DE3330367A1

DE3330367A1 - Hydraulisches antriebssystem

Info

Publication number: DE3330367A1
Application number: DE19833330367
Authority: DE
Inventors: Rolf Dipl.-Ing. 8770 Lohr Kordak; Frank Dipl.-Ing. 2000 Hamburg Metzner; Heinrich Prof. Dr.-Ing. Nikolaus
Original assignee: Mannesmann Rexroth AG
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 1983-08-23
Filing date: 1983-08-23
Publication date: 1985-03-14
Also published as: JPS6075781A; US4920748A; DE3330367C2

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Antriebssystem mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Ein derartiges Antriebssystem ist bekannt ("ölhydraulik und Pneumatik" 26 (1982) Nr. 2, Seiten 74 bis 82). Ein solches Antriebssystem kann im Vierquadranten arbeiten, also in jeweils beiden Drehrichtungen Energie abgeben und Energie aufnehmen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die Drehzahlregelung zu verbessern, um einerseits ein möglichst rasches Ansprechverhalten zu bekommen, während andererseits das Regelverhalten gedämpft und stabilisiert werden soll, um zu starke Einschwingvorgänge zu vermeiden.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angebenden Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß handelt es sich so um eine elektrohydraulische Drehzahlregelung? bei der der hydraulischen Druckregelung eine elektrische Drehzahlregelung überlagert ist, deren Stellgröße y _Λ das Drucksignal ρ des Regelkreises beeinflußt und korrigiert, wobei dieser Wert ρ . zusätzlich vom ölstrom Q einer mit der Arbeitsmaschine gekoppelten Hydroeinheit beeinflußt wird ο Das Drucksignal ρ kann auch als ein Istwertdruck angesehen werden.

Eine Drehzahländerung der Arbeitsmaschine hat zunächst eine sehr rasche Änderung des von dem hydraulischen Tachogenerator erzeugten Steuerstroms zur Folge, so daß sich eine verhältnismäßig starke Änderung des Drucksignals ρ und damit eine sofortige Verstellung des Verdrängungsvolumens der Arbeitsmaschine ergibt.

Der hydraulische Regelkreis arbeitet nahezu verzögerungsfrei, kann aber keine von der Belastung der Arbeitsmaschine unabhängige Abtriebsdrehzahl einregeln. Diese ist mehr oder minder stark von der Größe des Lastmomentes M₁₀ abhängig. Die elektrische Regelung erkennt über ihren Tachogenerator diese lastabhängigen Drehzahlabweichungen und bildet daraus ein Stellsignal y ₁, welches das hydraulische Drosselgerät so einstellt und damit auch das Drucksignal ρ ig des hydraulischen Regelkreises solange verändert/ bis sich an der Arbeitsmaschine die vom elektrischen Regelkreisgeforderte Solldrehzahl einstellt.

Praktische Versuche haben gezeigt, daß Systemstabilitat und Regelgenauigkeit dann optimal sind, wenn

- der hydraulische Regelkreis möglichst verzögerungsfrei

- der elektrische Regelkreis etwas langsamer als der hydraulische arbeitet.

Auf diese Weise wird durch die kombinierte Regelung das Regelverhalten optimiert und bei Lastsprüngen oder Änderungen der Sollwerteinstellung im elektrischen Regelkreis die neue Drehzahl in kürzestmöglieher Zeit ohne Einschwingvorgängserreicht. Darüber hinaus ist die Sicherheit erhöht, weil auch bei einem Ausfall der elektrischen Regelung der hydraulische Regelkreis noch wirksam ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der einzigen Figur der Zeichnung erläutert, in der ein Sekundärregelkreis für eine hydrostatische Arbeitsmaschine schematisch dargestellt ist.,

§§30367 In der Zeichnung ist eine hydrostatische Arbeitsmaschine 10 über ein entsperrbares Rückschlagventil 11 mit einer Druckleitung 12 verbunden, in der ein eingeprägter Konstantdruck aufrecht erhalten wird. Die Arbeitsmaschine 10 ist mit einer Last 13 verbunden. Im Motorbetrieb der Arbeitsmaschine 10 wird Druckmittel aus dem Drucknetz bzw. aus dem hydraulischen Speicher (14) entnommen, während im Pumpenbetrieb der Arbeitsmaschine 1 0 Druckmittel über das Rückschlagventil 11 in das -^q Drucknetz bzw. den Speicher fließt»

Die Arbeitsmaschine 10 ist mit einer hydrostatischen Maschine 16 als Tachogenerator und mit einem elektrischen Tachogenerator 18 mechanisch gekuppelt. Zum Ver-

^5 stellen des Kolbens 19 des Verstellzylinders 20 der Arbeitsmaschine 10 dient ein Vorsteuerteil 21, das z.B. als federzentriertes 4/3-Wegeservoventil aufgebaut sein kann. An diesem Servoventil liegen das Drucksignal ρ . auf der Leitung 30 und der Konstantdruck ρ auf der Leitung 29 an, der eine anlagenabhängige, auf einen vorbestimmten Wert eingestellte Führungsgröße darstellt.

Eine Druckdifferenz ρ - ρ , erzeugt eine Kolbenbewe-

^o ^st ^ gung des Servoventiles 21, bis die Druckdifferenzkraft durch die Federkraft kompensiert wird. Über das Vorsteuerventil 21 werden die beiden Zylinderräume des Verstellzylinders 20 wahlweise mit einer Druckmittelquelle vom Druck P bzw. Tank verbunden. Das Servoventil dient somit zur Einstellung des Verdrängungsvolumens der Arbeitsmaschine 10.

Das Servoventil weist eine mechanische Rückführung 22 mit dem Kolben 19 auf (Kraftrückführung oder Wegrückführung).

Das Drucksignal ρ ist von einem Differenzstrom Δ Q abhängig, der in dem nachfolgend beschriebenen Hydrauliksystem erzeugt wird. Das an der Arbeitsmaschine 10 eingestellte Verdrängungsvolumen bestimmt das Drehmoment der Arbeitsmaschine. Abhängig von der Last 13 stellt sich eine entsprechende Drehzahl der Arbeitsmaschine 10 ein. Die hydrostatische Maschine 16 als hydraulischer Tachogenerator erzeugt einen diesem Drehzahl-Istwert proportionalen Steuerstrom Qm_r/

IQ der über eine Einstelldrossel 23 zum Tank fließt und der die Rückführverstärkung des hydraulischen Regelkreises bestimmt. In der Leitung 3 0 entsteht das Drucksignal ρ , , das außerdem von einer Konstantpumpe 24 mit beispielsweise einem Konstantsteuerstrom Q beeinflußt wird. Infolge dieser Kombination von Einstelldrossel 23 und Konstantpumpe 24 ist es möglich, daß der Tachogenerator 16 je nach Drehrichtung der Arbeitsmaschine 10 als Pumpe oder Motor arbeitet, so daß sich der Steuerstrom Q_m„ umkehren kann. Die Differenz aus dem Steuerstrom Q_m_ und dem Stell- und Sollstrom Q₇-^₇, ergibt einen Differenzstrom

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Δ Q₁ der über die Einstelldrossel 23 fließt und dort das Drucksignal ρ . erzeugt, das als Istwertsignal auf das Servoventil 21 wirkt, von dem das Verdrängungsvolumen der Arbeitsmaschine 10 solange verändert wird, bis ein Kräftegleichgewicht zwischen den Feder- und Druckkräften am Servoventil 21 erzielt wird»

Die Einstelldrossel 23 kann als Proportionalventil oder als Stromregelventil ausgebildet sein. Ferner liegt parallel zur Einstelldrossel noch eine Konstantdrossel 25, mit der das Verhalten des Druckregelkreises dynamisch optimiert werden kann, indem ein Teil des Steuerstroms Q _ über die Drossel 25 zum Tank abfließt, so daß sich das Ansprechverhalten verbessern läßt.

Das Servoventil 21 ist mit dem Stellzylinder 19,20 über eine Kraftrückführung gekoppelt, d.h. auf die Federn des Servoventils wirkt vom Stellkolben 19,20 eine der Position dieses Kolbens 19 proportionale Kraft, die in stationärem Gleichgewichtszustand in Kräftegleichgewicht mit den durch die Druckdifferenz ρ - P . erzeug-

o st

ten Druckkräften steht.

Der vorstehend beschriebene Druckdifferenzregelkreis ist demnach streng genommen ein Regelkreis zur Kompensation der Stellkolbenbewegung 19,20. Da diese Bewegung die Größe des Abtriebsmomentes der Maschine 10 charakterisiert, handelt es sich praktisch um einen Momentenregelkreis (Druckregelkreis = Momentenregelkreis).

Der hydraulischen Regelung ist ein elektrischer Druckzahlregelkreis 26,27 überlagert. Hierzu liefert der elektrische Tachogenerator 18 ein dem Istwert der Drehzahl der Arbeitsmaschine 10 entsprechendes Signal, das in einem Vergleicher 26 mit einem den gewünschten Drehzahl-Soliwert darstellenden Signal verglichen wird. Die Regelabweichung wird einem Stellglied 27 zugeführt, dessen Stellsignal y .. die Einstellung der Einstelldrossel 23 über die Leitung 28 bewirkt.

Es handelt sich also um eine elektrohydraulische Drehzahlregelung, bei der dem elektrischen Drehzahlregelkreis ein nydraulischer Druckregelkreis unterlagert ist. Der hydraulische Regelkreis weist über das von der Tachogeneratormaschine 16 beeinflußte Drucksignal ρ . ein sehr rasches Ansprechverhalten auf, so daß ein verhältnismäßig leistungsstarkes schnelles Istwertsignal erzeugt wird, das eine rasche Verstellung des Verdrängungsvolumens der Arbeitsmaschine 10 bewirkt. Das Ansprechverhalten der elektrischen Drehzahlregelung läßt sich dagegen durch das Regelverhalten des Reglers 26,27 so einstellen, daß einerseits das sehr gute

dynamische Verhalten des hydraulischen Druckregelkreises erhalten bleibt und andererseits die durch den hydraulischen Regelkreis schlechte stationäre Regelkennung (große stationäre Regelabweichungen) entscheidend verbessert wird und integrales Regelverhalten zeigt, indem Regelabweichungen zu Null gemacht werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Hydraulisches Antriebssystem mit einer im Pumpenoder Motorbetrieb arbeitenden hydrostatischen Arbeitsmaschine mit verstellbarem Verdrängungsvolumen ι die an eine Leitung mit eingeprägtem Druck angeschlossen ist, mit einer mit der Arbeitsmaschine gekuppelten hydrostatischen Maschine als Tachogenerator , der abhängig von der Drehrichtung der Arbeitsmaschine im Motor- oder Pumpenbetrieb arbeitet und der einem dem Drehzahl-Istwert der Arbeitsmaschine proportionalen Steuerstrom erzeugt, und mit einem aus einer Pumpe und einer Einstelldrossel bestehenden Drosselsystem, das zusammen mit dem Steuerstrom des Tachogenerators ein Drucksignal ρ erzeugt, das mit einem vor-

S "C

bestimmten Druck ρ verglichen wird, wobei abhängig vom Differenzdruck ρ . - ρ der Stellzylinder der Arbeitsmaschine betätigt wird, da- · durch gekennzeichnet, daß die Einstelldrossel (23) vom Ausgangssignal eines übergeordneten elektrischen Reglers (26,27) betätigbar ist, dem ein aus einem Sollwertsignal und einem in einem mit der Arbeitsmaschine (10) gekuppelten Tachogenerator

(18) erzeugtes Drehzahl-Istwertsignal gebildetes Differenzsignal zugeführt wird.
2. Antriebssystem nach Anspruch 1„ dadurch gekennzeichnet, daß dl® Einstelldrossel (23) ein Stromregelventil oder Feindrossel oder Druckventil ist.
3. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelldrossel·(23) ein Proportionalventil oder eiB Servoventil ist.
4. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Einstelldrossel (23) eine unabhängig vom elektrischen Regelsignal einstellbare Feindrossel (25) vorgesehen ist.
5. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzdruck ein Wege-Servoventil (21) als Vorsteuerventil für den Verstellzylinder (20)beaufschlagt und und das Wegeservoventil über eine Kraft- oder Weg-Rückführung (22) mit dem Verstellzylinder verbunden ist.