DE112012001450T5 - Hydrauliksystem für hydraulische Arbeitsmaschine - Google Patents

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Abstract

Es ein Hydrauliksystems für eine hydraulische Arbeitsmaschine geschaffen, dawirds die Wirkungen eines verschlechterten Ansprechens auf die Geschwindigkeitssteuerung eines Aktuators minimieren kann und eine gute Steuerbarkeit ähnlich der, die von einem Durchflusssteuerventil vom Schiebertyp verfügbar ist, sicherstellen kann. Offenbart wird ein Hydrauliksystem für einen Hydraulikbagger. Das Hydrauliksystem gibt Drehleistung von einem Drehleistungserzeugungsmittel (11) in eine Hydraulikpumpe (12) ein, um Hydraulikleistung zu erzeugen, und betreibt durch die Hydraulikleistung einen Aktuator (14). Eine Hydraulikölentleerungsleitung (20) von dem Aktuator (14) ist in eine Durchflusssteuerleitung (21) als eine Leitung, die mit einem Schieber eines Durchflusssteuerventils (19), der durch Bedienung eines Hebels gesteuert werden kann, verbunden ist, und in eine Leistungsrückgewinnungsleitung (22) als eine Leitung, die mit einem Verstellmotor (23) verbunden ist, um Hydraulikleistung von abgelassenem Hydrauliköl in wiederverwendbare Energie umzuwandeln, verzweigt. Außerdem ist ein Rückgewinnungsverhältnis-Steuermittel zum Steuern des Verstellmotors (23) durch die Bedienung des Hebels in der Weise steuerbar, dass ein Durchfluss der Leistungsrückgewinnungsleitung (22) in Bezug zu einem in der Durchflusssteuerleitung (21) aufgetretenen Durchfluss einem im Voraus festgelegten Verhältnis α genügt.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Diese Erfindung bezieht sich auf ein Hydrauliksystem für eine Arbeitsmaschine wie etwa einen Hydraulikbagger. Das Hydrauliksystem ist mit einer Funktion zum Zurückgewinnen überschüssiger Energie in einem Hydraulikkreis als Leistung ausgestattet.
  • Stand der Technik
  • Um die Effizienz von Hydrauliksystemen für hydraulische Arbeitsmaschinen zu verbessern, werden Leistungsrückgewinnungstechnologien verwendet. Unter Verwendung des im Patentdokument 1 offenbarten Hydraulikbaggers als Beispiel wird eine Beschreibung solcher Hydrauliksysteme für hydraulische Arbeitsmaschinen gegeben.
  • Der Hydraulikbagger im Patentdokument 1 weist eine Konfiguration auf, bei der zwei durch einen Elektromotor angetriebene Hydraulikpumpenmotoren jeweils mit zwei Anschlüssen eines doppeltwirkenden Hydraulikzylinders verbunden sind. Der doppeltwirkende Hydraulikzylinder ist von einem Typ mit einer Stange, wobei die Druckaufnahmefläche seines Kolbens zwischen einer Ausfahrseite und einer Einfahrseite verschieden ist. Somit sind die Verdrängungen der zwei Hydraulikpumpenmotoren in einem den Druckaufnahmeflächen des Kolbens entsprechendem Verhältnis eingestellt. Um die Geschwindigkeit und die Richtung des Hydraulikzylinders zu steuern, arbeitet eine Steuereinheit auf der Grundlage eines Bedienungshubs eines Steuerhebels, um die Drehzahl und die Drehrichtung des Elektromotors, der die Hydraulikpumpenmotoren antreibt, zu steuern.
  • Ferner ist parallel zu einer Leitung, die eine Unterseite des Hydraulikzylinders und seinen entsprechenden Hydraulikpumpenmotor miteinander verbindet, eine Leitung angeordnet, die durch ein durch die Steuereinheit steuerbares Durchflusssteuerventil vom Schiebertyp geht. Das Durchflusssteuerventil wird so gesteuert, dass es ermöglicht, dass Hydrauliköl, das von dem Hydraulikzylinder abgelassen wurde, in einem Feinsteuerbereich, in dem der Bedienungshub des Steuerhebels kleiner als ein vorgegebener Wert ist, durch das Durchflusssteuerventil geht, wird aber so gesteuert, dass es ermöglicht, dass das Hydrauliköl, das von dem Hydraulikzylinder abgelassen worden ist, direkt in den entsprechenden Hydraulikpumpenmotor strömt, ohne durch das Durchflusssteuerventil zu gehen, wenn der Bedienungshub des Steuerhebels den vorgegebenen Wert übersteigt. Wegen der wie oben beschriebenen Konfiguration stellt das Durchflusssteuerventil in dem Feinsteuerbereich eine gute Geschwindigkeitssteuerleistung für den Hydraulikzylinder sicher und stellt die Direktverbindung mit dem Hydraulikpumpenmotor eine gute Leistungsrückgewinnungseffizienz sicher, wenn der Bedienungshub des Steuerhebels den Feinsteuerbereich übersteigt.
  • Dokument des Standes der Technik
  • Patentdokument
    • Patentdokument 1: JP-A-2002-349505
  • Offenbarung der Erfindung
  • Durch die Erfindung zu lösendes Problem
  • Bei der im Patentdokument 1 offenbarten obenerwähnten herkömmlichen Technologie wird die Geschwindigkeit des Hydraulikzylinders allein unter Bezug auf die Drehzahlsteuerung des Hydraulikpumpenmotors gesteuert. Somit ist die herkömmliche Technologie von einem Problem dahingehend begleitet, dass dann, wenn der Bedienungshub des Steuerhebels den Feinsteuerbereich übersteigt, kaum eine Reaktion auf die Bedienung des Hebels sichergestellt ist, obwohl eine gute Rückgewinnungseffizienz sichergestellt sein kann.
  • Angesichts der obenerwähnten tatsächlichen Situation der herkömmlichen Technologie hat die vorliegende Erfindung eine Aufgabe, ein Hydrauliksystem für eine hydraulische Arbeitsmaschine zu schaffen, das die Wirkungen eines verschlechterten Ansprechens auf die Geschwindigkeitssteuerung eines Aktuators minimieren kann und eine gute Steuerbarkeit ähnlich der von einem Durchflusssteuerventil vom Schiebertyp verfügbaren sicherstellen kann.
  • Mittel zur Lösung des Problems
  • Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein Hydrauliksystem für eine hydraulische Arbeitsmaschine, wobei das Hydrauliksystem Drehleistung von einem Drehleistungserzeugungsmittel in eine Hydraulikpumpe eingeben kann, um Hydraulikleistung zu erzeugen und durch die Hydraulikleistung einen Aktuator zu betreiben, wobei eine Hydraulikölentleerungsleitung von dem Aktuator in eine Durchflusssteuerleitung als eine Leitung, die mit einem Durchflusssteuerschieber, der durch Bedienung eines Hebels gesteuert werden kann, verbunden ist, und in eine Leistungsrückgewinnungsleitung als eine Leitung, die mit einem Leistungsrückgewinnungsmittel zum Umwandeln von Hydraulikleistung des abgelassenen Hydrauliköls in wiederverwendbare Energie verbunden ist, verzweigt ist und das Hydrauliksystem mit einem Rückgewinnungsverhältnis-Steuermittel zum Steuern des Leistungsrückgewinnungsmittels in der Weise, dass ein Durchfluss der Leistungsrückgewinnungsleitung in Bezug auf einen Durchfluss, der durch die Bedienung des Hebels in der Durchflusssteuerleitung aufgetreten ist, einem im Voraus festgelegten festen Verhältnis genügt, versehen ist.
  • In Übereinstimmung mit der wie oben beschrieben konfigurierten vorliegenden Erfindung tritt dadurch, dass der Durchfluss der Durchflusssteuerleitung und derjenige der Leistungsrückgewinnungsleitung mit einem festen Verhältnis gesteuert werden, in der Durchflusssteuerleitung ein Durchfluss definitiv auf, wenn der Aktuator in Betrieb ist. Wenn der Durchfluss der Durchflusssteuerleitung durch Bedienen des Hebels und Einstellen des Durchflusssteuerventils vom Schiebertyp geändert wird, beeinflusst die Änderung des Durchflusses somit die Geschwindigkeit des Aktuators definitiv, so dass das gute Ansprechen des Durchflusssteuerventils vom Schiebertyp widerspiegelt wird. Da das Verhältnis des Durchflusses der Leistungsrückgewinnungsleitung zu dem der Durchflusssteuerleitung immer konstant ist, bleibt außerdem der Betrag einer Änderung des Durchflusses des Aktuators in Bezug auf den Betrag einer Änderung des Durchflusses der Durchflusssteuerleitung durch Bedienung des Hebels immer konstant, bleibt der Betrag einer Änderung der Geschwindigkeit des Aktuators in Bezug zu einem Bedienungshub des Hebels konstant und kann dementsprechend eine gute Steuerleistung erhalten werden.
  • In der oben beschriebenen Erfindung kann es bevorzugt sein, dass das Leistungsrückgewinnungsmittel ein Verstellmotor ist und dass das Rückgewinnungsverhältnis-Steuermittel eine Steuereinheit zum Berechnen einer Sollverdrängung für den Verstellmotor aus einem durch die Bedienung des Hebels erzeugten Betriebspilotdruck, aus einem Druck in der Hydraulikölentleerungsleitung von dem Aktuator und aus einer Drehzahl des Verstellmotors in der Weise, dass der Durchfluss der Leistungsrückgewinnungsleitung in Bezug auf den Durchfluss der Durchflusssteuerleitung dem festen Verhältnis genügt, und ein Motorverdrängungs-Steuermittel zum Steuern einer Verdrängung des Verstellmotors durch einen elektrischen Befehl von der Steuereinheit umfasst.
  • In Übereinstimmung mit der wie oben beschrieben konfigurierten vorliegenden Erfindung wird der Durchfluss der Durchflusssteuerleitung aus einem Pilotdruck, der durch Bedienung des Hebels aufgetreten ist, und aus einem Druck in der Hydraulikölentleerungsleitung von dem Aktuator geschätzt, wobei der Durchfluss der Leistungsrückgewinnungsleitung unter Verwendung eines durch Multiplizieren des Durchflusses mit dem vorgegebenen Verhältnis erhaltenen Durchflusses als ein Ziel der Vorwärtsregelung ausgesetzt wird. Somit ist es möglich, das Ansprechen der Durchflusssteuerung der Leistungsrückgewinnungsleitung weiter zu verbessern.
  • In der oben beschriebenen Erfindung kann es außerdem bevorzugt sein, dass das Leistungsrückgewinnungsmittel ein Verstellmotor ist und dass das Rückgewinnungsverhältnis-Steuermittel ein erstes Druckdetektierungsmittel, das in der Durchflusssteuerleitung angeordnet ist, ein zweites Druckdetektierungsmittel, das in der Leistungsrückgewinnungsleitung angeordnet ist, und ein Motorverdrängungs-Steuermittel zum Verringern einer Verdrängung des Verstellmotors, wenn ein Druck des ersten Druckdetektierungsmittels höher als ein Druck des zweiten Druckdetektierungsmittels ist, zum Erhöhen der Verdrängung des Verstellmotors, wenn der Druck des ersten Druckdetektierungsmittels niedriger als der Druck des zweiten Druckdetektierungsmittels ist, oder zum Festsetzen der Verdrängung des Verstellmotors, wenn der Druck des ersten Druckdetektierungsmittels und der Druck des zweiten Druckdetektierungsmittels dieselben sind, umfasst.
  • In Übereinstimmung mit der wie oben beschrieben konfigurierten vorliegenden Erfindung wird die Durchflusssteuerung der Leistungsrückgewinnungsleitung nur unter Verwendung von Druckinformationen ausgeführt, deren Detektierung verhältnismäßig leicht ist, so dass eine einfache Systemkonfiguration genutzt werden kann.
  • In der oben beschriebenen Erfindung kann es außerdem bevorzugt sein, dass das erste Druckdetektierungsmittel eine erste Druckdetektierungsleitung, die von der Durchflusssteuerleitung abzweigt, umfasst, dass das zweite Druckdetektierungsmittel eine zweite Druckdetektierungsleitung, die von der Leistungsrückgewinnungsleitung abzweigt, umfasst, dass das Motorverdrängungs-Steuermittel einen Motorverdrängungs-Steuerschieber und einen Motorverdrängungs-Steuerzylinder umfasst und dass die erste Druckdetektierungsleitung und die zweite Druckdetektierungsleitung einander gegenüberliegend mit Druckaufnahmeteilen, die dieselbe Fläche aufweisen und an gegenüberliegenden Enden des Motorverdrängungs-Steuerschiebers angeordnet sind, verbunden sind, wobei sich der Motorverdrängungs-Steuerschieber durch eine Druckrelation zwischen der ersten Druckdetektierungsleitung und der zweiten Druckdetektierungsleitung und durch die Bewegung des Motorverdrängungs-Steuerschiebers bewegt, wobei die Zufuhr/Ablass-Einstellung von Hydrauliköl zu/von dem Motorverdrängungs-Streuerschieber geschaltet wird, um die Verdrängung des Verstellmotors zu steuern.
  • In Übereinstimmung mit der wie oben beschrieben konfigurierten vorliegenden Erfindung kann die Durchflusssteuerung der Leistungsrückgewinnungsleitung allein durch Hydraulik ausgeführt werden. Somit kann in einer Umgebung mit starker Funkrauschen im Vergleich zur Verwendung einer elektronischen Steuerung eine stabile Steuerung verwirklicht werden.
  • In der oben beschriebenen Erfindung kann es außerdem bevorzugt sein, dass das Leistungsrückgewinnungsmittel ein Verstellmotor ist und dass das Rückgewinnungsverhältnis-Steuermittel ein erstes Druckdetektierungsmittel, das in der Durchflusssteuerleitung angeordnet ist, ein zweites Druckdetektierungsmittel, das in der Leistungsrückgewinnungsleitung angeordnet ist, ein drittes Druckdetektierungsmittel, das in der Hydraulikölentleerungsleitung angeordnet ist, und ein Motorverdrängungs-Steuermittel zum Verringern einer Verdrängung des Verstellmotors, wenn ein Wert, der durch Dividieren eines Differenzdrucks, der durch Subtrahieren eines Drucks des zweiten Druckdetektierungsmittels von einem Druck des dritten Druckdetektierungsmittels erhalten worden ist, durch einen Differenzdruck, der durch Subtrahieren eines Drucks des ersten Druckdetektierungsmittels von dem Druck des dritten Druckdetektierungsmittels erhalten worden ist, berechnet wird, größer als das im Voraus festgesetzte feste Verhältnis ist, zum Erhöhen der Verdrängung des Verstellmotors, wenn der Wert, der durch Dividieren des Differenzdrucks, der durch Subtrahieren des Drucks des zweiten Druckdetektierungsmittels von dem Druck des dritten Druckdetektierungsmittels erhalten worden ist, durch den Differenzdruck, der durch Subtrahieren des Drucks des ersten Druckdetektierungsmittels von dem Druck des dritten Druckdetektierungsmittels erhalten worden ist, berechnet wird, kleiner als das im Voraus festgelegte feste Verhältnis ist, oder zum Festsetzen der Verdrängung des Verstellmotors, wenn der Wert, der durch Dividieren des Differenzdrucks, der durch Subtrahieren des Drucks des zweiten Druckdetektierungsmittels von dem Druck des dritten Druckdetektierungsmittels erhalten worden ist, durch den Differenzdruck, der durch Subtrahieren des Drucks des ersten Druckdetektierungsmittels von dem Druck des dritten Druckdetektierungsmittels erhalten worden ist, berechnet wird, derselbe wie das im Voraus festgelegte feste Verhältnis ist, umfasst.
  • In Übereinstimmung mit der wie oben beschrieben konfigurierten vorliegenden Erfindung kann das Verhältnis eines Durchflusses der Durchflusssteuerleitung und desjenigen der Leistungsrückgewinnungsleitung unabhängig von dem Betrag des Leitungswiderstands zwischen dem Verzweigungspunkt in die Durchflusssteuerleitung und in die Leistungsrückgewinnungsleitung und dem Verzweigungspunkt des zweiten Druckdetektierungsmittels auf ein gewünschtes festes Verhältnis eingestellt werden, so dass die Flexibilität der Systemkonfiguration erhöht werden kann.
  • In der oben beschriebenen Erfindung kann es außerdem bevorzugt sein, dass das erste Druckdetektierungsmittel eine erste Druckdetektierungsleitung, die von der Durchflusssteuerleitung abzweigt, umfasst, dass das zweite Druckdetektierungsmittel eine zweite Druckdetektierungsleitung, die von der Leistungsrückgewinnungsleitung abzweigt, umfasst, dass das dritte Druckdetektierungsmittel eine dritte Druckdetektierungsleitung, die von der Hydraulikölentleerungsleitung abzweigt, umfasst, dass das Motorverdrängungs-Steuermittel einen Motorverdrängungs-Steuerschieber und einen Motorverdrängungs-Steuerzylinder umfasst, wobei die Druckaufnahmeteile, die eine Druckaufnahmefläche A aufweisen, und die Druckaufnahmeteile, die eine Druckaufnahmefläche B aufweisen, paarweise jeweils in der Weise an gegenüberliegenden Enden des Motorverdrängungs-Steuerschiebers angeordnet sind, wobei die Druckaufnahmeteile in jedem der Paare einander gegenüberliegen, wobei die erste Druckdetektierungsleitung und die dritte Druckdetektierungsleitung mit den gegenüberliegenden Druckaufnahmeteilen mit der Fläche A verbunden sind, die zweite Druckdetektierungsleitung und die dritte Druckdetektierungsleitung mit den gegenüberliegenden Druckaufnahmeteilen mit der Fläche B verbunden sind und ein Abschnitt der Druckdetektierungsleitung, wobei der Abschnitt mit der Fläche A verbunden ist, so verbunden ist, dass er sich auf der einem Abschnitt der dritten Druckdetektierungsleitung gegenüberliegenden Seite befindet, wobei der letztere Abschnitt mit der Fläche B verbunden ist, wobei sich der Motorverdrängungs-Steuerschieber über eine Betragsrelation zwischen einem Differenzdruck zwischen der ersten Druckdetektierungsleitung und der dritten Druckdetektierungsleitung und einem Differenzdruck zwischen der zweiten Druckdetektierungsleitung und der dritten Druckdetektierungsleitung bewegt und durch die Bewegung des Motorverdrängungs-Steuerschiebers die Zufuhr/Ablass-Einstellung des Hydrauliköls zu/von dem Motorverdrängungs-Steuerzylinder geschaltet wird, um die Verdrängung des Verstellmotors zu steuern.
  • In Übereinstimmung mit der wie oben beschrieben konfigurierten vorliegenden Erfindung kann das Verhältnis eines Durchflusses der Durchflusssteuerleitung und desjenigen der Leistungsrückgewinnungsleitung unabhängig von dem Betrag des Leitungswiderstands zwischen dem Verzweigungspunkt in die Durchflusssteuerleitung und in die Leistungsrückgewinnungsleitung und dem Verzweigungspunkt des zweiten Druckdetektierungsmittels allein durch Hydraulik auf ein gewünschtes festes Verhältnis eingestellt werden. Somit kann in einer Umgebung mit starker Funkrauschen im Vergleich zur Verwendung einer elektronischen Steuerung eine stabile Steuerung verwirklicht werden.
  • In der oben beschriebenen Erfindung kann es außerdem bevorzugt sein, dass das Leistungsrückgewinnungsmittel mit der Hydraulikpumpe mechanisch verbunden ist.
  • In Übereinstimmung mit der wie oben beschrieben konfigurierten vorliegenden Erfindung kann die durch das Leistungsrückgewinnungsmittel zurückgewonnene Hydraulikleistung so, wie sie ist, durch die Hydraulikpumpe zurückgewonnen werden. Im Vergleich zur Ausführung der Rückgewinnung über einen anderen Leistungstyp wie etwa elektrische Leistung ist es somit möglich, den Leistungsverlust zu minimieren und weiterhin eine höhere Energierückgewinnungseffizienz zu erzielen.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Dadurch, dass der Durchfluss der Durchflusssteuerleitung und derjenige der Leistungsrückgewinnungsleitung mit einem festen Verhältnis gesteuert werden, tritt in der vorliegenden Erfindung in der Durchflusssteuerleitung ein Durchfluss definitiv auf, wenn der Aktuator in Betrieb ist. Wenn der Durchfluss der Durchflusssteuerleitung durch Bedienen des Hebels und durch Einstellen des Durchflusssteuerventils geändert wird, beeinflusst die Änderung des Durchflusses die Geschwindigkeit des Aktuators definitiv, so dass in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung das gute Ansprechen eines Durchflusssteuerventils vom Schiebertyp widerspiegelt werden kann. Da das Verhältnis des Durchflusses der Leistungsrückgewinnungsleitung zu dem der Durchflusssteuerleitung immer konstant ist, bleibt außerdem der Betrag einer Änderung des Durchflusses des Aktuators im Verhältnis zu dem Betrag einer Änderung des Durchflusses der Durchflusssteuerleitung durch Bedienen des Hebels immer konstant und bleibt der Betrag einer Änderung der Geschwindigkeit des Aktuators in Bezug zu einem Bedienungshub des Hebels konstant. Somit kann die vorliegende Erfindung ein gutes Steuerverhalten erhalten. Mit anderen Worten, die vorliegende Erfindung kann Wirkungen eines verschlechterten Ansprechens auf die Geschwindigkeitssteuerung des Aktuators minimieren, kann eine gute Steuerbarkeit ähnlich der, die von einem Durchflusssteuerventil vom Schiebertyp verfügbar ist, sicherstellen und kann ein Arbeitsverhalten mit höherer Genauigkeit als zuvor erhalten.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Seitenansicht, die einen Hydraulikbagger zeigt, der als ein Beispiel einer hydraulischen Arbeitsmaschine, in der ein Hydrauliksystem in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung angeordnet sein kann, beispielhaft dargestellt ist.
  • 2 ist ein Hydraulikkreisdiagramm, das eine erste Ausführungsform des Hydrauliksystems in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wie an dem in 1 gezeigten Hydraulikbagger angeordnet darstellt.
  • 3A und 3B sind Ablaufpläne für die ergänzende Beschreibung des Betriebs der ersten Ausführungsform, in denen 3A ein Ablaufplan ist, der die Hauptverarbeitung darstellt, und 3B ein Ablaufplan ist, der die in der Hauptverarbeitung enthaltene Verarbeitung A darstellt.
  • 4 ist ein Hydraulikkreisdiagramm, das eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 5A bis 5C sind Diagramme für die ergänzende Beschreibung des Betriebs der zweiten Ausführungsform, in denen 5A ein Diagramm ist, das ein Durchflusssteuerventil und seine zugeordneten Elemente in einem vergrößerten Maßstab zeigt, 5B ein Öffnungsflächendiagramm eines Schiebers des Durchflusssteuerventils ist, wobei das Öffnungsflächendiagramm in der Steuereinheit enthalten ist, und 5C ein Diagramm ist, das Gleichungen zur Verwendung in der Beschreibung darstellt.
  • 6 ist ein Hydraulikkreisdiagramm, das eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 7 ist ein Diagramm für die ergänzende Beschreibung des Betriebs der dritten Ausführungsform.
  • 8 ist ein Hydraulikkreisdiagramm, das eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 9 ist ein Hydraulikkreisdiagramm, das eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 10 ist ein Hydraulikkreisdiagramm, das eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • Ausführungsarten der Erfindung
  • Im Folgenden werden anhand der Zeichnungen Ausführungsformen des Hydrauliksystems in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung für die Arbeitsmaschine beschrieben.
  • 1 ist eine Seitenansicht, die einen Hydraulikbagger zeigt, der als ein Beispiel der hydraulischen Arbeitsmaschine, in der das Hydrauliksystem in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung angeordnet sein kann, beispielhaft dargestellt ist.
  • Wie in 1 gezeigt ist, ist der Hydraulikbagger mit einem Unterwagen 1, mit einem an dem Unterwagen 1 angebrachten Oberwagen 2 und mit einer an dem Oberwagen 2 schwenkbar befestigten Arbeitsausrüstung 3 versehen. Die Arbeitsausrüstung 3 enthält einen Ausleger 4, der in einer Auf- und Ab-Richtung schwenkbar mit dem Oberwagen 2 verbunden ist, einen Löffelstiel 5, der in der Auf- und Ab-Richtung schwenkbar mit einem freien Ende des Auslegers 4 verbunden ist, und einen Löffel 6, der in der Auf- und Ab-Richtung schwenkbar mit einem freien Ende des Löffelstiels 5 verbunden ist. Außerdem enthält diese Arbeitsausrüstung 3 einen Auslegerzylinder 4a zum Betätigen des Auslegers 4, einen Stielzylinder 5a zum Betätigen des Löffelstiels 5 und einen Löffelzylinder 6a zum Betätigen des Löffels 6. Auf dem Oberwagen 2 ist eine Betreiberkabine 7 angeordnet und hinter der Betreiberkabine 7 ist ein Kraftmaschinenraum 8 mit darin untergebrachten Hydraulikpumpen und dergleichen angeordnet.
  • 2 ist ein Hydraulikkreisdiagramm, das eine erste Ausführungsform des Hydrauliksystems in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, wie es in dem in 1 gezeigten Hydraulikbagger angeordnet ist, darstellt.
  • Ein in dieser 2 dargestelltes Drehleistungserzeugungsmittel 11 ist eine Vorrichtung zum Umwandeln elektrischer Energie oder von Energie eines fossilen Kraftstoffs in Drehleistung wie etwa ein Elektromotor oder eine Kraftmaschine, wobei eine Ausgangswelle des Drehleistungserzeugungsmittels 11 mit einer Eingangswelle einer Hydraulikpumpe 12 und mit der einer Pilotpumpe 13 mechanisch verbunden ist und wobei die Hydraulikpumpe 12 und die Pilotpumpe 13 durch das Drehleistungserzeugungsmittel 11 angetrieben werden. Es wird angemerkt, dass das Drehleistungserzeugungsmittel 11 eine Steuerung ausführt, um die Drehzahl dieser Ausgangswelle im Wesentlichen konstant zu halten.
  • Die Hydraulikpumpe 12 ist eine Vorrichtung zum Erzeugen von Hydraulikleistung, die einen im Folgenden zu beschreibenden Aktuator 14 antreibt, wobei sie dafür konfiguriert ist, das Einstellen des Durchflusses des pro Drehung geförderten Hydrauliköls zu ermöglichen. Somit kann der Förderdurchfluss des Hydrauliköls selbst dann geändert werden, wenn die Anzahl der Umdrehungen der Eingangswelle konstant ist. Die Verdrängung der Hydraulikpumpe 12 wird durch einen nicht dargestellten Regler auf der Grundlage eines Bedienungshubs eines im Folgenden zu beschreibenden Hebels 15 (eines bei einem im Folgenden zu beschreibenden Pilotventils 16 erzeugten Pilotdrucks), des Förderdrucks der Hydraulikpumpe 12, einer Lastgrenze des Drehleistungserzeugungsmittels 11 und dergleichen gesteuert.
  • Die Pilotpumpe 13 ist eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Pilotdrucks, der für die Steuerung der im Folgenden zu beschreibenden Hydraulik verwendet wird, wobei der Durchfluss des pro Umdrehung geförderten Hydrauliköls festgesetzt ist. Das durch die Pilotpumpe 13 geförderte Hydrauliköl kann über ein Pilotentlastungsventil 17 zu einem Hydraulikölbehälter 18 zurückströmen, wobei der Druck des Pilotkreises bei dem Einstelldruck des Pilotentlastungsventils 17 gehalten wird.
  • Der Aktuator 14 ist z. B. der obenerwähnte Auslegerzylinder 4a, d. h. ein doppeltwirkender Hydraulikzylinder mit einer Stange, und ist über ein Durchflusssteuerventil 19 mit der Hydraulikpumpe 12 als Leistungsquelle verbunden. Das Durchflusssteuerventil 19 ist ein Hydraulikpilot-Wahlventil mit drei Stellungen und vier Anschlüssen und wird durch einen bei dem Pilotventil 16 eingestellten Pilotdruck betrieben. Wenn das Pilotventil 16 durch den Hebel 15 auf eine Seite A betrieben wird, tritt auf einer rechten Seite des Durchflusssteuerventils 19, wie in dem Diagramm zu sehen ist, ein hoher Druck auf, so dass sich ein Schieber des Durchflusssteuerventils 19 nach links bewegt. Daraufhin sind die Hydraulikpumpe 12 und ein Anschluss A des Aktuators 14 miteinander verbunden, wird der Aktuator 14 eingefahren und strömt das von einem Anschluss B des Aktuators 14 abgelassene Hydrauliköl durch eine Hydraulikölentleerungsleitung 20 aus und verzweigt in eine Durchflusssteuerleitung 21 und in eine Leistungsrückgewinnungsleitung 22. Das Hydrauliköl in der Durchflusssteuerleitung 21 geht durch das Durchflusssteuerventil 19 und strömt zu dem Hydraulikölbehälter 18 zurück und das Hydrauliköl in der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 geht durch ein im Folgenden zu beschreibendes Leistungsrückgewinnungsmittel, z. B. einen Verstellmotor 23, und strömt zu dem Hydraulikölbehälter 18 zurück. Es wird angemerkt, dass ein in der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 angeordnetes Wahlventil 24 in einer offenen Stellung ist und ein von dem Anschluss B des Aktuators 14 abgelassener Teil des Hydrauliköls somit durch den Verstellmotor 23 gehen kann, wenn der Aktuator 14 eingefahren wird (wenn das Pilotventil 16 auf die Seite A betrieben worden ist). Wenn das Pilotventil 16 umgekehrt zu einer Seite B betrieben wird, tritt auf einer linken Seite des Durchflusssteuerventils 19, wie in 2 zu sehen ist, ein hoher Druck auf, so dass sich der Schieber des Durchflusssteuerventils 19 nach rechts bewegt. Daraufhin werden die Hydraulikpumpe 12 und der Anschluss B des Aktuators 14 miteinander verbunden, fährt der Aktuator 14 aus und strömt das von dem Anschluss A des Aktuators 14 abgelassene Hydrauliköl durch das Durchflusssteuerventil 19 und zu dem Hydraulikölbehälter 18 zurück. Es wird angemerkt, dass das in der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 angeordnete Wahlventil 24 in einer geschlossenen Stellung ist und das von der Hydraulikpumpe 12 zugeführte Hydrauliköl in seiner Gesamtheit dem Aktuator 14 zugeführt wird, ohne in den Verstellmotor 23 zu strömen, wenn der Aktuator 14 ausfährt (wenn das Pilotventil 16 zu der Seite B betrieben worden ist).
  • Der Verstellmotor 23 ist mechanisch mit einer Ausgangswelle davon mit der Hydraulikpumpe 12 (wie dem Drehleistungserzeugungsmittel 11 und der Pilotpumpe 13) verbunden. Da der Verstellmotor 23 den Durchfluss von Hydrauliköl pro Umdrehung ändern kann, kann der Ansaugdurchfluss selbst dann geändert werden, wenn die Anzahl der Umdrehungen der Ausgangswelle konstant ist. Die Verdrängung des Verstellmotors 23 wird durch ein Motorverdrängungs-Steuermittel eingestellt, das bei Empfang eines Sollverdrängungsbefehls von einer nachfolgend zu beschreibenden Steuereinheit 25, z. B. durch einen elektronisch gesteuerten Regler 26, betreibbar ist. Es wird angemerkt, dass sich der Verstellmotor 23 ebenfalls immer dreht, da der Verstellmotor 23 und die Hydraulikpumpe 12 mechanisch miteinander verbunden sind. Wenn Hydrauliköl in einen Einlassanschluss des Verstellmotors 23 strömt, wirkt der Verstellmotor 23 als ein Motor zum Erzeugen eines Antriebsdrehmoments für die Hydraulikpumpe 12 und unterstützt das Drehleistungserzeugungsmittel 11. Ohne Einströmen von ausreichend Hydrauliköl saugt der Verstellmotor 23 andererseits Hydrauliköl aus einer Nachspeisungsleitung 29 an und wirkt als eine Pumpe, so dass umgekehrt ein Drehmoment absorbiert wird (verlorengeht). In dieser ersten Ausführungsform umfasst der Verstellmotor 23 einen Verstellmotor, dessen minimale Verdrängung null ist (selbst wenn sich der Motor dreht, wird weder Ansaugen noch Förderung von Hydrauliköl ausgeführt), um den Verlust in der obenerwähnten Situation auf das Minimum zu begrenzen.
  • Das Rückgewinnungsverhältnis-Steuermittel, das in dieser ersten Ausführungsform zum Steuern des Leistungsrückgewinnungsmittels, genauer des Verstellmotors 23, durch Bedienung des in dieser ersten Ausführungsform angeordneten Hebels 15 in der Weise angeordnet ist, dass ein Durchfluss der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 im Verhältnis zu einem in der Durchflusssteuerleitung 21 aufgetretenen Durchfluss einem vorgegebenen festen Verhältnis genügt, ist aus Durchflussmessern 27, 28, die in der Durchflusssteuerleitung 21 bzw. in der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 angeordnet sind, aus der Steuereinheit 25 und aus dem elektronisch gesteuerten Regler 26 konstruiert. Durch die Durchflussmesser 27, 28 können die Durchflüsse des durch die jeweiligen Leitungen der Durchflusssteuerleitung 21 und der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 gehenden Hydrauliköls als elektrische Signale detektiert werden. Was den Durchflussmesser 27 betrifft, wird angemerkt, dass nur die von dem Aktuator 14 abgelassene Strömung durch den Durchflussmesser 27 gehen gelassen wird, da die Strömung des Hydrauliköls durch die Durchflusssteuerleitung 21 doppeltgerichtet ist. Ferner sind die Ausgänge der Durchflussmesser 27, 28 mit der Steuereinheit 25 verbunden.
  • Bei der Steuereinheit 25 wird das elektrische Signal von dem Durchflussmesser 27 in einen Durchfluss Q1 der Durchflusssteuerleitung 21 umgesetzt, der mit einem im Voraus festgelegten Verhältnis α des Durchflusses der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 zu dem der Durchflusssteuerleitung 21 multipliziert wird, um einen Solldurchfluss Qt2 (= αQ1) für die Leistungsrückgewinnungsleitung 12 zu berechnen. Der somit berechnete Solldurchfluss Qt2 für die Leistungsrückgewinnungsleitung 22 und ein Istdurchfluss Q2 der Leistungsrückgewinnungsleitung 22, wie er durch Umsetzen des elektrischen Signals von dem Durchflussmesser 28 erhalten wird, werden miteinander verglichen, wobei an den elektronisch gesteuerten Regler 26 ein Befehl derart geliefert wird, dass die Verdrängung des Verstellmotors 23 verringert wird, wenn Q2 > Qt2 + β ist, dass die Verdrängung erhöht wird, wenn Q2 < Qt2 – β ist, oder dass die Verdrängung zu diesem Zeitpunkt aufrechterhalten wird, wenn Qt2 – β ≤ Q2 ≤ Qt2 + β ist. Ferner wird die Steuerung zwangsweise auf die minimale Verdrängung eingestellt, wenn Q1 < γ ebenfalls enthalten ist. Hier bedeutet β eine tote Zone für die Stabilisierung der Steuerung und bedeutet γ einen minimalen Durchfluss von Q1, der die Leistungsrückgewinnung ermöglicht. Der Wert von β wird auf etwa mehrere Prozent des maximalen Durchflusses von Q2 eingestellt und der Wert von γ wird auf etwa mehrere Prozent des maximalen Durchflusses von Q1 eingestellt. Die Werte von β und γ werden jeweils dadurch bestimmt, dass ein Bereich postuliert wird, der irgendeinen falschen Betrieb wegen Messfehlern durch einen angeordneten Durchflussmesser ausreichend verhindern kann.
  • Die Konfiguration und der Betrieb der ersten Ausführungsform sind wie oben erwähnt zusammengefasst. Es wird eine ergänzende Beschreibung von Übergangszuständen in einer Reihe von Operationen gegeben, wenn veranlasst wird, dass der Aktuator 14 (beim Ausführen einer Leistungsrückgewinnung) eingefahren wird.
  • Zunächst ist in einem Zustand, in dem der Hebel 15 nicht bedient worden ist, der Pilotdruck, der von dem Pilotventil 16 auf das Durchflusssteuerventil 19 und ebenfalls auf das Wahlventil 24 in der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 wirkt, der Behälterdruck (im Wesentlichen null). In diesem Zustand ist das Durchflusssteuerventil 19 unter den Kräften von Federn, die an gegenüberliegenden Enden seines Schiebers angeordnet sind, in der Mittelstellung und ist der Aktuator 14 feststehend.
  • Somit ist der durch den Durchflussmesser 27 detektierte Durchfluss Q1 null. Andererseits ist das Wahlventil 24 in der Stellung, in der es die Leitung unter der Federkraft schließt, so dass der durch den Durchflussmesser 28 detektierte Durchfluss Q2 ebenfalls null ist. Zu dieser Zeit wird bei der Steuereinheit 25 die Bestimmung von Q1 < γ vorgenommen, wird ein Befehl, der die Sollverdrängung für den Verstellmotor 23 auf die minimale Verdrängung einstellt, an den elektronisch gesteuerten Regler 26 geliefert und wird die Verdrängung des Verstellmotors 23 auf null eingestellt.
  • Wie in Schritt S1 aus 3A dargestellt ist, wird in der Steuereinheit 25 nachfolgend ein Wert von α eingestellt, der einer Betriebsart (Ansprechpräferenz oder Leistungsrückgewinnungseffizienz-Präferenz) entspricht. Wenn das Pilotventil 16 aus der Stellung, in der der Hebel 15 nicht bedient worden ist, wie in Schritt S2 dargestellt zu der Seite A betrieben wird, beginnt sich der Schieber des Durchflusssteuerventils 19 kurz nach dem Betrieb nach links zu bewegen, so dass sich die Leitung, die die Hydraulikpumpe 12 und den Anschluss A des Aktuators 14 miteinander verbindet, und die Leitung, die den Hydraulikölbehälter 18 und den Anschluss B des Aktuators 14 miteinander verbindet, zu öffnen beginnen. Ferner wirkt der Pilotdruck ebenfalls auf das Wahlventil 24 in der Leistungsrückgewinnungsleitung 22, so dass seine Feder zusammengedrückt wird und sich die Leitung zu öffnen beginnt. Zu dieser Zeit beginnt in der Durchflusssteuerleitung 21 allmählich ein Durchfluss aufzutreten und wird in Schritt S3 die Verarbeitung A begonnen. Wie in Schritt S11 aus 3B dargestellt ist, werden in Übereinstimmung mit dieser Verarbeitung A bei der Steuereinheit 25 die Durchflüsse Q1, Q2, die elektrischen Signalen von den Durchflussmessern 27, 28 entsprechen, berechnet und wird ferner, wie in Schritt S12 dargestellt ist, Qt2 = Q1 berechnet. In einem Zustand, in dem durch die Bestimmung in Schritt S13 festgestellt worden ist, dass Q1 einen Wert in dem Bereich 0 < Q1 < γ aufweist, ist der Verstellmotor 23 immer noch in dem gesteuerten Zustand mit der Verdrängung null und bleibt Q2 0 (Q2 = 0). Wenn die Zeit fortschreitet und zu einem Zeitpunkt, zu dem Q1 gleich oder größer γ geworden ist (Q1 ≥ γ), Q2 immer noch 0 ist (Q2 = 0), führt die Bestimmung in Schritt S14 zu JA (Q2 < Qt2 – β) und beginnt der Wert der Sollverdrängung für den Verstellmotor 23 in der Steuereinheit 25 zuzunehmen. Wenn die Zeit weiter fortschreitet, nimmt der Wert des Sollverdrängungsbefehls von der Steuereinheit 25 zu dem elektronisch gesteuerten Regler 26 ebenfalls angemessen zu und wird ein der Verdrängung des Verstellmotors 23 entsprechendes Q2 erzeugt. Wenn dieser Zustand anhält, führt die Bestimmung in Schritt S15 schließlich zu JA (Qt2 – β ≤ Q2 ≤ Qt2 + β) und wird die Verdrängung des Verstellmotors 23 zu dieser Zeit aufrechterhalten. Auf diese Weise wird der Durchfluss Q2 der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 in der Weise eingestellt, dass er in Bezug zu dem Durchfluss Q1 der Durchflusssteuerleitung 21 dem im Voraus festgelegten Verhältnis (Q2 ≈ Qt2 = αQ1) genügt.
  • Nachfolgend wird eine Beschreibung eines Falls gegeben, dass der Hebel 15 aus dem Zustand zurückkehrt, in dem das Pilotventil 16 zu der Seite A betrieben worden ist und der Durchfluss Q2 der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 in der Weise eingestellt worden ist, dass er dem im Voraus festgelegten festen Verhältnis genügt. Wenn der Hebel 15 zurückzukehren beginnt, beginnt sich der Schieber des Durchflusssteuerventils 19 nach rechts zu bewegen und beginnen sich die Leitung, die die Hydraulikpumpe 12 und den Anschluss A des Aktuators 14 miteinander verbindet, und die Leitung, die den Hydraulikölbehälter 18 und den Anschluss B des Aktuators 14 miteinander verbindet, zu schließen. Zu dieser Zeit beginnt der Durchfluss Q1 der Durchflusssteuerleitung 21 allmählich abzunehmen. Wenn die Zeit fortschreitet und die Bestimmung in Schritt S15 aus 3B zu dem Zustand NEIN, d. h. zu dem Zustand Q2 > Qt2 + β, führt, beginnt der Wert der Sollverdrängung für den Verstellmotor 23 in der Steuereinheit 25 abzunehmen. Daraufhin nimmt die Verdrängung des Verstellmotors 23 dementsprechend ab und wird der Durchfluss Q2 der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 in der Weise neu eingestellt, dass er dem im Voraus festgelegten festen Verhältnis genügt (Q2 ≈ Qt2 = αQ1). Wie in 3A dargestellt ist, endet die Steuerung des Verstellmotors 23 bei Abschluss der Arbeit.
  • Übrigens nimmt der Durchfluss Q2 der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 mit dem im Voraus festgelegten festen Verhältnis (Q2 ≈ Qt2 = αQ1), das aufrechterhalten wird, wenn die Bedienung zum Zurückstellen des Hebels 15 langsam durchgeführt wird, fortschreitend ab, wobei aber eine Situation entsteht, dass die Neueinstellung einer Verringerung des Durchflusses der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 eine Verringerung des Durchflusses der Durchflusssteuerleitung 21 nicht einholt, wenn der Hebel 15 schnell zurückgestellt wird. Wenn der Hebel 15 in einer solchen Situation in einen Neutralzustand (nicht bedienten Zustand) zurückgestellt wird, bewegt sich das Wahlventil 24 in der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 ebenfalls in eine Stellung, in der es die Leitung schließt, so dass die Strömung von Hydrauliköl durch die Leistungsrückgewinnungsleitung 22 zwangsläufig unterbrochen wird. Da der Verstellmotor 23 in diesem Moment eine bestimmte Verdrängung aufweist, die von null verschieden ist, saugt der Verstellmotor 23 Hydrauliköl von der in 1 dargestellten Nachspeisungsleitung 29 an, wodurch Kavitation vermieden wird, die andernfalls wegen ungenügenden Speisedurchflusses zu dem Ansauganschluss auftreten würde, verringert er eine Zunahme des aufgenommenen Drehmoments (Leistungsverlusts) im Ergebnis der Pumpaktion des Verstellmotors 23 und minimiert er außerdem eine Beschädigung an dem Verstellmotor 23. Ferner ist durch den Verschluss sowohl des Durchflusssteuerventils 19 als auch des Wahlventils 24 Q1 = Q2 = 0 erfüllt, wird bei der Steuereinheit Q1 < γ bestimmt, wird an den elektronisch gesteuerten Regler 26 ein Befehl geliefert, der die Sollverdrängung für den Verstellmotor 23 auf die minimale Verdrängung einstellt, und kehrt die Verdrängung des Verstellmotors 23 schließlich auf null zurück. Da eine schnelle Hebelrückstellbedienung, wenn sie durchgeführt wird, den Aktuator 14 unabhängig von dem Verdrängungszustand des Verstellmotors 23 wie oben beschrieben schnell anhalten kann, kann eine Gefahr, die andernfalls wegen einer Verzögerung des Anhaltens des Aktuators 14 in einem Notfall auftreten würde, vermieden werden.
  • Da beim Betrieb des Aktuators 14 in der obenerwähnten ersten Ausführungsform immer ein Durchfluss durch das Durchflusssteuerventil 19 aufgetreten ist, wird eine Durchflusseinstellaktion, die in Ansprechen auf eine Änderung des Bedienungshubs des Hebels bei dem Durchflusssteuerventil 19 auftritt, notwendig für die Betriebsgeschwindigkeit des Aktuators 14 widerspiegelt. Natürlich ist die Durchflusssteuerung durch den Verstellmotor 23, deren Ansprechen im Vergleich zu dem Durchflusssteuerventil 19 schlechter ist, enthalten, so dass das Ansprechen auf eine Hebelbedienung in dieser Ausführungsform im Vergleich zu dem, das von einem herkömmlichen üblichen Hydrauliksystem für eine hydraulische Arbeitsmaschine, bei der ein Durchfluss, der dem Aktuator 14 zugeführt oder von ihm abgelassen wird, in seiner Gesamtheit zu dem Durchflusssteuerventil 19 fließengelassen wird, verfügbar ist, schlechter ist. Dennoch kann die praktische Nützlichkeit dadurch sichergestellt werden, dass das Verhältnis des Durchflusses der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 zu dem der Durchflusssteuerleitung 21 in der Weise eingestellt wird, dass der Mangel an Ansprechen entsprechend dem Ansprechen des Verstellmotors 23 in der Durchflusssteuerung auf einen problemlosen Pegel unterdrückt werden kann. Ferner ist das Verhältnis des Durchflusses der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 zu dem der Durchflusssteuerleitung 21 durch die in der Steuereinheit 25 eingestellte Konstante α bestimmt, so dass der Hydraulikbagger durch Schalten des Ansprechens in eine Betriebsart, in der dem Ansprechen hohe Bedeutung beigemessen wird, oder in eine Betriebsart, in der der Leistungsrückgewinnungseffizienz hohe Bedeutung beigemessen wird, betrieben werden kann, falls ein Betriebsartschaltmittel oder dergleichen angeordnet ist, um das Schalten der Konstante α von außen zu ermöglichen.
  • Anhand von 4 und 5 wird nachfolgend eine Beschreibung einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben. Es wird angemerkt, dass eine Beschreibung von Teilen, die mit der ersten Ausführungsform gemeinsam sind, weggelassen ist und dass eine Beschreibung allein des von der ersten Ausführungsform verschiedenen Teils eines Rückgewinnungsverhältnis-Steuermittels erfolgt.
  • Das Rückgewinnungsverhältnis-Steuermittel in dieser zweiten Ausführungsform ist wie in 4 dargestellt aus einem Druckmesser 30, der in der Hydraulikölentleerungsleitung 20 angeordnet ist, aus einem Druckmesser 31, der in einer Pilotleitung 35, in der ein Druck beim Ausführen eines Betriebs zum Einfahren des Aktuators 14 (bei Betrieb des Pilotventils 16 zu der Seite A) ansteigt, angeordnet ist, aus der Steuereinheit 25 und aus dem elektronisch gesteuerten Regler 26 konstruiert. Die Druckmesser 30, 31 dienen zum Detektieren jeweiliger Drücke der Hydraulikölentleerungsleitung 20 und der Pilotleitung 35 als elektrische Signale, wobei die Ausgaben der Druckmesser 30, 31 der Steuereinheit 25 zugeführt und in einen Aktuatorentladedruck Pa bzw. in einen Pilotdruck Pp umgesetzt werden. Außer den elektrischen Signalen von den Druckmessern 30, 31 wird in die Steuereinheit 25 ebenfalls ein elektrisches Signal eingegeben, das synchron zur Drehung des Drehleistungserzeugungsmittels 11 ist, wobei in der Steuereinheit 25 die Anzahl der Umdrehungen pro Zeiteinheit des Drehleistungserzeugungsmittels 11 aus dem elektrischen Signal berechnet wird. Im Fall dieser zweiten Ausführungsform weisen das Drehleistungserzeugungsmittel 11 und das Leistungsrückgewinnungsmittel, d. h. der Verstellmotor 23, dieselbe Drehzahl auf. Ferner ist in der Steuereinheit 25 ein Öffnungsflächendiagramm des Schiebers des Durchflusssteuerventils 19, durch das zur Zeit des Einfahrens des Aktuators 14 das von dem Anschluss B des Aktuators 14 abgelassene Hydrauliköl bei der Rückkehr zu dem Hydraulikölbehälter 18 geht, gespeichert.
  • Wenn der Pilotdruck Pp kleiner als δ ist (Pp < δ), gibt die Steuereinheit 25 an den Verstellmotor 23 einen Befehl aus, der die Verdrängung des Verstellmotors 23 minimiert. δ wird auf etwa mehrere Prozent eines Maximalwerts des Pilotdrucks Pp eingestellt und ist ein Schwellenwert, um zu verhindern, dass durch geringfügige Änderung des Pilotdrucks Pp selbst oder durch ein elektrisches Rauschen, das in dem Druckmesser erzeugt wird, wenn das Pilotventil 16 nicht zu der Seite A betrieben worden ist, mit anderen Worten, wenn der Aktuator 14 nicht eingefahren wird, ein unnötiger Steuerbefehl für den Verstellmotor 23 ausgegeben wird. Zu dieser Zeit ist das in der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 angeordnete Wahlventil 24 in der Stellung, in der es die Leitung unter der Federkraft unterbricht und in der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 kein Durchfluss auftritt.
  • Wenn das Pilotventil 16 zu der Seite A betrieben wird und der Pilotdruck Pp auf oder höher als δ steigt (δ ≤ Pp), wird in der Steuereinheit 25 die Berechnung der Sollverdrängung für den Verstellmotor 23 ausgeführt. Wie in dem Öffnungsflächendiagramm aus 5B über den Schieber des in 5A gezeigten Durchflusssteuerventils 19 in Abhängigkeit von den in der Steuereinheit 25 aufgezeichneten Pilotdrücken gezeigt ist, wird zunächst eine Öffnungsfläche As des Schiebers des Durchflusssteuerventils 19, die dem gegenwärtigen Pilotdruck Pp entspricht, erhalten. Aus dem Ablassdruck Pa des Aktuators 14 und aus der Schieberöffnungsfläche As wird unter Verwendung von Gleichung (1) in 5C der Durchfluss Q1 der Durchflusssteuerleitung 21 geschätzt. Durch Multiplizieren des geschätzten Q1 mit dem im Voraus festgelegten festen Verhältnis α wird daraufhin der Solldurchfluss Qt2 für die Leistungsrückgewinnungsleitung 23 bestimmt. Aus dem Solldurchfluss Qt2 für die Leistungsrückgewinnungsleitung 22 und aus der Anzahl der Umdrehungen pro Zeiteinheit des Verstellmotors 23 wird unter Verwendung der in 5C gezeigten Gleichung (2) eine Sollverdrängung q für den Verstellmotor 22 (Förderdurchfluss/Ansaugdurchfluss pro Umdrehung des Motors) berechnet. Die Steuereinheit 25 gibt an den elektronisch gesteuerten Regler 26 einen Befehl aus, der der somit bestimmten Sollverdrängung q für den Verstellmotor 23 entspricht. Wenn der Pilotdruck in dem Zustand δ ≤ Pp ist, wird diese Verdrängungssteuerung des Verstellmotors 23 immer ausgeführt.
  • Wenn das Pilotventil 16 zu der Seite B betrieben wird, wird der Verstellmotor 23 immer mit der minimalen Verdrängung gesteuert, da der Pilotdruck Pp niedriger als δ ist (Pp < δ). Ferner ist das Wahlventil 24 ebenfalls in der Stellung, in der es die Leitung unterbricht. Somit tritt in der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 kein Durchfluss auf, strömt das von der Hydraulikpumpe 12 geförderte Hydrauliköl in seiner Gesamtheit in den Anschluss B des Aktuators 14 und geht das von dem Anschluss A des Aktuators 14 abgelassene Hydrauliköl in seiner Gesamtheit durch das Durchflusssteuerventil 19 und strömt zu dem Hydraulikölbehälter 18 zurück.
  • In der wie oben beschrieben konfigurierten zweiten Ausführungsform ist die Steuerung des Verstellmotors 23 der Vorwärtsregelung (Prädiktivregelung) durch den Hebelbedienungshub (Pilotdruck Pp) ausgesetzt. Somit kann kaum eine Steuerverzögerung des Verstellmotors 23 auftreten und weist die zweite Ausführungsform ein ausgezeichnetes Ansprechen auf die Hebelbedienung auf.
  • Anhand von 6 und 7 wird nachfolgend eine Beschreibung einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben. Es wird angemerkt, dass eine Beschreibung von Teilen, die gemeinsam mit der ersten Ausführungsform sind, weggelassen ist und dass lediglich eine Beschreibung des von der ersten Ausführungsform verschiedenen Teils eines Rückgewinnungsverhältnis-Steuermittels gegeben wird.
  • Wie in 6 dargestellt ist, ist das Rückgewinnungsverhältnis-Steuermittel in dieser dritten Ausführungsform aus dem Druckmesser 30 und aus einem Druckmesser 40, die in der Durchflusssteuerleitung 21 und in der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 angeordnet sind, aus dem Druckmesser 31, der in der Pilotleitung 35, in der der Druck beim Ausführen des Betriebs zum Einfahren des Aktuators 14 (bei Betrieb des Pilotventils 16 zu der Seite A) steigt, angeordnet ist, aus der Steuereinheit 25 und aus dem elektronisch gesteuerten Regler 26 konstruiert. Die Druckmesser 30, 40, 31 dienen in dieser Reihenfolge zum Detektieren der Drücke der Durchflusssteuerleitung 21, der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 und der Pilotleitung 35 als elektrische Signale, wobei die Ausgaben der Druckmesser 30, 31, 40 der Steuereinheit 25 zugeführt und in dieser Reihenfolge in den Durchflusssteuerleitungsdruck P1, in den Leistungsrückgewinnungsleitungsdruck P2 und in den Pilotdruck Pp umgesetzt werden.
  • Wenn der Pilotdruck Pp kleiner als δ ist (Pp < δ), gibt die Steuereinheit 25 an den Verstellmotor 23 einen Befehl aus, der die Verdrängung des Verstellmotors 23 minimiert. δ wird auf etwa mehrere Prozent eines Maximalwerts des Pilotdrucks Pp eingestellt und ist ein Schwellenwert, um das Ausgeben eines unnötigen Steuerbefehls an den Verstellmotor 23 durch eine geringfügige Änderung des Pilotdrucks Pp selbst oder eines in dem Druckmesser erzeugten elektrischen Rauschens, wenn das Pilotventil 16 nicht zu der Seite A betrieben worden ist, mit anderen Worten, wenn der Aktuator 14 nicht eingefahren wird, zu verhindern. Zu dieser Zeit wird das in der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 angeordnete Wahlventil 24 in der Stellung angeordnet, in der es die Leitung unter der Federkraft unterbricht, wobei in der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 kein Durchfluss auftritt. Da die Erfassungsteile 41, 42 der Druckmesser 30, 40 wie in 7 dargestellt miteinander kommunizieren, sind ein Druck P1 bei dem Erfassungsteil 41 des Druckmessers 30 und ein Druck P2 bei dem Erfassungsteil 42 des Druckmessers 40 zu dieser Zeit im Wesentlichen gleich (P1 = P2; der Differenzdruck wegen der Differenz in der Höhenrichtung ist sehr klein und kann ignoriert werden).
  • Wenn das Pilotventil 16 zu der Seite A betrieben wird und der Pilotdruck Pp auf oder höher als δ ansteigt (δ ≤ Pp), wird bei der Steuereinheit 25 die Berechnung der Sollverdrängung für den Verstellmotor 23 ausgeführt. Die Steuereinheit 25 gibt an den elektronisch gesteuerten Regler 26 einen Befehl derart aus, dass P2 grundsätzlich im Wesentlichen gleich P1 gemacht wird. Genauer beschrieben wird die Verdrängung des Verstellmotors 23 in einer abnehmenden Richtung geändert, wenn P2 < P1 – ε ist, wird die gegenwärtige Verdrängung aufrechterhalten, wenn P1 – ε ≤ P2 ≤ P1 + ε ist, und wird die Verdrängung des Verstellmotors 23 in einer zunehmenden Richtung geändert, wenn P1 + ε < P2 ist. Ferner bedeutet ε hier eine tote Zone zum Stabilisieren der Steuerung und wird auf etwa mehrere Prozent des Maximaldrucks von P2 eingestellt. Der Wert von ε wird dadurch bestimmt, dass ein Bereich postuliert wird, der irgendeinen falschen Betrieb wegen Messfehlern durch einen angeordneten Druckmesser ausreichend verhindern kann.
  • Es wird hier eine Beschreibung der Steuerung von P1 und P2 in der Weise, dass sie einander im Wesentlichen gleich werden, und der Beziehung des Durchflusses zwischen der Durchflusssteuerleitung 21 und der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 gegeben. Wenn in einer Leitung ein Durchfluss auftritt, fällt der Druck auf der Auslassseite wegen des Leitungswiderstands. Es wird hypothetisch angenommen, dass der Leitungswiderstand zwischen einem Verzweigungspunkt 43 in die Durchflusssteuerleitung 21 und in die Leistungsrückgewinnungsleitung 22 und dem Erfassungsteil 41 des Druckmessers 30 ein äquivalentes Drosselelement 44 ist, es wird hypothetisch angenommen, dass der Leitungswiderstand zwischen dem Verzweigungspunkt 43 und dem Erfassungsteil 42 des Druckmessers 40 ein äquivalentes Drosselelement 45 ist und es wird angenommen, dass ihre äquivalenten Öffnungsflächen (Mündungsquerschnittsflächen) A01 bzw. A02 sind. Ferner wird angenommen, dass der Druck bei dem Verzweigungspunkt 43 Pa ist, und wird angenommen, dass die Durchflüsse der Durchflusssteuerleitung 21 und der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 Q1 bzw. Q2 sind. Ferner wird angemerkt, dass die äquivalenten Drosselelemente 44, 45 im Hinblick auf das Anlegen von Druckverlusten an den Hydraulikkreis nicht angeordnet zu sein brauchen, sondern in dem Hydraulikkreis spezifisch zur Beschreibung von Funktionen dieser dritten Ausführungsform wie etwa Druckverlusten bei Schläuchen und Kupplern gezeigt sind. Bei Einsetzen der obenerwähnten Drücke P1, P2, Pa in eine allgemeine Gleichung für einen Druckverlust bei einer Mündungsdrossel können die Durchflüsse Q1, Q2 wie folgt ausgedrückt werden: Q1 = C·A01√{2(Pa – P1)/ρ}, Q2 = C·A02√ρ{2(Pa – P2)/ρ},
    • C:
    Durchflusskoeffizient,
    ρ:
    Hydraulikölkoeffizient.
  • Die Beziehung zwischen Q1 und Q2 kann wie folgt ausgedrückt werden: Q2 = Q1·(A02/A01)·√{(Pa – P2)/(Pa – P1)}.
  • Wenn P1 und P2 hier derselbe Druck sind, √{(Pa – P2)/(Pa – P1)} = 1, kann somit die folgende Beziehung hergeleitet werden: Q2 = Q1·(A02/A01).
  • Somit ist zu verstehen, dass das Durchflussverhältnis von Q2 zu Q1 durch das Verhältnis der äquivalenten Öffnungsfläche der äquivalenten Drossel 45 zu dem der äquivalenten Drossel 44 bestimmt ist. Da diese äquivalenten Drosseln 44, 45 Leitungswiderstände sind und ihre äquivalenten Öffnungsflächen feste Werte annehmen, wird das Durchflussverhältnis von Q2 zu Q1 mit einem festen Verhältnis gesteuert.
  • Die Konfiguration und der Betrieb der dritten Ausführungsform sind wie oben erwähnt zusammengefasst. Es wird eine ergänzende Beschreibung von Übergangszuständen in einer Reihe von Operationen, wenn veranlasst wird, dass der Aktuator 14 eingefahren wird (beim Ausführen der Rückgewinnung), gegeben.
  • Zunächst ist der Pilotdruck, der von dem Pilotventil 16 auf das Durchflusssteuerventil 19 und außerdem auf das Wahlventil 24 in der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 wirkt, in einem Zustand, in dem der Hebel 15 nicht bedient worden ist, der Behälterdruck (im Wesentlichen null). In diesem Zustand ist das Durchflusssteuerventil 21 unter den Kräften der an den gegenüberliegenden Enden seines Schiebers angeordneten Federn in der Mittelstellung und ist das Wahlventil 24 in der Stellung, in der es die Leitung unter der Federkraft schließt, so dass die Durchflüsse der Durchflusssteuerleitung 21 und der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 null sind. Zu dieser Zeit wird bei der Steuereinheit 25 die Bestimmung von Pp < δ vorgenommen, wird an den elektronisch gesteuerten Regler 26 ein Befehl gesendet, der die Sollverdrängung für den Verstellmotor 23 auf die minimale Verdrängung einstellt, und wird der Verstellmotor 23 auf die Verdrängung null eingestellt.
  • Wenn das Pilotventil 16 aus der Stellung, in der der Hebel 15 nicht bedient worden ist, zu der Seite A betrieben wird, beginnt sich der Schieber des Durchflusssteuerventils 19 kurz nach dem Betrieb nach links zu bewegen, so dass sich die Leitung, die die Hydraulikpumpe 12 und den Anschluss A des Aktuators 14 miteinander verbindet, und die Leitung, die den Hydraulikölbehälter 18 und den Anschluss B des Aktuators 14 miteinander verbindet, zu öffnen beginnen. Ferner wirkt der Pilotdruck ebenfalls auf das Wahlventil 24 in der Leistungsrückgewinnungsleitung 22, so dass seine Feder zusammengedrückt wird und sich die Leitung zu öffnen beginnt und ferner in der Durchflusssteuerleitung 21 allmählich ein Durchfluss aufzutreten beginnt. Da das Auftreten des Durchflusses zum Auftreten eines Druckverlusts führt, fällt der Druck weiter, während das Hydrauliköl zu der Auslassseite geht. Dementsprechend wird der Druck P1 der Durchflusssteuerleitung 21 im Vergleich zu dem Druck Pa bei dem Verzweigungspunkt 43 kleiner. Da in der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 noch kein Durchfluss aufgetreten ist, tritt andererseits kein Druckverlust auf, wobei Pa und P2 einander gleich sind (Pa = P2). In einem Zustand, in dem P2 in einem Bereich nicht höher als P1 + ε ist (P2 ≤ P1 + ε), ist der Verstellmotor 23 weiter in dem gesteuerten Zustand mit der Verdrängung null und tritt in der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 kein Durchfluss auf. Wenn die Zeit vergeht und zu einem Zeitpunkt, zu dem P2 größer als P1 + ε wird (P1 + ε < P2), beginnt der Wert der Sollverdrängung für den Verstellmotor 23 in der Steuereinheit 25 zuzunehmen. Wenn die Zeit weiter vergeht, nimmt der Wert des Sollverdrängungsbefehls von der Steuereinheit 25 zu dem elektronisch gesteuerten Regler 26 ebenfalls ausreichend zu und tritt in der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 ein Durchfluss auf, der der Verdrängung des Verstellmotors 23 entspricht. Im Ergebnis des Auftretens des Durchflusses in der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 wird P2 wegen eines Druckverlusts kleiner als Pa. Wenn dieser Zustand andauert, wird schließlich der Zustand P1 – ε ≤ P2 ≤ P1 + ε erreicht, wobei die Verdrängung des Verstellmotors 23 an diesem Punkt aufrechterhalten wird. Auf diese Weise wird P2 in der Weise gesteuert, dass er im Wesentlichen gleich P1 wird, und wird der Durchfluss Q2 der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 wie oben erwähnt in der Weise eingestellt, dass er in Bezug auf den Durchfluss Q1 der Durchflusssteuerleitung 21 dem festen Verhältnis genügt.
  • Nachfolgend wird eine Beschreibung eines Falls gegeben, in dem der Hebel 16 aus dem Zustand, in dem das Pilotventil 16 zu der Seite A betrieben worden ist, zurückgestellt wird und der Durchfluss Q2 der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 in der Weise eingestellt worden ist, dass er in Bezug auf Q1 dem festen Verhältnis genügt. Wenn der Hebel 16 zurückgestellt zu werden beginnt, beginnt sich der Schieber des Durchflusssteuerventils 19 nach rechts zu bewegen und beginnen sich die Leitung, die die Hydraulikpumpe 12 und den Anschluss A des Aktuators 14 miteinander verbindet, und die Leitung, die den Hydraulikölbehälter 18 und den Anschluss B des Aktuators 14 miteinander verbindet, zu schließen. Zu dieser Zeit beginnt der Durchfluss Q1 der Durchflusssteuerleitung 21 allmählich abzunehmen. Da diese Abnahme des Durchflusses Q1 den Druckverlust bei der äquivalenten Drossel 44 verringert, nimmt der Druck P1 zu. Wenn die Zeit vergeht und der Zustand P2 < P1 – ε erreicht ist, beginnt der Wert der Sollverdrängung für den Verstellmotor 23 in der Steuereinheit 25 abzunehmen. Daraufhin nimmt die Verdrängung des Verstellmotors 23 dementsprechend ab und nimmt der Durchfluss Q2 der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 ab. Da diese Abnahme des Durchflusses Q2 den Druckverlust bei der äquivalenten Drossel 45 verringert, nimmt der Druck P2 zu. Auf diese Weise wird die Steuerung so ausgeführt, dass P2 P1 einholt, und werden Q1 und Q2 neu eingestellt, um dem festen Verhältnis zu genügen. Übrigens nimmt der Durchfluss Q2 fortschreitend ab, wobei das feste Verhältnis aufrechterhalten wird, wenn die Bedienung zum Zurückstellen des Hebels 15 langsam durchgeführt wird, wobei aber eine Situation entsteht, dass die Neueinstellung einer Verringerung des Durchflusses der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 eine Verringerung des Durchflusses der Durchflusssteuerleitung 21 nicht einholt, wenn der Hebel 15 schnell zurückgestellt wird. Wenn der Hebel 15 in einer solchen Situation auf den Neutralzustand (nicht bedienten Zustand) zurückgestellt wird, bewegt sich das Wahlventil 24 in der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 ebenfalls in eine Stellung, in der es die Leitung schließt, so dass die Strömung von Hydrauliköl durch die Leistungsrückgewinnungsleitung 22 zwangsläufig unterbrochen wird. Da der Verstellmotor 23 in diesem Moment eine bestimmte Verdrängung aufweist, die von null verschieden ist, saugt der Verstellmotor 23 Hydrauliköl von der Nachspeisungsleitung 29 an, wodurch Kavitation vermieden wird, die andernfalls wegen ungenügendem Speisedurchfluss zu dem Ansauganschluss auftreten würde, verringert er eine Zunahme des aufgenommenen Drehmoments (Leistungsverlusts) im Ergebnis der Pumpaktion des Verstellmotors 23 und minimiert er außerdem eine Beschädigung an dem Verstellmotor 23. Da der Pilotdruck Pp im Ergebnis des Zurückstellens des Hebels 15 auf die Neutralstellung auf null fällt, wird bei der Steuereinheit 25 Pp < δ bestimmt, wird an den elektronisch gesteuerten Regler 26 ein Befehl geliefert, der die Sollverdrängung für den Verstellmotor 23 auf die minimale Verdrängung einstellt, und kehrt die Verdrängung des Verstellmotors 23 schließlich zu null zurück. Da eine schnelle Hebelrückstellbedienung den Aktuator 14 unabhängig von dem Verdrängungszustand des Verstellmotors 23 wie oben beschrieben schnell anhalten kann, kann eine Gefahr, die andernfalls wegen einer Verzögerung beim Anhalten des Aktuators 14 im Notfall auftreten würde, vermieden werden.
  • Anhand von 8 wird nachfolgend eine Beschreibung einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben. Es wird angemerkt, dass eine Beschreibung von Teilen, die gemeinsam mit der ersten Ausführungsform sind, weggelassen ist und dass allein eine Beschreibung des von der ersten Ausführungsform verschiedenen Teils eines Rückgewinnungsverhältnis-Steuermittels gegeben wird.
  • Wie in 8 dargestellt ist, ist das Rückgewinnungsverhältnis-Steuermittel in dieser vierten Ausführungsform aus einem Motorverdrängungs-Steuerzylinder 50 zum Steuern der Verdrängung des Verstellmotors 23, aus einem Motorverdrängungs-Steuerschieber 51 zum Steuern der Zufuhr von Hydrauliköl zu dem Motorverdrängungs-Steuerzylinder 50, aus einer ersten Druckdetektierungsleitung 52, die von der Strömungsmengensteuerleitung 21 abzweigt und zu dem Motorverdrängungs-Steuerschieber 51 verläuft, aus einer zweiten Druckdetektierungsleitung 53, die von der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 abzweigt und zu dem Motorverdrängungs-Steuerschieber 51 verläuft, aus einem Wahlventil 54, das in der ersten Druckdetektierungsleitung 52 angeordnet ist, und aus einem Wahlventil 55, das in einer Leitung angeordnet ist, die den Motorverdrängungs-Steuerschieber 51 und den Motorverdrängungs-Steuerzylinder 50 miteinander verbindet, konstruiert.
  • Der Motorverdrängungs-Steuerzylinder 50 ist ein einzeln wirkender Zylinder mit 2 Anschlüssen und vergrößert den Hub in einer Richtung, um die Verdrängung des Motors zu verringern, wenn ein Pilotdruck auf einen seiner Anschlüsse, d. h. auf einen Pilotanschluss, wirkt. Außerdem ist er so konstruiert, dass die Verdrängung durch eine eingebaute Feder auf null zurückgestellt wird, wenn kein Pilotdruck wirkt. Der andere Anschluss, d. h. ein Behälteranschluss, ist immer mit dem Hydraulikölbehälter 18 verbunden. Wegen dieses Mechanismus weist der Verstellmotor 23 eine Eigenschaft auf, dass er dazu neigt, sich automatisch in eine Richtung zum Verringern des Drucks des Durchflusses, genauer zum Erhöhen seiner Verdrängung, zu andern, wenn in seinem Einlassanschluss ein Durchfluss auftritt. Somit ist der Motorverdrängungs-Steuerzylinder 50 zum Erzeugen eines Schubs in einer Richtung zum Verringern der Verdrängung des Motors gegen die Funktion zum automatisierten Einstellen der Verdrängung des Motors konstruiert. Wenn der Hebel 15 nicht bedient worden ist (in der Neutralstellung ist), ist das Wahlventil 55 in einer Stellung, in der es den Pilotanschluss mit dem Hydraulikölbehälter 18 verbindet, so dass die Verdrängung des Verstellmotors 23 auf null eingestellt ist.
  • Mit dem Pilotanschluss des Motorverdrängungs-Steuerzylinders 50 ist der Motorverdrängungs-Steuerschieber 51 verbunden und mit dem Motorverdrängungs-Steuerschieber 51 ist die Pilotpumpe 13 verbunden. Ferner sind die erste Druckdetektierungsleitung 52 bzw. die zweite Druckdetektierungsleitung 53 in der Weise mit gegenüberliegenden Enden des Motorverdrängungs-Steuerschiebers 51 verbunden, dass sich der Schieber in Übereinstimmung mit einem Differenzdruck zwischen den beiden Druckdetektierungsleitungen 52 und 53 bewegt. Wenn ein Druck P1 der ersten Druckdetektierungsleitung 52 hoch ist, bewegt sich der Schieber nach rechts, ist die Pilotpumpe 13 mit dem Pilotanschluss des Motorverdrängungs-Steuerzylinders 50 verbunden und nimmt die Verdrängung des Motors ab. Wenn ein Druck P2 der zweiten Druckdetektierungsleitung 53 hoch ist, bewegt sich der Schieber nach links, ist der Pilotanschluss des Motorverdrängungs-Steuerzylinders 50 mit dem Hydraulikölbehälter 18 verbunden, wird durch den Motorverdrängungs-Steuerzylinder 50 kein Schub erzeugt und nimmt die Verdrängung des Motors durch die Funktion zum automatisierten Einstellen der Verdrängung des Motors zu. In dieser Ausführungsform sind an den gegenüberliegenden Enden des Motorverdrängungs-Steuerschiebers 51 jeweils Federn angeordnet, so dass der Motorverdrängungs-Steuerschieber 51 eine Mittelstellung annimmt, wenn P1 und P2 derselbe Druck sind. Ferner ist das Wahlventil 54 in einer Stellung, in der es die erste Druckdetektierungsleitung 52 und die zweite Druckdetektierungsleitung 53 miteinander verbindet, werden P1 und P2 zu demselben Druck und nimmt somit der Motorverdrängungs-Steuerschieber 51 die Mittelstellung ein, wenn der Hebel 15 nicht bedient worden ist (in der Neutralstellung ist).
  • Wenn veranlasst wird, dass der Aktuator 14 durch Bedienen des Hebels 15 eingefahren wird, bewegt sich der Schieber des Durchflusssteuerventils 19 nach links und wird gleichzeitig das Wahlventil 55 in die geschlossene Stellung geschaltet, das Wahlventil 24 in die offene Stellung geschaltet und das Wahlventil 54 in eine Stellung geschaltet, in der es die erste Druckdetektierungsleitung 52 und die Schieberleitung miteinander verbindet. Daraufhin geht das von dem Aktuator 14 abgelassene Hydrauliköl durch die Durchflusssteuerleitung 21 und strömt es von dem Schieber des Durchflusssteuerventils 19 zu dem Hydraulikölbehälter 18 zurück, wobei bei der äquivalenten Drossel 44 ein Druckverlust auftritt. Kurz nach der Initiierung der Hebelbedienung beginnt das Hydrauliköl außerdem in die Leistungsrückgewinnungsleitung 22 zu strömen. Allerdings ist der Verstellmotor 23 in der Stellung mit der Verdrängung null und ist kein Durchfluss aufgetreten, so dass in der äquivalenten Drossel 45 kein Druckverlust aufgetreten ist. Somit bewegt sich der Motorverdrängungs-Steuerschieber 51 nach links und wird der Pilotanschluss des Motorverdrängungs-Steuerzylinders 50 mit dem Hydraulikölbehälter 18 verbunden. Gleichzeitig beginnt unter dem in der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 aufgetretenen Druck die Verdrängung des Verstellmotors 23 automatisch zuzunehmen, so dass in der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 ein Durchfluss auftritt. Wenn in der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 der Durchfluss auftritt, tritt bei der äquivalenten Drossel 45 ein Druckverlust auf und beginnt der bei der zweiten Druckdetektierungsleitung 53 detektierte Druck P2 zu fallen. Wenn der Durchfluss der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 zunimmt und P2 auf einen vorgegebenen Druck oder weniger in Bezug auf den Druck P1 der ersten Druckdetektierungsleitung 52 fällt, bewegt sich der Motorverdrängungs-Steuerschieber 51 nach rechts und wirkt der Pilotdruck auf den Pilotanschluss des Motorverdrängungs-Steuerzylinders 50, um die Verdrängung des Motors zu verringern. Auf diese Weise wird die Verdrängung des Verstellmotors 23 automatisch in der Weise eingestellt, dass P2 zu demselben Druck wie P1 wird. Es wird angemerkt, dass die Tatsache, dass in der Weise gesteuert wird, dass P2 zu demselben Druck wie P1 wird, wie in Verbindung mit der dritten Ausführungsform beschrieben wurde, dieselbe ist wie die Steuerung, dass das Durchflussverhältnis von Q2 zu Q1 zu einem festen Verhältnis wird.
  • Anhand von 9 wird nachfolgend eine Beschreibung einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben. Diese fünfte Ausführungsform ist außer der Konstruktion der dritten Ausführungsform mit einem Druckmesser 70 zum Detektieren eines Drucks bei einem Verzweigungspunkt 46 von der Hydraulikölentleerungsleitung 20 in die Leistungsrückgewinnungsleitung 22 versehen. Durch die wie oben beschriebene Konfiguration können das Verhältnis des Durchflusses der Leistungsrückgewinnungsleitung 22 zu dem der Durchflusssteuerleitung 21 auf ein gewünschtes Verhältnis eingestellt werden, ohne sich auf die äquivalente Drossel 44 und auf die äquivalente Drossel 45 zu stützen. Im Folgenden wird eine Beschreibung eines Verfahrens zum Einstellen ihres Durchflussverhältnisses auf ein gewünschtes Durchflussverhältnis gegeben.
  • Ein Solldurchfluss Q2 für die Leistungsrückgewinnungsleitung 22 in Bezug zu dem Durchfluss Q1 der Durchflusssteuerleitung 21 kann wie folgt ausgedrückt werden: Q2 = α·Q1 (α: im Voraus festgelegtes Durchflussverhältnis).
  • Ferner kann die Beziehung mit den jeweiligen Drücken wie folgt ausgedrückt werden: Q2 = Q1·(A02/A01)·√{(Pa – P2)/(Pa – P1)}, so dass die folgende Gleichung hergeleitet werden kann: α = (A02/A01)·√{(Pa – P2)/(Pa – P1)}.
  • Diese Gleichung kann zu der folgenden Gleichung geändert werden: P2 = Pa – (α2·A012/A022)·(Pa – P1). (3)
  • Somit ist es hier notwendig, einen Steuersollwert Pt2 für den wie durch Gleichung (3) definierten Druck P2 einzustellen, um das Durchflussverhältnis in der Weise zu steuern, dass es zu α wird. Die Steuereinheit 25 gibt an den elektronisch gesteuerten Regler 26 einen Befehl derart aus, dass P2 grundsätzlich im Wesentlichen gleich Pt2 gemacht wird. Genauer beschrieben wird die Verdrängung des Verstellmotors 23 in einer abnehmenden Richtung geändert, wenn P2 < Pt2 – ε ist, wird die gegenwärtige Verdrängung aufrechterhalten, wenn Pt2 – ε ≤ P2 ≤ Pt2 + εe ist, und wird die Verdrängung des Verstellmotors 23 in einer zunehmenden Richtung geändert, wenn Pt2 + ε < P2 ist. Hier bedeutet ε eine tote Zone zum Stabilisieren der Steuerung, die auf etwa mehrere Prozent des Maximaldrucks P2 eingestellt wird. Der Wert von ε wird durch Postulieren eines Bereichs bestimmt, der irgendeinen falschen Betrieb wegen Messfehlern durch einen verwendeten Druckmesser ausreichend verhindern kann.
  • Anhand von 10 wird nachfolgend eine Beschreibung einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben. Diese Ausführungsform ist außer der Konstruktion der vierten Ausführungsform mit einer dritten Druckdetektierungsleitung 80 zum Detektieren eines Drucks bei dem Verzweigungspunkt 46 von der Hydraulikölentleerungsleitung 20 in die Leistungsrückgewinnungsleitung 22 versehen, wobei diese dritte Druckdetektierungsleitung 80 jeweils mit den gegenüberliegenden Enden des Motorverdrängungs-Steuerschiebers 51 verbunden ist. Der Motorverdrängungs-Steuerschieber 51 ist an seinen gegenüberliegenden Enden jeweils mit zwei Paaren von Druckaufnahmeteilen versehen, wobei die Druckaufnahmeteile in einem der zwei Paare eine Druckaufnahmefläche AP1 und jene in dem anderen Paar eine Druckaufnahmefläche AP2 aufweisen. In dem Diagramm ist die dritte Druckdetektierungsleitung 80 mit den Druckaufnahmeteilen, die die Druckaufnahmefläche AP1 auf einer linken Seite des Motorverdrängungs-Steuerschiebers 51 aufweisen, und mit den Druckaufnahmeteilen, die die Druckaufnahmefläche AP2 auf einer rechten Seite des Motorverdrängungs-Steuerschiebers 51 aufweisen, verbunden, ist die erste Druckdetektierungsleitung 52 mit den Druckaufnahmeteilen, die die Druckaufnahmefläche AP2 auf der linken Seite des Motorverdrängungs-Steuerschiebers 51 aufweisen, verbunden und ist die zweite Druckdetektierungsleitung 53 mit den Druckaufnahmeteilen, die die Druckaufnahmefläche AP1 auf der rechten Seite des Motorverdrängungs-Steuerschiebers 51 aufweisen, verbunden.
  • Der Motorverdrängungs-Steuerschieber 51 in dieser sechsten Ausführungsform ist an den gegenüberliegenden Enden seines Schiebers jeweils mit Federn versehen, so dass der Motorverdrängungs-Steuerschieber 51 die Mittelstellung annimmt, wenn Pa, P1 und P2 alle null sind. Unter der Annahme, dass ihr Federkoeffizient (der Gesamtwert der Federn an den gegenüberliegenden Enden des Schiebers) k ist, kann ein Federhub S durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: S = {AP1(Pa – P1) – AP2(Pa – P2)}/k.
  • Somit sind die Bedingungen zum Einstellen des Schieberhubs auf null (Mittelstellung): AP1(Pa – P1) – AP2(Pa – P2) = 0.
  • Durch Ändern dieser Gleichung kann die folgende Gleichung hergeleitet werden: (Pa – P2)/(Pa – P1) = AP1/AP2.
  • Ferner kann die Beziehung zwischen Q1 und Q2 wie folgt ausgedrückt werden: Q2 = Q1·(A02/A01)·√{(Pa – P2)/(Pa – P1)}, so dass die folgende Gleichung hergeleitet werden kann: Q2 = Q1·(A02/A01)·√(AP1/AP2).
  • Wie aus dem Vorstehenden zu versehen ist, wird das Durchflussverhältnis von Q2 zu Q1 durch das Verhältnis der äquivalenten Öffnungsfläche der äquivalenten Drossel 45 zu dem der äquivalenten Drossel 44 und durch das Verhältnis der Druckaufnahmeflächen der Druckaufnahmeteile an den gegenüberliegenden Enden des Motorverdrängungs-Steuerschiebers 51 bestimmt. Mit anderen Worten heißt das, dass das Durchflussverhältnis von Q2 zu Q1 nicht auf das Verhältnis der äquivalenten Öffnungsfläche der äquivalenten Drossel 45 zu dem der äquivalenten Drossel 44 begrenzt ist, sondern nach Wunsch durch das Druckaufnahmeflächenverhältnis der Druckaufnahmeteile an den gegenüberliegenden Seiten des Motorverdrängungs-Steuerschiebers 51 eingestellt werden kann.
  • In jeder der obenerwähnten Ausführungsformen ist der Verstellmotor 23 über die Hydraulikpumpe 12 mit dem Drehleistungserzeugungsmittel 11 mechanisch verbunden. Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Konfiguration beschränkt und kann sie z. B. so konfiguriert sein, dass der Verstellmotor 23 mit einem zusätzlich zu dem Drehleistungserzeugungsmittel 11 angeordneten Generator oder dergleichen verbunden ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Unterwagen
    2
    Oberwagen
    3
    Arbeitsausrüstung
    4
    Ausleger
    4a
    Auslegerzylinder
    11
    Drehleistungserzeugungsmittel
    12
    Hydraulikpumpe
    13
    Pilotpumpe
    14
    Aktuator
    15
    Hebel
    16
    Pilotventil
    17
    Pilotentlastungsventil
    18
    Hydraulikölbehälter
    19
    Durchflusssteuerventil
    20
    Hydraulikölauslassleitung
    21
    Durchflusssteuerleitung
    22
    Leistungsrückgewinnungsleitung
    23
    Verstellmotor (Leistungsrückgewinnungsmittel)
    24
    Wahlventil
    25
    Steuereinheit
    26
    elektronisch gesteuerter Regler
    27
    Durchflussmesser
    28
    Durchflussmesser
    29
    Nachspeisungsleitung
    30
    Druckmesser
    31
    Druckmesser
    35
    Pilotleitung
    40
    Druckmesser
    41
    Erfassungsteil
    43
    Verzweigungspunkt
    44
    äquivalente Drossel
    45
    äquivalente Drossel
    46
    Verzweigungspunkt
    50
    Motorverdrängungs-Steuerzylinder
    51
    Motorverdrängungs-Steuerschieber
    52
    erste Druckdetektierungsleitung
    53
    zweite Druckdetektierungsleitung
    54
    Wahlventil
    55
    Wahlventil
    70
    Druckmesser
    80
    dritte Druckdetektierungsleitung

Claims (7)

  1. Hydrauliksystem für eine hydraulische Arbeitsmaschine, wobei das Hydrauliksystem Drehleistung von einem Drehleistungserzeugungsmittel in eine Hydraulikpumpe eingeben kann, um Hydraulikleistung zu erzeugen und durch die Hydraulikleistung einen Aktuator zu betreiben, wobei: eine Hydraulikölentleerungsleitung von dem Aktuator in eine Durchflusssteuerleitung als eine Leitung, die mit einem Durchflusssteuerschieber, der durch Bedienung eines Hebels gesteuert werden kann, verbunden ist, und in eine Leistungsrückgewinnungsleitung als eine Leitung, die mit einem Leistungsrückgewinnungsmittel zum Umwandeln von Hydraulikleistung des abgelassenen Hydrauliköls in wiederverwendbare Energie verbunden ist, verzweigt ist und das Hydrauliksystem mit einem Rückgewinnungsverhältnis-Steuermittel zum Steuern des Leistungsrückgewinnungsmittels in der Weise, dass ein Durchfluss der Leistungsrückgewinnungsleitung in Bezug auf einen Durchfluss, der durch die Bedienung des Hebels in der Durchflusssteuerleitung aufgetreten ist, einem im Voraus festgelegten festen Verhältnis genügt, versehen ist.
  2. Hydrauliksystem nach Anspruch 1, wobei: das Leistungsrückgewinnungsmittel ein Verstellmotor ist, und das Rückgewinnungsverhältnis-Steuermittel eine Steuereinheit zum Berechnen einer Sollverdrängung für den Verstellmotor aus einem durch die Bedienung des Hebels erzeugten Betriebspilotdruck, aus einem Druck in der Hydraulikölentleerungsleitung von dem Aktuator und aus einer Drehzahl des Verstellmotors in der Weise, dass der Durchfluss der Leistungsrückgewinnungsleitung in Bezug auf den Durchfluss der Durchflusssteuerleitung dem festen Verhältnis genügt, und ein Motorverdrängungs-Steuermittel zum Steuern einer Verdrängung des Verstellmotors durch einen elektrischen Befehl von der Steuereinheit umfasst.
  3. Hydrauliksystem nach Anspruch 1, wobei: das Leistungsrückgewinnungsmittel ein Verstellmotor ist, und das Rückgewinnungsverhältnis-Steuermittel ein erstes Druckdetektierungsmittel, das in der Durchflusssteuerleitung angeordnet ist, ein zweites Druckdetektierungsmittel, das in der Leistungsrückgewinnungsleitung angeordnet ist, und ein Motorverdrängungs-Steuermittel zum Verringern einer Verdrängung des Verstellmotors, wenn ein Druck des ersten Druckdetektierungsmittels höher als ein Druck des zweiten Druckdetektierungsmittels ist, zum Erhöhen der Verdrängung des Verstellmotors, wenn der Druck des ersten Druckdetektierungsmittels niedriger als der Druck des zweiten Druckdetektierungsmittels ist, oder zum Festsetzen der Verdrängung des Verstellmotors, wenn der Druck des ersten Druckdetektierungsmittels und der Druck des zweiten Druckdetektierungsmittels dieselben sind, umfasst.
  4. Hydrauliksystem nach Anspruch 3, wobei: das erste Druckdetektierungsmittel eine erste Druckdetektierungsleitung, die von der Durchflusssteuerleitung abzweigt, umfasst, das zweite Druckdetektierungsmittel eine zweite Druckdetektierungsleitung, die von der Leistungsrückgewinnungsleitung abzweigt, umfasst, das Motorverdrängungs-Steuermittel einen Motorverdrängungs-Steuerschieber und einen Motorverdrängungs-Steuerzylinder umfasst und die erste Druckdetektierungsleitung und die zweite Druckdetektierungsleitung einander gegenüberliegend mit Druckaufnahmeteilen, die dieselbe Fläche aufweisen und an gegenüberliegenden Enden des Motorverdrängungs-Steuerschiebers angeordnet sind, verbunden sind, wobei sich der Motorverdrängungs-Steuerschieber durch eine Druckrelation zwischen der ersten Druckdetektierungsleitung und der zweiten Druckdetektierungsleitung und durch die Bewegung des Motorverdrängungs-Steuerschiebers bewegt, wobei die Zufuhr/Ablass-Einstellung von Hydrauliköl zu/von dem Motorverdrängungs-Streuerschieber geschaltet wird, um die Verdrängung des Verstellmotors zu steuern.
  5. Hydrauliksystem nach Anspruch 1, wobei: das Leistungsrückgewinnungsmittel ein Verstellmotor ist, und das Rückgewinnungsverhältnis-Steuermittel ein erstes Druckdetektierungsmittel, das in der Durchflusssteuerleitung angeordnet ist, ein zweites Druckdetektierungsmittel, das in der Leistungsrückgewinnungsleitung angeordnet ist, ein drittes Druckdetektierungsmittel, das in der Hydraulikölentleerungsleitung angeordnet ist, und ein Motorverdrängungs-Steuermittel zum Verringern einer Verdrängung des Verstellmotors, wenn ein Wert, der durch Dividieren eines Differenzdrucks, der durch Subtrahieren eines Drucks des zweiten Druckdetektierungsmittels von einem Druck des dritten Druckdetektierungsmittels erhalten worden ist, durch einen Differenzdruck, der durch Subtrahieren eines Drucks des ersten Druckdetektierungsmittels von dem Druck des dritten Druckdetektierungsmittels erhalten worden ist, berechnet wird, größer als das im Voraus festgesetzte feste Verhältnis ist, zum Erhöhen der Verdrängung des Verstellmotors, wenn der Wert, der durch Dividieren des Differenzdrucks, der durch Subtrahieren des Drucks des zweiten Druckdetektierungsmittels von dem Druck des dritten Druckdetektierungsmittels erhalten worden ist, durch den Differenzdruck, der durch Subtrahieren des Drucks des ersten Druckdetektierungsmittels von dem Druck des dritten Druckdetektierungsmittels erhalten worden ist, berechnet wird, kleiner als das im Voraus festgelegte feste Verhältnis ist, oder zum Festsetzen der Verdrängung des Verstellmotors, wenn der Wert, der durch Dividieren des Differenzdrucks, der durch Subtrahieren des Drucks des zweiten Druckdetektierungsmittels von dem Druck des dritten Druckdetektierungsmittels erhalten worden ist, durch den Differenzdruck, der durch Subtrahieren des Drucks des ersten Druckdetektierungsmittels von dem Druck des dritten Druckdetektierungsmittels erhalten worden ist, berechnet wird, derselbe wie das im Voraus festgelegte feste Verhältnis ist, umfasst.
  6. Hydrauliksystem nach Anspruch 1, wobei: das erste Druckdetektierungsmittel eine erste Druckdetektierungsleitung, die von der Durchflusssteuerleitung abzweigt, umfasst, das zweite Druckdetektierungsmittel eine zweite Druckdetektierungsleitung, die von der Leistungsrückgewinnungsleitung abzweigt, umfasst, das dritte Druckdetektierungsmittel eine dritte Druckdetektierungsleitung, die von der Hydraulikölentleerungsleitung abzweigt, umfasst, das Motorverdrängungs-Steuermittel einen Motorverdrängungs-Steuerschieber und einen Motorverdrängungs-Steuerzylinder umfasst, wobei die Druckaufnahmeteile, die eine Druckaufnahmefläche A aufweisen, und die Druckaufnahmeteile, die eine Druckaufnahmefläche B aufweisen, paarweise jeweils in der Weise an gegenüberliegenden Enden des Motorverdrängungs-Steuerschiebers angeordnet sind, wobei die Druckaufnahmeteile in jedem der Paare einander gegenüberliegen, wobei die erste Druckdetektierungsleitung und die dritte Druckdetektierungsleitung mit den gegenüberliegenden Druckaufnahmeteilen mit der Fläche A verbunden sind, die zweite Druckdetektierungsleitung und die dritte Druckdetektierungsleitung mit den gegenüberliegenden Druckaufnahmeteilen mit der Fläche B verbunden sind und ein Abschnitt der Druckdetektierungsleitung, wobei der Abschnitt mit der Fläche A verbunden ist, so verbunden ist, dass er sich auf der einem Abschnitt der dritten Druckdetektierungsleitung gegenüberliegenden Seite befindet, wobei der letztere Abschnitt mit der Fläche B verbunden ist, wobei sich der Motorverdrängungs-Steuerschieber über eine Betragsrelation zwischen einem Differenzdruck zwischen der ersten Druckdetektierungsleitung und der dritten Druckdetektierungsleitung und einem Differenzdruck zwischen der zweiten Druckdetektierungsleitung und der dritten Druckdetektierungsleitung bewegt und durch die Bewegung des Motorverdrängungs-Steuerschiebers die Zufuhr/Ablass-Einstellung des Hydrauliköls zu/von dem Motorverdrängungs-Steuerzylinder geschaltet wird, um die Verdrängung des Verstellmotors zu steuern.
  7. Hydrauliksystem nach einem der Ansprüche 1–6, wobei das Leistungsrückgewinnungsmittel mit der Hydraulikpumpe mechanisch verbunden ist.
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