DE112012004874T5

DE112012004874T5 - Hydraulisches Antriebssystem

Info

Publication number: DE112012004874T5
Application number: DE201211004874
Authority: DE
Inventors: Teruo Akiyama; Koji Saito; Koji Yamashita; Noboru Iida
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2012-02-23
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2014-08-07
Anticipated expiration: 2032-09-12
Also published as: US9790966B2; US20140283510A1; DE112012004874B4; CN103906931B; CN103906931A; JP5956179B2; JP2013170696A; WO2013125079A1

Abstract

Ein Wechselventil (51) verbindet einen zweiten Strömungsweg (18) und einen Abfluss-Strömungsweg (52), wenn der Hydraulikdruck in einem ersten Strömungsweg (17) höher ist als der Hydraulikdruck in dem zweiten Strömungsweg (18). Das Wechselventil (51) verbindet den ersten Strömungsweg (17) und den Abfluss-Strömungsweg (52), wenn der Hydraulikdruck in einem zweiten Strömungsweg (18) höher ist als in dem ersten Strömungsweg (17). Das Verhältnis zwischen dem Druckaufnahmebereich eines ersten Druckaufnahmeabschnitts (51d) und dem Druckaufnahmebereich eines zweiten Druckaufnahmeabschnitts (51e) ist das gleiche wie das Verhältnis zwischen dem Druckaufnahmebereich auf der Seite einer ersten Kammer (14c) und dem Druckaufnahmebereich auf der Seite einer zweiten Kammer (14d) einer Zylinderstange (14).

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Antriebssystem.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
Arbeitsmaschinen wie ein Hydraulikbagger oder ein Radlader sind mit einem Hydraulikzylinder ausgestattet. Ein Hydraulikfluid., das von einer Hydraulikpumpe geliefert wird, wird über einen Hydraulikkreis zu dem Hydraulikzylinder geleitet. Das Patentdokument 1 beschreibt zum Beispiel eine Arbeitsmaschine, die mit einem geschlossenen Kreis für die Zuführung von Hydraulikfluid zu dem Hydraulikzylinder versehen ist. Die kinetische Energie und die potenzielle Energie der durch die Hydraulikzylinder angetriebenen Elemente werden aufgrund der geschlossenen Ausbildung des Hydraulikkreises regeneriert, so dass sich der Kraftstoffverbrauch einer Antriebsquelle für den Antrieb der Hydraulikpumpe verringern lässt.
12 zeigt ein Beispiel eines konventionellen Hydraulikkreises für den Antrieb eines Hydraulikzylinders 103. Der Hydraulikzylinder 103 hat eine Zylinderstange 103a und ein Zylinderrohr 103b. Der Innenraum des Zylinderrohres 103b ist durch die Zylinderstange 103a in eine erste Kammer 104 und eine zweite Kammer 105 unterteilt. Die erste Kammer 104 ist über einen ersten Strömungsweg 106 mit einer ersten Hydraulikpumpe 101 verbunden. Die zweite Kammer 105 ist über einen zweiten Strömungsweg 107 mit der ersten Hydraulikpumpe 101 verbunden. Auf diese Weise sind der Hydraulikzylinder 103 und die erste Hydraulikpumpe 101 durch einen geschlossenen Kreis verbunden. Der Hydraulikzylinder 103 fährt aus, wenn Hydraulikfluid in die erste Kammer 104 eingeleitet und aus der zweiten Kammer 105 abgeleitet wird. Der Hydraulikzylinder 103 fährt ein, wenn Hydraulikfluid in die zweite Kammer 105 eingeleitet und aus der ersten Kammer 104 abgeleitet wird.
Der Druckaufnahmebereich der Zylinderstange 103a auf der Seite der zweiten Kammer 105 ist kleiner als der Druckaufnahmebereich auf der Seite der ersten Kammer 104, da die Zylinderstange 103a derart angeordnet ist, dass sie durch die zweite Kammer 105 verläuft. Dadurch ist die Hydraulikfluidmenge, die während des Ausfahrens des Hydraulikzylinders 103 in die erste Kammer 104 geleitet wird, größer als die Hydraulikfluidmenge, die aus der zweiten Kammer 105 abgeleitet wird. Ferner ist die Hydraulikfluidmenge, die während des Einfahrens des Hydraulikzylinders 103 in die zweite Kammer 105 geleitet wird, geringer als die Hydraulikfluidmenge, die aus der ersten Kammer 104 abgeleitet wird. Daher sind die erste Hydraulikpumpe 101 und eine zweite Hydraulikpumpe 102 in dem Hydraulikkreis angeordnet. Während des Ausfahrens des Hydraulikzylinders 103 wird das von der ersten Hydraulikpumpe 101 und zweiten Hydraulikpumpe 102 abgegebene Hydraulikfluid in die erste Kammer 104 geleitet, und das aus der zweiten Kammer 105 abgeleitete Hydraulikfluid wird durch die erste Hydraulikpumpe 101 zurückgewonnen. Während des Einfahrens des Hydraulikzylinders 103 wird das von der ersten Hydraulikpumpe 101 abgegebene Hydraulikfluid in die zweite Kammer 105 geleitet, und das aus der ersten Kammer 104 abgeleitete Hydraulikfluid wird durch erste Hydraulikpumpe 101 und die zweite Hydraulikpumpe 102 zurückgewonnen. In diesem Fall werden die erste Hydraulikpumpe 101 und die zweite Hydraulikpumpe 102 derart gesteuert, dass das Verhältnis zwischen der Gesamtförderflussrate und der Förderflussrate der ersten Hydraulikpumpe 101 an das Verhältnis zwischen dem Druckaufnahmebereich der ersten Kammer 104 und dem Druckaufnahmebereich der zweiten Kammer 105 angepasst ist. Die Gesamtförderflussrate ist die Summe der Förderflussrate der ersten Hydraulikpumpe 101 und der Förderflussrate der zweiten Hydraulikpumpe 102. Wenn zum Beispiel das Druckaufnahmebereich-Verhältnis zwischen der ersten Kammer 104 und der zweiten Kammer 105 gleich 2:1 beträgt, werden die erste Hydraulikpumpe 101 und die zweite Hydraulikpumpe 102 derart gesteuert, dass das Verhältnis zwischen der Gesamtförderflussrate und der Förderflussrate der ersten Hydraulikpumpe 101 ebenso 2:1 beträgt. Mit anderen Worten: die erste Hydraulikpumpe 101 und die zweite Hydraulikpumpe 102 werden derart gesteuert, dass das Verhältnis zwischen der Förderflussrate der ersten Hydraulikpumpe 101 und der Förderflussrate der zweiten Hydraulikpumpe 102 gleich 1:1 ist.
DOKUMENTE DES STANDS DER TECHNIK
ZITIERTE DOKUMENTE
(Patentdokument 1)

Offengelegte japanische Patentanmeldungspublikation Nr. 2002-54602

ÜBERSICHT
Technisches Problem
Die erste Hydraulikpumpe 101 und die zweite Hydraulikpumpe 102 werden so gesteuert, dass die Gesamtförderflussrate der ersten Hydraulikpumpe 101 und der zweiten Hydraulikpumpe 102 bei der Betätigung eines Arbeitselements wie beispielsweise eines Arbeitsgeräthebels einen Wert erreicht, der dem Betätigungsbetrag des Arbeitselements entspricht. Dabei ist es schwierig, die Förderflussrate der ersten Hydraulikpumpe 101 und die Förderflussrate der zweiten Hydraulikpumpe 102 unter präziser Beibehaltung des Verhältnisses der vorstehend genannten Förderflussraten zu steuern. Es kann zum Beispiel vorkommen, dass die Förderflussrate der ersten Hydraulikpumpe 101 und die Förderflussrate der zweiten Hydraulikpumpe 102 wegen einer Differenz in der Volumeneffizienz, die durch individuelle Differenzen in der Volumeneffizienz der Hydraulikpumpen bedingt ist, nicht mit einem Befehlswert übereinstimmen. Alternativ kann es sein, dass die Förderflussrate der ersten Hydraulikpumpe 101 und die Förderflussrate der zweiten Hydraulikpumpe aufgrund einer unterschiedlichen Ansprechschwelle der ersten Hydraulikpumpe 101 und der zweiten Hydraulikpumpe 102 nicht der dem Befehlswert angemessenen Beziehung des Förderflussratenverhältnisses genügen. Folgende Probleme können entstehen, wenn das Verhältnis zwischen der Förderflussrate der ersten Hydraulikpumpe 101 und der Förderflussrate der zweiten Hydraulikpumpe 102 nicht die Beziehung zwischen dem vorstehend genannten Förderflussratenverhältnis erfüllen.
Im Folgenden sei zum Beispiel ein Fall angenommen, in dem der Hydraulikzylinder 103 ein Auslegerzylinder ist und eine Betätigung zum Anheben des Auslegers erfolgt. Das Druckaufnahmebereich-Verhältnis zwischen der ersten Kammer 104 und der zweiten Kammer 105 beträgt 2:1. In diesem Fall sind eine Soll-Förderflussrate der ersten Hydraulikpumpe und eine Soll-Förderflussrate der zweiten Hydraulikpumpe 102 so festgelegt, dass das Verhältnis zwischen der Förderflussrate der ersten Hydraulikpumpe 101 und der Förderflussrate der zweiten Hydraulikpumpe 102 gleich 1:1 wird. Wie jedoch in 12 dargestellt ist, beträgt die Ist-Förderflussrate der ersten Hydraulikpumpe ”0,95” und die Ist-Förderflussrate der zweiten Hydraulikpumpe 102 ”1,05”. In diesem Fall wird Hydraulikfluid mit einer Flussrate von ”0,2 (= 0,95 + 1,05) in die erste Kammer 104 des Hydraulikzylinders 104 geleitet. Hydraulikfluid wird mit einer Flussrate von ”1,0” aus der zweiten Kammer 105 abgeleitet. Jedoch kann die erste Hydraulikpumpe Hydraulikfluid nur mit einer Flussrate von ”0,95” ansaugen, da die Förderflussrate der ersten Hydraulikpumpe 101 ”0,95” beträgt. Dadurch entsteht eine Überschuss-Flussrate, die der Differenz zwischen ”1,0” und 0,95” entspricht, in einem zweiten Strömungsweg 107. Wenn der Hydraulikdruck des zweiten Strömungswegs 107 auf den Entlastungsdruck eines Entlastungsventils 108 ansteigt, wird das Entlastungsventil 108 geöffnet und das Hydraulikfluid der Überschuss-Flussrate in einen Speisekreis 109 abgeleitet. Da die Last, die während des Anhebens des Auslegers auf den Hydraulikzylinder 103 ausgeübt wird, auf das Hydraulikfluid in der ersten Kammer 104 wirkt, besteht keine Notwendigkeit für eine Anhebung des Hydraulikdrucks in dem zweiten Strömungsweg 107. Deshalb wäre die Energie für die Erhöhung des Hydraulikfluids auf die überhöhte Förderflussrate in dem zweiten Strömungsweg 107 Energieverschwendung, wie vorstehend beschrieben. Darüber hinaus muss der Hydraulikdruck in dem ersten Strömungsweg 106 höher sein als der Hydraulikdruck in dem zweiten Strömungsweg 107, damit der Hydraulikzylinder 103 ausfahren kann. Aus diesem Grund muss der Hydraulikdruck in dem ersten Strömungsweg 106 sogar noch weiter erhöht werden, damit dieser höher ist als der Hydraulikdruck in dem zweiten Strömungsweg 107. Wenn sich in diesem Fall die PS-Leistung für den Antrieb der ersten Hydraulikpumpe 101 und der zweiten Hydraulikpumpe 102 nicht ändert, verringert sich die Flussrate des Hydraulikfluids, das von der ersten Hydraulikpumpe 101 und von der zweiten Hydraulikpumpe 102 abgegeben wird. Die Betriebsgeschwindigkeit des Hydraulikzylinders nimmt dadurch ab, und die Funktionsfähigkeit wird herabgesetzt.
Im Folgenden sei ein Fall angenommen, in dem ein Hydraulikzylinder ein Auslegerzylinder ist und ein Vorgang zum Absenken des Auslegers durchgeführt wird. Wie in 13 dargestellt ist, beträgt die Ist-Förderflussrate der ersten Hydraulikpumpe 101 gleich ”1,05” und die Ist-Förderflussrate der zweiten Hydraulikpumpe gleich ”0,95”. Beim Absenken des Auslegers fährt der Hydraulikzylinder ein, während die Last durch die Eigenmasse des Arbeitsgeräts einschließlich des Auslegers auf das Hydraulikfluid in der ersten Kammer 104 wirkt. Wenn in diesem Fall das Hydraulikfluid mit einer Flussrate von ”2,0” aus der ersten Kammer 104 des Hydraulikzylinders 103 abgeleitet wird, wird das Hydraulikfluid mit einer Flussrate von ”1,0” in die zweite Kammer 105 angesaugt. Jedoch kann die zweite Hydraulikpumpe 105 Hydraulikfluid nur mit einer Flussrate von ”1,0” ansaugen, wohingegen die Förderflussrate der ersten Hydraulikpumpe 101 gleich ”1,05” beträgt. Als Folge steigt der Hydraulikdruck des zweiten Strömungsweges 107 in der gleichen Weise wie vorstehend beschrieben auf den Entlastungsdruck an. In diesem Fall erfolgt durch die erste Hydraulikpumpe 101 ein Pumpvorgang, um den Hydraulikdruck des ersten Strömungswegs 106 auf den Hydraulikdruck des zweiten Strömungswegs 107 anzuheben. Deshalb kann die erste Hydraulikpumpe 101 die potenzielle Energie des Arbeitsgeräts nicht erneuern.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein hydraulisches Antriebssystem anzugeben, dass einen Anstieg des Hydraulikdrucks auch dann verhindern kann, wenn eine abweichende Förderflussraten-Steuerung zwischen Hydraulikpumpen in einem Hydraulikkreis erfolgt, in dem zwischen einer Hydraulikpumpe und einem Hydraulikzylinder ein geschlossener Kreis gebildet ist.
Problemlösung
Ein hydraulisches Antriebssystem gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine erste Hydraulikpumpe, einen Hydraulikzylinder, einen Hydraulikfluidströmungsweg, einen Hydraulikfluidbehälter, eine zweite Hydraulikpumpe, einen Speisekreis, eine Pumpen-Steuereinheit und ein Wechselventil (kann auch als Zweiwegeventil bezeichnet werden). Die erste Hydraulikpumpe hat eine erste Öffnung eines geschlossenen Kreises und eine zweite Öffnung des geschlossenen Kreises (die Öffnung kann auch als Anschluss bezeichnet werden; der Kreis kann auch als Kreislauf bezeichnet werden). Die erste Hydraulikpumpe ist schaltbar zwischen einem ersten Förderzustand und einem zweiten Förderzustand. Im ersten Förderzustand saugt die erste Hydraulikpumpe Hydraulikfluid aus der zweiten Öffnung des geschlossenen Kreises an und gibt Hydraulikfluid aus der ersten Öffnung des geschlossenen Kreises ab. Im zweiten Förderzustand saugt die Hydraulikpumpe Hydraulikfluid aus der ersten Öffnung des geschlossenen Kreises an und gibt Hydraulikfluid aus der zweiten Öffnung des geschlossenen Kreises ab. Der Hydraulikzylinder hat eine Zylinderstange und ein Zylinderrohr. Der Innenraum des Zylinderrohres ist durch die Zylinderstange in eine erste und in eine zweite Kammer unterteilt. Der Druckaufnahmebereich auf der Seite der ersten Kammer der Zylinderstange ist größer als der Druckaufnahmebereich auf der Seite der zweiten Kammer. Die Zylinderstange fährt aus, wenn Hydraulikfluid in die erste Kammer eingeleitet und Hydraulikfluid aus der zweiten Kammer abgeleitet wird. Die Zylinderstange fährt ein, wenn Hydraulikfluid in die zweite Kammer eingeleitet und Hydraulikfluid aus der ersten Kammer abgeleitet wird. Der Hydraulikströmungsweg umfasst einen ersten Strömungsweg und einen zweiten Strömungsweg. Der erste Strömungsweg verbindet die erste Öffnung des geschlossenen Kreises und die erste Kammer. Der zweite Strömungsweg verbindet die zweite Öffnung des geschlossenen Kreises und die zweite Kammer. Der Hydraulikfluidbehälter speichert Hydraulikfluid. Die zweite Hydraulikpumpe hat eine erste Öffnung des offenen Kreises und eine zweite Öffnung des offenen Kreises. Die erste Öffnung des offenen Kreises ist mit dem ersten Strömungsweg verbunden. Die zweite Öffnung des offenen Kreises ist mit dem Hydraulikfluidbehälter verbunden. Die zweite Hydraulikpumpe ist schaltbar zwischen einem ersten Förderzustand und einem zweiten Förderzustand. Im zweiten Förderzustand saugt die zweite Hydraulikpumpe Hydraulikfluid aus der zweiten Öffnung des offenen Kreises an und gibt Hydraulikfluid aus der ersten Öffnung des offenen Kreises ab. Der Speisekreis hat einen Speiseströmungsweg und enthält eine Förderpumpe. Der Speiseströmungsweg ist mit dem Hydraulikströmungsweg verbunden. Die Speisepumpe speist Hydraulikfluid in den Speiseströmungsweg. Der Speisekreis ergänzt das Hydraulikfluid in dem Hydraulikströmungsweg, wenn der Hydraulikdruck in dem Hydraulikströmungsweg niedriger ist als der Hydraulikdruck in dem Speiseströmungsweg. Die Pumpen-Steuereinheit steuert die Förderflussrate der ersten Hydraulikpumpe und die Förderflussrate der zweiten Hydraulikpumpe, so dass ein Verhältnis der Förderflussrate der ersten Hydraulikpumpe zur Summe der Förderflussrate der ersten Hydraulikpumpe und der Förderflussrate der zweiten Hydraulikpumpe gleich einem Verhältnis des Druckaufnahmebereichs in der zweiten Kammer zu dem Druckaufnahmebereich in der ersten Kammer ist. Das Wechselventil hat eine erste Einlassöffnung, eine zweite Einlassöffnung, eine Abflussöffnung, einen ersten Druckaufnahmeabschnitt und einen zweiten Druckaufnahmeabschnitt. Die erste Einlassöffnung ist mit dem ersten Strömungsweg verbunden. Die zweite Einlassöffnung ist mit dem zweiten Strömungsweg verbunden. Die Abflussöffnung ist mit dem Hydraulikfluidbehälter oder mit dem Speiseströmungsweg verbunden. Der Hydraulikdruck des ersten Strömungswegs wird an den ersten Druckaufnahmebereich angelegt. Der Hydraulikdruck des zweiten Strömungswegs wird an den zweiten Druckaufnahmeabschnitt angelegt. Das Wechselventil bewegt sich in den Zustand einer ersten Position, wenn eine Kraft, die durch den Hydraulikdruck in dem ersten Strömungsweg auf den ersten Druckaufnahmeabschnitt ausgeübt wird, eine Kraft übersteigt, die durch den Druck in dem zweiten Strömungsweg auf den zweiten Druckaufnahmeabschnitt ausgeübt wird. Das Wechselventil erlaubt in dem Zustand der ersten Position eine Verbindung zwischen der zweiten Eingangsöffnung und der Abflussöffnung. Das Wechselventil bewegt sich in den Zustand einer zweiten Position, wenn eine Kraft, die durch den Hydraulikdruck in dem zweiten Strömungsweg auf den zweiten Druckaufnahmeabschnitt ausgeübt wird, eine Kraft übersteigt, die durch den Hydraulikdruck in dem ersten Strömungsweg auf den ersten Druckaufnahmeabschnitt ausgeübt wird. Im Zustand der zweiten Position erlaubt das Wechselventil eine Verbindung zwischen der ersten Eingangsöffnung und der Abflussöffnung. Das Verhältnis zwischen dem Druckaufnahmebereich eines ersten Druckabschnitts und dem Druckaufnahmebereich eines zweiten Druckabschnitts ist das gleiche wie das Verhältnis zwischen dem Druckaufnahmebereich der ersten Kammerseite und dem Druckaufnahmebereich der zweiten Kammerseite der Zylinderstange.
Ein hydraulisches Antriebssystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf das hydraulische Antriebssystem der ersten Ausführungsform, wobei das Wechselventil einen Schieber, ein erstes elastisches Element und ein zweites elastisches Element umfasst. Das erste elastische Element drückt den Schieber von der Seite des ersten Druckaufnahmeabschnitts in Richtung auf die Seite des zweiten Druckaufnahmeabschnitts. Das zweite elastische Element drückt den Schieber von der Seite des zweiten Druckabschnitts in Richtung auf die Seite des ersten Druckaufnahmeabschnitts. Ein Verhältnis der elastischen Konstante des ersten elastischen Elements und der elastischen Konstante des zweiten elastischen Elements steht in einer umgekehrten Beziehung zu dem Verhältnis zwischen dem Druckaufnahmebereich des ersten Druckaufnahmeabschnitts und dem Druckaufnahmebereich des zweiten Druckaufnahmeabschnitts.
Ein hydraulisches Antriebssystem gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf das hydraulische Antriebssystem der zweiten Ausführungsform, wobei das elastische Element derart befestigt ist, dass dieses den Schieber mit einer ersten Anlagekraft beaufschlagt, wenn sich der Schieber in der Neutralposition befindet. Das zweite elastische Element ist derart befestigt, dass dieses den Schieber mit einer zweiten Anlagekraft beaufschlagt, wenn sich der Schieber in der Neutralposition befindet. Ein Verhältnis zwischen der ersten Anlagekraft und der zweiten Anlagekraft steht in einem umgekehrten Verhältnis zu dem Verhältnis zwischen dem Druckaufnahmebereich des ersten Druckaufnahmeabschnitts und dem Druckaufnahmebereich des zweiten Druckaufnahmeabschnitts.
Ein hydraulisches Antriebssystem gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine der Ausführungsformen eins bis drei und umfasst ferner ein Betätigungselement, ein Schaltventil und einen Einstellströmungsweg. Das Betätigungselement kann in eine Richtung zum Ausfahren des Hydraulikzylinders aus der Neutralposition und in eine Richtung zum Einfahren des Hydraulikzylinders aus der Neutralposition betätigt werden. Das Schaltventil ist zwischen die erste Hydraulikpumpe und den Hydraulikzylinder in dem Hydraulikströmungsweg geschaltet. Der Einstellströmungsweg ist mit dem Hydraulikfluidbehälter oder mit dem Speiseströmungsweg verbunden. Der erste Strömungsweg enthält einen ersten Pumpenströmungsweg, der mit der ersten Öffnung des geschlossenen Kreises verbunden ist, und einen ersten Zylinderströmungsweg, der mit der ersten Kammer verbunden ist. Der zweite Strömungsweg enthält einen zweiten Pumpenströmungsweg, der mit der zweiten Öffnung des geschlossenen Kreises verbunden ist, und einen zweiten Zylinderströmungsweg, der mit der zweiten Kammer verbunden ist. Das Schaltventil verbindet den ersten Pumpenströmungsweg und den zweiten Pumpenströmungsweg mit dem Einstellströmungsweg, wenn sich das Betätigungselement in der Neutralposition befindet.
Ein hydraulisches Antriebssystem gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf das hydraulische Antriebssystem einer der Ausführungsformen eins bis drei, wobei das Wechselventil im Zustand der Neutralposition eine Verbindung der ersten Einlassöffnung und der zweiten Einlassöffnung mit der Abflussöffnung erlaubt.
Wirkungen der Erfindung
Wenn in dem hydraulischen Antriebssystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Zylinder mit einem Widerstand gegen eine externe Kraft ausfährt, erlaubt das Wechselventil eine Verbindung zwischen der zweiten Einlassöffnung und der Abflussöffnung. Dadurch wird ein Anstieg des Hydraulikdrucks in dem zweiten Strömungsweg auch dann verhindert, wenn die Förderflussrate der ersten Hydraulikpumpe kleiner ist als die Förderflussrate der zweiten Hydraulikpumpe. Darüber hinaus erlaubt das Wechselventil, wenn der Zylinder bei Aufnahme einer externen Kraft einfährt, eine Verbindung zwischen der zweiten Einlassöffnung und der Abflussöffnung. Dadurch wird ein Anstieg des Hydraulikdrucks in dem zweiten Strömungsweg auch dann verhindert, wenn die Förderflussrate der ersten Hydraulikpumpe größer ist als die Förderflussrate der zweiten Hydraulikpumpe. Infolgedessen kann bei dem hydraulischen Antriebssystem gemäß vorliegender Ausführungsform der Anstieg des Hydraulikdrucks vermieden werden, auch wenn in einem Hydraulikkreis, in dem zwischen einer Hydraulikpumpe und einem Hydraulikzylinder ein geschlossener Kreis gebildet ist, eine abweichende Förderflussratensteuerung zwischen den Hydraulikpumpen erfolgt.
Im Folgenden wird erläutert, warum das Verhältnis zwischen dem Druckaufnahmebereich eines ersten Druckabschnitts und dem Druckaufnahmebereich eines zweiten Druckabschnitts das gleiche ist wie das Verhältnis zwischen dem Druckaufnahmebereich der ersten Kammerseite und dem Druckaufnahmebereich der zweiten Kammerseite der Zylinderstange. Als Beispiel wird ein Fall untersucht, in dem die Zylinderstange unter Widerstand gegen eine externe Kraft ausgefahren wird. Dabei sei angenommen, dass der Hydraulikdruck der ersten Kammer gleich P1 und der Hydraulikdruck der zweiten Kammer gleich P2 ist, wenn eine Last, die aufgrund einer externen Kraft auf die Zylinderstange ausgeübt wird, unberücksichtigt bleibt. In diesem Fall gilt, dass der Hydraulikdruck des ersten Strömungswegs der gleiche ist wie der Hydraulikdruck P1 der ersten Kammer, da jeglicher Druckabfall in dem Strömungsweg gering ist. Ähnlich gilt, dass der Hydraulikdruck des zweiten Strömungswegs der gleiche ist wie der Hydraulikdruck P2 der zweiten Kammer. Der Druckaufnahmebereich auf der ersten Kammerseite der Zylinderstange sei angenommen A1, und der Druckaufnahmebereich auf der zweiten Kammerseite der Zylinderstange sei angenommen A2. In diesem Fall gilt: P1 × A1 = P2 × A2. Deshalb gilt zum Beispiel: A1:A2 = 2:1, so dass P1 = (1/2)P2 ist. Das heißt, P1 ist ein kleinerer Wert als P2. Wenn ein Zylinderkolben mit dem Hydraulikdruck der ersten Kammer angetrieben wird, wird angenommen, dass der Hydraulikdruck für den Widerstand gegen die Last infolge einer auf die Zylinderstange wirkenden externen Kraft gleich α ist. Der Wert α verringert sich mit einer Verringerung der Last. Deshalb wird, wenn die Last gering ist, der Hydraulikdruck P1 + α zu einem Wert, der kleiner ist als der Hydraulikdruck P2 des zweiten Strömungswegs, weshalb bei einem Druckaufnahmebereich S1 des ersten Druckaufnahmeabschnitts des Wechselventils, der gleich einem Druckaufnahmebereich S2 des zweiten Druckaufnahmeabschnitts ist, eine Kraft ”(p1 + α) × S1”, die auf den ersten Druckaufnahmebereich wirkt, kleiner ist als eine Kraft ”P2 × S2”, die auf den zweiten Druckaufnahmebereich wirkt. Das Wechselventil wird folglich mit dem Speiseströmungsweg oder mit dem Hydraulikfluidbehälter des ersten Strömungswegs in Verbindung gesetzt, kann jedoch nicht mit dem Speisströmungsweg oder mit dem Hydraulikfluidbehälter des zweiten Strömungswegs in Verbindung gesetzt werden. Bei dem hydraulischen Antriebssystem gemäß vorliegender Ausführungsform ist das Verhältnis zwischen dem Druckaufnahmebereich S1 des ersten Druckaufnahmeabschnitts und dem Druckaufnahmebereich S2 des zweiten Druckaufnahmeabschnitts gleich dem Verhältnis zwischen dem Druckaufnahmebereich A1 der ersten Kammer und dem Druckaufnahmebereich A2 der zweiten Kammer. Daher ist P1 × S1 = P2 × S2, wenn der Hydraulikdruck α für den Widerstand gegen die Last aufgrund der auf die Zylinderstange wirkenden externen Kraft unberücksichtigt bleibt. Aus diesem Grund ist die Kraft ”(P1 + α) × S1”, die auf den ersten Druckaufnahmeabschnitt wirkt, um den Betrag von ”α × S1” größer als die Kraft ”P2 × S2”, die auf den zweiten Druckaufnahmeabschnitt wirkt, wenn der Hydraulikdruck α für den Widerstand gegen die Last aufgrund der auf die Zylinderstange wirkenden externen Kraft berücksichtigt wird. Insbesondere kann der zweite Strömungsweg selbst bei einer geringen Last mit dem Speiseströmungsweg oder mit dem Hydraulikfluidbehälter in Verbindung gesetzt werden, da das Wechselventil eine Verbindung zwischen der zweiten Einlassöffnung und der Abflussöffnung erlaubt. Ähnlich wird nur ein Fall untersucht, in dem eine externe Kraft aufgenommen wird und die Kolbenstange einfährt. Hier ist die Kraft ”(p1 + α) × S1”, die auf den ersten Druckaufnahmebereich wirkt, um den Betrag von ”α × S1” größer als die Kraft ”P2 × S2”, die auf den zweiten Druckaufnahmebereich wirkt, wenn davon ausgegangen wird, dass der Hydraulikdruck für den Widerstand gegen die externe Kraft gleich α ist. Auch in diesem Fall verbindet das Wechselventil den zweiten Strömungsweg mit dem Speiseströmungsweg oder mit dem Hydraulikfluidbehälter. Da in diesem Fall der Strömungsweg, in dem der Hydraulikdruck nicht angehoben werden muss, über das Wechselventil mit dem Speiseströmungsweg oder mit dem Hydraulikfluidbehälter in Verbindung gesetzt wird, kann ein unnötiger Anstieg des Hydraulikdrucks vermieden werden.
Bei dem hydraulischen Antriebssystem gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung steht das Verhältnis zwischen der elastischen Konstante des ersten elastischen Elements und der elastischen Konstante des zweiten elastischen Elements in einer umgekehrten Beziehung zu dem Verhältnis zwischen dem Druckaufnahmebereich des ersten Druckaufnahmeabschnitts und dem Druckaufnahmebereich des zweiten Druckaufnahmeabschnitts. Dadurch nähern sich die Schaltcharakteristiken des Wechselventils einander an, wenn sich der Schieber des Zweiwegventils aus der Neutralposition in Richtung auf den ersten Druckaufnahmebereich bewegt.
Bei dem hydraulischen Antriebssystem gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Verhältnis der ersten Anlagekraft und der zweiten Anlagekraft umgekehrt zu dem Verhältnis zwischen dem Druckaufnahmebereich des ersten Druckaufnahmeabschnitts und dem Druckaufnahmebereich des zweiten Druckaufnahmeabschnitts. Dadurch nähern sich die Schaltcharakteristiken des Wechselventils einander an, wenn sich der Schieber des Zweiwegventils aus der Neutralposition in Richtung auf den ersten Druckaufnahmebereich bewegt und wenn sich der Schieber des Wechselventils aus der Neutralposition in Richtung auf den zweiten Druckaufnahmeabschnitt bewegt.
Bei dem hydraulischen Antriebssystem gemäß dem der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Hydraulikfluid über den Einstellströmungsweg in den Hydraulikfluidbehälter abgegeben, auch wenn die Förderflussrate der ersten Hydraulikpumpe und/oder der zweiten Hydraulikpumpe bei einem sich in der Neutralposition befindenden Betätigungselement nicht null ist. Auf diese Weise kann ein Anstieg des Hydraulikdrucks des ersten Strömungswegs und/oder des zweiten Strömungswegs verhindert werden.
Bei dem hydraulischen Antriebssystem gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Hydraulikfluid über die Abflussöffnung in den Hydraulikfluidbehälter oder in den Speiseströmungsweg abgeleitet, wenn die Förderflussrate der ersten Hydraulikpumpe und/oder der zweiten Hydraulikpumpe bei einem sich in der Neutralposition befindenden Betätigungselement nicht null ist. Auf diese Weise kann ein Anstieg des Hydraulikdrucks des ersten Strömungswegs und/oder des zweiten Strömungswegs verhindert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm einer Konfiguration eines hydraulischen Antriebssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt ein Beispiel einer Hydraulikfluid-Flussrate in einem hydraulischen Antriebssystem beim Ausfahren eines Hydraulikzylinders;
3 zeigt ein Beispiel einer Hydraulikfluid-Flussrate in einem hydraulischen Antriebssystem beim Ausfahren eines Hydraulikzylinders;
4 zeigt ein Beispiel einer Hydraulikfluid-Flussrate in einem hydraulischen Antriebssystem beim Einfahren eines Hydraulikzylinders;
5 zeigt ein Beispiel einer Hydraulikfluid-Flussrate in einem hydraulischen Antriebssystem beim Einfahren eines Hydraulikzylinders;
6 ist eine schematische Darstellung eines Beispiels einer Arbeitsorientierung eines Hydraulikbaggers, bei dem das hydraulische Antriebssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird;
7 zeigt die Schaltcharakteristiken eines Wechselventils;
8 ist ein Blockdiagramm einer Konfiguration eines hydraulischen Antriebssystems gemäß einem ersten modifizierten Beispiel der vorliegenden Erfindung;
9 ist ein Blockdiagramm einer Konfiguration eines hydraulischen Antriebssystems gemäß einem zweiten modifizierten Beispiel der vorliegenden Erfindung;
10 ist ein Blockdiagramm einer Konfiguration eines hydraulischen Antriebssystems gemäß einem dritten modifizierten Beispiel der vorliegenden Erfindung;
11 ist ein Blockdiagramm einer Konfiguration eines hydraulischen Antriebssystems gemäß einem vierten modifizierten Beispiel der vorliegenden Erfindung;
12 ist ein Blockdiagramm einer Konfiguration eines hydraulischen Antriebssystems gemäß dem Stand der Technik;
13 ist ein Blockdiagramm einer Konfiguration eines hydraulischen Antriebssystems gemäß dem Stand der Technik;
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein hydraulisches Antriebssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert.
1 ist ein Blockdiagramm einer Konfiguration eines hydraulischen Antriebssystems 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das hydraulische Antriebssystem 1 ist in einer Arbeitsmaschine installiert, zum Beispiel in einem Hydraulikbagger, einem Radlader oder einem Bulldozer. Das hydraulische Antriebssystem 1 hat eine Antriebsmaschine 11, eine Hauptpumpe 10, einen Hydraulikzylinder 14, einen Hydraulikfluid-Strömungsweg 15, ein Strömungswegschaltventil 16, ein Wechselventil 51, eine Antriebsmaschinen-Steuervorrichtung 22 und eine Pumpen-Steuervorrichtung 24.
Die Antriebsmaschine 11 treibt die Hauptpumpe 10 an. Die Antriebsmaschine 11 ist zum Beispiel eine Dieselmaschine, deren Ausgangsleistung durch eine Einstellung der von einer Einspritzpumpe 21 eingespritzten Kraftstoffmenge gesteuert wird. Die Einstellung der Kraftstoffeinspritzmenge erfolgt durch die Antriebsmaschinen-Steuervorrichtung 22, die die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 21 steuert. Eine Ist-Drehzahl der Antriebsmaschine 11 wird durch einen Drehzahlsensor 23 detektiert und ein Detektionssignal in die Antriebsmaschinen-Steuervorrichtung 22 und die Pumpen-Steuervorrichtung 24 eingelesen.
Zur Förderung von Hydraulikfluid wird die Hauptpumpe 10 durch die Antriebsmaschine 11 angetrieben. Die Hauptpumpe 10 umfasst eine erste Hydraulikpumpe 12 und eine zweite Hydraulikpumpe 13. Von der Hauptpumpe 10 gefördertes Hydraulikfluid wird über das Strömungsweg-Schaltventil 16 zu dem Hydraulikzylinder 14 geleitet.
Die erste Hydraulikpumpe 12 ist eine Verstellpumpe. Die Verdrängung der ersten Hydraulikpumpe 12 wird durch die Steuerung eines Neigungswinkels der ersten Hydraulikpumpe 12 gesteuert. Die Steuerung des Neigungswinkels der ersten Hydraulikpumpe 12 erfolgt durch eine erste Pumpen-Flussratensteuereinheit 25. Die erste Pumpen-Flussratensteuereinheit 25 steuert die Verdrängung der ersten Hydraulikpumpe 12 durch eine Steuerung des Neigungswinkels der ersten Hydraulikpumpe 12 auf der Basis eines Befehlssignals 24 von der Pumpen-Steuervorrichtung 24. Dadurch wird die Förderflussrate der ersten Hydraulikpumpe 12 gesteuert. In der vorliegenden Ausführungsform entspricht die Förderflussrate der ersten Hydraulikpumpe 12 der Verdrängung der ersten Hydraulikpumpe 12. Die Förderflussrate der zweiten Hydraulikpumpe 13 entspricht der Verdrängung der zweiten Hydraulikpumpe 13. Die erste Hydraulikpumpe 12 ist eine hydraulische Zweirichtungs-Förderpumpe. Insbesondere hat die erste Hydraulikpumpe 12 eine erste Öffnung 12a eines geschlossenen Kreises und eine zweite Öffnung 12b eines geschlossenen Kreises. Die erste Hydraulikpumpe 12 ist schaltbar zwischen einem ersten Förderzustand und einem zweiten Förderzustand. In dem ersten Förderzustand saugt die erste Hydraulikpumpe 12 Hydraulikfluid aus der zweiten Öffnung 12b des geschlossenen Kreises an und gibt Hydraulikfluid aus der ersten Öffnung 12a des geschlossenen Kreises ab. In dem zweiten Förderzustand saugt die erste Hydraulikpumpe 12 Hydraulikfluid aus der ersten Öffnung 12a des geschlossenen Kreises an und gibt Hydraulikfluid aus der zweiten Öffnung 12b des geschlossenen Kreises ab.
Die zweite Hydraulikpumpe 13 ist eine hydraulische Verstellpumpe. Die Förderflussrate der zweiten Hydraulikpumpe 13 wird durch die Steuerung des Neigungswinkels der zweiten Hydraulikpumpe 13 gesteuert. Die Steuerung des Neigungswinkels der zweiten Hydraulikpumpe 13 erfolgt durch eine zweite Pumpen-Flussratensteuereinheit 26. Die zweite Pumpen-Flussratensteuereinheit 26 steuert die Verdrängung der zweiten Hydraulikpumpe 13 durch eine Steuerung des Neigungswinkels der zweiten Hydraulikpumpe 13 auf der Basis eines Befehlssignals von der Pumpen-Steuervorrichtung 24. Die zweite Hydraulikpumpe 13 ist eine hydraulische Zweirichtungs-Förderpumpe. Insbesondere hat die zweite Hydraulikpumpe 13 einen erste Öffnung 13a eines offenen Kreises und zweite Öffnung 13b des offenen Kreises. Die zweite Hydraulikpumpe 13 ist in der gleichen Weise wie die erste Hydraulikpumpe 12 schaltbar zwischen einem ersten Förderzustand und einem zweiten Förderzustand. In dem ersten Förderzustand saugt die zweite Hydraulikpumpe 13 Hydraulikfluid aus der zweiten Öffnung 13b des offenen Kreises an und gibt Hydraulikfluid aus der ersten Öffnung 13a des offenen Kreises ab. In dem zweiten Förderzustand saugt die zweite Hydraulikpumpe 12 Hydraulikfluid aus der ersten Öffnung 13a des offenen Kreises an und gibt Hydraulikfluid aus der zweiten Öffnung 13b des offenen Kreises ab.
Der Hydraulikzylinder 14 wird durch Hydraulikfluid angetrieben, das von der Hydraulikpumpe 10 geliefert wird. Der Hydraulikzylinder 14 treibt Arbeitsgeräte wie einen Ausleger, einen Arm oder einen Löffel an. Der Hydraulikzylinder 14 hat eine Zylinderstange 14a und ein Zylinderrohr 14b. Die Zylinderstange 14 unterteilt den Innenraum des Zylinderrohres 14b in eine erste Kammer 14c und eine zweite Kammer 14d. Der Hydraulikzylinder 14 hat eine erste Zylinderöffnung 14e und eine zweite Zylinderöffnung 14f. Die erste Zylinderöffnung 14e steht mit der ersten Kammer 14c in Verbindung. Die zweite Zylinderöffnung 14f steht mit der zweiten Kammer 14d in Verbindung. Der Hydraulikzylinder 14 ist umschaltbar zwischen einem Zustand, in dem Hydraulikfluid zur zweiten Zylinderöffnung 14f geleitet und aus der ersten Zylinderöffnung 14e abgeleitet wird, und einem Zustand, in dem Hydraulikfluid zur ersten Zylinderöffnung 14e geleitet und aus der zweiten Zylinderöffnung 14f abgeleitet wird. Der Hydraulikzylinder 14 fährt aus und fährt ein, indem zwischen Zuleitung und Ableitung von Hydraulikfluid in die und aus der ersten Kammer 14c und zweiten Kammer 14d umgeschaltet wird. Insbesondere fährt der Hydraulikzylinder 14 aus, wenn Hydraulikfluid über die erste Zylinderöffnung 14e in die erste Kammer 14c geleitet und Hydraulikfluid über die zweite Zylinderöffnung 14f aus der zweiten Kammer 14d abgeleitet wird. Der Hydraulikzylinder 14 fährt ein, wenn Hydraulikfluid über die zweite Zylinderöffnung 14f in die zweite Kammer 14d geleitet und über die erste Zylinderöffnung 14e aus der ersten Kammer 14c abgeleitet wird. Der Druckaufnahmebereich auf der Seite der ersten Kammer 14c der Zylinderstange 14a (im Folgenden der Einfachheit halber als ”Druckaufnahmebereich der ersten Kammer 14c” bezeichnet) ist größer als der Druckaufnahmebereich auf der Seite der zweiten Kammer 14d der Zylinderstange 14a (im Folgenden der Einfachheit halber als ”Druckaufnahmebereich der zweiten Kammer 14d” bezeichnet). Aus diesem Grund wird, wenn der Hydraulikzylinder 14 ausfährt, mehr Hydraulikfluid in die erste Kammer 14c eingeleitet, als aus der zweiten Kammer 14d abgeleitet wird. Beim Einfahren des Hydraulikzylinders 14 wird mehr Hydraulikfluid aus der ersten Kammer 14c abgeleitet, als in die zweite Kammer 14d eingeleitet wird.
Der Hydraulikfluidströmungsweg 15 verbindet die erste Hydraulikpumpe 12 und die zweite Hydraulikpumpe 13 mit dem Hydraulikzylinder 14. Insbesondere umfasst der Hydraulikfluidströmungsweg 15 einen ersten Strömungsweg 17 und einen zweiten Strömungsweg 18. Der erste Strömungsweg 17 verbindet die erste Öffnung 12a des geschlossenen Kreises der ersten Hydraulikpumpe 12 mit der ersten Zylinderöffnung 14e. Der erste Strömungsweg 17 verbindet die erste Öffnung 13a des offenen Kreises der zweiten Hydraulikpumpe 13 mit der ersten Zylinderöffnung 14e. Der zweite Strömungsweg 18 verbindet die zweite Öffnung 12b des geschlossenen Kreises der ersten Hydraulikpumpe 12 mit der zweiten Zylinderöffnung 14f. Der erste Strömungsweg 17 umfasst einen ersten Zylinderströmungsweg 31 und einen ersten Pumpenströmungsweg 33. Der zweite Strömungsweg 18 umfasst einen zweiten Zylinderströmungsweg 32 und einen zweiten Pumpenströmungsweg 34. Der erste Zylinderströmungsweg 31 ist über die erste Zylinderöffnung 14e mit der ersten Kammer 14c des Hydraulikzylinders 14 verbunden. Der zweite Zylinderströmungsweg 32 ist über die zweite Zylinderöffnung 14f mit der zweiten Kammer 14d verbunden. Der erste Pumpenströmungsweg 33 ist ein Weg zum Fördern von Hydraulikfluid über den ersten Zylinderweg 31 zur ersten Kammer 14c oder zum Rückgewinnen von Hydraulikfluid über den ersten Zylinderweg 31 aus der ersten Kammer 14c. Der erste Pumpenweg 33 ist mit der ersten Öffnung 12a des geschlossenen Kreises der ersten Hydraulikpumpe 12 verbunden. Der erste Pumpenweg 33 ist mit der ersten Öffnung 13a des offenen Kreises der zweiten Hydraulikpumpe 13 verbunden. Aus diesem Grund wird Hydraulikfluid sowohl aus der ersten Hydraulikpumpe 12 als auch aus der zweiten Hydraulikpumpe 13 in den ersten Pumpenströmungsweg 33 gespeist. Der zweite Pumpenweg 34 ist ein Weg zum Fördern von Hydraulikfluid über den zweiten Zylinderweg 32 zur zweiten Kammer 14d oder zum Rückgewinnen von Hydraulikfluid über den zweiten Zylinderweg 32 aus der zweiten Kammer 14d. Der zweite Pumpenströmungsweg 34 ist mit der zweiten Öffnung 12b des geschlossenen Kreises der ersten Hydraulikpumpe 12 verbunden. Die zweite Öffnung 13b des offenen Kreises der zweiten Hydraulikpumpe 13 ist mit einem Hydraulikfluidbehälter 27 verbunden, der Hydraulikfluid speichert, weshalb Hydraulikfluid aus der ersten Hydraulikpumpe 12 in den zweiten Pumpenströmungsweg 34 gespeist wird. Der Hydraulikfluidströmungsweg 15 bildet mit dem ersten Pumpenströmungsweg 33, dem ersten Zylinderströmungsweg 31, dem zweiten Zylinderströmungsweg 32 und dem zweiten Pumpenströmungsweg 34 einen geschlossenen Kreis zwischen der Hydraulikpumpe 12 und dem Hydraulikzylinder 14. Der Hydraulikfluidströmungsweg 15 bildet mit dem ersten Pumpenströmungsweg 33 und dem ersten Zylinderströmungsweg 31 einen offenen Kreis zwischen der zweiten Hydraulikpumpe 13 und dem Hydraulikzylinder 14.
Das hydraulische Antriebssystem 1 enthält ferner einen Speisekreis 19 mit einem Speiseströmungsweg 35 und einer Speisepumpe 28. Die Speisepumpe 28 ist eine Hydraulikpumpe, die das Hydraulikfluid in dem Hydraulikfluidströmungsweg 15 ergänzt. Die Speisepumpe 28 wird durch die Antriebsmaschine 11 angetrieben, um Hydraulikfluid in den Speiseströmungsweg 35 zu fördern. Die Speisepumpe 28 ist eine Konstantpumpe. Der Speiseströmungsweg 35 verbindet die Speisepumpe 28 mit dem Hydraulikfluidströmungsweg 15. Der Speiseströmungsweg 35 ist zwischen die Hauptpumpe 10 und ein erstes Rückschlagventil 44 in dem Hydraulikfluidströmungsweg 15 geschaltet. Insbesondere ist der Speiseweg 35 über ein Rückschlagventil 41a mit dem ersten Pumpenströmungsweg 33 verbunden. Das Rückschlagventil 41a ist offen, wenn der Hydraulikdruck des ersten Pumpenströmungswegs 33 niedriger ist als der Speisedruck des Speiseweges 35. Der Speiseströmungsweg 35 ist zwischen die Hauptpumpe 10 und ein zweites Rückschlagventil 45 in dem Hydraulikfluidströmungsweg 15 geschaltet. Insbesondere ist der Speiseweg 35 über ein Rückschlagventil 41b mit dem zweiten Pumpenströmungsweg 34 verbunden. Das Rückschlagventil 41b ist offen, wenn der Hydraulikdruck des zweiten Pumpenwegs 34 niedriger ist als der Speisedruck. Folglich ergänzt der Speisekreis 19 das Hydraulikfluid in dem Hydraulikfluidströmungsweg 15, wenn der Hydraulikdruck in dem Hydraulikfluidströmungsweg 15 niedriger ist als der Speisedruck. Der Speiseströmungsweg 35 ist über ein Speiseentlastungsventil 42 mit dem Hydraulikfluidtank 27 verbunden. Das Speiseentlastungsventil 42 hält den Speisedruck auf einem bestimmten Einstelldruck. Wenn der Hydraulikdruck des ersten Pumpenströmungswegs 33 oder der zweiten Pumpenströmungswegs 34 unter den Speisedruck abfällt, liefert die Speisepumpe 28 über den ersten Speiseströmungsweg 35 Hydraulikfluid in den ersten Pumpenströmungsweg 33 oder in den zweiten Pumpenströmungsweg 35. Dadurch wird der Hydraulikdruck des ersten Pumpenströmungswegs 33 oder des zweiten Pumpenströmungswegs 34 auf einem vorgegebenen oder höheren Wert gehalten.
Der Hydraulikfluidströmungsweg 15 enthält ferner einen Entlastungsströmungsweg 36. Der Entlastungsströmungsweg 36 ist über ein Rückschlagventil 41c mit dem ersten Pumpenströmungsweg 33 verbunden. Das Rückschlagventil 41c ist offen, wenn der Hydraulikdruck des ersten Pumpenströmungswegs 33 höher ist als der Hydraulikdruck des Entlastungsströmungswegs 36. Der Entlastungsströmungsweg 36 ist über ein zweites Rückschlagventil 41d mit dem zweiten Pumpenströmungsweg 34 verbunden. Das Rückschlagventil 41d ist offen, wenn der Hydraulikdruck des zweiten Pumpenströmungswegs 34 höher ist als der Hydraulikdruck des Entlastungsströmungswegs 36. Der Entlastungsströmungsweg 36 ist über ein Entlastungsventil 43 mit dem Speiseströmungsweg 35 verbunden. Das Entlastungsventil 43 hält den Druck des Entlastungsströmungswegs 36 auf einem Wert gleich oder kleiner einem vorgegebenen Entlastungsdruck. Dadurch wird der Hydraulikdruck des ersten Pumpenströmungswegs 33 und des zweiten Pumpenströmungswegs 34 auf einem Wert gleich oder kleiner dem vorgegebenen Entlastungsdruck gehalten. Der Hydraulikfluidströmungsweg 15 enthält ferner einen Einstellströmungsweg 37. Der Einstellströmungsweg 37 ist mit dem Speiseströmungsweg 35 verbunden.
Das Strömungswegschaltventil 16 ist ein elektromagnetisches Steuerventil, das auf der Basis eines Befehlssignals von der Pumpen-Steuervorrichtung 24 gesteuert wird. Das Strömungswegschaltventil 16 schaltet die Strömungswegverbindungen auf der Basis eines Befehlssignals von der Pumpen-Steuervorrichtung 24. Das Strömungswegschaltventil 16 ist zwischen der Hauptpumpe 10 und dem Hydraulikzylinder 14 in dem Hydraulikfluidströmungsweg 15 angeordnet. Das Strömungswegschaltventil 16 hat eine erste Pumpenöffnung 16a, eine erste Zylinderöffnung 16b, eine erste Einstellöffnung 16c und eine erste Bypassöffnung 16d. Die erste Pumpenöffnung 16a ist über das erste Rückschlagventil 44 mit dem ersten Pumpenströmungsweg 33 verbunden. Die erste Zylinderöffnung 16b ist mit dem ersten Zylinderströmungsweg 31 verbunden. Die erste Einstellöffnung 16c ist mit dem Einstellströmungsweg 37 verbunden.
Das erste Rückschlagventil 44 ist in dem Hydraulikfluidströmungsweg 15 zwischen der Hauptpumpe 10 und dem Hydraulikzylinder 14 angeordnet. Das erste Rückschlagventil 44 lässt Hydraulikfluid von der Hauptpumpe 10 zu dem Hydraulikzylinder 14 hindurchströmen. Das erste Rückschlagventil 44 verhindert, dass Hydraulikfluid von dem Hydraulikzylinder 14 zur Hauptpumpe 10 hindurchströmt. Insbesondere lässt das erste Rückschlagventil 44 Hydraulikfluid von dem ersten Pumpenströmungsweg 33 in Richtung auf den ersten Zylinderströmungsweg 31 hindurchströmen und verhindert, dass Hydraulikfluid von dem ersten Zylinderströmungsweg 31 in Richtung auf den ersten Pumpenströmungsweg 31 hindurchströmt, wenn das Hydraulikfluid durch das Strömungswegschaltventil 16 aus dem ersten Pumpenströmungsweg 33 in den ersten Zylinderströmungsweg 31 gespeist wird.
Das Strömungswegschaltventil 16 hat ferner eine zweite Pumpenöffnung 16e, eine zweite Zylinderöffnung 16f, eine zweite Einstellöffnung 16g und eine zweite Bypassöffnung 16h. Die zweite Pumpenöffnung 16e ist über das zweite Rückschlagventil 45 mit dem zweiten Pumpenströmungsweg 34 verbunden. Das zweite Rückschlagventil 45 ist ein Rückschlagventil zum Sperren des Hydraulikfluidstroms in eine Richtung. Die zweite Zylinderöffnung 16f ist mit dem zweiten Zylinderströmungsweg 32 verbunden. Die zweite Einstellöffnung 16g ist mit dem Einstellströmungsweg 37 verbunden.
Das zweite Rückschlagventil 45 ist in dem Hydraulikfluidströmungsweg 15 zwischen der Hauptpumpe 10 und dem Hydraulikzylinder 14 angeordnet. Das zweite Rückschlagventil 45 lässt Hydraulikfluid von der Hauptpumpe 10 in Richtung auf den Hydraulikzylinder 14 hindurchströmen. Das zweite Rückschlagventil 45 verhindert, dass Hydraulikfluid von dem Hydraulikzylinder 14 in Richtung auf die Hauptpumpe 10 hindurchströmt. Insbesondere lässt das zweite Rückschlagventil 45 Hydraulikfluid von dem zweiten Pumpenströmungsweg 34 in Richtung auf den zweiten Zylinderströmungsweg 32 hindurchströmen und verhindert, dass Hydraulikfluid von dem zweiten Zylinderströmungsweg 32 in Richtung auf den zweiten Pumpenströmungsweg 34 hindurchströmt, wenn durch das Strömungswegschaltventil 16 Hydraulikfluid aus dem zweiten Pumpenströmungsweg 34 in den zweiten Zylinderströmungsweg 32 gespeist wird.
Das Strömungswegschaltventil 16 kann zwischen einem Zustand einer ersten Position P1, einem Zustand einer zweiten Position P2 und einem Zustand einer Neutralposition Pn geschaltet werden. Das Strömungswegschaltventil 16 erlaubt im Zustand der ersten Position P1 eine Verbindung zwischen der ersten Pumpenöffnung 16a und der ersten Zylinderöffnung 16b und zwischen der zweiten Zylinderöffnung 16f und der zweiten Bypassöffnung 16h. Aus diesem Grund verbindet das Strömungswegschaltventil 16 den ersten Pumpenströmungsweg 33 über das erste Rückschlagventil 44 mit dem ersten Zylinderströmungsweg 34 und verbindet im Zustand der ersten Position P1 den zweiten Zylinderströmungsweg 32 über das zweite Rückschlagventil 45 mit dem zweiten Pumpenströmungsweg 34. Jegliche Verbindung der ersten Bypassöffnung 16d, der ersten Einstellöffnung 16c, der zweiten Pumpenöffnung 16e und der zweiten Einstellöffnung 16g mit einer Öffnung ist unterbrochen, wenn sich das Strömungswegschaltventil 16 im Zustand der ersten Position P1 befindet.
Beim Ausfahren des Hydraulikzylinders 14 werden die erste Hydraulikpumpe 12 und die zweite Hydraulikpumpe 13 im ersten Förderzustand angetrieben, und das Strömungswegschaltventil 16 befindet sich im Zustand der ersten Position P1. Dadurch strömt das von der ersten Öffnung 12a des offenen Kreises der ersten Hydraulikpumpe 12 und von der ersten Öffnung 13a des offenen Kreises der zweiten Hydraulikpumpe 13 abgegebene Hydraulikfluid durch den ersten Pumpenströmungsweg 33, das erste Rückschlagventil 44 und den ersten Zylinderströmungsweg 31, um der ersten Kammer 14c des Hydraulikzylinders 14 zugeführt zu werden. Das Hydraulikfluid in der zweiten Kammer 14d des Hydraulikzylinders 14 strömt durch den zweiten Zylinderströmungsweg 32 und den zweiten Pumpenströmungsweg 34 und wird in der zweiten Öffnung 12b des geschlossenen Kreises der ersten Hydraulikpumpe 12 zurückgewonnen. Der Hydraulikzylinder 14 fährt folglich aus.
Im Zustand der zweiten Position P2 erlaubt das Strömungswegschaltventil 16 eine Verbindung zwischen der zweiten Pumpenöffnung 16e und der zweiten Zylinderöffnung 16f und zwischen der ersten Zylinderöffnung 16b und der ersten Bypassöffnung 16d. Deshalb verbindet das Strömungswegschaltventil 16 im Zustand der zweiten Position P2 den ersten Zylinderströmungsweg 31 unter Umgehung des ersten Rückschlagventils 44 mit dem ersten Pumpenströmungsweg 33 und verbindet den zweiten Pumpenströmungsweg 34 über das zweite Rückschlagventil 45 mit dem zweiten Zylinderströmungsweg 32. Die erste Pumpenöffnung 16a, die erste Einstellöffnung 16c, die zweite Bypassöffnung 16h und die zweite Einstellöffnung 16g sind sämtlich von einer Verbindung mit einer Öffnung abgeschnitten, wenn sich das Strömungswegschaltventil 16 im Zustand der zweiten Position P2 befindet.
Beim Einfahren des Hydraulikzylinders 14 werden die erste Hydraulikpumpe 12 und die zweite Hydraulikpumpe 13 in einem zweiten Förderzustand angetrieben, und das Strömungswegschaltventil 16 befindet sich im Zustand P2 der zweiten Position. Dadurch strömt das von der zweiten Pumpenöffnung 12b der ersten Hydraulikpumpe 12 abgegebene Hydraulikfluid durch den zweiten Pumpenströmungsweg 34, das zweite Rückschlagventil 45 und den zweiten Zylinderströmungsweg 32, um in die zweite Kammer 14d des Hydraulikzylinders 14 geleitet zu werden. Das Hydraulikfluid in der ersten Kammer 14c des Hydraulikzylinders 14 strömt durch den ersten Zylinderströmungsweg 31 und den ersten Pumpenweg 33, um in der ersten Öffnung 12a des geschlossenen Kreises der ersten Hydraulikpumpe 12 und in der ersten Öffnung 13a des offenen Kreises der zweiten Hydraulikpumpe 13 zurückgewonnen zu werden. Der Hydraulikzylinder 14 fährt folglich ein.
Das Strömungswegschaltventil 16 erlaubt im Zustand der Neutralposition Pn eine Verbindung zwischen der ersten Bypassöffnung 16d und der ersten Einstellöffnung 16c und zwischen der zweiten Bypassöffnung 16h und der zweiten Einstellöffnung 16g. Deshalb verbindet das Strömungswegschaltventil 16 im Zustand der Neutralposition Pn den ersten Pumpenströmungsweg 33 unter Umgehung des ersten Rückschlagventils 44 mit dem Einstellströmungsweg 37 und verbindet den zweiten Pumpenströmungsweg 34 unter Umgehung des zweiten Rückschlagventils 45 mit dem Einstellströmungsweg 37. Wenn sich das Strömungswegschaltventil 16 im Zustand der Neutralposition Pn befindet, ist die Verbindung der ersten Öffnung 16a, der ersten Zylinderöffnung 16b, der zweiten Pumpenöffnung 16e und der zweiten Zylinderöffnung 16f mit einer Öffnung unterbrochen.
Das hydraulische Antriebssystem 1 enthält ferner eine Betätigungsvorrichtung 46. Die Betätigungsvorrichtung 46 umfasst ein Betätigungselement 46a und eine Betätigungsdetektoreinheit 46b. Das Betätigungselement 46a wird von einem Maschinenführer betätigt, um verschiedene Tätigkeiten der Arbeitsmaschine zu befehlen. Wenn der Hydraulikzylinder 14 zum Beispiel ein Auslegerzylinder für den Antrieb eines Auslegers ist, ist das Betätigungselement 46a ein Auslegerbetätigungshebel für die Betätigung des Auslegers. Das Betätigungselement 46a kann in zwei Richtungen betätigt werden: in eine Richtung zum Ausfahren des Hydraulikzylinders 14 aus der Neutralposition und in eine Richtung zum Einfahren des Hydraulikzylinders 14 aus der Neutralposition. Die Betätigungsdetektoreinheit 46b detektiert den Betätigungsbetrag und die Betätigungsrichtung des Betätigungselements 46a. Die Betätigungsdetektoreinheit 46b ist zum Beispiel ein Sensor zum Detektieren einer Position des Betätigungselements 46a. Wenn sich das Betätigungselement 46a in der Neutralposition befindet, ist der Betätigungsbetrag des Betätigungselements 46a null. Detektionssignale, die den Betätigungsbetrag und die Betätigungsrichtung des Betätigungselements 46a angeben, werden von der Betätigungsdetektoreinheit 46b in die Pumpen-Steuervorrichtung 24 eingegeben.
Die Antriebsmaschinen-Steuervorrichtung 22 steuert die Ausgangsleistung der Antriebsmaschine 11 durch die Steuerung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 21. Die Ausgangsdrehmomentcharakteristiken der Antriebsmaschine, die auf der Basis einer festgelegten Soll-Drehzahl der Antriebsmaschine und auf der Basis eines festgelegten Arbeitsmodus bestimmt werden, werden als Kennfeld in der Antriebsmaschinen-Steuervorrichtung 22 gespeichert. Die Ausgangsdrehmomentcharakteristiken der Antriebsmaschine geben das Verhältnis zwischen dem Ausgangsdrehmoment und der Drehzahl der Antriebsmaschine 11 an. Die Antriebsmaschinensteuervorrichtung 22 steuert die Ausgangsleistung der Antriebsmaschine 11 auf der Basis der Ausgangsdrehmomentcharakteristiken der Antriebsmaschine.
Die Pumpen-Steuervorrichtung 24 steuert das Strömungswegschaltventil 16 in Übereinstimmung mit der Betätigungsrichtung des Betätigungselements 46a. Wenn sich das Betätigungselement 46a in der Neutralposition befindet, setzt die Pumpen-Steuervorrichtung 24 das Strömungswegschaltventil 16 in den Zustand der Neutralposition. Wenn das Betätigungselement 46a aus der Neutralposition in die Richtung zum Ausfahren des Hydraulikzylinders 14 betätigt wird, setzt die Pumpen-Steuervorrichtung 24 das Strömungswegschaltventil 16 in den Zustand der ersten Position P1, wodurch der erste Pumpenströmungsweg 34 und der erste Zylinderströmungsweg 32 über das erste Rückschlagventil 44 verbunden werden. Ferner werden der zweite Pumpenströmungsweg 34 und der zweite Zylinderströmungsweg 32 unter Umgehung des zweiten Rückschlagventils 45 verbunden. Folglich wird Hydraulikfluid in die ersten Kammer 14c des Hydraulikzylinders 14 gespeist, und der Hydraulikzylinder 14 fährt aus.
Wenn das Betätigungselement 46a aus der Neutralposition in die Einfahrrichtung des Hydraulikzylinders 14 betätigt wird, setzt die Pumpen-Steuervorrichtung 24 das Strömungswegschaltventil 16 in den Zustand der zweiten Position P2. Dadurch werden der zweite Pumpenströmungsweg 34 und der zweite Zylinderströmungsweg 32 über das zweite Rückschlagventil 45 verbunden. Ferner werden der erste Pumpenströmungsweg 33 und der erste Zylinderströmungsweg 34 unter Umgehung des ersten Rückschlagventils 44 verbunden, so dass Hydraulikfluid in die zweite Kammer 14d des Hydraulikzylinders 14 geleitet wird und der Hydraulikzylinder 14 einfährt.
Die Pumpen-Steuervorrichtung 24 steuert die Flussrate des Hydraulikfluids, das dem Hydraulikzylinder 14 zugeführt wird. Die Pumpen-Steuervorrichtung 24 hat eine Pumpen-Steuereinheit 24a und eine Speichereinheit 24b. Die Pumpen-Steuereinheit 24a kann durch eine Rechenvorrichtung wie eine CPU und dergleichen realisiert sein. Die Speichereinheit 24b kann durch eine Aufzeichnungsvorrichtung wie ein RAM, ein ROM, eine Festplatte oder einen Flashspeicher und dergleichen realisiert sein. Die Pumpen-Steuereinheit 24a steuert die Verdrängung der Hauptpumpe 10 auf der Basis einer Betätigungsposition des Betätigungselements 46a. Die Pumpen-Steuereinheit 24a berechnet eine Ziel-Verdrängung (im Folgenden als ”erste Ziel-Verdrängung” bezeichnet) der ersten Pumpen-Flussratensteuereinheit 25 und eine Zielverdrängung (im Folgenden als ”zweite Ziel-Verdrängung” bezeichnet) der zweiten Pumpen-Flussratensteuereinheit 26 auf der Basis der Ziel-Flussrate. Beim Einfahren des Hydraulikzylinders 14 ist die erste Ziel-Verdrängung die der Ziel-Flussrate entsprechende Ziel-Verdrängung. Die Pumpen-Steuereinheit 24a berechnet die erste Ziel-Verdrängung und die zweite Ziel-Verdrängung, so dass ein Verhältnis der ersten Ziel-Verdrängung zur Gesamtverdrängung einem Verhältnis des ersten Druckaufnahmebereichs der zweiten Kammer 14d zu dem Druckaufnahmebereich der ersten Kammer 14c gleicht. Insbesondere berechnet die Pumpen-Steuereinheit 24a die erste Ziel-Verdrängung und die zweite Ziel-Verdrängung, so dass das Verhältnis der Gesamtverdrängung und der ersten Ziel-Verdrängung dem Verhältnis zwischen dem Druckaufnahmebereich der ersten Kammer 14c und dem Druckaufnahmebereich der zweiten Kammer 14d gleicht. Wenn zum Beispiel das Verhältnis zwischen dem Druckaufnahmebereich der ersten Kammer 14c und dem Druckaufnahmebereich der zweiten Kammer 14d gleich 2:1 ist, berechnet die Pumpen-Steuereinheit 24a die erste Ziel-Verdrängung und die zweite Ziel-Verdrängung, so dass das Verhältnis zwischen der Gesamtverdrängung und der ersten Ziel-Verdrängung gleich 2:1 ist. Insbesondere berechnet die Pumpen-Steuereinheit 24a die erste Ziel-Verdrängung und die zweite Ziel-Verdrängung, so dass das Verhältnis zwischen der ersten Ziel-Verdrängung und der zweiten Ziel-Verdrängung gleich 1:1 ist. Die Pumpen-Steuereinheit 24a sendet ein Befehlssignal, das der ersten Ziel-Verdrängung entspricht, zur ersten Pumpen-Flussratensteuereinheit 25. Die erste Pumpen-Flussratensteuereinheit 25 steuert den Neigungswinkel der ersten Hydraulikpumpe 12 derart, dass die Verdrängung der ersten Hydraulikpumpe 12 zur ersten Ziel-Verdrängung wird. Die Pumpen-Steuereinheit 24a sendet ein Befehlssignal, das der zweiten Ziel-Verdrängung entspricht, zur zweiten Pumpen-Flussratensteuereinheit 26. Die zweite Pumpen-Flussratensteuereinheit 26 steuert den Neigungswinkel der zweiten Hydraulikpumpe 13 derart, dass die Verdrängung der zweiten Hydraulikpumpe zur zweiten Ziel-Verdrängung wird. Solchermaßen steuert die Pumpen-Steuereinheit 24a die Verdrängung der ersten Hydraulikpumpe 12 und die Verdrängung der zweiten Hydraulikpumpe 13 derart, dass das Verhältnis der Verdrängung der ersten Hydraulikpumpe 12 zur Gesamtverdrängung der ersten Hydraulikpumpe 12 und der zweiten Hydraulikpumpe 13 dem Verhältnis des Druckaufnahmebereichs der zweiten Kammer 14d zu dem Druckaufnahmebereich der ersten Kammer 14c gleicht. Die Speichereinheit 24b speichert Informationen für die Steuerung der ersten Hydraulikpumpe 12 und der zweiten Hydraulikpumpe 13.
Das Wechselventil 51 hat eine erste Einlassöffnung 51a, eine zweite Eingangsöffnung 51b, eine Abflussöffnung 51c, einen ersten Druckaufnahmeabschnitt 51d und einen zweiten Druckaufnahmeabschnitt 51e. Die erste Einlassöffnung 51a ist mit dem ersten Strömungsweg 17 verbunden. Die zweite Einlassöffnung 51b ist mit dem zweiten Strömungsweg 18 verbunden. Insbesondere ist die erste Einlassöffnung 51a mit dem ersten Pumpenströmungsweg 33 verbunden. Die zweite Einlassöffnung 51b ist mit dem zweiten Pumpenströmungsweg 34 verbunden. Die Abflussöffnung 51c ist mit einem Abfluss-Strömungsweg 52 verbunden. Der Abfluss-Strömungsweg 52 ist über den Einstellströmungsweg 37 mit dem Speiseströmungsweg 35 verbunden. Der erste Druckaufnahmeabschnitt 51d ist über einen ersten Pilot-Strömungsweg 53 mit dem ersten Strömungsweg 17 verbunden. Dadurch wird der Hydraulikdruck des ersten Strömungswegs 17 an den ersten Druckaufnahmeabschnitt 51d angelegt. Ein erstes Drosselelement 54 ist in dem ersten Pilot-Strömungsweg 53 angeordnet. Der zweite Druckaufnahmeabschnitt 51e ist über einen zweiten Pilot-Strömungsweg 55 mit dem zweiten Strömungsweg 18 verbunden. Dadurch wird der Hydraulikdruck des zweiten Strömungswegs 18 an den zweiten Druckaufnahmeabschnitt 51e angelegt. Ein zweites Drosselelement 56 ist in dem zweiten Pilot-Strömungsweg 55 angeordnet.
Das Wechselventil 51 wird entsprechend dem Hydraulikdruck des ersten Strömungswegs 17 und dem Hydraulikdruck des zweiten Strömungswegs 18 zwischen einem Zustand einer ersten Position Q1, einem Zustand einer zweiten Position Q2 und einem Zustand einer Neutralposition Qn geschaltet. Das Wechselventil 51 erlaubt im Zustand der ersten Position Q1 eine Verbindung zwischen der zweiten Einlassöffnung 51b und der Abflussöffnung 51c. Dadurch wird der zweite Strömungsweg 18 mit dem Abfluss-Strömungsweg 52 verbunden. Das Wechselventil 51 erlaubt im Zustand der zweiten Position Q2 eine Verbindung zwischen der ersten Einlassöffnung 51a und der Abflussöffnung 51c. Dadurch wird der erste Strömungsweg 17 mit dem Abfluss-Strömungsweg 52 verbunden. Das Zweiwegventil 51 blockiert die Verbindung zwischen der ersten Einlassöffnung 51a, der zweiten Einlassöffnung 51b und der Abflussöffnung 51c im Zustand der Neutralposition Qn.
Das Wechselventil 51 hat einen Schieber 57, ein erstes elastisches Element 58 und ein zweites elastisches Element 58. Das erste elastische Element 58 drückt den Schieber 57 von dem ersten Druckaufnahmeabschnitt 51d in Richtung auf den zweiten Druckaufnahmeabschnitt 51e. Das zweite elastische Element 59 drückt den Schieber 57 von dem zweiten Druckaufnahmeabschnitt 51e in Richtung auf den ersten Druckaufnahmeabschnitt 51d. Das erste elastische Element 58 ist an dem Schieber 57 in einem Zustand derart befestigt, dass es über seine natürliche Länge hinaus zusammengedrückt ist. Das erste elastische Element 58 ist derart befestigt, dass es den Schieber 57 mit einer ersten Anlagekraft beaufschlagt, wenn sich der Schieber 57 in einer Neutralposition befindet. Das zweite elastische Element 59 ist an dem Schieber 57 in einem Zustand befestigt, derart, dass es über seine natürliche Länge hinaus zusammengedrückt ist. Das zweite elastische Element 59 ist derart befestigt, dass es den Schieber 57 mit einer zweiten Anlagekraft beaufschlagt, wenn sich der Schieber 57 in der Neutralposition befindet.
Das Verhältnis des Druckaufnahmebereichs des ersten Druckabschnitts 51d und des Druckaufnahmebereichs des zweiten Druckabschnitts 51e ist gleich dem Verhältnis zwischen dem Druckaufnahmebereich der ersten Kammer 14c und dem Druckaufnahmebereich der zweiten Kammer 14d. Wenn zum Beispiel das Verhältnis zwischen dem Druckaufnahmebereich der ersten Kammer 14c und dem Druckaufnahmebereich der zweiten Kammer 14d gleich 2:1 ist, ist das Verhältnis zwischen dem Druckaufnahmebereich des ersten Druckabschnitts 51d und dem Druckaufnahmebereich des zweiten Druckabschnitts 51e gleich 2:1. Ein Verhältnis zwischen einer elastischen Konstante des ersten elastischen Elements 58 und einer elastischen Konstante des zweiten elastischen Elements 59 steht in einer umgekehrten Beziehung zu dem Verhältnis zwischen dem Druckaufnahmebereich des ersten Druckaufnahmeabschnitts des ersten Druckaufnahmeabschnitts 51d und dem Druckaufnahmebereich des zweiten Druckaufnahmeabschnitts 51e. Mit anderen Worten: das Verhältnis zwischen einer elastischen Konstante des ersten elastischen Elements 58 und einer elastischen Konstant des zweiten elastischen Elements 59 steht in einer umgekehrten Beziehung zu dem Verhältnis zwischen dem Druckaufnahmebereich der ersten Kammer 14c und dem Druckaufnahmebereich der zweiten Kammer 14d. Zum Beispiel ist das Verhältnis zwischen einer elastischen Konstante des ersten elastischen Elements 58 und der elastischen Konstante des zweiten elastischen Elements 59 gleich 1:2, wenn das Verhältnis zwischen dem Druckaufnahmebereich der ersten Kammer 14c und dem Druckaufnahmebereich der zweiten Kammer 14d gleich 2:1 ist. Das Verhältnis zwischen der ersten Anlagekraft und der zweiten Anlagekraft steht in einer umgekehrten Beziehung zu dem Verhältnis zwischen dem Druckaufnahmebereich des ersten Druckaufnahmeabschnitts 51d und dem Druckaufnahmebereich des zweiten Druckaufnahmeabschnitts 51e. Mit anderen Worten: Das Verhältnis zwischen der ersten Anlagekraft und der zweiten Anlagekraft steht in einer umgekehrten Beziehung zu dem Verhältnis zwischen dem Druckaufnahmebereich der ersten Kammer 14c und dem Druckaufnahmebereich der zweiten Kammer 14d. Zum Beispiel ist das Verhältnis zwischen der ersten Anlagekraft und der zweiten Anlagekraft gleich 1:2, wenn das Verhältnis zwischen dem Druckaufnahmebereich der ersten Kammer 14c und dem Druckaufnahmebereich der zweiten Kammer 14d gleich 2:1 ist.
Wenn eine Kraft, die aufgrund des Hydraulikdrucks des ersten Strömungswegs 17 auf den ersten Druckaufnahmeabschnitt 51d ausgeübt wird, größer ist als eine Kraft, die aufgrund des Hydraulikdrucks des zweiten Strömungswegs 18 auf den zweiten Druckaufnahmeabschnitt 51e ausgeübt wird, bewegt sich das Wechselventil 51 in den Zustand der ersten Position Q1. Dadurch wird der zweite Strömungsweg 18 mit dem Abfluss-Strömungsweg 52 verbunden. Infolgedessen strömt ein Teil des Hydraulikfluids in dem zweiten Strömungsweg 18 über den Abfluss-Strömungsweg 52 zu dem Speiseströmungsweg 35. Wenn eine Kraft, die aufgrund des Hydraulikdrucks des zweiten Strömungswegs 18 auf den zweiten Druckaufnahmeabschnitt 51e ausgeübt wird, größer ist als eine Kraft, die aufgrund des Hydraulikdrucks des ersten Strömungswegs 17 auf den ersten Druckaufnahmeabschnitt 51d ausgeübt wird, bewegt sich das Wechselventil 51 in den Zustand der zweiten Position Q2. Infolgedessen wird der erste Strömungsweg 17 mit dem Abfluss-Strömungsweg 52 verbunden. Ein Teil des Hydraulikfluids in dem ersten Strömungsweg 17 strömt daher über den Abfluss-Strömungsweg 52 zu dem Speiseströmungsweg 35.
2 zeigt ein Beispiel einer Hydraulikfluidflussrate in dem hydraulischen Antriebssystem 1, wenn der Hydraulikzylinder 14 beispielsweise zum Anheben des Auslegers eines Hydraulikbaggers ausgefahren wird. Wenn die Ziel-Flussrate des Hydraulikzylinders 14 gleich ”2,0” beträgt, setzt die Pumpen-Steuereinheit 24a sowohl die erste Ziel-Verdrängung als auch die zweite Ziel-Verdrängung auf ”1,0”. Jedoch beträgt die tatsächliche Verdrängung der ersten Hydraulikpumpe 12 ”0,95” und die tatsächliche Verdrängung der zweiten Hydraulikpumpe 13 ”1,05”. Während das Hydraulikfluid mit einer Flussrate von ”1,0” aus der zweiten Kammer 14d des Hydraulikzylinders 14 abgegeben wird, kann die erste Hydraulikpumpe 12 das Hydraulikfluid nur mit einer Flussrate von ”0,95” ansaugen, so dass eine Hydraulikflussrate mit einem Überschuss von ”0,05” produziert wird. Jedoch ist das Verhältnis zwischen dem Druckaufnahmebereich des ersten Druckabschnitts 51d und dem Druckaufnahmebereich des zweiten Druckabschnitts 51e gleich dem Verhältnis zwischen dem ersten Druckaufnahmebereich der ersten Kammer 14c und dem Druckaufnahmebereich der zweiten Kammer 14d in dem Wechselventil 51. Es wird die Gleichung (p1 + α) × S1 > P2 × S2 abgeleitet, wobei der Hydraulikdruck der ersten Kammer 14c gleich P1 und der Hydraulikdruck der zweiten Kammer 14d gleich P2 ist, wenn eine auf die Zylinderstange 14a wirkende externe Last vernachlässigt wird, der Hydraulikdruck der ersten Kammer 14c für den Widerstand gegen eine auf die erste Zylinderstange 14a wirkende externe Last gleich α ist, der Druckaufnahmebereich des ersten Druckaufnahmeabschnitts 51d gleich S1 ist und der Druckaufnahmebereich des zweiten Druckaufnahmeabschnitts 51e gleich S2 ist. Wie in 3 dargestellt ist, sind die zweite Einlassöffnung 51b und die Abflussöffnung 51c verbunden, da das Wechselventil 51 in den in den Zustand der zweiten Position Q1 geschaltet ist. Daher ist der zweite Pumpenströmungsweg 34 mit dem Abfluss-Strömungsweg 52 verbunden, und das Überschuss-Hydraulikfluid mit der Flussrate von ”0,05” wird in den Speisekreis 35 abgeleitet. Dies verhindert einen unnötigen Anstieg des Hydraulikdrucks des zweiten Strömungswegs 18. Wenn umgekehrt die tatsächliche Verdrängung der ersten Hydraulikpumpe 12 gleich ”1,05” und die tatsächliche Verdrängung der zweiten Hydraulikpumpe 13 gleich ”0,95” beträgt, saugt die erste Hydraulikpumpe 12 Hydraulikfluid mit einer Flussrate von ”1,05” an, obwohl Hydraulikfluid mit einer Flussrate von ”1,0” aus der zweiten Kammer 14d abgeleitet wird. Der fehlende Betrag des Hydraulikfluids mit der Flussrate von ”0,05” wird über das Rückschlagventil 41b und/oder das Wechselventil 51 im Zustand der ersten Position Q1 aus dem Speiseströmungsweg 35 angesaugt.
4 zeigt ein Beispiel einer Hydraulikfluidflussrate in dem hydraulischen Antriebssystem 1, wenn der Hydraulikzylinder 14 eingefahren wird, um beispielsweise den Ausleger eines Hydraulikbaggers abzusenken. Wenn die Ziel-Flussrate des Hydraulikzylinders gleich ”1,0” beträgt, setzt die Pumpen-Steuereinheit 24a sowohl die erste Ziel-Verdrängung als auch die zweite Ziel-Verdrängung auf ”1,0”. Die tatsächliche Verdrängung der ersten Hydraulikpumpe 12 beträgt jedoch ”1,05” und die tatsächliche Verdrängung der zweiten Hydraulikpumpe 13 ”0,95”. Während die erste Hydraulikpumpe 12 Hydraulikfluid mit einer Flussrate von ”1,05” abgibt, kann die zweite Kammer 14d des Hydraulikzylinders 14 lediglich Hydraulikfluid mit einer Flussrate von ”1,0” ansaugen, da Hydraulikfluid mit einer Flussrate von ”2,0” aus der ersten Kammer 14c des Hydraulikzylinders 14 abgeleitet wird. Dadurch wird Hydraulikfluid mit einer Überschuss-Flussrate von ”0,05” produziert. Jedoch ist das Verhältnis zwischen dem Druckaufnahmebereich des ersten Druckabschnitts 51d und des Druckaufnahmebereichs des zweiten Druckabschnitts 51e gleich dem Verhältnis zwischen dem Druckaufnahmebereich der ersten Kammer 14c und dem Druckaufnahmebereich der zweiten Kammer 14d in dem Zweiwegventil 51. Es wird die Gleichung (P1 + α) × S1 > P2 × S2 abgeleitet, wobei der Hydraulikdruck der ersten Kammer 14c gleich P1 und der Hydraulikdruck der zweiten Kammer 14d gleich P2 ist, wenn eine auf die Zylinderstange 14a wirkende externe Last vernachlässigt wird, der Hydraulikdruck der ersten Kammer 14c für den Widerstand gegen eine auf die erste Zylinderstange 14a wirkende externe Last gleich α ist, der Druckaufnahmebereich des ersten Druckaufnahmeabschnitts 51d gleich S1 ist und der Druckaufnahmebereich des zweiten Druckaufnahmeabschnitts Sie gleich S2 ist. Daher sind, wie in 5 dargestellt, die zweite Einlassöffnung 51b und die Abflussöffnung 51c verbunden, da das Wechselventil 51 in den Zustand der ersten Position Q1 geschaltet ist. Daher ist der zweite Pumpenströmungsweg 34 mit dem Abfluss-Strömungsweg 52 verbunden, und das Überschuss-Hydraulikfluid mit der Flussrate von ”0,05” wird in den Speisekreis 35 abgeleitet. Dies verhindert einen unnötigen Anstieg des Hydraulikdrucks des zweiten Strömungswegs 18. Wenn umgekehrt die tatsächliche Verdrängung der ersten Hydraulikpumpe 12 gleich ”0,95” und die tatsächliche Verdrängung der zweiten Hydraulikpumpe 13 gleich ”1,05” beträgt, wird Hydraulikfluid mit einer Flussrate von ”2,0” aus der ersten Kammer 14c abgeleitet, da die erste Hydraulikpumpe 12 und die zweite Hydraulikpumpe 13 Hydraulikfluid mit einer Flussrate von ”0,2” ansaugen. Folglich wird Hydraulikfluid mit einer Flussrate von ”1,0” in die zweite Kammer 14d angesaugt. Der Fehlbetrag an Hydraulikfluid mit der Flussrate von ”0,05” wird daher über das Rückschlagventil 41b und/oder das Wechselventil 51 im Zustand der ersten Position Q1 aus dem Speiseströmungsweg angesaugt.
Wie in 6 gezeigt ist, kann sich ein Hydraulikbagger über den hinteren Abschnitt einer Raupenkette 91 und ein Arbeitsgerät 92 in eine Orientierung bewegen (im Folgenden als ”Hub-Orientierung” bezeichnet”), in der der vordere Abschnitt der Raupenketten 91 von der Bodenfläche abgehoben ist. Wenn der vorgenannte Hydraulikzylinder 14 ein Auslegerzylinder ist, wird der Hydraulikdruck zum Tragen des Gewichts W des Fahrzeugs in der Hub-Orientierung in der zweiten Kammer 14d des Zylinderrohres 14b erzeugt. Daher wird die Gleichung P1 × S1 < (P2 + α) × S2 abgeleitet, wenn Hydraulikdruck in die erste Kammer 14c geleitet und Hydraulikdruck aus der zweiten Kammer 14d abgeleitet wird, wobei der Hydraulikdruck der zweiten Kammer 14d zum Tragen des Gewichts W des Fahrzeugs gleich α ist. Das Wechselventil 51 wird folglich in den Zustand der zweiten Position Q2 geschaltet und die erste Einlassöffnung 51a mit der Abflussöffnung 51c verbunden, wodurch der erste Pumpenströmungsweg 33 mit dem Abfluss-Strömungsweg 52 verbunden wird. Ferner wird die Gleichung P1 × S1 < (P2 + α) × S2 abgeleitet, wenn Hydraulikfluid in die zweite Kammer 14d eingeleitet und Hydraulikfluid aus der ersten Kammer 14c abgeleitet wird. Das Wechselventil 51 wird folglich in den Zustand der zweiten Position Q2 geschaltet und die erste Einlassöffnung 51a mit der Abflussöffnung 51c verbunden, wodurch der erste Pumpenströmungsweg 33 mit dem Abfluss-Strömungsweg 52 verbunden wird. Daher wird der erste Pumpenströmungsweg 33 mit dem Abfluss-Strömungsweg 52 verbunden, wenn die Zylinderstange 14a des Hydraulikzylinders 14 während der Hub-Orientierung ausfährt. Da das Überschuss-Hydraulikfluid in den Speisekreis 35 abgeleitet wird, wird ein unnötiger Anstieg des Hydraulikdrucks des ersten Strömungswegs 17 verhindert. Der erste Pumpenströmungsweg 33 wird mit dem Abfluss-Strömungsweg 52 verbunden, wenn die Zylinderstange 14a des Hydraulikzylinders 14 während der Hub-Orientierung einfährt. Da das Überschuss-Hydraulikfluid in den Speisekreis 35 abgeleitet wird, wird ein unnötiger Anstieg des Hydraulikdrucks in dem ersten Strömungsweg 17 verhindert.
Wie vorstehend beschrieben wurde, verbindet das Wechselventil 51 in dem erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebssystem 51 den Strömungsweg, der entweder mit der ersten Kammer 14c oder mit der zweiten Kammer 14d, die keiner externen Kraft unterliegt, verbunden ist, mit dem Speisekreis 35. Da der Strömungsweg, der entweder mit der ersten Kammer 14c oder mit der zweiten Kammer 14d verbunden ist, wenn der Hydraulikzylinder 14 keiner externen Kraft ausgesetzt ist, über das Wechselventil 51 mit dem Speisekreis 35 verbunden ist, wird ein Anstieg des Hydraulikdrucks selbst dann verhindert, wenn eine abweichende Steuerung der jeweiligen Verdrängung der ersten Hydraulikpumpe 12 und der zweiten Hydraulikpumpe 13 vorliegt. Auf diese Weise kann in dem hydraulischen Antriebssystem 1 gemäß vorliegender Ausführungsform der Anstieg des Hydraulikdrucks sogar verhindert werden, wenn eine Abweichung in der Steuerung der jeweiligen Verdrängung der Hydraulikpumpen in einem Hydraulikkreis vorliegt, in dem zwischen den Hydraulikpumpen 12 und 13 und dem Hydraulikzylinder 14 ein geschlossener Kreis gebildet ist.
Allgemein wird die Beziehung zwischen einem Druck (nachstehend als ”Schaltdruck” bezeichnet) P, der an den Druckaufnahmeabschnitt eines Schiebers in einem Wechselventil angelegt wird, und einer Hubgröße x eines Hubs aus der Neutralposition des Schiebers durch die folgende Gleichung 1 angegeben. PS = F0 + kx (1)
Dabei ist S der Druckaufnahmebereich des Druckaufnahmeabschnitts, F0 ist die Anlagekraft eines elastischen Elements und k ist die elastische Konstante des elastischen Elements. Eine Abwandlung der Gleichung 1 wird durch die folgende Gleichung 2 angegeben. P = F0 / S + k / Sx (2)
Deshalb sind die Schaltcharakteristiken des Wechselventils 51 in 7 mit L1 und L2 angegeben. Die Schaltcharakteristiken L1 und L2 zeigen die Beziehung zwischen dem Schaltdruck P und der Hubgröße x. In 7 ist die Hubgröße x gleich 0, wenn sich das Wechselventil 51 im Zustand der Neutralposition Qn befindet. Ferner wird die Hubgröße zu einem positiven Wert, wenn sich das Wechselventil 51 in den Zustand der ersten Position Q1 bewegt, und die Hubgröße wird zu einem negativen Wert, wenn sich das Wechselventil 51 in den Zustand der zweiten Position Q2 bewegt. In diesem Fall wird die Schaltcharakteristik L1, wenn sich das Wechselventil 51 im Zustand der ersten Position Q1 befindet, durch die folgende Gleichung 3 angegeben. Die Schaltcharakteristik L2, wenn sich das Wechselventil 51 im Zustand der zweiten Position Q2 befindet, wird durch die folgende Gleichung 4 angegeben. P = F1 / S1 + k1 / S1x (3) P = – F2 / S2 – k2 / S2x (4)
F1 ist die erste Anlagekraft in Gleichung 3, S1 ist der Druckaufnahmebereich des ersten Druckaufnahmeabschnitts 51d und k1 ist die erste elastische Konstante des ersten elastischen Elements 58. F2 in Gleichung 4 ist die zweite Anlagekraft, S2 ist der Druckaufnahmebereich des zweiten Druckaufnahmeabschnitts 51e und k2 ist die elastische Konstante des zweiten elastischen Elements.
Wie vorstehend beschrieben wurde, steht das Verhältnis der elastischen Konstante k1 des ersten elastischen Elements 58 und der elastischen Konstante k2 des zweiten elastischen Elements 59 in einer umgekehrten Beziehung zu dem Verhältnis zwischen dem Druckaufnahmebereich S1 des ersten Druckaufnahmeabschnitts 51d und dem Druckaufnahmebereich S2 des zweiten Druckaufnahmeabschnitts 51e. Aus diesem Grund ist ein Absolutwert a1 der Steigung der Schaltcharakteristik L1, wenn sich das Wechselventil 51 im Zustand der ersten Position Q1 befindet, gleich einem Absolutwert a2 der Steigung der Schaltcharakteristik L2, wenn sich das Zweiwegventil 51 im Zustand der zweiten Position Q2 befindet. Das Verhältnis zwischen der ersten Anlagekraft F1 und der zweiten Anlagekraft F2 steht in einer umgekehrten Beziehung zu dem Verhältnis zwischen dem Druckaufnahmebereich S1 des ersten Druckaufnahmeabschnitts 51d und dem Druckaufnahmebereich S2 des zweiten Druckaufnahmeabschnitts 51e. Deshalb ist ein Absolutwert b1 des Abschnitts der Schaltcharakteristik L1, wenn sich das Wechselventil 51 im Zustand der ersten Position Q1 befindet, gleich einem Absolutwert b2 eines Abschnitts der Schaltcharakteristik L2, wenn sich das Wechselventil 52 im Zustand der zweiten Position Q2 befindet. Aus diesem Grund sind die Schaltcharakteristiken des Wechselventils 51 die gleichen, wenn sich der Schieber 57 aus der Neutralposition zur Seite des ersten Druckaufnahmeabschnitts 51d bewegt und wenn sich der Schieber 57 aus der Neutralposition zur Seite des zweiten Druckaufnahmeabschnitts 51e bewegt. Es lassen sich daher die gleichen Schaltcharakteristiken des Wechselventils 51 erzielen, wenn der Hydraulikdruck des ersten Strömungswegs 17 reduziert wird und wenn der Hydraulikdruck des zweiten Strömungswegs 18 reduziert wird.
Wenn sich das Betätigungselement 46a in der Neutralposition befindet, befindet sich das Strömungswegschaltventil 16 im Zustand der Neutralposition Pn, so dass der erste Strömungsweg 17 und der zweite Strömungsweg 18 über den Einstellströmungsweg 37 mit dem Speiseströmungsweg 35 verbunden sind. Ein Anstieg des Hydraulikdrucks des ersten Strömungswegs 17 und/oder des zweiten Strömungswegs 18 kann daher auch verhindert werden, wenn die Verdrängung der ersten Hydraulikpumpe 12 und/oder der zweiten Hydraulikpumpe 13 nicht null ist, wenn sich das Betätigungselement 46a in der Neutralposition befindet. Insbesondere lässt sich ein Anstieg des Hydraulikdrucks des ersten Strömungswegs 17 und/oder des zweiten Strömungswegs 18 selbst dann verhindern, wenn der Neigungswinkel der ersten Hydraulikpumpe 12 und/oder der zweiten Hydraulikpumpe 13 von dem Winkel abweicht, der der Neutralposition entspricht, wenn sich das Betätigungselement 46a in der Neutralposition befindet.
Vorstehend wurde eine Ausführungsform der vorstehenden Erfindung beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt, sondern erlaubt innerhalb ihres Rahmens verschiedene Modifikation.
8 ist ein Blockdiagramm einer Konfiguration eines hydraulischen Antriebssystems 2 gemäß einem ersten modifizierten Beispiel der vorliegenden Erfindung. In dem hydraulischen Antriebssystem 2 gemäß dem ersten modifizierten Beispiel entfällt das Strömungswegschaltventil 16 des vorstehend beschriebenen hydraulischen Antriebssystems 1. Darüber hinaus erlaubt das Wechselventil 51 eine Verbindung zwischen der ersten Einlassöffnung 51 und der zweiten Einlassöffnung 51b und der Abflussöffnung 51c im Zustand der Neutralposition Qn. Ansonsten sind die Konfigurationen die gleichen wie jene des vorstehend beschriebenen hydraulischen Antriebssystems 1. Wenn sich das Wechselventil 51 in dem hydraulischen Antriebssystem 2 gemäß dem ersten modifizierten Beispiel im Zustand der Neutralposition Qn befindet, sind der erste Strömungsweg 17 und der zweite Strömungsweg 18 über den Abfluss-Strömungsweg 52 mit dem Speiseströmungsweg 35 verbunden. Daher kann ein Anstieg des Hydraulikdrucks des ersten Strömungswegs 17 und/oder des zweiten Strömungswegs 18 selbst dann verhindert werden, wenn die Verdrängung der ersten Hydraulikpumpe 12 und/oder der zweiten Hydraulikpumpe 13 in der Neutralposition des Betätigungselements 46a null ist. Insbesondere kann ein Anstieg des Hydraulikdrucks des ersten Strömungswegs 17 und/oder des zweiten Strömungswegs 18 auch dann verhindert werden, wenn der Neigungswinkel der ersten Hydraulikpumpe 12 und/oder der Neigungswinkel der zweiten Hydraulikpumpe 13 von dem Winkel abweicht, der in der Neutralposition des Betätigungselements 46a der Neutralposition entspricht.
Bei dem hydraulischen Antriebssystem 1 gemäß der vorstehenden Ausführungsform steuern die Pumpen-Flussratensteuereinheiten 25 und 26 die Verdrängung der Hydraulikpumpen 12 und 13 durch eine Steuerung der Neigungswinkel der Hydraulikpumpen 12 und 13. Insbesondere steuern die Pumpen-Flussratensteuereinheiten 25 und 26 die Förderflussrate der Hydraulikpumpen 12 und 13 durch die Steuerung der Neigungswinkel der Hydraulikpumpen 12 und 13. Die Förderflussraten der Hydraulikpumpen 12 und 13 können jedoch auch durch eine Steuerung der Drehzahlen der Hydraulikpumpen 12 und 13 gesteuert werden. Es kann zum Beispiel ein Elektromotor als Antriebsquelle verwendet werden. 9 ist ein Blockdiagramm einer Konfiguration eines hydraulischen Antriebssystems 3 gemäß einem zweiten modifizierten Beispiel. Anstelle der Antriebsmaschine 11 in dem hydraulischen Antriebssystem 1 gemäß vorstehender Ausführungsform ist in dem hydraulischen Antriebssystem 3 gemäß dem zweiten modifizierten Beispiel ein Elektromotor 60 vorgesehen. Die Hydraulikpumpen 12 und 13 sind Konstantpumpen. In diesem Fall steuert die Pumpen-Steuervorrichtung 24 die Drehzahlen der Hydraulikpumpen 12 und 13 derart, dass die Drehzahlen der Hydraulikpumpen 12 und 13 einer Soll-Drehzahl angepasst sind, die dem Betätigungsbetrag des Betätigungselements 46a entsprechen, indem die Drehzahl des Elektromotors 60 gesteuert wird. Anstelle der Antriebsmaschine 11 in dem hydraulischen Antriebssystem 2 gemäß dem ersten modifizierten Beispiel kann der Elektromotor 60 in einem hydraulischen Antriebssystem 4 gemäß einem dritten modifizierten Beispiel, das in 10 dargestellt ist, als Antriebsquelle verwendet werden. Wenn die Volumeneffizienz der ersten Hydraulikpumpe 12 und der zweiten Hydraulikpumpe 13 bedingt durch Alterung etc. in den Hydrauliksystemen 3 und 4 voneinander abweichen, ist es möglich, dass der Unterschied zwischen der Förderflussrate der ersten Hydraulikpumpe 12 und der Förderflussrate der zweiten Hydraulikpumpe 13 größer wird. Aber auch in diesem Fall kann in den hydraulischen Antriebssystemen 3 und 4 ein unnötiger Anstieg des Hydraulikdrucks desjenigen Strömungswegs des ersten Strömungswegs 17 und des zweiten Strömungswegs 18, der keiner externen Last unterliegt, unterbunden werden.
Der Abfluss-Strömungsweg 52 ist bei den hydraulischen Antriebssystemen 1 bis 4 gemäß der vorstehenden Ausführungsform und gemäß den modifizierten Beispielen eins bis drei mit dem Speisekreis 19 verbunden. Der Abfluss-Strömungsweg 52 kann jedoch auch mit einem Hydraulikfluidbehälter verbunden sein. 11 ist ein Blockdiagramm einer Konfiguration eines hydraulischen Antriebssystems 5 gemäß einem vierten modifizierten Beispiel. Der Abfluss-Strömungsweg 52 ist bei dem hydraulischen Antriebssystem 5 gemäß dem vierten modifizierten Beispiel mit dem Hydraulikfluidbehälter 27 verbunden. Die übrigen Konfigurationen sind die gleichen wie jene des vorstehend beschriebenen hydraulischen Antriebssystems 1.
Das Verhältnis zwischen dem Druckaufnahmebereich der ersten Kammer 14c und dem Druckaufnahmebereich der zweiten Kammer 14d ist beispielsweise als 2:1 angegeben. Das Verhältnis zwischen dem Druckaufnahmebereich der ersten Kammer 14c und dem Druckaufnahmebereich der zweiten Kammer 14d ist jedoch nicht auf 2:1 beschränkt, sondern kann auch ein anderer Wert sein.
Das Verhältnis zwischen der elastischen Konstante des ersten elastischen Elements 58 und der elastischen Konstante des zweiten elastischen Elements 59 steht in einer umgekehrten Beziehung zu dem Verhältnis zwischen dem Druckaufnahmebereich des ersten Druckaufnahmeabschnitts 51d und dem Druckaufnahmebereich des zweiten Druckaufnahmeabschnitts 51e. Das Verhältnis zwischen der elastischen Konstante des ersten elastischen Elements 58 und der elastischen Konstante des zweiten elastischen Elements 59 ist jedoch nicht auf die vorgenannte umgekehrte Beziehung beschränkt. Unter dem Gesichtspunkt der Annäherung der Schaltcharakteristiken des Wechselventils 51 beim Reduzieren des Hydraulikdrucks des ersten Strömungswegs 17 an die Schaltcharakteristiken des Wechselventils 51 beim Reduzieren des Hydraulikdrucks des zweiten Strömungswegs 18 ist die vorstehend genannte umgekehrte Beziehung jedoch erwünscht.
Das Verhältnis zwischen der ersten Anlagekraft und der zweiten Anlagekraft steht in der vorstehenden Ausführungsform in einer umgekehrten Beziehung zu dem Verhältnis zwischen dem Druckaufnahmebereich des ersten Druckaufnahmeabschnitts 51d und dem Druckaufnahmebereich des zweiten Druckaufnahmeabschnitts 51e. Das Verhältnis zwischen der ersten Anlagekraft und der zweiten Anlagekraft ist jedoch nicht auf die vorstehende Beziehung des Verhältnisses beschränkt. Unter dem Gesichtspunkt der Annäherung der Schaltcharakteristiken des Wechselventils 51 beim Reduzieren des Hydraulikdrucks des ersten Strömungswegs 17 an die Schaltcharakteristiken des Wechselventils 51 beim Reduzieren des Hydraulikdrucks des zweiten Strömungswegs 18 ist die vorstehend genannte umgekehrte Beziehung jedoch erwünscht.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Erfindungsgemäß wird ein hydraulisches Antriebssystem angegeben, bei dem ein Anstieg des Hydraulikdrucks selbst dann unterbunden werden kann, wenn in einem Hydraulikkreis, in dem zwischen einer Hydraulikpumpe und einem Hydraulikzylinder ein geschlossener Kreis gebildet ist, eine abweichende Flussratensteuerung zwischen den Hydraulikpumpen stattfindet.
Bezugszeichenliste

1: hydraulisches Antriebssystem
14: Hydraulikzylinder
15: Hydraulikfluidströmungsweg
19: Speisekreis
24a: Pumpensteuereinheit
28: Speisepumpe
35: Speiseweg
51: Wechselventil

Claims

Hydraulisches Antriebssystem, umfassend: eine erste Hydraulikpumpe mit einer ersten Öffnung eines geschlossenen Kreises und einer zweiten Öffnung des geschlossenen Kreises, wobei die erste Hydraulikpumpe schaltbar ist zwischen einem ersten Förderzustand, in dem Hydraulikfluid aus der zweiten Öffnung des geschlossenen Kreises angesaugt und Hydraulikfluid aus der ersten Öffnung des geschlossenen Kreises abgegeben wird, und einem zweiten Förderzustand, in dem Hydraulikfluid aus der ersten Öffnung des geschlossenen Kreises angesaugt und Hydraulikfluid aus der zweiten Öffnung des geschlossenen Kreises abgegeben wird; einen Hydraulikzylinder mit einer Zylinderstange und einem Zylinderrohr, wobei der Innenraum des Zylinderrohres durch die Zylinderstange in eine erste Kammer und eine zweite Kammer unterteilt ist, wobei ein Druckaufnahmebereich auf der Seite der ersten Kammer der Zylinderstange größer ist als ein Druckaufnahmebereich auf der Seite der zweiten Kammer, wobei der Hydraulikzylinder ausfährt, wenn Hydraulikfluid in die erste Kammer eingeleitet und Hydraulikfluid aus der zweiten Kammer abgeleitet wird, und wobei der Hydraulikzylinder einfährt, wenn Hydraulikfluid in die zweite Kammer eingeleitet und Hydraulikfluid aus der ersten Kammer abgeleitet wird; einen Hydraulikfluidströmungsweg mit einem ersten Strömungsweg, der die erste Öffnung des geschlossenen Kreises und die erste Kammer verbindet, und mit einem zweiten Strömungsweg, der die zweite Öffnung des geschlossenen Kreises und die zweite Kammer verbindet; einen Hydraulikfluidbehälter, der konfiguriert ist für die Speicherung von Hydraulikfluid; eine zweite Hydraulikpumpe mit einer ersten Öffnung eines offenen Kreises, die mit dem ersten Strömungsweg verbunden ist, und mit einer zweiten Öffnung des offenen Kreises, die mit dem Hydraulikfluidbehälter verbunden ist, wobei die Hydraulikpumpe schaltbar ist zwischen einem ersten Förderzustand, in dem Hydraulikfluid aus der zweiten Öffnung des offenen Kreises angesaugt und Hydraulikfluid aus ersten Öffnung des offenen Kreis abgegeben wird, und einem zweiten Förderzustand, in dem Hydraulikfluid aus der ersten Öffnung des offenen Kreises angesaugt und Hydraulikfluid aus der zweiten Öffnung des offenen Kreises abgegeben wird; einen Speisekreis mit einem Speisströmungsweg, der mit dem Hydraulikfluidströmungsweg verbunden ist, und mit einer Speisepumpe, die konfiguriert ist für die Förderung von Hydraulikfluid in den Speiseströmungsweg, wobei der Speisekreis das Hydraulikfluid in dem Hydraulikfluidströmungsweg ergänzt, wenn ein Hydraulikdruck des Hydraulikfluidströmungswegs niedriger ist als ein Hydraulikdruck des Speiseströmungswegs; eine Pumpen-Steuereinheit, die konfiguriert ist für die Steuerung einer Förderflussrate der ersten Hydraulikpumpe und einer Förderflussrate der zweiten Hydraulikpumpe derart, dass ein Verhältnis der Förderflussrate der ersten Hydraulikpumpe zu einer Summe der Förderflussrate der ersten Hydraulikpumpe und der Förderflussrate der zweiten Hydraulikpumpe einem Verhältnis eines Druckaufnahmebereichs der zweiten Kammer zu dem Druckaufnahmebereich der ersten Kammer gleicht; und ein WechselventilWechselventil mit einer ersten Einlassöffnung, die mit dem ersten Strömungsweg verbunden ist, einer zweiten Einlassöffnung, die mit dem zweiten Strömungsweg verbunden ist, einer Abflussöffnung, die mit dem Hydraulikfluidbehälter oder mit dem Speiseströmungsweg verbunden ist, einem ersten Druckaufnahmebereich, an den der Hydraulikdruck des ersten Strömungswegs angelegt wird, und einen zweiten Druckaufnahmebereich, an den der Hydraulikdruck des zweiten Strömungswegs angelegt wird, wobei das Wechselventil derart konfiguriert ist, dass dieses den Zustand einer ersten Position einnimmt, der eine Verbindung zwischen der zweiten Einlassöffnung und der Abflussöffnung erlaubt, wenn eine Kraft, die durch den Hydraulikdruck des ersten Strömungswegs auf den ersten Druckaufnahmeabschnitt ausgeübt wird, größer ist als eine Kraft, die durch den Hydraulikdruck des zweiten Strömungswegs auf den zweiten Druckaufnahmeabschnitt ausgeübt wird, wobei das Wechselventil derart konfiguriert ist, dass dieses den Zustand einer zweiten Position einnimmt, der eine Verbindung zwischen der ersten Einlassöffnung und der Abflussöffnung erlaubt, wenn eine Kraft, die durch den Hydraulikdruck des zweiten Strömungswegs auf den zweiten Druckaufnahmeabschnitt ausgeübt wird, größer ist als eine Kraft, die durch den Hydraulikdruck des ersten Strömungswegs auf den ersten Druckaufnahmeabschnitt ausgeübt wird, und wobei ein Verhältnis zwischen einem Druckaufnahmebereich des ersten Druckaufnahmeabschnitts und einem Druckaufnahmebereich des zweiten Druckaufnahmeabschnitts gleich einem Verhältnis zwischen einem Druckaufnahmebereich auf der Seite der ersten Kammer der Zylinderstange und einem Druckaufnahmebereich auf der Seite der zweiten Kammer ist.
Hydraulisches Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei das Wechselventil einen Schieber hat, ein erstes elastisches Element, das derart konfiguriert ist, dass dieses den Schieber von der Seite des ersten Druckaufnahmeabschnitts in Richtung auf die Seite des zweiten Druckaufnahmeabschnitts drückt, und ein zweites elastisches Element, das derart konfiguriert ist, dass dieses den Schieber von der Seite des zweiten Druckaufnahmeabschnitts in Richtung auf die Seite des ersten Druckaufnahmeabschnitts drückt; und wobei ein Verhältnis einer elastischen Konstante des ersten elastischen Elements und einer elastischen Konstante des zweiten elastischen Elements in einer umgekehrten Beziehung zu dem Verhältnis zwischen dem Druckaufnahmebereich des ersten Druckaufnahmeabschnitts und dem Druckaufnahmebereich des zweiten Druckaufnahmeabschnitts steht.
Hydraulisches Antriebssystem gemäß Anspruch 2, wobei das erste elastische Element derart befestigt ist, dass es den Schieber mit einer ersten Anlagekraft beaufschlagt, wenn sich der Schieber in einer Neutralposition befindet; wobei das zweite elastische Element derart befestigt ist, dass es den Schieber mit einer zweiten Anlagekraft beaufschlagt, wenn sich der Schieber in der Neutralposition befindet; und wobei ein Verhältnis zwischen der ersten Anlagekraft und der zweiten Anlagekraft in einer umgekehrten Beziehung zu dem Verhältnis zwischen dem Druckaufnahmebereich des ersten Druckaufnahmeabschnitts und dem Druckaufnahmebereich des zweiten Druckaufnahmeabschnitts steht.
Hydraulisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend: ein Betätigungselement, das in eine Richtung zum Ausfahren des Hydraulikzylinders aus der Neutralposition und in eine Richtung zum Einfahren des Hydraulikzylinders aus der Neutralposition betätigbar ist; ein Schaltventil, das in dem Hydraulikfluidströmungsweg zwischen die erste Hydraulikpumpe und den Hydraulikzylinder geschaltet ist; und einen Einstellweg, der mit dem Hydraulikfluidbehälter oder mit dem Speiseströmungsweg verbunden ist; wobei der erste Strömungsweg einen ersten Pumpenströmungsweg umfasst, der mit der ersten Öffnung des geschlossenen Kreises verbunden ist, und einen ersten Zylinderströmungsweg, der mit der ersten Kammer verbunden ist; wobei der zweite Strömungsweg einen zweiten Pumpenströmungsweg umfasst, der mit der zweiten Öffnung des geschlossenen Kreises verbunden ist, und einen zweiten Zylinderströmungsweg, der mit der zweiten Kammer verbunden ist; und wobei das Schaltventil den ersten Pumpenströmungsweg und den zweiten Pumpenströmungsweg mit dem Einstellströmungsweg verbindet, wenn sich das Betätigungselement in der Neutralposition befindet.
Hydraulisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Wechselventil im Zustand der Neutralposition eine Verbindung der ersten Einlassöffnung und der zweiten Einlassöffnung mit der Abflussöffnung erlaubt.