DE69409442T2

DE69409442T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Durchflusssteuerung einer Hydraulikpumpe

Info

Publication number: DE69409442T2
Application number: DE69409442T
Authority: DE
Inventors: Lee Soowon-Shi Kyungkee Jin-Han
Original assignee: Samsung Heavy Industries Co Ltd
Current assignee: Volvo Construction Equipment AB
Priority date: 1993-07-02
Filing date: 1994-04-25
Publication date: 1998-11-26
Anticipated expiration: 2014-04-26
Also published as: JP2807751B2; KR0152300B1; EP0632355B1; US5659485A; JPH0742199A; DE69409442D1; EP0632355A2; EP0632355A3; KR950003643A

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zur Kontrolle einer Abgabeflußmenge und ein Verfahren einer hydraulischen Pumpe in einem hydraulischen Gerät, wie z. B. einem Bagger, einem Lastwagen, einer Raupe, einem Kran, etc., und im speziellen auf ein System zur Kontrolle einer Abgabeflußmenge und ein Verfahren damit die hydraulische Pumpe eine relativ genaue flir eine bestimmte Arbeit notwendige Flußmenge abgibt.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Mit der Entwicklung elektronischer Steuereinheiten wie z. B. Mikroprozessoren umfassen in den letzten Jahren, hydraulische Systeme, insbesondere bei schwerem Baugerät, elektronische Einrichtungen für eine Automation.
Die fundamentalen Technologien, die für die Automation von Baugerät wie z.B. Baggern notwendig sind, umfassen eine Positionssteuertechnologie flir unterschiedliche bewegliche Teile und eine Technologie zur Minimierung der Energie, um Flußverluste zu vermeiden.
Der allgemeinste Weg, der für die Verbesserung der Betriebseffizienz des Gerätes sowie für die präzise Positionssteuerung verwendet wurde, ist, die von einem Bediener benötigte Flußmenge mit dem Neigungswinkel der Taumelplatte einer hydraulischen Pumpe mit Hilfe eines Neigungswinkelsensors zu vergleichen und zwischen diesen liegende Fehler zu kompensieren.
Figur 1 zeigt ein schematisches Diagramm eines hydraulischen Systems in einem herkömmlichen Bagger.
Wie in Figur 1 gezeigt, hat das System einen Motor 1, der als Energiequelle dient, zwei variable Verdrängungspumpen 2 und 3 und eine zusätzliche Pumpe 4 für die Abgabe einer konstanten Menge von Betriebsöl, zwei Pumpenreguliereinrichtungen 5 und 6 für die Steuerung jeder Pumpe durch eine Bewegung einer jeden Taumelplatte in den Pumpen 2 und 3, durch solenoidgesteuerte Proportionalventile 7 und 8 für die Pumpen 2 und 3, um einen Pilotdruck zu erzeugen, proportional zu einem Eingangssignal durch das Betriebszöl, welches von der zusätzlichen Pumpe 4 stammt, um die Pumpenreguliereinrichtungen 5 und 6 mit dem Pilotdruck zu versorgen, zumindest ein oder mehrere hydraulische Antriebe 9, 10 und 11, die durch den Abgabefluß der Pumpen 2 und 3 angetrieben werden, ein Flußsteuerungsventil 12, um die Richtung und die Menge des Flusses zwischen den Antrieben 9,10 und 11 und den Pumpen 2 und 3 durch einen Versatz der darin angeordneten Spule zu steuern und ein durch ein solenoidgesteuertes Proportionalventil 13, das einen Pilotdruck für das Flußsteuerventil 12 erzeugt.
Das oben beschriebene herkömmliche System hat jedoch den Nachteil, daß aufgrund der Hystereseeigenschaften der solenoidgesteuerten Proportionalventile ein häufiger Betriebsfehler auftritt und daß eine präzise Steuerung der Abgabeflußmenge aufgrund der veränderlichen Effizienz der Pumpen schwierig ist.
Das Dokument FR-A-2 677 407 offenbart ein System für die Kontrolle einer Abgabeflußmenge einer hydraulischen Pumpe ohne die charakterisierenden Vorrichtungen der Ansprüche 1 und 3 der vorliegenden Erfindung.
Die europäische Patentanmeldung EP-A-0 440 802 offenbart eine Vorrichtung für die Kontrolle hydraulischer Pumpen in einem hydraulischen Antriebskreis, der mit zumindest einer hydraulischen Pumpe versehen ist, die Einrichtungen für einen veränderlichen Versatz hat, zumindest einen hydraulischen Antrieb und ein Flußgeschwindigkeitssteuerungsventil. Dadurch wird die Pumpenabgabegeschwindigkeit durch das Halten des Abgabedrucks der hydraulischen Pumpe auf einem höheren festen Wert als der Lastdruck des hydraulischen Antriebs gesteuert.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zur Kontrolle einer Abgabeflußmenge in einer hydraulischen Pumpe vorzusehen, bei dem eine präzise Kontrolle der Abgabeflußmenge, die für eine bestimmte Arbeit notwendig ist, möglich ist und bei dem Fehler im Betrieb deutlich reduziert werden können.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Steuerung des Abgabeflusses einer hydraulischen Pumpe vorzusehen, bei dem eine präzise Kontrolle der Abgabeflußmenge, die für eine bestimmte Arbeit notwendig ist, möglich ist und bei dem Fehler im Betrieb deutlich reduziert werden können.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein System für die Kontrolle einer Abgabeflußmenge einer hydraulischen Pumpe in einem hydraulischen System vorgesehen, mit einem Motor für den Antrieb der Pumpe und zumindest einem hydraulischen Antrieb, der durch den Ölfluß von der Pumpe betrieben wird, umfassend Einrichtungen für die Erfassung des Betriebsversatzes der hydraulischen Antriebe; Betriebseinrichtungen für die Abgabe der Betriebsanweisungen eines Bedieners als elektrisches Signal; das System umfaßt weiterhin: Einrichtungen für die Erfassung der Anzahl der Umdrehungen des Motors und zur Erzeugung einer Anzahl von Pulsen entsprechend der Anzahl der Umdrehungen; Einrichtungen für die Erfassung des Neigungswinkels der Taumelplatte der Pumpe; Einrichtungen für die Erfassung des Lastdrucks, der auf die Pumpen wirkt und eine elektronische Steuereinheit einschließlich Einrichtungen für die Berechnung der notwendigen Flußmengen der Pumpen, die notwendig sind, um eine bestimmte Operation durchzuführen, aus den notwendigen Flußmengen des hydraulischen Antriebs, Einrichtungen zur Bestimmung der tatsächlichen Abgabeflußmengen der Pumpen, die auf die hydraulischen Antriebe wirken, Einrichtungen zur Bestimmung der tatsächlichen Betriebsflußmengen der Pumpen, Einrichtungen zur Berechnung der Pumpenflußdifferenzen zwischen den notwendigen Flußmengen und den tatsächlichen Abgabeflußmengen und Antriebsflußdifferenzen zwischen den notwendigen Flußmengen und den tatsächlichen Betriebsflußmengen des hydraulischen Antriebs, Einrichtungen zur Berechnung der Zielflußmengen der Pumpen aus den Pumpenflußdifferenzen und den Antriebsflußdifferenzen und Einrichtungen für die Erzeugung von Ausgangsspannungssignalen zur Steuerung der tatsächlichen Abgabeflußmengen, wobei die tatsächlichen Abgabeflußmengen aus der Anzahl der Umdrehungen des Motors und dem Neigungswinkel einer Taumelplatte der Pumpen berechnet werden und wobei die tatsächlichen Betriebsflußmengen aus dem Betriebsversatz der hydraulischen Antriebe berechnet werden.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren für die Berechnung einer Abgabeflußmenge einer hydraulischen Pumpe in einem hydraulischen System vorgesehen, mit einem Motor, um die Pumpe anzutreiben, und zumindest einem hydraulischen Antrieb, der durch den Ölfluß von der Pumpe betrieben wird, gekennzeichnet durch Schritte zur Erfassung eines Betriebsversatzes des zumindest einen Antriebs, einer Anzahl von Umdrehungen des Motors, eines Neigungswinkels einer Taumelplatte einer Pumpe und eines Lastdrucks, der auf die Pumpe wirkt; Berechnung einer notwendigen Flußrnenge des zumindest einen hydraulischen Antriebs, die notwendig ist, um eine vorbestimmte Operation auszuführen; Berechnung einer abgebbaren Flußmenge der Pumpe aus dem auf diese wirkenden Lastdruck; Berechnung einer notwendigen Abgabeflußmenge der Pumpe, die notwendig ist, um eine bestimmte Operation auszuführen; Lesen der Anzahl der Umdrehungen des Motors, des Neigungswinkels einer Taumelplatte der Pumpe und des Betriebsversatzes des zumindest einen hydraulischen Antriebs; Berechnung einer tatsächlichen Abgabeflußmenge der Pumpe aus der Anzahl der Umdrehungen und des Neigungswinkels; Berechnung einer tatsächlichen Betriebsflußmenge der Pumpe, die auf den zumindest einen hydraulischen Antrieb wirkt, aus dem Betriebsversatz des zumindest einen hydraulischen Antriebs; Berechnung einer Pumpenflußdifferenz zwischen der notwendigen Flußmenge und den tatsächlichen Abgabeflußmengen der Pumpe und eine Antriebsflußdifferenz zwischen den benötigten Flußmengen und den tatsächlichen Betriebsflußmengen des zumindest einen hydraulischen Antriebs; Berechnung einer Zielabgabeflußmenge der Pumpe, die geeignet ist, für die Durchführung der vorbestimmten Operation, aus dem Verhältnis der zwei Differenzen; und Umwandlung der Zielabgabeflußmenge in ein Spannungssignal zur Verwendung als Steuersignal in dem hydraulischen System.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Diese und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun im Detail mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, darin zeigt:
Figur 1 ein schematisches Diagramm eines hydraulischen Systems in einem herkömmlichen Bagger.
Figur 2 ein schematisches Diagramm eines hydraulischen Systems in einem Bagger gemäß der vorliegenden Erfindung.
Figur 3 ein detailliertes Schaltkreisdiagramm einer elektronischen Steuereinheit, gezeigt in Figur 2.
Figur 4 ein Flow-Chart, welches den Steuerprozeß, der in der Steuereinheit, gezeigt in Figur 3, durchgeführt wird, ermärt.
Figur 5a und Figur 5b jeweils Eingabe/Ausgabeeigenschaften des solenoidgesteuerten Proportionalventils bzw. der hydraulischen Pumpe gemäß der vorliegenden Erfindung.
Figur 6 die Ausgabeeigenschaften der Pumpe.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Figur 2 zeigt ein schematisches Diagramm eines hydraulischen Systems in einem Bagger gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wie in Figur 2 gezeigt, umfaßt ein Abgabeflußkontrollsystem in dem Bagger gemäß der vorliegenden Erfindung einen Rotationssensor 14, der die Anzahl der Umdrehungen eines Motors 1 erfaßt, Neigungswinkelsensoren 15 und 16 der Taumelplatte in den hydraulischen Pumpen 2 und 3, die durch die Reguliereinrichtungen 5 und 6 gesteuert werden, Betriebsversatzsensoren 17, 18 und 19 für die hydraulischen Antriebe 9, 10 und 11, Lastdrucksensoren 20 und 21 und eine elektronische Steuereinheit 22. Wahrend des Motorbetriebs, wenn Betriebssignale durch einen Bediener an eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) in eine elektronischen Steuereinheit 22 als notwendige Eingabedaten gegeben werden, oder wenn die notwendigen Eingabedaten in anderer Weise an die CPU gegeben werden, beispielsweise um einen Baggervorgang automatisch und wiederholt durchzuführen, werden die in einem Speicher der elektronischen Steuereinheit 22 gespeicherten notwendigen Eingabedaten an die CPU gegeben, die CPU berechnet eine notwendige Flußmenge eines jeden Antriebs, welcher mit jedem Gelenk verbunden ist (d. h. der Auslegerzylinder, der Löffelstilzylinder, der Förderzylinder, etc. des Baggers), basierend auf den notwendigen Eingabedaten. Durch diese Berechnung wird eine Abgabeflußmenge der Pumpen 2 und 3 berechnet.
Wenn die Berechnung der Abgabeflußmenge der Pumpen 2 und 3 beendet ist, sendet die elektronische Steuereinheit 22 ein Steuersignal (d. h. ein elektrisches Signal) entsprechend dem berechneten Wert jeweils an das solenoidgesteuerte Proportionalventil 7 und 8, was die Abgabe einer Flußmenge entsprechend dem oben berechneten Wert von den Pumpen 2 und 3 ermöglicht.
Als Resultat kann der Neigungswinkel der Taumelplatte durch die Reguliereinrichtungen 5 und 6 gesteuert werden, die durch den Pilotdruck betätigt werden, der durch die Ventile 7 und 8 erzeugt wird, so daß das Betriebsöl, dessen Menge dem Betriebswert entspricht, der durch die elektronische Steuereinheit 22 berechnet wurde, abgegeben werden kann.
Zu diesem Zeitpunkt erfassen die Winkelsensoren 15 und 16 den aktuellen Bewegungswinkel der Taumelplatte, die durch die Steuerung der elektronischen Steuereinheit 22 bewegt wird. Zur selben Zeit liest die elektronische Steuereinheit 22 die Anzahl der Umdrehungen des Motors 1 von dem Rotationssensor 14 und berechnet die aktuelle Abgabeflußmenge der Pumpen 2 und 3.
Zusätzlich liest die elektronische Steuereinheit 22 den aktuellen Betriebsversatz der hydraulischen Antriebe 9, 10 und 11 und wandelt diesen in eine Flußmenge um. Auf diese Weise berechnet die elektronische Steuereinheit 22 die tatsächliche Abgabeflußmenge der Pumpen 2 und 3 und die tatsächliche Betriebsflußmenge, die für den Betrieb der Antriebe 9, 10 und 11 notwendig ist, mit der Differenz dieser Mengen und erzeugt Steuersignale, die für die Differenz kompensiert wurden.
Andererseits wandelt die elektronische Steuereinheit 22 den Wert der Flußmenge der Antriebe entsprechend dem Betriebssignal in elektrische Ausgangssignale um (d. h. Ventilsteuersignale), die dann an das solenoidgesteuerte Proportionalventil 13 gegeben werden. Auf diese Weise kann die Spule des Flußsteuerventils 12 durch den Pilotdruck bewegt werden, der von dem solenoidgesteuerten Proportionalventil 13 zur Verfügung gestellt wird, wodurch es der von den Pumpen 2 und 3 abgegebenen Flußmenge ermöglicht wird, den Antrieben 9,10 und 11 zugeführt zu werden.
Figur 3 zeigt eine detaillierte Konstruktionsansicht der elektronischen Steuereinheit 22 für die Ausführung des Gegenstandes der vorliegenden Erfindung und Figur 4 zeigt ein Flow-Chart für die Durchführung des Steuerprozesses der elektronischen Steuereinheit 22.
Bezugnehmend auf Figur 3 umfaßt die elektronische Steuereinheit 22 eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 31, die aus einem Mikroprozessor besteht; einen Analog/Digital-Wandler (A/D-Wandler) 32 zur Umwandlung der analogen Signale, die von den Sensoren 15 bis 21 und einem Operator 23 zur Verfügung gestellt werden, in digitale Signale; eine Multiplexeinheit 33 zur Auswahl eines der Ausgangssignale des A/D- Wandlers 32; ein Zählwerk 34 zum Zählen der Ausgangspulse, die durch den Rotationssensor 14 erzeugt werden, wobei die Anzahl der Ausgangspulse der Anzahl der Umdrehungen des Motors 1 entspricht; einen Read-Only-Speicher (ROM) 35 in dem ein durch die CPU 31 auszuführendes Steuerprogramm gespeichert wird; einen Random-Access-Speicher (RAM) 36; Digital/Analog-Wandler (D/A-Wandler) 37 und 39 für die Umwandlung der digitalen Signale in analoge Signale, um den Betrieb der solenoidgesteuerten Proportionalventile 7,8 und 13 zu steuern; und Verstärker 38 und 40 für die Verstärkung der Ausgangssignale der D/A-Wandler 37 und 39, um diese Ausgangssignale jeweils den solenoidgesteuerten Proportionalventilen 7,8 bzw. 13 zur Verfügung zu stellen.
Wenn diese Anordnung betrieben wird, führt die CPU 31 ihre Steuerfunktion auf der Basis des im ROM 35 gespeicherten Programmes aus. Zu dieser Zeit steuert die CPU 31 den A/D-Wandler 32 derart, daß die von den Neigungswinkelsensoren 15 und 16 und den Betriebsversatzsensoren 17, 18 und 19 stammenden analogen elektrischen Signale in digitale Signale umgewandelt werden. Dann werden die digitalen Signale im RAM 36 gespeichert.
Zusätzlich steuert die CPU 31 das Zählwerk 34, zählt die Anzahl der Pulse, die von dem Rotationssensor 14 erzeugt werden und speichert die Anzahl der gezählten Pulse im RAM 36.
Wie bereits erklärt wurde, produziert die elektronische Steuereinheit 22 die Steuersiguale, um die solenoidgesteuerten Proportionalventile 7,8 und 13 zu steuern. Für diese Funktion berechnet die CPU 31 Ausgangsdaten unter Verwendung der im RAM 36 gespeicherten Daten und gibt diese Ausgangsdaten jeweils als vorbestimmte digitale Signale an die D/A-Wandler 37 bzw. 39.
Die den D/A-Wandlern 37 und 39 zu Verfügung gestellten digitalen Signale werden in analoge Signale umgewandelt. Diese analogen Signale werden jeweils an die Verstärker 38 und 40 gegeben sowie den solenoidgesteuerten Proportionalventilen 7,8 und 13 zur Verfügung gestellt.
Der oben beschriebene Prozeß ergibt sich weiter aus der folgenden Beschreibung mit Bezug auf Figur 4.
Zunächst werden die notwendigen Flußmengen q1, q2, q3 der Antriebe 9, 10 und 11 für die Bewegungen emes jeden Gelenkelementes in einem vorbestimmten Winkel, notwendig für die Ausführung einer Arbeit, in Schritt 41 berechnet.
Wenn die Anordnung manuell bedient wird, wird der Ausgang der Betriebseinrichtungen 23 durch die A/D-Wandler 32 und die Multiplexeinheit 33 empfangen und dann werden die notwendigen Flußmengen q1, q2, q3 der Antriebe 9, 10 und 11 berechnet.
Wenn ein automatischer Wiederholbetrieb ausgeführt wird, wird die Betriebsgeschwindigkeit eines jeden Gelenkes, die notwendig ist, um eine Zielposition zu erreichen, berechnet und in die jeweiligen notwendigen Flußmengen q1, q2, q3 der Antriebe 9, 10 und 11 umgewandelt.
Wenn die Berechnung oder die Umwandlung der notwendigen Flußmengen q1, q2, q3 abgeschlossen ist, werden jeweils die Lastdrücke P1 und P2, die auf die Pumpen 2 und 3 wirken, durch Drucksensoren 20 und 21 erfaßt, deren Ausgangsspannungen proportional zu dem Druck zunehmen.
Dann werden im Schritt 42 die abgebbaren Flußmengen Qmax1 und Qmax2 der Pumpen 2 und 3 entsprechend den Lastdrücken aus den Ausgangscharakteristikadiagrammen (d.h. die Diagramnie 1,2 und 3) berechnet, die durch die Ausgangsleistung des Motors 1 bestimmt werden, wie in Figur 6 gezeigt (Schritt 42).
Es ist bereits bestimmt worden, welche der Pumpen unter den Pumpen 2 und 3 zu dem Antrieb unter den Antrieben 9, 10 und 11 paßt. Bei dieser Bestimmung werden die notwendigen Flußmengen Qr1 und Qr2 jeder der Pumpen 2 und 3 in Schritt 43 berechnet.
Zu dieser Zeit werden die notwendigen Flußmengen Qr1 und Qr2 der Pumpen 2 und 3 bestimmt, abhängig von:
(i) welcher Antrieb unter den Antrieben 9, 10 und 11 betrieben wird; und
(ii) der internen Strukturen des Flußsteuerventils 12, welches die abgebbaren Flußmengen der Pumpen 2 und 3 als auch das Betriebsöl, welches von den Pumpen 2 und 3 zu den Antrieben 9, 10 und 11 fließt, steuert. Die Daten für den obigen Prozeß werden in der Flußverteilungtabelle aufgezeichnet.
Wenn beispielsweise gemäß der Flußverteilungtabelle die Flußmenge für alle Antriebe 9, 10 und 11 notwendig ist, werden die notwendigen Flußmengen Qibk und Qibm von dem Förderzylinder 9 und dem Auslegerzylinder 11 von der ersten Pumpe 2 zur Verfügung gestellt und die notwendige Flußmenge Qids des Löffelstilzylinders 10 wird von der zweiten Pumpe 3 zur Verfügung gestellt.
Zusätzlich werden die Neigungswinkel a1 und a2 der Taumelplatte in den Pumpen 2 und 3, die durch die Neigungswinkelsensoren 15 und 16 erfaßt werden, durch den A/D-Wandler 32 gelesen und die Anzahl der Pulse, entsprechend der Anzahl der Umdrehungen pro Stunde des Motors 1, die durch den Rotationssensor 14 zur Verfügung gestellt werden, welcher einen magnetischen Aufnahmesensor umfaßt, werden durch das Zählwerk 34 gezählt.
Zu der gleichen Zeit werden die Relativwinkel Θ1, Θ2 und Θ3 zwischen den Gelenken durch die Betriebsversatzsensoren 17, 18 und 19, die ein Potentiometer, etc. einschließen, erfaßt, wobei die Ausgangsspannung sich mit den Winkeln ändert. Und dann werden die Ausgangsspannungen entsprechend den Winkeln Θ1, Θ2 und Θ3 durch den A/D-Wandler 32 gelesen (Schritt 44).
Nach dem Lesen der Anzahl der Umdrehungen Ne des Motors 1, der Neigungswinkel a1 und a2 der Taumelplatte und Gelenkwinkel Θ1, Θ2 und Θ3 werden die Abgabevolumina De1 und De2 der Pumpen 2 und 3 aus den Neigungswinkeln a1 und a2 der Taumelplatte berechnet und dann werden die tatsächlichen Abgabeflußmengen Qe1 und Qe2 durch Mulitplikation von Ne mit jeweils De1 und De2 berechnet. (Schritt 45).
Figur 5a und Figur 5b zeigen ein Verhältnis zwischen den elektrischen Strömen i1 und i2, die den solenoidgesteuerten Proportionalventilen 7 und 8 zur Verfügung gestellt werden, dem Pilotdruck, der an die Pumpen 2 und 3 von den Ventilen 7 und 8 angelegt wird, und der tatsächlichen Abgabeflußmenge der Pumpen 2 und 3.
Wie in diesen Figuren gezeigt ist, besteht eine wesentliche Differenz der Flußmengen, aufgrund der Charakteristika wie z. B. einem Hysteresephänomen in den solenoidgesteuerten Proportionalventilen und einer Antwortgeschwindigkeit des Systems.
Daher können die tatsächlichen Abgabeflußmengen Qe1 und Qe2 genauer berechnet werden, wenn die Differenz berücksichtigt wird.
Nachdem die tatsächlichen Abgabeflußmengen Qe1 und Qe2 der Pumpen 2 und 3 berechnet worden sind, werden im Schritt 46 die tatsächlichen Betriebsflußmengen Qa1 und Qa2, die auf die Antriebe 9, 10 und 11 wirken, berechnet.
Der Prozeß der Berechnungen der tatsächlichen Betriebsflußmengen Qa1 und Qa2 der Pumpen 2 und 3 wird in der Folge im Detail beschrieben.
Bewegliche Elemente, wie Auslegerzylinder, Löffelstilzylinder und Förderzylinder, sind über die Antriebe 9, 10 und 11 über eine Vielzahl von Verbindungen miteinander verbunden. Dementsprechend werden durch das periodische Lesen der relativen Winkel Θ1, Θ2 und Θ3 zwischen den beweglichen Elementen, die jeweils durch die Antriebe 9, 10 und 11 miteinander verbunden sind, Winkelgeschwindigkeiten Θ1, Θ2 und Θ3 der beweglichen Elemente berechnet. Auf der Basis dieser Daten kann ein Betriebsversatz (oder im Falle eines hydraulischen Zylinders ein Hub des Zylinders) erzielt werden.
Die tatsächlichen Betriebsflußmengen Qa1 und Qa2 der Pumpen 2 und 3, die auf die Antriebe 9, 10 und 11 wirken, können durch die Multiplikation der Volumina der Antriebe 9, 10 und 11 mit den Lineargeschwindigkeiten α'1, α'2 und α'3 der Antriebe 9, 10 und 11 berechnet werden.
Im dem Falle, daß die Antriebe 9, 10 und 11 hydraulische Zylinder sind, kann das Verfahren zur direkten Erfassung des Hubes der Zylinder ohne Erfassung der Relativgeschwindigkeiten der beweglichen Elemente angewendet werden.
Handelt es sich andererseits bei den Antrieben um hydraulische Motoren, können die Winkelgeschwindigkeiten Θ1, Θ2 und Θ3 zu diesem Zwecke verwendet werden.
Als nächstes werden abhängig von der Flußmengentabelle, beschrieben in Schritt 45, die tatsächlichen Betriebsflußmengen Qa1 und Qa2 (im folgenden als "Gelenkbetriebsflußmenge" bezeichnet), die auf die Antriebe 9, 10 und 11 wirken, berechnet. Wenn beispielsweise jede der Pumpen 2 oder 3 unabhängig voneinander betrieben wird, sind die tatsächlichen Gelenkbetriebsflußmengen Qa1 und Qa2, die den Auslegerzylinder, den Löffelstilzylinder oder den Förderzylinder betreiben, wie folgt:
Qa1 = qa1 + qa3
Qa2 = qa2
Wobei qa1 die Flußmenge im Auslegerzylinder ist
qa2 die Flußmenge im Löffelstilzylinder, und
qa3 die Flußmenge im Förderzylinder
Wenn die Flußmengen einer jeden Pumpe 2 und 3 zusammen abgegeben werden, d.h. wenn der Auslegerzylinder und der Förderzylinder kombiniert betrieben werden, sind die tatsächlichen Betriebsflußmengen Qa1 und Qa2 der Antriebe wie folgt:
a) wenn die Summe der Betriebsflußmengen kleiner ist als die Abgabeflussmenge in der ersten Pumpe 2
Qa1 = qa1 + qa3
qa2 = 0
b) wenn die Summe der Betriebsflußmengen größer ist als die Abgabeflußmenge in der ersten Pumpe 2,
qa1 = Qmax1
= qa1 + qa3 - qmax1
In Schritt 47 wird die Differenz der Flußmengen zwischen den notwendigen Flußmengen Qr1 und Qr2 der Pumpen 2 und 3, berechnet in Schritt 43, und den tatsächlichen Abgabeflußmengen Qe1 und Qe2 (im folgenden als "Pumpenflußdifferenz" bezeichnet) berechnet und zur gleichen Zeit wird die Differenz zwischen den notwendigen Flußmengen Qr1 und Qr2 der Pumpen 2 und 3 und den Abgabeflußmengen Qa1 und Qa2 der Pumpen 2 und 3, die an die Antriebe abgegeben werden (im folgenden als "Antriebsflußdifferenz" bezeichnet), wie folgt berechnet:
dQe1 = Qr1-Qe1, dQe2 = Qr2-Qe1
dQa1 = Qr1 - Qa1, dQa2 = Qr2 - Qa2
In Schritt 48 wird eine Zielabgabeflußmenge Qo1 und Qo2 der Pumpen 2 und 3 auf der Basis der Relativwerte der Pumpenflußdifferenzen dQe1 und dQe2 und den Antriebsflußdifferenzen dQa1 und dQa2 wie folgt bestimmt:
Qo = (Ppe + Pia) x dQe + (Ppa + Pia) x dQa
= dQoe + dQoa + Qo-1
wobei Ppe, Ppa = Proportionalverstärkung
Pie, Pia = Integralverstärkung
dQoe, dQoa = korrigierte Flußmengen der Pumpen 2 und 3 und der Antrieb 9, 10, 11 jeweils während eines Steuerzyklus
Qo-1 = eine Zielabgabemenge der Pumpen 2 und 3 im vohergehenden Zyklus.
Obwohl die proportionale Integralverstärkung in dieser Ausführungsform als Kontrollverstärkung verwendet wird, kann die Kombination von Proportionalverstärkung, der Differentialverstärkung und der Integralverstärkung als Kontrollverstärkung verwendet werden.
Die Abgabeflußmenge, die durch die Berechnung als eine endgültige Zielabgabeflußmenge kompensiert wird, wird in die Ausgangsspannung umgewandelt und durch den D/A-Wandler 39 der elektronischen Steuereinheit 22 zum Verstärker 40 geschickt.
Dann wandelt der Verstärker 40 die Ausgangsspannung in ein Stromsignal um, verstärkt es und treibt die solenoidgesteuerten Proportionalventile 7 und 8 an.
Auf diese Weise reagiert der auf die Pumpenreguliereinheiten 5 und 6 von der zusätzlichen Pumpe 4 übertragene Pilotdruck auf das Stromsignal, das von dem Verstärker 40 zur Verfügung gestellt wird, wodurch der Neigungswinkel der Taumelplatte in den Pumpen 2 und 3 gesteuert wird.
Auf diese Weise wird die Abgabemenge der Pumpen 2 und 3 kompensiert und die Zielabgabeflußmenge wird jeweils den Antrieben 9, 10 und 11 (Schritt 49) zugeführt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, ist es offensichtlich, daß die Pumpe eine präzise Flußmenge abgibt, die für den Betrieb eines Antriebes notwendig ist, mit deutlich reduzierten Fehlern im automatischen Betrieb.

Claims

1.System zur Kontrolle einer Abgabeflußmenge einer Hydraulikpumpe in einem hydraulischen System mit einem Motor (1) zum Antrieb der Pumpe (2, 3) und zumindest einem Hydraulikantrieb (9, 10, 11), der durch den Ölstrom von der Pumpe (2, 3) betrieben wird, umfassend:

Einrichtungen (17, 18, 19) zur Erfassung des Betriebsversatzes der hydraulischen Antriebe (9, 10, 11);

Betriebseinrichtungen (23) zur Ausgabe der Betriebsanweisungen eines Bedieners als elektrisches Signal;

dadurch gekennzeichnet, daß das System darüber hinaus umfaßt:

Einrichtungen (14) zur Erfassung der Anzahl von Rotationen des Motors (1) und zur Erzeugung einer Anzahl von Pulsen, entsprechend der Anzahl an Rotationen;

Einrichtungen (15, 16) zur Erfassung des Neigungswinkels einer Taumelplatte der Pumpe;

Einrichtungen (20, 21) zur Erfassung des auf die Pumpen (2, 3) wirkenden Lastdruckes; und

eine elektronische Kontrolleinheit (22) mit Einrichtungen (43) zur Berechnung der notwendigen Flußmengen (Qr1, Qr2) der Pumpen (2, 3), die notwendig sind, um eine vorbestimmte Operation auszuführen, aus den notwendigen Flußmengen (q1, q2, q3) der hydraulischen Antriebe (9, 10, 11), Einrichtungen (45) zur Bestimmung der tatsächlichen Abgabeflußmengen (Qel, Qe2) der Pumpen (2, 3) welche auf die hydraulischen Antriebe (9, 10, 11) wirken, Einrichtungen (46) zur Bestimmung der tatsächlichen Betriebsflußmengen (Qa1, Qa2) der Pumpen (2, 3), Einrichtungen (47) zur Berechnung der Pumpenfluß Differenzen (dQe1, dQe2) zwischen den notwendigen Flußmengen (Qr1, Qr2) und den tatsächlichen Abgabeflußmengen (Qe1, Qe2) sowie der Antriebsflußdifferenzen (dqa1, dQa2) zwischen den notwendigen Flußmengen (Qr1, Qr2) und den tatsächlichen Betriebsflußmengen (Qa1, Qa2) der hydraulischen Antriebe (9, 10, 11), Einrichtungen (48) zu Berechnung der Zielflußmengen (Qo1, Qo2) der Pumpe (2, 3), aus den Pumpenflußdifferenzen (dQe1, dQe2) und den Antriebsflußdifferenzen (dQal, dQa2), und Einrichtungen (49) zur Erzeugung von Ausgabespannungssignalen zur Steuerung der tatsächlichen Abgabeflußmengen (Qel, Qe2) der Pumpen (2, 3), wobei die tatsächlichen Abgabeflußmengen (Qe1, Qe2) aus der Anzahl der Rotationen des Motors (1) und dem Neigungswinkel der Taumelplatte der Pumpen berechnet werden und wobei die tatsächlichen Betriebsflußmengen (Qa1, Qa2) aus dem Betriebsversatz der hydraulischen Antriebe (9, 10, 11) berechnet werden.

2. System nach Anspruch 1, wobei die Kontrolleinrichtungen umfassen:

eine zentrale Rechnereinheit;

zumindest eine Einrichtung zur Konvertierung der Analogsignale der Neigungswinkelerfassungseinrichtungen (15, 16) der Betriebsversatzerfassungseinrichtungen und der Lastdruckerfassungseinrichtungen in digitale Signale;

eine Einrichtung zur Auswahl eines der digitalen Ausgangssignale von dem A/D- Wandler;

eine Einrichtung zum Zählen der zur Anzahl der Ausgangspulse der Rotationserfassungseinrichtungen;

eine Einrichtung zur Speicherung eines Kontrollprogrammes, welches durch die zentrale Recheneinheit ausgeführt werden soll;

zumindest eine Einrichtung zur Konvertierung des digitalen Ausgangssignales in Analogsignale; und

zumindest eine Einrichtung (38, 40) zur Verstärkung der analogen Ausgangssignale sowie zur Bereitstellung der verstärkten Analogsignale als Kontrollsignale für die Pumpe (2, 3).

3. Verfahren zur Berechnung einer Abgabeflußmenge einer hydraulischen Pumpe (2, 8) in einem hydraulischen System mit einem Motor (1) zum Antrieb der Pumpe (2, 3) und zumindest einem hydraulischen Antrieb (9, 10, 11) der durch einen Ölfluß von der Pumpe (2, 3) betrieben wird, gekennzeichnet durch die Schritte:

Erfassung eines Betriebsversatzes des zumindest einen hydraulischen Antriebs (9, 10, 11), einer Anzahl von Rotationen des Motors (1), eines Neigungswinkels einer Taumelplatte der Pumpe (2, 3) und eines Lastdruckes der auf die Pumpe (2, 3) wirkt;

Berechnung (41) einer notwendigen Flußmenge (q1, q2, q3) des zumindest einen hydraulischen Antriebes, der notwendig ist, um eine vorbestimmte Operation auszuführen;

Berechnung (42) einer abgebbaren Flußmenge (Qe1, Qe2) der Pumpe (2, 3) aus dem Lastdruck, der auf sie wirkt;

Berechnung (43) einer notwendigen Abgabeflußmenge (Qr1, Qr2) der Pumpe (2, 3), der notwendig ist, um die vorbestimmte Operation auszuführen;

Lesen (44) der Anzahl der Rotationen des Motors, des Neigungswinkels einer Taumelplatte der Pumpe (2, 3) und des Betriebsversatzes des zumindest einen hydraulischen Antriebes (9, 10, 11);

Berechnung (45) einer tatsächlichen Abgabeflußmenge (Qe1, Qe2) der Pumpe (2, 3) aus der Anzahl der Rotationen und des Neigungswinkels;

Berechnung (46) einer tatsächlichen Betriebsflußmenge (Qa1, Qa2) der Pumpe (2, 3), der auf den zumindest einen hydraulischen Antrieb (9, 10, 11) wirkt, aus dem Betriebsversatz des zumindest einen hydraulischen Antriebes (9, 10, 11);

Berechnung (47) einer Pumpenflußdifferenz (dQe1, dQe2), zwischen der notwendigen Flußmenge (Qr1, Qr2) und der tatsächlichen Abgabeflußmenge (Qe1, Qe2) der Pumpe (2, 3) sowie einer Antriebsflußdifferenz (dQa1, dQa2) zwischen der notwendigen Flußmenge (Qr1, Qr2) und der tatsächlichen Betriebsflußmenge (Qa1, Qa2) des zumindest einen hydraulischen Antriebes;

Berechnung (48) einer Zielabgabeflußmenge (Qo1, Qo2) der Pumpe (2, 3), die zur Ausführung der vorbestimmten Operation geeignet ist, aus der Relation der zwei Differenzen (dQe1, dQe2, dQe3, dQe4); und Konvertierung (49) der Zielabgabeflußmenge (Qo1, Qo2) in ein Spannungssignal, zur Verwendung als Kontrollsignal in deni hydraulischen System.