CN103161777B - 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,其包括:液压泵;液压致动器;操作装置;作业用液压回路,包含在使负载向下放方向移动时用于将工作油引导至液压致动器的入口节流流路及用于将从液压致动器排出的工作油引导至油箱的出口节流流路;控制阀,改变工作油的供应状态,以使液压致动器以由操作装置指定的速度工作;入口节流流量调整器及出口节流流量调整器,将入口节流流量及出口节流流量分别调节为与由操作装置指定的速度对应的流量;安全阀;其中,两流量调整器具有使入口节流流量超过出口节流流量的流量调整特性。由此,不造成波动和大增压的产生而能够防止入口节流侧的压力过度降低且能够使负载以稳定的速度向下放方向移动。
Description
技术领域
本发明涉及起重机等工程机械中用于使吊载等负载向与其自重下落方向相同的方向移动的液压驱动装置。
背景技术
作为用于使负载向与其自重下落方向相同的方向移动的液压驱动装置,例如有用于向下放方向驱动通过吊索悬吊吊载的绞盘的下放驱动装置。该装置中,重要的是防止下放驱动时的入口节流(meter-in)侧的压力过度降低产生气穴效应(cavitation)而失速而造成吊载下落。
作为此类防止入口节流侧压力降低的手段,有日本专利公开公报特开2000-310201号(以下称作专利文献)中记载的将所谓的外部先导式抗衡阀(counterbalance valve)设置在出口节流(meter-out)侧流路的技术。该外部先导式抗衡阀在入口节流侧压力为设定压力以下时以收窄出口节流侧流路的方式工作,由此能防止该入口节流侧压力过度降低。
然而,所述外部先导式抗衡阀一方面在入口节流侧具有压力的测量点而另一方面在出口节流侧具有压力的控制点,是进行测量点与控制点的位置不同的、未采取所谓的控制理论上的同位(co-location)的控制的阀,因此本质上不稳定,存在易于产生波动的问题。
作为防止所述波动的手段,有在先导油路设置对所述抗衡阀的开阀动作施加较大的衰减的节流孔的方案,但存在如下问题:该节流孔使抗衡阀的开阀时间延长而导致其响应性降低,此外,在至该抗衡阀完全打开为止的期间使阀产生较大的节流阻力,从而产生不必要的增压。
作为防止所述波动的其他技术,有所述专利文献中记载的技术,其中包括:连通阀,连通入口节流侧流路与出口节流侧流路;流量调整阀,向使两流路的差压变小的方向控制入口节流流量,但该技术难以获得稳定的下放速度。即,在下放控制回路中,通常在出口节流侧产生与吊载重量对应的保持压,因此吊载的负载越大则入口节流侧与出口节流侧之间的差压越大,随着该差压增大,入口节流侧的所述流量调整阀的开度增加,从而增大入口节流流量。由此,该装置中,下放速度基于负载的大小而较大地变动。
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,不伴有以往的抗衡阀的缺点(亦即不伴有波动和大增压的产生)而能够防止入口节流侧压力过度降低,且能够使负载以稳定的速度向与其自重下落方向相同的方向(亦即下放方向)移动。
该液压驱动装置包括:液压泵,排出工作油;液压致动器,具有第一口及第二口,以接受从所述液压泵向所述第一口排出的工作油的供应并从所述第二口排出该工作油从而使所述负载向所述下放方向移动的方式被驱动;操作装置,在指定所述液压致动器的动作速度时被操作;作业用液压回路,包括入口节流流路及出口节流流路,所述入口节流流路用于在所述液压致动器受到驱动以使所述负载向所述下放方向移动时,将工作油从所述液压泵引导至所述液压致动器的第一口,所述出口节流流路用于在所述液压致动器受到驱动以使所述负载向所述下放方向移动时,将从所述液压致动器的第二口排出的工作油引导至油箱;控制阀,改变从所述液压泵向所述液压致动器的工作油供应状态,以使所述液压致动器以由所述操作装置指定的速度工作;入口节流流量调整器,将所述入口节流流路中的所述工作油的流量即入口节流流量调节为与由所述操作装置指定的速度对应的流量;出口节流流量调整器,将所述出口节流流路中的所述工作油的流量即出口节流流量调节为与由所述操作装置指定的速度对应的流量;安全阀,在所述入口节流流路的压力为设定压力以上时开阀,并将流过该入口节流流路的工作油引导至油箱,以便规定该入口节流流路的压力的上限值;其中,所述入口节流流量调整器及所述出口节流流量调整器具有以下的流量调整特性:既是关于所述操作装置所指定的速度与对应于该速度而被调整的流量之间的关系的特性,又是对应于由所述操作装置指定的任意速度,而由所述入口节流流量调整器调整的入口节流流量大于由所述出口节流流量调整器调整的出口节流流量的特性。
根据本发明,不伴有以往的抗衡阀的缺点而能够防止入口节流侧的压力过度降低且能够使负载以稳定的速度向下放方向移动。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的工程机械的液压驱动装置的回路图。
图2是放大表示图1所示的装置的控制阀的回路图。
图3是表示图1所示的装置的入口节流流量调整器及出口节流流量调整器的相对于遥控压力的流量调整特性的图。
图4是表示本发明的第二实施方式所涉及的工程机械的液压驱动装置的回路图。
图5是表示图4所示的装置的入口节流流量调整器及出口节流流量调整器的相对于遥控压力的流量调整特性的图。
具体实施方式
参照图1至图3说明本发明的第一实施方式。图1是表示所述第一实施方式所涉及的液压作业装置的整体结构的回路图,图2示意性地表示该装置的主要部分。以下,主要参照图1进行说明。
图1所示的装置包括液压泵2、液压马达4、作业用液压回路、构成操作装置的遥控阀6、能作为入口节流流量调整器发挥功能的控制阀5、出口节流流量调整器10、先导式开闭阀18及安全阀16。
所述液压泵2由未图示的发动机驱动,借此吸入油箱内的工作油并排出。
所述液压马达4为本发明所涉及的液压致动器的一例,其装入具有未图示的绞盘滚筒的绞盘装置,通过使该绞盘滚筒向正反两方向旋转而使负载即吊载升降。具体而言,该液压马达4具有第一口4a与第二口4b,在工作油被供应至所述第一口4a时,使所述绞盘滚筒向下放方向即使所述吊载下降的方向旋转,从而从所述第二口4b排出该工作油,另一方面,在工作油被供应至所述第二口4b时,使所述绞盘滚筒向上提方向即使所述吊载升起的方向旋转,从而从所述第一口4a排出该工作油。
所述作业用液压回路用于对所述液压马达4供排工作油(从液压泵2排出的工作油),用于形成该回路的配管包括:泵配管8P,连接所述液压泵2的排出口与所述控制阀5;第一马达配管(第一致动器配管)81M,连接所述控制阀5与所述液压马达4的第一口4a;第二马达配管(第二致动器配管)82M,连接所述控制阀5与所述液压马达4的第二口4b,并且在其中途设置有所述出口节流流量调整器10及所述开闭阀18;第三马达配管(第三致动器配管)83M,以绕过所述出口节流流量调整器10及所述开闭阀18的方式与所述第二马达配管82M并列设置;油箱配管8T,连接所述控制阀5与油箱;以及安全用配管86,从所述第一马达配管81M的中途分支并到达所述第二马达配管82M。
所述控制阀5介于所述液压泵2与所述液压马达4之间,根据所述遥控阀6的操作杆6a的操作方向而将所述液压马达4的驱动状态切换为下放驱动状态与上提驱动状态,并且改变从所述液压泵2向所述液压马达4的工作油供应状态,以使所述液压马达4以与该操作量对应的速度旋转。尤其,本实施方式所涉及的控制阀5也作为对在下放驱动时用于从所述液压泵2向所述液压马达4的第一口4a供应工作油的入口节流流路中的工作油流量即入口节流流量进行调整的入口节流流量调整器发挥功能。
具体而言,本实施方式所涉及的控制阀5如图2所示,包括方向切换阀3、梭阀7及入口节流流量调整阀9。
所述方向切换阀3为方向流量控制阀,由具有下放用先导口3a与上提用先导口3b的三位置先导切换阀形成,在未对两先导口3a、3b中的任一者供应先导压力时保持在中立位置P0,在对下放用先导口3a供应先导压力时以与该先导压力对应的行程从所述中立位置P0向下放驱动位置P1侧进行开阀动作,而在对上提用先导口3b供应先导压力时以与该先导压力对应的行程从所述中立位置P0向上提驱动位置P2侧进行开阀动作。
所述方向切换阀3在所述各位置上形成如下流路。
i)方向切换阀3在所述中立位置P0上形成阻止从所述液压泵2排出的工作油供应至所述液压马达4并且将该工作油通过油箱配管8T直接引导至油箱的泄放流路。另外,方向切换阀3在该中立位置P0上具有用于规定泄放流量的泄放节流孔30,该泄放节流孔30的开口面积随着离开该中立位置P0而减少。
ii)方向切换阀3在所述下放驱动位置P1上,通过连接所述泵配管8P与所述第一马达配管81M而开通将从所述液压泵2排出的工作油引导至所述液压马达4的第一口4a的流路,即下放驱动时的“入口节流流路”,并且通过连接所述第二马达配管82M与所述油箱配管8T而开通使从所述液压马达4的第二口4b排出的工作油返回至油箱的流路,即下放驱动用的“出口节流流路”。即,使所述第一马达配管81M在下放驱动时作为形成入口节流流路的配管发挥功能,且使所述第二马达配管82M在下放驱动时作为形成出口节流流路的配管发挥功能。另外,在所述油箱配管8T上连接所述安全用配管86。
此外,方向切换阀3在该下放驱动位置P1上,具有用于规定该下放驱动时的入口节流流路中的工作油的流量即入口节流流量的入口节流孔(meter-in orifice)31,其开口面积随着与所述中立位置P0相距的行程增大而增加。
iii)方向切换阀3在所述上提驱动位置P2上,通过在所述第三马达配管83M上连接所述泵配管8P而形成将从所述液压泵2排出的工作油引导至所述液压马达4的第二口4b的流路,并且通过在所述油箱配管8T上连接所述第一马达配管81M而形成使从所述液压马达4的第一口4a排出的工作油返回至所述油箱的流路。此外,方向切换阀3在该上提驱动位置P2上,也具有用于规定该上提驱动时的入口节流流路中的工作油的流量即入口节流流量的入口节流孔32,其开口面积随着与所述中立位置P0相距的行程增大而增加。
所述梭阀7连接于第一马达配管81M与第三马达配管83M,选择这些配管内的压力中较高的压力输入至入口节流流量调整阀9。
在所述控制阀5内,形成绕过所述方向切换阀3而连接所述泵配管8P与所述油箱配管8T的旁通流路15,且在其中途设置有所述入口节流流量调整阀9。该入口节流流量调整阀9接受其一次压力即所述入口节流孔31或入口节流孔32的上游侧压力与通过所述梭阀7选择的较高压力、即所述入口节流孔31或入口节流孔32的下游侧压力的输入,它们的差压即入口节流孔31或32的前后差压越大,则以越大的开度(即以增大通过所述旁通流路15的泄放流量的方式)开阀,由此,无论液压马达4的负载大小如何,均将通过所述入口节流孔31或所述入口节流孔32的入口节流流量间接地调整为与所述方向切换阀3的行程对应的流量。
所述梭阀7是为了在下放驱动时及上提驱动时均使所述入口节流流量调整阀9发挥功能而设置的部件,在本发明中并非必需。例如,如果将所述入口节流流量调整阀9仅用于下放驱动时,则第一马达配管81M内的压力也可直接输入至入口节流流量调整阀9而不经过梭阀7。
另一方面,所述遥控阀6与未图示的先导液压源一同构成本发明所涉及的操作装置。该遥控阀6介于所述先导液压源与所述方向切换阀3的各先导口3a、3b之间。该遥控阀6包括由操作员操作的操作杆6a及连结于该操作杆6a的主体阀6b。主体阀6b具有下放驱动用输出口及上提驱动用输出口,这些输出口分别经由下放驱动用先导管线11a及上提驱动用先导管线11b而连接于所述方向切换阀3的两先导口3a、3b。该主体阀6b从与所述操作杆6a的操作方向对应的输出口输出与该操作杆6a的操作量对应的大小的先导压力,且与该操作杆6a连动,以对所述方向切换阀3的两先导口3a、3b中的与所述输出口对应的先导口输入该先导压力。
如上所述,方向切换阀3从其中立位置P0工作到下放驱动位置P1或上提驱动位置P2为止的行程对应于所输入的先导压力的大小而增大,因此操作员能通过操作所述操作杆6a来改变所述方向切换阀3的工作方向及行程,从而能改变所述各节流孔30、31、32的开口面积。因此,所述方向切换阀3的下放驱动位置P1处所包括的入口节流孔31及入口节流流量调整阀9构成将下放驱动时的入口节流流量调整为与通过操作所述操作杆6a指定的速度对应的流量的入口节流流量调整器。
所述出口节流流量调整器10包括先导式的可变节流阀12及出口节流流量调整阀14。所述可变节流阀12具有开口面积可变的节流孔(出口节流孔(meter-out orifice)),并且具有将其弹性地保持于关闭位置的保持弹簧12a。另一方面,流量调整用先导管线11c从所述下放驱动用先导管线11a分支,该流量调整用先导管线11c将所述遥控阀6输出的下放驱动用遥控压力(=先导压力)作为克服该弹簧12a的弹力而扩大所述节流孔的开口面积的方向的先导压力引导至所述可变节流阀12。由此,该可变节流阀12中的节流孔(出口节流孔)的开口面积被调整为与所述遥控阀6中的操作杆6a的操作量对应的面积。
所述出口节流流量调整阀14包括阀体及将其压靠向打开方向的弹簧14a。对于该出口节流流量调整阀14,输入所述可变节流阀12的下游侧压力,以向打开方向操作该出口节流流量调整阀14,并且输入所述可变节流阀12的上游侧压力,以克服所述弹簧14a而向关闭方向操作该出口节流流量调整阀14。因此,出口节流流量调整阀14进行阀动作,以将其差压即可变节流阀12的前后差压保持为与所述弹簧14a的弹力对应的固定压力。该出口节流流量调整阀14既可如图示般位于可变节流阀12的下游侧,也可反之位于上游侧。
图3分别以实线及虚线表示所述入口节流流量调整器(控制阀5的入口节流孔31及入口节流流量调整阀9)及出口节流流量调整器10相对于遥控压力(即相对于操作杆6a的操作量)的调整流量(入口节流流量及出口节流流量的控制值)Qmi、Qmo的特性。如该图所示,所述入口节流流量调整器及所述出口节流流量调整器具有如下的流量调整特性,即,对应于通过所述操作装置指定的任意速度,使通过所述入口节流流量调整器调整的入口节流流量超过通过所述出口节流流量调整器调整的出口节流流量般。即,具有关于通过所述操作装置指定的速度与对应于此而调整的流量的关系的特性,且出口节流流量始终低于入口节流流量般的特性。
所述开闭阀18在所述出口节流流量调整器10的下游侧位置,即在该出口节流流量调整器10与所述控制阀5之间的位置处开闭所述第二马达配管82M,且由先导切换阀构成。具体而言,该开闭阀18包括阀体及将其压靠向关闭方向的弹簧18a,并且接受所述第一马达配管81M内的压力即下放驱动时的入口节流流路内的压力(以下称作“入口节流压力”),作为克服所述弹簧18a的弹力而打开所述阀体的先导压力。基于所述弹簧18a的弹力的所述开闭阀18的设定压力,如后述般设定为从开始下放驱动起在相对初期使开闭阀18开阀的程度的压力。
所述安全阀16设置在所述安全用配管86的中途,在入口节流压力(具体而言形成下放驱动时的入口节流流路的所述第一马达配管81M的压力)达到设定压力以上时开阀而将流过该入口节流流路的工作油引导至油箱,以此来规定该入口节流压力的上限。该安全阀16的设定压力必须设定为比所述开闭阀18的先导压力高的压力,但另一方面,较为理想的是设定为尽可能低的压力以便下放液压泵2的负载等。如后述般,当省略所述开闭阀18时,安全阀16的设定压力只要设定在能确保足以在无负载下对液压马达4进行下放驱动的马达差压的范围内即可。
所述第三马达配管83M是用于在上提驱动时形成入口节流流路的配管,且在其中途设置有单向阀13。该单向阀13将所述第三马达配管83M内的工作油的流动方向限定为从所述控制阀5朝向所述液压马达4的第二口4b的方向。换言之,阻止工作油从所述第二口4b朝向所述控制阀5流动。
所述出口节流流量调整器10也可不设置在液压马达4的第二口4b与控制阀5之间,而是设置在控制阀5与油箱之间。此时,可省略所述第三马达配管83M及所述开闭阀18。然而,图1所示的包含第三马达配管83M及开闭阀18的配置,可缩短出口节流流量调整器10与第二口4b之间的配管,从而具有能降低因该配管受损造成液压马达4失速的可能性的优点。
下面,对该装置的作用进行说明。
首先,当向上提驱动侧操作遥控阀6的操作杆6a时,该遥控阀6输出的遥控压力输入至方向切换阀3的上提用先导口3b,从而方向切换阀3从中立位置P0向上提驱动位置P2侧进行开阀工作。此时,第一马达配管81M内的压力不上升而将开闭阀18维持在闭阀状态,因此液压泵2排出的工作油流至第三马达配管83M并一边使该单向阀13开阀一边供应至液压马达4的第二口4b,从而使该液压马达4向上提驱动方向旋转。从该液压马达4的第一口4a排出的工作油通过第一马达配管81M及油箱配管8T而返回至油箱。
另一方面,当向下放驱动侧操作所述遥控阀6的操作杆6a时,方向切换阀3随之从中立位置P0向下放驱动位置P1侧进行开阀工作。具体而言,与所述操作杆6a的操作量对应的大小的先导压力从所述遥控阀6通过下放驱动用先导管线11a而使方向切换阀3以与该先导压力对应的行程向下放驱动位置P1侧工作。伴随该工作,方向切换阀3的泄放节流孔开口面积减少并达到零,并且入口节流孔31的开口面积增加而其前后差压减少。由此,入口节流流量调整阀9向关闭泄放流路即旁通流路15的方向工作而增大入口节流流量Qmi。即,将入口节流流量Qmi(无论负载的大小如何)调整为与所述操作杆6a的操作量对应的流量。由此,液压马达4向下放方向旋转而从第二口4b排出工作油。具体而言,所述入口节流流量调整阀9进行开阀动作以使所述入口节流孔31的前后差压达到预先设定的压力,由此将入口节流流量Qmi控制为与所述入口节流孔31的开口面积对应的流量即与通过操作操作杆6a指定的速度对应的流量。
伴随该下放驱动的开始,第一马达配管81M内的压力即开闭阀18的先导压力上升而使该开闭阀18开阀。即,使第二马达配管82M开通而形成出口节流流路。因此,从所述液压马达4的第二口4b排出的工作油通过所述出口节流流路,即依序通过所述出口节流流量调整器10及开闭阀18而返回至油箱。此处,所述安全阀16将所述入口节流流路的压力的上限规定为该安全阀16的设定压力,但由于该安全阀16的设定压力被设定为比所述开闭阀18的先导压力高的压力,因此该开闭阀18的开阀工作得到保证。
这样开通的第二马达配管82M中的出口节流流量调整器10的可变节流阀12的节流孔(出口节流孔)的开口面积根据所述操作杆6a的操作量而变化,随之,出口节流流量调整阀14将出口节流流量Qmo控制为与所述操作量对应的流量。详细而言,所述出口节流流量调整阀14进行开阀动作以使所述可变节流阀12的出口节流孔的前后差压达到预先设定的压力,由此将出口节流流量控制为与所述出口节流孔的开口面积对应的流量即与通过操作操作杆6a指定的速度对应的流量。
在如此控制出口节流流量Qmo的情况下,无论负载(本实施方式中为吊载)的大小如何均以与操作杆6a的操作量对应的速度执行下放驱动。即,该出口节流流量调整器10无论作为负载的吊载的重量如何变化,始终进行与操作杆6a的操作量对应的出口节流流量的控制。由此,与以往技术不同,能有效抑制因负载重量的增减所引起的致动器速度的变化,从而能有助于操作性及安全性的提高。
而且,该装置中,除出口节流流量Qmo以外,入口节流流量Qmi也由入口节流流量调整器(入口节流孔31及入口节流流量调整阀9)控制为与操作杆6a的操作量对应的流量,且以该控制的入口节流流量Qmi必须超过所述出口节流流量Qmo的方式设定两流量调整器的流量调整特性(对应于操作杆6a的操作量而调整的流量的特性),因此能防止因出口节流流量超过入口节流流量所引起的入口节流压力的过度降低,由此能防止因该降低引起的入口节流侧的气穴。
此外,该气穴的防止如所述般是通过入口节流流量调整器及出口节流流量调整器的组合而实现,因此无须如以往般使用抗衡阀,由此,不伴有使用该抗衡阀所带来的缺点,即入口节流压力的波动、为防止该波动而导入节流孔引起的响应迟钝或显著的升压力的产生等缺点,而能防止所述气穴。
另一方面,所述入口节流压力在该入口节流压力达到指定的设定压力的阶段通过安全阀16开阀而保持在该设定压力以下,因此能避免因该入口节流压力的无端上升引起的泵动力的过度增加或燃耗的恶化。
参照图4及图5说明本发明的第二实施方式。
图4所示的装置除具有与图1所示的装置的基本结构相同的结构以外,还包括:排出流量检测器19,检测液压泵2的排出流量(或也可为与此对应的值);以及出口节流流量限制部20,用于基于该检测结果而限制出口节流流量。该出口节流流量限制部20在排出流量检测器19所检测的排出流量低于对应于通过操作装置即遥控阀6的操作所指定的速度(即对应于遥控压力)而向入口节流流量调整器要求的入口节流流量即入口节流要求流量时,即在因所述排出流量的不足而可能导致入口节流流量产生饱和时,将实际的出口节流流量限制为比对应于通过所述遥控阀6的操作所指定的速度(即对应于遥控压力)而向所述出口节流流量调整器10要求的出口节流要求流量小的流量,以维持出口节流流量低于入口节流流量(泵排出流量)的关系而不管该饱和。
图5表示所述入口节流流量可能产生的饱和。所述第一实施方式中,如图3所示,所述入口节流流量调整器及所述出口节流流量调整器10的流量调整特性被设定成,伴随下放驱动用先导压力即遥控压力的增大,入口节流流量Qmi及出口节流流量Qmo一起增大,且维持Qmi>Qmo的关系,但实际的入口节流流量Qmi无法超过液压泵2的排出流量,因此在该排出流量较低时,如图5所示,入口节流流量Qmi无论遥控压力是否增大,最大均为所述排出流量。此种入口节流流量Qmi的饱和有可能导致Qmi>Qmo的大小关系逆转而产生液压马达4的失速等不良情况。由此,该第二实施方式所涉及的出口节流流量限制部20在可能产生如上所述的饱和时,将出口节流流量调整器10所调整的实际的出口节流流量限制为比与通过操作遥控阀6指定的速度对应的出口节流要求流量小的流量,从而维持所述大小关系Qmi>Qmo。
具体而言,所述第一实施方式中,遥控阀6输出的遥控压力直接作为先导压力而直接输入至出口节流流量调整器10的可变节流阀12,与此相对,第二实施方式所涉及的出口节流流量限制部20通过将所述遥控压力转换为电信号来电气控制所述可变节流阀12的先导压力,从而进行所述出口节流流量的限制。
更具体而言,该出口节流流量限制部20包括:先导压力传感器24,检测下放驱动用先导压力(遥控压力);控制器22,基于该检测信号进行出口节流流量的限制控制;出口节流流量控制用先导液压源26;以及电磁比例减压阀28,介于该先导液压源26与所述可变节流阀12之间。该电磁比例减压阀28具有螺线管,输出与输入至该螺线管的指令信号对应的二次压力作为所述可变节流阀12的先导压力。该电磁比例减压阀28的先导液压源也可兼用作与所述遥控阀6连接的先导液压源。即,所述电磁比例减压阀28也可介于所述遥控阀6与可变节流阀12之间。
所述控制器22通过对所述电磁比例减压阀28输出指令信号而操作其二次压力,即输入至可变节流阀12的先导压力。具体而言,该控制器22基于所述先导压力传感器24的检测信号而计算出与所述遥控阀6上的操作杆6a的操作量对应的入口节流要求流量及出口节流要求流量,在该计算出的入口节流要求流量为通过所述排出流量检测器19检测的液压泵2的排出流量以下时,对电磁比例减压阀28输入使出口节流流量调整器10将实际的出口节流流量调整为所述出口节流要求流量的指令信号、即使得实际的出口节流流量Qmo=出口节流要求流量的指令信号,与此相对,在计算出的入口节流要求流量超过所述排出流量时,即在可能产生图5所示的入口节流流量Qmi的饱和时,如该图所示,对所述电磁比例减压阀28输入将出口节流流量Qmo限制为比所述出口节流要求流量小的流量的指令信号,具体而言,如该图所示,限制该出口节流流量Qmo以维持出口节流流量Qmo低于入口节流流量Qmi的关系而不管所述饱和的指令信号。
是否进行该出口节流流量限制的判断,也可基于该排出流量与出口节流要求流量的比较来进行,而非基于如上所述的排出流量与入口节流要求流量的直接比较。例如,也可在该出口节流要求流量为设定在所述排出流量附近的指定流量(例如该排出流量的90%的流量)时,判断为进行出口节流流量限制控制。即,出口节流流量限制的判断基准只要被适当设定成,执行预防因入口节流流量的饱和引起的入口节流流量与出口节流流量的大小关系逆转的出口节流流量限制即可。
另外,本发明所涉及的液压致动器并不限定于液压马达,例如也可为使作业装置的附属装置起伏的液压缸。此时,在使该附属装置向与因其自重而下降的方向相同的方向即下放方向移动时,也能有效地应用本发明。或者,所述液压致动器也可为可变容量马达。
如上所述,根据本发明,提供一种工程机械的液压驱动装置,不伴有以往的抗衡阀的缺点亦即不伴有波动或大升压力的产生即可防止入口节流侧的压力过度降低,且能以稳定的速度使负载向与其自重下落方向相同的方向即下放方向移动。该液压驱动装置包括:液压泵,排出工作油;液压致动器,具有第一口及第二口,以接受从所述液压泵向所述第一口排出的工作油的供应并从所述第二口排出该工作油从而使所述负载向所述下放方向移动的方式被驱动;操作装置,在指定所述液压致动器的动作速度时被操作;作业用液压回路,包括入口节流流路及出口节流流路,所述入口节流流路用于在所述液压致动器受到驱动以使所述负载向所述下放方向移动时,将工作油从所述液压泵引导至所述液压致动器的第一口,所述出口节流流路用于在所述液压致动器受到驱动以使所述负载向所述下放方向移动时,将从所述液压致动器的第二口排出的工作油引导至油箱;控制阀,改变从所述液压泵向所述液压致动器的工作油供应状态,以使所述液压致动器以由所述操作装置指定的速度工作;入口节流流量调整器,将所述入口节流流路中的所述工作油的流量即入口节流流量调节为与由所述操作装置指定的速度对应的流量;出口节流流量调整器,将所述出口节流流路中的所述工作油的流量即出口节流流量调节为与由所述操作装置指定的速度对应的流量;安全阀,在所述入口节流流路的压力为设定压力以上时开阀,并将流过该入口节流流路的工作油引导至油箱,以便规定该入口节流流路的压力的上限值;其中,所述入口节流流量调整器及所述出口节流流量调整器具有以下的流量调整特性:既是关于所述操作装置所指定的速度与对应于该速度而被调整的流量之间的关系的特性,又是对应于由所述操作装置指定的任意速度,而由所述入口节流流量调整器调整的入口节流流量大于由所述出口节流流量调整器调整的出口节流流量的特性。
该装置中,通过设置在出口节流流路上的出口节流流量调整器将出口节流流量调节为与指定的速度对应的流量,无论负载的大小如何,均能将其下放方向的速度维持为与操作装置的操作对应的速度而实现较高的操作性及安全性。而且,入口节流流量调整器及出口节流流量调整器具有如下的流量调整特性,对于通过所述操作装置指定的任意速度,入口节流流量调整器所调整的入口节流流量均小于所述出口节流流量调整器所调整的出口节流流量,因此能预防因出口节流流量超过入口节流流量引起的入口节流压力即入口节流流路的压力过度降低,从而能防止因该入口节流压力的降低产生气穴。此外,不需要抗衡阀来防止该气穴,从而不伴有该抗衡阀的缺点,即入口节流压力的波动、为防止该波动而使用节流孔引起的响应迟钝或升压力的产生等不良情况。
作为所述入口节流流量调整器,较为理想的是包括:入口节流孔,对应于所述操作装置的操作而改变流路面积;入口节流流量调整阀,改变入口节流流量以使所述入口节流孔的前后差压达到预先设定的压力。同样地,作为所述出口节流流量调整器,较为理想的是包括:出口节流孔,对应于所述操作装置的操作而改变流路面积;出口节流流量调整阀,改变出口节流流量以使所述出口节流孔的前后差压达到预先设定的压力。各流量调整器中的节流孔与流量调整阀的组合,能以简单的结构将下放驱动速度维持为与所述操作装置的操作内容对应的速度而不管负载的大小如何。
本发明中,较为理想的是,作为所述液压致动器,使用能向正反两方向动作的装置,更具体而言使用如下装置,即以在其所述第一口接受工作油的供应并从所述第二口排出工作油的状态下使所述负载向下放方向移动的方式受到驱动,另一方面以在其第二口接受工作油的供应并从第一口排出工作油的状态下使所述负载向上提方向移动的方式受到驱动,由此不仅能向下放方向还能向上提方向移动所述负载。因此,较为理想的是所述控制阀包括先导切换阀,该先导切换阀具有阻止从所述液压泵排出的工作油供应至所述液压致动器的中立位置、将从所述液压泵排出的工作油通过所述入口节流流路引导至所述液压致动器的第一口且使从该液压致动器的第二口排出的工作油通过所述出口节流流路返回至油箱的下放驱动位置、以及形成将从所述液压泵排出的工作油引导至所述液压致动器的第二口的流路及使从该液压致动器的第一口排出的工作油返回至所述油箱的流路的上提驱动位置,该先导切换阀还具有分别对应于所述下放驱动位置及所述上提驱动位置的先导口,并且该先导切换阀向与该输入先导压力的先导口对应的方向,以与该先导压力的大小对应的行程从所述中立位置开始工作;所述操作装置包括遥控阀,该遥控阀介于先导液压源与所述各先导口之间,并且对所述先导口中的与操作内容对应的先导口供应与该操作内容对应的先导压力。而且,此时,可利用该先导压力而容易地使所述入口节流孔或所述出口节流孔对应于所述遥控阀的操作内容。具体而言,所述入口节流流量调整器只要包含所述入口节流孔,并且具有能接受所述先导压力的供应并对应于该先导压力的大小来改变所述入口节流孔的开口面积的入口节流阀即可。另外,所述出口节流流量调整器只要包含所述出口节流孔,并且具有能接受所述先导压力的供应并对应于该先导压力的大小来改变所述出口节流孔的开口面积的出口节流阀即可。
此时,通过将所述先导切换阀兼用作所述入口节流阀及所述出口节流阀的至少一者,能简化装置的结构。具体而言,该先导切换阀为以下的方向流量控制阀即可:包含所述入口节流孔及所述出口节流孔中的至少一个节流孔,且该节流孔具有对应于与该先导切换阀的中立位置相距的行程而增加的开口面积。
此外,较为理想的是,该装置还包括:排出流量检测器,检测所述液压泵的排出流量或与此对应的值;出口节流流量限制部,在由所述排出流量检测器检测的排出流量低于对应于由所述操作装置的操作指定的速度而对所述入口节流流量调整器要求的入口节流流量时,将所述出口节流流量限制为比对应于由所述操作装置的操作指定的速度而对所述出口节流流量调整器要求的流量小的流量,以将由所述出口节流流量调整器调整的出口节流流量保持为比由所述排出流量检测器检测的排出流量小的流量。
该出口节流流量限制部在因所述排出流量的不足导致入口节流流量无法达到与通过操作操作装置指定的速度对应的入口节流要求流量时,即在通过所述入口节流流量调整器调整的入口节流流量可能产生饱和时,将通过所述出口节流流量调整器调整的出口节流流量限制为比与通过操作所述操作装置指定的速度对应的出口节流要求流量小的流量,由此能维持实际的入口节流流量与出口节流流量的大小关系而不管所述饱和。即,在排出流量较低时也能维持出口节流流量低于入口节流流量的关系,从而能预防因两流量逆转引起的不良情况,例如预防液压致动器的失速。
本发明中,较为理想的是,所述液压致动器的第二口与所述出口节流流量调整器之间的距离尽可能地小。一旦该第二口与该出口节流流量调整器之间的配管受损,则所述液压致动器有可能失速,但这些第二口与出口节流流量调整器的距离越小,则产生该失速的可能性越低。
此处,当所述控制阀包括用于实现上提驱动与下放驱动这两者的方向切换阀时,即该方向切换阀包括:中立位置,阻止从所述液压泵排出的工作油供应至所述液压致动器;下放驱动位置,形成将从所述液压泵排出的工作油通过所述入口节流流路引导至所述液压致动器的第一口并使从该液压致动器的第二口排出的工作油通过所述出口节流流路返回至油箱的油路;上提驱动位置,形成将从所述液压泵排出的工作油引导至所述液压致动器的第二口的流路及使从该液压致动器的第一口排出的工作油返回至所述油箱的流路时,所述出口节流流量调整器可设置在该方向切换阀与油箱之间,但为了如前所述般降低因配管受损引起的液压致动器的失速的可能性,有效的是所述出口节流流量调整器设置在所述第二口与所述方向切换阀之间。
为了如此般在使出口节流流量调整器位于所述第二口与所述方向切换阀之间的情况下实现下放驱动与上提驱动这两者,可在该方向切换阀与所述液压致动器的第一口之间,设置在下放驱动时形成所述入口节流流路且在上提驱动时形成所述出口节流流路的第一致动器配管,在所述方向切换阀与所述液压致动器的第二口之间,并列设置用于在下放驱动时从所述第二口向所述方向切换阀引导工作油的第二致动器配管及用于在上提驱动时从所述方向切换阀向所述第二口引导工作油的第三致动器配管,在所述第三致动器配管上设置阻止二工作油从所述液压致动器向所述方向切换阀流动的单向阀,在所述第二致动器配管上设置所述出口节流流量调整器和先导式开闭阀,该先导式开闭阀位于该出口节流流量调整器与所述方向切换阀之间且仅在所述第一致动器配管中的工作油的压力达到预先设定的设定压力以上时才开通所述第二致动器配管,该先导式开闭阀的设定压力被设定为比所述安全阀的设定压力低的压力。
该装置中,在所述方向切换阀切换至上提驱动位置的上提驱动时,先导式开闭阀的先导压力不上升而该开闭阀关闭第二致动器配管,因此液压泵排出的工作油从所述方向切换阀经由第三致动器配管供应至所述液压致动器的第二口。另一方面,在所述方向切换阀切换至下放驱动位置的下放驱动时,在此时形成入口节流流路的第一致动器配管内的工作油的压力上升至先导式开闭阀的先导压力的时刻,该开闭阀开通第二致动器配管,由此,工作油通过该第二致动器配管而从第二口返回至油箱,此外,能利用设置在该第二致动器配管上的出口节流流量调整器来调整出口节流流量。此外,安全阀的设定压力被设定得高于所述开闭阀的开阀压力,因此所述开闭阀的开阀动作得以确保。
Claims (8)
1.一种工程机械的液压驱动装置,利用液压使负载向与基于该负载自重而下落的方向相同方向的下放方向移动,其特征在于包括:
液压泵,排出工作油;
液压致动器,具有第一口及第二口,以接受从所述液压泵向所述第一口排出的工作油的供应并从所述第二口排出该工作油从而使所述负载向所述下放方向移动的方式被驱动;
操作装置,在指定所述液压致动器的动作速度时被操作;
作业用液压回路,包括入口节流流路及出口节流流路,所述入口节流流路用于在所述液压致动器受到驱动以使所述负载向所述下放方向移动时,将工作油从所述液压泵引导至所述液压致动器的第一口,所述出口节流流路用于在所述液压致动器受到驱动以使所述负载向所述下放方向移动时,将从所述液压致动器的第二口排出的工作油引导至油箱;
控制阀,改变从所述液压泵向所述液压致动器的工作油供应状态,以使所述液压致动器以由所述操作装置指定的速度工作;
入口节流流量调整器,将所述入口节流流路中的所述工作油的流量即入口节流流量调节为与由所述操作装置指定的速度对应的流量;
出口节流流量调整器,将所述出口节流流路中的所述工作油的流量即出口节流流量调节为与由所述操作装置指定的速度对应的流量;
安全阀,在所述入口节流流路的压力为设定压力以上时开阀,并将流过该入口节流流路的工作油引导至油箱,以便规定该入口节流流路的压力的上限值;其中,
在所述液压致动器受到驱动以使所述负载向下放方向移动时,所述入口节流流量调整器及所述出口节流流量调整器具有以下的流量调整特性:
既是关于所述操作装置所指定的速度与对应于该速度而被调整的流量之间的关系的特性,又是对应于由所述操作装置指定的任意速度,而由所述入口节流流量调整器调整的入口节流流量总是大于由所述出口节流流量调整器调整的出口节流流量的特性。
2.根据权利要求1所述的工程机械的液压驱动装置,其特征在于还包括:
排出流量检测器,检测所述液压泵的排出流量或与此对应的值;
出口节流流量限制部,在由所述排出流量检测器检测的排出流量低于对应于由所述操作装置的操作指定的速度而对所述入口节流流量调整器要求的入口节流流量时,将所述出口节流流量限制为比对应于由所述操作装置的操作指定的速度而对所述出口节流流量调整器要求的流量小的流量,以将由所述出口节流流量调整器调整的出口节流流量保持为比由所述排出流量检测器检测的排出流量小的流量。
3.根据权利要求1所述的工程机械的液压驱动装置,其特征在于,
所述入口节流流量调整器包括:入口节流孔,对应于所述操作装置的操作而改变流路面积;入口节流流量调整阀,改变入口节流流量以使所述入口节流孔的前后差压达到预先设定的压力。
4.根据权利要求3所述的工程机械的液压驱动装置,其特征在于:
所述控制阀包括先导切换阀,该先导切换阀具有阻止从所述液压泵排出的工作油供应至所述液压致动器的中立位置、将从所述液压泵排出的工作油通过所述入口节流流路引导至所述液压致动器的第一口且使从该液压致动器的第二口排出的工作油通过所述出口节流流路返回至油箱的下放驱动位置、以及形成将从所述液压泵排出的工作油引导至所述液压致动器的第二口的流路及使从该液压致动器的第一口排出的工作油返回至所述油箱的流路的上提驱动位置,该先导切换阀还具有分别对应于所述下放驱动位置及所述上提驱动位置的先导口,并且该先导切换阀向与输入先导压力的先导口对应的方向,以与该先导压力的大小对应的行程从所述中立位置开始工作;
所述操作装置包括遥控阀,该遥控阀介于先导液压源与所述各先导口之间,并且对所述先导口中的与操作内容对应的先导口供应与该操作内容对应的先导压力;
所述入口节流流量调整器包含所述入口节流孔,并且具有能接受所述先导压力的供应并对应于该先导压力的大小来改变所述入口节流孔的开口面积的入口节流阀。
5.根据权利要求4所述的工程机械的液压驱动装置,其特征在于:
所述先导切换阀为方向流量控制阀,该方向流量控制阀包含所述入口节流孔,该入口节流孔具有对应于与该先导切换阀的中立位置相距的行程而增加的开口面积。
6.根据权利要求1所述的工程机械的液压驱动装置,其特征在于,
所述出口节流流量调整器包括:出口节流孔,对应于所述操作装置的操作而改变流路面积;出口节流流量调整阀,改变出口节流流量以使所述出口节流孔的前后差压达到预先设定的压力。
7.根据权利要求6所述的工程机械的液压驱动装置,其特征在于:
所述控制阀包括先导切换阀,该先导切换阀具有阻止从所述液压泵排出的工作油供应至所述液压致动器的中立位置、将从所述液压泵排出的工作油通过所述入口节流流路引导至所述液压致动器的第一口且使从该液压致动器的第二口排出的工作油通过所述出口节流流路返回至油箱的下放驱动位置、以及形成将从所述液压泵排出的工作油引导至所述液压致动器的第二口的流路及使从该液压致动器的第一口排出的工作油返回至所述油箱的流路的上提驱动位置,该先导切换阀还具有分别对应于所述下放驱动位置及所述上提驱动位置的先导口,并且该先导切换阀向与输入先导压力的先导口对应的方向,以与该先导压力的大小对应的行程从所述中立位置开始工作;
所述操作装置包括遥控阀,该遥控阀介于先导液压源与所述各先导口之间,并且对所述先导口中的与操作内容对应的先导口供应与该操作内容对应的先导压力;
所述出口节流流量调整器包含所述出口节流孔,并且具有能对应于所述先导压力的大小来改变所述出口节流孔的开口面积的出口节流阀。
8.根据权利要求1所述的工程机械的液压驱动装置,其特征在于:
所述控制阀包括方向切换阀,该方向切换阀具有阻止从所述液压泵排出的工作油供应至所述液压致动器的中立位置、将从所述液压泵排出的工作油通过所述入口节流流路引导至所述液压致动器的第一口且使从该液压致动器的第二口排出的工作油通过所述出口节流流路返回至油箱的下放驱动位置、以及形成将从所述液压泵排出的工作油引导至所述液压致动器的第二口的流路及使从该液压致动器的第一口排出的工作油返回至所述油箱的流路的上提驱动位置;其中,
在所述方向切换阀与所述液压致动器的第一口之间,设置有在下放驱动时形成所述入口节流流路且在上提驱动时形成所述出口节流流路的第一致动器配管,
在所述方向切换阀与所述液压致动器的第二口之间,并列设置有用于在下放驱动时从所述第二口向所述方向切换阀引导工作油的第二致动器配管及用于在上提驱动时从所述方向切换阀向所述第二口引导工作油的第三致动器配管,
在所述第三致动器配管上设置有阻止工作油从所述液压致动器向所述方向切换阀流动的单向阀,
在所述第二致动器配管上设置有所述出口节流流量调整器和先导式开闭阀,该先导式开闭阀位于该出口节流流量调整器与所述方向切换阀之间且仅在所述第一致动器配管中的工作油的压力达到预先设定的设定压力以上时才开通所述第二致动器配管,该先导式开闭阀的设定压力被设定为比所述安全阀的设定压力低的压力。
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