JP2009121649A - Hydraulic circuit and working machine - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は、片ロッド複動型の油圧シリンダ及び可変容量型のアキシャルピストン装置を使用した油圧回路、及び前記油圧回路を有する作業機械に関するものである。 The present invention relates to a hydraulic circuit using a single-rod double-acting hydraulic cylinder and a variable displacement axial piston device, and a work machine having the hydraulic circuit.
従来、バックホウのような作業機械の可動部(例えばブーム等)を駆動させるための油圧回路としては、特許文献1に記載のものがある。図5は特許文献1の第1図に開示されたものと同様の油圧回路図である。
Conventionally, as a hydraulic circuit for driving a movable part (for example, a boom or the like) of a work machine such as a backhoe, there is one described in
図5に示す従来の油圧回路100は、片ロッド複動型の油圧シリンダ101と、油圧シリンダ101に作動油を供給する可変容量型の油圧ポンプ102とを備えている。油圧シリンダ101と油圧ポンプ102とは、第1油路103及び第2油路104にて閉ループ状に接続されている。
A conventional
この場合、油圧シリンダ101のボトム油室105が第1油路103を介して油圧ポンプ102に接続され、ロッド油室106が第2油路104を介して油圧ポンプ102に接続されている。なお、油圧ポンプ102は、駆動源121(例えばエンジンや電動モータ)の回転動力にて駆動するように構成されている。
In this case, the
第1油路103と第2油路104との間には、3ポート3位置切換型の流量制御弁108が配置されている。流量制御弁108は、油圧シリンダ101における両油室105,106の受圧面積差に起因して、一方の油室105から流出する作動油量が他方の油室106に流入する作動油量より多い場合の余剰分を排出するためのものである。
Between the
流量制御弁108の第1入口ポート108aは第1入口油路109を介して第1油路103に接続され、第2入口ポート108bは第2入口油路110を介して第2油路104に接続されている。流量制御弁108の出口ポート108cは出口油路111を介して作動油タンク113に接続されている。出口油路111中にはリリーフ弁112が設けられている。
The
第1油路103と第2油路104とをつなぐバイパス油路114中には、第1油路103の方向にのみ開く第1逆止弁115と、第2油路104の方向にのみ開く第2逆止弁116とが設けられている。バイパス油路114における両逆止弁115,116の間は、チャージ油路117を介して作動油タンク113に接続されている。
In a
チャージ油路117中には、作動油の不足分を第1又は第2油路103,104に補給するためのチャージポンプ118が設けられている。チャージ油路117におけるチャージポンプ118より上流側から分岐したドレイン油路119も作動油タンク113に接続されている。ドレイン油路119中にはリリーフ弁120が設けられている。
A
かかる構成において、まず外部からの負荷がX1方向に作用している場合に、油圧ポンプ102から第1油路103に作動油を供給すると、作動油がボトム油室105に流入して、油圧シリンダ101が伸長動する。これに伴い、ロッド油室106からは作動油が流出し、流出した作動油は第2油路104を介して油圧ポンプ102に戻る。
In such a configuration, first, when hydraulic fluid is supplied from the
ここで、ロッド油室106の受圧面積(断面積)は、ボトム油室105の受圧面積と比べて油圧シリンダ101におけるピストンロッド107の断面積分だけ小さいから、このままでは、ロッド油室106から流出して油圧ポンプ102に戻る作動油量が油圧ポンプ102から吐出してボトム油室105に流入する作動油量より少なく、油圧ポンプ102の吸入側でキャビテーションが生ずることになる。
Here, the pressure receiving area (cross-sectional area) of the
そこで、キャビテーション防止のために、チャージポンプ118の駆動にて、不足分の作動油が作動油タンク113からチャージ油路117、バイパス油路114及び第2逆止弁116を介して第2油路104に補給される。
Therefore, in order to prevent cavitation, when the
同様の負荷状態で油圧ポンプ102から第2油路104に作動油を供給すると、作動油がロッド油室106に流入して、油圧シリンダ101が短縮動する。これに伴い、ボトム油室105からは作動油が流出し、流出した作動油は第1油路103を介して油圧ポンプ102に戻る。
When the hydraulic oil is supplied from the
この場合は、ボトム油室105から流出して油圧ポンプ102に戻る作動油量が油圧ポンプ102から吐出してロッド油室106に流入する作動油量より多くなるから、このままでは、油圧ポンプ102が余剰分の作動油を吸引できず、第1油路103及びボトム油室105内の圧力が上昇してピストンロッド107の動きを止めることになる。
In this case, the amount of hydraulic oil that flows out from the
そこで、ピストンロッド107の動きを止めないために、第2油路104内の圧力にて流量制御弁108のスプールを図5の右位置に切り換えることにより、余剰分の作動油が第1油路103から第1入口油路109、出口油路111及びリリーフ弁112を介して作動油タンク113に排出される。
しかし、従来の油圧回路100では、第1油路103と第2油路104との間に配置された流量制御弁108にハンチング現象が生じて、油圧シリンダ101がスムーズに作動しなくなる場合があった。
However, in the conventional
すなわち、油圧シリンダ101が短縮動する場合において、外部の負荷がX2方向に作用している場合は、油圧シリンダ101のロッド油室の圧力がボトム油室寄りも高くなるため、先に述べたように油圧ポンプ102から供給される作動油はロッド油室106に流入する一方、ボトム油室105からは作動油が流入し、油圧シリンダ101の断面積差によって生ずる余剰分の作動油を流量制御弁108を介して排出しつつ、必要流量を油圧ポンプ102に戻す。
That is, when the
この状態のシリンダ速度は、油圧ポンプ102の流出側流量によって制御される。すなわち、油圧ポンプ102の流量をQ、油圧シリンダ101のロッド油室の受圧面積をARとすると、シリンダ速度はQ/ARとなる。
The cylinder speed in this state is controlled by the outflow side flow rate of the
一方、外部の負荷がX1方向に作用している場合は、油圧シリンダ101のボトム油室の圧力がロッド油室の圧力よりも高くなり、油圧シリンダ101から排出される作動油は、そのまま油圧ポンプ102に戻され、油圧ポンプ102から吐出される作動油は、油圧シリンダ101の断面積差によって生ずる不足分の作動油をチェック弁116から吸入しつつ、必要流量を油圧シリンダ101に供給する。
On the other hand, when an external load is acting in the X1 direction, the pressure in the bottom oil chamber of the
この状態のシリンダ速度は、油圧ポンプ102の吸入側流量によって制御される。すなわち、油圧ポンプ102の流量をQ、油圧シリンダ101のボトム油室の受圧面積をABとすると、シリンダ速度はQ/ABとなる。
The cylinder speed in this state is controlled by the suction side flow rate of the
このように外部負荷の方向変化が激しい場合、ロッド油室のボトム油室に対する断面積比AR/ABに相当する速度変化がシリンダ速度に対して生ずるため、ハンチング現象が生ずるという問題があった。 When the direction change of the external load is severe as described above, a speed change corresponding to the cross-sectional area ratio A R / A B with respect to the bottom oil chamber of the rod oil chamber is generated with respect to the cylinder speed. It was.
また、前述の通り、従来の油圧回路100では、キャビテーション防止のために、油圧ポンプ102に対する作動油の不足分を補給するチャージポンプ118が必要である。しかし、油圧ポンプ102とは別にチャージポンプ118が存在するため、油圧回路100の構造全体が大型化して配置スペースを取るという問題や、部品点数増加に伴って製造コストが増大するという問題があった。
Further, as described above, in the conventional
更に、油圧ポンプ102に対する作動油の不足量は両油室105,106の受圧面積の関係で決まるものであり、例えばピストンロッド107の直径が大きいほど受圧面積の差が大きく、油圧ポンプ102に対する作動油の不足量が増えることになる。従って、両油室105,106の受圧面積の差が大きい場合は、大容量のチャージポンプ118を採用せざるを得ず、製造コストが更に嵩んでしまうという問題もあった。
Further, the shortage of hydraulic oil with respect to the
そこで、本願発明を以上の問題を解消することを技術的課題とするものである。 Accordingly, it is a technical problem to solve the above-described problems of the present invention.
本願発明は、片ロッド複動型の油圧シリンダ及び可変容量型のアキシャルピストン装置を使用した油圧回路、及び前記油圧回路を有する作業機械を含んでいる。 The present invention includes a hydraulic circuit using a single-rod double-acting hydraulic cylinder and a variable displacement axial piston device, and a work machine having the hydraulic circuit.
請求項1の発明に係る油圧回路は、ボトム油室及びロッド油室を有する片ロッド複動型の油圧シリンダと、第1〜第3ポートが形成されたバルブプレートを有する可変容量型のアキシャルピストン装置とを備えており、前記油圧シリンダと前記アキシャルピストン装置とは、前記ボトム油室と前記第1ポートとをつなぐ第1油路、及び前記ロッド油室と前記第2ポートとをつなぐ第2油路とを介して、閉ループ状に接続されており、前記第1ポートと前記第2ポートとの開口面積比が前記ボトム油室と前記ロッド油室との受圧面積比と同じで、且つ、前記第2ポートと前記第3ポートとの開口面積の和が前記第1ポートの開口面積と同じに設定されており、前記第3ポートは、前記第1油路と前記第2油路との間をつなぐチャージリリーフ回路から延びる中継油路に接続されており、前記中継油路から分岐した補助チャージ油路が、前記アキシャルピストン装置からの作動油の吐出方向及び吐出量を制御するための油圧サーボ機構を構成する調整ポンプに接続されているというものである。 A hydraulic circuit according to a first aspect of the present invention is a variable displacement axial piston having a single-rod double acting hydraulic cylinder having a bottom oil chamber and a rod oil chamber, and a valve plate having first to third ports. The hydraulic cylinder and the axial piston device include a first oil passage that connects the bottom oil chamber and the first port, and a second oil passage that connects the rod oil chamber and the second port. Via an oil passage, is connected in a closed loop shape, the opening area ratio of the first port and the second port is the same as the pressure receiving area ratio of the bottom oil chamber and the rod oil chamber, and The sum of the opening areas of the second port and the third port is set to be the same as the opening area of the first port, and the third port includes the first oil passage and the second oil passage. Charge relief times to connect An auxiliary charge oil passage that is connected to a relay oil passage extending from the relay oil passage, and that constitutes a hydraulic servomechanism for controlling the discharge direction and discharge amount of hydraulic oil from the axial piston device It is connected to the pump.
請求項2の発明は、請求項1に記載した油圧回路を有する作業機械に係るものであり、前記アキシャルピストン装置は機体に搭載されたエンジンの回転にて駆動するように構成されており、前記油圧シリンダとして、前記機体に装着されたブームを上下に首振り回動させるブームシリンダが採用されている。
The invention according to
本願発明に係る油圧回路によると、油圧シリンダとアキシャルピストン装置とは、ボトム油室と前記第1ポートとをつなぐ第1油路、及びロッド油室と第2ポートとをつなぐ第2油路とを介して、閉ループ状に接続されている。そして、前記第1ポートと前記第2ポートとの開口面積比が前記ボトム油室と前記ロッド油室との受圧面積比と同じで、且つ、前記第2ポートと第3ポートとの開口面積の和が前記第1ポートの開口面積と同じに設定されている。前記第3ポートは、前記第1油路と前記第2油路との間をつなぐチャージリリーフ回路から延びる中継油路に接続されており、前記中継油路から分岐した補助チャージ油路が油圧サーボ機構を構成する調整ポンプに接続されている。 According to the hydraulic circuit of the present invention, the hydraulic cylinder and the axial piston device include a first oil passage that connects the bottom oil chamber and the first port, and a second oil passage that connects the rod oil chamber and the second port. It is connected in a closed loop via. An opening area ratio between the first port and the second port is the same as a pressure receiving area ratio between the bottom oil chamber and the rod oil chamber, and an opening area ratio between the second port and the third port is The sum is set to be the same as the opening area of the first port. The third port is connected to a relay oil passage extending from a charge relief circuit connecting between the first oil passage and the second oil passage, and an auxiliary charge oil passage branched from the relay oil passage is a hydraulic servo. It is connected to the regulating pump that constitutes the mechanism.
前記油圧シリンダを伸長動させる際は、前記ロッド油室から流出して前記アキシャルピストン装置に戻る作動油量が、前記アキシャルピストン装置から吐出して前記ボトム油室に流入する作動油量より少なくなるものの、前記アキシャルピストン装置自身の駆動(自吸力)と前記調整ポンプの駆動との相互作用により、前記補助チャージ油路、前記中継油路及び前記第3ポートを介して、不足分の作動油を補給できる。従って、従来のような流量制御弁によるシリンダ受圧面積差に対処する流量調整機構がなくても、前記アキシャルピストン装置の自吸力を効果的に補完して、キャビテーションの発生を確実に防止できるという効果を奏する。 When the hydraulic cylinder is extended, the amount of hydraulic oil that flows out from the rod oil chamber and returns to the axial piston device is smaller than the amount of hydraulic oil that is discharged from the axial piston device and flows into the bottom oil chamber. However, due to the interaction between the drive of the axial piston device itself (self-suction force) and the drive of the adjustment pump, the shortage of hydraulic oil is supplied via the auxiliary charge oil passage, the relay oil passage, and the third port. Can be replenished. Therefore, even if there is no flow rate adjustment mechanism that copes with the difference in the cylinder pressure receiving area due to the flow rate control valve as in the past, it is possible to effectively supplement the self-suction force of the axial piston device and reliably prevent the occurrence of cavitation. Play.
従って、キャビテーションを防止できるものでありながら、油圧回路のコンパクト化(構造の簡単化)や、部品点数削減に伴う製造コストの抑制に寄与できるという効果も奏する。 Therefore, while being able to prevent cavitation, there is also an effect that the hydraulic circuit can be made compact (simplification of structure) and the manufacturing cost can be reduced due to the reduction in the number of parts.
一方、前記油圧シリンダを短縮動させる場合においては、背景技術に記載した説明から分かるように、油圧シリンダにおいてロッド油室のボトム油室に対する断面積比(後述する図2ではAR/AB)と、バルブプレートの開口面積比に比例して決まる油圧ポンプにおける流出側流量の吸入側流量に対する流量比(後述する図2ではQR/QB)とは同じになっているため、QR/AR≒QB/ABとなり、シリンダ外部負荷の方向変化が生じてもシリンダ速度が一定となる。このため、激しい負荷変動に対してもハンチング現象が起こらなくなるという効果を奏する。 On the other hand, when the hydraulic cylinder is shortened, the sectional area ratio of the rod oil chamber to the bottom oil chamber in the hydraulic cylinder (A R / A B in FIG. 2 described later), as can be seen from the description in the background art. If, because that is a same as the flow rate ratio suction side flow outlet-side flow rate of the hydraulic pump determined in proportion to the opening area ratio of the valve plate (described later in FIG. 2 Q R / Q B), Q R / A R ≈Q B / A B , and the cylinder speed is constant even if the direction of the cylinder external load changes. For this reason, there is an effect that the hunting phenomenon does not occur even when the load fluctuates severely.
請求項2の発明に係る作業機械によると、前記アキシャルピストン装置は機体に搭載されたエンジンの回転にて駆動するように構成されており、前記油圧シリンダは前記機体に装着されたブームを上下に首振り回動させるブームシリンダであるから、掘削作業時にシリンダ外部負荷の作用する方向が頻繁に激しく変化したりしても、前記油圧回路により(チャージポンプや流量制御弁がなくても)、前記ブームシリンダひいては前記ブームをスムーズに作動できるという効果を奏する。 According to the work machine of the second aspect of the present invention, the axial piston device is configured to be driven by rotation of an engine mounted on the airframe, and the hydraulic cylinder moves the boom mounted on the airframe up and down. Because it is a boom cylinder that swings and swings, even if the direction in which the cylinder external load acts during excavation work frequently and vigorously changes, the hydraulic circuit (even without a charge pump or flow control valve) The boom cylinder and thus the boom can be operated smoothly.
以下に、本願発明を作業機械としてのバックホウに採用した実施形態を図面(図1〜図4)に基づいて説明する。図1はバックホウの側面図、図2はバックホウの油圧回路図、図3はアキシャルピストンポンプ・モータの側面断面図、図4はバルブプレートの正面図である。 Hereinafter, an embodiment in which the present invention is employed in a backhoe as a work machine will be described with reference to the drawings (FIGS. 1 to 4). 1 is a side view of the backhoe, FIG. 2 is a hydraulic circuit diagram of the backhoe, FIG. 3 is a side sectional view of an axial piston pump and motor, and FIG. 4 is a front view of the valve plate.
(1).バックホウの概要
まず始めに、図1を参照しながら、バックホウ1の概要について説明する。
(1). Outline of Backhoe First, an outline of the
作業機械の一例であるバックホウ1は、左右一対の走行クローラ3(図1では左側のみ示す)を有するクローラ式の走行装置2と、走行装置2上に水平旋回可能に設けられた旋回台4(機体)とを備えている。走行装置2の前部には排土板5が昇降回動可能に装着されている。
A
旋回台4には、操縦部としてのキャビン6と駆動源としてのエンジン7とが搭載されている。旋回台4の前部には、掘削作業のためのブーム11、アーム12及びバケット13を有する作業部10が設けられている。なお、詳細は図示していないが、キャビン6の内部には、オペレータが着座する操縦座席と、バックホウ1における各種操作用のレバー群とが配置されている。
The swivel 4 is equipped with a cabin 6 as a control unit and an engine 7 as a drive source. A working
作業部10の構成要素であるブーム11は、先端側を前向きに突き出して側面視く字状に屈曲した形状に形成されている。ブーム11の基端部は、旋回台4の前部に取り付けられたブームブラケット14に、横向きのブーム軸15を中心にして首振り回動可能に枢着されている。ブーム11の内面(前面)側には、これを上下に首振り回動させるための片ロッド複動型のブームシリンダ16が配置されている。ブームシリンダ16のシリンダ側端部は、ブームブラケット14の前端部に回動可能に枢支されている。ブームシリンダ16のロッド側端部は、ブーム11における屈曲部の前面側(凹み側)に固定された前ブラケット17に回動可能に枢支されている。ブームシリンダ16は特許請求の範囲に記載した油圧シリンダに相当する。
The boom 11, which is a component of the working
ブーム11の先端部には、長手角筒状のアーム12の基端部が、横向きのアーム軸19を中心にして首振り回動可能に枢着されている。ブーム11の上面前部側には、アーム12を首振り回動させるための片ロッド複動型のアームシリンダ20が配置されている。アームシリンダ20のシリンダ側端部は、ブーム11における屈曲部の背面側(突出側)に固定された後ブラケット18に回動可能に枢支されている。アームシリンダ20のロッド側端部は、アーム12の基端側外面(前面)に固着されたアームブラケット21に回動可能に枢支されている。
A base end portion of a long rectangular tube-
アーム12の先端部には、掘削用アタッチメントとしてのバケット13が、横向きのバケット軸22を中心にして掬い込み回動可能に枢着されている。アーム12の外面(前面)側には、バケット13を掬い込み回動させるための片ロッド複動型のバケットシリンダ23が配置されている。バケットシリンダ23のシリンダ側端部は、アームブラケット21に回動可能に枢支されている。バケットシリンダ23のロッド側端部は、連結リンク24及び中継ロッド25を介してバケット13に回動可能に枢支されている。
A
(2).バックホウの油圧回路
次に、図2を参照しながら、バックホウ1の油圧回路について説明する。
(2). Next, the hydraulic circuit of the
図2に示すバックホウ1の油圧回路30は、先に説明したブームシリンダ16と、ブームシリンダ16に作動油を供給するアキシャルピストン装置としての可変容量型のアキシャルピストンポンプ・モータ32(以下、油圧ポンプ・モータ32と称する)とを備えている。ブームシリンダ16と油圧ポンプ・モータ32とは、第1油路33及び第2油路34にて閉ループ状に接続されている。
The
ブームシリンダ16は前述の通り片ロッド複動型のものであり、ボトム油室35の受圧面積B(断面積)が、ロッド油室36の受圧面積Rと比べて、ピストンロッド37の断面積P分だけ大きくなっている。すなわち(ボトム油室35の受圧面積B)=(ロッド油室36の受圧面積R)+(ピストンロッド37の断面積P)の関係が成り立っている。
As described above, the
油圧ポンプ・モータ32は、第1ポート38、第2ポート39及び第3ポート40からなる3つのポートを有しており、ブームシリンダ16のボトム油室35が第1油路33を介して油圧ポンプ・モータ32の第1ポート38に接続され、ブームシリンダ16のロッド油室36が第2油路34を介して油圧ポンプ・モータ32の第2ポート39に接続されている。油圧ポンプ・モータ32の第3ポート40は、後述する中継油路68に接続されている。
The hydraulic pump /
油圧ポンプ・モータ32はいわゆる斜板タイプのものであり(図3参照)、エンジン7の動力にて駆動するように構成されている。そして、バックホウ1のキャビン6内に配置された操作レバー(図示省略)の操作量に応じて油圧ポンプ・モータ32における可動斜板80の傾斜角度を変更することにより、油圧ポンプ・モータ32からの作動油の吐出方向及び吐出量を調節するように構成されている。
The hydraulic pump /
なお、図示は省略しているが、油圧ポンプ・モータ32から突出した回転軸74は、別のポンプを貫通している。すなわち、油圧ポンプ・モータ32の回転軸74と別のポンプの回転軸とは、共通する1本の軸になっている。回転軸74の軸心回りの回転にて別のポンプを駆動させることにより、別系統の油圧回路を介して、前述したアームシリンダ12及びバケットシリンダ13に作動油を供給するように構成されている。
In addition, although illustration is abbreviate | omitted, the rotating
図2に示す油圧回路30は、油圧ポンプ・モータ32における可動斜板80の傾斜角度に基づいて、油圧ポンプ・モータ32からの作動油の吐出方向及び吐出量を制御する油圧サーボ機構43を備えている。油圧サーボ機構43は、油圧ポンプ・モータ32における可動斜板の傾斜角度を変更させる片ロッド複動型の調整シリンダ44と、調整シリンダ44に作動油を供給する調整ポンプ45と、調整ポンプ45からの作動油の吐出方向及び吐出量を調節するための4ポート3位置切換型の電磁サーボ弁46とを有している。
The
この場合、キャビン6内に配置された操作レバー(図示省略)の操作量に応じた電磁サーボ弁46のスプール位置の切換にて、調整シリンダ44を伸縮動させることにより、油圧ポンプ・モータ32における可動斜板80の傾斜角度が変更・調節される。
In this case, in the hydraulic pump /
電磁サーボ弁46の入口ポート46aは調整ポンプ45を介して作動油タンク42に接続され、出口ポート46dは直接作動油タンク42に接続されている。電磁サーボ弁46のボトム側ポート46bは、調整シリンダ44のボトム油室47に接続され、ロッド側ポート46cは調整シリンダ44のロッド油室48に接続されている。調整シリンダ44におけるピストンロッド49の先端は、油圧ポンプ・モータ32の可動斜板80に連動連結されている。
The
第1油路33中には、ブームシリンダ16のボトム油室35からの作動油の漏れ出しを防止する第1パイロットチェック弁51が設けられている。第1パイロットチェック弁51は通常、ブームシリンダ16のボトム油室35の方向にのみ開くが、例えば操作レバーのシリンダ短縮の操作に連動して、パイロット油路52から作動油が供給されると、油圧ポンプ・モータ32における第1ポート38の方向に開くように構成されている。
A first
第1油路33における第1パイロットチェック弁51とボトム油室35との間は、第1ドレイン油路53を介して作動油タンク42に接続されている。第1ドレイン油路53中には、第1油路33内の圧力が高くなり過ぎたときに作動油タンク42方向に作動油を逃がすためのリリーフ弁54が設けられている。
A portion between the first
一方、第2油路34中には、ブームシリンダ16のロッド油室36からの作動油の漏れ出しを防止する第2パイロットチェック弁55が設けられている。第2パイロットチェック弁55は通常、ブームシリンダ16のロッド油室36の方向にのみ開くが、例えば操作レバーのシリンダ伸長の操作に連動して、パイロット油路56から作動油が供給されると、油圧ポンプ・モータ32における第2ポート39の方向に開くように構成されている。
On the other hand, a second
第2油路34における第2パイロットチェック弁55とロッド油室36との間は、第2ドレイン油路57を介して作動油タンク42に接続されている。第2ドレイン油路57中には、第2油路34内の圧力が高くなり過ぎたときに作動油タンク42方向に作動油を逃がすためのリリーフ弁58が設けられている。
The second
第1油路33と第2油路34との間には、2つのリリーフ弁64,65と2つの逆止弁66,67とを有するチャージリリーフ回路61が配置されている。チャージリリーフ回路61は、一方の油路33(34)内の圧力が高くなり過ぎると、作動油をブームシリンダ16における一方の油室35(36)に供給せずに、他方の油路34(33)や作動油タンク42に逃がすことによって、油圧回路30の過負荷を防止するものである。
A
実施形態では、第1油路33と第2油路34とには、一対のバイパス油路62,63が並列状に接続されている。シリンダ側バイパス油路62中には、第1油路33内の圧力(作動油)を逃がすための第1リリーフ弁64と、第2油路34内の圧力(作動油)を逃がすための第2リリーフ弁65とが設けられている。ポンプ側バイパス油路63中には、第1油路33の方向にのみ開く第1逆止弁66と、第2油路34の方向にのみ開く第2逆止弁67とが設けられている。
In the embodiment, a pair of
シリンダ側バイパス油路62における両リリーフ弁64,65の間と、ポンプ側バイパス油路63における両逆止弁66,67の間とは、中継油路68にてつながっており、中継油路68の先端は油圧ポンプ・モータ32の第3ポート40に接続されている。中継油路68の中途部からは補助チャージ油路91が分岐している。補助チャージ油路91の先端は、電磁サーボ弁46の入口ポート46aと調整ポンプ45とをつなぐ入口側油路92に接続されている。すなわち、中継油路68から分岐した補助チャージ油路91は調整ポンプ45に連通している。
Between the
(3).油圧ポンプ・モータの詳細構造
次に、図3及び図4を参照しながら、油圧ポンプ・モータ32の詳細構造について説明する。
(3). Detailed Structure of Hydraulic Pump / Motor Next, the detailed structure of the hydraulic pump /
図3に示すように、油圧ポンプ・モータ32は、中空箱状のハウジング本体71内に軸受72,73を介して回転可能に軸支された回転軸74と、回転軸74に一体回転するようにスプライン嵌合されたシリンダブロック75と、複数のポート38〜40を有するバルブプレート76とを備えている。シリンダブロック75には、回転軸74を中心とする同一円周上に、回転軸74と平行状に延びる複数のシリンダ室77が形成されている。各シリンダ室77内には、ピストン78が往復摺動可能に嵌挿されている。
As shown in FIG. 3, the hydraulic pump /
ハウジング本体71内のうち軸受72側には、油圧サーボ機構43の作用にて傾斜角度を変更可能な可動斜板80が配置されている。可動斜板80のうちシリンダブロック75と対峙する側のピストン摺動面には、ピストン78の先端部に設けられたピストンシュー79が当接している。可動斜板80のうちピストン摺動面と反対側の凸球面部は、ハウジング本体71内に設けられた斜板ホルダ81の凹球面部に摺動可能に接触している。
A
シリンダブロック75内の収容室86には、回転軸74に被嵌した状態で圧縮バネ82が配置されている。当該圧縮バネ82の作用(押圧付勢力)によって、ピストンシュー79が可動斜板80のピストン摺動面に押し付けられている。
A
ハウジング本体71を構成する取り外し可能なエンドキャップ83とシリンダブロック75との間には、回転軸74に被嵌した状態でバルブプレート76が配置されている。前述した圧縮バネ82は、その押圧付勢力にて、バルブプレート76にシリンダブロック75を押し付ける役割も担っている。従って、シリンダブロック75は、バルブプレート76に面接触した状態で回転軸74と共に一体回転する。
A
バルブプレート76には、厚み方向に貫通する3つのポート38〜40が、回転軸74を中心とする同一円周に沿って延びる円弧状に、適宜間隔を空けて形成されている(図4参照)。実施形態では、第1ポート38の開口区間(領域、面積といってもよい)S1が、第2ポート39の開口区間S2と比べて、第3ポートの開口区間S3分だけ大きくなっている。すなわち、第2ポート39と第3ポート40との開口区間S2,S3の和が第1ポート38の開口区間S1と同じに設定されている(S1=S2+S3の関係が成り立っている)。また、第1ポート38の開口区間S1に対する第2ポート39の開口区間S2の比は、ボトム油室35の受圧面積Bに対するロッド油室36の受圧面積Rの比と同じに設定されている(S2/S1=R/Bの関係が成り立っている)。
In the
なお、実施形態では、ハウジング本体71からエンドキャップ83を取り外して、バルブプレート76を付け替えることも可能である。このため、油圧シリンダが片ロッド複動型のものであれば、その大きさがブームシリンダ16と違っていても、油圧ポンプ・モータ32全体を交換することなく、バルブプレート76の取り替えだけで対処できる。従って、実施形態における油圧ポンプ・モータ32の汎用性は高いのである。
In the embodiment, it is also possible to remove the end cap 83 from the
一方、シリンダブロック75のうちバルブプレート76に接触する側の端面には、各シリンダ室77に連通する連通穴84が形成されている。各連通穴84は、シリンダブロック75の回転に伴ってバルブプレート76の各ポート38〜40に選択的に連通するように構成されている。
On the other hand, a
また、ハウジング本体のエンドキャップ83には、第1油路33の一部を構成する第1キャップ通路と、第2油路34の一部を構成する第2キャップ通路と、中継油路68の一部を構成する第3キャップ通路と、チャージリリーフ回路61とが形成されている。バルブプレート76の第1ポート38は第1キャップ通路を介して第1油路33に連通し、第2ポート39は第2キャップ通路を介して第2油路34に連通している。第3ポート40は第3キャップ通路を介して中継油路68に連通している。
Further, the end cap 83 of the housing body has a first cap passage that forms part of the
エンジン7の動力にて回転軸74を軸心回りに回転させると、シリンダブロック75が回転軸74と共に一体回転し、ピストンシュー79が可動斜板80のピストン摺動面上を摺動する。このときの可動斜板80(ピストン摺動面)の傾斜角度に基づいて、各ピストン78はシリンダ室77内を往復摺動して、各シリンダ室77の容積を変化させる。
When the
このため、各シリンダ室77では、吸引行程と吐出行程とが順次実行される一方、シリンダブロック75の回転に伴って、バルブプレート76における各ポート38〜40の切換も自動的に実行される。その結果、作動油が第1ポート38(又は第2、第3ポート39,40)から吸い込まれ、第2、第3ポート39,40(又は第1ポート38)から吐き出されることになる。
For this reason, in each
油圧サーボ機構43の作用にて可動斜板80の傾斜角度を変更すれば、各ピストン78の行程ストロークが変化する。かかる行程ストロークの変化によって、油圧ポンプ・モータ32からの作動油の吐出方向及び吐出量が調節される。
If the inclination angle of the
(4).作用効果
以上の構成において、油圧ポンプ・モータ32から第1ポート38を経由して第1油路33に作動油を供給すると、作動油がブームシリンダ16のボトム油室35に流入して、ブームシリンダ16が伸長動する(ブームシリンダ16のピストンロッド37が突出動する)。これに伴い、ブームシリンダ16のロッド油室36からは作動油が流出し、流出した作動油は第2油路34から第2ポート39を介して油圧ポンプ・モータ32に戻る。
(4). In the configuration described above, when hydraulic oil is supplied from the hydraulic pump /
ここで、ロッド油室36の受圧面積Rは、ボトム油室35の受圧面積Bと比べて、ピストンロッド37の断面積P分だけ小さいから、仮にこのままであれば、ロッド油室36から流出して油圧ポンプ・モータ32に戻る作動油量は、油圧ポンプ・モータ32から吐出してボトム油室35に流入する作動油量より少なく、油圧ポンプ・モータ32内でキャビテーションが生ずることになる。
Here, since the pressure receiving area R of the
これに対して実施形態では、第1ポート38の開口区間S1に対する第2ポート39の開口区間S2の比が、ボトム油室35の受圧面積Bに対するロッド油室36の受圧面積Rの比と同じ(S2/S1=R/B)という前提の元で、(第1ポート38の開口区間S1)=(第2ポート39の開口区間S2)+(第3ポート40の開口区間S3)の関係、つまり、S3=S1−S2の関係が成り立っている。そして、油圧ポンプ・モータ32の第3ポート40が、第1油路33と第2油路34との間をつなぐチャージリリーフ回路61から延びる中継油路68に接続されており、中継油路68から分岐した補助チャージ油路91が油圧サーボ機構43の調整ポンプ45に接続されている。
On the other hand, in the embodiment, the ratio of the opening section S2 of the
このため、油圧ポンプ・モータ32自身の自吸力と、調整ポンプ45の駆動との相互作用にて、作動油タンク42から補助チャージ油路91、中継油路68及び第3ポート40を介して不足分の作動油を補給するから、油圧ポンプ・モータ32の自吸力を効果的に補完して、キャビテーションの発生を確実に防止できる。しかも、油圧サーボ機構43の調整ポンプ45がボトム油室35に対する作動油の不足分を補給する役割を兼ねていて、従来のようなチャージポンプ118が要らないし、油圧ポンプ・モータ32に掛かる負荷も減らせる。従って、キャビテーションを防止できるものでありながら、油圧回路30のコンパクト化(構造の簡単化)や、部品点数削減に伴う製造コストの抑制に寄与できるのである。
Therefore, the interaction between the self-priming force of the hydraulic pump /
一方、油圧ポンプ・モータ32から第2ポート39を経由して第2油路34に作動油を供給すると、作動油がブームシリンダ16のロッド油室36に流入して、ブームシリンダ16が短縮動する(ブームシリンダ16のピストンロッド37が後退動する)。これに伴い、ブームシリンダ16のボトム油室35からは作動油が流出し、流出した作動油は第1油路33から第1ポート38を介して油圧ポンプ・モータ32に戻る。
On the other hand, when hydraulic oil is supplied from the hydraulic pump /
この場合は、ボトム油室35から流出して油圧ポンプ・モータ32に戻る作動油量が、油圧ポンプ・モータ32から吐出してロッド油室36に流入する作動油量より多くなるから、仮にこのままであれば、油圧ポンプ・モータ32が余剰分の作動油を吸引できず、第1油路33及びボトム油室35内の圧力が上昇してピストンロッド37の動きを止めることになる。
In this case, the amount of hydraulic oil that flows out from the
これに対して実施形態では、前述の通り、油圧ポンプ・モータ32の第3ポート40がブレーキ弁機構61から延びる中継油路68に接続されており、且つ、S2/S1=R/Bという前提の元でS3=S1−S2の関係が成立しているので、油圧ポンプ・モータ32自身の駆動にて、余剰分の作動油を第3ポート40から排出できる。
On the other hand, in the embodiment, as described above, the
従って、従来のような流量制御弁108(図5参照)がなくても、余剰分の作動油に起因して、ピストンロッド37の動きが止まることはない。その上、前述の通り、従来のような流量制御弁108が要らないから、流量制御弁108の作動に起因したハンチング現象もなくなり、ブームシリンダ16をスムーズに作動できる。そして、油圧回路30のコンパクト化(構造の簡単化)や、部品点数削減に伴う製造コストの抑制に、より一層貢献できるという利点もある。
Therefore, even if there is no conventional flow control valve 108 (see FIG. 5), the movement of the
以上まとめると、実施形態の構成によれば、ブームシリンダ16のボトム油室35とロッド油室36とで受圧面積に差(B>R)があるにも拘らず、各油室35,36にその受圧面積B,Rに併せた適量の作動油を供給できる。すなわち、ブームシリンダ16の高圧側が切り換わったりしても、第1油路33側(ボトム油室35側)が高圧時のシリンダ速度と、第2油路34側(ロッド油室36側)が高圧時のシリンダ速度とが変わらない(同じである)。このため、ブームシリンダ16の挙動が安定化するのである。
In summary, according to the configuration of the embodiment, each of the
(5).その他
本願発明は、前述の実施形態に限らず、様々な態様に具体化できる。例えば本願発明はバックホウに限らず、コンバイン等の農作業機や、ホイルローダ等の特殊作業用車両にも適用可能である。また、アキシャルピストン装置は、斜板式のアキシャルピストンポンプ・モータ32に限らず、斜軸式やラジアル式のものでもよい。単なるアキシャルピストンポンプでも構わない。その他、各部の構成は図示の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。
(5). Others The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be embodied in various forms. For example, the present invention is not limited to a backhoe, but can also be applied to agricultural machines such as a combiner and special work vehicles such as a wheel loader. Further, the axial piston device is not limited to the swash plate type axial piston pump /
B ボトム油室の受圧面積
R ロッド油室の受圧面積
P ピストンロッドの断面積
S1 第1ポートの開口区間
S2 第2ポートの開口区間
S3 第3ポートの開口区間
1 作業機械としてのバックホウ
7 エンジン
11 ブーム
16 油圧シリンダとしてのブームシリンダ
30 油圧回路
32 アキシャルピストン装置としてのアキシャルピストンポンプ・モータ
33 第1油路
34 第2油路
35 ボトム油室
36 ロッド油室
37 ピストンロッド
38 第1ポート
39 第2ポート
40 第3ポート
42 作動油タンク
61 チャージリリーフ回路
68 中継油路
71 ハウジング本体
74 回転軸
75 シリンダブロック
76 バルブプレート
77 シリンダ室
78 ピストン
79 ピストンシュー
80 可動斜板
91 補助チャージ油路
B Pressure receiving area of bottom oil chamber R Pressure receiving area of rod oil chamber P Cross sectional area S1 of piston rod S1 First port opening section S2 Second port opening section S3 Third
Claims (2)
前記第1ポートと前記第2ポートとの開口面積比が前記ボトム油室と前記ロッド油室との受圧面積比と同じで、且つ、前記第2ポートと前記第3ポートとの開口面積の和が前記第1ポートの開口面積と同じに設定されており、
前記第3ポートは、前記第1油路と前記第2油路との間をつなぐチャージリリーフ回路から延びる中継油路に接続されており、前記中継油路から分岐した補助チャージ油路が、前記アキシャルピストン装置からの作動油の吐出方向及び吐出量を制御するための油圧サーボ機構を構成する調整ポンプに接続されている、
油圧回路。 A single-rod double-acting hydraulic cylinder having a bottom oil chamber and a rod oil chamber, and a variable displacement axial piston device having a valve plate in which first to third ports are formed, the hydraulic cylinder; The axial piston device is connected in a closed loop through a first oil passage that connects the bottom oil chamber and the first port, and a second oil passage that connects the rod oil chamber and the second port. Has been
The opening area ratio between the first port and the second port is the same as the pressure receiving area ratio between the bottom oil chamber and the rod oil chamber, and the sum of the opening areas of the second port and the third port Is set to be the same as the opening area of the first port,
The third port is connected to a relay oil path extending from a charge relief circuit connecting between the first oil path and the second oil path, and the auxiliary charge oil path branched from the relay oil path is Connected to an adjusting pump that constitutes a hydraulic servomechanism for controlling the discharge direction and discharge amount of hydraulic oil from the axial piston device,
Hydraulic circuit.
前記アキシャルピストン装置は機体に搭載されたエンジンの回転にて駆動するように構成されており、前記油圧シリンダは前記機体に装着されたブームを上下に首振り回動させるブームシリンダである、
作業機械。 A work machine having the hydraulic circuit according to claim 1,
The axial piston device is configured to be driven by rotation of an engine mounted on a fuselage, and the hydraulic cylinder is a boom cylinder that swings a boom mounted on the fuselage up and down.
Work machine.
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