DE69720382T2

DE69720382T2 - Hydraulischer Schaltkreis für hydraulische Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE69720382T2
Application number: DE69720382T
Authority: DE
Inventors: Kouji Tsuchura-shi Ishikawa; Genroku Sugiyama; Tsukasa Higashiibaraki-gun Toyooka; Tsuyoshi Chiyodamachi Nakamura
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1996-12-10
Filing date: 1997-12-04
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2017-12-05
Also published as: EP0848113B1; US5974796A; CN1167887C; KR100228539B1; JPH10169604A; KR19980063919A; JP3549989B2; EP0848113A1; CN1184899A; DE69720382D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Technischer Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisches Schaltungssystem für hydraulische Baumaschinen, wie hydraulische Bagger, und insbesondere ein hydraulisches Schaltungssystem für hydraulische Baumaschinen mit einer Sicherheitssteuervorrichtung, beispielsweise einem Sperrventil, das bei einer Manipulation eines Verbindungssperrhebels durch einen Bediener zur Unterbrechung eines primären Steuerdrucks von einer Steuerhebeleinheit betätigt wird, wenn der Bediener nicht die Absicht hat, Arbeiten auszuführen.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Ein hydraulisches Schaltungssystem für hydraulische Baumaschinen, wie hydraulische Bagger, umfaßt im allgemeinen eine durch eine Primärantrieb (einen Motor) angetriebene Hydraulikpumpe mit verstellbarem Verdrängungsvolumen und Stromventile für den Zulauf und den Rücklauf von Hydraulikfluid von der Hydraulikpumpe zu und von Stellgliedern. Wenn einer der Steuerhebel der Steuerhebeleinheiten betätigt wird, wird ein Befehlssignal beispielsweise in Form eines Steuerdrucks auf das zugehörige Stromventil aufgebracht, worauf das Stromventil so angetrieben wird, daß es in eine Stellung zur Betätigung des Stellglieds verschoben wird.
Ebenso umfaßt das hydraulische Schaltungssystem einen Regler als Neigungssteuereinrichtung zur Steuerung der Neigung der Hydraulikpumpe und damit zur Steuerung der Fördermenge der Pumpe. Es gibt verschiedene Arten von Reglern. Ein Beispiel eines Reglers mit der Funktion der Begrenzung des Eingangsdrehmoments ist so beschaffen, daß er den Förderdruck der Hydraulikpumpe aufnimmt nimmt und die Pumpenneigung zur Verringerung der Fördermenge kleiner einstellt, wenn der Pumpenförderdruck hoch wird, so daß das von der Pumpe absorbierte Drehmoment das Ausgangsdrehmoment des die Hydraulikpumpe antreibenden Primärantriebs nicht übersteigt. Dadurch wird ein Absterben des Primärantriebs selbst bei einem sehr hohen Pumpenförderdruck sicher verhindert. Der den Regler mit der Funktion der Begrenzung des Eingangsdrehmoments betreffende Stand der Technik ist beispielsweise in der JP, Y, 62-26630 offenbart.
Bei einem hydraulischen Schaltungssystem mit einer mittigen Umgehungsleitung, durch die Stromventile mit mittiger Umgehungsleitung in Reihe verbunden sind, wird ein Regler mit negativer Steuerung verwendet, der die Strömungsmenge in der mittigen Umgehungsleitung anhand des Drucks erfaßt und die Pumpenneigung entsprechend dem erfaßten Druck steuert. Der Regler mit negativer Steuerung ist so konstruiert, daß er die Pumpenneigung zur Verringerung der Fördermenge verkleinert, wenn die Strömungsmenge in der mittigen Umgehungsleitung groß und der erfaßte Druck hoch sind, die Pumpenneigung jedoch zur Steigerung der Fördermenge vergrößert, wenn die Strömungsmenge in der mittigen Umgehungsleitung gering und der erfaßte Druck niedrig sind, wodurch zur Verringerung des Energieverlusts eine von der von dem Stromventil benötigten Strömungsmenge abhängige Pumpenströmungsmenge gefördert wird.
Ebenso wird bei dem Regler mit negativer Steuerung die Neigung der Hydraulikpumpe im allgemeinen so gesteuert, daß zur Verbesserung des Ansprechverhaltens der Stellglieder beim Einleiten einer Betätigung eine bestimmte Strömungsmenge, die größer als die Mindestströmungsmenge ist, als Bereitschaftsströmungsmenge bei behalten wird, wenn die Steuerhebel nicht bewegt werden und die Stromventile sich in den neutralen Stellungen befinden. Der den Regler, der eine negative Steuerung ausführt und die Bereitschaftsströmungsmenge einstellt, betreffende Stand der Technik ist beispielsweise in der JP, U, 6-28304 offenbart.
Ebenso ist ein Regler zur Steuerung der Strömungsmenge einer Hydraulikpumpe bekannt, bei dem die maximale Strömungsmenge (= die Neigung) durch die Auswahl eines Arbeitsmodus für die Baumaschine gesteuert wird. Bei dieser Maschine kann nach einer bestimmten Zeitspanne ohne Arbeitsaktivitäten ein Leerlaufmodus aktiviert werden, wobei die maximale Strömungsmenge der Pumpe auf eine zweite maximale Strömungsmenge reduziert wird. Der einen derartigen Regler betreffende Stand der Technik ist beispielsweise in der EP-A-0214633 offenbart.
Gleichzeitig ist in hydraulischen Arbeitsmaschinen, wie hydraulischen Baggern, ein Sperrventil als Sicherheitssteuereinrichtung vorgesehen, um, wenn der Bediener nicht die Absicht hat, eine Arbeit auszuführen, während er beispielsweise von der Maschine heruntersteigt, selbst bei einer unabsichtlichen Berührung eines Steuerhebels zu verhindern, daß die Maschine aktiviert wird. Das Sperrventil ist in einer Steuerleitung angeordnet, durch die ein Steuerventil einer Steuerhebeleinheit mit einem primären Steuerdruck von einer Steuerpumpe beaufschlagt wird. Wenn der Verbindungssperrhebel betätigt wird, wird das Sperrventil so verschoben, daß der primäre Steuerdruck unterbrochen wird, wodurch das Steuerventil selbst dann keinen sekundären Steuerdruck, d. h. keinen Befehlssteuerdruck ausgibt, wenn der Steuerhebel bewegt wird. Dadurch wird eine irrtümliche Betätigung der Maschine verhindert. Der das Sperrventil betreffende Stand der Technik ist beispielsweise in der JP, U, 5-57052 offenbart.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei dem herkömmlichen hydraulischen Schaltungssystem tritt jedoch das Problem auf, daß die Hydraulikpumpe bei einer Betätigung des Verbindungssperrhebels zur Aktivierung des Verriegelungsventils trotz des Zustands, in dem der Bediener nicht die Absicht hat, eine Arbeit auszuführen, eine große Neigung aufweist und der Energieverlust groß ist.
Genauer hat der Pumpenförderdruck bei dem Regler mit der Funktion der Begrenzung des Eingangsdrehmoments normalerweise ein minimales Niveau, wenn die Steuerhebel nicht betätigt werden und die Stromventile sich in den neutralen Stellungen befinden, und daher wird die Pumpenneigung aufgrund der Futnktion der Begrenzung des Eingangsdrehmoments so gesteuert, daß sie einen maximalen Wert aufweist. Ebenso wird bei dem Regler mit negativer Steuerung, wie vorstehend erwähnt, die Pumpenneigung zur Verbesserung des Ansprechverhaltens während des Anfahrens so gesteuert, daß eine Bereitschaftsströmungsmenge gefördert wird, die größer als eine Mindestströmungsmenge ist, wenn die Steuerhebel nicht betätigt werden und die Stromventile sich in den neutralen Stellungen befinden. Obwohl der Bediener den Verbindungssperrhebel betätigt, um das Sperrventil zu aktivieren und den primären Steuerdruck zu unterbrechen, wenn er nicht die Absicht hat, eine Arbeit auszuführen, fördert die Hydraulikpumpe weiterhin die maximale Strömungsmenge bzw. die Bereitschaftsströmungsmenge, was zu einem großen Energieverlust führt.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein hydraulisches Schaltungssystem für eine hydraulische Arbeitsmaschine zu schaffen, durch das im inaktiven Zustand, in dem der Bediener nicht die Absicht hat, Arbeiten zu verrichten, die Neigung einer Hydraulikpumpe verringert und der Energieverlust reduziert werden können.

(1) Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe wird erfindungsgemäß ein hydraulisches Schaltungssystem für eine hydraulische Arbeitsmaschine geschaffen, das durch die Merkmale des Patentanspruch 1 definiert ist. Wenn der Bediener bei der wie vorstehend ausgeführt konstruierten vorliegenden Erfindung nicht die Absicht hat, Arbeiten durchzuführen und die Sicherheitssteuereinrichtung betätigt, wird der Erzeugungs- und Übertragungsweg des Befehlssignals für das Stromventil unterbrochen, und eine irrtümliche Betätigung der Maschine wird verhindert. Gleichzeitig wird die zweite Neigungssteuereinrichtung betätigt, um das Verdrängungsvolumen der Hydraulikpumpe im Zusammenhang mit der Betätigung der Sicherheitssteuereinrichtung zu steuern. Im inaktiven Zustand, in dem der Bediener nicht die Absicht hat, Arbeiten durchzuführen, ist es daher möglich, die Neigung der Hydraulikpumpe zu verringern und den Energieverlust zu reduzieren. Das vorstehend erwähnte System ermöglicht eine Verringerung der Neigung der Hydraulikpumpe und des Energieverlusts im inaktiven Zustand, in dem der Bediener nicht die Absicht hat, Arbeiten durchzuführen.
(2) Bei dem vorstehend genannten System nach Punkt (1) ist die erste Neigungssteuereinrichtung beispielsweise eine Einrichtung zur Verringerung des Verdrängungsvolumens der Hydrau likpumpe bei einem Anstieg des Förderdrucks der Hydraulikpumpe. Hierbei steuert die zweite Neigungseinrichtung das Verdrängungsvolumen im Zusammenhang mit der Betätigung der Sicherheitssteuereinrichtung vorzugsweise so, daß es kleiner als das von der ersten Neigungssteuereinrichtung im Falle des niedrigsten Niveaus des Förderdrucks der Hydraulikpumpe eingestellte Verdrängungsvolumen wird. Durch dieses Merkmal kann die erste Neigungssteuereinrichtung die sogenannte Funktion der Begrenzung des Eingangsdrehmoments ausführen, während die Neigung der Hydraulikpumpe und der Energieverlust im inaktiven Zustand verringert werden können, wenn der Bediener nicht die Absicht hat, Arbeiten durchzuführen.
(3) Bei dem vorstehend beschriebenen System gemäß Punkt (1) ist die erste Neigungssteuereinrichtung beispielsweise eine Einrichtung zur Steuerung des Verdrängungsvolumens der Hydraulikpumpe entsprechend der von dem Stromventil benötigten Strömungsmenge und zur derartigen Steuerung des Verdrängungsvolumens der Hydraulikpumpe, daß eine Bereitschaftsströmungsmenge gefördert wird, die größer als die Mindestströmungsmenge der Hydraulikpumpe ist, wenn sich das Stromventil in seiner neutralen Stellung befindet. In diesem Fall steuert die zweite Neigungssteuereinrichtung das Verdrängungsvolumen der Hydraulikpumpe vorzugsweise im Zusammenhang mit der Betätigung der Sicherheitssteuereinrichtung so, daß es kleiner als das Verdrängungsvolumen wird, mit dem die Bereitschaftsströmungsmenge gefördert wird. Durch dieses Merkmal kann bei einem System, bei dem die erste Neigungssteuereinrichtung einen Regler mit sogenannter ne gativer oder positiver Steuerung umfaßt, das Ansprechverhalten zu Beginn der Betätigung des Stellglieds verbessert werden, während im inaktiven Zustand, in dem der Bediener nicht die Absicht hat, Arbeiten auszuführen, die Neigung der Hydraulikpumpe kleiner eingestellt und der Energieverlust reduziert werden können.
(4) Bei jedem der vorstehend beschriebenen Systeme gemäß den Punkten (1) bis (3) steuert die zweite Neigungssteuereinrichtung das Verdrängungsvolumen vorzugsweise im Zusammenhang mit der Betätigung der Sicherheitssteuereinrichtung so, daß es in dem durch die Hydraulikpumpe erzielbaren Bereich einen minimalen Wert für das Verdrängungsvolumen annimmt. Durch dieses Merkmal kann der Energieverlust im inaktiven Zustand, in dem der Bediener nicht die Absicht hat, Arbeiten auszuführen, auf ein Minimum reduziert werden.
(5) Bei jedem der vorstehend beschriebenen Systeme gemäß den Punkten (1) bis (4) ist die Betätigungssteuereinrichtung vorzugsweise eine durch einen Steuerdruck betätigte Einrichtung zur Erzeugung eines Befehlssteuerdrucks als Befehlssignal unter Verwendung eines Drucks von einer hydraulischen Steuerdruckquelle als Primärdruck, und die Sicherheitssteuereinrichtung umfaßt einen Verbindungssperrhebel, der betätigt wird, wenn der Bediener nicht die Absicht hat, Arbeiten auszuführen, und ein Sperrventil zum Unterbrechen des Primärdrucks von der hydraulischen Steuerdruckquelle, das bei der Betätigung des Verbindungssperrhebels durch den Bediener betätigt wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm, das ein hydraulisches Schaltungssystem gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Pumpendruck und einer von einem Regler eingestellten Pumpenneigung zeigt;
3 ist ein Diagramm, das ein hydraulisches Schaltungssystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Strömungsmenge in einer miitigen Umgehungsleitung und einem Signaldruck zeigt;
5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Signaldruck und einer durch einen Regler eingestellten Pumpenneigung zeigt;
6 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Strömungsmenge in einer mittigen Umgehungsleitung und der von dem Regler eingestellten Pumpenneigung zeigt;
7 ist ein Diagramm, das ein hydraulisches Schaltungssystem gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Strömungsmenge in einer mittigen Umgehungsleitung und dem Signaldruck zeigt;
9 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Signaldruck und der von einem Regler eingestellten Pumpenneigung zeigt;
10 ist ein Diagramm, das ein hydraulisches Schaltungssystem gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 ist ein funktionales Blockdiagramm, das eine Verarbeitungsprozedur einer Steuereinheit zeigt;
12 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Betrag einer Hebelverschiebung und dem Sollausgangsdruck eines elektromagnetischen Proportionalventils zeigt;
13 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Betrag der Verschiebung des Hebels und der Pumpenneigung zeigt;
14 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Befehlsdruck und der Pumpenneigung zeigt;
15 ist ein Diagramm, das ein hydraulisches Schaltungssystem gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
16 ist ein Diagramm, das ein hydraulisches Schaltungssystem gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Die folgende Beschreibung beginnt mit der Erläuterung einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 und 2.
In 1 ist durch das Bezugszeichen 1 ein Primärantrieb (ein Motor) bezeichnet, der eine (nachstehend auch als Hauptpumpe bezeichnete) hydraulische Hauptpumpe 2 und eine Steuerpumpe 3 mit festem Verdrängungsvolumen antreibt.
Ein Stellglied, beispielsweise ein Hydraulikzylinder 7, wird über eine Förderleitung 4, eine Zufuhrleitung 5 und ein Stromventil 6 mit von der Hauptpumpe 2 gefördertem Hydraulikfluid beaufschlagt, wogegen das von dem Hydraulikzylinder 7 zurückfließende Hydraulikfluid über eine Rücklaufleitung 8 in einen Speicher 9 zurückgeleitet wird.
Das Stromventil 6 gehört dem Typ mit mittiger Umgehungsleitung an, wobei eine mittige Umgehungsleitung 10 durch es verläuft. Das stromaufseitige Ende der mittigen Umgehungsleitung 10 ist mit der Förderleitung 4 und ihr stromabseitiges Ende mit dem Speicher 9 verbunden.
Wenn sich das Stromventil 6, wie gezeigt, in der neutralen Stellung befindet, ist eine Drossel der mittigen Umgehungsleitung des Stromventils 6 vollständig geöffnet, doch eine verstellbare Einlaßdosier- und eine verstellbare Auslaßdosierdrossel des Stromventils 6 sind vollständig geschlossen, wodurch das gesamte, von der Hauptpumpe 2 geförderte Hydraulikfluid durch die mittige Umgehungsleitung 10 in den Speicher 9 zurückgeleitet wird. Wenn das Stromventil 6 aus der gezeigten Position beispielsweise gemäß der Zeichnung nach links verschoben wird, wird der Öffnungsgrad der Drossel der mittigen Umgehungsleitung des Stromventils verringert, und die verstellbare Einlaß- und die verstellbare Auslaßdosierdrossel werden abhängig von dem Betrag der Verschiebung geöffnet, um die das Stromventil 6 bewegt wurde. Dadurch werden durch die Wirkung der Drossel der mittigen Umgehungsleitung die Strömungsmenge des durch die mittige Umgehungsleitung 10 strömenden Hydraulikfluids reduziert und der Förderdruck der Hauptpumpe 2 erhöht, wodurch eine Zufuhr des Hydraulikfluids zur Unterseite des Hydraulikzylinders 7 ermöglicht wird. Dementsprechend wird der Hydraulikzylinder 7 mit einer dem Betrag der Verschiebung des Stromventils 6 entsprechenden Geschwindigkeit ausgefahren. Ähnlich wird das Hydraulikfluid der Stabseite des Hydraulikzylinders 7 zugeführt, wenn das Stromventil 6 gemäß der Zeichnung nach rechts bewegt wird, und der Hydraulikzylinder wird in einer dem Betrag der Verschiebung des Stromventils 6 entsprechenden Geschwindigkeit zusammengezogen. Auf diese Weise werden die Betätigungsgeschwindigkeit und die Betätigungsrichtung des Hydraulikzylinders 7 bei der Bewegung des Stromventils 6 gesteuert.
Ferner ist das Stromventil 6 ein durch einen Steuerdruck betätigtes Ventil, das so angetrieben wird, daß es sich beim Empfang eines Steuerdrucks von einer Steuerhebeleinheit 11 als Befehlssignal bewegt. Die Steuerhebeleinheit 11 umfaßt einen Steuerhebel 11a und zwei Steuerventile 11b und 11c die Steuerventile 11b und 11c weisen primärseitige Öffnungen, die über eine Steuerleitung 12 mit einer Förderöffnung der Steuerpumpe 3 verbunden sind, und sekundärseitige Öffnungen auf, die jeweils über Steuerleitungen 13a, 13b mit Antriebssektoren 6a, 6b des Stromventils 6 verbunden sind. Ein Steuerdruckentlastungsventil 14 ist zur Bestimmung des Förderdrucks der Steuerpumpe 3, d. h. des primären Steuerdrucks, mit der Steuerleitung 12 verbunden.
Wenn der Steuerhebel 11a gemäß der Zeichnung nach unten links gedrückt wird, wird das Steuerventil 11b so betätigt, daß es auf der Grundlage des primären Steuerdrucks von der Steuerpumpe 3 einen sekundären Steuerdruck erzeugt, der dem Betrag der Ver schiebung entspricht, um den der Steuerhebel 11a bewegt wurde. Der sekundäre Steuerdruck wird als Befehlssteuerdruck an den Antriebssektor 6a des Stromventils 6 gesendet, um das Stromventil 6 gemäß der Zeichnung nach links umzuschalten. Wenn der Steuerhebel 11a dagegen gemäß der Zeichnung nach rechts unten gedrückt wird, wird das Steuerventil 11c betätigt, und der dem Betrag der Verschiebung, um den der Steuerhebel 11a bewegt wurde, entsprechende Befehlssteuerdruck wird auf die gleiche Weise an den Antriebssektor 6b des Stromventils 6 gesendet, wodurch das Stromventil 6 in die gemäß der Zeichnung rechte Position umgeschaltet wird.
Die Hydraulikpumpe 2 ist eine Pumpe mit Taumelscheibe, bei der die Fördermenge (die Kapazität) pro Umdrehung durch Verändern des Neigungswinkels (des Verdrängungsvolumens) der Taumelscheibe 2a eingestellt werden kann. Der Neigungswinkel der Taumelscheibe – 2a wird durch eine Neigungssteuereinheit, d. h. einen Regler 20 gesteuert.
Der Regler 20 ist ein Regler mit der Funktion der Begrenzung des Eingangsdrehmoments und umfaßt einen Servokolben 21 und ein Neigungssteuerventil 22.
Der Servokolben 21 weist einen Stufenkolben 21a auf, der auf der Grundlage eines Unterschieds zwischen den Aufnahmebereichen auf den einander gegenüberliegenden Seiten angetrieben wird. Der Stufenkolben 21a weist eine auf der Seite mit dem großen Durchmesser ausgebildete Druckaufnahmekammer 21b, die über das Neigungssteuerventil 22 mit der Steuerleitung 12 und dem Speicher 9 verbunden ist, und eine auf der Seite mit dem kleinen Durchmesser ausgebildete Druckaufnahmekammer 21c auf, die direkt mit der Steuerleitung 12 verbunden ist. Aufgrund der unterschiedlichen Druckaufnahmebereiche auf den einander gegenüberliegenden Seiten wird der Stufenkolben 21a gemäß der Zeichnung nach links bewegt, wenn die auf der Seite mit dem großen Durchmesser angeordnete Druckaufnahmekammer 21b mit der Steuerleitung 12 verbunden ist, und er wird gemäß der Zeichnung nach rechts bewegt, wenn die auf der Seite mit dem großen Durchmesser angeordnete Druckaufnahmekammer 21b mit dem Speicher 9 verbunden ist. Wird der Stufenkolben 21a gemäß der Zeichnung nach links bewegt, wird der Neigungswinkel der Taumelscheibe 2a, d. h. die Pumpenneigung, so verändert, daß die Fördermenge der Hydraulikpumpe 2 gesteigert wird. Wird der Stufenkolben 21a gemäß der Zeichnung nach rechts bewegt, wird die Pumpenneigung verringert, wodurch die Fördermenge der Hydraulikpumpe 2 reduziert wird.
Das Neigungssteuerventil 22 ist ein Ventil, das zur Steuerung der Begrenzung des Eingangsdrehmoments verwendet wird und einen Steuerschieber 22a, eine Feder 22b und einen Verschiebungsantriebssektor 22c umfaßt. Der Verschiebungsantriebssektor 22c enthält einen Steuerkolben 22d, eine erste Druckaufnahmekammer 22e und eine zweite Druckaufnahmekammer 22f. Die erste Druckaufnahmekammer 22e ist über eine Steuerleitung 23 mit der Förderleitung 4 verbunden, damit sie mit dem Druck der Förderleitung 4 (d. h. dem Förderdruck der Hydraulikpumpe 2) beaufschlagt werden kann, und die zweite Druckaufnahmekammer 22f ist über eine Steuerleitung 24 mit dem Sperrventil 30 verbunden, damit sie (wie später beschrieben) selektiv mit dem primären Steuerdruck von der Steuerpumpe 3 beaufschlagt werden kann.
In dem Zustand, in dem der primäre Steuerdruck von der Steuerpumpe 3 der zweiten Druckaufnahmekammer 22d des Neigungssteuerventils 22 nicht über das Sperrventil 30 zugeführt wird, steuert das Neigungssteuerventil 22 die Verbindung zwischen der auf der Seite mit dem großen Durchmesser angeordneten Druckaufnahmekammer 21b des Stufenkolbens 21 und der Steuerleitung 12 und dem Speicher 9 in Abhängigkeit von dem Druck der Förderleitung 4 (d. h. dem Förderdruck der Hydraulikpumpe 2). Daher führt das Neigungssteuerventil 22 die Steuerung zur Begrenzung des Eingangsdrehmoments aus, indem die Pumpenneigung bei einer Steigerung des Förderdrucks der Hydraulikpumpe 2 verringert wird.
Genauer wird der Steuerschieber 22a gemäß der Zeichnung nach rechts bewegt, wenn der Förderdruck der Hydraulikpumpe 2 nicht höher als das durch die Feder 22b eingestellte Niveau P₀ ist, worauf die auf der Seite mit dem großen Durchmesser angeordnete Druckaufnahmekammer 21b des Stufenkolbens 21 zur Steigerung der Pumpenneigung mit der Steuerleitung 12 verbunden wird. Wenn der Förderdruck der Hydraulikpumpe 2 höher als das durch die Feder 22b eingestellte Niveau P₀ wird, wird der Steuerschieber 22a gemäß der Figur nach links bewegt, worauf die auf der Seite mit dem großen Durchmesser angeordnete Druckaufnahmekammer 21b des Stufenkolbens 21 zur Verringerung der Pumpenneigung mit dem Speicher 9 verbunden wird. Wie in 2 gezeigt, nimmt die Pumpenneigung dementsprechend innerhalb des mit der Hydraulikpumpe 2 erreichbaren Bereichs eine maximale Neigung q_max an, wenn der Förderdruck der Hydraulikpumpe 2 nicht höher als der eingestellte Wert P₀ ist, und wenn der Förderdruck der Hydraulikpumpe 2 höher als der eingestellte Wert P₀ ist, wird die Pumpenneigung bei einem Anstieg des Pumpenförderdrucks allmählich auf die innerhalb des mit der Hydraulikpumpe 2 erzielbaren Bereichs erreichbare Mindestneigung q_min verringert.
Hierbei bezeichnen die maximale Neigung q_max und die minimale Neigung q_min innerhalb des mit der Hydraulikpumpe 2 erreichbaren Bereichs jeweils eine maximale Neigung und eine minimale Neigung, die unter strukturellen Gesichtspunkten vorab als Spezifikationen der Hydraulikpumpe 2 festgelegt wurden. Die Taumelscheibe 2a der Hydraulikpumpe 2 kann aufgrund struktureller Beschränkungen nicht über die maximale Neigung q_max bzw. die minimale Neigung q_min hinaus geneigt werden. Zudem ist die minimale Neigung q_min der Hydraulikpumpe 2 so eingestellt, daß das Hydraulikfluid zum Zwecke der Selbstschmierung, etc. mit einer sehr geringen Strömungsmenge gefördert wird, wenn sich die Hydraulikpumpe 2 im neutralen Zustand befindet und daher auf eine sehr geringe Neigung eingestellt ist, die größer als null ist.
Durch die vorstehend erläuterte Steuerung der Pumpenneigung wird die Fördermenge der Hydraulikpumpe 2 bei einem Anstieg des Pumpenförderdrucks verringert, so daß das von der Pumpe absorbierte Drehmoment das Ausgangsdrehmoment des Primärantriebs, der die Hydraulikpumpe antreibt, nicht übersteigt. Dadurch wird ein Absterben des Primärantriebs selbst dann sicher verhindert, wenn der Förderdruck der Pumpe sehr hoch ist.
Wenn die zweite Druckaufnahmekammer 22f des Neigungssteuerventils 22 über das Sperrventil 30 mit dem primären Steuerdruck von der Steuerpumpe 3 beaufschlagt wird, wird der Steuerschieber 22a des Neigungssteuerventils 22 unabhängig davon gemäß der Zeichnung nach links bewegt, ob der Pumpenförderdruck, mit dem die erste Druckaufnahmekammer 22e beaufschlagt wird, hoch oder niedrig ist, worauf die auf der Seite mit dem großen Durchmesser angeordnete Druckaufnahmekammer 21b des Servokolbens 21 mit dem Speicher 9 verbunden wird, wodurch die Pumpenneigung auf die minimale Neigung q_min verringert wird.
Das Sperrventil 30 ist in der Steuerleitung 12 angeordnet und hat eine erste Stellung 30a, in der das Sperrventil 30 die Steuerleitung 3 mit den primärseitigen Öffnungen der Steuerventile 11b, 11c der Steuerhebeleinheit 11 verbindet, die Verbindung der Steuerpumpe 3 mit der zweiten Druckaufnahmekammer 22f des Neigungssteuerventils 22 jedoch unterbrochen ist, und eine zweite Stellung 30b, in der das Sperrventil 30 die primärseitigen Öffnungen der Steuerventile 11b, 11c der Steuerhebeleinheit 11 mit dem Speicher 9 und die Steuerpumpe 3 mit der zweiten Druckaufnahmekammer 22f des Neigungssteuerventils 22 verbindet. Das Sperrventil 30 wird zur selektiven Einnahme entweder der ersten Stellung 30a oder der zweiten Stellung 30b durch einen Verbindungssperrhebel 31 umgeschaltet.
Der Verbindungssperrhebel 31 dient dem Verhindern einer Aktivierung der Maschine selbst bei einer irrtümlichen Berührung des Steuerhebels beispielsweise beim Verlassen der Maschine, wenn der Bediener nicht die Absicht hat, Arbeiten durchzuführen. Wenn sich die Maschine in betriebsbereitem Zustand befindet, während der Bediener die Absicht hat, Arbeiten durchzuführen, wird der Verbindungssperrhebel 31 nicht bedient, und das Sperrventil 30 wird, wie dargestellt, in der ersten Stellung 30a gehalten. Wenn die Maschine in den inaktiven Zustand versetzt wird, weil der Bediener nicht die Absicht hat, Arbeiten durchzuführen, wird der Verbindungssperrhebel 31 betätigt, und das Sperrventil 30 wird in die zweite Stellung 30b umgeschaltet.
Bei den vorstehend beschriebenen Anordnungen bilden der Stufenkolben 21 und das Neigungssteuerventil 22 des Reglers 20 sowie der Steuerschieber 22a, die Feder 22b, der Steuerkolben 22d und die erste Druckaufnahmekammer 22e des Neigungssteuerventils 22 zusammen eine erste Neigungssteuereinrichtung zum Steuern des Ver drängungsvolumens der Hydraulikpumpe 2. Die Steuerpumpe 3, die Steuerhebeleinheit 11 und die Steuerleitungen 12, 13a und 13b bilden gemeinsam eine Betätigungssteuereinrichtung zum Verändern der Stellung des Stromventils 6 aufgrund eines Befehlssignals. Das Sperrventil 30 und der Verbindungssperrhebel 31 bilden gemeinsam eine in der Betätigungssteuereinrichtung vorgesehene Sicherheitssteuereinrichtung, durch die der Erzeugungs- und Übertragungsweg des Befehlssignals unterbrochen werden kann.
Ferner bilden der Stufenkolben 21 und das Neigungssteuerventil 22 des Reglers 20 sowie der Steuerschieber 22a, der Steuerkolben 22d, die zweite Druckaufnahmekammer 22f und die Steuerleitung 24 des Neigungssteuerventils 22 gemeinsam eine zweite Neigungssteuereinrichtung zum Steuern des Verdrängungsvolumens der Hydraulikpumpe 2 im Zusammenhang mit der Betätigung der Sicherheitssteuereinrichtung.
Die Funktionsweise der ersten Ausführungsform mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird nachstehend beschrieben.
Wenn der Bediener die Absicht hat, Arbeiten auszuführen, wird der Verbindungssperrhebel 31 zunächst nicht betätigt, und das Sperrventil 30 wird in der ersten Stellung 30a gehalten. In diesem Zustand wird bei einer Betätigung des Steuerhebels 11a durch den Bediener ein Steuerdruck erzeugt, und der Bediener kann die Arbeiten durch Betätigen des Steuerhebels 11a auf die normale Weise ausführen.
Wenn der Bediener, beispielsweise beim Verlassen der Maschine, nicht die Absicht hat, Arbeiten auszuführen, wird der Verbindungssperrhebel 31 betätigt, und das Sperrventil 30 wird in die zweite Stellung 30b umgeschaltet. Beim Umschalten des Sperrventils 30 aus der in der Zeichnung gezeigten ersten Stellung 30a in die zweite Stellung 30b wird der primäre Steuerdruck, mit dem die Steuerventile 11b, 11c beaufschlagt werden, unterbrochen, und daher werden von den Steuerventilen 11b, 11c selbst dann keine Drücke ausgegeben, wenn der Steuerhebel 11a betätigt wird. Dadurch wird das Stromventil 6 selbst bei einer irrtümlichen Berührung des Steuerhebels nicht bewegt, und eine Aktivierung der Maschine wird sicher verhindert.
Ferner wird das Stromventil 6, wie dargestellt, in einem Zustand, in dem der Verbindungssperrhebel 31 betätigt und das Verriegelungsventil 30 in die zweite Stellung 30b umgeschaltet wurden, nicht bewegt und in der neutralen Stellung gehalten. Daher ist die Drossel der mittigen Umgehungsleitung vollständig geöffnet, und der Förderdruck der Hydraulikpumpe 2 ist so niedrig, daß er in der Nähe des Speicherdrucks liegt. Bei einem herkömmlichen hydraulischen Steuersystem wird bei einer ähnlichen Betätigung des Verbindungssperrhebels 31 nur die erste Druckaufnahmekammer 22e des Neigungssteuerventils 22 mit dem niedrigen Förderdruck der Pumpe beaufschlagt, wodurch die Neigung der Hydraulikpumpe gesteigert wird. Dementsprechend fördert die Hydraulikpumpe selbst in einem Zustand, in dem der Bediener nicht die Absicht hat, Arbeiten auszuführen, das Hydraulikfluid weiterhin mit einer großen Strömungsmenge, was zu einen großen Energieverlust zur Folge hat.
Bei dieser Ausführungsform wird, wie vorstehend ausgeführt, die zweite Druckaufnahmekammer 22f des Neigungssteuerventils 22 mit dem primären Steuerdruck von der Steuerpumpe 3 beaufschlagt, wenn der Verbindungssperrhebel 31 betätigt und das Sperrventil 30 in die zweite Stellung 30b umgeschaltet wurden. Dadurch wird der Steuerschieber 22a des Neigungssteuerventils 22 gemäß der Zeichnung nach links gedrückt, worauf die auf der Seite mit dem großen Durchmesser angeordnete Druckaufnahmekammer 21b des Stufenkolbens 21 mit dem Speicher 9 verbunden wird, wodurch die Pumpenneigung auf die minimale Neigung q_min verringert wird. Dementsprechend können im inaktiven Zustand, in dem der Bediener nicht die Absicht hat, Arbeiten auszuführen, die Fördermenge der Hydraulikpumpe minimiert und der Energieverlust verringert werden.
Unter Bezugnahme auf die 3 bis 6 wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. In 3 sind die mit den in 1 gezeigten übereinstimmenden Elemente durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Während bei der ersten Ausführungsform die vorliegende Erfindung auf ein hydraulisches Schaltungssystem mit dem Regler 20 mit der Funktion der Begrenzung des Eingangsdrehmoments angewendet wird, wird die vorliegende Erfindung gemäß der zweiten Ausführungsform auf ein hydraulisches Schaltungssystem mit einem Regler mit negativer Steuerung angewendet.
Gemäß 3 ist in der mittigen Umgehungsleitung 10 stromabseitig des Stromventils 6 eine Drossel 15 angeordnet, die der Umwandlung der Strömungsmenge des durch die mittige Umgehungsleitung 10 strömenden Hydraulikfluids (d. h. der Strömungsmenge der mittigen Umgehungsleitung) in einen Druck dient.
4 zeigt die durch die Drossel 15 eingestellte Beziehung zwischen der Strömungsmenge der mittigen Umgehungsleitung und dem Druck (dem Signaldruck) auf der Stromaufseite der Drossel 15. Der Signaldruck wird bei einer Abnahme der Strömungsmenge der mittigen Umgehungsleitung verringert.
Ein Regler 20A ist ein Regler mit negativer Steuerung, der den durch die Drossel 15 umgewandelten Druck als externen Befehl empfängt und die Neigung der Pumpe entsprechend dem empfangenen Druck steuert. Eine erste Druckaufnahmekammer 22Ae des Neigungssteuerventils 22A ist stromaufseitig der Drossel 15 über eine Signalleitung 16 mit der mittigen Umgehungsleitung 10 verbunden, so daß sie mit dem von der Drossel 15 mittels Umwandlung der Strömungsmenge erzeugten Druck als Signaldruck beaufschlagt wird. Die zweite Druckaufnahmekammer 22Af des Neigungssteuerventils 22A ist über die Steuerleitung 24 mit dem Sperrventil 30 verbunden, wodurch sie auf die gleiche Weise wie gemäß der ersten Ausführungsform selektiv mit dem primären Steuerdruck von der Steuerpumpe 3 beaufschlagt wird.
In dem Zustand, in dem die zweite Druckaufnahmekammer 22Af des Neigungssteuerventils 22A nicht über das Sperrventil 30 mit dem primären Steuerdruck von der Steuerpumpe 3 beaufschlagt wird, wird ein Steuerschieber 22Aa gemäß der Zeichnung nach links bewegt, wenn der Signaldruck, mit dem die erste Druckaufnahmekammer 22Ae beaufschlagt wird, höher als das durch eine Feder 22Ab eingestellte Druckniveau ist, worauf die auf der Seite mit dem großen Durchmesser angeordnete Druckaufnahmekammer 21b des Stufenkolbens 21 zur Verringerung der Pumpenneigung mit dem Speicher 9 verbunden wird. Wenn der Signaldruck niedriger als das durch die Feder 22Ab eingestellte Druckniveau wird, wird der Steuerschieber 22Aa gemäß der Zeichnung nach rechts bewegt, worauf die auf der Seite mit dem großen Durchmesser angeordnete Druckaufnahmekammer 21b des Stufenkolbens 21 zur Steigerung der Pumpenneigung mit der Steuerleitung 12 verbunden wird. Dadurch wird die Neigung der Pumpe, wie in 5 gezeigt, so gesteuert, daß sie bei einer Abnahme des Signaldrucks gesteigert wird.
Andererseits wird der Druck (der Signaldruck) stromaufseitig der Drossel 15, wie in 4 gezeigt, bei einer Verringerung der Strö mungsmenge der mittigen Umgehungsleitung reduziert. Dementsprechend nimmt die Neigung der Pumpe, wie in 6 gezeigt, bei einer Verringerung der Strömungsmenge der mittigen Umgehungsleitung zu.
Wie vorstehend erläutert, führt der Regler 20A die Steuerung so aus, daß die Pumpenneigung zur Verringerung der Fördermenge der Hydraulikpumpe 2 verringert wird, wenn die Strömungsmenge der mittigen Umgehungsleitung groß und der Signaldruck hoch sind, und daß die Neigung der Pumpe zur Steigerung der Fördermenge der Hydraulikpumpe 2 vergrößert wird, wenn die Strömungsmenge der mittigen Umgehungsleitung gering und der Signaldruck niedrig sind. Dadurch ermöglicht der Regler 20A die Förderung der Pumpenfördermenge in Abhängigkeit von der von dem Stromventil 6 benötigten Strömungsmenge, wodurch der Energieverlust reduziert wird.
Ferner repräsentieren Ps und Qs in den 5 und 6 jeweils den Signaldruck und die Strömungsmenge der mittigen Umgehungsleitung, die sich ergeben, wenn sich das Stromventil 6 in der neutralen Stellung befindet und die Drossel der mittigen Umgehungsleitung vollständig geöffnet ist. Die Feder 22Ab des Neigungssteuerventils 22A und der Druckaufnahmebereich seines Steuerkolbens 22d sind so eingestellt, daß bei dem Signaldruck Ps eine Bereitschaftsneigung q_s erzeugt wird, die geringfügig größer als die minimale Neigung q_min ist, die innerhalb des von der Hydraulikpumpe 2 erreichbaren Bereichs realisierbar ist. Dementsprechend wird zur Verbesserung des Ansprechverhaltens des zugehörigen Stellglieds zu Beginn der Betätigung eine bestimmte Strömungsmenge, die größer als die minimale Strömungsmenge ist, als Bereitschaftsströmungsmenge beibehalten, wenn der Steuerhebel 11a nicht betätigt wird und das Stromventil 6 sich in der neutralen Stellung befindet.
Die Funktionsweise der zweiten Ausführungsform mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird nachstehend beschrieben.
Wenn der Bediener die Absicht hat, Arbeiten durchzuführen, wird zunächst der Verbindungssperrhebel 31 nicht betätigt, und das Sperrventil 30 wird in der ersten Stellung 30a gehalten. In diesem Zustand wird bei einer Betätigung des Steuerhebels 11a durch den Bediener der Steuerdruck erzeugt, und der Bediener kann die Arbeit durch Betätigen des Steuerhebels 11a auf die normale Weise ausführen.
Wenn der Bediener dann, beispielsweise beim Verlassen der Maschine, nicht die Absicht hat, Arbeiten auszuführen, wird der Verbindungssperrhebel 31 betätigt, und das Sperrventil 30 wird in die zweite Stellung 30b umgeschaltet. Beim Umschalten des Sperrventils 30 aus der ersten Stellung 30a in die zweite Stellung 30b wird der auf die Steuerventile 11b, 11c aufgebrachte primäre Steuerdruck unterbrochen, und daher werden von den Steuerventilen 11b, 11c selbst bei einer Betätigung des Steuerhebels 11a keine Drücke ausgegeben. Dadurch wird das Steuerventil 6 selbst bei einer irrtümlichen Berührung des Steuerhebels nicht bewegt, und eine Aktivierung der Maschine wird sicher verhindert.
Ferner wird das Stromventil 6 in einem Zustand, in dem der Verbindungssperrhebel 31 betätigt und das Sperrventil in die zweite Stellung 30b umgeschaltet wurden, nicht bewegt und, wie gezeigt, in der neutralen Stellung gehalten. Daher ist die Drossel der mittigen Umgehungsleitung vollständig geöffnet, und stromaufseitig der Drossel 15 wird der Signaldruck Ps erzeugt. Bei einem herkömmlichen hydraulischen Steuersystem wird bei einer analogen Betätigung des Verbindungssperrhebels 31 nur die erste Druckaufnahmekammer 22Ae des Neigungssteuerventils 22A mit dem Signaldruck Ps beauf schlagt, wodurch die Neigung der Hydraulikpumpe auf die Bereitschaftsneigung q_S gesteuert wird. Dementsprechend fördert die Hydraulikpumpe selbst in einem Zustand, in dem der Bediener nicht die Absicht hat, Arbeiten auszuführen, mit der Bereitschaftsströmungsmenge weiter zusätzliches Hydraulikfluid, was zu einem großen Energieverlust führt.
Wie vorstehend ausgeführt, wird bei dieser Ausführungsform die zweite Druckaufnahmekammer 22Af des Neigungssteuerventils 22A mit dem primären Steuerdruck von der Steuerpumpe 3 beauf- schlagt, wenn der Verbindungssperrhebel 31 betätigt und das Sperrventil 30 in die zweite Stellung 30b umgeschaltet wurden. Dadurch wird der Steuerschieber 22Aa des Neigungssteuerventils 22A gemäß der Zeichnung nach links gedrückt, worauf die auf der Seite mit dem großen Durchmesser angeordnete Druckaufnahmekammer 21b des Stufenkolbens 21 mit dem Speicher 9 verbunden wird, wodurch die Neigung der Pumpe auf die minimale Neigung q_min verringert wird. Dementsprechend können im inaktiven Zustand, in dem der Bediener nicht die Absicht hat, Arbeiten auszuführen, die Fördermenge der Hydraulikpumpe minimiert und der Energieverlust reduziert werden.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die 7 bis 9 eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. In 7 sind die mit den in den 1 und 3 gezeigten identischen Elemente durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Bei der dritten Ausführungsform wird die vorliegende Erfindung auf ein hydraulisches Schaltungssystem angewendet, bei dem anstelle des Reglers mit negativer Steuerung ein Regler mit positiver Steuerung verwendet wird.
Gemäß 7 ist, ähnlich wie bei der zweiten Ausführungsform, stromabseitig des Stromventils 6 eine Drossel 15 in der mittigen Um gehungsleitung 10 angeordnet, die der Umwandlung der Strömungsmenge der mittigen Umgehungsleitung in einen Druck dient. Ein Detektor 40 für eine Umkehrung der Strömungsmenge als Einrichtung zur Erfassung der Strömungsmenge der mittigen Umgehungsleitung in Form des in umgekehrtem Verhältnis zwischen den beiden Parametern umgewandelten Drucks ist ebenfalls stromabseitig des Stromventils 6 angeordnet. Der Detektor 40 für die Umkehrung der Strömungsmenge umfaßt eine mit der Steuerleitung 12 auf der Ausgangsseite eines Sperrventils 30B verbundene Steuerleitung 41, die mit dem primären Steuerdruck beaufschlagt wird, ein mit der Steuerleitung 41 verbundenes, verstellbares Entlastungsventil 42, eine Steuerschiebervorrichtung 43 zur Betätigung des verstellbaren Entlastungsventils 42 und eine stromaufseitig des verstellbaren Entlastungsventils 42 in der Steuerleitung 41 angeordnete Drossel 44. Der zwischen dem verstellbaren Entlastungsventil 42 und der Drossel 44 aufgebaute Druck wird als Signaldruck einer Signalleitung 45 erfaßt.
Die Steuerschiebervorrichtung 43 weist einen in einem Gehäuse 43a angeordneten Steuerschieber 43d des Kolbentyps zur Bildung von Druckaufnahmekammern 43b, 43c im Gehäuseraum auf. Die Druckaufnahmekammern 43b, 43c sind jeweils stromaufseitig und stromabseitig der Drossel 15 mit der mittigen Umgehungsleitung 10 verbunden, so daß die abhängig von der Strömungsmenge der mittigen Umgehungsleitung über die Drossel erzeugte Druckdifferenz auf die einander gegenüberliegenden Endflächen des Kolbens des Steuerschiebers 43d einwirkt. Ferner ist eine Feder 43c so angeordnet, daß sie in der dem stromaufseitig der Drossel 15 erzeugten und auf die Druckaufnahmekammer 43b aufgebrachten Druck entgegengesetzten Richtung eine elastische Kraft auf ein axiales Ende des Steuerschiebers 43 ausübt, während eine Einstellfeder 42a für das verstellbare Entlastungsventil 42 so vorgesehen ist, daß sie mit dem anderen axialen Ende des Steuerschiebers 43d in Eingriff gehalten wird.
Wenn die Strömungsmenge der mittigen Umgehungsleitung groß und die Druckdifferenz über die Drossel 15 hoch sind, wird der Steuerschieber 43d gemäß der Zeichnung nach rechts bewegt, wodurch die Kraft der Einstellfeder 42a für das verstellbare Entlastungsventil 42 schwächer eingestellt wird. Dadurch wird der von dem verstellbaren Entlastungsventil 42 erzeugte Druck verringert. Wenn die Strömungsmenge der mittigen Umgehungsleitung verringert und die Druckdifferenz über die Drossel 15 niedrig werden, wird der Steuerschieber 43d gemäß der Zeichnung nach links bewegt, wodurch die Kraft der Einstellfeder 42a für das verstellbare Entlastungsventil 42 verstärkt wird. Dadurch wird der von dem verstellbaren Entlastungsventil 42 erzeugte Druck gesteigert.
8 zeigt die Beziehung zwischen der Strömungsmenge der mittigen Umgehungsleitung und dem von dem Detektor 40 für die Umkehrung der Strömungsmenge festgestellten Signaldruck. Der Signaldruck nimmt bei einer Abnahme der Strömungsmenge der mittigen Umgehungsleitung zu.
Das Sperrventil 30B entspricht einem herkömmlichen und wird durch den Verbindungssperrhebel 31 so verschoben, daß es selektiv entweder eine erste Stellung 30Ba, in der das Sperrventil 30B die Steuerpumpe 3 mit den primärseitigen Öffnungen der Steuerventile 11b, 11c der Steuerhebeleinheit 11 verbindet, oder eine zweite Stellung 30Bb einnimmt, in der das Sperrventil 30B die primärseitigen Öffnungen der Steuerventile 11b, 11c der Steuerhebeleinheit 11 mit dem Speicher 9 verbindet.
Nachdem die Steuerleitung 41 auf der Auslaßseite des Sperrventils 30B mit der Steuerleitung 12 verbunden ist, wird der dem De- tektor 40 für die Umkehrung der Strömungsmenge zugeführte Pri- märdruck in Zusammenhang mit dem Umschalten des Sperrventils 30B zwischen der ersten und der zweiten Stellung 30Ba, 30Bb verändert. Wenn das Sperrventil 30 aus der in der Zeichnung gezeigten ersten Stellung 30Ba in die zweite Stellung 30Bb umgeschaltet wird, ist der dem Detektor 40 für die Umkehrung der Strömungsmenge zugeführte primäre Steuerdruck daher der Speicherdruck.
Ein Regler 20B ist ein Regler des Typs mit positiver Steuerung, der den Signaldruck von dem Detektor 40 für eine Umkehrung der Strömungsmenge als externen Befehl empfängt und die Neigung der Pumpe entsprechend dem empfangenen Druck steuert. Ein Neigungssteuerventil 22B umfaßt einen Steuerschieber 22Ba, eine Feder 22Bb und einen Verschiebeantriebssektor 22Bc. Der Verschiebeantriebssektor 22Bc ist mit der Signalleitung 45 verbunden, damit er mit dem Signaldruck von dem Detektor 40 für eine Umkehrung der Strömungsmenge beaufschlagt werden kann.
Das Neigungssteuerventil 22B funktioniert wie folgt. Wenn der auf den Verschiebeantriebssektor 22Bc aufgebrachte Signaldruck niedriger als das von der Feder 22Bb eingestellte Druckniveau ist, wird der Steuerschieber 22Ba gemäß der Zeichnung nach rechts bewegt, worauf die auf der Seite mit dem großen Durchmesser angeordnete Druckaufnahmekammer 21b des Stufenkolbens 21 zur Verringerung der Neigung der Pumpe mit dem Speicher 9 verbunden wird. Wenn der Signaldruck höher als das von der Feder 22Bb eingestellte Druckniveau wird, wird der Steuerschieber 22Aa gemäß der Zeichnung nach links bewegt, worauf die auf der Seite mit dem großen Durchmesser angeordnete Druckaufnahmekammer 21b des Stufenkolbens 21 zur Steigerung der Neigung der Pumpe mit der Steuerleitung 12 verbunden wird. Dadurch wird die Neigung der Pumpe so gesteuert, daß sie, wie in 9 gezeigt, bei einem Anstieg des Signaldrucks gesteigert wird.
Überdies repräsentiert Ps in 9 den von dem Detektor 40 für eine Umkehrung der Strömungsmenge bei in der neutralen Stellung angeordnetem Stromventil 6 und vollständig geöffneter Drossel der mittigen Umgehungsleitung erzeugten Signaldruck. Die Feder 22B des Neigungssteuerventils 22B und der Druckaufnahmebereich seines Verschiebeantriebssektors 22Bc sind so eingestellt, daß bei dem Signaldruck Ps eine Bereitschaftsneigung qs erzeugt wird, die geringfügig größer als die minimale Neigung q_min ist, die innerhalb des mit der Hydraulikpumpe 2 erzielbaren Bereichs erreicht werden kann. Dementsprechend wird zur Verbesserung des Ansprechverhaltens des zugehörigen Stellglieds zu Beginn der Betätigung eine bestimmte Strömungsmenge, die größer als die minimale Strömungsmenge ist, als Bereitschaftsströmungsmenge beibehalten, wenn der Steuerhebel 11a nicht betätigt wird und das Stromventil 6 sich in seiner neutralen Stellung befindet.
Auch bei der dritten Ausführungsform mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau kann der Bediener Arbeiten durch Betätigen des Steuerhebels 11a auf die normale Weise ausführen, wenn der Verbindungssperrhebel 31 nicht betätigt und das Sperrventil 30B in der ersten Stellung 30Ba gehalten werden. Wenn jedoch der Verbindungssperrhebel 31 betätigt und das Sperrventil 30B in die zweite Stellung 30Bb umgeschaltet werden, wird eine Betätigung des Stromventils 6 verhindert, so daß es selbst dann nicht bewegt wird, wenn der Steuerhebel 11a irrtümlich berührt wird. Gleichzeitig wird der Signaldruck von dem Detektor 40 für eine Umkehrung der Strömungsmenge zu dem Speicherdruck, und der Steuerschieber 22Ba des Neigungssteuerventils 22B wird durch die Wirkung der Feder 22Bb gemäß der Zeichnung in die rechte Endstellung gedrückt, wodurch die Neigung der Pumpe, wie in 9 gezeigt, auf die minimale Neigung q_min verringert wird.
Durch ein hydraulisches Schaltungssystem gemäß der dritten Ausführungsform, für das ein Regler mit positiver Steuerung verwendet wird, können daher ähnliche Vorteile erzielt werden, wie sie durch die erste und die zweite Ausführungsform erreicht werden.
Eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 10 bis 14 beschrieben. In 10 sind die mit den in den 1, 3 und 7 gezeigten übereinstimmenden Elemente durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Bei der vierten Ausführungsform wird die vorliegende Erfindung auf ein hydraulisches Schaltungssystem angewendet, bei dem die auf das Stromventil und den Regler aufgebrachten Befehlsdrücke elektrisch erzeugt werden.
In 10 bezeichnet 11C eine Steuerhebeleinheit des elektrischen Hebeltyps. Die Steuerhebeleinheit 11C umfaßt einen Steuerhebel 11a und zwei Potentiometer 11d, 11e. Wenn der Steuerhebel 11a gemäß der Zeichnung nach links unten gedrückt wird, gibt das Potentiometer 11d ein elektrisches Signal Xa aus, das dem Betrag der Verschiebung entspricht, um den der Steuerhebel 11a betätigt wurde. Wenn der Steuerhebel 11a dagegen gemäß der Zeichnung nach rechts unten gedrückt wird, gibt das Potentiometer 11e ein elektrisches Signal Xb aus, das dem Betrag der Verschiebung entspricht, um den der Steuerhebel 11a betätigt wurde.
Ferner ist der Verbindungssperrhebel 31 mit einem Sperrsignalgenerator 30C verbunden, der nicht arbeitet, wenn der Verbindungssperrhebel 11 nicht betätigt wird, und der bei einer Betätigung des Verbindungssperrhebels 31 durch den Bediener aktiviert wird, wodurch ein Verriegelungssignal (ein elektrisches Signal) Y ausgegeben wird.
Die elektrischen Signale Xa, Xb der Potentiometer 11d, 11e und das Sperrsignal Y von dem Sperrsignalgenerator 30C werden in eine Steuereinheit 50 eingegeben, die auf der Grundlage dieser Eingangssignale einen vorgegebenen arithmetischen Prozeß ausführt und dann Signale an elektromagnetische Proportionalventile 51, 52 und 53 ausgibt.
Die elektromagnetischen Proportionalventile 51, 52, 53 sind jeweils elektromagnetische Proportionalventile zur Verringerung des primären Steuerdrucks von der Steuerpumpe 3 und zur Ausgabe eines dem Eingangssignal entsprechenden Befehlsdrucks. Die Befehlsdrücke von den elektromagnetischen Proportionalventilen 51, 52 werden jeweils auf die Antriebssektoren 6a, 6b des Stromventils 6 aufgebracht. Der Befehlsdruck von dem elektromagnetischen Proportionalventil 53 wird als externes Signal auf einen Regler 22C aufgebracht.
Der Regler 22C hat im wesentlichen den gleichen Aufbau wie der Regler 22B gemäß der dritten Ausführungsform. Der Befehlsdruck von dem elektromagnetischen Proportionalventil 53 wird auf einen Verschiebeantriebssektor 22Cc eines Neigungssteuerventils 22C aufgebracht.
11 zeigt eine Verarbeitungsprozedur der Steuereinheit 50 in Form eines funktionalen Blockdiagramms.
Die Steuereinheit 50 hat die Funktionen von Umwandlungstabellen 102a, 102b zur Umwandlung der Größe einer Verschiebung in einen Sollausgangsdruck der elektromagnetischen Proportionalventile, einer Einrichtung 103 zur Auswahl eines maximalen Werts, einer Umwandlungstabelle 104 zur Umwandlung der Größe einer Ver schiebung in eine Sollneigung der Pumpe, eines Abschnitts 105 zur Einstellung der Sollmindestneigung, einer Umwandlungstabelle 106 zur Umwandlung der Sollneigung der Pumpe in den Sollausgangsdruck des elektromagnetischen Proportionalventils und von Sperrschaltern 107a, 107b, 108.
Die Umwandlungstabellen 102a, 102b zur Umwandlung der Größe einer Verschiebung in einen Sollausgangsdruck der elektromagnetischen Proportionalventile empfangen die elektrischen Signale Xa, Xb und berechnen auf der Grundlage einer in 12 gezeigten Kennlinie jeweils die der Größe der Verschiebung des Steuerhebels 11a entsprechenden Sollausgangsdrücke der elektromagnetischen Proportionalventile 51, 52.
Wie aus 12 ersichtlich, wird der Sollausgangsdruck jedes der elektromagnetischen Proportionalventile 51, 52 so eingestellt, daß er bei einer Zunahme der Größe der Verschiebung des Hebels ansteigt.
Die Einrichtung 103 zur Auswahl des maximalen Werts wählt das größere der beiden elektrischen Signale Xa, Xb aus. Die Umwandlungstabelle 104 zur Umwandlung der Größe der Verschiebung in die Sollneigung der Pumpe empfängt das ausgewählte elektrische Signal und berechnet auf der Grundlage der in 13 gezeigten Kennlinie eine der Größe der Verschiebung des Steuerhebels 11a entsprechende Sollneigung der Pumpe.
Wie aus 13 ersichtlich, ist die Sollneigung der Pumpe so eingestellt, daß sie bei einer Zunahme der Größe der Verschiebung des Hebels gesteigert wird. Ferner ist die der Größe der Verschiebung des Hebels entsprechende Sollneigung der Pumpe, die sich ergibt, wenn sich der Steuerhebel 11a in der neutralen Stellung befindet, auf eine Bereitschaftsneigung qs eingestellt, wobei q_S geringfügig größer als die minimale Neigung q_min ist, die in dem mit der Hydraulikpumpe 2 erzielbaren Bereich realisiert werden kann.
Der Abschnitt 105 zur Einstellung der Sollmindestneigung stellt die minimale Neigung q_min als Sollneigung der Pumpe ein.
Die Sperrschalter 107a, 107b, 108 sind jeweils Schalter, die bei einer Aktivierung des Sperrsignals Y ausgeschaltet werden. Wenn das Sperrsignal Y ausgeschaltet ist, werden den von den Umwandlungstabellen 102a, 102b berechneten Sollausgangsdrücken entsprechende elektrische Signale an die elektromagnetischen Proportionalventile 51, 52 ausgegeben, und die von der Umwandlungstabelle 104 berechnete Sollneigung der Pumpe wird an die Umwandlungstabelle 106 zur Umwandlung der Sollneigung der Pumpe in den Sollaus- gangsdruck des elektromagnetischen Proportionalventils angelegt.
Die Umwandlungstabelle 106 zur Umwandlung der Sollneigung der Pumpe in den Sollausgangsdruck des elektromagnetischen Proportionalventils wandelt die von der Umwandlungstabelle 104 berechnete Sollneigung der Pumpe auf der Grundlage einer Kennlinie, die eine Umkehrung der in 14 gezeigten Kennlinie des Reglers 20C ist, in den Sollausgangsdruck des elektromagnetischen Proportionalventils 53 um, und ein dem umgewandelten Sollausgangsdruckentsprechendes elektrisches Signal wird an das elektromagnetische Proportionalventil 53 ausgegeben.
Wie aus 14 ersichtlich, wird durch die der Kennlinie des Reglers 20B gemäß der dritten Ausführungsform ähnliche Kennlinie des Reglers 20C die Neigung der Pumpe so gesteuert, daß sie bei einer Zunahme des Befehlsdrucks gesteigert wird.
Wenn andererseits das Sperrsignal Y eingeschaltet ist, werden die Sperrschalter 107a, 107b, 108 ausgeschaltet, die an die elektromagnetischen Proportionalventile 51, 52 ausgegebenen Signale wer den auf null gesetzt, und der Eingang der Umwandlungstabelle 106 wird auf die Sollpumpenneigung von dem Abschnitt 105 zur Einstellung der Sollmindestneigung (d. h. die minimale Neigung q_min) umgeschaltet. Die Umwandlungstabelle 106 wandelt die eingegebene Sollneigung der Pumpe in den Sollausgangsdruck des elektromagnetischen Proportionalventils 53 um und gibt ein entsprechendes elektrisches Signal an das elektromagnetische Proportionalventil 53 aus.
Auch bei der vierten Ausführungsform mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau werden die Sperrschalter 107a, 107b, 108 eingeschaltet gehalten, wenn der Verbindungssperrhebel 31 nicht betätigt wird, und daher kann der Bediener Arbeiten durch Betätigen des Steuerhebels 11a auf die normale Weise ausführen. Wird hingegen der Verbindungssperrhebel 31 betätigt, werden die Sperrschalter 107a, 107b, 108 ausgeschaltet, daher wird selbst bei einer irrtümlichen Berührung des Steuerhebels 11a eine Aktivierung des Stromventils 6 verhindert. Gleichzeitig wird der Eingang der Umwandlungstabelle 106 auf die Sollpumpenneigung von dem Abschnitt 105 zur Einstellung der Sollmindestneigung (d. h. die minimale Neigung q_min) umgeschaltet, worauf das elektromagnetische Proportionalventil 53 den Befehlsdruck an den Verschiebeantriebssektor 22Cc des Neigungssteuerventils 22C ausgibt, um die Neigung der Pumpe auf die minimale Neigung q_min zu reduzieren. Dadurch wird der Steuerschieber 22Ca des Neigungssteuerventils 22C durch die Wirkung der Feder 22Cb in die gemäß der Zeichnung rechte Endstellung gedrückt, wodurch die Neigung der Pumpe auf die minimale Neigung q_min reduziert wird.
Daher können durch das hydraulische Schaltungssystem gemäß der vierten Ausführungsform, bei dem die auf das Stromventil und den Regler aufgebrachten Befehlsdrücke elektrisch erzeugt wer den, ähnliche Vorteile wie durch die erste und die zweite Ausführungsform erzielt werden.
Die vorstehenden Ausführungsformen wurden im Zusammenhang mit Reglern für die Hydraulikpumpe erläutert, die nur die Funktion der Begrenzung des Eingangsdrehmoments, eine negative Steuerfunktion oder eine positive Steuerfunktion aufweisen. Normalerweise haben solche Regler jedoch sowohl die Funktion der Begrenzung des Eingangsdrehmoments als auch eine negative Steuerfunktion bzw. sowohl die Funktion der Begrenzung des Eingangsdrehmoments als auch eine positive Steuerfunktion. Die vorliegende Erfindung ist auch auf ein hydraulisches Schaltungssystem mit einem dieser Regler anwendbar.
15 zeigt eine fünfte Ausführungsform, bei der die vorliegende Erfindung auf ein hydraulisches Schaltungssystem mit einem Regler mit der Funktion der Begrenzung des Eingangsdrehmoments kombiniert mit einer negativen Steuerfunktion angewendet wird. In 15 sind die mit den in den 1 und 3 gezeigten identischen Elemente durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Gemäß der fünften Ausführungsform weist ein Regler 20D ein Neigungssteuerventil 22 zur Steuerung der Begrenzung des Eingangsdrehmoments und ein Neigungssteuerventil 22D für die negative Steuerung auf. Das Neigungssteuerventil 22 zur Steuerung der Begrenzung des Eingangsdrehmoments ist so beschaffen, daß es, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform, im Zusammenhang mit dem Sperrventil 30 arbeitet, und das Neigungssteuerventil 22D für die negative Steuerung ist von herkömmlicher Bauart.
16 zeigt eine sechse Ausführungsform, bei der zwei Neigungssteuerventile in umgekehrter Beziehung zueinander vorgesehen sind, wie bei der fünften Ausführungsform. Ein Neigungssteuerventil 22A für die negative Steuerung ist, ähnlich wie bei der zweiten Ausführungsform, so beschaffen, daß es in Zusammenhang mit dem Sperrventil 30 arbeitet, und ein Neigungssteuerventil 22E zur Steuerung der Begrenzung des Eingangsdrehmoments ist von herkömmlicher Bauart.
Daher können durch das erfindungsgemäße hydraulische Schaltungssystem, bei dem ein Regler mit der in Kombination mit einer negativen Steuerfunktion vorgesehenen Funktion der Steuerung der Begrenzung des Eingangsdrehmoments verwendet wird, ähnliche Vorteile wie durch die erste und die zweite Ausführungsform erzielt werden.
Es wird darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung, obwohl gemäß der Erläuterung das Sperrventil bzw. der Sperrschalter bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen durch den Verbindungssperrhebel betätigt wird, nicht auf diese Konfiguration beschränkt ist, sondern so modifiziert werden kann, daß das Sperrventil bzw. der Sperrschalter durch jede andere geeignete Einrichtung, wie beispielsweise einen Schalter, betätigt wird.

Claims

Hydraulisches Steuersystem für eine hydraulische Arbeitsmaschine mit einer von einem Antriebsaggregat (1) angetriebenen variablen hydraulischen Verdrängerpumpe (2), einem ersten Schwenksteuerglied (20, 21) zur Steuerung der Verstellung der Verdrängerpumpe, einem Strömungssteuerventil (6) für den Zulauf und den Rücklauf eines hydraulischen Fluides zu und von einem Aktuator (7) und Betriebssteuermitteln (11, 12, 13a, 13b) für die Betätigung des Strömungssteuerventils zum Verschieben in eine Position durch ein Steuersignal, wobei das hydraulische Steuersystem ferner enthält: ein in den Betriebssteuermitteln (11, 12, 13a, 13b) vorgesehenes Sicherheitssteuerglied (30) zum Unterbrechen einer Erzeugungs-/Übertragungsbahn (12) des Befehlssignals und zweite Schwenksteuerelemente (20, 22, 23, 24) zur Steuerung der Verdrängung der Hydraulikpumpe (2), so dass diese Verdrängung kleiner als die durch das erste Schwenksteuerglied (20, 21) verursachte Verdrängung ist, wenn die Erzeugungs-/Übertragungsbahn des Befehlssignals nicht unterbrochen ist und das Strömungssteuerventil (6) in seiner Neutralstellung steht, wenn das Sicherheitssteuerglied (30) betätigt ist und die Erzeugungs-/Übertragungsbahn (12) des Befehlssignals unterbrochen ist.
Hydraulsches Steuersystem nach Anspruch 1, bei welchem das erste Schwenksteuerglied (20, 21, 22, 22e, 23) für die Steuerung der Verdrängung der Hydraulikpumpe (2) diese reduzieren, falls der Ausgangsdruck der Hydraulikpumpe ansteigt, und die zweiten Schwenksteuermittel (20, 22, 22f, 24) die Verdrängung der Hydraulikpumpe in Verknüpfung mit dem Betrieb des Sicherheitssteuerelements (30) auf einen kleineren Wert als die durch das erste Schwenksteuermittel verursachte Verdrängung steuert, wenn der Ausgangsdruck der Hydraulikpumpe auf seinem niedrigsten Wert ist.
Hydraulisches Steuersystem nach Anspruch 1, bei welchem das erste Schwenksteuermittel (20A, 21, 22A, 22Ae, 15, 16; 20B, 21, 22B, 22Bc, 15, 40, 41; 20C, 21, 22C, 22Cc, 50, 53, 103, 104) ein Mittel zur Steuerung der Verdrängung der Hydraulikpumpe (2) in Abhängigkeit von der durch das Strömungssteuerventil (6) bestimmten Strömungsmenge ist und, wenn sich das Strömungssteuerventil in einer neutralen Position befindet, ein Mittel zur Steuerung der Verdrängung der Hydraulikpumpe zum Erhalt einer größeren Standby-Strömungsmenge als die minimale Strömungsmenge der Hydraulikpumpe ist, und das zweite Schwenksteuermittel (20A, 21, 22A, 22Af, 24; 20B, 21, 22B, 22Bc, 15, 40, 41; 20C, 21, 22C, 22Cc, 50, 53, 105, 108) die Verdrängung der Hydraulikpumpe in Verknüpfung mit dem Betrieb des Sicherheitssteuerelements (30; 30B) auf einen kleineren Wert als die Verdrängung bei der Standby-Strömungsmenge steuert.
Hydraulisches Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem das zweite Schwenksteuermittel (20A, 21, 22A, 22Af, 24; 20B, 21, 22B, 22Bc, 15, 40, 41; 20C, 21, 22C, 22Cc, 50, 53, 105, 108) die Verdrängung der Hydraulikpumpe (2) in Verknüpfung mit dem Betrieb des Sicherheitssteuerelements (30) zum Erhalt eines Minimalwertes der Verdrängung im erreichbaren Bereich durch die Hydraulikpumpe steuert.
Hydraulisches Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem das Betriebssteuermittel ein Pilot-betriebenes Mittel (11) zur Erzeugung eines Befehls-Pilotdruckes als Befehlssignal ist durch Verwendung eines Druckes aus einer hydraulischen Pilot-Druckquelle als Primärdruck und das Sicherheitssteuermittel einen Durchlass-Sperrhebel (31) enthält, der betätigt wird, wenn der Operator keine Arbeit ausführen will, und ein Sperrventil (30) zum Sperren des Primärdruckes von der hydraulischen Pilot-Druckquelle vorgesehen ist, das mittels des vom Operator gehandhabten Durchlass-Sperrhebels betätigt wird.