensteuersignal X.

Ferner kann dabei ein Zweigkreis vorgesehen sein zum hydraulischen Verzweigen zwischen einem vorderen Anschluss und einem hinteren Anschluss des Strömungsteilungsausgleichsventils durch Entnehmen eines oder aller der Ausgleichventile in Bezug auf die Wegesteuerventile.

Auch kann dabei ein betrieblicher Verstärker vorgesehen sein zum Verstärken zumindest von elektrischen Signalen basierend auf einer Betriebsmenge des vorgesteuerten Ventils und elektrischer Signale basierend auf den erfassten Drücken Pd, Ps, wobei die elektrische Ausgabe des Verstärkers auf die Ausstoßratensteuereinrichtung der verstellbaren Hydraulikpumpe aufgebracht wird.

Ferner kann dabei die Ausstoßratensteuereinrichtung durch ein solenoidbetriebenes Proportionalreduzierventil gebildet sein, das als elektrohydraulischer Wandler arbeitet.

Ferner kann dabei ein Servomotor vorgesehen sein zum Steuern der Ausstoßrate der verstellbaren Hydraulikpumpe.

Weiterhin kann dabei ein Paar der Hydrauliksteuersysteme vorgesehen sein, wobei ein einzelner Aktor mit jedem Wegesteuerventil in dem jeweiligen Hydrauliksteuersystem verbunden sein kann.

Um die Aufgabe zu lösen, ist das Hydrauliksteuersystem der vorliegenden Erfindung ferner derart aufgebaut, dass ein Hydrauliksystem bereitgestellt wird, das ausgestattet ist mit
einer Mehrzahl von Wegesteuerventilen, die parallel mit einer verstellbaren Hydraulikpumpe verbunden sind, die mit einer Ausstoßratensteuereinrichtung ausgestattet ist,
einem Hydraulikaktor, der mit jedem der Wegesteuerventile verbunden ist,
einem Tank für Rücköl von jedem Wegesteuerventil,
einem vorgesteuerten Ventil zum Betreiben der Wegesteuerventile derart, um von der verstellbaren Hydraulikpumpe ausgestoßenes Drucköl zu veranlassen, zu dem Hydraulikaktor zugeführt zu werden, und um Rücköl von dem Hydraulikaktor zu veranlassen, zu dem Tank ausgestoßen zu werden, und
einem Strömungsteilungsausgleichsventil, das zwischen jedem Wegesteuerventil und dem Hydraulikaktor gelegen ist,
wobei das Hydrauliksteuersystem ferner aufweist:
eine erste steuersignalerzeugende Einrichtung zum Erzeugen eines Ausstoßratensteuersignals X zum Steuern der Ausstoßrate der verstellbaren Hydraulikpumpe in Bezug auf ein Betriebssignal zu dem Wegesteuerventil,
eine zweite steuersignalerzeugende Einrichtung zum Erzeugen eines Ausstoßratensteuersignals Y zum Steuern der Ausstoßrate der verstellbaren Hydraulikpumpe derart, dass der Differenzialdruck (Pd – Ps) zwischen dem maximalen Druck Ps und dem Druck Pd innerhalb eines vorbestimmten Werts gehalten ist, wobei die Ausstoßratensteuereinrichtung durch die Ausstoßratensteuersignale X und Y gesteuert ist, um die Ausstoßrate der verstellbaren Hydraulikpumpe zu steuern,
eine erste druckerfassende Einrichtung zum Erfassen eines Drucks Pd in von der verstellbaren Hydraulikpumpe ausgestoßenem Drucköl,
eine zweite druckerfassende Einrichtung zum Erfassen eines Drucks Pu stromaufwärts des Strömungsteilungsausgleichsventils, das stromabwärts eines variablen Öffnungsabschnitts gelegen ist, der zwischen einer Zuführleitung für das Drucköl und einem Zylinderanschluss für jedes Wegesteuerventil gebildet ist,
einen Hydraulikkreis zum Aufbringen des durch die erste Druckerfassungseinrichtung erfassten Drucks Pu auf das betreffende Strömungsteilungsausgleichsventil derart, um es in Richtung des Öffnens zu betätigen, und zum Aufbringen eines maximalen Drucks Ps auf das betreffende Strömungsteilungsausgleichsventil derart, um es in Richtung des Schließens zu betätigen, wobei der maximale Druck (Ps) als höchster Druck unter den erfassten Drücken Pu entsprechend jedem Wegesteuerventil ausgewählt ist,
ein Strömungssteuerventil mit Druckausgleich, das in einer Bypassleitung gelegen ist, die von einer Pumpenzufuhrleitung der verstellbaren Hydraulikpumpe abgezweigt ist, zum Empfangen des erfassten Drucks Pd in der Richtung des Öffnens, und zum Empfangen des erfassten maximalen Drucks Ps und einer Federkraft in der Richtung des Schließens,
eine Druckerzeugungseinrichtung, die in der Bypassleitung gelegen ist und mit dem Strömungssteuerventil mit Druckausgleich verbunden ist,
eine dritte Druckerfassungseinrichtung zum Erfassen eines Drucks in einem Ort zwischen den Strömungssteuerventilen mit Druckausgleich und der druckerzeugenden Einrichtung, und
ein variables Reduzierventil, das seinen sekundären Druck in Übereinstimmung mit einer Erhöhung des durch die dritte Druckerfassungseinrichtung erfassten Drucks vermindert,
wobei das Ausstoßratensteuersignal Y auf das variable Reduzierventil aufgebracht wird, und das Ausstoßratensteuersignal X wird als Primärdruck auf das variable Reduzierventil aufgebracht.

Dabei kann die Federkraft zum Einstellen des Differenzialdrucks in dem Strömungssteuerventil mit Druckausgleich durch ein externes Signal gesteuert sein.

Auch kann dabei die Federkraft zum Einstellen des Differenzialdrucks in dem Strömungssteuerventil mit Druckausgleich vermindert sein, wenn eine spezifischer Aktor in Betrieb ist.

Ferner kann dabei ein Öffnungsgrad der Druckerzeugungseinrichtung, die an der Bypassleitung gelegen ist, durch ein externes Signal gesteuert sein.

Auch kann dabei das Ausstoßratensteuersignal (X) in Übereinstimmung mit einer Fluktuation der Umdrehung eines Motors oder der verstellbaren Hydraulikpumpe durch Erfassen der Drehzahl gesteuert sein.

Funktion der vorliegenden Erfindung

Wenn jedes Regelsteuerventil in der neutralen Position ist, ist die Druckölzufuhr durch die Ausstoßleitung der verstellbaren Hydraulikpumpe gestoppt. Ferner ist ein Druckölsignal an der Ausgangsseite des Wegesteuerventils mit dem Tank durch ein Solenoid-betriebenes Ein-/Aus-Ventil mit einem Drosselventil verbunden. Dementsprechend ist das Druckölsignal gering.

Andererseits versorgt ein Druckölsignal an der Ausstoßleitung der verstellbaren Hydraulikpumpe das Strömungssteuerventil mit einem Druckausgleich gegen eine Federkraft davon, und es wird durch die druckerzeugende Einrichtung zu dem Tank ausgestoßen.

Eine durch das Strömungssteuerventil mit Druckausgleich passierende Ölmenge wird minimal, da die Ausstoßrate der verstellbaren Hydraulikpumpe minimal gehalten wird, wenn ein auf die Ausstoßratensteuereinrichtung für die verstellbare Hydraulikpumpe aufgebrachter Druck Po gering ist. Der Öffnungsgrad der druckerzeugenden Einrichtung wird derart gesteuert, dass ein vorbestimmter Druck durch die minimale Menge erzeugt wird.

Wenn das Drucköl entsprechend der minimalen Menge durch die druckerzeugende Einrichtung passiert, steigt der Druck an der Signalleitung C aufgrund des Drosselventileffekts an, so dass die Ausstoßrate der verstellbaren Hydraulikpumpe minimal gehalten wird, ungeachtet des Druckölsignals Pi.

Diese minimale Ausstoßrate kann sehr gering sein abhängig von einem Mechanismus der druckerzeugenden Einrichtung und der Ausstoßrateneinrichtung. Auf diese Weise können Energieverluste auf ein minimales Niveau gesenkt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die obigen und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ersichtlich werden, wobei:
1 ist ein Steuerblockdiagramm, das ein grundlegendes Konzept der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein detaillierter Hydraulikschaltplan des Hydrauliksteuersystems, auf welches die vorliegende Erfindung angewendet wird.
3 veranschaulicht eine Hydraulikkreisvorrichtung, die ein Druckölsignal Po auf einen Ausstoßratensteuermechanismus B in 2 aufbringt.
4 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Ausgangssignal und der Betriebsmenge eines vorgesteuerten Ventils veranschaulicht.
5 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Druckölsignal Po, das auf den Ausstoßratensteuermechanismus der verstellbaren Hydraulikpumpe aufgebracht wird, und der Ausstoßrate der Pumpe veranschaulicht.
6 ist ein Graph, der die Eigenschaften des Ventils D. in 3 zeigt, wobei (a) eine Hubmenge veranschaulicht, und (b) veranschaulicht eine Ausstoßströmungsrate.
7 zeigt eine Konstruktion eines Elements 56 in 2, wobei (a) ein Drosselventil veranschaulicht, und (b) veranschaulicht ein Zweipunkt-Wegesteuerventil.
8 ist ein Hydraulikschaltplan, der das Wegesteuerventil 3 aus 2 in dem halbbetätigten Zustand veranschaulicht.
9 veranschaulicht ein Strömungsteilungsausgleichsventil, das an einer Ausstoßleitung zu dem Tank von dem Wegesteuerventil gelegen ist.
10 veranschaulicht alle Strömungsteilungsausgleichsventile, die an jeder Ausstoßleitung zu dem Tank von dem Wegesteuerventil gelegen sind.
11 veranschaulicht ein elektrisches Erfassen der Drücke Pd, Ps in 2.
12 ist ein elektrischer Steuerschaltplan zum Steuern der Ausstoßratensteuereinrichtung durch elektrische Signale, wobei (a) veranschaulicht, dass das Ausgangssignal eines betrieblichen Verstärkers durch einen elektrohydraulischen Wandler auf die Ausstoßratensteuereinrichtung aufgebracht wird, und (b) veranschaulicht, dass das Ausgangssignal eines betrieblichen Verstärkers auf die Ausstoßratensteuereinrichtung aufgebracht wird, die mit einem eingebauten Servormotor ausgestattet ist.
13 zeigt einen Abschnitt eines Hydraulikschaltplans, der veranschaulicht, dass die Kraft einer Feder 55 zum Einstellen eines Differentialdrucks des Strömungssteuerventils mit Druckausgleich durch ein externes Signal gesteuert wird.
14 ist ein Hydraulikschaltplan, der den Aufbau eines herkömmlichen Nega-con-Systems veranschaulicht.
15 ist ein Hydraulikschaltplan, der den Aufbau eines herkömmlichen Posi-con-Systems veranschaulicht.
16 ist ein Hydraulikschaltplan, der den Aufbau eines herkömmlichen Lastmesssystems veranschaulicht.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform(en) Unter Bezugnahme auf 1 bis 13 werden nun bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1 zeigt ein konzeptionelles Steuerblockdiagramm der vorliegenden Erfindung. In 1 wird die Ausstoßrate der verstellbaren Hydraulikpumpe durch die Steuereinheit der Ausstoßrate gesteuert. Das von der verstellbaren Hydraulikpumpe ausgestoßene Drucköl wird zu einem oder mehreren Hydraulikaktoren durch die Wegesteuerventileinheit, die eine oder mehrere Wegesteuerventile aufweist, und die periphären Hydraulikkreise davon zugeführt.
Die Betriebsbefehlseinheit gibt die Richtung und die Menge zum Betreiben jedes Hydraulikaktors als vorgesteuertes Druckölsignal zu jedem Wegesteuerventil vor. Ferner gibt die Betriebsbefehlseinheit ein Ausstoßratensteuersignal X als Druckölsignal an die Korrektureinheit der Steuermenge vor.
Dieses Druckölsignal X ist als höchstes Druckölsignal unter den vorgesteuerten Druckölsignalen ausgewählt.
Andererseits werden umgebend zu dem Wegesteuerventil, d.h. stromaufwärts und stromabwärts des Ventils, der Druck Pd des von der verstellbaren Hydraulikpumpe ausgestoßenen Drucköls und der Druck Ps des zu dem Hydraulikaktor zugeführten Drucköls erfasst. Der Differentialdruck wird an der Erzeugungseinheit des Differentialdrucks (Pd-Ps) erzeugt. Das Ausstoßratensteuersignal Y, das von der Erzeugungseinheit des Differentialdrucks als Druckölsignal ausgegeben ist, wird zu der Korrektureinheit der Steuermenge gegeben. In der Korrektureinheit der Steuermenge wird das Ausstoßratensteuersignal X durch Aufbringen des Ausstoßratensteuersignals Y vermindert. Dann wird die Ausgabe der Korrektureinheit zu der Steuereinheit der Ausstoßrate gegeben. Genauer gesagt wird der maximale Druck in den Betriebssignalen zu dem Wegesteuersignal in Übereinstimmung mit dem Differentialdruck (Pd-Ps) korrigiert und zu der Steuereinheit der Ausstoßrate gegeben.
2 zeigt einen detaillierten Hydraulikschaltplan des Hydrauliksteuersystems, in welchem die vorliegende Erfindung angewendet wird.
In 2 ist Bezugszeichen 1 eine verstellbare Hydraulikpumpe, die mit einem Ausstoßratensteuermechanismus B der Pumpe ausgestattet ist. Bezugszeichen 2 ist eine vorgesteuerte Pumpe. Die verstellbare Hydraulikpumpe 1 ist mit einer Zufuhrleitung 11 für ausgestoßenes Drucköl verbunden. Es gibt Wegesteuerventile 3, 4 und 5, die jeweils parallel mit der Zufuhrleitung 11 verbunden sind.
Das Drucköl wird zu jedem Wegesteuerventil 3, 4 und 5 durch eine Zufuhrleitung 12, 13 bzw. 14 zugeführt, die von der Zufuhrleitung 11 abgezweigt sind. Ebenso ist ein Durchgang 28 von der Ausstoßleitung der verstellbaren Hydraulikpumpe 1 abgezweigt. Der Durchgang 28 ist durch ein Strömungssteuerventil mit einem Druckausgleich 29 und einer Druckerzeugungseinrichtung 31 zu einem Tank 32 verbunden. Ferner wird der Öffnungsgrad entsprechend der durch das Strömungssteuerventil mit Druckausgleich 29 passierenden Ölmenge derart gesteuert, dass die durch den Differentialdruck zwischen dem Durchgang 28 und der Druckölsignalleitung 18 erzeugte Kraft gleich derjenigen der Feder 55 wird. Zusätzlich ist die Signalleitung 18 mit dem Tank 32 durch ein Element 56, d.h. ein Drosselventil 56 oder ein Solenoid-betriebenes Ein-/Aus-Ventil mit einem Drosselventil 56 wie in 7 gezeigt verbunden.
Von der vorgesteuerten Pumpe 2 ausgestoßenes Drucköl wird zu den Vorsteuerventilen 9 und 10 zugeführt. Das durch Betreiben der Vorsteuerventile 9, 10 erzeugte, sekundäre Drucköl wird durch Vorsteuerleitungen a1, b1, a2, b2, a3 und b3 zu jedem Betätigungsanschluss der Wegesteuerventil 3, 4 und 5 aufgebracht, um hierdurch die Ventile 3, 4 bzw. 5 zu betätigen.
Ferner wird jedes der Ventile 3, 4 und 5, beispielsweise das Wegesteuerventil 3, in der Richtung nach links in 2 durch Aufbringen eines Vorsteuerdruckölsignals von dem Vorsteuerventil 10, wenn dieses arbeitet, auf die Vorsteuerleitung b1 betätigt. So ist, wenn das Ventil 3 betätigt ist, eine Druckölzufuhrleitung 12 durch einen Abschnitt J variabler Öffnung, ein Sperrventil 37 und ein Strömungsteilungsausgleichsventil 22 mit einer Leitung 43 für einen Aktor 6 verbunden.
Zusätzlich ist eine Signalleitung 15 von einem Ort zwischen dem Sperrventil 37 und dem Wegesteuerventil 3 abgezweigt. Der Druck an der Leitung 15 wird zusammen mit einer Feder 49 auf das Strömungsteilungsausgleichsventil 22 in einer Richtung des Öffnens aufgebracht. Ebenso ist eine Signalleitung 25 durch ein Rückschlagventil 40 von der Signalleitung 15 abgezweigt und mit einer Signalleitung 18 verbunden. Der Druck an der Leitung 18 wird auf das Strömungsteilungsausgleichsventil 22 in der Richtung des Schließens aufgebracht. Diese Konstruktionen des Hydraulikkreises sind dieselben in den Wegesteuerventilen 4 und 5, und eine ausführliche Erläuterung wird weggelassen.
Jedes der Wegesteuerventile 3, 4 und 5 ist durch Leitungen 54, 53, 52 und eine Leitung 35 mit dem Tank 32 verbunden.
3 zeigt eine Hydraulikkreisvorrichtung, die ein Druckölsignal Po erzeugt, das auf den Ausstoßratensteuermechanismus B in 2 aufgebracht wird.
In 3 wird jedes Druckölsignal an den Vorsteuerleitungen a1, b1, a2, b2, a3 und b3 auf eine Auswahleinrichtung für höheren Druck 101, 102, 103, 104 und 105 aufgebracht, und als Ergebnis wird ein maximales Öldrucksignal unter diesen an den Vorsteuerleitungen ausgewählt, das durch eine Signalleitung 121 zu einem in einem Ventil D gebildeten Öldurchgang 106 geführt wird. Das Ventil D ist ein Reduzierventil des Typs, dessen Sekundärdruck variabel ist. Daher arbeitet das Ventil D derart, dass es einen Zufuhrdruck, d.h. seinen Primärdruck Pi, von der Leitung 121 empfängt und seinen Sekundärdruck Po zu der Leitung 117 ausgibt.
Ein Körper 123 des Ventils D besitzt konzentrische Bohrungen 120 und 119, jeweils mit unterschiedlichem Durchmesser. Ein Kolben 107 ist in der einen Bohrung 120 mit geringem Durchmesser verschiebbar und hydraulisch abgedichtet montiert.
Ferner ist ein Schulterkolben 112 in einer Bohrung mit einer durch die Bohrungen 119 und 120 gebildeten Stufen montiert. Der Schulterkolben 112 ist in den Bohrungen verschiebbar und hydraulisch abgedichtet montiert.
Eine Ölkammer 111 empfängt durch eine Signalleitung C hydraulischen Druck eines Durchgangs 30 an dem Zweigdurchgang 28, d.h. Druck stromaufwärts der druckerzeugenden Einrichtung 31. Eine Feder 110 ist zwischen dem Kolben 107 und dem Schulterkolben 112 montiert und in Eingriff mit diesem.
Zusätzlich empfängt der Schulterkolben 112 eine Kraft durch die Feder 113 in der Richtung des Zusammendrückens der Feder 110. Die Kraft schiebt den Schulterkolben 112 in der Richtung nach links in 3, wenn der Druck in der Kammer 111 abwesend ist.
Eine Ölkammer 115 ist durch einen inneren Durchgang 122 mit einer Ölkammer 114 verbunden, die mit einem Tank 118 verbunden ist.
In einer derartigen, in 3 gezeigten Hydraulikkreiskombination, wenn das vorgesteuerte Druckölsignal durch die Leitung C auf die Kammer 111 aufgebracht wird, wirkt der Druck in der Kammer 111 auf den Schulterkolben 112, um diesen gegen die Federkraft der Feder 113 zu bewegen. Zusammen wird eine Montierlänge der Feder 110 länger als die Länge, bevor sich der Schulterkolben 112 bewegt. Die Last auf den Kolben 107 durch die Feder 110 in der Richtung nach links wird nämlich gering in Übereinstimmung mit einem Ansteigen des auf die Kammer 111 aufgebrachten, vorgesteuerten Druckölsignals.
Übrigens ist der Kolben 107 mit einer Nut 109 an seinem Umfangsabschnitt ausgestattet, durch welche eine Ölkammer 116 mit einem Durchgang 106 verbunden ist. Ebenso ist der Kolben 107 mit einem Drosselventil 108 verbunden, durch welches die Kammer 116 mit der Kammer 115 verbunden ist. Durch Ausbilden des Ventils D wie oben erläutert, wirkt das Ventil D als Reduzierventil, in welchem ein Sekundärdruck (Kammer 116) in Übereinstimmung mit einem Ansteigen des auf die Kammer 111 aufgebrachten Drucks gering wird. 6(a) und (b) zeigen Eigenschaften des Ventils D.
Zusätzlich besitzt der Ausstoßratensteuermechanismus B für die verstellbare Hydraulikpumpe die in 5 gezeigten Eigenschaften. Diese in 5 gezeigte Ausführungsform ist ein sogenanntes Posi-con-System desjenigen Typs, dass die Ausstoßrate der Pumpe (Vth) ansteigt, wenn der auf den Mechanismus B aufgebrachte Druck Po ansteigt.
Unter Bezugnahme auf 2 und 3 wird der Betrieb des Systems nachfolgend erläutert.
Die verstellbare Hydraulikpumpe 1 und die vorgesteuerte Pumpe 2 werden durch einen Antrieb wie einen Motor (nicht gezeigt) angetrieben. Falls jedes der Wegesteuerventile 3, 4 und 5 in der neutralen Position ist, wie in 2 gezeigt, ist die Druckölzufuhr zu den Ventilen 3, 4 und 5 von der Ausstoßleitung 3 der verstellbaren Hydraulikpumpe 1 gestoppt.
Der Druck an der Signalleitung 18 ist durch das Drosselventil 56 aus 7(a) oder das Solenoid-betriebene Ein-/Aus-Ventil 56 mit einem Drosselventil aus 7(b) mit dem Tank 32 verbunden.
Dementsprechend ist das Druckölsignal niedrig.
Andererseits versorgt Drucköl an der Ausstoßleitung 11 der verstellbaren Hydraulikpumpe 1 das Strömungssteuerventil 29 mit Druckausgleich gegen eine Federkraft davon, und wird durch die druckerzeugende Einrichtung 31 zu dem Tank 32 ausgestoßen.
In diesem Falle wird, wie oben beschrieben, die durch das Strömungssteuerventil 29 mit Druckausgleich passierende Ölmenge minimal, da die Ausstoßrate der verstellbaren Hydraulikpumpe 1 auf einem Minimum gehalten wird, wie in 5
gezeigt, wenn auf den Ausstoßratensteuermechanismus B für die verstellbare Hydraulikpumpe 1 aufgebrachter Druck Po gering ist.
Der Öffnungsgrad der Druckerzeugungseinrichtung 31 wird derart gesteuert, dass ein vorbestimmter Druck durch die minimale Menge erzeugt wird.
Wenn nämlich das Drucköl entsprechend der minimalen Menge durch die druckerzeugende Einrichtung 31 passiert, steigt ein Druck an einer Signalleitung C aufgrund des Drosseleffekts an, wodurch die Ausstoßrate der verstellbaren Hydraulikpumpe 1 minimal gehalten wird, ungeachtet des Druckölsignals Pi wie in 6(a) und (b) gezeigt.
Die minimale Ausstoßrate kann sehr gering sein, abhängig von einem Mechanismus der verstellbaren Hydraulikpumpe 1, die mit der druckerzeugenden Einrichtung 31 und dem Ausstoßratensteuermechanismus B ausgestattet ist, wodurch unter der Bedingung, dass jedes der Wegesteuerventile 3, 4 und 5 in der neutralen Position ist, Energieverluste auf ein minimales Niveau gedrückt werden können.
Dann wird der Betrieb für den Fall erläutert, dass jedes der Wegesteuerventile, beispielsweise das Ventil 3, ein vorgesteuertes Druckölsignal durch die Betriebssignalleitung b1 empfängt und die Position in der Richtung nach links bewegt wird.
Wie in 8 gezeigt, unter der Annahme, dass das Wegesteuerventil 3 in einem Ort eines mittleren Punkts zwischen der neutralen Position und dem Hubende ist, und die Drehzahl der verstellbaren Hydraulikpumpe 1 fest ist, entspricht die Ausstoßrate der Pumpe 1 dem Drucksignal Po in Übereinstimmung mit den in 5 gezeigten Eigenschaften.
In diesem Falle wird die durch das Drucksignal Po bestimmte Pumpenausstoßströmungsrate Q durch die Zufuhrleitung 12 zu dem Ventil 3 zugeführt. Wenn die Strömungsrate Q durch einen Abschnitt J1 variabler Öffnung passiert, tritt ein gewisser Druckabfall auf. Falls der Druckabfall geringer ist als der durch die Feder 55 zum Einstellen des Differentialdrucks des Strömungssteuerventils 29 mit Druckausgleich bestimmte Differentialdruck, wird die zu dem Hydraulikaktor zugeführte Ölmenge durch das Drucksignal Po bestimmt.
Im allgemeinen ist es allerdings sehr schwierig, eine vorteilhafte Betriebsleistung des Wegesteuerventils zu halten und eine Harmonisierung der Öffnung im vollen Bereich des Hubes in dem Ventil geeignet einzustellen.
In dem Posi-con-System des Standes der Technik ist nämlich in einem gegebenen Hubbereich die ausgestoßene Ölmenge entsprechend dem Drucksignal Po überschüssig zu dem Abschnitt J1 variabler Öffnung. Als Ergebnis steigt der Druck an der Zufuhrleitung 12 unnötig an, und dann steigt der Druckabfall an dem Abschnitt J1 an, wodurch die Effizienz des Hydrauliksteuersystems extrem vermindert wird.
Im Gegensatz hierzu steigt bei der vorliegenden Erfindung, wenn Druck an der Zufuhrleitung 12 unnormal ansteigt, der Differentialdruck an dem Abschnitt variabler Öffnung eher an als der durch die Feder 55 zum Einstellen des Differentialdrucks des Strömungssteuerventils 29 mit Druckausgleich bestimmte Differentialdruck, was ein Ansteigen des Differentialdrucks zwischen der Zufuhrleitung 12, d.h. der Zufuhrleitung 28, und der Drucksignalleitung 18 bedeutet.
Als Ergebnis wird das Strömungssteuerventil 29 mit Druckausgleich geöffnet, und ein Teil des Drucköls an der Zufuhrleitung 28 wird ausgestoßen. Das ausgestoßene Drucköl verursacht einen Anstieg des Drucks der Leitung 30, d.h. der Signalleitung C, wenn das ausgestoßene Drucköl durch die druckerzeugende Einrichtung 31 passiert und Strömungswiderstand erhält.
Der Druck der Signalleitung C wird auf die Kammer 111 des Ventils D aufgebracht. Wie beschrieben nimmt mittels des Betriebes des Ventils D das Drucksignal Po als Sekundärdruck des Ventils D ab, bis der Differentialdruck an dem Abschnitt J1 variabler Öffnung ein vorbestimmtes Niveau (durch die Feder 55 definierter Differentialdruck) erreicht, selbst falls der Druck Pi des Betriebssignals zu dem Wegesteuerventil hoch ist.
Dementsprechend wird, falls dieser Druckabfall an dem Abschnitt J1 variabler Öffnung geringer ist als ein vorbestimmter Differentialdruck, die Ausstoßrate der Pumpe 1 durch das Drucksignal Po gesteuert.
Falls der Druckabfall an dem Abschnitt J1 variabler Öffnung größer ist als ein vorbestimmter Differentialdruck, da die von der Pumpe 1 zugeführte Druckölmenge verglichen mit der Öffnung des Abschnitts J1 variabler Öffnung bei einer gegebenen Hubposition überschüssig ist, kann im Gegensatz hierzu der Differentialdruck an dem Abschnitt J1 variabler Öffnung geringer als ein vorbestimmter Wert durch Öffnen des Strömungssteuerventils 29 mit Druckausgleich gehalten werden, wie oben beschrieben.
Ferner werden in 2 die von den vorgesteuerten Ventilen 9 und 10 gegebenen Druckölsignale als Drucksignal Po unmittelbar zu dem Ausstoßratensteuermechanismus B der Pumpe übertragen, und daher kann eine vorteilhafte Leistung beim Ansprechverhalten erzielt werden.
Außerdem, da das Drucksignal Po ausschließlich durch die Betriebsmenge der vorgesteuerten Ventile 9 und/oder 10 definiert ist, besitzt das Hydrauliksteuersystem der vorliegenden Erfindung eine vorteilhafte Stabilität unter der Bedingung, dass der Druckabfall an dem Abschnitt J1 variabler Öffnung geringer ist als ein vorbestimmter Wert.
Zusätzlich steigt, wie oben beschrieben, der Druck an der Zufuhrleitung der Pumpe 1 nicht mehr als ein vorbestimmter Wert in Bezug auf den Betriebsdruck für den Hydraulikaktor an. Dementsprechend sind Energieverluste sehr gering verglichen mit dem herkömmlichen System unter der Bedingung, dass die Ausstoßrate der Pumpe 1 durch das Drucksignal Po gesteuert ist.
Übrigens, in Bezug auf jeden Betätigungsanschluss des Strömungsteilungsausgleichsventils 22, wenn nur das Wegesteuerventil 3 in 2 betrieben wird, wird das Drucksignal stromaufwärts des Sperrventils 37 durch die Leitung 15 in der Richtung des Öffnens aufgebracht bzw. wird durch das Sperrventil 40 und Signalleitungen 25, 19 in der Richtung des Schließens aufgebracht. Ferner wird die Kraft der Feder 44 auf das Ventil 22 in der Richtung des Öffnens aufgebracht. Daher wird das Strömungsteilungsausgleichsventil 22 in einer offenen Position gehalten, wodurch nutzlose Druckverluste verhindert werden.
Dann wird beispielsweise angenommen, dass die Wegesteuerventile 3 und 4 von den Ventilen 3, 4 und 5 gleichzeitig arbeiten.
Jeder Betrieb der Ventile 3 und 4 ist derselbe wie in dem Falle des Einzelbetriebes des Ventils 3 wie oben beschrieben. Allerdings ist, wie für das auf den Ausstoßratensteuermechanismus B der Pumpe 1 aufgebrachte Druckölsignal, das maximale Drucksignal wie in 3 gezeigt, ausgewählt.
Beispielsweise in dem Fall, dass die Wegesteuerventile 3 und 4 aus 2 in der Richtung nach links durch Aufbringen von vorgesteuerten Drucksignalen an den Signalleitungen b1 und b2 betrieben werden, wird das Drucksignal entsprechend der höheren Druckleitung der Leitungen b1 und b2 auf den Ausstoßratensteuermechanismus B aufgebracht. So fördert die verstellbare Hydraulikpumpe 1 die Ausstoßrate der Strömung entsprechend des Drucksignals, und gleichzeitig wird dieses durch die Pumpe 1 ausgestoßene Drucköl durch Zufuhrleitungen 12, 13 und 14 zu den Wegesteuerventilen 3 bzw. 4 gegeben.
Dann strömt das Drucköl durch jeden Abschnitt J und K variabler Öffnung der Ventile 3 und 4 und veranlasst die Sperrventile 37 und 38, zu öffnen. Ferner passiert das Drucköl durch die Strömungsteilungsausgleichsventile 22 und 23 und wird dann zu den Hydraulikaktoren 6 und 7 zugeführt.
Falls eine Mehrzahl hydraulischer Aktoren, die in einer Baumaschine vorgesehen sind, gleichzeitig arbeiten, sind übrigens im allgemeinen unterschiedliche Betriebsdrücke erforderlich.
Dementsprechend, unter der Annahme, dass in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Betriebsdruck für den mit dem Ventil 4 verbundenen Hydraulikaktor 7 höher ist als derjenige für den mit dem Ventil 3 verbundenen Hydraulikaktor, wird das von der Pumpe 1 ausgestoßene Drucköl zuerst zu dem Ventil 3 strömen. Jedoch verursacht diese Strömung einen Druckabfall an dem Abschnitt J variabler Öffnung des Ventils 3.
Im Gegensatz hierzu sind in dem Ventil 4 die Drücke zwischen der Vorderseite und der Rückseite des Abschnitts K variabler Öffnung näherungsweise gleich, da kein Drucköl an dem Abschnitt K strömt.
Vergleicht man die Drücke jeweils stromaufwärts der Sperrventile 37 und 38, ist daher der Druck stromaufwärts des Sperrventils 37 geringer als derjenige stromabwärts des Sperrventils 38. Somit wird der Druck stromaufwärts des Sperrventils 38 durch das Sperrventil 41 zu der Drucksignalleitung 18 geführt. Als Ergebnis hieraus wird derselbe Druck durch die jeweiligen Drucksignalleitungen 16 und 26 auf jeden Betätigungsanschluss des Strömungsteilungsausgleichsventils 23 in Bezug auf das Ventil 4 aufgebracht, und das Strömungsteilungsausgleichsventil 23 wird in der gelieferten Position aus 2 durch die Federkraft der Feder 50 gehalten.
Andererseits wird wie für jeden Betätigungsanschluss der Strömungsteilungsausgleichsventils 22 in Bezug auf das Ventil 3, das Drucksignal durch die Signalleitungen 25, 18 und 19, das in der Richtung des Schließens arbeitet, höher als das der Signalleitung 15, das in der Richtung des Öffnens arbeitet, wie oben beschrieben. Somit veranlasst der Differentialdruck das Strömungsteilungsausgleichsventil 22, sich in der Richtung des Schließens gegen die Federkraft der Feder 49 zu bewegen.
In diesem Falle, falls die Federkraft der Feder 49 auf ein geringes Niveau eingestellt ist, nähert sich der Druck stromaufwärts des Sperrventils 37 annähernd grenzenlos dem Druck an der Signalleitung 26, d.h. dem Druck stromaufwärts des Sperrventils 38 an, und daher steigt der Ausstoßdruck der Pumpe 1 auf ein Niveau an, welches es dem Hydraulikaktor 7 ermöglicht, zu arbeiten.
Dementsprechend, selbst in dem Fall, dass jeder Betriebsdruck der Hydraulikaktoren 6 und 7 unterschiedlich ist, kann ein simultaner Betrieb sicher durchgeführt werden mittels des Ansteigens des Betriebsdrucks bei leichter Last auf den Druck bei schwerer Last.
Übrigens ist in dem Lastmesssystem die Pumpenausstoßrate derart gesteuert, dass der Druckabfall an dem Abschnitt variabler Öffnung stets gleich einem vorbestimmten Wert ist, und daher erfordert das System stets einen Druckabfall am Einmessabschnitt des Wegesteuerventils, wodurch Energieverluste erzeugt werden.
Im Gegensatz hierzu ist es in der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich, einen derartigen festen Druckabfall am Einmessabschnitt des Ventils in die Ausstoßrate der Pumpe einzustellen. Eher können die Verluste beim Einmessen des Wegesteuerventils extrem gering sein durch geeignetes Einstellen des Drucksignals Po für den Pumpenausstoß und der Öffnungen in den Abschnitten variabler Öffnung J, K und L des Ventils.
9 und 10 zeigen modifizierte Anordnungen des Strömungsteilungsausgleichsventils.
9 zeigt ein Strömungsteilungsausgleichventil, das an einer Ausstoßleitung zu dem Tank von dem Wegesteuerventil gelegen ist.
10 zeigt alle Strömungsteilungsausgleichsventile 22, 23 und 24, die an jeder Ausstoßleitung zu dem Tank von dem Wegesteuerventil gelegen sind.
Wie in 9 und 10 gezeigt, können die Ventile 22 etc. nicht nur an Leitungen zwischen dem Wegesteuerventil und dem Hydraulikaktor, sondern auch an dem Weg zu dem Tank von den Wegesteuerventilen gelegen sein, abhängig von einer Vorrichtung oder einer Maschine, auf welche die vorliegende Erfindung angewandt wird. Ebenso kann jede Lage des Strömungsteilungsausgleichsventils geeignet in Übereinstimmung mit den Eigenschaften jedes Hydraulikators in Bezug auf den gesamten Hydrauliksteuersystemaufbau ausgewählt werden.
11 veranschaulicht ein elektrisches Erfassen der Drücke Pd, Ps an den Drucksignalleitungen 18, 28 in 2 mit Sensoren Dd, Ds und ein Aufbringen der erfassten Signale durch eine elektrische Steuereinrichtung unter Einsatz eines betrieblichen Verstärkers E wie in 12(a), (b) gezeigt auf den Ausstoßratensteuermechanismus B der verstellbaren Hydraulikpumpe.
In der obigen Beschreibung für 2 und 3 werden Hydrauliksignale in der Ausführungsform zur Steuerung verwendet. Stattdessen ist es allerdings möglich, den ausgestoßenen Öldruck von den vorgesteuerten Ventilen und der verstellbaren Hydraulikpumpe, und den Öldruck des Strömungsteilungsventils mit Druckausgleich elektrisch zu betreiben, zu erfassen und betrieblich zu verstärken, und dann das verstärkte Signal auf die Ausstoßratensteuerung der Pumpe aufzubringen.
Im Falle einer derartigen elektrischen Verarbeitung könnte ein Solenoid-betriebenes Proportionalreduzierventil als Ausstoßratensteuereinrichtung verwendet werden. Ebenso könnte ein elektrischer Servomotor verwendet werden, der mit einem hydraulischen Servormechanismus durch Umwandeln seiner Rotation in eine Linearbewegung kombiniert ist.
Übrigens ist es abhängig von der Vorrichtung oder Maschine, auf welche die vorliegende Erfindung angewendet wird, möglich, eine besser für das Steuerungsobjekt geeignete Betriebsleistung zu erhalten, durch Begrenzen des Betriebsbereichs des Ausstoßratensteuersignals Y und durch Ausweiten des Steuerbereichs der verstellbaren Hydraulikpumpe unter Einsatz nur des Ausstoßratensteuersignals X.
Zusätzlich ist es möglich, den Betriebsbereich des Ausstoßratensteuersignals Y durch geeignetes Einstellen einer Montierlast der Feder 113 und einer Bewegungslänge des Schulterkolbens 112 in dem Ventil D aus 3 zu steuern. Die Bewegungslänge des Schulterkolbens 112 kann beliebig mit einem Stopper für einen mechanisch einstellbaren Schraubenmechanismus eingestellt werden.
In dem Fall, dass die vorliegende Erfindung auf eine mit einer Mehrzahl hydraulischer Aktoren ausgestattete Maschine angewendet wird, und dass ein spezifischer Aktor von diesen stets schwerer Last ausgesetzt wird, kann übrigens das Strömungsteilungsausgleichsventil in Bezug auf das Wegesteuerventil zum Betreiben des betreffenden Aktors weggelassen werden, ohne die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu verlieren.
Ferner in dem Fall, dass die vorliegende Erfindung auf einen Hydraulikbagger angewendet wird, und dass eine Kranarbeit durch einen Auslegerbetrieb durchgeführt wird, ist es bevorzugt, die Betriebsmenge für das Wegensteuerventil festzuhalten, ungeachtet der Abmessungen der Last.
In diesem Fall ist es daher lediglich notwendig, die Federkraft der Feder zum Einstellen des Differentialdrucks des Strömungssteuerventils mit Druckausgleich zu vermindern, und die Ausstoßrate der verstellbaren Hydraulikpumpe derart zu steuern, um den Differentialdruck des Abschnitts variabler Öffnung an der Einmessseite des Wegesteuerventils konstant zu halten.
Auch in dem Fall, dass ein Hydraulikaktor als optionale Vorrichtung hinzugefügt wird, deren maximale Strömungsrate bevorzugt geringer ist als diejenige der Pumpe, und dass das Wegesteuerventil für den Aktuator arbeitet, ist es lediglich erforderlich, die Ausstoßrate der Pumpe durch Einstellen der Federkraft der Feder 55 zum Einstellen des Differentialdrucks des Strömungssteuerventils 29 mit Druckausgleich unter Einsatz der externen Einstelleinrichtung 60 wie in 13 zu steuern.
Übrigens ermöglicht es das Hydrauliksteuersystem, die durch den Bypass passierende Strömungsrate in Übereinstimmung mit dem vorgesehenen Zweck des Hydrauliksteuersystems und den genauen Arbeiten zu steuern, dass die Öffnung der druckerzeugenden Einrichtung 31 derart gebildet ist, um extern eingestellt zu werden, wodurch Energie eingespart wird und die Betriebsleistung verbessert wird.
Das Hydrauliksteuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung verbessert drastisch die Betriebsleistung, das Ansprechverhalten im Betrieb, die Systemeffizienz, die komplexe Betriebsleistung, die Vielseitigkeit vorgesehener Zwecke etc., und ermöglicht, dass die Eigenschaften in dem Hydrauliksteuersystem für Baumaschinen wie einem Hydraulikbagger kompatibel sind, in welchem eine Mehrzahl von Hydraulikaktoren gleichzeitig arbeitet.
Dementsprechend stellt das Hydrauliksteuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung einen großen Beitrag zur Verbesserung der Produktivität, Sicherheit und Umweltschonung bereit und bringt eine große Verbesserung gegenüber einem herkömmlichen Hydrauliksteuersystem.
Es ist selbstverständlich zu beachten, dass sich die vorstehende Offenbarung nur auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung bezieht, und dass sie dazu vorgesehen ist, alle Veränderungen und Modifikationen des hier zum Zwecke der Offenbarung gewählten Beispiels der Erfindung abzudecken, die nicht eine Abweichung von dem Grundgedanken und dem Schutzbereich der Erfindung darstellen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert sind.

Claims

Hydrauliksteuersystem, umfassend einen Hydraulikaktor zum Durchführen eines vorbestimmten Betriebes mittels einer Druckölzufuhr, eine Wegesteuerventileinheit mit einem Wegesteuerventil zum Zuführen von Drucköl zu dem Hydraulikaktor in Antwort auf ein von einer Betriebsbefehlseinheit gegebenes Betriebssignal, eine verstellbare Hydraulikpumpe zum Zuführen von Drucköl zu der Wegesteuerventileinheit, deren Ausstoßrate sich auf ein von der Betriebsbefehlseinheit gegebenes Betriebssignal ändert, eine Differenzialdruckerzeugungseinheit zum Erzeugen eines Differenzialdrucks zwischen einem Druck auf einer Ausstoßseite der verstellbaren Hydraulikpumpe und einem Druck in einem zu dem Aktor von dem Wegesteuerventil zugeführten Drucköl, eine Steuermengenkorrektureinheit zum Korrigieren des Betriebssignals von der Betriebsbefehlseinheit an die verstellbare Hydraulikpumpe in Antwort auf eine Ausgabe der Differenzialdruckerzeugungseinheit, und eine Ausstoßratensteuereinheit zum Steuern der Ausstoßrate der verstellbaren Hydraulikpumpe in Antwort auf eine Ausgabe der Steuermengenkorrektureinheit.
Hydrauliksteuersystem, das ausgestattet ist mit einer Mehrzahl von Wegesteuerventilen, die parallel mit einer verstellbaren Hydraulikpumpe verbunden sind, die mit einer Ausstoßratensteuereinrichtung ausgestattet ist, einem Hydraulikaktor, der mit jedem der Wegesteuerventile verbunden ist, einem Tank für Rücköl von jedem der Wegesteuerventile, einem vorgesteuerten Ventil zum Betreiben der Wegesteuerventile, um von der verstellbaren Hydraulikpumpe ausgestoßenes Drucköl zu veranlassen, zu dem Hydraulikaktor zugeführt zu werden, und um Rücköl von dem Hydraulikaktor zu veranlassen, zu dem Tank ausgestoßen werden, und einem Strömungsteilungsausgleichsventil, das zwischen jedem der Wegesteuerventile und dem Hydraulikaktor gelegen ist, wobei das Hydrauliksteuersystem ferner aufweist: eine erste steuersignalerzeugende Einrichtung zum Erzeugen eines Ausstoßratensteuersignals (X) zum Steuern der Ausstoßrate der verstellbaren Hydraulikpumpe in Bezug auf ein Betriebssignal zu dem Wegesteuerventil, eine erste druckerfassende Einrichtung zum Erfassen eines Drucks (Pd) in Drucköl, das von der verstellbaren Hydraulikpumpe ausgestoßen ist, eine zweite druckerfassende Einrichtung zum Erfassen eines Drucks (Pu) stromaufwärts des Strömungsteilungsausgleichsventils, das stromabwärts eines variablen Öffnungsabschnitts gelegen ist, der zwischen einer Zufuhrleitung für das Drucköl und einem Zylinderanschluss in dem Wegesteuerventil gebildet ist, einen Hydraulikkreis zum Aufbringen des durch die erste Druckerfassungseinrichtung erfassten Drucks (Pu) auf das betreffende Strömungsteilungsausgleichsventil derart, um es in Richtung des Öffnens zu betätigen, und zum Aufbringen eines maximalen Drucks (Ps) auf das betreffende Strömungsteilungsausgleichsventil derart, um es in Richtung des Schließens zu betätigen, wobei der maximale Druck (Ps) ausgewählt ist als höchster Druck unter dem erfassten Druck (Pu) entsprechend jedem Wegesteuerventil, und eine zweite steuersignalerzeugende Einrichtung zum Erzeugen eines Ausstoßratensteuersignals (Y), um die Ausstoßrate der verstellbaren Hydraulikpumpe derart zu steuern, dass der Differenzialdruck (Pd – Ps) zwischen dem maximalen Druck (Ps) und dem Druck (Pd) innerhalb eines vorbestimmten Werts gehalten ist, wobei die Ausstoßratensteuereinrichtung durch die Ausstoßratensteuersignale (X und Y) gesteuert ist, wodurch die Ausstoßrate der verstellbaren Hydraulikpumpe gesteuert ist.
Hydrauliksteuersystem nach Anspruch 2, wobei das Strömungsteilungsausgleichsventil in einem Durchgang für Rücköl von dem Wegesteuerventil zu dem Tank gelegen ist.
Hydrauliksteuersystem nach Anspruch 2, wobei eines oder mehrere der Strömungsteilungsausgleichsventile entsprechend jedem einer Mehrzahl der Wegesteuerventile in einem Durchgang für Rücköl zu dem Tank gelegen sind, und andere sind in einem Durchgang zwischen dem Wegesteuerventil und dem betreffenden Aktor gelegen.
Hydrauliksteuersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei dem Ausstoßratensteuersignal (X) Priorität gegeben ist gegenüber dem Ausstoßratensteuersignal (Y), um es auf die Ausstoßratensteuereinrichtung der verstellbaren Hydraulikpumpe aufzubringen, wenn ein spezifischer Hydraulikaktor in Betrieb ist.
Hydrauliksteuersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei eine Verzögerungseinrichtung vorgesehen ist zum Verzögern einer Ausgabe des Ausstoßratensteuersignals (Y) zu dem Ausstoßratensteuersignal (X) in Bezug auf eine Fluktuation des Differenzialdrucks.
Hydrauliksteuersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei eine Blockiereinrichtung vorgesehen ist zum Blockieren der Ausgabe des Ausstoßratensteuersignals (Y) zu dem Ausstoßratensteuersignal (X).
Hydrauliksteuersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei eine Begrenzungseinrichtung vorgesehen ist zum Begrenzen eines Bereichs der Ausgabe des Ausstoßratensteuersignals (Y) zu dem Ausstoßratensteuersignal (X).
Hydrauliksteuersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei ein Zweigkreis vorgesehen ist zum hydraulischen Verzweigen zwischen einem vorderen Anschluss und einem hinteren Anschluss des Strömungsteilungsausgleichsventils durch Entnehmen eines oder aller der Ausgleichventile in Bezug auf die Wegesteuerventile.
Hydrauliksteuersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei ein betrieblicher Verstärker vorgesehen ist zum Verstärken zumindest von elektrischen Signalen basierend auf einer Betriebsmenge des vorgesteuerten Ventils und elektrischer Signale basierend auf den erfassten Drücken (Pd, Ps), wobei die elektrische Ausgabe des Verstärkers auf die Ausstoßratensteuereinrichtung der verstellbaren Hydraulikpumpe aufgebracht wird.
Hydrauliksteuersystem nach Anspruch 10, wobei die Ausstoßratensteuereinrichtung durch ein solenoidbetriebenes Proportionalreduzierventil gebildet ist, das als elektrohydraulischer Wandler arbeitet.
Hydrauliksteuersystem nach Anspruch 10, wobei ein Servomotor vorgesehen ist zum Steuern der Ausstoßrate der verstellbaren Hydraulikpumpe.
Hydrauliksteuersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 12, wobei ein Paar der Hydrauliksteuersysteme vorgesehen ist, und ein einzelner Aktor ist mit jedem Wegesteuerventil in dem jeweiligen Hydrauliksteuersystem verbunden.
Hydrauliksteuersystem das ausgestattet ist mit einer Mehrzahl von Wegesteuerventilen, die parallel mit einer verstellbaren Hydraulikpumpe verbunden sind, die mit einer Ausstoßratensteuereinrichtung ausgestattet ist, einem Hydraulikaktor, der mit jedem der Wegesteuerventile verbunden ist, einem Tank für Rücköl von jedem Wegesteuerventil, einem vorgesteuerten Ventil zum Betreiben der Wegesteuerventile derart, um von der verstellbaren Hydraulikpumpe ausgestoßenes Drucköl zu veranlassen, zu dem Hydraulikaktor zugeführt zu werden, und um Rücköl von dem Hydraulikaktor zu veranlassen, zu dem Tank ausgestoßen zu werden, und einem Strömungsteilungsausgleichsventil, das zwischen jedem Wegesteuerventil und dem Hydraulikaktor gelegen ist, wobei das Hydrauliksteuersystem ferner aufweist: eine erste steuersignalerzeugende Einrichtung zum Erzeugen eines Ausstoßratensteuersignals (X) zum Steuern der Ausstoßrate der verstellbaren Hydraulikpumpe in Bezug auf ein Betriebssignal zu dem Wegesteuerventil, eine zweite steuersignalerzeugende Einrichtung zum Erzeugen eines Ausstoßratensteuersignals (Y) zum Steuern der Ausstoßrate der verstellbaren Hydraulikpumpe derart, dass der Differenzialdruck (Pd – Ps) zwischen dem maximalen Druck (Ps) und dem Druck (Pd) innerhalb eines vorbestimmten Werts gehalten ist, wobei die Ausstoßratensteuereinrichtung durch die Ausstoßratensteuersignale (X und Y) gesteuert ist, um die Ausstoßrate der verstellbaren Hydraulikpumpe zu steuern, eine erste druckerfassende Einrichtung zum Erfassen eines Drucks (Pd) in von der verstellbaren Hydraulikpumpe ausgestoßenem Drucköl, eine zweite druckerfassende Einrichtung zum Erfassen eines Drucks (Pu) stromaufwärts des Strömungsteilungsausgleichsventils, das stromabwärts eines variablen Öffnungsabschnitts gelegen ist, der zwischen einer Zuführleitung für das Drucköl und einem Zylinderanschluss für jedes Wegesteuerventil gebildet ist, einen Hydraulikkreis zum Aufbringen des durch die erste Druckerfassungseinrichtung erfassten Drucks (Pu) auf das betreffende Strömungsteilungsausgleichsventil derart, um es in Richtung des Öffnens zu betätigen, und zum Aufbringen eines maximalen Drucks (Ps) auf das betreffende Strömungsteilungsausgleichsventil derart, um es in Richtung des Schließens zu betätigen, wobei der maximale Druck (Ps) als höchster Druck unter den erfassten Drücken Pu entsprechend jedem Wegesteuerventil ausgewählt ist, ein Strömungssteuerventil mit Druckausgleich, das in einer Bypassleitung gelegen ist, die von einer Pumpenzufuhrleitung der verstellbaren Hydraulikpumpe abgezweigt ist, zum Empfangen des erfassten Drucks Pd in der Richtung des Öffnens, und zum Empfangen des erfassten maximalen Drucks (Ps) und einer Federkraft in der Richtung des Schließens, eine Druckerzeugungseinrichtung, die in der Bypassleitung gelegen ist und mit dem Strömungssteuerventil mit Druckausgleich verbunden ist, eine dritte Druckerfassungseinrichtung zum Erfassen eines Drucks in einem Ort zwischen den Strömungssteuerventilen mit Druckausgleich und der druckerzeugenden Einrichtung, und ein variables Reduzierventil, das seinen sekundären Druck in Übereinstimmung mit einer Erhöhung des durch die dritte Druckerfassungseinrichtung erfassten Drucks vermindert, wobei das Ausstoßratensteuersignal (Y) auf das variable Reduzierventil aufgebracht wird, und das Ausstoßratensteuersignal (X) wird als Primärdruck auf das variable Reduzierventil aufgebracht.
Hydrauliksteuersystem nach Anspruch 14, wobei die Federkraft zum Einstellen des Differenzialdrucks in dem Strömungssteuerventil mit Druckausgleich durch ein externes Signal gesteuert ist.
Hydrauliksteuersystem nach einem der Ansprüche 14 und 15, wobei die Federkraft zum Einstellen des Differenzialdrucks in dem Strömungssteuerventil mit Druckausgleich vermindert ist, wenn eine spezifischer Aktor in Betrieb ist.
Hydrauliksteuersystem nach einem der Ansprüche 14 und 15, wobei ein Öffnungsgrad der Druckerzeugungseinrichtung, die an der Bypassleitung gelegen ist, durch ein externes Signal gesteuert ist.
Hydrauliksteuersystem nach einem der Ansprüche 2 bis 17, wobei das Ausstoßratensteuersignal (X) in Übereinstimmung mit einer Fluktuation der Umdrehung eines Motors oder der verstellbaren Hydraulikpumpe durch Erfassen der Drehzahl gesteuert ist.