JP2003021102A - 建設機械の制御装置 - Google Patents

建設機械の制御装置

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JP2003021102A
JP2003021102A JP2001207371A JP2001207371A JP2003021102A JP 2003021102 A JP2003021102 A JP 2003021102A JP 2001207371 A JP2001207371 A JP 2001207371A JP 2001207371 A JP2001207371 A JP 2001207371A JP 2003021102 A JP2003021102 A JP 2003021102A
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pump
hydraulic
hydraulic pump
pressure
valve
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Ikuo Kita
郁夫 北
Yuichi Nagahiro
勇一 永広
Hiroshi Nakagami
博司 中上
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Komatsu Ltd
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Komatsu Ltd
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D31/00Fluid couplings or clutches with pumping sets of the volumetric type, i.e. in the case of liquid passing a predetermined volume per revolution
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/76Graders, bulldozers, or the like with scraper plates or ploughshare-like elements; Levelling scarifying devices
    • E02F3/7609Scraper blade mounted forwardly of the tractor on a pair of pivoting arms which are linked to the sides of the tractor, e.g. bulldozers
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives

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  • Fluid-Pressure Circuits (AREA)
  • Non-Deflectable Wheels, Steering Of Trailers, Or Other Steering (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 作業機用油圧アクチュエータと走行用油圧モ
ータの同時操作性を確保しつつ、高負荷時においてもエ
ンストが発生するのを回避する。 【解決手段】 油圧ポンプ23の吐出油圧が所定値を越
えたときにその油圧ポンプ23の吸収トルクが一定にな
るようにポンプ最大容量を制御するトルク可変制御弁3
5と、このトルク可変制御弁35からの指令により油圧
ポンプ23の斜板23aの傾転角を変更するサーボ弁3
3を備える構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ブルドーザのよう
な建設機械において、作業機用油圧アクチュエータと走
行用油圧モータの同時操作性を確保するようにした技術
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、ブルドーザのような建設機械にお
いては、ブレード、リッパ等の作業機による作業と、車
両の旋回(ステアリング)とを同時に行った場合の油圧
力を確保するために、作業機用油圧アクチュエータに対
して油圧力を供給する作業機用油圧ポンプと、HSSモ
ータ(走行用油圧モータ)に対して油圧力を供給するス
テアリング用油圧ポンプの2個の独立ポンプを備えたシ
ステム(独立2ポンプシステム)を採用することが行わ
れている(特開平11−181823号公報参照)。
【0003】また、1個の油圧ポンプから吐出される圧
油により作業機用油圧アクチュエータとHSSモータと
を駆動する1ポンプシステムが採用される場合もある。
この1ポンプシステムの場合、作業機用油圧アクチュエ
ータとHSSモータとを同時に作動させた際のエンジン
ストール(エンスト)の発生を防止するために、作業機
性能とステアリング性能を犠牲にして容量の小さな油圧
ポンプを用いるようにされている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記2
ポンプシステムを採用した場合には、作業機用油圧アク
チュエータとHSSモータの同時操作性は確保できるも
のの、作業機用油圧ポンプとステアリング用油圧ポンプ
のほか、チャージポンプが必要となり、装置の全体構成
が複雑化するだけでなく、コスト高になってしまうとい
う問題点がある。
【0005】一方、前記1ポンプシステムの場合には、
そのような問題点は解消できるものの、前述のように作
業機用油圧アクチュエータとHSSモータの同時操作時
におけるエンストの発生を考慮し、小容量の油圧ポンプ
しか用いることができず、作業機性能もしくはステアリ
ング性能の悪化が避けられない。
【0006】本発明は、このような問題点を解消するた
めになされたもので、作業機用油圧アクチュエータと走
行用油圧モータの同時操作性を確保しつつ、高負荷時に
おいてもエンストが発生するのを回避することのできる
建設機械の制御装置を提供することを目的とするもので
ある。
【0007】
【課題を解決するための手段および作用・効果】前記目
的を達成するために、本発明による建設機械の制御装置
は、エンジンの出力により駆動される油圧ポンプと、こ
の油圧ポンプから吐出される圧油により作動される作業
機用油圧アクチュエータおよび走行用油圧モータを備え
る建設機械の制御装置において、前記油圧ポンプの吐出
油圧が所定値を越えたときにその油圧ポンプの最大吸収
トルクが一定になるようにポンプ最大容量を制御するト
ルク可変制御弁と、このトルク可変制御弁からの指令に
より前記油圧ポンプの斜板角を変更するサーボ弁を備え
ることを特徴とするものである。
【0008】本発明においては、高負荷時において油圧
ポンプが一定トルク以上のトルクを吸収しないようにト
ルク可変制御弁が設けられているので、作業機用油圧ア
クチュエータと走行用油圧モータとを作動させるための
油圧ポンプとして、1個の大容量の油圧ポンプを使用す
ることができる。したがって、軽負荷時において、作業
機用油圧アクチュエータと走行用油圧モータとを同時に
操作しても、大容量の油圧ポンプから十分な流量が供給
されるためその同時操作性を確保することができて、作
業機性能およびステアリング性能が悪化するのを防止す
ることができる。一方、高負荷時においては、前記トル
ク可変制御弁によって油圧ポンプの吸収トルクが一定値
以下に制限されるので、エンストの発生を防止すること
ができる。こうしてエンジンパワーを効率良く使用し
て、作業機性能およびステアリング性能を犠牲にするこ
とがなく、しかもエンストの発生を回避することが可能
となる。なお、高負荷時にはポンプ容量が制限されるこ
とになるが、スピードが要求されないので、不都合が生
じることはない。
【0009】本発明において、さらに、前記油圧ポンプ
の吐出油圧と負荷圧との差圧が一定になるようにポンプ
吐出量を制御するロードセンシング弁を備え、前記サー
ボ弁は、前記ロードセンシング弁からの指令によって前
記油圧ポンプの斜板角を変更するものであるのが好まし
い。こうすることで、作業機用油圧アクチュエータおよ
び走行用油圧モータの駆動によって生じる負荷圧に応じ
て、言い換えれば油圧ポンプに対する要求油圧に応じて
その油圧ポンプの吐出量を適正値に制御することができ
る。
【0010】
【発明の実施の形態】次に、本発明による建設機械の制
御装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつ
つ説明する。
【0011】図1には、本発明の一実施形態に係るブル
ドーザの外観図が示され、図2には、本実施形態のブル
ドーザにおける動力伝達系統が示されている。また、図
3には、油圧回路を概略的に表すブロック図が示されて
いる。
【0012】本実施形態のブルドーザ1においては、車
体2上にボンネット3および運転席4が設けられ、車体
2の前進方向の左右の各側部に、車体2を前進,後進お
よび旋回させる履帯5が設けられている。これら履帯5
は、後述するエンジン20から伝達される駆動力によっ
て対応するスプロケット6により各履帯5毎に独立して
駆動される。
【0013】また、車体2の左右の側部には、ブレード
7を先端側で支持する左および右のストレートフレーム
8,9の基端部がトラニオン(右側のトラニオンは図示
されていない。)10によってブレード7が上昇・下降
可能なように枢支されている。さらに、ブレード7に
は、このブレード7を上昇・下降させる左右一対のブレ
ードリフトシリンダ11,11が車体2との間に、また
ブレード7を左右に傾斜させるブレース12およびブレ
ードチルトシリンダ13がそのブレース12を左ストレ
ートフレーム8との間に、ブレードチルトシリンダ13
を右ストレートフレーム9との間に配することにより設
けられている。
【0014】また、運転席4の左側にはステアリングレ
バー15,変速レバー16および燃料コントロールレバ
ー17が設けられ、右側にはブレード7を上昇、下降、
左傾斜および右傾斜させるブレードコントロールレバー
18等が設けられている。なお、運転席4の前方には図
示されていないがデクセルペダルが設けられている。
【0015】次に、図2に示されるように、エンジン2
0からの回転駆動力は、ダンパー21および、ブレード
リフトシリンダ11等の作業機用油圧アクチュエータ2
2(図3参照)および後述のHSSモータ(走行用油圧
モータ)30に圧油を供給する可変容量型の油圧ポンプ
23等を駆動するPTO24を介してトルクコンバータ
25に伝達される。そして、このトルクコンバータ25
の出力軸から、回転駆動力はその出力軸に入力軸が連結
されている例えば遊星歯車湿式多板式クラッチ変速機で
あるトランスミッション26に伝達される。このトラン
スミッション26は前進,後進クラッチおよび1速乃至
3速クラッチを有し、そのトランスミッション26の出
力軸は前後3段階の速度で回転されるようになってい
る。続いて、このトランスミッション26の出力軸から
その回転駆動力は、ベベルギヤー27および差動遊星歯
車装置を介して左右一対の各終減速装置28に伝達され
て履帯5を走行させる各スプロケット6が駆動されるよ
うになっている。
【0016】一方、図3に示されるように、本実施形態
においては、前記作業機用油圧アクチュエータ22およ
びHSSモータ30にそれぞれ圧油を供給するために、
エンジン20により駆動される前記油圧ポンプ23が設
けられ、この油圧ポンプ23の吐出側に操作弁32が設
けられている。
【0017】前記油圧ポンプ23には、そのポンプ斜板
23aの傾転角を可変駆動するサーボ弁(サーボピスト
ン)33が接続され、このサーボ弁33によって斜板2
3aの傾転角が変化されることにより1回転当たりの吐
出油量が変更できるようにされている。また、前記サー
ボ弁33の上流側には、ロードセンシング弁(LS弁)
34が配され、このロードセンシング弁34のさらに上
流側にトルク可変制御弁(TVC弁)35が配されてい
る。
【0018】図4(a)の特性図に示されているよう
に、前記ロードセンシング弁34は、一端側に前記作業
機用油圧アクチュエータ22およびHSSモータ30の
駆動によって生じる負荷圧が導かれるとともに、他端側
に油圧ポンプ23の吐出圧が導かれ、これら負荷圧とポ
ンプ吐出圧とを比較し、ポンプ吐出圧が常に負荷圧より
も設定差圧ΔPだけ大きくなるようにサーボ弁33に圧
油を供給して、油圧ポンプ23の押しのけ容積を制御す
る。すなわち、ポンプ吐出圧が負荷圧よりも大きい場合
には、油圧ポンプ23の斜板23aの傾転角が小さくさ
れて油圧ポンプ23の押しのけ容積が絞られる。一方、
ポンプ吐出圧が負荷圧よりも小さい場合には、油圧ポン
プ23の斜板23aの傾転角が大きくされて油圧ポンプ
23の押しのけ容積が増加される。こうして、ポンプ吐
出圧と負荷圧との差圧ΔPが一定値(例えば20kg/
cm)になるようにポンプ吐出量が制御される。
【0019】なお、前記負荷圧は、図示されないリリー
フ弁によりその上限値が制限されている。したがって、
ポンプ吐出圧が所定のカットオフ圧を越えると、油圧ポ
ンプ23の斜板23aの傾転角が最小位置に戻されるよ
うに作動され、ポンプ吐出量が急激に減少される。
【0020】一方、前記トルク可変制御弁35は、一端
側に油圧ポンプ23の斜板23aの傾転角が導かれると
ともに、他端側に油圧ポンプ23の吐出圧が導かれ、こ
れら傾転角とポンプ吐出圧とのバランスによってポンプ
最大容量をそのポンプ吐出圧に見合った値に制御する。
すなわち、図4(b)の特性図に示されているように、
ポンプ吐出圧が比較的小さな軽負荷時にはポンプ容量要
求値をサーボ弁33に指令して十分大きなポンプ流量を
確保し、またポンプ吐出圧が一定値を越えた高負荷時に
は、等馬力制御によってポンプ最大容量をポンプ吐出圧
に見合った値に制御する。言い換えれば、ポンプ容量要
求値がポンプ容量許容値内にあれば、ポンプ容量要求値
をサーボ弁33に指令し、ポンプ容量許容値を越える要
求があった場合には、ポンプ容量許容値をポンプ容量と
してサーボ弁33に指令する。
【0021】こうして、軽負荷時には、作業機用油圧ア
クチュエータ22およびHSSモータ30側から大流量
が要求された場合にも、その双方に十分な圧油を供給し
てそれらの同時操作性が確保され、一方、高負荷時に
は、油圧ポンプ23の吸収トルクを一定値以下に制限し
て油圧ポンプ23が一定馬力以上吸収しないようにし、
これによってエンストの発生が防止される。このように
本実施形態のシステムにおいては、作業機用油圧アクチ
ュエータ22およびHSSモータ30に圧油を供給する
のに1個の大容量の油圧ポンプ23を使用しても、エン
ジンパワーを効率良く使用して、高負荷時にエンストを
発生させることなく、しかも軽負荷時に作業機用油圧ア
クチュエータ22と走行用油圧モータ30の同時操作性
が確保できるという優れた特徴を有している。
【0022】特に、本実施形態のようなブルドーザ1に
おいては、ブレード7によってドージング(掘削、押
土)作業を行いつつ、HSSモータ30を作動させてス
テアリング操作を行うというように、作業機用油圧アク
チュエータ22とHSSモータ30とを同時に作動させ
る場合が多く、この場合に作業機性能とステアリング性
能のいずれをも犠牲にすることがないので、極めて有効
なシステムであると言える。なお、高負荷時にはポンプ
容量が制限されることになるが、スピードが要求されな
いので、不都合が生じることはない。
【0023】本実施形態では、ブルドーザを例にとって
説明したが、本発明は、作業機を操作しつつステアリン
グ操作を行う他の建設機械に対しても適用することがで
きるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の一実施形態に係るブルドーザ
の外観図である。
【図2】図2は、本実施形態の動力伝達系統を示す図で
ある。
【図3】図3は、本実施形態の油圧回路を概略的に示す
ブロック図である。
【図4】図4は、ロードセンシング弁の特性図(a)お
よびトルク可変制御弁の特性図(b)である。
【符号の説明】
1 ブルドーザ 7 ブレード 11 ブレードリフトシリンダ 13 ブレードチルトシリンダ 20 エンジン 22 作業機用油圧アクチュエータ 23 油圧ポンプ 30 HSSモータ(走行用油圧モータ) 32 操作弁 33 サーボ弁 34 ロードセンシング弁(LS弁) 35 トルク可変制御弁(TVC弁)
フロントページの続き (72)発明者 中上 博司 大阪府枚方市上野3丁目1−1 株式会社 小松製作所大阪工場内 Fターム(参考) 2D003 AA02 AB01 AB05 AC01 BA05 BB01 CA02 DA02 DB01 DB02 DC02 3H089 AA27 AA73 AA74 BB19 CC01 CC08 CC11 DA03 DA13 DB32 EE18 GG02 JJ01

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジンの出力により駆動される油圧ポ
    ンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油により作動
    される作業機用油圧アクチュエータおよび走行用油圧モ
    ータを備える建設機械の制御装置において、 前記油圧ポンプの吐出油圧が所定値を越えたときにその
    油圧ポンプの最大吸収トルクが一定になるようにポンプ
    最大容量を制御するトルク可変制御弁と、このトルク可
    変制御弁からの指令により前記油圧ポンプの斜板角を変
    更するサーボ弁を備えることを特徴とする建設機械の制
    御装置。
  2. 【請求項2】 さらに、前記油圧ポンプの吐出油圧と負
    荷圧との差圧が一定になるようにポンプ吐出量を制御す
    るロードセンシング弁を備え、前記サーボ弁は、前記ロ
    ードセンシング弁からの指令によって前記油圧ポンプの
    斜板角を変更するものである請求項1に記載の建設機械
    の制御装置。
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