DE112018004495T5

DE112018004495T5 - Hydrauliksystem zur erhöhung einer arbeitsgeschwindigkeit eines baumaschinenauslegers

Info

Publication number: DE112018004495T5
Application number: DE112018004495.5T
Authority: DE
Inventors: Byung Il Kang
Original assignee: Doosan Infracore Co Ltd
Current assignee: HD HYUNDAI INFRACORE CO., LTD., KR
Priority date: 2017-10-13
Filing date: 2018-10-11
Publication date: 2020-10-08
Also published as: US20210207344A1; KR20200044966A; WO2019074301A1; CN111226008A; KR102403991B1

Abstract

Ein Hydrauliksystem zur Erhöhung der Geschwindigkeit eines Auslegers einer Baumaschine umfasst einen Auslegerzylinder, der so konfiguriert ist, dass er den Ausleger der Baumaschine betätigt; ein Hauptsteuerventil mit einem Auslegersteuerkolben, der so konfiguriert ist, dass er selektiv ein Hydrauliköl von einer Hydraulikpumpe zu einer Auslegerkopf-Kammer und einer Auslegerstangen-Kammer des Auslegerzylinders über eine Auslegerkopf-Hydraulikleitung bzw. eine Auslegerstangen-Hydraulikleitung zuführt; eine Regenerationsvorrichtung, die mit der Auslegerkopf-Kammer des Auslegerzylinders über eine hydraulische Regenerationsleitung verbunden und so konfiguriert ist, dass sie eine Energie des Auslegerzylinders regeneriert; und eine Regenerationsventileinheit, die an der hydraulischen Regenerationsleitung vorgesehen ist und ein Strömungssteuerventil enthält, das so konfiguriert ist, dass es eine Durchflussmenge eines durch die hydraulische Regenerationsleitung strömenden Hydrauliköls steuert. Eine in der Regenerationsvorrichtung gespeicherte Energie wird dem Auslegerzylinder durch das Durchflusssteuerventil direkt zugeführt, wenn der Ausleger aufsteigt.

Description

[TECHNISCHES GEBIET]
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Hydrauliksystem zur Erhöhung einer Arbeitsgeschwindigkeit eines Auslegers einer Baumaschine. Genauer gesagt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Hydrauliksystem zur Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit eines Auslegers einer Baumaschine zur Steuerung eines Auslegerzylinders, der den Ausleger der Baumaschine anhebt und absenkt.
[DISKUSSION DES VERWANDTEN SACHSTANDES]
Eine Baumaschine wie ein Bagger kann einen Hydraulikzylinder zum Heben und Senken eines vorderen Arbeitsgeräts verwenden. Wenn beispielsweise eine Hydraulikpumpe mit Motorkraft betrieben wird, kann ein von der Hydraulikpumpe abgegebenes Hydrauliköl über ein Hauptsteuerventil in einen Auslegerzylinder fließen und ein Ausleger kann während eines Hubs des Auslegers nach oben fahren d.h. ansteigen. Zudem kann das Hydrauliköl beim Absenken des Auslegers durch das Gewicht des vorderen Arbeitsgeräts über das Hauptsteuerventil aus dem Auslegerzylinder in einen Ablassbehälter abgelassen werden. Da beim Absenken des Auslegers eine potentielle Energie des vorderen Arbeitsgerätes nicht effektiv genutzt und abgeführt wird, wurde eine Technik zur Rückgewinnung und Rückführung einer solchen potentiellen Energie in geeigneter Weise entwickelt.
[TECHNISCHE AUFGABEN]
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellen ein Hydrauliksystem zur Erhöhung einer Arbeitsgeschwindigkeit eines Auslegers einer Baumaschine bereit, das eine Vorrichtung zur Energierückgewinnung d.h. -regeneration des Auslegers umfasst, die in der Lage ist, einen Arbeitsbetrag durch eine starke Erhöhung der Anstiegsgeschwindigkeit des Auslegers einer Baumaschine erheblich zu verbessern.
[TECHNISCHE LÖSUNG DES PROBLEMS]
Gemäß Ausführungsformen umfasst ein Hydrauliksystem zur Erhöhung einer Geschwindigkeit eines Auslegers einer Baumaschine einen Auslegerzylinder, der so konfiguriert ist, dass er den Ausleger der Baumaschine betätigt d.h. betreibt; ein Hauptsteuerventil mit einem Auslegersteuerkolben, der so konfiguriert ist, dass er selektiv ein Hydrauliköl von einer Hydraulikpumpe über eine Auslegerkopf-Hydraulikleitung und eine Auslegerstangen-Hydraulikleitung in eine Auslegerkopfkammer bzw. eine Auslegerstangenkammer des Auslegerzylinders zuführt; eine Regenerationsvorrichtung, die mit der Auslegerkopfkammer des Auslegerzylinders über eine hydraulische Regenerationsleitung verbunden und so konfiguriert ist, dass sie eine Energie des Auslegerzylinders regeneriert; und eine Regenerationsventileinheit, die an der hydraulischen Regenerationsleitung vorgesehen ist und ein Strömungssteuerventil enthält, das so konfiguriert ist, dass es eine Strömungsrate d.h. Durchflussmenge eines durch die hydraulische Regenerationsleitung strömenden Hydrauliköls steuert. Eine in der Regenerationsvorrichtung gespeicherte Energie wird dem Auslegerzylinder durch das Strömungssteuerventil direkt zugeführt, wenn der Ausleger aufsteigt d.h. angehoben wird.
Nach Ausführungsformen kann das Strömungssteuerventil der Regenerationsventileinheit beim Ansteigen des Auslegers eine von der Regenerationsvorrichtung zum Auslegerzylinder gelieferte Strömungsrate proportional zu einem Manipulationsbetrag einer Manipulationseinheit steuern.
Nach Ausführungsformen kann die Regenerationsventileinheit ferner ein Auf-Zu-Ventil, das an einer Verbindungsleitung vorgesehen ist, die die hydraulische Regenerationsleitung und die Auslegerstangenkammer verbindet, umfassen, wobei das Auf-Zu-Ventil so konfiguriert ist, dass es einen Teil des durch die hydraulische Regenerationsleitung abgegebenen Hydrauliköls selektiv der Auslegerstangenkammer des Auslegerzylinders zuführt.
Nach Ausführungsformen kann das Auf-Zu-Ventil geschlossen werden, wenn der Ausleger auf- bzw. ansteigt.
Nach Ausführungsformen kann die Regenerationsvorrichtung einen Hydraulikmotor umfassen, der mit der hydraulischen Regenerationsleitung verbunden ist, und der Hydraulikmotor kann mit einer Antriebswelle eines Motors verbunden sein und beim Absenken des Auslegers eine Drehkraft auf die Hydraulikpumpe ausüben.
Nach Ausführungsformen kann der Hydraulikmotor beim Ansteigen des Auslegers so gesteuert werden, dass ein Drehmoment zur Motorunterstützung nicht erzeugt wird.
Nach Ausführungsformen kann in dem Hydraulikmotor ein Taumelscheibenwinkel so gesteuert werden, dass er neutral ist, so dass ein Drehmoment zur Motorunterstützung nicht erzeugt wird.
Nach Ausführungsformen kann die Regenerationsvorrichtung einen mit der hydraulischen Regenerationsleitung verbundenen Speicher (auch als Akkumulator bezeichnet) enthalten, und eine Strömungsrate bzw. Durchflussmenge einer Kopfseite des Auslegerzylinders mit hohem Druck, die beim Absenken des Auslegers unter Druck gesetzt wird, kann über die hydraulische Regenerationsleitung in dem Speicher gespeichert werden, wodurch eine Energie des Auslegerzylinders regeneriert wird.
Nach Ausführungsformen kann das Hydrauliksystem außerdem ein erstes Regenerations-Auf-Zu-Ventil enthalten, das zwischen dem Speicher und der hydraulischen Regenerationsleitung vorgesehen ist. Beim Absenken des Auslegers kann das erste Regenerations-Auf-Zu-Ventil geöffnet werden, so dass ein Hochdruck-Hydrauliköl, das durch eine potentielle Energie des Auslegers unter Druck gesetzt wird, gespeichert d.h. angesammelt wird, und beim Anheben des Auslegers kann das erste Regenerations-Auf-Zu-Ventil das gespeicherte Hydrauliköl dem Hydraulikmotor zuführen, um den Motor zu unterstützen.
Gemäß Ausführungsformen kann das Hydrauliksystem außerdem ein zweites Regenerations-Auf-Zu-Ventil enthalten, das zwischen dem ersten Regenerations-Auf-Zu-Ventil und einem Behälter angeordnet ist, wobei das zweite Regenerations-Auf-Zu-Ventil geöffnet wird, um das im Speicher angesammelte Hydrauliköl bei abgestelltem Motor in den Behälter abzulassen.
Nach Ausführungsformen kann das Hydrauliksystem ferner eine Steuereinheit enthalten, die so konfiguriert ist, dass sie das Hauptsteuerventil, die Regenerationsvorrichtung und die Regenerationsventileinheit entsprechend einem von einer Manipulationseinheit übertragenen Manipulationssignal steuert.
Nach Ausführungsformen kann die Steuereinheit das Strömungssteuerventil proportional zu einem von der Manipulationseinheit manipulierten Signal zur Erhöhung der Auslegergeschwindigkeit steuern, so dass beim Auffahren d.h. Ansteigen des Auslegers ein Hydrauliköl proportional zu dem Signal zur Erhöhung der Auslegergeschwindigkeit über das Strömungssteuerventil direkt an den Auslegerzylinder geliefert wird.
[WIRKUNGEN DER ERFINDUNG]
Ein Hydrauliksystem zur Erhöhung einer Arbeitsgeschwindigkeit eines Auslegers einer Baumaschine nach Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die Menge an Arbeitsvorgängen durch Erhöhung einer Auslegeraufstiegsgeschwindigkeit bei Arbeiten, bei denen die Geschwindigkeit des Auslegerzylinders wichtig ist, wie z.B. bei Aushubladearbeiten, erheblich verbessern.
Die Auswirkungen von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind jedoch nicht auf die oben genannten Wirkungen beschränkt und können auf verschiedene Weise ausgeweitet werden, ohne vom Kern und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Figurenliste

1 ist eine Seitenansicht, die den Grundaufbau einer konventionellen Baumaschine zeigt.
2 ist ein hydraulisches Schaltbild, das ein hydraulisches System einer Baumaschine mit einer Regenerationsvorrichtung zur Rückgewinnung von Energie beim Absenken eines Auslegers zeigt.
3 und 4 sind hydraulisches Schaltbild in dem Hydrauliksystem von 2, wenn der Ausleger abgesenkt wird.
5 ist ein hydraulisches Schaltbild in dem Hydrauliksystem von 2 beim Auffahren des Auslegers.
6 ist ein hydraulisches Schaltbild, das ein hydraulisches System zur Erhöhung der Geschwindigkeit des Auslegers einer Baumaschine nach Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt.
7 ist ein hydraulisches Schaltbild, das ein hydraulisches System zur Erhöhung der Geschwindigkeit eines Auslegers einer Baumaschine nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.

Bezugszeichenliste

10:: Baumaschine
20:: unteres Fahrgestell
30:: oberer Schwenkkörper
32:: oberer Rahmen
50:: Kabine
52:: Manipulationseinheit
60:: Frontarbeitsvorrichtung
70:: Ausleger
72:: Auslegerzylinder
72a:: Auslegerkopf-Kammer
72b:: Auslegerstangen-Kammer
80:: Arm
82:: Armzylinder
90:: Schaufel
92:: Schaufelzylinder
100:: Motor
200:: Hydraulikpumpe
201:: Hydraulikmotor
210:: Hydraulikleitung
212:: Hydraulische Rücklaufleitung
220:: Hochdruck-Hydraulikleitung
222:: Auslegerkopf-Hydraulikleitung
224:: Hydraulikleitung für Auslegerstange
230:: hydraulische Regenerationsleitung
300:: Hauptsteuerventil
310:: Ausleger-Steuerkolben
400:: Regenerationsventil-Einheit
410:: Auslass-Steuerventil
420:: Strömungssteuerventil
430:: Auf-Zu-Ventil
500:: Speicher
510:: Regeneration Auf-Zu-Ventileinheit
511:: erstes Regenerations-Auf-Zu-Ventil
512:: zweites Regenerations-Auf-Zu-Ventil
600:: Steuereinheit

[AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG]
In Bezug auf Ausführungsformen der hier offenbarten vorliegenden Offenbarung werden bestimmte strukturelle oder funktionelle Beschreibungen lediglich zu illustrativen Zwecken erläutert, und Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können in unterschiedlicher Form umgesetzt werden und sollten nicht so ausgelegt werden, dass sie auf die hier beschriebenen Ausführungsformen beschränkt sind.
Wenn ein Element als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „in Kontakt stehend“ beschrieben wird, ist nicht nur gemeint, dass das Element direkt mit einem anderen Element verbunden sein oder dieses kontaktieren kann, sondern auch, dass ein zusätzliches Element dazwischen existieren kann. Wenn andererseits ein Element als „direkt mit einem anderen Element verbunden“ oder „in direktem Kontakt stehend mit einem anderen Element“ beschrieben wird, ist gemeint, dass ein zusätzliches Element dazwischen nicht existiert. Andere Ausdrücke, die die Beziehung zwischen Elementen beschreiben, wie „zwischen“ und „direkt zwischen“ oder „benachbart zu“ und „direkt benachbart zu“, sind ebenfalls so zu verstehen.
Die hier verwendeten Begriffe werden nur zur Beschreibung bestimmter Ausführungsformen verwendet und sollen nicht die erfinderische Tätigkeit der vorliegenden Offenbarung einschränken. Zu den singulären Ausdrücken gehören auch plurale Ausdrücke, es sei denn, der Kontext weist eindeutig auf etwas anderes hin. In der hier verwendeten Form ist zu verstehen, dass die Begriffe „einschließen“ oder „aufweisen bzw. haben“ darauf hinweisen sollen, dass ein Merkmal, eine Zahl, eine Stufe, eine Aktion, ein Element, ein Teil oder eine Kombination davon vorhanden ist, und dass dies nicht das Vorhandensein oder die Möglichkeit der Hinzufügung eines oder mehrerer Merkmale, Zahlen, Stufen, Handlungen, Elemente, Teile oder Kombinationen davon ausschließt.
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlich beschrieben. Für die gleichen Elemente in den Zeichnungen werden die gleichen Bezugszeichen verwendet, und doppelte Beschreibungen für die gleichen Elemente werden weggelassen.
1 ist eine Seitenansicht, die den Grundaufbau einer herkömmlichen Baumaschine zeigt. 2 ist ein Hydraulikschaltbild, das ein Hydrauliksystem einer Baumaschine mit einer Regenerationsvorrichtung zur Rückgewinnung von Energie beim Absenken eines Auslegers zeigt. 3 und 4 sind Hydraulikschaltbilder in dem Hydrauliksystem von 2 beim Absenken des Auslegers. 5 ist ein Hydraulikschaltbild in dem Hydrauliksystem von 2, wenn der Ausleger aufsteigt. 6 ist ein Hydraulikschaltbild, das ein Hydrauliksystem zur Erhöhung der Geschwindigkeit eines Auslegers einer Baumaschine gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt. 7 ist ein hydraulischer Schaltplan, der ein hydraulisches System zur Erhöhung der Geschwindigkeit eines Auslegers einer Baumaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
Unter Bezugnahme auf 1 besteht eine Baumaschine 10 aus einem unteren Fahrgestell 20, einem oberen Schwenkkörper 30, der schwenkbar an dem unteren Fahrgestell 20 montiert ist, sowie einer Kabine 50 und einer Frontarbeitsvorrichtung 60, die an dem oberen Schwenkkörper 30 angebracht ist.
Das untere Fahrgestell 20 kann den oberen Schwenkkörper 30 abstützen und die Baumaschine 10 mit der von einem Motor 100 erzeugten Kraft fahren lassen (siehe 2). Das untere Fahrgestell 20 kann ein Raupenfahrgestell sein, das eine Raupe enthält, wie in 1 dargestellt. Alternativ kann das untere Fahrgestell 20 ein Fahrgestell mit Rädern sein, das Laufräder enthält. Der obere Schwenkkörper 30 kann einen oberen Rahmen 32 als eine Basis enthalten und kann sich auf dem unteren Fahrgestell 20 auf einer Ebene parallel zum Boden drehen und so eine Arbeitsrichtung festlegen. Die Kabine 50 kann an der linken Vorderseite des oberen Rahmens 32 vorgesehen sein, und die Frontarbeitsvorrichtung 60 kann an der Vorderseite des oberen Rahmens 32 angebracht sein.
Die Frontarbeitsvorrichtung 60 kann einen Ausleger 70, einen Arm 80 und eine Schaufel 90 umfassen. Zwischen dem Ausleger 70 und dem oberen Rahmen 32 kann ein Auslegerzylinder 72 zur Steuerung der Bewegung des Auslegers 70 vorgesehen sein. Ein Armzylinder 82 zur Steuerung der Bewegung des Arms 80 kann zwischen dem Ausleger 70 und dem Arm 80 vorgesehen sein. Zusätzlich kann ein Schaufelzylinder 92 zur Steuerung der Bewegung der Schaufel 90 zwischen dem Ausleger 80 und der Schaufel 90 vorgesehen sein. Wenn der Auslegerzylinder 72, der Armzylinder 82 und der Schaufelzylinder 92 ausgefahren oder eingezogen werden, können der Ausleger 70, der Arm 80 und die Schaufel 90 verschiedene Bewegungen ausführen und die vordere Arbeitsvorrichtung 60 kann verschiedene Arbeiten ausführen. In einem solchen Fall können der Auslegerzylinder 72, der Armzylinder 82 und der Schaufelzylinder 92 durch ein von der Hydraulikpumpe 200 zugeführtes Hydrauliköl ausgefahren oder eingezogen werden (siehe 2 bis 5).
In einer Ausführungsform kann ein Energierückgewinnungssystem d.h. ein Energieregenerationssystem zur Regenerierung d.h. Rückgewinnung einer Auslegerenergie, die von dem Auslegerzylinder 72 erzeugt werden kann, wenn sich der Ausleger 70 absenkt, bereitgestellt werden. Eine Regenerationsventileinheit 400 mit einer Vielzahl von Ventilen kann Teil des Energierückgewinnungssystems sein.
Ein derartiges Energierückgewinnungssystem kann, wie nachstehend beschrieben, ein Hochdruck-Hydrauliköl ansammeln, das beim Absenken des Auslegers 70 aus dem Auslegerzylinder 72 austritt, oder einen Hydraulikmotor 201 drehen und dadurch die Leistung eines Motors unterstützen.
Wie in 2 dargestellt, kann ein Hydrauliksystem einer Baumaschine nach Ausführungsformen mindestens eine Hydraulikpumpe 200, die mit einem Motor 100 verbunden ist, mindestens einen Aktuator 72, 82, 92 zur Betätigung der vorderen Arbeitsvorrichtung, ein Hauptsteuerventil (MCV) 300, das an einem Strömungsweg zwischen der Hydraulikpumpe und dem Aktuator vorgesehen ist und den Betrieb des Aktuators steuert, und eine Regenerationsvorrichtung zur Energierückgewinnung der vorderen Arbeitsvorrichtung umfassen.
In Ausführungsformen kann der Motor 100 einen Dieselmotor als Antriebsquelle für eine Baumaschine wie einen Bagger enthalten. Mindestens eine Hydraulikpumpe 200 kann über einen Nebenabtrieb (Power Take-Off; PTO) (nicht abgebildet) mit dem Motor 100 verbunden sein. Obwohl nicht in den Zeichnungen dargestellt, können eine Pilotpumpe und zusätzliche Hydraulikpumpen mit dem Motor 100 verbunden sein. Dementsprechend kann eine Leistung von dem Motor 100 auf die Hydraulikpumpe 200 und die Pilotpumpe übertragen werden.
Die Hydraulikpumpe 200 kann über eine Hydraulikleitung 210 mit dem Hauptsteuerventil 300 verbunden sein. Das Hauptsteuerventil 300 kann von der Hydraulikpumpe 200 über die Hydraulikleitung 210 mit Hydrauliköl versorgt werden und kann dieses dem Stellglied d.h. dem Aktuator, wie z.B. dem Auslegerzylinder 72, dem Armzylinder 82, dem Schaufelzylinder 92 usw., zuführen.
Das Hauptsteuerventil 300 kann über eine Hochdruck-Hydraulikleitung 220 mit jedem von mehreren Stellgliedern d.h. Aktuatoren, einschließlich des Auslegerzylinders 72, des Armzylinders 82 und des Schaufelzylinders 92, verbunden werden. Dementsprechend kann jeder der Aktuatoren, wie z.B. der Auslegerzylinder, der Armzylinder und der Schaufelzylinder, durch den Hydraulikdruck des von der Hydraulikpumpe 200 abgegebenen Hydrauliköls angetrieben werden.
Zum Beispiel kann ein Auslegersteuerkolben 310 in dem Hauptsteuerventil 300 über eine Auslegerkopf-Hydraulikleitung 222 und eine Auslegerstangen-Hydraulikleitung 224 mit einer Auslegerkopf-Kammer 72a und einer Auslegerstangen-Kammer 72b des Auslegerzylinders 72 verbunden werden. Dementsprechend kann der Auslegersteuerkolben 310 so geschaltet werden, dass das von der Hydraulikpumpe 200 abgegebene Hydrauliköl wahlweise der Auslegerkopf-Kammer 72a und der Auslegerstangen-Kammer 72b zugeführt wird.
Das Hydrauliköl, das den Aktuator antreibt, kann über eine Rücklaufhydraulikleitung 212 in einen Ablassbehälter T zurückgeführt werden. In Ausführungsformen kann beim Absenken des Auslegers ein Hydrauliköl aus der Auslegerkopfkammer 72a über den Auslegersteuerkolben 310 durch die Auslegerkopf-Hydraulikleitung 222 in den Ablassbehälter T abgelassen werden (siehe 3 und 4). Zusätzlich kann beim Auffahren des Auslegers ein Hydrauliköl aus der Auslegerstangen-Kammer 72b über den Auslegersteuerkolben 310 durch die Auslegerstangen-Hydraulikleitung 224 in den Ablassbehälter T abgelassen werden (siehe 5).
In Ausführungsformen kann das Hydrauliksystem der Baumaschine eine Regenerationsventileinheit 400 enthalten, die an einer hydraulischen Regenerationsleitung 230 vorgesehen ist, die mit der Auslegerkopf-Kammer 72a verbunden ist, um die Zufuhr des Hydrauliköls zu der Regenerationsvorrichtung zu steuern. Die Regenerationsventileinheit 400 kann ein Ablasssteuerventil 410 und ein Auf-Zu-Ventil 430 enthalten, aber die Ausführungsformen sind nicht darauf beschränkt, und die Regenerationsventileinheit 400 kann verschiedene Ventile enthalten, die für das Energierückgewinnungssystem geeignet sind.
Die hydraulische Regenerationsleitung 230 kann mit der Auslegerkopf-Kammer 72a verbunden sein. Eine Hydraulikleitung von der Auslegerkopf-Kammer 72a kann sich in die Auslegerkopf-Hydraulikleitung 222 und die hydraulische Regenerationsleitung 230 verzweigen. Das Ablasssteuerventil 410 ist an der hydraulischen Regenerationsleitung 230 vorgesehen und steuert die Durchflussmenge bzw. Strömungsrate eines durch die hydraulische Regenerationsleitung 230 fließenden Hydrauliköls. Das Auf-Zu-Ventil 430 ist an einer Verbindungsleitung 240 vorgesehen, die die hydraulische Regenerationsleitung 230 und die Auslegerstangen-Kammer 72b verbindet, und wird so gesteuert, dass ein Teil des durch die hydraulische Regenerationsleitung 230 abgelassenen bzw. abgegebenen Hydrauliköls selektiv der Auslegerstangen-Kammer 72b des Auslegerzylinders 72 zugeführt werden kann.
Wie in 7 dargestellt, kann in Ausführungsformen eine Steuereinheit 600 vorgesehen sein, die je nach gewähltem Steuermodus einen Vorsteuersignaldruck bzw. Pilotsignaldruck an die Regenerationsventileinheit ausgibt, um die Zufuhr des Hydrauliköls an die Regenerationsvorrichtung über die hydraulische Regenerationsleitung 230 zu steuern. Eine solche Steuereinheit 600 kann auf andere, in dieser Offenbarung offenbarte Ausführungsformen angewandt und in diese implementiert werden.
Der Vorsteuersignaldruck kann dem Ablasssteuerventil 410 zugeführt werden, um die hydraulische Regenerationsleitung 230 zu öffnen. Das Ablasssteuerventil 410 kann je nach Stellung des Steuerkolbens eine variable Öffnungsfläche aufweisen, durch die die Strömung fließt. Dementsprechend kann das Ablasssteuerventil 410 einen Auf-Zu-Betrieb und eine Durchflussmenge bzw. Strömungsrate der hydraulischen Regenerationsleitung 230 steuern.
Zusätzlich kann der Vorsteuersignaldruck dem Auf-Zu-Ventil 430 zugeführt werden, um die Verbindungsleitung 240 zu öffnen. Dementsprechend kann die Auslegerstangen-Kammer 72b über die Verbindungsleitung 240 mit der hydraulischen Regenerationsleitung 230 verbunden werden, wodurch die Auslegerstangen-Kammer 72b des Auslegerzylinders 72 mit einer unzureichenden Durchflussmenge versorgt werden kann, die durch einen Flächenunterschied zwischen einer Kopfseite und einer Stangenseite des Auslegerzylinders 72 beim Absenken des Auslegers verursacht werden kann.
In Ausführungsformen kann die Regenerationsvorrichtung Energie durch die Verwendung eines Hochdruck-Hydrauliköls regenerieren d.h. zurückgewinnen, das aus der Auslegerkopf-Kammer 72a des Auslegerzylinders 72 beim Absenken des Auslegers 70 austritt d.h. abgelassen bzw. abgegeben wird. Die Regenerationsvorrichtung kann einen Speicher d.h. Akkumulator 500 und einen Hydraulikmotor 201 umfassen. Ein Ende der hydraulischen Regenerationsleitung 230 kann sich verzweigen, um an den Speicher 500 bzw. den Hydraulikmotor 201 angeschlossen zu werden.
Der Akkumulator 500 kann das Hochdruck-Hydrauliköl speichern, das beim Absenken des Auslegers aus der Auslegerkopf-Kammer 72a des Auslegerzylinders 72 austritt d.h. abgegeben wird. An der hydraulischen Regenerationsleitung 230, die an den Speicher 500 angeschlossen ist, ist eine Regenerations-Auf-Zu-Ventileinheit 510 vorgesehen, die ein erstes Generations-Auf-Zu-Ventil 511 und ein zweites Regenerations-Auf-Zu-Ventil 512 umfasst und somit die Zufuhr/Abführung des Hydrauliköls aus dem Speicher 500 steuern kann. Genauer gesagt kann das erste Regenerations-Auf-Zu-Ventil 511 zwischen der hydraulischen Regenerationsleitung 230 und dem Speicher 500 vorgesehen sein, und das zweite Regenerations-Auf-Zu-Ventil 512 kann zwischen dem ersten Regenerations-Auf-Zu-Ventil 511 und einem Behälter vorgesehen sein. In einem Fall, bei dem die Energie mit Hilfe des Hochdruck-Hydrauliköls beim Absenken des Auslegers regeneriert wird, wird das erste Regenerations-Auf-Zu-Ventil 511 geöffnet, und in einem Fall, bei dem keine Energie regeneriert wird, wird das erste Regenerations-Auf-Zu-Ventil 511 geschlossen. Das zweite Regenerations-Auf-Zu-Ventil 512 dient dazu, das im Speicher 500 gespeicherte Hochdruck-Hydrauliköl bei abgestelltem Motor zur Sicherheit in den Behälter abzulassen, und behält immer einen geschlossenen Zustand bei, während das Hydrauliksystem der vorliegenden Offenbarung betrieben wird. Wenn das Hydrauliksystem nach Abschluss des Betriebs für längere Zeit nicht betrieben wird, kann das in den Speicher 500 geladene Hochdruck-Hydrauliköl ein Sicherheitsproblem verursachen, und daher werden das erste Regenerations-Auf-Zu-Ventil 511 und das zweite Regenerations-Auf-Zu-Ventil 512 geöffnet, so dass die Strömung von dem Speicher 500 automatisch in den Behälter abgegeben wird.
Der Hydraulikmotor 201 kann mit einer Antriebswelle des Motors 100 verbunden sein und einen Motorausgang unterstützen, um der Hydraulikpumpe eine Drehkraft zu verleihen. Der Hydraulikmotor 201 kann mit der Antriebswelle des Motors 100 über eine Kraftübertragungsvorrichtung (Power Transmission Device; PTO) (nicht abgebildet) mit einem konstanten Übersetzungsverhältnis verbunden sein.
In Ausführungsformen kann das Hauptsteuerventil 300 ein hydraulisches Steuerventil enthalten. Der Auslegersteuerkolben 310 kann durch einen Vorsteuerdruck (Pilotdruck) gesteuert werden, der proportional zu einer Manipulationsmenge einer Manipulationseinheit 52 ist. Zusätzlich wird ein auf der Manipulation der Manipulationseinheit 52 basierendes Manipulationssignal an die Steuereinheit 600 übertragen, und die Steuereinheit 600 kann einen Taumelscheibenwinkel des Auslegersteuerkolbens 310, das Auslasssteuerventil 410, das Strömungssteuerventil 420, das erste Regenerations-Auf-Zu-Ventil 511, das zweite Regenerations-Auf-Zu-Ventil 512 und den Hydraulikmotor 201 steuern. Außerdem kann in den zugehörigen Zeichnungen die Steuereinheit 600, obwohl nicht abgebildet, Ventile und Schieber d.h. Kolben steuern, oder die Ventile und Schieber können je nach Auswahl des Benutzers direkt von der Manipulationseinheit 52 gesteuert werden.
Im Einzelnen wird, wie in 3 dargestellt, wenn ein von einem Bediener ausgewählter Steuermodus ein Auslegerabsenkungsmodus ist und der Bediener ein Auslegerabsenkungssignal über die Manipulationseinheit 52 eingibt, ein Vorsteuersignaldruck in dem Auslegerabsenkungsmodus an das Ablasssteuerventil 410 und das Auf-Zu-Ventil 430 angelegt, um die hydraulische Regenerationsleitung 230 zu öffnen. Dementsprechend wird ein Druck von einer Kopfseite des Auslegerzylinders, der ein hoher Druck ist, auf eine Stangenseite des Auslegerzylinders übertragen, und somit wird der Druck der Kopfseite des Auslegerzylinders höher als ein normaler Baggerdruck. Eine unter Druck stehende Durchflussmenge der Kopfseite des Auslegerzylinders mit hohem Druck wird über die hydraulische Regenerationsleitung 230 über das Auslasssteuerventil 410 im Speicher 500 gespeichert, wodurch eine potenzielle Energie des Auslegers zurückgewonnen wird, und ein Teil der Durchflussmenge unterstützt ein Motordrehmoment beim Durchgang durch den Hydraulikmotor 201. Wenn, in einer Ausführungsform, ein Druck des Speichers 500 so hoch ist, dass eine Auslegerabsenkungs-Durchflussmenge nicht gespeichert werden kann, kann die Auslegerabsenkungs-Durchflussmenge durch das Hauptsteuerventil 300, wie in 4 dargestellt, oder, obwohl nicht in den Zeichnungen dargestellt, durch ein zusätzlich installiertes Ventil abgelassen werden.
Wie in 5 dargestellt, erhält der Auslegerzylinder bei der Eingabe eines Auslegeraufstiegssignals durch einen Bediener die Durchflussmenge von der Hydraulikpumpe 200, und das Auslasssteuerventil 410 und das Auf-Zu-Ventil 430 in der Regenerationsventileinheit 400 sind alle geschlossen. In einem derartigen Fall wird das im Speicher 500 gespeicherte Hochdruck-Hydrauliköl dem Hydraulikmotor 201 zur Unterstützung des Motors zugeführt.
6 ist ein hydraulischer Schaltbild, das ein hydraulisches System zur Erhöhung der Geschwindigkeit eines Auslegers einer Baumaschine nach Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt. In dem Hydrauliksystem von 6 ist ein Strömungssteuerventil 420, das die Durchflussmenge variabel steuert, wie z.B. das Auslasssteuerventil 410 in der Regenerationsventileinheit 400 in 2 bis 5, in der Regenerationsventileinheit 400 vorgesehen.
In dem Hydrauliksystem von 6 wird beim Auffahren des Auslegers das Strömungssteuerventil 420 geöffnet und eine im Speicher 500 gespeicherte Energie wird über das Strömungssteuerventil 420 direkt dem Auslegerzylinder 72 zugeführt.
Wenn der Ausleger aufsteigt, wird das Strömungssteuerventil 420 der Regenerationsventileinheit 400 von der Steuereinheit 600 proportional zur Manipulationsmenge der Manipulationseinheit 52 gesteuert, während die vom Speicher 500 zum Auslegerzylinder 72 gelieferte Durchflussmenge gesteuert wird und das Auf-Zu-Ventil 430 geschlossen wird. In diesem Fall wird der Hydraulikmotor 201 so gesteuert, dass er kein Drehmoment zur Motorunterstützung erzeugt.
Das heißt, das Hydrauliksystem von 6 ist in der Manipulationseinheit 52 mit einer Funktion zur Erhöhung der Auslegergeschwindigkeit ausgestattet, z.B. mit einem Joystick oder einer anderen Vorrichtung, und wenn der Ausleger aufsteigt, aktiviert ein Fahrer die Funktion zur Erhöhung der Auslegergeschwindigkeit, um die Auslegergeschwindigkeit zu erhöhen. Wenn die Funktion zur Erhöhung der Auslegergeschwindigkeit aktiviert ist, wird das erste Regenerations-Auf-Zu-Ventil 511 des Speichers 500 durch die Steuereinheit 600 geöffnet, das Strömungssteuerventil 420 wird ebenfalls geöffnet und der Hydraulikmotor 201 wird so gesteuert, dass der Taumelscheibenwinkel in einer neutralen Position ist und kein Drehmoment erzeugt wird. Dementsprechend wird die Auffahrgeschwindigkeit des Auslegers erhöht, indem zusätzlich zum Strömungsmenge der Hydraulikpumpe 200 die Strömungsmenge aus dem Speicher 500 zugeführt wird.
Die oben genannten Punkte werden nachstehend näher beschrieben. Im Allgemeinen beträgt ein Kopfdruck des Auslegers beim Absenken des Auslegers etwa 110 bar, und wenn er in dem Speicher d.h. dem Akkumulator gespeichert wird, kann der maximale Druck des Speichers 110 bar möglicherweise nicht überschreiten. In der Zwischenzeit muss der Kopfdruck des Auslegers beim Aufsteigen des Auslegers 110 bar oder mehr betragen, und dementsprechend ist in einem Fall, bei dem die potentielle Energie des Auslegers in dem Speicher gespeichert wird, ohne eine separate Vorrichtung, ein in dem Speicher gespeicherter Druck niedriger als der Kopfdruck des Auslegers, der beim Aufsteigen des Auslegers erforderlich ist, und daher kann die Durchflussmenge nicht direkt an die Kopfseite des Auslegers geliefert werden. In dem Hydrauliksystem der vorliegenden Offenbarung wird jedoch beim Absenken des Auslegers der Kopfdruck des Auslegers zu der Stangenseite hin zugeführt, wodurch ein Stangendruck des Auslegers erhöht wird, und der erhöhte Stangendruck des Auslegers kann die Kopfseite des Auslegers wieder unter Druck setzen, so dass der Kopfdruck des Auslegers 200 bar oder mehr beträgt, und auch ein Speicherdruck bis zu 200 bar oder mehr gespeichert werden kann. Da in einem derartigen Fall der Speicherdruck höher ist als der Kopfdruck des Auslegers, wenn der Ausleger aufsteigt, kann die Durchflussmenge des Speichers direkt an die Kopfseite des Auslegers zugeführt werden, wodurch die Aufstiegsgeschwindigkeit des Auslegers erhöht wird.
Durch die oben beschriebene Manipulation kann die Aufstiegsgeschwindigkeit des Auslegers stark erhöht werden, und dementsprechend kann bei Arbeiten, bei denen die Geschwindigkeit des Auslegerzylinders wichtig ist, wie z.B. bei einer Aushubbeladung, die Menge der Arbeiten stark erhöht werden.
In einer Ausführungsform erfüllt das Strömungssteuerventil 420 von 6 beim Absenken des Auslegers die gleiche Funktion wie das Auslasssteuerventil 410 von 2 bis 5. Obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, kann beim Absenken des Auslegers ein Drehmoment zur Motorunterstützung erzeugt werden, indem ein Teil der Durchflussmenge der Auslegerkopf-Kammer verwendet wird. Wenn die Motorlast sehr gering ist, kann der Taumelscheibenwinkel des Hydraulikmotors 201 reduziert werden, um die im Speicher 500 angesammelte Durchflussmenge d.h. Strömungsrate zu erhöhen.
Obwohl die voranstehenden Ausführungen in Bezug auf Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben werden, sei darauf hingewiesen, dass Durchschnittsfachleute in dem technischen Gebiet die vorliegende Offenbarung auf verschiedene Weise modifizieren und ändern können, ohne von Grundgedanken und Umfang der in den nachstehenden Ansprüchen beschriebenen erfinderischen Tätigkeit abzuweichen.

Claims

Hydrauliksystem zur Erhöhung einer Geschwindigkeit eines Auslegers einer Baumaschine, wobei das Hydrauliksystem umfasst: einen Auslegerzylinder, der für den Betrieb des Auslegers der Baumaschine konfiguriert ist; ein Hauptsteuerventil mit einem Auslegersteuerkolben konfiguriert, um selektiv ein Hydrauliköl von einer Hydraulikpumpe über eine Auslegerkopf-Hydraulikleitung bzw. eine Auslegerstangen-Hydraulikleitung an eine Auslegerkopf-Kammer und eine Auslegerstangen-Kammer des Auslegerzylinders zu führen; eine Regenerationsvorrichtung, die über eine hydraulische Regenerationsleitung mit der Auslegerkopf-Kammer des Auslegerzylinders verbunden ist und so konfiguriert ist, dass sie eine Energie des Auslegerzylinders regeneriert; und eine Regenerationsventileinheit, die an der hydraulischen Regenerationsleitung vorgesehen ist und ein Strömungssteuerventil enthält, das so konfiguriert ist, dass es eine Durchflussmenge eines durch die hydraulische Regenerationsleitung fließenden Hydrauliköls steuert, wobei eine in der Regenerationsvorrichtung gespeicherte Energie direkt dem Auslegerzylinder durch das Strömungssteuerventil zugeführt wird, wenn der Ausleger aufsteigt.
Hydrauliksystem nach Anspruch 1, wobei das Strömungssteuerventil der Regenerationsventileinheit beim Aufsteigen des Auslegers eine von der Regenerationsvorrichtung zum Auslegerzylinder gelieferte Durchflussmenge proportional zu einem Manipulationsbetrag einer Manipulationseinheit steuert.
Hydrauliksystem nach Anspruch 1, wobei die Regenerationsventileinheit ferner ein Auf-Zu-Ventil enthält, das an einer Verbindungsleitung vorgesehen ist, die die hydraulische Regenerationsleitung und die Auslegerstangen-Kammer verbindet, wobei das Auf-Zu-Ventil so konfiguriert ist, dass es einen Teil des durch die hydraulische Regenerationsleitung abgegebenen Hydrauliköls selektiv der Auslegerstangen-Kammer des Auslegerzylinders zuführt.
Hydrauliksystem nach Anspruch 3, wobei das Auf-Zu-Ventil beim Aufsteigen des Auslegers geschlossen wird.
Hydrauliksystem nach Anspruch 1, wobei die Regenerationsvorrichtung einen Hydraulikmotor umfasst, der mit der hydraulischen Regenerationsleitung verbunden ist, und der Hydraulikmotor mit einer Antriebswelle eines Motors verbunden ist und beim Absenken des Auslegers eine Drehkraft an die Hydraulikpumpe liefert.
Hydrauliksystem nach Anspruch 5, wobei beim Aufsteigen des Auslegers der Hydraulikmotor so gesteuert wird, dass kein Drehmoment zur Motorunterstützung erzeugt wird.
Hydrauliksystem nach Anspruch 6, wobei in dem Hydraulikmotor ein Taumelscheibenwinkel neutral gesteuert wird, so dass kein Drehmoment zur Motorunterstützung erzeugt wird.
Hydrauliksystem nach Anspruch 1, wobei die Regenerationsvorrichtung einen mit der hydraulischen Regenerationsleitung verbundenen Speicher enthält, und eine Durchflussmenge einer Kopfseite des Auslegerzylinders bei einem hohem Druck, der beim Absenken des Auslegers unter Druck gesetzt wird, über die hydraulische Regenerationsleitung in dem Speicher gespeichert wird, wodadurch eine Energie des Auslegerzylinders regeneriert wird.
Hydrauliksystem nach Anspruch 8, ferner umfassend ein erstes Regenerations-Auf-/Zu-Ventil, das zwischen dem Speicher und der hydraulischen Regenerationsleitung vorgesehen ist, wobei beim Absenken des Auslegers das erste Regenerations-Auf-Zu-Ventil geöffnet wird, so dass ein Hochdruck-Hydrauliköl, das durch eine potenzielle Energie des Auslegers unter Druck gesetzt wird, angesammelt wird, und wenn der Ausleger aufsteigt, das erste Regenerations-Auf-Zu-Ventil das angesammelte Hydrauliköl an den Hydraulikmotor zuführt, um den Motor zu unterstützen.
Hydrauliksystem nach Anspruch 9, ferner umfassend ein zweites Regenerations-Auf-Zu-Ventil, das zwischen dem ersten Regenerations-Auf-Zu-Ventil und einem Behälter vorgesehen ist, wobei das zweite Regenerations-Auf-Zu-Ventil geöffnet wird, um das in dem Speicher angesammelte Hydrauliköl in den Behälter abzulassen, wenn der Motor abgestellt wird.
Hydrauliksystem nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Steuereinheit umfasst, die konfiguriert ist, dass sie das Hauptsteuerventil, die Regenerationsvorrichtung und die Regenerationsventileinheit gemäß einem von einer Manipulationseinheit übertragenen Manipulationssignal steuert.
Hydrauliksystem nach Anspruch 11, wobei die Steuereinheit das Strömungssteuerventil proportional zu einem von der Manipulationseinheit manipulierten Signal zur Erhöhung der Auslegergeschwindigkeit steuert, so dass beim Aufsteigen des Auslegers ein Hydrauliköl proportional zu dem Signal zur Erhöhung der Auslegergeschwindigkeit durch das Strömungssteuerventil direkt an den Auslegerzylinder zugeführt wird.