CN107429714B - 建筑机械的油压驱动系统 - Google Patents

Abstract

泵控制装置如下动作：在操作装置未受到第一操作及第二操作时，将小于所选基准转速的待机转速作为指令转速输出至发动机控制装置，在操作装置受到第一操作时，使指令转速以转速上升率随第一操作的增大而逐渐减小的形式、从待机转速向第一目标转速变化，在操作装置受到第二操作时，使指令转速以转速上升率随第二转速的增大而逐渐增大的形式、从待机转速向第二目标转速变化，并且，以使第一操作的大小及第二操作的大小与泵的吐出流量之间成比例关系的形式、将指令电流输送至向调节泵的倾转角的调节器输出二次压的电磁比例阀。

Description

建筑机械的油压驱动系统

技术领域

本发明涉及建筑机械的油压驱动系统。

背景技术

在如油压挖掘机或油压起重机等建筑机械中，通过油压驱动系统执行各种动作。例如，专利文献1中公开了一种包括向多个执行器供给工作油的第一泵及第二泵、以及驱动这些泵的发动机的油压驱动系统。

第一泵及第二泵为变量泵，这些泵的倾转角由第一调节器及第二调节器调节。从多个电磁比例阀向第一调节器及第二调节器输出二次压，这些电磁比例阀由泵控制装置控制。

驱动第一泵及第二泵的发动机包括燃料喷射装置，该燃料喷射装置由发动机控制装置控制。又，发动机控制装置与受理发动机基准转速选择的转速选择装置（专利文献1中称作“加速器操作输入部位”）连接。

专利文献1中公开的油压驱动系统形成为建筑机械在非作业时及轻活时发动机抑制为低转速，而操作具有操作杆的操作装置时发动机转速上升的结构。操作装置为输出与操作杆的倾倒角（受到操作的大小）对应的先导压的先导操作阀。

具体而言，首先，泵控制装置中，基于所选的基准转速、泵吐出压及操作装置输出的先导压，算出流量控制所需转速NN及发动机所需马力PN。算出的流量控制所需转速NN及发动机所需马力PN，由泵控制装置送至发动机控制装置。发动机控制装置中，根据发动机所需马力PN算出马力依据转速NK，将马力依据转速NK和流量控制所需转速NN中的较大者设定为目标转速。发动机控制装置以使发动机实际转速变为目标转速的形式控制燃料喷射装置。例如，操作装置未受操作时流量控制所需转速NN为0，因此基于马力依据转速NK控制燃料喷射装置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11-2144号公报。

发明内容

发明要解决的问题：

然而，算出泵控制装置和发动机控制装置双方的转速，并将其进行比较的上述这般处理较为复杂。所以，期望由泵控制装置向发动机控制装置输出指令转速。

又，专利文献1所公开的油压驱动系统中，一个操作装置仅设置一个压力计，因此各个操作装置在受到第一操作和受到第二操作时，由操作装置输出的先导压和发动机转速之间的关系相同。然而，例如，油压挖掘机中，使动臂缸向连杆（rod）伸出方向动作时的负荷远大于向连杆收回方向动作时的负荷。上述由动作方向产生的负荷差异在斗杆缸及铲斗缸中也同样。而且，负荷存在差异而第一操作及第二操作的大小和发动机转速之间的关系却相同的话，会产生因发动机转矩不足、或发动机转矩过剩造成发动机转速上升至所需以上这样的问题。

所以，本发明的目的在于提供一种能由泵控制装置向发动机控制装置输出指令转速，且能根据由执行器动作方向引起的负荷差异来适度改变发动机转速的建筑机械的油压驱动系统。

解决问题的手段：

为解决所述问题，本发明的建筑机械的油压驱动系统的特征在于，具备：接收使执行器向第一方向动作的第一操作、并接收使所述执行器向比所述第一方向负荷小的第二方向动作的第二操作的操作装置；向所述执行器供给工作油、且由发动机驱动的可变容量型的泵；输出与指令电流对应的二次压的电磁比例阀；根据所述电磁比例阀输出的二次压调节所述泵的倾转角的调节器；控制所述发动机的燃料喷射装置的发动机控制装置；受理所述发动机的基准转速选择的转速选择装置；以及向所述发动机控制装置输出指令转速并向所述电磁比例阀输送所述指令电流的泵控制装置；所述泵控制装置如下动作：在所述操作装置未受到第一操作及第二操作时，将小于所选基准转速的待机转速作为指令转速输出，在所述操作装置受到第一操作时，使指令转速以转速上升率随第一操作的增大而逐渐减小的形式、从待机转速向所选基准转速以下的第一目标转速变化，在所述操作装置受到第二操作时，使指令转速以转速上升率随第二转速的增大而逐渐增大的形式、从待机转速向所选基准转速以下的第二目标转速变化，并且，以使第一操作的大小及第二操作的大小与所述泵的吐出流量之间成比例关系的形式、向所述电磁比例阀输送指令电流。

根据上述结构，从泵控制装置向发动机控制装置输出指令转速。又，执行器向负荷较大的第一方向动作时，指令转速紧随第一操作而立即上升，因而防止了发动机转矩相对于泵吸收转矩不足的状况。另一方面，执行器向负荷较小的第二方向动作时，指令转速相对于第二操作缓慢上升，因而防止了发动机转矩相对于泵吸收转矩过剩的情况。因此，能根据由执行器动作方向引起的负荷差异来适度改变发动机转速。

例如，所述执行器可以是动臂缸、斗杆缸及铲斗缸中至少一个。

所述第二目标转速小于所述第一目标转速亦可。根据该结构，可使指令转速的大小关系与负荷的大小关系相匹配。

还可以是所述泵控制装置以使第一操作为最大时所述泵的倾转角和第二操作为最大时所述泵的倾转角达到相同的最大值的形式、向所述电磁比例阀输送指令电流。根据该结构，能通过第一操作为最大时和第二操作为最大时这两者使泵容量达到最大。

发明效果：

根据本发明，可由泵控制装置向发动机控制装置输出指令转速，并且，能根据由执行器动作方向引起的负荷差异来适度改变发动机转速。

附图说明

图1是根据本发明的一种实施形态的油压驱动系统的概略结构图；

图2是作为建筑机械的一个示例的油压挖掘机的侧视图；

图3是调节器的概略结构图；

图4是示出发动机转速和发动机转矩之间的关系的图表；

图5中的图5A是限定第一及第二操作的大小与泵吐出流量之间的关系的吐出流量映射图，图5B是限定第一及第二操作的大小与指令转速之间的关系的转速映射图，图5C是示出第一及第二操作的大小与泵容量之间的关系的图表。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的一种实施形态的建筑机械的油压驱动系统1，图2示出了装载有该油压驱动系统1的建筑机械10。图2所示的建筑机械10是油压挖掘机，但本发明亦可适用油压起重机等其他建筑机械。

油压驱动系统1包括图2所示的动臂缸11、斗杆缸12及铲斗缸13以作为油压执行器，还包括未图示的旋转马达及左右一对的行驶马达。又，油压驱动系统1如图1所示，包括向这些执行器供给工作油的第一主泵14及第二主泵16、和驱动第一主泵14及第二主泵16的发动机21。另，图1中，为了图面简洁，省略了除动臂缸11及斗杆缸12以外的执行器。

第一循环管路（line）41从第一主泵14延伸至油箱。第一循环管路41上配置有包括动臂控制阀44及铲斗控制阀的多个控制阀（动臂控制阀44以外均未示出）。动臂控制阀44控制向动臂缸11的工作油的供给及排出，其他控制阀也控制向各个执行器的工作油的供给及排出。从第一循环管路41分叉出平行管路42，通过该平行管路42向第一循环管路41上所有的控制阀导入从第一主泵14吐出的工作油。

同样地，第二循环管路51从第二主泵16延伸至油箱。第二循环管路51上配置有包括斗杆控制阀54及旋转马达的多个控制阀（斗杆控制阀54以外均未示出）。斗杆控制阀54控制向斗杆缸12的工作油的供给及排出，其他控制阀也控制向各个执行器的工作油的供给及排出。从第二循环管路51分叉出平行管路52，通过该平行管路52向第二循环管路51上所有的控制阀导入从第二主泵16吐出的工作油。

动臂控制阀44通过一对给排管路与动臂缸11连接。又，动臂控制阀44与油箱管路43连接。动臂控制阀44具有一对先导端口，这些先导端口通过一对先导管路46、47与作为先导操作阀的动臂操作装置45连接。

动臂操作装置45具有接收使动臂缸11向动臂上扬方向（第一方向）动作的动臂上扬操作（第一操作）、和使动臂缸11向动臂下降方向（第二方向）动作的动臂下降操作（第二操作）的操作杆。当然，动臂上扬方向的负荷大于动臂下降方向的负荷。动臂操作装置45将与操作杆的倾倒角（动臂上扬操作及动臂下降操作的大小）对应的先导压向动臂控制阀44输出。先导管路46、47上设置有检测由动臂操作装置45输出的先导压（换言之，动臂上扬操作及动臂下降操作的大小）的压力计48、49。

斗杆控制阀54通过一对给排管路与斗杆缸12连接。又，斗杆控制阀54与油箱管路53连接。斗杆控制阀54具有一对先导端口，这些先导端口通过一对先导管路56、57与作为先导操作阀的斗杆操作装置55连接。

斗杆操作装置55具有接收使斗杆缸12向斗杆伸出方向（第一方向）动作的斗杆伸出操作（第一操作）、和使斗杆缸12向斗杆收回方向（第二方向）动作的斗杆收回操作（第二操作）的操作杆。在作为挖掘机的主要作业的挖掘作业及放土作业中，作为挖掘作业的负荷的斗杆伸出方向的负荷大于作为放土作业的负荷的斗杆收回方向的负荷。斗杆操作装置55将与操作杆的倾倒角（斗杆伸出操作及斗杆收回操作的大小）对应的先导压向斗杆控制阀54输出。先导管路56、57上设置有检测由斗杆操作装置55输出的先导压（换言之，斗杆伸出操作及斗杆收回操作的大小）的压力计58、59。

虽省略了图示，但铲斗控制阀及旋转控制阀等其他控制阀的结构，均与上述动臂控制阀44及斗杆控制阀54结构相同。此外关于铲斗缸13，向铲斗翻入方向（第一方向）动作时的负荷大于向铲斗翻出方向（第二方向）动作时的负荷，第一操作为铲斗翻入操作，第二操作为铲斗翻出操作。

第一主泵14及第二主泵16分别为倾转角可变的可变容量型的泵（斜板泵或斜轴泵）。第一主泵14的倾转角由第一调节器15调节，第二主泵16的倾转角由第二调节器17调节。第一主泵14的吐出流量及第二主泵16的吐出流量以电气正控制方式进行控制。

具体而言，第一调节器15通过二次压管路62与第一电磁比例阀61连接，第二调节器17通过二次压管路64与第二电磁比例阀63连接。第一电磁比例阀61及第二电磁比例阀63通过一次压管路65与副泵18连接。副泵18由上述发动机21驱动。

第一调节器15根据由第一电磁比例阀61输出的二次压调节第一主泵14的倾转角，第二调节器17根据由第二电磁比例阀63输出的二次压调节第二主泵16的倾转角。第一电磁比例阀61及第二电磁比例阀63输出与指令电流对应的二次压。本实施形态中，第一电磁比例阀61及第二电磁比例阀63为指令电流增加时二次压也增加的正比例型（常闭型normalclose）。从泵控制装置31向第一电磁比例阀61及第二电磁比例阀63输送指令电流。

第一调节器15及第二调节器17分别为：由电磁比例阀（61或63）输出的二次压越高则使主泵（14或16）的倾转角越大，由电磁比例阀输出的二次压越低则使主泵的倾转角越小。主泵的倾转角变大时，泵容量增加吐出流量增加，主泵的倾转角变小时，泵容量减少吐出流量减少。

更详尽地解释，第一调节器15及第二调节器17具有图3所示的彼此相同的结构。因此，以下以第一调节器15的结构为代表进行説明。

第一调节器15包括改变第一主泵14的倾转角的伺服活塞（servo piston）92和操作伺服活塞92的切换阀94。例如，第一主泵14为斜板泵时，伺服活塞92与第一主泵14的斜板91以该伺服活塞92可沿轴向滑动的形式连接。伺服活塞92的小径侧上作用有第一主泵14的吐出压，伺服活塞92的大径侧上作用有切换阀94输出的控制压。切换阀94具有：通过杆93与伺服活塞92以可沿该伺服活塞92的轴向滑动的形式连接的的套筒（sleeve）96，以及容纳在套筒96内的阀芯（spool）95。调节套筒96相对阀芯95的相对位置以平衡从伺服活塞92两侧作用的力（压强×伺服活塞受压面积）。

切换阀94的阀芯95由活塞97驱动。活塞97接收从第一电磁比例阀61输出的二次压，在二次压上升时使阀芯95向流量增加方向（第一主泵14的吐出流量增加的方向）移动，在二次压下降时使阀芯95向流量减少方向（第一主泵14的吐出流量减少的方向）移动。

回到图1，驱动泵14、16、18的发动机21包括燃料喷射装置22。又，发动机21上设置有检测转速的转速计23。燃料喷射装置22由发动机控制装置32控制。又，发动机控制装置32与受理由操作者对发动机21基准转速D的选择的转速选择装置33连接。图4举例示出了基准转速D为D1～D5的5种情况。图4中的实线EL表示发动机最大转矩线。

从上述泵控制装置31向发动机控制装置32输出指令转速。作为油压缸的动臂缸11、斗杆缸12及铲斗缸13，根据动作方向而负荷不同，因此本实施形态中，执行使发动机转速适当变化的如下控制。

具体而言，泵控制装置31内，分别针对动臂缸11、斗杆缸12及铲斗缸13而预先储存有图5A所示的吐出流量映射图和图5B所示的转速映射图中。另，吐出流量映射图及转速映射图根据每种缸都具有不同的特性。如上所述，关于动臂缸11，动臂上扬操作为第一操作，动臂下降操作为第二操作，关于斗杆缸12，斗杆伸出操作为第一操作，斗杆收回操作为第二操作，关于铲斗缸13，铲斗翻入操作为第一操作，铲斗翻出操作为第二操作。

如图5A所示，相关各缸的吐出流量映射图中如下规定：泵吐出流量Q和第一操作的大小及第二操作的大小成比例关系，换言之，泵吐出流量Q随着第一操作及第二操作的增大而线性增加。不过，第一操作时的泵吐出流量Q大于第二操作时的泵吐出流量Q。

又，如图5B所示，相关各缸的转速映射图中如下设定为凸状曲线：各操作装置受到第一操作时，使指令转速从待机转速N0以指令转速的上升率随第一操作的增大而逐渐变小的形式变至第一目标转速N1。又，所述转速映射图中如下设定凹状曲线：各操作装置受到第二操作时，使指令转速从待机转速N0以指令转速的上升率随第二操作的增大而逐渐变大的形式变至第二目标转速N2。待机转速N0比转速选择装置33所选的基准转速D小，第一目标转速N1及第二目标转速N2为所选的基准转速D以下。

例如，待机转速N0可通过所选基准转速D乘以小于1的系数（例如0.8～0.9）而算出。或者，待机转速N0还可以通过所选基准转速D减去既定转速（例如100～300rpm）而算出。

泵吐出流量Q为泵容量q和发动机转速N的乘积（Q=q×N）。因此，泵控制装置31根据图5A所示吐出流量映射图及图5B所示转速映射图，算出与第一操作及第二操作的大小相对应的泵容量q。如图5C所示，泵容量q与图5B所示的指令转速相反，第一操作时呈凹状曲线，第二操作时呈凸状曲线。此外，泵控制装置31算出能得到达成该泵容量q的主泵（14或16）倾转角的指令电流，将算出的指令电流输送至电磁比例阀（61或63）。

第一目标转速N1可以小于所选基准转速D，但最好是等于基准转速D。因而使高负荷时的最大发动机转速与基准转速D一致。又，第二目标转速N2可以等于基准转速D，但最好是小于第一目标转速N1。因而能使指令转速的大小关系与负荷的大小关系相一致。

又，较佳地，泵控制装置31以使第一操作为最大时的主泵（14或16）的倾转角和第二操作为最大时的主泵的倾转角达到相同的最大值的形式、向电磁比例阀（61或63）输送指令电流。因而可通过第一操作为最大时和第二操作为最大时这两者使泵容量q达到最大。

泵控制装置31在动臂操作装置45、斗杆操作装置55及铲斗操作装置（未示出）中任一个均未受到第一操作及第二操作时，将待机转速N0作为指令转速向发动机控制装置32输出。当然，即使在动臂操作装置45、斗杆操作装置55及铲斗操作装置（未示出）中任一个均未受到第一操作及第二操作时，而在省略图示的旋转操作装置、行驶右操作装置及行驶左操作装置中任一个被操作时，泵控制装置31向发动机控制装置32输出与负荷对应的指令转速。以下详细说明操作动臂操作装置45时和操作斗杆操作装置55时的控制。

（操作动臂操作装置时）

动臂操作装置45受到动臂上扬操作（第一操作）时，泵控制装置31使向发动机控制装置32输出的指令转速沿图5B所示的凸状曲线推移而变化。发动机控制装置32以使由转速计23测得的实际发动机转速成为指令转速的形式控制燃料喷射装置22。又，泵控制装置31以使第一主泵14的泵容量q（倾转角）沿图5C所示的凹状曲线推移的形式、向第一电磁比例阀61输送指令电流。藉此，发动机转矩如图4中实线所示变化。

另一方面，动臂操作装置45受到动臂下降操作（第二操作）时，泵控制装置31使向发动机控制装置32输出的指令转速沿图5B所示的凹状曲线推移而变化。发动机控制装置32以使由转速计23测得的实际发动机转速称为指令转速的形式控制燃料喷射装置22。又，泵控制装置31以使第一主泵14的泵容量q（倾转角）沿图5C所示的凸状曲线推移的形式、向第一电磁比例阀61输送指令电流。藉此，发动机转矩如图4中虚线所示变化。

另，省略图示的铲斗操作装置受到铲斗翻入操作（第一操作）及铲斗翻出操作（第二操作）时，执行与操作动臂操作装置时相同的控制。

（操作斗杆操作装置时）

斗杆操作装置55受到斗杆伸出操作（第一操作）时，泵控制装置31使向发动机控制装置32输出的指令转速沿图5B所示的凸状曲线推移而变化。发动机控制装置32以使由转速计23测得的实际发动机转速成为指令转速的形式控制燃料喷射装置22。又，泵控制装置31以使第二主泵16的泵容量q（倾转角）沿图5C所示的凹状曲线推移的形式、向第二电磁比例阀63输送指令电流。藉此，发动机转矩如图4中实线所示变化。另，如前所述，用于斗杆缸12的吐出流量映射图及转速映射图具有与用于动臂缸11的吐出流量映射图及转速映射图不同的特性。

另一方面，斗杆操作装置55受到斗杆收回操作（第二操作）时，泵控制装置31使向发动机控制装置32输出的指令转速沿图5B所示的凹状曲线推移而变化。发动机控制装置32以使由转速计23测得的实际发动机转速成为指令转速的形式控制燃料喷射装置22。又，泵控制装置31以使第二主泵16的泵容量q（倾转角）沿图5C所示的凸状曲线推移的形式、向第二电磁比例阀63输送指令电流。藉此，发动机转矩如图4中虚线所示变化。

另，多个操作装置同时操作时，第一主泵14及第二主泵16分别可执行与负荷最大的执行器对应的控制，亦可执行与负荷的总和对应的控制。

如上所述，在本实施形态的油压驱动系统1中，由泵控制装置31向发动机控制装置32输出指令转速。又，动臂缸11、斗杆缸12及铲斗缸13中任一个向负荷较大的第一方向动作时，指令转速紧随第一操作立即上升，因而防止了发动机转矩相对泵吸收转矩不足的状况。另一方面，动臂缸11、斗杆缸12及铲斗缸13中任一个向负荷较小的第二方向动作时，指令转速相对第二操作缓慢上升，因而防止了发动机转矩相对泵吸收转矩过剩的情况，并且第一主泵14或第二主泵16的泵容量q立即增加从而能以泵效率较高的状态使用。因此，可以根据由执行器的动作方向引起的负荷差异来适度改变发动机转速。

＜变形例＞

本发明并不只限定为上面所述的实施形态，在不偏离本发明要旨的范围内可有多种变形。

例如，还可以是第一及第二电磁比例阀61、63为指令电流增加时二次压减少的逆比例型（常开型normal open），并且，第一调节器及第二调节器15、17随着电磁比例阀61、63输出的二次压减少而使第一及第二主泵14、16的倾转角增大（泵容量增加）。

又，也可以是所述实施形态中，动臂操作装置45及斗杆操作装置55为先导操作阀，但动臂操作装置45及斗杆操作装置55为将与操作杆的倾倒角对应的操作信号作为电气信号输出的电气操纵杆（joystick）。此时，动臂控制阀44及斗杆控制阀54各自的一对先导端口通过先导管路（46、47或56、57）与一对电磁比例阀连接亦可。

又，并非一定要设置有第二主泵16，由第一主泵14向所有的执行器供给工作油亦可。

又，本发明的执行器无需分别是动臂缸11、斗杆缸12及铲斗缸13，是动臂缸11、斗杆缸12及铲斗缸13中至少一个亦可。或者，根据建筑机械，本发明的执行器不是油压缸，而是向一个方向动作时和向另一方向动作时负荷有差异的油压马达亦可。

符号说明：

1 油压驱动系统

10 建筑机械

11 动臂缸（执行器）

12 斗杆缸（执行器）

13 铲斗缸（执行器）

14、16 主泵

15、17 调节器

21 发动机

22 燃料喷射装置

31 泵控制装置

32 发动机控制装置

33 转速选择装置

45、55 操作装置

61、63 电磁比例阀。

Claims (4)

1.一种建筑机械的油压驱动系统，具备：

接收使执行器向第一方向动作的第一操作、并接收使所述执行器向比所述第一方向负荷小的第二方向动作的第二操作的操作装置；

向所述执行器供给工作油、且由发动机驱动的可变容量型的泵；

输出与指令电流对应的二次压的电磁比例阀；

根据所述电磁比例阀输出的二次压调节所述泵的倾转角的调节器；

控制所述发动机的燃料喷射装置的发动机控制装置；

受理所述发动机的基准转速选择的转速选择装置；以及

向所述发动机控制装置输出指令转速并向所述电磁比例阀输送所述指令电流的泵控制装置；

所述泵控制装置如下动作：

在所述操作装置未受到第一操作及第二操作时，将小于所选基准转速的待机转速作为指令转速输出，在所述操作装置受到第一操作时，使指令转速以转速上升率随第一操作的增大而逐渐减小的形式、从待机转速向所选基准转速以下的第一目标转速变化，在所述操作装置受到第二操作时，使指令转速以转速上升率随第二操作的增大而逐渐增大的形式、从待机转速向所选基准转速以下的第二目标转速变化，并且，以使第一操作的大小及第二操作的大小与所述泵的吐出流量之间成比例关系的形式、向所述电磁比例阀输送指令电流。

2.根据权利要求1所述的建筑机械的油压驱动系统，其特征在于，所述执行器是动臂缸、斗杆缸及铲斗缸中至少一个。

3.根据权利要求1或2所述的建筑机械的油压驱动系统，其特征在于，所述第二目标转速小于所述第一目标转速。

4.根据权利要求3所述的建筑机械的油压驱动系统，其特征在于，所述泵控制装置以使第一操作为最大时所述泵的倾转角和第二操作为最大时所述泵的倾转角达到相同的最大值的形式、向所述电磁比例阀输送指令电流。