DE602004009493T2 - Hydraulische Steuervorrichtung für eine Baumaschine - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Steuervorrichtung für eine Baumaschine.
  • Bei einem hydraulischen Bagger wird eine Ablasssteuerung verwendet, um einen Teil (einen überschüssigen Teil) des Drucköls, das von einer Pumpe ausgestoßen wird, zurück zu einem Tank zu bringen.
  • Eine allgemeine Ablasssteuerung sieht einen Ablasskanal in dem Steuerventil vor, das für jeden einer Vielzahl von Aktuatoren vorgesehen ist, um die Öffnungsfläche des Kanals gemäß einem Betätigungsbetrag einer Betätigungseinrichtung zu verändern, für die es erforderlich ist, dass das Steuerventil in einer Richtung einer Spulenachse des Ventils länger ist.
  • Um den vorstehend beschriebenen Nachteil zu beseitigen, ist eine Technik des Anordnens eines gemeinsamen Ablassventils für eine Vielzahl von Steuerventilen vorgeschlagen. Ein bekanntes elektronisches Steuersystem ist es, ein hydraulisches Pilotventil für das Ablassventil zu verwenden und das Ablassventil unter Verwendung des Sekundärdrucks eines Proportionalsolenoidventils zu steuern, das durch eine Steuervorrichtung gesteuert wird (Verweis auf die japanische Patentveröffentlichung Nr. 11-303809 ).
  • Gemäß dem vorstehend aufgezeigten System wird allerdings in dem Fall eines Fehlers des Proportionalsolenoidventils selbst oder einer Anomalität des Steuersystems wie beispielsweise einer Verbindungstrennung des Signalsystems für das Übertragen des Steuersignals von der Steuervorrichtung zu dem Proportionalsolenoidventil das Ablassventil in seine Entlastungsposition (maximale Öffnungsposition) geschaltet, um eine Gesamtmenge von Öl zu abzulassen, die von der Pumpe ausgestoßen wird, was zu einem kompletten Halt der Maschine führt.
  • Folglich leidet das vorstehend beschriebene System unter dem Problem, dass die Baumaschine auf der Baustelle zum Stillstand gebracht werden kann.
  • Die europäische Patentanmeldung EP 0 582 859 A beschreibt eine hydraulische Steuervorrichtung mit einem Steuerdruckschaltkreis, in dem ein Steuerdruck abhängig von dem Lastdruck in einer hydraulischen Verbraucherleitung gesteuert werden kann. Ein Regelventil des Steuerschaltkreises besitzt eine hydraulische, mechanisch vorbelastete Öffnungsbewegungs-Dämpfungsvorrichtung, die automatisch abgeschnitten werden kann, wenn eine vorbestimmte Druckdifferenz zwischen dem höheren Steuerdruck überschritten wird.
  • Die europäische Patentanmeldung EP 0 597 109 A offenbart ein Entlastungsventil, das daran angepasst ist, sich zu öffnen, wenn eine Druckdifferenz zwischen einem Ausstoßdruck und einem maximalen Lastdruck in einer Hydraulische Pumpe einen vorbestimmten Wert überschreitet.
  • Die US Patentanmeldung US 2002/0112475 A1 beschreibt ein Verfahren und ein System zum Steuern eines Fluiddrucks in einer hydraulisch aktivierten Vorrichtung. Bei der Verwendung empfängt die Vorrichtung eine Eingabe, die den Betrag der Arbeit anzeigt, den die Vorrichtung verrichten soll, und der Grenzwertdruck eines Ablassventils ist so eingestellt, dass der Druck des Fluids für den durch die Eingabe angezeigten Arbeitsbetrag geeignet ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hydraulische Steuervorrichtung für eine Baumaschine, die das Fortführen des Betriebs sogar bei einem Fehler des Steuersystems fortführt, mit einem elektronischen Steuersystem vorzusehen, das ein integriertes Ablassventil verwendet.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine hydraulische Steuervorrichtung für eine Baumaschine gemäß Anspruch 1 vorgesehen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Zufuhr des Drucköls von der hydraulischen Pumpe zu jedem hydraulischen Aktuator durch die Kompensationseinrichtung in dem Fall sichergestellt, dass die Steuerung des Ablassventils durch die Steuereinrichtung nicht möglich ist.
  • Dementsprechend wird die Bewegung des hydraulischen Aktuators sogar bei einem Fehler des Systems wie beispielsweise einer Verbindungstrennung der Signalleitung zum Verbinden der Steuereinrichtung und des Ablassventils sichergestellt, wodurch diese Erfindung verhindern kann, dass die Maschine vollständig angehalten wird um zum Stillstand gebracht zu werden. Folglich ermöglicht sie das Fortführen des Betriebs.
  • 1 ist eine Darstellung des Aufbaus des Schaltkreises einer hydraulischen Steuervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
  • 2 ist eine graphische Darstellung, die die Öffnungscharakteristik des Ablassventils bei dem Ausführungsbeispiel der 1 zeigt.
  • Die hydraulische Steuervorrichtung für die Baumaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ist aus der folgenden Beschreibung besser verständlich.
  • Bei dem folgenden Ausführungsbeispiel wird eine Anordnung zum Aufbringen der Ablasssteuerung durch ein gemeinsames Ablassventil (ein integriertes Ablassventil) zu drei hydraulischen Aktuatoren 1, 2 und 3 als ein Beispiel gewählt.
  • Für den Hydraulikbagger sind jeweils ein Auslegezylinder, ein Schaufelzylinder und ein Motor für die rechtsseitige Fortbewegung als ein Beispiel der hydraulischen Aktuatoren 1, 2 und 3 genannt.
  • Jeder der hydraulischen Aktuatoren 1, 2 und 3 ist mit einer hydraulischen Pumpe 10 mit variablem Volumen durch hydraulische Pilotsteuerventile 7, 8 und 9 verbunden, die jeweils durch Fernsteuerventile 4, 5 und 6 als eine Betätigungseinrichtung betrieben werden, wobei die Richtung und Geschwindigkeit jeder Bewegung der Aktuatoren 1, 2 und 3 durch die Steuerventile 7 bis 9 gesteuert wird.
  • Eine Pumpenregelvorrichtung 11 für das Steuern der Ausstoßmenge (des Neigungswinkel) von der hydraulischen Pumpe 10 wird durch ein elektromagnetisch proportionales Regelsteuerventil 12 gesteuert. Das Regelsteuerventil 12 wird durch Signale von einer Steuervorrichtung 13 basierend auf einem Betrieb der Fernsteuerventile 4 bis 6 gesteuert.
  • Das heißt, die hydraulische Pumpe 10 wird durch ein positives Steuerverfahren (im Folgenden mit PC-Verfahren abgekürzt) gesteuert, wobei bei dem Verfahren die Ausstoßmenge aus der Pumpe gemäß dem Betätigungsbetrag der Fernsteuerventile 4 bis 6 gesteuert wird. Das PC-Verfahren beinhaltet ein Verfahren zum Steuern der Ausstoßmenge aus einer Pumpe in solch einer Weise, dass sich die Ausstoßmenge erhöht, wenn sich der Betätigungsbetrag der Fernsteuerventile 4 bis 6 als Betätigungseinrichtungen erhöht.
  • In dem vorstehend genannten Fall kann die Pumpe basierend auf dem Betätigungssignal von dem Fernsteuerventil, das den maximalen Betätigungsbetrag hat, oder basierend auf dem Betätigungssignal eines bestimmten Fernsteuerventils der Fernsteuerventile 4 bis 6 bei einem Mehrfachbetrieb gesteuert werden, bei dem zwei oder mehrere Ventile aus diesen Fernsteuerventilen 4 bis 6 gleichzeitig betätigt werden.
  • Eine Ablassleitung 14 ist zwischen einer Leitung an der Ausstoßseite der hydraulischen Pumpe 10 und einem Tank T vorgesehen. In der Ablassleitung 14 ist ein integriertes hydraulisches Pilotablassventil (im Folgenden einfach als Ablassventil bezeichnet) 15 zum Aufbringen der Ablasssteuerung auf jeden der Aktuatoren 1 bis 3 in einem Stück vorgesehen.
  • Das Ablassventil 15 arbeitet in beiden Positionen bestehend auf einer Entlastungsposition „a" (maximale Öffnungsposition) für die maximale Öffnungsfläche und einer Sperrposition „b" für eine Öffnungsfläche von Null. Ablasssteuerungen werden zwischen den Positionen „a" und „b" durchgeführt.
  • Zusätzlich dazu hat das Ablassventil 15 eine ausfallsichere Position „c" als eine Außerbetriebsposition (eine neutrale Position). In der ausfallsicheren Position „c" wird eine ausfallsichere Leitung 15a (eine Kompensationseinrichtung) gebildet, um sich mit einer Öffnung zu öffnen, die eine kleinere Fläche als die Entlastungsöffnung (die Öffnung in der Entlastungsposition) besitzt.
  • Die 2 zeigt die Öffnungscharakteristik des Ablassventils 15. In der ausfallsicheren Position c ist die Öffnung in etwa ein Zehntel (10 cm2) von zum Beispiel der maximalen Öffnungsfläche, während sie zwischen dem Maximum (100 cm2) und dem minimalen Wert (0 cm2) gemäß dem Hub zwischen der Entlastungsposition „a" und der Sperrposition „b" variiert.
  • Dementsprechend zeigt die Ablassströmungsrate in der ausfallsicheren Position „c" in etwa 10 % der maximalen Ablassströmungsrate, und daher werden die anderen 90 % der Strömungsrate den Aktuatoren 1 bis 3 zugeführt.
  • In einer Pilotleitung 16 des Ablassventils 15 ist ein Proportionalsolenoidventil 17 vorgesehen, das durch die Steuervorrichtung gesteuert wird. Der Sekundärdruck des Proportionalsolenoidventils 17 (in der 2 gezeigt) wird einem Pilotanschluss des Ablassventils 15 als ein Pilotdruck zugeführt.
  • Das heißt, die Steuervorrichtung 13 und das Proportionalsolenoidventil 17 bilden eine Steuereinrichtung, wobei die Steuereinrichtung die Öffnungsfläche (die Öffnung oder das Öffnungsverhältnis) des Ablassventils 15 steuert.
  • Das Bezugszeichen 18 bezeichnet eine Pilotpumpe, bei der eine Ausstoßseite der Pilotpumpe mit einer Primärseite von jedem aus dem Regelsteuerventil 12 und dem Proportionalsolenoidventil 17 verbunden ist. Die Pilotpumpe 18 arbeitet nämlich als eine hydraulische Druckquelle, die sowohl der Pumpregelvorrichtung 11 als auch dem Proportionalsolenoidventil 17 gemein ist.
  • Bei dem vorstehenden Aufbau wird, wenn die Fernsteuerventile 4 bis 6 in einem normalen Zustand betätigt werden, Signale basierend auf dem Betätigungssignal von der Steuervorrichtung 13 an das Regelsteuerventil 12 und das Proportionalsolenoidventil 17 ausgegeben. Die Ausstoßmenge aus der Pumpe variiert dann entsprechend dem Betätigungsbetrag während das Ablassventil 15 zwischen der Entlastungsposition „a" und der Sperrposition „b" agiert, um die Ablassströmungsrate durch das PC-Verfahren zu variieren.
  • Während dessen wird zum Beispiel in dem Fall, in dem die Steuerung des Proportionalsolenoidventils 17 nicht möglich ist, nämlich das Ventil 17 infolge einer Anormalität oder Fehlfunktion inklusive eines Fehlers wie beispielsweise einer Verbindungstrennung des Steuersystems zum Verbinden der Steuervorrichtung 13 und des Proportionalsolenoidventils 17 außer Kontrolle ist, das Ablassventil 15 an der Entlastungsposition „a" gestoppt, um in einem herkömmlichen System annähernd die gesamte Ausstoßmenge von der Pumpe zurück in den Tank T zu bringen, während es sich bei dem vorliegenden System in der ausfallsicheren Position „c" befindet.
  • In diesem Fall wird etwa 10 der maximalen Ablassströmungsrate zurück in den Tank T gebracht und daher kann der Rest dem Aktuatorschaltkreis wie vorstehend beschrieben zugeführt werden. Daher wird in einem Fehlerzustand die Bewegung des Aktuators so sichergestellt, dass sie in etwa wie in einem normalen Zustand ist. Die macht es möglich, ein komplettes Anhalten der Maschine zu verhindern und den Betrieb ausreichend ohne ein Problem fortzusetzen, wodurch die Leistung leicht verringert werden kann.
  • Die Betätigung der Fernsteuerventile 4 bis 6 als eine Betätigungseinrichtung zum Kompensieren der Aktuatorströmungsrate durch den ausfallsicheren Kanal 15a verursacht einen Anstieg der Ausstoßmenge aus der Pumpe gemäß ihrem Betätigungsbetrag, was zu einem Anstieg des Systemdrucks führt. Daher kann die Aktuatorleistung so sichergestellt werden, dass sie gleich oder annähernd gleich zu der in einem normalen Zustand ist.
  • Zusätzlich dazu ist nur erforderlich, eine ausfallsichere Position „c" (eine ausfallsichere Leitung 15a) zu dem Ablassventil 15 bei der vorliegenden Erfindung hinzuzufügen, was ein System mit einfachem Aufbau und niedrigen Kosten ermöglicht.
  • In der vorstehenden Beschreibung arbeitet bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die ausfallsichere Leitung 15a des Ablassventils 15 als eine Kompensationseinrichtung in einem Zustand, in dem die Steuerung des Ablassventils 15 durch die Steuereinrichtung nicht möglich ist, wodurch die Zufuhr des Drucköls von der hydraulische Pumpe 10 zu jedem der hydraulischen Aktuatoren 1 bis 3 kompensiert werden kann.
  • Die Ausbildung des vorliegenden Ausführungsbeispiels, das das vorstehend beschriebene PC-Verfahren voraussetzt, kann auf Fälle ohne PC-Verfahren angewendet werden (auf einen Fall eines Steuersystems, bei dem sich die Ausstoßmenge der Pumpe zu jedem Zeitpunkt bei ihrem Maximalwert befindet).

Claims (3)

  1. Hydraulische Steuervorrichtung für eine Baumaschine mit: hydraulischen Aktuatoren (1, 2, 3); einer hydraulischen Pumpe (10) als eine Hydraulikdruckquelle für die hydraulischen Aktuatoren (1, 2, 3); Steuerventilen (7, 8, 9) für das Steuern der Bewegung von jedem der hydraulischen Aktuatoren basierend auf der Betätigung einer Betätigungseinrichtung; einem Ablassventil für das Zurückführen eines Überschusses von Drucköl, das von der Hydraulikpumpe ausgestoßen wird, zurück zu einem Tank, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Steuervorrichtung zudem Folgendes besitzt: eine Steuereinrichtung für das Steuern des Ablassventils; und eine Kompensationseinrichtung für das Sicherstellen eines Öffnungsbetrags des Ablassventils in solch einer Weise des Kompensierens der Zufuhr des Drucköls von der Hydraulikpumpe zu jedem der hydraulischen Aktuatoren in einem Zustand, in dem die Steuereinrichtung das Ablassventil (15) nicht steuern kann, dass die Zufuhr des Drucköls von der hydraulischen Pumpe zu jedem der hydraulischen Aktuatoren sichergestellt ist.
  2. Hydraulische Steuervorrichtung für eine Baumaschine gemäß Anspruch 1, wobei die Kompensationseinrichtung an dem Ablassventil (15) vorgesehen ist und die Kompensationseinrichtung ein ausfallsicherer Kanal (15a) ist, der daran angepasst ist, mit einer Öffnung aufmachbar zu sein, die eine kleinere Fläche als Entlastungskanal in einem Betriebshaltezustand des Ablassventils besitzt.
  3. Hydraulische Steuervorrichtung für eine Baumaschine gemäß Anspruch 2, wobei die hydraulische Pumpe eine hydraulische Pumpe mit variabler Kapazität ist, deren Ausstoßmenge durch eine Pumpenregelvorrichtung (11) gesteuert wird, und die Steuereinrichtung die Pumpenregelvorrichtung in solch einer Weise steuert, dass sich eine Ausstoßmenge der Hydraulikpumpe erhöht, wenn sich ein Betätigungsbetrag der Betätigungseinrichtung erhöht.
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