DE112012001028T5

DE112012001028T5 - Hydrauliksteuerungssystem mit Pumpendrehmomentbegrenzung

Info

Publication number: DE112012001028T5
Application number: DE201211001028
Authority: DE
Inventors: Grant Peterson; Randall Anderson
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2013-12-05
Also published as: CN103403365B; WO2012118773A3; JP6001569B2; JP2014508253A; US8483916B2; US20120221212A1; WO2012118773A2; CN103403365A

Abstract

Es ist ein Hydrauliksteuerungssystem (48) offenbart. Das Hydrauliksteuerungssystem kann eine Pumpe (52), mehrere Aktoren (20, 26) und mehrere Ventilanordnungen (54, 56) aufweisen, die zum Dosieren von mit Druck beaufschlagtem Fluid ausgebildet sind. Das Hydrauliksteuerungssystem kann ferner mindestens eine Bedienereingabevorrichtung (98), die zum Erzeugen von Signalen, die Sollgeschwindigkeiten der mehreren Aktoren angeben, ausgebildet ist, und eine Steuerung (58) aufweisen. Die Steuerung kann zum Empfangen einer Pumpendrehmomentbegrenzung, Ermitteln einer maximalen Pumpenströmungskapazität und Ermitteln von Sollströmungsraten für jede der mehreren Ventilanordnungen basierend auf den Signalen ausgebildet sein. Die Steuerung kann ferner zum Vornehmen einer ersten Verringerung der Sollströmungsraten basierend auf der maximalen Pumpenströmungskapazität, Vornehmen einer zweiten Verringerung der Sollströmungsraten basierend auf der Pumpendrehmomentbegrenzung und Befehlen, dass die mehreren Ventilanordnungen die Sollströmungsraten nach der zweiten Verringerung zuführen, ausgebildet sein.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein ein Hydrauliksteuerungssystem, insbesondere ein Hydrauliksteuerungssystem mit einer Pumpendrehmomentbegrenzung.
Hintergrund
Maschinen wie Radlader, Bagger, Planierraupen, Motorgrader und andere Arten von schweren Maschinen verwenden mehrere Aktoren, denen von einer oder mehreren Pumpen auf der Maschine ein Hydraulikfluid zugeführt wird, um eine Vielzahl von Aufgaben durchzuführen. Diese Aktoren werden typischerweise basierend unter anderem auf einer Betätigungsposition einer Bedienerschnittstellenvorrichtung geschwindigkeitsgesteuert. Insbesondere erwartet ein Bediener, wenn er eine bestimmte Schnittstellenvorrichtung an eine spezifische Auslenkungsposition bewegt, dass sich ein entsprechender Hydraulikaktor mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit in einer gewünschten Richtung bewegt. Während dieses Betriebs besteht jedoch die Möglichkeit, dass der Bediener anfordert, dass sich mehrere Aktoren mit Geschwindigkeiten bewegen, die zusammen bewirken, dass die Zufuhrpumpe eine Drehmomentbegrenzung und/oder eine Leistungsabgabe der die Pumpe antreibenden Brennkraftmaschine überschreitet. Wenn dies nicht verhindert wird, besteht die Möglichkeit, dass der Bediener Geschwindigkeiten anfordert, die bewirken, dass die Brennkraftmaschine überlastet wird bzw. stehenbleibt und/oder ineffizient arbeitet.
Ein Versuch, die Wahrscheinlichkeit eines Stehenbleibens einer Brennkraftmaschine aufgrund eines Betriebs eines Hydrauliksystems einer Maschine zu verringern, ist in der US-Patentveröffentlichung 2012/0154403 von Brickner et al. offenbart, die am 24. Januar 2010 veröffentlicht wurde (die Veröffentlichung '403 ). Insbesondere beschreibt die Veröffentlichung '403 ein Hydrauliksystem mit einer Verstellpumpe, die von einer Brennkraftmaschine angetrieben wird, um mit Druck beaufschlagtes Fluid durch mehrere Ventile zu einer entsprechenden Mehrzahl von Aktoren zu liefern, und einer mit einer manuellen Steuervorrichtung und den Ventilen in Verbindung stehende Steuerung. Die Steuerung ist zum Empfangen von Sollgeschwindigkeiten für jeden der Aktoren von der manuellen Steuerungsvorrichtung und einer Pumpendrehmomentbegrenzung von der Brennkraftmaschine ausgebildet. Die Steuerung ist ferner zum Ermitteln von Strömungsraten für die Aktoren entsprechend den Sollgeschwindigkeiten und einer Strömungsbegrenzung basierend auf der Pumpendrehmomentbegrenzung ausgebildet. Die Steuerung ist weiter zum Berechnen eines Verringerungsverhältnisses, das gleich der Pumpendrehmomentströmungsbegrenzung geteilt durch die Summe aus den Sollströmungsraten ist, und ferner Anwenden des Verhältnisses auf jede der ermittelten Strömungsraten, bevor entsprechende Befehle an die jeweiligen Ventile weitergegeben werden, ausgebildet. Die verringerten Verhältnisse tragen dazu bei, dass gewährleistet wird, dass die befohlenen Strömungsraten zusammen kein Pumpendrehmoment anfordern werden, das größer als die von der Brennkraftmaschine benötigte Drehmomentbegrenzung ist.
Wenngleich das System der Veröffentlichung '403 dazu beitragen kann, die Wahrscheinlichkeit eines Stehenbleibens der Brennkraftmaschine zu verringern, ist es möglicherweise nicht optimal. Insbesondere berücksichtigt das System der Veröffentlichung '403 möglicherweise andere Faktoren, die sich auf einen Ventilstrom und ein Pumpendrehmoment auswirken, nicht, beispielsweise eine Pumpenströmungskapazität, ein Blockieren eines Aktors, eine Strömungskorrektur oder eine Schwerkraftunterstützung.
Das offenbarte Hydrauliksteuerungssystem zielt darauf ab, eines oder mehrere der vorher dargelegten Probleme und/oder andere Probleme des Standes der Technik zu überwinden.
Zusammenfassung
Gemäß einem Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Hydrauliksteuerungssystem. Das Hydrauliksteuerungssystem kann eine Pumpe, die zum Beaufschlagen von Fluid mit Druck ausgebildet ist, mehrere Aktoren, die zum Empfangen des mit Druck beaufschlagten Fluids ausgebildet sind, und mehrere Ventilanordnungen enthalten, die zum Dosieren von mit Druck beaufschlagtem Fluid von der Pumpe in die mehreren Aktoren ausgebildet sind. Das Hydrauliksteuerungssystem kann ferner mindestens eine Bedienereingabevorrichtung, die zum Erzeugen von Signalen, die Sollgeschwindigkeiten der mehreren Aktoren angeben, ausgebildet ist, und eine Steuerung aufweisen, die mit den mehreren Ventilen und der mindestens einen Bedienereingabevorrichtung in Verbindung steht. Die Steuerung kann zum Empfangen einer Pumpendrehmomentbegrenzung, Ermitteln einer maximalen Pumpenströmungskapazität und Ermitteln von Sollströmungsraten für jede der mehreren Ventilanordnungen basierend auf den Signalen von der mindestens einen Bedienereingabevorrichtung ausgebildet sein. Die Steuerung kann ferner zum Vornehmen einer ersten Verringerung der Sollströmungsraten basierend auf der maximalen Pumpenströmungskapazität, Vornehmen einer zweiten Verringerung der Sollströmungsraten basierend auf der Pumpendrehmomentbegrenzung und Senden eines Befehls zum Dosieren der Sollströmungsraten nach der zweiten Verringerung zu den mehreren Ventilanordnungen ausgebildet sein.
Gemäß einem anderen Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Betreiben einer Maschine. Das Verfahren kann das Beaufschlagen von Fluid mit Druck, Empfangen einer Drehmomentbegrenzung in Verbindung mit dem Beaufschlagen mit Druck und Ermitteln einer maximalen Strömungsratenkapazität in Verbindung mit dem Beaufschlagen mit Druck beinhalten. Das Verfahren kann ferner das Empfangen einer Bedienereingabe, die Sollgeschwindigkeiten für mehrere Hydraulikaktoren angibt, und das Ermitteln von Sollströmungsraten von Fluid für jeden der mehreren Hydraulikaktoren basierend auf den Sollgeschwindigkeiten beinhalten. Das Verfahren kann zusätzlich das Vornehmen einer ersten Verringerung der Sollströmungsraten basierend auf der maximalen Strömungsratenkapazität, das Vornehmen einer zweiten Verringerung der Sollströmungsraten basierend auf der Drehmomentbegrenzung und das Dosieren des mit Druck beaufschlagten Fluids in die mehreren Hydraulikaktoren nach der zweiten Verringerung beinhalten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Seitenansicht einer beispielhaften offenbarten Maschine;
2 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften offenbarten Hydrauliksteuerungssystems, das in Verbindung mit der Maschine aus 1 verwendet werden kann; und
3 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes offenbartes Verfahren zeigt, das von dem Hydrauliksteuerungssystem aus 2 durchgeführt wird.
Detaillierte Beschreibung
1 zeigt eine beispielhafte Maschine 10 mit mehreren Systemen und Komponenten, die zum Durchführen einer Aufgabe zusammenwirken. Die Maschine 10 kann eine stationäre oder eine mobile Maschine sein, die einen Betrieb durchführt, der mit einem Gewerbe wie dem Bergbau, dem Baugewerbe, der Landwirtschaft, dem Transportwesen oder einem anderen bekannten Gewerbe verbunden ist. Beispielsweise kann die Maschine 10 eine Materialbewegungsmaschine wie der in 1 gezeigte Lader sein. Alternativ dazu könnte die Maschine 10 ein Bagger, eine Planierraupe, ein Baggerlader, ein Motorgrader, ein Muldenkipper oder eine andere ähnliche Maschine sein. Die Maschine 10 kann unter anderem ein Anlenkungssystem 12, das zum Bewegen eines Arbeitswerkzeugs 14 ausgebildet ist, und einen Antrieb 16 enthalten, der das Anlenkungssystem 12 mit Leistung versorgt.
Das Anlenkungssystem 12 kann einen Aufbau enthalten, auf den Fluidaktoren zum Bewegen des Arbeitswerkzeugs 14 einwirken. Genauer gesagt kann das Anlenkungssystem 12 einen Ausleger (d. h. ein Hebebauteil) 17 enthalten, das bezüglich einer Arbeitsoberfläche 18 von einem Paar von benachbarten, doppeltwirkenden Hydraulikzylindern 20 (von denen in 1 lediglich einer gezeigt ist) vertikal um eine horizontale Achse 28 schwenkbar ist. Das Anlenkungssystem 12 kann ferner einen einzelnen doppeltwirkenden Hydraulikzylinder 26 enthalten, der zum Kippen des Arbeitswerkzeugs 14 bezüglich des Auslegers 17 in einer vertikalen Richtung um eine horizontale Achse 30 verbunden ist. Der Ausleger 17 kann an einem Ende schwenkbar mit einem Körper 32 der Maschine 10 verbunden sein, während das Arbeitswerkzeug 14 schwenkbar mit einem gegenüberliegenden Ende des Auslegers 17 verbunden sein kann. Es sei bemerkt, dass alternative Anlenkungskonfigurationen ebenfalls möglich sind.
Zahlreiche unterschiedliche Arbeitswerkzeuge 14 können an einer einzigen Maschine 10 angebracht werden und zum Durchführen einer bestimmten Aufgabe gesteuert werden. Beispielsweise könnte das Arbeitswerkzeug 14 ein (in 1 gezeigter) Löffel, eine Gabelanordnung, ein Schild, eine Schaufel, ein Aufreißer, eine Kippmulde, ein Besen, eine Schneefräse, eine Antriebsvorrichtung, eine Schneidvorrichtung, eine Greifvorrichtung oder eine andere bekannte Vorrichtung sein, die eine Aufgabe durchführt. Wenngleich das Arbeitswerkzeug 14 bei der Ausführungsform der 1 zum Heben und Kippen bezüglich der Maschine 10 verbunden ist, kann das Arbeitswerkzeug 14 alternativ oder zusätzlich schwenken, sich drehen, sich verschieben, schwingen oder sich auf eine andere geeignete Weise bewegen.
Der Antrieb 16 kann eine Brennkraftmaschine wie beispielsweise ein Dieselmotor, ein Benzinmotor, ein mit gasförmigem Kraftstoff betriebener Motor oder ein anderer bekannter Verbrennungsmotor sein, der von dem Körper 32 der Maschine 10 getragen wird und zum Antreiben der Bewegung der Maschine 10 und des Arbeitswerkzeugs 14 betreibbar ist. Es ist vorgesehen, dass der Antrieb alternativ eine Antriebsquelle ohne Verbrennung sein kann, beispielsweise eine Brennstoffzelle, eine Leistungsspeichervorrichtung (z. B. eine Batterie) oder eine andere bekannte Quelle. Der Antrieb 16 kann eine mechanische oder elektrische Leistungsabgabe erzeugen, die dann in Hydraulikleistung zum Bewegen der Hydraulikzylinder 20 und 26 umgewandelt werden kann.
Der Antrieb 16 kann eine begrenzte Menge an Leistung aufweisen, die von den Hydraulikzylindern 20, 26 verwendet werden kann. Wenn mehr Leistung verbraucht wird, als der Antrieb 16 kontinuierlich liefern kann, könnte der Antrieb 16 überlastet werden, was einen Abfall der Ausgangsdrehzahl und der Effizienz bewirken könnte. In einigen Situationen kann der Antrieb 16 während der Überlastung sogar aufhören, überhaupt zu funktionieren. Demzufolge kann der Antrieb 16 zum Aufstellen einer Maximaldrehmomentbegrenzung ausgebildet sein, die die Hydraulikzylinder 20, 26 maximal verbrauchen dürfen, ohne zu bewirken, dass der Antrieb 16 überlastet wird.
Der Einfachheit halber zeigt die 2 den Aufbau und die Verbindungen lediglich des Hydraulikzylinders 26 und eines der Hydraulikzylinder 20. Es sei jedoch bemerkt, dass die Maschine 10 andere Hydraulikaktoren enthalten kann, die zum Bewegen derselben oder anderer Bauteile des Anlenkungssystems 12 auf ähnliche Weise verbunden sein können, sofern dies gewünscht ist.
Wie in 2 gezeigt, kann jeder der Hydraulikzylinder 20 und 26 ein Rohr 34 und eine Kolbenanordnung 36, die in dem Rohr 34 so angeordnet ist, dass eine erste Kammer 38 und eine zweite Kammer 40 ausgebildet wird, enthalten. Bei einem Beispiel kann sich ein Stangenabschnitt 36a der Kolbenanordnung 36 durch ein Ende der zweiten Kammer 40 erstrecken. Daher kann die zweite Kammer 40 einem Stangenende 44 des jeweiligen Zylinders zugeordnet sein, während die erste Kammer 38 einem gegenüberliegenden Kopfende 42 des jeweiligen Zylinders zugeordnet sein kann.
Der ersten und der zweiten Kammer 38, 40 kann selektiv mit Druck beaufschlagtes Fluid zugeführt werden, das aus denselben ausgelassen werden kann, so dass bewirkt wird, dass sich die Kolbenanordnung 36 in dem Rohr 34 verschiebt, wodurch eine effektive Länge der Hydraulikzylinder 20, 26 geändert wird und sich das Arbeitswerkzeug 14 (siehe 1) bewegt. Eine Rate eines Fluidstroms in die erste und die zweite Kammer 38, 40 und aus denselben kann mit einer Geschwindigkeit der Hydraulikzylinder 20, 26 und des Arbeitswerkzeugs 14 in Beziehung stehen, während ein Druckunterschied zwischen der ersten und der zweiten Kammer 38, 40 mit einer von den Hydraulikzylindern 20, 26 auf das Arbeitswerkzeug 14 aufgebrachten Kraft in Beziehung stehen kann. Ein Ausfahren (durch einen Pfeil 46 angegeben) und ein Einfahren (durch einen Pfeil 47 angegeben) der Hydraulikzylinder 20, 26 kann zum Unterstützen der Bewegung des Arbeitswerkzeugs 14 auf unterschiedliche Weisen (z. B. Heben und Kippen des Arbeitswerkzeugs 14) dienen.
Zur Unterstützung der Regelung des Füllens und Entleerens der ersten und der zweiten Kammer 38, 40 kann die Maschine 10 ein Hydrauliksteuerungssystem 48 mit mehreren untereinander verbundenen und zusammenwirkenden Fluidkomponenten enthalten. Das Hydrauliksteuerungssystem 48 kann unter anderem eine Ventilgruppe 50 enthalten, die zumindest teilweise einen Kreis zwischen den Hydraulikzylindern 20, 26, einer von einer Brennkraftmaschine angetriebenen Pumpe 52 und einem Tank 53 bildet. Die Ventilgruppe 50 kann eine Hebeventilanordnung 54, eine Kippventilanordnung 56 und bei einigen Ausführungsformen eine oder mehrere Hilfsventilanordnungen (nicht gezeigt) enthalten, die zum Empfangen und Auslassen von mit Druck beaufschlagtem Fluid parallel fluidverbunden sind. Bei einem Beispiel können die Ventilanordnungen 54, 56 separate Körper enthalten, die zum Ausbilden der Ventilgruppe 50 miteinander verschraubt sind. Bei einer anderen Ausführungsform können die Ventilanordnungen 54, 56 jeweils separate Anordnungen sein, die lediglich durch externe Fluidleitungen (nicht gezeigt) miteinander verbunden sind. Es ist vorgesehen, dass eine größere Anzahl, eine kleinere Anzahl oder eine unterschiedliche Konfiguration der Ventilanordnungen in der Ventilgruppe 50 vorgesehen sein kann, sofern dies gewünscht ist. Beispielsweise können in der Ventilgruppe 50 eine Schwingventilanordnung (nicht gezeigt) zum Steuern einer Schwingbewegung des Anlenkungssystems 12, eine oder mehrere Fortbewegungsventilanordnungen und andere geeignete Ventilanordnungen enthalten sein. Das Hydrauliksteuerungssystem 48 kann ferner eine Steuerung 58 enthalten, die zum Steuern entsprechender Bewegungen der Hydraulikzylinder 20, 26 im Rahmen der von dem Antrieb 16 aufgestellten Drehmomentbegrenzung mit dem Antrieb 16 und den Ventilanordnungen 54, 56 in Verbindung steht.
Jede der Hebe- und Kippventilanordnungen 54, 56 kann die Bewegung der zugeordneten Fluidaktoren regeln. Genauer gesagt kann die Hebeventilanordnung 54 Elemente aufweisen, die zum simultanen Steuern der Bewegungen beider Hydraulikzylinder 20 und somit Anheben des Auslegers 17 bezüglich der Arbeitsoberfläche 18 bewegbar sind. Genauso kann die Kippventilanordnung 56 Elemente aufweisen, die zum Steuern der Bewegung des Hydraulikzylinders 26 und somit Kippen des Arbeitswerkzeugs 14 bezüglich des Auslegers 17 bewegbar sind. Während eines Absenkens des Auslegers 17 und einer Kippbewegung des Arbeitswerkzeugs 14 nach unten können die Hydraulikzylinder 20, 26 durch die Schwerkraft unterstützt werden. Im Gegensatz dazu können die Hydraulikzylinder 20, 26 während eines Anhebens und Kippens nach oben gegen die Schwerkraft arbeiten. Während der von der Schwerkraft unterstützten Bewegung können die Hydraulikzylinder 20, 26 in einem Regenerierungsmodus in Betrieb sein, bei dem mit Druck beaufschlagtes Fluid (d. h. Regenerierungsfluid) aus einer von der ersten und der zweiten Kammer 38, 40 mit einem Druck ausgelassen wird, der hoch genug für eine sofortige Wiederverwendung in der anderen von der ersten und der zweiten Kammer 38, 40 ist, wodurch eine Last an dem Hydrauliksteuerungssystem 48 verringert wird.
Die Ventilanordnungen 54, 56 können zum Regulieren von Strömen von mit Druck beaufschlagtem Fluid zu und von den Hydraulikzylindern 20, 26 über gemeinsame Kanäle verbunden sein. Genauer gesagt können die Ventilanordnungen 54, 56 mittels eines gemeinsamen Zufuhrkanals 60 mit der Pumpe 52 verbunden sein und mittels eines gemeinsamen Ablaufkanals 62 mit dem Tank 53 verbunden sein. Die Hebe- und Kippventilanordnungen 54, 56 können mittels einzelner Fluidkanäle 66 und 68 jeweils parallel mit dem gemeinsamen Zufuhrkanal 60 verbunden sein und mittels einzelner Fluidkanäle 72 und 74 jeweils parallel mit dem gemeinsamen Ablaufkanal 62 verbunden sein. Ein Druckausgleichsventil 78 und/oder ein Rückschlagventil 79 können in jedem der Fluidkanäle 66, 68 angeordnet sein, um eine Fluidzufuhr zu den Ventilanordnungen 54, 56 in einer Richtung mit einem im Wesentlichen konstanten Strom zu liefern. Die Druckausgleichsventile 78 können Vor- (wie in 2 gezeigt) oder Nachausgleichsventile (nicht gezeigt) sein, die ansprechend auf einen Druckunterschied zwischen einer Strömungsdurchlassposition und einer Strömungsblockierposition bewegbar sind, so dass ein im Wesentlichen konstanter Fluidstrom zu den Ventilanordnungen 54 und 56 geliefert wird, selbst wenn ein Druck des zu den Druckausgleichsventilen 78 gelieferten Fluids variiert. Es ist vorgesehen, dass die Druckausgleichsventile 78 und/oder die Rückschlagventile 79 bei einigen Anwendungen weggelassen werden können, sofern dies gewünscht ist.
Jede der Hebe- und Kippventilanordnungen 54, 56 kann im Wesentlichen identisch sein und vier unabhängige Dosierventile (independent metering valves, IMV) enthalten. Von den vier IMV können zwei im Allgemeinen Fluidzufuhrfunktionen zugeordnet sein, während zwei im Allgemeinen Auslassfunktionen zugeordnet sein können. Beispielsweise kann die Hebeventilanordnung 54 ein kopfseitiges Zufuhrventil 80, ein stangenseitiges Zufuhrventil 82, ein kopfseitiges Auslassventil 84 und ein stangenseitiges Auslassventil 86 enthalten. Auf ähnliche Weise kann die Kippventilanordnung 56 ein kopfseitiges Zufuhrventil 88, ein stangenseitiges Zufuhrventil 90, ein kopfseitiges Auslassventil 92 und ein stangenseitiges Auslassventil 94 enthalten.
Das kopfseitige Zufuhrventil 80 kann zwischen dem Fluidkanal 66 und einem Fluidkanal 104 angeordnet sein, der zu der ersten Kammer 38 des Hydraulikzylinders 20 führt, und zum Regulieren einer Strömungsrate von mit Druck beaufschlagtem Fluid in die erste Kammer 38 ansprechend auf einen Strömungsbefehl von der Steuerung 58 ausgebildet sein. Das kopfseitige Zufuhrventil 80 kann ein variabel positionierbares federvorgespanntes Ventilelement enthalten, beispielsweise einen Teller oder einen Schieber, das von einem Solenoid betätigt wird und zum Bewegen an eine beliebige Position zwischen einer ersten Endposition, an der Fluid in die erste Kammer 38 strömen kann, und einer zweiten Endposition, an der ein Fluidstrom in die erste Kammer 38 blockiert wird, ausgebildet ist. Es ist vorgesehen, dass das kopfseitige Zufuhrventil 80 ebenfalls zum Ermöglichen, dass während eines Regenerierungsvorgangs Fluid aus der ersten Kammer 38 durch das kopfseitige Zufuhrventil 80 strömen kann, wenn ein Druck in der ersten Kammer 38 einen Druck der Pumpe 52 und/oder einen Druck der Kammer, die das regenerierte Fluid empfängt, überschreitet, ausgebildet sein kann. Es ist ferner vorgesehen, dass das kopfseitige Zufuhrventil 80 zusätzliche oder unterschiedliche Elemente als die vorher beschriebenen enthalten kann, beispielsweise ein Ventilelement mit festgelegter Position oder ein anderes bekanntes Ventilelement. Es ist ebenfalls vorgesehen, dass das kopfseitige Zufuhrventil 80 alternativ hydraulisch betätigt, mechanisch betätigt, pneumatisch betätigt oder auf andere geeignete Weise betätigt werden kann.
Das stangenseitige Zufuhrventil 82 kann zwischen dem Fluidkanal 66 und einem Fluidkanal 106 angeordnet sein, der zu der zweiten Kammer 40 des Hydraulikzylinders 20 führt, und zum Regulieren einer Strömungsrate von mit Druck beaufschlagtem Fluid in die zweite Kammer 40 ansprechend auf einen Strömungsbefehl von der Steuerung 58 ausgebildet sein. Das stangenseitige Zufuhrventil 82 kann ein von einer Feder vorgespanntes Ventilelement mit variabler Position enthalten, beispielsweise einen Teller oder einen Schieber, das von einem Solenoid betätigt wird und zum Bewegen an eine beliebige Position zwischen einer ersten Endposition, an der Fluid ermöglicht wird, in die zweite Kammer 40 zu strömen, und einer zweiten Endposition, an der Fluid von der zweiten Kammer 40 ferngehalten wird, ausgebildet sein. Es ist vorgesehen, dass das stangenseitige Zufuhrventil 82 ebenfalls zum Ermöglichen, dass während eines Regenerierungsvorgangs Fluid aus der zweiten Kammer 40 durch das stangenseitige Zufuhrventil 82 strömen kann, wenn ein Druck in der zweiten Kammer 40 einen Druck der Pumpe 52 und/oder einen Druck der Kammer, die das regenerierte Fluid empfängt, überschreitet, ausgebildet sein kann. Es ist ferner vorgesehen, dass das stangenseitige Zufuhrventil 82 zusätzliche oder unterschiedliche Ventilelemente enthalten kann, beispielsweise ein Ventilelement mit festgelegter Position oder ein anderes bekanntes Ventilelement. Es ist ebenfalls vorgesehen, dass das stangenseitige Zufuhrventil 82 alternativ hydraulisch betätigt, mechanisch betätigt, pneumatisch betätigt oder auf andere geeignete Weise betätigt werden kann.
Das kopfseitige Auslassventil 84 kann zwischen dem Fluidkanal 104 und dem Fluidkanal 72 angeordnet sein und zum Regulieren einer Strömungsrate von mit Druck beaufschlagtem Fluid aus der ersten Kammer 38 des Hydraulikzylinders 20 zu dem Tank 53 ansprechend auf einen Strömungsbefehl von der Steuerung 58 ausgebildet sein. Das kopfseitige Auslassventil 84 kann ein von einer Feder vorgespanntes Ventilelement mit variabler Position enthalten, beispielsweise einen Teller oder einen Schieber, das von einem Solenoid betätigt wird und zum Bewegen an eine beliebige Position zwischen einer ersten Endposition, an der Fluid aus der ersten Kammer 38 strömen kann, und einer zweiten Endposition, an der ein Fluidstrom aus der ersten Kammer 38 blockiert wird, ausgebildet ist. Es ist vorgesehen, dass das kopfseitige Auslassventil 84 zusätzliche oder unterschiedliche Ventilelemente enthalten kann, beispielsweise ein Ventilelement mit festgelegter Position oder ein anderes bekanntes Ventilelement. Es ist ebenfalls vorgesehen, dass das kopfseitige Auslassventil 84 alternativ hydraulisch betätigt, mechanisch betätigt, pneumatisch betätigt oder auf andere geeignete Weise betätigt werden kann.
Das stangenseitige Auslassventil 86 kann zwischen dem Fluidkanal 106 und dem Fluidkanal 72 angeordnet sein und zum Regulieren einer Strömungsrate von mit Druck beaufschlagtem Fluid aus der zweiten Kammer 40 des Hydraulikzylinders 20 zu dem Tank 53 ansprechend auf einen Strömungsbefehl von der Steuerung 58 ausgebildet sein. Das stangenseitige Auslassventil 86 kann ein von einer Feder vorgespanntes Ventilelement mit variabler Position, beispielsweise einen Teller oder einen Schieber, enthalten, das von einem Solenoid betätigt wird und zum Bewegen an eine beliebige Position zwischen einer ersten Endposition, an der Fluid aus der zweiten Kammer 40 strömen kann, und einer zweiten Endposition, an der kein Fluid aus der zweiten Kammer 40 strömen kann, ausgebildet ist. Es ist vorgesehen, dass das stangenseitige Auslassventil 86 zusätzliche oder unterschiedliche Ventilelemente enthalten kann, beispielsweise ein Ventilelement mit festgelegter Position oder ein anderes bekanntes Ventilelement. Es ist ebenfalls vorgesehen, dass das stangenseitige Auslassventil 86 alternativ hydraulisch betätigt, mechanisch betätigt, pneumatisch betätigt oder auf andere geeignete Weise betätigt werden kann.
Das kopfseitige Zufuhrventil 88 kann zwischen dem Fluidkanal 68 und einem Fluidkanal 108 angeordnet sein, der zu der ersten Kammer 38 des Hydraulikzylinders 26 führt, und zum Regulieren einer Strömungsrate von mit Druck beaufschlagtem Fluid in die erste Kammer 38 ansprechend auf einen Strömungsbefehl von der Steuerung 58 ausgebildet sein. Das kopfseitige Zufuhrventil 88 kann ein von einer Feder vorgespanntes Ventilelement mit variabler Position enthalten, beispielsweise einen Teller oder einen Schieber, das von einem Solenoid betätigt wird und zum Bewegen an eine beliebige Position zwischen einer ersten Endposition, an der Fluid in die erste Kammer 38 strömen kann, und einer zweiten Endposition, an der kein Fluid in die erste Kammer 38 strömen kann, ausgebildet ist. Es ist vorgesehen, dass das kopfseitige Zufuhrventil 88 ebenfalls dazu ausgebildet sein kann, Fluid aus der ersten Kammer 38 zu ermöglichen, während eines Regenerierungsvorgangs durch das kopfseitige Zufuhrventil 88 zu strömen, wenn ein Druck in der ersten Kammer 38 einen Druck der Pumpe 52 und/oder einen Druck der Kammer, die das regenerierte Fluid empfängt, überschreitet. Es ist ferner vorgesehen, dass das kopfseitige Zufuhrventil 88 zusätzliche oder unterschiedliche Elemente enthalten kann, beispielsweise ein Ventilelement mit fester Position oder ein anderes bekanntes Ventilelement. Es ist ebenfalls vorgesehen, dass das kopfseitige Zufuhrventil 88 alternativ hydraulisch betätigt, mechanisch betätigt, pneumatisch betätigt oder auf andere geeignete Weise betätigt werden kann.
Das stangenseitige Zufuhrventil 90 kann zwischen dem Fluidkanal 68 und einem Fluidkanal 110 angeordnet sein, der zu der zweiten Kammer 40 des Hydraulikzylinders 26 führt, und zum Regulieren einer Strömungsrate von mit Druck beaufschlagtem Fluid in die zweite Kammer 40 ansprechend auf einen Strömungsbefehl von der Steuerung 58 ausgebildet sein. Genauer gesagt kann das stangenseitige Zufuhrventil 90 ein von einer Feder vorgespanntes Ventilelement mit variabler Position enthalten, beispielsweise einen Teller oder einen Schieber, das von einem Solenoid betätigt wird und zum Bewegen an eine beliebige Position zwischen einer ersten Endposition, an der Fluid in die zweite Kammer 40 strömen kann, und einer zweiten Endposition, an der Fluid von der zweiten Kammer 40 ferngehalten wird, ausgebildet ist. Es ist vorgesehen, dass das stangenseitige Zufuhrventil 90 ebenfalls dazu ausgebildet sein kann, zu ermöglichen, dass Fluid während eines Regenerierungsvorgangs aus der zweiten Kammer 40 durch das stangenseitige Zufuhrventil 90 strömen kann, wenn ein Druck in der zweiten Kammer 40 einen Druck der Pumpe 52 und/oder einen Druck der Kammer, die das regenerierte Fluid empfängt, überschreitet. Es ist ferner vorgesehen, dass das stangenseitige Zufuhrventil 90 zusätzliche oder unterschiedliche Ventilelemente enthalten kann, beispielsweise ein Ventilelement mit festgelegter Position oder ein anderes bekanntes Ventilelement. Es ist ebenfalls vorgesehen, dass das stangenseitige Zufuhrventil 90 alternativ hydraulisch betätigt, mechanisch betätigt, pneumatisch betätigt oder auf andere geeignete Weise betätigt werden kann.
Das kopfseitige Auslassventil 92 kann zwischen dem Fluidkanal 108 und dem Fluidkanal 74 angeordnet sein und zum Regulieren einer Strömungsrate von mit Druck beaufschlagtem Fluid aus der ersten Kammer 38 des Hydraulikzylinders 26 zu dem Tank 53 ansprechend auf einen Strömungsbefehl von der Steuerung 58 ausgebildet sein. Genauer gesagt kann das kopfseitige Auslassventil 92 ein mit einer Feder vorgespanntes Ventilelement mit variabler Position enthalten, beispielsweise einen Teller oder einen Schieber, das von einem Solenoid betätigt wird und zum Bewegen an eine beliebige Position zwischen einer ersten Endposition, an der Fluid aus der ersten Kammer 38 strömen kann, und einer zweiten Endposition, an der ein Fluidstrom aus der zweiten Kammer 38 blockiert wird, ausgebildet ist. Es ist vorgesehen, dass das kopfseitige Auslassventil 92 zusätzliche oder unterschiedliche Ventilelemente enthalten kann, beispielsweise ein Ventilelement mit fester Position oder ein anderes bekanntes Ventilelement. Es ist ebenfalls vorgesehen, dass das kopfseitige Auslassventil 92 alternativ hydraulisch betätigt, mechanisch betätigt, pneumatisch betätigt oder auf andere geeignete Weise betätigt werden kann.
Das stangenseitige Auslassventil 94 kann zwischen dem Fluidkanal 110 und dem Fluidkanal 74 angeordnet sein und zum Regulieren einer Strömungsrate von mit Druck beaufschlagtem Fluid aus der zweiten Kammer 40 des Hydraulikzylinders 26 zu dem Tank 53 ansprechend auf einen Strömungsbefehl von der Steuerung 58 ausgebildet sein. Das stangenseitige Auslassventil 94 kann ein von einer Feder vorgespanntes Ventilelement mit variabler Position enthalten, beispielsweise einen Teller oder einen Schieber, das von einem Solenoid betätigt wird und zum Bewegen an eine beliebige Position zwischen einer ersten Endposition, an der Fluid aus der zweiten Kammer 40 strömen kann, und einer zweiten Endposition, an der ein Fluidstrom aus der zweiten Kammer 38 blockiert wird, ausgebildet ist. Es ist vorgesehen, dass das stangenseitige Auslassventil 94 zusätzliche oder unterschiedliche Ventilelemente enthalten kann, beispielsweise ein Ventilelement mit festgelegter Position oder ein anderes bekanntes Ventilelement. Es ist ebenfalls vorgesehen, dass das stangenseitige Auslassventil 94 alternativ hydraulisch betätigt, mechanisch betätigt, pneumatisch betätigt oder auf andere geeignete Weise betätigt werden kann.
Die Pumpe 52 kann eine variable Verdrängung aufweisen und zum Ansaugen von Fluid aus dem Tank 53 und Auslassen des Fluids mit einem spezifizierten erhöhten Druck zu den Ventilanordnungen 54, 56 lasterfassungsgesteuert werden. Das heißt, die Pumpe 52 kann einen Hubeinstellmechanismus 96 enthalten, beispielsweise eine Taumelscheibe oder ein Überströmventil, dessen Position basierend auf einer erfassten Last des Hydrauliksteuerungssystems 48 hydromechanisch eingestellt wird, so dass eine Abgabe (z. B. eine Auslassrate) der Pumpe 52 variiert wird. Die Verdrängung der Pumpe 52 kann von einer Position mit einer Verdrängung gleich Null, an der im Wesentlichen kein Fluid aus der Pumpe 52 ausgelassen wird, zu einer Position mit einer maximalen Verdrängung verstellt werden, bei der Fluid mit einer maximalen Rate aus der Pumpe 52 ausgelassen wird. Bei einer Ausführungsform kann ein (nicht gezeigter) Lasterfassungskanal ein Drucksignal zu dem Hubeinstellmechanismus 96 leiten, und basierend auf einem Wert dieses Signals (d. h. basierend auf einem Druck des Signalfluids in dem Kanal) kann sich die Position des Hubeinstellmechanismus 96 ändern, um die Abgabe der Pumpe 52 entweder zu erhöhen oder zu verringern und somit den spezifizierten Druck aufrechtzuerhalten. Die Pumpe 52 kann antriebsmäßig mit dem Antrieb 16 der Maschine 10 verbunden sein, beispielsweise durch eine Gegenwelle, einen Riemen oder auf andere geeignete Weise. Alternativ dazu kann die Pumpe 52 über einen Drehmomentwandler, ein Getriebe, eine elektrische Schaltung oder auf andere bekannte Weise indirekt mit dem Antrieb 16 verbunden sein.
Die Pumpe 52 kann eine maximale Strömungsratenkapazität aufweisen, die zumindest teilweise von einer Eingangsdrehzahl und einer Auslenkungsposition des Hubeinstellmechanismus 96 abhängt. Das heißt, für eine gegebene Eingangsdrehzahl (d. h. Ausgangsdrehzahl des Antriebs 16) und eine gegebene Verdrängung kann die Pumpe 52 eine bestimmte Menge von mit Druck beaufschlagtem Fluid in einem spezifizierten Zeitraum auslassen. Diese Menge an Fluid kann die maximale Menge an Fluid sein, die von den Hydraulikzylindern 20, 26 verbraucht werden kann, ohne die Verdrängung oder die Eingangsdrehzahl der Pumpe 52 zu ändern. Zur Erhöhung der Strömungsratenkapazität der Pumpe 52 für eine gegebene Eingangsdrehzahl kann es notwendig sein, die Verdrängung der Pumpe 52 zu erhöhen, bis zu einer Position einer maximalen Verdrängung. Auf ähnliche Weise kann es zur Erhöhung der Strömungsratenkapazität der Pumpe 52 für eine gegebene Verdrängung notwendig sein, die Eingangsdrehzahl der Pumpe 52 zu erhöhen. In den meisten Situationen kann jedoch die Eingangsdrehzahl der Pumpe 52 (d. h. die Ausgangsdrehzahl des Antriebs 16) basierend auf Faktoren gesteuert werden, die nicht mit der Pumpe 52 in Zusammenhang stehen, beispielsweise Zieldrehzahlen der Brennkraftmaschine, die mit einer Effizienz der Maschine und/oder Fortbewegungsgeschwindigkeiten der Maschine 10 in Zusammenhang stehen. Demzufolge können die Mittel zum Steuern der Strömungsrate der Pumpe 52 in erster Linie das Einstellen der Verdrängung derselben bis zu der Position maximaler Verdrängung beinhalten, bei der möglicherweise kein zusätzlicher Strom verfügbar ist.
Der Tank 53 kann ein Reservoir bilden, das zum Aufnehmen einer Fluidzufuhr ausgebildet ist. Das Fluid kann beispielsweise ein spezielles Hydrauliköl, ein Motorschmieröl, ein Getriebeschmieröl oder ein anderes bekanntes Fluid enthalten. Ein oder mehrere Hydraulikkreise in der Maschine 10 können Fluid aus dem Tank 53 ansaugen und in den Tank 53 zurückleiten. Es ist ebenfalls vorgesehen, dass das Hydrauliksteuerungssystem 48 mit mehreren separaten Fluidtanks verbunden sein kann, sofern dies gewünscht ist.
Die Steuerung 58 kann ein einziger Mikroprozessor oder mehrere Mikroprozessoren sein, die Komponenten zum Steuern der Ventilanordnungen 54, 56 basierend unter anderem auf einer Eingabe von einem Bediener der Maschine 10, der Drehmomentbegrenzung von dem Antrieb 16, der maximalen Strömungskapazität der Pumpe 52 und/oder einem oder mehreren erfassten Betriebsparametern enthalten. Zahlreiche kommerziell verfügbare Mikroprozessoren können zum Durchführen der Funktionen der Steuerung 58 konfiguriert werden. Es ist offensichtlich, dass die Steuerung 58 ohne weiteres als ein allgemeiner Maschinenmikroprozessor ausgeführt sein könnte, der dazu in der Lage ist, zahlreiche Maschinenfunktionen zu steuern. Die Steuerung 58 kann einen Speicher, eine Sekundärspeichervorrichtung, einen Prozessor und andere Komponenten zum Ausführen einer Anwendung enthalten. Verschiedene andere Schaltungen können der Steuerung 58 zugeordnet sein, beispielsweise eine Leistungsversorgungsschaltung, eine Signalverarbeitungsschaltung, eine Solenoidsteuerschaltung und andere Arten von Schaltungen.
Die Steuerung 58 kann eine Bedienereingabe in Verbindung mit einer gewünschten Bewegung der Maschine 10 mittels einer oder mehrerer Schnittstellenvorrichtungen 98 erhalten, die sich in einer Bedienerstation der Maschine 10 befinden. Die Schnittstellenvorrichtungen 98 können beispielsweise Ein- oder Mehrachsenjoysticks, Hebel oder andere bekannte Schnittstellenvorrichtungen sein, die sich in der Nähe eines Bedienersitzes auf der Maschine (wenn die Maschine 10 direkt durch einen Bediener auf der Maschine gesteuert wird) oder in einer entfernten Station befinden, die sich nicht auf der Maschine 10 befindet. Jede Schnittstellenvorrichtung 98 kann eine Proportionalvorrichtung sein, die in einem Bereich von einer neutralen Position zu einer Position einer maximalen Auslenkung bewegbar ist, so dass ein entsprechendes Auslenkungssignal erzeugt wird, das eine Sollgeschwindigkeit des Arbeitswerkzeugs 14 angibt, die durch die Hydraulikzylinder 20, 26 bewirkt wird, beispielsweise eine gewünschte Hebe- und/oder Kippgeschwindigkeit des Arbeitswerkzeugs 14. Die gewünschten Hebe- und Kippgeschwindigkeitssignale können durch dieselben oder unterschiedliche Schnittstellenvorrichtungen 98 unabhängig voneinander oder simultan erzeugt werden und zur weiteren Verarbeitung an die Steuerung 58 weitergegeben werden.
Ein oder mehrere Kennfelder in Bezug auf die Schnittstellenvorrichtungspositionssignale, die Drehmomentbegrenzung des Antriebs, die maximale Pumpenströmungskapazität, die entsprechenden gewünschten Arbeitswerkzeuggeschwindigkeiten, zugehörige Strömungsraten, Ventilelementpositionen, Systemdrücke und/oder andere Eigenschaften des Hydrauliksteuerungssystems 48 können in dem Speicher der Steuerung 58 gespeichert sein. Jedes dieser Kennfelder kann in Form von Tabellen, Graphen und/oder Gleichungen vorliegen. Bei einem Beispiel können die gewünschte Arbeitswerkzeuggeschwindigkeit und befohlene Strömungsraten die Koordinatenachse einer 2D-Tabelle zum Steuern der kopf- und stangenseitigen Zufuhrventile 80, 82, 88, 90 bilden. Die befohlenen Strömungsraten, die dazu erforderlich sind, die Hydraulikzylinder 20, 26 mit den Sollgeschwindigkeiten zu bewegen, und entsprechende Ventilelementpositionen der geeigneten Ventilanordnungen 54, 56 können in demselben oder einem anderen separaten 2D- oder 3D-Kennfeld vorliegen, je nach Bedarf. Es ist ebenfalls vorgesehen, dass die Sollgeschwindigkeit alternativ direkt in einem einzigen 2D-Kennfeld mit der Ventilelementposition in Beziehung steht. Die Steuerung 58 kann zum Ermöglichen, dass der Bediener diese Kennfelder direkt modifiziert und/oder spezifische Kennfelder aus verfügbaren Beziehungskennfeldern auswählt, die in dem Speicher der Steuerung 58 gespeichert sind, um die Betätigung der Hydraulikzylinder 20, 26 zu beeinflussen, ausgebildet sein. Es ist ebenfalls vorgesehen, dass die Kennfelder basierend auf erfassten oder ermittelten Betriebsarten der Maschine automatisch für eine Verwendung von der Steuerung 58 ausgewählt werden, sofern dies gewünscht ist.
Die Steuerung 58 kann zum Empfangen einer Eingabe von der Schnittstellenvorrichtung 98 und zum Befehlen eines Betriebs der Ventilanordnung 54, 56 ansprechend auf die Eingabe und basierend auf den vorher beschriebenen Beziehungskennfeldern ausgebildet sein. Genauer gesagt kann die Steuerung 58 das Schnittstellenvorrichtungspositionssignal empfangen, das eine gewünschte Arbeitswerkzeuggeschwindigkeit angibt, und auf die ausgewählten und/oder modifizierten Beziehungskennfelder, die in dem Speicher der Steuerung 58 gespeichert sind, Bezug nehmen, um Sollströmungsraten für die geeigneten Zufuhr- und/oder Auslasselemente innerhalb der Ventilanordnungen 54, 56 zu ermitteln. Bei herkömmlichen Hydrauliksystemen würden die Sollströmungsraten dann für die geeigneten Zufuhr- und Auslasselemente vorgegeben, um das Füllen von bestimmten Kammern in den Hydraulikzylindern 20, 26 mit Raten, die den gewünschten Arbeitswerkzeuggeschwindigkeiten entsprechen, zu bewirken. Wie vorher beschrieben, können jedoch Situationen auftreten, in denen die Sollströmungsraten zusammen zu einem Drehmomentverbrauch durch die Pumpe 52 führen könnten, die die von dem Antrieb 16 gelieferte Drehmomentbegrenzung überschreitet, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines Drehzahlabfalls, einer niedrigen Effizienz und sogar von Fehlfunktionen des Antriebs zunimmt. Demzufolge kann die Steuerung 58 wie im Folgenden genauer beschrieben zum selektiven Verringern der Sollströmungsraten ausgebildet sein, bevor den Ventilanordnungen 54, 56 befohlen wird, mit Druck beaufschlagtes Fluid in die Hydraulikzylinder 20, 26 zu dosieren bzw. diesen zuzuführen, wodurch der Drehmomentverbrauch durch die Pumpe 52 begrenzt wird.
Die Steuerung 58 kann zumindest teilweise auf gemessene Strömungsraten und/oder Drücke des in jeden Hydraulikzylinder 20, 26 eintretenden Fluids zurückgreifen, um Unterschiede zwischen einzelnen Maschinen zu berücksichtigen. Die gemessenen Strömungsraten können durch einen oder mehrere Sensoren 102, 103 direkt oder indirekt erfasst werden. Bei der offenbarten Ausführungsform kann jeder der Sensoren 102, 103 ein Magnetaufnahmesensor sein, dem ein (nicht gezeigter) Magnet zugeordnet ist, der in der Kolbenanordnung 36 unterschiedlicher Hydraulikzylinder 20, 26 enthalten ist. Bei dieser Konfiguration können die Sensoren 102, 103 jeweils zum Detektieren einer Ausfahrposition der entsprechenden Hydraulikzylinder 20, 26 durch Überwachen der relativen Position des Magneten, Indizieren von Positionsänderungen im Laufe der Zeit und Erzeugen von entsprechenden Geschwindigkeitssignalen ausgebildet sein. Wenn die Hydraulikzylinder 20, 26 ausfahren und einfahren, können die Sensoren 102, 103 die Geschwindigkeitssignale erzeugen und zur weiteren Verarbeitung an die Steuerung 58 weitergeben. Es ist vorgesehen, dass die Sensoren 102, 103 alternativ andere Arten von Sensoren sein können, beispielsweise magnetostriktive Sensoren, die einem (nicht gezeigten) Wellenleiter in den Hydraulikzylindern 20, 26 zugeordnet sind, Kabelsensoren, die (nicht gezeigten) außen an den Hydraulikzylindern 20, 26 angebrachten Kabeln zugeordnet sind, innen oder außen angebrachte optische Sensoren, Drehsensoren, die einem mittels der Hydraulikzylinder 20, 26 schwenkbaren Gelenk zugeordnet sind, oder andere bekannte Sensoren. Es ist ferner vorgesehen, dass die Sensoren 102, 103 alternativ lediglich zum Erzeugen von Signalen in Verbindung mit den Ausfahr- und Einfahrpositionen der Hydraulikzylinder 20, 26 ausgebildet sein können, wobei die Steuerung 58 dann den Zeitverlauf der Positionssignale aufzeichnet und somit die Geschwindigkeiten der Hydraulikzylinder 20, 26 basierend auf den Positionssignalen von den Sensoren 102, 103 bestimmt. Anhand der von den Sensoren 102, 103 gelieferten Geschwindigkeitsinformationen und basierend auf einer bekannten Geometrie und/oder einer bekannten Kinematik der Hydraulikzylinder 20, 26 (z. B. Strömungsquerschnitte) kann die Steuerung 58 zum Berechnen der Strömungsraten von in die Hydraulikzylinder 20, 26 eintretendem Fluid ausgebildet sein. Das heißt, die Strömungsrate von Fluid, das in einen bestimmten Zylinder eintritt, kann von der Steuerung 58 als eine Funktion der Geschwindigkeit dieses Zylinders und seines Strömungsquerschnitts berechnet werden.
Der Druck des Hydrauliksteuerungssystems 48 kann mittels eines Drucksensors 105 direkt oder indirekt gemessen werden. Der Drucksensor 105 kann ein beliebiger Sensor sein, der zum Erzeugen eines Signals ausgebildet ist, das einen Druck des Hydrauliksteuerungssystems 48 angibt. Beispielsweise kann der Drucksensor 105 ein Dehnungsmesssensor, ein kapazitiver Sensor oder ein Piezokompressionssensor sein, der zum Erzeugen eines Signals ausgebildet ist, das proportional zu einer Kompression eines zugehörigen Sensorelements durch mit dem Sensorelement in Verbindung stehendes Fluid ausgebildet ist. Von dem Drucksensor 105 erzeugte Signale können zur weiteren Verarbeitung an die Steuerung 58 weitergegeben werden.
3 zeigt einen beispielhaften Pumpendrehmomentbegrenzungsbetrieb, der von der Steuerung 58 durchgeführt wird. 3 wird zur weiteren Veranschaulichung der offenbarten Konzepte im Folgenden genauer erörtert.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Das offenbarte Hydrauliksteuerungssystem kann auf eine beliebige Maschine angewandt werden, die mehrere Fluidaktoren enthält und bei der eine Maschinenleistung und eine Aktorsteuerbarkeit eine Rolle spielen. Das offenbarte Hydrauliksteuerungssystem kann eine Maschinenleistung durch Verringern der Wahrscheinlichkeit und/oder der Auswirkungen einer Überlastung eines Antriebs mittels Pumpendrehmomentbegrenzungen verbessern. Eine Aktorsteuerbarkeit kann durch Implementieren der Pumpendrehmomentbegrenzungsoperationen auf eine verteilte und proportionale Weise hinsichtlich eines Fluidstroms durch jeden der Aktoren und durch Berücksichtigen einer Pumpenkapazität, eines Blockierens bzw. Stalls eines Aktors, einer Strömungskorrektur und einer Schwerkraftunterstützung verbessert werden. Betriebsabläufe des Hydrauliksteuerungssystems 48 werden im Folgenden erläutert.
Während eines Betriebs der Maschine 10 kann ein Maschinenbediener die Schnittstellenvorrichtung 98 zum Anfordern entsprechender Bewegungen des Arbeitswerkzeugs 14 betätigen. Die Auslenkungspositionen der Schnittstellenvorrichtung 98 können mit von dem Bediener gewünschten Geschwindigkeiten des Arbeitswerkzeugs 14 in Beziehung stehen. Die Schnittstellenvorrichtung 98 kann Positionssignale erzeugen, die die von dem Bediener gewünschten Geschwindigkeiten des Arbeitswerkzeugs 14 während einer Betätigung angeben, und diese Positionssignale zur weiteren Verarbeitung an die Steuerung 58 weitergeben.
Die Steuerung 58 kann die Bedienerschnittstellenvorrichtungspositionssignale, die die Sollgeschwindigkeiten angeben, empfangen (Schritt 300) und auf die in dem Speicher gespeicherten Kennfelder Bezug nehmen, um die entsprechenden Sollströmungsraten zu ermitteln (Schritt 302), die bewirken sollten, dass sich die Hydraulikzylinder 20, 26 mit den Sollgeschwindigkeiten bewegen. Die Steuerung 58 kann dann alle Sollströmungsraten für jeden der Hydraulikzylinder 20, 26 aufsummieren (Schritt 304).
Etwa zur gleichen Zeit, zu der die Schritte 300–304 durchgeführt werden, kann die Steuerung 58 ebenfalls eine maximale Pumpenströmungsratenkapazität ermitteln (Schritt 305), die die aktuellen Betriebsbedingungen berücksichtigt. Die Steuerung 58 kann die maximale Pumpenströmungsratenkapazität durch Bezugnahme auf eine aktuelle Pumpeneingangsdrehzahl (d. h. eine aktuelle Ausgangsdrehzahl des Antriebs 16) in Verbindung mit einer in dem Speicher gespeicherten Beziehung ermitteln, um eine maximale Verdrängungsposition für die Pumpe 52 bei der vorgegebenen Drehzahl zu ermitteln. Die Steuerung kann dann die entsprechende Strömungsrate als Funktion der Eingangsdrehzahl und der maximalen Verdrängungsposition berechnen und bei einigen Ausführungsformen die Strömungsrate basierend auf bekannten Verlusten, Überdrehzahleinstellpunkten und/oder nicht gesteuerten anderen Lasten, die einen Strom von der Pumpe 52 verbrauchen, modifizieren. Bei einigen Ausführungsformen kann die Steuerung 58 ebenfalls einen Korrekturfaktor auf die maximale Strömungskapazität der Pumpe 52 anwenden, der Variationen zwischen unterschiedlichen Pumpen berücksichtigt (Schritt 306). Eine Bestimmung des Korrekturfaktors wird im Folgenden genauer beschrieben.
Die Steuerung 58 kann die maximale Pumpenströmungskapazität und die Summe der Sollströmungsraten, die vorher beschrieben wurden, dazu verwenden, einen Strombegrenzungsskalierungsfaktor zu bestimmen (Schritt 308), der dazu beitragen kann, sicherzustellen, dass die Sollströme nicht die maximale Kapazität der Pumpe 52 überschreiten. Insbesondere kann der Strombegrenzungsskalierungsfaktor als ein Verhältnis der maximalen Pumpenströmungskapazität und der Summe der Sollströmungsraten bestimmt werden. Bei der offenbarten Ausführungsform kann dieses Verhältnis auf einen Bereich zwischen 0 und 1 begrenzt sein. Nach einer Bestimmung des Strombegrenzungsskalierungsfaktors kann die Steuerung 58 den Faktor während einer ersten Verringerung der Sollströmungsraten anwenden. Das heißt, die Steuerung 58 kann den Strombegrenzungsskalierungsfaktor mit der Sollströmungsrate für jeden der Hydraulikzylinder 20, 26 multiplizieren (Schritt 310). Die Steuerung 58 kann dann die Sollströmungsraten aufsummieren, nachdem die erste Verringerung vorgenommen wurde (Schritt 312).
Etwa zur selben Zeit, zu der die Schritte 300–312 durchgeführt werden, kann die Steuerung 58 ferner eine Drehmomentbegrenzung für die Pumpe 52 von dem Antrieb 16 erhalten (Schritt 314) und eine entsprechende Drehmomentströmungsbegrenzung ermitteln (Schritt 316). Die Drehmomentströmungsbegrenzung kann als eine Funktion eines aktuellen Drucksignals, das von dem Drucksensor 105 geliefert wird, und der von dem Antrieb 16 gelieferten Drehmomentbegrenzung bestimmt werden. Beispielsweise kann die Drehmomentbegrenzung durch den aktuellen Druck geteilt werden, um eine aktuelle Drehmomentströmungsbegrenzung zu bestimmen. Ähnlich wie vorher für den Schritt 306 beschrieben, kann die in dem Schritt 316 bestimmte Drehmomentströmungsbegrenzung unter Verwendung desselben oder eines anderen Korrekturfaktors korrigiert werden, der Variationen zwischen unterschiedlichen Pumpen berücksichtigt (Schritt 318). Wie ebenfalls vorher beschrieben, wird die Bestimmung des Korrekturfaktors im Folgenden näher erläutert.
Die Steuerung 58 kann die in den Schritten 316, 318 bestimmte Drehmomentströmungsbegrenzung und die Summe der skalierten Sollströmungsraten, die in dem Schritt 312 bestimmt wurden, dazu verwenden, einen Drehmomentbegrenzungsskalierungsfaktor zu bestimmen, der dazu beitragen kann, sicherzustellen, dass die Sollströmungsraten die von dem Antrieb 16 eingestellte Drehmomentbegrenzung nicht überschreiten. Insbesondere kann der Drehmomentbegrenzungsskalierungsfaktor als Verhältnis des korrigierten Drehmomentbegrenzungsstroms und der Summe der skalierten Sollströmungsraten bestimmt werden. Nach einer Bestimmung des Drehmomentbegrenzungsskalierungsfaktors kann die Steuerung 58 den Faktor während einer zweiten Verringerung der Sollströmungsraten anwenden (Schritt 328) und dann die resultierenden Strömungsraten den entsprechenden Ventilanordnungen 54, 56 zuweisen (Schritt 326).
In einigen Situationen kann die Steuerung 58 zum Berücksichtigen der von dem Bediener in Schritt 300 angeforderten Bewegungsrichtung während der Zuweisung der skalierten Sollströmungsraten ausgebildet sein. Genauer gesagt kann die Steuerung 58 zum Bestimmen, ob die angeforderte Bewegung des Arbeitswerkzeugs 14 allgemein mit der Schwerkraft ausgerichtet ist (d. h., wenn die angeforderte Strömungsrichtung bewirkt, dass sich der entsprechende Hydraulikzylinder 20, 26 mit Unterstützung der Schwerkraft oder gegen diese bewegt), oder wann eine Regenerierung eines der Hydraulikzylinder 20, 26 auftritt, ausgebildet sein (Schritt 322) und entsprechend der Bestimmung unterschiedlich reagieren. Wenn die angeforderte Bewegung gegen die Schwerkraft gerichtet ist (z. B. wenn das Arbeitswerkzeug 14 angehoben oder nach oben gekippt wird) und keine Regenerierung auftritt, kann die Steuerung wie vorher beschrieben mit Schritt 322 fortfahren. Wenn jedoch die angeforderte Bewegung mit der Schwerkraft ausgerichtet ist (z. B. wenn das Arbeitswerkzeug 14 abgesenkt oder nach unten gekippt wird) oder wenn eine Regenerierung auftritt, kann die Steuerung 58 zum Aufrechterhalten der während des Schritts 310 ermittelten skalierten Sollströmungsraten ohne Änderung ausgebildet sein (Schritt 324) (d. h., das Drehmomentbegrenzungsskalierungsverhältnis braucht nicht angewandt zu werden). Auf diese Weise kann vermieden werden, dass die Wirkungen der Schwerkraft oder einer Regenerierung bewirken, dass sich ein Zylinder schneller bewegt, als mit der befohlenen Fluidströmungsrate möglich ist, und die Integrität der Korrekturströmungsrate kann gewährleistet werden, so dass eine Stabilität des Hydrauliksteuerungssystems 48 geliefert wird.
Die Steuerung 58 kann ferner bei einigen Ausführungsformen dazu ausgebildet sein, zu bestimmen, ob ein Teil der Aktoren in dem Hydrauliksteuerungssystem 48 (d. h. einer oder mehrere der Hydraulikzylinder 20, 26) blockiert (Schritt 330), und entsprechend reagieren. Bei der offenbarten Ausführungsform kann die Steuerung 58 basierend unter anderem auf den Signalen von den Geschwindigkeitssensoren 102, 103 und dem Drucksensor 105 bestimmen, dass ein Teil der Aktoren des Hydrauliksteuerungssystems 48 blockiert. Wenn beispielsweise eine Geschwindigkeit eines der Hydraulikzylinder 20, 26, die durch den Geschwindigkeitssensor 102 oder 103 ermittelt wird, erheblich niedriger als erwartet ist (z. B. annähernd oder vollständig gestoppt), der Druck des Hydrauliksteuerungssystems, der von dem Drucksensor 105 ermittelt wird, hoch ist (z. B. größer als etwa 90% eines maximalen Systemdrucks) und die Sollströmungsrate für den entsprechenden Zylinder größer als ein Minimalschwellenniveau ist, kann die Steuerung 58 davon ausgehen, dass der Zylinder blockiert ist. Es ist vorgesehen, dass zusätzlich oder alternativ andere Verfahren zur Detektion verwendet werden können, sofern dies gewünscht ist.
Wenn die Steuerung 58 ermittelt, dass ein Teil der Aktoren blockiert ist, kann die Steuerung 58 daraus schließen, dass die tatsächliche Strömungsrate von mit Druck beaufschlagtem Fluid in diesen Aktor annähernd oder gleich Null ist. In dieser Situation könnte die Fluidströmungsrate, die vorher in dem Schritt 326 für den blockierten Teil der Aktoren festgelegt wurde, von den anderen, nicht blockierten Aktoren verwendet werden. Demzufolge kann die Steuerung 58 die ursprünglich den blockierten Aktoren zugewiesenen Fluidströmungsraten aufsummieren (nun als Additionsrückstrom bezeichnet), diese Summe zu einer Summe der zugewiesenen Strömungsraten addieren, die ursprünglich für die nicht blockierten Aktoren vorgesehen waren, und die Summe lediglich den nicht blockierten Aktoren zuweisen (Schritt 322). Bei einigen Ausführungsformen kann es notwendig sein, die neu zugewiesenen Strömungsraten auf die ursprünglich gewünschten Strömungsraten, die wie vorher beschrieben in dem Schritt 302 ermittelt wurden, zu begrenzen.
Die neu zugewiesenen Strömungsraten und die Strömungsraten des blockierten Teils der Aktoren (d. h. die niedrigen oder die verschwindenden Strömungsraten) können von der Steuerung 58 einem Systemantwortmodell zugeführt werden, um die in den vorher beschriebenen Schritten 306 und 318 verwendeten Korrekturfaktoren zu bestimmen (Schritt 334). Bei der offenbarten Ausführungsform können die Korrekturfaktoren für eine Ventilanordnung und/oder eine Pumpe spezifisch sein und zum Erhöhen oder Verringern durch Verbinden und/oder Skalieren der Sollströmungsraten für jede Anordnung und/oder der maximalen Strömungsratenkapazität der Pumpe 52 verwendet werden. Das Systemantwortmodell kann zum Abschätzen, wie das Hydrauliksteuerungssystem 48 auf einen bestimmten Ventilanordnungsbefehl zum Dosieren einer Sollfluidströmungsrate in einen entsprechenden Zylinder antworten wird, verwendet werden. Bei der offenbarten Ausführungsform kann das Systemantwortmodell aus drei unterschiedlichen Teilen bestehen, einschließlich eines Pumpenantwortteils, eines Zylinderantwortteils und eines Ventilverhaltensteils. Es ist jedoch vorgesehen, dass das Systemantwortmodell je nach Bedarf zusätzliche und/oder unterschiedliche Teile enthalten könnte. Jeder Teil des Systemantwortmodells kann eine oder mehrere Gleichungen, Algorithmen, Kennfelder und/oder Unterprogramme enthalten, die dazu dienen, die physikalische Antwort und/oder das Verhalten des spezifizierten Teils des Hydrauliksteuerungssystems 48 vorherzusagen. Jede der Gleichungen, jeder der Algorithmen, jedes der Kennfelder und/oder jedes der Unterprogramme kann während einer Fertigung der Maschine 10 entwickelt werden und in regelmäßigen Abständen aktualisiert und/oder basierend auf tatsächlichen Betriebsbedingungen der einzelnen Maschinen 10 individuell angepasst werden. Die geschätzte Ausgabe des Systemantwortmodells kann mit tatsächlich gemessenen Bedingungen verglichen werden, beispielsweise tatsächlichen Geschwindigkeiten, Drücken, Strömungsraten, etc., und der Korrekturfaktor kann als Funktion des Vergleichs berechnet werden.
Nach Abschluss des Schritts 332 kann die Steuerung 58 dazu ausgebildet sein, sicherzustellen, dass die gesamte überschüssige Drehmomentströmungsbegrenzung, die dem Antrieb 16 zugeordnet ist, vollständig von der Pumpe 52 verbraucht wird und die Ventilanordnungen 54, 46 so angesteuert werden, dass die Hydraulikzylinder 20, 26 möglichst effizient arbeiten. Insbesondere kann die Steuerung 58 zum Vergleichen der korrigierten Drehmomentströmungsbegrenzung, die in dem Schritt 318 bestimmt wurde, mit einer Summe der neu zugewiesenen Strömungsraten (d. h. der Summe der zugewiesenen Strömungsraten plus möglicher Additionsrückströmungsraten lediglich für die nicht blockierten Aktoren), die in dem Schritt 332 bestimmt wurden, und Bestimmen, ob der Unterschied größer als Null ist, ausgebildet sein (Schritt 336). Wenn keine überschüssige Drehmomentströmungsbegrenzung vorliegt (Schritt 336: Nein), dann können die in dem Schritt 332 neu zugewiesenen Strömungsraten an die geeigneten Ventilanordnungen 54, 56 weitergegeben werden (Schritt 340). Wenn andererseits (Schritt 336: Ja) in Schritt 336 ein Unterschied ungleich Null ermittelt wird, kann dieser durch die Steuerung 58 proportional auf die nicht blockierten Aktoren aufgeteilt werden, so lange die erhöhten Strömungsraten nicht die ursprünglichen Sollströmungsraten überschreiten (Schritt 338). Nach dieser Neuaufteilung der Differenz können die erhöhten Strömungsraten den geeigneten Ventilanordnungen 54, 56 zugewiesen werden (Schritt 340). Dadurch, dass die gesamte Drehmomentströmungsbegrenzung vollständig verwendet wird, kann eine Effizienz des Hydrauliksteuerungssystems 48 verbessert werden.
Das offenbarte Hydrauliksteuerungssystem 48 kann dazu beitragen, eine Maschinenleistung durch Verringern der Wahrscheinlichkeit und/oder der Auswirkungen einer Überlastung des Antriebs mittels Pumpendrehmomentbegrenzungsoperationen zu verbessern. Genauer gesagt kann das Hydrauliksteuerungssystem 48 zum Ermitteln von Strömungs- und Drehmomentbegrenzungen der Pumpe 52 und Skalieren von durch einen Bediener angeforderten Strömungsraten basierend auf diesen Begrenzungen auf eine Weise, die dazu beiträgt, sicherzustellen, dass die Begrenzungen nicht überschritten werden, ausgebildet sein. Auf diese Weise kann die Leistung des Antriebs 16 verbessert werden, zusammen mit der Gesamtleistung der Maschine 10.
Für Fachleute ist offensichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an dem offenbarten Hydrauliksteuerungssystem vorgenommen werden können. Andere Ausführungsformen werden für Fachleute unter Berücksichtigung der Beschreibung und bei einer Anwendung des offenbarten Hydrauliksteuerungssystems offensichtlich werden. Die Beschreibung und die Beispiele sollen lediglich exemplarisch sein, wobei der Schutzbereich durch die folgenden Ansprüche und deren Äquivalente angegeben wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

Us 2012/0154403 [0003]
US 2012/0154403 [0003, 0003, 0004, 0004]

Claims

Hydrauliksteuerungssystem (48) mit: einer Pumpe (52), die zum Beaufschlagen von Fluid mit Druck ausgebildet ist; mehreren Aktoren (20, 26), die zum Empfangen des mit Druck beaufschlagten Fluids ausgebildet sind; mehreren Ventilanordnungen (54, 56), die zum Dosieren von mit Druck beaufschlagtem Fluid von der Pumpe in die mehreren Aktoren ausgebildet sind; mindestens einer Bedienereingabevorrichtung (98), die zum Erzeugen von Signalen, die Sollgeschwindigkeiten der mehreren Aktoren angeben, ausgebildet ist; und einer Steuerung (58), die mit den mehreren Ventilen und der mindestens einen Bedienereingabevorrichtung in Verbindung steht und ausgebildet ist zum: Empfangen einer Pumpendrehmomentbegrenzung; Ermitteln einer maximalen Pumpenströmungskapazität; Ermitteln von Sollströmungsraten für jede der mehreren Ventilanordnungen basierend auf den Signalen von der mindestens einen Bedienereingabevorrichtung; Vornehmen einer ersten Verringerung der Sollströmungsraten basierend auf der maximalen Pumpenströmungskapazität; Vornehmen einer zweiten Verringerung der Sollströmungsraten basierend auf der Pumpendrehmomentbegrenzung; und Befehlen, dass die mehreren Ventilanordnungen die Sollströmungsraten nach der zweiten Verringerung dosieren.
Hydrauliksteuerungssystem nach Anspruch 1, bei dem: die Steuerung ferner dazu ausgebildet ist, basierend auf der Pumpendrehmomentbegrenzung eine Pumpenbegrenzungsströmungsrate zu ermitteln und die Pumpenbegrenzungsströmungsrate basierend auf einem Modell einer Pumpenantwortverzögerung zu korrigieren; und die zweite Verringerung auf der Pumpenbegrenzungsströmungsrate nach einer Korrektur basiert.
Hydrauliksteuerungssystem nach Anspruch 2, bei dem die zweite Verringerung auf einem Verhältnis der Pumpenbegrenzungsströmungsrate nach einer Korrektur zu einer Summe der Sollströmungsraten nach der ersten Verringerung basiert.
Hydrauliksteuerungssystem nach Anspruch 2, bei dem die Steuerung ferner ausgebildet ist zum: Vornehmen einer Bestimmung, dass ein Teil der mehreren Aktoren blockiert ist; und neu Zuweisen der Sollfluidströmungsraten für den Teil der Aktoren zu den verbleibenden der mehreren Aktoren basierend auf der Bestimmung.
Hydrauliksteuerungssystem nach Anspruch 4, bei dem die Steuerung zum Vornehmen der Bestimmung basierend auf einer Geschwindigkeit und einem Druck des Teils der Aktoren ausgebildet ist.
Hydrauliksteuerungssystem nach Anspruch 4, bei dem die Steuerung ferner zum Begrenzen der neu zugewiesenen Sollfluidströmungsraten auf die Sollströmungsraten nach der ersten Verringerung und vor der zweiten Verringerung ausgebildet ist.
Hydrauliksteuerungssystem nach Anspruch 4, bei dem die Steuerung ferner ausgebildet ist zum: Berechnen einer Differenz zwischen der Pumpenbegrenzungsströmungsrate nach einer Korrektur und den neu zugewiesenen Sollströmungsraten; und proportional Aufteilen der Differenz auf alle nicht blockierten Aktoren.
Hydrauliksteuerungssystem nach Anspruch 1, bei dem: die Steuerung ferner dazu ausgebildet ist, zu bestimmen, ob die mehreren Aktoren von der Schwerkraft unterstützt werden oder regenerierte Ströme von mit Druck beaufschlagtem Fluid erhalten; und die Steuerung dazu ausgebildet ist, die zweite Verringerung lediglich dann vorzunehmen, wenn die mehreren Aktoren nicht von der Schwerkraft unterstützt werden oder regenerierte Ströme von mit Druck beaufschlagtem Fluid erhalten.
Verfahren zum Betreiben einer Maschine (10), mit: Beaufschlagen von Fluid mit Druck; Empfangen einer mit der Beaufschlagung mit Druck verbundenen Drehmomentbegrenzung; Ermitteln einer mit der Beaufschlagung mit Druck verbundenen maximalen Strömungsratenkapazität; Empfangen einer Bedienereingabe, die Sollgeschwindigkeiten für mehrere Hydraulikaktoren angibt; Ermitteln von Sollströmungsraten von Fluid für jeden der mehreren Hydraulikaktoren (20, 26) basierend auf den Sollgeschwindigkeiten; Vornehmen einer ersten Verringerung der Sollströmungsraten basierend auf der maximalen Strömungsratenkapazität; Vornehmen einer zweiten Verringerung der Sollströmungsraten basierend auf der Drehmomentbegrenzung; und Dosieren des mit Druck beaufschlagten Fluids in die mehreren Hydraulikaktoren nach der zweiten Verringerung.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner beinhaltend: Ermitteln einer Pumpenbegrenzungsströmungsrate basierend auf der Pumpendrehmomentbegrenzung; und Korrigieren der Pumpenbegrenzungsströmungsrate basierend auf einem Pumpenantwortmodell, wobei die zweite Verringerung auf der Pumpenbegrenzungsströmungsrate nach einer Korrektur basiert.