JP2001323902A - 油圧駆動装置 - Google Patents

油圧駆動装置

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JP2001323902A
JP2001323902A JP2000143390A JP2000143390A JP2001323902A JP 2001323902 A JP2001323902 A JP 2001323902A JP 2000143390 A JP2000143390 A JP 2000143390A JP 2000143390 A JP2000143390 A JP 2000143390A JP 2001323902 A JP2001323902 A JP 2001323902A
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hydraulic pump
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switching valve
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Kiwamu Takahashi
究 高橋
Takashi Kanai
隆史 金井
Yasutaka Tsuriga
靖貴 釣賀
Kenichiro Nakatani
賢一郎 中谷
Junya Kawamoto
純也 川本
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】原動機回転数に応じてロードセンシング制御の
目標差圧を変更できるとともに、要求されるアクチュエ
ータ速度の変化幅が原動機回転数で調整可能な範囲を超
えていても、その変化幅に対応でき、それぞれの要求ア
クチュエータ速度を実現できるようにする。 【解決手段】流量制御弁6a,6b,6cの前後差圧は
圧力補償弁7a,7b,7cにより同じ値である差圧Δ
PLSになるように制御され、差圧ΔPLSはポンプ容量制
御装置5により目標差圧ΔPLSrefに維持される。目標
差圧をエンジン1の回転数の変化によって変更するた
め、固定容量型の油圧ポンプ30の吐出路30a,30
bに流量検出弁31を設け、その可変絞り部31aの前
後差圧ΔPpを設定制御部32に導く。流量検出弁31
と並列に、全開位置と絞り位置との間で操作される切換
弁50を配置し、操作レバー51で切り換える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、可変容量型の油圧
ポンプを備えた油圧駆動装置に係わり、特に、油圧ポン
プの吐出圧と複数のアクチュエータの最高負荷圧との差
圧を設定値に維持するよう油圧ポンプの容量を制御する
ロードセンシング制御の油圧駆動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】油圧ポンプの吐出圧と複数のアクチュエ
ータの最高負荷圧との差圧を設定値に維持するよう油圧
ポンプの容量を制御するロードセンシング制御技術とし
て、特開平5−99126号公報に記載のポンプ容量制
御装置や特開平10−196604号公報に記載の油圧
駆動装置がある。
【0003】特開平5−99126号公報に記載のポン
プ容量制御装置は、可変容量型の油圧ポンプの斜板を傾
転するサーボピストンと、油圧ポンプの吐出圧Psとこ
の油圧ポンプにより駆動されるアクチュエータの負荷圧
PLSとの差圧ΔPLSによってポンプ吐出圧をサーボピス
トンに供給して差圧ΔPLSを設定値ΔPLSrefに維持
し、容量制御する傾転制御装置とを備えている。また、
可変容量型の油圧ポンプとともにエンジンにより駆動さ
れる固定容量型の油圧ポンプと、この固定容量型の油圧
ポンプの吐出路に設けられた絞りと、この絞りの前後差
圧ΔPpによって傾転制御装置の設定値ΔPLSrefを変
更する手段とを備え、固定容量型の油圧ポンプの吐出路
に設けた絞りの前後差圧の変化でエンジン回転数を検出
し、傾転制御装置の設定値ΔPLSrefを変更するように
している。
【0004】特開平10−196604号公報に記載の
油圧駆動装置は、特開平5−99126号公報に記載の
油圧回路に、複数の流量制御弁の前後差圧をポンプ吐出
圧と最高負荷圧との差圧と同じ差圧に制御する複数の圧
力補償弁を設け、固定容量型の油圧ポンプの吐出路に設
けられた絞りを、エンジン回転数が最低回転数側の領域
にあるときよりも定格回転数側の領域にあるときの方が
開口面積が大きくなる可変絞りとしたものであり、これ
によりエンジン回転数を低く設定した場合に圧力補償弁
の目標補償差圧の低下幅を増大し、アクチュエータ速度
を減少し、かつ良好な微操作性が得られるようにしてい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】以上のように従来技術
では、固定容量型の油圧ポンプの吐出路に固定絞り或い
は流量検出弁(可変絞り)を設け、その前後差圧に応じ
てロードセンシング制御の設定値ΔPLSrefを変更する
ことにより、エンジン回転数に応じて設定値ΔPLSref
を小さくし、アクチュエータ速度を減少させている。
【0006】しかし、上記従来技術では、アクチュエー
タに要求される速度の変化幅が大きいときは、その要求
に対応できないという問題がある。
【0007】例えば、油圧ショベルが行う通常作業の一
例として掘削積み荷作業がある。これは、土砂掘削後、
ブームを上げながら旋回し、掘削した土砂をトラックの
荷台に放土する作業である。また、近年、油圧ショベル
を用いてクレーン作業を行うことが多くなってきてい
る。これは、フロント作業機の先端に荷を釣り下げ、ゆ
っくりと旋回する作業である。掘削積み込み作業に要求
される旋回速度とクレーン作業に要求される旋回速度は
大きく異なる。1台の油圧ショベルで掘削積み荷作業と
クレーン作業を行う場合、その旋回速度の変化幅は、上
記従来技術におけるエンジン回転数による調整可能な範
囲を超えており、要求アクチュエータ速度の変化幅に対
応することができない。
【0008】また、仮に、原動機として電動モータを用
い、インバータ制御により回転数に十分大きな調整幅を
持たせることができ、広い要求アクチュエータ速度幅に
対応することができたとしても、その場合には、アクチ
ュエータ速度の調整のための原動機回転数の設定に際し
て、従来システムの操作感との間に違和感が生じてしま
う。
【0009】つまり、オペレータが通常掘削作業での微
操作を意図して原動機回転数を下げる場合には、アクチ
ュエータ速度が通常掘削作業に適さない速度まで下がっ
てしまわないように留意しながら、原動機回転数を調整
する必要があるので、オペレータに余分な負担を強いて
しまう。
【0010】本発明の目的は、原動機回転数に応じてロ
ードセンシング制御の目標差圧を変更できるとともに、
要求されるアクチュエータ速度の変化幅が原動機回転数
で調整可能な範囲を超えていても、その変化幅に対応で
き、それぞれの要求アクチュエータ速度を実現すること
ができる油圧駆動装置を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】(1)上記目的を達成す
るため、本発明は、原動機と、この原動機により駆動さ
れる可変容量型の油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐
出された圧油により駆動される複数のアクチュエータ
と、前記油圧ポンプから複数のアクチュエータに供給さ
れる圧油の流量を制御する複数の流量制御弁と、前記複
数の流量制御弁の前後差圧を前記油圧ポンプの吐出圧と
前記複数のアクチュエータの最高負荷圧との差圧と同じ
差圧に制御する複数の圧力補償弁と、前記油圧ポンプの
吐出圧と前記複数のアクチュエータの最高負荷圧との差
圧を設定値に維持するよう前記油圧ポンプを容量制御す
るポンプ容量制御手段と、前記可変容量型の油圧ポンプ
とともに前記原動機により駆動される固定容量型の油圧
ポンプとを備え、前記ポンプ容量制御手段は前記固定容
量型の油圧ポンプの吐出路に設けられた絞り手段を有
し、この絞り手段の前後差圧の変化で前記原動機の回転
数の変化を検出し、前記原動機の回転数に応じて前記設
定値を変更する油圧駆動装置において、前記絞り手段と
並列に接続され、全閉位置と絞り位置の間で操作される
切換弁を備えるものとする。
【0012】このように絞り手段と並列に切換弁を設け
ることにより、切換弁が全閉位置にあるときは絞り手段
が単独で機能し、原動機の回転数に応じてポンプ容量制
御の設定値(ロードセンシング制御の目標差圧)を従来
通り調整できるとともに、切換弁を絞り位置に切り換え
たときは、固定容量型の油圧ポンプからの吐出油は、絞
り手段と切換弁に分流され、絞り手段を流れる流量が減
少するので、絞り手段の前後差圧が小さくなり、その結
果、原動機回転数が同じでも、切換弁が全閉位置にある
ときに比べ設定値は小さくなるので、圧力補償弁により
制御される流量制御弁の前後差圧も小さくなり、アクチ
ュエータへの供給流量が減少しアクチュエータ速度が減
少する。
【0013】このように原動機回転数に応じてロードセ
ンシング制御の目標差圧を変更できるとともに、要求さ
れるアクチュエータ速度の変化幅が原動機回転数で調整
可能な範囲を超えていても、その変化幅に対応でき、そ
れぞれの要求アクチュエータ速度を実現し、良好な操作
性を得ることができる。
【0014】(2)上記(1)において、好ましくは、
油圧駆動装置は前記切換弁を前記全閉位置と絞り位置の
間で切り換える手動操作手段を更に備える。
【0015】これによりオペレータの意志で切換弁を切
り換え、アクチュエータ速度を変更できる。
【0016】(3)また、上記(1)において、油圧駆
動装置はオペレータにより操作される手動操作手段と、
この手動操作手段の操作に応じて前記切換弁を前記全閉
位置と絞り位置の間で切り換える切換手段とを備えてい
てもよい。
【0017】これによってもオペレータの意志で切換弁
を切り換え、アクチュエータ速度を変更できる。
【0018】(4)上記(3)において、好ましくは、
前記切換手段が油圧式である。
【0019】これにより油圧的に切換弁を切り換えるこ
とができる。
【0020】(5)上記(3)において、前記切換手段
が電気式であってもよい。
【0021】これにより電気的に切換弁を切り換えるこ
とができる。
【0022】(6)また、上記(1)において、前記切
換弁は、前記絞り位置で連続的に開口面積を変更できる
ようになっている。
【0023】これにより絞り位置において、アクチュエ
ータ速度をオペレータの好みに応じて自由に調整するこ
とができる。
【0024】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。
【0025】まず、本発明の第1の実施の形態を図1〜
図5により説明する。
【0026】図1において、本発明の第1の実施の形態
による油圧駆動装置は、原動機、例えばエンジン1と、
このエンジン1により駆動される可変容量型の油圧ポン
プ2と、この油圧ポンプ2から吐出された圧油により駆
動される複数のアクチュエータ3a,3b,3cと、油
圧ポンプ2の吐出管路12に接続され、油圧ポンプ2か
らアクチュエータ3a,3b,3cに供給される圧油の
流量と方向をそれぞれ制御する複数の流量制御弁4a,
4b,4cからなる弁装置4と、油圧ポンプ2を容量制
御するポンプ容量制御装置5とを備えている。
【0027】複数の流量制御弁4a,4b,4cは、そ
れぞれ、複数の流量制御弁6a,6b,6cと、これら
複数の流量制御弁6a,6b,6cの前後差圧を同じに
制御する複数の圧力補償弁7a,7b,7cとで構成さ
れている。
【0028】複数の圧力補償弁7a,7b,7cは、そ
れぞれ、流量制御弁6a,6b,6cの上流に設置され
た前置きタイプであり、圧力補償弁7aは2対の対向す
る制御圧力室70a,70b及び70c,70dを有
し、制御圧力室70a,70bに流量制御弁6aの上流
側及び下流側の圧力をそれぞれ導き、制御圧力室70
c,70dに油圧ポンプ2の吐出圧Psと複数のアクチ
ュエータ3a,3b,3cの最高負荷圧PLSとをそれぞ
れ導き、これにより流量制御弁6aの前後差圧を閉弁方
向に作用させるとともに、油圧ポンプ2の吐出圧Psと
複数のアクチュエータ3a,3b,3cの最高負荷圧P
LSとの差圧ΔPLSを開弁方向に作用させ、その差圧ΔP
LSを圧力補償の目標差圧として流量制御弁6aの前後差
圧を制御する。圧力補償弁7b,7cも同様に構成され
ている。
【0029】このように圧力補償弁7a,7b,7cが
同じ差圧ΔPLSを目標差圧としてそれぞれの流量制御弁
6a,6b,6cの前後差圧を制御することにより、流
量制御弁6a,6b,6cの前後差圧はともに差圧ΔP
LSになるように制御され、流量制御弁6a,6b,6c
の要求流量は差圧ΔPLSとそれぞれの開口面積との積で
表されるものとなる。複数の流量制御弁6a,6b,6
cには、それぞれ、アクチュエータ3a,3b,3cの
駆動時にそれらの負荷圧を取り出す負荷ポート60a,
60b,60cが設けられ、これら負荷ポート60a,
60b,60cに取り出された負荷圧のうちの最高の圧
力が負荷ライン8a,8b,8c、8d及びシャトル弁
9a,9bを介して信号ライン10に検出され、この圧
力が上記最高負荷圧PLSとして圧力補償弁7a,7b,
7cに与えられる。
【0030】油圧ポンプ2は斜板2aの傾転角を大きく
することにより吐出流量を増加させる斜板ポンプであ
り、ポンプ容量制御装置5は、油圧ポンプ2の斜板2a
を傾転駆動するサーボピストン20と、このサーボピス
トン20の駆動を制御する第1傾転制御弁22及び第2
傾転制御弁23とを有し、サーボピストン20は吐出管
路12からの圧力(油圧ポンプ2の吐出圧Ps)と傾転
制御弁22,23からの指令圧力とによって動作し、斜
板2aの傾転角を制御することで油圧ポンプ2の容量制
御をする。
【0031】第1傾転制御弁22は吐出管路12からの
圧力(油圧ポンプ2の吐出圧Ps)が高くなると油圧ポ
ンプ2の吐出流量を減少させる馬力制御弁であり、油圧
ポンプ2の吐出圧Psを元圧として入力し、油圧ポンプ
2の吐出圧Psがバネ22aで設定される所定レベル以
下であればスプール22bを図示右方に移動し、油圧ポ
ンプ2の吐出圧Psをそのまま出力する。このとき、こ
の出力圧が指令圧力としてそのままサーボピストン20
に与えられると、サーボピストン20は面積差により図
示左方に移動し、斜板2aの傾転角を増加させ、油圧ポ
ンプ2の吐出流量を増加する。その結果、油圧ポンプ2
の吐出圧Psが上昇する。油圧ポンプ2の吐出圧Psが
バネ22aの所定レベルを越えるとスプール22bを図
示左方に移動して吐出圧Psを減圧し、その低下した圧
力を指令圧力として出力する。このため、サーボピスト
ン20は図示右方に移動し、斜板2aの傾転角を減少さ
せ、油圧ポンプ2の吐出流量を減少する。その結果、油
圧ポンプ2の吐出圧Psが低下する。
【0032】第2傾転制御弁23は、油圧ポンプ2の吐
出圧Psとアクチュエータ3a,3b,3cの最高負荷
圧PLSとの差圧ΔPLSを目標差圧ΔPLSrefに維持する
ように制御するロードセンシング制御弁であり、スプー
ル23aと設定制御部23bとを有し、設定制御部23
bは、吐出管路12からの圧力(油圧ポンプ2の吐出圧
Ps)とアクチュエータ3a,3b,3cの最高負荷圧
PLSをフィードバック入力し、スプール23aを動かす
第1駆動部24と、目標差圧ΔPLSrefを設定する第2
駆動部32とを備えている。
【0033】第1駆動部24は、スプール23aに作用
するピストン24aと、ピストン24aにより分割され
た2つの油圧室24b,24cとを有し、油圧室24b
には油圧ポンプ2の吐出圧が導かれ、油圧室24cには
最高負荷圧PLSが導かれかつピストン24aをスプール
23aに押し付けるバネ25が内蔵されている。
【0034】第2駆動部32は第1駆動部24と一体に
設けられており、第1駆動部24のピストン24aに作
用するピストン32aと、ピストン32aにより分割さ
れた2つの油圧室32b,32cとを有し、油圧室32
b,32cにはそれぞれパイロットライン34a,34
bを介して流量検出弁31(後述)の上流側の圧力と下
流側の圧力が導かれ、ピストン32aは流量検出弁31
の前後差圧ΔPpに応じた力でピストン24aを図示左
方に付勢する。
【0035】以上のように構成された第2傾転制御弁2
3は第1傾転制御弁22の出力圧を元圧として入力し、
第2駆動部32で設定された目標差圧ΔPLSrefに比べ
差圧ΔPLSが低い場合は、第1駆動部24によりスプー
ル23aを図示左方に移動し、第1傾転制御弁22の出
力圧をそのまま出力する。このとき、第1傾転制御弁2
2の出力圧が油圧ポンプ2の吐出圧Psであるとする
と、この吐出圧Psが指令圧力としてサーボピストン2
0に与えられ、サーボピストン20は面積差により図示
左方に移動し、斜板2aの傾転角を増加させ、油圧ポン
プ2の吐出流量を増加する。その結果、油圧ポンプ2の
吐出圧Psが上昇し、差圧ΔPLSが上昇する。逆に、第
2駆動部32で設定された目標差圧ΔPLSrefに対し差
圧ΔPLSが高い場合は、第1駆動部24によりスプール
23aを図示右方に移動して第1傾転制御弁22の出力
圧を減圧し、その低下した圧力を指令圧力として出力す
る。このため、サーボピストン20は図示右方に移動
し、斜板2aの傾転角を減少させ、油圧ポンプ2の吐出
流量を減少する。その結果、油圧ポンプ2の吐出圧Ps
が低下し、差圧ΔPLSが低下する。結果として、差圧Δ
PLSは目標差圧ΔPLSrefに維持される。
【0036】ここで、流量制御弁6a,6b,6cの前
後差圧は圧力補償弁7a,7b,7cにより同じ値であ
る差圧ΔPLSになるように制御されているので、上記の
ように差圧ΔPLSを目標差圧ΔPLSrefに維持すること
により流量制御弁6a,6b,6cの前後差圧は目標差
圧ΔPLSrefに維持される。
【0037】そして本実施の形態において、ポンプ容量
制御装置5は、エンジン1の回転数に応じて目標差圧Δ
PLSrefを変更可能とするため、更に、可変容量型の油
圧ポンプ2とともにエンジン1により駆動される固定容
量型の油圧ポンプ30と、この固定容量型の油圧ポンプ
30の吐出路30a,30bに設けられ、開口面積が調
整可能な可変絞り部31aを有する上記の流量検出弁3
1と、吐出路30a,30bに流量検出弁31と並列に
設けられ、全開位置と絞り位置との間で操作される切換
弁50と、この切換弁50に設けられ、切換弁50を全
開位置と絞り位置との間で操作可能とする操作レバー5
1とを有している。
【0038】固定容量型の油圧ポンプ30は、通常パイ
ロット油圧源として設けられるパイロットポンプであ
り、その吐出路30bにはパイロット油圧源としての元
圧を規定するリリーフ弁33が接続され、更に吐出路3
0bは、例えば流量制御弁6a,6b,6cを切換操作
するためのパイロット圧を生成するリモコン弁(図示せ
ず)へと接続されている。
【0039】流量検出弁31は、可変絞り部31a自身
の前後差圧ΔPpに依存して可変絞り部31aの開口面
積を変化させる構造を有している。すなわち、流量検出
弁31は、弁体31bと、弁体31bに対し可変絞り部
31aの開口面積を減少させる方向に作用するバネ31
cと、弁体31bに対し可変絞り部31aの開口面積を
増大させる方向に作用する制御圧力室31dと、弁体3
1bに対し可変絞り部31aの開口面積を減少させる方
向に作用する制御圧力室31eとを有し、制御圧力室3
1dにはパイロットライン35aを介して可変絞り部3
1aの上流側の圧力が導かれ、制御圧力室31eにはパ
イロットライン35bを介して可変絞り部31aの下流
側の圧力が導かれている。
【0040】可変絞り部31aの開口面積はバネ31c
の力と制御圧力室31d,31eの付勢力とのバランス
により決まり、可変絞り部31aの前後差圧ΔPpが小
さくなると弁体31bは図示右方に移動し、可変絞り部
31aの開口面積を小さくし、前後差圧ΔPpが増大す
ると弁体31b外し左方に移動し、可変絞り部31aの
開口面積を大きくする。
【0041】そして、可変絞り部31aの前後差圧ΔP
pはエンジン1の回転数によって変化する。すなわち、
エンジン1の回転数が低下すれば、油圧ポンプ30の吐
出流量が減少し、可変絞り部31aの前後差圧ΔPpは
低下する。
【0042】前述したように、流量検出弁31の可変絞
り部31aの上流側及び下流側の圧力はそれぞれパイロ
ットライン34a,34bを介して第2駆動部32の油
圧室32b,32cに導かれ、第2駆動部32のピスト
ン32aは流量検出弁31の可変絞り部31aの前後差
圧ΔPpに応じた力でピストン24aを図示左方に付勢
する。その結果、流量検出弁31の可変絞り部31aの
前後差圧ΔPpが小さくなるとピストン32aはピスト
ン24aを押す力を小さくして目標差圧ΔPLSrefを減
少し、前後差圧ΔPpが増大するとピストン32aはピ
ストン24aを押す力を大きくして目標差圧ΔPLSref
を増大させ、これにより第1傾転制御弁23の目標差圧
ΔPLSrefは流量検出弁31の可変絞り部31aの前後
差圧ΔPp、すなわちエンジン1の回転数によって変化
する。
【0043】切換弁50は、その切換位置に応じて油圧
ポンプ30の吐出流量(エンジン回転数に比例)に対す
る可変絞り部31aの前後差圧ΔPpの変化特性を普通
作業モードとクレーン作業モードに変更するものであ
り、切換弁50の入力ポートはバイパス油路52を介し
て流量検出弁31の入力ポート側に接続され、切換弁5
0の出力ポートはバイパス油路53を介して流量検出弁
31の出力ポート側に接続されている。また、切換弁5
0は絞り部50aを有し、この絞り部50aは切換弁5
0が絞り位置にあるとき固定絞りとして機能する。
【0044】以上の油圧駆動装置は例えば油圧ショベル
に搭載され、例えばアクチュエータ3aはブームを駆動
するブームシリンダであり、アクチュエータ3bはアー
ムを駆動するアームシリンダであり、アクチュエータ3
cは下部走行体に対し旋回体を回転させる旋回モータで
ある。
【0045】以上のように構成した本実施の形態におけ
る動作の概要は次のようである。
【0046】切換弁50が全閉位置にあるときは、切換
弁50がない場合、つまり特開平10−196604号
公報に記載のポンプ容量制御装置と同様の構成となり、
固定容量型の油圧ポンプ30からの吐出油の全量が流量
検出弁31を通過する。この場合の油圧ポンプ30の吐
出流量(エンジン回転数に比例)に対する流量検出弁3
1の前後差圧△Pp(或いは△PLSref)の変化は普通
作業モードに適した特性となる。
【0047】切換弁50に設けられた操作レバー51を
操作し、切換弁50を絞り位置に切り換えると、流量検
出弁31に並列に絞り回路が追加された回路構成とな
る。この場合、油圧ポンプ30からの吐出油は、流量検
出弁31と切換弁50による並列絞り回路に分流され
る。その結果、切換弁50を絞り位置に切り換えること
によって流量検出弁31を流れる流量が減少し、流量検
出弁31の前後差圧△Pp(或いは△PLSref)が小さ
くなる。この場合の油圧ポンプ30の吐出流量(エンジ
ン回転数に比例)に対する流量検出弁31の前後差圧△
Pp(或いは△PLSref)の変化はクレーン作業モード
に適した特性となる。
【0048】すなわち。エンジン1の回転数が同じで
も、第1傾転制御弁23の目標差圧ΔPLSrefは小さく
なり、圧力補償弁7a,7b,7cの目標補償差圧(=
ΔPLSref)も小さくなるので、アクチュエータ3a,
3b,3cの速度が減少する。そして、このときの流量
検出弁31の前後差圧△Ppの減少具合は、切換弁50
の絞り部50aの開口面積によって任意に設定可能であ
る。
【0049】切換弁50が全閉位置にあるときと絞り位
置にあるときの作用の詳細を図2にを用いて説明する。
【0050】固定容量型の油圧ポンプ30はエンジン1
の回転数Nに押しのけ容積Cmを乗じた流量Qpを吐出
する。
【0051】 Qp=CmN …(1) 流量検出弁31の可変絞り部31aの開口面積をAp1と
すると、固定容量型の油圧ポンプ30の吐出流量Qp或
いはエンジン1の回転数Nと可変絞り部31aの前後差
圧ΔPpは以下の式で関係ずけられる。
【0052】 Qp=CmN=cAp1√((2/ρ)ΔPp) …(2) ここで、流量検出弁31は、可変絞り部31aの開口面
積Ap1を可変絞り部31aの前後差圧ΔPpに応じて変
化させる構造を有しており、この場合の開口面積Ap1と
差圧ΔPpとの関係は例えば下記のように設定されてい
る。
【0053】 Ap1=a√ΔPp …(3) 式(2)に式(3)を代入すると、固定容量型の油圧ポ
ンプ30の吐出流量Qpと可変絞り部31aの前後差圧
ΔPpの関係は以下の式(4)のようになる。
【0054】 ΔPp=(1/ca)√(ρ/2)・Qp =(Cm/ca)√(ρ/2)・N …(4) また、第2駆動部32において、バネ25の押付力の圧
力換算値をkとすれば、ΔPLSref=ΔPp+kとなる
ので、ΔPLSref∝ΔPpとなる。また、バネ25の押
付力を無視できるとすれば、ΔPLSref=ΔPpとな
る。従って、式(4)は次のように表現できる。
【0055】 ΔPLSref∝(又は=)ΔPp∝Qp ΔPLSref∝(又は=)ΔPp∝N …(5) すなわち、差圧ΔPp或いはΔPLSrefは油圧ポンプ3
0の吐出流量Qp又はエンジン1の回転数Nに対して図
2(a)に実線で示すように直線的に増加する。
【0056】また、流量制御弁6a,6b,6cの1
つ、例えば流量制御弁6aの前後差圧ΔPLSが圧力補償
弁7aによりΔPLSrefに制御されている場合、流量制
御弁6aの開口面積をAvとすると、流量制御弁6aの
要求する流量Qvは以下の式で与えられる。
【0057】 Qv=cAv√((2/ρ)ΔPLSref) …(6) すなわち、要求流量Qvは目標差圧ΔPLSrefに対して
図2(b)で示すように上に凸の放物線的に増大する。
【0058】式(4)〜式(6)から要求流量Qvは以
下のようにエンジン1の回転数Nと関係ずけることがで
きる。
【0059】 Qv∝cAv√((Cm/ca)(2/ρ)1/2)・√N …(7) つまり、 Qv∝N1/2 …(8) すなわち、図2(a)に実線で示す流量Qpと差圧ΔP
pとの直線比例の関係(式(4))と図2(b)に示す
差圧ΔPLSと要求流量Qvとの上に凸の放物線の関係
(式(6))が組み合わされ、要求流量Qvはエンジン
1の回転数Nに対して図2(c)に実線で示すように上
に凸の放物線的に増大する。
【0060】次に、切換弁50が絞り位置に切り換えら
れた場合について説明する。
【0061】切換弁50が絞り位置に切り換えられたと
きに流量検出弁31と切換弁50とに分流される流量を
それぞれQ1,Q2とすると、下記の式が成り立つ。
【0062】 Qp=Q1+Q2 …(9) また、流量検出弁31の可変絞り部31aの開口面積を
上記のようにAp1とし、切換弁50の固定絞りの開口面
積をAp2とすると、流量検出弁31と切換弁50を通過
する流量Q1,Q2はそれぞれ次の式で表される。
【0063】 Q1=cAp1√((2/ρ)ΔPp) =ca√(2/ρ)・ΔPp Q2=cAp2√((2/ρ)ΔPp) …(10) ここで、α=ca√(2/ρ)、β=cAp2√(2/ρ)と置くと、 Q1=α・ΔPp Q2=β・√(ΔPp) …(11) よって、固定容量型の油圧ポンプ30の吐出流量Qp或
いはエンジン1の回転数Nと可変絞り部31aの前後差
圧ΔPpは以下の式で関係づけられる。
【0064】 Qp=CmN=Q1+Q2 =α・ΔPp+β・√(ΔPp) …(12) 式(12)から油圧ポンプ30の吐出流量Qpに対する
差圧ΔPpの関数を求めると、図2(a)に破線で示す
ように、下に凸の微分可能な連続関数となり、差圧ΔP
p或いはPLSrefは切換弁50が全閉位置にあるときに
比べ小さくなるとともに、油圧ポンプ30の吐出流量Q
p又はエンジン1の回転数Nに対して図2(a)に破線
で示すように増加する。
【0065】また、式(7)と同様に、式(6)と式
(12)から流量制御弁6aの要求流量Qvとエンジン
1の回転数Nの関係を求めることができ、これは、図2
(a)に破線で示すN或いはQpとΔPLSref或いはΔ
Ppとの関係と図2(b)に示すΔPLS(=ΔPLSre
f)とQvとの上に凸の放物線の関係を組み合わせた、
図2(c)に破線で示すような曲線で表されるものとな
る。
【0066】つまり、要求流量Qvはエンジン1の回転
数Nに対して図2(c)に破線で示すように増大し、切
換弁50が全閉位置にあるときとエンジン1の回転数が
同じでも、要求流量Qvは減少し、アクチュエータ3a
の速度が減少する。
【0067】次に、本実施の形態の効果を説明する。
【0068】前述したように、流量検出弁31を設ける
ことによりエンジン回転数に応じて目標差圧ΔPLSref
を小さくし、アクチュエータ速度を減少させることがで
きるが、1台の油圧ショベルで掘削積み荷作業とクレー
ン作業を行う場合には要求される旋回速度(旋回モータ
3cの回転速度)の変化幅が大きく、このようにアクチ
ュエータに要求される速度の変化幅が大きいと、流量検
出弁を用いたエンジン回転数による調整だけでは対応で
きない。今、このことを具体的に説明する。
【0069】具体例として、旋回速度として、例えば、
掘削積み荷作業では9min-1が要求され、クレーン作業
では1min-1が要求され(1/9倍)、エンジン1の回
転数の調整幅が1000〜2500min-1(2.5倍)
である場合を考える。
【0070】<切換弁50がない場合>これは、特開平
10−196604号公報に記載の従来技術に該当す
る。切換弁50がない場合は、切換弁50が全閉位置に
ある場合で説明したように、目標差圧ΔPLSrefとエン
ジン回転数Nの間には、前述した式(5)の関係が成り
立つ。
【0071】 ΔPLSref∝ΔPp∝N …(5) 一方、アクチュエータ要求流量Qvとエンジン回転数N
の関係は前述した式(8)のように表される。
【0072】 Qv∝N1/2 …(8) 式(8)から試算すると、エンジン回転数が1000〜
2500min-1で変化すると、旋回速度の変化範囲は
5.7〜9min-1となり、クレーン作業で要求される1m
in-1に対応できない。
【0073】<流量検出弁が固定絞りの場合>これは特
開平5−99126号公報に記載の従来技術に対応す
る。流量検出弁が固定絞りなので、目標差圧△PLSref
とエンジン回転数Nの間には下記の式のような関係が成
り立つ。
【0074】 △PLSref∝Qp2 ∝N2 …(13) 一方、目標LS差圧△PLSrefとアクチュエータの要求
流量Qvの関係は上述した式(6)のように表されるの
で、要求流量Qvとエンジン回転数Nの関係は以下のよ
うになる。
【0075】 Q∝N …(14) 式(14)から試算すると、エンジン回転数が1000
〜2500min-1で変化すると、旋回速度の変化範囲は
3.6〜9min-1となり、やはり上記要求旋回速度1min
-1に対応できない。
【0076】<本発明の場合>本発明の第1の実施の形
態によれば、切換弁50を絞り位置に切り換えることに
より最大アクチュエータ速度(最大旋回速度)を9min
-1から1min-1(1/9)にできる。以下、このことを
検証する。
【0077】切換弁50が絞り位置にあるとき、固定容
量型の油圧ポンプ30の吐出流量Qp或いはエンジン1
の回転数Nと可変絞り部31aの前後差圧ΔPpとの関
係は式(12)で表される。
【0078】 Qp=CmN=Q1+Q2 =α・ΔPp+β・√(ΔPp) …(12) ここで、切換弁50が全閉位置にあるときの流量検出弁
31の前後差圧をΔPP0、絞り位置にあるときの流量検
出弁31の前後差圧をΔPP1とすると、それぞれの場合
の油圧ポンプ30の吐出流量Qpと前後差圧ΔPP0,Δ
PP1との関係は次のように表される。
【0079】Qp=α・ΔPP0 Qp=α・ΔPP1+β・√(ΔPP1) 切換弁50の切換前後で全流量(油圧ポンプ30の吐出
流量)Qpは変わらないので、 α・ΔPP0=α・ΔPP1+β・√(ΔPP1) …(15) 最大アクチュエータ速度(最大旋回速度)を1/9とす
るためには、切換弁50が絞り位置での流量検出弁31
の前後差圧は全閉位置でのそれの(1/9)1/ 2とする
必要がある。すなわち、 ΔPP1=(1/81)ΔPP0 …(16) となる。式(16)を式(15)に代入すると、下式が
得られる。
【0080】 α・ΔPP0=(1/81)α・ΔPP0+(1/9)β・√(ΔPP0) …(17) そして、式(17)をβについて解くと、下式が得られ
る。
【0081】 β=(80/9)α√ΔPP0 …(18) つまり、流量検出弁31に関する定数αと切換弁50が
全閉位置にあるときの流量検出弁31の前後差圧ΔPP0
が決まっていれば、βを計算できる。よって、最大アク
チュエータ速度(最大旋回速度)を9min-1から1min-1
(1/9)にできる。
【0082】図3に計算結果の一例を示す。図中、横軸
が油圧ポンプ30の吐出流量(エンジン回転数に比例)
であり、図示左側の縦軸が切換弁50が全閉位置にある
(切換弁50がない)ときの流量検出弁31の前後差圧
であり、図示右側の縦軸が切換弁50が絞り位置にある
ときの流量検出弁31の前後差圧である。油圧ポンプ3
0の吐出流量が4.5L/min付近がエンジン回転数1
000min-1に相当し、吐出流量が11.4L/min付近
がエンジン回転数2500min-1に相当する。また、図
示右側の切換弁50が絞り位置にあるときの流量検出弁
31の前後差圧のスケールは図示左側の切換弁50が全
閉位置にあるときの流量検出弁31の前後差圧の81倍
に拡大している。
【0083】この図3から分かるように、切換弁50を
全閉位置から絞り位置に切り換えることにより、エンジ
ン回転数が2500min-1のときの流量検出弁31の前
後差圧は15kgf/cm2からその1/81に低下
し、アクチュエータの要求流量、すなわちアクチュエー
タ速度を1/9に落とすことができる。
【0084】以上のように本実施の形態によれば、流量
検出弁31と並列に切換弁50を設けることにより、エ
ンジン1の回転数に応じてロードセンシング制御の目標
差圧ΔPLSrefを変更できるとともに、要求されるアク
チュエータ速度の変化幅がエンジン1の回転数で調整可
能な範囲を超えていても、その変化幅に対応でき、それ
ぞれの要求アクチュエータ速度を実現し、良好な操作性
を得ることができる。
【0085】また、切換弁50が全閉位置にあるとき
は、従来通りエンジン回転数を調整すれば今までと同じ
ようにアクチュエータ速度を調整できるので、アクチュ
エータ速度の調整のためのエンジン回転数の設定に際し
て、従来システムの操作感との間の違和感をなくすこと
ができる。
【0086】また、本実施の形態によれば、固定容量型
の油圧ポンプ30の吐出路に設ける絞り手段として、自
身の前後差圧に依存して開口面積を変化させる可変絞り
部31aを備えた流量検出弁31を配置したので、特開
平10−196604号公報に記載の発明と同様、エン
ジン回転数を低く設定した場合には良好な微操作性が得
られ、エンジン回転数を高く設定した場合には応答性の
良い力強い操作フィーリングを実現することができる。
【0087】本発明の第2及び第3の実施の形態を図4
及び図5により説明する。これらの実施の形態は切換弁
の切換方式を異ならせたものである。図中、図1に示す
ものと同等の部材には同じ符号を付している。
【0088】図4において、本発明の第2の実施の形態
におけるポンプ容量制御装置は切換手段を油圧式とした
切換弁50Aを有し、切換弁50Aを絞り位置に付勢す
る側に油圧駆動部60が設けられ、切換弁50Aを全閉
位置に付勢する側にバネ61が設けられている。また、
オペレータにより通常作業モード位置とクレーン作業モ
ード位置との間で操作され、通常作業モードを選択する
か、クレーン作業モードを選択するかを指示する手動ダ
イヤル62と、手動ダイヤル62がクレーン作業モード
位置にあるときに電気信号を出力する信号発生部63
と、信号発生部63からの電気信号により作動する電磁
切換弁64とを備え、電磁切換弁64の一次ポートは固
定容量型の油圧ポンプ30の吐出路30bに接続され、
二次ポートは切換弁50Aの油圧駆動部60に接続され
ている。
【0089】手動ダイヤル62が通常作業モード位置に
あるときは、電磁切換弁64は作動せず、切換弁50A
はバネ61により全閉位置に保持される。手動ダイヤル
62をクレーン作業モード位置に操作すると、信号発生
部63は電気信号を発生し、電磁切換弁64は油圧ポン
プ30からの圧油を油圧源として切換弁50Aの油圧駆
動部60に油圧信号を出力する。これにより切換弁50
Aは絞り位置に切り換えられる。
【0090】図5において、本発明の第3の実施の形態
におけるポンプ容量制御装置は切換手段を電気ソレノイ
ド式とした切換弁50Bを有し、切換弁50Bを絞り位
置に付勢する側にソレノイド駆動部65が設けられ、切
換弁50bを全閉位置に付勢する側にバネ61が設けら
れている。また、信号発生部63からの電気信号が直接
ソレノイド駆動部65に入力される。
【0091】手動ダイヤル62が通常作業モード位置に
あるときは、ソレノイド駆動部65は作動せず、切換弁
50Bはバネ61により全閉位置に保持される。手動ダ
イヤル62をクレーン作業モード位置に操作すると、信
号発生部63は電気信号を発生し、切換弁50Bはソレ
ノイド駆動部65により絞り位置に切り換えられる。
【0092】第2及び第3の実施の形態によっても、第
1の実施の形態と同様の効果が得られる。
【0093】本発明の第4の実施の形態を図6により説
明する。本実施の形態はクレーン作業モードにおいて設
定を連続的に調整できるようにしたものである。図中、
図1、図4、図5に示すものと同等の部材には同じ符号
を付している。
【0094】図6において、本実施の形態におけるポン
プ容量制御装置は絞り部50Caを可変絞りとした切換
弁50Cを有し、切換弁50Cを絞り位置に付勢する側
に比例ソレノイド駆動部66が設けられ、切換弁50C
を全閉位置に付勢する側にバネ61が設けられている。
また、オペレータにより通常作業モード位置とクレーン
作業モード位置との間で操作され、クレーン作業モード
位置では更に連続的に位置を調整可能な手動ダイヤル6
2Cと、手動ダイヤル62Cがクレーン作業モード位置
にあるときの位置に比例した電気信号を出力する信号発
生部63Cとを備え、信号発生部63Cからの電気信号
が比例ソレノイド駆動部66に入力される。
【0095】手動ダイヤル62Cが通常作業モード位置
にあるときは、比例ソレノイド駆動部66は作動せず、
切換弁50Cはバネ61により全閉位置に保持される。
手動ダイヤル62Cをクレーン作業モード位置に操作す
ると、信号発生部63Cはその位置に応じたレベルの電
気信号を発生し、比例ソレノイド駆動部66はその電気
信号に応じて作動し、切換弁50Cはその電気信号に応
じた絞り位置に切り換えられ、絞り部50Caは手動ダ
イヤル62Cの位置に応じた開口面積に調整される。そ
の結果、クレーン作業モードを選択したとき、クレーン
作業モードでのアクチュエータ速度をオペレータの好み
に応じて自由に調整することができ、更に操作性を向上
できる。
【0096】以上、本発明の実施の形態を説明したが、
本発明はこれらに限定されることなく、本発明の精神の
範囲内で種々の修正、変更が可能である。
【0097】例えば、上記実施の形態では、圧力補償弁
は流量制御弁の上流に設置される前置きタイプとした
が、流量制御弁の下流に設置され、全ての流量制御弁の
出口圧力を同じ最大負荷圧に制御することで前後差圧を
同じ差圧ΔPLSに制御する後置きタイプであってもよ
い。
【0098】また、ポンプ容量制御装置5の設定制御部
23bと圧力補償弁7a〜7cには油圧ポンプ2の吐出
圧と最大負荷圧とをそのまま導き、両者の差圧ΔPLSを
それぞれの内部で得たが、油圧ポンプ2の吐出圧と最大
負荷圧の差圧ΔPLSを1つの油圧信号に変換する差圧検
出弁を設け、その油圧信号を設定制御部23bと圧力補
償弁7a〜7cに導いてもよい。流量検出弁31の前後
差圧ΔPpについても、同様に、その上流側の圧力と下
流側の圧力をそのままポンプ容量制御装置5の設定制御
部23bに導くのでなく、その差圧を1つの油圧信号に
変換する差圧検出弁を設け、その油圧信号を設定制御部
23bに導いてもよい。このように差圧検出弁を用いる
ことにより、油圧信号の数が減り、回路構成を簡素化で
きる。
【0099】更に、流量検出弁31の前後差圧ΔPp
は、その大きさを変えずにポンプ容量制御装置5の設定
制御部23bに導いたが、ポンプ容量制御装置5側で設
定されるロードセンシング制御の目標差圧ΔPLSrefの
調整を容易にするなどの目的で、流量検出弁31の前後
差圧を減圧或いは増圧して導いてもよい。
【0100】更に、上記の実施の形態では、固定容量型
の油圧ポンプ30の吐出路に設ける絞り手段として、自
身の前後差圧に依存して開口面積を変化させる可変絞り
部31aを備えた流量検出弁31を配置したが、特開平
5−99126号公報のものと同様、固定絞りを配置し
てもよい。
【0101】また、上記の実施の形態では、エンジン回
転数の検出及びそれに基づく目標差圧の変更を油圧的に
行ったっが、エンジン回転数をセンサで検出し、そのセ
ンサ信号から目標差圧を計算するなどして電気的に行っ
てもよい。
【0102】
【発明の効果】本発明によれば、絞り手段と並列に切換
弁を設けたので、原動機の回転数に応じてロードセンシ
ング制御の目標差圧を変更できるとともに、要求される
アクチュエータ速度の変化幅が原動機の回転数で調整可
能な範囲を超えていても、その変化幅に対応でき、それ
ぞれの要求アクチュエータ速度を実現し、良好な操作性
を得ることができる。
【0103】また、切換弁が全閉位置にあるときは、従
来通り原動機回転数を調整すれば今までと同じようにア
クチュエータ速度を調整できるので、アクチュエータ速
度の調整のための原動機回転数の設定に際して、従来シ
ステムの操作感との間の違和感をなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態による油圧駆動装置
の構成を示す油圧回路図である。
【図2】第1の実施の形態における流量検出弁及び切換
弁の作用を説明するための特性図である。
【図3】第1の実施の形態における切換弁が全閉位置に
あるときと絞り位置にあるときの固定容量型の油圧ポン
プの吐出流量と流量検出弁の前後差圧の計算結果の一例
を示す図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態による油圧駆動装置
におけるポンプ容量制御装置の要部を示す図である。
【図5】本発明の第3の実施の形態による油圧駆動装置
におけるポンプ容量制御装置の要部を示す図である。
【図6】本発明の第4の実施の形態による油圧駆動装置
におけるポンプ容量制御装置の要部を示す図である。
【符号の説明】
1 エンジン 2 可変容量型の油圧ポンプ 3a,3b,3c アクチュエータ 4a,4b,4c 流量制御弁 5 ポンプ容量制御装置 6a,6b,6c 流量制御弁 7a,7b,7c 圧力補償弁 20 サーボピストン 21 傾転制御装置 22 第1傾転制御弁 23 第2傾転制御弁 23a スプール 23b 設定制御部 24 第1駆動部 25 バネ 30 固定容量型の油圧ポンプ 31 流量検出弁 31d,31e 制御圧力室 32 第2駆動部 50;50A;50B;50c 切換弁 50a 絞り部 50Ca 可変絞り部 51 操作レバー 60 油圧駆動部 61 バネ 62;62C 手動ダイヤル 63;63C 信号発生部 64 電磁切換弁 65 ソレノイド駆動部 66 比例ソレノイド駆動部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 釣賀 靖貴 滋賀県甲賀郡水口町笹ヶ丘1−2 株式会 社日立建機ティエラ滋賀工場内 (72)発明者 中谷 賢一郎 滋賀県甲賀郡水口町笹ヶ丘1−2 株式会 社日立建機ティエラ滋賀工場内 (72)発明者 川本 純也 滋賀県甲賀郡水口町笹ヶ丘1−2 株式会 社日立建機ティエラ滋賀工場内 Fターム(参考) 2D003 AB05 AB06 BA01 BB02 CA03 DA03 DA04 DB03 DC02 3H089 AA27 BB15 BB17 CC01 CC08 CC11 DA03 DA13 DB24 DB46 DB49 EE04 EE14 EE16 EE22 FF06 FF16 GG02 JJ02

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】原動機と、この原動機により駆動される可
    変容量型の油圧ポンプと、 この油圧ポンプから吐出された圧油により駆動される複
    数のアクチュエータと、 前記油圧ポンプから複数のアクチュエータに供給される
    圧油の流量を制御する複数の流量制御弁と、 前記複数の流量制御弁の前後差圧を前記油圧ポンプの吐
    出圧と前記複数のアクチュエータの最高負荷圧との差圧
    と同じ差圧に制御する複数の圧力補償弁と、 前記油圧ポンプの吐出圧と前記複数のアクチュエータの
    最高負荷圧との差圧を設定値に維持するよう前記油圧ポ
    ンプを容量制御するポンプ容量制御手段と、 前記可変容量型の油圧ポンプとともに前記原動機により
    駆動される固定容量型の油圧ポンプとを備え、 前記ポンプ容量制御手段は前記固定容量型の油圧ポンプ
    の吐出路に設けられた絞り手段を有し、この絞り手段の
    前後差圧の変化で前記原動機の回転数の変化を検出し、
    前記原動機の回転数に応じて前記設定値を変更する油圧
    駆動装置において、 前記絞り手段と並列に接続され、全閉位置と絞り位置の
    間で操作可能な切換弁を備えることを特徴とする油圧駆
    動装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の油圧駆動装置において、 前記切換弁を前記全閉位置と絞り位置の間で切り換える
    手動操作手段を更に備えることを特徴とする油圧駆動装
    置。
  3. 【請求項3】請求項1記載の油圧駆動装置において、 オペレータにより操作される手動操作手段と、 この手動操作手段の操作に応じて前記切換弁を前記全閉
    位置と絞り位置の間で切り換える切換手段とを備えるこ
    とを特徴とする油圧駆動装置。
  4. 【請求項4】請求項3記載の油圧駆動装置において、前
    記切換手段が油圧式であることを特徴とする油圧駆動装
    置。
  5. 【請求項5】請求項3記載の油圧駆動装置において、前
    記切換手段が電気式であることを特徴とする油圧駆動装
    置。
  6. 【請求項6】請求項1記載の油圧駆動装置において、前
    記切換弁は、前記絞り位置で連続的に開口面積を変更で
    きるようになっていることを特徴とする油圧駆動装置。
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