CN103807232B - 工程机械的液压驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种工程机械的液压驱动装置，包括：液压泵、使负荷向下降方向移动的液压致动器、操作装置、包含入口节流流路、出口节流流路及再生流路的液压回路、控制阀、控制入口节流流量的入口节流流量控制器、将出口节流流量控制成入口节流流量以上的流量的出口节流流量控制器、位于比再生流路更靠出口节流流路下游侧的位置的背压产生部以及出口节流流量限制器。出口节流流量限制器在入口节流流路的压力为容许压力以下时，使出口节流部的开口面积最小。据此，无需平衡阀就能够防止入口节流侧的压力过度下降，且能够以稳定的速度向下降方向驱动负荷。

Description

工程机械的液压驱动装置

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荷朝向与自重下落方向相同的方向移动的液压驱动装置，该自重下落方向是该负荷因其自重而下落的方向。

背景技术

作为用于使负荷朝向与其自重下落方向相同的方向移动的装置，例如已知有用于朝向下降方向驱动绞车的降下驱动装置，该绞车利用钢丝绳悬吊吊载。在该装置中，重要的是防止在降下驱动时，因入口节流侧的压力下降而产生气蚀现象并失速，从而吊载下落。

作为防止此种入口节流侧的压力下降的方法，在日本专利公开公报特开2000-310201号中记载了将所谓的外部先导式(external-pilot-controlled)平衡阀(counterbalance valve)设置在出口节流侧流路的结构。该外部先导式平衡阀在入口节流侧的压力为设定压以下的情况下，以使出口节流侧的流路收缩的方式工作，由此，防止该入口节流侧的压力过度地下降。

然而，所述外部先导式平衡阀的控制本质上是不稳定的，存在容易产生波动的问题。因为，用于进行上述控制的压力测量点位于入口节流侧，而压力控制点位于出口节流侧，因而上述控制中的测量点与控制点的位置不同，即未能实现所谓的控制理论上的同一位置(co-location)的控制。

为了防止所述波动而在先导油路中设置对所述平衡阀的开阀动作施加大的阻尼(damping)的节流部。然而该情况下存在如下缺点：该节流部会拖延平衡阀的开阀时间而导致其响应性降低，此外，在直至该平衡阀完全打开为止的期间，该阀产生较大的节流阻力，由此会产生不必要的增压(boost pressure)。

在所述日本专利公开公报特开2000-310201号中记载了以下的技术：为了防止波动，设置有使入口节流侧流路与出口节流侧流路连通的连通阀、和向两条流路的压差变小的方向控制入口节流流量的流量调节阀，但该技术难以获得稳定的下降速度。即，在下降控制回路中，一般在出口节流侧产生对应于吊载重量的保持压，因此，吊载的负荷越大，则入口节流侧与出口节流侧的压差越大，入口节流侧的所述流量调节阀的开度随着该压差的增大而增加，从而导致入口节流流量增加。因此，在该装置中，下降速度会因负荷的大小而大幅变动。

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，不会产生以往平衡阀的缺点即波动或大的增压，能够防止入口节流侧的压力过度地下降，且能够使负荷以稳定的速度朝向与自重下落方向(该负荷因其自重而下落的方向)相同的方向即下降方向移动。

本发明所提供的液压驱动装置包括：利用液压使负荷向下降方向移动，其中，所述下降方向与负荷因自重而下落的方向相同，所述工程机械的液压驱动装置包括：液压泵；动力源，用于驱动所述液压泵而使所述液压泵喷出工作油；液压致动器，具有第一端口及第二端口，在所述第一端口接收从所述液压泵喷出的工作油的供应并从所述第二端口排出工作油，从而使所述负荷向所述下降方向移动；液压回路，包含：入口节流流路，当使所述负荷向下降方向移动时，将工作油从所述液压泵向所述液压致动器的第一端口引导；出口节流流路，当使所述负荷向所述下降方向移动时，将从所述液压致动器的第二端口排出的工作油向油箱引导；和再生流路，使所述出口节流流路与所述入口节流流路连通；控制阀，使从所述液压泵流向所述液压致动器的工作油的供应状态变化；操作装置，用于操作所述控制阀；入口节流流量控制器，控制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；出口节流流量控制器，将所述出口节流流路中比所述出口节流流路与所述再生流路的连接位置更靠上游侧的所述出口节流流路中的所述工作油的流量、即出口节流流量控制为所述入口节流流量控制器控制的入口节流流量以上的流量；背压产生部，设置在所述出口节流流路中比所述出口节流流路与所述再生流路的连接位置更靠下游侧的位置，并生成被设定的背压；单向阀，设置在所述再生流路中，将所述再生流路中的所述工作油的流动方向限定为从所述出口节流流路朝向所述入口节流流路的方向；以及出口节流流量限制器，在所述入口节流流路中的工作油的压力为预先设定的容许压力以下的情况下，强制地限制所述出口节流流量，其中，所述出口节流流量控制器包括设置在所述出口节流流路中且具有可变的流路面积的出口节流部、和以使所述出口节流部的前后压差达到设定压力的方式使出口节流流量发生变化的出口节流流量调节阀，所述出口节流流量限制器在所述入口节流流路中的工作油的压力为所述容许压力以下的情况下，使所述出口节流部的流路面积最小(较为理想的是完全关闭出口节流部)。所述背压产生部可以是产生被设定的背压的背压阀，也可以并非该背压阀，而是设置在所述出口节流流路下游侧的其他设备(阀等)或导管的压力损耗大且能够确保所需的背压的装置，即利用该压力损耗的装置。

根据本发明，不会产生以往平衡阀的缺点即波动或大的增压，能够防止入口节流侧的压力过度地下降，且能够使负荷以稳定的速度朝向与自重下落方向(该负荷因其自重而下落的方向)相同的方向即下降方向移动。

附图说明

图1是表示本发明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是表示图1所示的装置的遥控阀的操作杆操作量、与出口节流流量控制器的出口节流部的开口面积及入口节流流量控制器的入口节流部的开口面积之间的关系的曲线图。

图3是表示所述操作杆操作量与出口节流流量及入口节流流量之间的关系的曲线图。

图4是表示所述操作杆操作量与溢流节流部(bleed-off throttle)的开口面积及入口节流部的开口面积之间的关系的曲线图。

图5是表示第一比较例所涉及的液压驱动装置的回路图。

图6(A)及图6(B)是表示图5所示的装置中可能产生的平衡阀的开度波动及入口节流压波动的曲线图。

图7(A)是表示所述平衡阀开阀后的阀开度的时间变化的曲线图，图7(B)是表示伴随该阀开度变化的入口节流压的时间变化的曲线图。

图8(A)是表示图1所示的装置及图5所示的装置中的入口节流压的时间变化的曲线图，图8(B)是表示图1所示的装置及图5所示的装置中的燃料消耗量的时间变化的曲线图。

图9是表示第二比较例所涉及的液压驱动装置的回路图。

图10是表示本发明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11是表示本发明第三实施方式所涉及的工程机械的液压驱动装置的回路图。

具体实施方式

参照图1～图4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工程装置的整体结构的回路图。该装置包括：发动机1、液压泵2、液压致动器即液压马达4、液压回路、用于对所述液压马达4的转速进行操作的操作装置6、控制阀3、出口节流流量控制器、入口节流流量控制器、背压阀15及单向阀13。

所述发动机1是所述液压泵2的动力源。所述液压泵2由所述发动机1驱动，由此，喷出油箱内的工作油。在该实施方式中，将可变容量型(variable displacement type)液压泵用作该液压泵2。

所述液压马达4是本发明所涉及的液压致动器的一例，其被组装在具有绞车卷筒5的绞车装置中，通过使该绞车卷筒5朝向正反两个方向旋转来使负荷即吊载7升降。具体而言，该液压马达4具有第一端口4a和第二端口4b，当对所述第一端口4a供应工作油时，使所述绞车卷筒5朝向下降方向旋转，即朝向使所述吊载7下降的方向旋转，并从所述第二端口4b排出该工作油，另一方面，当对所述第二端口4b供应工作油时，使所述绞车卷筒5朝向提升方向旋转，即朝向使所述吊载7提升的方向旋转，并从所述第一端口4a排出该工作油。

所述液压回路用于对所述液压马达4供应从液压泵2喷出的工作油或从所述液压马达4排出该工作油，且包含连接所述液压泵2的喷出口与所述控制阀3的泵管路8P、连接所述控制阀3与所述液压马达4的第一端口4a的第一马达管路81M、连接所述控制阀3与所述液压马达4的第二端口4b的第二马达管路82M、与该第二马达管路82M并列地设置的旁通管路88、彼此独立地设置且连接所述控制阀3与油箱的第一油箱管路81T及第二油箱管路82T、连接所述第二马达管路82M与所述第一马达管路81M的再生管路83、以及从所述泵管路8P分支并到达油箱的溢流管路86来作为用于形成该回路的管路(导管)。

所述控制阀3介于所述液压泵2与所述液压马达4之间，根据对所述操作装置6实施的操作的内容，将所述绞车卷筒5的驱动状态在降下驱动状态和提升驱动状态之间切换。该实施方式所涉及的控制阀3包括具有下降用先导口3a和提升用先导口3b的三位先导切换阀(pilot-controlled selector valve)，且以如下的方式工作：当对两个先导口3a、3b均未供应先导压时，该控制阀3保持在中立位置P0；当对下降用先导口3a供应先导压时，该控制阀3以对应于该先导压的行程从所述中立位置P0向降下驱动位置P1侧进行开阀动作；当对提升用先导口3b供应先导压时，该控制阀3以对应于该先导压的行程从所述中立位置P0向提升驱动位置P2侧进行开阀动作。

所述控制阀3在所述各位置形成如下所述的流路。

i)控制阀3在所述中立位置P0处阻止从所述液压泵2喷出的工作油供应至所述液压马达4，并且形成将该工作油通过所述第一油箱管路81T直接引导至油箱的第一溢流流路。另外，控制阀3在该中立位置P0处具有用于规定溢流流量的溢流节流部30，该溢流节流部30的开口面积Abo随着远离该中立位置P0而减小。

ii)控制阀3在所述降下驱动位置P1处，通过连接所述泵管路8P与所述第一马达管路81M，开通将从所述液压泵2喷出的工作油引导至所述液压马达4的第一端口4a的流路即降下驱动时的“入口节流流路”，并且通过连接所述第二马达管路82M与所述第二油箱管路82T，开通使从所述液压马达4的第二端口4b排出的工作油返回到油箱的流路即降下驱动用“出口节流流路”。而且，控制阀3在该降下驱动位置P1处具有用于规定入口节流流路中的工作油流量即入口节流流量的入口节流部31，该入口节流部31的开口面积Ami随着从所述中立位置P0算起的行程的增大而增加。

iii)控制阀3在所述提升驱动位置P2处，通过将所述泵管路8P连接于所述第二马达管路82M及与所述第二马达管路82M并列地设置的旁通管路88，形成将从所述液压泵2喷出的工作油(如下所述，专门通过旁通管路88)引导至液压马达4的第二端口4b的流路，并且通过将所述第一马达管路81M连接于所述第二油箱管路82T，形成使从所述液压马达4的第一端口4a排出的工作油返回到所述油箱的流路。

所述操作装置6具有：先导液压源9、遥控阀10、降下驱动用先导管路11a及提升驱动用先导管路11b。

遥控阀10介于所述先导液压源9与所述控制阀3的各先导口3a、3b之间，并且包含受操作员操作的操作杆10a和连接于该操作杆10a的阀主体10b。阀主体10b具有降下驱动用输出口及提升驱动用输出口，这些输出口分别经由所述降下驱动用先导管路11a及所述提升驱动用先导管路11b而连接于所述控制阀3的两个先导口3a、3b。该阀主体10b以如下的方式与所述操作杆10a联动：从所述两个输出口中的与对所述操作杆10a实施的操作的方向对应的输出口输出大小对应于该操作杆10a的操作量的先导压，并将该先导压输入至所述控制阀3的两个先导口3a、3b中的对应于所述输出口的先导口。

如上所述，控制阀3从其中立位置P0向降下驱动位置P1或提升驱动位置P2工作时的行程会对应于所输入的先导压的大小而增大，因此，操作员能够通过操作所述操作杆10a来改变所述控制阀3的工作方向及行程，据此，能够改变所述溢流节流部30及所述入口节流部31的开口面积Abo、Ami。图2的虚线表示所述操作杆10a的(下降方向的)操作量与入口节流部31的开口面积Ami之间的关系，图4表示所述操作量与溢流节流部30及入口节流部31的开口面积Abo、Ami之间的关系。

在本实施方式中，所述入口节流流量控制器具有所述入口节流部31和设置在所述溢流管路86中的入口节流流量调节阀23。入口节流流量调节阀23能够以使由所述溢流管路86构成的第二溢流流路的流量发生变化的方式进行开闭动作，其开度以使所述入口节流部31的上游侧压力与下游侧压力之差即前后压差达到预定的设定压差的方式发生变化。具体而言，若所述前后压差变大，则所述入口节流流量调节阀23会向开阀方向工作，从而增加溢流管路86中的流量，由此抑制入口节流流量。在该实施方式中，所述降下驱动位置P1处的所述控制阀3的输出压(outlet-side pressure)即所述入口节流部31下游侧的压力、和作为所述入口节流流量调节阀23的输入压(inlet-side pressure)即所述入口节流部31上游侧的压力的泵压分别通过压力导入管路22a、22b，从彼此相反的一侧被导入所述入口节流流量调节阀23，由这两个压力的平衡决定所述入口节流流量调节阀23的开口面积及对应于该开口面积的溢流流量。

所述出口节流流量控制器对应于所述操作装置6的降下驱动方向的操作量，具体而言对应于对所述遥控阀10的操作杆10a实施的降下驱动方向的操作的量即操作杆操作量，控制所述出口节流流路中的工作油的流量即出口节流流量，在本实施方式中，所述出口节流流量控制器具有设置在所述第二马达管路82M中的出口节流阀36及出口节流流量调节阀14。

所述出口节流阀36相当于本发明所涉及的出口节流部，且具有开口面积可变的节流部36a和先导口36b。所述降下驱动用先导压通过从所述降下驱动用先导管路11a分支出的分支管路11c而被输入至该先导口36b。因此，该分支管路11c和所述降下驱动用先导管路11a中的比所述分支管路11c的分支点更靠上游侧的部分构成将降下驱动用先导压导向所述先导口36b的出口节流用先导管路。所述出口节流阀36具有以下的开口特性：被导入所述先导口36b的降下驱动用先导压越大，即所述遥控阀10的操作杆10a的降下驱动方向的操作量越大，则所述节流部36a的开口面积越大，当该操作量为0时，所述开口面积最小(较为理想的是所述开口面积为0)。

所述出口节流流量调节阀14与所述出口节流阀36一同设置在比连接位置Pc更靠上游侧的位置，且以使该出口节流阀36的前后压差即该出口节流阀36的上游侧压力与下游侧压力之差达到预定的设定压差的方式进行开闭工作，该连接位置Pc是所述第二马达管路82M中所述再生管路83所连接的位置。具体而言，出口节流流量调节阀14具有能够开闭的阀主体和对该阀主体朝向开阀方向施力的弹簧14a，所述出口节流阀36的上游侧压力通过压力导入管路18a，从所述弹簧14a的相反侧被导入所述出口节流流量调节阀14，所述出口节流阀36的下游侧压力通过压力导入管路18b，从与所述弹簧14a相同的一侧被导入所述出口节流流量调节阀14。因此，根据由所述弹簧14a确定的设定压差、和所述上游侧压力与所述下游侧压力之差，决定所述出口节流流量调节阀14的开度及对应于该开度的出口节流流量。该出口节流流量调节阀14可以如图1所示地设置在出口节流阀36的下游侧，相反地，也可以设置在出口节流阀36的上游侧。

如图2所示，构成所述入口节流流量控制器的入口节流部31的开口面积即入口节流开口面积Ami的特性、及构成所述出口节流流量控制器的出口节流阀36的开口面积即出口节流开口面积Amo的特性被设定为：无论操作杆操作量如何，出口节流开口面积Amo均为入口节流开口面积Ami以上，更详细而言，除了操作杆操作量为0及其附近的区域之外，出口节流开口面积Amo大于入口节流开口面积Ami。由此，如图3所示，使该实施方式所涉及的装置具有以下的流量特性，即，无论操作杆操作量如何，出口节流流量Qmo均为入口节流流量Qmi以上的流量，更详细而言，使该实施方式所涉及的装置具有以下的流量特性，即，除了操作杆操作量为0及其附近的区域之外，出口节流流量Qmo大于入口节流流量Qmi。

所述背压阀15是构成背压产生部的压力控制阀，其设置在所述第二马达管路82M中的比所述再生管路83的连接位置Pc更靠下游侧的位置，并产生相当于其设定压的背压，所述第二马达管路82M在降下驱动时构成出口节流流路。该背压阀15的设定压可以恒定，例如也可以具有随着入口节流压即降下驱动时的入口节流流路的压力上升而下降的特性。或者，还能够由可变节流阀构成背压阀，该可变节流阀的开口面积会随着操作杆10a的操作量的增加而增大。在此情况下，其开口面积Abk被设定为具有例如下式(1)所示的特性。

在此，Cv是流量系数，ΔPbk是背压阀的设定压，Qbk是通过背压阀的工作油的流量，若忽视泄漏部分，则根据流量平衡，所述流量Qbk与入口节流流量Qmi一致。

所述再生管路83形成以下的再生流路，该再生流路用于以对应于降下驱动时的出口节流流量Qmo与入口节流流量Qmi(≤Qmo)的差值的流量，将出口节流流路侧的工作油(流经出口节流流量调节阀14后的工作油)的一部分从背压阀15的上游侧补充至入口节流流路侧。所述单向阀13设置在该再生管路83的中途，且将该再生管路83中的所述工作油的流动方向限定为从所述出口节流流路朝向所述入口节流流路的方向。

在所述第二马达管路82M还设置有位于所述背压阀15的下游侧的单向阀35。该单向阀35只允许工作油从所述液压马达4流向所述控制阀3，并阻止工作油逆流。由此，防止在所述控制阀3被切换至提升驱动位置P2时，从液压泵2喷出的工作油逆流至所述第二马达管路82M内。

所述旁通管路88形成以下的供应流路，该供应流路用于在所述提升驱动时，使工作油从所述液压泵2流向所述液压马达4的第二端口4b。在该旁通管路88设置有单向阀27，该单向阀27与所述单向阀35相反，只允许工作油从所述控制阀3流向所述液压马达4的第二端口4b。

进一步，图1所示的液压驱动装置以具备出口节流流量限制器为特征，该出口节流流量限制器在所述入口节流流路中的工作油的压力变为预先设定的容许压力以下的紧急情况下，强制地限制所述出口节流流量。具体而言，该出口节流流量限制器在所述紧急情况下，使所述出口节流阀36的开口面积Amo即流路面积最小(较为理想的是该流路面积为零)。本实施方式所涉及的出口节流流量限制器具有相当于先导管路阻断阀的先导切换阀40和相当于阻断操作部的先导压导入管路41。

所述先导切换阀40被设置在所述出口节流用的先导管路的中途，在该实施方式中被设置在所述分支管路11c的中途，且具有开通该分支管路11c的打开位置、和阻断该分支管路11c并使出口节流阀36的先导口36b与油箱连通的关闭位置。该先导切换阀40具有：弹簧40b，以图示的方式将该先导切换阀40的位置保持在所述关闭位置；以及先导口40a，从该弹簧40b的相反侧被导入先导压。所述先导切换阀40仅在特定压力(容许压力)以上的先导压被导入所述先导口40a的情况下，对抗所述弹簧40b的作用力而被切换至所述关闭位置。

所述先导压导入管路41将所述第一马达管路81M与所述先导口40a连接，将所述第一马达管路81M内的压力即降下驱动时的入口节流流路内的压力作为所述先导压而导入所述先导口40a。

接着，说明该装置的作用。

首先，若将遥控阀10的操作杆10a操作至提升驱动侧，则该遥控阀10所输出的遥控压会被输入到控制阀3的提升用先导口3b，控制阀3从中立位置P0向提升驱动位置P2侧进行开阀动作。由此，液压泵2所喷出的工作油经由旁通管路88的单向阀27而供应至液压马达4的第二端口4b，使该液压马达4向提升驱动方向旋转。从该液压马达4的第一端口4a排出的工作油经由第一马达管路81M及第二油箱管路82T而返回到油箱。

另一方面，若将所述操作杆10a操作至降下驱动侧，则控制阀3会从中立位置P0向降下驱动位置P1侧进行开阀动作。具体而言，大小对应于所述操作杆10a的操作量的降下驱动用先导压从所述遥控阀10经由降下驱动用先导管路11a而被输入至降下驱动用先导口3a，由此，控制阀3向降下驱动位置P1侧移动对应该先导压的行程。

随着所述移动，如图4所示，溢流开口面积Abo减小，并且入口节流部31的开口面积即入口节流开口面积Ami增加，入口节流流量Qmi即从液压泵2供应至液压马达4的第一端口4a的工作油的流量增加。由此，液压马达4向下降方向旋转，并从第二端口4b排出工作油。该排出的工作油经由构成出口节流流路的第二马达管路82M及第二油箱管路82T而返回到油箱。

此时，随着所述入口节流部31的开口面积即入口节流开口面积Ami的增大，由该入口节流部31和入口节流流量调节阀23构成的入口节流流量控制器以图3所示的方式控制入口节流流量Qmi。具体而言，所述入口节流流量调节阀23以使所述入口节流部31的前后压差达到预先设定的压力即设定压差ΔPmi的方式进行开阀动作。例如若该前后压差变大，则向开阀方向动作而增加溢流流量，由此减少入口节流流量。这样，以下式(2)所示的方式控制入口节流流量Qmi。

另一方面，如图2所示，设置在所述第二马达管路82M中的出口节流阀36的节流部36a的开口面积即出口节流开口面积Amo根据所述操作杆10a的操作量，在大于入口节流开口面积Ami的范围发生变化，伴随于此，如图3所示，由该出口节流阀36和出口节流流量调节阀14构成的出口节流流量控制器以使所述出口节流流量Qmo变为所述入口节流流量Qmi以上的流量的方式控制所述出口节流流量Qmo。即，所述出口节流流量调节阀14以使所述出口节流阀36的前后压差达到预先设定的压力即设定压差ΔPmo的方式进行开阀动作，由此，以下式(3)所示的方式控制出口节流流量Qmo。

以所述方式控制出口节流流量Qmo，并且无论负荷(在该实施方式中为吊载7)的大小如何，均以对应于对操作杆10a施加的操作的速度执行降下驱动。即，无论负荷即吊载7的重量变化如何，该出口节流流量控制器均专门对应于操作杆10a的操作量而控制出口节流流量。因此，能够有效地抑制由负荷重量的增减引起的液压马达4的转速变化，有助于提高操作性及安全性。

而且，在该装置中，以使所述出口节流流量Qmo始终达到所述入口节流流量Qmi以上的流量的方式进行控制，以相当于入口节流流量Qmi的不足部分的流量(Qmo-Qmi)，从背压阀15上游侧的连接位置Pc经由再生管路83对入口节流流路即第一马达管路81M补充返回油。即，可靠地使工作油从出口节流流路经由再生流路而流向入口节流流路，且其流量通过控制两个流量Qmi、Qmo而稳定地被保持。由此，入口节流压保持在所述背压阀15的设定压以上的压力，防止由该入口节流压的下降产生的气蚀现象。

以往，作为防止此种气蚀现象的技术，已知有使用平衡阀的技术，但此种平衡阀的使用存在会产生入口节流压的波动或显著的增压的缺点。对此，所述装置能够不使用伴有该缺点的平衡阀来防止所述气蚀现象。

基于与作为第一比较例的图5所示的装置的对比，详细说明关于这一点的本发明装置的优越性。该图5所示的装置虽与图1所示的装置同样地包括：发动机1、液压泵2、控制阀3、液压马达4、操作装置6及两个马达管路81M、82M，但包括外部先导式的平衡阀90来代替图1所示的装置中所含的再生流路、入口节流流量控制器、出口节流流量控制器以及背压阀15。

在降下驱动时构成入口节流流路的第一马达管路81M内的压力即入口节流压经由管路92而作为先导压被导入该平衡阀90。平衡阀90具有决定其设定压Pcb的弹簧94，在被输入该平衡阀90的先导压即所述入口节流压不足所述设定压Pcb时，该平衡阀90关闭，在所述入口节流压为设定压Pcb以上时，该平衡阀90打开。

该平衡阀90也能够有效地防止由入口节流流量不足产生的气蚀现象。例如，若液压马达4的转速因吊载7的重量而增加，导致该液压马达4的吸收流量超过来自液压泵2的供应流量，则入口节流压会下降，而在该入口节流压下降至平衡阀90的设定压Pcb的时间点，平衡阀90向关闭方向移动，由此使出口节流侧收缩，从而对液压马达4施加制动力。由此，液压马达4的吸收流量受到限制，并实现将入口节流压保持在设定压Pcb以上的控制。

然而，在使用该平衡阀90的控制中，测量点在入口节流流路中，而控制点在出口节流流路中，因此，不存在控制理论上的同一位置，从而控制变得不稳定。即，所述测量点与所述控制点的偏差致使利用平衡阀90进行的控制不稳定，且容易产生波动。具体而言，当在时刻T0，从中立位置向降下驱动方向对操作装置6中的遥控阀10的操作杆10a进行操作时，如图6(A)所示，平衡阀90的开度产生波动，如图6(B)所示，该波动有可能会导致入口节流压也振动地发生变化，从而使液压马达4或绞车卷筒5的转速不稳定。

作为抑制该波动的方法，通常考虑如所述图5所示，在所述管路92的中途设置节流部96，但如图7(A)所示，该节流部96会导致从开始对操作杆10a进行操作的时间点T0起至阀开度达到适当的开度A1为止产生相当大的响应延迟。而且，在直至平衡阀90充分打开为止的期间，该平衡阀90会产生大的压力损耗，因此，存在以下的缺点，即，如图7(B)所示，在从所述操作开始时间点T0起至指定时刻T1为止的期间，入口节流压高于设定压Pcb的状态，即产生如图中斜线所示的多余的增压的状态持续，这导致运转效率显著降低。

对此，图1所示的装置中所使用的出口节流流量控制器基于出口节流部的前后压差来调整出口节流流量，其测量点及控制点均处于出口节流流路中，因此，具有控制理论上的同一位置，能够进行稳定的控制。另外，背压阀15极难以产生像所述平衡阀90那样的波动，因此，无需附加用于防止该波动的特别的节流部，也不会产生如图7(B)所示的显著的增压。因此，如图8(A)中的实线(图1所示的装置)及虚线(图5所示的装置)所示，能够有效地抑制入口节流压，由此，驱动液压泵2所需的功率也大幅降低，其结果，如图8(B)所示，发动机的燃料消耗量也大幅地得到改善。

而且，在图1所示的装置中，在入口节流流路的压力为预先设定的允许压力以下的紧急情况下，强制地限制出口节流流量，由此，能够保证该紧急情况下的安全性。具体而言，当所述入口节流流路中的工作油的压力，即被输入至设置在所述分支管路11c中途的先导切换阀40的先导压为所述允许压力以下时，该先导切换阀40从当前的打开位置切换至关闭位置以阻断所述分支管路11c，并使出口节流阀36的先导口36b与油箱连通，由此，阻止通过该分支管路11c向出口节流阀36供应先导压(降下驱动用先导压)。由此，该出口节流阀36被操作为其节流部36a的开口面积为最小(在图2所示的特性中为0)，所述出口节流流量Qmo极小或变成0，液压马达4的旋转有效地受到抑制或停止。

例如，当发生形成入口节流流路的第二马达管路82M(导管)破损等异常，导致入口节流流路的压力急剧下降时，若放任不管，则该入口节流流路会产生气蚀现象而无法驱动控制液压马达，朝向下降方向移动中的负荷也可能会急速下落。然而，在此种情况下，强制地限制所述出口节流流量，以有效地抑制液压马达4向降下驱动方向旋转或强制地使液压马达4停止旋转，由此，能够防止所述负荷的急速下落。

而且，利用构成出口节流流量控制器的出口节流阀36并使其开口面积最小，由此限制所述出口节流流量，因此，与例如将大型安全阀设置在出口节流流路中并在紧急情况下关闭该安全阀的情况不同，能够提高降下驱动时的安全性，而不会伴有因设置该安全阀所引起的通常运转状态下的压力损耗的增大或整个装置的大型化。

与作为第二比较例的图9所示的装置进行对比来说明所述优点。在图9所示的装置中，在降下驱动时构成出口节流流路的第二马达管路82M中设置先导式安全阀26来代替所述出口节流流量限制器。所述第一马达管路81M内的压力作为所述先导式安全阀26的先导压被输入至所述先导式安全阀26，该先导式安全阀26仅在其先导压即降下驱动时的入口节流压为预先设定的允许压力以下的情况下关闭，换句话说，在该入口节流压高于该设定压的时间点打开。

该图9所示的装置有以下的缺点：即使在通常的降下驱动运转时，来自液压马达4的返回油仍总是通过所述先导式安全阀26，因此，该先导式安全阀26中的压力损耗使装置的运转效率降低。另外，该先导式安全阀26用于强制地阻断大流量(出口节流流量)的工作油所流经的出口节流流路，因此，需要将比图1所示的先导切换阀40大得多的阀用作该先导式安全阀26。因此，该先导式安全阀26会显著地妨碍整个装置的小型化。

对此，在图1所示的装置中，利用为了控制出口节流流量而原本设置的出口节流阀36对出口节流流量进行紧急限制，因此，无需为了进行该紧急限制而在第二马达管路82M中附加特别的阀，由此，不会增大压力损耗。另外，用于对出口节流阀36进行紧急操作的先导切换阀40只要阻断(并非用于驱动液压马达4的出口节流流路)用于供应先导压的先导管路(图1中的分支管路11c)即可，因此，构成该先导切换阀40的切换阀采用比所述先导式安全阀26小的阀即可。

而且，在图1所示的装置中，还将先导切换阀40用作先导管路阻断阀，经由先导压导入管路41连接所述先导切换阀40的先导口40a与构成所述入口节流流路的第一马达管路81M，由此，入口节流流路的压力直接被用作所述先导切换阀40的先导压，因此，无需特别的控制装置，而且，能够实现与实际的入口节流流路压力直接相对应的较为理想的出口节流流量限制动作。

然而，在本发明中，先导管路阻断阀的具体操作方法并无特别限定，例如还可以以电气方式进行该操作。将该例子作为第二实施方式表示在图10中。图10所示的装置具有与所述液压式的先导切换阀40同样地构成先导管路阻断阀的电磁阀44和构成阻断操作部的压力传感器46及控制器48来代替所述液压式的先导切换阀40。所述电磁阀44与所述先导切换阀40同样地设置在所述分支管路11c的中途，且具有螺线管44a，当电信号未输入该螺线管44a时，开通所述分支管路11c，仅在电信号被输入该螺线管44a时，阻断该分支管路11c。压力传感器46检测入口节流流路的压力，在图10中检测第一马达管路81M的压力，并将该检测信号输入至控制器48。控制器48构成阻断控制部，该阻断控制部仅在所述压力传感器46所检测的压力为预先设定的容许压力以下的情况下，将所述电信号输入至所述电磁阀44的螺线管44a。

在该装置中，也在入口节流流路的压力为预先设定的容许压力以下的紧急情况下，由控制器48将电信号输入电磁阀44以强制地阻断分支管路11c，由此，能够使入口节流阀36的开口面积最小，来抑制液压马达4旋转或使液压马达4停止旋转。

图11表示本发明第三实施方式所涉及的装置。该装置与图1所示的装置相比，在以下方面有所不同。

1)关于各阀的位置

在图1所示的装置中，出口节流流量调节阀14、再生管路83的连接位置Pc及背压阀15均设置在控制阀3上游侧的第二马达管路82M中，而在图11所示的装置中，出口节流流量调节阀14、再生管路83的连接位置Pc及背压阀15均设置在控制阀3下游侧的第二油箱管路82T中。即，以连接第一马达管路81M与第二油箱管路82T的方式配置再生管路83，在该再生管路83与所述第二马达管路82M的连接位置Pc的上游侧及下游侧分别设置有所述出口节流流量调节阀14及所述背压阀15。另外，因为采用所述配置，图11所示的装置无需图1所示的单向阀35及旁通管路88。

2)关于出口节流部

在图1所示的装置中，构成出口节流部的出口节流阀36与控制阀3独立地设置在第二马达管路82M中，而在图11所示的装置中，出口节流部32与入口节流部31同样地设置在控制阀3内。具体而言，控制阀3与图1所示的控制阀3同样地，在降下驱动位置P1处形成连接第二马达管路82M与第二油箱管路82T的返回流路，该返回流路构成所述出口节流部32。该出口节流部32与入口节流部31同样地具有以下的特性，即，该出口节流部32的开口面积会随着控制阀3的行程的增大而增大。因为所述出口节流部32以所述方式设置在所述控制阀3内，所以所述降下驱动用先导管路11a，即连接所述遥控阀10与控制阀3的降下驱动用先导口3a的先导管路兼用作本发明所涉及的“出口节流用先导管路”。

关于该出口节流部32的前后压差的抽取，该出口节流部32的上游侧压力从所述控制阀3通过管路18a被导入所述出口节流流量调节阀14的第一端口，并且出口节流部32的下游侧压力(在图11中为出口节流流量调节阀14的输入压)通过管路18b被导入所述出口节流流量调节阀14的第二端口(第一端口相反侧的口)。

3)关于先导管路阻断阀

在图11所示的装置中，如上所述，降下驱动用先导管路11a兼用作本发明所涉及的出口节流用先导管路，因此，相当于先导管路阻断阀的先导切换阀40设置在所述降下驱动用先导管路11a的中途。该先导切换阀40的先导口40a与图1所示的装置同样地经由先导压导入管路41而连接于第一马达管路81M，降下驱动时的入口节流流路的压力、即所述第一马达管路81M的压力作为所述先导切换阀40的先导压而被输入所述先导切换阀40。先导切换阀40仅在被输入的先导压为预先设定的容许压力以下的情况下，从图示的打开位置切换至关闭位置，在该关闭位置阻断所述先导管路11a，并使降下驱动用先导口3a与油箱连通。

在该装置中，也在降下驱动时，控制阀3根据操作杆10a的操作量向降下驱动位置P1侧移动，该控制阀3内的出口节流部32的开口面积根据该其行程而发生变化，出口节流流量调节阀14以将出口节流部32的前后压差保持指定压力的方式工作，由此，无论负荷(吊载7)的大小如何，均将出口节流流量控制成与操作内容相适应。另外，在入口节流流路的压力为容许压力以下的紧急情况下，先导管路阻断阀即先导切换阀40阻断降下驱动用先导管路11a，并使降下驱动用先导口3a与油箱连通，由此，无论操作杆10a的操作位置如何，均强制地使控制阀3返回中立位置P0。由此，出口节流部32的开口面积最小(较为理想的是该开口面积为0)，据此，出口节流流量有效地受到限制，从而抑制液压马达4旋转或强制使液压马达4停止旋转。

在该图11所示的装置中，当然也能够应用包含图10所示的电磁阀44、压力传感器46及控制器48的电气式出口节流流量限制器来代替所述先导切换阀40。

所述控制阀3不限于先导式液压切换阀，例如还可以是三位电磁切换阀。在此情况下，出口节流流量控制器只要是根据操作装置的操作内容来控制出口节流流量的控制器，例如将如图1所示的出口节流阀36及出口节流流量调节阀14的组合的控制器，则也能够实现稳定的降下驱动。

本发明所涉及的“背压产生部”也可未必包含所述背压阀15。例如，由于设置在比所述连接位置Pc更靠下游侧的其他设备(例如阀)或导管的压力损耗大，所以在即使未设置特别的背压阀，仍能够确保所需的背压的情况下，“背压产生部”也能够仅由产生该压力损耗的设备或导管构成。

本发明所涉及的液压致动器并不限定于液压马达，例如也可以是使工程装置的附属作业装置转动的液压缸。例如即使在驱动所述液压缸，以使负荷即所述附属作业装置向与因其自重而下降的方向相同的方向即下降方向移动的情况下，仍能够有效地适用本发明。或者，所述液压致动器还可以是可变容量马达。

如上所述，根据本发明，提供以下的工程机械的液压驱动装置，该工程机械的液压驱动装置不会产生以往平衡阀的缺点即波动或大的增压，能够防止入口节流侧的压力过度下降，且能够使负荷以稳定的速度向与自重下落方向相同的方向即下降方向移动，该自重下落方向是该负荷因其自重而下落的方向。该液压驱动装置包括：利用液压使负荷向下降方向移动，其中，所述下降方向与负荷因自重而下落的方向相同，所述工程机械的液压驱动装置包括：液压泵；动力源，用于驱动所述液压泵而使所述液压泵喷出工作油；液压致动器，具有第一端口及第二端口，在所述第一端口接收从所述液压泵喷出的工作油的供应并从所述第二端口排出工作油，从而使所述负荷向所述下降方向移动；液压回路，包含：入口节流流路，当使所述负荷向下降方向移动时，将工作油从所述液压泵向所述液压致动器的第一端口引导；出口节流流路，当使所述负荷向所述下降方向移动时，将从所述液压致动器的第二端口排出的工作油向油箱引导；和再生流路，使所述出口节流流路与所述入口节流流路连通；控制阀，使从所述液压泵流向所述液压致动器的工作油的供应状态变化；操作装置，用于操作所述控制阀；入口节流流量控制器，控制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；出口节流流量控制器，将所述出口节流流路中比所述出口节流流路与所述再生流路的连接位置更靠上游侧的所述出口节流流路中的所述工作油的流量、即出口节流流量控制为所述入口节流流量控制器控制的入口节流流量以上的流量；背压产生部，设置在所述出口节流流路中比所述出口节流流路与所述再生流路的连接位置更靠下游侧的位置，并生成被设定的背压；单向阀，设置在所述再生流路中，将所述再生流路中的所述工作油的流动方向限定为从所述出口节流流路朝向所述入口节流流路的方向；以及出口节流流量限制器，在所述入口节流流路中的工作油的压力为预先设定的容许压力以下的情况下，强制地限制所述出口节流流量，其中，所述出口节流流量控制器包括设置在所述出口节流流路中且具有可变的流路面积的出口节流部、和以使所述出口节流部的前后压差达到设定压力的方式使出口节流流量发生变化的出口节流流量调节阀，所述出口节流流量限制器在所述入口节流流路中的工作油的压力为所述容许压力以下的情况下，使所述出口节流部的流路面积最小(较为理想的是完全关闭出口节流部)。所述背压产生部可以是产生设定的背压的背压阀，也可以并非该背压阀，而是设置在所述出口节流流路下游侧的其他设备(阀等)或配管的压力损耗大且能够确保所需的背压的装置，即利用了该压力损耗的装置。

在该液压驱动装置中，在使吊载向与自重下落方向相同的方向移动的降下驱动时，背压产生部上游侧的出口节流流路的压力保持为该背压产生部所产生的背压以上的压力的基础上，工作油从该背压产生部上游侧的分支点通过再生油路流入入口节流流路，因此，入口节流流路的最低压为所述背压以上的压力。因此，能够有效地抑制入口节流流路中的气蚀现象。而且，入口节流流量控制器及出口节流流量控制器控制入口节流流量和出口节流流量，以使出口节流流量成为入口节流流量以上的流量，由此，可靠地使工作油从出口节流流路通过再生流路流向入口节流流路。即，能够确保再生流量。

所述出口节流流量控制器包含出口节流部、和以使该出口节流部的前后压差达到预先设定的压力的方式使出口节流流量发生变化的出口节流流量调节阀，且其测量点及控制点均处于出口节流流路中，因此，与测量点处于入口节流流路中且控制点处于出口节流流路中的以往的平衡阀不同，实现了控制理论上的同一位置。由此，出口节流流量调节阀的阀开度和压力的波动有效地得到抑制。即，在该液压驱动装置中，能够不使用容易产生阀开度和压力的波动的阀就可以抑制入口节流流路中的气蚀现象，其结果，能够抑制液压致动器的驱动速度的波动。

而且，该液压驱动装置包括出口节流流量限制器，该出口节流流量限制器在所述入口节流流路中的工作油的压力为预先设定的容许压力以下的情况下，强制地限制所述出口节流流量，因此，能够保证入口节流流路等发生异常时的安全性。例如当发生形成入口节流流路的导管破损等异常，导致入口节流流路的压力急剧下降时，该入口节流流路会产生气蚀现象而无法驱动控制液压致动器，负荷有可能在向下降方向移动的过程中急速下落，但在此种情况下，由所述出口节流流量限制器强制地限制出口节流流量，由此，有效地抑制液压致动器的降下驱动方向的转速，从而能够防止所述负荷急速下落。

而且，利用构成出口节流流量控制器的出口节流部并通过使其开口面积最小，来限制所述出口节流流量，因此，与例如将大型安全阀设置在出口节流流路中并在紧急情况下关闭该安全阀的情况不同，不会伴有因设置该安全阀所引起的通常运转状态下的压力损耗的增大和整个装置的大型化，能够提高降下驱动时的安全性。特别是在所述出口节流部的最小开口面积为0的情况下，当入口节流流路的压力为所述容许压力以下时，还能够通过完全关闭所述出口节流部来强制地使液压致动器停止。

在本发明中，例如较为理想的是，所述控制阀由接受先导压的供应而工作的先导切换阀构成，所述操作装置包括：遥控阀，输出用于向所述控制阀供应的先导压；以及出口节流用先导管路，将所述遥控阀所输出的先导压中的降下驱动用先导压引导至所述出口节流部，所述降下驱动用先导压用于对所述控制阀进行操作，以向下降方向驱动所述液压致动器，所述出口节流部以根据被所述出口节流用先导管路引导的降下驱动用先导压而开口的方式工作。在此情况下，能够基于对所述控制阀进行的操作使所述出口节流部的开口面积发生变化，即，能够使出口节流流量发生变化，从而使液压致动器的下降方向的驱动速度发生变化。

而且在此情况下，较为理想的是，所述出口节流流量限制器包括：先导管路阻断阀，设置在所述出口节流用先导管路的中途，且具有开通所述出口节流用先导管路的打开位置、和阻断所述出口节流用先导管路以阻止向所述出口节流部供应先导压的关闭位置；以及阻断操作部，仅在所述入口节流流路的压力为所述容许压力以下的情况下，将所述先导管路阻断阀切换至所述关闭位置。这使得以利用所述降下驱动用先导压的简单结构，能够对所述出口节流部进行紧急操作。

所述阻断操作部对所述先导管路阻断阀的具体操作方法并无特别限定。例如可以利用液压进行该操作，还可以利用电气方式进行该操作。作为前者的例子，较为理想的是，所述先导管路阻断阀是具有所述打开位置和所述关闭位置的先导切换阀，且仅在接受特定压力以上的先导压的供应的情况下，切换至所述打开位置，所述阻断操作部包括先导压导入管路，所述先导压导入管路将所述入口节流流路的压力作为所述先导管路阻断阀的先导压而引导至该先导管路阻断阀。该先导压导入管路将所述入口节流流路的压力用作所述先导管路阻断阀的先导压，由此，能够以简单的结构适当地对所述先导管路阻断阀进行操作。作为后者的例子，较为理想的是，所述先导管路阻断阀是根据电信号的输入而在所述打开位置与所述关闭位置之间切换的电磁阀，所述阻断操作部包括：压力传感器，检测所述入口节流流路的压力；以及阻断控制部，仅在所述压力传感器检测出的压力为所述容许压力以下的情况下，将所述电信号输入至所述先导管路阻断阀，以使所述先导管路阻断阀切换至所述关闭位置。

所述出口节流部可以是与所述控制阀独立地构成的结构，也可以是设置在该控制阀内且随着该控制阀的操作而该出口节流部的开口面积发生变化的结构。在后者的情况下，即在包括所述遥控阀且将该遥控阀所输出的先导压用于所述出口节流部的紧急操作的情况下，所述出口节流用先导管路由降下驱动用先导管路构成，该降下驱动用先导管路连接所述控制阀与所述遥控阀，以将所述降下驱动用先导压供应至该控制阀。在此情况下，所述先导管路阻断阀只要将所述降下驱动用先导管路作为所述出口节流用先导管路而设置在该降下驱动用先导管路的中途即可。

Claims (4)

1.一种工程机械的液压驱动装置，利用液压使负荷向下降方向移动，其中，所述下降方向与负荷因自重而下落的方向相同，所述工程机械的液压驱动装置包括：

液压泵；

动力源，用于驱动所述液压泵而使所述液压泵喷出工作油；

液压致动器，具有第一端口及第二端口，在所述第一端口接收从所述液压泵喷出的工作油的供应并从所述第二端口排出工作油，从而使所述负荷向所述下降方向移动；

液压回路，包含：入口节流流路，当使所述负荷向下降方向移动时，将工作油从所述液压泵向所述液压致动器的第一端口引导；出口节流流路，当使所述负荷向所述下降方向移动时，将从所述液压致动器的第二端口排出的工作油向油箱引导；和再生流路，使所述出口节流流路与所述入口节流流路连通；

控制阀，使从所述液压泵流向所述液压致动器的工作油的供应状态变化；

操作装置，用于操作所述控制阀；

单向阀，设置在所述再生流路中，将所述再生流路中的所述工作油的流动方向限定为从所述出口节流流路朝向所述入口节流流路的方向，所述工程机械的液压驱动装置的特征在于还包括：

入口节流流量控制器，控制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；

出口节流流量控制器，将所述出口节流流路中比所述出口节流流路与所述再生流路的连接位置更靠上游侧的所述出口节流流路中的所述工作油的流量、即出口节流流量控制为所述入口节流流量控制器控制的入口节流流量以上的流量；

背压产生部，设置在所述出口节流流路中比所述出口节流流路与所述再生流路的连接位置更靠下游侧的位置，并生成被设定的背压；以及

出口节流流量限制器，在所述入口节流流路中的工作油的压力为预先设定的容许压力以下的情况下，强制地限制所述出口节流流量，其中，

所述出口节流流量控制器包括设置在所述出口节流流路中且具有可变的流路面积且具有先导口的出口节流阀、和以使所述出口节流阀的前后压差达到设定压力的方式使出口节流流量发生变化的出口节流流量调节阀，

所述出口节流流量限制器在所述入口节流流路中的工作油的压力为所述容许压力以下的情况下，使所述出口节流部的流路面积最小，

所述控制阀由接受先导压的供应而工作的先导切换阀构成，

所述操作装置包括：遥控阀，输出用于向所述控制阀供应的先导压；以及出口节流用先导管路，将所述遥控阀所输出的先导压中的降下驱动用先导压引导至所述出口节流阀的所述先导口，所述降下驱动用先导压用于对所述控制阀进行操作，以向下降方向驱动所述液压致动器，

所述出口节流阀具有下述开口特性：被所述出口节流用先导管路引导至所述先导口的降下驱动用先导压越大，所述出口节流阀的开口面积越大，

所述出口节流流量限制器包括：

先导管路阻断阀，设置在所述出口节流用先导管路的中途，且具有开通所述出口节流用先导管路而使得所述降下驱动用先导压借助所述出口节流用先导管路被导向所述先导口的打开位置、和阻断所述出口节流用先导管路以阻止向所述出口节流阀的所述先导口导入降下驱动用先导压的关闭位置；以及

阻断操作部，仅在所述入口节流流路的压力为所述容许压力以下的情况下，将所述先导管路阻断阀切换至所述关闭位置而使得所述出口节流阀的开口面积变为最小。

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：

所述先导管路阻断阀是具有所述打开位置和所述关闭位置的先导切换阀，且仅在接受特定压力以上的先导压的供应的情况下，切换至所述打开位置，

所述阻断操作部包括先导压导入管路，所述先导压导入管路将所述入口节流流路的压力作为所述先导管路阻断阀的先导压而引导至该先导管路阻断阀。

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：

所述先导管路阻断阀是根据电信号的输入而在所述打开位置与所述关闭位置之间切换的电磁阀，

所述阻断操作部包括：压力传感器，检测所述入口节流流路的压力；以及阻断控制部，仅在所述压力传感器检测出的压力为所述容许压力以下的情况下，将所述电信号输入至所述先导管路阻断阀，以使所述先导管路阻断阀切换至所述关闭位置。

4.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：

所述出口节流部被设置在所述控制阀内，所述出口节流部的开口面积伴随所述控制阀的操作而发生变化，

所述出口节流用先导管路由降下驱动用先导管路构成，所述降下驱动用先导管路连接所述控制阀与所述遥控阀，以将所述降下驱动用先导压供应至所述控制阀，

在所述降下驱动用先导管路的中途设置有所述先导管路阻断阀。