DE60104500T2

DE60104500T2 - Strömungsrückgewinnungssystem für Baumaschinen und Baumaschine mit dem System

Info

Publication number: DE60104500T2
Application number: DE60104500T
Authority: DE
Inventors: Naoto Tsuchiura-shi Sannomiya; Sotaro Ushiku-shi TANAKA
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2000-09-26
Filing date: 2001-09-25
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2021-09-26
Also published as: DE60104500D1; EP1191234B1; EP1191234A1; US20020108486A1; JP2002097674A; JP4454131B2; US6502499B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisches Rückgewinnungssystem für eine Baumaschine, wie einen hydraulischen Bagger, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Baumaschine, für die das hydraulische Rückgewinnungssystem verwendet wird.
Der hydraulische Bagger umfaßt beispielsweise gewöhnlich ein unteres Fahrwerk, ein drehbar auf dem unteren Fahrwerk montiertes oberen Schwenkwerk, einen drehbar mit dem oberen Schwenkwerkgekoppelten vorderen Mechanismus mit mehren Gelenken, der einen Ausleger, einen Arm und eine Schaufel umfaßt, und mehrere Stellglieder einschließlich eines hydraulischen Auslegerzylinders, eines hydraulischen Armzylinders und eines hydraulischen Schaufelzylinders zum jeweiligen Antreiben des Auslegers, des Arms und der Schaufel.
Für einige unter den mehreren Stellgliedern wurde in jüngster Zeit eine höhere Stellgliedgeschwindigkeit gefordert, da die Bediener bei der Betätigung von hydraulischen Baggern Geschick entwickelt haben. Wird zum Beispiel der Arm angezogen, wird der Arm unter dem Gesichtspunkt der Arbeitseffizienz während eines Hubs vorzugsweise mit einer höheren Geschwindigkeit betätigt, bis die Schaufel die den Boden erreicht. In einem derartigen Fall müssen die zugehörigen Mechanismen daher mit höheren Geschwindigkeiten arbeiten.
Als Einrichtung zur Erfüllung der Forderung nach einer Beschleunigung ist eine hydraulische Rückgewinnungsvorrichtung mit einem Rückgewinnungskreislauf bekannt, der Hydraulikfluid auf der Stabseite eines Hydraulikzylinders zur Bodenseite zurückführt und ein Wahlventil oder dergleichen zum Erhöhen der Geschwindigkeit enthält, mit der ein Zylinderstab bei gleicher Fördermenge der Pumpe ausgefahren wird (oder bei einer geringeren Fördermenge der Pumpe die gleiche Geschwindigkeit beibehalten wird), wodurch Energie zu rückgewonnen wird. Eine derartige hydraulische Rückgewinnungsvorrichtung ist beispielsweise in der JP A-3-117704 offenbart.
Die offenbarte hydraulische Rückgewinnungsvorrichtung ist in einem hydraulischen Antriebssystem für eine Baumaschine vorgesehen, bei der mehrere Stellglieder, wie ein hydraulischer Auslegerzylinder, ein hydraulischen Armzylinder und ein hydraulischer Schaufelzylinder, durch von einer durch einen Primärantrieb, wie einen Verbrennungsmotor, angetriebenen Hydraulikpumpe zugeführtes Hydraulikfluid angetrieben werden. Dann umfaßt die offenbarte hydraulische Rückgewinnungsvorrichtung eine erste Leitung zur Zufuhr des Hydraulikfluids zur Bodenseite des hydraulischen Armzylinders, eine zweite Leitung zum Ablassen des Hydraulikfluids von der Stabseite des hydraulischen Armzylinders und ein hydraulisches Wahlventil mit einer Rückgewinnungsleitung zur Zufuhr zumindest eines Teils des Hydraulikfluids aus der zweiten Leitung zur ersten Leitung und einer Ablaßleitung zur Rückführung des restlichen Teils des nicht zurückgeführten Hydraulikfluids aus der zweiten Leitung über eine Begrenzungseinrichtung zu einem Hydraulikreservoir.
Wenn bei dieser hydraulischen Rückgewinnungsvorrichtung beim Anziehen des Arms, bei dem das hydraulische Wahlventil zur einen Seite verschoben und das Hydraulikfluid der bodenseitigen Hydraulikkammer des hydraulischen Armzylinders zugeführt wird, die auf den hydraulischen Armzylinder aufgebrachte Last verhältnismäßig gering und der Druck in der bodenseitigen Hydraulikkammer verhältnismäßig niedrig ist, wird das meiste von der Stabseite des hydraulischen Armzylinders in die zweite Leitung abgelassene Hydraulikfluid über die Rückgewinnungsleitung in die erste Leitung statt in die Ablaßleitung geleitet, in der die Begrenzungseinrichtung angeordnet ist, und zur Bodenseite des hydraulischen Armzylinders zurückgeführt (kombinierter Rückgewinnungszustand). Wenn die auf den hydraulischen Armzylinder aufgebrachte Last zunimmt und der Druck in der bodenseitigen Hydraulikkammer ansteigt, wird die Men ge des in die Rückgewinnungsleitung geleiteten Hydraulikfluids verringert, und ein größerer Teil des Hydraulikfluids wird in die Ablaßleitung geleitet, in der die Begrenzungseinrichtung angeordnet ist. Schließlich wird das gesamte Hydraulikfluid ausschließlich in die Ablaßleitung geleitet und dann in das Hydraulikreservoir eingeleitet (Ende der Rückgewinnung durch Rückführung).
Zudem kann die Beziehung zwischen der Last des hydraulischen Armzylinders und dem Ende der Rückgewinnung durch Rückführung beliebig eingestellt werden, indem die Drosseleinrichtung als durch einen Steuerdruck angesteuerte, verstellbare Drossel konstruiert wird.
Bei der vorstehend beschriebenen verwandten Technik treten jedoch die folgenden Probleme auf.
Bei der hydraulischen Rückgewinnungsvorrichtung gemäß der verwandten Technik erfolgt der Rückgewinnungsvorgang, wie vorstehend beschriebenen, grundsätzlich durch eine einfache Steuerung, nämlich einfach durch Umschalten zwischen dem Beginn der Rückgewinnung durch Rückführung und dem Ende der Rückgewinnung durch Rückführung in Abhängigkeit vom Lastdruck des hydraulischen Armzylinders.
Wenn der Betriebsmodus des hydraulischen Baggers beispielsweise von dem alleinigen Vorgang des Anziehens des Arms zur kombinierten Betätigung des Anziehens des Arms und des Anziehens der Schaufel umgestellt wird, wird ein Teil der Fördermenge einer Hydraulikpumpe nicht zur Seite des hydraulischen Armzylinders, sondern zur Seite des hydraulischen Schaufelzylinders geleitet. Selbst wenn der Lastdruck des hydraulischen Armzylinders verhältnismäßig niedrig ist und das System sich im Zustand der Rückgewinnung durch Rückführung befindet, kann die vorstehend beschriebene Situation daher häufig dazu führen, daß das Hydraulikfluid der Bodenseite des hydraulischen Armzylinders trotz des Hinzufügens einer zu rückgewonnenen Strömungsmenge nicht in einer ausreichenden Strömungsmenge zugeführt werden kann und der hydraulische Armzylinder dem Vorgang des Anziehen des Arms nicht zufriedenstellend folgen kann. Eine derartige Unzulänglichkeit der zugeführten Strömungsmenge verursacht das Auftreten von Blasen (Kavitationserscheinungen) in der bodenseitigen Hydraulikkammer des hydraulischen Armzylinders und den mit ihr verbundenen Hydraulikkreisläufen, was zu einer Verschlechterung der Bedienbarkeit und Widerstandsfähigkeit führt.
Obwohl die vorstehende Beschreibung beispielhaft im Zusammenhang mit einer aufgrund einer Umstellung von der alleinigen Betätigung auf eine kombinierte Betätigung verursachten Unzulänglichkeit der zugeführten Strömungsmenge erfolgte, ist das Auftreten einer Unzulänglichkeit der zugeführten Strömungsmenge nicht auf einen derartigen Fall beschränkt. Eine ähnliche Situation tritt beispielsweise auch ein, wenn die Drehzahl eines Primärantriebs zum Antreiben der Hydraulikpumpe verringert wird, und in diesem Fall tritt auch ein ähnliches Problem auf.
In der US 5 862 831 ist ein Hydraulikkreislauf einer Baumaschine offenbart, der ein verstellbares Regenerationswegeventil zur Steuerung des Hydraulikstroms zu und des Rückgewinnungsstrom von mindestens einem Stellglied der Maschine umfaßt. Zur Steuerung der Menge des zurückgewonnenen oder regenerierten Fluids und zur Regelung der Bewegungsgeschwindigkeit eines Stellglieds weist das Regenerationswegeventil ein in einem Regenerationskanal angeordnetes Rückschlagventil zum Verhindern eines Rückflusses, einen in einem Ventilblock angeordneten Regenerationsumschaltsteuerschieber auf Federbasis zur Steuerung des Durchmessers des Fluidkanals im Wegeventil und der Menge des zurückgewonnenen Fluids auf. Die Verschiebung des Umschaltsteuerschiebers erfolgt als Reaktion auf ein externes Steuersignal.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hydraulische Rückgewinnungsvorrichtung für eine Baumaschine und eine Baumaschine, für die die hydraulische Rückgewinnungsvorrichtung verwendet wird, zu schaffen, durch die das Auftreten von Kavitationserscheinungen beispielsweise bei einer Umstellung zur kombinierten Betätigung und einer Verringerung der Drehzahl eines Primärantriebs verhindert die Bedienbarkeit und Haltbarkeit verbessert werden können.
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird ein hydraulisches Rückgewinnungssystem für eine Baumaschine geschaffen, das in einem hydraulischen Antriebssystem für den Antrieb mehrerer Aktoren bzw. Stellglieder durch ein von mindestens einer Hydraulikpumpe in der Baumaschine zugeführtes Hydraulikfluid vorgesehen ist und eine erste Leitung zum Zuführen von Hydraulikfluid zur Bodenseite mindestens eines bestimmten Hydraulikzylinders unter den mehreren Stellgliedern, eine zweite Leitung zum Ablassen von Hydraulikfluid von der Stangen- bzw. Stabseite des bestimmten Hydraulikzylinders und eine Rückgewinnungsventilanordnung zum Zuführen mindestens eines Teils des Hydraulikfluids aus der zweiten Leitung zur ersten Leitung umfaßt. Erfindungsgemäß umfaßt das hydraulische Rückgewinnungssystem ferner eine in der Rückgewinnungsventilanordnung vorgesehene zweite verstellbare Drossel, die bei einer gewünschten Öffnung zumindest den Teil des Hydraulikfluids aus der zweiten Leitung zur ersten Leitung zuführt, eine Drosselventilanordnung zum Rückführen des verbleibenden Teils des Hydraulikfluids, der nicht rückgewonnen worden ist, aus der zweiten Leitung zu einem hydraulischen Reservoir, eine in der Drosselventilanordnung vorgesehene erste Verstelldrossel, die den verbleibenden Teil des Hydraulikfluids, der nicht rückgewonnen wurde, bei einer gewünschten Öffnung zu dem hydraulischen Reservoir zurückführt und eine Steuereinrichtung zum Steuern jeweiliger Öffnungsbereiche bzw. Öffnungsgrade der ersten verstellbaren Drossel und der zweiten verstell baren Drossel entsprechend einer von der Hydraulikpumpe zu dem bestimmten Hydraulikzylinder geführten Aktorflußmenge.
Erfindungsgemäß ist die zweite verstellbare Drossel zur Zufuhr eines Teils des Hydraulikfluids aus der zweiten Leitung zur ersten Leitung in der Rückgewinnungsventileinrichtung vorgesehen, und die erste verstellbare Drossel zur Rückführung des restlichen, nicht zurückgewonnenen Teils des Hydraulikfluids aus der zweiten Leitung in das Hydraulikreservoir ist in der Drosselventileinrichtung vorgesehen. Durch eine geeignete Steuerung der Beträge, um die das Hydraulikfluid durch das zweite Drosselventil und das erste Drosselventil gedrosselt wird, kann das Gleichgewicht (die Verteilung) zwischen der von der Stabseite zur Bodenseite des bestimmten Hydraulikzylinders zurückgeführten, zurückgewonnenen Strömungsmenge und der nicht von der Stabseite zur Bodenseite des bestimmten Hydraulikzylinders zurückgeführten, sondern in das hydraulische Reservoir geleiteten, abgelassenen (nicht zurückgewonnenen) Strömungsmenge eingestellt werden.
Zu diesem Zweck steuert die Steuereinrichtung erfindungsgemäß die Öffnungsgrade der ersten verstellbaren Drossel und der zweiten verstellbaren Drossel in Abhängigkeit von der dem bestimmten Hydraulikzylinder von der Hydraulikpumpe zugeführten, für das Stellglied bestimmten Strömungsmenge. Genauer wird die zu einem hydraulischen Armzylinder geleitete Strömungsmenge des Hydraulikfluids (d.h. die dem hydraulischen Armzylinder zugeführte Stellgliedströmungsmenge) oft abrupt verringert, wenn beispielsweise der Betriebsmodus eines hydraulischen Baggers umgeschaltet wird, wobei der Modus der einer alleinigen Betätigung des Anziehens des Arms zur kombinierten Betätigung des Anziehens des Arms und des Anziehens der Schaufel umgeschaltet und ein Teil der Fördermenge der Hydraulikpumpe zu einem hydraulischen Schaufelzylinder geleitet werden, oder die Drehzahl eines Primärantriebs verringert wird. Als Reaktion auf eine derartige Situation wird der Öffnungsgrad der ersten verstellbaren Drossel in der Drosselventilanordnung verringert, um die nicht zurückgewonnene Strömungsmenge zu verringern, und der Öffnungsgrad der zweiten verstellbaren Drossel in der Rückgewinnungsventilanordnung wird gesteigert, um die zurückgewonnene Strömungsmenge zu erhöhen. Dadurch wird die Verringerung der Stellgliedströmungsmenge durch Erhöhen der zurückgewonnenen Strömungsmenge kompensiert, so daß das Hydraulikfluid der Bodenseite des hydraulischen Armzylinders kontinuierlich mit einer ausreichenden Strömungsmenge zugeführt werden und der hydraulische Armzylinder der Betätigung zum Anziehen des Arms zufriedenstellend folgen können. Dadurch ist es möglich, das Auftreten von Kavitationserscheinungen in der bodenseitigen Hydraulikkammer des bestimmten Hydraulikzylinders (in diesem Fall des hydraulischen Armzylinders) und den peripheren Hydraulikkreisläufen aufgrund einer Unzulänglichkeit der zugeführten Strömungsmenge zu verhindern und die Bedienbarkeit und Langlebigkeit zu verbessern.
Vorzugsweise umfaßt die Steuereinrichtung Aktorflußmengen-Detektormittel bzw. eine Einrichtung zur Erfassung der dem Stellglied zugeführten Strömungsmenge und Öffnungsbereich-Verstellmittel bzw. eine Einrichtung zum Verstellen des Öffnungsgrads zum Verstellen der jeweiligen Öffnungsgrade der ersten verstellbaren Drossel und der zweiten verstellbaren Drossel in Abhängigkeit von der erfaßten, dem Stellglied zugeführten Strömungsmenge.
Vorzugsweise umfassen die Aktorflußmengen-Detektormittel Liefermengen-Bestimmungsmittel bzw. eine Einrichtung zur Erfassung der Fördermenge zum Bestimmen der Liefer- bzw. Fördermenge der Hydraulikpumpe und Verteilungsverhältnis-Bestimmungsmittel bzw. eine Einrichtung zur Erfassung des Verteilungsverhältnisses zur Bestimmung der erfaßten, den jeweiligen Stellgliedern zugeführten Fördermenge.
Vorzugsweise umfassen die Liefermittel-Bestimmungsmittel Drehzahlbestimmungsmittel bzw. eine Einrichtung zur Erfassung der Drehzahl des Primärantriebs zum Antreiben der Hydraulikpumpe.
Durch dieses Merkmal kann die dem Stellglied zugeführte Strömungsmenge dementsprechend selbst bei einer Änderung der Drehzahl des Primärantriebs beispielsweise aufgrund eines Anstiegs der Last eines Stellglieds oder einer Verstellung der eingestellten Drehzahl bzw. des Betriebsmodus des Primärantriebs und einer Veränderung der Fördermenge der Hydraulikpumpe mit hoher Genauigkeit erfaßt werden. In einem derartigen Fall ist es daher möglich, das Auftreten von Kavitationserscheinungen in der bodenseitigen Hydraulikkammer des bestimmten Hydraulikzylinders und der mit ihr verbundenen peripheren Hydraulikkreisläufe aufgrund einer Unzulänglichkeit der zugeführten Strömungsmenge sicher zu verhindern sowie die Bedienbarkeit und Langlebigkeit zu verbessern.
Vorzugsweise umfassen die Liefermengen-Bestimmungsmittel eine Anzahl von Eingangswert-Bestimmungsmitteln zum Bestimmen der Eingangswerte einer Anzahl von Betriebsmitteln für den Betrieb der Anzahl von Aktoren bzw. mehrere Einrichtungen zur Erfassung von Eingangsgrößen zum Erfassen der Eingangsgrößen von mehreren Betätigungseinrichtungen zur Betätigung der mehreren Stellglieder.
Selbst wenn abhängig von den Eingangsgrößen von den Betätigungseinrichtungen eine Steuerung der Fördermenge der Pumpe (beispielsweise eine negative Steuerung, eine positive Steuerung oder eine Lasterfassungssteuerung) erfolgt, kann die den Stellgliedern zugeführte Strömungsmenge durch dieses Merkmal dementsprechend mit hoher Genauigkeit erfaßt werden. In derartigen Fällen ist es daher ebenfalls möglich, das Auftreten von Kavitationserscheinungen in der bodenseitigen Hydraulikkammer des bestimmten Hydraulikzylinders und den mit ihr verbundenen peripheren Hydraulikkreisläufen aufgrund einer Unzulänglichkeit der zugeführten Strömungsmenge si cher zu verhindern sowie die Bedienbarkeit und Langlebigkeit zu verbessern.
Vorzugsweise umfassen die Verteilungsverhältnis-Bestimmungsmittel Öffnungsbereichs-Verhältnis-Bestimmungsmittel zum Erfassen eines Öffnungsbereichs-Verhältnisses zwischen der Hydraulikpumpe und der Anzahl an Aktoren jeweils angeordneten Steuerventilen zur Besteuerung der Ströme des den jeweiligen Aktoren zugeführten hydraulischen Fluids und Modifiziermittel zum Modifizieren des bestimmten Öffnungsbereichs-Verhältnisses entsprechend den Betriebszuständen der Anzahl an Aktoren bzw. eine Einrichtung zur Erfassung des Verhältnisses zwischen den jeweiligen Öffnungsgraden der mehreren, zwischen der Hydraulikpumpe und den mehreren Stellgliedern angeordneten Steuerventile zur Steuerung der Ströme des den entsprechenden Stellgliedern zugeführten Hydraulikfluids und eine Modifikationseinrichtung zum Verändern des erfaßten Verhältnisses zwischen den Öffnungsgraden in Abhängigkeit von den Betriebszuständen der mehreren Stellglieder.
Vorzugsweise umfassen die Öffnungsbereichs-Änderungsmittel erste und zweite Drosselfließmengen-Bestimmungsmittel zum Bestimmen der jeweiligen Drosselstrommengen durch die zweite Verstelldrossel und die erste Verstelldrossel entsprechend der bestimmten Aktorstrommenge sowie erste und zweite Öffnungsbereichs-Bestimmungsmittel zum Bestimmen der jeweiligen Öffnungsbereiche der zweiten Verstelldrossel und der ersten Verstelldrossel entsprechend den bestimmten Drosselstrommengen bzw. Einrichtungen zur Erfassung der durch die erste und die zweite Drossel strömenden Strömungsmengen zum Erfassen der jeweils durch die zweite verstellbare Drossel und die erste verstellbare Drossel strömenden Drosselströmungsmengen in Abhängigkeit von den erfaßten, den Stellgliedern zugeführten Strömungsmengen und Einrichtungen zum Bestimmen des ersten und des zweiten Öffnungsgrads zur Bestimmung der jeweiligen Öffnungsgrade der zweiten verstellbaren Drossel und der ersten verstellbaren Drossel in Abhängigkeit von den bestimmten Drosselströmungsmengen.
Vorzugsweise bestimmen die ersten Drosselstrommengen-Bestimmungsmittel die Drosselstrommenge durch die zweite Verstelldrossel in Übereinstimmung mit beiden, einer gesetzten Einlaßstrommenge, mit welcher das Hydraulikfluid in die Bodenseite des ausgewählten Hydraulikzylinders eingeführt wird, und der bestimmten Aktorstrommenge bzw. die durch die zweite verstellbare Drossel strömende Drosselströmungsmenge anhand sowohl der eingestellten Einlaßströmungsmenge, mit der das Hydraulikfluid zur Bodenseite des bestimmten Hydraulikzylinders geleitet wird, als auch der erfaßten, den Stellgliedern zugeführten Strömungsmengen.
Vorzugsweise bestimmen die zweiten Drosselstrommengen-Bestimmungsmittel die Drosselstrommenge durch die erste Verstelldrossel in Übereinstimmung mit der gesetzten Einlaßstrommenge, einem Volumenverhältnis zwischen der bodenseitigen Hydraulikkammer des besonderen Hydraulikzylinders und der bestimmten Drosselstrommenge durch die zweite Verstelldrossel bzw. anhand der Einlaßströmungsmengen, des Verhältnisses zwischen den Volumen der bodenseitigen Hydraulikkammer und der stabseitigen Hydraulikkammer des bestimmten Hydraulikzylinders und der erfaßten, durch die zweite verstellbare Drossel strömenden Drosselströmungsmenge.
Vorzugsweise bestimmen die ersten Öffnungsbereichs-Bestimmungsmittel den Öffnungsbereich der zweiten Verstelldrossel in Übereinstimmung mit der bestimmten Drosselstrommenge durch die zweite Verstelldrossel, einem gesetzten Bodendruck, der zur Verhinderung von Kavitationserscheinungen in einer bodenseitigen hydraulischen Kammer des ausgewählten Hydraulikzylinders eingestellt ist, einem Volumenverhältnis zwischen der bodenseitigen Hydraulikkammer und der stangenseitigen Hydraulikkammer des ausgewählten Hydraulikzylinders sowie einem im ausgewählten Hydraulikzylin der aufrecht erhaltenen Haltedruck bzw. den Öffnungsgrad der zweiten verstellbaren Drossel anhand der erfaßten, durch die zweite verstellbare Drossel strömenden Drosselströmungsmenge, eines zum Verhindern des Auftreten von Kavitationserscheinungen in der bodenseitigen Hydraulikkammer des bestimmten Hydraulikzylinders eingestellten Bodendrucks, des Verhältnisses zwischen den Volumen der bodenseitigen Hydraulikkammer und der stabseitigen Hydraulikkammer des bestimmten Hydraulikzylinders und eines in dem bestimmten Hydraulikzylinder zu haltenden Haltedrucks.
Vorzugsweise bestimmen die zweiten Öffnungsbereich-Bestimmungsmittel den Öffnungsbereich der ersten Verstelldrossel in Übereinstimmung mit der bestimmten Drosselstrommenge durch diese erste Verstelldrossel, dem gesetzten Bodendruck, dem Volumendruck, dem Haltedruck und einem Behälterdruck im hydraulischen Reservoir bzw. den Öffnungsgrad der ersten verstellbaren Drossel anhand der durch die erste verstellbare Drossel strömenden Drosselströmungsmenge, des eingestellten Bodendrucks, des Volumenverhältnisses, des zu haltenden Drucks und des Reservoirdrucks im Hydraulikreservoir.
Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe umfaßt eine Baumaschine ein unteres Fahrwerk, ein drehbar auf dem unteren Fahrwerk montiertes oberes Schwenkwerk, einen drehbar mit dem oberen Schwenkwerk gekoppelten vorderen Mechanismus mit mehreren Gelenken, der einen Ausleger, einen Arm und eine Schaufel umfaßt, mehrere Stellglieder einschließlich eines hydraulischen Auslegerzylinders, eines hydraulischen Armzylinders und eines hydraulischen Schaufelzylinders zum jeweiligen Antreiben des Auslegers, des Arms und der Schaufel, eine erste Leitung zur Zufuhr von Hydraulikfluid zur Bodenseite mindestens eines bestimmten Hydraulikzylinders unter den mehreren Stellgliedern, eine zweite Leitung zum Ablassen des Hydraulikfluids von der Stabseite des bestimmten Hydraulikzylinders, eine Rückgewinnungsventileinrichtung zur Zufuhr zumindest eines Teils des Hydraulikfluids aus der zweiten Leitung über eine zweite verstellbare Drossel zur ersten Leitung. Erfindungsgemäß umfaßt das Hydrauliksystem dieser Maschine eine Drosselventileinrichtung zur Rückführung des nicht zurückgewonnenen, restlichen Teils des Hydraulikfluids aus der zweiten Leitung über eine erste verstellbare Drossel zu einem Hydraulikreservoir und eine Steuereinrichtung zur Steuerung der jeweiligen Öffnungsgrade der ersten verstellbaren Drossel und der zweiten verstellbaren Drossel in Abhängigkeit von der dem bestimmten Hydraulikzylinder von der Hydraulikpumpe zugeführten Stellgliedströmungsmenge.
Vorzugsweise umfaßt die Steuereinrichtung eine Einrichtung zur Erfassung der Stellgliedströmungsmenge und eine Einrichtung zum Verstellen des jeweiligen Öffnungsgrads der ersten verstellbaren Drossel und der zweiten verstellbaren Drossel in Abhängigkeit von der erfaßten Stellgliedströmungsmenge.
Vorzugsweise ist die Rückgewinnungsventilanordnung in bezug auf ein bestimmtes Steuerventil zur Steuerung des Stroms des dem bestimmten Hydraulikzylinder von der Hydraulikpumpe zugeführten Hydraulikfluids und den bestimmten Hydraulikzylinder an einer Position angeordnet, die näher an zumindest dem bestimmten Hydraulikzylinder liegt.
Es ist eine allgemeine Regel, daß die zurückgewonnene Strömungsmenge bei der Rückgewinnung eines Teils des aus einem Hydraulikzylinder abgelassenen Hydraulikfluids leichter erhöht werden kann, wenn der Druck in der Rückgewinnungsleitung auf der Stabseite des Hydraulikzylinders höher und der Druck in der Rückgewinnungsleitung auf der Bodenseite des Hydraulikzylinders niedriger ist. Wenn das Hydraulikfluid dem Hydraulikzylinder andererseits über ein Steuerventil zur Steuerung des Stroms des Hydraulikfluids von der Hydraulikpumpe zugeführt wird, sind die Hydraulikpumpe, das Steuerventil und der Hydraulikzylinder in der genannten Reihenfolge miteinander verbunden. Wenn bei dieser Anordnung eine Rückgewinnungsleitung von dem Hydraulikzylinder entfernt angeordnet ist, wird der in einer dazwischen liegenden Leitung verursachte Druckverlust verhältnismäßig hoch. Dadurch wird der Druck in der Rückgewinnungsleitung auf der Bodenseite erhöht, da sie näher an der Hydraulikpumpe angeordnet ist, und der Druck in der Rückgewinnungsleitung auf der Stabseite wird um die dem vorstehend erwähnten Druckverlust entsprechende Größe verringert. Es ist daher schwierig, eine große zurückgewonnene Strömungsmenge zu erhalten.
Angesichts einer derartigen Schwierigkeit ist die Rückgewinnungsventilanordnung bei dieser Ausführungsform in einer Position angeordnet, die näher an zumindest dem bestimmten Hydraulikzylinder des bestimmten Steuerventils und dem bestimmten Hydraulikzylinder liegt. Durch diese Konstruktion kann der Druckverlust in der Rückgewinnungsleitung verringert werden, so daß der Druck an dem Anschluß der Rückgewinnungsventilanordnung, der mit der Stabseite des bestimmten Hydraulikzylinders in Verbindung steht, verhältnismäßig hoch und der Druck an dem Anschluß der Rückgewinnungsventilanordnung, der mit ihrer Bodenseite in Verbindung steht, verhältnismäßig niedrig gehalten werden kann. Dementsprechend kann leichter eine größere zurückgewonnene Strömungsmenge erzielt werden.
Vorzugsweise ist die Rückgewinnungsventilanordnung an dem bestimmten Hydraulikzylinder angeordnet.
Vorzugsweise ist die Rückgewinnungsventilanordnung am Ausleger angelegt.
Vorzugsweise sind die Rückgewinnungsventilanordnung und die Drosselventilanordnung als integrale Einheit ausgebildet und am Ausleger angeordnet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Seitenansicht, die den Gesamtaufbau eines hydraulischen Baggers zeigt, für den ein hydraulisches Rückgewinnungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
die 2A und 2B sind ein Diagramm eines Hydraulikkreislaufs, das die Konstruktion eines hydraulischen Antriebssystems mit verschiedenen hydraulischen Stellgliedern darstellt, das in dem in 1 gezeigten hydraulischen Bagger montiert ist;
3 ist ein Diagramm der Werte Q und P, das die Beziehung zwischen dem Förderdruck und der Fördermenge einer ersten und einer zweiten Hydraulikpumpe zeigt, die aufgrund einer von einem in den 2A und 2B gezeigten Regler ausgeführten Steuerung zur Begrenzung des Eingangsdrehmoments realisiert werden;
4 ist ein funktionales Blockdiagramm, das die Funktionen einer in 2A gezeigten Steuereinheit darstellt;
5 ist eine Schnittansicht, die den genauen Aufbau einer in das hydraulische Rückgewinnungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingebauten Rückgewinnungsventileinheit zeigt;
6 ist eine vergrößerte, perspektivische, auseinandergezogene Ansicht eines Hauptteils von 1, die eine Montageposition für die in das hydraulische Rückgewinnungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingebaute Rückgewinnungsventileinheit zeigt;
7 ist ein Ablaufdiagramm, das Schritte der durch einen Rückgewinnungssteuerabschnitt der in dem hydraulischen Rückgewinnungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthaltenen Steuereinheit ausgeführten Steuerung zeigt;
8 ist ein Ablaufdiagramm, das Schritte der durch einen Rückgewinnungssteuerabschnitt der in dem hydraulischen Rückgewinnungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthaltenen Steuereinheit ausgeführten Steuerung zeigt;
die 9A und 9B sind jeweils ein Diagramme, die ein Beispiel der Korrelation zwischen der Eingangsgröße eines Steuerventils und dem Öffnungsgrad eines Steuerschiebers zeigen;
10 ist ein Ablaufdiagramm, das Schritte der durch einen Rückgewinnungssteuerabschnitt der in dem hydraulischen Rückgewinnungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthaltenen Steuereinheit ausgeführten Steuerung zeigt;
11 ist eine schematische Ansicht, auf die bei der Betrachtung der einen hydraulischen Armzylinder betreffenden hydraulischen Strömungsmengen Bezug genommen wird; und
12 ist ein Ablaufdiagramm, das Schritte der durch einen Rückgewinnungssteuerabschnitt der in dem hydraulischen Rückgewinnungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthaltenen Steuereinheit ausgeführten Steuerung zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Diese Ausführungsform repräsentiert einen Fall, in dem die vorliegende Erfindung für einen hydraulischen Bagger als ein Beispiel für eine Baumaschine verwendet wird.
1 ist eine Seitenansicht, die den Gesamtaufbau eines hydraulischen Baggers zeigt, für den ein hydraulisches Rückgewinnungssystem gemäß dieser Ausführungsform verwendet wird. Gemäß 1 gehört der hydraulische Bagger dem sogenannten Tiefbaggertyp an und umfaßt einen Ausleger 1a, einen Arm 1b und eine Schau fel 1c, die einen vorderen Mechanismus 1 mit mehreren Gelenken bilden und jeweils in vertikaler Richtung drehbar sind. Der hydraulische Bagger umfaßt fernem ein unteres Fahrwerk 2 und ein oberes Schwenkwerk 3.
Der Ausleger 1a, der Arm 1b und die Schaufel 1c sind vertikal drehbar miteinander verbunden, und das Basisende des Auslegers 1a wird vom vorderen Abschnitt des oberen Schwenkwerks 3 gehalten.
Das untere Fahrwerk 2 umfaßt Raupen 2A, die jeweils auf der linken und auf der rechten Seite angeordnet sind. Das obere Schwenkwerk umfaßt eine Kabine 3A, in der ein Bediener bei der Betätigung sitzt, und einen Maschinenraum 3B, der hinter der Kabine 3A angeordnet ist und in dem verschiedene Vorrichtungen, wie ein (in 1 nicht dargestellter) Motor 17 (siehe 2A) und eine Steuerventileinheit 7, untergebracht sind. Das obere Schwenkwerk 3 ist horizontal drehbar auf dem unteren Fahrwerk montiert.
Der Ausleger 1a, der Arm 1b und die Schaufel 1c werden jeweils von einem hydraulischen Auslegerzylinder 11, einem hydraulischen Armzylinder 12 und einem hydraulischen Schaufelzylinder 13 angetrieben. Das untere Fahrwerk 2 wird zum Fahren durch einen linken und einen rechten hydraulischen Verfahrmotor 14, 15 (von denen in 1 nur der Motor 14 gezeigt ist, siehe auch die 2A und 2B) angetrieben. Das obere Schwenkwerk 3 wird von einem (in 1 nicht gezeigten) hydraulischen Schwenkmotor (siehe 2A) angetrieben, um ihn in bezug auf das untere Fahrwerk horizontal zu drehen.
In der Kabine 3A sind als Bedienungseinrichtungen dienende (in 1 nicht dargestellte) Steuerhebeleinheiten 62, 63, 64, 65, 66 und 67 (siehe die 2A und 2B) vorgesehen. Der in der Kabine sitzende Bediener betätigt die Steuerhebel 62a bis 67a der Steuerhebelvorrichtungen 62 bis 67 den Erfordernissen entsprechend, woraufhin die entsprechenden hydraulischen Stellglieder, wie die vorste hend erwähnten Hydraulikmotoren und Hydraulikzylinder angetrieben werden, um den hydraulischen Bagger zu verfahren und die erforderlichen Arbeiten auszuführen.
Die 2A und 2B zeigen ein Diagramm eines Hydraulikkreislaufs, das die Konstruktion eines hydraulischen Antriebssystems mit verschiedenen hydraulischen Stellgliedern zeigt, das in dem in 1 dargestellten hydraulischen Bagger vorgesehen ist.
Gemäß den 2A und 2B umfaßt das hydraulische Antriebssystem eine erste und eine zweite Hydraulikpumpe 8, 9, sechs hydraulische Stellglieder 11 bis 16 einschließlich des hydraulischen Auslegerzylinders 11, des hydraulischen Armzylinders 12 und des hydraulischen Schaufelzylinders 13, denen von den Hydraulikpumpen 8, 9 Hydraulikfluid zum jeweiligen Antreiben des Auslegers 1a, des Arms 1b und der Schaufel 1c zugeführt wird, sechs Steuerventile 18 bis 23 zur Steuerung der Richtungen und Strömungsmengen, in denen den sechs hydraulischen Stellgliedern 11 bis 16 das Hydraulikfluid von den Hydraulikpumpen 8, 9 zugeführt wird, und Regler 41, 42, auf die von einer nicht dargestellten hydraulischen Steuerquelle (beispielsweise einer vom Motor angetriebenen Hilfshydraulikpumpe) ein Steuerdruck zum Regeln der Neigungswinkel der Taumelscheiben 8A, 9A (d.h. der Pumpenfördermengen) der ersten und der zweiten Hydraulikpumpe 8, 9 aufgebracht wird.
Zusätzlich zu dem hydraulischen Auslegerzylinder 11, dem hydraulischen Armzylinder 12 und dem hydraulischen Schaufelzylinder 13 umfassen die hydraulischen Stellglieder 11 bis 16 den linken und den rechten Verfahrmotor 14, 15 zum Antreiben des unteren Fahrwerks 2 (siehe 1) des hydraulischen Baggers und einen Schwenkmotor 16 zum Drehen des oberen Schwenkwerks 3 (siehe 1) in bezug auf das untere Fahrwerk 2.
Die Steuerventile 18 bis 23 sind jeweils Wahlventile mit mittiger Umgehungsleitung und in zwei Ventilgruppen unterteilt, nämlich ei ne erste Ventilgruppe 24 und eine zweite Ventilgruppe 25. Die Steuerventile sind beispielsweise für jede Ventilgruppe als einstückige Einheit konstruiert und in die Steuerventileinheit 7 (siehe 1) eingebaut.
Die erste Ventilgruppe 24 besteht aus einem mit dem Schwenkmotor 16 unter den Stellgliedern 11 bis 16 verbundenen Schwenksteuerventil 18, einem mit dem hydraulischen Armzylinder 12 verbundenen Armsteuerventil 19 und einem mit dem linken hydraulischen Verfahrmotor 14 verbundenen Steuerventil 20 für den linken Verfahrmotor.
Die zweite Ventilgruppe 25 besteht aus einem mit dem rechten hydraulischen Verfahrmotor 15 unter den mehreren hydraulischen Stellgliedern 11 bis 16 verbundenen Steuerventil 21 für den rechten Verfahrmotor, einem mit dem hydraulischen Schaufelzylinder 13 verbundenen Schaufelsteuerventil 22 und einem mit zwei hydraulischen Auslegerzylindern 11, 11 verbundenen Auslegersteuerventil 23.
Die Hydraulikpumpen 8, 9 sind von dem Motor 17 gemeinsam angetriebene Pumpen mit verstellbarem Verdrängungsvolumen (obwohl die Hydraulikpumpen 8,9 in den 2A und 2B zur Vereinfachung der Darstellung als vom Motor 17 entfernt angeordnet dargestellt sind). Genauer sind die Hydraulikpumpen 8, 9 aus der ersten Hydraulikpumpe 8 zum Fördern des Hydraulikfluids für die erste Ventilgruppe 24 und der zweiten Hydraulikpumpe 9 zum Fördern des Hydraulikfluids für die zweite Ventilgruppe 25 zusammengesetzt.
Bei dieser Ausführungsform sind das Schwenksteuerventil 18, das Armsteuerventil 19 und das Steuerventil 20 für den linken Verfahrmotor der ersten Ventilgruppe so hintereinander geschaltet, daß das Hydraulikfluid von der ersten Hydraulikpumpe 8 dem Schwenkmotor 16, dem hydraulischen Armzylinder 12 und dem linken hydraulischen Verfahrmotor 14 in der genannten Reihenfolge mit höherer Priorität zugeführt wird.
Ebenso ist in der zweiten Ventilgruppe 25 das Steuerventil 21 für den rechten Verfahrmotor mit dem Schaufelsteuerventil 22 und dem Auslegersteuerventil 23 so hintereinander geschaltet, daß das Steuerventil 21 für den rechten Verfahrmotor die Zufuhr des Hydraulikfluids von der zweiten Hydraulikpumpe 9 zum rechten hydraulischen Verfahrmotor 15 mit der höchsten Priorität ermöglicht. Die Beziehung der Verbindung des Schaufelsteuerventils 22 und des Auslegersteuerventils 23 zur zweiten Hydraulikpumpe 9 verändert sich in Abhängigkeit von der Betätigung des Auslegerhydraulikzylinders 11. Genauer sind das Schaufelsteuerventil 22 und das Auslegersteuerventil 23 so hintereinander geschaltet, daß das Schaufelsteuerventil 22 während des Vorgangs des Anhebens des Auslegers (bei einer Verschiebung des Auslegersteuerventils 23 in eine später beschriebene verschobene Stellung 23A) zuläßt, daß das Hydraulikfluid von der zweiten Hydraulikpumpe 9 dem Schaufelzylinder 13 mit höherer Priorität als dem Auslegersteuerventil 23 (exakt ausgedrückt, dem Auslegersteuerventil 23 in der verschobenen Stellung 23A) zugeführt wird. Während des Vorgangs des Absenkens des Auslegers (bei einer Verschiebung des Auslegersteuerventils 23 in eine später beschriebene verschobene Stellung 23B) sind das Schaufelsteuerventil 22 und das Auslegersteuerventil 23 (exakt ausgedrückt, das Auslegersteuerventil 23 in der verschobenen Stellung 23B) parallel geschaltet.
Eine Schaufelverbindungsleitung 71 zweigt an einem Ende an einem Punkt stromabseitig des Armsteuerventils 19 von der mittleren Umgehungsleitung 49 der ersten Ventilgruppe 24 ab. Das andere Ende der Schaufelverbindungsleitung 71 ist mit einer Einlaßdosierleitung 72 für die Schaufel verbunden, die an einem Punkt stromabseitig des Steuerventils 21 für den rechten Verfahrmotor von einer mittleren Umgehungsleitung 50 der zweiten Ventilgruppe abzweigt. Durch eine derartige Konstruktion wird dem hydraulischen Schaufelzylinder 13 während der alleinigen Betätigung der Schaufel sowohl über eine Förderleitung 27, die mittlere Umgehungsleitung 50 und die Einlaßdosierleitung 72 für die Schaufel das Hydraulikfluid von der zweiten Hydraulikpumpe 9 als auch über die Förderleitung 26, die mittlere Umgehungsleitung 49, die Schaufelverbindungsleitung 71 und die Einlaßdosierleitung 72 für die Schaufel das Hydraulikfluid von der ersten Hydraulikpumpe 8 zusammen zugeführt.
Ähnlich zweigt eine Armverbindungsleitung 73 an einem Ende an einem Punkt stromabseitig des Steuerventils 19 für den rechten Verfahrmotor von einer von der mittleren Umgehungsleitung 50 der zweiten Ventilgruppe 25 abzweigenden Einlaßdosierleitung 75 für ein Absenken des Auslegers ab. Das andere Ende der Armverbindungsleitung 73 ist an einem Punkt stromabseitig des Schwenksteuerventils 18 mit einer von der mittleren Umgehungsleitung 49 der ersten Ventilgruppe 24 abzweigenden Einlaßdosierleitung 74 für den Arm verbunden. Durch eine derartige Konstruktion wird dem hydraulischen Armzylinder 12 bei der alleinigen Betätigung des Arms sowohl über die Förderleitung 26, die mittlere Umgehungsleitung 49 und die Einlaßdosierleitung 74 für den Arm das Hydraulikfluid von der ersten Hydraulikpumpe 8 als auch über die Förderleitung 27, die mittlere Umgehungsleitung 50, die Einlaßdosierleitung 75 für das Absenken des Auslegers, die Armverbindungsleitung 73 und die Einlaßdosierleitung 74 für den Arm das Hydraulikfluid von der zweiten Hydraulikpumpe 9 gemeinsam zugeführt.
Da das Armsteuerventil 19 während der kombinierten Betätigung des Arms und der Schaufel in eine verschobene Stellung 19A verschoben wird, wird das Hydraulikfluid nicht zur Seite der Schaufelverbindungsleitung 71 geleitet, wogegen das Hydraulikfluid über die Einlaßdosierleitung 75 für das Absenken des Auslegers zur Armverbindungsleitung 73 geleitet wird. Daher wird dem hydraulischen Armzylinder 12 sowohl von der ersten Hydraulikpumpe 8 als auch von der zweiten Hydraulikpumpe 9 Hydraulikfluid zugeführt. Gleichzeitig wird dem hydraulischen Schaufelzylinder 13 von der zweiten Hydraulikpumpe 9 über die Einlaßdosierleitung 72 für die Schaufel Hydraulikfluid zugeführt. Daher sind das Armsteuerventil 19 und das Schaufelsteuerventil 22 parallel mit der zweiten Hydraulikpumpe 9 verbunden.
In den Leitungen 43, 44, durch die die Steuerventile 20, 23 mit einem Hydraulikreservoir 30 verbunden sind, sind jeweils Drosseln 45, 46 vorgesehen. Stromaufseitig der Drosseln 45, 46 sind jeweils Drucksensoren 47, 48 zur Erfassung der von den Drosseln 45, 46 erzeugten Drücke (der negativen Steuerdrücke P1', P2') vorgesehen. Die Steuerventile 18 bis 23 sind, wie vorstehend beschrieben, jeweils Ventile mit mittlerer Umgehungsleitung, und die Strömungsmenge des durch jede der mittleren Umgehungsleitung strömenden Hydraulikfluids wird in Abhängigkeit von den jeweiligen Eingangsgrößen verändert, um die die Steuerventile 18 bis 23 betätigt werden. Wenn sich sämtliche Steuerventile 18 bis 23 in ihren neutralen Stellungen befinden, d.h. wenn die für die Hydraulikpumpen 8, 9 erforderlichen Strömungsmengen gering sind, strömt der Großteil des von den Hydraulikpumpen 8, 9 geförderten Hydraulikfluids durch die Leitungen 43, 44, wodurch die negativen Steuerdrücke P1', P2' ansteigen. Werden die Steuerventile 18 bis 23 dagegen so betätigt, daß sie geöffnet sind, d.h. wenn die für die Hydraulikpumpen 8, 9 erforderlichen Strömungsmengen groß sind, werden die Strömungsmengen des durch die Leitungen 43, 44 strömenden Hydraulikfluids in einem Ausmaß verringert, das den Strömungsmengen des zu den Seiten der jeweiligen Stellglieder geleiteten Hydraulikfluids entspricht, wodurch die negativen Steuerdrücke P1', P2' verringert werden. Wie später im Einzelnen beschrieben, werden bei dieser Ausführungsform die Neigungswinkel θ1, θ2 der Taumelscheiben 8A, 9A der Hydraulikpumpen 8, 9 in Abhängigkeit von durch die Drucksensoren 47, 48 erfaßten Veränderungen der negativen Steuerdrücke P1', P2' verändert.
Ferner umfaßt das hydraulische Antriebssystem gemäß dieser Ausführungsform mehrere Steuerhebelvorrichtungen einschließlich einer Auslegersteuerhebelvorrichtung 62, einer Armsteuerhebelvor richtung 63, einer Schaufelsteuerhebelvorrichtung 64, einer Steuerhebelvorrichtung 65 für den linken Verfahrmotor, einer Steuerhebelvorrichtung 66 für den rechten Verfahrmotor und einer Schwenksteuerhebelvorrichtung 67, die als entsprechend den hydraulischen Stellgliedern 11 bis 16 vorgesehene Bedienungseinrichtungen zur Vorgabe der Betätigung der jeweiligen angetriebenen Elemente, d.h. des Auslegers 1a, des Arms 1b, der Schaufel 1c, des unteren Fahrwerks 2 und des oberen Schwenkwerks 3, dienen.
Bei der folgenden Beschreibung wird die Auslegersteuerhebelvorrichtung 62 als Beispiel herangezogen. Die Auslegersteuerhebelvorrichtung 62 gehört dem hydraulisch gesteuerten Typ an und betätigt das entsprechende Steuerventil 23 zu dessen Antrieb durch einen Steuerdruck von der (nicht dargestellten) Steuerungshydraulikquelle. Die Auslegersteuerhebelvorrichtung 62 besteht aus dem vom Bediener betätigten Steuerhebel 62a und einem Druckreduzierventil 62b zur Erzeugung eines dem Ausmaß und der Richtung der Betätigung des Steuerhebels 62a entsprechenden Steuerdrucks. Obwohl dies nicht im Einzelnen gezeigt ist, ist die Seite des Hauptanschlusses des Druckreduzierventils 62b mit der Steuerungshydraulikquelle verbunden. Die Seite des Sekundäranschlusses des Druckreduzierventils 62b ist über Steuerleitungen 68a und 58b mit den Antriebssektoren 23a, 23b des entsprechenden Auslegersteuerventils 23 verbunden. Durch eine derartige Konstruktion wird das Steuerventil 23 zur Steuerung der Richtung und Strömungsmenge, in der das Hydraulikfluid dem hydraulischen Auslegerzylinder 11 von der Hydraulikpumpe 9 zugeführt wird, entsprechend einem Betätigungssignal von der Auslegersteuerhebelvorrichtung 62 verschoben.
Die übrigen Steuerhebelvorrichtungen 63, 64, 65, 66 und 67 weisen jeweils den gleichen Aufbau auf. Die jeweiligen, von der Betätigung der Steuerhebel 63a, 64a, 65a, 66a und 67a abhängigen Steuerdrücke werden von Druckreduzierventilen 63b, 64b, 65b, 66b und 67b erzeugt und über Steuerleitungen 69a, 70a, 71a, 72a und 73a (bzw. Steuerleitungen 69b, 70b, 71b, 72b und 73b) zu den entsprechenden Antriebssektoren 19a, 22a, 20a, 21a und 18a (bzw. den Antriebssektoren 19b, 22b, 20b, 21b und 18b) geleitet. Die Steuerventile 19, 22, 20, 21 und 18 werden daher zur Steuerung der jeweiligen Richtungen und Strömungsmengen verschoben, in denen das Hydraulikfluid den entsprechenden hydraulischen Stellgliedern 12, 13, 14, 15 und 16 von den Hydraulikpumpen 8, 9 zugeführt wird.
Die Regler 41, 42 umfassen Zylinder 51, 52 zur Steuerung der Begrenzung des Eingangsdrehmoments und Zylinder 53, 54 für eine negative Steuerung. Die Zylinder 51, 52, 53 und 54 weisen jeweils Kolben 51A, 52A, 53A und 54A auf. Werden die Kolben 51A, 53A gemäß den 2A und 2B nach rechts bewegt, wird der Neigungswinkel der Taumelscheibe 8A der ersten Hydraulikpumpe 8 so verändert, daß die Fördermenge der Hydraulikpumpe 8 reduziert wird. Werden die Kolben 51A, 53A gemäß den 2A und 2B nach links bewegt, wird der Neigungswinkel der Taumelscheibe 8A der ersten Hydraulikpumpe 8 so verändert, daß die Fördermenge der Hydraulikpumpe 8 erhöht wird. Ähnlich wird die Fördermenge der Hydraulikpumpe 9 reduziert, wenn die Kolben 52A, 54A gemäß den 2A und 2B nach links bewegt werden, und erhöht, wenn sie gemäß den 2A und 2B nach rechts bewegt werden.
Bei der vorstehend beschriebenen Konstruktion werden auf den Steuerdrücken von der hydraulischen Steuerquelle basierende Steuerdrücke über Steuerleitungen 55a, 56a, 55b und 56b auf die jeweiligen Bodenseiten der Zylinder 51, 52, 53 und 54 aufgebracht. Sind die Steuerdrücke hoch, werden die Kolben 51A, 53A gemäß den 2A und 2B nach rechts und die Kolben 52A, 54A gemäß den 2A und 2B nach links bewegt, wodurch die Fördermengen der ersten und der zweiten Hydraulikpumpe 8, 9 reduziert werden. Sind die Steuerdrücke niedrig, werden die Kolben 51A, 53A gemäß den 2A und 2B nach links und die Kolben 52A, 54A gemäß den 2A und 2B nach rechts bewegt, wodurch die Fördermengen der ersten und der zweiten Hydraulikpumpe 8, 9 erhöht werden.
In den Steuerleitungen 55a, 56a, 55b und 56b, die von der hydraulischen Steuerquelle zu den Zylindern 51, 52, 53 und 54 führen, sind jeweils durch (später beschriebene) Antriebssignale S1, S2, S3 und S4 von einer Steuereinheit 40 angetriebene elektromagnetische Steuerventile 58, 59, 60 und 61 vorgesehen. Die elektromagnetischen Steuerventile 58, 59, 60 und 61 stellen entsprechend den Ausgangsstromwerten der Antriebssignale S1, S2, S3 und S4 über die Steuerleitungen 55a, 56a, 55b und 56b eine Verbindung her.
Genauer stellen die elektromagnetischen Steuerventile 58, 59 bei einem größeren Öffnungsgrad über die Steuerleitungen 55a, 56a eine Verbindung her und erhöhen die auf die Zylinder 51, 52 aufgebrachten Steuerdrücke, wenn die Ausgangsstromwerte der Antriebssignale S1, S2 zunehmen, und sie schließen die Steuerleitungen 55a, 56a, um die auf die Zylinder 51, 52 aufgebrachten Steuerdrücke auf null (0) zu setzen, wenn die Ausgangsstromwerte null (0) werden. Ebenso stellen die elektromagnetischen Steuerventile 60, 61 bei einem größeren Öffnungsgrad über die Steuerleitungen 55b, 56b eine Verbindung her und erhöhen die auf die Zylinder 53, 54 aufgebrachten Steuerdrücke, wenn die Ausgangsstromwerte der Antriebssignale S3, S4 abnehmen, und schließen die Steuerleitungen 55b, 56b, um die auf die Zylinder 53, 54 aufgebrachten Steuerdrücke auf null (0) zu setzen, wenn die Ausgangsstromwerte null (0) werden.
Wie später genauer beschrieben, erhöht die Steuereinheit 40 die Ausgangsstromwerte der Antriebssignale S1, S2 für die den Zylindern 51, 52 zur Steuerung der Begrenzung des Eingangsdrehmoments zugeordneten elektromagnetischen Steuerventile 58, 59, wenn die Förderdrücke P1, P2 der ersten und der zweiten Hydraulikpumpe 8, 9 über vorgegebene Pegel steigen. Wenn die Förderdrücke P1, P2 der ersten und der zweiten Hydraulikpumpe 8, 9 die vorgegebenen Pegel übersteigen, werden daher die Fördermengen der ersten und der zweiten Hydraulikpumpe 8, 9 begrenzt und die Neigungswinkel der Taumelscheiben 8A, 9A so gesteuert, daß die Lasten der ersten und der zweiten Hydraulikpumpe 8, 9 das Ausgangsdrehmoment des Motors 17 nicht übersteigen (allgemein bekannte Steuerung zur Begrenzung des Eingangsdrehmoments). 3 ist ein Diagramm der Werte P und Q, das ein Beispiel für die Beziehung zwischen den Förderdrücken P1, P2 und den Fördermengen Q1, Q2 der ersten und der zweiten Hydraulikpumpe 8, 9 darstellt, die als ein Ergebnis der Steuerung zur Begrenzung des Eingangsdrehmoments realisiert wird.
Andererseits erfolgt die Steuerung für die den Zylindern 53, 54 für die negative Steuerung zugeordneten elektromagnetischen Steuerventile 60, 61 wie folgt. Wenn die von den Drucksensoren 47, 48 erfaßten, negativen Steuerdrücke P1', P2' hoch sind, verringert die Steuereinheit 40 die Ausgangsstromwerte der den elektromagnetischen Steuerventilen 60, 61 zugeführten Antriebssignale S3, S4, wie später genauer beschrieben. Sind die negativen Steuerdrücke P1', P2' dagegen niedrig, erhöht die Steuereinheit 40 die Ausgangsstromwerte der den elektromagnetischen Steuerventilen 60, 61 zugeführten Antriebssignale S3, S4. Daher werden die Neigungswinkel θ1, θ2 der ersten und der zweiten Hydraulikpumpe 8, 9 verringert, um die Fördermengen zu verringern, wenn geringere Strömungsmengen für die erste und zweite Hydraulikpumpe 8, 9 erforderlich sind. Sind für die erste und die zweite Hydraulikpumpe 8, 9 größere Strömungsmengen erforderlich, werden die Neigungswinkel θ1, θ2 der ersten und der zweiten Hydraulikpumpe 8, 9 gesteigert, um die Fördermengen zu erhöhen. So wird die sogenannte negative Steuerung ausgeführt.
In einer Leitung 31, die das Hydraulikreservoir 30 mit den von den Förderleitungen 26, 27 der Hydraulikpumpen 8, 9 abzweigenden Leitungen 28, 29 verbindet, ist ein Entlastungsventil 32 vorgesehen, das geöffnet wird, wenn der Druck in einer der Förderleitungen 26, 27 einen durch die Vorspannkraft einer Feder 32a bestimmten, ein gestellten Entlastungsdruck übersteigt. Das Entlastungsventil 32 dient der Bestimmung eines maximalen Förderdrucks jeder der Hydraulikpumpen 8, 9. Die Förderdrücke P1, P2 der Hydraulikpumpen 8, 9 werden über von den Förderleitungen 26, 27 abzweigende Leitungen 33, 34 von Drucksensoren 35, 36 erfaßt, und die erfaßten Signale P1, P2 werden in die Steuereinheit 40 eingegeben.
4 zeigt die Funktionen der Steuereinheit 40. Die Steuereinheit 40 umfaßt einen Abschnitt 40a zur Steuerung des Eingangsdrehmoments und einen Abschnitt 40b für die negative Steuerung sowie einen Abschnitt 40c für die Rückgewinnungssteuerung.
Der Abschnitt 40a zur Steuerung des Eingangsdrehmoments umfaßt Funktionsgeneratoren 40a1, 40a2. Basierend auf den in 4 gezeigten Tabellen erzeugen die Funktionsgeneratoren 40a1, 40a2 die den elektromagnetische Steuerventilen 58, 59 für die Steuerung zur Begrenzung des Eingangsdrehmoments zugeführten Antriebssignale S1, S2 in Abhängigkeit von den durch die Drucksensoren 35, 36 erfaßten Förderdrücken P1, P2 der ersten und der zweiten Hydraulikpumpe 8, 9.
Der Abschnitt 40b für die negative Steuerung umfaßt Funktionsgeneratoren 40b1, 40b2. Basierend auf den in 4 gezeigten Tabellen erzeugen die Funktionsgeneratoren 40b1, 40b2 die den elektromagnetischen Steuerventilen 60, 61 zugeführten Antriebssignale S3, S4 in Abhängigkeit von den durch die Drucksensoren 47, 48 erfaßten negativen Steuerdrücken P1', P2'.
Der Abschnitt 40c für die Rückgewinnungssteuerung wird später beschrieben.
Das hydraulische Rückgewinnungssystem gemäß dieser Ausführungsform ist in dem hydraulischen Antriebssystem mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau vorgesehen. Das hydraulische Rückgewinnungssystem dient in erster Linie der Beschleunigung des Vorgangs des Anziehens des Arms während eines Takts, bis die Schaufel den Boden erreicht, bei der beim Ausschachten häufig ausgeführten, kombinierten Betätigung des Anziehens des Arms und des Anziehens der Schaufel (siehe die Zwei-Punkt-Strich-Linien in 1). Das hydraulische Rückgewinnungssystem umfaßt bodenseitige Leitungen 101a, 101b zur Zufuhr des Hydraulikfluids zur bodenseitigen Hydraulikkammer 12a des hydraulischen Armzylinders 12 und stabseitige Leitungen 102a, 102b zum Ableiten des Hydraulikfluids aus der stabseitigen Hydraulikkammer 12b des hydraulischen Armzylinders 12, die das Armsteuerventil 19 und den hydraulischen Armzylinder 12 verbinden, ein Rückgewinnungsventil 103 und ein Drosselventil 104, die beide in den bodenseitigen Leitungen 101a, 101b und den stabseitigen Leitungen 102a, 102b angeordnet sind, den in der Steuereinheit 40 enthaltenen Abschnitt 40c für die Rückgewinnungssteuerung (siehe 4), einen Drehzahlsensor 105 zur Erfassung der Drehzahl N des Motors 17 und zum Anlegen eines Erfassungssignals an den Abschnitt 40c für die Rückgewinnungssteuerung der Steuereinheit, Drucksensoren 137, 138, 139, 140, 141 und 142 zur Erfassung von die maximale Eingangsgröße repräsentierenden Signalen (Steuerdrücken, die nachstehend einfach als „Eingangsgrößen" oder „Eingangsgrößensignale" bezeichnet werden) Xb, Xa, Xbu, Xtl, Xtr und Xs der Auslegersteuerhebelvorrichtung 62, der Armsteuerhebelvorrichtung 63, der Schaufelsteuerhebelvorrichtung 64, der Steuerhebelvorrichtung 65 für den linken Verfahrmotor, der Steuerhebelvorrichtung 66 für den rechten Verfahrmotor und der Schwenksteuerhebelvorrichtung 67 über Wechselventile 131, 132, 133, 134, 135 und 136 und zur Ausgabe der jeweils erfaßten Signale an die Steuereinheit 40, einen Drucksensor 143 zur Erfassung eines Eingangsgrößensignals (des Steuerdrucks) Xac der Armsteuerhebelvorrichtung 63 in der Anziehrichtung des Arms und zur Ausgabe des erfaßten Signals an die Steuereinheit 40 und einen Drucksensor 144 zur Erfassung des Drucks (des bodenseitigen Lastdrucks) Pab in den bodenseitigen Leitungen 101a, 101b, die zur bodenseitigen Hydraulikkam mer 12a des hydraulischen Armzylinders 12 führen, und zur Ausgabe des erfaßten Signals an die Steuereinheit 40.
Das Rückgewinnungsventil 103 und das Drosselventil 104 umfassen jeweils elektromagnetische Proportionalventile 103aA, 104aA, die (später beschriebene) Antriebssignale S01, S02 von der Steuereinheit 40 und einen primären Steuerdruck von einem (nicht gezeigten) Steuerkreislauf empfangen und als elektrohydraulische Umwandlungseinrichtungen zur Ausgabe sekundärer Steuerdrücke entsprechend den eingegebenen Antriebssignalen S01, S02 dienen, und steuerdruckbetätigte Sektoren 103aB, 104aB, auf die die jeweiligen, von den elektromagnetischen Proportionalventilen 103aA, 104aA ausgegebenen sekundären Steuerdrücke aufgebracht werden. Das Rückgewinnungsventil 103 und das Drosselventil 104 werden durch jeweilige sekundäre Steuerdrücke betätigt, die auf die steuerdruckbetätigten Sektoren 103aB, 104aB aufgebracht werden.
Genauer wird das Rückgewinnungsventil 103 in eine Rückgewinnungsstellung 103A auf der gemäß den 2A und 2B oberen Seite verschoben, wenn das Antriebssignal S01 eingeschaltet wird, worauf die bodenseitigen Leitungen 101a, 101b und die stabseitigen Leitungen 102a, 102b auf jeder Seite miteinander verbunden werden. Wenn das Armsteuerventil 19 in eine verschobene Stellung 19A auf der gemäß den 2A und 2B rechten Seite verschoben wird, so daß das Hydraulikfluid über die bodenseitigen Leitungen 101a, 101b der bodenseitigen Hydraulikkammer 12a des hydraulischen Armzylinders 12 zugeführt und über die stabseitigen Leitungen 102a, 102b aus der stabseitigen Hydraulikkammer 12b abgelassen wird, wird ferner zumindest ein Teil des durch die stabseitigen Leitungen 102a, 102b strömenden Hydraulikfluids über ein Rückschlagventil 103Ab und eine (in den 2A und 2B nicht dargestellte) verstellbare Drossel (siehe 11), die in einer Rückgewinnungsleitung 103Aa vorgesehen sind, zu den bodenseitigen Leitungen 101a, 101b geleitet (zurückgeleitet).
Wird das Antriebssignal S01 abgeschaltet, wird das Rückgewinnungsventil 103 durch die Rückholkraft einer Feder 103a in eine Stellung 103B, in der keine Rückgewinnung erfolgt, auf der gemäß den 2A und 2B unteren Seite zurück bewegt, worauf der Rückgewinnungsvorgang über die Rückgewinnungsleitung 103Aa beendet wird (die bodenseitigen Leitungen 101a, 101b und die stabseitigen Leitungen 102a, 102b einfach auf jeder Seite miteinander verbunden werden).
Ebenso wird das das Drosselventil 104 in eine Verbindungsstellung 104A auf der gemäß den 2A und 2B oberen Seite verschoben, wenn das Antriebssignal S02 eingeschaltet wird, worauf die bodenseitigen Leitungen 101a, 101b und die stabseitigen Leitungen 102a, 102b auf jeder Seite miteinander verbunden werden.
Wird das Antriebssignal S02 ausgeschaltet, wird das Drosselventil 104 durch die Rückholkraft einer Feder 104a in eine Drosselstellung 104B auf der gemäß den 2A und 2B unteren Seite zurückgeführt, worauf die stabseitigen Leitungen 102a, 102b über eine verstellbare Drossel 104Ba miteinander verbunden werden. Wenn das Armsteuerventil 19 in diesem Zustand in die verschobene Stellung 19A auf der gemäß den 2A und 2B rechten Seite verschoben wird, so daß das Hydraulikfluid über die stabseitigen Leitungen 102a, 102b aus der stabseitigen Hydraulikkammer 12b des hydraulischen Armzylinders 12 abgelassen wird, wird der restliche Teil des über die stabseitigen Leitungen 102a, 102b abgelassenen Hydraulikfluids, der nicht über den Rückgewinnungskreislauf 103Aa zurückgewonnen wird, über die verstellbare Drossel 104Ba und das steuerdruckbetätigte Rückschlagventil 102A (das zu diesem Zeitpunkt durch einen über eine Steuerleitung 102Aa von der bodenseitigen Leitung 101a aufgebrachten Steuerdruck geöffnet wird) zu dem Hydraulikreservoir 30 zurück geleitet.
5 ist eine Schnittansicht, die den genauen Aufbau des Rückgewinnungsventils 103 (mit Ausnahme der elektromagnetischen Proportionalventile 103aA, 104aA) und des Drosselventils 104 zeigt, die die oben umrissenen Funktionen erfüllen. Gemäß 5 sind das Rückgewinnungsventil 103 und das Drosselventil 104 als diskrete Rückgewinnungsventileinheit 100 ausgebildet, in der beide Ventile 103, 104 so miteinander kombiniert sind, daß sie eine integrierte Struktur aufweisen. Es wird darauf hingewiesen, daß das Rückgewinnungsventil 103 und das Drosselventil 104, wie später beschrieben, getrennt vorgesehen sein und über geeignete Leitungen miteinander verbunden sein können.
Das Rückgewinnungsventil 103 umfaßt einen Ventilkörper 106, eine axial im Ventilkörper 106 ausgebildete Durchgangsbohrung 107, einen verschiebbar in der Durchgangsbohrung 107 angeordneten Steuerschieber 108 des Rückgewinnungsventils, der aus einem Abschnitt 108a mit großem Durchmesser und einem Abschnitt 108b mit kleinem Durchmesser besteht, eine Abdeckung 109, die so angeordnet ist, daß sie das axiale Ende der Durchgangsbohrung 107 auf einer Seite (gemäß 5 auf der linken Seite) verschließt und die Bewegung des Steuerschiebers 108 des Rückgewinnungsventils begrenzt, und einen Steuerdruckeinlaßanschluß 109a aufweist, über den der oben erwähnte sekundäre Steuerdruck eingeleitet wird, ein am gegenüberliegenden axialen Ende (gemäß 5 am rechten Ende) des Ventilkörpers 106 befestigtes Federgehäuse 110, in dem eine mit der Durchgangsbohrung 107 verbundene Federkammer 111 ausgebildet ist, und eine am gegenüberliegenden axialen Ende (gemäß 5 am rechten Ende) des Federgehäuses 110 ausgebildete, mit dem Hydraulikreservoir 30 verbundene Schraubenbohrung 110a, wobei die Feder 103a eine um den Abschnitt 108b mit kleinem Durchmesser des Steuerschiebers 108 des Rückgewinnungsventils angeordnete innere Feder 112 und eine um die innere Feder 112 angeordnete äußere Feder 113 umfaßt, beide Federn 112, 113 zum Vorspannen des Abschnitts 108a mit großem Durchmesser des Steuerschiebers 108 des Rückgewinnungsventils in der axialen Richtung auf einer Seite (gemäß 5 der linken) in der Federkammer 111 angeordnet sind und das Rückschlagventil 103Ab im Abschnitt 108a mit großem Durchmesser des Steuerschiebers 108 des Rückgewinnungsventils angeordnet ist.
Im Ventilkörper 106 sind Anschlüsse 106a, 106, die sich senkrecht zur Durchgangsbohrung 107 erstrecken, mit dieser in Verbindung stehen und einen Teil der bodenseitigen Leitungen 101a, 101b bilden (siehe die Bezugszeichen in Klammern), und Anschlüsse 106c, 106d ausgebildet, die sich senkrecht zur Durchgangsbohrung 107 erstrecken, mit dieser verbunden sind und einen Teil der stabseitigen Leitungen 102a, 102 bilden (siehe die Bezugszeichen in Klammern). Mit den Anschlüssen 106a, 106 (was der Bodenseite des hydraulischen Armzylinders 12 entspricht) verbundene Inseln 114 auf der äußeren Umfangsseite des Abschnitts 108a mit großem Durchmesser des Steuerschiebers 108 des Rückgewinnungsventils und mit den Anschlüssen 106c, 106d (was der Stabseite des hydraulischen Armzylinders 12 entspricht) verbundene Inseln 115 sind so ausgebildet, daß sie in der radialen Richtung weit geöffnet sind, so daß die Hydraulikfluidströme durch die Anschlüsse 106a, 106; 106c, 106d so wenig wie möglich beeinträchtigt werden.
Der Abschnitt 108a mit großem Durchmesser des Steuerschiebers 108 des Rückgewinnungsventils weist Anschlüsse 116a, 116 und 116c auf, die in ihm vorgesehen sind, um die Rückgewinnungsleitung 103Aa zu bilden, die sich von der Seite der Anschlüsse 106a, 106 zur Seite der Anschlüsse 106c, 106d erstrecken. Da auf der Stabseite des Anschlusses 116 das Rückschlagventil 103Ab vorgesehen ist, wird verhindert, daß Hydraulikfluid von der Seite der Anschlüsse 106a, 106 zur Seite der Anschlüsse 106c, 106d zurück strömt.
Bei der vorstehend beschriebenen Konstruktion wird die Position des Steuerschiebers 108 des Rückgewinnungsventils durch das Gleichgewicht zwischen den durch den über den Einlaßanschluß 109a der Abdeckung 109 durch die Durchgangsbohrung 107 eingeleiteten Steuerdruck (d.h. den vom elektromagnetischen Proportionalventil 103aA zugeführten sekundären Steuerdruck) und sowohl der inneren Feder 112 als auch der äußeren Feder 113, die im Federgehäuse 110 angeordnet sind, aufgebrachten Kräften bestimmt. Genauer wird der Steuerschieber 108 des Rückgewinnungsventils gegen die sowohl durch die innere Feder 112 als auch die äußere Feder 113 aufgebrachte Rückhaltekraft proportional zur Größe des vom elektromagnetischen Proportionalventil 103aA zugeführten, sekundären Steuerdrucks gemäß 5 nach rechts bewegt, worauf der zu den Inseln 115 freiliegende Bereich des Anschlusses 116c vergrößert wird. Dadurch wird der Gesamtöffnungsgrad der Rückgewinnungsleitung 103Aa vergrößert, und daher wird die Strömungsmenge des durch die Rückgewinnungsleitung 103Aa strömenden Hydraulikfluids (d.h. die zurückgewonnene Strömungsmenge) erhöht.
Das Drosselventil 104 umfaßt einen Ventilkörper 106, eine Durchgangsbohrung 107, eine Abdeckung 109, ein Federgehäuse 110, eine innere Feder 112 und eine äußere Feder 113, die im wesentlichen den entsprechenden Bauteilen des Rückgewinnungsventils 103 entsprechen.
Der aus einem ersten Abschnitt 118a mit großem Durchmesser, einem ersten Abschnitt 118b mit kleinem Durchmesser, einem zweiten Abschnitt 118c mit großem Durchmesser und einem zweiten Abschnitt 118d mit kleinem Durchmesser bestehende Steuerschieber 118 des Drosselventils ist verschiebbar in der Durchgangsbohrung 107 angeordnet. Eine innere Feder 112 und eine äußere Feder 113 zum Vorspannen des Steuerschiebers 118 des Drosselventils bilden die vorstehend erwähnte Feder 104a.
Im Ventilkörper 106 sind Anschlüsse 106e, 106f, die einen Teil der bodenseitigen Leitungen 101a, 101b bilden (siehe die Bezugszeichen in Klammern) und Anschlüsse 106g, 106h ausgebildet, die die einen Teil der stabseitigen Leitungen 102a, 102b bilden(siehe die Bezugszeichen in Klammern). Ebenso sind Inseln 119 zum Verbinden des Anschlusses 106e mit dem Anschluß 106f so ausgebildet, daß sie in Radialrichtung weit geöffnet sind. Andererseits sind Inseln 120 zum Verbinden des Anschlusses 106g mit dem Anschluß 106h so ausgebildet, daß sie im wesentlichen den gleichen Durchmesser wie die Durchgangsbohrung 107 aufweisen (d.h. in Radialrichtung nur geringfügig geöffnet sind).
Bei der vorstehend beschriebenen Konstruktion wird die Position des Steuerschiebers 118 des Drosselventils durch das Gleichgewicht zwischen den durch den über den Einlaßanschluß 109a der Abdeckung 109 in die Durchgangsbohrung 107 geleiteten Steuerdruck (d.h. den von dem elektromagnetischen Proportionalventil 104aA zugeführten, sekundären Steuerdruck) und sowohl von der inneren Feder 112 als auch von der äußeren Feder 113, die im Federgehäuse 110 angeordnet sind, aufgebrachten Kräften bestimmt. Genauer wird der Steuerschieber 118 des Drosselventils gegen die sowohl von der inneren Feder 112 als auch von der äußeren Feder 113 aufgebrachte Rückhaltekraft proportional zur Größe des vom elektromagnetischen Proportionalventil 104aA zugeführten sekundären Steuerdrucks gemäß 5 nach rechts bewegt, worauf der zu den Inseln 120 freiliegende Bereich des Abschnitts 118d mit kleinem Durchmesser vergrößert wird. Dadurch wird der Öffnungsgrad eines Kanals, der die Anschlüsse 1068, 106h miteinander verbindet, vergrößert, und dadurch wird die Strömungsmenge des durch die Anschlüsse 106g, 106h strömenden Hydraulikfluids erhöht.
Die diskrete Rückgewinnungsventileinheit 100 mit der vorstehend beschriebenen Konstruktion ist in den bodenseitigen Leitungen 101a, 101b und den stabseitigen Leitungen 102a, 102b angeordnet, die die Steuerventileinheit 7, in die die erste Ventilgruppe 24, die das Armsteuerventil 19 umfaßt, integriert ist, mit dem hydraulischen Armzylinder 12 verbinden. Wie in 1 und 6, die eine vergrößerte, auseinandergezogene, perspektivische Ansicht eines Hauptteils von 1 ist, gezeigt, ist die diskrete Rückgewinnungsventileinheit 100 bei dieser Ausführungsform am Ausleger 1a (genauer ausgedrückt, an einer Position, die näher am hydraulischen Armzylinder 12 als in der Mitte zwischen der Steuerventileinheit 7 und dem hydraulischen Armzylinder 12 liegt) angeordnet. Alternativ kann die diskrete Rückgewinnungsventileinheit 100 dergestalt näher am hydraulischen Armzylinder 12 angeordnet sein, daß sie direkt am hydraulischen Armzylinder 12 angebracht ist.
Der Abschnitt 40c für die Rückgewinnungssteuerung der Steuereinheit 40 fungiert als Steuereinrichtung zur Steuerung des Öffnungsgrads der in der Rückgewinnungsstellung 103A des Rückgewinnungsventils 103 vorgesehenen verstellbaren Drossel und des Öffnungsgrads der in der Drosselstellung 104B der verstellbaren Drossel 104 vorgesehenen verstellbaren Drossel 104Ba in Abhängigkeit von der Stellgliedströmungsmenge des dem hydraulischen Armzylinder 12 von der ersten Hydraulikpumpe 8 zugeführten Hydraulikfluids.
Die 7, 8, 10 und 12 sind Ablaufdiagramme, die Schritte der vom Abschnitt 40c für die Rückgewinnungssteuerung ausgeführten Verarbeitung als wesentlichstes Merkmal dieser Ausführungsform zeigen. Die durch den Abschnitt 40c für die Rückgewinnungssteuerung ausgeführte Steuerung dient, wie vorstehend beschrieben, in erster Linie der Beschleunigung des Arms beim Vorgang des Anziehens des Arms während eines Takts, bis die Schaufel den Boden erreicht.
Gemäß 7 empfängt der Abschnitt 40c für die Rückgewinnungssteuerung zunächst in einem Schritt 100 das von dem Druck sensor 143 erfaßte Eingangsgrößensignal Xac in der Richtung eines Anziehens des Arms. Dann bestimmt er in einem Schritt 200 auf der Grundlage des erfaßten Eingangsgrößensignal Xac, ob der Vorgang des Anziehens des Arms ausgeführt wird. Praktisch bestimmt er, ob Xac einen vorab im Abschnitt 40c für die Rückgewinnungssteuerung gespeicherten und gehaltenen, vorgegebenen Schwellenwert übersteigt (der vorgegebene Schwellenwert kann in jeder anderen geeigneten Funktionseinheit der Steuereinheit 40 gespeichert oder jedesmal eingegeben werden, wenn der Vorgang eingeleitet wird). Als Alternative kann ein weiterer, separater Drucksensor zur Erfassung eines Eingangsgrößensignals in der Richtung eines Ausstreckens des Arms vorgesehen sein, und der Abschnitt 40c für die Rückgewinnungssteuerung kann auch bestimmen, ob ein von diesem Drucksensor erfaßtes Signal nicht größer als ein vorgegebener, nahe null (0) eingestellter Schwellenwert ist.
Wenn die vorstehende Bedingung für die Bestimmung nicht erfüllt ist, wird dies als Indikator dafür interpretiert, daß der Arm nicht angezogen wird. Dann wird der Ablauf der Steuerung mit einem Schritt 300 fortgesetzt, in dem der Abschnitt 40c für die Rückgewinnungssteuerung den Stromwert des dem elektromagnetischen Proportionalventil 103aA des Rückgewinnungsventils 103 zugeführten Antriebssignals S01 auf null (0) setzt und den Stromwert des dem elektromagnetischen Proportionalventil 104aA des Drosselventils 104 zugeführten Antriebssignals S02 erhöht (beispielsweise maximiert). Durch diese Einstellungen wird das Rückgewinnungsventil 103 durch die Rückholkraft der Feder 103a in die Stellung 113B zurückgeführt, in der keine Rückgewinnung erfolgt, so daß es sich in vollständig geöffnetem Zustand (in einem Zustand, in dem keine Rückgewinnung über die Rückgewinnungsleitung 103Aa erfolgt) befindet, und das Drosselventil 104 wird in die Verbindungsstellung 104A verschoben, wodurch es einen vollständig geöffneten Zustand annimmt. Daher werden die bodenseitigen Leitungen 101a, 101b und die stab seitigen Leitungen 102a, 102b einfach ohne Drosselung und Rückgewinnung auf jeder Seite miteinander verbunden.
Wenn die vorstehend erwähnte Bedingung für die Bestimmung im Schritt 200 erfüllt ist, wird dies als Indikator dafür gewertet, daß der Vorgang des Anziehens des Arms ausgeführt wird, und der Ablauf der Steuerung wird mit einem Schritt 400 fortgesetzt.
Im Schritt 400 empfängt der Abschnitt 40c für die Rückgewinnungssteuerung den vom Drucksensor 144 erfaßten bodenseitigen Lastdruck Pab in der bodenseitigen Hydraulikkammer 12a des hydraulischen Armzylinders 12. Dann bestimmt er in einem Schritt 500 auf der Grundlage des erfaßten bodenseitigen Lastdrucks Pab, ob sich der Bagger in einem Zustand befindet, in dem keine Ausschachtung ausgeführt wird. Praktisch bestimmt er, ob Pab kleiner als ein vorab im Abschnitt 40c für die Rückgewinnungssteuerung gespeicherter und gehaltener vorgegebener Schwellenwert (ein einer normalen Ausschachtungsarbeit entsprechender Wert) ist (der vorgegebene Schwellenwert kann auch in jeder anderen, geeigneten Funktionseinheit der Steuereinheit 40 gespeichert sein oder jedesmal eingegeben werden, wenn der Vorgang eingeleitet wird).
Wenn die vorstehend erwähnte Bedingung für die Bestimmung nicht erfüllt ist, wird dies als Indikator dafür interpretiert, daß sich der Bagger nicht in einem Zustand befindet, in dem keine Ausschachtung ausgeführt wird (d.h. es wird eine Ausschachtung ausgeführt). Dann wird der Ablauf der Steuerung mit dem Schritt 300 fortgesetzt, in dem das Rückgewinnungsventil 103 und das Drosselventil 104 vollständig geöffnet sind. Ist die vorstehend erwähnte Bedingung für die Bestimmung erfüllt, wird dies als Indikator dafür gewertet, daß sich der Bagger in einem Zustand befindet, in dem keine Ausschachtung erfolgt, und der Ablauf der Steuerung wird mit einem Schritt 600 fortgesetzt.
Im Schritt 600 berechnet der Abschnitt 40c für die Rückgewinnungssteuerung die Stellgliedströmungsmenge (die Armströmungsmenge) des der bodenseitigen Hydraulikkammer 12a des hydraulischen Armzylinders 12 von den Hydraulikpumpen 8, 9 über die bodenseitigen Leitungen 101a, 101b zugeführten Hydraulikfluids. 8 ist ein Ablaufdiagramm, das Einzelheiten des Schritts 600 darstellt.
Gemäß 8 empfängt der Abschnitt 40c für die Rückgewinnungssteuerung zunächst in einem Schritt 610 die Drehzahl N des Motors vom Drehzahlsensor 105. Dann empfängt er im Schritt 620 die von den Drucksensoren 47, 48 erfaßten negativen Steuerdrücke P1', P2'.
Anschließend empfängt der Abschnitt 40c für die Rückgewinnungssteuerung die maximalen Eingangsgrößensignale Xb, Xa, Xbu, Xtl, Xtr und Xs für die Steuerventile 18, 19, 20, 21, 22 und 23.
Der Ablauf der Steuerung wird dann mit einem Schritt 640 fortgesetzt, in dem der Abschnitt 40c für die Rückgewinnungssteuerung auf der Grundlage der im vorstehend beschriebenen Schritt 620 empfangenen negativen Steuerdrücke P1', P2' entsprechend den vorstehend beschriebenen Kennlinien die Neigungswinkel θ1, θ2 der Taumelscheiben 8A, 9A der ersten und der zweiten Hydraulikpumpe 8, 9 berechnet. Anhand der so berechneten Neigungswinkel θ1, θ2 und der im vorstehend beschriebenen Schritt 610 empfangenen Drehzahl N des Motors werden die Fördermenge Q1 der ersten Hydraulikpumpe 8 und die Fördermenge Q2 der zweiten Hydraulikpumpe 9 berechnet (bzw. indirekt erfaßt).
Beim Ausführen einer sogenannten positiven Steuerung des hydraulischen Antriebssystems, bei der die Neigungswinkel θ1, θ2 der Taumelscheiben 8A, 9A der Hydraulikpumpen 8, 9 entsprechend den Eingangsgrößensignalen Xb, Xa, Xbu, Xtl, Xtr und Xs gesteuert werden, werden die Neigungswinkel θ1, θ2 unter Verwendung von Xb, Xa, Xbu, Xtl, Xtr und Xs auf der Grundlage der vorab eingestellten Korrelation zwischen den Eingangsgrößen und den Neigungswinkeln bestimmt. Daher können Q1, Q2 anhand der so bestimmten Neigungswinkel θ1, θ2 und der Drehzahl N des Motors ermittelt werden. Ebenso reicht beim Ausführen der sogenannten Lasterfassungssteuerung die Verwendung eines Neigungswinkels aus, der entsprechend dem Lasterfassungsdifferenzdruck eindeutig ist.
Wenn nur die Steuerung zur Begrenzung des Ausgangsdrehmoments erfolgt, ohne daß eine positive Steuerung, eine negative Steuerung, eine Lasterfassungssteuerung, etc. ausgeführt werden, befinden sich die Hydraulikpumpen 8, 9 ferner entsprechend den benötigten Strömungsmengen jeweils in einem durch einen horizontalen Abschnitt im oberen Teil der in 3 gezeigten Kennlinien repräsentierten Zustand (d.h. in einem einer maximalen Strömungsmenge entsprechenden Zustand), da der Bagger sich in einem Zustand befindet, in dem keine Ausschachtung ausgeführt wird, und die Last sehr gering ist. In einem derartigen Fall sind die Neigungswinkel θ1, θ2 der Taumelscheiben 8A, 9A der Hydraulikpumpen 8, 9 jeweils durch einen maximalen Neigungswinkel gegeben, der anhand struktureller Gesichtspunkte eindeutig bestimmt wird.
Nach der Beendigung des vorstehend beschriebenen Schritts 640 werden in einem Schritt 650 nach Maßgabe der vorab im Abschnitt 40c für die Rückgewinnungssteuerung gespeicherten und gehaltenen Korrelationen zwischen den Eingangsgrößen X und den Öffnungsgraden A der Steuerschieber der Steuerventile 18 bis 23 (die Korrelationen können in jeder anderen geeigneten Funktionseinheit der Steuereinheit 40 gespeichert sein oder jedesmal eingegeben werden, wenn der Vorgang eingeleitet wird) und unter Verwendung der Eingangsgrößensignale Xb, Xa, Xbu, Xtl, Xtr und Xs die jeweiligen Öffnungsgrade Ab, Aa, Abu, Atl, Atr und As der Steuerschieber der Steuerventile 18 bis 23 berechnet (bzw. indirekt erfaßt).
Die 9A und 9B sind Diagramme, die die Korrelationen zwischen den (Steuerschieberhüben entsprechenden) Eingangsgrößen Xa, Xbu des Arm- und des Schaufelsteuerventils 19, 22 und den Öffnungsgraden Aa, Abu der Steuerschieber als ein Beispiel für die im Schritt 650 verwendeten Korrelationen zeigen.
Da diese Ausführungsform, wie vorstehend beschrieben, primär zur Steuerung der beim Ausschachten häufig ausgeführten, kombinierten Betätigung geeignet ist, bei der der Arm und die Schaufel angezogen werden, erfolgt die folgende Beschreibung im Zusammenhang mit diesem Fall. Die Öffnungsgrade Aa, Abu der Steuerschieber des Arm- und des Schaufelsteuerventils 19, 22 werden anhand der in den 9A und 9B gezeigten Kennlinien bestimmt. Bei der kombinierten Betätigung, bei der der Arm und die Schaufel angezogen werden, werden keine anderen Komponenten als der Arm 1b und die Schaufel 1c betätigt, und das gesamte, von der ersten und der zweiten Hydraulikpumpe 8, 9 geförderte Hydraulikfluid wird dem hydraulischen Armzylinder 12 und dem hydraulischen Schaufelzylinder 13 zugeführt. Um das Verteilungsverhältnis des Hydraulikfluids zu ermitteln, wird anhand der Öffnungsgrade Aa, Abu des Arm- und des Schaufelsteuerventils 19, 22 das Verhältnis der Öffnungsgrade Aa Abu berechnet.
Dann wird der Ablauf der Steuerung mit einem Schritt 660 fortgesetzt, in dem auf der Grundlage des Verhältnisses der Öffnungsgrade Aa : Abu ein Modifikationskoefizient k für das Verteilungsverhältnis der Strömungsmengen (= Einlaßströmungsmengen) Aa : kAbu bestimmt wird. Dadurch wird der Wert des Verteilungsverhältnisses ermittelt.
Bei der vorstehend unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen kombinierten Betätigung des hydraulischen Baggers, bei der der Arm und die Schaufel angezogen werden, stimmen die Lastdrücke des hydraulischen Armzylinders 12 und des hydraulischen Schaufelzylin ders 13 normalerweise annähernd überein. Da das Armsteuerventil 19 und das Schaufelsteuerventil 22, wie vorstehend beschrieben, parallel geschaltet sind, stimmen bei der kombinierten Betätigung die Drücke stromaufseitig des Armsteuerventils 19 und des Schaufelsteuerventils 22 ebenfalls annähernd überein. Dementsprechend sind die Differenzdrücke über das Armsteuerventil 19 und das Schaufelsteuerventil 22 annähernd gleich. In diesem Fall wird daher das Verhältnis zwischen den durch das Armsteuerventil 19 und das Schaufelsteuerventil 22 strömenden Strömungsmengen (= das Verteilungsverhältnis zwischen den Strömungsmengen des dem hydraulischen Armzylinder 12 und dem hydraulischen Schaufelzylinder 13 von den Hydraulikpumpen 8, 9 zugeführten Hydraulikfluids) entsprechend dem Verhältnis der Öffnungsgrade Aa : Abu im wesentlichen eindeutig bestimmt. Es ist daher möglich, k = 1 einzustellen.
Wird eine genauere Steuerung gewünscht, kann der Wert von k vorab durch experimentelles Bestimmen der Werte von k ermittelt werden, wobei unterschiedliche Bedingungen, wie die Stellung des vorderen Mechanismus 1, verändert werden, die Stellung des vorderen Mechanismus 1 auf der Grundlage der im Schritt 630 empfangenen Eingangsgrößensignale Xb, Xa, Xbu, Xtl, Xtr und Xs oder anderer Signale von den getrennt vorgesehenen Hubsensoren, etc. erfaßt wird und abhängig von der erfaßten Stellung ein geeigneter Wert für k ausgewählt wird. Insbesondere wenn von der kombinierten Betätigung ausgegangen wird, bei der der Arm und die Schaufel angezogen werden, wird vorzugsweise k < 1 eingestellt, da der Lastdruck des hydraulischen Schaufelzylinders 13 erheblich zunimmt und die Strömungsmenge des dem hydraulischen Schaufelzylinder 13 zugeführten Hydraulikfluids selbst bei gleichbleibenden Öffnungsbereichen Aa, Abu verringert wird.
Nach Beendigung des vorstehend beschriebenen Schritts 660 wird der Ablauf der Steuerung mit einem Schritt 670 fortgesetzt, in dem die Stellgliedströmungsmenge (die Armströmungsmenge) Qa des der bodenseitigen Hydraulikkammer 12a des hydraulischen Armzylinders 12 über die bodenseitigen Leitungen 101a, 101b zugeführten Hydraulikfluids anhand der im vorstehend beschriebenen Schritt 640 berechneten Gesamtfördermenge Q1 + Q2 der ersten und der zweiten Hydraulikpumpe 8, 9 und des unter Verwendung des im vorstehend beschriebenen Schritt 660 bestimmten Werts k ermittelten Verteilungsverhältnisses Aa : kAbu bestimmt (bzw. indirekt erfaßt) wird.
Nach der Beendigung des Schritts 670, wird der Ablauf der Steuerung mit einem Schritt 700 fortgesetzt.
Gemäß 7 wird im Schritt 700 anhand der vorstehend beschriebenen Armströmungsmenge Qa der Öffnungsgrad A1 des Drosselventils des Rückgewinnungsventils 103 bestimmt. 10 ist ein Ablaufdiagramm, das Einzelheiten des Schritts 700 zeigt.
Gemäß 10 wird zunächst in einem Schritt 710 eine (nachstehend auch als „Rückgewinnungsströmungsmenge" bezeichnete) Strömungsmenge Qx des über das Drosselventil des Rückgewinnungsventils 103 durch die Rückgewinnungsleitung 103Aa strömendes Hydraulikfluids berechnet. Dann wird in einem Schritt 720 unter Verwendung der berechneten Rückgewinnungsströmungsmenge Qx der Öffnungsgrad A1 des Drosselventils in der Rückgewinnungsleitung 103Aa bestimmt. In der Praxis wird die Verarbeitung im Schritt 720 wie folgt ausgeführt.
11 ist eine schematische Ansicht, auf die bei der Betrachtung der den hydraulischen Armzylinder 12 betreffenden Hydraulikströmungsmengen Bezug genommen wird. Gemäß 11 wird abhängig davon, mit einer wie hohen Geschwindigkeit der Vorgang des Anziehens des Arms erfolgen soll, vorab eine zur bodenseitigen Hydraulikkammer 12a des hydraulischen Armzylinders 12 geleitete (nachstehend auch als „zur Bodenseite geleitete Strömungsmenge" bezeichnete) Strömungsmenge Q₀ im Abschnitt 40c für die Rückgewinnungssteuerung gespeichert und gehalten (Q₀ kann in jeder ande ren geeigneten Funktionseinheit der Steuereinrichtung gespeichert oder jedesmal eingegeben werden, wenn der Vorgang eingeleitet wird). Die zur Bodenseite geleitete Strömungsmenge Q₀ entspricht der Summe der von der ersten und der zweiten Hydraulikpumpe 8, 9 zugeführten Armströmungsmenge Qa und der zurückgewonnenen Strömungsmenge Qx. Anhand von Q₀ und der im Schritt 600 bestimmten Armströmungsmenge Qa kann daher die zurückgewonnene Strömungsmenge Qx ermittelt werden: Qx = Q0 – Qa ...(Gleichung 1)
Andererseits wird vorab ein in der bodenseitigen Hydraulikkammer 12a des hydraulischen Armzylinders 12 zu haltender (nachstehend auch als „bodenseitiger Druck" bezeichneter) Innendruck Pxb (≤ 0), der die Bedingung erfüllt, daß in der bodenseitigen Hydraulikkammer 12a keine Kavitationserscheinungen aufgrund eines Mangels an Hydraulikfluid auftreten, im Abschnitt 40c für die Rückgewinnungssteuerung gespeichert und gehalten (Pxb kann in jeder anderen Funktionseinheit der Steuereinheit 40 gespeichert oder jedesmal eingegeben werden, wenn der Vorgang eingeleitet wird).
Da die Hauptaufgabe der vorliegenden Ausführungsform das Verhindern des Auftretens von Kavitationserscheinungen ist, kann die vorstehend genannte Bedingung hierbei als die Bedingung betrachtet werden, daß der in der stabseitigen Hydraulikkammer 12b des hydraulischen Armzylinders 12 gehaltene Druck Ph (der zum Halten seines eigenen, toten Gewichts erforderliche Druck Ph von beispielsweise 30 kg/cm², der vorab im Abschnitt 40c für die Rückgewinnungssteuerung oder in jeder anderen geeigneten Funktionseinheit gespeichert oder jedesmal eingegeben werden kann, wenn der Vorgang eingeleitet wird) in einem Zustand konstant wird, in dem (in der Richtung für das Anziehen des Arms) eine abwärts gerichtete Last W aufgebracht wird, wie in 11 gezeigt. (Unter diesem Gesichtspunkt kann die vorliegende Ausführungsform als auf eine Steuerung der zurückgeführten Strömungsmenge zur Realisierung eines konstanten gehaltenen Drucks oder eine Steuerung der zurückgeführten Strömungsmenge zur Realisierung eines konstanten Differenzdrucks zwischen der Bodenseite und der Stabseite des hydraulischen Armzylinders 12 abzielend betrachtet werden.) Obwohl sich der Wert des gehaltenen Drucks Ph abhängig von der Stellung des vorderen Mechanismus 1 ändert, tritt unter dem Gesichtspunkt der Steuerung durch Speichern des maximalen Werts des gehaltenen Drucks Ph (beispielsweise eines Werts beim Vorgang des Anziehens des Arms im Bereich eines Zustands, in dem der Arm 1b im wesentlichen horizontal und das Auftreten von Kavitationserscheinungen am wahrscheinlichsten ist) kein Problem auf.
Ferner wird abhängig vom strukturellen Aufbau des hydraulischen Armzylinders 12 das Verhältnis k0 zwischen den Druckaufnahmebereichen der bodenseitigen Hydraulikkammer 12a und der stabseitigen Hydraulikkammer 12b des hydraulischen Armzylinders 12 (das Volumenverhältnis) eindeutig bestimmt und vorab im Abschnitt 40c für die Rückgewinnungssteuerung gespeichert und gehalten (k0 kann in jeder anderen geeigneten Funktionseinheit der Steuereinheit gespeichert oder jedesmal eingegeben werden, wenn der Vorgang eingeleitet wird). Daher ist der in der stabseitigen Hydraulikkammer 12b zu erzeugende Ausgleichsdruck Pxr für den Ausgleich des bodenseitigen Drucks Pxb durch Pxr = k0 · Pxb gegeben. Dadurch wird der in der stabseitigen Hydraulikkammer 12b zu haltende (nachstehend auch als „stabseitiger Druck" bezeichnete) Innendruck wie folgt ausgedrückt: Pxr + Ph = k0 · Pxb + Ph
Dann kann der Differenzdruck ΔP1 über die Rückgewinnungsleitung 103Aa des Rückgewinnungsventils 103 wie folgt ausgedrückt werden: ΔP1 = Pxr + Ph – Pxb = (k0 · Pxb + Ph) – Pxb = (k0 – 1)Pxb + Ph ...(Gleichung 2)
Da die Strömungsmenge Qx des durch die Rückgewinnungsleitung 103Aa strömenden Hydraulikfluids hierbei mittels der oben aufgeführten Gleichung 1 ermittelt wird, kann der Öffnungsgrad A1 der verstellbaren Drossel 103Ac (siehe 11) in der Rückgewinnungsleitung 103Aa anhand von Qx und dem mittels der oben aufgeführten Gleichung 2 ermittelten Differenzdruck ΔP1 bestimmt werden.
Nach der Beendigung des Schritts 700 wird der Ablauf der Steuerung mit einem Schritt 800 fortgesetzt.
Erneut gemäß 7 wird im Schritt 800 auf der Grundlage der vorstehend beschriebenen Strömungsmenge Qx der Öffnungsgrad A2 der verstellbaren Drossel 104Ba des Drosselventils 104 bestimmt. 12 ist ein Ablaufdiagramm, das Einzelheiten des Schritts 800 zeigt.
Gemäß 12 wird in einem Schritt 810 zunächst die (nachstehend auch als „Drosselströmungsmenge" bezeichnete Strömungsmenge Qy des durch die verstellbare Drossel 104Ba des Drosselventils 104 strömenden Hydraulikfluids berechnet. Dann wird in einem Schritt 820 unter Verwendung der berechneten Drosselströmungsmenge Qy der Öffnungsgrad A2 der verstellbaren Drossel 104Ba bestimmt. Praktisch wird die Verarbeitung im Schritt 820 wie folgt ausgeführt.
Gemäß 11 wird die aus der stabseitigen Hydraulikkammer 12b des Armzylinders 12 abgelassene (nachstehend auch als „stabseitig abgelassene Strömungsmenge" bezeichnete) Strömungsmenge Q₀' unter Verwendung des Verhältnisses k0 zwischen den Druckaufnahmebereichen der bodenseitigen Hydraulikkammer 12a und der stabseitigen Hydraulikkammer 12b des Hydraulikzylinders 12 wie folgt ausgedrückt: Q0' = (1/k0)Q0
Da die Drosselströmungsmenge Qy der Differenz zwischen Q₀' und der durch die Gleichung 1 ausgedrückten, zurückgewonnenen Strömungsmenge Qx entspricht, gilt: Qy = Q0' – Qx = (1/k0)Q0 – (Q0 – Qa) = {(1 – k0)/k0}Q0 + Qa ...(Gleichung 3)
Andererseits entspricht der Druck stromaufseitig des Drosselventils 104 dem stabseitigen Druck Py + Ph (= k0 · Px + Ph), und der Druck stromabseitig des Drosselventils 104 entspricht dem Reservoirdruck Pt, da es mit dem Hydraulikreservoir 30 verbunden ist.
Dementsprechend kann der Differenzdruck ΔP2 über die verstellbare Drossel 104Ba des Drosselventils 104 wie folgt ausgedrückt werden: ΔP2 = Py + Ph – Pt = k0 · Px + Ph – Pt ...(Gleichung 4)
Da die Strömungsmenge Qy des durch die verstellbare Drossel 104Ba strömenden Hydraulikfluids mittels der oben aufgeführten Gleichung 3 ermittelt wird, kann der Öffnungsgrad A2 der verstellbaren Drossel 104Ba des Drosselventils 104 dann anhand von Qy und dem mittels der vorstehend aufgeführten Gleichung 4 ermittelten Differenzdruck ΔP2 bestimmt werden.
Nach der Beendigung des Schritts 820 wird der Ablauf der Steuerung mit einem Schritt 900 fortgesetzt.
Erneut gemäß 7 erzeugt der Abschnitt 40c für die Rückgewinnungssteuerung in einem Schritt 900 auf der Grundlage des Öffnungsgrads A1 des Rückgewinnungsventils und des Öffnungsgrads A2 des Drosselventils, die in den vorstehend beschriebenen Schritten 700 und 800 bestimmt wurden, die auf das Rückgewinnungsventil 103 und das Drosselventil 104 aufgebrachten Antriebssignale S01, S02 zum Einstellen dieser Werte auf eine gewünschte Öffnung zur Erzeugung der entsprechenden Öffnungsabmessungen A1, A2 und gibt dann die erzeugten Antriebssignale S01, S02 an das elektromagnetische Proportionalventil 103aA des Rückgewinnungsventils 103 und das elektromagnetische Proportionalventil 104aA des Drosselventils 104 aus, wodurch der Ablauf der Steuerung beendet wird.
Bei der vorstehenden Beschreibung ist der hydraulische Armzylinder 12 der in den Ansprüchen erwähnte bestimmte Zylinder. Der hydraulische Armzylinder 12, der hydraulische Auslegerzylinder 11, der hydraulische Schaufelzylinder 13, der linke hydraulische Verfahrmotor 14, der rechte hydraulische Verfahrmotor 15 und der hydraulische Schwenkmotor 16 sind gemeinsam die mehreren Stellglieder. Ebenso sind die Steuerventile 18, 19, 20, 21, 22 und 23 jeweils die mehreren, zwischen einer Hydraulikpumpe und den mehreren Stellgliedern angeordneten Steuerventile zur Steuerung der den entsprechenden Stellgliedern zugeführten Ströme des Hydraulikfluids. Unter diesen Steuerventilen ist das Armsteuerventil 19 das bestimmte Steuerventil zur Steuerung des dem bestimmten Hydraulikzylinder zugeführten Stroms des Hydraulikfluids.
Die bodenseitigen Leitungen 101a, 101b bilden eine erste Leitung zur Zufuhr des Hydraulikfluids zur Bodenseite zumindest eines bestimmten Hydraulikzylinders, und die stabseitigen Leitungen 102a, 102b bilden eine zweite Leitung zum Ablassen des Hydraulikfluids von der Stabseite des bestimmten Zylinders. In diesem Zusammenhang ist die verstellbare Drossel 103Ac in der Rückgewinnungsleitung 103Aa die zweite verstellbare Drossel, und das Rückgewinnungsventil 103 ist die Rückgewinnungsventileinrichtung zur Zufuhr von zumindest einem Teil des Hydraulikfluids aus der zweiten Leitung über die zweite verstellbare Drossel zur ersten Leitung. Ferner ist die verstellbare Drossel 104Ba die erste verstellbare Drossel, und das Drosselventil 104 ist die Drosselventileinrichtung zur Rückfüh rung des nicht zurückgewonnenen, restlichen Teils des Hydraulikfluids aus der zweiten Leitung zum Hydraulikreservoir über die erste verstellbare Drossel.
Der vom Abschnitt 40c für die Rückgewinnungssteuerung der Steuereinheit 40 ausgeführte Schritt 610 gemäß dem Ablaufdiagramm gemäß 8 und der Drehzahlsensor 105 bilden die Drehzahlerfassungseinrichtung zur Erfassung der Drehzahl des Primärantriebs zum Antreiben der Hydraulikpumpe. Der Schritt 630 und die Drucksensoren 137 bis 142 bilden die mehreren Eingangsgrößenerfassungseinrichtungen zur Erfassung der jeweiligen Eingangsgrößen mehrerer Betätigungseinrichtungen zur Betätigung der mehreren Stellglieder. Die mit diesen Erfassungseinrichtungen zusammenwirkenden Schritte 620 und 640 bilden eine Fördermengenerfassungseinrichtung zur Erfassung der Fördermenge der Hydraulikpumpe. Ferner bildet der Schritt 650 gemäß dem in 8 gezeigten Ablaufdiagramm eine Einrichtung zur Erfassung des Öffnungsgradverhältnisses zur Erfassung des Verhältnisses zwischen den Öffnungsgraden der mehreren Steuerventile. Der Schritt 660 bildet eine Modifikationseinrichtung zum Verändern des erfaßten Verhältnisses zwischen den Öffnungsgraden in Abhängigkeit von den Betriebszuständen der mehreren Stellglieder. Ebenso bilden die beiden Schritte 650, 660 eine Einrichtung zur Bestimmung des Verteilungsverhältnisses der erfaßten Fördermengen auf die jeweiligen Stellglieder. In Zusammenarbeit mit der vorstehend beschriebenen Konstruktion bildet der Schritt 670 die Einrichtung zur Erfassung der dem Stellglied zugeführten Strömungsmenge.
Der Schritt 710 gemäß dem ersten Ablaufdiagramm gemäß 10 und der Schritt 810 gemäß dem Ablaufdiagramm gemäß 12, die vom Abschnitt 40c für die Rückgewinnungssteuerung der Steuereinheit 40 ausgeführt werden, bilden die erste und die zweite Einrichtung zur Bestimmung der durch die Drosseln strömenden Strömungsmengen zur Bestimmung der jeweiligen, durch die zweite ver stellbare Drossel und die erste verstellbare Drossel strömenden Drosselströmungsmengen in Abhängigkeit von der erfaßten Stellgliedströmungsmenge. Der Schritt 720 gemäß dem Ablaufdiagramm gemäß 10 und der Schritt 820 gemäß dem Ablaufdiagramm gemäß 12 bilden die Einrichtung zur Bestimmung des ersten und des zweiten Öffnungsgrads zur Bestimmung der jeweiligen Öffnungsgrads der ersten verstellbaren Drossel und der zweiten verstellbaren Drossel in Abhängigkeit von den erfaßten Drosselströmungsmengen. Zusammen bilden sämtliche der oben erwähnten Bauteile eine Einrichtung zum Verstellen der jeweiligen Öffnungsgrade der ersten verstellbaren Drossel und der zweiten verstellbaren Drossel in Abhängigkeit von der erfaßten Stellgliedströmungsmenge.
Überdies entspricht die vorstehend unter Bezugnahme auf 11 beschriebene, der Bodenseite zugeführte Strömungsmenge Q₀ einer eingestellten Einlaßströmungsmenge, mit der das Hydraulikfluid zur Bodenseite des bestimmten Hydraulikzylinders geleitet wird, und der bodenseitige Druck Pxb entspricht dem eingestellten Bodendruck, der eingestellt wird, um das Auftreten von Kavitationserscheinungen in der bodenseitigen Hydraulikkammer des bestimmten Hydraulikzylinders zu verhindern.
Zudem bilden sämtliche, die Einrichtung zur Erfassung der Stellgliedströmungsmenge und die Einrichtung zur Veränderung der Öffnungsabmessungen bildenden Einrichtungen und Schritte eine Steuereinrichtung zur Steuerung der jeweiligen Öffnungsgrade der ersten verstellbaren Drossel und der zweiten verstellbaren Drossel in Abhängigkeit von der dem bestimmten Hydraulikzylinder von der Hydraulikpumpe zugeführten Stellgliedströmungsmenge.
Die Funktionsweise und die Vorteile des so konstruierten hydraulischen Rückgewinnungssystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden nachstehend beschrieben. Diese Ausführungsform zielt, wie vorstehend beschrieben, darauf ab, den Vorgang des Anzie hens des Arms durch die Rückgewinnung eines Teils des aus dem hydraulischen Armzylinder 12 abgelassenen Hydraulikfluids mit einer höheren Geschwindigkeit auszuführen.
(1) Das alleinige Anziehen des Arms
Bei der normalen Ausschachtungsarbeit als typisches Beispiel werden beispielsweise eine Reihe aufeinander folgender Operationen ausgeführt. Die kombinierte Betätigung des Anziehens des Arms und des Anziehens der Schaufel wird zum Aufgraben des Bodens und zum Herausschaufeln der aufgegrabenen Erde und des aufgegrabenen Sands mittels der Schaufel 1c ausgeführt. Dann werden die herausgeschaufelte Erde und der herausgeschaufelte Sand durch Ausführen der kombinierten Operation des Anhebens des Auslegers, des Ausstrecken des Arms und des Ausstreckens der Schaufel auf einen Kipper oder dergleichen geladen. Danach wird die alleinige Betätigung des Anziehens des Arms ausgeführt, um die Schaufel 1c zur Ausschachtung erneut zum Boden zurückzuführen. Da die Schaufel 1c bei der alleinigen Betätigung des Anziehens des Arms leer ist, wird der Arm unter dem Gesichtspunkt der Arbeitseffizienz während eines Hubs vorzugsweise mit der höchstmöglichen Geschwindigkeit angezogen, bis die Schaufel 1c den Boden erreicht.
Wenn der Bediener in dieser Situation bei der vorliegenden Ausführungsform den Steuerhebel 63a der Armsteuerhebelvorrichtung 63 in der einem Anziehen des Arms entsprechenden Richtung betätigt, wird in der Steuerleitung 69a ein Steuerdruck erzeugt, und das Steuerventil 19 für den Arm wird in die verschobene Stellung 19A verschoben. Dadurch wird das Hydraulikfluid von der ersten Hydraulikpumpe 8 über die Förderleitung 26 und die mittlere Umgehungsleitung 49 in die Einlaßdosierleitung 74 für den Arm geleitet, und gleichzeitig wird das Hydraulikfluid von der zweiten Hydraulikpumpe 9 zusammen über die Förderleitung 27, die mittlere Umgehungslei tung 50, die Einlaßdosierleitung 75 für das Absenken des Auslegers und die Armverbindungsleitung 73 in die Einlaßdosierleitung 74 für den Arm geleitet. Dementsprechend wird die gesamte Strömungsmenge des Hydraulikfluids von der ersten und der zweiten Hydraulikpumpe 8, 9 aus der Einlaßdosierleitung 74 für den Arm über die bodenseitigen Leitungen 101a, 101b der bodenseitigen Hydraulikkammer 12a des hydraulischen Armzylinders 12 zugeführt.
Da der in der Steuerleitung 69a erzeugte Steuerdruck Xac durch den Drucksensor 143 erfaßt wird, ist die im Schritt 200 gemäß dem Ablaufdiagramm gemäß 7 vorgenommene und im Abschnitt 40c für die Rückgewinnungssteuerung ausgeführte Bestimmung erfüllt. Da die Schaufel 1c leer ist, ist der vom Drucksensor 144 erfaßte Lastdruck Pab in der bodenseitigen Leitung 101a gering, und die im Schritt 500 vorgenommene Bestimmung ist erfüllt.
In diesem Zustand werden die Fördermengen Q1, Q2 der Hydraulikpumpen 8, 9 durch die negative Steuerung entsprechend der vom Armsteuerventil 19 benötigten Strömungsmenge (der Steuerschieberhubgröße) erhöht. Im Schritt 600 wird daher die Stellgliedströmungsmenge (= Armströmungsmenge) Qa als Summe Q1 + Q2 der beiden Fördermengen berechnet.
Dann werden in den Schritten 700 und 800 der Öffnungsgrad A1 des Rückgewinnungsventils 103 und der Öffnungsgrad A2 des Drosselventils 104 unter der Bedingung der Armströmungsmenge Qa gesteuert, um die zur Bodenseite geleitete Strömungsmenge Q₀ zu erhalten, bei der der Arm mit der gewünschten hohen Geschwindigkeit betätigt werden kann, während sichergestellt wird, daß in der bodenseitigen Hydraulikkammer 12a des hydraulischen Armzylinders 12 keine Kavitationserscheinungen aufgrund eines Mangels an Hydraulikfluid auftreten (d.h. daß der bodenseitige Druck Pxb in der bodenseitigen Hydraulikkammer 12a stets gehalten wird).
Zum leichteren Verständnis wird nachstehend unter Bezugnahme auf 11 unter Verwendung numerischer Verhältnisse ein praktisches Beispiel dieser Steuerung beschrieben. Wird davon ausgegangen, daß die Armströmungsmenge Qa durch den Bezugswert 1,0 repräsentiert wird und die zur Bodenseite geleitete Strömungsmenge Q₀ für eine Betätigung mit höherer Geschwindigkeit beispielsweise 1,2 betragen muß, muß die Differenz von 0,2 zwischen Q₀ und Qa als zurückgewonnene Strömungsmenge Qx zurückgewonnen werden. Wird davon ausgegangen, daß das Verhältnis k0 zwischen den Druckaufnahmebereichen auf der Bodenseite und auf der Stabseite zu diesem Zeitpunkt durch k0 = 2 : 1 gegeben ist, beträgt die stabseitig abgelassene Strömungsmenge Q₀' die Hälfte von Q₀, d.h. 0,6. Daher werden der Öffnungsgrad A1 des Rückgewinnungsventils 103 und der Öffnungsgrad A2 des Drosselventils 104 so gesteuert, daß ein Anteil von 0,2 von 0,6 als zurückgewonnene Strömungsmenge Qx zurückgeführt und der Rest von 0,4 als Drosselströmungsmenge Qy abgelassen wird.
Durch die vorstehend beschriebene Steuerung wird das abgelassene Hydraulikfluid mit der gewünschten zurückgewonnenen Strömungsmenge Qx zurückgewonnen, um die gewünschte zur Bodenseite geleitete Strömungsmenge Q₀ sicherzustellen, und der Vorgang des Anziehens des Arms kann mit einer höheren Geschwindigkeit ausgeführt werden, wodurch die Arbeitseffizienz verbessert wird.
(2) Die kombinierte Betätigung des Anziehens des Arms und des Anziehens der Schaufel
Bei der alleinigen Betätigung des Anziehens des Arms wird für einen gleichmäßigen Übergang zur anschließenden Ausschachtungsarbeit (siehe 1) oft auch die Schaufel angezogen (d.h. es erfolgt ein Übergang zur kombinierten Betätigung des Anziehens des Arms und des Anziehens der Schaufel). Wenn der Bediener in einem derar tigen Fall ferner den Steuerhebel 64a der Steuerhebelvorrichtung 64 für die Schaufel in der einem Anziehen der Schaufel entsprechenden Richtung betätigt, wird ein Steuerdruck in der Steuerleitung 70a erzeugt, und das Schaufelsteuerventil 22 wird in die verschobene Stellung 22A auf der gemäß den 2A und 2B rechten Seite verschoben. Dadurch werden das Armsteuerventil 19 und das Schaufelsteuerventil 22 in bezug auf die zweite Hydraulikpumpe 9 parallel geschaltet. Dadurch wird ein erheblicher Teil (beispielsweise etwa die Hälfte) des Hydraulikfluids von der zweiten Hydraulikpumpe 9, das vorher vollständig der Armverbindungsleitung 73 zugeführt wurde, nun über die Einlaßdosierleitung 72 der Schaufel zur bodenseitigen Hydraulikkammer 13a des hydraulischen Schaufelzylinders 13 geleitet. Dadurch wird die Strömungsmenge des aus der Einlaßdosierleitung 74 für den Arm über die die bodenseitigen Leitungen 101a, 101b der bodenseitigen Hydraulikkammer 12a des hydraulischen Armzylinders 12 zugeführten Hydraulikfluids (= die Armströmungsmenge Qa) erheblich verringert. In diesem Zustand kann das Hydraulikfluid der bodenseitigen Hydraulikkammer 12a des hydraulischen Armzylinders 12 selbst mit der zurückgewonnenen Strömungsmenge Qx nicht mit einer ausreichenden Strömungsmenge zugeführt werden, und es ist schwierig, dem bis dahin ausgeführten Vorgang des Anziehens des Arms mit hoher Geschwindigkeit zufriedenstellend zu folgen. Dies hat die Möglichkeit zur Folge, daß die Unzulänglichkeit der zugeführten Strömungsmenge das Auftreten von Blasen (Kavitationserscheinungen) in der bodenseitigen Hydraulikkammer 12a des hydraulischen Armzylinders 12 und den mit ihr verbundenen Hydraulikkreisläufen (einschließlich beispielsweise den bodenseitigen Leitungen 101a, 101b) verursacht, was zu einer Verschlechterung der Bedienbarkeit und Haltbarkeit führt.
Eine derartige Situation wird bei der vorliegenden Ausführungsform wie folgt gehandhabt. Eine Verringerung der Armströmungsmenge Qa wird im Schritt 600 berechnet (erfaßt). Dann werden in den Schritten 700 und 800 der Öffnungsgrad A1 des Rückgewinnungsventils 103 und der Öffnungsgrad A2 des Drosselventils 104 gesteuert (der Öffnungsgrad A1 wird beispielsweise gesteigert und der Öffnungsgrad A2 verringert), so daß die Verringerung der Armströmungsmenge Qa durch eine Erhöhung der zurückgewonnenen Strömungsmenge Qx kompensiert wird und der zur Bodenseite geleiteten Strömungsmenge Q₀ unverändert bleibt.
Wie bei dem vorstehend beschriebenen Fall, wird nachstehend unter Bezugnahme auf 11 unter Verwendung numerischer Verhältnisse ein praktisches Beispiel dieser Steuerung beschrieben. Wird davon ausgegangen, daß die Armströmungsmenge Qa bei der alleinigen Betätigung des Anziehens des Arms bei einem Übergang zur kombinierten Betätigung des Anziehens des Arms und des Anziehens der Schaufel von 1,0 auf 0,7 verringert wird, führt der Abschnitt 40c für die Rückgewinnungssteuerung eine Steuerung aus, durch die die zurückgeführte Strömungsmenge Qx durch Erhöhen des Öffnungsgrads A1 des Rückgewinnungsventils 103 und Verringern des Öffnungsgrads A2 des Drosselventils 104 auf 0,5 erhöht wird. Diese Steuerung ermöglicht es, die zur Bodenseite geleitete Strömungsmenge Q₀, die die Summe der Armströmungsmenge Qa und der zurückgewonnenen Strömungsmenge Qx ist, kontinuierlich auf 1,2 zu halten (d.h. daß ein Anteil von 0,5 von 0,6 als zurückgewonnene Strömungsmenge Qx zurückgeführt und der restliche Anteil von 0,1 als Drosselströmungsmenge Qy abgelassen wird, da die auf der Stabseite abgelassene Strömungsmenge Q₀' 0,6 bleibt). Dadurch kann der Vorgang des Anziehens des Arms auf ähnliche Weise wie gehabt mit hoher Geschwindigkeit fortgesetzt werden, ohne daß in der bodenseitigen Hydraulikkammer 12a des hydraulischen Armzylinders 12 und den mit ihr verbundenen hydraulischen Kreisläufen Kavitationserscheinungen verursacht werden. Dadurch wird eine Verbesserung der Bedienbarkeit und Haltbarkeit der bodenseitigen Hydraulikkam mer 12a des hydraulischen Armzylinders 12 und der mit ihr verbundenen Hydraulikkreisläufe erzielt.
Durch diese Ausführungsform wird, wie vorstehend beschrieben, eine bei einem Übergang zur kombinierten Betätigung verursachte Verringerung der Armströmungsmenge Qa durch Erhöhen der zurückgewonnenen Strömungsmenge Qx kompensiert, so daß das Hydraulikfluid der bodenseitigen Hydraulikkammer 12a des hydraulischen Armzylinders 12 kontinuierlich mit einer ausreichenden Strömungsmenge Q₀ zugeführt werden kann. Dadurch können das Auftreten von Kavitationserscheinungen in der bodenseitigen Hydraulikkammer 12a des hydraulischen Armzylinders 12, den bodenseitigen Leitungen 101a, 101b, etc. aufgrund einer Unzulänglichkeit der zugeführten Strömungsmenge verhindert und die Bedienbarkeit und Haltbarkeit verbessert werden.
Obwohl die vorstehende Beschreibung beispielhaft im Zusammenhang mit einer bei einem Übergang zu einer kombinierten Betätigung verursachten Verringerung der Armströmungsmenge Qa erfolgte, ist die Anwendung nicht auf einen derartigen Fall beschränkt. Die Ausführungsform ist beispielsweise auch auf einen Fall anwendbar, in dem die Drehzahl des Motors 17 zum Antreiben der Hydraulikpumpen 8, 9 beispielsweise aufgrund eines Anstiegs der Last eines Stellglieds, einer Veränderung der eingestellten Drehzahl des Motors 17 oder einer Umstellung der bei einem hydraulischen Baggers des vorstehend erwähnten Typs bekannten hydraulischen Betriebsmodi verringert wird und damit die Armströmungsmenge Qa reduziert wird. Damit arbeitet das hydraulische Rückgewinnungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform in jeder Situation, in der die Armströmungsmenge Qa verringert wird, unmittelbar als Reaktion auf eine Verringerung der Armströmungsmenge Qa und funktioniert auf die gleiche Weise, wie vorstehend beschrieben, effektiv. Dadurch können ähnliche Vorteile wie die vorstehend beschriebenen erzielt werden.
Obwohl die vorstehend erwähnte JP, A 3-117704 dies nicht klar offenbart, ist es bei herkömmlichen hydraulischen Rückgewinnungssystemen üblich, daß ein Rückgewinnungsventil mit einer Rückgewinnungsventileinrichtung in vielen Fällen in oder in der Nähe eines Steuerventils (Einblock-Steuerventils) angeordnet ist, in dem Steuerschieber zur Betätigung jeweiliger Stellglieder in einen Körper integriert sind (intensive Rückgewinnungsventileinheit). Eine derartige intensive Rückgewinnungsventileinheit weist aufgrund einer langen Leitungsstrecke zum Stellglied einen großen Leitungsdruckverlust auf und hat dadurch zu Schwierigkeiten bei der Rückgewinnung eines Teils des abgelassenen Hydraulikfluids geführt.
Genauer ist es eine allgemeine Regel, daß die zurückgewonnenen Strömungsmenge bei der Rückgewinnung eines Teils des aus einem Hydraulikzylinders abgelassenen Hydraulikfluids leichter erhöht werden kann, wenn der Druck in der Rückgewinnungsleitung auf der Stabseite des Hydraulikzylinders höher und der Druck in der Rückgewinnungsleitung auf der Bodenseite des Hydraulikzylinders niedriger ist. Bei einem hydraulischen Rückgewinnungssystem, bei dem die vorstehend erwähnte intensive Rückgewinnungsventileinheit verwendet wird, ist eine Rückgewinnungsleitung vom Hydraulikzylinder entfernt angeordnet und der in einer dazwischen angeordneten Leitung verursachte Druckverlust wird verhältnismäßig hoch, da die Ventileinheit in der Nähe des Steuerventils angeordnet ist. Dadurch wird der Druck in der Rückgewinnungsleitung auf der Bodenseite erhöht, da sie näher an der Hydraulikpumpe angeordnet ist, und der Druck in der Rückgewinnungsleitung auf der Stabseite wird um einen dem vorstehend erwähnten Druckverlust entsprechenden Betrag verringert. Es ist daher schwierig, eine große zurückgewonnene Strömungsmenge zu erhalten.
Bei dieser Ausführungsform ist die Rückgewinnungsventileinheit 100 einschließlich der Rückgewinnungsleitung 103 dagegen am Ausleger 1a (genauer ausgedrückt an einer Position, die sich näher am hydraulischen Armzylinder 12 als in der Mitte zwischen der Steuerventileinheit 7 und dem hydraulischen Armzylinder 12 befindet) angeordnet, wie in den 1 und 6 gezeigt. Durch diese Konstruktion kann der Druckverlust in der Rückgewinnungsleitung verringert werden, so daß der Druck am Anschluß des mit der stabseitigen Hydraulikkammer 12b des hydraulischen Armzylinders 12 verbundenen Rückgewinnungsventils 103 verhältnismäßig hoch und der Druck am Anschluß des mit seiner bodenseitigen Hydraulikkammer 12a verbundenen Rückgewinnungsventils 103 verhältnismäßig gering gehalten werden können. Dies ist zum leichteren Erhalt einer größeren zurückgewonnenen Strömungsmenge Qx effektiv. Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich, ist es zur Erzielung der vorstehend beschriebenen Wirkung nicht immer erforderlich, sowohl das Rückgewinnungsventil 103 als auch das Drosselventil 104 der Rückgewinnungsventileinheit 100 auf der näher am hydraulischen Armzylinder 12 liegenden Seite anzuordnen, und das das Rückgewinnungsventil 103 und das Drosselventil 104 können separate Konstruktionen sein, so daß nur das das Rückgewinnungsventil 103 auf der näher am hydraulischen Armzylinder 12 liegenden Seite angeordnet ist.
Obwohl die Armströmungsmenge Qa bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform in den Schritten 610 bis 670 gemäß 8 berechnet wird, ist das Berechnungsverfahren nicht auf das vorstehend beschriebene begrenzt, und die Armströmungsmenge Qa kann unter Verwendung jedes anderen geeigneten Verfahrens berechnet werden. Alternativ kann die Armströmungsmenge Qa durch Anordnen einer Strömungsmengenerfassungseinrichtung (wie eines bekannten Strömungsmessers) in der bodenseitigen Leitung 101a direkt oder indirekt erfaßt werden. Eine derartige Modifikation kann ebenso ähnliche Fig. Vorteile wie die vorstehend beschriebenen bieten.
Obwohl die vorstehend beschriebene Ausführungsform im Zusammenhang mit der kombinierten Betätigung des Anziehens des Arms und des Anziehens der Schaufel als Beispiel für eine kombinierte Betätigung beschrieben wurde, bei der das dem hydraulischen Armzylinder 12 zugeführte Hydraulikfluid eine ungenügende Strömungsmenge aufweisen kann, ist eine derartige Situation nicht auf die vorstehend beschriebene begrenzt. Anders ausgedrückt kann die vorliegende Erfindung auch auf die kombinierte Betätigung eines Anziehens des Arms, eines Anziehens der Schaufel und eines Absenkens des Auslegers oder die kombinierte Betätigung eines sogenannten hydraulischen Schaufelbaggers angewendet werden und bietet ähnliche Vorteile, wie vorstehend beschrieben.
Obwohl die vorliegende Erfindung bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform auf den hydraulischen Armzylinder 12 angewendet wird, um dessen Bedienbarkeit und Haltbarkeit bei einer Betätigung mit hoher Geschwindigkeit zu verbessern, ist die vorliegende Erfindung ferner nicht auf eine derartige Anwendung begrenzt. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung auch auf jeden der anderen Hydraulikzylinder 11, 13 anwendbar. In jedem Fall können ähnliche Vorteile wie die vorstehend beschriebenen erzielt werden.
Obwohl die vorstehende Beschreibung beispielhaft im Zusammenhang mit dem vorderen Aufbau 1 des hydraulischen Baggers erfolgte, der den Ausleger 1a, den Arm 1b und die Schaufel 1c umfaßt, ist der vordere Aufbau 1 nicht auf eine derartige Konstruktion begrenzt. So kann anstelle der Schaufel 1c beispielsweise ein weiteres Zusatzgerät, wie eine Greifzange, vorgesehen sein. Es ist wesentlich, daß der vordere Mechanismus 1 insgesamt ein Aufbau mit mehreren Gelenken ist. Eine derartige Modifikation ebenfalls kann ähnliche Vorteile wie die vorstehend beschriebenen bieten.
Es erübrigt sich, darauf hinzuweisen, daß der Rahmen des technischen Konzepts der vorliegenden Erfindung Modifikationen der vorstehend beschriebenen Konstruktionen einschließt, bei denen zumindest ein Teil der unter der Steuerung der Steuereinheit 40 (ins besondere des Abschnitts 40c für die Rückgewinnungssteuerung) unter Verwendung elektrischer Signale ausgeführten Funktionen durch mechanische Betätigungen, wie beispielsweise den durch einen Hydraulikkreislauf realisierten, ersetzt wird. Das grundlegende technische Konzept der vorliegenden Erfindung beruht darauf, daß die Öffnungsgrade sowohl des zweiten Drosselventils der Rückgewinnungsventileinrichtung als auch des ersten Drosselventils der Drosselventileinrichtung in Abhängigkeit von der dem bestimmten Hydraulikzylinder von der Hydraulikpumpe jeweils zugeführten Stellgliedsteuermenge gesteuert werden. Dadurch kann das Auftreten von Kavitationserscheinungen in dem bestimmten Hydraulikzylinder und seinen peripheren Kreisläufen beispielsweise bei einem Übergang zu einer kombinierten Betätigung oder bei einer Verringerung der Drehzahl des Primärantriebs verhindert werden. Dadurch können die Bedienbarkeit und Haltbarkeit verbessert werden.
Wie vorstehend beschrieben, ist die zweite verstellbare Drossel erfindungsgemäß in der Rückgewinnungsventileinrichtung zur Zufuhr eine Teils des Hydraulikfluids aus der zweiten Leitung zur ersten Leitung vorgesehen, und die erste verstellbare Drossel ist in der Drosselventileinrichtung zur Rückführung des nicht zurückgeführten, restlichen Teils des Hydraulikfluids aus der zweiten Leitung zum Hydraulikreservoir vorgesehen. Ferner steuert die Steuereinrichtung die Öffnungsgrade des ersten Drosselventils und des zweiten Drosselventils in Abhängigkeit von der dem bestimmten Hydraulikzylinder von der Hydraulikpumpe zugeführten Stellgliedströmungsmenge. Selbst wenn die Stellgliedströmungsmenge beispielsweise bei einem Übergang zur kombinierten Betätigung oder einer Verringerung der Drehzahl des Primärantriebs verringert wird, wird daher eine derartige Verringerung der Armströmungsmenge durch eine Erhöhung der zurückgeführten Strömungsmenge kompensiert, so daß das Hydraulikfluid der Bodenseite des hydraulischen Armzylinders 12 kontinuierlich mit einer ausreichenden Strömungsmenge zugeführt werden kann. Es ist daher möglich, das Auftreten von Kavitationserscheinungen in der bodenseitigen Hydraulikkammer des bestimmten Hydraulikzylinders und seiner peripheren Hydraulikkreisläufe aufgrund einer Unzulänglichkeit der zugeführten Strömungsmenge zu verhindern und die Bedienbarkeit und Haltbarkeit zu verbessern.

Claims

Hydraulisches Rückgewinnungssystem für eine Baumaschine, das in einem hydraulischen Antriebssystem für den Antrieb mehrerer Aktoren durch ein von mindestens einer Hydraulikpumpe (8, 9) im hydraulischen Antriebssystem zugeführtes Hydraulikfluid vorgesehen ist, wobei das hydraulische Rückgewinnungssystem enthält – eine erste Leitung (101a, 101b) zum Zuführen von Hydraulikfluid zur Bodenseite (12a) mindestens eines unter den mehreren Aktoren ausgewählten besonderen Hydraulikzylinders (12), – eine zweite Leitung (102a, 102b) zum Ablassen von Hydraulikfluid von der Stangenseite (12b) des ausgewählten Hydraulikzylinders (12), – eine Rückgewinnungs-Ventilanordnung (103) zum Zuführen mindestens eines Teils des Hydraulikfluids aus der zweiten Leitung (102a, b) zur ersten Leitung (101a,b), gekennzeichnet durch – eine in der Rückgewinnungs-Ventilanordnung (103) vorgesehene zweite Verstelldrossel (103Ac), welche zumindest den Teil der Hydraulikflüssigkeit aus der zweiten Leitung zur ersten Leitung bei einer gewünschten Öffnung zuführt; – eine Drosselventilanordnung (104) zum Rückführen des verbleibenden Teils des Hydraulikfluids, der nicht rückgewonnen worden ist, aus der zweiten Leitung (102a, b) zu einem hydraulischen Reservoir (30); – eine in der Drosselventilanordnung (104) vorgesehene erste Verstelldrossel (104Ba), welche den verbleibenden Teil des hydraulischen Fluids, der nicht rückgewonnen wurde, zu dem hydraulischen Reservoir (30) bei einer gewünschten Öffnung zurückführt; und – Steuermittel (40) zum Steuern der jeweiligen Öffnungsbereiche der ersten Verstelldrossel (104Ba) und der zweiten Verstelldrossel (103Ac) entsprechend einer von der Hydraulikpumpe (8, 9) zu dem besonderen Hydraulikzylinder (12) geführten Aktorflussmenge.
Hydraulisches Rückgewinnungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel (40) Aktorflussmengen-Detektormittel (105, 137-142, 40c) (S610 – S670) zum Bestimmen der Aktorflussmenge und Öffnungsbereich-Verstellmittel (40C) (S710, S720, S810, 5820) zum Verändern der jeweiligen Öffnungsbereiche der ersten Verstelldrossel (104Ba) und der zweiten Verstelldrossel (103Ac) entsprechend der ermittelten Aktorflussrate aufweisen.
Hydraulisches Rückgewinnungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktorflussmengen-Bestimmungsmittel (105, 137–142, 40c) (S610 – S670) Liefermengen-Bestimmungsmittel (105, 137–142, 40c) (S610, S620, S630, S640) zum Bestimmen der Liefermenge der Hydraulikpumpe (8, 9) und Verteilungsverhältnis-Bestimmungsmittel (40c) (S650, S660) zum Bestimmen eines Verteilungsverhältnisses der bestimmten Liefermenge zu jeweiligen Aktoren aufweist.
Hydraulisches Rückgewinnungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Liefermengen-Bestimmungsmittel (105, 137–142, 40c) (S610, S620, S630, S640) Drehzahlbestimmungsmittel (105) zum Erfas sen der Drehzahl eines Primärantriebs (17) für den Antrieb der Hydraulikpumpe (8, 9) aufweist.
Hydraulisches Rückgewinnungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Liefermengen-Bestimmungsmittel (105, 137–142, 40c) (S610, S620, S630, S640) eine Anzahl von Eingangswert-Bestimmungsmitteln (137–142, 40c) (S630) zum Bestimmen der jeweiligen Eingangswerte einer Anzahl von Betriebsmitteln (62–67) für den Betrieb der Anzahl von Aktoren aufweist.
Hydraulisches Rückgewinnungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilungsverhältnis-Bestimmungsmittel Öffnungsbereichs-Verhältnis-Bestimmungsmittel (40c) (S650) zum Erfassen eines Öffnungsbereichs-Verhältnisses zwischen der Hydraulikpumpe (8, 9) und der Anzahl an Aktoren (12,...) jeweils angeordneten Steuerventilen (18–23) zur Besteuerung der Ströme des den jeweiligen Aktoren zugeführten hydraulischen Fluids aufweist und Modifiziermittel zum Modifizieren des bestimmten Öffnungsbereichs-Verhältnisses entsprechend den Betriebszuständen der Anzahl an Aktoren aufweist.
Hydraulisches Rückgewinnungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsbereichs-Änderungsmittel (40c) (S710, S720, S810, S820) erste und zweite Drosselfließmengen-Bestimmungsmittel (40c) (S710, S810) zum Bestimmen der jeweiligen Drosselstrommengen durch die zweite Verstelldrossel (103Ac) und die erste Verstelldrossel (104Ba) entsprechend der bestimmten Aktorstrommenge sowie erste und zweite Öffnungsbereichs-Bestimmungsmittel (40c) (S720, S820) zum Bestimmen der jeweiligen Öffnungsbereiche der zweiten Verstelldrossel (103Ac) und der ersten Verstelldrossel (104Ba) entsprechend den bestimmten Drosselstrommengen aufweist.
Hydraulisches Rückgewinnungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Drosselstrommengen-Bestimmungsmittel (40c) (S710) die Drosselstrommenge durch die zweite Verstelldrossel (103Ac) in Übereinstimmung mit beiden, einer gesetzten Einlassstrommenge, mit welcher das Hydraulikfluid in die Bodenseite (12a) des ausgewählten Hydraulikzylinders (12) eingeführt wird, und der bestimmten Aktorstrommenge bestimmt.
Hydraulisches Rückgewinnungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Drosselstrommengen-Bestimmungsmittel (40c) (S810) die Drosselstrommenge durch die erste Verstelldrossel (104Ba) in Übereinstimmung mit der gesetzten Einlassstrommenge, einem Volumenverhältnis zwischen der bodenseitigen Hydraulikkammer (12a) und einer stangenseitigen Hydraulikkammer (12b) des besonderen Hydraulikzylinders (12) und der bestimmten Drosselstrommenge durch die zweite Verstelldrossel (103Ac) bestimmt.
Hydraulisches Rückgewinnungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Öffnungsbereichs-Bestimmungsmittel (40c) (S720) den Öffnungsbereich der zweiten Verstelldrossel (103Ac) in Übereinstimmung mit der bestimmten Drosselstrommenge durch die zweite Verstelldrossel (103Ac), einem gesetzten Bodendruck, der zur Verhinderung von Kavitationserscheinungen in einer bodenseitigen hydraulischen Kammer (12a) des ausgewählten Hydraulikzylinders (12) eingestellt ist, einem Volumenverhältnis zwischen der bodenseitigen Hydraulikkammer (12a) und der stan genseitigen Hydraulikkammer (12b) des ausgewählten Hydraulikzylinders sowie einem im ausgewählten Hydraulikzylinder aufrecht erhaltenen Haltedruck bestimmt.
Hydraulisches Rückgewinnungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Öffnungsbereich-Bestimmungsmittel (40c) (S820) den Öffnungsbereich der ersten Verstelldrossel (104Ba) in Übereinstimmung mit der bestimmten Drosselstrommenge durch diese erste Verstelldrossel (104Ba), dem gesetzten Bodendruck, dem Volumenverhältnis, dem Haltedruck und einem Behälterdruck im hydraulischen Reservoir (30) bestimmt.
Baumaschine mit: – einem unteren Fahrwerk (2); – einem auf dem Fahrwerk drehbar montierten oberen Schwenkwerk (3); – einem am oberen Schwenkwerk (3) drehbar angekuppelten mehrgelenkigen Frontmechanismus (1), der einen Ausleger (1a), einen Arm (1b) und eine Schaufel (1c) aufweist; – einer Anzahl an Aktoren mit einem Ausleger-Hydraulikzylinder (11), einem Arm-Hydraulikzylinder (12) und einem Schaufel-Hydraulikzylinder (13) zum jeweiligen Antrieb des Auslegers, des Armes und der Schaufel; und – ein hydraulisches Rückgewinnungssystem nach Anspruch 1.
Baumaschine nach Anspruch 12, deren hydraulisches Rückgewinnungssystem die Merkmale des Anspruchs 2 aufweist.
Baumaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückgewinnungs-Ventilanordnung (103) angeordnet ist mit Bezug des von der Hydraulikpumpe zu dem ausgewählten Hyd raulikzylinder (10) zugeführten hydraulischen Fluids in einer zumindest dem ausgewählten Hydraulikzylinder näheren Position.
Baumaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückgewinnungs-Ventilanordnung (103) an dem ausgewählten Hydraulikzylinder (12) angeordnet ist.
Baumaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückgewinnungs-Ventilanordnung (103) am Ausleger (1a) angeordnet ist.
Baumaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückgewinnungs-Ventilanordnung (103) und die Drosselventilanordnung (104) als integrale Einheit (40) ausgebildet und am Ausleger (1a) angeordnet sind.