CN108105182A - 油压驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种能够简化调节器的结构并执行流量控制与马力控制两者的油压驱动系统。油压驱动系统具备：吐出与倾转角对应的流量的工作油的泵；配置于从泵延伸至油箱的中心旁通管路上的至少一个控制阀；调节泵的倾转角、且包括有伺服活塞、阀芯以及共同活塞的调节器；输出与指令电流对应的二次压的电磁比例阀；选择负控制压与从电磁比例阀输出的二次压之中较高的一方作为信号压供给至共同活塞的高压选择阀；检测泵的吐出压的压力传感器；以及预先储存有马力控制特性线、根据由压力传感器检测出的泵的吐出压，以使泵吐出由马力控制特性线规定的吐出流量的工作油的形式将指令电流输送至电磁比例阀的控制装置。

Description

油压驱动系统

技术领域

本发明涉及装载于例如建筑机械等的油压驱动系统。

背景技术

工业机械或建筑机械等所使用的油压驱动系统中，工作油从泵供给至多个油压执行器。具体而言，中心旁通管路从泵延伸至油箱，该中心旁通管路上配置有多个控制阀。各控制阀控制与对应的执行器相对的工作油的供给及排出。

一般而言，上述泵为吐出与倾转角对应的流量的工作油的可变容量型的泵，泵的倾转角由调节器调节。作为调节器，有执行根据执行器的动作速度改变泵的吐出流量的流量控制、和以使泵的负荷不超过驱动该泵的发动机的输出的形式限制泵的吐出流量的马力控制的调节器。

例如，专利文献1中记载了以负控制方式控制泵的吐出流量的调节器，和包括流量控制活塞以及马力控制活塞的调节器。流量控制活塞以及马力控制活塞用于驱动调节伺服活塞用的控制压的阀芯（spool），并形成为其中的泵的吐出流量变小的一方优先运作的结构。

更详尽地，流量控制活塞在作为位于中心旁通管路上的最下游侧的控制阀与节流器之间的压力的负控制压越高时，越使阀芯向着流量减少方向移动。马力控制活塞在泵的吐出压越高时越使阀芯向着流量减少方向移动。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5965502号公报。

发明内容

发明要解决的问题：

然而，如上所述的调节器中，作为阀芯的驱动手段需要有流量控制活塞以及马力控制活塞这两个活塞，结构较为复杂。

因此，本发明的目的在于提供一种能够简化调节器的结构并执行流量控制与马力控制两者的油压驱动系统。

解决问题的手段：

为了解决所述问题，本发明的油压驱动系统的特征在于，具备：吐出与倾转角对应的流量的工作油的可变容量型的泵；配置于从所述泵延伸至油箱的中心旁通管路上、且控制向执行器的工作油的供给及排出的至少一个控制阀；用于操作所述至少一个控制阀、且包括有操作杆的操作装置；调节所述泵的倾转角、且包括如下结构的调节器：具有露出于导入有所述泵的吐出压的第一受压室的第一端部以及露出于第二受压室的直径大于所述第一端部的第二端部的伺服活塞、向着使导入至所述第二受压室的控制压上升的流量减少方向以及使所述控制压降低的流量增加方向移动的阀芯、以及信号压越高越使所述阀芯向着所述流量减少方向移动的共同活塞；输出与指令电流对应的二次压、且在指令电流增加时二次压也增加的正比例型的电磁比例阀；选择所述中心旁通管路上所述至少一个控制阀的最下游侧的压力即负控制压与从所述电磁比例阀输出的二次压之中较高的一方作为所述信号压供给至所述共同活塞的高压选择阀；检测所述泵的吐出压的压力传感器；以及预先储存有所述泵的吐出压与吐出流量的关系线即马力控制特性线、且根据由所述压力传感器检测出的所述泵的吐出压，以使所述泵吐出由所述马力控制特性线规定的吐出流量的工作油的形式将指令电流输送至所述电磁比例阀的控制装置。

根据上述结构，可以在负控制压高于电磁比例阀输出的二次压时通过将负控制压作为共同活塞的信号压进行流量控制，可以在电磁比例阀输出的二次压高于负控制压时通过将电磁比例阀输出的二次压作为共同活塞的信号压进行马力控制。而且，调节器包括作为阀芯的驱动手段的一个共同活塞，因此可以简化调节器的结构。此外，若控制装置储存有多条马力控制特性线并根据状況选取其中之一，则能够使马力控制可变。

还可以是所述调节器包括藉由信号压管路连接所述高压选择阀、且使所述信号压作用于所述共同活塞的第一动作室，以及藉由失效安全管路连接所述中心旁通管路、且使所述泵的吐出压作用于所述共同活塞的第二动作室，上述油压驱动系统还具备设置于所述失效安全管路上、且在从所述电磁比例阀输出的二次压低于设定压时打开所述失效安全管路并将所述泵的吐出压导至所述第二动作室、在从所述电磁比例阀输出的二次压高于所述设定压时阻断所述失效安全管路并使所述第二动作室连通油箱的切换阀。根据该结构，在电磁比例阀正常工作的正常情况下时，失效安全管路被阻断且第二动作室与油箱连通，因此可以如上所述地执行流量控制与马力控制两者。另一方面，因电气系统的中断、电磁比例阀的故障而电磁比例阀的二次压持续低于设定压的不良状况发生时，可将负控制压与泵的吐出圧相加以作为共同活塞的信号压。藉此，在发生不良状况时，在执行流量控制的同时，可以在泵的基于吐出压与吐出流量的状态超过按每个操作装置的操作量预先设定的马力控制特性线时限制泵的吐出流量。因此，可以切实地防止由过载导致发动机停止。

或者，还可以是所述调节器包括藉由信号压管路连接所述高压选择阀且使所述信号压作用于所述共同活塞的动作室，所述信号压管路上设置有允许从所述高压选择阀向着所述动作室的流动而禁止其反向的流动的逆止阀，上述油压驱动系统还具备：在所述至少一个控制阀的最上游侧从所述中心旁通管路分叉并连接油箱，且设置有一对节流器的失效安全管路；在所述一对节流器的上游侧设置于所述失效安全管路且在从所述电磁比例阀输出的二次压低于设定压时打开所述失效安全管路、在从所述电磁比例阀输出的二次压高于所述设定压时阻断所述失效安全管路的切换阀；以及将所述信号压管路中所述动作室和所述逆止阀之间的部分与所述失效安全管路中所述一对节流器之间的部分进行连接，且设置有允许从所述失效安全管路向着所述信号压管路流动而禁止其反向流动的逆止阀的中继管路。根据该结构，在电磁比例阀正常工作时，失效安全管路被阻断，因此可以如上所述地执行流量控制与马力控制两者。另一方面，因电气系统的中断、电磁比例阀的故障而发生电磁比例阀的二次压持续低于设定压的不良状况时，共同活塞的信号压取负控制压与失效安全管路上的一对节流器之间的压力中的较高一方。藉此，在发生不良状况时，在执行流量控制的同时，可以在泵的基于吐出压与吐出流量的状态超过预先设定的马力控制特性线时限制泵的吐出流量。因此，可以切实地防止由过载导致发动机停止。

发明效果：

根据本发明，能够简化调节器的结构并执行流量控制与马力控制两者。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施形态的油压驱动系统的概略结构图；

图2是示出送至共同活塞的信号压为负控制压时负控制压与泵吐出流量之间关系的图表；

图3中的（a）是示出马力控制特性曲线的图表，（b）是示出送至共同活塞的信号压为电磁比例阀的二次压时送至电磁比例阀的指令电流与泵吐出流量之间关系的图表；

图4是根据本发明的第二实施形态的油压驱动系统的概略结构图；

图5是根据本发明的第三实施形态的油压驱动系统的概略结构图；

符号说明：

1A～1C 油压驱动系统；

12 主泵；

14 中心旁通管路；

2 调节器；

21 伺服活塞；

24 阀芯；

26 共同活塞；

2a 第一受压室；

2b 第二受压室；

2c 动作室；

2d 第一动作室；

2e 第二动作室；

31 控制阀；

41 高压选择阀；

42 信号压管路；

45 逆止阀；

51 电磁比例阀；

6 控制装置；

61 压力传感器；

71 失效安全管路（fail-safe line）；

72 切换阀；

81 失效安全管路（fail-safe line）；

82、83 节流器；

84 切换阀；

86 中继管路；

87 逆止阀。

具体实施方式

（第一实施形态）

图1示出了根据本发明的第一实施形态的油压驱动系统1A。该油压驱动系统1A装载于例如油压挖掘机或油压起重机等建筑机械或是工业机械等。另，建筑机械可以是自行式，也可以装载于疏浚船等船体，还可以作为固定式的装载机或卸载机设置于港湾。

具体而言，油压驱动系统1A包括吐出与倾转角对应的流量的工作油的可变容量型的主泵12，以及调节主泵12的倾转角的调节器2。主泵12由发动机11驱动。又，发动机11也驱动副泵13。不过，主泵12以及副泵13也可以由电动机驱动。

从主泵12有中心旁通管路14延伸至油箱，该中心旁通管路14上配置有至少一个控制阀31。又，中心旁通管路14上在至少一个控制阀31的最下游侧设置有节流器15。此外，中心旁通管路14上以旁通节流器15的形式连接有节流器旁通管路，该节流器旁通管路上设置有泄压阀（relief valve）16。

控制阀31控制向油压执行器32的工作油的供给及排出。油压执行器32可以是油压缸，也可以是油压马达。油压执行器32以及控制阀31的组合的数量可以是一个也可以是多个。

例如，油压驱动系统1A装载于自行式油压挖掘机时，动臂缸、斗杆缸、铲斗缸、旋转马达以及行驶马达是油压执行器32。此时，设置两台主泵12亦可。

控制阀31由包括有操作杆的操作装置33操作。本实施形态中，操作装置33为输出与操作杆的倾倒角对应的先导压的先导操作阀，并通过一对先导管路与控制阀31的先导端口连接。不过，也可以是操作装置33为输出与操作杆的倾倒角对应的电气信号的电气操纵杆，并由一对电磁比例阀与控制阀31的先导端口连接。

本实施形态中，主泵12为由斜板12a的角度规定倾转角的斜板泵。不过，主泵12为由驱动轴与缸体的倾角规定倾转角的斜轴泵亦可。

调节器2包括改变主泵12的倾转角的伺服活塞21、以及用于驱动伺服活塞21的调节阀23。调节器2形成有导入有主泵12的吐出压Pd的第一受压室2a、以及导入控制压Pc的第二受压室2b。伺服活塞21具有第一端部、以及直径大于第一端部的第二端部。第一端部露出于第一受压室2a，第二端部露出于第二受压室2b。

调节阀23用于调节导入第二受压室2b的控制压Pc。具体而言，调节阀23包括向着使控制压Pc上升的流量减少方向（图1中向左）以及使控制压Pc降低的流量增加方向（图1中向右）移动的阀芯24、和容纳阀芯24的套筒25。

伺服活塞21以可沿该伺服活塞21的轴方向移动的形式与主泵12的斜板12a连接。套筒25以可沿伺服活塞21的轴方向移动的形式藉由反馈杆22与伺服活塞21连接。套筒25上形成有泵端口、油箱端口以及输出端口（输出端口与第二受压室2b连通），根据套筒25与阀芯24相对位置，输出端口或与泵端口以及油箱端口相遮断，或与泵端口以及油箱端口中的一方连通。而且，若阀芯24藉由后述的共同活塞26向着流量减少方向或流量增加方向移动，则以使伺服活塞21的两侧的作用力（压强×伺服活塞受压面积）相平衡的形式决定阀芯24与套筒25的相对位置并调节控制压Pc。

又，调节器2包括用于驱动阀芯24的共同活塞26、配置于共同活塞26的相反侧并夹持阀芯24的弹簧27。共同活塞26使用于流量控制与马力控制两者。阀芯24受到共同活塞26的推压向着流量减少方向移动，藉由弹簧27的施力向着流量增加方向移动。

此外，调节器2形成有使信号压Pp作用于共同活塞26的动作室2c。即，共同活塞26在信号压Pp越高时越使阀芯24向着流量减少方向移动。

动作室2c藉由信号压管路42连接高压选择阀41。本实施形态中，高压选择阀41配置于调节器2的外部，但也可以是将高压选择阀41编入调节器2。此时，将后述的电磁比例阀51也编入调节器2亦可。或者，也可以是不将高压选择阀41编入调节器2，而仅将电磁比例阀51编入调节器2。

高压选择阀41藉由流量控制管路43与在中心旁通管路14上的至少一个控制阀31中位于最下游侧的控制阀31和节流器15之间的部分相连接，且藉由马力控制管路44连接电磁比例阀51。电磁比例阀51藉由一次压管路52连接上述的副泵13。从一次压管路52分叉出的泄压管路连接油箱，该泄压管路上设置有泄压阀53。

电磁比例阀51由控制装置6控制。即，向电磁比例阀51输送来自控制装置6的指令电流I，电磁比例阀51输出与指令电流I对应的二次压Ps。电磁比例阀51为指令电流I增加时二次压Ps也增加的正比例型（常闭型）。

高压选择阀41从电磁比例阀51输出的二次压Ps、以及在中心旁通管路14上的至少一个控制阀31中位于最下游侧的控制阀31与节流器15之间的压力（至少一个控制阀31的最下游侧的压力）即负控制压Pn之中选择较高的一方。将由高压选择阀41选出的压力（Ps或Pn）作为信号压Pp通过信号压管路42供给至共同活塞26。

信号压Pp为负控制压Pn时，主泵12的吐出流量Q如图2所示随着负控制压Pn增大而减小。另一方面，信号压Pp为电磁比例阀51的二次压时，如上所述电磁比例阀51为正比例型，因此主泵12的吐出流量Q如图3（b）所示随着指令电流I增大而减小。即，指令电流I在第二指令电流I2以上时吐出流量Q为最小，指令电流I在第一指令电流I1以下时吐出流量Q为最大。

此外，中心旁通管路14上设置有检测主泵12的吐出压Pd的压力传感器61。压力传感器61与控制装置6以电气方式连接。不过，图1中为了图面简洁仅画出了一部分的信号线。

例如，控制装置6具有ROM、RAM等存储器和CPU，藉由CPU执行储存于ROM内的程序。控制装置6内预先储存有如图3（a）所示的马力控制特性线。马力控制特性线为主泵12的吐出压Pd与吐出流量Q之间的关系线。马力控制特性线基于发动机11的输出进行决定，或是为了提高燃油效率以低于发动机11的输出的形式进行设定。控制装置6如图3（a）以及（b）所示根据由压力传感器61检测出的主泵12的吐出压Pdx，以使主泵12吐出由马力控制特性线规定的吐出流量Qx的工作油的形式向电磁比例阀51输送指令电流Ix。

如以上说明，本实施形态的油压驱动系统1A可以在负控制压Pn高于电磁比例阀51输出的二次压Ps时通过将负控制压Pn作为共同活塞26的信号压Pp进行流量控制，可以在电磁比例阀51输出的二次压Ps高于负控制压Pn时通过将电磁比例阀51输出的二次压Ps作为共同活塞26的信号压Pp进行马力控制。而且，调节器2包括作为阀芯24的驱动手段的一个共同活塞26，因此可以简化调节器2的结构。此外，若控制装置6内储存有多条马力控制特性线并根据状況选取其中之一，则能够使马力控制可变。

（第二实施形态）

图4示出了根据本发明的第二实施形态的油压驱动系统1B。另，在本实施形态以及后述的第三实施形态中，对与第一实施形态相同的结构要素标以相同的符号，并省略重复的说明。

本实施形态中，调节器2形成有作为共同活塞26用的动作室的第一动作室2d与第二动作室2e。第一动作室2d与第一实施形态中的动作室2c同样地藉由信号压管路42连接高压选择阀41。即，第一动作室2d为使信号压Pp作用于共同活塞26的动作室。另一方面，第二动作室2e藉由失效安全管路71连接中心旁通管路14。第二动作室2e为使主泵12的吐出压Pd作用于共同活塞26的动作室。即，失效安全管路71在至少一个控制阀31的最上游侧从中心旁通管路14分叉并连接第二动作室2e。

失效安全管路71上设置有切换阀72。切换阀72藉由油箱管路74连接油箱。

切换阀72具有先导端口，该先导端口藉由先导管路73连接马力控制管路44。切换阀72在从电磁比例阀51输出的二次压Ps低于设定压Pt时打开失效安全管路71并将主泵12的吐出压Pd导至第二动作室2e，在二次压Ps高于设定压Pt时阻断（block）失效安全管路71并使第二动作室2e连通油箱。

设定压Pt设定为低于在向电磁比例阀51输送使主泵12的吐出流量Q为最大的指令电流（图3（b）中的0～I1）中的最大的第一指令电流I1时从电磁比例阀51输出的二次压Ps1的值。例如，在二次压Ps1为1MPa时，设定压Pt为0.3～1.0MPa。

本实施形态的油压驱动系统1B中，在电磁比例阀51正常工作时失效安全管路71被阻断且第二动作室2e与油箱连通，因此与第一实施形态同样地可以执行流量控制与马力控制两者。另一方面，因电气系统的中断、电磁比例阀51的故障而发生电磁比例阀51的二次压Ps持续低于设定压Pt的不良状况时，可将负控制压Pn与主泵12的吐出压Pd相加以作为共同活塞26的信号压Pp（Pp＝Pn＋Pd×Ad/An）。此处，An为第一动作室2d内的共同活塞26的受压面积，Ad为第二动作室2e内的共同活塞26的受压面积。藉此，在发生不良状况时，在执行流量控制的同时，可以在主泵12的基于吐出压Pd与吐出流量Q的状态超过按每个操作装置33的操作量预先设定的马力控制特性线（吐出压Pd与吐出流量Q的关系线）时限制主泵12的吐出流量Q。因此，可以切实地防止由过载导致的发动机11停止。

（第三实施形态）

图5示出了根据本发明的第三实施形态的油压驱动系统1C。本实施形态中，调节器2与第一实施形态同样地具有一个动作室2c作为共同活塞26用的动作室。

此外，本实施形态中，失效安全管路81从在至少一个控制阀31的最上游侧从中心旁通管路14分叉并连接油箱。失效安全管路81上设置有一对节流器82、83。此外，失效安全管路81上在一对节流器82、83的上游侧设置有切换阀84。

切换阀84具有先导端口，该先导端口藉由先导管路85连接马力控制管路44。切换阀84在从电磁比例阀51输出的二次压Ps低于设定压Pt时打开失效安全管路81，在二次压Ps高于设定压Pt时阻断失效安全管路81。

设定压Pt设定为低于在向电磁比例阀51输送使主泵12的吐出流量Q为最大的指令电流中的最大的第一指令电流I1时从电磁比例阀51输出的二次压Ps1的值。例如，二次压Ps1为1MPa时，设定压Pt为0.3～1.0MPa。

又，本实施形态中，信号压管路42上设置有逆止阀45。逆止阀45允许从高压选择阀41向着动作室2c的流动，禁止其反向的流动。

失效安全管路81上的一对节流器82、83之间的部分藉由中继管路86连接于信号压管路42中动作室2c与逆止阀45之间的部分。中继管路86上设置有逆止阀87。逆止阀87允许从失效安全管路81向着信号压管路42的流动，禁止其反向的流动。

本实施形态的油压驱动系统1C中，在电磁比例阀51正常工作时失效安全管路81被阻断，因此与第一实施形态同样地可以执行流量控制与马力控制两者。另一方面，因电气系统的中断、电磁比例阀51的故障而发生电磁比例阀51的二次压Ps持续低于设定压Pt的不良状况时，共同活塞26的信号压Pp取负控制压Pn与失效安全管路81上的一对节流器82、83之间的压力Pm中的较高的一方。藉此，在发生不良状况时，在执行流量控制的同时，可以在主泵12的基于吐出压Pd与吐出流量Q的状态超过预先设定的马力控制特性线（吐出压Pd与吐出流量Q的关系线）时限制主泵12的吐出流量Q。因此，可以切实地防止由过载导致发动机11停止。

即，本实施形态中发生上述不良状况时，可以与流量控制的大小无关、换言之与操作装置33的操作杆的倾倒角的大小无关，仅通过主泵12的吐出压Pd与吐出流量Q的关系设定马力控制的上限，因此可以更有效地使用发动机马力。

（其他实施形态）

本发明并不只限定于上述的第一～第三实施形态，在不偏离本发明的要旨的范围内可有多种变形。

例如，也可以是在第二实施形态中，采用与第三实施形态相同的设置有一对节流器82、83的失效安全管路81以及切换阀84以取代失效安全管路71以及切换阀72，失效安全管路81上的一对节流器82、83之间的部分藉由中继管路连接第二动作室2e。根据该结构，在发生电磁比例阀51的二次压Ps持续低于设定压Pt的不良状况时，将失效安全管路81上的一对节流器82，83之间的压力Pm导至第二动作室2e。

Claims (3)

1.一种油压驱动系统，其特征在于，具备：

吐出与倾转角对应的流量的工作油的可变容量型的泵；

配置于从所述泵延伸至油箱的中心旁通管路上且控制向执行器的工作油的供给及排出的至少一个控制阀；

用于操作所述至少一个控制阀且包括有操作杆的操作装置；

调节所述泵的倾转角且包括如下结构的调节器：具有露出于导入有所述泵的吐出压的第一受压室的第一端部以及露出于第二受压室的直径大于所述第一端部的第二端部的伺服活塞、向着使导入至所述第二受压室的控制压上升的流量减少方向以及使所述控制压降低的流量增加方向移动的阀芯、以及信号压越高越使所述阀芯向着所述流量减少方向移动的共同活塞；

输出与指令电流对应的二次压且在指令电流增加时二次压也增加的正比例型的电磁比例阀；

选择所述中心旁通管路上所述至少一个控制阀的最下游侧的压力即负控制压与从所述电磁比例阀输出的二次压之中较高的一方作为所述信号压供给至所述共同活塞的高压选择阀；

检测所述泵的吐出压的压力传感器；以及

预先储存有所述泵的吐出压与吐出流量的关系线即马力控制特性线，且根据由所述压力传感器检测出的所述泵的吐出压，以使所述泵吐出由所述马力控制特性线规定的吐出流量的工作油的形式将指令电流输送至所述电磁比例阀的控制装置。

2.根据权利要求1所述的油压驱动系统，其特征在于，

所述调节器包括藉由信号压管路连接所述高压选择阀且使所述信号压作用于所述共同活塞的第一动作室，以及藉由失效安全管路连接所述中心旁通管路且使所述泵的吐出压作用于所述共同活塞的第二动作室，

还具备设置于所述失效安全管路上且在从所述电磁比例阀输出的二次压低于设定压时打开所述失效安全管路并将所述泵的吐出压导至所述第二动作室、在从所述电磁比例阀输出的二次压高于所述设定压时阻断所述失效安全管路并使所述第二动作室连通油箱的切换阀。

3.根据权利要求1所述的油压驱动系统，其特征在于，

所述调节器包括藉由信号压管路连接所述高压选择阀且使所述信号压作用于所述共同活塞的动作室，

所述信号压管路上设置有允许从所述高压选择阀向着所述动作室的流动而禁止其反向的流动的逆止阀，

还具备：

在所述至少一个控制阀的最上游侧从所述中心旁通管路分叉并连接油箱，且设置有一对节流器的失效安全管路；

在所述一对节流器的上游侧设置于所述失效安全管路且在从所述电磁比例阀输出的二次压低于设定压时打开所述失效安全管路、在从所述电磁比例阀输出的二次压高于所述设定压时阻断所述失效安全管路的切换阀；以及

将所述信号压管路中所述动作室和所述逆止阀之间的部分与所述失效安全管路中所述一对节流器之间的部分进行连接，且设置有允许从所述失效安全管路向着所述信号压管路流动而禁止其反向流动的逆止阀的中继管路。