DE112011100693B4

DE112011100693B4 - Steuersystem für eine Baumaschine

Info

Publication number: DE112011100693B4
Application number: DE112011100693.4T
Authority: DE
Inventors: Haruhiko Kawasaki; Masahiro Egawa
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2011-02-23
Publication date: 2015-11-19
Anticipated expiration: 2031-02-24
Also published as: DE112011100693T5; US9228323B2; WO2011105436A1; CN102741561B; CN102741561A; JP2011179541A; KR101410597B1; US20120304630A1; KR20120092173A; JP5461234B2

Abstract

Ein Steuersystem für eine Baumaschine weist auf: eine Hauptpumpe; ein Schaltungssystem, das eine Vielzahl von Betätigungsventilen aufweist, die mit der Hauptpumpe verbunden sind; einen Auslegerzylinder, der mit einem spezifischen einen der Vielzahl von Betätigungsventilen verbunden ist; einen Durchgang, der eine Verbindung zwischen dem spezifischen Betätigungsventil und einer kolbenseitigen Kammer des Auslegerzylinders ermöglicht; einen anderen Durchgang, der eine Verbindung zwischen dem spezifischen Betätigungsventil und einer stangenseitigen Kammer des Auslegerzylinders ermöglicht; einen Hydraulikmotor, der sich aufgrund der Wirkung von Rücklauföl von der kolbenseitigen Kammer des Auslegerzylinders dreht; einen Generator, der Energie aus einer Drehkraft des Hydraulikmotors erzeugt; eine Batterie, die von dem Generator erzeugte Energie speichert; und einen Ventilmechanismus, der in dem einen Durchgang angeordnet ist, welcher mit der kolbenseitigen Kammer des Auslegerzylinders in Verbindung steht, das Rücklauföl von der kolbenseitigen Kammer des Auslegerzylinders zum Zeitpunkt des Senkens als eine Regenerierströmung zu dem Hydraulikmotor leitet und das Rücklauföl als eine Rückgewinnungsströmung zu der stangenseitigen Kammer des Auslegerzylinders leitet, falls erforderlich dadurch, dass er bewirkt, dass das Rücklauföl in den anderen Durchgang strömt.

Description

Technisches Sachgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuersystem für eine Baumaschine, bei der Rücklauföl von einem Auslegerzylinder als eine Regenerierströmung und eine Rückgewinnungsströmung verwendet wird.
Technischer Hintergrund
Die US 7 596 893 B2 beschreibt ein Steuersystem für eine Baumaschine, das eine Hauptpumpe; ein Schaltungssystem, das eine Vielzahl von Betätigungsventilen aufweist, die mit der Hauptpumpe verbunden sind; einen Auslegerzylinder, der mit einem spezifischen einen der Vielzahl von Betätigungsventilen verbunden ist; einen Durchgang, der eine Verbindung zwischen dem spezifischen Betätigungsventil und einer kolbenseitigen Kammer des Auslegerzylinders ermöglicht; einen anderen Durchgang, der eine Verbindung zwischen dem spezifischen Betätigungsventil und einer stangenseitigen Kammer des Auslegerzylinders ermöglicht; einen Hydraulikmotor, der sich aufgrund der Wirkung von Rücklauföl von der kolbenseitigen Kammer des Auslegerzylinders dreht; einen Generator, der Energie aus einer Drehkraft des Hydraulikmotors erzeugt; und eine Batterie umfasst, die von dem Generator erzeugte Energie speichert.
In JP2009-236190A ist eine Hybrid-Baumaschine offengelegt, bei der ein Hydraulikmotor unter Verwendung von Rücklauföl von einem Auslegerzylinder gedreht wird und ein Generator mittels einer Drehkraft des Hydraulikmotors gedreht wird. Bei diesem Aufbau ist ein Regenerierströmungs-Steuerventil an einem Durchgang angeordnet, der eine kolbenseitige Kammer des Auslegerzylinders und ein Betätigungsventil miteinander verbindet, und das Regenerierströmungs-Steuerventil ist mit dem Hydraulikmotor verbunden.
Ferner wird eine Absenkgeschwindigkeit des Auslegerzylinders gesteuert, während die Regenerierströmung von dem Regenerierströmungs-Steuerventil gesteuert wird, und eine andere Strömung des Rücklauföls von dem Auslegerzylinder als die Regenerierströmung wird teilweise zu einer stangenseitigen Kammer des Auslegerzylinders rezykliert und über das Betätigungsventil zu einem Tank zurückgeführt.
Übersicht über die Erfindung
Da von der Regenerierströmung und der Rückgewinnungsströmung, die das Rücklauföl von dem Auslegerzylinder sind, die Regenerierströmung bei der bekannten Hybrid-Baumaschine nicht zu dem Betätigungsventil strömt, kann eine ausreichende Rückgewinnung nicht gewährleistet werden. Das führt zu einem Unterdruck in der stangenseitigen Kammer des Auslegerzylinders, wodurch ein störungsfreier Betrieb beeinträchtigt wird und Geräusche während des Betriebs erzeugt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Ziel zugrunde, ein Steuersystem für eine Baumaschine zur Verfügung zu stellen, bei der eine ausreichende Rückgewinnungsströmung gewährleistet werden kann, während eine Absenkgeschwindigkeit eines Auslegerzylinders gesteuert wird.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Steuersystem für eine Baumaschine zur Verfügung gestellt, das aufweist: eine Hauptpumpe; ein Schaltungssystem, das eine Vielzahl von Betätigungsventilen aufweist, die mit der Hauptpumpe verbunden sind; einen Auslegerzylinder, der mit einem spezifischen einen der Vielzahl von Betätigungsventilen verbunden ist; einen Durchgang, der eine Verbindung zwischen dem spezifischen Betätigungsventil und einer kolbenseitigen Kammer des Auslegerzylinders ermöglicht; einen anderen Durchgang, der eine Verbindung zwischen dem spezifischen Betätigungsventil und einer stangenseitigen Kammer des Auslegerzylinders ermöglicht; einen Hydraulikmotor, der sich aufgrund der Wirkung von Rücklauföl von der kolbenseitigen Kammer des Auslegerzylinders dreht; einen Generator, der Energie aus einer Drehkraft des Hydraulikmotors erzeugt; eine Batterie, die von dem Generator erzeugte Energie speichert; und einen Ventilmechanismus, der in dem einen Durchgang angeordnet ist, welcher mit der kolbenseitigen Kammer des Auslegerzylinders in Verbindung steht, das Rücklauföl von der kolbenseitigen Kammer des Auslegerzylinders zum Zeitpunkt des Senkens als eine Regenerierströmung zu dem Hydraulikmotor leitet und das Rücklauföl als eine Rückgewinnungsströmung zu der stangenseitigen Kammer des Auslegerzylinders leitet, falls erforderlich dadurch, dass er bewirkt, dass das Rücklauföl in den anderen Durchgang strömt.
Nach dem oben beschriebenen Aspekt kann, da das Rücklauföl von dem Auslegerzylinder dem Hydraulikmotor und, falls erforderlich, auch der stangenseitigen Kammer zugeführt werden kann, während eine Absenkgeschwindigkeit des Auslegerzylinders gesteuert wird, der Hydraulikmotor betrieben werden, ohne dass ein Unterdruck zum Zeitpunkt des Absenkens des Auslegerzylinders auftritt.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und Vorteile der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genauer beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen Schaltplan eines Steuersystems für eine Hybrid-Baumaschine nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt einen Schaltplan eines Steuersystems für eine Hybrid-Baumaschine nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt einen Schaltplan eines Steuersystems für eine Hybrid-Baumaschine nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung von Ausführungsformen
Es wird eine erste Ausführungsform beschrieben.
Die erste Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, weist erste und zweite Hauptpumpen MP1, MP2 auf, die Verstell-Verdrängerpumpen sind. Die erste Hauptpumpe MP1 ist über ein erstes Schaltventil V1 mit einem ersten Schaltungssystem verbunden, und die zweite Hauptpumpe MP2 ist über ein zweites Schaltventil V2 mit einem zweiten Schaltungssystem verbunden.
Das erste Schaltventil V1 ist ein 4-Port-2-Positions-Schaltventil, weist eine Vorsteuerkammer auf einer Seite des Ventils auf, bewirkt, dass eine Federkraft einer Feder auf eine der Vorsteuerkammer zugewandten Seite wirkt, und wird normalerweise durch die Wirkung der Federkraft in einer gezeigten Normalposition gehalten.
Wenn sich das erste Schaltventil V1 in der gezeigten Normalposition befindet, sind ein Zuführdurchgang und ein Zusammenführdurchgang geöffnet, wodurch ausgetragenes Öl von der ersten Hauptpumpe MP1 über den Zuführdurchgang zu dem ersten Schaltungssystem geleitet wird und ausgetragenes Öl von einer Hilfspumpe AP, die eine Verstell-Verdrängerpumpe ist, über den Zusammenführdurchgang und ein Rückschlagventil mit dem ausgetragenen Öl von der ersten Hauptpumpe MP1 zusammengeführt wird.
Wenn ein Vorsteuerdruck auf die Vorsteuerkammer wirkt und das erste Schaltventil V1 in eine auf der rechten Seite in 1 gezeigte Schaltposition geschaltet ist, ist der Zusammenführdurchgang geschlossen. Somit wird nur das ausgetragene Öl von der ersten Hauptpumpe MP1 dem ersten Schaltungssystem zugeführt.
Das zweite Schaltventil V2 ist ein 6-Port-3-Positions-Schaltventil, weist Vorsteuerkammern und Zentrierfedern auf beiden Seiten des Ventils auf und wird normalerweise durch Federkräfte der Zentrierfedern in einer gezeigten Normalposition gehalten. In der Normalposition sind ein Zuführdurchgang und ein Zusammenführdurchgang geöffnet, ähnlich wie bei dem ersten Schaltventil V1, und ein Regenerierströmungsweg, der zwischen diesem Zuführdurchgang und Zusammenführdurchgang angeordnet ist, ist geschlossen.
Der Regenerierströmungsweg ermöglicht, dass ausgetragenes Öl von der zweiten Hauptpumpe MP2 zu einem Verstell-Verdränger-Hydraulikmotor M strömt.
Wenn sich das zweite Schaltventil V2 in der Normalposition befindet, wird das ausgetragene Öl von der Hilfspumpe AP über den Zusammenführdurchgang und ein Rückschlagventil mit dem ausgetragenen Öl von der zweiten Hauptpumpe MP2 zusammengeführt und zu dem zweiten Schaltungssystem geleitet.
Wenn das zweite Schaltventil V2 in eine auf der rechten Seite in 1 gezeigte erste Schaltposition geschaltet ist, ist nur der Zuführdurchgang geöffnet und wird nur das ausgetragene Öl von der zweiten Hauptpumpe MP2 dem zweiten Schaltungssystem zugeführt.
Wenn das zweite Schaltventil V2 in eine auf der linken Seite in 1 gezeigte zweite Schaltposition geschaltet ist, wird das gesamte ausgetragene Öl von der zweiten Hauptpumpe MP2 dem Hydraulikmotor M zugeführt, da nur der Regenerierströmungsweg geöffnet ist.
Ein Elektromagnetventil 1 ist ein Elektromagnetventil, das es ermöglicht, dass die Vorsteuerkammer des ersten Schaltventils V1 mit einer Vorsteuer-Hydraulikdruckquelle PP in Verbindung steht, und das diese Verbindung unterbricht. Das Elektromagnetventil 1 unterbricht die Verbindung zwischen der Vorsteuer-Hydraulikdruckquelle PP und der Vorsteuerkammer des ersten Schaltventils V1, wenn es sich in einer gezeigten Normalposition befindet, und leitet einen Vorsteuerdruck der Vorsteuer-Hydraulikdruckquelle PP zu der Vorsteuerkammer, wenn es durch Anregen einer Magnetspule des Elektromagnetventils in eine Schaltposition geschaltet ist.
Ferner ist ein Elektromagnetventil 2a ein Elektromagnetventil, das eine Verbindung zwischen einer Vorsteuerkammer des zweiten Schaltventils V2 und der Vorsteuer-Hydraulikdruckquelle PP ermöglicht und das diese Verbindung unterbricht. Ein Elektromagnetventil 2b ist ein Elektromagnetventil, das eine Verbindung zwischen der anderen Vorsteuerkammer des zweiten Schaltventils V2 und der Vorsteuer-Hydraulikdruckquelle PP ermöglicht und das diese Verbindung unterbricht. Die Elektromagnetventile 2a, 2b unterbrechen die Verbindung zwischen der Vorsteuerkammer und der Vorsteuer-Hydraulikdruckquelle PP, wenn sie sich in einer gezeigten Normalposition befinden, und ermöglichen es, dass die Vorsteuerkammer und die Vorsteuer-Hydraulikdruckquelle PP miteinander in Verbindung stehen, wenn sie in eine Schaltposition geschaltet sind.
Magnetspulen der Elektromagnetventile 1, 2a und 2b sind mit einer Steuereinrichtung C verbunden, und die Steuereinrichtung C setzt die Magnetspulen der Elektromagnetventile 1, 2a und 2b in einen Anregungszustand oder in einen Nicht-Anregungszustand entsprechend einer Signaleingabe durch einen Bediener.
Die ersten und zweiten Hauptpumpen MP1, MP2, die mit den ersten und zweiten Schaltventilen V1, V2 verbunden sind, drehen sich koaxial unter Verwendung einer Antriebseinheit E mit einem Drehzahlsensor als eine Antriebsquelle.
Ein Generator 3 ist in der Antriebseinheit E angeordnet und erfüllt eine Energieerzeugungsfunktion unter Verwendung von Restenergie der Antriebseinheit E.
Die erste Hauptpumpe MP1 ist über das erste Schaltventil V1 mit dem ersten Schaltungssystem verbunden. Mit dem ersten Schaltungssystem sind ein Betätigungsventil 4 zum Steuern eines Drehmotors, ein Betätigungsventil 5 zum Steuern eines Armzylinders, ein Betätigungsventil 6 für eine zweite Geschwindigkeit eines Auslegers zum Steuern eines Auslegungszylinders BC, ein Betätigungsventil 7 zum Steuern einer Hilfseinrichtung und ein Betätigungsventil 8 zum Steuern eines linken Fahrmotors in dieser Reihenfolge von einer stromaufwärtigen Seite aus verbunden.
Die jeweiligen Betätigungsventile 4 bis 8 sind über einen neutralen Strömungsweg 9, einen parallel verlaufenden Durchgang 10 und das erste Schaltventil V1 mit der ersten Hauptpumpe MP1 verbunden.
Eine Drossel 11 für die Vorsteuerdrucksteuerung zum Erzeugen eines Vorsteuerdrucks ist dem Betätigungsventil 8 für den linken Fahrmotor in dem neutralen Strömungsweg 9 nachgeschaltet. Die Drossel 11 erzeugt einen hohen Vorsteuerdruck auf einer stromaufwärtigen Seite, wenn eine Strömungsrate durch die Drossel 11 hoch ist, wohingegen sie einen niedrigen Vorsteuerdruck erzeugt, wenn die Strömungsrate niedrig ist.
Ferner leitet der neutrale Strömungsweg 9 das gesamte oder einen Teil des von der ersten Hauptpumpe MP1 dem ersten Schaltungssystem zugeführten Öls über die Drossel 11 zu einem Tank T, wenn sich sämtliche Betätigungsventile 4 bis 8 in oder nahe einer Neutralposition befinden. In diesem Fall wird ein hoher Vorsteuerdruck erzeugt, da die Strömungsrate durch die Drossel 11 hoch ist.
Andererseits ist dann, wenn die Betätigungsventile 4 bis 8 in einen Vollhubzustand geschaltet sind, der neutrale Strömungsweg 9 geschlossen, und es strömt kein Fluid mehr. Entsprechend wird die Strömungsrate durch die Drossel 11 null, weshalb der Vorsteuerdruck bei null gehalten wird.
Je nach Betrag an Betätigung der Betätigungsventile 4 bis 8 wird von dem neutralen Strömungsweg 9 ein Teil des von der Pumpe ausgetragenen Öls zu Aktuatoren geleitet, und ein Teil des Öls wird zu dem Tank T geleitet. Somit erzeugt die Drossel 11 einen Vorsteuerdruck entsprechend der Strömungsrate in dem neutralen Strömungsweg 9. Mit anderen Worten: die Drossel 11 erzeugt den Vorsteuerdruck entsprechend dem Betrag an Betätigung der Betätigungsventile 4 bis 8.
Ferner ist ein Vorsteuerströmungsweg 12 zwischen dem Betätigungsventil 8 und der Drossel 11 in dem neutralen Strömungsweg 9 geschaltet. Der Vorsteuerströmungsweg 12 ist über ein elektromagnetisches Schaltventil 13 mit einem Regler 14 zum Steuern eines Neigungswinkels der ersten Hauptpumpe MP1 verbunden.
Der Regler 14 steuert den Neigungswinkel der ersten Hauptpumpe MP1 in umgekehrtem Verhältnis zu einem Vorsteuerdruck in dem Vorsteuerströmungsweg 12 zum Steuern eines Verdrängungsvolumens pro Drehung der ersten Hauptpumpe MP1. Wenn keine Strömung mehr in dem neutralen Strömungsweg 9 vorhanden ist und der Vorsteuerdruck durch Setzen der Betätigungsventile 4 bis 8 in den Vollhubzustand auf null gesetzt ist, wird der Neigungswinkel der ersten Hauptpumpe MP1 maximiert, um das Verdrängungsvolumen pro Drehung der ersten Hauptpumpe MP1 zu maximieren.
Ferner ist das elektromagnetische Schaltventil 13 mit der Vorsteuer-Hydraulikdruckquelle PP verbunden. Der Regler 14 steht mit dem Vorsteuerströmungsweg 12 in Verbindung, wenn sich das elektromagnetische Schaltventil 13 in einer Normal-Steuerposition befindet, die eine gezeigte Normalposition ist. Wenn das elektromagnetische Schaltventil 13 durch Anregen einer Magnetspule des elektromagnetischen Schaltventils in eine Schaltposition geschaltet ist, steht der Regler 14 mit der Vorsteuer-Hydraulikdruckquelle PP in Verbindung. Die Magnetspule des elektromagnetischen Schaltventils 13 ist mit der Steuereinrichtung C verbunden, und die Steuereinrichtung C schaltet das elektromagnetische Schaltventil 13 durch Anregen der Magnetspule des elektromagnetischen Schaltventils 13 in die Schaltposition, wenn ein Signal von dem Bediener eingegeben wird, und hält das elektromagnetische Schaltventil 13 durch Setzen der Magnetspule in einen Nicht-Anregungszustand in der Normal-Steuerposition, wenn kein Signal eingegeben worden ist.
Das elektromagnetische Schaltventil 13 bewirkt, dass die Austragmenge der ersten Hauptpumpe MP1 kleiner wird als in einem Normal-Neutralzustand, wenn sämtliche Betätigungsventile 4 bis 8 in der Neutralposition gehalten werden. Beispielsweise wird das elektromagnetische Schaltventil 13 z. B. während eines Anwärmvorgangs geschaltet, bei dem es wünschenswert ist, einen Verlust zu verringern.
Andererseits ist die zweite Hauptpumpe MP2 mit dem zweiten Schaltungssystem verbunden. Mit dem zweiten Schaltungssystem sind ein Betätigungsventil 15 zum Steuern eines rechten Fahrmotors, ein Betätigungsventil 16 zum Steuern eines Löffelzylinders, ein Betätigungsventil 17 zum Steuern des Auslegerzylinders BC und ein Betätigungsventil 18 für eine zweite Geschwindigkeit des Arms zum Steuern des Armzylinders in dieser Reihenfolge von einer stromaufwärtigen Seite aus verbunden.
Die jeweiligen Steuerventile 15 bis 18 sind über einen neutralen Strömungsweg 19 und das zweite Schaltventil V2 mit der zweiten Hauptpumpe MP2 verbunden. Die Betätigungsventile 16, 17 sind über einen parallel verlaufenden Durchgang 20 und das zweite Schaltventil V2 mit der zweiten Hauptpumpe MP2 verbunden.
Eine Drossel 21 für die Vorsteuerdrucksteuerung ist dem Betätigungsventil 18 in dem neutralen Strömungsweg 19 nachgeschaltet. Die Drossel 21 funktioniert auf die gleiche Weise wie die Drossel 11 des ersten Schaltungssystems.
Ein Vorsteuerströmungsweg 22 ist zwischen dem in Strömungsrichtung betrachtet am weitesten hinten angeordneten Betätigungsventil 18 und der Drossel 21 in dem neutralen Strömungsweg 19 geschaltet. Der Vorsteuerströmungsweg 22 ist mit einem Regler 23 zum Steuern eines Neigungswinkels der zweiten Hauptpumpe MP2 verbunden.
Der Regler 23 steuert den Neigungswinkel der zweiten Hauptpumpe MP2 in umgekehrtem Verhältnis zu einem Vorsteuerdruck in dem Vorsteuerströmungsweg 22 zwecks Steuerung eines Verdrängungsvolumens pro Drehung der zweiten Hauptpumpe MP2. Wenn keine Strömung mehr in dem neutralen Strömungsweg 19 vorhanden ist und der Vorsteuerdruck durch Setzen der Betätigungsventile 15 bis 18 in den Vollhubzustand auf null gesetzt ist, wird der Neigungswinkel der zweiten Hauptpumpe MP2 maximiert, um das Verdrängungsvolumen pro Drehung der zweiten Hauptpumpe MP2 zu maximieren.
Ein Aktuatorport des Betätigungsventils 17, das den Auslegerzylinder BC steuert, steht über einen Durchgang 24 mit einer kolbenseitigen Kammer 25 in Verbindung. Ein Regenerierstromungs-Steuerventil 26, das einen Ventilmechanismus bildet, ist an dem Verbindungsdurchgang 24 angeordnet. Das Regenerierströmungs-Steuerventil 26 weist eine Vorsteuerkammer 26a auf einer Seite des Ventils und eine Feder 26b auf einer der Vorsteuerkammer 26a zugewandten Seite des Ventils auf.
Das Regenerierstromungs-Steuerventil 26 wird von einer Federkraft der Feder 26b in einer gezeigten Normalposition gehalten, wird jedoch in eine auf der rechten Seite in 1 gezeigte Schaltposition geschaltet, wenn ein Vorsteuerdruck auf die Vorsteuerkammer 26a wirkt.
Wenn sich das Regenerierströmungs-Steuerventil 26 in der gezeigten Normalposition befindet, ist ein Hauptströmungsweg 26c, der eine Verbindung zwischen dem einen Aktuatorport des Betätigungsventils 17 und der kolbenseitigen Kammer 25 ermöglicht, vollständig geöffnet, und ein Regenerierströmungsweg 26d, der eine Verbindung zwischen der kolbenseitigen Kammer 25 und dem Hydraulikmotor M ermöglicht, ist geschlossen.
Ein Durchgang 27 ermöglicht eine Verbindung zwischen dem Regenerierströmungsweg 26d und dem Hydraulikmotor M, und ein Rückschlagventil 28, das nur die Strömung von dem Regenerierströmungsweg 26d zu dem Hydraulikmotor M ermöglicht, ist an dem Durchgang 27 angeordnet.
Ein weiterer Aktuatorport des Betätigungsventils 17, das den Auslegerzylinder BC steuert, steht über einen anderen Durchgang 29 mit einer stangenseitigen Kammer 30 des Auslegerzylinders BC in Verbindung. Ferner sind der andere Durchgang 29 und die kolbenseitige Kammer 25 über einen Rückgewinnungsdurchgang 31 miteinander verbunden. Ein Rückgewinnungsströmungs-Steuerventil 32, das den Ventilmechanismus bildet, ist in dem Rückgewinnungsströmungsweg 31 angeordnet. Das Rückgewinnungsströmungs-Steuerventil 32 weist eine Vorsteuerkammer 32a auf einer Seite des Ventils und eine Feder 32b auf einer der Vorsteuerkammer 32a zugewandten Seite des Ventils auf.
Das Rückgewinnungsströmungs-Steuerventil 32 wird von einer Federkraft der Feder 32b in einer gezeigten Normalposition gehalten, schließt in der Normalposition einen Rückgewinnungsströmungsweg 32c und wird andererseits in eine auf der rechten Seite in 1 gezeigte Schaltposition geschaltet und hält den Rückgewinnungsströmungsweg 32c bei einer Drosselöffnung entsprechend einem Schaltbetrag, wenn ein Vorsteuerdruck auf die Vorsteuerkammer 32a wirkt.
Ein Rückschlagventil 33 ist in dem Rückgewinnungsströmungsweg 31 angeordnet und ermöglicht nur die Strömung von der kolbenseitigen Kammer 25 zu dem anderen Durchgang 29.
Die jeweiligen Vorsteuerkammern 26a, 32a des Regenerierströmungs-Steuerventils 26 und des Rückgewinnungsströmungs-Steuerventils 32 sind über ein Proportional-Elektromagnetventil 34 mit der Vorsteuer-Hydraulikdruckquelle PP verbunden. Das Proportional-Elektromagnetventil 34 umfasst eine Magnetspule 34a, die mit der Steuereinrichtung C verbunden ist, auf einer Seite des Ventils und eine Feder 34b auf einer der Magnetspule 34a gegenüberliegenden Seite.
Das Proportional-Elektromagnetventil 34 wird von einer Federkraft der Feder 34b in einer gezeigten Normalposition gehalten. Wenn die Steuereinrichtung C die Magnetspule 34a entsprechend einem von dem Bediener eingegebenen Signal anregt, wird das Proportional-Elektromagnetventil 34 geschaltet, und das Öffnen wird entsprechend einem Anregungsstrom gesteuert.
Entsprechend können Vorsteuerdrücke, die auf die Vorsteuerkammern 26a, 32a des Regenerierströmungs-Steuerventils 26 und des Rückgewinnungsströmungs-Steuerventils 32 wirken, von der Steuereinrichtung C gesteuert werden.
Die Federkraft der Feder 32b des Rückgewinnungsströmungs-Steuerventils 32 ist jedoch so eingestellt, dass sie größer ist als die der Feder 26b des Regenerierströmungs-Steuerventils 26, so dass das Rückgewinnungsströmungs-Steuerventil 32 so eingestellt ist, dass es zu einem späteren Zeitpunkt öffnet, selbst wenn der gleiche Vorsteuerdruck wirksam ist.
Ferner dreht sich der Hydraulikmotor M, der mit dem Regenerierströmungsweg 26d des Regenerierströmungs-Steuerventils 26 in Verbindung steht, koaxial mit der Hilfspumpe AP und ist an einen Elektromotor-Generator 35 angeschlossen. Der Elektromotor-Generator 35 erfüllt eine Energieerzeugungsfunktion aufgrund der Drehung des Hydraulikmotors M, und von dem Elektromotor-Generator 35 erzeugte Energie wird über einen Inverter 36 in eine Batterie 37 geladen. Die Batterie 37 ist mit der Steuereinrichtung C verbunden, und die Lademenge der Batterie 37 kann von der Steuereinrichtung C erkannt werden.
Ein Batterieladegerät 38 lädt von dem Generator 3 erzeugte Energie in die Batterie 37. Bei dieser Ausführungsform ist das Batterieladegerät 38 auch mit einem Netzanschluss 39 eines weiteren Systems, wie z. B. einem Haushalt-Netzanschluss, verbunden.
Ferner wird ein Neigungswinkel des Hydraulikmotors M von einem Regler 40 gesteuert. Der Regler 40 ist mit der Steuereinrichtung C verbunden, und der Neigungswinkel wird entsprechend einem Signal von der Steuereinrichtung C gesteuert.
Die Hilfspumpe AP ist eine Verstell-Verdrängerpumpe, und ein Neigungswinkel der Pumpe wird von einem Regler 41 gesteuert. Der Regler 41 ist mit der Steuereinrichtung C verbunden.
Entsprechend wird dann, wenn der Hydraulikmotor M den Elektromotor-Generator 35 dreht, der Neigungswinkel der Hilfspumpe AP minimiert, um einen Zustand einzustellen, in dem eine Last fast gar nicht auf den Hydraulikmotor M wirkt. Ferner wird dann, wenn der Elektromotor-Generator 35 als ein Elektromotor fungiert, die Hilfspumpe AP von einer Antriebskraft des Elektromotor-Generators 35 gedreht, um eine Pumpfunktion zu erfüllen.
Bei dieser Ausführungsform wird dann, wenn bewirkt wird, dass die ersten und zweiten Hauptpumpen MP1, MP2 Öl austragen, wobei die Elektromagnetventile 1, 2a und 2b in den Nicht-Anregungszustand gesetzt sind und die ersten und zweiten Schaltventile V1, V2 in der gezeigten Normalposition gehalten sind, das ausgetragene Öl den ersten und zweiten Schaltungssystemen zugeführt.
Wenn bewirkt wird, dass die Hilfspump AP Hydrauliköl austrägt, wird das ausgetragene Öl mit dem ausgetragenen Öl von den ersten und zweiten Hauptpumpen MP1, MP2 zusammengeführt und den ersten und zweiten Schaltungssystemen zugeführt.
Zum Drehen der Hilfspumpe AP wird der Elektromotor-Generator 35 als der Elektromotor mittels der in der Batterie 37 gespeicherten Energie gedreht, und eine Drehkraft des Motors kann als Antriebsquelle der Hilfspumpe AP genutzt werden. In diesem Fall wird ein Ausgangsverlust des Elektromotor-Generators 35, der als der Elektromotor fungiert, durch Minimieren des Neigungswinkels des Hydraulikmotors M und Verringern seiner Last minimiert.
Ferner kann die Hilfspumpe AP auch mittels der Drehkraft des Hydraulikmotors M gedreht werden. Ein Fall, in dem der Hydraulikmotor M als die Antriebsquelle verwendet wird, wird später beschrieben.
Drucksensoren 42, 43 zum Detektieren von Drücken, die zu den Reglern 14, 23 für die ersten und zweiten Hauptpumpen MP1, MP2 geleitet werden, sind vorgesehen, und Drucksignale der Drucksensoren werden in die Steuereinrichtung C eingegeben. Die Steuereinrichtung C hält den Neigungswinkel der Hilfspumpe AP auf einem voreingestellten Winkel entsprechend den Drucksignalen der Drucksensoren 42, 43. Dieser Winkel wird eingestellt, um eine effizienteste Hilfs-Ausgangsleistung entsprechend den Drucksignalen zu erhalten.
Ferner wird dann, wenn das erste Schaltventil V1 in die auf der rechten Seite in 1 gezeigte Schaltposition geschaltet ist und das zweite Schaltventil V2 in die auf der rechten Seite in 1 gezeigte erste Schaltposition geschaltet ist, nur das ausgetragene Öl von den ersten und zweiten Hauptpumpen MP1, MP2 den ersten und zweiten Schaltungssystemen zugeführt.
Ferner wird dann, wenn das zweite Schaltventil V2 in die auf der linken Seite in 1 gezeigte zweite Schaltposition geschaltet ist, das ausgetragene Öl von der zweiten Hauptpumpe MP2 dem Hydraulikmotor M zugeführt. Wenn der mit dem zweiten Schaltungssystem verbundene Aktuator nicht in Betrieb ist, kann der Hydraulikmotor M gedreht werden und kann bewirkt werden, dass der Elektromotor-Generator 35 die Energieerzeugungsfunktion dadurch erfüllt, dass der Bediener das zweite Schaltventil V2 in die zweite Schaltposition schaltet. Von dem Elektromotor-Generator 35 erzeugte Energie wird über den Inverter 36 in die Batterie 37 geladen.
Wenn der Elektromotor-Generator 35 von dem Hydraulikmotor M gedreht wird, kann der Energieerzeugungswirkungsgrad dadurch erhöht werden, dass der Neigungswinkel der Hilfspumpe AP auf einer Untergrenze gehalten wird.
Ferner hat die Steuereinrichtung C eine Funktion des Detektierens der Lademenge der Batterie 37 und des Steuerns der Drehzahl des Hydraulikmotors M entsprechend der Lademenge.
Andererseits kann der Hydraulikmotor M auch durch den Rücklauf des Öls gedreht werden, das zum Zeitpunkt der Absenkung des Auslegerzylinders BC aus der kolbenseitigen Kammer 25 ausgetragen wird. Das heißt, dass die Steuereinrichtung C bestimmt, ob der Auslegerzylinder BC angehoben oder abgesenkt werden soll entsprechend einer Arbeitsrichtung eines Betätigungshebels, der zum Betätigen des Auslegerzylinders BC verwendet wird. Im Falle einer Absenkung des Auslegerzylinders BC steuert die Steuereinrichtung C den Anregungsstrom der Magnetspule 34a des Proportional-Elektromagnetventils 34 entsprechen dem Betrag an Betätigung des Betätigungshebels, d. h. einer von dem Bediener vorgesehenen Absenkgeschwindigkeit des Auslegerzylinders BC. Entsprechend vergrößert sich das Öffnen des Proportional-Elektromagnetventils 34, wenn sich die von dem Bediener vorgesehene Absenkgeschwindigkeit erhöht.
Wenn das Proportional-Elektromagnetventil 34 geöffnet ist, wird der Vorsteuerdruck von der Vorsteuer-Hydraulikdruckquelle PP zu der Vorsteuerkammer 26a des Regenerierströmungs-Steuerventils 26 und der Vorsteuerkammer 32a des Rückgewinnungsströmungs-Steuerventils 32 geleitet.
Da jedoch die Federkraft der Feder 26b des Regenerierströmungs-Steuerventils 26 niedriger ist als die der Feder 32b des Rückgewinnungsströmungs-Steuerventils 32, wird das Regenerierströmungs-Steuerventil 26 früher in die Schaltposition geschaltet. Das Regenerierströmungs-Steuerventil 26 wird um einen Betrag proportional zu dem Vorsteuerdruck geschaltet.
Wenn das Regenerierströmungs-Steuerventil 26 in die Schaltposition geschaltet ist, wird das Rücklauföl von der kolbenseitigen Kammer 25 des Auslegerzylinders BC in die Strömung, die zu dem einen Durchgang 24 zurückströmt, und die Strömung, die dem Hydraulikmotor M zugeführt wird, entsprechend dem Schaltbetrag des Regenerierströmungs-Steuerventils 26 verteilt.
Um die Absenkgeschwindigkeit des Auslegerzylinders BC auf einem Sollwert zu halten, steuert die Steuereinrichtung C Lasten des Motors M und der Hilfspumpe AP durch Steuern der Neigungswinkel des Hydraulikmotors M und der Hilfspumpe AP.
Da sich die Öffnung des Proportional-Elektromagnetventils 34 vergrößert, wenn die von dem Bediener vorgesehene Absenkgeschwindigkeit erhöht wird, erhöhen sich auch Vorsteuerdrücke, die auf die Vorsteuerkammern 26a, 32a wirken. Wenn sich der Vorsteuerdruck erhöht, wird das Rückgewinnungsströmungs-Steuerventil 32 in die Schaltposition geschaltet und wird der Rückgewinnungsströmungsweg 32c um einen Betrag proportional zu dem Vorsteuerdruck geöffnet.
Wenn der Rückgewinnungsströmungsweg 32c geöffnet ist, wird ein Teil des Rücklauföls von der kolbenseitigen Kammer 25 des Auslegerzylinders BC über den Rückgewinnungsströmungsweg 31 und den anderen Durchgang 29 der stangenseitigen Kammer 30 des Auslegerzylinders BC zugeführt.
Der Grund dafür, dass das Rücklauföl von der kolbenseitigen Kammer 25 zu der stangenseitigen Kammer 30 rezykliert wird, wenn sich die Absenkgeschwindigkeit des Auslegerzylinders BC erhöht, besteht darin zu verhindern, dass der Druck in der stangenseitigen Kammer 30 zu einem Unterdruck wird und somit anomale Geräusche erzeugt werden.
Ein Öffnungszeitpunkt und das Öffnen des Rückgewinnungsströmungs-Steuerventils 32 werden durch das Öffnen des Proportional-Elektromagnetventils 34, die Federkraft der Feder 32b und dergleichen bestimmt und auf der Basis von Charakteristiken, die für den Auslegerzylinder BC erforderlich sind, voreingestellt.
Ferner ist es auch möglich, die Drehkraft der Hilfspumpe AP durch die Drehkraft des Hydraulikmotors M zu unterstützen. Ein Druck, der dem Hydraulikmotor M zugeführt wird, wird als niedriger angesehen als ein Austragdruck der zweiten Hauptpumpe MP2. Bei dieser Ausführungsform wird eine Erhöhungsfunktion von dem Hydraulikmotor M und der Hilfspumpe AP erfüllt, um den hohen Austragdruck der Hilfspumpe AP selbst dann aufrechtzuerhalten, wenn der Druck niedrig ist.
Das heißt, dass eine Ausgangsleistung des Hydraulikmotors M von einem Produkt aus einem Verdrängungsvolumen Q1 pro Drehung und einem Druck P1 zu diesem Zeitpunkt bestimmt wird. Ferner wird eine Ausgangsleistung der Hilfspumpe AP von einem Produkt aus einem Verdrängungsvolumen Q2 pro Drehung und einem Austragdruck P2 bestimmt. Da sich bei dieser Ausführungsform der Hydraulikmotor M und die Hilfspumpe AP koaxial drehen, gilt Q1 × P1 = Q2 × P2. Beispielsweise lautet dann, wenn das Verdrängungsvolumen Q1 des Hydraulikmotors M so eingestellt ist, dass es dreimal so groß ist wie das Verdrängungsvolumen Q2 der Hilfspumpe AP, d. h. Q1 = 3Q2, die vorstehende Gleichung 3Q2 × P1 = Q2 × P2. Wenn beide Seiten dieser Gleichung durch Q2 geteilt werden, gilt 3P1 = P2.
Entsprechend kann dann, wenn das Verdrängungsvolumen Q2 durch Verändern des Neigungswinkels der Hilfspumpe AP gesteuert wird, die Hilfspumpe AP mittels der Ausgangsleistung des Hydraulikmotors M auf einem vorgegebenen Austragdruck gehalten werden. Mit anderen Worten: Öl kann nach der Erhöhung des Hydraulikdrucks von dem Auslegerzylinder BC von der Hilfspumpe AP ausgetragen werden.
Es wird eine zweite Ausführungsform beschrieben.
Bei der zweiten Ausführungsform, die in 2 gezeigt ist, sind ein Regenerierströmungs-Steuerventil 26 und ein Rückgewinnungsströmungs-Steuerventil 32 2-Positions-4-Port-Ventile. Eigentlich unterscheidet sich nur das Rückgewinnungsströmungs-Steuerventil 32 von der ersten Ausführungsform. Obwohl das Rückgewinnungsströmungs-Steuerventil 32 nach der ersten Ausführungsform das 2-Positions-2-Port-Ventil ist, ist das Rückgewinnungsströmungs-Steuerventil 32 nach dieser Ausführungsform ein 2-Positions-4-Port-Ventil. Die Funktion des Rückgewinnungsströmungs-Steuerventils 32 nach dieser Ausführungsform ist die gleiche wie die des Rückgewinnungsströmungs-Steuerventils nach der ersten Ausführungsform. Das heißt, dass das Rückgewinnungsströmungs-Steuerventil 32 in einer Normalposition einen Rückgewinnungsströmungsweg 32c schließt und in einer Schaltposition den Rückgewinnungsströmungsweg 32c öffnet.
Das 2-Positions-4-Port-Ventil wird bei der zweiten Ausführungsform als das Rückgewinnungsströmungs-Steuerventil 32 verwendet, da der Vorteil besteht, dass gleiche Ventilkörper verwendet werden können, wenn das Regenerierströmungs-Steuerventil 26 und das Rückgewinnungsströmungs-Steuerventil 32 die gleich Anzahl von Ports aufweisen.
Es wird eine dritte Ausführungsform beschrieben.
Die dritte Ausführungsform, die in 3 gezeigt ist, unterscheidet sich in folgenden Punkten von den ersten und zweiten Ausführungsformen. Obwohl der Ventilmechanismus aus zwei Ventilen gebildet ist, d. h. dem Regenerierströmungs-Steuerventil 26 und dem Rückgewinnungsströmungs-Steuerventil 32 nach den ersten und zweiten Ausführungsformen, werden bei dieser Ausführungsform diese Ventile durch ein integriertes Ventil 44 ersetzt.
Das integrierte Ventil 44 ist ein 2-Positions-6-Port-Ventil und umfasst eine Vorsteuerkammer 44a auf einer Seite, die über das gleiche Proportional-Elektromagnetventil 34 wie bei der ersten Ausführungsform mit einer Vorsteuer-Hydraulikdruckquelle PP verbunden ist, und eine Feder 44b auf einer der Vorsteuerkammer 44a zugewandten Seite. Ferner ist das integrierte Ventil 44 mit einem Hauptströmungsweg 44c, einem Regenerierströmungsweg 44d und einem Rückgewinnungsströmungsweg 44e versehen, und nur der Hauptströmungsweg 44c wird in einem vollständig geöffneten Zustand gehalten, wenn sich das integrierte Ventil 44 in einer gezeigten Normalposition befindet.
Ferner werden der Regenerierströmungsweg 44d und der Rückgewinnungsströmungsweg 44e in der Schaltposition des integrierten Ventils 44 geschaltet und zu verschiedenen Zeitpunkten entsprechend einem Betrag an Bewegung eines Kolbens geöffnet.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung kann für Baumaschinen, wie z. B. Schaufelbagger, verwendet werden.

Claims

Steuersystem für eine Baumaschine, das umfasst: eine Hauptpumpe (MP1, MP2); ein Schaltungssystem, das eine Vielzahl von Betätigungsventilen (4, 5, 6, 7, 8, 15, 16, 17, 18) aufweist, die mit der Hauptpumpe (MP1, MP2) verbunden sind; einen Auslegerzylinder (BC), der mit einem spezifischen einen (6, 17) der Vielzahl von Betätigungsventilen (4, 5, 6, 7, 8, 15, 16, 17, 18) verbunden ist; einen Durchgang (24), der eine Verbindung zwischen dem spezifischen Betätigungsventil (6) und einer kolbenseitigen Kammer (25) des Auslegerzylinders ermöglicht; einen anderen Durchgang (29), der eine Verbindung zwischen dem spezifischen Betätigungsventil (17) und einer stangenseitigen Kammer (30) des Auslegerzylinders (BC) ermöglicht; einen Hydraulikmotor (M), der sich aufgrund der Wirkung von Rücklauföl von der kolbenseitigen Kammer (25) des Auslegerzylinders (BC) dreht; einen Generator (3), der Energie aus einer Drehkraft des Hydraulikmotors (M) erzeugt; eine Batterie (37), die von dem Generator (3) erzeugte Energie speichert; und einen Ventilmechanismus, der in dem einen Durchgang (24, 32c, 31) angeordnet ist, welcher mit der kolbenseitigen Kammer (25) des Auslegerzylinders (BC) in Verbindung steht, das Rücklauföl von der kolbenseitigen Kammer (25) des Auslegerzylinders (BC) zum Zeitpunkt des Senkens als eine Regenerierströmung zu dem Hydraulikmotor (M) leitet und das Rücklauföl als eine Rückgewinnungsströmung zu der stangenseitigen Kammer (30) des Auslegerzylinders (BC) leitet, falls erforderlich dadurch, dass er bewirkt, dass das Rücklauföl in den anderen Durchgang (32c, 31) strömt.
Steuersystem nach Anspruch 1, wobei: der Ventilmechanismus eine Steuerfunktion (C) aufweist zum Steuern einer Zuführströmungsrate zu dem Hydraulikmotor (M) entsprechend dem Betrag an Betätigung des Betätigungsventils zum Zeitpunkt der Steuerung zum Absenken des Auslegerzylinders (BC) durch Betätigen des spezifischen Betätigungsventils (6, 17).
Steuersystem nach Anspruch 1, wobei: der Ventilmechanismus Rücklauföl von dem Auslegerzylinder (BC) als eine Rücklaufströmung der stangenseitigen Kammer (30) des Auslegerzylinders (BC) zuführt, wenn ein Absenkgeschwindigkeitsbefehl des Auslegerzylinders (BC) gleich oder höher ist als eine eingestellte Geschwindigkeit zum Zeitpunkt einer Steuerung (C) zum Absenken des Auslegerzylinders (BC) durch Betätigen des spezifischen Betätigungsventils (6, 17).
Steuersystem nach Anspruch 1, wobei: der Ventilmechanismus eine Vorsteuerdruckquelle über ein Proportional-Elektromagnetventil (34) mit einer Vorsteuerkammer (26a, 32a) verbindet und bewirkt, dass das Öffnen des Proportional-Elektromagnetventils (34) mittels einer Steuereinrichtung (C) gesteuert wird durch Bewirken, dass eine Federkraft einer Feder (34b) auf eine der Vorsteuerkammer (26a, 32a) zugewandten Seite wirkt.
Steuersystem nach Anspruch 1, wobei der Ventilmechanismus aufweist: ein Regenerations-Strömungsventil (26), das in eine Normalposition, in der der eine Durchgang (24) geöffnet ist, um eine Verbindung mit dem Hydraulikmotor (M) zu unterbrechen, und eine Schaltposition schaltbar ist, in der die Verbindung mit dem Hydraulikmotor (M) geöffnet ist, während der eine Durchgang (24) über eine Drossel (11) gesteuert wird; und ein Rückgewinnungs-Strömungsventil (32), das an einem Rückgewinnungsdurchgang (31, 32c) angeordnet ist, der es ermöglicht, dass die kolbenseitige Kammer (25) und die stangenseitige Kammer (30) des Auslegerzylinders (BC) miteinander in Verbindung stehen, das in der Normalposition in einem geschlossenen Zustand gehalten wird und das in der Schaltposition in einem offenen Zustand gehalten wird.