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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Antriebssystem.
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BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
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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.
WO 2007/044 130 A1 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.
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US 8 033 107 B2 offenbart einen hydrostatischen Antrieb mit einer ersten und einer zweiten Hydropumpe und einem doppelt wirkenden Hydraulikzylinder. Der doppelt wirkende Hydraulikzylinder weist eine erste Arbeitskammer und eine zweite Arbeitskammer auf. Die erste Arbeitskammer wird durch eine erste Kolbenfläche eines Arbeitskolbens und die zweite Arbeitskammer durch eine zweite Kolbenfläche des Arbeitskolbens begrenzt. Die erste Arbeitskammer ist mit einem ersten Anschluss der ersten Hydropumpe und einem ersten Anschluss der zweiten Hydropumpe verbunden. Die zweite Arbeitskammer ist mit einem zweiten Anschluss der zweiten Hydropumpe verbunden. Ein zweiter Anschluss der ersten Hydropumpe ist mit einem Druckmittelreservoir verbunden. Das Verhältnis von der ersten Kolbenfläche zur zweiten Kolbenfläche unterscheidet sich vom Verhältnis des Gesamtfördervolumens der beiden Hydropumpen zu dem Fördervolumen der zweiten Hydropumpe. Zum Volumenstromausgleich ist ein Entnahmeventil zur Entnahme von Druckmittel vorgesehen.
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In dem geschlossenen Hydraulikkreis ist häufig ein Speisekreis installiert. Der Speisekreis ist vorgesehen zum Ergänzen des Hydraulikfluids um einen Betrag, welcher der aus der Hydraulikpumpe leckenden Ölmenge entspricht. In dem Speisekreis sind eine Speisepumpe und ein Entlastungsventil vorgesehen. Die Pumpe ist normalerweise eine Konstantpumpe und wird durch eine Antriebsquelle wie beispielsweise eine Antriebsmaschine angetrieben. Das Entlastungsventil reguliert den Hydraulikdruck (im Folgenden als "Speisedruck" bezeichnet) in dem Speisekreis. Wenn die Durchflussrate des der Hydraulikpumpe zugeführten Hydraulikfluids unzureichend ist, fällt der Hydraulikdruck in dem geschlossenen Hydraulikkreis unter den Speisedruck ab, und der geschlossene Hydraulikkreis wird mit Hydraulikfluid aus dem Speisekreis versorgt.
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ÜBERSICHT
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Technisches Problem
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Es ist erstrebenswert, den vorstehend beschriebenen geschlossenen Hydraulikkreis in einem Hydraulikkreis vorzusehen, für den eine ausreichende Regeneration kinetischer Energie und potenzieller Energie erwartet wird. Folglich ist der geschlossene Hydraulikkreis oftmals unabhängig von einem normalen Hydraulikkreis vorgesehen. Bei einem Hydraulikbagger zum Beispiel wird ein Auslegerzylinder durch den geschlossenen Hydraulikkreis angetrieben. Bei einem Radlader wird alternativ ein Hubzylinder durch den geschlossenen Hydraulikkreis angetrieben. In diesen Fällen ist der geschlossene Hydraulikkreis nicht in Betrieb, wenn das Fahrzeug fährt. Die in der Speisepumpe verbrauchte Energie ist daher meist verloren.
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Die Verwendung einer Verstellpumpe als Speisepumpe kann erwogen werden, um den Energieverlust in der vorgenannten Speisepumpe zu verringern. Der Energieverlust in der Speisepumpe lässt sich in diesem Fall reduzieren, indem die Durchflussrate der Speisepumpe in null geändert wird, wenn der geschlossene Hydraulikkreis nicht in Betrieb ist. Verstellpumpen sind jedoch teurer als Konstantpumpen, so dass sich die Kosten eines Arbeitsfahrzeugs erhöhen, wenn als Speisepumpe eine Verstellpumpe verwendet wird.
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Darüber hinaus ist in dem vorgenannten geschlossenen Hydraulikkreis ein Rückschlagventil vorgesehen, um einen Rückstrom des Hydraulikfluids zu verhindern. Das Rückschlagventil ist in dem geschlossenen Hydraulikkreis zwischen eine Hydraulikpumpe und einen Hydraulikzylinder geschaltet. Das Rückschlagventil liegt in dem geschlossenen Hydraulikkreis beispielsweise zwischen der Hydraulikpumpe und dem Auslegerzylinder, wenn der Hydraulikzylinder ein Auslegerzylinder in einem Hydraulikbagger ist. Da eine Auflast des Baggerlöffels oder die Last der Eigenmasse des Arbeitsgeräts auf den Auslegerzylinder wirken, wird in einem Strömungsweg zwischen dem Auslegerzylinder und dem Rückschlagventil ein Hydraulikdruck zum Stützen einer solchen Last (im Folgenden als "Haltedruck" bezeichnet) erzeugt. Wenn das Hydraulikfluid zu dem Auslegerzylinder geleitet wird, der sich in diesem Zustand befindet, wird das von der Hydraulikpumpe abgegebene Hydraulikfluid zunächst genutzt, um den Hydraulikdruck zwischen der Hydraulikpumpe und dem Rückschlagventil auf den Haltedruck zu erhöhen. Dann, wenn der Hydraulikdruck in dem Strömungsweg zwischen der Hydraulikpumpe und dem Rückschlagventil dem Haltedruck gleicht oder diesen übersteigt, wird das Rückschlagventil geöffnet und das Hydraulikfluid zu dem Auslegerzylinder geleitet. Folglich setzt der Betrieb des Auslegerzylinders ein. Da vor dem Beginn des Betriebs des Auslegerzylinders kein Öl aus dem Hydraulikzylinder in die Hydraulikpumpe zurückfließt, wird das gesamte Hydraulikfluid, das in die Hydraulikpumpe gespeist wird, von dem Speisekreis zugeführt. Deshalb benötigt die Speisepumpe lediglich eine Kapazität, die ausreicht, damit eine Durchflussrate des Hydraulikfluids bereitgestellt werden kann, wenn der Druck auf diese Weise angehoben wird. Umgekehrt erreicht der bestehende Hydraulikdruck zwischen der Hydraulikpumpe und dem Auslegerzylinder den für den Antrieb des Auslegerzylinders erforderlichen Druck, während der Auslegerzylinder in Betrieb ist. Daher kann die Pumpe unter Umständen das Hydraulikfluid mit einer Rate zuführen, die niedriger ist als die vorgenannte Rate bei der Erhöhung des Drucks. Wird die Kapazität der Speisepumpe auf der Basis festgelegt, dass der Druck wie vorstehend beschrieben erhöht wird, wird während des Betriebs des Auslegerzylinders ein Hydraulikfluid mit zu hoher Durchflussrate bereitgestellt. Das Hydraulikfluid mit der zu hohen Durchflussrate wird aus dem Speiseflussweg in einen Hydraulikfluidbehälter abgeleitet. Auf diese Weise wird bei einer Kapazität der Speisepumpe, die auf der Basis einer Druckerhöhung wie vorstehend beschrieben festgelegt wird, das Hydraulikfluid mit der zu hohen Durchflussrate aus dem Speiseflussweg abgeleitet und damit verschwendet. Wenn ferner die Kapazität der Speisepumpe hoch ist, erhöht sich auch der Energieverlust in der Speisepumpe in deren vorgenanntem Zustand, wenn der geschlossene Hydraulikkreis nicht in Betrieb ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisches Antriebssystem anzugeben, bei dem der Energieverlust in der Speisepumpe verringert werden kann.
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Problemlösung
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Diese Aufgabe wird durch ein hydraulisches Antriebssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Das hydraulische Antriebssystem gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist mit einer Hauptpumpe, einem Hydraulikzylinder, einem Hydraulikfluidströmungsweg, einem Rückschlagventil, einem Speisekreis, einem Betätigungselement, einer Betriebszustand-Bestimmungseinheit, einer Förderdruck-Reduzierungseinheit, einer Förderdruck-Steuereinheit, einem Speicher (kann auch als Akkumulator oder Druckspeicher bezeichnet werden) und einem Einwegventil versehen. Die Hauptpumpe umfasst eine erste Hydraulikpumpe und eine zweite Hydraulikpumpe, die Hydraulikfluid fördern. Der Hydraulikzylinder wird durch das von der Hauptpumpe geförderte Hydraulikfluid angetrieben. Der Hydraulikfluidströmungsweg verbindet die erste Hydraulikpumpe und die zweite Hydraulikpumpe mit dem Hydraulikzylinder. Der Hydraulikfluidströmungsweg bildet einen geschlossenen Kreis zwischen der ersten Hydraulikpumpe und dem Hydraulikzylinder. Das Rückschlagventil (kann auch als Absperr- oder Sperrventil bezeichnet werden) ist in dem Hydraulikfluidströmungsweg zwischen der Hauptpumpe und dem Hydraulikzylinder angeordnet. Das Rückschlagventil lässt Hydraulikfluid von der Hauptpumpe zum dem Hydraulikzylinder hindurchströmen, verhindert jedoch, dass Hydraulikfluid von dem Hydraulikzylinder zur Hauptpumpe hindurchströmt. Der Speisekreis hat einen Speiseströmungsweg und eine Speisepumpe. Der Speiseströmungsweg ist in dem Hydraulikfluidströmungsweg zwischen die Hauptpumpe und das Rückschlagventil geschaltet. Die Speisepumpe fördert Hydraulikfluid in den Speiseströmungsweg. Der Speisekreis ergänzt das Hydraulikfluid in dem Hydraulikfluidströmungsweg, wenn der Hydraulikdruck in dem Hydraulikfluidströmungsweg niedriger als der Speisedruck ist. Das Betätigungselement ist ein Element zum Betätigen des Hydraulikzylinders. Die Betriebszustand-Bestimmungseinheit bestimmt, ob der Hydraulikzylinder in Betrieb ist oder nicht in Betrieb ist. Eine Förderdruck-Reduzierungseinheit reduziert den Förderdruck einer Speisepumpe. Eine Förderdruck-Steuereinheit steuert die Förderdruck-Reduzierungseinheit, während der Hydraulikzylinder nicht in Betrieb ist, um den Förderdruck der Speisepumpe auf einen niedrigen Druck, der niedriger als ein Normaldruck ist, zu reduzieren. Der Normaldruck ist der Förderdruck der Speisepumpe, wenn der Hydraulikzylinder in Betrieb ist. Ein Speicher ist mit einem Speiseströmungsweg verbunden. Ein Einwegventil ist zwischen den Speicher und die Speisepumpe geschaltet. Das Einwegventil lässt Hydraulikfluid von der Speisepumpe zu dem Speicher hindurchströmen, verhindert jedoch, dass Hydraulikfluid von dem Speicher zur Speisepumpe hindurchströmt.
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Das hydraulische Antriebssystem gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf das hydraulische Antriebssystem gemäß dem ersten Aspekt und umfasst ferner eine Detektoreinheit für gespeicherten Druck und eine Bestimmungseinheit für gespeicherten Druck. Die Detektoreinheit für gespeicherten Druck detektiert einen gespeicherten Druck des Speichers. Die Bestimmungseinheit für gespeicherten Druck bestimmt, ob der gespeicherte Druck des Speichers gleich dem oder kleiner als ein erster Einstelldruck ist. Die Förderdruck-Steuereinheit ändert den Förderdruck der Speisepumpe von dem niedrigen Druck in den Normaldruck, wenn der gespeicherte Druck des Speichers gleich dem oder kleiner als der erste Einstelldruck ist, während der erste Hydraulikzylinder nicht in Betrieb ist.
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Das hydraulische Antriebssystem gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf das hydraulische Antriebssystem gemäß dem zweiten Aspekt, wobei die Bestimmungseinheit für gespeicherten Druck bestimmt, ob der gespeicherte Druck des Speichers gleich dem oder größer als ein zweiter Einstelldruck ist. Der zweite Einstelldruck ist höher als der erste Einstelldruck. Die Förderdruck-Steuereinheit führt den Förderdruck der Speisepumpe von dem Normaldruck zurück auf den Normaldruck, wenn der gespeicherte Druck des Speichers von einem Druck, der gleich dem oder kleiner als der erste Einstelldruck ist, wieder einen Druck erreicht hat, der gleich dem oder größer als der zweite Einstelldruck ist, während der Hydraulikzylinder nicht in Betrieb ist.
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Das hydraulische Antriebssystem gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf das hydraulische Antriebssystem gemäß dem zweiten oder dritten Aspekt und umfasst ferner eine Pumpen-Steuereinheit. Die Pumpen-Steuereinheit steuert die Abgabeflussrate der Hauptpumpe auf der Basis einer Betätigungsposition des Betätigungselements. Die Betriebszustand-Bestimmungseinheit bestimmt auf der Basis der Betätigungsposition des Betätigungselements, ob der Hydraulikzylinder in Betrieb ist oder nicht in Betrieb ist. Die Einheit zum Bestimmen des gespeicherten Drucks bestimmt, ob der gespeicherte Druck des Speichers gleich einem oder kleiner als ein dritter Einstelldruck ist. Die Pumpen-Steuereinheit führt eine Standby-Steuerung durch, auch wenn durch das Betätigungselement eine Betätigung für den Start der Hydraulikfluidförderung durch die Hauptpumpe erfolgt, wenn der gespeicherte Druck des Speichers gleich dem oder kleiner als der dritte Einstelldruck ist. Die Standby-Steuerung ist eine Steuerung, die den Beginn der Förderung von Hydraulikfluid durch die Hauptpumpe nicht zulässt, bevor der gespeicherte Druck des Speichers größer als der dritte Einstelldruck ist.
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Das hydraulische Antriebssystem gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf den vierten Aspekt, wobei der dritte Einstelldruck ein Druck ist, der gleich dem oder größer als der erste Einstelldruck ist.
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Ein hydraulisches Antriebssystem gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf das hydraulische Antriebssystem des vierten oder fünften Aspekts und umfasst ferner eine Anzeigevorrichtung, die anzeigt, dass die Standby-Steuerung gerade durchgeführt wird.
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Ein hydraulisches Antriebssystem gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eines der hydraulischen Antriebssysteme gemäß einem der Aspekte eins bis sechs, wobei die Betriebszustand-Bestimmungseinheit bestimmt, dass der Hydraulikzylinder nicht in Betrieb ist, wenn das Betätigungselement über eine Zeitspanne, die gleich einer oder größer als eine bestimmte Zeitspanne ist, in Neutralposition gehalten wird.
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Das hydraulische Antriebssystem gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf einen der Aspekte eins bis sieben, wobei der Speiseströmungsweg einen ersten Speiseströmungsweg und einen zweiten Speiseströmungsweg umfasst. Der erste Speiseströmungsweg ist mit der Speisepumpe verbunden. Der zweite Speiseströmungsweg ist über das Einwegventil mit dem ersten Speiseströmungsweg verbunden. Die Förderdruck-Reduzierungseinheit reduziert den Hydraulikdruck in dem ersten Speiseströmungsweg.
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Wirkungen der Erfindung
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Bei dem hydraulischen Antriebssystem gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Förderdruck der Speisepumpe auf den niedrigen Druck reduziert, wenn der Hydraulikzylinder nicht in Betrieb ist. Dadurch kann der Energieverlust in der Speisepumpe verringert werden. Ferner wird die Ergänzung des Hydraulikfluids in dem Hydraulikfluidströmungsweg mit Hydraulikfluid ermöglicht, das aus der Speisepumpe gefördert wird, und mit Hydraulikfluid, das in dem Speicher gespeichert ist, wenn der Druck in dem Hydraulikfluidströmungsweg zwischen der Hauptpumpe und dem Rückschlagventil auf den Haltedruck angehoben wird. Die Speisepumpe kann dadurch kleiner gebaut sein als im Fall einer Ergänzung des Hydraulikfluids in dem Hydraulikfluidströmungsweg alleine mit Hydraulikfluid aus der Speisepumpe. Der Energieverlust in der Speisepumpe lässt sich auf diese Weise weiter verringern. Die Strömung von Hydraulikfluid, das in dem Speicher gespeichert ist, zur Speisepumpe wird untersagt, wenn die Speisepumpe durch das Einwegventil gestoppt wird. Dadurch lässt sich eine Verringerung des gespeicherten Drucks des Speichers verhindern.
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Umgekehrt tritt Hydraulikfluid, das in dem Speicher gespeichert ist, an den Gleitelementen des Hydraulikzylinders nach und nach aus, auch wenn der Hydraulikzylinder nicht in Betrieb ist. Das Ergebnis ist, dass der gespeicherte Druck des Speichers aufgrund der Verringerung des in dem Speicher gespeicherten Hydraulikfluids über die Zeit abnimmt, wenn der Förderdruck der Speisepumpe über eine lange Zeit auf dem niedrigen Druck gehalten wird. In diesem Zustand besteht die Sorge, dass die erste Hydraulikpumpe wegen der mangelnden Ergänzung des Hydraulikfluids in dem Hydraulikfluidströmungsweg mit Hydraulikfluid aus dem Speisekreis Luft ansaugt oder kavitiert, wenn der Hydraulikzylinder in Betrieb ist. Dementsprechend ändert die Förderdruck-Steuereinheit in dem hydraulischen Antriebssystem gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung den Förderdruck der Speisepumpe von dem niedrigen Druck in den Normaldruck, wenn der gespeicherte Druck des Speichers gleich dem oder niedriger als der erste Einstelldruck ist, während der Hydraulikzylinder nicht in Betrieb ist. Eine Verringerung des gespeicherten Drucks des Speichers kann folglich verhindert werden, auch wenn der Hydraulikzylinder lange Zeit außer Betrieb bleibt. Insbesondere kann eine Luftansaugung oder Kavitation in der ersten Hydraulikpumpe verhindert werden, wenn der Hydraulikzylinder in Betrieb gesetzt wird.
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Bei dem hydraulischen Antriebssystem gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung kehrt der Förderdruck der Speisepumpe von dem Normaldruck zurück zu dem niedrigen Druck, wenn der gespeicherte Druck des Speichers wieder einen Druck gleich dem oder größer als der zweite Einstelldruck erreicht hat. Eine Verringerung des gespeicherten Drucks des Speichers wird dadurch verhindert und der Energieverlust in der Speisepumpe verringert.
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Bei dem hydraulischen Antriebssystem gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung setzt die Förderung von Hydraulikfluid durch die Hauptpumpe erst ein, wenn der gespeicherte Druck des Speichers den dritten Einstelldruck übersteigt, auch wenn das Betätigungselement betätigt wird. Dadurch lässt sich eine Luftansaugung oder Kavitation in der ersten Hydraulikpumpe verhindern.
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Bei dem hydraulischen Antriebssystem gemäß dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Förderung von Hydraulikfluid aus der Hauptpumpe in einem Zustand beginnen, in dem eine benötigte Hydraulikfluidmenge in dem Speicher gespeichert ist.
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Bei dem hydraulischen Antriebssystem gemäß dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Maschinenführer benachrichtigt, dass die Hauptpumpe wegen der Durchführung der Standby-Steuerung anläuft.
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Bei dem hydraulischen Antriebssystem gemäß dem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung lässt sich verhindern, dass, wenn das Betätigungselement zum Beispiel kurzzeitig die Neutralposition passiert, irrtümlich bestimmt wird, dass der Hydraulikzylinder nicht in Betrieb ist, während der Hydraulikzylinder tatsächlich in Betrieb ist.
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Bei dem hydraulischen Antriebssystem gemäß dem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung reduziert die Förderdruck-Reduzierungseinheit den Druck in dem ersten Speiseströmungsweg, weshalb der Förderdruck der Speisepumpe verringert wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Blockdiagramm einer Konfiguration eines hydraulischen Antriebssystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung der Verarbeitung für die Steuerung eines Förderdrucks einer Speisepumpe;
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3 ist ein Flussdiagramm der Verarbeitung für eine Standby-Steuerung;
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4 ist ein Blockdiagramm einer Konfiguration eines hydraulischen Antriebssystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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5 ist ein Blockdiagramm einer Konfiguration eines hydraulischen Antriebssystems gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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6 ist ein Blockdiagramm einer Konfiguration eines hydraulischen Antriebssystems gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ein hydraulisches Antriebssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert.
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1. Erste Ausführungsform
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1 ist ein Blockdiagramm einer Konfiguration eines hydraulischen Antriebssystems 1 gemäß einer ersten 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 umfasst eine Antriebsmaschine 11, eine Hauptpumpe 10, einen Hydraulikzylinder 14, einen Hydraulikfluidströmungsweg 15, ein Strömungsweg-Schaltventil 16, eine Antriebsmaschinen-Steuervorrichtung 22 und eine Pumpen-Steuervorrichtung 24.
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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.
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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.
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Die erste Hydraulikpumpe 12 ist eine Verstellpumpe. Die Abgabeflussrate 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 Pumpenflussraten-Steuereinheit 25. Die erste Pumpenflussraten-Steuereinheit 25 steuert die Abgabeflussrate der ersten Hydraulikpumpe 12 durch eine Steuerung des Neigungswinkels der ersten Hydraulikpumpe 12 auf der Basis eines Befehlssignals 24 von der Pumpen-Steuervorrichtung 24. Die erste Hydraulikpumpe 12 ist eine hydraulische Zweirichtungs-Förderpumpe. Insbesondere hat die erste Hydraulikpumpe 12 einen ersten Pumpenstutzen 12a und einen zweiten Pumpenstutzen 12b. Die erste Hydraulikpumpe 12 ist schaltbar zwischen einem ersten Förderzustand und einem zweiten Förderzustand. In dem ersten Förderzustand saugt die erste Hydraulikpumpe 12 Hydraulikfluid durch den zweiten Pumpenstutzen 12b an und gibt das Hydraulikfluid durch den ersten Pumpenstutzen 12a ab. In dem zweiten Förderzustand saugt die erste Hydraulikpumpe 12 Hydraulikfluid durch den ersten Pumpenstutzen 12a und gibt Hydraulikfluid durch den zweiten Pumpenstutzen 12b ab.
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Die zweite Hydraulikpumpe 13 ist eine hydraulische Verstellpumpe. Die Abgabeflussrate 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 Pumpenflussraten-Steuereinheit 26. Die zweite Pumpenflussraten-Steuereinheit 26 steuert die Abgabeflussrate 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 ersten Pumpenstutzen 13a und einen zweiten Pumpenstutzen 13b. 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 durch den zweiten Pumpenstutzen 13b an und gibt Hydraulikfluid durch den ersten Pumpenstutzen 13a ab. In dem zweiten Förderzustand saugt die zweite Hydraulikpumpe 12 Hydraulikfluid durch den ersten Pumpenstutzen 13a an und gibt Hydraulikfluid durch den zweiten Pumpenstutzen 13b ab.
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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 eine 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. Ein Druckaufnahmebereich der Zylinderstange 14a in der ersten Kammer 14c ist größer als ein Druckaufnahmebereich der Zylinderstange 14a in der zweiten Kammer 14d. 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.
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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 den ersten Pumpenstutzen 12a der ersten Hydraulikpumpe 12 mit der ersten Zylinderöffnung 14e. Der zweite Strömungsweg 18 verbindet einen zweiten Pumpenstutzen 12b der ersten Hydraulikpumpe 12 mit der zweiten Zylinderöffnung 14f. Der erste Strömungsweg 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 des Hydraulikzylinders 14 verbunden. Der erste Pumpenströmungsweg 33 ist ein Weg zum Fördern von Hydraulikfluid über den ersten Zylinderweg 31 zur ersten Kammer 14c des Hydraulikzylinders 14 oder zum Rückgewinnen von Hydraulikfluid über den ersten Zylinderweg 31 aus der ersten Kammer 14c des Hydraulikzylinders 14. Der erste Pumpenweg 33 ist mit dem ersten Pumpenstutzen 12a der ersten Hydraulikpumpe 12 verbunden. Der erste Pumpenweg 33 ist mit dem ersten Pumpenstutzen 13a 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 des Hydraulikzylinders 14 oder zum Rückgewinnen von Hydraulikfluid über den zweiten Zylinderweg 32 aus der zweiten Kammer 14d des Hydraulikzylinders 14. Der zweite Pumpenweg 34 ist mit dem zweiten Pumpenstutzen 12b der ersten Hydraulikpumpe 12 verbunden. Der zweite Pumpenstutzen 13b der zweiten Hydraulikpumpe 13 ist mit einem Hydraulikfluidbehälter 27 verbunden, 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.
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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 Speiseweg 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 umfasst einen ersten Speiseströmungsweg 35a und einen zweiten Speiseströmungsweg 35b. Der erste Speiseströmungsweg 35a ist mit der Speisepumpe 28 verbunden. Der zweite Speiströmungsweg 35b ist über ein nachstehend beschriebenes drittes Rückschlagventil 49 mit dem ersten Speiseströmungsweg 35a verbunden. Der zweite Speiseströmungsweg 35b ist über das vorgenannte Rückschlagventil 41a mit dem ersten Pumpenweg 33 verbunden. Der zweite Speiseströmungsweg 35b ist über das vorgenannte Rückschlagventil 41b mit dem zweiten Pumpenweg 34 verbunden. Der Speiseweg 35 ist über ein Speiseentlastungsventil 42 mit dem Hydraulikfluidbehälter 27 verbunden. Insbesondere ist der erste Speiseströmungsweg 35a über das Speiseentlastungsventil 42 mit dem Hydraulikfluidbehälter 27 verbunden. Das Speiseentlastungsventil 42 hält den Speisedruck auf einem vorgegebenen Einstelldruck. Wenn der Hydraulikdruck des ersten Pumpenströmungswegs 33 oder des zweiten Pumpenströmungswegs 34 unter den Speisedruck abfällt, wird Hydraulikfluid aus der Speisepumpe 28 über den ersten Speiseströmungsweg 35 in den ersten Pumpenströmungsweg 33 oder in den zweiten Pumpenströmungsweg 34 gespeist. Dadurch wird der Hydraulikdruck des ersten Pumpenströmungswegs 33 und des zweiten Pumpenströmungswegs 34 auf einem vorgegebenen oder höheren Wert gehalten.
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Eine Förderdruck-Reduzierungseinheit 39 ist mit dem Speiseströmungsweg 35 verbunden. Insbesondere ist die Förderdruck-Reduzierungseinheit 39 mit dem ersten Speisedruckströmungsweg 35a verbunden. Die Förderdruck-Reduzierungseinheit 39 ist ein sogenanntes Bypassventil und ist schaltbar zwischen einem Verbindungszustand Pa und einem geschlossenen Zustand Pb. Im Verbindungszustand Pa verbindet die Förderdruck-Reduzierungseinheit 39 den ersten Speiseströmungsweg 35a mit dem Hydraulikfluidbehälter 27. Aus diesem Grund reduziert die Förderdruck-Reduzierungseinheit 39 im Verbindungszustand Pa den Hydraulikdruck in dem ersten Speiseströmungsweg 35a. Insbesondere reduziert die Förderdruck-Reduzierungseinheit 39 im Verbindungszustand Pa den Förderdruck der Speisepumpe 28. Im geschlossenen Zustand Pb schließt die Förderdruck-Reduzierungseinheit 39 die Verbindung zwischen dem Speiseströmungsweg 35a und dem Hydraulikfluidbehälter 27. Die Förderdruck-Reduzierungseinheit 39 ist ein magnetbetätigtes Steuerventil und wird durch ein Befehlssignal von der Pumpen-Steuervorrichtung 24 zwischen dem Verbindungszustand Pa und dem geschlossenen Zustand Pb geschaltet. Insbesondere wird die Förderdruck-Reduzierungseinheit 39 durch die Vorspannkraft eines Vorspannelements 39a in den geschlossenen Zustand Pb gebracht, wenn das Befehlssignal von der Pumpen-Steuervorrichtung 24 AUS lautet. Die Förderdruck-Reduzierungseinheit 39 wird in den Verbindungszustand Pa gebracht, wenn das Befehlssignal von der Pumpen-Steuervorrichtung 24 AN lautet.
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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 Speiseweg 35 verbunden.
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Ein Speicher 38 ist mit dem Speiseströmungsweg 35 verbunden. Insbesondere ist der Speicher 38 mit dem zweiten Speiseströmungsweg 35b verbunden. Das dritte Rückschlagventil 49 ist mit dem Speiseströmungsweg 35 verbunden. Das dritte Rückschlagventil 49 ist zwischen dem ersten Speiseströmungsweg 35a und dem zweiten Speiseströmungsweg 35b angeordnet. Insbesondere ist das dritte Rückschlagventil 49 zwischen dem Speicher 38 und der Speisepumpe 28 angeordnet. Das dritte Rückschlagventil 49 erlaubt eine Strömung von dem ersten Speiseströmungsweg 35a zu dem zweiten Speiseströmungsweg 35b und unterbindet eine Strömung von dem zweiten Speiseströmungsweg 35b zu dem ersten Speiseströmungsweg 35a. Insbesondere erlaubt das Rückschlagventil 39 die Strömung des Hydraulikfluids von der Speisepumpe 28 zu dem Speicher 38 und unterbindet die Strömung des Hydraulikfluids von dem Speicher 38 zur Speisepumpe 28 in dem Speiseweg 35. Das dritte Rückschlagventil 49 ist ein Beispiel eines Einwegventils in vorliegender Erfindung. Eine Detektoreinheit für gespeicherten Druck 48 ist mit dem Speicher 38 verbunden. Die Detektoreinheit für gespeicherten Druck 48 detektiert einen gespeicherten Druck des Speichers 38. Die Detektoreinheit für gespeicherten Druck 48 sendet ein Detektionssignal, das den detektierten gespeicherten Druck angibt, zur Pumpen-Steuervorrichtung 24.
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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 einen ersten Pumpenanschluss 16a, einen ersten Zylinderanschluss 16b, einen ersten Einstellanschluss 16c und einen ersten Bypassanschluss 16d. Der erste Pumpenanschluss 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.
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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 zu dem ersten Zylinderströmungsweg 31 hindurchströmen und verhindert, dass Hydraulikfluid von dem ersten Zylinderströmungsweg 31 zu dem ersten Pumpenströmungsweg 31 hindurchströmt, wenn das Hydraulikfluid durch das Strömungswegschaltventil 16 aus dem ersten Pumpenströmungsweg 33 in den ersten Zylinderströmungsweg 31 gespeist wird.
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Das Strömungswegschaltventil 16 hat auch 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.
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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 zu dem Hydraulikzylinder 14 hindurchströmen. Das zweite Rückschlagventil 45 verhindert, dass Hydraulikfluid von dem Hydraulikzylinder 14 zur Hauptpumpe 10 hindurchströmt. Insbesondere lässt das zweite Rückschlagventil 45 Hydraulikfluid von dem zweiten Pumpenströmungsweg 34 zu dem zweiten Zylinderströmungsweg 32 hindurchströmen und verhindert, dass Hydraulikfluid von dem zweiten Zylinderströmungsweg 32 zu dem zweiten Pumpenströmungsweg 34 hindurchströmt, wenn durch das Strömungswegschaltventil 16 Hydraulikfluid aus dem zweiten Pumpenströmungsweg 34 in den zweiten Zylinderströmungsweg 32 gespeist wird.
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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 dem ersten Pumpenstutzen 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.
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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 P1 der ersten Position. Dadurch strömt das von dem ersten Pumpenstutzen 12a der ersten Hydraulikpumpe 12 und von dem ersten Pumpenstutzen 13a der zweiten Hydraulikpumpe 13 abgegebene Hydraulikfluid durch den ersten Pumpenweg 33, das erste Rückschlagventil 44 und den ersten Zylinderweg 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 Zylinderweg 32 und den zweiten Pumpenweg 34 und wird in dem zweiten Pumpenstutzen 12b der ersten Hydraulikpumpe 12 zurückgewonnen. Der Hydraulikzylinder 14 fährt folglich aus.
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Im Zustand der zweiten Position P2 erlaubt das Strömungswegschaltventil 16 eine Verbindung zwischen dem zweiten Pumpenstutzen 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. Der erste Pumpenstutzen 16a, die erste Einstellöffnung 16c, die zweite Bypassöffnung 16h und die zweite Einstellöffnung 16g sind sämtlich von einer Verbindung mit jeglicher Öffnung abgeschnitten, wenn sich das Strömungswegschaltventil 16 im Zustand der zweiten Position P2 befindet.
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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 dem zweiten Pumpenstutzen 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 Zylinderweg 31a und den ersten Pumpenweg 33, um in dem ersten Pumpenstutzen 12a der ersten Hydraulikpumpe 12 und in dem ersten Pumpenstutzen 13a der zweiten Hydraulikpumpe 13 zurückgewonnen zu werden. Der Hydraulikzylinder 14 fährt folglich ein.
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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 Bypassöffnung 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 des ersten Pumpenstutzens 16a, der ersten Zylinderöffnung 16b, des zweiten Pumpenstutzens 16e und der zweiten Zylinderöffnung 16f mit jeglicher Öffnung unterbrochen.
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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 Pumpen-Steuervorrichtung 24 berechnet eine Zielflussrate des in den Hydraulikzylinder 14 zu speisenden Hydraulikfluids in Reaktion auf den Betätigungsbetrag des Betätigungselements 46a.
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Das hydraulische Antriebssystem 1 enthält ferner eine Anzeigevorrichtung 47. Die Anzeigevorrichtung 47 ist zum Beispiel eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung. Die Anzeigevorrichtung 47 zeigt verschiedene Arten von arbeitsmaschinenbezogenen Informationen in Reaktion auf ein Befehlssignal von der Pumpensteuerung 24 an.
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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.
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Die Pumpen-Steuervorrichtung 24 steuert die Flussrate des dem Hydraulikzylinder 14 zuzuführenden Hydraulikfluids in Reaktion auf die durch das Betätigungselement 46a eingestellte Zielflussrate. Wenn der Hydraulikzylinder ausfährt, nutzt die Pumpen-Steuervorrichtung 24 zum Steuern der Flussrate des dem Hydraulikzylinder 14 zuzuführenden Hydraulikfluids die erste Pumpenflussraten-Steuereinheit 25 und die zweite Pumpenflussraten-Steuereinheit 26. Wenn der Hydraulikzylinder 14 einfährt, nutzt die Pumpen-Steuervorrichtung 24 zum Steuern der Flussrate des dem Hydraulikzylinder 14 zuzuführenden Hydraulikfluids die erste Pumpenflussraten-Steuereinheit 25.
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Die Pumpen-Steuervorrichtung 24 steuert das Strömungswegschaltventil 16 in Übereinstimmung mit der Betätigungsrichtung des Betätigungselements 46a. Wenn das Betätigungselement 46a aus der Neutralposition in die Richtung zum Ausfahren des Hydraulikzylinders 14 betätigt wird, bringt die Pumpen-Steuervorrichtung 24 das Strömungswegschaltventil 16 in den Zustand der ersten Position P1, wodurch der erste Pumpenströmungsweg 33 und der erste Zylinderströmungsweg 31 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. Das Hydraulikfluid wird dann aus dem ersten Pumpenstutzen 12a der ersten Hydraulikpumpe 12 und aus dem ersten Pumpenstutzen 13a der zweiten Hydraulikpumpe 13 in den ersten Pumpenströmungsweg 33 abgegeben. Jedoch öffnet das erste Rückschlagventil 44 erst, nachdem der Hydraulikdruck in dem ersten Pumpenströmungsweg 33 den Haltedruck in dem ersten Zylinderströmungsweg 31 übersteigt, und der Hydraulikzylinder 14 arbeitet nicht. Umgekehrt wird das Hydraulikfluid in dem zweiten Pumpenweg 34 in den zweiten Pumpenstutzen 12b der ersten Hydraulikpumpe 12b angesaugt, wodurch der Hydraulikdruck in dem zweiten Pumpenströmungsweg 34 abnimmt. Wenn der Hydraulikdruck in dem zweiten Pumpenströmungsweg 34 einen Wert gleich dem oder kleiner als der Speisedruck erreicht, öffnet das Rückschlageventil 41b und ermöglicht die Verbindung zwischen dem Speiseströmungsweg 35 und dem zweiten Pumpenströmungsweg 34, wodurch der zweite Pumpenströmungsweg 34 mit Hydraulikfluid aus dem Speiseströmungsweg 35 aufgefüllt wird. Dabei wird der zweite Pumpenströmungsweg 34 über den Speiseströmungsweg 35 mit Hydraulikfluid aus der Speisepumpe 28 und mit dem durch die Speisepumpe 28 vorab gespeicherten Hydraulikfluid aus dem Speicher 38 aufgefüllt. Wenn der Hydraulikdruck in dem ersten Pumpenströmungsweg 33 den Haltedruck des ersten Zylinderströmungswegs 31 übersteigt, öffnet das erste Rückschlagventil 44 und ermöglicht die Verbindung zwischen dem ersten Pumpenströmungsweg 33 und dem ersten Zylinderströmungsweg 31, wodurch das Hydraulikfluid in die erste Kammer 14c des Hydraulikzylinders 14 gespeist wird und der Hydraulikzylinder 14 ausfährt. Während des Ausfahrens des Hydraulikzylinders 14 strömt aus der zweiten Kammer 14d des Hydraulikzylinders 14 abgeleitetes Hydraulikfluid durch den zweiten Zylinderweg 32 und den zweiten Pumpenweg 34 und wird in den Pumpenstutzen 12b der ersten Hydraulikpumpe 12 zurückgeleitet. Dabei wird der zweite Pumpenströmungsweg 34 aus dem Speisepumpenweg 35 mit Hydraulikfluid aufgefüllt, mit einer Flussrate, die für die Komprimierung des Hydraulikfluids in der ersten Hydraulikpumpe 12 benötigt wird, und mit Hydraulikfluid, dessen Flussrate ausreicht, damit eine Leckmenge des Hydraulikfluids in der ersten Hydraulikpumpe 12 ergänzt werden kann.
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Wenn das Betätigungselement 46a aus der Neutralposition in die Richtung zum Einfahren des Hydraulikzylinders 14 betätigt wird, bringt die Pumpen-Steuervorrichtung 24 das Strömungswegschaltventil 16 in den Zustand der Position P2, wodurch der zweite Pumpenströmungsweg 34 und der zweite Zylinderströmungsweg 32 über das zweite Rückschlagventil 45 verbunden werden. Ferner werden der erste Pumpenströmungsweg 33 und der erste Zylinderströmungsweg 31 unter Umgehung des ersten Rückschlagventils 44 verbunden. Das Hydraulikfluid wird dann aus dem zweiten Pumpenstutzen 12b der ersten Hydraulikpumpe 12 in den zweiten Pumpenströmungsweg 34 abgegeben. Jedoch öffnet das zweite Rückschlagventil 45 erst, nachdem der Hydraulikdruck in dem zweiten Pumpenströmungsweg 34 den Haltedruck in dem zweiten Zylinderströmungsweg 32 übersteigt, und dadurch arbeitet der Hydraulikzylinder 14 nicht. Umgekehrt wird Hydraulikfluid in dem ersten Pumpenströmungsweg 33 in den ersten Pumpenstutzen 12 der ersten Hydraulikpumpe 12 und in den ersten Pumpenstutzen 13a der zweiten Hydraulikpumpe 13 angesaugt, so dass der Hydraulikdruck in dem ersten Pumpenströmungsweg 33 abnimmt. Wenn der Hydraulikdruck in dem ersten Pumpenströmungsweg 33 einen Wert gleich dem oder kleiner als der Speisedruck erreicht, öffnet das Rückschlagventil 41a, um eine Verbindung zwischen dem Speiseströmungsweg 35 und dem ersten Pumpenströmungsweg zu ermöglichen. Das Ergebnis ist, dass der erste Pumpenströmungsweg 33 mit Hydraulikfluid aus dem Speiseströmungsweg 35 aufgefüllt wird. Dabei wird der erste Pumpenströmungsweg 33 über den Speiseströmungsweg 35 mit Hydraulikfluid aus der Speisepumpe 28 und mit Hydraulikfluid aus dem Speicher 38, das durch die Speisepumpe 28 vorab gespeichert wurde, aufgefüllt. Wenn der Hydraulikdruck in dem zweiten Pumpenströmungsweg 34 den Haltedruck in dem zweiten Zylinderströmungsweg 32 übersteigt, öffnet das zweite Rückschlagventil 45, um eine Verbindung zwischen dem zweiten Pumpenströmungsweg 34 und dem zweiten Zylinderströmungsweg 32 zu ermöglichen, wodurch das Hydraulikfluid in die zweite Kammer 14d des Hydraulikzylinders 14 geleitet wird und der Hydraulikzylinder 14 dadurch einfährt. Während des Einfahrens des Hydraulikzylinders 14 strömt das Hydraulikfluid aus der ersten Kammer 14c des Hydraulikzylinders 14 durch den ersten Zylinderweg 31 und den ersten Pumpenweg 33 zurück zu dem ersten Pumpenstutzen 12a der ersten Hydraulikpumpe 12 und zu dem ersten Pumpenstutzen 13a der zweiten Hydraulikpumpe 13. Dabei wird der erste Pumpenströmungsweg 33 aus dem Speiseströmungsweg 35 mit Hydraulikfluid aufgefüllt, dessen Flussrate der für die Komprimierung des Hydraulikfluids in der ersten Hydraulikpumpe 12 notwendigen Flussrate entspricht, und mit Hydraulikfluid, dessen Flussrate ausreicht, um eine Leckmenge an Hydraulikfluid in der ersten Hydraulikpumpe 12 zu ergänzen.
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Im Folgenden wird die durch die Pumpen-Steuervorrichtung 24 durchgeführte Steuerung des Förderdrucks der Speisepumpe 28 beschrieben. Die Pumpen-Steuervorrichtung 24 hat eine Pumpen-Steuereinheit 24a, eine Speichereinheit 24b, eine Betriebszustand-Bestimmungseinheit 24c, eine Förderdruck-Steuereinheit 24d und eine Bestimmungseinheit für gespeicherten Druck 24e. Die Pumpen-Steuereinheit 24a, die Betriebszustand-Bestimmungseinheit 24c, die Förderdruck-Steuereinheit 24d und die Bestimmungseinheit für gespeicherten Druck 24e können 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 Abgabeflussrate der Hauptpumpe 10 auf der Basis einer Betätigungsposition des Betätigungselements 46a. Insbesondere berechnet die Pumpen-Steuervorrichtung 24 eine Ziel-Flussrate des dem Hydraulikzylinder 14 zuzuführenden Hydraulikfluids in Reaktion auf einen Betätigungsbetrag des Betätigungselements 46a. Die Speichereinheit 24b speichert Informationen für die Steuerung der ersten Hydraulikpumpe 12 und der zweiten Hydraulikpumpe 13.
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2 ist ein Flussdiagramm, das die Verarbeitung für die durch die Pumpen-Steuervorrichtung 24 durchgeführte Steuerung des Förderdrucks der Speisepumpe 28 darstellt. Die Steuerung des Förderdrucks der Speisepumpe 28 dient zum Steuern des Förderdrucks der Speisepumpe 18, wenn der Hydraulikzylinder 14 nicht in Betrieb ist. Ist der Hydraulikzylinder 14 in Betrieb, bringt die Förderdruck-Steuereinheit 24d den Förderdruck-Reduzierungseinheit 39 in den geschlossenen Zustand Pb, indem ein Befehlssignal an die Förderdruck-Reduzierungseinheit 39 deaktiviert wird. Dadurch wird der Hydraulikdruck in dem ersten Speiseströmungsweg 35a durch den Einstelldruck des Speiseentlastungsventils 42 reguliert. Insbesondere wird der Förderdruck der Speisepumpe 28 durch den Einstelldruck des Speiseentlastungsventils 42 reguliert, weshalb der Förderdruck (nachstehend als "Normaldruck" bezeichnet) der Speisepumpe 28, wenn der Hydraulikzylinder 14 in Betrieb ist, dem Einstelldruck des Speiseentlastungsventils 42 entspricht.
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In Schritt S101 detektiert die Betätigungsdetektoreinheit 46b die Betätigungsposition des Betätigungselements 46a. In Schritt S102 bestimmt die Betriebszustand-Bestimmungseinheit 24c, ob die Betriebsposition die Neutralposition ist. Das Programm führt weiter zu Schritt S103, wenn die Betriebsposition die Neutralposition ist. In Schritt S103 detektiert die Betriebszustand-Bestimmungseinheit 24c eine verstrichene Zeit t. Die verstrichene Zeit t ist eine Zeitspanne vom Schalten des Betätigungselements 46a in die Neutralposition bis zur aktuellen Zeit. In Schritt S104 bestimmt die Betriebszustand-Bestimmungseinheit 24c, ob die verstrichene Zeit t gleich oder größer einer vorgegebenen Zeit t0 ist. Das Programm führt weiter zu Schritt S105, wenn die verstrichene Zeit t gleich der oder größer als die vorgegebene Zeit t0 ist. Auf diese Weise bestimmt die Betriebszustand-Bestimmungseinheit 24c in den Schritten S101 bis S104 auf der Basis des Detektionssignals von der Betätigungsdetektoreinheit 46b, ob sich der Hydraulikzylinder 14 in einem Betriebszustand oder in einem Nichtbetriebszustand befindet. Insbesondere bestimmt die Betriebszustand-Bestimmungseinheit 24c, dass sich der Hydraulikzylinder 14 im Nichtbetriebszustand befindet, wenn das Betätigungselement 46a über eine Zeitspanne, die gleich der oder größer als die vorgegebene Zeit t0 ist, in der Neutralposition gehalten wird. Die Betriebszustand-Bestimmungseinheit 24c bestimmt, dass der Hydraulikzylinder 14 in Betrieb ist, wenn die Haltezeit des Betätigungselements 46a in der Neutralposition kürzer als die vorgegebene Zeit t0 ist. Die Betriebszustand-Bestimmungseinheit 24c bestimmt, dass der Hydraulikzylinder 14 in Betrieb ist, wenn sich das Betätigungselement 46a in einer anderen Position als der Neutralposition befindet.
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In Schritt S105 setzt die Förderdruck-Steuereinheit 24d die Förderdruck-Reduzierungseinheit 39 in den Verbindungszustand Pa. Insbesondere schaltet die Förderdruck-Steuereinheit 24d die Förderdruck-Reduzierungseinheit 39 von dem geschlossenen Zustand Pb in den Verbindungszustand Pa, indem sie ein AN-Signal an die Förderdruck-Reduzierungseinheit 39 sendet, wodurch der Förderdruck der Speisepumpe 28 auf einen niedrigen Druck reduziert wird, der niedriger als der Normaldruck ist.
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In Schritt S102 kehrt das Programm zurück zu Schritt S101, wenn die Betriebsposition nicht die Neutralposition ist. In Schritt S104 kehrt das Programm zurück zu Schritt S103, wenn die verstrichene Zeit t kürzer als die vorgegebene Zeit t0 ist. Insbesondere hält die Förderdruck-Steuereinheit 24d die Förderdruck-Reduzierungseinheit 39 im geschlossenen Zustand Pb, wenn die Betriebszustand-Bestimmungseinheit 24c bestimmt, dass der Hydraulikzylinder 14 in Betrieb ist. Der Förderdruck der Speisepumpe 28 wird dadurch auf dem Normaldruck gehalten, während der Hydraulikzylinder 14 in Betrieb ist.
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In Schritt S106 detektiert die Detektoreinheit 48 für gespeicherten Druck einen gespeicherten Druck Pacc in dem Speicher 38. In Schritt S107 bestimmt die Einheit 24e zum Bestimmen des gespeicherten Drucks, ob der gespeicherte Druck Pacc gleich einem oder kleiner als ein erster Einstelldruck ist. Der erste Einstelldruck entspricht einem unteren Limit des in dem Speicher 38 benötigten gespeicherten Drucks. Das Programm führt weiter zu Schritt S108, wenn der gespeicherte Druck Pacc gleich dem oder kleiner als der erste Einstelldruck ist.
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In Schritt S108 setzt die Förderdruck-Steuereinheit 24d die Förderdruck-Reduzierungseinheit 39 in den geschlossenen Zustand Pb, wodurch von der Speisepumpe 28 zu förderndes Hydraulikfluid in dem Speicher 38 gespeichert wird. Folglich kehrt der Förderdruck der Speisepumpe 28 von dem niedrigen Druck wieder zurück zu dem Normaldruck.
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In Schritt S109 bestimmt die Einheit 24e zum Bestimmen des gespeicherten Drucks, ob der gespeicherte Druck Pacc gleich einem oder größer als ein zweiter Einstelldruck ist. Der zweite Einstelldruck ist höher als der erste Einstelldruck. Das Programm führt weiter zu Schritt S109, wenn der gespeicherte Druck Pacc gleich dem oder größer als der zweite Einstelldruck ist.
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In Schritt S110 setzt die Förderdruck-Steuereinheit 24d die Förderdruck-Reduzierungseinheit 39 in den Verbindungszustand Pa, wodurch der Förderdruck der Speisepumpe 28 von dem Normaldruck in den niedrigen Druck geändert wird. Insbesondere führt die Förderdruck-Steuereinheit 24d den Förderdruck der Speisepumpe 28 von dem Normaldruck zurück auf den niedrigen Druck, wenn der gespeicherte Druck des Speichers 38 von einem Druck, der gleich dem oder kleiner als der erste Einstelldruck ist, zu einem Druck zurückkehrt, der gleich dem oder größer als der zweite Einstelldruck ist, während der Hydraulikzylinder 14 nicht in Betrieb ist.
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Wenn der gespeicherte Druck Pacc in Schritt S109 ungleich dem oder größer als der zweite Einstelldruck ist, kehrt das Programm zurück zu Schritt S108, wodurch der Förderdruck der Speisepumpe 28 auf dem Normaldruck gehalten wird. Insbesondere hält die Förderdruck-Steuereinheit 24d den Förderdruck der Speisepumpe 28 auf dem Normaldruck, bis der gespeicherte Druck des Speichers 38 von einem Druck, der gleich dem oder größer als der erste Einstelldruck ist, wieder zu einem Druck zurückgekehrt ist, der gleich dem oder größer als der zweite Einstelldruck ist.
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3 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung der Verarbeitung für eine Standby-Steuerung, die von der Pumpen-Steuervorrichtung 24 durchgeführt wird. Die Standby-Steuerung wird durchgeführt, wenn ein Aktivierungsvorgang durch das Betätigungselement 46a detektiert wird. Der Aktivierungsvorgang ist ein Vorgang zum Starten der Förderung von Hydraulikfluid durch die Hauptpumpe 10. In Schritt S201 bestimmt die Betriebszustand-Bestimmungseinheit 24c, ob ein Aktivierungsvorgang stattgefunden hat. Die Betriebszustand-Bestimmungseinheit 24c bestimmt, ob der Aktivierungsvorgang auf der Basis der Betriebsposition des Betätigungselements 46a erfolgt ist. Zum Beispiel bestimmt die Betriebszustand-Bestimmungseinheit 24c, dass ein Aktivierungsvorgang erfolgt ist, wenn ein Vorgang zum Erhöhen der Verdrängung der Hauptpumpe 10 von null auf eine vorgegebene Verdrängung durchgeführt wurde. Das Programm führt weiter zu Schritt S202, wenn der Aktivierungsvorgang durchgeführt wurde.
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In Schritt S202 detektiert die Detektoreinheit 48 für gespeicherten Druck den gespeicherten Druck Pacc in dem Speicher 38. In Schritt S203 bestimmt die Bestimmungseinheit 24e für gespeicherten Druck, ob der gespeicherte Druck Pacc höher ist als ein dritter Einstelldruck. Der dritte Einstelldruck ist gleich dem oder größer als der erste Einstelldruck. Der dritte Einstelldruck kann der gleiche sein wie der erste Einstelldruck. Das Programm führt weiter zu Schritt S204, wenn der gespeicherte Druck größer als der dritte Einstelldruck ist.
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In Schritt S204 setzt die Pumpen-Steuereinheit 24a die Förderung durch die Hauptpumpe 10 in Gang. Insbesondere erhöht die Pumpen-Steuereinheit 24a die Verdrängung der ersten Hydraulikpumpe 12 und der zweiten Hydraulikpumpe 13 durch ein Steuern der ersten Pumpenflussraten-Steuereinheit 25 und der zweiten Pumpenflussraten-Steuereinheit 26.
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Wenn in Schritt S203 der gespeicherte Druck Pacc gleich dem oder kleiner als der dritte Einstelldruck ist, bewirkt die Pumpen-Steuereinheit 24a, dass die Anzeigevorrichtung 47 in Schritt 205 einen Standby-Bildschirm anzeigt. Der Standby-Bildschirm weist darauf hin, dass aktuell die Standby-Steuerung durchgeführt wird. Der Standby-Bildschirm dient insbesondere zur Information des Maschinenführers, dass die Förderung durch die Hauptpumpe 10 wegen der Durchführung der Standby-Steuerung nicht begonnen hat.
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Wie in den Schritten S203 bis S205 dargestellt ist, setzt die Pumpen-Steuereinheit 24a die Förderung des Hydraulikfluids durch die Hauptpumpe 10 erst in Gang, nachdem der gespeicherte Druck in dem Speicher 38 größer als der dritte Einstelldruck ist, selbst wenn durch das Betätigungselement 46a ein Aktivierungsvorgang erfolgt, wenn der gespeicherte Druck in dem Speicher 38 gleich dem oder kleiner als der dritte Einstelldruck ist.
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Das hydraulische Antriebssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat die folgenden Merkmale.
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Die vorstehend beschriebene Steuerung des Förderdrucks der Speisepumpe 28 erlaubt eine Reduzierung des Förderdrucks der Ladepumpe 28 auf einen niedrigen Druck, wenn der Hydraulikzylinder 14 nicht in Betrieb ist, wodurch der Energieverlust der Speisepumpe 28 verringert werden kann. Darüber hinaus kann das Hydraulikfluid in dem Hydraulikfluidströmungsweg 15 mit dem Hydraulikfluid aus der Speisepumpe 28 und mit dem Hydraulikfluid, das in dem Speicher 38 gespeichert ist, ergänzt werden, wenn der Druck in dem Hydraulikfluidweg 15 zwischen der Hauptpumpe 10 und den Rückschlagventilen 44 und 45 auf den Haltedruck angehoben wird. Die Speisepumpe 28 kann daher kleiner gebaut sein als im Fall einer Ergänzung des Hydraulikfluids in dem Hydraulikfluidströmungsweg 15 mit Hydraulikfluid nur aus der Speisepumpe 28, so dass der Energieverlust der Speispumpe 28 verringert werden kann.
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Wenn die Speisepumpe 28 gestoppt wird, wird eine Strömung des in dem Speicher 38 gespeicherten Hydraulikfluids zur Speisepumpe 28 durch das dritte Rückschlagventil 49 verhindert.
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Die Förderdruck-Steuereinheit 24d ändert den Förderdruck der Speisepumpe 28 von dem niedrigen Druck in den Normaldruck, wenn der gespeicherte Druck des Speichers 38 gleich dem oder kleiner als der erste Einstelldruck wird, während der Hydraulikzylinder 14 nicht in Betrieb ist. Dadurch kann eine Verringerung des gespeicherten Drucks des Speichers auch dann verhindert werden, wenn der Hydraulikzylinder 14 für längere Zeit in einem Nichtbetriebszustand gehalten wird. Es kann speziell eine Luftansaugung oder Kavitation in der ersten Hydraulikpumpe 12 verhindert werden, wenn der erste Hydraulikzylinder in Betrieb gesetzt wird.
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Der Förderdruck der Speisepumpe 28 wird von dem Normaldruck auf den niedrigen Druck zurückgeführt, wenn der gespeicherte Druck des Speichers 38 wieder dem zweiten Einstelldruck gleicht oder größer als dieser ist. Dadurch kann der Energieverlust der Speisepumpe 28 reduziert werden.
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Die Förderung von Hydraulikfluid durch die Hauptpumpe 10 setzt erst ein, nachdem der gespeicherte Druck des Speichers 38 den dritten Einstelldruck übersteigt, selbst wenn durch das Betätigungselement 46a der Aktivierungsvorgang durchgeführt wird. Eine Luftansaugung oder Kavitation der ersten Hydraulikpumpe 12 kann dadurch verhindert werden. Der dritte Einstelldruck ist gleich dem oder höher als der erste Einstelldruck. Die Förderung von Hydraulikfluid durch die Hauptpumpe 10 kann in einem Zustand gestartet werden, in dem eine benötigte Hydraulikfluidmenge in dem Speicher 38 gespeichert ist.
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Der Standby-Bildschirm wird auf der Anzeigevorrichtung 47 angezeigt, wenn die Förderung von Hydraulikfluid durch die Hauptpumpe 10 wegen der Standby-Steuerung gestoppt wird. Der Maschinenführer kann auf diese Weise informiert werden, dass die Hauptpumpe 10 wegen der aktuell durchgeführten Standby-Steuerung nicht aktiviert wird.
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Die Betriebszustand-Bestimmungseinheit 24c bestimmt, dass sich der Hydraulikzylinder 14 im Nichtbetriebszustand befindet, wenn das Betätigungselement 46a während der Förderdrucksteuerung durch die Speisepumpe 28 über eine Zeitspanne, die gleich der oder größer als die vorgegebene Zeit t0 ist, im Neutralzustand gehalten wird. Dies verhindert, wenn das Betätigungselement 46a sich vorübergehend durch die Neutralstellung bewegt, die irrtümliche Bestimmung, dass der Hydraulikzylinder 14 nicht in Betrieb ist, wenn der Hydraulikzylinder 14 jedoch tatsächlich in Betrieb ist.
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2. Ausführungsform
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Das Umschalten der Strömungsrichtung des Hydraulikfluids auf den Hydraulikzylinder 14 ist nicht auf die Durchführung durch das Strömungswegschaltventil 16 der ersten Ausführungsform beschränkt, sondern kann durch eine andere Konfiguration erfolgen. 4 ist ein Blockdiagramm eines hydraulischen Antriebssystems 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein erstes Pilotrückschlagventil 51 und ein zweites Pilotrückschlagventil 52 werden anstelle des Strömungswegschaltventils 16 der ersten Ausführungsform in dem hydraulischen Antriebssystem 2 verwendet. Das erste Pilotrückschlagventil 51 wird auf der Basis eines Befehlssignals von der Pumpen-Steuervorrichtung 24 zwischen einem gesperrten Zustand und einem offen Zustand geschaltet. Das erste Pilotrückschlagventil 51 lässt das Hydraulikfluid von dem ersten Pumpenströmungsweg 33 zu dem ersten Zylinderströmungsweg 31 hindurchströmen und verhindert im gesperrten Zustand, dass das Hydraulikfluid von dem ersten Zylinderströmungsweg 31 zu dem ersten Pumpenströmungsweg 33 hindurchströmt. Das erste Pilotrückschlagventil 51 lässt im offenen Zustand das Hydraulikfluid von dem ersten Zylinderströmungsweg zu dem ersten Pumpenströmungsweg hindurchströmen. Das zweite Pilotrückschlagventil 52 wird auf der Basis eines Befehlssignals von der Pumpen-Steuervorrichtung 24 zwischen dem gesperrten Zustand und dem offenen Zustand geschaltet. Das zweite Pilotrückschlagventil 52 lässt das Hydraulikfluid von dem zweiten Pumpenströmungsweg 34 zu dem zweiten Zylinderströmungsweg hindurchströmen und verhindert im gesperrten Zustand, dass das Hydraulikfluid von dem zweiten Zylinderströmungsweg 32 zu dem zweiten Pumpenströmungsweg 34 hindurchströmt. Im offenen Zustand lässt das zweite Pilotrückschlagventil 52 das Hydraulikfluid von dem zweiten Zylinderströmungsweg 32 zu dem zweiten Pumpenströmungsweg 34 hindurchströmen.
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Wenn das Betätigungselement 46a von der Neutralposition in die Richtung zum Ausfahren des Hydraulikzylinders 14 betätigt wird, setzt die Pumpen-Steuervorrichtung 24 das erste Pilotrückschlagventil 51 in den Sperrzustand und setzt das zweite Pilotrückschlagventil 52 in den offenen Zustand. Daher wird, wenn der Hydraulikdruck in dem ersten Pumpenströmungsweg 33 den Haltedruck in dem ersten Zylinderströmungsweg übersteigt, das erste Pilotrückschlagventil 51 geöffnet, und das von der ersten Hydraulikpumpe 12 und der zweiten Hydraulikpumpe 13 geförderte Hydraulikfluid strömt durch den ersten Pumpenströmungsweg 33 und durch den ersten Zylinderströmungsweg 31, um der ersten Kammer 14c des Hydraulikzylinders 14 zugeführt zu werden. Hydraulikfluid wird aus der zweiten Kammer 14d des Hydraulikzylinders 14 abgeleitet, strömt durch den zweiten Zylinderströmungsweg 32 und den zweiten Pumpenströmungsweg 34 und wird zur ersten Hydraulikpumpe 12 zurückgeführt.
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Wenn das Betätigungselement 46a von der Neutralposition in die Richtung zum Einfahren des Hydraulikzylinders 14 betätigt wird, setzt die Pumpen-Steuervorrichtung 24 das erste Pilotrückschlagventil 51 in den offenen Zustand und setzt das zweite Pilotrückschlagventil 52 in den gesperrten Zustand. Deshalb strömt das von der ersten Hydraulikpumpe 12 abgegebene Hydraulikfluid, wenn der Hydraulikdruck in dem zweiten Pumpenströmungsweg 34 den Haltedruck in dem zweiten Zylinderströmungsweg übersteigt, durch den zweiten Pumpenströmungsweg 34 und den zweiten Zylinderströmungsweg 32, um der zweiten Kammer 14d des Hydraulikzylinders 14 zugeleitet zu werden. Das aus der ersten Kammer 14c des Hydraulikzylinders 14 abgeleitete Hydraulikfluid strömt durch den ersten Zylinderströmungsweg 31 und den ersten Pumpenströmungsweg 33 und wird zur ersten Hydraulikpumpe 12 und zur zweiten Hydraulikpumpe 13 zurückgeführt.
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Die weiteren Funktionen und Konfigurationen des hydraulischen Antriebssystems 2 sind die gleichen wie jene des hydraulischen Antriebssystems in der ersten Ausführungsform. Das hydraulische Antriebssystem 2 der zweiten Ausführungsform hat die gleichen Merkmale wie das hydraulische Antriebssystem 1 der ersten Ausführungsform.
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Wenngleich die Erfindung anhand einer Ausführungsform beschrieben wurde, ist vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt, sondern erlaubt innerhalb ihres Rahmens verschiedene Modifikationen.
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Die Pumpenflussraten-Steuereinheiten 25 und 26 in der vorstehenden ersten und zweiten Ausführungsform steuern die Abgabeflussrate der Hydraulikpumpen 12 und 13 durch eine Steuerung der Neigungswinkel der Hydraulikpumpen 12 und 13. Die Abgabeflussraten der Hydraulikpumpen 12 und 13 können jedoch auch durch eine Steuerung der Drehzahlen der Hydraulikpumpen 12 und 13 gesteuert werden. Wie in 5 gezeigt ist, kann zum Beispiel ein Elektromotor 57 als Antriebsquelle verwendet werden. Der Elektromotor 57 wird in 5 anstelle der Antriebsmaschine 11 des hydraulischen Antriebssystems 1 der ersten Ausführungsform verwendet. Die Hydraulikpumpen 12 und 13 sind Konstantpumpen. In diesem Fall steuert die Pumpen-Steuervorrichtung 24 die Drehzahlen der Hydraulikpumpen 12 und 13, so dass die Abgabeflussraten der Hydraulikpumpen 12 und 13 mit einer Zielflussrate übereinstimmen, die dem Betätigungsbetrag des Betätigungselements 46a entspricht, indem die Drehzahl des Elektromotors 57 gesteuert wird. Wie in 6 gezeigt ist, kann der Elektromotor 57 alternativ anstelle der Antriebsmaschine 11 in dem hydraulischen Antriebssystem 2 der zweiten Ausführungsform als Antriebsquelle verwendet werden. Wenn der Elektromotor 57 als Antriebsquelle verwendet wird, kann der Aktivierungsvorgang während der Standby-Steuerung ein Vorgang zum Erhöhen der Drehzahlen der Hydraulikpumpen 12 und 13 von null auf eine vorgegebene Drehzahl sein.
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In den vorstehenden Ausführungsformen wird die Förderdruck-Reduzierungseinheit 39 in den geschlossenen Zustand Pb gesetzt, wenn das Befehlssignal von der Pumpen-Steuervorrichtung 24 AUS lautet. Die Förderdruck-Reduzierungseinheit 39 wird in den Verbindungszustand Pa gesetzt, wenn das Befehlssignal von der Pumpen-Steuervorrichtung 24 AN lautet. Im Gegensatz zu der vorstehenden Erläuterung kann die Förderdruck-Reduzierungseinheit 39 aufgrund der Vorspannkraft eines Vorspannelements 39a in den Verbindungszustand Pb gesetzt werden, wenn das Befehlssignal von der Pumpen-Steuervorrichtung AUS lautet. Die Förderdruck-Reduzierungseinheit 39 kann durch magnetische Druckkraft in den geschlossenen Zustand Pb gesetzt werden, wenn das Befehlssignal von der Pumpen-Steuervorrichtung 24 AN lautet.
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Die Förderdruck-Reduzierungseinheit ist nicht auf ein Bypassventil beschränkt und kann eine Vorrichtung sein, die eine Reduzierung des Förderdrucks der Speisepumpe 28 auf einen Druck ermöglicht, der niedriger ist als ein Einstelldruck des Speiseentlastungsventils 42. Zum Beispiel kann das Speiseentlastungsventil 42 als Förderdruck-Reduzierungseinheit verwendet werden. In diesem Fall wird der Entlastungdruck des Speiseentlastungsventils 42 zwischen einem ersten Entlastungsdruck und einem zweiten Entlastungsdruck geschaltet. Der erste Entlastungsdruck entspricht dem vorstehend genannten Normaldruck. Der zweite Entlastungsdruck entspricht dem vorstehend genannten niedrigen Druck. Das Speiseentlastungsventil 42 reduziert den Förderdruck der Speispumpe 28 durch das Umschalten des Entlastungsdrucks von dem ersten Entlastungsdruck in den zweiten Entlastungsdruck auf der Basis eines Steuersignals von der Pumpen-Steuervorrichtung 24.
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Anstelle des dritten Rückschlagventils 49 kann ein anderes Einwegventil als Rückschlagventil verwendet werden. Die Anzeigevorrichtung 47 ist nicht auf eine Bildschirmvorrichtung beschränkt. Stattdessen kann zum Beispiel eine Warnlampe verwendet werden. Die Bestimmung, ob der Hydraulikzylinder 14 in Betrieb ist oder nicht in Betrieb ist, ist nicht auf die Betätigung des Betätigungselements 46a beschränkt, sondern es kann auch ein anderes Verfahren für die Bestimmung angewendet werden. Zum Beispiel kann die Bestimmung, ob der Hydraulikzylinder 14 in Betrieb ist oder nicht in Betrieb ist, durch die Detektion des Betriebs des Hydraulikzylinders 14 erfolgen. Jedoch führt wegen der Durchführung der vorgenannten Standby-Steuerung vorzugsweise die Betriebszustand-Bestimmungseinheit 24c die Bestimmung auf der Basis der Betätigung des Betätigungselements 46a durch.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Erfindungsgemäß wird ein hydraulisches Antriebssystem bereitgestellt, bei dem der Energieverlust in der Speisepumpe verringert werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 2
- hydraulisches Antriebssystem
- 10
- Hauptpumpe
- 14
- Hydraulikzylinder
- 15
- Hydraulikfluidströmungsweg
- 19
- Speisekreis
- 24a
- Pumpen-Steuereinheit
- 24c
- Betriebszustand-Bestimmungseinheit
- 24d
- Förderdruck-Steuereinheit
- 24e
- Bestimmungseinheit für gespeicherten Druck
- 28
- Speisepumpe
- 35
- Speiseströmungsweg
- 38
- Speicher
- 39
- Förderdruck-Reduzierungseinheit
- 44
- erstes Rückschlagventil
- 45
- zweites Rückschlagventil
- 46a
- Betätigungselement
- 47
- Anzeigevorrichtung
- 48
- Detektoreinheit für gespeicherten Druck
- 49
- drittes Rückschlagventil