CN110651127A - 油压系统 - Google Patents

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Abstract

油压系统具备：输出与对操作部的操作量对应的操作信号的操作装置；向油压执行器供给工作油的可变容量型的泵；介于油压执行器与泵之间，以随着从操作装置输出的操作信号增大而使入口节流开口面积的增加率增大的形式使入口节流开口面积变化的控制阀；调节泵的倾转角的调节器；对使从泵吐出的工作油向油箱逸出的卸荷流量进行规定的卸荷阀；和控制装置，所述控制装置在操作装置被操作时，以与控制阀的入口节流开口面积成比例的形式决定控制阀要求流量，并以泵的吐出流量成为控制阀要求流量与卸荷流量之和的形式控制调节器。

Description

油压系统
技术领域
本发明涉及电气正控制方式的油压系统。
背景技术
一直以来，在建筑机械、工业机械等中采用电气正控制方式的油压系统（例如参照专利文献1）。一般而言，油压系统中，油压执行器通过控制阀从可变容量型的泵供给有工作油，该泵的倾转角由调节器调节。电气正控制方式的油压系统中，控制装置以用于使油压执行器动作的操作装置的操作量越大则使泵的吐出流量越大的形式控制调节器。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004－138187号公报 。
发明内容
发明要解决的问题：
电气正控制方式的油压系统中泵的吐出流量如图6所示地与操作装置的操作量成比例地呈直线状变化。另一方面，作为控制阀的节流器发挥功能的入口节流开口的开口面积以随着操作装置的操作量增大而使开口面积的增加率增大的形式呈曲线状变化。
一般而言，图6所示的对泵相对于操作装置的操作量的吐出流量进行规定的直线的斜率基于控制阀的入口节流开口面积的最大值来决定。因此，在操作装置的操作量小于最大时（操作装置未被最大程度地操作时），泵的吐出流量相对于控制阀的入口节流开口面积而言过大，从而浪费了泵的驱动所需的能量。
因此，本发明的目的在于提供一种能抑制操作装置的操作量小于最大时的能量的浪费的油压系统。
解决问题的手段：
为了解决上述问题，本发明的油压系统的特征在于，具备：输出与对操作部的操作量对应的操作信号的至少一个操作装置；向至少一个油压执行器供给工作油的可变容量型的泵；介于所述油压执行器与所述泵之间，以随着从所述操作装置输出的操作信号增大而使入口节流开口面积的增加率增大的形式使入口节流开口面积变化的至少一个控制阀；调节所述泵的倾转角的调节器；对使从所述泵吐出的工作油向油箱逸出的卸荷（unload）流量进行规定的卸荷阀；和控制装置，所述控制装置在所述操作装置被操作时，以与所述控制阀的入口节流开口面积成比例的形式决定控制阀要求流量，并以所述泵的吐出流量成为所述控制阀要求流量与所述卸荷流量之和的形式控制所述调节器。
根据上述结构，泵的吐出流量如果去除卸荷流量地考虑的话，在操作装置被操作时以与控制阀的入口节流开口面积相同的变化率变化。即，无论操作装置的操作量如何，泵的吐出流量相对于控制阀的入口节流开口面积都不会过大。因此，能抑制操作装置的操作量小于最大时的能量的徒然消耗。
又，从泵的吐出流量中减去卸荷流量得到的控制阀要求流量也是通过控制阀的入口节流开口的流量。控制阀要求流量与入口节流开口面积成比例，因此控制阀要求流量除以入口节流开口面积得到的值为一定。控制阀要求流量除以入口节流开口面积得到的值的平方与入口节流开口的上游侧压力和下游侧压力的压差成比例。即，本发明中，能将入口节流开口的上游侧压力与下游侧压力的压差保持为一定。因此，虽然是电气正控制方式，但是能进行与负荷传感（load sensing）方式相同的控制。
也可以是所述至少一个操作装置包括多个操作装置；所述至少一个油压执行器包括多个油压执行器；所述至少一个控制阀包括多个控制阀；上述油压系统还具备压力补偿阀，所述压力补偿阀设于所述多个控制阀各自的作为节流器发挥功能的入口节流开口的下游侧，且将所述多个油压执行器的负荷压中的最高负荷压与所述入口节流开口的下游侧压力的压差保持为一定。未设置压力补偿阀的情况下，在多个操作装置中的数个同时被操作时，工作油集中地向负荷较低的油压执行器供给。相对于此，如果设置有压力补偿阀，则在多个操作装置中的数个同时被操作时，无论油压执行器的负荷如何，都能以与操作装置的操作量对应的分配量向油压执行器供给工作油。而且，压力补偿阀根据最高负荷压进行动作，因此只要控制阀要求流量与卸荷流量之和不超过泵的最大吐出流量，就能将泵的吐出压总是维持为高于最高负荷压。
也可以是所述至少一个操作装置包括第一操作装置与第二操作装置；所述至少一个控制阀包括与所述第一操作装置对应的第一控制阀和与所述第二操作装置对应的第二操作装置；所述控制装置在所述第一操作装置和所述第二操作装置同时被操作时，以与所述第一控制阀的入口节流开口面积成比例的形式决定第一控制阀要求流量，以与所述第二控制阀的入口节流开口面积成比例的形式决定第二控制阀要求流量，并以所述泵的吐出流量成为所述第一控制阀要求流量、所述第二控制阀要求流量和所述卸荷流量之和的形式控制所述调节器。根据该结构，在第一操作装置与第二操作装置同时被操作时，只要控制阀要求流量与卸荷流量之和不超过泵的最大吐出流量，就能在第一控制阀与第二控制阀各自上将入口节流开口的上游侧压力与下游侧压力的压差保持为一定。
发明效果：
根据本发明，能抑制操作装置的操作量小于最大时的能量的浪费。
附图说明
图1是本发明一实施形态的油压系统的概略结构图；
图2是示出对操作装置的操作部的操作量与控制阀的入口节流开口面积及卸荷阀的开口面积的关系的图表；
图3是示出对操作装置的操作部的操作量与控制阀要求流量及卸荷流量的关系的图表；
图4是示出至调节器的指令电流与泵的吐出流量的关系的图表；
图5是示出马力控制流量的图表；
图6是示出以往的油压系统中操作装置的操作量与泵的吐出流量的关系的图表。
具体实施方式
图1示出了本发明一实施形态的油压系统1。油压系统1装载于例如油压挖掘机、油压起重机那样的建筑机械、土木机械、农业机械或工业机械。
具体地，油压系统1包括两个油压执行器（第一油压执行器5A及第二油压执行器5B）和向第一及第二油压执行器5A、5B供给工作油的主泵11。又，油压系统1包括介于第一油压执行器5A与主泵11之间的第一控制阀3A和介于第二油压执行器5B与主泵11之间的第二控制阀3B。另外，油压执行器与控制阀的组数可以是三组以上。
主泵11由省略图示的发动机驱动。发动机也驱动副泵13。主泵11是可变更倾转角的可变容量型的泵（斜板泵或斜轴泵）。主泵11的倾转角由调节器12调节。
主泵11通过供给管路21与第一及第二控制阀3A、3B连接。主泵11的吐出压由省略图示的溢流阀保持在溢流压以下。
本实施形态中，第一及第二油压执行器5A、5B为复动缸，第一及第二控制阀3A、3B各自通过一对给排管路51与第一油压执行器5A或第二油压执行器5B连接。不过，也可以是第一及第二油压执行器5A、5B中的一方或双方为单动缸，控制阀（3A或3B）通过一根给排管路51与油压执行器（5A或5B）连接。或者，还可以是第一及第二油压执行器5A、5B中的一方或双方为油压马达。
第一及第二控制阀3A、3B上各自连接有压力补偿管路61的两端。又，第一及第二控制阀3A、3B上还各自连接有油箱管路35。
第一控制阀3A藉由第一操作装置4A被操作而从中立位置切换至第一位置（使第一油压执行器5A朝一方向动作的位置）或第二位置（使第一油压执行器5A朝相反方向动作的位置）。同样地，第二控制阀3B藉由第二操作装置4B被操作而从中立位置切换至第一位置（使第二油压执行器5B朝一方向动作的位置）或第二位置（使第二油压执行器5B朝相反方向动作的位置）。
第一及第二控制阀3A、3B各自位于中立位置时，供给管路21以及一对给排管路51被阻断。控制阀位于第一位置或第二位置时，供给管路21通过压力补偿管路61与一方的给排管路51连通，另一方的给排管路51与油箱管路35连通。第一及第二控制阀3A、3B各自的介于供给管路21与压力补偿管路61的上游端之间的入口节流开口31作为节流器发挥功能。
各压力补偿管路61上设有压力补偿阀62。即，压力补偿阀62位于第一及第二控制阀3A、3B各自的入口节流开口31的下游侧。又，压力补偿管路61在压力补偿阀62与该压力补偿管路61的下游端之间设有逆止阀63。
各压力补偿阀62根据第一及第二油压执行器5A、5B的负荷压中的最高负荷压进行动作，将最高负荷压与入口节流开口31的下游侧压力的压差保持为一定。更详尽地，油压系统1设有用于检测最高负荷压的最高负荷压检测管路71。最高负荷压检测管路71包括多个高压选择阀72，且在压力补偿阀62与逆止阀63之间与压力补偿管路61连接。各压力补偿阀62通过第一先导管路64导入有入口节流开口31的下游侧压力，且通过第二先导管路65导入有最高负荷压。
本实施形态中，第一及第二控制阀3A、3B均包括阀芯32和根据电气信号驱动阀芯32的一对驱动单元33。例如，各驱动单元33可以是与控制阀（3A或3B）的先导端口连接的电磁比例阀，也可以是推压阀芯32的电动执行器。
第一及第二操作装置4A、4B各自具有操作部41，输出与对操作部41的操作量对应的操作信号。即，从操作装置输出的操作信号随着操作量增大而增大。操作部41是例如操作杆，但也可以是脚踏板等。
本实施形态中，第一及第二操作装置4A、4B都是将电气信号作为操作信号输出的电气操纵杆。不过，第一及第二操作装置4A、4B也可以都是将先导压作为操作信号输出的先导操作阀。这种情况下，可以是第一及第二控制阀3A、3B都不具有驱动单元33，而是将从第一及第二操作装置4A、4B分别输出的先导压导入对应的控制阀的先导端口。
从第一及第二操作装置4A、4B分别输出的操作信号（电气信号）向控制装置8输入。例如，控制装置8具有ROM、RAM等存储器和CPU，由CPU执行ROM内储存的程序。
如图2所示，控制装置8以从第一操作装置4A输出的操作信号越大则越使第一控制阀3A的入口节流开口面积Ac增加的形式向第一控制阀3A的驱动单元33输送电气信号。同样地，控制装置8以从第二操作装置4B输出的操作信号越大则越使第二控制阀3B的入口节流开口面积Ac增加的形式向第二控制阀3B的驱动单元33输送电气信号。入口节流开口面积Ac以随着操作信号（操作装置（4A或4B）的操作量）增大而使入口节流开口面积Ac的增加率增大的形式呈曲线状（以向下凸出的形式）变化。
不过，第一控制阀3A或第二控制阀3B的入口节流开口面积Ac并非必须在整个范围上为曲线，也可以是例如在操作信号的最大值附近为直线。
从上述供给管路21分叉出卸荷管路22。卸荷管路22上设有卸荷阀23。卸荷阀23对使从主泵11吐出的工作油向油箱逸出的卸荷流量Qu进行规定。图示例子中，卸荷阀23配置于所有的控制阀的上游侧，但卸荷阀23也可以配置于所有的控制阀的下游侧。
本实施形态中，卸荷阀23具有先导端口，先导压越高则卸荷阀23的开口面积Au越从全开状态向全闭状态减少。不过，也可以是卸荷阀23由螺线管驱动。
卸荷阀23的先导端口通过二次压管路24与电磁比例阀25的二次压端口连接。电磁比例阀25的一次压端口通过一次压管路26与上述副泵13连接。副泵13的吐出压由省略图示的溢流阀维持在设定压。
控制装置8如图2所示，以从第一及第二操作装置4A、4B分别输出的操作信号越大则越使卸荷阀23的开口面积Au减少的形式向电磁比例阀25输出指令电流。藉此，如图3所示，卸荷流量Qu也随着从第一及第二操作装置4A、4B分别输出的操作信号增大而减少。
上述调节器12根据电气信号进行动作。例如，调节器12在主泵11为斜板马达的情况下，可以是以电气方式变更作用在与主泵11的斜板连结的阀芯上的油压，也可以是与主泵11的斜板连结的电动执行器。
从控制装置7向调节器12输送指令电流。如图4所示，主泵11的吐出流量（倾转角）与指令电流成比例地呈直线状变化。控制装置7中预先储存有图4所示的示出指令电流与主泵11的吐出流量的关系的映射图。
又，控制装置7中还储存有图3所示的示出操作装置的操作量与卸荷流量Qu的关系的映射图。不过，与卸荷流量Qu相关的映射图并非必须，也可以是使用卸荷阀23的开口面积Au与主泵11的吐出压Pd，通过下式随时进行计算；
Figure 206280DEST_PATH_IMAGE001
。
此外，控制装置7中对第一及第二控制阀3A、3B各者储存有图3所示的示出操作装置（4A或4B）的操作量与控制阀要求流量Qc的关系的映射图。控制阀要求流量Qc与控制阀（3A或3B）的入口节流开口面积成比例。
又，本实施形态中，控制装置7还进行马力控制。因此，控制装置7中预先储存有图5所示的示出主泵11的吐出压与马力控制流量Qp的关系的映射图。又，控制装置8与压力传感器81以电气方式连接。压力传感器81测量主泵11的吐出压Pd。
接着，将控制装置8进行的调节器12的控制分为第一操作装置4A与第二操作装置4B的其中之一单独被操作的情况（单独操作）和第一操作装置4A与第二操作装置4B同时被操作的情况（复合操作）进行说明。
＜单独操作＞
以下，以第一操作装置4A单独被操作的情况为代表进行了说明，但显然第二操作装置4B单独被操作的情况也是同样。
第一操作装置4A被操作时，控制装置8以成为与从第一操作装置4A输出的操作信号对应的入口节流开口面积Ac的形式控制第一控制阀3A，且使用图3所示的与控制阀要求流量Qc相关的映射图决定与从第一操作装置4A输出的操作信号对应的控制阀要求流量Qc。又，控制装置8使用图3所示的与卸荷流量Qu相关的映射图决定与从第一操作装置4A输出的操作信号对应的卸荷流量Qu。
之后，控制装置8对控制阀要求流量Qc与卸荷流量Qu求和从而计算出主泵11的吐出流量Qd（Qd＝Qc＋Qu），使用图4所示的映射图决定与该吐出流量Qd对应的指令电流。然后，控制装置8将决定的指令电流输送至调节器12。即，控制装置8以主泵11的吐出流量Qd成为控制阀要求流量Qc与卸荷流量Qu之和的形式控制调节器12。
对控制阀要求流量Qc与卸荷流量Qu求和从而计算出主泵11的吐出流量Qd时，在吐出流量Qd超过了与压力传感器81测量的吐出压Pd对应的图5所示的马力控制流量Qp的情况下，使用图4所示的映射图决定与该马力控制流量Qp对应的指令电流。然后，控制装置8将决定的指令电流输送至调节器12。即，控制装置8以主泵11的吐出流量Qd成为马力控制流量Qp的形式控制调节器12。
不进行马力控制的情况下，主泵11的吐出流量Qd如果去除卸荷流量Qu地考虑的话，在第一操作装置4A被操作时以与第一控制阀3A的入口节流开口面积Ac相同的变化率变化。即，无论第一操作装置4A的操作量如何，主泵11的吐出流量Qd相对于第一控制阀3A的入口节流开口面积都不会过大。因此，根据本实施形态的油压系统1，能抑制第一操作装置4A的操作量小于最大时的能量白白消耗。
又，从主泵11的吐出流量Qd中减去卸荷流量Qu得到的控制阀要求流量Qc也是通过第一控制阀3A的入口节流开口31的流量。控制阀要求流量Qc与入口节流开口面积Ac成比例，因此控制阀要求流量Qc除以入口节流开口面积Ac得到的值V（V＝Qc/Ac）为一定。控制阀要求流量除以入口节流开口面积得到的值V的平方（V2）与入口节流开口31的上游侧压力和下游侧压力的压差成比例。即，本实施形态中，能将入口节流开口31的上游侧压力与下游侧压力的压差保持为一定。因此，虽然是电气正控制方式，但是能进行与负荷传感方式相同的控制。
因此，与向调节器导入最高负荷压的以往的负荷传感方式相比，本实施形态的油压系统1具有以下优点：
（1）无需通常情况下因包括第一及第二控制阀3A、3B的阀单元远离主泵11及调节器12地配置而用于从该阀单元向调节器引导最高负荷压的配管；
（2）调节器12的结构较为简易；
（3）通过以往的负荷传感方式进行马力控制需要专用的机械式的结构，而本实施形态中能以电子方式进行马力控制；
（4）以往的负荷传感方式中要变更泵的吐出压与最高负荷压的压差需要专用的机械式的结构，而本实施形态中能以电子方式变更该压差。尤其是，本实施形态中能容易地进行与省略图示的发动机的转速对应的压差的变更；
（5）以往的负荷传感方式中，要变更负荷依存特性（根据负荷压力的高低使向执行器输送的压油的流量变化的特性）需要改变控制阀所含有的补偿活塞的直径。相对于此，本实施形态中能以电子方式容易地变更负荷依存特性；
（6）以往的负荷传感方式中，油压执行器的举动发生了振荡（hunting）等异常现象也难以应对。相对于此，本实施形态中，能基于主泵11的吐出压检测异常现象，所以能控制主泵11的吐出流量而容易地抑制异常现象。
另外，第一操作装置4A或第二操作装置4B单独被操作的情况下压力补偿阀62不太发挥重要的作用。
＜复合操作＞
第一操作装置4A与第二操作装置4B同时被操作时，使用与第一控制阀3A相关的图3所示的映射图，以与第一控制阀3A的入口节流开口面积Ac成比例的形式决定第一控制阀要求流量Qc1，并使用与第二控制阀3B相关的图3所示的映射图，以与第二控制阀3B的入口节流开口面积Ac成比例的形式决定第二控制阀要求流量Qc2。并且，控制装置8以主泵11的吐出流量Qd成为第一控制阀要求流量Qc1、第二控制阀要求流量Qc2与卸荷流量Qu之和的形式控制调节器12。
例如，第一油压执行器5A的负荷压PL1为最高负荷压时，设于第二控制阀3B的入口节流开口31的下游侧的压力补偿阀52补偿第一油压执行器5A的负荷压PL1与第二油压执行器5B的负荷压PL2的压差ΔP（＝PL1－PL2）。
未设置压力补偿阀62的情况下，在第一操作装置4A与第二操作装置4B同时被操作时，向负荷较低的油压执行器（5A或5B）集中供给工作油。相对于此，若设有压力补偿阀62，则在第一及第二操作装置4A、4B同时被操作时，无论第一及第二油压执行器5A、5B的负荷如何，都能以与第一及第二操作装置4A、4B的操作量对应的分配量向第一及第二油压执行器5A，5供给工作油。而且，压力补偿阀62根据最高负荷压进行动作，因此只要第一控制阀要求流量Qc1、第二控制阀要求流量Qc2与卸荷流量Qu之和不超过主泵11的最大吐出流量，就能将主泵11的吐出压总是维持为高于最高负荷压。
又，本实施形态中，主泵11的吐出流量Qd为第一控制阀要求流量Qc1、第二控制阀要求流量Qc2与卸荷流量Qu之和，所以在第一操作装置4A与第二操作装置4B同时被操作时，只要该和（Qc1＋Qc2＋Qu）不超过主泵11的最大吐出流量，就能在第一及第二控制阀3A、3B各自上将入口节流开口31的上游侧压力与下游侧压力的压差保持为一定。
（变形例）
本发明不限于上述实施形态，在不偏离本发明的要旨的范围内可进行多种变形。
例如，油压执行器、控制阀以及操作装置的组数并非必须是多组，也可以是一组。这种情况下不需要压力补偿阀62。
又，也可以不进行马力控制。这种情况下不需要压力传感器81。
符号说明：
1　 油压系统；
11　 主泵；
12　 调节器；
23　 卸荷阀 ；
3A、3B　控制阀；
31 　入口节流开口；
4A、4B　操作装置；
41　 操作部；
5A、5B　油压执行器；
62　 压力补偿阀；
8　 控制装置 。

Claims (3)

1.一种油压系统，其特征在于，
具备：
输出与对操作部的操作量对应的操作信号的至少一个操作装置；
向至少一个油压执行器供给工作油的可变容量型的泵；
介于所述油压执行器与所述泵之间，以随着从所述操作装置输出的操作信号增大而使入口节流开口面积的增加率增大的形式使入口节流开口面积变化的至少一个控制阀；
调节所述泵的倾转角的调节器；
对使从所述泵吐出的工作油向油箱逸出的卸荷流量进行规定的卸荷阀；和
控制装置，所述控制装置在所述操作装置被操作时，以与所述控制阀的入口节流开口面积成比例的形式决定控制阀要求流量，并以所述泵的吐出流量成为所述控制阀要求流量与所述卸荷流量之和的形式控制所述调节器。
2.根据权利要求1所述的油压系统，其特征在于，
所述至少一个操作装置包括多个操作装置；
所述至少一个油压执行器包括多个油压执行器；
所述至少一个控制阀包括多个控制阀；
还具备压力补偿阀，所述压力补偿阀设于所述多个控制阀各自的作为节流器发挥功能的入口节流开口的下游侧，且将所述多个油压执行器的负荷压中的最高负荷压与所述入口节流开口的下游侧压力的压差保持为一定。
3.根据权利要求2所述的油压系统，其特征在于，
所述至少一个操作装置包括第一操作装置与第二操作装置；
所述至少一个控制阀包括与所述第一操作装置对应的第一控制阀和与所述第二操作装置对应的第二操作装置；
所述控制装置在所述第一操作装置和所述第二操作装置同时被操作时，以与所述第一控制阀的入口节流开口面积成比例的形式决定第一控制阀要求流量，以与所述第二控制阀的入口节流开口面积成比例的形式决定第二控制阀要求流量，并以所述泵的吐出流量成为所述第一控制阀要求流量、所述第二控制阀要求流量和所述卸荷流量之和的形式控制所述调节器。
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