CN105317764A - 工程机械的回转驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种工程机械的回转驱动装置，即使发动机的转速发生变化也能够良好地控制泵流量。该装置具备可变容量型的液压泵、回转马达、回转操作器、控制阀、溢流阀和泵流量控制装置，泵流量控制装置进行溢流切断控制，包括：检测部，检测所述发动机的转速Ne和所述回转体的回转速度；目标泵流量Qo计算部，求出作为回转速度对应流量Q1与必要最小溢流流量Qmin之和的目标泵流量Qo；目标泵倾转qtg计算部，求出目标泵倾转qtg，该目标泵倾转qtg是将所述目标泵流量Qo除以发动机转速Ne而得出的值；以及调节部，调节液压泵的实际的泵倾转使其接近目标泵倾转qtg。

Description

工程机械的回转驱动装置
技术领域
本发明涉及一种回转驱动装置，被设置于液压挖掘机等具备回转体的工程机械，利用液压使该回转体回转。
背景技术
以图6所示的液压挖掘机为例说明本发明的背景技术。
所述液压挖掘机具备履带式的下部行驶体1、以绕与地面垂直的轴X回转自如的方式搭载于下部行驶体1上的上部回转体2、以及安装于该上部回转体2的作业附属装置3。作业附属装置3具备动臂4、斗杆5、铲斗6、以及驱动它们的多个液压缸，即动臂缸7、斗杆缸8及铲斗缸9。所述液压挖掘机还具备作为所述各缸7至9以外的液压致动器的多个液压马达，该多个液压马达包括使下部行驶体1行驶驱动的行驶马达、以及使上部回转体2回转驱动的回转马达。
所述液压挖掘机搭载有驱动所述各液压致动器的致动器回路。该致动器回路具备液压泵和限制所述致动器回路的最高压力的溢流阀。该溢流阀具有规定所述各液压致动器的最高压力的设定压力(溢流压力)。具体而言，该溢流阀发挥使从所述液压泵吐出的工作油中的多余部分返回到油箱的溢流作用，以防止所述各液压致动器的工作油的压力超过所述溢流压力。
但是，所述溢流作用引起大的压力损失即溢流损失，从而降低能量效率。例如，在用于使所述上部回转体2回转的回转回路中，特别是在回转的启动时及加速时所述回转马达的压力超过溢流压力，因此，溢流流量即由于所述溢流作用而被返回到油箱的工作油的流量较多，导致所述溢流损失增大。
日本专利公开公报特开2011-208790号(专利文献1)公开用于抑制所述回转启动等时的溢流损失的溢流切断控制。该溢流切断控制包括回转速度的检测、目标泵流量Qo的计算以及为了获得该目标泵流量Qo进行的所述液压泵的倾转的调节。所述目标泵流量Qo是对应于检测出的回转速度的流量(实际流入回转马达的流量，以下称做“速度对应流量”)Q1与“必要最小溢流流量”Qmin之和，所述“必要最小溢流流量”是所述溢流阀的特性值，且是用于获得回转启动所需的最低压力的溢流流量。
但是，在该现有技术中，发动机的转速因作业内容等发生变动，却没有考虑到随着该发动机的转速变动引起的泵流量的变动。因此，在该现有技术中，该发动机的转速变动有可能使必要最小溢流流量Qmin成为过小或过大。具体而言，如果进行基于所述发动机的空转速度中较高的空转速度来获得必要最小溢流流量Qmin的设定，则在所述空转速度较低时会缺乏泵流量而得不到回转所需的压力，使得回转的启动或加速变得不可能。相反，如果进行基于较低的空转速度来获得必要最小溢流流量Qmin的设定，则在所述空转速度较高时泵流量变得过多，不能达到节能这一溢流切断本来的目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工程机械的回转驱动装置，即使发动机的转速发生变化也能够控制良好的泵流量。
本发明提供一种回转驱动装置，被设置于具备回转体的工程机械，用于使该回转体回转，该回转驱动装置包括：发动机、由所述发动机驱动从而吐出工作油的可变容量型的液压泵、使所述回转体回转的回转马达、接受用于使所述回转马达启动的操作并输出与该操作相对应的回转指令的回转操作器、对应于所述回转操作器输出的所述回转指令进行开启动作从而控制所述回转马达的动作的控制阀、规定所述回转马达的最高压力的溢流阀、以及控制用于决定作为所述液压泵的吐出量的泵流量的泵倾转的泵流量控制装置，所述泵流量控制装置进行溢流切断控制，其包括：检测部，检测所述发动机的转速Ne和所述回转体的回转速度；目标泵流量Qo计算部，求出目标泵流量Qo，该目标泵流量Qo是回转速度对应流量Q1与必要最小溢流流量Qmin之和，其中，所述回转速度对应流量Q1是与检测出的回转速度相对应的流量也是实际流入所述回转马达的流量，所述必要最小溢流流量Qmin是在所述溢流阀中流动的工作油的流量也是为了确保回转体的回转的启动所需压力的必要最小流量；目标泵倾转qtg计算部，求出目标泵倾转qtg，该目标泵倾转qtg是将所述目标泵流量Qo除以所述检测出的发动机转速Ne而得出的值；以及调节部，调节所述液压泵的实际的泵倾转使其接近所述目标泵倾转qtg。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式所涉及的工程机械的回转驱动装置的回路图。
图2是表示上述实施方式的积极控制(positivecontrol)中的杆操作量与泵流量的关系的示意图。
图3是表示上述实施方式的PQ控制中的泵压力与泵流量的关系的示意图。
图4是表示上述实施方式的溢流切断控制中的回转速度与泵流量的关系的示意图。
图5是表示上述实施方式所涉及的泵流量控制装置进行的控制动作的流程图。
图6是作为本发明的适用对象的例子的液压挖掘机的概略侧视图。
具体实施方式
参照附图，对本发明的实施方式进行说明。本实施方式是将图1所示的回转驱动装置适用于图6所示的液压挖掘机的方式。
图1表示构成所述回转驱动装置的回路。该回转驱动装置具备：发动机11；液压泵10，其由该发动机11驱动从而吐出工作油；回转马达12，其具备一对端口12a、12b，通过从所述液压泵10吐出的工作油被提供至该一对端口12a、12b中的任一个从而旋转，使得图6所示的上部回转体2回转；作为回转操作器的遥控阀13；多个检测器；控制阀14，其被设置于所述回转马达12和所述液压泵10及油箱T之间；以及溢流阀20，其规定所述回转马达12的最高压力。
所述遥控阀13包括用于接受使所述回转马达12启动的操作的操作杆13a，输出相当于对该操作杆13a施加的操作所对应的回转指令的先导压力。
本实施方式所涉及的所述控制阀14由液压先导方式的切换阀构成。具体而言，控制阀14具备一对先导口14a、14b，该一对先导口14a、14b接受所述遥控阀13输出的先导压力的输入，所述控制阀14借助输入到该一对先导口14a、14b中的任一个的先导压力进行开启动作，由此对回转马达12进行供排工作油的控制，即进行回转马达12的回转/停止的切换、旋转方向及转速的控制。
所述控制阀14具有中立位置Pc、左回转位置Pa和右回转位置Pb。所述控制阀14当所述先导口14a和14b都不被提供先导压力时被保持在中立位置Pc，在该中立位置Pc阻挡所述液压泵10和所述液压马达12之间。当先导压力被提供给所述先导口14a时，所述控制阀14以与该先导压力的大小对应的行程从所述中立位置Pc向所述左回转位置Pa位移，在该左回转位置Pa，形成将从所述液压泵10吐出的工作油提供给所述液压马达12的端口12a，并从该液压马达12的端口12b排出的工作油导向所述油箱T的回路。当先导压力被提供给所述先导口14b时，所述控制阀14以与该先导压力的大小对应的行程从所述中立位置Pc向所述右回转位置Pb位移，在该右回转位置Pb，形成将从所述液压泵10吐出的工作油提供给所述液压马达12的端口12b，并从该液压马达12的端口12a排出的工作油导向所述油箱T的回路。
当所述操作杆13a没有被操作时，所述遥控阀13不输出先导压力。当所述操作杆13a被向用于左回转的方向操作时，遥控阀13将与该操作的量对应大小的先导压力输入到所述控制阀14的所述先导口14a。当所述操作杆13a被向用于右回转的方向操作时，遥控阀13将与该操作的量对应大小的先导压力输入到所述控制阀14的所述先导口14b。
因此，所述回转马达12向与施加到遥控阀13的操作杆13a的操作的方向相对应的回转方向以对应于该操作的量(以下称做“杆操作量”)的速度旋转，由此使上部回转体2回转。
所述液压泵10是可变容量型的液压泵，可以改变其吐出流量即泵流量。所述回转驱动装置还具备用于控制所述泵流量的泵流量控制装置。该泵流量控制装置包括泵调节器15、控制器16及各传感器17、18A、18B、19。
所述泵调节器15按照从所述控制器16输入的倾转指令信号改变所述液压泵10的倾转。
所述多个检测器包括：回转速度传感器17，其检测与所述上部回转体2的回转速度对应的所述回转马达12的转速；一对压力传感器18A、18B，其检测从所述遥控阀13分别向所述一对先导口14a、14b输入的先导压力(根据该先导压力可以特定所述杆操作量)；以及发动机转速传感器19，其检测所述发动机11的发动机转速Ne。
所述各传感器17、18A、18B、19生成关于自己的检测对象的检测信号，并输入到控制器16。控制器16基于该输入的检测信号生成所述倾转指令信号，并输入到所述泵调节器15。
本实施方式所涉及的所述控制器16包括：目标泵流量Qo计算部，其分别计算基于互不相同的多种控制的多个目标泵流量；以及选定部，其将其中最小的目标泵流量选定为最终目标泵流量。所述多种控制包含：(I)如图2所示，按照杆操作量的增加使泵流量增加的积极控制；(II)如图3所示，按照所述液压泵10的吐出压力即泵压力的增加使泵流量减少的PQ控制(马力控制或压力反馈控制)；以及(III)如图4所示的用于降低溢流损失的溢流切断控制。
为了进行所述溢流切断控制，所述泵流量控制装置包括：(a)检测部，其用于检测发动机11的发动机转速Ne及上部回转体2的回转速度；(b)目标泵流量Qo计算部，其求出目标泵流量Qo，该目标泵流量Qo是回转速度对应流量Q1(图4中的斜线部分)与必要最小溢流流量Qmin之和，其中，所述回转速度对应流量Q1是与检测出的回转速度相对应的流量也是在回转马达12中实际流动的流量，所述必要最小溢流流量Qmin是在所述溢流阀20中流动的工作油的流量也是为了确保上部回转体2的回转的启动所需压力的必要最小流量；(c)目标泵倾转qtg计算部，其求出目标泵倾转qtg，该目标泵倾转qtg是将所述目标泵流量Qo除以所检测出的发动机转速Ne而得出的值；以及(d)调节部，其调节实际的液压泵10的倾转使其接近目标泵倾转qtg。
根据图5的流程图说明所述控制器16进行的包含所述溢流切断控制的具体控制动作。
控制器16在步骤S1中判断是否有杆操作即对遥控阀13施加的操作。在没有杆操作的情况下，即在步骤S1中为“否”时，控制器16在步骤S2中计算用于将泵流量成为预先设定的待机流量的泵倾转，生成与计算出的该泵倾转对应的倾转指令信号，并输入到泵调节器15，之后反复步骤S1的处理。
在步骤S1中，当判断为有杆操作时(步骤S1中为“是”)，控制器16依次执行步骤S3a、S3b、S3c，由此计算分别基于所述多种控制的目标泵流量。具体而言，控制器16，在步骤S3a中计算基于图2所示的积极控制的目标泵流量，即与杆操作量对应的目标泵流量；在步骤S3b中计算基于图3所示的PQ控制的目标泵流量，即与泵压力对应的泵流量；在步骤S3c中计算基于图4所示的溢流切断控制的目标泵流量，即等于所述回转速度对应流量Q1与所述必要最小溢流流量Qmin之和的目标泵流量。
控制器16还在步骤S4中将基于所述各控制的目标泵流量中最小的目标泵流量选定为最终目标泵流量Qo。在此，当上部回转体2的回转的启动时及加速时，由于溢流切断控制所涉及的回转速度对应流量Q1小，因此基于该溢流切断控制的目标泵流量为最小，被选定为最终目标泵流量Qo。
控制器16将这样选择的最终目标泵流量Qo除以发动机转速Ne来求出目标泵倾转qtg，生成与该目标泵倾转qtg对应的倾转指令信号并输入到泵调节器15。然后，控制器16反复步骤S1以后的动作。
在基于所述溢流切断控制的目标泵流量被选定为最终目标泵流量Qo的情况下，通过将该目标泵流量Qo除以发动机转速Ne来求出目标泵倾转qtg，以及，调节实际的泵倾转使其接近该目标泵倾转qtg，从而能够实现考虑到发动机转速Ne的变化的较为理想的泵流量控制。这样，能够始终进行不会因发动机转速Ne的变动而导致必要最小溢流流量Qmin过小或过大的适当的溢流切断控制。
进一步，由于本实施方式所涉及的控制器16具有分别求出基于互不相同的多种控制(溢流切断控制、积极控制及PQ控制)的目标泵流量的部分、以及将其中最小的目标泵流量选定为最终目标泵流量Qo，并求出将该目标泵流量Qo除以发动机转速Ne的值作为目标泵倾转qtg的部分，因此，例如在所述回转的启动或加速结束之后的稳定回转时通过选择基于积极控制的目标泵流量，能够进一步减少溢流损失。这样，按照实际回转的具体情况，能够实现有效利用所述多种控制的各特质的较为理想的泵倾转控制。
本发明并不限定于如上说明的实施方式。本发明例如还包括如下方式。
所述多种控制中溢流切断控制以外的控制并不限定于积极控制、PQ控制，例如也可以是消极控制、负载传感控制等。进一步，本发明所涉及的泵流量控制装置也可以不包括分别求出基于所述多种控制的多个目标泵流量的部分，而仅包括计算基于溢流切断控制的目标泵流量的部分。
在本发明中，到生成所述倾转指令信号为止的具体程序并不限定于上述程序。在上述实施方式中，虽然依次进行基于多种控制的多个目标泵流量的计算、将该多个目标泵流量中最小的目标泵流量设为最终目标泵流量Qo的选择、以及将最终目标泵流量Qo除以发动机转速Ne而得的值即目标泵倾转qtg的计算，但是本发明也可以包括依次进行如下控制：将分别与所述多种控制对应的目标泵流量分别除以发动机转速Ne从而计算多个目标泵倾转、将计算出的多个目标泵倾转中最小的目标泵倾转选择为最后目标泵倾转qtg。
此外，本发明并不限定适用于液压挖掘机，也可以广泛适用于具备以液压马达为驱动源来回转的回转体的工程机械。
如上所述，根据本发明，提供一种即使发动机的转速发生变化也能够良好地控制泵流量的工程机械的回转驱动装置。本发明提供一种回转驱动装置，被设置于具备回转体的工程机械，用于使该回转体回转，包括：发动机、由所述发动机驱动从而吐出工作油的可变容量型的液压泵、使所述回转体回转的回转马达、接受用于使所述回转马达启动的操作并输出与该操作相对应的回转指令的回转操作器、对应于所述回转操作器输出的所述回转指令进行开启动作从而控制所述回转马达的动作的控制阀、规定所述回转马达的最高压力的溢流阀、以及控制用于决定作为所述液压泵的吐出量的泵流量的泵倾转的泵流量控制装置。所述泵流量控制装置进行溢流切断控制，其包括：(i)检测部，其检测所述发动机的转速Ne和所述回转体的回转速度；(ii)目标泵流量Qo计算部，其求出目标泵流量Qo，该目标泵流量Qo是回转速度对应流量Q1与必要最小溢流流量Qmin之和，其中，所述回转速度对应流量Q1是与检测出的回转速度相对应的流量也是实际流入所述回转马达的流量，所述必要最小溢流流量Qmin是在所述溢流阀中流动的工作油的流量也是为了确保回转体的回转的启动所需压力的必要最小流量；(iii)目标泵倾转qtg计算部，求出目标泵倾转qtg，该目标泵倾转qtg是将所述目标泵流量Qo除以所述检测出的发动机转速Ne而得出的值；以及(iv)调节部，调节所述液压泵的实际的泵倾转使其接近所述目标泵倾转qtg。
通过将作为所述回转速度对应流量Q1与必要最小溢流流量Qmin之和的目标泵流量Qo除以发动机转速Ne来求出目标泵倾转qtg，并调节实际的泵倾转以使其接近该目标泵倾转qtg，从而能够实现考虑到发动机转速Ne的变化的较为理想的泵倾转控制。也就是，即使发动机转速Ne发生变化，也能确保适当的必要最小溢流流量Qmin。
优选的是，所述目标泵流量Qo计算部求出分别基于互不相同的包含所述溢流切断控制的多种控制(例如，所述溢流切断控制、积极控制及PQ控制)的多个目标泵流量，所述泵流量控制装置还包括将所述多个目标泵流量中最小的目标泵流量选定为最终目标泵流量的选定部，其中，将所选择的目标泵流量除以发动机转速Ne的值作为所述目标泵倾转qtg求出。该泵流量控制装置按照实际回转的具体情况，能够实现有效利用所述多种控制的各特质的较为理想的泵倾转控制。例如，该泵流量控制装置在所述回转的启动或加速结束之后的稳定回转时通过选择基于积极控制的目标泵流量，能够进一步减少溢流损失。

Claims (3)

1.一种回转驱动装置，被设置于具备回转体的工程机械，用于使该回转体回转，该回转驱动装置包括：发动机、由所述发动机驱动从而吐出工作油的可变容量型的液压泵、使所述回转体回转的回转马达、接受用于使所述回转马达启动的操作并输出与该操作相对应的回转指令的回转操作器、对应于所述回转操作器输出的所述回转指令进行开启动作从而控制所述回转马达的动作的控制阀、规定所述回转马达的最高压力的溢流阀、以及控制用于决定作为所述液压泵的吐出量的泵流量的泵倾转的泵流量控制装置，所述回转驱动装置的特征在于：
所述泵流量控制装置进行溢流切断控制，其包括：
检测部，检测所述发动机的转速Ne和所述回转体的回转速度；
目标泵流量Qo计算部，求出目标泵流量Qo，该目标泵流量Qo是回转速度对应流量Q1与必要最小溢流流量Qmin之和，其中，所述回转速度对应流量Q1是与检测出的回转速度相对应的流量也是实际流入所述回转马达的流量，所述必要最小溢流流量Qmin是在所述溢流阀中流动的工作油的流量也是为了确保回转体的回转的启动所需压力的必要最小流量；
目标泵倾转qtg计算部，求出目标泵倾转qtg，该目标泵倾转qtg是将所述目标泵流量Qo除以所述检测出的发动机转速Ne而得出的值；以及
调节部，调节所述液压泵的实际的泵倾转使其接近所述目标泵倾转qtg。
2.根据权利要求1所述的回转驱动装置，其特征在于：
所述目标泵流量Qo计算部求出分别基于互不相同的包含所述溢流切断控制的多种控制的多个目标泵流量，
所述泵流量控制装置还包括将所述多个目标泵流量中最小的目标泵流量选定为最终目标泵流量的选定部，其中，将所选择的目标泵流量除以发动机转速Ne的值作为所述目标泵倾转qtg求出。
3.根据权利要求2所述的回转驱动装置，其特征在于，所述多种控制包含：
所述溢流切断控制；
利用与对所述回转操作器施加的操作的量相对应的目标泵流量的积极控制；以及
利用与作为所述液压泵的吐出压力的泵压相对应的目标泵流量的PQ控制。
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