CN102245908A - 工程机械的液压驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种工程机械的液压驱动装置，能够检测动臂下降动作时的动臂用液压缸需要驱动压的状态并能够自动切换动臂方向切换阀的操作特性。具有控制装置(42)，该控制装置(42)对电磁式切换阀(40)进行控制，在由压力传感器(41)检测的动臂用液压缸(20)的杆侧压力小于阈值的情况下，选择具有减压阀(39)的先导油路(38b)且使动臂用方向切换阀(31)的动臂下降侧行程的限制位置位于中间位置(L1)，在由压力传感器(41)检测的动臂用液压缸(20)的杆侧压力为阈值以上的情况下，选择先导油路(38a)且使动臂用方向切换阀(31)的动臂下降侧行程的限制位置位于最大位置(L2)。

Description

工程机械的液压驱动装置
技术领域
本发明涉及液压挖掘机等的工程机械，尤其是关于对动臂用方向切换阀的操作特性进行切换的工程机械的液压驱动装置。
背景技术
作为工程机械之一的液压挖掘机具有：下部行驶体；能够旋转地搭载在该下部行驶体的上部的上部旋转体；能够俯仰地设在该上部旋转体上、由动臂、斗杆及铲斗构成的多关节型的前作业机；分别驱动动臂、斗杆及铲斗的多个液压缸。该液压挖掘机的液压驱动装置具有：液压泵；指示动臂等的动作(动作方向及速度)的多个操作装置；根据这些多个操作装置的操作分别对从液压泵向动臂用液压缸等的压力油的流动(流向及流量)进行控制的多个方向切换阀。开中心型的方向切换阀具有中间旁通油路、入口节流式(meter-in)油路及出口节流式(meter-out)油路，通过这些油路的可变节流阀的开口面积特性确定操作特性，从而决定被驱动部件的操作性能。
这里，以往提出了一种结构，设置了操作特性互不相同的开中心型(open center valve)的第一动臂用方向切换阀和第二动臂用方向切换阀，并选择它们中的某一方(例如，参照专利文献1)。在该专利文献1记载的现有技术中，具有：液压先导方式的操作装置；设在该操作装置的操纵管路上的电磁切换阀；操作该电磁切换阀的手动开关。而且，例如若驾驶者将手动开关设置在OFF位置，则电磁切换阀成为第一切换位置，来自操作装置的操作先导压向第一动臂用方向切换阀的受压部输出。另一方面，例如若驾驶者将手动开关设置在ON位置，则电磁切换阀成为第二切换位置，来自操作装置的操作先导压被向第二动臂用方向切换阀的受压部输出。由此，能够选择适于作业状况的操作性能。
专利文献1：日本特开2005-220544号公报
若适用上述专利文献1记载的现有技术，则为以下结构，例如，第一动臂用方向切换阀具有在动臂下降侧行程的最大位置处中间旁通油路的开口面积比入口节流式油路的开口面积大的特性，第二动臂用方向切换阀具有在动臂下降侧行程的最大位置处中间旁通油路的开口面积比入口节流式油路的开口面积小(或中间旁通油路全闭)的特性。而且，例如在动臂的下降动作时，铲斗不接地而位于空中期间，将手动开关设置成OFF位置并选择第一动臂用方向切换阀，使向动臂用液压缸的杆侧供给的流量较少。由此，能够通过前作业机的自重驱动动臂用液压缸，并降低液压泵的动力消耗。另一方面，例如在动臂的下降动作时，铲斗接地并挖掘时，将手动开关设置成ON位置并选择第二动臂用方向切换阀，使向动臂用液压缸的杆侧供给的流量较多。由此，能够在动臂用液压缸的杆侧产生驱动压(高压液压)从而进行强力的下降动作。
但是，在进行挖掘作业等时，重复进行动臂的下降动作及抬起动作，铲斗在空中和地下之间往来。因此，在动臂进行下降动作时，驾驶者必须判断铲斗接地的时刻(换言之，动臂用液压缸需要驱动压的时刻)并切换手动开关。因此，驾驶者感觉很烦杂，作业效率降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工程机械的液压驱动装置，检测动臂下降动作时的动臂用液压缸需要驱动压的状态并能够自动切换动臂方向切换阀的操作特性。
(1)为了实现上述目的，本发明的工程机械的液压驱动装置，具有：液压泵；驱动动臂的动臂用液压缸；对所述动臂的动作进行指示的操作装置；根据所述操作装置的操作对从所述液压泵向所述动臂用液压缸的压力油的流动进行控制的开中心型的动臂用方向切换阀，所述动臂用方向切换阀具有以下特性：在动臂下降侧行程的中间位置，中间旁通油路的开口面积比入口节流式油路的开口面积大，在动臂下降侧行程的最大位置，中间旁通油路的开口面积比入口节流式油路的开口面积小或中间旁通油路全闭，其中，具有：行程限制可变机构，对所述中间位置及所述最大位置中的某一方进行选择并作为所述动臂用方向切换阀的动臂下降侧行程的限制位置；压力判定机构，对所述动臂用液压缸中的动臂下降动作时的供油侧压力进行检测或导入，并判定该压力是否为预先设定的阈值以上；控制机构，在所述动臂用液压缸中的动臂下降动作时的供油侧压力小于所述阈值的情况下，以所述动臂用方向切换阀的动臂下降侧行程的限制位置位于所述中间位置的方式对所述行程限制可变机构进行控制，在所述动臂用液压缸中的动臂下降动作时的供油侧压力为所述阈值以上的情况下，以所述动臂用方向切换阀的动臂下降侧行程的限制位置为所述最大位置的方式对所述行程限制可变机构进行控制。
(2)在上述(1)中，优选地，所述行程限制可变机构具有：将根据所述操作装置的动臂下降操作而生成的操作先导压直接向所述动臂用方向切换阀的受压部输出的第一先导油路；将根据所述操作装置的动臂下降操作而生成的操作先导压通过减压阀进行减压并向所述动臂用方向切换阀的受压部输出的第二先导油路；选择所述第一先导油路及所述第二先导油路中的某一方的先导油路选择机构，所述控制机构对所述先导油路选择机构进行控制，在所述动臂用液压缸中的动臂下降动作时的供油侧压力小于所述阈值的情况下，选择所述第二先导油路，在所述动臂用液压缸中的动臂下降动作时的供油侧压力为所述阈值以上的情况下，选择所述第一先导油路。
(3)在上述(1)中，优选地，所述行程限制可变机构具有：将根据所述操作装置的动臂下降操作而生成的操作先导压向所述动臂用方向切换阀的受压部输出的先导油路；设在所述先导油路上、对操作先导压的最大值进行限制且使该限制值可变的可变减压阀，所述控制机构，在所述动臂用液压缸中的动臂下降动作时的供油侧压力小于阈值的情况下，控制所述可变减压阀的限制值成为预先设定的第一限制值，在所述动臂用液压缸中的动臂下降动作时的供油侧压力为所述阈值以上的情况下，控制所述可变减压阀的限制值进行成为比所述第一限制值大的预先设定的第二限制值。
(4)为了实现上述目的，本发明的工程机械的液压驱动装置，具有：液压泵；驱动动臂的动臂用液压缸；对所述动臂的动作进行指示的操作装置；根据所述操作装置的操作对从所述液压泵向所述动臂用液压缸的压力油的流动进行控制的开中心型的第一动臂用方向切换阀，所述第一动臂用方向切换阀具有以下特性，在动臂下降侧行程的中间位置，中间旁通油路的开口面积比入口节流式油路的开口面积大，在动臂下降侧行程的最大位置，中间旁通油路的开口面积比入口节流式油路的开口面积小或中间旁通油路为全闭，其中，具有：开中心型的第二动臂用方向切换阀，其具有不仅在动臂下降侧行程的中间位置即使在最大位置处中间旁通油路的开口面积也比入口节流式油路的开口面积大的特性；方向切换阀选择机构，对所述第一动臂用方向切换阀及所述第二动臂用方向切换阀中的某一方进行选择，并使该选择的动臂用方向切换阀根据所述操作装置的操作被驱动；压力判定机构，对所述动臂用液压缸中的动臂下降动作时的供油侧压力进行检测或导入，并对该压力是否为预先设定的阈值以上进行判定；控制机构，在所述动臂用液压缸中的动臂下降动作时的供油侧压力小于所述阈值的情况下，以选择所述第二动臂用方向切换阀的方式对所述方向切换阀选择机构进行控制，在所述动臂用液压缸中的动臂下降动作时的供油侧压力为所述阈值以上的情况下，以选择所述第一动臂用方向切换阀的方式对所述方向切换阀选择机构进行控制。
(5)在上述(4)中，优选地，所述方向切换阀选择机构具有：将根据所述操作装置的动臂下降操作而生成的操作先导压向所述第一动臂用方向切换阀的受压部输出的第一先导油路；将根据所述操作装置的动臂下降操作而生成的操作先导压向所述第二动臂用方向切换阀的受压部输出的第二先导油路；对所述第一先导油路及所述第二先导油路中的某一方进行选择的先导油路选择机构，所述控制机构对所述先导油路选择机构进行控制，在所述动臂用液压缸中的动臂下降动作时的供油侧压力小于所述阈值的情况下，选择所述第二先导油路，在所述动臂用液压缸中的动臂下降动作时的供油侧压力为所述阈值以上的情况下，选择所述第一先导油路。
发明的效果
根据本发明，检测动臂下降动作时的动臂用液压缸需要驱动压的状态并能够自动地切换动臂方向切换阀的操作特性。
附图说明
图1是表示本发明的适用对象即小型的液压挖掘机的构造的侧视图。
图2是表示本发明的第一实施方式中的液压挖掘机的液压驱动装置的主要部分结构的液压回路图。
图3是表示本发明的第一实施方式中的动臂用方向切换阀的操作特性的图。
图4是将本发明的第一实施方式中的动臂用油压缸的杆侧压力和输入到动臂用方向切换阀中的操作先导压的经时变化作为一例进行表示的图。
图5是表示本发明的一变形例中的液压挖掘机的液压驱动装置的主要部分结构的液压回路图。
图6是表示本发明的第二实施方式中的液压挖掘机的液压驱动装置的主要部分结构的液压回路图。
图7是表示本发明的其他的变形例中的液压挖掘机的液压驱动装置的主要部分结构的液压回路图。
图8是表示本发明的第三实施方式中的液压挖掘机的液压驱动装置的主要部分结构的液压回路图。
图9是表示本发明的第三实施方式中的第二动臂用方向切换阀的操作特性的图。
具体实施方式
参照附图说明本发明的实施方式。
图1是表示本发明的适用对象即小型的液压挖掘机的构造的侧视图。此外，以下，将在液压挖掘机处于图1所示的状态下驾驶者落座于驾驶席上的情况下的驾驶者的前侧(图1中左侧)、后侧(图1中右侧)、左侧(图1中朝向纸面的外侧)、右侧(图1中朝向纸面的内侧)简单地称为前侧、后侧、左侧、右侧。
在该图1中，液压挖掘机具有：具有左右的履带(crawler)1的下部行驶体2；能够旋转地搭载在该下部行驶体2的上部的上部旋转体3；成为该上部旋转体3的基础下部构造的旋转架4；沿水平方向能够转动地安装在该旋转架4的前部的旋转柱5；沿上下方向能够转动地安装在该旋转柱5上(能够俯仰)的多关节型的前作业机6；设在旋转架4上的左侧的伞盖型的驾驶室7；覆盖旋转架4上的除驾驶室7以外的大部分的多个罩8。在上部旋转体3的罩8内搭载有发动机等设备。
下部行驶体2具有：大致H字形状的履带架9；能够旋转地支承在该履带架9的左右两侧的后端附近的左右的驱动轮10；分别驱动这些左右的驱动轮10的左右的行驶用液压马达11；能够旋转地支承在履带架9的左右两侧的前端附近、并经由履带1通过驱动轮10的驱动力分别旋转的左右的从动轮(惰轮)12。
在履带架9的前侧，能够上下动地设置有推土用的刮板13，刮板13通过刮板用液压缸14进行上下动。另外，在履带架9的中央部和旋转架4之间，设有旋转轮(未图示)，在该旋转轮的径向内侧，设有相对于履带架9使旋转架4旋转的旋转用液压马达15。
旋转柱5经由垂直销(未图示)能够相对于旋转架4在水平方向上转动。而且，通过转向用液压缸16，旋转柱5在水平方向上转动，由此，前作业机6向左右转向。
前作业机6具有：能够转动地连结在旋转柱5上的动臂17；能够转动地结合在该动臂17的前端部的斗杆18；能够转动地结合在该斗杆18的前端部的铲斗19。而且，动臂17、斗杆18及铲斗19通过动臂用液压缸20、斗杆用液压缸21及铲斗用液压缸22进行动作。此外，铲斗19还能够更换成选择附件(例如破碎机等)。
在驾驶室7中设有供驾驶者落座的驾驶席(座席)23。在驾驶席23的前方设有左右的行驶用操作杆24，该左右的行驶用操作杆24能够分别驱动左右的行驶用液压马达11并且为使液压挖掘机进行前进或后退行驶等能够通过手或脚来操作，在左侧的行驶用操作杆24的更靠近左侧的脚下部分，设有用于使选择用液压执行器进行驱动的选择用操作踏板(未图示)，在右侧的行驶用操作杆24的更靠近右侧的脚下部分，设有驱动转向用液压缸16并用于使旋转柱5(换言之前作业机6整体)向左右转向的转向用操作踏板(未图示)。
在驾驶席23的左侧设有：十字操作式的旋转/斗杆用操作杆25，通过向左侧或右侧操作来驱动旋转用液压马达15并使上部旋转体3向左侧或右侧旋转，且通过向前侧或后侧操作来驱动斗杆用液压缸21并使斗杆18卸载或铲装；能够阻断来自先导泵26(参照后述的图2)的初压的防误操作用的锁定杆27。在驾驶席23的右侧设有：十字操作式的铲斗/动臂用操作杆28(参照后述的图2)，通过向左侧或有侧操作来驱动铲斗用液压缸22并使铲斗19铲装或卸载，且通过向前侧或后侧操作来驱动动臂用液压缸20并使动臂17下降或抬起；用于驱动刮板用液压缸14并使刮板13上下动的刮板用操作杆(未图示)。
上述的左右的履带1、上部旋转体3、旋转柱5、刮板13、动臂17、斗杆18及铲斗19构成被液压挖掘机所具有的液压驱动装置驱动的被驱动部件。
图2是表示本发明的第一实施方式中的液压挖掘机的液压驱动装置中的与动臂17相关的主要部分结构的液压回路图。
在该图2中，液压驱动装置具有：通过发动机(未图示)驱动的液压泵29及先导泵26；具有通过沿前后方向进行操作对动臂17的动作(动作方向及速度)进行指示、通过沿左右方向进行操作对铲斗19的动作进行指示的操作杆28的液压先导方式的操作装置30；根据操作杆28的前后方向的操作对从液压泵29向动臂用液压缸20的压力油的流动(流动方向及流量)进行控制的开中心型的动臂用方向切换阀31。还具有：根据操作杆25的左右方向的操作对从液压泵29向旋转用液压马达15的压力油的流动进行控制的开中心型的旋转用方向切换阀32；根据操作杆28的左右方向的操作对从液压泵29向铲斗用液压缸22的压力油的流动进行控制的开中心型的铲斗用方向切换阀33，旋转用方向切换阀32、动臂用方向切换阀31及铲斗用方向切换阀33以该顺序串联连接。
操作装置30具有根据操作杆28的前后方向的操作量输出对来自先导泵26的1次先导压进行减压后的操作先导压(2次先导压)的一对减压阀34a、34b。而且，例如在将操作杆28向后侧(图2中左侧)操作后，根据其操作量由减压阀34a生成的操作先导压经由操纵管路35向动臂用方向切换阀31的受压部36a输出。由此，与操作杆28的操作量成比例地，动臂用方向切换阀31的滑阀从中立位置向图2中下侧(所谓动臂抬起侧)的动作位置产生行程。另一方面，例如若将操作杆28向前侧(图2中右侧)操作，则根据其操作量，由减压阀34b生成的操作先导压经由先导回路37(详细后述)向动臂用方向切换阀31的受压部36b输出。由此，与操作杆28的操作量成比例地，动臂用方向切换阀31的滑阀从中立位置向图2中上侧(所谓动臂下降侧)的动作位置产生行程。
动臂用方向切换阀31具有中间旁通油路A、入口节流式油路(输送侧油路)B1、B2及出口节流式油路(返回侧油路)C1、C2，这些油路A、B1、B2、C1、C2构成根据滑阀的行程量而使开口面积变化的可变节流部件。详细地，在中立位置，中间旁通油路A全开，入口节流式油路及出口节流式油路全闭。此时，来自液压泵29的压力油不向动臂用液压缸20供给而回到油箱。而且，若以朝向动臂抬起侧的动作位置的方式产生行程，则根据该行程量，入口节流式油路B1(详细地说，将来自液压泵29的压力油向动臂用液压缸20的底侧供给的油路)及出口节流式C1(详细地说，使来自动臂用液压缸20的杆侧的油返回油箱的油路)的开口面积增加，而中间旁通油路A的开口面积减少，在行程最大位置中间旁通油路全闭。由此，与行程量相应的油量被供给到动臂用液压缸20的底侧，动臂用液压缸20伸长，能够进行动臂17的抬起动作。
另一方面，若以朝向动臂下降侧的动作位置的方式产生行程，则根据该行程量，入口节流式油路B2(详细地说，使来自液压泵29的压力油向动臂用液压缸20的杆侧供给的油路)及出口节流式油路C2(详细地说，使来自动臂用液压缸20的底侧的油返回油箱的油路)的开口面积增加，而中间旁通油路A的开口面积减少。由此，与行程量相应的油量被向动臂用液压缸20的杆侧供给，动臂用液压缸20缩短，能够进行动臂17的下降动作。此外，在本实施方式中，在动臂下降侧行程的最大位置，中间旁通油路A没有全闭，稍微开口。这是因为，通过动臂用液压缸20的杆侧的面积和底侧的面积之差，使动臂17的下降动作与抬起动作相比不会过快。
上述的动臂用方向切换阀31中的动臂下降侧的行程量和开口面积之间的关系如图3所示。在该图3中，横轴表示动臂下降侧的行程量，纵轴表示中间旁通油路A、入口节流式油路B2、出口节流式油路C2的开口面积。
如图3所示，在动臂下降侧行程的中间位置L1，由于中间旁通油路A的开口面积增大到入口节流式油路B2的开口面积的例如10倍左右，所以，入口节流式油路B2的流量(换言之，向动臂用液压缸20的杆侧供给的流量)变得比较少。另一方面，在动臂下降侧行程的最大位置L2，由于中间旁通油路A的开口面积减小到入口节流式油路B2的开口面积的例如1/5左右，所以，入口节流式油路B2的流量变得比较多。
回到前述的图2，先导回路37具有：将由操作装置30的减压阀34b生成的操作先导压直接向动臂用方向切换阀31的受压部36b输出的先导油路38a；将由操作装置30的减压阀34b生成的操作先导压通过减压阀39减压并向动臂用方向切换阀31的受压部36b输出的先导油路38b；用于对这些先导油路38a、38b中的某一方进行选择的电磁式切换阀40。
另外，设置了对动臂用液压缸20的杆侧压力(换言之，动臂17的下降动作时的供油侧压力)进行检测的压力传感器41和控制装置42，控制装置42输入来自压力传感器41的检测信号，基于此对切换阀40进行驱动控制。即，控制装置42通过判定由压力传感器41检测的动臂用液压缸20的杆侧压力是否为预先设定的阈值以上，来判断动臂17的下降动作时的动臂用液压缸20是否处于需要驱动压(杆侧的高压液压)的状态。此外，作为阈值设定成与挖掘开始时等产生的杆侧的负载压相比稍低的值。
而且，在例如判定为杆侧压力小于阈值的情况下(即，在判定为不需要驱动压的状态的情况下)，不向切换阀40的螺线管部输出驱动信号，使切换阀40位于图2中右侧的切换位置。由此，由操作装置30的减压阀34b生成的操作先导压经由先导油路38b(换言之，经由减压阀39)向动臂用方向切换阀31的受压部36b输出。其结果为，动臂用方向切换阀31的动臂下降侧行程的限制位置(换言之，将操作杆28向前侧满操作时的行程位置)被设定在前述的图3所示的中间位置L1。
另一方面，例如在判定为杆侧压力为阈值以上的情况下(即，在判断为需要驱动压的状态的情况下)，向切换阀40的螺线管部输出驱动信号，使切换阀40位于图2中左侧的切换位置。由此，由操作装置30的减压阀34b生成的操作先导压经由先导油路38a(换言之，不经由减压阀39)向动臂用方向切换阀31的受压部36b输出。其结果为，动臂用方向切换阀31的动臂下降侧行程的限制位置被设定在前述的图3所示的最大位置L2。
下面参照图4对本实施方式的动作进行说明。图4是将动臂用液压缸20的杆侧压力和被输入到动臂用方向切换阀31的受压部36b的操作先导压的经时变化作为一例进行表示的图。
例如在挖掘作业时，若要使动臂14进行下降动作，驾驶者向操作杆28前侧进行满操作后(时间t1)，在铲斗19不接地而位于空中期间(时间t1～t2)，由于动臂用液压缸20的杆侧压力小于阈值，所以，通过切换阀40的切换位置，先导油路38b被选择。即，操作先导压被限制，动臂用方向切换阀31的动臂下降侧行程的限制位置成为中间位置L1。由此，向动臂用液压缸20的杆侧供给的油量变得比较少，杆侧压力成为小的状态。其结果为，动臂用液压缸20通过前作业机6的自重进行驱动，能够降低液压泵29的动力。
然后，若铲斗19接地并要开始挖掘(时间t2以后)，则动臂用液压缸20的杆侧压力增加。而且，在动臂用液压缸20的杆侧压力达到阈值后，通过来自控制装置42的驱动信号，切换阀40的切换位置被切换，先导油路38a被选择。即，操作先导压不受限制，动臂用方向切换阀31的动臂下降侧行程的限制位置成为最大位置L2。由此，向动臂用液压缸20的杆侧供给的油量变得较多，杆侧压力进一步上升。其结果为，在动臂用液压缸20的杆侧产生驱动压，能够进行强力的下降动作。
这样，在本实施方式中，能够对动臂17下降动作时的动臂用液压缸20需要驱动压的状态检测并自动切换动臂方向切换阀31的操作特性。因此，与上述专利文献1记载的如现有技术那样通过手动开关进行切换的情况相比，驾驶者不会感到烦杂，能够提高作业效率。
另外，在本实施方式中，通过对动臂用液压缸20的杆侧压力是否为预先设定的阈值以上进行判定，由此判断动臂17在下降动作时的动臂用液压缸20是否处于需要驱动压的状态。这里，还可以考虑下面的方法，例如通过对动臂用液压缸20的底侧压力(换言之，动臂17的下降动作时的排油侧压力)是否小于预先设定的阈值进行判定，由此判断动臂17在下降动作时的动臂用液压缸20是否处于需要驱动压的状态。但是，在这样的情况下，存在以下改善余地。即，动臂17下降动作时的动臂用液压缸20的底侧压力(背压)，随着动臂用液压缸20的动作速度(换言之，动臂17的下降的动作速度)变得越快而越高。因此，例如即使判断为动臂用液压缸20的底侧压力小于阈值且处于挖掘开始状态，控制装置对切换阀40进行切换并使动臂用方向切换阀31的动臂下降侧行程的限制位置作为最大位置L2，并能够进行强力的下降动作，在其后的挖掘作业中，动臂17的下降动作速度成为特定的速度以上时，动臂用液压缸20的底侧压力也会上升并成为阈值以上，尽管动臂用液压缸20处于需要驱动压的状态，控制装置会对切换阀40进行切换并使动臂用方向切换阀31的动臂下降侧行程的限制位置作为中间位置L1。即，动臂17的强力的下降动作的速度受到限制。对此，在本实施方式中，通过对动臂用液压缸20的杆侧压力是否为阈值以上进行判定，由此判断动臂17的下降动作时的动臂用液压缸20是否处于需要驱动压的状态，因此，不需要限制动臂17的强力的下降动作的速度。因此，能够与动臂17的下降动作速度无关地，进行强力的下降动作。
此外，在上述第一实施方式中，以如下电气结构为例进行了说明，该电气结构具有用于选择先导油路38a、38b中的某一方的电磁式切换阀40、检测动臂用液压缸20的杆侧压力的压力传感器41、和在杆侧压力为阈值以上的情况下向切换阀40的螺线管部输出驱动信号的控制装置42，但不限于此。即，例如，如图5所示的变形例，还可以代替电磁式切换阀40，设置液压先导式切换阀43，代替压力传感器41及控制装置42，设置生成向切换阀43的受压部输出的液压信号的液压先导式操作阀44。该操作阀44具有：导入动臂用液压缸20的杆侧压力的受压部；设定相对于杆侧压力的阈值的弹簧。而且，在例如杆侧压力小于阈值的情况下，操作阀44位于图中上侧的切换位置，使切换阀43的受压部和油箱连通(即，被导出到切换阀43的受压部的液压成为油箱压而变小)，由此，切换阀43位于图中右侧的切换位置，并选择先导油路38b。另一方面，例如，在杆侧压力为阈值以上的情况下，操作阀43位于图中下侧的切换位置，使切换阀43的受压部和先导泵26连通(即，被导出到切换阀43的受压部的液压成为泵压而变大)，由此，切换阀43位于图中左侧的位置，并选择先导油路38a。在这样的变形例中，能够得到与上述第一实施方式同样的效果。
另外，例如，虽未图示，但作为其他的变形例，还能以如下方式构成：不设置操作阀44，向切换阀43A的受压部导入动臂用液压缸20的杆侧压力，通过切换阀43A的弹簧设定相对于杆侧压力的阈值。而且，在例如杆侧压力小于阈值的情况下，切换阀43A位于第一切换位置(与前述的图5所示的切换阀43的右侧的切换位置相同)并选择先导油路38b。另一方面，例如在杆侧压力为阈值以上的情况下，操作阀43A位于第二切换位置(与前述的图5所示的切换阀43的左侧的切换位置相同)并选择先导油路38a。在这样的变形例中，能够得到与上述第一实施方式同样的效果。
另外，在上述第一实施方式中，以作为动臂用方向切换阀31的动臂下降侧行程的限制位置选择中间位置L1及最大位置L2中的某一方的行程限制可变机构具有先导油路38a、38b、和用于从这些先导油路38a、38b中选择某一方的电磁式切换阀40的结构为例进行了说明，但不限于此，在不脱离本发明的技术思想的范围内存在各种变形例。即，例如在适用于具有电气手柄方式的操作装置(详细地说，输出与操作杆的操作量相应的电操作信号的装置)的液压挖掘机的情况下，还可以构成为具有控制装置，该控制装置选择性地进行对来自操作装置的电操作信号不进行限制或进行限制的操作。即使在这样的变形例中，也能够得到与上述同样的效果。
通过图6对本发明的第二实施方式进行说明。本实施方式是在先导油路上设置可变减压阀的实施方式。此外，在本实施方式中，对与上述实施方式同等的部分标注相同的附图标记，并适当省略说明。
图6是表示本实施方式中的液压挖掘机的液压驱动装置的主要部分结构的液压回路图。
在本实施方式中，具有：将由操作装置30的减压阀34b生成的操作先导压向动臂用方向切换阀31的受压部36b输出的先导油路45；设在该先导油路45上、对操作先导压的最大值进行限制并且该限制值可变的电磁式可变减压阀46。
另外，与上述第一实施方式同样地，设有对动臂用液压缸20的杆侧压力进行检测的压力传感器41和控制装置42，控制装置42进行以下控制，通过对由压力传感器41检测的动臂用液压缸20的杆侧压力是否为预先设定的阈值以上进行判定，由此判断动臂17的下降动作时的动臂用液压缸20是否处于需要驱动压的状态，并基于此对可变减压阀46进行控制。
而且，在判定为例如杆侧压力小于阈值的情况下(即，在判断为不需要驱动压的状态的情况下)，不向可变减压阀46的螺线管部输出驱动信号，所以，以通过可变减压阀46的弹簧成为预先设定的第一限制值的方式对可变减压阀46的限制值进行控制。由此，由操作装置30的减压阀34b生成的操作先导压的最大值被限制到第一限制值，并向动臂用方向切换阀31的受压部36b输出。其结果为，动臂用方向切换阀31的动臂下降侧行程的限制位置被设定在前述的图3所示的中间位置L1。
另一方面，在判定为例如杆侧压力为阈值以上的情况下(即，在判断为需要驱动压的状态的情况下)，向可变减压阀46的螺线管部输出驱动信号，以比所述第一限制值大且成为预先设定的第二限制值的方式对可变减压阀46的限制值进行控制。由此，由操作装置30的减压阀34b生成的操作先导压的最大值被限制到第二限制值(即，通常，由操作装置30的减压阀34b生成的操作先导压直接)向动臂用方向切换阀31的受压部36b输出。其结果为，动臂用方向切换阀31的动臂下降侧行程的限制位置被设定在前述的图3所示的最大位置L2。
在以上构成的本实施方式中，与上述第一实施方式同样地，能够对动臂17的下降动作时的动臂用液压缸20为需要驱动压的状态进行检测并自动切换动臂方向切换阀31的操作特性。因此，与如上述专利文献1记载的现有技术那样通过手动开关进行切换的情况相比，不会使驾驶者感到烦杂，能够提高作业效率。
此外，在上述第二实施方式中，以具有如下的电气结构为例进行了说明，该电气结构具有设在先导油路45上的电磁式可变减压阀46、对动臂用液压缸20的杆侧压力进行检测的压力传感器41、和在杆侧压力为阈值以上的情况下向可变减压阀46的螺线管部输出驱动信号的控制装置42，但不限于此。即，例如，如图7所示的变形例那样，还可以代替电磁式可变减压阀46，设置液压先导式可变减压阀47，代替压力传感器41及控制装置42，设置生成向可变减压阀47的受压部输出的液压信号的液压先导式操作阀44。该操作阀44具有：导入动臂用液压缸20的杆侧压力的受压部；设定该杆侧压力的阈值的弹簧。而且，在例如杆侧压力不足阈值的情况下，操作阀44位于图中上侧的切换位置并使可变减压阀47的受压部和油箱连通(即，被向可变减压阀47的受压部导出的液压成为油箱压而变小)，由此，可变减压阀47的限制值成为上述第一限制值。另一方面，在例如杆侧压力为阈值以上的情况下，操作阀43位于图中下侧的切换位置，并使可变减压阀47的受压部和先导泵26连通(即，被导出到可变减压阀47的受压部的液压成为泵压而变大)，由此，可变减压阀47的限制值成为上述第二限制值。在这样的变形例中，也能够得到与上述第二实施方式同样的效果。
通过图8以及图9对本发明的第三实施方式进行说明。本实施方式是具有操作特性互不相同的第一动臂用方向切换阀及第二动臂用方向切换阀、并以对这些第一动臂用方向切换阀及第二方向切换阀中的某一方进行选择的方式构成的实施方式。此外，在本实施方式中，对与上述实施方式同等的部分标注相同的附图标记，并适当省略说明。
图8是表示本实施方式中的液压挖掘机的液压驱动装置的主要部分结构的液压回路图。
在本实施方式中，液压驱动装置具有上述的开中心型的动臂用方向切换阀31、和操作特性与该动臂用方向切换阀31不同的开中心型的动臂用方向切换阀48，旋转用方向切换阀32、动臂用方向切换阀31、动臂用方向切换阀48及铲斗用方向切换阀33以该顺序串联连接。
动臂用方向切换阀48具有中间旁通油路D、入口节流式油路(输送侧油路)E1、E2及出口节流式油路(返回侧油路)F1、F2，这些油路D、E1、E2、F1、F2构成根据滑阀的行程量而使开口面积变化的可变节流阀。详细地说，在中立位置，中间旁通油路D全开，入口节流式油路及出口节流式油路全闭。而且，若以朝向图8中下侧(所谓的动臂抬起侧)的动作位置的方式产生行程，则根据该行程量，入口节流式油路E1(详细地说，将来自液压泵29的压油向动臂用液压缸20的底侧供给的油路)及出口节流式F1(详细地说，使来自动臂用液压缸20的杆侧的油返回油箱的油路)的开口面积增加，而中间旁通油路D的开口面积减少，在行程最大位置，中间旁通油路全闭。
另一方面，若以朝向图8中上侧(所谓的动臂下降侧)的动作位置的方式产生行程，则根据其行程量，入口节流式油路E2(详细地说，使来自液压泵29的压油向动臂用液压缸20的杆侧供给的油路)及出口节流式油路F2(详细地说，使来自动臂用液压缸20的底侧的油回到油箱的油路)的开口面积增加，而中间旁通油路A的开口面积减少。此时，如图9所示，由于不仅在动臂下降侧行程的中间位置L3，在最大位置L4中间旁通油路D1的开口面积也比入口节流式油路E2的开口面积大例如10倍左右，所以，入口节流式油路E2的流量变得比较少。
而且，例如若将操作杆28向后侧(图8中左侧)操作，则根据其操作量，由减压阀34a生成的操作先导压经由操纵管路35向动臂用方向切换阀48的受压部49a输出。由此，与操作杆28的操作量成比例地，以动臂用方向切换阀48的滑阀从中立位置向图8中下侧(所谓的动臂抬起侧)的动作位置的方式产生行程。另一方面，例如若将操作杆28向前侧(图8中右侧)操作，则根据其操作量，由减压阀34b生成的操作先导压向先导回路50输出。
先导回路50具有：将由操作装置30的减压阀34b生成的操作先导压向动臂用方向切换阀31的受压部36b输出的先导油路51a；将由操作装置30的减压阀34b生成的操作先导压向动臂用方向切换阀48的受压部49b输出的先导油路51b；用于对这些先导油路51a、51b中的某一方进行选择的电磁式切换阀52。
另外，与上述实施方式同样地，设有对动臂用液压缸20的杆侧压力进行检测的压力传感器41和控制装置42，控制装置42进行如下控制，通过对由压力传感器41检测的动臂用液压缸20的杆侧压力是否为预先设定的阈值以上进行判定，由此，来判断动臂17的下降动作时的动臂用液压缸20是否处于需要驱动压的状态，并基于此对切换阀52进行驱动控制。
而且，在例如判定为杆侧压力小于阈值的情况下(即，在判断为不需要驱动压的状态的情况下)，不向切换阀52的螺线管部输出驱动信号，使切换阀52位于图中右侧的切换位置。由此，由操作装置30的减压阀34b生成的操作先导压经由先导油路51b被输出至动臂用方向切换阀48的受压部49b。由此，与操作杆28的操作量成比例地，以动臂用方向切换阀48的滑阀从中立位置朝向图8中上侧(所谓的动臂下降侧)的动作位置的方式产生行程。此时，将操作杆28向前侧满操作，动臂用方向切换阀48的动臂下降侧行程位置成为最大位置L4，即使这样，由于向动臂用液压缸20的杆侧供给的油量比较少，所以，杆侧压力也为小的状态。其结果为，能够通过前作业机6的自重使动臂用液压缸20进行驱动，降低液压泵29的动力。
另一方面，在判定为例如杆侧压力为阈值以上的情况下(即，在判断为需要驱动压的状态的情况下)，向切换阀52的螺线管部输出驱动信号，并使切换阀52位于图中左侧的切换位置。由此，由操作装置30的减压阀34b生成的操作先导压经由先导油路51a向动臂用方向切换阀31的受压部36b输出。由此，与操作杆28的操作量成比例地，以动臂用方向切换阀31的滑阀从中立位置朝向图8中上侧(所谓的动臂下降侧)的动作位置的方式产生行程。此时，将操作杆28向前侧满操作，若动臂用方向切换阀31的动臂下降侧行程位置成为最大位置L2，则由于向动臂用液压缸20的杆侧供给的油量较多，所以杆侧压力上升。其结果为，在动臂用液压缸20的杆侧产生驱动压，从而能够进行强力的下降动作。
在以上那样构成的本实施方式中，与上述实施方式同样地，检测出动臂17的下降动作时的动臂用液压缸20需要驱动压的状态并能够自动切换动臂方向切换阀的操作特性。因此，与上述专利文献1记载的现有技术那样通过手动开关进行切换的情况相比，不会使驾驶者感到烦杂，能够使作业效率提高。
此外，在上述第三实施方式中，以具有如下的电气结构为例进行了说明，该电气结构具有用于对先导油路51a、51b中的某一方进行选择的电磁式切换阀52、对动臂用液压缸20的杆侧压力进行检测的压力传感器41、和在杆侧压力为阈值以上的情况下向切换阀52的螺线管部输出驱动信号的控制装置42，但不限于此。即，例如，虽未图示，但还可以代替电磁式切换阀52，设置液压先导式切换阀，代替压力传感器41及控制装置42，设置生成向该切换阀的受压部输出的液压信号的液压先导式操作阀。该操作阀具有：导入动臂用液压缸20的杆侧压力的受压部；设定该杆侧压力的阈值的弹簧。而且，在例如杆侧压力小于阈值的情况下，操作阀位于第一切换位置，且使切换阀的受压部和油箱连通(即，向切换阀的受压部导出的液压成为油箱压而变小)，由此，切换阀位于第一切换位置，并选择先导油路51b。另一方面，在例如杆侧压力为阈值以上的情况下，操作阀位于第二切换位置并使切换阀的受压部和先导泵26连通(即，向切换阀的受压部导出的液压成为泵压而变大)，由此，切换阀位于第二切换位置，并选择先导油路51a。在这样的变形例中，也能够得到与上述第三实施方式同样的效果。
另外，例如，作为未图示的其他的变形例，还可以构成为：不设置操作阀，向切换阀的受压部导入动臂用液压缸20的杆侧压力，并通过切换阀的弹簧设定相对于杆侧压力的阈值。而且，在例如杆侧压力小于阈值的情况下，切换阀位于第一切换位置并选择先导油路51b。另一方面，在例如杆侧压力为阈值以上的情况下，操作阀位于第二切换位置并选择先导油路51a。在这样的变形例中，也能够得到与上述第三实施方式同样的效果。
另外，在上述第三实施方式中，以作为对动臂用方向切换阀31、48中的某一方进行选择的方向切换阀选择机构具有先导油路51a、51b、和用于对这些先导油路51a、51b中的某一方进行选择的电磁式切换阀52的结构为例进行了说明，但不限于此，在不脱离本发明的技术思想的范围内可以有各种变形例。即，例如在适用于具有电气手柄方式的操作装置的液压挖掘机的情况下，还可以构成为具有对电操作信号的输出目标进行选择的控制装置。在这样的变形例中，也能够得到与上述同样的效果。
另外，在上述第一～第三实施方式及变形例中，对于动臂用方向切换阀31，以在动臂抬起侧行程的最大位置处中间旁通油路全闭而在动臂下降侧行程的最大位置处中间旁通油路稍微开口的构造为例进行了说明，但不限于此。即，还可以为在例如动臂下降侧行程的最大位置处中间旁通油路全闭的构造。该情况下，也能够得到与上述同样的效果。
此外，以上，作为本发明的适用对象，以小型的液压挖掘机为例进行了说明，但不限于此。即，还能够适用于例如中型以及大型的液压挖掘机，当然也适用于其他的工程机械。
附图标记的说明
17动臂
20动臂用液压缸
28液压泵
30操作装置
31动臂用方向切换阀
38a先导油路(行程限制可变机构)
38b先导油路(行程限制可变机构)
39减压阀(行程限制可变机构)
40电磁式切换阀(先导油路选择机构、行程限制可变机构)
41压力传感器(压力判定机构)
42控制装置(压力判定机构、控制机构)
43液压先导式切换阀(先导油路选择机构，行程限制可变机构)
43A液压先导式切换阀(先导油路选择机构、行程限制可变机构、压力判定机构、控制机构)
44操作阀(压力判定机构、控制机构)
45先导油路(行程限制可变机构)
46电磁式可变减压阀(行程限制可变机构)
47液压先导式可变减压阀(行程限制可变机构)
48动臂用方向切换阀
51a先导油路(方向切换阀选择机构)
51b先导油路(方向切换阀选择机构)
52电磁式切换阀(先导油路选择机构、方向切换阀选择机构)

Claims (5)

1.一种工程机械的液压驱动装置，具有：液压泵(28)；驱动动臂(17)的动臂用液压缸(20)；对所述动臂(17)的动作进行指示的操作装置(30)；根据所述操作装置(30)的操作对从所述液压泵(28)向所述动臂用液压缸(20)的压力油的流动进行控制的开中心型的动臂用方向切换阀(31)，所述动臂用方向切换阀(31)具有以下特性：在动臂下降侧行程的中间位置，中间旁通油路的开口面积比入口节流式油路的开口面积大，在动臂下降侧行程的最大位置，中间旁通油路的开口面积比入口节流式油路的开口面积小或中间旁通油路全闭，其特征在于，具有：
行程限制可变机构(38a、38b、39、40；38a、38b、39、43；45、46；45、47)，对所述中间位置及所述最大位置中的某一方进行选择并作为所述动臂用方向切换阀(31)的动臂下降侧行程的限制位置；
压力判定机构(41、42；44)，对所述动臂用液压缸(20)中的动臂下降动作时的供油侧压力进行检测或导入，并判定该压力是否为预先设定的阈值以上；
控制机构(42；44)，在所述动臂用液压缸(20)中的动臂下降动作时的供油侧压力小于所述阈值的情况下，以所述动臂用方向切换阀(31)的动臂下降侧行程的限制位置位于所述中间位置的方式对所述行程限制可变机构(40；43；46；47)进行控制，在所述动臂用液压缸(20)中的动臂下降动作时的供油侧压力为所述阈值以上的情况下，以所述动臂用方向切换阀(31)的动臂下降侧行程的限制位置为所述最大位置的方式对所述行程限制可变机构(40；43；46；47)进行控制。
2.如权利要求1所述的工程机械的液压驱动装置，其特征在于：
所述行程限制可变机构具有：将根据所述操作装置(30)的动臂下降操作而生成的操作先导压直接向所述动臂用方向切换阀(31)的受压部输出的第一先导油路(38a)；将根据所述操作装置(30)的动臂下降操作而生成的操作先导压通过减压阀(39)进行减压并向所述动臂用方向切换阀(31)的受压部输出的第二先导油路(38b)；选择所述第一先导油路(38a)及所述第二先导油路(38b)中的某一方的先导油路选择机构(40；43)，
所述控制机构(42；44)对所述先导油路选择机构(40；43)进行控制，在所述动臂用液压缸(20)中的动臂下降动作时的供油侧压力小于所述阈值的情况下，选择所述第二先导油路(38b)，在所述动臂用液压缸(20)中的动臂下降动作时的供油侧压力为所述阈值以上的情况下，选择所述第一先导油路(38a)。
3.如权利要求1所述的工程机械的液压驱动装置，其特征在于：
所述行程限制可变机构具有：将根据所述操作装置(30)的动臂下降操作而生成的操作先导压向所述动臂用方向切换阀(31)的受压部输出的先导油路(45)；设在所述先导油路(45)上、对操作先导压的最大值进行限制且使该限制值可变的可变减压阀(46；47)
所述控制机构(42；44)，在所述动臂用液压缸(20)中的动臂下降动作时的供油侧压力小于阈值的情况下，控制所述可变减压阀(46)的限制值成为预先设定的第一限制值，在所述动臂用液压缸(20)中的动臂下降动作时的供油侧压力为所述阈值以上的情况下，控制所述可变减压阀(46；47)的限制值成为比所述第一限制值大的预先设定的第二限制值。
4.一种工程机械的液压驱动装置，具有：液压泵(28)；驱动动臂(17)的动臂用液压缸(20)；对所述动臂(17)的动作进行指示的操作装置(30)；根据所述操作装置(30)的操作对从所述液压泵(28)向所述动臂用液压缸(20)的压力油的流动进行控制的开中心型的第一动臂用方向切换阀(31)，所述第一动臂用方向切换阀(31)具有以下特性，在动臂下降侧行程的中间位置，中间旁通油路的开口面积比入口节流式油路的开口面积大，在动臂下降侧行程的最大位置，中间旁通油路的开口面积比入口节流式油路的开口面积小或中间旁通油路为全闭，其特征在于，具有：
开中心型的第二动臂用方向切换阀(48)，其具有不仅在动臂下降侧行程的中间位置即使在最大位置处中间旁通油路的开口面积也比入口节流式油路的开口面积大的特性；
方向切换阀选择机构(51a、51b、52)，对所述第一动臂用方向切换阀(31)及所述第二动臂用方向切换阀(48)中的某一方进行选择，并使该选择的动臂用方向切换阀根据所述操作装置(30)的操作进行驱动；
压力判定机构(41、42)，对所述动臂用液压缸(20)中的动臂下降动作时的供油侧压力进行检测或导入，并对该压力是否为预先设定的阈值以上进行判定；
控制机构(42)，在所述动臂用液压缸(20)中的动臂下降动作时的供油侧压力小于所述阈值的情况下，以选择所述第二动臂用方向切换阀(48)的方式对所述方向切换阀选择机构(52)进行控制，在所述动臂用液压缸(20)中的动臂下降动作时的供油侧压力为所述阈值以上的情况下，以选择所述第一动臂用方向切换阀(31)的方式对所述方向切换阀选择机构(52)进行控制。
5.如权利要求4所述的工程机械的液压驱动装置，其特征在于：
所述方向切换阀选择机构具有：将根据所述操作装置(30)的动臂下降操作而生成的操作先导压向所述第一动臂用方向切换阀(31)的受压部输出的第一先导油路(51a)；将根据所述操作装置(30)的动臂下降操作而生成的操作先导压向所述第二动臂用方向切换阀(48)的受压部输出的第二先导油路(51b)；选择所述第一先导油路(51a)及所述第二先导油路(51b)中的某一方的先导油路选择机构(52)，
所述控制机构(42)控制所述先导油路选择机构(52)，在所述动臂用液压缸(20)中的动臂下降动作时的供油侧压力小于所述阈值的情况下，选择所述第二先导油路(51b)，在所述动臂用液压缸(20)中的动臂下降动作时的供油侧压力为所述阈值以上的情况下，选择所述第一先导油路(51a)。
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