CN104736856B - 作业机械的液压控制装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种作业机械的液压控制装置，降低基于泄放控制而产生的液压泵的排出流量的节流损失，提高能量效率，并且能够与操作杆装置的操作量相应地控制液压泵的排出压力，也提高操作性能。控制器(6)具有：目标泵压力设定部(32)，其基于来自操作量检测器(20A、20B)的操作量信号计算出随着操作量信号增加而增加的目标泵排出压力；和泵流量上限设定部(33)，其基于操作量信号计算出随着操作量信号增加而增加的泵流量上限值，并基于目标泵压力设定部(32)所计算出的目标泵排出压力、泵流量上限设定部(33)所计算出的泵流量上限值、和压力检测器(21)所检测出的液压泵(2)的排出压力来控制液压泵(2)的倾转量。

Description

作业机械的液压控制装置
技术领域
本发明涉及液压挖掘机等作业机械的液压控制装置。
背景技术
作为现有的作业机械的液压控制装置，以往常用如下泄放(bleed-off)方式的液压系统：将泄放通路设置在方向控制阀上，并将该泄放通路配置在旁通管线上，其中方向控制阀控制从液压泵排出并向液压执行机构供给的液压油的流动。泄放方式的液压系统通过进行如下泄放控制来控制流向执行机构的流量：根据方向控制阀的操作量(冲程)使液压泵的排出流量的一部分经由泄放通路而返回到油箱。
对于这样的泄放方式的液压系统，从提高能量效率的观点出发，进行了减少或降低经由泄放通路返回到油箱的流量(泄放流量)这一方向上的技术开发，而作为其中一例具有专利文献1所记载的液压系统。
在专利文献1所记载的液压系统中，使用中位封闭式(closed center type)的控制阀(方向控制阀)并通过控制器来控制液压泵的排出流量，由此实际不将液压泵的排出流量的一部分向油箱释放，再现了与具有泄放通路的控制阀(方向控制阀)同等的泄放控制。
另外，在作业机械的液压控制装置上，通常为了保护液压设备而设有溢流阀，在驱动液压执行机构时，当液压泵的排出压即将升高为溢流阀的设定压以上时，溢流阀动作而使液压泵的排出流量的一部分返回到油箱，从而使液压泵的排出压不会升高为溢流阀的设定压以上。但是，在该情况下，从溢流阀向油箱返回的溢流流量也会成为能量损失，而要进行降低溢流流量的技术开发。作为其中一例具有专利文献2及专利文献3所记载的液压系统。
在专利文献2所记载的液压系统中，在正泵流量控制、压力反馈控制和PQ控制中分别对泵流量指令值进行运算，并从这些泵流量指令值中选择使泵流量最小的泵流量指令值来控制液压泵的排出流量。在此，压力反馈控制是指基于液压泵的排出压力与压力设定值的偏差来对泵流量指令值进行运算的控制(截止压力控制)，由此即使在如液压挖掘机的旋转体驱动时那样地液压泵的排出压力急剧上升的情况下，也会降低溢流流量(损失)而提高能量效率。
另外，在专利文献3所记载的液压系统中，在上述专利文献2中，在选择了压力反馈控制的泵流量指令值时，从该选择时刻开始，进行随着时间的经过而使流量指令值增加的流量增加控制，由此在压力反馈控制的后半程中提高液压泵的排出压而确保驱动力(坡道上的爬坡力、旋转力)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利3745038号公报
专利文献2：日本专利4096900号公报
专利文献3：日本专利4434159号公报
发明内容
专利文献1所记载的液压系统使用中位封闭式的控制阀(方向控制阀)并通过控制器来控制液压泵的排出流量，但控制内容是泄放控制的再现，即使能够降低基于设有泄放通路的方向控制阀的泄放控制而产生的液压泵排出流量的节流损失，也无法期待泄放控制的再现以上的特性和性能的改善。
例如，液压挖掘机的挖掘作业是通过使斗杆液压缸伸长来使斗杆向铲装方向转动从而使铲斗的刃尖深入地面，并通过使铲斗液压缸伸长来向铲斗内扒入沙土的作业。斗杆液压缸的伸长动作及铲斗液压缸的伸长动作通过操作员操作各自的操作杆装置来进行。在该挖掘作业中，若能够通过与操作杆装置的操作量相应地控制液压泵的排出压力来调整挖掘力，则容易进行挖掘，且提高了操作性能(操作员易于操作、操作感、作业效率等)而便利。但是，在专利文献1所记载的液压系统中，由于液压泵的排出压力无法与操作杆装置的操作量相应地唯一确定，所以无法进行那样的控制。
即使在专利文献2及专利文献3所记载的液压系统中，也无法与操作杆装置的操作量相应地控制液压泵的排出压力，这一点是相同的，具有同样的技术课题。
本发明是鉴于上述课题而研发的，其目的在于提供一种作业机械的液压控制装置，能够降低基于泄放控制而产生的液压泵排出流量的节流损失，提高能量效率，并且能够与操作杆装置的操作量相应地控制液压泵的排出压力，也提高操作性能。
(1)为了解决上述技术课题，本发明是一种作业机械的液压控制装置，具有：原动机；可变容量型液压泵，其通过该原动机而驱动；液压执行机构，其通过从该液压泵排出的液压油而驱动；方向控制阀，其控制从上述液压泵向上述液压执行机构供给的液压油的流动；操作杆装置，其供操作员输入操作指令；操作量检测器，其检测上述操作杆装置的操作量；压力检测器，其检测上述液压泵的排出压力；和泵控制装置，其控制上述液压泵的倾转量，上述泵控制装置具有：目标泵压力设定部，其基于来自上述操作量检测器的操作量信号来计算出随着来自上述操作量检测器的操作量信号增加而增加的目标泵排出压力；泵流量上限设定部，其基于来自上述操作量检测器的操作量信号来计算出随着来自上述操作量检测器的操作量信号增加而增加的泵流量上限值；和倾转量控制部，其基于上述目标泵压力设定部所计算出的目标泵排出压力、上述泵流量上限设定部所计算出的泵流量上限值、和上述压力检测器所检测出的上述液压泵的排出压力，来控制上述液压泵的倾转量。
像这样在本发明中，倾转量控制部基于泵流量上限设定部所计算出的泵流量上限值来控制液压泵的倾转量，由此能够降低基于泄放控制产生的液压泵排出流量的节流损失，从而提高能量效率。另外，倾转量控制部基于目标泵压力设定部所计算出的目标泵排出压力和压力检测器所检测出的液压泵的排出压力来控制液压泵的倾转量，由此，能够与操作杆装置的操作量相应地控制液压泵的排出压力，从而能够提高操作性能。
(2)上述(1)的作业机械的液压控制装置优选的是，具有检测上述原动机的转速的原动机旋转检测器，上述泵控制装置还具有转速修正部，该转速修正部计算通过上述原动机旋转检测器所检测出的上述原动机的转速对上述泵流量上限设定部所计算出的泵流量上限值进行修正后的泵倾转上限值，上述倾转量控制部具有控制量限制部，该控制量限制部基于上述转速修正部所计算出的上述泵倾转上限值来限制上述液压泵的倾转量的上限。
像这样在本发明中，通过原动机的转速来修正泵流量上限值而计算出泵倾转上限值，来限制液压泵的倾转量的上限，由此，即使原动机的转速变化，也由于以使得液压泵的排出流量的上限始终为所计算出的泵流量上限值的方式进行控制，所以能够进行与操作杆装置的操作量相应的准确的液压泵的排出流量控制。
(3)上述(1)或(2)的作业机械的液压控制装置还优选的是，还具有：泵动力上限设定装置，其设定用于限制上述液压泵的吸收动力量的动力限制值；流量上限值修正部，其通过上述压力检测器所检测出的上述液压泵的排出压力对上述泵动力上限设定装置所设定的动力限制值进行修正并计算出泵流量上限值；和选择部，其对上述泵流量上限设定部所计算出的泵流量上限值和上述流量上限值修正部所计算出的泵流量上限值进行比较，并选择其中较小的一方，上述倾转量控制部基于上述选择部所选择的泵流量上限值来控制上述液压泵的倾转量。
像这样在本发明中，通过选择泵流量上限设定部所计算出的泵流量上限值和流量上限值修正部所计算出的泵流量上限值中较小的一方来控制液压泵的倾转量，能够进行将液压泵的动力限制值也追加于制约的控制，能够进一步提高系统的操作性能。
(4)在上述(3)的作业机械的液压控制装置中，优选的是，上述泵动力上限设定装置构成为，通过操作员对操作装置进行操作而能够改变上述动力限制值。
由此，由于能够以操作员的意志自由地设定动力限制值，所以能够进一步提高系统的操作性能。
(5)在上述(1)～(3)的作业机械的液压控制装置中，优选的是，上述目标泵压力设定部构成为，预先设定多个目标泵压力特性，并能够通过操作员对操作装置进行操作来选择所期望的一个。
由此，能够以操作员的意志自由地调整目标泵压力特性，操作性能进一步提高。
(6)在上述(1)～(3)的作业机械的液压控制装置中，还优选的是，上述泵流量上限设定部构成为，预先设定多个泵流量上限值特性，并能够通过操作员对操作装置进行操作来选择所期望的一个。
由此，能够以操作员的意志自由地调整泵流量上限值的特性，操作性能进一步提高。
(7)在上述(1)～(3)的作业机械的液压控制装置中，还优选的是，上述目标泵压力设定部和上述泵流量上限设定部具有：高功率模式，其组合使目标泵压力设定部中的相对于上述操作量信号的目标泵压力为较大的设定值的特性和使上述泵流量上限设定部中的相对于上述操作量信号的泵流量上限值为较大的设定值的特性；标准模式，其组合使上述目标泵压力设定部中的相对于上述操作量信号的目标泵压力为中间附近的设定值的特性和使上述泵流量上限设定部中的相对于上述操作量信号的泵流量上限值为中间附近的设定值的特性；和微操作模式，其使上述目标泵压力设定部中的相对于上述操作量信号的目标泵压力为较小的设定值的特性和使上述泵流量上限设定部中的相对于上述操作量信号的泵流量上限值为较小的设定值的特性，构成为能够通过操作员对操作装置进行操作而选择所期望的模式。
由此，在目标泵压力设定部及泵流量上限设定部中存在的多种特性组合中，能够将烦杂的设定替换为代表性的组合(模式)而进行选择，从而简化组合的选择操作，能够谋求降低操作员的劳动力，使用便利性提高。
(8)上述(1)～(3)的作业机械的液压控制装置还优选的是，构成为，还具有主溢流阀，该主溢流阀与将上述液压泵和上述方向控制阀连接的泵排出油路连接，并规定上述泵排出油路的压力的上限，上述目标泵压力设定部作为上述目标泵压力的最高压力而设定比上述主溢流阀的开放压力低的压力Ppmax1和比上述主溢流阀的开放压力高的压力Ppmax2，并能够通过操作员对操作装置进行操作而选择其中的一方。
由此，在通常使用时，能够通过在目标泵压力设定部中设定压力Ppmax1来作为目标泵压力的最高压力，而使液压泵的最大排出压力比主溢流阀的启开压力低，由此降低基于主溢流阀的开放而产生的能量损失，提高能量效率。另外，在低温时等，能够通过在目标泵压力设定部中设定压力Ppmax2来作为目标泵压力的最高压力，而使液压泵的最大排出压力比主溢流阀的启开压力高，由此能够使液压泵的排出压力达到溢流压，而使液压泵的排出流量的一部分被主溢流阀释放，转换成热来加热动作油。
(9)在上述(1)～(3)的作业机械的液压控制装置中，还优选的是，上述泵控制装置使控制器具有上述倾转量控制部以外的功能，并使机械性的调节器具有上述倾转量控制部的功能。
由此，由于压力控制等高响应高精度的控制通过机械性的调节器来进行，所以即使控制器不具有高速的控制运算性能，也能够进行高响应的控制。另外，部件构成的组合自由度提高，系统构成简单，而是优选的。
发明效果
根据本发明，能够降低基于泄放控制产生的液压泵排出流量的节流损失，提高能量效率，并且能够与操作杆装置的操作量相应地控制液压泵的排出压力，也能够提高操作性能。
附图说明
图1是表示作为具有本发明的液压控制装置的作业机械的一个例子的液压挖掘机的侧视图。
图2是表示本发明的第1实施方式中的液压控制装置的一部分的图。
图3是表示第1实施方式中的控制器的控制逻辑的图。
图3A是表示在目标泵压力设定部中设定的、目标泵压力相对于操作量信号的关系的图。
图3B是表示在泵流量上限设定部中设定的、泵流量上限值相对于操作量信号的关系的图。
图3C是表示在限制器中设定的限制值相对于目标倾转量的关系、和基于转速修正部所计算出的泵倾转上限值得到的目标倾转量限制值的变化的图。
图4是易于理解地表示目标泵压力设定部和泵流量上限设定部相对于操作杆装置的杆输入(操作量)的计算状况的图。
图5是说明杆输入(操作量)、相对于该杆输入的液压泵2的排出流量(泵流量)、液压泵的排出压力(泵压力)、液压缸的驱动速度(液压缸速度)的图。
图6是表示本发明的第2实施方式中的液压控制装置的控制器的控制逻辑的图。
图7是表示第1及第2实施方式中的目标泵压力设定部以及泵流量上限设定部的变形例的图。
图8是表示第1及第2实施方式中的目标泵压力设定部以及泵流量上限设定部的其他变形例的图。
图9是表示第1及第2实施方式中的目标泵压力设定部的另一其他变形例的图。
图10是表示本发明的第3实施方式中的液压控制装置的泵控制装置的结构和控制器的控制逻辑的图。
具体实施方式
使用附图说明本发明的实施方式。
图1是表示作为具有本发明的液压控制装置的作业机械的一个例子的液压挖掘机的侧视图。
该图1所示的液压挖掘机具有：行驶体101、配置在该行驶体101上的旋转体102、和安装在该旋转体102上的作业装置(前作业机)103。旋转体102具有驾驶室110，在驾驶室110内配置有供操作员落座的座席、和供操作员操作的操作杆装置5(参照图2)等操作装置。作业装置103具有：动臂104，其能够沿上下方向转动地安装在旋转体102上；斗杆105，其能够沿上下方向转动地安装在该动臂的前端；和铲斗106，其能够沿上下方向转动地安装在该斗杆105的前端。
行驶体101具有左右的履带111a、111b、和驱动左右的履带而使其行驶的左右的行驶马达112a、112b，旋转体102具有旋转马达113，该旋转马达113驱动旋转轮(未图示)而使旋转体102相对于行驶体101旋转。作业装置103具有：使动臂104动作的动臂液压缸107、使斗杆105动作的斗杆液压缸108、和使铲斗106动作的铲斗液压缸109。
～第1实施方式～
图2是表示本发明的第1实施方式中的液压控制装置的一部分的图。
本实施方式的液压控制装置具有：原动机(例如柴油机)1；可变容量型的液压泵2，其通过该原动机1而驱动；液压执行机构4，其通过从该液压泵2排出的液压油而驱动；方向控制阀3，其控制从液压泵2向液压执行机构4供给的液压油的流动；操作杆装置5，其供操作员输入操作指令；主溢流阀8，其与将液压泵2和方向控制阀3连接的泵排出油路7连接，并规定泵排出油路7的压力(液压泵2的排出压力)的上限；和油箱15，其与液压泵2、方向控制阀3及主溢流阀8等连接。
液压泵2是例如可变容量型的斜盘泵，具有调节器2a，该调节器2a通过使斜盘的倾转量变化来改变排出流量。
方向控制阀3是在中立位置封闭泵排出油路7的闭式阀。另外，在方向控制阀3的阀柱两端设有受压部3a、3b，受压部3a、3b经由先导油路5a、5b与操作杆装置5连接，通过从操作杆装置5将操作先导压导入到受压部3a、3b中的某一个，而从中立位置切换到图示左右的动作位置的某一个。
液压执行机构4代表上述的液压挖掘机的动臂液压缸107、斗杆液压缸108、铲斗液压缸109、左右的行驶马达112a、112b、旋转马达113中的一个，优选的是，是作为作业装置103的液压执行机构的动臂液压缸107、斗杆液压缸108、铲斗液压缸109中的某一个。
方向控制阀3的两个执行机构端口的一方经由液压管路9A与液压执行机构(以下适当称为液压缸)4的缸底侧室4a连接，另一方的执行机构端口经由液压管路9B与液压缸4的活塞杆侧室4b连接。在液压管路9A、9B之间配置有过载溢流阀10A、10B和补偿用单向阀11A、11B。
另外，该液压控制装置具有：操作量检测器20A、20B，其检测操作杆装置5的操作量；压力检测器21，其检测液压泵2的排出压力；旋转检测器22，其检测原动机1的转速；和控制器6，其控制液压泵2的倾转量。操作量检测器20A、20B是检测先导油路5a、5b的压力(操作先导压)的压力检测器。操作量检测器20A、20B也可以是检测操作杆装置5的杆冲程的位置检测器。
图3是表示控制器6的控制逻辑的图。
控制器6具有：由减法器构成的操作量检测部31，其输入来自操作量检测器20A、20B的操作量信号，并将来自操作量检测器20A的操作量信号作为正值输出，将来自操作量检测器20B的操作量信号作为负值输出；目标泵压力设定部32，其预先设定目标泵压力相对于来自操作量检测器20A、20B的操作量信号的关系，并基于来自操作量检测部31的操作量信号计算出相对应的目标泵压力；泵流量上限设定部33，其预先设定泵流量上限值相对于来自操作量检测器20A、20B的操作量信号的关系，并基于来自运算部31的操作量信号计算出相对应的泵流量上限值；反馈减法部34，其从目标泵压力设定部32所计算出的目标泵压力减去压力检测器21所检测出的液压泵2的排出压力而计算出压力偏差ΔP；控制量运算部35，其对反馈减法部34所计算出的压力偏差ΔP进行PI运算/PID运算，从而计算出液压泵2的目标倾转量；转速修正部36，其通过对将泵流量上限设定部33所计算出的泵流量上限值除以由旋转检测器22检测出的原动机1的转速Neng得到的值乘以修正系数K1，而计算出通过原动机1的转速对泵流量上限值修正后的泵倾转上限值；和限制器(控制量限制部)37，其将控制量运算部35所运算出的目标倾转量的上限限制为转速修正部36所计算出的泵倾转上限值，并将目标倾转量的下限限制为微小的负固定值。通过限制器37得到的值作为对液压泵2的调节器2a的倾转指令而输出。
在此，反馈减法部34和控制量运算部35构成控制量运算部，该控制量运算部计算出用于使压力检测器21所检测出的液压泵2的排出压力与目标泵压力设定部32所计算出的目标泵压力一致的目标倾转量。
反馈减法部34、控制量运算部35及限制器37、和液压泵2的调节器2a构成倾转量控制部，该倾转量控制部基于目标泵压力设定部32所计算出的目标泵压力、泵流量上限设定部33所计算出的泵流量上限值、和压力检测器21所检测出的液压泵2的排出压力，在液压泵2的排出流量达到泵流量上限值之前，以使液压泵2的排出压力成为目标泵压力的方式控制液压泵2的倾转量，在液压泵2的排出流量达到泵流量上限值后，以使液压泵2的排出流量不超过泵流量上限值的方式控制液压泵2的倾转量。
图3A是表示在目标泵压力设定部32中设定的目标泵压力相对于操作量信号的关系的图。
如图3A所示，目标泵压力设定部32以随着来自操作量检测器20A、20B的操作量信号(操作杆装置5的操作量)增加而液压泵2的排出压力上升的方式进行设定，构成为在操作杆装置5的杆完全(full lever)操作附近以上能够确保最大回路压力，反之在中立附近将回路压力抑制得较小(也可以使回路压力为零)。
在此，从提高能量效率的观点来看，在操作杆装置5的杆完全操作附近以上所设定的最大回路压力设定得比限制液压泵2的排出压力的主溢流阀8的开放压力(启开压力)小。由此，由于回路压力的限制基本上通过基于目标泵压力设定部32的设定的液压泵2的排出流量的控制来进行，所以降低基于主溢流阀8的开放产生的能量损失，提高能量效率。
图3B是表示在泵流量上限设定部33中设定的泵流量上限值相对于操作量信号的关系的图。
如图3B所示，泵流量上限设定部33以随着来自操作量检测器20A、20B的操作量信号(操作杆装置5的操作量)增加而液压泵2的排出流量增加的方式进行设定，构成为在操作杆装置5的杆完全操作附近以上能够确保最大流量，反之在中立附近将泵流量上限值抑制得较小。
另外，在基于液压缸的作业装置103的驱动等中，由于操作杆装置5的操作杆的推拉操作相对于中立需要非对称的不同特性的情况较多，所以目标泵压力设定部32和泵流量上限设定部33分别对来自操作量检测器20A的操作量信号和来自操作量检测器20B的操作量信号，预先设定与该不同特性相应的特性，由此能够使其成为与操作杆装置5的操作方向匹配的特性。
图3C是表示在限制器37中设定的限制值相对于目标倾转量的关系、和基于转速修正部36所计算出的泵倾转上限值得到的目标倾转量限制值的变化的图。
如图3C所示，限制器37以将目标倾转量的上限值限制为转速修正部36所计算出的泵倾转上限值、且将目标倾转量的下限值限制为微小的负固定值的方式，设定控制量运算部35所计算出的目标倾转量与目标倾转量的限制值之间的关系。将目标倾转量的上限值限制为转速修正部36所计算出的泵倾转上限值是为了与操作杆装置5的操作量(要求流量)相应地调整液压泵2的最大排出流量，将目标倾转量的下限值限制为微小的负固定值是为了在操作杆装置5的非操作时(杆中立时)通过使泵排出油路7内的液压油返回到油箱15来抑制液压泵2的排出压力的上升。
接着说明动作。
当操作员对操作杆装置5的杆输入(操作量)为中立时，分为杆输入微小时的A操作、杆输入比其稍大时的B操作而进行说明。图4是易于理解地表示目标泵压力设定部32和泵流量上限设定部33相对于操作杆装置5的杆输入(操作量)的计算状况的图。另外，图5是说明当时的杆输入(操作量)、相对于该杆输入的液压泵2的排出流量(泵流量)、液压泵2的排出压力(泵压力)、液压缸4的驱动速度(液压缸速度)的图。
首先，在操作杆装置5的杆输入为中立时，操作员的操作量为零，通过目标泵压力设定部32计算出较小的值np来作为泵目标泵压力。而且，对压力检测器21所检测出的液压泵2的排出压力进行反馈(反馈减法部34)，从而计算出使泵压力成为目标泵压力的目标倾转量(控制量运算部35)。另外，通过泵流量上限设定部33计算出较小的值nq(在图示例中nq≈0)来作为泵流量上限值，并通过旋转检测器22所检测出的原动机1的转速来修正该值，从而求出泵倾转上限值(转速修正部36)。对于先前的目标倾转量，通过限制器37以该泵倾转上限值施加限制处理，对液压泵2的调节器2a计算出倾转指令，从而控制液压泵2的倾转量。另一方面，图2所示的方向控制阀3为中立，因此液压泵2的排出流量被方向控制阀3止住。另外，由于液压管路9A、9B被封闭，所以液压缸4不动作而维持停止状态。而且，由于液压泵2的排出流量被方向控制阀3止住，所以虽然泵排出油路7的压力正要上升，但由于当反馈控制的压力偏差成为负值时限制器37所运算的值成为下限值(微小的负固定值)，所以液压泵2使倾转量比零倾转稍低，即，以吸入泵排出油路7内的液压油并使其返回到油箱15的方式动作。其结果为，能够抑制泵排出油路7的压力上升(液压泵2的排出压力的上升)。此外，在液压挖掘机的作业中断时等中立状态的时间增长的情况下，为了抑制泵排出油路7的压力成为负压而导致产生气蚀的可能性，也可以在泵排出油路7与油箱15之间设置未图示的补偿阀。
接着，在操作杆装置5的输入微小的A操作中，操作员的操作量仅有少许，通过目标泵压力设定部32计算出比np大的稍小的值ap来作为泵目标压力。而且，对压力检测器21所检测出的液压泵2的排出压力进行反馈(反馈减法部34)，并计算出使泵压力成为目标泵压力ap的目标倾转量(控制量运算部35)。另外，通过泵流量上限设定部33计算出比nq大的稍小的值aq来作为泵流量上限值，并通过旋转检测器22所检测出的原动机1的转速来修正该值，从而求出泵倾转上限值(转速修正部36)。对于先前的目标倾转量，通过限制器37以该泵倾转上限值施加限制处理，对液压泵2的调节器2a计算出倾转指令，从而控制液压泵2的倾转量。另一方面，图2所示的方向控制阀3微小地位移，因此液压泵2的排出流量通过方向控制阀3的入口节流开口，进而从液压管路9A通过而导入到液压缸4的缸底侧室4a中。另外，液压缸4的活塞杆侧室4b的排出油从液压管路9B通过，进而通过方向控制阀3的出口节流开口而排出到油箱15。
此时，相对于杆输入的泵流量、泵压力和液压缸速度如图5的A操作所示那样地变化。即，在泵流量被控制为与液压缸4的泵流量上限值aq(要求流量)相应的流量的同时，泵压力在流量没有饱和的区域中被控制为目标泵压力设定部32的泵目标压力ap。由此，在操作杆装置5的输入微小的A操作下，在泵流量没有达到泵流量上限值aq(要求流量)的状态下，泵压力成为与杆操作量相应的目标泵压力ap(固定值)，当泵流量达到泵流量上限值aq的要求流量时，泵压力向维持该要求流量所需的压力降低，液压缸速度成为与泵流量上限值aq相对应的速度。由此，在液压缸速度成为与泵流量上限值aq相对应的速度之前，液压缸4通过与杆操作量相应的力而被驱动，当液压缸速度成为与泵流量上限值aq相对应的速度时，泵流量保持为泵流量上限值aq，不使泵流量无谓排出而能够得到所希望的性能。此外，在控制量运算部35所包含的积分运算中，在具有因积分后的累积量对响应性产生影响的可能性的情况下，也可以使用通过限制器37单独检测饱和状态并将积分运算停止一次，从而保持当时的值等的公知技术(也称为抗饱和方法)。
而且，在操作杆装置5的输入比A操作大的B操作中，操作员的操作量稍大，通过目标泵压力设定部32计算出比ap大的值bp来作为泵目标压力。而且，对泵压力检测器21所检测出的液压泵2的排出压力进行反馈(反馈减法部34)，从而计算出使泵压力成为目标泵压力bp的目标倾转量(控制量运算部35)。另外，通过泵流量上限设定部33计算出比aq大的值bq来作为泵流量上限值，并通过旋转检测器22所检测出的原动机1的转速来修正该值，从而求出泵倾转上限值(转速修正部36)。对于先前的目标倾转量，通过限制器37以该泵倾转上限值实施限制处理，对液压泵2的调节器2a计算出倾转指令，从而控制液压泵2的倾转量。另一方面，图2所示的方向控制阀3位移，因此液压泵2的排出流量通过方向控制阀3的入口节流开口，进而从液压管路9A通过而导入到液压缸4的缸底侧室4a中。另外，液压缸4的活塞杆侧室4b的排出油从液压管路9B通过，进而通过方向控制阀3的出口节流开口而排出到油箱15。
此时，相对于杆输入的泵流量、泵压力和液压缸速度如图5的B操作所示那样地变化。即，在泵流量被控制为与液压缸4的泵流量上限值bq(要求流量)相应的流量的同时，泵压力在流量没有饱和的区域中被控制为目标泵压力设定部32的泵目标压力bp。由此，在操作杆装置5的输入稍大的B操作下，在泵流量没有达到泵流量上限值bq(要求流量)的状态下，泵压力成为与杆操作量相应的目标泵压力bp(固定值)，当泵流量达到泵流量上限值bq的要求流量时，泵压力向维持该要求流量所需的压力降低，液压缸速度成为与泵流量上限值bq相对应的速度。由此，在液压缸速度成为与泵流量上限值bq相对应的速度之前，液压缸4通过与杆操作量相应的力而被驱动，当液压缸速度成为与泵流量上限值bq相对应的速度时，泵流量保持为泵流量上限值bq，不使泵流量无谓排出而能够得到所希望的性能。此外，与上述的A操作同样地，在控制量运算部35所包含的积分运算中，在具有因积分后的累积量而对响应性产生影响的可能性的情况下，也可以使用通过限制器37单独检测饱和状态并将积分运算停止一次，从而保持当时的值等的公知技术(也称为抗饱和方法)。
在此，说明了A操作和B操作这两种操作量，但在所有的操作区域中能够同样地分别不使泵流量无谓排出而得到所希望的性能。
像这样根据本实施方式，能够抑制泄放控制下的液压泵2的排出流量的排出，并降低液压泵2的排出流量的节流损失，提高能量效率，并且能够与操作杆装置5的操作量相应地控制液压泵2的排出压力，也能够提高操作性能。
～第2实施方式～
图6是表示本发明的第2实施方式中的液压控制装置的控制器的控制逻辑的图。图中，对与第1实施方式相同的要素标注相同的附图标记，并省略说明。
图6中，在本实施方式中，控制器6A在图3所示的结构的基础上还新具有：泵动力上限设定装置41，其设定用于限制液压泵2的吸收动力量的动力限制值Pwr_ref；流量修正部42(流量上限值修正部)，其通过对将泵动力上限设定装置41所设定的动力限制值Pwr_ref除以压力检测器21所检测出的液压泵2的排出压力(当前压力)得到的值乘以修正系数K2，而计算出泵流量上限值；和小侧选择部43(选择部)，其选择泵流量上限设定部33所计算出的泵流量上限值和流量修正部42所计算出的泵流量上限值中较小的一方，将小侧选择部43所选择的泵流量上限值输入到转速修正部36中，而计算出泵倾转上限值。
泵动力上限设定装置41具有操作装置41a，能够通过操作员对操作装置41a进行操作，而自由地改变动力限制值Pwr_ref。
像这样选择基于来自操作量检测器20A、20B的操作量信号(杆操作量)得到的泵流量上限值和来自泵动力上限设定装置41的泵流量上限值中较小的一方，并基于所选择的泵流量上限值来控制液压泵的倾转量，由此，能够进行相对于第1实施方式进一步对液压泵2的动力也加以制约的控制。
由此，由于抑制泄放等泵排出流量的排出，所以在能量效率上较为优选，同时由于能够控制该泵排出流量和压力，也能够提高操作性能，而且还能够限制液压泵2的动力，所以能够进一步提高系统的操作性能。
图7是表示第1及第2实施方式中的目标泵压力设定部以及泵流量上限设定部的变形例的图。在第1及第2实施方式中，虽然对目标泵压力设定部32及泵流量上限设定部33分别各设定了一个目标泵压力相对于操作量信号的关系(以下称为目标泵压力特性)和一个泵流量上限值相对于操作量信号的关系(以下称为泵流量上限值特性)，但在图7所示的变形例中，构成为，对目标泵压力设定部32A及泵流量上限设定部33A分别设定多个目标泵压力特性Ap、Bp、Cp及泵流量上限值特性Aq、Bq、Cq，并能够通过操作员对操作装置46、47进行操作来选择这些特性中的所期望的一个。
由此，能够以操作员的意志来自由地调整目标泵压力特性和泵流量上限值特性，从而进一步提高操作性能。
图8是表示第1及第2实施方式中的目标泵压力设定部及泵流量上限设定部的其他变形例的图。该变形例构成为，在图7所示的变形例中，目标泵压力设定部32A及泵流量上限设定部33A具有：高功率模式，其通过将特性Ap和特性Aq组合来使力和速度为较高设定，其中，特性Ap使目标泵压力设定部32A中的相对于操作量信号的目标泵压力为较大的设定值，特性Aq使泵流量上限设定部33A中的相对于操作量信号的泵流量上限值为较大的设定值；标准模式，其将特性Bp和特性Bq组合，其中特性Bp使目标泵压力设定部32A中的相对于操作量信号的目标泵压力为中间附近的设定值，特性Bq使泵流量上限设定部33A中的相对于操作量信号的泵流量上限值为中间附近的设定值；和微操作模式，其将特性Cp和特性Cq组合，其中特性Cp使目标泵压力设定部32A中的相对于操作量信号的目标泵压力为较小的设定值，特性Cq使泵流量上限设定部33A中的相对于操作量信号的泵流量上限值为较小的设定值，并能够通过操作员对操作装置48进行操作来选择所期望的模式。
由此，在目标泵压力设定部32A及泵流量上限设定部33A中存在的多个特性组合中，能够将烦杂的设定替换为代表性的组合(模式)而进行选择，组合的选择操作变得简单，谋求降低操作员的劳动力，提高使用便利性。
图9是表示第1及第2实施方式中的目标泵压力设定部的另一其他变形例的图。在该变形例中，在目标泵压力设定部32B中作为目标泵压力的最高压力而设定比主溢流阀8的开放压力(启开压力)低的压力Ppmax1和比主溢流阀8的开放压力(启开压力)高的压力Ppmax2，并能够通过操作员对操作装置49进行操作来选择其中的一方。
如参照图3A所说明的那样，第1及第2实施方式中的目标泵压力设定部32以随着来自操作量检测器20A、20B的操作量信号(操作杆装置5的操作量)增加而液压泵2的排出压力上升的方式进行设定，构成为在操作杆装置5的杆完全操作附近以上能够确保最大的回路压力，反之在中立附近将回路压力抑制得较小。在此，从提高能量效率的观点来看，在操作杆装置5的杆完全操作附近以上所设定的最大回路压力的设定值设定得比限制液压泵2的排出压力的主溢流阀8的开放压力(启开压力)小。由此，由于回路压力的限制基本上是通过液压泵2的排出流量的控制来进行，所以降低了基于主溢流阀8的开放产生的能量损失，能量效率提高。
另一方面，在冬季等气温较低时要起动发动机1来加热液压回路的动作油、设备类的情况下，使最大的回路压力的设定值比限制液压泵2的排出压力的主溢流阀8的开放压力(启开压力)高是有效的。这是因为，通过推压到液压缸4的冲程末端并输入操作杆装置5，来使液压泵2的排出流量达到溢流压，而使液压泵2的排出流量的一部分通过主溢流阀8释放，转换成热来加热动作油。
本变形例实现这样两个课题。即，在通常使用时，通过在目标泵压力设定部32中设定压力Ppmax1来作为目标泵压力的最高压力，能够使液压泵2的最大排出压力比主溢流阀8的启开压力低，由此降低基于主溢流阀8的开放而产生的能量损失，能量效率提高。另外，在低温时等，通过在目标泵压力设定部32中设定压力Ppmax2来作为目标泵压力的最高压力，能够使液压泵2的最大排出压力比主溢流阀8的启开压力高，由此能够使液压泵2的排出压力达到溢流压，而使液压泵2的排出流量的一部分通过主溢流阀8释放，转换成热来加热动作油。
～第3实施方式～
图10是表示本发明的第3实施方式中的液压控制装置的泵控制装置的结构和控制器的控制逻辑的图。图中，对与第1实施方式相同的要素标注相同的附图标记，并省略说明。
在第1实施方式中，使控制器6具有直至确定液压泵2的目标倾转量为止的所有功能并通过软件来执行这样的功能，使机械性的调节器2a具有成为由控制器6确定的目标倾转量的功能，但在本实施方式中，使控制器6B具有目标泵压力设定部32和泵流量上限设定部33的功能，使机械性的调节器2aA具有作为除此以外的处理功能(反馈减法部34、控制量运算部35、限制器37的功能)的压力控制系统的功能。
在图10中，在本实施方式中，泵控制装置具有控制器6B、调节器2aA、和电磁比例阀62、63。
控制器6B具有：操作量检测部31、目标泵压力设定部32、泵流量上限设定部33、和反转部64。操作量检测部31、目标泵压力设定部32和泵流量上限设定部33与第1实施方式的控制器6所具有的部件相同。反转部64对随着目标泵压力设定部32所计算出的目标泵压力增加而减小的值进行运算，并将该运算值作为电磁比例阀62的控制信号而输出。另外，泵流量上限设定部33将计算出的泵流量上限值作为电磁比例阀63的控制信号而输出。
控制器6B也可以与图3的控制器6同样地，还具有转速修正部36，通过对将泵流量上限设定部33所计算出的泵流量上限值除以旋转检测器22所检测出的原动机1的转速Neng得到的值乘以修正系数K1，来以原动机1的转速修正泵流量上限值。另外，控制器6B也可以与图6的控制器6A同样地，还具有流量修正部42及小侧选择部43，选择泵流量上限设定部33所计算出的泵流量上限值和根据泵动力上限设定装置41所设定的动力限制值Pwr_ref计算出的泵流量上限值中较小的一方，来计算出泵倾转上限值。
调节器2aA具有：伺服活塞装置71、压力控制滑阀72、和流量控制滑阀73。伺服活塞装置71具有：活塞71a、大径液压缸室71b、和小径液压缸室71c，活塞71a与液压泵2的斜盘联动(link)结合，大径液压缸室71b经由压力控制滑阀72和流量控制滑阀73与先导液压源74和油箱15连接，小径液压缸室71c与先导液压源74直接连接。压力控制滑阀72具有：滑阀72a、形成阀端口的套管72b、导入液压泵2的排出压力(自身压力)的受压室72c、和将电磁比例阀62输出的控制压力作为外部先导信号而导入的受压室72d。流量控制滑阀73具有：滑阀73a、形成阀端口的套管73b、弹簧73c、和将电磁比例阀63输出的控制压力作为外部先导信号而导入的受压室73d。压力控制滑阀72的套管72b和流量控制滑阀73的套管73b构成为，与伺服活塞装置71的活塞71a联动结合，并通过机械性的结构反馈活塞71a的位移。因此，调节器2aA是机械性的结构，相对于滑阀72a、73a的位移具有高的位置控制性能。
这样构成的控制器6B与调节器2aA的组合从功能上来看，除了没有转速修正部36的原动机转速修正功能以外，与第1及第2实施方式同等，并且能够通过机械性的调节器2aA来实现第1及第2实施方式的控制器6的压力控制系统的功能。
根据本实施方式，由于压力控制等高响应高精度的控制通过机械性的调节器2aA来进行，所以即使控制器6B不具有高速的控制运算性能也能够进行高响应的控制。另外，部件构成的组合自由度提高，且系统构成简单，因而优选。
附图标记说明
1 原动机(柴油机)
2 可变容量型的液压泵
2a、2aA 调节器
3 方向控制阀
4 执行机构
5 操作杆装置
6、6A、6B 控制器
7 泵排出油路
8 主溢流阀
9A、9B 液压管路
10A、10B 过载溢流阀
11A、11B 补偿用单向阀
15 油箱
20A、20B 操作量检测器(压力检测器)
21 压力检测器
22 旋转检测器
31 操作量检测部
32 目标泵压力设定部
33 泵流量上限设定部
34 反馈减法部
35 控制量运算部
36 转速修正部
37 限制器(控制量限制部)
41 泵动力上限设定装置
42 流量修正部
43 小侧选择部
62、63 电磁比例阀
64 反转部
71 伺服活塞装置
71a 活塞
71b 大径液压缸室
71c 小径液压缸室
72 压力控制滑阀
72a 滑阀
72b 套管
72c 受压室
72d 受压室
73 流量控制滑阀
73a 滑阀
73b 套管
73c 弹簧
73d 受压室
74 先导液压源
101 行驶体
102 旋转体
103 作业装置(前作业机)
104 动臂
105 斗杆
106 铲斗
107 动臂液压缸
108 斗杆液压缸
109 铲斗液压缸
110 驾驶室
111a、111b 履带
112a、112b 行驶马达

Claims (11)

1.一种作业机械的液压控制装置，具有：
原动机；
可变容量型液压泵，其通过该原动机而驱动；
液压执行机构，其通过从该液压泵排出的液压油而驱动；
方向控制阀，其控制从所述液压泵向所述液压执行机构供给的液压油的流动；
操作杆装置，其供操作员输入操作指令；
操作量检测器，其检测所述操作杆装置的操作量；
压力检测器，其检测所述液压泵的排出压力；和
泵控制装置，其控制所述液压泵的倾转量，所述作业机械的液压控制装置的特征在于，
所述泵控制装置具有：
目标泵压力设定部，其基于来自所述操作量检测器的操作量信号，计算出随着来自所述操作量检测器的操作量信号增加而增加的目标泵压力；
泵流量上限设定部，其基于来自所述操作量检测器的操作量信号，计算出随着来自所述操作量检测器的操作量信号增加而增加的泵流量上限值；和
倾转量控制部，其基于所述目标泵压力设定部所计算出的目标泵压力、所述泵流量上限设定部所计算出的泵流量上限值、和所述压力检测器所检测出的所述液压泵的排出压力，来控制所述液压泵的倾转量。
2.如权利要求1所述的作业机械的液压控制装置，其特征在于，
具有检测所述原动机的转速的原动机旋转检测器，
所述泵控制装置还具有转速修正部，该转速修正部计算通过所述原动机旋转检测器所检测出的所述原动机的转速对所述泵流量上限设定部所计算出的泵流量上限值进行修正后的泵倾转上限值，
所述倾转量控制部具有控制量限制部，该控制量限制部基于所述转速修正部所计算出的所述泵倾转上限值而限制所述液压泵的倾转量的上限。
3.如权利要求1所述的作业机械的液压控制装置，其特征在于，还具有：
泵动力上限设定装置，其设定用于限制所述液压泵的吸收动力量的动力限制值；
流量上限值修正部，其通过所述压力检测器所检测出的所述液压泵的排出压力对所述泵动力上限设定装置所设定的动力限制值进行修正并计算出泵流量上限值；和
选择部，其对所述泵流量上限设定部所计算出的泵流量上限值和所述流量上限值修正部所计算出的泵流量上限值进行比较，并选择其中较小的一方，
所述倾转量控制部基于所述选择部所选择的泵流量上限值来控制所述液压泵的倾转量。
4.如权利要求3所述的作业机械的液压控制装置，其特征在于，
所述泵动力上限设定装置构成为，通过操作员对操作装置进行操作而能够改变所述动力限制值。
5.如权利要求1所述的作业机械的液压控制装置，其特征在于，
所述目标泵压力设定部构成为，预先设定多个目标泵压力特性，并能够通过操作员对操作装置进行操作而选择所期望的一个。
6.如权利要求1所述的作业机械的液压控制装置，其特征在于，
所述泵流量上限设定部构成为，预先设定多个泵流量上限值特性，并能够通过操作员对操作装置进行操作而选择所期望的一个。
7.如权利要求1所述的作业机械的液压控制装置，其特征在于，
所述目标泵压力设定部和所述泵流量上限设定部具有：
高功率模式，其组合使所述目标泵压力设定部中的相对于所述操作量信号的目标泵压力为较大的设定值的特性和使所述泵流量上限设定部中的相对于所述操作量信号的泵流量上限值为较大的设定值的特性；
标准模式，其组合使所述目标泵压力设定部中的相对于所述操作量信号的目标泵压力为中间的设定值的特性和使所述泵流量上限设定部中的相对于所述操作量信号的泵流量上限值为中间的设定值的特性；和
微操作模式，其组合使所述目标泵压力设定部中的相对于所述操作量信号的目标泵压力为较小的设定值的特性和使所述泵流量上限设定部中的相对于所述操作量信号的泵流量上限值为较小的设定值的特性，
构成为能够通过操作员对操作装置进行操作而选择所期望的模式。
8.如权利要求1所述的作业机械的液压控制装置，其特征在于，
还具有主溢流阀，该主溢流阀与将所述液压泵和所述方向控制阀连接的泵排出油路连接，并规定所述泵排出油路的压力的上限，
所述目标泵压力设定部构成为，作为所述目标泵压力的最高压力而设定比所述主溢流阀的开放压力低的压力Ppmax1和比所述主溢流阀的开放压力高的压力Ppmax2，并能够通过操作员对操作装置进行操作而选择其中一方。
9.如权利要求1所述的作业机械的液压控制装置，其特征在于，
所述泵控制装置使控制器具有所述目标泵压力设定部、所述泵流量上限设定部的功能，并使机械性的调节器具有所述倾转量控制部的功能。
10.如权利要求2所述的作业机械的液压控制装置，其特征在于，
所述泵控制装置使控制器具有所述目标泵压力设定部、所述泵流量上限设定部、所述转速修正部的功能，并使机械性的调节器具有所述倾转量控制部的功能。
11.如权利要求3所述的作业机械的液压控制装置，其特征在于，
所述泵控制装置使控制器具有所述目标泵压力设定部、所述泵流量上限设定部、所述泵动力上限设定装置、所述流量上限值修正部、所述选择部的功能，并使机械性的调节器具有所述倾转量控制部的功能。
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