CN105715594B - 工程机械 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种工程机械,在连接液压缸(17、18、19)和闭回路泵(31、41、51、61)的闭回路管路(33、43、53、63)上经由供给管路(72)设置可变地调整该供给管路(72)的压力的供给压力调整装置(75)。操作液压缸(17、18、19)的操作装置(12)以及供给压力调整装置(75)被连接于控制装置(81)。在使液压缸(17、18、19)伸长时,控制装置(81)根据操作装置(12)的操作量来提高供给压力调整装置(75)的设定压力,以使液压缸(17、18、19)的缸底侧的压力上升。

Description

工程机械
技术领域
本发明涉及例如液压挖掘机、轮式装载机等的工程机械,尤其涉及利用液压闭回路驱动液压缸的工程机械。
背景技术
近年来,在液压挖掘机、轮式装载机等的工程机械中,要求节能化的进一步的提高。这里,工程机械的节能化中液压系统本身的节能化很重要。因此,对在工程机械中使用将液压泵和液压驱动器闭回路连接,通过液压泵直接控制液压驱动器的液压闭回路系统进行了研究(专利文献1)。
液压闭回路系统与将液压泵和液压驱动器开回路连接的液压开回路系统相比较,能够抑制由控制阀(控制阀)所带来的压力损失。与此同时,因为液压泵仅排出必要的流量,所以也能够抑制流量损失。并且,也能够再生驱动器的位置能量、减速时的动能。由此,能够进行高水平的节能化。
这里,作为使用了液压闭回路的工程机械,专利文献1记载有在液压缸停止时,使供给泵的排出压比通常低,从而能够减少供给泵中的消耗动力的损耗的液压驱动系统力。
现有专利文献
专利文献
专利文献1:日本特开2013—174325号公报
发明内容
然而,在使液压缸伸长的情况下,液压缸的缸底侧油室的受压面积与活塞杆侧油室的受压面积存在差,所以需要向缸底侧油室供给比从活塞杆侧油室排出的工作油更大量的工作油。因此,在专利文献1的液压驱动系统中,为了补偿来自活塞杆侧油室的工作油的排出量与向缸底侧油室的工作油的供给量的差,而成为除了闭回路泵以外还设置开回路泵的构成。即,专利文献1的构成除了与液压缸的缸底侧油室以及活塞杆侧油室闭回路连接的闭回路泵(第一液压泵)以外,还设置仅与缸底侧油室连接的开回路泵(第二液压泵)。
在该情况下,开回路泵和闭回路泵以它们的排出流量的比率为能够补偿缸底侧油室与活塞杆侧油室的受压面积的差的比率的方式运转。更具体而言,若将液压缸的缸底侧油室的受压面积设为“Ah”,将活塞杆侧油室的受压面积设为“Ar”,将闭回路泵的排出流量设为“1”,则开回路泵的排出流量成为“Ah/Ar-1”。并且,在专利文献1的构成中,为了补充液压闭回路的漏油,而设置有与液压闭回路连接的供给泵、以及用于规定供给泵所带来的供给压力的溢流阀(设定压固定式的溢流阀)。
在这样的构成的情况下,例如在空中降下液压挖掘机的斗杆(在空中使斗杆缸伸长)时,即,在使斗杆挖掘时,在从伸长斗杆的姿势迁移至抱住斗杆的姿势的中途,斗杆缸的缸体速度(伸长速度)变动,操作性有可能下降。以下对于该点进行说明。
斗杆挖掘前半成为闭回路泵保持着负载进行使斗杆因自重落下的动作的负负载(负值负载)的状态,斗杆挖掘后半成为反抗重力而利用闭回路泵举起斗杆的正负载(正值负载)的状态。这里,斗杆挖掘前半,斗杆缸的活塞杆侧油室的压力(活塞杆压力)由于自重而成为高压,因为负载不起作用,所以缸底侧油室的压力(缸底压力)成为供给压力。此时,闭回路泵吸入从活塞杆侧油室排出的高压油,并向缸底侧油室排出。但是,因为在液压泵有内部泄漏,所以闭回路泵排出比吸入的流量少的流量。因此,在缸底侧油室中,有工作油不足的倾向,但是不足的量的工作油从供给泵经由供给阀供给至缸底侧油室。由此,缸底侧油室的压力被保持在供给压力。
但是,若为了使斗杆缸高速动作,而提高闭回路泵的流量,则从闭回路泵的泄漏流量也增加相应的量,应该从供给线路补充到闭回路的工作油的流量也增加。此时,伴随单向阀的阻力、管路阻力(压损的增大),存在无法将供给线路的压力维持在溢流阀规定的供给压力的可能性。其结果,存在缸底侧油室的压力过度降低的可能性。
另一方面,斗杆挖掘后半需要利用闭回路泵使缸底侧油室的压力上升,来举起斗杆。此时,若在缸底侧油室的压力过度降低的状态下移至斗杆挖掘后半,则存在缸底侧油室的压力的上升需要时间,在该期间无法给予斗杆缸驱动力的可能性。其结果,斗杆缸的缸体速度(伸长速度)有可能在伸长中途降低。
这里,若压力降低,则工作油的体积弹性系数降低。在例如空气混入率1%的工作油的情况下,压力10Mpa下的体积弹性系数为1.2×103MPa几乎呈刚体的样子。与此相对,压力0.1Mpa下的体积弹性系数为8Mpa大幅降低为150分之1(1/150)。因此,即使利用闭回路泵将工作油送入压力已降低的缸底侧油室,缸底侧油室的压力也不会迅速地上升。其结果,有可能在斗杆挖掘中引起斗杆的速度变动。因为操作员未意识到这样的速度变动,即,在斗杆挖掘的中途斗杆的速度(斗杆缸的伸长速度)降低,所以有可能给予操作员不适感,操作性降低。
本发明鉴于上述的现有技术的问题而完成,本发明的目的在于,提供能够抑制液压缸的速度变动,得到良好的操作性的工程机械。
本发明的工程机械具备:至少一个液压缸,其被活塞杆的一端被固定的活塞划分成缸底侧油室和活塞杆侧油室,基于工作油的供给、排出而伸长、缩小;至少一个闭回路泵,其经由构成闭回路的闭回路管路连接于该液压缸的缸底侧油室以及活塞杆侧油室;至少一个开回路泵,其经由构成开回路的开回路管路连接于上述液压缸的缸底侧油室;供给泵,其经由供给管路和单向阀连接于上述闭回路管路,对上述闭回路管路补充工作油;操作装置,其操作上述液压缸;以及控制装置,其根据该操作装置的操作量来控制上述闭回路泵、开回路泵。
为了解决上述的课题,本发明所采用的构成的特征在于,在上述供给管路设置被上述控制装置控制且可变地调整上述供给管路的压力的供给压力调整装置,上述控制装置构成为,控制上述闭回路泵、开回路泵、以及供给压力调整装置中的至少任意一个,以便在使上述液压缸伸长时,根据上述操作装置的操作量来使上述液压缸的缸底侧的压力上升。
根据该构成,控制装置在使液压缸伸长时,根据操作装置的操作量,即,操作员所要求的缸体速度(伸长速度),来控制闭回路泵、开回路泵、以及供给压力调整装置中的至少任意一个,以使液压缸的缸底侧的压力(缸底压)上升。因此,在需要进行液压缸的高速动作时等的大流量的工作油的供给、排出时(压损增大时),也能够抑制液压缸的缸底侧油室的压力过度降低,抑制工作油的体积弹性系数的降低。由此,能够抑制液压缸的速度变动,即,液压缸的伸长速度在伸长中途降低,得到良好的操作性。
附图说明
图1是表示实施方式的液压挖掘机的主视图。
图2是图1中的液压挖掘机的液压回路图。
图3是放大了图2中的动臂缸和其周边的液压回路图。
图4是放大了图2中的斗杆缸和其周边的液压回路图。
图5是放大了图2中的铲斗缸和其周边的液压回路图。
图6是放大了图2中的旋转液压马达以及左、右的行驶液压马达和它们的周边的液压回路图。
图7是简化表示与图2中的液压缸相关的回路的液压回路图。
图8是表示使工程机械动作时的时间变化的一个例子的特性线图。
图9是表示第一实施方式的操作装置的操作量、斗杆缸的压力、供给回路的设定压力、斗杆速度等的时间变化的一个例子的特性线图。
图10是表示第二实施方式的操作装置的操作量、液压泵的流量、斗杆缸的压力、斗杆速度等的时间变化的一个例子的特性线图。
图11是表示比较例的操作装置的操作量、液压泵的流量、斗杆缸的压力、斗杆速度等的时间变化的一个例子的特性线图。
符号说明
1-液压挖掘机(工程机械),12-操作装置,17-动臂缸(液压缸),18-斗杆缸(液压缸),19-铲斗缸(液压缸),17B、18B、19B-活塞,17C、18C、19C-缸底侧油室,17D、18D、19D-活塞杆侧油室,17E、18E、19E-活塞杆,31、41、51、61-闭回路泵,32、42、52、62-开回路泵,33、43、53、63-缸侧闭回路管路(闭回路管路),36、46、56、66-缸侧开回路管路(开回路管路),71-供给泵,72-供给管路,73-泵侧单向阀(单向阀),74-缸侧单向阀(单向阀),75-供给压力调整装置,81-控制装置。
具体实施方式
以下,对于本发明的实施方式的工程机械,列举应用于超大型的液压挖掘机的情况为例,参照附图详细地进行说明。
图1至图9示出本发明的第一实施方式的工程机械。
在图1中,作为工程机械的代表例的液压挖掘机1使用于沙土的挖掘工作等。液压挖掘机1包括可自行的履带式的下部行驶体2、可旋转地设置在该下部行驶体2上且与该下部行驶体2一起构成车体(主体)的上部旋转体5、以及以可转动(可俯仰)的方式安装在该上部旋转体5的前、后方向的前侧的后述的工作装置13而构成。液压挖掘机1使用工作装置13来进行沙土的挖掘工作等。
这里,下部行驶体2由车体框架2A、设置于该车体框架2A的左、右两侧的驱动轮2B、在车体框架2A的左、右两侧设置于与驱动轮2B前、后方向的相反一侧的惰轮2C、以及卷绕于驱动轮2B和惰轮2C的履带20(均仅在左侧图示)构成。左、右的驱动轮2B由左、右的行驶液压马达3、4(参照图2、6参照)旋转驱动。
另一方面,上部旋转体5经由包括旋转液压马达6(参照图2、6)、减速机构、旋转轴承而构成的旋转装置7安装于下部行驶体2。上部旋转体5通过旋转装置7(旋转液压马达6)相对于下部行驶体2旋转驱动。上部旋转体5包括没有支承构造体作为在前、后方向的前侧安装有工作装置13的基体的旋转框架8、搭载在该旋转框架8的左前侧且形成运转室的驾驶室9、位于该驾驶室9的后侧且搭载于旋转框架8的后述的发动机21、收纳液压泵31、32、41、42、51、52、61、62、71等(参照图2~7)的舱盖10、以及安装于旋转框架8的后部且取得与工作装置13的重量平衡的配重11而构成。
这里,在驾驶室9的内部操作员所坐的驾驶座(未图示),在该驾驶座的前方和左、右方向的两侧设置有操作液压挖掘机1的操作装置12(参照图2、3、7)。操作装置12例如由用于操作旋转液压马达6和后述的斗杆缸18的工作用左操作杆装置(以下,称为左操作杆12A)、用于操作后述的动臂缸17和铲斗缸19的工作用右操作杆装置(以下,称为右操作杆12B)、操作左、右的行驶液压马达3、4的左、右的行驶用杆装置(以下,称为左、右的行驶杆踏板12C、12D)等构成。
操作装置12经由信号线连接于后述的控制装置81。通过操作员对操作装置12进行操作,能够进行上部旋转体5的旋转操作、工作装置13的转动操作(俯仰运动操作)、下部行驶体2的行驶操作。例如,通过操作员对左操作杆12A进行操作,能够使斗杆缸18伸长、缩小,转动后述的斗杆15。另外,通过操作员对右操作杆12B进行操作,能够使动臂缸17伸长、缩小,转动后述的动臂14。
另一方面,如图1所示,工作装置13具备以可转动(俯仰运动)的方式通过销结合安装于旋转框架8的前部的动臂14、以可转动(俯仰运动)的方式通过销结合安装于该动臂14的前端侧的斗杆15、以及作为以可转动的方式通过销结合安装于该斗杆15的前端侧的工作工具的铲斗16。在这些动臂14、斗杆15、铲斗16分别安装有作为液压缸的左、右的动臂缸17、斗杆缸18、铲斗缸19。动臂缸17使动臂14相对于旋转框架8转动。斗杆缸18使斗杆15相对于动臂14转动。作为工作工具缸的铲斗缸19使铲斗16相对于臂15转动。
这些动臂缸17、斗杆缸18、铲斗缸19基于来自后述的液压泵31、32、41、42、51、52、61、62、71的压力油而伸长、缩小,来使工作装置13的姿势变化。即,在沙土等的挖掘工作时,例如基于左、右的操作杆12A、12B的操作,使液压缸(动臂缸17、斗杆缸18、铲斗缸19)伸长、缩小,使动臂14以及臂15转动,并且使铲斗16转动。由此,能够利用铲斗16的前端侧挖掘沙土等。
这里,如图2~5、7所示,液压缸17、18、19作为单杆式液压缸构成,且基于工作油的供给、排出而伸长、缩小。即,液压缸17、18、19分别由管17A、18A、19A、能够滑动地插嵌于该管17A、18A、19A内,且将管17A、18A、19A内划分成缸底侧油室17C、18C、19C和活塞杆侧油室17D、18D、19D的活塞17B、18B、19B、基端侧(一端)固定于活塞17B、18B、19B,且前端侧(另一端)向管17A、18A、19A外突出的活塞杆17E、18E、19E构成。此外,有时缸底侧油室也被称为缸头侧油室,但以下的说明描述为缸底侧油室。
接下来,参照图2~图7对用于驱动液压缸(动臂缸17、斗杆缸18、铲斗缸19)以及液压马达(左、右的行驶液压马达3、4、旋转液压马达6)的液压回路20进行说明。
液压回路20除了上述的操作装置12、液压缸17、18、19以外,还具备后述的发动机21、工作油箱23、第一~第四闭回路泵31、41、51、61、第一~第四开回路泵32、42、52、62、供给泵71、供给压力调整装置75、控制装置81等。另外,液压回路20除了上述的旋转液压马达6、左、右的行驶液压马达3、4以外,还具备后述的左、右的控制阀24、25等。
这里,液压回路20由4组回路30、40、50、60构成。即,液压回路20由将第一闭回路泵31和第一开回路泵32构成为1组的第一回路30、将第二闭回路泵41和第二开回路泵42构成为1组的第二回路40、将第三闭回路泵51和第三开回路泵52构成为1组的第三回路50、以及将第四闭回路泵61和第四开回路泵62构成为1组的第四回路60合计4组回路30、40、50、60相互连接而成。另外,在第一~第四回路30、40、50、60分别连接有供给回路70。
发动机21位于驾驶室9与配重11之间且设置在旋转框架8上。发动机21例如由柴油发动机构成且为用于将闭回路泵31、41、51、61、开回路泵32、42、52、62、供给泵71等旋转驱动的原动机(旋转源)。这里,发动机21的输出轴连接于分配发动机21的动力的动力传递装置22。动力传递装置22例如由齿轮机构构成。在动力传递装置22连接有各泵31、32、41、42、51、52、61、62、71。另一方面,工作油箱23储存工作油。
接下来,对第一~第四回路30、40、50、60的构成进行说明。此外,以下的说明主要对第一回路30进行说明。对于第二回路40的构成,通过用与第一回路30相同的规则对与第一回路30相同的构成要素标注数字40的符号(40~49C)来省略其说明。对于第三回路50的构成,也通过用相同规则标注数字50的符号(50~59C)来省略其说明,对于第四回路60的构成,也通过用相同规则标注数字60的符号(60~69C)来省略其说明。
如图3所示,第一回路30包括第一闭回路泵31、第一开回路泵32、第一缸用闭回路切换阀35A、35B、35C、第一马达用闭回路切换阀35D、第一缸用开回路切换阀38A、38B、38C、以及第一马达用开回路切换阀38D而构成。
第一闭回路泵31例如由可变容量型的斜板式液压泵、斜轴式液压泵、径向活塞式液压泵构成,且具有调整泵容量的调节器31A。调节器31A经由信号线连接于后述的控制装置81,且被来自控制装置81的信号控制。第一闭回路泵31能够控制流量和排出方向双方,若接受压力油的供给则也作为液压马达发挥作用(辅助发动机21)。
第一闭回路泵31经由构成闭回路的缸侧闭回路管路33与液压缸17、18、19的缸底侧油室17C、18C、19C以及活塞杆侧油室17D、18D、19D分别连接。并且,第一闭回路泵31经由构成闭回路的马达侧闭回路管路34与旋转装置7的旋转液压马达6连接。
若更详细地进行说明,则缸侧闭回路管路33由2根成1组的泵侧闭回路管路33A、2根成1组的动臂侧闭回路管路33B、2根成1组的斗杆侧闭回路管路33C、2根成1组的铲斗侧闭回路管路33D构成。泵侧闭回路管路33A连接第一闭回路泵31(的各端口31B、31C)和后述的第一缸用闭回路切换阀35A、35B、35C。动臂侧闭回路管路33B连接第一缸用闭回路切换阀(以下,称为第一动臂用闭回路切换阀35A)和动臂缸17(的各油室17C、17D)。斗杆侧闭回路管路33C连接第一缸用闭回路切换阀(以下,称为第一斗杆用闭回路切换阀35B)和斗杆缸18(的各油室18C、18D)。铲斗侧闭回路管路33D连接第一缸用闭回路切换阀(以下,称为第一铲斗用闭回路切换阀35D)和铲斗缸19(的各油室19C、19D)。
另一方面,马达侧闭回路管路34由2根成1组的泵侧闭回路管路34A和2根成1组的旋转侧闭回路管路34B构成。泵侧闭回路管路34A连接第一闭回路泵31的各端口31B、31C和后述的第一马达用闭回路切换阀35D。在该情况下,泵侧闭回路管路34A与缸侧闭回路管路33的泵侧闭回路管路33A连接。旋转侧闭回路管路34B连接第一马达用闭回路切换阀(以下,称为第一旋转用闭回路切换阀35D)和旋转装置7的旋转液压马达6。
此外,第一回路30的动臂侧闭回路管路33B与第二~第四回路40、50、60的动臂侧闭回路管路43B、53B、63B分别连接。第一回路30的斗杆侧闭回路管路33C与第二~第四回路40、50、60的斗杆侧闭回路管路43C、53C、63C分别连接。第一回路30的铲斗侧闭回路管路33D与第二~第四回路40、50、60的铲斗侧闭回路管路43D、53D、63D分别连接。并且,第一回路30的旋转侧闭回路管路34B与第二~第四回路40、50、60的旋转侧闭回路管路44B、54B、64B分别连接。
第一闭回路泵31具有能够双方向排出的2个端口31B、31C,即,与液压缸17、18、19的缸底侧油室17C、18C、19C分别连接的缸底侧双方向端口31B、和与活塞杆侧油室17D、18D、19D分别连接的活塞杆侧双方向端口31C。这里,作为一方端口的缸底侧双方向端口31B在吸入来自缸底侧油室17C、18C、19C的工作油时为吸入端口,在朝向缸底侧油室17C、18C、19C排出工作油时为排出端口。
与此相对,作为另一方端口的活塞杆侧双方向端口31C在吸入来自活塞杆侧油室17D、18D、19D的工作油时为吸入端口,在朝向活塞杆侧油室17D、18D、19D排出工作油时为排出端口。并且,缸底侧双方向端口31B和活塞杆侧双方向端口31C根据旋转液压马达6的旋转方向,在吸入来自旋转液压马达6的工作油时为吸入端口,在朝向旋转液压马达6排出工作油时为排出端口。
第一闭回路泵31的各端口31B、31C经由泵侧闭回路管路33A、34A与各闭回路切换阀35A、35B、35C、35D分别连接。各闭回路切换阀35A、35B、35C、35D例如由4端口2位置的电磁切换阀构成,经由信号线连接于控制装置81。各闭回路切换阀35A、35B、35C、35D通过来自控制装置81的信号切换流路的导通(开)和切断(闭)。各闭回路切换阀35A、35B、35C、35D在来自控制装置81的信号不被输入的非通电的情况下为切断(闭)状态。
若第一动臂用闭回路切换阀35A为导通状态,则第一闭回路泵31与动臂缸17连接,构成闭回路。即,第一闭回路泵31的一方端口31B与动臂缸17的缸底侧油室17C连接,且另一方端口31C与动臂缸17的活塞杆侧油室17D连接,构成闭回路。若第一斗杆用闭回路切换阀35B为导通状态,则第一闭回路泵31与斗杆缸18连接,构成闭回路。即,第一闭回路泵31的一方端口31B与斗杆缸18的缸底侧油室18C连接,且另一方端口31C与斗杆缸18的活塞杆侧油室18D连接,构成闭回路。
若第一铲斗用闭回路切换阀35C成为导通状态,则第一闭回路泵31与铲斗缸19连接,构成闭回路。即,第一闭回路泵31的一方端口31B与铲斗缸19的缸底侧油室19C连接,且另一方端口31C与铲斗缸19的活塞杆侧油室19D连接,构成闭回路。若第一旋转用闭回路切换阀35D成为导通状态,则第一闭回路泵31与旋转液压马达6连接,构成闭回路。即,第一闭回路泵31的一方端口31B与旋转液压马达6的一方端口连接,且另一方端口31C与旋转液压马达6的另一方端口连接,构成闭回路。
另一方面,第一开回路泵32例如由可变容量型的斜板式液压泵、斜轴式液压泵、径向活塞式液压泵构成,且具有调整泵容量的调节器32A。调节器32A经由信号线与后述的控制装置81连接,且被来自控制装置81的信号控制。
第一开回路泵32经由构成开回路的缸侧开回路管路36与液压缸17、18、19的缸底侧油室17C、18C、19C分别连接。并且,第一开回路泵32经由构成开回路的马达侧开回路管路37与左、右的行驶液压马达3、4分别连接。
若更详细地进行说明,则缸侧开回路管路36由泵侧开回路管路36A、动臂侧开回路管路36B、斗杆侧开回路管路36C、以及铲斗侧开回路管路36D构成。泵侧开回路管路36A连接第一开回路泵32的排出孔32C和后述的第一缸用开回路切换阀38A、38B、38C。动臂侧开回路管路36B连接第一缸用开回路切换阀(以下,称为第一动臂用开回路切换阀38A)和动臂缸17的缸底侧油室17C。为此,动臂侧开回路管路36B连接于2根成1组的动臂侧闭回路管路33B中的一方的管路33B,即,连接于与缸底侧油室17C相通的管路33B的中途。
斗杆侧开回路管路36C连接第一缸用开回路切换阀(以下,称为第一斗杆用开回路切换阀38B)和斗杆缸18的缸底侧油室18C。为此,斗杆侧开回路管路36C连接于2根成1组的斗杆侧闭回路管路33C中的一方的管路33C,即,连接于与缸底侧油室18C相通的管路33C的中途。铲斗侧开回路管路36D连接第一缸用开回路切换阀(以下,称为第一铲斗用开回路切换阀38C)和铲斗缸19的缸底侧油室19C。为此,铲斗侧开回路管路36D连接于2根成1组的铲斗侧闭回路管路33D中的一方的管路33D,即,连接于与缸底侧油室19C相通的管路33D的中途。
另一方面,马达侧开回路管路37由泵侧开回路管路37A和行驶侧开回路管路37B构成。泵侧开回路管路37A连接第一开回路泵32的排出端口32C和后述的第一马达用开回路切换阀38D。在该情况下,泵侧开回路管路37A与缸侧开回路管路36的泵侧开回路管路36A连接。行驶侧开回路管路37B连接第一马达用开回路切换阀(以下,称为第一行驶用开回路切换阀38D)和左、右的行驶液压马达3、4。行驶侧开回路管路37B在其中途分岔成左行驶侧开回路管路37B1和右行驶侧开回路管路37B2。
而且,左行驶侧开回路管路37B1经由左控制阀24与左行驶液压马达3连接,右行驶侧开回路管路37B2经由右控制阀25与右行驶液压马达4连接。左、右的控制阀24、25例如由4端口3位置的电磁比例方向控制阀构成,经由信号线连接于后述的控制装置81。左、右的控制阀24、25被控制装置81的指令控制,调整左、右的行驶液压马达3、4的旋转方向和旋转速度。
此外,第一回路30的动臂侧开回路管路36B与第二~第四回路40、50、60的动臂侧开回路管路46B、56B、66B分别连接。第一回路30的斗杆侧开回路管路36C与第二~第四回路40、50、60的斗杆侧开回路管路46C、56C、66C分别连接。第一回路30的铲斗侧开回路管路36D与第二~第四回路40、50、60的铲斗侧开回路管路46D、56D、66D分别连接。并且,第一回路30的行驶侧开回路管路37B与第二~第四回路40、50、60的行驶侧开回路管路47B、57B、67B分别连接。
第一开回路泵32具有吸入工作油箱23的工作油的吸入端口32B、和将吸入的工作油朝向液压缸17、18、19的缸底侧油室17C、18C、19C、或者左、右的行驶液压马达3、4排出的排出孔32C。即,第一开回路泵32的吸入端口32B与工作油箱23连接。另一方面,第一开回路泵32的排出孔32C经由泵侧开回路管路36A、37A与各开回路切换阀38A、38B、38C、38D连接。除此以外,第一开回路泵32的排出端口32C也与第一放压阀39A连接,且经由该第一放压阀39A与工作油箱23连接。第一放压阀39A例如由2端口2位置的电磁比例方向控制阀构成,经由信号线连接于控制装置81。
另一方面,各开回路切换阀38A、38B、38C、38D例如由2端口2位置的电磁切换阀构成,经由信号线连接于控制装置81。各开回路切换阀38A、38B、38C、38D通过来自控制装置81的信号切换流路的导通(开)和切断(闭)。各开回路切换阀38A,38B、38C、38D在来自控制装置81的信号不被输入的非通电的情况下成为切断(闭)状态。
若第一动臂用开回路切换阀38A成为导通状态,则第一开回路泵32的排出端口32C与动臂缸17的缸底侧油室17C连接,构成开回路。若第一臂用开回路切换阀38B成为导通状态,则第一开回路泵32的排出端口32C与斗杆缸18的缸底侧油室18C连接,构成开回路。第一铲斗用开回路切换阀38C成为导通状态,则第一开回路泵32的排出孔32C与铲斗缸19的缸底侧油室19C连接,构成开回路。若第一行驶用开回路切换阀38D成为导通状态,则第一开回路泵32的排出孔32C经由左、右的控制阀24、25与左、右的行驶液压马达3、4连接,构成开回路。
此外,在泵侧闭回路管路33A与后述的供给管路72之间设置有第一泵侧闭回路用溢流阀39B。另外,在泵侧开回路管路36A与工作油箱23之间也设置有第一泵侧开回路用溢流阀39C。另外,在动臂侧闭回路管路33B与供给管路72之间、斗杆侧闭回路管路33C与供给管路72之间、铲斗侧闭回路管路33D与供给管路72之间也分别设置有缸侧闭回路用溢流阀39D、39E、39F。并且,在旋转侧闭回路管路34B设置有旋转马达用溢流阀39G,在左行驶侧开回路管路37B1和右行驶侧开回路管路37B2设置有行驶马达用溢流阀39H、39J。这些各溢流阀39B、39C、39D、39E、39F、39G、39H、39J若成为预先设定的压力以上则将工作油移送到工作油箱23,抑制各泵、管路损伤。
另一方面,在动臂侧闭回路管路33B与供给管路72之间、斗杆侧闭回路管路33C与供给管路72之间、铲斗侧闭回路管路33D与供给管路72之间设置有溢流阀39K、39L、39M。溢流阀39K、39L、39M具有将闭回路内的工作油向低压线路排出、吸入的作用。
接下来,对供给回路70的构成进行说明。此外,以下的说明主要列举供给回路70与第一回路30的关系来进行说明。
供给回路70包括供给泵71、单向阀73、74、以及供给压力调整装置75而构成。供给泵71例如由固定容量型的斜板式液压泵、斜轴式液压泵、径向活塞式液压泵构成,且具有吸入工作油箱23的工作油的吸入端口71A、以及将吸入的工作油排出至供给管路72的排出端口71B。这里,供给管路72连接供给泵71的排出孔71B和缸侧闭回路管路33(43、53、63)。
具体而言,供给管路72具有连接供给泵71和泵侧闭回路管路33A(43A、53A、63A)的泵侧供给管路72A。另外,供给管路72具有连接供给泵71和动臂侧闭回路管路33B(43B、53B、63B)、斗杆侧闭回路管路33C(43C、53C、63C)、铲斗侧闭回路管路33D(43D、53D、63D)的缸侧供给管路72B。
而且,供给泵71经由泵侧供给管路72A和泵侧单向阀73与泵侧闭回路管路33A(43A、53A、63A)连接。另外,供给泵71经由缸侧供给管路72B和缸侧单向阀74与动臂侧闭回路管路33B(43B、53B、63B)、斗杆侧闭回路管路33C(43C、53C、63C)、铲斗侧闭回路管路33D(43D、53D、63D)分别连接。
供给泵71经由单向阀73、74对缸侧闭回路管路33、43、53、63补充工作油。即,若闭回路管路33A、33B、33C、33D的压力低于供给管路72的压力,则来自供给泵71的工作油经由单向阀73、74供给至闭回路管路33A、33B、33C、33D,抑制这些闭回路管路33A、33B、33C、33D的气蚀。
供给压力调整装置75设置于供给管路72与工作油箱23之间。供给压力调整装置75由设定压可变式的溢流阀、例如电磁比例溢流阀构成,且经由信号线连接于后述的控制装置81。供给压力调整装置75被控制装置81的指令控制,可变地调整供给管路72的压力(供给压)。如后述那样,在第一实施方式中,供给压力调整装置75被控制装置81控制为,根据操作装置12的操作量,使液压缸17、18、19的缸底侧的压力上升。具体而言,供给压力调整装置75根据操作装置12的操作量,例如若操作量超过预先设定的阈值,则基于控制装置81的指令而设定压力(溢流设定压)变高,提高供给管路72的压力(供给压)。
控制装置81根据操作装置12的操作来控制第一~第四闭回路泵31、41、51、61、第一~第四开回路泵32、42、52、62、供给压力调整装置75等的控制器(C/D:控制设备、C/U:控制单元)。控制装置81例如包括微型计算机等而构成,其输入侧与操作装置12、未图示的各种传感器等连接。控制装置81的输出侧例如在与第一回路30的关系中与第一闭回路泵31的调节器31A、第一开回路泵32的调节器32A、第一各切换阀35A、35B、35C、35D、38A、38B、38C、38D、第一放压阀39A分别连接。与第二回路40、第三回路50、第四回路60的连接关系也相同。并且,控制装置81的输出侧也与左、右的控制阀24、25、供给压力调整装置75等连接。
控制装置81基于来自操作装置12的指令值和各种传感器的信息(检测值、状态量),控制第一~第四闭回路泵31、41、51、61、第一~第四开回路泵32、42、52、62、第一~第四各切换阀(省略符号)、第一~第四放压阀39A、49A、59A、69A、控制阀24、25、供给压力调整装置75等。因此,控制装置81具有由ROM、RAM等构成的存储部(未图示),在该存储部储存有用于根据操作装置12的操作量和各种传感器的信息来控制上述的控制对象的处理程序等。除此以外,在存储部也储存有在使液压缸17、18、19伸长时,根据操作装置12的操作量来控制供给压力调整装置75,以使液压缸17、18、19的缸底侧的压力上升(提高设定压力)的处理程序。对于由控制装置81进行的控制处理,将在后面详细地描述。
接下来,参照图8对液压回路20的动作,即,第一~第四回路30~60的动作进行说明。
图8示出从停止状态移至动臂14(动臂缸17)的单独动作,接着移至动臂14(动臂缸17)和斗杆15(斗杆缸18)的复合动作时的液压回路20的各部的时间变化。此外,在以下的说明中,第一~第四闭回路泵31、41、51、61为相同的容量。
首先,在停止状态,即,左、右的操作杆12A、12B不被操作时,第一~第四闭回路泵31、41、51、61、第一~第四开回路泵32、42、52、62被控制为最小倾转角且排出流量为0。另外,各切换阀(省略符号)、以及控制阀24、25全部为切断状态(闭)。由此,动臂缸17、斗杆缸18、铲斗缸19、旋转液压马达6、左、右的行驶液压马达3、4被保持在停止状态。
接下来,在时间轴的(a)的时刻中,为了单独地对动臂14进行提升动作,例如若操作右操作杆12B,则控制装置81控制第一闭回路泵31的调节器31A,使第一闭回路泵31的斜板倾转。另外,控制装置81控制第一开回路泵32的调节器32A,使第一开回路泵32的斜板倾转。直至右操作杆12B的操作量到达X1为止,将第一闭回路泵31的排出流量Qc设为Qcp1,将第一开回路泵32的排出流量Qo设为Qop1。在该情况下,控制装置81以动臂缸17的缸底侧油室17C的面积(受压面积)Aa1与活塞杆侧油室17D的面积(受压面积)Aa2的面积比“Aa1:Aa2”和两液压泵31、32所进行的针对缸底侧油室17C和活塞杆侧油室17D的工作油的供给流量与排出流量的比“(Qcp1+Qop1):Qcp1”几乎相等的方式决定排出流量Qcp1和Qop1。
控制装置81以一边维持“Qcp1:Qop1”一边使第一闭回路泵31的排出流量Qc与第一开回路泵32的排出流量Qo的比变化(增大)的方式进行控制。控制装置81在第一闭回路泵31和第一开回路泵32排出的同时,使第一动臂用闭回路切换阀35A和第一动臂用开回路切换阀38A导通(开)。由此,若右操作杆12B的操作量到达X1,则动臂14(动臂缸17)的动作速度V为V1。
若右操作杆12B的操作量超过X1,则控制装置81控制第二闭回路泵41的调节器41A,使第二闭回路泵41的斜板倾转。另外,控制装置81控制第二开回路泵42的调节器42A,使第二开回路泵42的斜板倾转。直至右操作杆12B的操作量达到X2为止,将第二闭回路泵41的排出流量Qc设为Qcp1,将第二开回路泵42的排出流量Qo设为Qop1。控制装置81以一边维持“Qcp1:Qop1”一边使第二闭回路泵41的排出流量Qc与第二开回路泵42的排出流量Qo的比变化(增大)的方式进行控制。控制装置81在第二闭回路泵41和第二开回路泵42排出的同时,使第二动臂用闭回路切换阀45A和第二动臂用开回路切换阀48A导通(开)。由此,若右操作杆12B的操作量到达X2,则动臂14(动臂缸17)的动作速度V为V2。
若右操作杆12B的操作量超过X2,则控制装置81控制第三闭回路泵51的调节器51A,使第三闭回路泵51的斜板倾转。另外,控制装置81控制第三开回路泵52的调节器52A,使第三开回路泵52的斜板倾转。直至右操作杆12B的操作量到达X3为止,将第三闭回路泵51的排出流量Qc设为Qcp1,将第三开回路泵52的排出流量Qo设为Qop1。控制装置81以一边维持“Qcp1:Qop1”一边使第三闭回路泵51的排出流量Qc与第三开回路泵52的排出流量Qo的比变化(增大)的方式进行控制。控制装置81在第三闭回路泵51和第三开回路泵52排出的同时,使第三动臂用闭回路切换阀55A和第三动臂用开回路切换阀58A导通(开)。由此,若右操作杆12B的操作量到达X3,则动臂14(动臂缸17)的动作速度V为V3。
若右操作杆12B的操作量超过X3,则控制装置81控制第四闭回路泵61的调节器61A,使第四闭回路泵61的斜板倾转。另外,控制装置81控制第四开回路泵62的调节器62A,使第四开回路泵62的斜板倾转。直至右操作杆12B的操作量到达X4为止,将第四闭回路泵61的排出流量Qc设为Qcp1,将第四开回路泵62的排出流量Qo设为Qop1。控制装置81以一边维持“Qcp1:Qop1”一边使第四闭回路泵61的排出流量Qc与第四开回路泵62的排出流量Qo的比变化(增大)的方式进行控制。控制装置81在第四闭回路泵61和第四开回路泵62排出的同时,使第四动臂用闭回路切换阀65A和第四动臂用开回路切换阀68A导通(开)。由此,若右操作杆12B的操作量到达X4,则动臂14(动臂缸17)的动作速度V为V4。
接着,在时间轴的(b)的时刻中,为了除了斗杆提升的单独动作以外动臂也进行动作(例如斗杆挖掘),操作了左操作杆12A。由此,从使右操作杆12B的操作量成为X4的动臂缸17的单独动作,迁移至保持使右操作杆12B的操作量为X4的动臂缸17和斗杆缸18的复合动作。此时,控制装置81控制第二闭回路泵41的调节器41A,将第二闭回路泵41的斜板返回到最小倾转角,使排出流量Qc为0。另外,控制装置81控制第二开回路泵42的调节器42A,将第二开回路泵42的斜板返回到最小倾转角,使排出流量Qo为0。若两泵41、42的排出流量Qc、Qo为0,则控制装置81使第二动臂用闭回路切换阀45A和第二动臂用开回路切换阀48A非导通(切断、关闭),之后,使第二斗杆用闭回路切换阀45B和第二斗杆用开回路切换阀48B导通(打开)。
控制装置81在使第二斗杆用闭回路切换阀45B和第二斗杆用开回路切换阀48B导通的同时,控制第二闭回路泵41的调节器41A,使第二闭回路泵41的斜板倾转,并且控制第二开回路泵42的调节器42A,使第二开回路泵42的斜板倾转。直至左操作杆12A的操作量到达XI为止,将第二闭回路泵41的排出流量Qc设为Qcp1,将第二开回路泵42的排出流Qo设为Qop2。
在该情况下,控制装置81以斗杆缸18的缸底侧油室18C的面积Ab1与活塞杆侧油室18D的面积Ab2的面积比“Ab1:Ab2”和两液压泵41、42所进行的针对缸底侧油室18C和活塞杆侧油室18D的工作油的供给与排出比“(Qcp1+Qop2):Qcp1”几乎相等的方式决定Qcp1和Qop2。控制装置81以一边维持“Qcp1:Qop2”一边使第二闭回路泵41的排出流量Qc与第二开回路泵42的排出流量Qo的比变化(增大)的方式进行控制。
这样,若左操作杆12A被操作,则第二动臂用闭回路切换阀45A和第二动臂用开回路切换阀48A成为非导通(切断、闭),供给至动臂缸17的工作油减少第二闭回路泵41的排出流量Qcp1以及第二开回路泵42的排出流量Qop2的量。由此,动臂14(动臂缸17)的动作速度V为V3。虽然图示省略,但若左操作杆12A的操作量为0,则恢复到原来的状态,动臂14(动臂缸17)的动作速度V为V4。
如以上所述,在单独动作时,即,仅使一个液压驱动器(例如动臂缸17)进行动作且不使剩余的液压驱动器(例如,斗杆缸18、铲斗缸19、旋转液压马达6、左、右的行驶液压马达3、4)进行动作时,通过将所有的液压泵31、32、41、42、51、52、61、62合流,能够提高动臂缸17的最大速度。另一方面,在复合动作时,即,使2个以上的液压驱动器17、18、19、6、3、4进行动作时,能够按照每个进行动作的液压驱动器17、18、19、6、3、4分配连接的液压泵31、32、41、42、51、52、61、62。在该情况下,最大能够进行6复合动作。
另外,在复合动作时,能够将较多的液压泵31、32、41、42、51、52、61、62合流到各液压驱动器17、18、19、6、3、4中动作频度较高的液压驱动器。因此,能够按照这些液压泵31、32、41、42、51、52、61、62的每一个,预先设定连接的液压驱动器17、18、19、6、3、4的优先顺序。在该情况下,例如,能够将优先顺序的图表储存到控制装置81的存储部,基于该图表,来进行液压驱动器17、18、19、6、3、4和液压泵31、32、41、42、51、52、61、62的连接。
接下来,对使斗杆15单独地并且在空中高速动作(例如,以最大速度Va进行斗杆挖掘)的情况下的举动进行说明。
首先,图11示出比较例的举动。在该比较例中,使供给压力调整装置75的设定压力(设定供给压)恒定,即,使供给管路72的溢流压固定在恒定值(Pc1)。换言之,比较例对应于在供给管路72设置设定压固定式的溢流阀的构成。
若使用于操作斗杆15的左操作杆12A的操作量为最大的X4,则闭回路泵31、41、51、61排出最大合计流量Qcp4,并且开回路泵32、42、52、62排出最大合计流量Qop4。由此,斗杆缸18以最大速度进行伸长动作,斗杆15以最大速度V3动作(斗杆挖掘)。与上述的动臂14的单独动作相同地,控制装置81以斗杆缸18的缸底侧油室18C的面积Aa3与活塞杆侧油室18D的面积Aa4的面积比“Aa3:Aa4”和闭回路泵31、41、51、61以及开回路泵32、42、52、62所进行的针对缸底侧油室18C和活塞杆侧油室18D工作油的供给流量与排出流量的比“(Qcp4+Qop4):Qcp4”几乎相等的方式决定最大合计流量Qcp4和Qop4。此外,这里,如图1所示,进行在空中使斗杆15从伸长斗杆15的姿势动作到抱住斗杆15的姿势的斗杆挖掘。
在时刻T0的静止状态下,斗杆缸18的活塞杆侧油室18D的压力通过斗杆15和铲斗16的自重而成为高压,因为负载不起作用,所以缸底侧油室18C的压力被保持在由供给压力调整装置75规定的供给压力Pc1。从时刻T1到T3的斗杆挖掘前半,闭回路泵31、41、51、61吸入从斗杆缸18的活塞杆侧油室18D排出的高压油,并向缸底侧油室18C排出。但是,因为液压泵有内部泄漏,所以闭回路泵31、41、51、61排出比吸入的流量少的流量。因此,在缸底侧油室18D中,工作油倾向不足。然而,不足的量的工作油从供给泵71经由单向阀73、74供给至缸底侧油室18C,或者经由溢流阀39K、39L、39M供给至缸底侧油室18C。在该情况下,在斗杆缸18的缸体速度(伸长速度)为低速的情况下,缸底侧油室180的压力被保持在供给压力Pc1。
但是,若为了使斗杆缸18高速动作,而提高闭回路泵31、41、51、61的流量,则从闭回路泵31、41、51、61的泄漏流量也增加相应的量,应该从供给线路(供给管路72)补充到闭回路(动臂侧闭回路管路33B、泵侧闭回路管路33A)的工作油的流量也增加。此时,伴随单向阀73、74的阻力、管路阻力所带来的压损的增大,无法将供给线路(供给管路72)的压力维持在溢流阀(固定了设定压力的供给压力调整装置75)规定的供给压力Pc1。其结果,如图11所示,缸底侧油室18C的压力(缸底压力)过度降低,具体而言,缸底压力降低到0气压附近。
另一方面,通过了负载方向反转位置尺(参照图1)的斗杆铲斗后半,需要利用闭回路泵31、41、51、61使缸底侧油室18C的压力上升,来举起斗杆15。此时,若如上述那样在缸底侧油室18C的压力过度降低的状态下移至斗杆挖掘后半,则缸底侧油室18C的压力的上升需要时间,在该期间,无法给予斗杆缸18驱动力。其结果,斗杆缸18的缸体速度(伸长速度)在动作中途(伸长中途)降低。
这里,若压力降低,则工作油的体积弹性系数降低。在例如空气混入率1%的工作油的情况下,压力10Mpa下的体积弹性系数为1.2×103MPa几乎呈刚体的样子,与此相对,压力0.1Mpa下的体积弹性系数为8Mpa大幅降低到150分之1(1/150),为与如空气一样的压缩性流体相似的样子。因此,即使利用闭回路泵31、41、51、61将工作油送入压力已降低的缸底侧油室18C,缸底侧油室18C的压力也不迅速地上升,其结果,在斗杆挖掘中斗杆15的速度降低。之后,从缸底侧油室18C的压力例如超过1Mpa开始,斗杆缸18的伸长速度上升,即,斗杆15开始加速,最终恢复到速度Va。在该情况下,左操作杆12A的杆操作量恒定,所以为操作员无意识的速度降低,操作性降低。因此,会给与操作员不适感。
因此,在第一实施方式中,构成为在供给管路72设置作为设定压可变式的溢流阀的供给压力调整装置75,并且通过控制装置81,根据操作装置12(左操作杆12A)的操作量来提高供给压(供给压力调整装置75的溢流压)。由此,即使在斗杆挖掘的高速动作时,也抑制斗杆缸18的缸底侧油室18C的压力过度降低,抑制斗杆缸18的速度的降低(速度变动)。
图9示出第一实施方式的举动。此外,左操作杆12A的操作量、闭回路泵31、41、51、61的合计流量Qcp4、开回路泵32、42、52、62的合计流量Qop4与图11的比较例的情况相同。
在第一实施方式中,为了使斗杆缸18伸长,而操作员操作左操作杆12A,若例如在时刻T2其操作量超过预先设定的规定量(例如,图9中的X2),则控制装置81控制供给压力调整装置75,使供给压(溢流压)从Pc1上升到Pc2。由此,斗杆缸18的缸底侧油室18C的压力也暂时地上升到Pc2附近。之后,在时刻T3以后,与图11的情况相同地斗杆缸18的缸底侧油室18C的压力降低,但原来的压力较高的情况下,避免降低到0气压附近,能够抑制体积弹性系数过度降低。
由此,成为斗杆挖掘后半的时刻T4以后,缸底侧油室18C的压力迅速地上升,能够给与斗杆缸18驱动力。其结果,能够抑制斗杆15(斗杆缸18)的速度降低,得到按照操作员想要的杆操作量的速度。由此,能够提高操作感。在时刻T6,若杆操作量成为规定量(例如,图9中的X2)以下,则控制装置81控制供给压力调整装置75,使供给压(溢流压)从Pc2减少到Pc1。
由此,在缸体速度低速时,即,不需要提高供给压力时,能够通过降低供给压力,来抑制供给泵71的消耗动力并减少消耗能量。其结果,能够确保高操作性和节能性。并且,通过供给压力下降,能够降低液压回路内的最高压力,能够提高机械的可靠性、耐久性。此外,在第一实施方式中,列举构成为以操作杆操作量超过规定量(例如,图9中的X2)为条件使供给压力上升的情况为例来进行了说明。但是,并不局限于此,例如,也可以为与操作杆操作量成比例地使供给压上升的构成。
这样,根据第一实施方式,控制装置81为了在空中转动斗杆15(降下),在使作为液压缸的斗杆缸18伸长时(斗杆挖掘时),若为了进行高速动作而左操作杆12A的操作量变大,则使斗杆缸18的缸底侧的压力(缸底压力)上升。具体而言,若操作员所要求的斗杆缸18的速度(缸体速度、伸长速度)变快,需要向斗杆缸18的缸底侧油室18C进行大流量的工作油的供给,则控制装置81使供给压力调整装置75的设定压力比通常(操作量小时)高。由此,斗杆缸18的缸底侧油室18C的压力上升提高供给压力调整装置75的设定压力(供给压力)的量。其结果,在需要进行斗杆缸18的高速动作时的大流量的工作油的供给、排出时,也能够抑制缸底侧油室18C的压力过度降低,抑制工作油的体积弹性系数的降低。
由此,能够抑制斗杆缸18的速度变动,即,斗杆缸18的伸长速度在伸长中途降低(在斗杆挖掘的中途斗杆15的速度降低),能够得到良好的操作性。并且,在斗杆缸18的低速动作时的通常时(不需要大流量时、压损小时),不提高供给压力调整装置75的设定压力(即,降低供给压力)。因此,能够抑制供给泵71的消耗动力,减少消耗能量。由此,能够高水平地兼得操作性和节能性。并且,因为能够通过降低供给压力,来降低液压回路20内的最高压力,所以能够提高作为工程机械的液压挖掘机1的耐久性、可靠性。
接下来,图10示出本发明的第二实施方式。第二实施方式的特征在于,成为在使液压缸伸长时,根据操作装置的操作量来增大相对于闭回路泵的排出流量Qc的开回路泵的排出流量Qo的比率Qo/Qc的构成。由此,成为抑制液压缸的速度变动的构成。此外,在第二实施方式中,对与上述的第一实施方式相同的构成要素标注相同的符号,省略其说明。
在第二实施方式中,在控制装置81的存储部储存有在使液压缸17、18、19伸长时,根据操作装置12的操作量来控制闭回路泵31、41、51、61以及开回路泵32、42、52、62,以使液压缸17、18、19的缸底侧的压力上升(增大排出流量的比率Qo/Qc)的处理程序。即,在第二实施方式中,在将开回路泵32、42、52、62的合计流量设为Qoa,将闭回路泵31、41、51、61的合计流量设为Oca,这些排出流量Qoa、Qca的比率设为Qoa/Qca的情况下,控制装置81在使斗杆缸18伸长时,根据左操作杆12A的操作量来增大比率Qoa/Qca。
图10示出进行了斗杆挖掘时的第二实施方式的举动。此外,左操作杆12A的操作量、闭回路泵31、41、51、61的合计流量(合计排出流量)Qcp4、开回路泵32、42、52、62的合计流量(合计排出流量)Qop4与图11的比较例、以及图9的第一实施方式的情况相同。
如图10所示,为了使斗杆缸18伸长,而操作员操作左操作杆12A,若例如在时刻T2其操作量超过预先设定的规定量(例如,图10中的X2),则控制装置81控制闭回路泵31、41、51、61以及开回路泵32、42、52、62,增大相对于闭回路泵31、41、51、61的合计流量Qcp4的开回路泵32、42、52、62的合计流量Qop4的比率Qop4/Qcp4。
这里,在上述的比较例以及第一实施方式中,如以下那样规定闭回路泵31、41、51、61的合计流量Qcp4和开回路泵32、42、52、62的合计流量Qcp4。即,若将斗杆缸18的缸底侧油室18C的面积设为“Aa3”,将活塞杆侧油室18D的面积设为“Aa4”,将其面积比设为“Aa3:Aa4”,则以“Aa3:Aa4=(Qcp4﹢Qop4):Qcp4”的方式决定Qcp4和Qop4,以便能够补偿活塞杆侧油室18D的排出量与缸底侧油室18C的供给量的差。而且,若将闭回路泵31、41、51、61的合计流量Qcp4设为“1”,则开回路泵32、42、52、62的合计流量Qop4为“Qop4=Aa3/Aa4-1”,比率Qop4/Qcp4也为“Qop4/Qcp4=Qop4/1=Qop4=Aa3/Aa4-1”。
与此相对,在第二实施方式中,在时刻T3的杆操作量为X4时,使闭回路泵31、41、51、61的合计流量Qca减少为比Qcp4小的Qcpd,使开回路泵32、42、52、62的合计流量Qoa增加为比Qop4大的Qopu,使比率Qoa/Qca比“Aa3/Aa4-1”。由此,流入斗杆缸18的缸底侧油室18C的工作油的流量倾向剩余。因此,即使在高速驱动时从闭回路泵31、41、51、61的泄漏流量增加,也不需要从供给管路72的工作油的补充、或者能够减少工作油的补充量。其结果,能够抑制缸底侧油室18C的压力过度降低。由此,能够抑制斗杆缸18的速度降低(速度变动),得到操作员想要的速度,能够提高操作性。
第二实施方式如上述那样根据左操作杆12A的操作量来增大闭回路泵31、41、51、61的合计流量Qca和开回路泵32、42、52、62的合计流量Qoa的比率Qca/Qoa。因此,对于其基本作用,与上述的第一实施方式没有特别差异。
尤其根据第二实施方式,控制装置81能够在使斗杆缸18伸长时,使作为液压缸的斗杆缸18的缸底侧油室18C的压力上升增大闭回路泵31、41、51、61的合计流量Qca与开回路泵32、42、52、62的合计流量Qoa的比率Qca/Qoa的量。即,在斗杆缸18的高速动作时,通过使比率Qca/Qoa比“Aa3/Aa4-1”大,能够使对缸底侧油室18C的流量倾向剩余,能够提高缸底侧油室18C的压力。由此,在斗杆缸18的高速动作时,能够抑制缸底侧油室18C的压力过度降低,抑制斗杆缸18的速度变动。其结果,能够得到高操作性。
此外,在第二实施方式中,列举构成为以杆操作量超过规定量(例如,图10中的X2)为条件改变闭回路泵31、41、51、61的合计流量Qca与开回路泵32、42、52、62的合计流量Qoa的比率Qoa/Qca的情况为例来进行了说明。但是,本发明并不局限于此,例如,也可以为与杆操作量成比例地改变比率Qoa/Qca的构成。
在第二实施方式中,列举构成为改变闭回路泵31、41、51、61的合计流量Qca与开回路泵32、42、52、62的合计流量Qoa的比率Qoa/Qca的情况为例来进行了说明。在该情况下,在第二实施方式中,不进行如第一实施方式那样的根据左操作杆12A的操作量来提高供给压力调整装置75的设定压力。因此,在第二实施方式中,也可以不设置如第一实施方式那样的供给压力调整装置75。即,在第二实施方式中,例如,能够代替供给压力调整装置75,而为设置设定压固定式的溢流阀的构成。
另一方面,在供给管路72设置了供给压力调整装置75的构成的情况下,例如,也能够组合进行第一实施方式所进行的控制和第二实施方式所进行的控制。即,控制装置81根据操作装置12的操作,如第一实施方式那样提高供给压力调整装置75的供给压(溢流压),并且也能够如第二实施方式那样,增大闭回路泵31、41、51、61的合计流量Qca与开回路泵32、42、52、62的合计流量Qoa的比率Qoa/Qca。
在第二实施方式中,列举构成为改变闭回路泵31、41、51、61的合计流量Qca与开回路泵32、42、52、62的合计流量Qoa双方的情况为例来进行了说明。但是,本发明并不局限于此,例如,也可以构成为通过改变闭回路泵31、41、51、61的合计流量(合计排出流量)Qca和开回路泵32、42、52、62的合计流量(合计排出流量)Qoa的任意一方的合计流量来改变比率Qoa/Qca。
例如,在通过增加开回路泵32、42、52、62的合计流量Qoa增大比率Qoa/Qca的构成的情况下,能够使作为液压缸的斗杆缸18的缸底侧油室18C的压力上升增加开回路泵32、42、52、62的合计流量Qoa的量。由此,能够在斗杆缸18的高速动作时,抑制缸底侧油室18C的压力过度降低,抑制斗杆缸18的速度变动。并且,在斗杆缸18的低动作时等的通常时(不需要大流量时、压损较小时),能够通过不增加(减少)开回路泵32、42、52、62的合计流量Qoa,来抑制开回路泵32、42、52、62的消耗动力,减少消耗能量。由此,能够高水平地兼得操作性和节能性。
另一方面,在通过减少闭回路泵31、41、51、61的合计流量Qca来增大比率Qoa/Qca的构成的情况下,能够使作为液压缸的斗杆缸18的缸底侧油室18C的压力上升减少闭回路泵31、41、51、61的合计流量Qca的量。由此,能够在斗杆缸18的高速动作时,抑制缸底侧油室18C的压力过度降低,抑制斗杆缸18的速度变动。此时,因为减少闭回路泵31、41、51、61的合计流量Qca,所以能够抑制闭回路泵31、41、51、61的消耗动力,减少消耗能量。由此,能够高水平地兼得操作性和节能性。
在第一实施方式以及第二实施方式中,列举斗杆缸18的动作为例进行了说明。但是,本发明并不局限于此,例如,也可以应用于在空中姿势下负载方向反转的铲斗缸19等斗杆缸18以外的液压缸。
在第一实施方式以及第二实施方式中,列举使三个液压缸(动臂缸17、斗杆缸18、铲斗缸19)和三个液压马达(旋转液压马达6、左、右的行驶液压马达3、4)合计6个液压驱动器动作的液压回路20为例来进行了说明。更具体而言,列举具有三个液压缸17、18、19、四个闭回路泵31、41、51、61、以及四个开回路泵32、42、52、62的构成为例进行了说明。
但是,本发明并不局限于此,也能够应用于利用一个闭回路泵和一个开回路泵使一个液压缸动作的构成。即,液压缸、闭回路泵、开回路泵的个数并不被限定。例如,液压泵的台数既可以是设置多台小容量的液压泵的构成,也可以设置一台大容量的液压泵的构成。即使作为这样的构成,也能够在使液压缸高速地伸长时,抑制伸长速度的变动。
在第一实施方式以及第二实施方式中,列举通过作为原动机的发动机21驱动液压泵31、32、41、42、51、52、61、62、71的构成的情况为例来进行了说明。但是,本发明并不局限于此,例如,也可以为通过电动马达(电动机)驱动液压泵的构成。另外,也可以为通过电动马达与发动机的组合驱动液压泵的构成。
在第一实施方式以及第二实施方式中,列举液压挖掘机1为例作为工程机械来进行了说明。但是,本发明并不局限于此,也能够广泛地应用于包括液压挖掘机、轮式装载机、叉车等的建设机械的各种工业机械,换言之,通过液压缸进行工作的各种工程机械。

Claims (1)

1.一种工程机械,具备:
可自行的履带式的下部行驶体;
可旋转地设置在上述下部行驶体上且与上述下部行驶体一起构成车体的上部旋转体;
可转动地安装于上述上部旋转体的动臂;
可转动地安装于上述动臂的前端侧的斗杆;
可转动地安装于上述斗杆的前端侧的铲斗;
斗杆缸,其被活塞杆的一端被固定的活塞划分成缸底侧油室和活塞杆侧油室,通过基于工作油的供给、排出而伸长、缩小,从而使上述斗杆进行动作;
至少一个闭回路泵,其经由构成闭回路的闭回路管路而连接于该斗杆缸的缸底侧油室以及活塞杆侧油室;
至少一个开回路泵,其经由构成开回路的开回路管路而连接于上述斗杆缸的缸底侧油室;
供给泵,其经由供给管路和单向阀而连接于上述闭回路管路,对上述闭回路管路补充工作油;
操作装置,其操作上述斗杆缸;以及
控制装置,其根据该操作装置的操作来控制上述闭回路泵、开回路泵,
上述工程机械的特征在于,
在使上述斗杆缸伸长的上述操作装置的操作量超过预先设定的规定量而增加时,上述控制装置减少上述闭回路泵的排出流量,增大上述开回路泵的排出流量,以便使上述斗杆缸的缸底侧的压力上升。
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