JP2009014122A - Hydraulic drive of construction machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は油圧ショベル等の建設機械に用いられる油圧駆動装置に係わり、特に、コントロールバルブのタンク戻り回路に背圧発生装置を備え、旋回モータの旋回減速時等、アクチュエータの慣性駆動時に圧油の速やかな補給を可能とし、キャビテーションの発生を防止するようにした建設機械の油圧駆動装置に関する。 The present invention relates to a hydraulic drive device used in construction machinery such as a hydraulic excavator, and in particular, a back pressure generating device is provided in a tank return circuit of a control valve, and pressure oil is supplied during inertial driving of an actuator, such as during turning deceleration of a turning motor. The present invention relates to a hydraulic drive device for a construction machine that enables prompt replenishment and prevents the occurrence of cavitation.
この種の油圧駆動装置として、特許文献1に記載されているものがある。この油圧駆動装置は、エンジンと、このエンジン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、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を有するコントロールバルブと、複数のアクチュエータの少なくとも1つのもののアクチュエータ油路に設けられた補給回路と、コントロールバルブからの戻り油をタンクに環流させる戻りライン、戻りラインに設けられたオイルクーラ及び背圧発生装置を有し、この背圧発生装置の上流側び補給回路が接続されるタンク戻り回路とを備えている。 There exists a thing described in patent document 1 as this kind of hydraulic drive device. The hydraulic drive device is supplied to an engine, a variable displacement hydraulic pump driven by the engine, a plurality of actuators driven by pressure oil discharged from the hydraulic pump, and a plurality of actuators from the hydraulic pump. A control valve having a plurality of flow control valves for controlling the flow rate of pressure oil, a replenishment circuit provided in an actuator oil passage of at least one of the plurality of actuators, and a return for circulating the return oil from the control valve to the tank And a tank return circuit having an oil cooler and a back pressure generating device provided in the return line and a back pressure generating device, to which an upstream side replenishment circuit is connected.
また、油圧ショベル等の建設機械の油圧駆動装置は、一般に、複数の流量制御弁の要求流量に応じて油圧ポンプの容量を制御するポンプ制御手段を備えており、このポンプ制御手段として、例えば特許文献2に記載のように、油圧ポンプの吐出圧力が複数のアクチュエータの最高負荷圧より目標差圧だけ高くなるよう油圧ポンプの容量を制御するロードセンシング方式が知られている。
In addition, hydraulic drive devices for construction machines such as hydraulic excavators generally include pump control means for controlling the capacity of a hydraulic pump in accordance with the required flow rates of a plurality of flow control valves. As this pump control means, for example, a patent As described in
しかしながら、上記従来技術には以下のような課題が存在する。 However, there are the following problems in the above-described prior art.
建設機械の油圧駆動装置の場合、アクチュエータの駆動対象が重量物慣性体であることが多く、このような重量物慣性体の減速操作時或いは停止操作時にはキャビテーションが発生しやすい。例えば、油圧ショベルの上部旋回体にあっては、減速操作時は、旋回用の流量制御弁を中立位置側に戻してメータイン油路を絞り、供給油量を減らすが、上部旋回体の慣性が大きく旋回モータは今までと同じ速度で回転し続けようとするため、流量制御弁と旋回モータ間の圧油供給側のアクチュエータ油路の圧力が低下し、キャビテーションが発生する。上部旋回体の停止操作時や、その他の重量物慣性体の減速操作時、停止操作時等においても同様にキャビテーションが発生する。 In the case of a hydraulic drive device for a construction machine, the actuator is often driven by a heavy inertial body, and cavitation is likely to occur during a deceleration operation or a stop operation of such a heavy inertial body. For example, in the upper swing body of a hydraulic excavator, during a deceleration operation, the flow control valve for swing is returned to the neutral position side to throttle the meter-in oil passage to reduce the amount of oil supplied. Since the swing motor tends to continue to rotate at the same speed as before, the pressure of the actuator oil passage on the pressure oil supply side between the flow control valve and the swing motor decreases, and cavitation occurs. Cavitation occurs in the same manner when the upper swing body is stopped, when other heavy inertia bodies are decelerated, and when the stop operation is performed.
通常、旋回モータのような重量物慣性体を駆動するアクチュエータのアクチュエータ油路には補給回路が設けられており、圧油供給側のアクチュエータ油路の圧力低下時にはその補給回路を介してタンクの圧油が補給され、キャビテーションの発生を防止する。 Normally, an actuator oil passage of an actuator that drives a heavy object inertial body such as a swing motor is provided with a replenishment circuit. When the pressure of the actuator oil passage on the pressure oil supply side drops, the tank pressure is supplied via the replenishment circuit. Oil is replenished to prevent cavitation.
ここで、油圧ポンプの吐出流量は流量制御弁の要求流量に応じて制御されるため、減速操作時や停止操作時には油圧ポンプの吐出流量が減少し、タンクに環流する流量も減少する。その結果、コントロールバルブのタンク戻り油路の背圧が低下するため、補給回路があるだけでは、圧油供給側のアクチュエータ油路の圧力低下時に速やかに圧油を補給することができず、キャビテーションの防止効果が低下する。特許文献1記載のようにタンク戻り回路に背圧弁を備える場合は、ポンプ吐出流量が減ってタンクに環流する流量が減った場合でも、背圧弁により十分な背圧が確保されるため、その背圧により補給が確実に行われ、キャビテーションの発生を確実に防止することができる。 Here, since the discharge flow rate of the hydraulic pump is controlled according to the required flow rate of the flow control valve, the discharge flow rate of the hydraulic pump decreases during the deceleration operation or the stop operation, and the flow rate circulating to the tank also decreases. As a result, the back pressure of the tank return oil passage of the control valve is reduced, so if there is only a replenishment circuit, the pressure oil cannot be replenished quickly when the pressure of the actuator oil passage on the pressure oil supply side drops, and cavitation The prevention effect is reduced. When a back pressure valve is provided in the tank return circuit as described in Patent Document 1, a sufficient back pressure is secured by the back pressure valve even when the pump discharge flow rate is reduced and the flow rate circulating to the tank is reduced. Replenishment is reliably performed by the pressure, and the occurrence of cavitation can be reliably prevented.
また、特許文献2に記載のように、ポンプ制御手段がロードセンシング方式である場合は、減速操作時であっても、流量制御弁のメータイン油路が絞られ油圧ポンプの吐出圧力が上昇する一方、上記旋回モータの圧油供給側のアクチュエータ油路の圧力の低下に応じて最高負荷圧力は低下し、油圧ポンプの吐出圧力と最高負荷圧との差圧が増大するため、油圧ポンプの吐出流量が最小まで減少する。したがって、ロードセンシング方式では、特にキャビテーションの発生が顕著になりやすく、特許文献1記載のような背圧弁をタンク戻り回路に設けることが有用となり、これにより減速操作時にロードセンシング制御によってポンプ吐出流量が最小に減ってタンクに環流する流量が減った場合でも、背圧弁により補給が確実に行われ、キャビテーションの発生が確実に防止される。
Further, as described in
ところで、特許文献1記載のような従来のタンク戻り回路を備えた場合、コントロールバルブからの戻り油は、背圧弁を通りオイルクーラを経由してタンクに戻る。背圧弁によって発生する圧力損失をΔP1、オイルクーラによって発生する圧力損失をΔP2、タンク戻り回路全体で発生する圧力損失をΔPcとすると、ΔPc=ΔP1+ΔP2の関係が成り立つ。ここで、ΔP1は流量Qに係わらずほぼ一定であるが、ΔP2は流量Qが大きくなるに従って大きくなり、ΔPcはΔP1とΔP2を足し合わせた特性となる。ここで、ΔP1は減速動作時、つまり油圧ポンプの吐出流量が最小になった場合にも速やかに補給が行え、不快なキャビテーションが発生しないような値である。その結果、タンク戻り回路全体の圧力損失ΔPcは、流量Qが少ないときは、ほぼキャビテーション防止のために必要な圧力Psと同じ値であるが、大流量アクチュエータを駆動するような場合でタンク戻り流量Qが大きい場合は、流量Qが大きくなるに従って大きくなるΔP2の影響により、必要以上に大きくなってしまう。この必要以上に大きな圧力損失は、無駄なエネルギー損失となり、油圧駆動装置のエネルギー効率を悪化させる結果となっていた。 By the way, when the conventional tank return circuit as described in Patent Document 1 is provided, the return oil from the control valve passes through the back pressure valve and returns to the tank via the oil cooler. When the pressure loss generated by the back pressure valve is ΔP 1 , the pressure loss generated by the oil cooler is ΔP 2 , and the pressure loss generated in the entire tank return circuit is ΔPc, the relationship ΔPc = ΔP 1 + ΔP 2 holds. Here, ΔP 1 is substantially constant regardless of the flow rate Q, but ΔP 2 increases as the flow rate Q increases, and ΔPc has a characteristic obtained by adding ΔP 1 and ΔP 2 . Here, ΔP 1 is a value that allows quick replenishment during deceleration operation, that is, when the discharge flow rate of the hydraulic pump is minimized, so that unpleasant cavitation does not occur. As a result, the pressure loss ΔPc of the entire tank return circuit is almost the same value as the pressure Ps necessary for preventing cavitation when the flow rate Q is small, but in the case of driving a large flow rate actuator, When Q is large, it becomes larger than necessary due to the effect of ΔP 2 that increases as the flow rate Q increases. This pressure loss that is larger than necessary is a wasteful energy loss, resulting in a deterioration in the energy efficiency of the hydraulic drive device.
本発明の目的は、重量物慣性体の減速操作時など油圧ポンプの吐出流量が少ない場合にもキャビテーションの発生を確実に防止することができ、かつ大流量アクチュエータ駆動時など油圧ポンプの吐出流量が大きい場合における無駄な圧力損失を低減し、エネルギー効率を向上させることができる建設機械の油圧駆動装置を提供することである。 The object of the present invention is to reliably prevent cavitation even when the discharge flow rate of the hydraulic pump is small, such as during deceleration operation of a heavy object inertial body, and the discharge flow rate of the hydraulic pump such as when driving a large flow rate actuator. It is an object of the present invention to provide a hydraulic drive device for a construction machine that can reduce useless pressure loss in a large case and improve energy efficiency.
(1)上記目的を達成するために、本発明は、エンジンと、このエンジン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を有するコントロールバルブと、前記複数の流量制御弁の要求流量に応じて前記油圧ポンプの容量を制御するポンプ制御手段と備えた建設機械の油圧駆動装置において、前記複数のアクチュエータの少なくとも1つのもののアクチュエータ油路に設けられた補給回路と、前記コントロールバルブからの戻り油をタンクに環流させる戻りライン、前記戻りラインに設けられたオイルクーラ及び背圧発生装置を有し、前記背圧発生装置の上流側に前記補給回路が接続されるタンク戻り回路とを備え、前記背圧発生装置は、前記戻りラインの最上流の圧力と最下流の圧力の差圧を一定に保つように制御する圧力制御弁であるものとする。 (1) To achieve the above object, the present invention includes an engine, a variable displacement hydraulic pump driven by the engine, and a plurality of actuators driven by pressure oil discharged from the hydraulic pump, A control valve having a plurality of flow control valves that control flow rates of pressure oil supplied from the hydraulic pump to a plurality of actuators, and a pump that controls the capacity of the hydraulic pump according to the required flow rates of the plurality of flow control valves In the hydraulic drive apparatus for a construction machine, comprising a control means, a supply circuit provided in an actuator oil passage of at least one of the plurality of actuators, a return line for circulating the return oil from the control valve to the tank, the return An oil cooler and a back pressure generator provided in a line, and the upstream side of the back pressure generator A tank return circuit to which a supply circuit is connected, and the back pressure generating device is a pressure control valve that controls the differential pressure between the most upstream pressure and the most downstream pressure in the return line to be constant. And
このように背圧発生装置を設けることにより、重量物慣性体の減速操作時など油圧ポンプの吐出流量が少ない場合にもキャビテーションの発生を確実に防止することができる。また、その背圧発生装置として、戻りラインの最上流の圧力と最下流の圧力の差圧を一定に保つように制御する圧力制御弁を設けることにより、大流量アクチュエータ駆動時など油圧ポンプの吐出流量が大きく、タンク戻り流量が多い場合であっても圧力損失は一定に保たれるため、無駄な圧力損失を低減し、エネルギー効率を向上させることができる。 By providing the back pressure generator in this way, it is possible to reliably prevent cavitation even when the discharge flow rate of the hydraulic pump is small, such as during the deceleration operation of the heavy object inertial body. In addition, the back pressure generator is equipped with a pressure control valve that controls the differential pressure between the most upstream pressure and the most downstream pressure in the return line so that the hydraulic pump discharges when driving a large flow actuator. Even when the flow rate is large and the tank return flow rate is large, the pressure loss is kept constant, so that wasteful pressure loss can be reduced and energy efficiency can be improved.
(2)また、上記目的を達成するために、本発明は、エンジンと、このエンジン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を有するコントロールバルブと、前記油圧ポンプの吐出圧力が前記複数のアクチュエータの最高負荷圧より目標差圧だけ高くなるよう前記油圧ポンプの容量を制御するロードセンシング方式のポンプ制御手段とを備えた建設機械の油圧駆動装置において、前記複数のアクチュエータの少なくとも1つのもののアクチュエータ油路に設けられた補給回路と、前記コントロールバルブからの戻り油をタンクに環流させる戻りライン、前記戻りラインに設けられたオイルクーラ及び背圧発生装置を有し、前記背圧発生装置の上流側に前記補給回路が接続されるタンク戻り回路とを備え、前記背圧発生装置は、前記戻りラインの最上流の圧力と最下流の圧力の差圧を一定に保つように制御する圧力制御弁であるものとする。 (2) In order to achieve the above object, the present invention provides an engine, a variable displacement hydraulic pump driven by the engine, and a plurality of actuators driven by pressure oil discharged from the hydraulic pump. A control valve having a plurality of flow rate control valves for controlling the flow rate of pressure oil supplied from the hydraulic pump to the plurality of actuators, and a discharge pressure of the hydraulic pump being a target differential pressure from a maximum load pressure of the plurality of actuators In a hydraulic drive device for a construction machine comprising a load sensing type pump control means for controlling the capacity of the hydraulic pump so as to be higher, a replenishment circuit provided in an actuator oil path of at least one of the plurality of actuators; A return line for circulating the return oil from the control valve to the tank; And a tank return circuit connected to the replenishment circuit upstream of the back pressure generator, and the back pressure generator is connected to the return line. It is assumed that the pressure control valve controls the pressure difference between the most upstream pressure and the most downstream pressure to be kept constant.
このように背圧発生装置を設けることにより、油圧ポンプの吐出圧力が最高負荷圧より目標差圧だけ高くなるよう油圧ポンプの容量を制御するロードセンシング方式のポンプ制御手段を備えた油圧駆動装置において、重量物慣性体の減速操作時にロードセンシング制御によってポンプ吐出流量が最小に減ってタンクに環流する流量が減った場合でも、キャビテーションの発生を確実に防止することができる。また、上記(1)で述べたように、背圧発生装置として、戻りラインの最上流の圧力と最下流の圧力の差圧を一定に保つように制御する圧力制御弁を設けることにより、大流量アクチュエータ駆動時など油圧ポンプの吐出流量が大きい場合における無駄な圧力損失を低減し、エネルギー効率を向上させることができる。 In the hydraulic drive apparatus having the load sensing type pump control means for controlling the capacity of the hydraulic pump so that the discharge pressure of the hydraulic pump is higher than the maximum load pressure by the target differential pressure by providing the back pressure generating device in this way. Even if the pump discharge flow rate is reduced to the minimum by load sensing control during the deceleration operation of the heavy inertial body and the flow rate circulating to the tank is reduced, the occurrence of cavitation can be reliably prevented. Further, as described in (1) above, by providing a pressure control valve that controls the differential pressure between the most upstream pressure and the most downstream pressure in the return line as a back pressure generating device, When the discharge flow rate of the hydraulic pump is large, such as when the flow rate actuator is driven, wasteful pressure loss can be reduced and energy efficiency can be improved.
(3)上記(1)又は(2)において、好ましくは、パイロット油圧源と、前記パイロット油圧源の下流側に設けられ、ゲートロックレバーが運転可能状態にあるときは前記パイロット油圧源の圧力を下流側に出力し、前記ゲートロックレバーが運転不能状態にあるときはタンク圧を下流側に出力するゲートロックバルブとを更に備え、前記圧力制御弁は、開方向作用の第1受圧室及び絞り方向作用の第2及び第3受圧室と、開方向作用のばね手段とを有し、前記第1受圧室に前記戻りラインの最上流の圧力が導かれ、前記第2受圧室に前記戻りラインの最下流の圧力が導かれ、前記第3受圧室に前記ゲートロックバルブの下流側の圧力が導かれ、その圧力により発生する第3受圧室の油圧力と前記ばね手段のばね力との差により前記戻りラインの最上流の圧力と最下流の圧力の目標差圧を設定する。 (3) In the above (1) or (2), preferably, the pilot hydraulic power source is provided on the downstream side of the pilot hydraulic power source, and the pressure of the pilot hydraulic power source is adjusted when the gate lock lever is in an operable state. A gate lock valve that outputs to the downstream side and outputs the tank pressure to the downstream side when the gate lock lever is in an inoperable state, and the pressure control valve includes the first pressure receiving chamber and the throttle for the opening direction action. The second and third pressure receiving chambers acting in the direction and the spring means acting in the opening direction, the most upstream pressure of the return line is guided to the first pressure receiving chamber, and the return line is fed to the second pressure receiving chamber. The pressure downstream of the gate lock valve is guided to the third pressure receiving chamber, and the difference between the oil pressure of the third pressure receiving chamber generated by the pressure and the spring force of the spring means By the return Setting the most upstream pressure and the target differential pressure downstream of the pressure down.
これにより圧力制御弁は、戻りラインの最上流の圧力と最下流の圧力の差圧を一定に保つように制御するものとなる。 As a result, the pressure control valve controls the pressure difference between the most upstream pressure and the most downstream pressure in the return line to be kept constant.
また、ゲートロックレバーを操作不能位置にすると第3受圧室の圧力がタンク圧となるため、ばね手段の作用により圧力制御弁は連通位置に強制的に切換わり、タンク戻り回路の圧力損失をオイルクーラによって発生する圧力損失のみに抑えることができ、更にエネルギー効率を向上することができる。 When the gate lock lever is set to the inoperable position, the pressure in the third pressure receiving chamber becomes the tank pressure, so that the pressure control valve is forcibly switched to the communication position by the action of the spring means, and the pressure loss in the tank return circuit is reduced to oil. Only the pressure loss generated by the cooler can be suppressed, and the energy efficiency can be further improved.
(4)また、上記(1)又は(2)において、前記圧力制御弁は、開方向作用の第1受圧室及び絞り方向作用の第2受圧室と、絞り方向作用のばね手段とを有し、前記第1受圧室に前記戻りラインの最上流の圧力が導かれ、前記第2受圧室に前記戻りラインの最下流の圧力が導かれ、前記ばね手段により前記戻りラインの最上流の圧力と最下流の圧力の目標差圧を設定してもよい。 (4) Further, in the above (1) or (2), the pressure control valve includes a first pressure receiving chamber acting in the opening direction, a second pressure receiving chamber acting in the throttle direction, and spring means acting in the throttle direction. The most upstream pressure of the return line is guided to the first pressure receiving chamber, the most downstream pressure of the return line is guided to the second pressure receiving chamber, and the most upstream pressure of the return line is A target differential pressure of the most downstream pressure may be set.
これにより圧力制御弁は、戻りラインの最上流の圧力と最下流の圧力の差圧を一定に保つように制御するものとなる。 As a result, the pressure control valve controls the pressure difference between the most upstream pressure and the most downstream pressure in the return line to be kept constant.
本発明によれば、重量物慣性体の減速操作時など油圧ポンプの吐出流量が少ない場合にもキャビテーションの発生を確実に防止することができ、かつ大流量アクチュエータ駆動時など油圧ポンプの吐出流量が大きい場合における無駄な圧力損失を低減し、エネルギー効率を向上させることができる。 According to the present invention, it is possible to reliably prevent cavitation even when the discharge flow rate of the hydraulic pump is small, such as during deceleration operation of a heavy object inertial body, and the discharge flow rate of the hydraulic pump such as when a large flow actuator is driven. When it is large, useless pressure loss can be reduced and energy efficiency can be improved.
また、ゲートロックレバーを操作不能位置にしたときは圧力制御弁が連通位置に強制的に切換わるため、タンク戻り回路の圧力損失をオイルクーラによって発生する圧力損失のみに抑えることができ、更にエネルギー効率を向上することができる。 In addition, when the gate lock lever is set to the inoperable position, the pressure control valve is forcibly switched to the communication position, so that the pressure loss of the tank return circuit can be suppressed to only the pressure loss generated by the oil cooler, and further the energy Efficiency can be improved.
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。以下の実施の形態は本発明を油圧ショベルの油圧駆動装置に適用した場合のものである。
<実施の形態1>
〜構成〜
図1は本発明の第1の実施の形態(実施の形態1)における建設機械(油圧ショベル)の油圧駆動装置の構成を示す油圧回路図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the present invention is applied to a hydraulic drive device of a hydraulic excavator.
<Embodiment 1>
~Constitution~
FIG. 1 is a hydraulic circuit diagram showing a configuration of a hydraulic drive device for a construction machine (hydraulic excavator) in the first embodiment (Embodiment 1) of the present invention.
本実施の形態の油圧駆動装置は、エンジン1と、エンジン1によって駆動される可変容量型のメインの油圧ポンプ(メインポンプ)2と、メインポンプ2と連動してエンジン1により駆動される固定容量型のパイロットポンプ3と、メインポンプ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10,11,12と、コントロールバルブ6と、コントロールバルブ6のタンク戻り回路7とを備えている。
The hydraulic drive apparatus according to the present embodiment includes an engine 1, a variable displacement main hydraulic pump (main pump) 2 driven by the engine 1, and a fixed displacement driven by the engine 1 in conjunction with the
アクチュエータ10,11,12は、例えばそれぞれ、油圧ショベルのフロント作業機のブームを駆動するブームシリンダ、アームを駆動するアームシリンダ、上部旋回体を旋回させる旋回モータである。油圧ショベルの油圧駆動装置には、通常それ以外にも、フロント作業機のバケットを駆動するバケットシリンダ、下部走行体を駆動する走行モータ、フロント作業機をスイングさせるスイングシリンダ等のアクチュエータが装備されているが(後述)、それらの図示と説明は省略する。
The
コントロールバルブ6は、メインポンプ2の供給油路2aに接続され、メインポンプ2から各アクチュエータに供給される圧油の方向と流量をそれぞれ制御する複数のバルブセクション17,18,19と、複数のアクチュエータ10,11,12の負荷圧のうち最も高い負荷圧(以下、最高負荷圧という)PLmaxを選択して信号油路27に出力する複数のシャトル弁33a,33b,33cと、メインポンプ2の供給油路2aに設けられ、メインポンプ2の最高吐出圧(最高ポンプ圧)を制限するメインリリーフ弁32と、メインポンプ2の吐出圧(ポンプ圧)Pdと最高負荷圧PLmaxとの差圧PLSを絶対圧として出力する差圧減圧弁30と、ポンプ圧Pdと最高負荷圧PLmaxとの差圧PLSがある一定値を越えたときにメインポンプ2の吐出流量の一部をタンクに戻し、差圧PLSをばね31aにより設定された一定値以下に保つアンロード弁31とを有している。バルブセクション17は流量制御弁34aと圧力補償弁35aから構成され、バルブセクション18は流量制御弁34bと圧力補償弁35bとから構成され、バルブセクション19は流量制御弁34cと圧力補償弁35cから構成されている。圧力補償弁35a,35b,35cの目標補償差圧設定用の開弁側受圧部36a,36b,36cには差圧減圧弁30の出力圧が導かれ、絶対圧PLS(メインポンプ2の吐出圧Pdと最高負荷圧PLmaxとの差圧)により目標補償差圧が設定されている。アンロード弁31及びメインリリーフ弁32の出側はコントロールバルブ6内でタンク油路39に接続され、タンク油路39はタンク戻り回路7を介してタンクに接続されている。
The
コントロールバルブ6は、また、旋回モータ12の1対のアクチュエータ油路37a,37bに設けられた補給回路38を有している。この補給回路38は、旋回モータ12の旋回減速時等の慣性駆動時、旋回モータ12の入口側のアクチュエータ油路の圧力が極めて低くなったときに圧油を補給するものであり、アクチュエータ油路37a,37bとコントロールバルブ6内のタンク油路39との間に設けられ、タンク油路39からアクチュエータ油路37a,37bへ向かう圧油の流れのみを許す逆止弁38a,38bを備えている。
The
タンク油路39の下流側はタンク戻り回路7に接続され、アクチュエータ10,11,12からの戻り油はタンク油路39及びタンク戻り回路7を介してタンクに環流する。また、タンク戻り回路7は適切な背圧を発生し、補給回路38による速やかに補給を可能とする。タンク戻り回路7の構成の詳細については後述する。
The downstream side of the
本実施の形態の油圧駆動装置は、また、パイロットポンプ3の供給油路3aに接続され、パイロットポンプ3の吐出流量に応じて絶対圧Paを出力するエンジン回転数検出弁装置5と、エンジン回転数検出弁装置5の下流側に接続され、第1パイロット油路20の圧力を一定に保つパイロットリリーフ弁13を有するパイロット油圧源21と、パイロット油圧原21の下流側に接続され、油圧ショベルの運転席入り口に設けられたゲートロックレバー124(図3)の開閉状況によってON/OFF制御される電磁切換弁14と、第2パイロット油路22に接続され、パイロット油圧源21の油圧を元圧として流量制御弁34a,34b,34cを操作するための制御パイロット圧a〜fを生成するリモコン弁24,25,26と、メインポンプ2の傾転角(容量)を制御するためのポンプ傾転制御装置4とを備えている。
The hydraulic drive apparatus according to the present embodiment is also connected to a supply oil passage 3a of the
電磁切換弁14は、ゲートロックレバー124(図3)が運転可能状態(下げ位置)にあるときは、第2パイロット油路22とタンクとの連通を遮断し、第1パイロット油路20と第2パイロット油路22を連通させる図示左側の第1位置(ON位置)に切り換わり、その下流側に接続されたりリモコン弁24,25,26にパイロットリリーフバルブ13によって一定に保たれたパイロット油圧源21の圧力を導き、ゲートロックレバー124(図3)が運転不能状態(上げ位置)にあるときは、第1パイロット油路20と第2パイロット油路22との連通を遮断し、第2パイロット油路22をタンクに連通させる図示右側の第2位置(OFF位置)に切り換わり、その下流側に接続されたりリモコン弁24,25,26をタンクに連通させる。ゲートロックレバー124による電磁切換弁14の位置の切り換えは、例えば電磁切換弁14のソレノイドと電源との間に図示しないスイッチを設け、ゲートロックレバー124が運転可能状態(下げ位置)にあるときはそのスイッチをON(閉)してソレノイドを励磁し、ゲートロックレバー124が運転不能状態(上げ位置)にあるときはそのスイッチをOFF(開)してソレノイドの励磁を解除することにより行う。
When the gate lock lever 124 (FIG. 3) is in an operable state (lowered position), the electromagnetic switching valve 14 cuts off the communication between the second
エンジン回転数検出弁装置5は流量検出弁5aと差圧減圧弁5bとを有し、流量検出弁5aの入力側はパイロットポンプ3の供給油路3aに接続され、流量検出弁5aの出力側は第1パイロット油路20に接続されている。流量検出弁5aは、パイロットポンプ3の供給油路3aを流れる圧油の流量を可変絞り部5cの前後差圧に変換し、差圧減圧弁5bはその前後差圧を絶対圧Paとして出力する。パイロットポンプ3の吐出流量はエンジン1の回転数によって変化するため、その流量(可変絞り部50aの前後差圧)を検出することによりエンジン1の回転数を検出することができる。また、可変絞り部5cは、その前後差圧が高くなるにしたがってその絞り径(面積)が大きくなり、前後差圧の上昇度合いが緩やかにるように構成されている。
The engine speed
ポンプ傾転制御装置4は馬力制御傾転アクチュエータ4aと、LS制御弁4b及びLS制御傾転アクチュエータ4cとを有している。
The pump
馬力制御傾転アクチュエータ4aはメインポンプ2の吐出圧が高くなるとメインポンプ2の傾転角を減らして、メインポンプ2の入力トルクが予め設定した最大トルクを超えないように制限するものであり、これによりメインポンプ2の消費馬力を制限し、過負荷によるエンジン1の停止(エンジンストール)を防止する。
The horsepower control tilt actuator 4a reduces the tilt angle of the
LS制御弁4bは対向する受圧部4d,4eを有し、受圧部4dにはエンジン回転数検出弁装置5の差圧減圧弁5bで生成された絶対圧Paがロードセンシング制御の目標差圧(目標LS差圧)として導かれ、受圧部4eに差圧減圧弁30で生成された絶対圧PLS(メインポンプ2の吐出圧Pdと最高負荷圧PLmaxとの差圧)が導かれ、絶対圧PLSが絶対圧Paよりも高くなると(PLS>Pa)、パイロット油圧源21の圧力をLS制御傾転アクチュエータ4cに導いてメインポンプ2の傾転角を減らし、絶対圧PLSが絶対圧Paよりも低くなると(PLS<Pa)、LS制御傾転アクチュエータ4cをタンクに連通してメインポンプ2の傾転角を増やし、これによりメインポンプ2の吐出圧Pdが最高負荷圧PLmaxより目標差圧Paだけ高くなるようメインポンプ2の傾転量(押しのけ容積)を制御する。制御弁4b及びLS制御傾転アクチュエータ4cは、メインポンプ2の吐出圧Pdが複数のアクチュエータ10,11,12,…の最高負荷圧PLmaxよりもロードセンシング制御の目標差圧分だけ高くなるようメインポンプ2の傾転を制御するロードセンシング方式のポンプ制御手段を構成する。
The
ここで、絶対圧Paはエンジン回転数に応じて変化する値であるため、絶対圧Paをロードセンシング制御の目標差圧として用い、圧力補償弁35a,35b,35cの目標補償差圧をメインポンプ2の吐出圧Pdと最高負荷圧PLmaxとの差圧の絶対圧PLSにより設定することにより、エンジン回転数に応じたアクチュエータスピードの制御が可能となる。また、上記のようにエンジン回転数検出弁装置5の流量検出弁5aの可変絞り部5cは、その前後差圧が高くなるにしたがってその絞り径(面積)が大きくなり、前後差圧の上昇度合いが緩やかになるように構成されている。これによりエンジン回転数に応じたサチュレーション現象の改善が図れ、エンジン回転数を低く設定した場合に良好な微操作性が得られる。なお、この点は特開平10−196604号公報に詳しい。
Here, since the absolute pressure Pa is a value that changes in accordance with the engine speed, the absolute pressure Pa is used as the target differential pressure of the load sensing control, and the target compensated differential pressure of the
アンロード弁31のばね31aの設定圧は、エンジン1が定格最高回転数(例えば2000rpm)にあるときのエンジン回転数検出弁装置5の差圧減圧弁5bで生成された絶対圧Pa(ロードセンシング制御の目標差圧)よりも高くなるように設定されている。
The set pressure of the
本実施の形態の特徴はコントロールバルブ6のタンク戻り回路7の構成にあり、このタンク戻り回路7は、コントロールバルブ6のタンク油路39に接続された戻りライン42と、戻りライン42に接続されたオイルクーラ43と、オイルクーラ43の上流側に直列に接続された背圧発生装置44と、オイルクーラ43に並列に接続されたバイパスチェックバルブ45とを有している。
The feature of this embodiment is the configuration of the
コントロールバルブ6からの戻り油は、背圧発生装置44を通り、作動油を冷却するためのオイルクーラ43を経由してタンクに戻る。オイルクーラ43には、これに並列にバイパスチェックバルブ45が装備されており、油温が低くて作動油の粘度が高く、オイルクーラ43の圧力損失が高い場合などに開弁するようになっている。通常使用する油温では,通常オイルクーラ43の圧損はあまり高くないことが多いので、バイパスチェックバルブ45は閉じている。
The return oil from the
背圧発生装置44は、戻りライン42の最上流の圧力Pup(背圧発生装置44により生じる背圧に相当)と最下流の圧力Pdownの差圧を一定に保つように制御する圧力制御弁(以下、圧力制御弁44という)であり、圧力制御弁44は、開方向作用の第1受圧室44aと、この第1受圧室44aと対向する側に位置する絞り方向作用の第2受圧室44bと、この第2受圧室44bと同じ側に位置する絞り方向作用のばね44c(ばね手段)とを有し、第1受圧室44aに戻りライン42の最上流の圧力Pupが導かれ、第2受圧室44bに戻りライン42の最下流の圧力Pdownが導かれ、ばね44cのばね力により戻りライン42の最上流の圧力Pupと最下流の圧力Pdownの目標差圧が設定される。すなわち、ばね44cは目標差圧設定手段として機能する。
The
また、圧力制御弁44は、戻りライン42の上流側と下流側とをそのまま連通させる連通位置(全開位置)と、絞った状態で連通させる絞り位置の2位置があり、第1及び第2受圧部44a,44bに負荷される戻りライン42の最上流の圧力Pupと最下流の圧力Pdownの差圧によって連通位置と絞り位置との間で開口面積を連続的に変化させる。
Further, the
図2はタンク戻り回路7の動作説明図である。図中、ΔPbはタンク戻り回路7の最上流の圧力Pupと最下流の圧力Pdownとの差圧であり、Psは、旋回の減速動作時等においてメインポンプ2の吐出流量が最小になった場合にも、補給回路38からアクチュエータ油路37a又は37bに圧油を速やかに補給することで、アクチュエータ油路37a又は37bに不快なキャビテーションを発生させないような圧力である。Psは、例えば0.3MPa程度である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of the operation of the
圧力制御弁4のばね44cの設定圧はその圧力Psに設定されており、これにより図2の下側のグラフに示すように、差圧ΔPbはタンク戻り回路7を通過する流量Qに係わらず一定の圧力Psに保たれる。
The set pressure of the spring 44c of the
ここで、戻りライン42の最上流の圧力Pupは圧力制御弁44により生じるタンク戻り回路7の背圧であり、戻りライン42の最下流の圧力Pdownはほぼタンク圧に等しくPdown=0とすると、戻りライン42の最上流の圧力Pup(タンク戻り回路7の背圧)はΔPbであり、この背圧ΔPbは圧力制御弁44によりPsに保たれる。
Here, the most upstream pressure Pup in the
図3は本実施の形態の油圧駆動装置が搭載される油圧ショベルの外観を示す図である。油圧ショベルは、下部走行体101、この下部走行体101上に旋回可能に搭載された上部旋回体102と、この上部旋回体102の先端部分にスイングポスト103を介して上下及び左右方向に回動可能に連結されたフロント作業機104とを備えている。下部走行体101はクローラ式であり、トラックフレーム105の前方側には上下動可能に排土用のブレード106が設けられている。上部旋回体102は基礎下部構造をなす旋回台107と、旋回台107上に設けられたキャノピタイプの運転台108とを備えている。フロント作業機104はブーム111と、アーム112と、バケット113とを備え、ブーム
の基端はスイングポスト103にピン結合され、ブーム111の先端はアーム112の基端にピン結合され、アーム112の先端はバケット113にピン結合されている。
FIG. 3 is a diagram showing the external appearance of a hydraulic excavator in which the hydraulic drive device of the present embodiment is mounted. The excavator includes a
ブーム111及びアーム112は図1に示したブームシリンダ10及びアームシリンダ11を伸縮することにより回動し、上部旋回体102は図1に示した旋回モータ12を回転させることにより旋回する。バケット113はバケットシリンダ117を伸縮することにより回動し、ブレード106はブレードシリンダ(図示せず)を伸縮することにより上下動し、下部走行体101は左右の走行モータ118a,118bを回転させることにより走行し、スイングポスト103はスイングシリンダ119を伸縮することにより回転する。前述したように、図1の油圧回路図ではバケットシリンダ117、走行モータ118a、118b、スイングシリンダ119等のアクチュエータの図示は省略している。
The boom 111 and the
運転台108には、オペレータが着座する運転席121が設けられ、運転席121の右左両側にバケット・ブーム用のコントロールレバー装置122と旋回・アーム用のコントロールレバー装置123とが設けられ、運転席121の入り口部分にゲートロックレバー124が設けられている。コントロールレバー装置122にはリモコン弁24(図1)が内蔵され、コントロールレバー装置123にはリモコン弁25,26(図1)が内蔵されている。
〜動作〜
本実施の形態において、リモコン弁24〜26の操作レバー中立時、旋回定常回転時、旋回減速時、大流量アクチュエータ操作時のそれぞれについて、動作を説明する。
<操作レバー中立時>
メインポンプ2から吐出された圧油は、供給油路2aを通じて各アクチュエータ駆動用の圧力補償弁35a〜35c(以下「35」で代表する)と各流量制御弁34a〜34c(以下「34」で代表する)へと導かれる。リモコン弁24〜26の全操作レバー中立時には、全ての流量制御弁34は図1に図示されているような中立位置となっている。
The driver's
~ Operation ~
In the present embodiment, the operation will be described for each of the operation levers of the
<When the control lever is neutral>
The pressure oil discharged from the
一方、メインポンプ2から供給された圧油は、供給油路2aとタンクの間に設けられたアンロード弁31へも導かれている。
On the other hand, the pressure oil supplied from the
全操作レバー中立時には、各アクチュエータの流量制御弁34は中立位置にあって供給油路2a側が閉じられているため、メインポンプ2の吐出圧(ポンプ圧)が上昇する。また、各アクチュエータの流量制御弁34は中立位置にあるため、各アクチュエータ10〜12の最高負荷圧PLmaxの信号油路27は、各流量制御弁34の内部通路を介してタンク油路39に接続され、信号油路27の最高負荷圧PLmaxはタンク戻り回路7の背圧ΔPb(=Ps)に等しくなる。このためメインポンプ2の吐出圧Pdがアンロード弁31の設定圧(ばね31aの設定圧)と背圧ΔPbとの和よりも高くなると、アンロード弁31は、図示右側の開位置に切り換わり、供給油路2aの圧油をタンクに戻すように作動し、メインポンプ2の吐出圧Pdはアンロード弁31の設定圧(ばね31aの設定圧)と背圧ΔPbとの和に等しくなる。
When all the operation levers are neutral, the
また、差圧減圧弁30は、メインポンプ2の吐出圧Pdと各アクチュエータ10〜12の最高負荷圧PLmaxとの差圧PLSを絶対圧として出力するように動作する。ここで、メインポンプ2の吐出圧Pdはアンロード弁31の設定圧(ばね31aの設定圧)と背圧ΔPbとの和に等しく、アクチュエータ10〜12の最高負荷圧PLmaxは背圧ΔPbに等しいため、絶対圧PLSはアンロード弁31の設定圧(ばね31aの設定圧)にほぼ等しくなり、ポンプ傾転制御装置4のLS制御弁4bの受圧部4eには、そのアンロード弁31の設定圧にほぼ等しい絶対圧PLSが導かれる。ここで、前述したようにアンロード弁31の設定圧はロードセンシング制御の目標差圧である絶対圧Paよりも高くなるように設定されている。
Further, the differential
一方、エンジン回転数検出弁装置5の差圧減圧弁5bは流量検出弁5aの可変絞り部5cの前後差圧を絶対圧Paとして出力し、ポンプ傾転制御装置4のLS制御弁4bの受圧部4dには、そのエンジン回転数に応じた絶対圧Paが目標差圧として導かれる。
On the other hand, the differential
以上のように操作レバー中立時には、ポンプ傾転制御装置4のLS制御弁4bの受圧部4dにはエンジン回転数に応じた絶対圧Paが目標差圧として導かれ、LS制御弁4bの受圧部4eには、アンロード弁31の設定圧にほぼ等しい絶対圧PLSが導かれ、絶対圧PLS>絶対圧Paである結果、ポンプ傾転制御装置4のLS制御弁4bは図示右の位置となるよう作動し、LS制御傾転アクチュエータ4cにパイロット油圧源21の圧力が導かれ、メインポンプ2の傾転角が最小になり、メインポンプ2の吐出流量も最小となる。
As described above, when the operation lever is in the neutral position, the pressure receiving portion 4d of the
メインポンプ2の吐出流量が最小となるときは、コントロールバルブ6からタンク戻り回路7を経由してタンクに戻る流量Qも少なくなる。しかし、タンク戻り回路7の最上流の圧力Pupと最下流の圧力Pdownとの差圧ΔPb(すなわちタンク戻り回路7の背圧)は圧力制御弁44により最適の圧力Psに保たれる。
When the discharge flow rate of the
すなわち、流量Qが小さい場合には、オイルクーラ43での圧力損失が小さいため、圧力制御弁44は図示上側の連通位置にある場合は最上流圧力Pupが最下流圧力Pdownに対してあまり差がない状態となるので、圧力制御弁44はばね44cのばね力により、図示下側の絞り位置に切り替わり、タンク戻り回路7を絞るようになる。このためこのように流量Qが小さい場合でも、一定の圧力Psが確保される。
<旋回定常回転時>
次に、旋回用のリモコン弁26の操作レバーのみを最大に操作して一定時間が経過した状態、つまり上部旋回体103(以下単に「旋回」という)を単独で定常速度にて回転操作している場合について説明する。
That is, when the flow rate Q is small, the pressure loss in the
<During turning steady rotation>
Next, only the operation lever of the turning
図1において、旋回用のリモコン弁26の操作レバーを操作すると、コントロールバルブ6の旋回用流量制御弁34cが切り換えられ、旋回用油圧モータ12に圧油が供給される。
In FIG. 1, when the operation lever of the turning
旋回定常回転時の負荷圧は、シャトル弁33b,33cによって最高負荷圧PLmaxとして信号油路27に導出され、この最高負荷圧PLmaxはメインポンプ2の吐出圧Pdとともに差圧減圧弁30に導かれ、最高負荷圧PLmaxとポンプ吐出圧Pdとの差圧が絶対圧PLSとして出力され、ポンプ傾転制御装置4のLS制御弁4bの受圧部4eにその絶対圧PLSが導かれる。
The load pressure at the time of the steady rotation of rotation is led to the
一方、ポンプ傾転制御装置4のLS制御弁4bの受圧部4dには、エンジン回転数検出弁装置5の差圧減圧弁5bから出力された絶対圧Paが目標差圧として導かれており、絶対圧PLS(最高負荷圧PLmaxとポンプ吐出圧Pdとの差圧)が絶対圧Pa(目標差圧)に等しくなるようにメインポンプ2の傾転が制御される。
On the other hand, the absolute pressure Pa output from the differential
旋回が定常回転しているときには、最高負荷圧PLmaxとポンプ吐出圧Pdとの差圧PLmaxと目標差圧Paが等しい状態となっており、メインポンプ2の吐出圧Pdは定常旋回の負荷圧PLmaxよりも目標差圧Paの分だけ高い状態に保たれる。
When the swing is rotating normally, the differential pressure PLmax between the maximum load pressure PLmax and the pump discharge pressure Pd is equal to the target differential pressure Pa, and the discharge pressure Pd of the
また、旋回が正常回転をしているときには、コントロールバルブ6からタンク戻り回路を経由してタンクに戻る流量Qは、メインポンプ2が吐出する流量と一致する。
Further, when the turn is rotating normally, the flow rate Q returning from the
一般的に、定常速度の旋回の場合には、メインポンプ2が吐出する流量、すなわちタンク戻り流量Qは、メインポンプ2の最小流量よりも若干大きいことが多い。
In general, in the case of turning at a steady speed, the flow rate discharged from the
一方、図2に示したように、タンク戻り回路7に設けられた圧力制御弁44は、タンク戻り回路7の最上流の圧力Pupと最下流の圧力Pdownとの差圧ΔPbがPs(一定値)に保たれるように動作する。
On the other hand, as shown in FIG. 2, the
すなわち、定常旋回時、流量Qは操作レバー中立時よりも大きくなるので、タンク戻り回路7の最上流圧力Pupが前述の操作レバー中立時よりも高くなる。一方、最下流圧力Pdownは常にタンク圧と等しく変化しないので、圧力制御弁44は、最上流圧力Pupと最下流圧力Pdownとの差圧ΔPbが圧力制御弁44のばね44cのばね力と釣り合う位置まで切換わり、その状態でバランスする。このため差圧ΔPbはPs(一定値)に保たれる。
<旋回減速時>
次に、上部旋回体102が定常回転をしている状態から、旋回用のリモコン弁26の操作レバーを緩操作で戻したときの動作を説明する。
That is, during steady turning, the flow rate Q is larger than when the operation lever is neutral, so the most upstream pressure Pup of the
<When turning and decelerating>
Next, an operation when the operation lever of the turning
図1において、旋回操作用のリモコン弁26の操作レバーを緩操作で中立に戻すと、流量制御弁34cもゆっくりと中立位置に戻り、旋回用油圧モータ12への圧油供給路がゆっくりと遮断される。
In FIG. 1, when the operation lever of the
旋回用油圧モータ12には、大きな慣性モーメントを有する油圧ショベルの上部旋回体102(図3)が接続されているために、流量制御弁34cが完全に中立に戻るまで、その大きな慣性モーメントで回り続けようとする。このためアクチュエータ油路37a,37bのうち油圧モータ12から流量制御弁34cに圧油を戻す側のアクチュエータ油路には高い圧力がこもり、流量制御弁34cから油圧モータ12に圧油を供給する側のアクチュエータ油路の圧力(旋回負荷圧)は非常に低くなる。
Since the upper swing body 102 (FIG. 3) of a hydraulic excavator having a large moment of inertia is connected to the turning
旋回用流量制御弁34cから旋回負荷圧がシャトル弁33b,33cを介して信号油路27に導出され、この負荷圧が最高負荷圧PLmaxとして差圧減圧弁30に導かれるが、前述のように流量制御弁34cから油圧モータ12に圧油を供給する側のアクチュエータ油路の圧力は非常に低くなるため、差圧減圧弁30に導かれる最高負荷圧PLmaxも非常に低くなる。
The swing load pressure is led from the swing
一方、メインポンプ2から旋回用流量制御弁34cへと流れる流量は減るが、メインポンプ2から供給される流量は瞬間的には変化しないため、圧油供給路2aに圧力がこもる状態となり、メインポンプ2の吐出圧Pdは高くなり、このポンプ吐出圧Pdが差圧減圧弁30に導かれる。
On the other hand, although the flow rate flowing from the
このように最高負荷圧PLmaxは非常に低くなり、ポンプ吐出圧Pdは高くなる結果、差圧減圧弁30が出力する最高負荷圧PLmaxとポンプ吐出圧Pdとの差圧の絶対圧PLSは大きくなり、この絶対圧PLSがポンプ傾転制御装置4のLS制御弁4bの受圧部4eに導かれる。
As described above, the maximum load pressure PLmax becomes very low and the pump discharge pressure Pd becomes high. As a result, the absolute pressure PLS of the differential pressure between the maximum load pressure PLmax output from the differential
このようにポンプ傾転制御装置4のLS制御弁4bの受圧部4eに導かれる絶対圧PLSは大きくなるが、エンジン回転数検出弁装置5の差圧減圧弁5bから出力される絶対圧Pa(目標差圧)はエンジン回転数が一定であれば一定であるので、制御弁4bは図示右側の位置に切り替わることになり、LS制御傾転アクチュエータ4cにパイロット油圧源21の圧力が導かれ、メインポンプ2の傾転角が最小になり、メインポンプ2の吐出流量も最小となる。
As described above, the absolute pressure PLS guided to the pressure receiving portion 4e of the
メインポンプ2の吐出流量が最小となるときは、コントロールバルブ6からタンク戻り回路7を経由してタンクに戻る流量Qも少なくなる。しかし、タンク戻り回路7の最上流の圧力Pupと最下流の圧力Pdownとの差圧ΔPb(すなわち、タンク戻り回路7の背圧)は圧力制御弁44により最適の圧力Psに保たれる。
When the discharge flow rate of the
すなわち、流量Qが小さい場合には、オイルクーラ43での圧力損失が小さいため、圧力制御弁44は図示上側の連通位置にある場合は最上流圧力Pupが最下流圧力Pdownに対してあまり差がない状態となるので、圧力制御弁44はばね44cのばね力により、図示下側の絞り位置に切り替わり、タンク戻り回路7を絞るようになる。このため流量Qが小さい場合でも、一定の圧力Psが確保される。
That is, when the flow rate Q is small, the pressure loss in the
また、このようにタンク戻り回路7の最上流の圧力Pupと最下流の圧力Pdownとの差圧ΔPb(タンク戻り回路7の背圧)が一定の圧力Psに保たれる結果、流量制御弁34cから油圧モータ12に圧油を供給する側のアクチュエータ油路37a又は37bの圧力が非常に低くなっても、補給回路38からアクチュエータ油路37a又は37bへの圧油の補給がスムーズに行われ、アクチュエータ油路37a又は37bに不快なキャビテーションが発生することが防止される。
<大流量アクチュエータ操作時>
次に、アーム111を上下動するアームシリンダ11のような大流量のアクチュエータを駆動した場合の動作について説明する。
In addition, as described above, the differential pressure ΔPb (back pressure of the tank return circuit 7) between the most upstream pressure Pup and the most downstream pressure Pdown of the
<When operating a large flow actuator>
Next, an operation when a large flow rate actuator such as the
図1において、アーム用のリモコン弁25の操作レバーを操作すると、コントロールバルブ6のアーム用流量制御弁34bが切り換えられ、アームシリンダ11に圧油が供給される。
In FIG. 1, when the operation lever of the arm
アームシリンダ駆動の負荷圧は、シャトル弁33a,33bによって最高負荷圧PLmaxとして信号油路27に導出され、この最高負荷圧PLmaxはメインポンプ2の吐出圧Pdとともに差圧減圧弁30に導かれ、最高負荷圧PLmaxとポンプ吐出圧Pdとの差圧が絶対圧PLSとして出力され、ポンプ傾転制御装置4のLS制御弁4bの受圧部4eにその絶対圧PLSが導かれる。
The arm cylinder drive load pressure is led to the
一方、ポンプ傾転制御装置4のLS制御弁4bの受圧部4dには、エンジン回転数検出弁装置5の差圧減圧弁5bから出力された絶対圧Paが目標差圧として導かれており、絶対圧PLS(最高負荷圧PLmaxとポンプ吐出圧Pdとの差圧)が絶対圧Pa(目標差圧)に等しくなるようにメインポンプ2の傾転が制御される。
On the other hand, the absolute pressure Pa output from the differential
アームシリンダ11を定常的な速度で駆動しているときには、最高負荷圧PLmaxとポンプ吐出圧Pdとの差圧PLmaxと目標差圧Paが等しい状態となっており、メインポンプ2の吐出圧Pdは定常旋回の負荷圧PLmaxよりも目標差圧Paの分だけ高い状態に保たれる。
When the
通常、アームシリンダ11を駆動する流量は旋回モータ12を駆動する流量に比べて大きいことが多い。また、アームシリンダ11を縮ませる動作を行う場合には、アームシリンダ11のロッド側から圧油を供給するが、その場合、アームシリンダ11のボトム側とロッド側の受圧面積の差により、アームシリンダ11から流量制御弁34bに戻ってくる流量が増加する。
Usually, the flow rate for driving the
すなわち、アームシリンダ11を縮ませる動作を行うと、アームシリンダ11から流量制御弁34bに戻ってくる流量、すなわちコントロールバルブ6からタンクに戻る流量Qは、旋回動作などの場合に比べて非常に大きくなる。
That is, when the operation of contracting the
一方、図2に示したように、タンク戻り回路7に設けられた圧力制御弁44は、タンク戻り回路7の最上流の圧力Pupと最下流の圧力Pdownとの差圧ΔPb(すなわち、タンク戻り回路7の背圧)がPs(一定値)に保たれるように動作する。
On the other hand, as shown in FIG. 2, the
すなわち、アームシリンダ11の縮み動作時には、タンク戻り流量Qが大きいことから、オイルクーラ43で発生する圧力損失も大きくなり、瞬間的にはこのタンク戻り回路の最上流圧力Pupが大きくなる。一方、最下流圧力Pdownは常にタンク圧と等しく変化しないので、圧力制御弁44は、最上流圧力Pupと最下流圧力Pdownとの差圧ΔPbが圧力制御弁44のばね44cのばね力に打ち勝って、図示上側の連通位置に切り替わる。これにより圧力制御弁44で発生する圧力損失が小さくなり、圧力制御弁44は、最上流圧力Pupと最下流圧力Pdownとの差圧ΔPbが圧力制御弁44のばね44cのばね力と釣り合う位置でバランスする。
That is, when the
以上の動作により、タンク戻り流量Qが大きい場合においても、差圧ΔPb(タンク戻り回路7の背圧)はPs(一定値)に保たれる。 With the above operation, even when the tank return flow rate Q is large, the differential pressure ΔPb (back pressure of the tank return circuit 7) is maintained at Ps (a constant value).
図4は従来のコントロールバルブのタンク戻り回路を示す図である。 FIG. 4 is a view showing a tank return circuit of a conventional control valve.
従来のタンク戻り回路7Xは、流量に係わらずほぼ一定の背圧を得るための背圧弁44Xと、作動油を冷却するためのオイルクーラ43、及びオイルクーラ43に並列に接続されたバイパスチェックバルブ45を備えている。背圧弁44Xはある設定のばねを持ったチェックバルブである。この背圧弁44Xの働きにより、旋回などの減速時などで油圧ポンプの流量がロードセンシング制御によって減少した場合でも、補給に十分な背圧を得ることができるので、キャビテーションの発生を防止することができる。
The conventional tank return circuit 7X includes a
しかしながら、この従来のタンク戻り回路には次のような問題がある。 However, this conventional tank return circuit has the following problems.
前述したように、コントロールバルブ6からの戻り油は、背圧弁44Xを通り、作動油を冷却するためのオイルクーラ43を経由してタンクに戻る。オイルクーラ43には、これに並列にバイパスチェックバルブ45が装備されており、油温が低くて作動油の粘度が高く、オイルクーラ43の圧力損失が高い場合などに開弁するようになっている。通常使用する油温では通常オイルクーラ43の圧損はあまり高くないことが多いので、バイパスチェックバルブ45は閉じている。
As described above, the return oil from the
背圧弁44Xによって発生する圧力損失をΔP1、オイルクーラ43によって発生する圧力損失をΔP2、タンク戻り回路全体で発生する圧力損失をΔPcとする。この場合、ΔPc=ΔP1+ΔP2の関係が成り立つ。圧力損失ΔPcは、本実施の形態における図2の戻りライン42の最上流の圧力Pupと最下流の圧力Pdownの差圧に相当し、タンク戻り回路Xの背圧である。
The pressure loss generated by the
ΔP1,ΔP2,ΔPcはそれぞれ図4下側の各グラフに示すような特性となる。すなわち、ΔP1は流量Qに係わらず、ほぼ一定の圧力となり、ΔP2は流量Qが大きくなるに従って大きくなり、ΔPcはΔP1とΔP2を足し合わせた特性となる。 ΔP 1 , ΔP 2 , and ΔPc have characteristics as shown in the graphs on the lower side of FIG. That is, ΔP 1 becomes a substantially constant pressure regardless of the flow rate Q, ΔP 2 increases as the flow rate Q increases, and ΔPc has a characteristic obtained by adding ΔP 1 and ΔP 2 together.
ここで、ΔP1は旋回の減速動作時、つまり油圧ポンプの吐出流量が最小になった場合にも速やかに補給が行え、不快なキャビテーションが発生しないような圧力Psに設定してある。 Here, ΔP 1 is set to a pressure Ps at which the replenishment can be performed promptly during the turning deceleration operation, that is, when the discharge flow rate of the hydraulic pump is minimized, and unpleasant cavitation does not occur.
図4下側のグラフを見てみると、コントロールバルブ6に作用するタンク戻り回路全体の圧力損失ΔPc(タンク戻り回路7Xの背圧)は、流量Qが少ないときは、ほぼキャビテーション防止のために必要な圧力Psと同じ値であるが、大流量アクチュエータを駆動するような場合で、タンク戻り流量Qが大きい場合は、流量Qが大きくなるに従って大きくなるΔP2の影響により、必要以上に大きくなってしまう。この必要以上に大きな圧力損失は、無駄なエネルギー損失となり、油圧駆動装置のエネルギー効率を悪化させる結果となっていた。 When looking at the lower graph in FIG. 4, the pressure loss ΔPc of the entire tank return circuit acting on the control valve 6 (back pressure of the tank return circuit 7X) is almost for the prevention of cavitation when the flow rate Q is small. Although it is the same value as the required pressure Ps, when the large flow rate actuator is driven and the tank return flow rate Q is large, it becomes larger than necessary due to the effect of ΔP 2 that increases as the flow rate Q increases. End up. This pressure loss that is larger than necessary is a wasteful energy loss, resulting in a deterioration in the energy efficiency of the hydraulic drive device.
このような従来技術に対し、本実施の形態では前述したように、タンク戻り回路7に設けられた圧力制御弁44の機能により、タンク戻り回路7の最上流の圧力Pupと最下流の圧力Pdownとの差圧ΔPb(タンク戻り回路7の背圧)はタンク戻り回路7を通過する流量Qに係わらず一定の圧力Psに保たれる。その結果、アームシリンダ11のような大流量のアクチュエータ駆動時などメインポンプ2の吐出流量が大きい場合においても、必要以上の背圧を立てることがないので、無駄な圧力損失を低減することができ、油圧駆動装置のエネルギー効率を向上させることができる。
<実施の形態2>
本発明の第2の実施の形態を図5により説明する。図中、図1に示した部分と同様の部分には同じ符号を付している。
〜構成〜
本実施の形態は、第1の実施の形態に対して、コントロールバルブ6のタンク戻り回路7に背圧発生装置として設けられた圧力制御弁の構成を異ならせたものである。
In contrast to such a conventional technique, in the present embodiment, as described above, the
<
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the figure, the same parts as those shown in FIG.
~Constitution~
In the present embodiment, the configuration of a pressure control valve provided as a back pressure generating device in the
すなわち、図5に示す本実施の形態において、タンク戻り回路7Aに背圧発生装置である圧力制御弁44Aは、第1の実施の形態と同様、開方向作用の第1受圧室44aと、この第1受圧室44aに対向する側に位置する絞り方向作用の第2受圧室44bとを有し、第1受圧室44aに戻りライン42の最上流の圧力Pupが導かれ、第2受圧室44bに戻りライン42の最下流の圧力Pdownが導かれるとともに、第1の実施の形態にあったばね44cの代わりに、第2受圧室44bと同じ側に位置する絞り方向作用の第3受圧室44dと、この第3受圧室44dに対向する側に位置する開方向作用のばね44eとを設け、第3受圧室44にゲートロックバルブ14の下流側の第2パイロット油路22の圧力が導かれ、その圧力により発生する第3受圧室44dの油圧力とばね44eのばね力との差により戻りライン42の最上流の圧力Pupと最下流の圧力Pdownの目標差圧(図2の圧力Ps)が設定される。すなわち、本実施の形態では、第3受圧室44dとばね44eが目標差圧設定手段として機能し、第3受圧室44dの受圧面積は、対向するばね44eのばね力と合わせて、第1の実施の形態におけるばね44cと圧力制御の特性が同等となるように(目標差圧が圧力Psとなるように)設定されている。
That is, in the present embodiment shown in FIG. 5, the
上記以外の構成は第1の実施の形態と同じである。
〜動作〜
本実施の形態は、圧力制御弁44Aの動作のみが第1の実施の形態と異なり、それ以外の動作は第1の実施の形態と同じである。以下に、圧力制御弁44Aのみの動作について説明する。
<ゲートロックレバー124が運転不能状態にあるとき>
ゲートロックレバー124が運転不能状態(上げ位置)にあるときは、前述したように電磁切換弁14は図示右側の第2位置(OFF位置)に切り換わり、第1パイロット油路20と第2パイロット油路22との連通を遮断し、第2パイロット油路22をタンクに連通させる。その結果、圧力制御弁44Aの第3受圧室44dにはタンク圧と等しい電磁切換弁14の下流側の圧力(タンク圧)が導かれる。第3受圧室44dにタンク圧が導かれると、圧力制御弁44Aは、第3受圧室44dに対向する側に位置するばね44eのばね力により図示上側の連通位置に切り換わる。これにより圧力制御弁44Aはタンク戻り回路7Aを全く絞らない状態となる。
<ゲートロックレバーが運転可能状態で全操作レバーが中立のとき>
ゲートロックレバー124が運転可能状態(下げ位置)にあるときは、前述したように電磁切換弁14は図示左側の第1位置(ON位置)に切り換わり、第2パイロット油路22とタンクとの連通を遮断し、第1パイロット油路20と第2パイロット油路22を連通させる。その結果、圧力制御弁44Aの第3受圧室44dにはパイロット油圧源21のパイロットリリーフ弁13によって一定に保たれたパイロット圧が導かれる。第3受圧室44dにパイロット油圧源21の圧力が導かれると、第3受圧室44dの油圧力は対向するばね44eのばね力に打ち勝って、図示上向き(絞り方向)に第1の実施の形態におけるばね44cと等価な力を発生する。これによりタンク戻り回路7Aの最上流の圧力Pupと最下流の圧力Pdownとの差圧ΔPb(タンク戻り回路7Aの背圧)は、第3受圧室44dの油圧力とばね44eのばね力との差により設定された一定の圧力Psになるように制御される。
<その他の場合>
その他の場合においては、圧力制御弁44Aの動作は第1の実施の形態と同様となる。
Other configurations are the same as those in the first embodiment.
~ Operation ~
This embodiment is different from the first embodiment only in the operation of the
<When the
When the
<When the gate lock lever is operational and all control levers are neutral>
When the
<Other cases>
In other cases, the operation of the
以上のように構成した本実施の形態においては、第1の実施の形態の効果に加えて下記の効果が得られる。 In the present embodiment configured as described above, the following effects are obtained in addition to the effects of the first embodiment.
ゲートロックレバー124を運転不能状態(上げ位置)にする場合の一例として、エンジン1をかけた状態で休止する場合がある。このような場合、本実施の形態では、ゲートロックレバー124を運転不能状態(上げ位置)にすると、圧力制御弁44Aが連通位置に切り換わるため、全操作レバーの中立時にメインポンプ2からアンロード弁31を経由してタンクに環流する戻り油の圧力損失を、タンク戻り回路7Aにおいてはオイルクーラ43によって発生する圧力損失のみに抑えることができ、エネルギー効率を更に向上することができる。
As an example of making the
また、ゲートロックレバー124を運転不能状態(上げ位置)にする他の場合として、エンジン1のキースイッチをOFFにしてエンジン1を止め、1日の作業を終了する場合がある。このような場合、翌日、作業を再開するため、エンジン1のキースイッチをONにしてエンジン1を始動させるが、このとき、メインポンプ2の負荷が大きいとエンジン1が始動しにくくなる場合がある。本実施の形態では、ゲートロックレバー124が運転不能状態(上げ位置)にあるときは圧力制御弁44Aが連通位置にあり、メインポンプ2からアンロード弁31を経由してタンクに環流する戻り油の圧力損失は、タンク戻り回路7Aにおいてはオイルクーラ43によって発生する圧力損失のみとなるため、メインポンプ2の負荷が小さくなってエンジン1の負荷が小さくなり、エンジン1の始動性が向上する。
Further, as another case where the
以上において、本発明の一実施の形態を説明したが、本発明はそれに制限されることなく本発明の精神の範囲内で種々の変形が可能である。 Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited thereto and can be variously modified within the spirit of the present invention.
例えば、上記実施の形態では、ロードセンシング方式のポンプ制御手段を備えるものとしたが、複数の流量制御弁の要求流量に応じて油圧ポンプの容量を制御するものであれば、それ以外のポンプ制御手段であってもよい。それ以外のポンプ制御手段としては、リモコン弁の制御パイロット圧(操作信号)が増加するにしたがって油圧ポンプの容量(傾転角)を増加させるポジティブ制御方式、コントロールバルブのセンタバイパスラインの最下流に絞りを設け、その絞りの上流側の圧力が低下するにしたがって油圧ポンプの容量(傾転角)を増加させるネガティブ制御方式等が挙げられる。 For example, in the above-described embodiment, load sensing type pump control means is provided. However, if the capacity of the hydraulic pump is controlled according to the required flow rate of a plurality of flow control valves, other pump control is performed. It may be a means. Other pump control means include a positive control system that increases the capacity (tilt angle) of the hydraulic pump as the control pilot pressure (operation signal) of the remote control valve increases, and is located downstream of the center bypass line of the control valve. Examples include a negative control method in which a throttle is provided and the capacity (tilt angle) of the hydraulic pump is increased as the pressure on the upstream side of the throttle decreases.
また、上記実施の形態では、油圧駆動装置は旋回モータのアクチュエータ油路に補給回路を設けたものとしたが、油圧駆動装置はそれ以外のアクチュエータ(例えばブームシリンダ、アームシリンダ、走行モータ等)のアクチュエータ油路に補給回路を設けたものであってもよい。 In the above embodiment, the hydraulic drive device is provided with a replenishment circuit in the actuator oil passage of the swing motor. However, the hydraulic drive device is used for other actuators (for example, a boom cylinder, an arm cylinder, a travel motor, etc.). The actuator oil passage may be provided with a replenishment circuit.
1 エンジン
2 メインの油圧ポンプ(メインポンプ)
2a 供給油路
3 パイロットポンプ
4 ポンプ傾転制御装置
4a 馬力制御傾転アクチュエータ
4b LS制御弁
4c LS制御傾転アクチュエータ
4d,4e 受圧部
5 エンジン回転数検出弁装置
5a 流量検出弁
5b 差圧減圧弁
5c 可変絞り部
6 コントロールバルブ
7,7A タンク戻り回路
10 アクチュエータ(ブームシリンダ)
11 アクチュエータ(アームシリンダ)
12 アクチュエータ(旋回モータ)
13 パイロットリリーフ弁
14 電磁切換弁
17,18,19 バルブ先駆ション
20第1パイロット油路
21 パイロット油圧源
22 第2パイロット油路
24,25,26 リモコン弁
27 信号油路
30 差圧減圧弁
31 アンロード弁
31a ばね
32 メインリリーフ弁
33a,33b,33c シャトル弁
34a,34b,34c 流量制御弁
35a,35b,35c 圧力補償弁
36a,36b,36c 開弁側受圧部
37a,37b アクチュエータ油路
38 補給回路
38a,38b 逆止弁
39 タンク油路
42 戻りライン
43 オイルクーラ
44,44A 背圧発生装置(圧力制御弁)
44a 第1受圧室
44b 第2受圧室
44c ばね
44d 第3受圧室
44e ばね
45 バイパスチェックバルブ
124 ゲートロックレバー
1
2a
11 Actuator (arm cylinder)
12 Actuator (Swivel motor)
13 Pilot relief valve 14
44a First pressure receiving chamber 44b Second pressure receiving chamber 44c Spring 44d Third pressure receiving
Claims (4)
前記複数のアクチュエータの少なくとも1つのもののアクチュエータ油路に設けられた補給回路と、
前記コントロールバルブからの戻り油をタンクに環流させる戻りライン、前記戻りラインに設けられたオイルクーラ及び背圧発生装置を有し、前記背圧発生装置の上流側に前記補給回路が接続されるタンク戻り回路とを備え、
前記背圧発生装置は、前記戻りラインの最上流の圧力と最下流の圧力の差圧を一定に保つように制御する圧力制御弁であることを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。 An engine, a variable displacement hydraulic pump driven by the engine, a plurality of actuators driven by pressure oil discharged from the hydraulic pump, and a flow rate of pressure oil supplied from the hydraulic pump to the actuators In a hydraulic drive device for a construction machine, comprising a control valve having a plurality of flow control valves for controlling the flow rate, and a pump control means for controlling the capacity of the hydraulic pump in accordance with the required flow rates of the plurality of flow control valves
A replenishment circuit provided in an actuator oil passage of at least one of the plurality of actuators;
A tank having a return line for circulating return oil from the control valve to the tank, an oil cooler and a back pressure generator provided in the return line, and the replenishment circuit connected to the upstream side of the back pressure generator A return circuit,
The hydraulic drive device for a construction machine, wherein the back pressure generating device is a pressure control valve that controls the pressure difference between the most upstream pressure and the most downstream pressure in the return line to be constant.
前記複数のアクチュエータの少なくとも1つのもののアクチュエータ油路に設けられた補給回路と、
前記コントロールバルブからの戻り油をタンクに環流させる戻りライン、前記戻りラインに設けられたオイルクーラ及び背圧発生装置を有し、前記背圧発生装置の上流側に前記補給回路が接続されるタンク戻り回路とを備え、
前記背圧発生装置は、前記戻りラインの最上流の圧力と最下流の圧力の差圧を一定に保つように制御する圧力制御弁であることを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。 An engine, a variable displacement hydraulic pump driven by the engine, a plurality of actuators driven by pressure oil discharged from the hydraulic pump, and a flow rate of pressure oil supplied from the hydraulic pump to the actuators A control valve having a plurality of flow control valves for controlling the flow rate, and a load sensing type pump for controlling the capacity of the hydraulic pump so that a discharge pressure of the hydraulic pump is higher than a maximum load pressure of the plurality of actuators by a target differential pressure In a hydraulic drive device for a construction machine comprising a control means,
A replenishment circuit provided in an actuator oil passage of at least one of the plurality of actuators;
A tank having a return line for circulating return oil from the control valve to the tank, an oil cooler and a back pressure generator provided in the return line, and the replenishment circuit connected to the upstream side of the back pressure generator A return circuit,
The hydraulic drive device for a construction machine, wherein the back pressure generating device is a pressure control valve that controls the pressure difference between the most upstream pressure and the most downstream pressure in the return line to be constant.
パイロット油圧源と、
前記パイロット油圧源の下流側に設けられ、ゲートロックレバーが運転可能状態にあるときは前記パイロット油圧源の圧力を下流側に出力し、前記ゲートロックレバーが運転不能状態にあるときはタンク圧を下流側に出力するゲートロックバルブとを更に備え、
前記圧力制御弁は、開方向作用の第1受圧室及び絞り方向作用の第2及び第3受圧室と、開方向作用のばね手段とを有し、前記第1受圧室に前記戻りラインの最上流の圧力が導かれ、前記第2受圧室に前記戻りラインの最下流の圧力が導かれ、前記第3受圧室に前記ゲートロックバルブの下流側の圧力が導かれ、その圧力により発生する第3受圧室の油圧力と前記ばね手段のばね力との差により前記戻りラインの最上流の圧力と最下流の圧力の目標差圧を設定することを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。 The hydraulic drive device for a construction machine according to claim 1 or 2,
A pilot hydraulic source,
Provided on the downstream side of the pilot hydraulic source, the pressure of the pilot hydraulic source is output downstream when the gate lock lever is in an operable state, and the tank pressure is output when the gate lock lever is in an inoperable state. A gate lock valve that outputs to the downstream side;
The pressure control valve includes a first pressure receiving chamber acting in an opening direction, second and third pressure receiving chambers acting in a throttle direction, and spring means acting in an opening direction, and the first pressure receiving chamber has an outermost return line. An upstream pressure is guided, a pressure downstream of the return line is guided to the second pressure receiving chamber, a pressure downstream of the gate lock valve is guided to the third pressure receiving chamber, and a pressure generated by the pressure is generated. 3. A hydraulic drive device for a construction machine, wherein a target differential pressure between the most upstream pressure and the most downstream pressure in the return line is set by the difference between the oil pressure in the pressure receiving chamber and the spring force of the spring means.
前記圧力制御弁は、開方向作用の第1受圧室及び絞り方向作用の第2受圧室と、絞り方向作用のばね手段とを有し、前記第1受圧室に前記戻りラインの最上流の圧力が導かれ、前記第2受圧室に前記戻りラインの最下流の圧力が導かれ、前記ばね手段により前記戻りラインの最上流の圧力と最下流の圧力の目標差圧を設定することを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。 The hydraulic drive device for a construction machine according to claim 1 or 2,
The pressure control valve has a first pressure receiving chamber acting in the opening direction, a second pressure receiving chamber acting in the throttle direction, and a spring means acting in the throttle direction, and the pressure of the most upstream of the return line in the first pressure receiving chamber. The pressure downstream of the return line is guided to the second pressure receiving chamber, and the target differential pressure between the most upstream pressure and the most downstream pressure of the return line is set by the spring means. Hydraulic drive device for construction machinery.
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