JP2007057001A - Hydraulic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、油圧回路を循環する作動油のエネルギーを回生する油圧装置の技術に関する。 The present invention relates to a technique of a hydraulic device that regenerates energy of hydraulic oil circulating in a hydraulic circuit.
従来、油圧シリンダと、駆動源により駆動され、該油圧シリンダに作動油を圧送する油圧ポンプと、該油圧シリンダと該油圧ポンプとの間に配置され、該油圧シリンダの動作を切り換える切換弁と、を具備する油圧回路は公知となっている。 Conventionally, a hydraulic cylinder, a hydraulic pump driven by a drive source and pumping hydraulic oil to the hydraulic cylinder, a switching valve disposed between the hydraulic cylinder and the hydraulic pump, and switching an operation of the hydraulic cylinder; A hydraulic circuit comprising the above is well known.
このような油圧回路は、一般的には、油圧ポンプから圧送される作動油を切換弁により切り換えて油圧シリンダのボトム室またはロッド室のいずれかに供給し、油圧シリンダを伸長または収縮させるものである。また、このような油圧回路は、油圧シリンダのボトム室またはロッド室の一方に作動油が供給された結果、他方から排出される作動油は、戻り配管を経て一度作動油タンクに戻され、上記油圧ポンプは該作動油タンクから作動油を吸入する構成となっている。 In general, such a hydraulic circuit switches hydraulic oil pumped from a hydraulic pump by a switching valve and supplies it to either the bottom chamber or the rod chamber of the hydraulic cylinder to extend or contract the hydraulic cylinder. is there. Further, in such a hydraulic circuit, as a result of the hydraulic oil being supplied to one of the bottom chamber or the rod chamber of the hydraulic cylinder, the hydraulic oil discharged from the other is once returned to the hydraulic oil tank via the return pipe, The hydraulic pump is configured to suck hydraulic oil from the hydraulic oil tank.
また、いわゆる「ロードセンシング機能」を付与した油圧回路も公知となっている。
ここで、ロードセンシング機能とは、前記切換弁を挟んで、油圧ポンプの吐出ポート側の圧力と油圧アクチュエータの給油ポート側の圧力との差を所定の範囲内に調整することにより、油圧アクチュエータにかかる負荷の大きさに関わらず油圧アクチュエータに供給される作動油の流量を略一定に保持する(油圧アクチュエータの動作速度を略一定に保持する)機能を指す。
例えば、特許文献1に記載の如くである。
In addition, a hydraulic circuit provided with a so-called “load sensing function” is also known.
Here, the load sensing function refers to the hydraulic actuator by adjusting the difference between the pressure on the discharge port side of the hydraulic pump and the pressure on the oil supply port side of the hydraulic actuator within a predetermined range across the switching valve. It refers to a function of maintaining the flow rate of hydraulic oil supplied to the hydraulic actuator substantially constant regardless of the magnitude of the load (maintaining the operation speed of the hydraulic actuator substantially constant).
For example, as described in Patent Document 1.
さらにまた、上記戻り配管の中途部に配置され、戻り配管を通過する作動油により駆動される油圧モータと、該油圧モータにより駆動される発電機と、該発電機と接続されたバッテリーと、を具備し、戻り配管を通過する作動油のエネルギー(運動エネルギーおよび位置エネルギー)を電気エネルギーとして回収する機能、いわゆる「エネルギー回生機能」を有する油圧回路も公知となっている。
例えば、特許文献2に記載の如くである。
For example, as described in Patent Document 2.
しかし、油圧シリンダを駆動し、ロードセンシング機能を有する油圧回路において、エネルギー回生を行うものはなかった。
また、上記「エネルギー回生機能」を有する油圧回路は、該エネルギー回生機能を達成するために油圧モータ、発電機、バッテリー等を追加的に具備する必要があり、製造コストが増大するという問題がある。
However, no hydraulic circuit that drives a hydraulic cylinder and has a load sensing function performs energy regeneration.
In addition, the hydraulic circuit having the “energy regeneration function” needs to be additionally provided with a hydraulic motor, a generator, a battery, and the like in order to achieve the energy regeneration function, resulting in an increase in manufacturing cost. .
また、油圧回路は一つの油圧アクチュエータに対してエネルギー回生を行う構成であり、その他の油圧アクチュエータを具備した場合には、別々に配置する必要があり、油圧回路が複雑化・大型化するという問題がある。 In addition, the hydraulic circuit is configured to regenerate energy for one hydraulic actuator. When other hydraulic actuators are provided, it is necessary to arrange them separately, and the hydraulic circuit becomes complicated and large. There is.
本発明は以上の如き問題に鑑み、簡素な構成で作動油のエネルギーを回収可能な油圧回路を提供するものである。 In view of the above problems, the present invention provides a hydraulic circuit that can recover the energy of hydraulic oil with a simple configuration.
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。 The problems to be solved by the present invention are as described above. Next, means for solving the problems will be described.
即ち、請求項1においては、
油圧シリンダや油圧モータ等の複数の油圧アクチュエータと、
駆動源により駆動され、前記油圧アクチュエータに作動油を圧送する油圧ポンプと、
前記各油圧アクチュエータと該油圧ポンプとの間に配置され、各油圧アクチュエータの動作をそれぞれ切り換える動作切換弁とを備え、
前記少なくとも一つの油圧アクチュエータを油圧シリンダとして、該油圧シリンダに油圧を圧送する油圧ポンプの吐出ポート側の圧力と、動作切換弁の油圧シリンダの給油ポート側の圧力との差を所定の値に調整する油圧調整機構と、
該油圧シリンダの排油ポートから該動作切換弁に戻された作動油を該油圧ポンプに供給する回生配管とを備え、
前記油圧シリンダの動作切換弁と、前記その他の油圧アクチュエータの動作切換弁を一体的に構成したものである。
That is, in claim 1,
A plurality of hydraulic actuators such as hydraulic cylinders and hydraulic motors;
A hydraulic pump driven by a drive source and pumping hydraulic oil to the hydraulic actuator;
An operation switching valve that is disposed between each of the hydraulic actuators and the hydraulic pump, and switches the operation of each of the hydraulic actuators;
Using the at least one hydraulic actuator as a hydraulic cylinder, the difference between the pressure on the discharge port side of the hydraulic pump that pumps hydraulic pressure to the hydraulic cylinder and the pressure on the oil supply port side of the hydraulic cylinder of the operation switching valve is adjusted to a predetermined value Hydraulic adjustment mechanism to
A regenerative pipe for supplying hydraulic oil returned from the oil cylinder exhaust port to the operation switching valve to the hydraulic pump;
The operation switching valve of the hydraulic cylinder and the operation switching valve of the other hydraulic actuator are integrally configured.
請求項2においては、
前記油圧シリンダと前記動作切換弁との間に配置され、該油圧シリンダのボトム室およびロッド室のうち圧力が低い方と、ドレン配管と、を連通する連通機構を設け、
該連通機構を、前記油圧シリンダの動作切換弁と、前記その他の油圧アクチュエータの動作切換弁と一体的に構成したものである。
In claim 2,
A communication mechanism that is disposed between the hydraulic cylinder and the operation switching valve, and that communicates between a lower pressure of the bottom chamber and the rod chamber of the hydraulic cylinder and a drain pipe;
The communication mechanism is configured integrally with an operation switching valve of the hydraulic cylinder and an operation switching valve of the other hydraulic actuator.
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。 As effects of the present invention, the following effects can be obtained.
請求項1においては、油圧シリンダから戻ってくる作動油のエネルギーを油圧ポンプの駆動力として回収する回生回路を構成する動作切換弁を、他の動作切換弁と一体的に構成することができるため、複数の動作切換弁をコンパクトに構成して、集約的にまとめることができて、配管短くかつ簡単に構成できて、送油抵抗も低減できる。 According to the first aspect of the present invention, the operation switching valve constituting the regenerative circuit that recovers the energy of the hydraulic oil returning from the hydraulic cylinder as the driving force of the hydraulic pump can be configured integrally with the other operation switching valve. The plurality of operation switching valves can be configured in a compact manner, and can be collectively gathered, the piping can be made short and simple, and the oil feeding resistance can be reduced.
請求項2においては、動作切換弁と連通機構を一体的に構成するので、弁機構を集約的にまとめて配置することができ、配管構成を短くかつ簡単に構成することができる。 According to the second aspect of the present invention, since the operation switching valve and the communication mechanism are integrally formed, the valve mechanisms can be collectively arranged and the piping configuration can be configured short and easily.
以下では、図1および図2を用いて本発明に係る油圧回路を具備する掘削作業車の実施例であるバックホー1の全体構成について説明する。 Below, the whole structure of the backhoe 1 which is an Example of the excavation work vehicle which comprises the hydraulic circuit which concerns on this invention using FIG. 1 and FIG. 2 is demonstrated.
なお、図1において矢印方向を前方とする。また、本発明に係る油圧回路は、油圧シリンダその他の油圧アクチュエータに広く適用可能であって、その適用範囲が本実施例の如き掘削作業車に限定されるものではない。 In addition, let the arrow direction be the front in FIG. The hydraulic circuit according to the present invention can be widely applied to hydraulic cylinders and other hydraulic actuators, and the application range is not limited to the excavation work vehicle as in this embodiment.
図1に示す如く、バックホー1は、主にクローラ式走行装置2、旋回フレーム3、キャビン4、作業機5等を具備している。
As shown in FIG. 1, the backhoe 1 mainly includes a crawler type traveling device 2, a turning frame 3, a cabin 4, a
クローラ式走行装置2は、バックホー1の下部構造体を成す部材であり、左右一対のクローラ11・11(図1では機体左側のクローラ11のみ図示)が設けられている。
また、本実施例のクローラ式走行装置2の前部には、排土板12、および、該排土板12を上下方向に回動させるための油圧シリンダである排土板シリンダ13(図2に図示)、が設けられている。
The crawler type traveling device 2 is a member constituting the lower structure of the backhoe 1, and is provided with a pair of left and
Further, at the front part of the crawler type traveling device 2 of the present embodiment, there is a
旋回フレーム3は、バックホー1の上部構造体を成す部材であり、旋回ベアリング14を介してクローラ式走行装置2の上部に旋回可能に取り付けられる。
旋回フレーム3には駆動源たるエンジン15(図2に図示)その他の部材が収容されるとともに、キャビン4および作業機5が設けられる。
The swivel frame 3 is a member constituting the upper structure of the backhoe 1 and is pivotally attached to the upper part of the crawler type traveling device 2 via a swivel bearing 14.
The revolving frame 3 accommodates an engine 15 (shown in FIG. 2) as a driving source and other members, as well as a cabin 4 and a
キャビン4は旋回フレーム3の上部に設けられる。キャビン4はバックホー1の操作を行う作業者を風雨や直射日光から保護するものであり、その内部には作業者が着座する座席や、バックホー1の種々の操作に係るレバー群(図示せず)が設けられる。 The cabin 4 is provided on the upper part of the revolving frame 3. The cabin 4 protects an operator who operates the backhoe 1 from wind and rain and direct sunlight, and a seat on which the operator is seated and a lever group (not shown) for various operations of the backhoe 1 Is provided.
作業機5は、主にバケット16、アーム17、ブーム18、ブームブラケット19、バケットシリンダ20、アームシリンダ21、ブームシリンダ22、スイングシリンダ25(図2に図示)等を具備し、バックホー1の旋回フレーム3の前部に設けられる。
The
バケット16は作業機5の先端部を成す掘削作業用のアタッチメントであり、その基部がアーム17の先端部に回動可能に枢着される。
The
アーム17は作業機5の構造体を成す棒状の部材であり、その基部がブーム18の先端部に回動可能に枢着される。
The arm 17 is a rod-shaped member that forms the structure of the
ブーム18は作業機5の構造体を成す部材であり、ブーム18は中途部で機体前方に屈曲した形状を成し、その基部はブームブラケット19に回動可能に枢着される。
The
ブームブラケット19は作業機5の基部を成す部材であり、その後端部が旋回フレーム3の前端部に回動可能に枢着される。
また、図示せぬスイングシリンダのロッド端部がブームブラケット19の右側部に回動可能に枢着され、シリンダ側端部が旋回フレーム3に回動可能に枢着される。該スイングシリンダは、作業機5を旋回フレーム3に対して左右に回動させるための油圧シリンダである。
The
A rod end portion of a swing cylinder (not shown) is pivotally attached to the right side portion of the
バケットシリンダ20は、バケット16をアーム17に対して回動させるための油圧シリンダである。
バケットシリンダ20のシリンダ端部は、アーム17の基部に設けられたブラケット17aに回動可能に枢着される。また、バケットシリンダ20のロッド端部は、リンク23およびロッド24を介してバケット16に回動可能に枢着される。
The
A cylinder end of the
アームシリンダ21は、アーム17をブーム18に対して回動させるための油圧シリンダである。
アームシリンダ21のシリンダ端部は、ブーム18の中途部かつキャビン4に対向する面に設けられたブラケット18aに回動可能に枢着される。また、アームシリンダ21のロッド端部は、ブラケット17aに回動可能に枢着される。
The
A cylinder end portion of the
ブームシリンダ22は、ブーム18を旋回フレーム3(より厳密には、ブームブラケット19)に対して回動させるための油圧シリンダである。
ブームシリンダ22のシリンダ端部は、ブームブラケット19の前端部に回動可能に枢着される。また、ブームシリンダ22のロッド端部は、ブーム18の中途部かつ前記ブラケット18aが設けられた面の反対側の面等に設けられたブラケット18bに回動可能に枢着される。
スイングシリンダ25はブームブラケット19と旋回フレーム3の間に介装され、作業機5を本機に対して左右に回動させるための油圧シリンダである。
The
The cylinder end of the
The
以下では、図2を用いて本発明に係る油圧回路の実施例である油圧回路100の構成について説明する。
Below, the structure of the
油圧回路100は、図1に示すバックホー1に具備される油圧回路であり、図2に示す如く、主にブームシリンダ22、油圧ポンプ31、動作切換弁(コントロールバルブ)32、送り配管33、配管34、配管35、回生配管36、油圧調整機構37、オイル補給回路47、落下防止回路51、配管54、連通機構55、等を具備する。
The
ブームシリンダ22は、前述の如くブーム18を旋回フレーム3(より厳密には、ブームブラケット19)に対して回動させるための油圧シリンダである。
本発明のロードセンシング機能を備える回生可能な油圧回路について、ブームシリンダ22を用いて説明する。
図3に示すように、ブームシリンダ22は内部に空間が形成されたシリンダと、該シリンダの一端からシリンダの内部に挿入されたシリンダロッドと、該シリンダロッドの一端に固設され、シリンダ内部に配置されるピストンと、を具備する。
該シリンダの内部の空間は、シリンダロッドの一端に設けられ、シリンダの内周面に気密的かつ摺動可能に当接するピストンによりボトム室とロッド室の二つに区画される。
ここで、ボトム室はシリンダの基部、すなわち、シリンダロッドが突出していない方の端部側の空間であり、ロッド室はシリンダの先端部、すなわち、シリンダロッドが突出している方の端部側の空間を指す。
The
A regenerative hydraulic circuit having the load sensing function of the present invention will be described using a
As shown in FIG. 3, the
The internal space of the cylinder is divided into a bottom chamber and a rod chamber by a piston that is provided at one end of the cylinder rod and is in airtight and slidable contact with the inner peripheral surface of the cylinder.
Here, the bottom chamber is the base of the cylinder, that is, the space on the end side where the cylinder rod does not protrude, and the rod chamber is the end of the cylinder, that is, the end side where the cylinder rod protrudes. Refers to space.
ブームシリンダ22のシリンダの外周面には、それぞれ、ボトム室と外部とを連通する開口部であるシリンダポート22a、およびロッド室と外部とを連通する開口部であるシリンダポート22bが設けられる。
ここで、ブームシリンダ22が伸長する場合には、ボトム室に作動油が供給され、ロッド室から作動油が排出されるので、ボトム室側のシリンダポート22aが給油ポート、ロッド室側のシリンダポート22bが排油ポートとなる。
また、ブームシリンダ22が収縮する場合には、ロッド室に作動油が供給され、ボトム室から作動油が排出されるので、ロッド室側のシリンダポート22bが給油ポート、ボトム室側のシリンダポート22aが排油ポートとなる。
On the outer peripheral surface of the cylinder of the
Here, when the
When the
なお、本実施例のブームシリンダ22は、シリンダの一端からロッドが突出している形式の油圧シリンダ、すなわち「片側ロッド式の油圧シリンダ」であるが、本発明の油圧回路はシリンダの両端からロッドが突出している形式の油圧シリンダ、すなわち「両側ロッド式の油圧シリンダ」に対しても適用可能である。
The
油圧ポンプ31はブームシリンダ22に作動油を圧送するものである。油圧ポンプ31は駆動源たるエンジン15により駆動される。
図4に示すように、本実施例の油圧ポンプ31には、作動油を吐出する開口部である吐出ポート31aと、作動油を吸入する開口部である吸入ポート31bとが設けられる。
また、油圧ポンプ31はいわゆる斜板式のアキシャルピストンポンプであり、ケースに揺動可能に取り付けられた斜板31cの板面と回転軸15aの軸線方向との成す角度を変更することにより、回転軸15aを一回転させたときの作動油の吐出量、ひいては単位時間当たりの作動油の吐出量を変更することができる。
なお、本出願における「駆動源」は、電気式のモータ等、油圧ポンプ31を駆動可能であればエンジン以外の他の構成としても良い。
また、本実施例の油圧ポンプ31はアキシャルピストンポンプであるが、回転軸15aを一回転させたときの作動油の吐出量を変更可能とする可変容量型のポンプであれば他の構成でも良い。
The
As shown in FIG. 4, the
The
It should be noted that the “drive source” in the present application may have a configuration other than the engine as long as the
Further, the
図2、図3に示すように、動作切換弁32は、ブームシリンダ22と油圧ポンプ31との間に配置され、油圧ポンプ31からブームシリンダ22に圧送される作動油の流路を切り換えることにより、ブームシリンダ22の動作を切り換える切換弁である。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
本実施例の動作切換弁32は、一次側のポート32a・32bと二次側のポート32c・32dの計4つのポートを具備し、内部に設けられたスプールを摺動させることにより動作切換弁32の内部を通過する作動油の流路を変更して、(A)ポート32aとポート32cとポート32dとを閉塞し、ポート32bをパイロット配管41と連通する「中立状態」と、(B)ポート32aとポート32cとを連通し、ポート32bとポート32dとを連通した「シリンダ伸長状態」と、(C)ポート32aとポート32dとを連通し、ポート32bとポート32cとを連通した「シリンダ収縮状態」と、を切り換えることが可能である。
The
送り配管33は、油圧ポンプ31の吐出ポート31aと、動作切換弁32のポート32aと、を接続する配管である。油圧ポンプ31から圧送される作動油は、送り配管33を経て動作切換弁32の一次側に供給される。
配管34は、動作切換弁32の二次側のポート32cと、落下防止回路51、配管54を介してブームシリンダ22のボトム室側のシリンダポート22aと、を接続する配管である。
配管35は、動作切換弁32の二次側のポート32dと、ブームシリンダ22のロッド室側のシリンダポート22bと、を接続する配管である。
回生配管36は、ブームシリンダ22の排油ポートから動作切換弁32に戻された作動油を油圧ポンプ31に供給する配管である。28はリリーフ弁である。
The
The
The piping 35 is a piping that connects the
The
動作切換弁32が(A)の「中立状態」のとき、ポート32aが閉塞され、ポート32bがパイロット配管41と連通される。油圧ポンプ31とポート32aとの間を連通する送り配管33と、作動油タンク46に連通されるドレン配管となる排出配管56との間には切換弁26とリリーフ弁27が並列に接続され、送り配管33と回生配管36の間の油圧が所定圧以上作業が生じると切換弁26が切り換えられて、油圧ポンプ31から圧送される作動油は、送り配管33、切換弁26を経てオイル排出配管56から作動油タンク46に戻される。また、ポート32cおよびポート32dは閉塞され、ブームシリンダ22のボトム室およびロッド室に充填された作動油は閉じ込められる。結果として、ブームシリンダ22のシリンダロッドがシリンダに対して所定の突出量で固定され、ブームシリンダ22が所定の長さで保持される。また、リリーフ弁27は伸長または縮小時に過負荷がかかった場合等、設定油圧以上になるとオイル排出配管56から作動油タンク46に戻される。
When the
動作切換弁32が(B)の「シリンダ伸長状態」のとき、ポート32aとポート32cとが連通され、油圧ポンプ31から圧送される作動油は、送り配管33、動作切換弁32、配管34、落下防止回路51、配管54を経てブームシリンダ22のボトム室に供給される。
また、ポート32bとポート32dとが連通され、ブームシリンダ22のロッド室に充填されている作動油は、配管35、動作切換弁32、回生配管36を経て油圧ポンプ31に供給される。
結果として、ブームシリンダ22のシリンダロッドがシリンダから突出し、ブームシリンダ22は伸長する。
When the
Further, the hydraulic oil filled in the rod chamber of the
As a result, the cylinder rod of the
動作切換弁32が(C)の「シリンダ収縮状態」のとき、ポート32aとポート32dとが連通され、油圧ポンプ31から圧送される作動油は、送り配管33、動作切換弁32、配管35を経てブームシリンダ22のロッド室に供給される。
また、ポート32bとポート32cとが連通され、ブームシリンダ22のボトム室に充填されている作動油は、配管54、落下防止回路51、配管34、動作切換弁32、回生配管36を経て油圧ポンプ31に供給される。
結果として、ブームシリンダ22のシリンダロッドがシリンダに没入し、ブームシリンダ22は収縮する。
When the
Further, the hydraulic fluid that is communicated with the
As a result, the cylinder rod of the
以下では、図2、図4を用いて油圧調整機構37の構成について説明する。
油圧調整機構37は、油圧ポンプ31の吐出ポート31a側の圧力P1と、ブームシリンダ22の給油ポート側の圧力P2と、の差ΔPを所定の値に調整するものである。
本実施例の油圧調整機構37は、油圧調整弁38、配管39、パイロット配管40、パイロット配管41、調整シリンダ42、配管43、戻り配管44等を具備する。
Hereinafter, the configuration of the hydraulic
The
The
油圧調整弁38は、油圧ポンプ31の吐出ポート31a側の圧力(換言すれば、送り配管33の圧力)と、動作切換弁32が中立の時はポート32b側の圧力、動作切換弁32がシリンダ作動時の時は動作切換弁32に設けた絞りを挟んで、ブームシリンダ22の給油ポート側の圧力(換言すれば、ブームシリンダ22の伸長時における配管34、または、ブームシリンダ22の収縮時における配管35の圧力)と、の差に基づいて内部を通過する作動油の流路を切り換えるパイロット式の切換弁である。
The hydraulic
本実施例の油圧調整弁38は3つのポート38a・38b・38cを具備し、内部に設けられたスプールを摺動させることにより油圧調整弁38の内部の作動油の流路を変更して、(a)ポート38aとポート38bとを連通し、ポート38cを閉塞する「状態A」と、(b)ポート38aとポート38cとを連通し、ポート38bを閉塞する「状態B」と、を切り換えることが可能である。
また、油圧調整弁38のスプールの両端の操作部には、それぞれパイロット配管40、パイロット配管41が接続される。
The hydraulic
A
配管39は、油圧調整弁38のポート38bと、送り配管33の中途部と、を接続する配管である。
The
パイロット配管40は、油圧調整弁38のスプール操作部の一端と、送り配管33の中途部と、を接続する配管である。
従って、パイロット配管40の圧力(より厳密には、パイロット配管40内の作動油の圧力)は、送り配管33の圧力、ひいては油圧ポンプ31の吐出ポート31a側の圧力P1と略同じである。
The
Therefore, the pressure of the pilot pipe 40 (more strictly, the pressure of the hydraulic oil in the pilot pipe 40) is substantially the same as the pressure of the
パイロット配管41は、油圧調整弁38のスプール操作部の他端と、動作切換弁32の内部においてポート32aと他のポート(ポート32b、ポート32cまたはポート32d)とを連通する経路の中途部と、を接続する配管である。
従って、パイロット配管41の圧力(より厳密には、パイロット配管41内の作動油の圧力)は、動作切換弁32が(B)のシリンダ伸長状態にあるときは、配管34の圧力、(C)のシリンダ収縮状態にあるときは、配管35の圧力、ひいてはブームシリンダ22の給油ポート側の圧力P2と略同じである。
また、パイロット配管41の圧力は、動作切換弁32が(A)の中立状態にあるときは、回生配管36の圧力、ひいては油圧ポンプ31の吸入ポート31b側の圧力と略同じである。
The
Accordingly, the pressure of the pilot pipe 41 (more precisely, the pressure of the hydraulic oil in the pilot pipe 41) is the pressure of the
Further, when the
調整シリンダ42は単動式の油圧シリンダであり、調整シリンダ42のシリンダの外周面には、ボトム室と外部とを連通する開口部であるシリンダポート42cが設けられる。
シリンダロッド42bの先端部は、油圧ポンプ31の斜板31cと接続され、調整シリンダ42の伸長・収縮により油圧ポンプ31の斜板31cの板面と回転軸15aの軸線方向との成す角度が変化する。
The
The tip of the
配管43は、油圧調整弁38のポート38aと、調整シリンダ42のシリンダポート42cとを接続する配管である。
戻り配管44は、油圧調整弁38のポート38cと、吸入配管50とを接続する配管である。
吸入配管50は、その一端がポンプ31・131・71の吸入側に接続され、他端が作動油タンク46の内部に配置される配管である。作動油タンク46は作動油を貯溜する容器である。
The
The
The
以下では、図2、図4を用いて油圧調整機構37の動作について説明する。
油圧調整弁38の内部に設けられたスプール操作部の一端にはパイロット配管40が接続され、スプール操作部の他端にはパイロット配管41が接続されており、パイロット配管40およびパイロット配管41の圧力差に基づいて該スプールが摺動する。また、バネ38dは、該スプールを、パイロット配管41の圧力によりスプールが摺動する方向と同じ方向に付勢している。
Hereinafter, the operation of the hydraulic
A
油圧ポンプ31の吐出ポート31a側の圧力P1と、ブームシリンダ22の給油ポート側の圧力P2との差ΔP(=P1−P2)が、「所定の値」よりも大きくなると、パイロット配管40の圧力によりスプールを押す力が、バネ38dおよびパイロット配管41の圧力によりスプールを押す力よりも大きくなる。そして、油圧調整弁38の内部に設けられたスプールは(a)の「状態A」となる方向に摺動する。
When the difference ΔP (= P1−P2) between the pressure P1 on the
油圧ポンプ31の吐出ポート31a側の圧力P1と、ブームシリンダ22の給油ポート側の圧力P2との差ΔP(=P1−P2)が、「所定の値」よりも小さくなると、パイロット配管40の圧力によりスプールを押す力が、バネ38dおよびパイロット配管41の圧力によりスプールを押す力よりも小さくなる。そして、油圧調整弁38の内部に設けられたスプールは(b)の「状態B」となる方向に摺動する。
When the difference ΔP (= P1−P2) between the pressure P1 on the
このように、バネ38dによりスプールを押す力は、上記「所定の値」に対応する。
従って、該バネ38dのバネ定数を調整することにより、「所定の値」を調整することが可能である。
Thus, the force of pushing the spool by the
Therefore, the “predetermined value” can be adjusted by adjusting the spring constant of the
油圧調整弁38が(a)の「状態A」のとき、ポート38aとポート38bとが連通され、送り配管33内の作動油の一部が、配管39、油圧調整弁38、配管43を経て調整シリンダ42のボトム室に供給される。
その結果、調整シリンダ42は伸長し、油圧ポンプ31の斜板31cは、その板面が回転軸15aの軸線方向に対して直交する方向、すなわち油圧ポンプ31の単位時間当たりの作動油の吐出量を小さくする方向、に傾転する。
そして、油圧ポンプ31の単位時間当たりの作動油の吐出量を小さくすると、油圧ポンプ31の吐出ポート31a側の圧力P1とブームシリンダ22の給油ポート側の圧力P2との差ΔPは小さくなる。
When the
As a result, the
When the hydraulic oil discharge amount per unit time of the
油圧調整弁38が(b)の「状態B」のとき、ポート38aとポート38cとが連通され、調整シリンダ42のボトム室に充填された作動油が、配管43、油圧調整弁38、戻り配管44、吸入配管50を経て油圧ポンプに吸入される。
その結果、調整シリンダ42は収縮し、油圧ポンプ31の斜板31cは、その板面が回転軸15aの軸線方向に対して平行となる方向、すなわち油圧ポンプ31の単位時間当たりの作動油の吐出量を大きくする方向、に傾転する。
そして、油圧ポンプ31の単位時間当たりの作動油の吐出量を大きくすると、油圧ポンプ31の吐出ポート31a側の圧力P1とブームシリンダ22の給油ポート側の圧力P2との差ΔPは大きくなる。
When the hydraulic
As a result, the
When the hydraulic oil discharge amount per unit time of the
以上の如く油圧調整機構37が動作することにより、油圧ポンプ31の吐出ポート31a側の圧力P1とブームシリンダ22の給油ポート側の圧力P2との差ΔPは、所定の値に調整される。
By operating the hydraulic
ブームシリンダ22の伸長または収縮の速度は、ブームシリンダ22のボトム室またはロッド室に供給される作動油の流量Qに比例する。そして、作動油の圧送経路(本実施例の場合、油圧ポンプ31から動作切換弁32を経てブームシリンダ22のボトム室またはロッド室までの経路)の中途部にいわゆる「絞り」が設けられ、該絞りの上流側と下流側で圧力の差ΔPが生じているときは、以下の式(1)が成立する。
Q=α×A×(ΔP/ρ)0.5 式(1)
ここで、αは係数、Aは「絞り」部分の断面積、ρは作動油の密度である。
上記式(1)のうち、αは油圧回路100に固有の定数であり、ρは使用される作動油の種類に固有の定数である。
The speed of expansion or contraction of the
Q = α × A × (ΔP / ρ) 0.5 formula (1)
Here, α is a coefficient, A is the cross-sectional area of the “throttle” portion, and ρ is the density of the hydraulic oil.
In the above formula (1), α is a constant specific to the
なお、油圧調整機構37の構成は本実施例に限定されるものではなく、動作切換弁32を挟んで、油圧ポンプ31の吐出ポート31a側の圧力P1と、ブームシリンダ22の給油ポート側の圧力P2と、の差ΔPを所定の値に調整可能であれば、別の構成でも良い。
The configuration of the hydraulic
以下では、図2、図4を用いてオイル補給回路47の構成について説明する。
オイル補給回路47は、油圧回路100の内部を循環する作動油の不足分を補給するものである。
オイル補給回路47は前記回生配管36と吸入配管50の間の配管48に設けられるチェック弁49等を具備する。
Below, the structure of the
The
The
配管48は、回生配管36の中途部に接続され、他端が吸入配管50の中途部に接続される配管である。この配管50の途中にチェック弁49が配置され、該チェック弁49は回生配管36側の圧力が吸入配管50側の圧力よりも低い場合のみ開く弁であり、吸入時の流入抵抗はできるだけ小さくなるようにしている。
The
以下では、図2、図4を用いてオイル補給回路47の動作について説明する。
油圧回路100の内部を循環する作動油が不足すると、通常はブームシリンダ22のシリンダポート22a側の圧力またはシリンダポート22b側の圧力(配管34の圧力または配管35の圧力)が低くなる。
Hereinafter, the operation of the
When the hydraulic oil circulating in the
例えば、ブームシリンダ22のシリンダポート22a側の圧力が該所定の値以下になると、チェック弁49が開き、作動油タンク46に貯溜された作動油が、吸入配管50、配管48、チェック弁49を介して吸入され補給される。つまり自給式となっている。
油圧回路100の回生配管36内の圧力が所定値以上の場合にはチェック弁49は閉じたままとなり、作動油の流失を防止する。
For example, when the pressure on the
When the pressure in the
なお、油圧回路100の内部を循環する作動油が不足する状況が起こる主な理由としては、ブームシリンダ22が片側ロッド式の油圧シリンダであるために、シリンダロッドの摺動量が同じでも、シリンダポート22aを通過する作動油の量とシリンダポート22bを通過する作動油の量と、が異なるためである。
The main reason for the shortage of hydraulic fluid circulating inside the
落下防止回路51の構成について図3より説明する。
落下防止回路51はロジックバルブ52と切換バルブ53等を具備し、配管34・54の間に配設される。
The configuration of the
The
ロジックバルブ52の一次側のポート52aは配管34に連通され、二次側のポート52bは配管54を介してシリンダポート22aに連通される。
The
切換バルブ53は3ポート2位置切換のパイロット式の切換弁であり、ポート53a・53b・53cを有し、ポート53aと53cを連通してポート53bをブロックする位置と、ポート53aとポート53bを連通し、かつ、チェック弁を介してポート53cと接続する位置に切り換えられるようにしている。
ポート53aは前記ロジックバルブ52の背圧側とパイロット油路で連通され、ポート53bは配管54とパイロット油路で連通される。ポート53cはパイロット油路で作動油タンク46に連通される。
スプール両側の操作部の一端はパイロット油路を介して下げ側の操作バルブ80に接続され、操作部の他端は作動油タンク46に接続される。
The switching
The
One end of the operation portion on both sides of the spool is connected to the
落下防止回路51の作動について説明する。
ブーム18を上昇回動するときは、操作レバーの操作により操作バルブ80が切り換えられて、パイロット油路より圧油が動作切換弁32の操作部に送油されてスプールを押して切り換えられると、配管34に圧油が送油されて、ロジックバルブ52のポート52aに入り弁体を押してポート52bより配管54を介してブームシリンダ22のシリンダポート22aに送油されて、ブームシリンダ22を伸長せる。そして、操作レバーを中立位置としてこの伸長した状態を維持すると、配管54からパイロット油路を介して切換バルブ53のポート53bからポート53aを介してロジックバルブ52の背圧側に油圧がかかり、ロジックバルブ52が閉じられ、ブームシリンダ22の縮小が阻止され、自然落下を防止することができるのである。
The operation of the
When the
そして、ブーム18を下降回動するために、操作レバーの操作により操作バルブ80が切り換えられて、パイロット油路より圧油が動作切換弁32の操作部と切換バルブ53の操作部にそれぞれ送油されてスプールを押して切り換えられると、配管34は回生配管36と連通され、同時に、ロジックバルブ52の背圧側はドレンされて、ロジックバルブ52は開き、ボトム室側のシリンダポート22aからの作動油が、配管54・34を介して油圧ポンプ31の吸入ポート31bに流れて、ブームシリンダ18を縮小することができる。
In order to rotate the
次に、図2、図3を用いて連通機構55の構成について説明する。
連通機構55は、ブームシリンダ22と動作切換弁32との間に配置され、シリンダボトム室およびシリンダロッド室のうち圧力が低い方と、オイル排出配管56と、を連通するものである。ここで、オイル排出配管56は、その一端が連通機構55と接続され、他端が戻り配管45と接続される配管である。
連通機構55は、主に、余剰流排出弁57、配管58、配管59、配管65、パイロット配管60、パイロット配管61、絞り66とチェック弁67とを並列接続した吸排回路、配管56等を具備する。
Next, the structure of the
The
The
余剰流排出弁57は、ブームシリンダ22のボトム室の圧力とロッド室の圧力とに基づいて、内部の作動油の流路を切り換えるパイロット式の切換弁である。
The surplus
本実施例の余剰流排出弁57は3つのポート57a・57b・57cを具備し、内部に設けられたスプールを摺動させることにより余剰流排出弁57内部の作動油の流路を変更して、(α)ポート57a・57b・57cをいずれも閉塞する「閉塞状態」と、(β)ポート57aとポート57bとを連通し、ポート57cを閉塞する「ボトム室開放状態」と、(γ)ポート57aとポート57cとを連通し、ポート57bを閉塞する「ロッド室開放状態」と、を切り換えることが可能である。
余剰流排出弁57のスプールの両端の操作部にはそれぞれパイロット配管60、パイロット配管61が接続され、バネにより中立方向に付勢されている。
The surplus
A
配管58は、ポート57bと、配管34の中途部と、を接続する配管である。また、配管59は、ポート57cと、配管35の中途部と、を接続する配管である。
絞り66とチェック弁67は並列接続され、この並列回路の一端は配管65を介してポート57aと接続され、並列回路の他端はオイル排出配管56と接続されている。
The
The
パイロット配管60は余剰流排出弁57のスプール操作部の一端と、配管34とを接続する配管である。
従って、パイロット配管60の圧力は、配管34の圧力、ひいてはブームシリンダ22のボトム室の圧力と略同じである。
パイロット配管61は余剰流排出弁57のスプール操作部の他端と、配管35とを接続する配管である。
従って、パイロット配管61の圧力は、配管35の圧力、ひいてはブームシリンダ22のロッド室の圧力と略同じである。
The
Accordingly, the pressure in the
The
Therefore, the pressure of the
ブームシリンダ22のボトム室の圧力とロッド室の圧力とが略同じのとき、余剰流排出弁57は(α)の閉塞状態となる。
本実施例において、ブームシリンダ22のボトム室の圧力とロッド室の圧力とが略同じ状態が起こるケースとしては、作業機5に負荷がかかっておらず、ブームシリンダ22が停止している状態が挙げられる。
When the pressure in the bottom chamber of the
In the present embodiment, as a case where the pressure in the bottom chamber of the
ブームシリンダ22のボトム室の圧力がロッド室の圧力よりも低いときは、パイロット油路61からの圧油によりスプールを押して余剰流排出弁57は(β)のボトム室開放状態となり、「シリンダ収縮状態」の場合は、ブームシリンダ22のボトム室に充填されている作動油は、配管34から動作切換弁32を介して油圧ポンプ31の吸入ポート31b側に送油されるとともに、余剰流が配管58、余剰流排出弁57、配管65、オイル排出配管56を経て作動油タンク46に戻される。
また、「シリンダ伸長状態」の場合は、ブームシリンダ22のロッド室に充填されている作動油は配管35から動作切換弁32を介して油圧ポンプ31の吸入ポート31b側に送油されるとともに、不足流が作動油タンク46からオイル排出配管56、配管配管65、余剰流排出弁57、配管58を経て、配管34に吸入(補給)される。
When the pressure in the bottom chamber of the
In the “cylinder extended state”, the hydraulic oil filled in the rod chamber of the
この絞り66を具備する吸排回路は余剰流排出弁57とオイル排出配管56の間に配設することにより、キャビテーションを防止することができる。即ち、ブームシリンダ22の伸長または縮小時には、配管34または配管35の圧力が高くなり、パイロット配管60またはパイロット配管61の圧も高くなってドレン配管となるオイル排出配管56と連通されるが、負荷が変動すると、配管34と配管35との圧が逆転することがあり、余剰流排出弁57が急激に往復動してキャビテーションが生じてしまうことがあるが、ドレン配管に繋がる油路に絞り66を設けることにより流れが制限されて、配管58または配管59の油圧変動が小さくなり、キャビテーションを抑えることができるのである。
The intake / exhaust circuit including the
前記ブームシリンダ22のボトム室の圧力がロッド室の圧力よりも低い状態が起こるケースとしては、例えば、通常の掘削作業において、バケット16で溝を掘り起こしたり、山を崩したりするときにブームシリンダ22を収縮させる場合であり、ボトム室に充填されている作動油は、余剰流排出弁57やオイル排出配管56を経て作動油タンク46に戻される。
または、段差から降ろすときや、メンテナンス作業するためにバケットを側方へ回転させて片側のクローラを持ち上げた状態から降ろす場合において、ブームシリンダ22を伸長させる場合があり、ロッド側室から排出される作動油量よりもボトム側室に入る量が多くなる。このとき、不足分は前記チェック弁49より補給することができないので、オイル排出配管56、チェック弁67、配管65、余剰流排出弁57、配管58、配管34を介してボトム室に不足分が補給される。
As a case where the pressure in the bottom chamber of the
Alternatively, when lowering from a step or when lowering a crawler on one side by rotating the bucket to the side for maintenance work, the
ブームシリンダ22のロッド室の圧力がボトム室の圧力よりも低いとき、余剰流排出弁57は(γ)のロッド室開放状態となり、ブームシリンダ22のロッド室に充填されている作動油は、配管35、配管59、余剰流排出弁57、配管65、絞り66、オイル排出配管56を経て作動油タンク46に戻される。
このブームシリンダ22のロッド室の圧力がボトム室の圧力よりも低くなるケースとしては、例えば、通常の掘削作業において、持ち上げるためにブームシリンダ22が伸長される場合、ロッド側室から排出される作動油量だけではボトム室への流入量が不足するため、吸入配管50、チェックバルブ49、配管48を介して回生配管36に不足分が補給される。
あるいは、ブーム18を下降させるためにブームシリンダ22を収縮させる場合等では、余剰流排出弁57が切り換えられて、配管35、配管59、余剰流排出弁57、絞り66、オイル排出配管56を介して余剰分が排出される。
When the pressure in the rod chamber of the
As a case where the pressure in the rod chamber of the
Alternatively, when the
以上の如く連通機構55が動作することは、以下の如き効果を奏する。
すなわち、ブームシリンダ22は片側ロッド式の油圧シリンダであるため、ブームシリンダ22のシリンダロッドの摺動量が同じでも、シリンダポート22aを通過する作動油の量とシリンダポート22bを通過する作動油の量と、が異なる。一方、作動油は非圧縮性流体(流体の密度が時間、場所によらず一定な流体)であるため、油圧ポンプ31の動作中のある時刻における作動油の吐出量と吸入量は略同じである。
従って、従来の油圧回路の如く油圧シリンダから排出された作動油を一度作動油タンクに戻し、該作動油タンクから油圧ポンプが作動油を吸入する場合には特に問題とはならないが、本実施例の如く、ブームシリンダ22から排出された作動油を作動油タンクに戻さず、回生配管36により直接供給する場合には油圧回路100の内部で作動油の流量の不均衡が生じ、結果として、油圧回路100の内部の圧力の不均衡を増長することとなる。
本実施例の場合、油圧回路100に連通機構55を具備していることから、油圧回路100の内部を循環する作動油の一部を油圧回路100の外部に排出または補給し、またチェック弁49から不足分を補給することにより、油圧回路100の内部における作動油の流量の不均衡を解消することが可能である。
The operation of the
That is, since the
Therefore, when the hydraulic oil discharged from the hydraulic cylinder is once returned to the hydraulic oil tank as in the conventional hydraulic circuit and the hydraulic pump sucks the hydraulic oil from the hydraulic oil tank, there is no particular problem. As described above, when the hydraulic oil discharged from the
In this embodiment, since the
なお、連通機構55の構成は本実施例に限定されるものではなく、ブームシリンダ22と動作切換弁32との間に配置され、該ボトム室および該ロッド室のうち圧力が低い方と、オイル補給回路47またはオイル排出配管56と、を連通可能であれば、別の構成でも良い。
Note that the configuration of the
以上の如く、本実施例の油圧回路100は、
ブームシリンダ22と、エンジン15により駆動され、ブームシリンダ22に作動油を圧送する油圧ポンプ31と、ブームシリンダ22と油圧ポンプ31との間に配置され、ブームシリンダ22の動作を切り換える動作切換弁32と、動作切換弁32を挟んで、油圧ポンプ31の吐出ポート31a側の圧力P1とブームシリンダ22の給油ポート側の圧力P2との差を所定の値に調整する油圧調整機構37と、ブームシリンダ22の排油ポートから動作切換弁32に戻された作動油を油圧ポンプ31に供給する回生配管36と、を具備するものである。
As described above, the
The
このように構成することにより、油圧ポンプ31には、ブームシリンダ22により「圧送された」作動油が、回生配管36を経て供給されることとなる。
この結果、油圧ポンプ31は、前記の高圧の作動油によってモータとして機能し、後述する油圧回路200の油圧アクチュエータ13、20、21、25、62、63、64に作動油を供給する油圧ポンプ131の駆動を一部又は全部負担する。
従って、油圧回路100及び200の油圧ポンプ31、131を同一のエンジンで駆動する場合に、油圧ポンプ31のモータ作動により、油圧ポンプ131の駆動負荷が軽減されるので、エンジンの全体的な仕事量を低減でき、燃費が改善される。
すなわち、簡素な構成でブームシリンダ22から戻ってくる作動油のエネルギー(運動エネルギー、位置エネルギー)の一部または全部を油圧ポンプの駆動力として回収することが可能である。
また、油圧回路100は、油圧ポンプ31から圧送される作動油により作動する油圧シリンダを、負荷の大きさに関わらず略一定の速度で作動させることが可能である。
With this configuration, the
As a result, the
Therefore, when the
That is, it is possible to recover part or all of the energy (kinetic energy, potential energy) of the hydraulic oil returning from the
Further, the
また、本実施例の油圧回路100は、ブームシリンダ22が片側ロッド式の油圧シリンダであって、ブームシリンダ22と動作切換弁32との間に配置され、該ボトム室および該ロッド室のうち圧力が低い方と、オイル排出配管56と、を連通する連通機構を具備するものである。
このように構成することにより、ブームシリンダ22が片側ロッド式の油圧シリンダであっても、油圧回路100における作動油の流量の不均衡を解消することが可能である。
Further, in the
With this configuration, even when the
また、前記動作切換弁32は後述する油圧回路200の動作切換弁201・202・203・204・205・206・207と一体的に構成されている。つまり、各動作切換弁32・201・202・203・204・205・206・207は略同じ構成となっており、それぞれバルブケースに収納され、積層状に配置してボルト等により一体的に組付けられて、コンパクトな構成として、操縦部のダッシュボードやステップ下方等に収納されている。
The
具体的には、動作切換弁32はバルブケース90に収納され、前記切換弁26とリリーフ弁27はバルブケース98に収納され、動作切換弁201はバルブケース91に収納され、動作切換弁202はバルブケース92に収納され、動作切換弁203はバルブケース93に収納され、動作切換弁204はバルブケース94に収納され、動作切換弁205はバルブケース95に収納され、動作切換弁206はバルブケース96に収納され、動作切換弁207はバルブケース97に収納されている。そしてこれらバルブケース90・91・92・93・94・95・96・97・98が左右方向または上下方向に積層状に配置されて、一体的に構成されているのである。
Specifically, the
さらに、前記バルブケース90には連通機構55を構成する余剰流排出弁57や絞り66やチェック弁67、落下防止回路51を構成するロジックバルブ52や切換弁53等も一体的に構成することも可能である。つまり、動作切換弁32と連通機構55と落下防止回路51とその他のアクチュエータの動作切換弁201・202・203・204・205・206・207を一体的に構成することもできるのである。
Further, the
このように構成することにより、コンパクトにバルブケースを配置できるとともに油圧配管も簡単に行え、ドレン油路やポンプからの油路等を共通にすることが可能となり、配管経路も短くでき、損失も低減できるのである。 By configuring in this way, it is possible to arrange the valve case in a compact manner and easily perform hydraulic piping, and it is possible to make the drain oil passage and the oil passage from the pump in common, the piping route can be shortened, and the loss is also reduced. It can be reduced.
以下では、図2を用いて油圧回路200の構成について説明する。
油圧回路200は、油圧回路100と同じくバックホー1に具備される油圧回路であり、図2に示す如く、主に油圧アクチュエータとなる排土板シリンダ13、バケットシリンダ20、アームシリンダ21、スイングシリンダ25、旋回モータ62、左走行モータ63、右走行モータ64と、油圧ポンプ131と、吸入配管136a・136bと、動作切換弁ユニット132と、送り配管133と、動作切換弁ユニット132とアクチュエータを繋ぐ配管と、油圧調整機構137、吐出量抑制機構70等を具備する。
ここで、排土板シリンダ13、バケットシリンダ20、アームシリンダ21等の油圧シリンダ、および、旋回モータ62、左走行モータ63、右走行モータ64等の油圧モータは、いずれも油圧により作動するものであり、本出願における「油圧アクチュエータ」に含まれる。
Below, the structure of the
The
Here, the hydraulic cylinders such as the earth discharging
排土板シリンダ13は、前述の如く排土板12を上下方向に回動させるための油圧シリンダであり、バケットシリンダ20は、前述の如くバケット16をアーム17に対して回動させるための油圧シリンダであり、アームシリンダ21は、前述の如くアーム17をブーム18に対して回動させるための油圧シリンダである。
そして各シリンダのシリンダの外周面には、それぞれ、ボトム室と外部とを連通する開口部であるシリンダポート、およびロッド室と外部とを連通する開口部であるシリンダポートが設けられる。
The earth
A cylinder port that is an opening that communicates the bottom chamber and the outside and a cylinder port that is an opening that communicates the rod chamber and the outside are provided on the outer peripheral surface of the cylinder of each cylinder.
旋回モータ62は、クローラ式走行装置2に対して旋回フレーム3を旋回させる油圧モータであり、旋回モータ62には二つのポートが設けられており、いずれのポートから作動油を供給するかを変更することにより、旋回フレーム3の旋回方向を変更することが可能である。
The turning
左走行モータ63と右走行モータ64は、クローラ式走行装置2に設けられ、バックホー1の機体左右両側のクローラ11を回転駆動する油圧モータであり、それぞれの走行モータにはそれぞれ二つのポートが設けられており、いずれのポートから作動油を供給するかを変更することにより、バックホー1の機体左右両側のクローラ11の回転方向を変更することが可能である。
The
油圧ポンプ131は排土板シリンダ13、バケットシリンダ20、アームシリンダ21、スイングシリンダ25、旋回モータ62、左走行モータ63および右走行モータ64に作動油を圧送するものである。油圧ポンプ131は駆動源たるエンジン15により駆動される。
本実施例の油圧ポンプ131には、作動油を吐出する開口部である吐出ポート131aと、作動油を吸入する開口部である吸入ポート131bとが設けられる。
また、油圧ポンプ131はいわゆる斜板式のアキシャルピストンポンプであり、ケースに揺動可能に取り付けられた斜板131cの板面と回転軸15aの軸線方向との成す角度を変更することにより、回転軸15aを一回転させたときの作動油の吐出量、ひいては単位時間当たりの作動油の吐出量を変更することができる。
なお、本実施例の油圧ポンプ131はアキシャルピストンポンプであるが、回転軸15aを一回転させたときの作動油の吐出量を変更可能する可変容量型のポンプであれば他の構成でも良い。
The
The
The
The
吸入配管136aは、その一端が油圧ポンプ131の吸入ポート131bに接続され、他端が吸入配管136bの中途部に接続される配管である。
吸入配管136bは、その一端が後述する油圧ポンプ71の吸入ポート71bに接続され、他端が作動油タンク46の内部に配置される配管である。
The
The
動作切換弁ユニット132は、本実施例の場合は、前記動作切換弁32と略同じ構成の動作切換弁201・202・203・204・205・206・207の集合体であり、それぞれ排土板シリンダ13、バケットシリンダ20、アームシリンダ21、スイングシリンダ25、旋回モータ62、左走行モータ63および右走行モータ64の動作を切り換える。
動作切換弁201・202・203・204・205・206・207の内部にそれぞれ設けられたスプールの摺動量の調整は、作業者がキャビン4の内部に設けられた操作レバー(図示せず)を操作することにより行われる。
In the case of this embodiment, the operation switching
Adjustment of the sliding amount of the spool provided in each of the
送り配管133は、その一端が油圧ポンプ131の吐出ポート131aに接続され、他端が分岐してそれぞれ動作切換弁201・202・203・204・205・206・207に接続される配管である。
The
戻り配管45は、前述の如くその一端が動作切換弁ユニット132(より厳密には、動作切換弁201・202・203・204・205・206・207)に接続され、他端が作動油タンク46の内部に配置される配管である。
As described above, one end of the
油圧ポンプ131から圧送される作動油は、送り配管133を経て動作切換弁ユニット132を構成する動作切換弁201・202・203・204・205・206・207にそれぞれ供給される。
The hydraulic fluid pumped from the
以下では、動作切換弁201の状態と排土板シリンダ13の動作との関係について説明する。
Below, the relationship between the state of the
動作切換弁201は「中立状態」のとき、動作切換弁201の内部で送り配管133と戻り配管45とを連通し、配管134aおよび配管134bの動作切換弁201側の端部を閉塞する。
そのため、油圧ポンプ131が作動油タンク46から吸入配管136b、吸入配管136aを経て吸入し、圧送する作動油は、送り配管133、動作切換弁201、戻り配管45を経て作動油タンク46に戻される。また、排土板シリンダ13のボトム室およびロッド室に充填された作動油は閉じ込められる。
結果として、排土板シリンダ13のシリンダロッドがシリンダに対して所定の突出量で固定され、排土板シリンダ13が所定の長さで保持される。
When the
For this reason, the
As a result, the cylinder rod of the soil
動作切換弁201は「シリンダ伸長状態」のとき、動作切換弁201の内部で送り配管133と配管134aとを連通し、配管134bと戻り配管45とを連通する。
そのため、油圧ポンプ131が作動油タンク46から吸入配管136b、吸入配管136aを経て吸入し、圧送する作動油は、送り配管133、動作切換弁201、配管134aを経て排土板シリンダ13のボトム室に供給される。また、排土板シリンダ13のロッド室に充填されている作動油は、配管134b、動作切換弁201、戻り配管45を経て作動油タンク46に戻される。
結果として、排土板シリンダ13のシリンダロッドがシリンダから突出し、排土板シリンダ13は伸長する。
When the
For this reason, the
As a result, the cylinder rod of the earth discharging
動作切換弁201は「シリンダ収縮状態」のとき、動作切換弁201の内部で送り配管133と配管134bとを連通し、配管134aと戻り配管45とを連通する。
そのため、油圧ポンプ131が作動油タンク46から吸入配管136b、吸入配管136aを経て吸入し、圧送する作動油は、送り配管133、動作切換弁201、配管134bを経て排土板シリンダ13のロッド室に供給される。また、排土板シリンダ13のボトム室に充填されている作動油は、配管134a、動作切換弁201、戻り配管45を経て作動油タンク46に戻される。
結果として、排土板シリンダ13のシリンダロッドがシリンダに没入し、排土板シリンダ13は収縮する。
When the
Therefore, the
As a result, the cylinder rod of the earth discharging
動作切換弁202の状態とバケットシリンダ20の動作との関係、動作切換弁203の状態とアームシリンダ21の動作との関係、及び動作切換弁207とスイングシリンダ25との関係は、上記動作切換弁201の状態と排土板シリンダ13の動作との関係と略同じである。
The relationship between the state of the
以下では、動作切換弁204の状態と旋回モータ62の動作との関係について説明する。
Hereinafter, the relationship between the state of the
動作切換弁204は「中立状態」のとき、動作切換弁204の内部で送り配管133と戻り配管45とを連通し、配管135aおよび配管135bの動作切換弁204側の端部を閉塞する。
そのため、油圧ポンプ131が作動油タンク46から吸入配管136b、吸入配管136aを経て吸入し、圧送する作動油は、送り配管133、動作切換弁204、戻り配管45を経て作動油タンク46に戻される。また、旋回モータ62の内部に充填された作動油は閉じ込められる。
結果として、旋回モータ62の回転軸が固定され、旋回フレーム3はクローラ式走行装置2に対して所定の旋回角度で保持される。
When the
Therefore, the
As a result, the rotation shaft of the turning
動作切換弁204は「左旋回状態」のとき、動作切換弁204の内部で送り配管133と配管135aとを連通し、配管135bと戻り配管45とを連通する。
そのため、油圧ポンプ131が作動油タンク46から吸入配管136b、吸入配管136aを経て吸入し、圧送する作動油は、送り配管133、動作切換弁204、配管135aを経てポート62aから旋回モータ62に供給される。また、ポート62bから旋回モータ62の外部に排出される作動油は、配管135b、動作切換弁204、戻り配管45を経て作動油タンク46に戻される。
結果として、旋回モータ62は、旋回フレーム3をクローラ式走行装置2に対して左旋回(平面視で反時計回りに回転)させる。
When the
Therefore, the
As a result, the turning
動作切換弁204は「右旋回状態」のとき、動作切換弁204の内部で送り配管133と配管135bとを連通し、配管135aと戻り配管45とを連通する。
そのため、油圧ポンプ131が作動油タンク46から吸入配管136b、吸入配管136aを経て吸入し、圧送する作動油は、送り配管133、動作切換弁204、配管135bを経てポート62bから旋回モータ62に供給される。また、ポート62aから旋回モータ62の外部に排出される作動油は、配管135a、動作切換弁204、戻り配管45を経て作動油タンク46に戻される。
結果として、旋回モータ62は、旋回フレーム3をクローラ式走行装置2に対して右旋回(平面視で時計回りに回転)させる。
When the
Therefore, the
As a result, the turning
動作切換弁205の状態と左走行モータ63の動作との関係、および動作切換弁206の状態と右走行モータ64の動作との関係は、上記動作切換弁204の状態と旋回モータ62の動作との関係と略同じである。
The relationship between the state of the
以下では、図2、図4を用いて油圧調整機構137の構成について説明する。
本実施例の油圧調整機構137は、油圧調整弁138、配管139、パイロット配管140、パイロット配管141、調整シリンダ142、配管143、戻り配管44a等を具備する。各部の構成およびその動作は、基本的には上記油圧調整機構37と略同じである。
本実施例の油圧調整機構137が油圧調整機構37と異なる点は、油圧調整機構137は、計7個の動作切換弁201・202・203・204・205・206・207の集合体たる動作切換弁ユニット132に対して、一個の油圧調整弁138で対応することである。
より具体的には、パイロット配管141の圧力は、排土板シリンダ13、バケットシリンダ20、アームシリンダ21、スイングシリンダ25、旋回モータ62、左走行モータ63および右走行モータ64の給油ポート側の圧力のうち、最も高圧のものと略同じとなる。
従って、油圧調整機構137は、動作切換弁ユニット132を挟んで油圧ポンプ131の吐出ポート131a側の圧力と、排土板シリンダ13、バケットシリンダ20、アームシリンダ21、スイングシリンダ25、旋回モータ62、左走行モータ63および右走行モータ64の給油ポート側の圧力のうち最も高圧のものとの差を所定の値に調整する。
Hereinafter, the configuration of the hydraulic
The hydraulic
The
More specifically, the pressure of the
Accordingly, the
以下では、図2、図4を用いて吐出量抑制機構70について説明する。
吐出量抑制機構70は駆動源たるエンジン15の負荷が所定の値以上となった場合に、該エンジン15により駆動される油圧ポンプ(本実施例の場合、特にエンジン15の負荷に大きく寄与している油圧ポンプ31および油圧ポンプ131)の吐出量を抑制するものである。
Below, the discharge
The discharge
本実施例の吐出量抑制機構70は、主に油圧ポンプ71、圧力調整弁72、配管73、配管74、パイロット配管75、制御装置76、配線78等を具備する。
The discharge
以下では、図2、図4、を用いて吐出量抑制機構70の構成について説明する。
油圧ポンプ71は、駆動源たるエンジン15により駆動され、作動油を圧送する。
油圧ポンプ71には、作動油を吐出する開口部である吐出ポート71aと、作動油を吸入する開口部である吸入ポート71bとが設けられる。吸入ポート71bには、吸入配管136bの一端が接続される。
Below, the structure of the discharge
The
The
圧力調整弁72は、後述する制御装置76からの信号に基づいて配管75の油圧を制御するソレノイド式の電磁比例弁である。
圧力調整弁72は2つのポート72a・72bを具備し、制御装置76の指令信号によって内部に設けられたスプールを摺動させ圧力調整弁72の内部を通過する作動油の流路面積を変更して、配管75の油圧を調整する。
圧力調整弁72は、通常時(後述する制御装置76からの信号がないとき)には配管75に油圧を付加しないようにスプールが閉塞状態にされている。
The
The
In the
配管73は、その一端が油圧ポンプ71の吐出ポート71aに接続され、他端が操作バルブ80に接続される配管である。
配管74は、配管73の中途部と、圧力調整弁72のポート72aと、を接続する配管である。29は油圧を設定するリリーフバルブである。
The
The pipe 74 is a pipe that connects the middle part of the
パイロット配管75は、その一端が圧力調整弁72のポート72bに接続され、中途部で分岐して、他端がそれぞれ、油圧調整弁38および油圧調整弁138のスプールの端部のうち、パイロット配管75の圧力によりスプールを押す力が、該スプールを(a)の「状態A」とする方向に押す方の端部と接続される配管である。
One end of the
制御装置76は、エンジン15の負荷に基づいて圧力調整弁72に信号を出力するものであり、より具体的にはCPU、ROM、及びRAM等がバスで接続される構成であっても良く、あるいは、ワンチップのLSI等からなる構成であっても良い。または、単に過負荷を検知したときのみ出力するセンサとしてもよい。
また、制御装置76は、バックホー1の他の構成部材を制御するための他の制御装置に該制御装置76の機能を具備することにより、省略することも可能である。
The
Further, the
配線78は、制御装置76と、圧力調整弁72、より厳密には圧力調整弁72のスプールを摺動させるソレノイドと、を接続する配線である。
The
吐出量抑制機構70の動作ついて説明する。
本実施例では、エンジン15のラック位置を検出する位置センサ、およびエンジン15の回転数を検出するエンジン回転数センサ、をエンジン負荷検出手段として用いている。
制御装置76は、該エンジン負荷検出手段により検出されたエンジン15の回転数およびラック位置に基づき負荷率を算出する。そして、エンジン15のラック位置が限界ラック位置以上である場合には、エンジン15が過負荷の状態であると判断して、圧力調整弁72に信号を出力する。
The operation of the discharge
In this embodiment, a position sensor that detects the rack position of the
The
その結果、図2に示す如く、油圧ポンプ71が作動油タンク46から吸入配管136bを経て吸入し、圧送する作動油は、配管73、配管74、圧力調整弁72、パイロット配管75を経て油圧調整弁38および油圧調整弁138のスプール操作部の一端に到達し、該スプールはいずれも(a)の「状態A」とする方向に押され、油圧ポンプ31および油圧ポンプ131の作動油の吐出量が抑制される(吐出量が減少する)。
そして、油圧ポンプ31および油圧ポンプ131の作動油の吐出量が抑制されると、エンジン15の負荷が軽減される。
As a result, as shown in FIG. 2, the
When the hydraulic oil discharge amount of the
また、油圧回路100はブームシリンダ22の回生油圧回路だけでなく、アームシリンダ21及び/又は旋回モータ62の回生油圧回路にも適用できる。
即ち、図5に示すように、ブームシリンダ22を駆動する油圧回路100と同様に、アームシリンダ駆動油圧回路及び旋回モータ駆動油圧回路を構成している。アームシリンダ駆動油圧回路は、エンジン15の回転軸15aに油圧ポンプ231の駆動軸を連結して駆動可能に構成し、該油圧ポンプ231の作動により作動油を片ロッド式のアームシリンダ21に圧送可能としている。該アームシリンダ21と油圧ポンプ231との間には、アームシリンダ22の伸縮動作を切り換える動作切換弁203を配置している。そして、該油圧ポンプ231の吐出ポート側の圧力と、動作切換弁203のアームシリンダ21への給油ポート側の圧力との差を所定の値に調整する油圧調整機構237を設けている。また、アームシリンダ21と前記動作切換弁203との間には、該アームシリンダ21のボトム室およびロッド室のうち圧力が低い方と、ドレン配管(オイル排出配管)56とを連通する連通機構256を配置している。
The
That is, as shown in FIG. 5, similarly to the
前記アームシリンダ21の排油ポートから該動作切換弁203に戻された作動油を油圧ポンプ231に供給するために回生配管236が設けられている。更に、該回生配管236と作動油タンク46に連通する吸入配管50との間には不足分の作動油を補給可能とするチェック弁249が配設されている。
A
また、アームシリンダ21の駆動油圧回路と同様に旋回モータ62の駆動油圧回路も構成できる。即ち、エンジン15の回転軸15aに油圧ポンプ331の駆動軸を連結して駆動可能に構成し、該油圧ポンプ331の作動により作動油を油圧モータからなる旋回モータ62に圧送可能としている。該旋回モータ62と油圧ポンプ331との間には、旋回モータ62の回転方向を切り換える動作切換弁204を配置している。そして、該油圧ポンプ331の吐出ポート側の圧力と、動作切換弁204の旋回モータ62への給油ポート側の圧力との差を所定の値に調整する油圧調整機構337を設けている。また、旋回モータ62と前記動作切換弁204との間には、圧力が低い方と、ドレン配管(オイル排出配管)56とを連通する連通機構356を配置している。
Further, the drive hydraulic circuit of the
前記旋回モータ62の排油ポートから該動作切換弁204に戻された作動油を油圧ポンプ331に供給するために回生配管336が設けられている。更に、該回生配管336と作動油タンク46に連通する吸入配管50との間には不足分の作動油を補給可能とするチェック弁349が配設されている。
A
従って、アームシリンダ駆動油圧回路の油圧ポンプ231及び旋回モータ駆動油圧回路の油圧ポンプ331を同一のエンジンで駆動する場合に、油圧ポンプ231・331のモータ作動により、油圧ポンプ231・331の駆動負荷が軽減されるので、エンジンの全体的な仕事量を低減でき、燃費が改善される。
すなわち、簡素な構成でアームシリンダ21及び旋回モータ62から戻ってくる作動油のエネルギー(運動エネルギー、位置エネルギー)の一部または全部を油圧ポンプの駆動力として回収することが可能である。
また、駆動油圧回路は、油圧ポンプ231・331から圧送される作動油により作動する油圧シリンダ及び油圧モータを、負荷の大きさに関わらず略一定の速度で作動させることが可能である。
Therefore, when the
That is, it is possible to recover a part or all of the hydraulic oil energy (kinetic energy and potential energy) returned from the
Further, the drive hydraulic circuit can operate the hydraulic cylinder and the hydraulic motor that are operated by the hydraulic oil pumped from the
また、前記同様に、アームシリンダ21の駆動油圧回路と旋回モータ62の駆動油圧回路の動作切換弁203・204及び連通機構256・356の余剰流排出弁をそれぞれ一つのバルブケース内に一体的に設けて、他のバルブケースと積層配置して一体的に構成することもでき、コンパクトなバルブケースとすることができる。
Similarly to the above, the
15 エンジン(駆動源)
21 アームシリンダ
22 ブームシリンダ(油圧シリンダ)
31 油圧ポンプ
32 動作切換弁
36 回生配管
37 油圧調整機構
50 吸入配管
66 絞り
67 チェック弁
201・202・203・204・205・206・207 動作切換弁
15 Engine (drive source)
21
31
Claims (2)
駆動源により駆動され、前記油圧アクチュエータに作動油を圧送する油圧ポンプと、
前記各油圧アクチュエータと該油圧ポンプとの間に配置され、各油圧アクチュエータの動作をそれぞれ切り換える動作切換弁とを備え、
前記少なくとも一つの油圧アクチュエータを油圧シリンダとして、該油圧シリンダに油圧を圧送する油圧ポンプの吐出ポート側の圧力と、動作切換弁の油圧シリンダの給油ポート側の圧力との差を所定の値に調整する油圧調整機構と、
該油圧シリンダの排油ポートから該動作切換弁に戻された作動油を該油圧ポンプに供給する回生配管とを備え、
前記油圧シリンダの動作切換弁と、前記その他の油圧アクチュエータの動作切換弁を一体的に構成したことを特徴とする油圧装置。 A plurality of hydraulic actuators such as hydraulic cylinders and hydraulic motors;
A hydraulic pump driven by a drive source and pumping hydraulic oil to the hydraulic actuator;
An operation switching valve that is disposed between each of the hydraulic actuators and the hydraulic pump, and switches the operation of each of the hydraulic actuators;
Using the at least one hydraulic actuator as a hydraulic cylinder, the difference between the pressure on the discharge port side of the hydraulic pump that pumps hydraulic pressure to the hydraulic cylinder and the pressure on the oil supply port side of the hydraulic cylinder of the operation switching valve is adjusted to a predetermined value Hydraulic adjustment mechanism to
A regenerative pipe for supplying hydraulic oil returned from the oil cylinder exhaust port to the operation switching valve to the hydraulic pump;
A hydraulic apparatus comprising an operation switching valve for the hydraulic cylinder and an operation switching valve for the other hydraulic actuator.
該連通機構を、前記油圧シリンダの動作切換弁と、前記その他の油圧アクチュエータの動作切換弁と一体的に構成したことを特徴とする請求項1に記載の油圧装置。
A communication mechanism that is disposed between the hydraulic cylinder and the operation switching valve, and that communicates between a lower pressure of the bottom chamber and the rod chamber of the hydraulic cylinder and a drain pipe;
2. The hydraulic apparatus according to claim 1, wherein the communication mechanism is configured integrally with an operation switching valve of the hydraulic cylinder and an operation switching valve of the other hydraulic actuator.
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