CN101970880A - 液压驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种液压驱动装置。该液压驱动装置(100)具备能够借助共用的驱动轴(25、55)驱动旋转的容量可变式主活塞泵(20)和容量可变式副活塞泵(50)。该液压驱动装置(100)具备主液压驱动装置(7、8)和副液压驱动装置(10)，该主液压驱动装置(7、8)随着主活塞泵(20)的排出压力(P1、P2)的上升而逐渐减少主活塞泵(20)的排出容量，该副液压驱动装置(10)随着副活塞泵(50)的排出压力(P3)的上升而对副活塞泵(50)的排出容量进行二级切换，通过设置上述主液压驱动装置(7、8)和副液压驱动装置(10)，能够一边极其细微地调整主活塞泵(20)的排出容量，一边防止液压驱动装置(100)的泵负载过大地上升。

Description

液压驱动装置
技术领域
本发明涉及一种安装在液压挖掘机等建筑机械、作业车辆上的液压驱动装置。
背景技术
在日本专利厅于2003年发出的JP2003-221842A中公开了一种具有液压驱动装置的液压挖掘机，利用被共用的发动机驱动的3个容量可变式液压泵构成该液压驱动装置。自3个液压泵中的第1液压泵和第2液压泵排出的工作油用于挖土以及移动液压挖掘机，自第3液压泵排出的工作油用于使动臂(boom)和操作室转动。
由于该液压驱动装置依据各液压泵的排出压力而分别连续地调节3个容量可变式液压泵的排出容量，因此存在构造复杂、制造成本高的问题。
发明内容
因而，本发明的目的在于提供一种能够以简单的构造调节泵的驱动负载的液压驱动装置。
为了达到上述目的，本发明的液压驱动装置具备能够借助共用的驱动轴驱动旋转的容量可变式主活塞泵和容量可变式副活塞泵，该液压驱动装置具备：主液压驱动装置，其随着上述主活塞泵的排出压力的上升而连续地减小上述主活塞泵的排出容量；副液压驱动装置，其根据上述副活塞泵的排出压力在2种设定容量之间切换上述副活塞泵的排出容量。
本发明的详细构成以及其他特征、优点见说明书的下述内容以及附图。
附图说明
图1是本发明的液压驱动装置的液压回路图。
图2是该液压驱动装置的纵剖视图。
图3是本发明的其他实施例的液压驱动装置的液压回路图。
具体实施方式
如图1所示，安装在液压挖掘机上的液压驱动装置100包括能够被共用的内燃发动机4驱动的第1泵1、第2泵2和第3泵3。
液压挖掘机包括由左右的履带构成的行驶装置、驱动铲斗、臂、动臂等挖掘地面的挖掘装置、使挖掘装置、工作台相对于车身转动的转动装置以及向前进方向推出沙土等的推土刮板，液压驱动装置100将加压工作油供给到上述装置中而进行驱动。
由第1泵1排出的加压工作油经过第1泵通路11被供给到用于驱动左右的履带的液压电动机中。由第2泵2排出的加压工作油经过第2泵通路12被供给到用于驱动挖掘装置的多个液压缸中。
由第3泵3排出的工作油经过第3泵通路13被供给到用于驱动转动装置的液压电动机、和用于驱动推土刮板的液压缸中。
如图2所示，第1泵1和第2泵2由主活塞泵20构成。第3泵3由副活塞泵50构成。主活塞泵20和副活塞泵50同轴地形成在被内燃发动机4驱动的轴25上。
主活塞泵20是具有2个排出口的双流式容量可变型斜板式活塞泵。
主活塞泵20被收装在由主壳体21和固定在主壳体21上的盖22形成的空间内。主活塞泵20包括主缸体23和主斜板24。
主缸体23固定在轴25上，且能够与轴25一体地旋转。轴25的一端借助轴承32支承在盖22上，轴25的中间部借助轴承31支承在主壳体21上。图1所示的内燃发动机4的转矩输入轴25的自主壳体21向外部突出的另一端。
在主缸体23中以与轴25的中心轴线O平行且在以中心轴线O为中心的大致同一圆周上保持恒定间隔的方式配置有偶数个主缸26。
在各主缸26中插入有主活塞28。在主缸26的内侧划分有与主活塞28的一端面对的主容积室27。主活塞28的另一端自主缸体23突出而借助滑靴(shoe)29与主斜板24滑接。
在主缸体23的内侧收装有用于朝向主斜板24推压滑靴29的弹簧48。
在主缸体23旋转时，借助滑靴29与主斜板24滑接的主活塞28一边与主缸体23一体地旋转一边沿中心轴线O的方向往返移动，从而使主容积室27扩大或缩小。
在位于主斜板24相反侧的主缸体23的端面上开设有与主容积室27相连通的缸口33或缸口34。主缸体23的该端面与被主壳体21支承的阀板30滑接。
在以中心轴线O为中心的半径不同的圆周上交替形成缸口33和缸口34。结果，在主缸体23的端面上所开设的是与半数的主缸26相连通的缸口33、和与其余半数的主缸26相连通的缸口34。
在阀板30上形成有1个吸入口和2个排出口。在使主容积室27扩大的主缸体23的旋转角度区域中，吸入口与缸口33以及缸口34均连通。在使主容积室27缩小的主缸体23的旋转角度区域中，2个排出口由与缸口33相连通的排出口、和与缸口34相连通的排出口构成。
与缸口33相连通的排出口、具有缸口33的主缸26以及插入在这些主缸26中的主活塞28构成第1泵1。与缸口34相连通的排出口、具有缸口34的主缸26以及插入在这些主缸26中的主活塞28构成第2泵2。
图1所示的第1泵通路11与第1泵1的排出口相连接，图1所示的第2泵通路12与第2泵2的排出口相连接。贯穿主壳体21地形成第1泵通路11和第2泵通路12，该结构在图2中未示出。
主缸体23旋转一周，则各主活塞28在主缸26内往返移动一次。在使主容积室27扩大的吸入行程中，工作油自阀板30的吸入口经过缸口33、34被吸入到主容积室27中。在使主缸26的主容积室27缩小的排出行程中，工作油自主容积室27经过缸口33、34被排向阀板30的2个排出口，然后被供给到第1泵通路11和第2泵通路12中。
利用主活塞泵20的上述构造，能够将工作油分别单独地供给到第1泵通路11和第2泵通路12中。
利用轴承41以能够相对于盖22偏转的方式支承主斜板24。
在主斜板24与主壳体21之间夹装有弹簧35、36。弹簧35、36用于向增大偏转角度的方向对主斜板24施加作用力。弹簧35始终向增大偏转角度的方向对主斜板24施加作用力，弹簧36在主斜板24的偏转角度小于规定角度的情况下，向增大偏转角度的方向对主斜板24施加作用力。也可以利用1个弹簧代替弹簧35、36支承主斜板24。
回到图1，利用第1主液压驱动装置7、第2主液压驱动装置8和辅助液压驱动装置9调整主活塞泵20的排出容量。
回到图2，第1主液压驱动装置7和第2主液压驱动装置8包括同轴地形成在主壳体21上的液压缸37、38、和能滑动地插入在液压缸37、38中的带台阶柱塞42。在主壳体21上形成有用于对带台阶柱塞42的台阶部施加压力的液压室43、和用于对带台阶柱塞42的前端部施加压力的液压室44。
第1主液压驱动装置7和第2主液压驱动装置8共用带台阶柱塞42。用于对带台阶柱塞42施加压力的液压室44构成第1主液压驱动装置7，用于对带台阶柱塞42施加压力的液压室43构成第2主液压驱动装置8。
回到图1，第1泵1的排出压力P1被引导到第1主液压驱动装置7的液压室44中。在被引导到液压室44中的压力增加时，带台阶柱塞42发生位移而向减小偏转角度的方向驱动主斜板24。结果，主活塞泵20的排出容量减少。
第2泵2的排出压力P2被引导到第2主液压驱动装置8的液压室43中。在被引导到液压室43中的压力增加时，带台阶柱塞42发生位移而向减小偏转角度的方向驱动主斜板24。结果，主活塞泵20的排出容量减少。
辅助液压驱动装置9包括液压缸、能滑动地插入在液压缸中的活塞以及在液压缸内被活塞划分出的液压室9A、9B。另外，在图2中未显示出辅助液压驱动装置9。
第3泵3的排出压力P3始终作用于辅助液压驱动装置9的液压室9A。在液压室9A的压力增加时，辅助液压驱动装置9内的活塞使主斜板24向减小偏转角度的方向、即主活塞泵20的排出容量减少的方向进行位移。
借助先导切换阀5将第3泵3的排出压力P3引导到辅助液压驱动装置9的液压室9B中。在第3泵3的排出压力P3作用于液压室9B时，活塞停止向减少主活塞泵20的排出容量的方向位移。相应地主斜板24也停止向减小偏转角度的方向位移。
如上所述，决定主活塞泵20的排出容量的主斜板24被保持在如下位置上，即、第1主液压驱动装置7、第2主液压驱动装置8和辅助液压驱动装置9对主斜板24施加的推压力、和反向支承主斜板24的弹簧35、36的弹性支承力取得平衡的任意位置上。因而，能够使主活塞泵20的排出容量与驱动装置7～9的压力相对应地连续变化。
回到图2，构成第3泵3的副活塞泵50是具有1个排出口的单流式容量可变型斜板式活塞泵。
副活塞泵50被收装在由主壳体21和固定在主壳体21上的副壳体51形成的空间内。副活塞泵50包括副缸体53和副斜板54。
副缸体53固定在轴55上，能够与轴55一体地旋转。轴55的一端借助轴承62支承在副壳体51上，轴55的另一端借助轴承61支承在主壳体21上。同轴且一体地构成轴55和轴25，且轴55能够与轴25一体地旋转。
在副缸体53中，在以中心轴线O为中心的圆周上隔开恒定间隔地形成有与中心轴线O平行的多个副缸56。
在各副缸56中插入有副活塞58。在副缸56的内侧划分有与副活塞58的一端面对的副容积室57。副活塞58的另一端自副缸体53突出而借助滑靴59与副斜板54滑接。
在副缸体53的内侧收装有用于向副斜板54推压滑靴59的弹簧65。
副缸体53旋转一周，则各副活塞58在副缸56内往返移动一次。借助滑靴59与副斜板54滑接的副活塞58一边与副缸体53一体地旋转一边沿中心轴线O的方向往返移动，从而使副容积室57扩大或缩小。
在位于副斜板54相反侧的副缸体53的端面上开设有与副容积室57相连通的缸口63。
副缸体53的该端面与在副壳体51内被支承在主壳体21上的阀板60滑接。在阀板60上形成有1个吸入口和1个排出口64。在使副容积室57扩大的副缸体53的旋转角度区域中，吸入口与缸口63连通。在使副容积室57缩小的副缸体53的旋转角度区域中，排出口64与缸口63相连通。
排出口64与第3泵通路13相连接。贯穿主壳体21地形成第3泵通路13。因而，能够与第1泵通路11以及第2泵通路12中的工作油的流量、压力独立地控制第3泵通路13中的工作油的流量、压力。
借助1对球轴承以能够改变副斜板54的偏转角度的状态将该副斜板54支承在副壳体51中。
副液压驱动装置10包括形成在副壳体51的底部上的液压缸66、和能滑动地插入在该液压缸66中的柱塞67，在液压缸66中与柱塞67之间划分出液压室68。
第3泵通路13借助先导切换阀5与液压室68相连接。
回到图1，第3泵通路13与用于驱动转动装置的液压电动机和用于驱动推土刮板的液压缸相连接，并且与液压室9A相连接，该液压室9A用于使辅助液压驱动装置9向减小主斜板24的偏转角度的方向进行动作。此外，第3泵通路13还与液压室9B和副液压驱动装置10的液压室68相连接，该液压室9B借助先导切换阀5使辅助液压驱动装置9向增大主斜板24的偏转角度的方向进行动作。通过向副液压驱动装置10的液压室68供给压力，能够向减小偏转角度的方向驱动副斜板54。
先导切换阀5具有驱动位置A和泄油位置B，在先导切换阀5位于驱动位置A时，借助第3泵通路13将第3泵3的排出压力P3供给到液压室9B和副液压驱动装置10的液压室68中，该液压室9B形成在辅助液压驱动装置9中、用于向增大主斜板24的偏转角度的方向驱动辅助液压驱动装置9，在先导切换阀5位于泄油位置B时，使液压室9B和液压室68与泄油通路14相连通。
利用复位弹簧6的弹性力朝向泄油位置B对先导切换阀5施加作用力。另外，第3泵3的排出压力P3作为先导压力(pilotpressure)自第3泵通路13向复位弹簧6的施力方向的相反方向、即驱动位置A的方向进行作用。
在第3泵3的排出压力P3较小的情况下，先导切换阀5位于泄油位置B，第3泵3中的副斜板54被保持在偏转角度最大的位置上。例如，通过使副斜板54的偏转轴相对于轴55偏心，能够利用副活塞58对副斜板54施加的推压力产生力矩，从而不用弹簧就能将副斜板54保持在偏转角度最大的位置上。
在第3泵3的排出压力P3大于复位弹簧6的弹簧力时，先导切换阀5切换到驱动位置A。结果，在供给到液压室68中的第3泵3的排出压力P3的作用下，柱塞67使副斜板54转动到偏转角度最小的位置。结果，第3泵3的排出流量下降。这样，能够与先导切换阀5的位置相对应地在最大容量与最小容量之间切换第3泵3的排出容量。
另一方面，第3泵3的排出压力P3始终作用于辅助液压驱动装置9的用于减小副斜板24的偏转角度的压力室。另外，在先导切换阀5位于泄油位置B的期间内，辅助液压驱动装置9的用于增大副斜板24的偏转角度的液压室9B与泄油通路相连通。因而，在该状态下，基于第3泵3的排出压力P3而产生的向减小偏转角度的方向作用的力借助辅助液压驱动装置9作用在副斜板24上。
另一方面，在先导切换阀5切换到驱动位置A时，第3泵3的排出压力P3也作用于辅助液压驱动装置9的用于增大主斜板24的偏转角度的液压室9B。由此，使辅助液压驱动装置9停止向减小主斜板24的偏转角度的方向位移。
这样，在该液压驱动装置中，随着第3泵3的排出压力P3的增大，主斜板24的偏转角度和副斜板54的偏转角度减小，从而能够使液压驱动装置整体的排出容量取得平衡。另一方面，在第3泵3的排出压力P3大于一定的压力时，主斜板24的偏转角度不再减小。副斜板54维持状态不变地被保持在偏转角度最小的位置上。
能够以手动的方式调节复位弹簧6的弹性恢复力。通过较大地设定复位弹簧6的弹性恢复力，能够较高地设定用于使先导切换阀5自泄油位置B切换到驱动位置A的第3泵3的排出压力P3。
在液压挖掘机的工作过程中，利用内燃发动机4的转矩驱动第1泵1、第2泵2和第3泵3。
自第1泵1排出的工作油经过第1泵通路11被供给到用于驱动左右的履带的液压电动机中。自第2泵2排出的工作油经过第2泵通路12被供给到用于驱动挖掘装置的各个液压缸中。自第3泵3排出的工作油经过第3泵通路13被供给到用于驱动转动装置的液压电动机、和用于驱动推土刮板的液压缸中。
操作员通过操作控制阀能够调节向各个装置供给的工作油的流量，从而使液压挖掘机行驶、挖掘地面、输送沙土。
兼具第1泵1和第2泵2的主活塞泵20在下述位置上保持主斜板24的偏转角度，即、弹簧35、36的作用力、与被引导到第1主液压驱动装置7中的第1泵1的排出压力P1、被引导到第2主液压驱动装置8中的第2泵2的排出压力P2以及被引导到辅助液压驱动装置9中的第3泵3的排出压力P3的总压力取得平衡的位置上。在排出压力P1、P2、P3中的任意一个上升时，主斜板24向上升压力对主斜板24的驱动力与弹簧35、36的作用力取得平衡的位置偏转，结果使轴25每旋转1周的主活塞28的排量减少。随着主活塞28的排量的减少，主活塞泵20的排出容量也逐渐减少。结果，能够将内燃发动机4的输出保持在恒定范围内。
构成第3泵3的副活塞泵50根据排出压力P3使副斜板54的偏转角度、即第3泵3的排出容量进行二级变化。
例如，在液压挖掘机的转动装置开始进行转动动作的情况下、或转动装置进行转动动作而将挖掘装置的铲斗压靠在对象物上的情况下，第3泵3的排出压力P3超过规定的压力而上升，相应地先导切换阀5切换到驱动位置A，副斜板54快速改变偏转角度而自偏转角度最大的位置转动到偏转角度最小的位置。结果，能够防止第3泵3的驱动负载过度上升。
第3泵3的排出压力P3也被引导到辅助液压驱动装置9的液压室9A中。液压室9B的压力向减小主活塞泵20的主斜板24的偏转角度的方向、即减小第1泵1和第2泵2的驱动负载的方向进行作用。
也就是说，在第3泵3的排出压力P3上升时，第1泵1、第2泵2和第3泵3均向减少排出容量的方向改变偏转角度，因此能够以良好的响应性减小内燃发动机4的负载，从而能够防止发生因负载过大而使内燃发动机4停止工作的情况。
另外，在第3泵3的排出压力P3上升到一定压力以上时，先导切换阀5切换位置，从而第3泵3的排出压力P3也被供给到辅助液压驱动装置9的用于增大主斜板24的偏转角度的液压室9B中。结果，使辅助液压驱动装置9停止向减小主斜板24的偏转角度的方向进行动作，主斜板24的偏转角度也不再减小。
这样，能够使主斜板24的偏转角度随着构成主活塞泵20的第1泵1和第2泵2的排出压力P1、P2、以及构成副活塞泵50的第3泵3的排出压力P3的变化而连续性地变化。因而，能够依据上述第1泵1、第2泵2和第3泵3的排出压力极其细微地调节主活塞泵20的排出容量。另一方面，第3泵3能够依据排出压力P3以开启/关闭的方式在偏转角度最大的位置与偏转角度最小的位置之间切换副斜板54的偏转角度。通过以开启/关闭的方式切换排出容量，能够防止内燃发动机4的驱动负载变得过大。也就是说，能够一边维持可极其细微地调节主活塞泵20的排出容量的功能，一边以简单的结构防止内燃发动机4的负载变得过大。
关于副活塞泵50，由于以开启/关闭的方式切换副斜板54的偏转角度，因此能够简化副斜板54的支承构造，并且不用设置用于向增大偏转角度的方向对副斜板54施力的弹簧。在降低液压驱动装置的制造成本的方面，优选以上述构造形成副活塞泵50。
参照图3说明本发明的第2实施例。
在说明该实施例时，对于与第1实施例共用的构成构件，标注相同的附图标记而省略详细说明。
在该实施例中，在构成副活塞泵50的第3泵3排出工作油的第3泵通路13上串联地配置有顺序动作阀(priority valve)16和低压溢流阀17。顺序动作阀16将第3泵通路13分支成泵通路18和泵通路19。顺序动作阀16优先将工作油供给到泵通路18中，然后将剩余的工作油供给到泵通路19中。再剩余的工作油经过低压溢流阀17回流到第3泵3的吸入侧。采用该实施例，能够自第3泵3向双系统的泵通路18和泵通路19供给工作油。
这里引用了申请日为2009年4月23日的日本国特愿2009-105219号的内容而合并得出上述说明。
以上，利用几个特定的实施例说明了本发明，但本发明并不限定于上述各实施例。对于本领域技术人员来说，在权利要求的技术范围内可以对上述实施例进行各种修改或变形。
例如，在上述各实施例中采用工作油为工作流体，但也可以采用水溶性代替溶液等工作流体代替工作油。
工业实用性
如上所述，本发明的液压驱动装置适合进行用于使液压挖掘机行驶、操作、转动的液压供给操作，但本发明并不限定于此，本发明可以适用于所有建筑机械、作业车辆的液压供给装置。
本发明的实施例所包含的排他性质或特点见后述的权利要求。

Claims (5)

1.一种液压驱动装置(100)，其具备借助共用的驱动轴(25、55)驱动旋转的容量可变式主活塞泵(20)和容量可变式副活塞泵(50)，其特征在于，
该液压驱动装置(100)具备：
主液压驱动装置(7、8)，其随着上述主活塞泵(20)的排出压力(P1、P2)的上升而逐渐减少上述主活塞泵(20)的排出容量；
副液压驱动装置(10)，其随着上述副活塞泵(50)的排出压力(P3)的上升而在2种设定容量之间切换上述副活塞泵(50)的排出容量。
2.根据权利要求1所述的液压驱动装置(100)，其中，
该液压驱动装置(100)还具备辅助驱动装置(9)，该辅助驱动装置(9)随着上述副活塞泵(50)的排出压力(P3)的上升而逐渐减少上述主活塞泵(20)的排出容量。
3.根据权利要求2所述的液压驱动装置(100)，其中，
上述辅助驱动装置(9)包括用于减少上述主活塞泵(20)的排出容量的容量减少液压室(9A)、和用于向增大上述主活塞泵(20)的排出容量的方向施加作用的容量增大液压室(9B)，上述副活塞泵(50)的排出压力(P3)始终被供给到上述容量减少液压室(9A)中，另一方面上述液压驱动装置(100)还具备用于将上述副活塞泵(50)的排出压力(P3)供给到上述容量增大液压室(9B)中的切换阀(5)。
4.根据权利要求3所述的液压驱动装置(100)，其中，
上述切换阀(5)具备能够随着上述副活塞泵(50)的排出压力(P3)的变化而选择性适用的泄油位置(B)和驱动位置(A)，在上述切换阀(5)位于上述泄油位置(B)时，使上述容量增大液压室(9B)以及上述副液压驱动装置(10)与泄油通路相连通，在上述切换阀(5)位于上述驱动位置(A)时，将上述副活塞泵(50)的排出压力(P3)供给到上述容量增大液压室(9B)和上述副液压驱动装置(10)中。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的液压驱动装置(100)，其中，
上述主活塞泵(20)包括：主缸体(23)，其被内燃发动机(4)驱动且在内部形成有多个主缸(26)；主活塞(28)，其被收装在上述各个主缸(26)中且在上述主缸(26)内划分出主容积室(27)；主斜板(24)，其使上述主活塞(28)随着上述主缸体(23)的旋转而进行往返移动从而使主容积室(27)扩大或缩小；弹簧(35、36)，其向增大上述主斜板(24)的偏转角度的方向对上述主斜板(24)施加作用力；上述主液压驱动装置(7、8)向减小上述主斜板(24)的偏转角度的方向驱动上述主斜板(24)，上述副活塞泵(50)包括：副缸体(53)，其被上述内燃发动机(4)驱动且在该副缸体(21)内部形成有多个副缸(56)；副活塞(58)，其被收装在上述各个副缸(56)中且在上述副缸(56)中划分出副容积室(57)；副斜板(54)，其使上述副活塞(58)随着上述副缸体(53)的旋转而进行往返移动从而使上述副容积室(57)扩大或缩小；上述副液压驱动装置(10)向减小上述副斜板(54)的偏转角度的方向驱动上述副斜板(54)。
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