JP2013249900A - Hydraulic drive circuit - Google Patents

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Tomoyuki Iwata
智之 岩田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydraulic drive circuit in which for flow rates of a supply side to and a discharge side from an actuator are individually controlled, the hydraulic drive circuit not generating useless pressure loss even when a load direction changes during work, and achieving an actuator speed according to an operation amount.SOLUTION: An operation lever 10 outputs an operation signal based on an operation amount to a computing device 11. The computing device 11 determines a target speed v of an arm cylinder according to the operation amount, and calculates target flow rates Qb and Qr to a bottom side hydraulic chamber and a rod side hydraulic chamber based on the target speed v, and a bottom side hydraulic chamber sectional area Ab and a rod side hydraulic chamber sectional area Ar of the arm cylinder. Then, on the basis of the target flow rates Qb and Qr, pressure Pp from a pressure sensor 7, pressures Pb and Pr from pressure sensors 8 and 9, a flow rate coefficient C of hydraulic fluid, and a viscosity coefficient ρ of the hydraulic fluid, the computing device 11 calculates a target opening area Aof a direction control valve 3 and a target opening area Aof a direction control valve 4. Then, the direction control valves 3 and 4 are independently controlled to achieve the target opening areas Aand A.

Description

本発明は、油圧ショベル等の作業機械の油圧駆動回路に関する。   The present invention relates to a hydraulic drive circuit for a work machine such as a hydraulic excavator.

油圧ポンプから油圧アクチュエータに供給される圧油を制御する油圧駆動回路において、油圧アクチュエータに供給される圧油の流量を制御するメータインスプール弁と、油圧アクチュエータの供給側の圧力を制御するメータアウトスプール弁と、このメータアウトスプール弁によって制御された油圧アクチュエータの供給側の圧力に圧力ゲインβを乗ずる乗算器と指令流量Qcから乗算器の演算値を減算する減算器とこの減算器の演算値に応じてメータインスプール弁を作動させ、開口面積を制御する電磁アクチュエータとを有する開度制御手段とを備えたものがある(特許文献1参照)。   In a hydraulic drive circuit that controls the pressure oil supplied from the hydraulic pump to the hydraulic actuator, a meter-in spool valve that controls the flow rate of the pressure oil supplied to the hydraulic actuator, and a meter-out that controls the pressure on the supply side of the hydraulic actuator A spool valve, a multiplier for multiplying the pressure on the supply side of the hydraulic actuator controlled by the meter-out spool valve by a pressure gain β, a subtractor for subtracting the operation value of the multiplier from the command flow rate Qc, and an operation value of the subtractor There is an opening control means having an electromagnetic actuator that operates a meter-in spool valve in accordance with the control and controls an opening area (see Patent Document 1).

特開平6−193605号公報     JP-A-6-193605

一般的に、油圧アクチュエータの駆動回路では、油圧ポンプによって吐出された圧油は方向制御弁を介して油圧アクチュエータに導かれると同時に、油圧アクチュエータから排出された圧油が方向制御弁を介して油圧タンクへ導かれる回路構成となっている。   Generally, in a hydraulic actuator drive circuit, pressure oil discharged by a hydraulic pump is guided to a hydraulic actuator via a direction control valve, and at the same time, pressure oil discharged from the hydraulic actuator is hydraulically transmitted via a direction control valve. The circuit configuration leads to the tank.

このような油圧駆動回路では、通常、方向制御弁は、圧油を導く方向を切り替えると同時に開口面積を調節することによって油圧アクチュエータへ導かれる圧油の流量を制御する。
しかし、油圧アクチュエータの供給側と排出側の開口面積を一つの方向制御弁で制御しているため、その両経路の開口面積の組み合わせは設計時に一意に設定されることになる。
In such a hydraulic drive circuit, the direction control valve normally controls the flow rate of the pressure oil guided to the hydraulic actuator by switching the direction in which the pressure oil is guided and simultaneously adjusting the opening area.
However, since the opening areas on the supply side and the discharge side of the hydraulic actuator are controlled by a single directional control valve, the combination of the opening areas of both paths is uniquely set at the time of design.

この方向制御弁の開口面積の一般的な決め方は以下のようである。油圧アクチュエータに動作方向に順ずる方向の負荷が掛かる場合には、動作の逸走を防ぐために、油圧アクチュエータの排出側の開口面積を絞るように設定する。また、油圧アクチュエータに動作方向に逆らう方向の負荷が発生する場合には、供給側の開口面積を絞るように設定する。これにより、排出側の経路に無駄な圧力を立てることなくアクチュエータ速度を制御する。   A general method for determining the opening area of the directional control valve is as follows. When a load is applied to the hydraulic actuator in a direction that follows the operation direction, the opening area on the discharge side of the hydraulic actuator is set to be reduced in order to prevent the operation from escaping. Further, when a load in a direction opposite to the operation direction is generated in the hydraulic actuator, the opening area on the supply side is set to be reduced. As a result, the actuator speed is controlled without causing unnecessary pressure on the discharge side path.

しかし、作業機械の油圧アクチュエータにおいては、その作業状態によって、作業中に負荷方向が変化するものが多々ある。
例えば油圧ショベルなどの作業機械のアームシリンダは、その掘削動作において、アーム軌跡が下死点に達するまで、もしくはバケット爪先が地面に達して掘削が始まるまでは、アームの自重により動作に順方向の負荷が発生する。アーム軌跡の下死点以降もしくは掘削が始まってからは、アームの自重および掘削抵抗により動作に逆方向の負荷が発生する。
However, there are many hydraulic actuators for work machines whose load direction changes during work depending on the work state.
For example, an arm cylinder of a work machine such as a hydraulic excavator is moved forward by its own weight until the arm trajectory reaches bottom dead center or until the bucket toe reaches the ground and excavation starts. A load is generated. After the bottom dead center of the arm trajectory or after excavation starts, a load in the opposite direction is generated in the operation due to the weight of the arm and excavation resistance.

このような負荷方向が変化する油圧アクチュエータの速度を制御する場合、通常は安全面を考慮して、動作の逸走を防ぐべく排出側の開口面積を絞るように設定する。
しかしながら、これら油圧アクチュエータの供給側と排出側の開口面積を一つの方向制御弁で制御する回路では、アクチュエータ負荷が動作に対して逆方向になって以降、メータアウト開口部で発生する圧力損失が一切無駄となり、省エネ性の面で問題がある。
When controlling the speed of the hydraulic actuator in which the load direction changes, it is usually set so that the discharge-side opening area is reduced in order to prevent the escape of the operation in consideration of safety.
However, in a circuit that controls the opening area on the supply side and the discharge side of these hydraulic actuators with a single directional control valve, the pressure loss that occurs at the meter-out opening after the actuator load is in the opposite direction to the operation. There is no use and there is a problem in terms of energy saving.

また、油圧アクチュエータの供給側の開口面積と排出側の開口面積を個別に制御する特許文献1のような油圧駆動装置では、メータインスプール弁の開口面積をメータアウトスプール弁で制御した圧力に応じて制御するために、アクチュエータ動作に順方向の負荷が掛かっている場合は、操作レバーの操作量が油圧アクチュエータの速度に対応せず、操作レバーの操作量が油圧アクチュエータの力に対応することになってしまう。
このため、油圧アクチュエータの供給側と排出側の開口面積を一つの方向制御弁で制御する油圧駆動回路の場合と同様に油圧アクチュエータの力制御となる場面が生じ、オペレータの操作量に応じた油圧アクチュエータ速度が得られないとの問題がある。
Further, in a hydraulic drive apparatus such as Patent Document 1 that individually controls the opening area on the supply side and the discharge area on the hydraulic actuator, the opening area of the meter-in spool valve is determined according to the pressure controlled by the meter-out spool valve. Therefore, when the actuator is under a forward load, the operating amount of the operating lever does not correspond to the speed of the hydraulic actuator, and the operating amount of the operating lever corresponds to the force of the hydraulic actuator. turn into.
For this reason, as in the case of the hydraulic drive circuit that controls the opening area of the supply side and the discharge side of the hydraulic actuator with a single directional control valve, a scene of force control of the hydraulic actuator occurs, and the hydraulic pressure according to the operation amount of the operator There is a problem that the actuator speed cannot be obtained.

このように、速度制御性が重視される油圧アクチュエータの操作において、オペレータの操作感覚に合わない操作性となり、操作性が悪化する恐れがある。   Thus, in the operation of the hydraulic actuator in which speed controllability is important, the operability does not match the operator's sense of operation, and the operability may be deteriorated.

本発明は、油圧アクチュエータへの供給側と油圧アクチュエータの排出側の圧油の流量を個別に制御する油圧駆動回路において、作業中に負荷方向が変わる際にも、無駄な圧力損失を発生させずに、かつオペレータの操作量に応じた油圧アクチュエータの速度を実現することができる油圧駆動回路を提供する。   In the hydraulic drive circuit that individually controls the flow rate of pressure oil on the supply side to the hydraulic actuator and on the discharge side of the hydraulic actuator, the present invention does not cause useless pressure loss even when the load direction changes during work. And a hydraulic drive circuit capable of realizing the speed of the hydraulic actuator in accordance with the operation amount of the operator.

上記目的を達成するために、第1の発明は、油圧ポンプと、この油圧ポンプにより吐出された圧油によって駆動される油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータに供給される圧油の流量を制御する第1流量制御部と、前記油圧アクチュエータからタンクへ排出される圧油の流量を制御する第2流量制御部と、前記油圧アクチュエータから排出される圧油の流量を前記油圧アクチュエータに供給する圧油の流量より大きくなるように、前記第1流量制御部および前記第2流量制御部を制御する制御手段とを備えたことを特徴とするものである。   In order to achieve the above object, the first invention provides a hydraulic pump, a hydraulic actuator driven by pressure oil discharged from the hydraulic pump, and a flow rate of pressure oil supplied from the hydraulic pump to the hydraulic actuator. A first flow rate control unit for controlling the pressure, a second flow rate control unit for controlling the flow rate of the pressure oil discharged from the hydraulic actuator to the tank, and a flow rate of the pressure oil discharged from the hydraulic actuator to the hydraulic actuator. And control means for controlling the first flow rate control unit and the second flow rate control unit so as to be larger than the flow rate of the pressure oil.

また、第2の発明は、第1の発明において、前記制御手段は、前記第1および第2流量制御部の前後差圧をそれぞれ検出する差圧検出手段および操作レバーの操作量から前記油圧アクチュエータへ供給・排出する目標流量を演算する目標流量演算手段から得られる信号を取り込み、前記第1流量制御部の前後差圧と前記目標流量に基づいて前記第1流量制御部の開口面積を制御し、前記第2流量制御部の前後差圧と前記目標流量に基づいて前記第2流量制御部の開口面積を制御する指令を前記第1流量制御部および前記第2流量制御部にそれぞれ出力することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the control means detects the hydraulic actuator from a differential pressure detecting means for detecting a differential pressure across the first and second flow rate control units and an operation amount of an operating lever. A signal obtained from a target flow rate calculation means for calculating a target flow rate to be supplied to and discharged from the system is fetched, and the opening area of the first flow rate control unit is controlled based on the differential pressure across the first flow rate control unit and the target flow rate. And outputting a command for controlling the opening area of the second flow rate control unit to the first flow rate control unit and the second flow rate control unit based on the differential pressure across the second flow rate control unit and the target flow rate, respectively. It is characterized by.

更に、第3の発明は、第2の発明において、前記制御手段は、操作レバーの操作量信号から前記油圧アクチュエータの目標速度を演算する目標速度演算部と、前記目標速度演算部で演算した前記目標速度で前記油圧アクチュエータを駆動させるための前記油圧アクチュエータへの圧油の目標流量を演算する目標流量演算部と、前記目標流量演算部で演算した圧油の前記目標流量と、前記差圧検出手段で検出した前記第1および前記第2流量制御部の前後差圧とに基づいて、前記第1および前記第2流量制御部の目標開口面積を演算する目標開口面積演算部と、前記目標開口面積演算部で演算した前記目標開口面積となるように前記第1および前記第2流量制御部を駆動する指令信号を演算する指令演算部とを備えた
ことを特徴とする。
Further, according to a third aspect, in the second aspect, the control means calculates a target speed calculation unit that calculates a target speed of the hydraulic actuator from an operation amount signal of an operation lever, and the target speed calculation unit calculates the target speed. A target flow rate calculation unit that calculates a target flow rate of pressure oil to the hydraulic actuator for driving the hydraulic actuator at a target speed, the target flow rate of pressure oil calculated by the target flow rate calculation unit, and the differential pressure detection A target opening area calculation unit for calculating a target opening area of the first and second flow rate control units based on the differential pressure across the first and second flow rate control units detected by the means; and the target opening And a command calculation unit that calculates command signals for driving the first and second flow rate control units so as to be the target opening area calculated by the area calculation unit.

また、第4の発明は、第2または第3の発明において、前記第1流量制御部は、前記油圧ポンプと前記油圧アクチュエータの一方の油室との間に配置し、前記第2流量制御部は、前記油圧ポンプと前記油圧アクチュエータの他方の油室との間に配置し、前記制御手段は、前記差圧検出手段および前記目標流量検出手段から得られる信号を取り込み、前記第1流量制御部および前記第2流量制御部の開口面積を調整して前記油圧アクチュエータから排出される圧油の流量を前記油圧アクチュエータに供給する圧油の流量より大きくなるように制御することを特徴とする。   According to a fourth aspect of the invention, in the second or third aspect of the invention, the first flow rate control unit is disposed between the hydraulic pump and one oil chamber of the hydraulic actuator, and the second flow rate control unit Is arranged between the hydraulic pump and the other oil chamber of the hydraulic actuator, and the control means takes in signals obtained from the differential pressure detection means and the target flow rate detection means, and the first flow rate control unit And adjusting the opening area of the second flow rate control unit so that the flow rate of the pressure oil discharged from the hydraulic actuator is controlled to be larger than the flow rate of the pressure oil supplied to the hydraulic actuator.

また、第5の発明は、第1乃至第3の発明のいずれかにおいて、前記第1流量制御部と前記油圧アクチュエータとの間および前記第2流量制御部と前記油圧アクチュエータとの間に、メイクアップ用のチェック弁を更に備えたことを特徴とする。   According to a fifth invention, in any one of the first to third inventions, a makeup is provided between the first flow rate control unit and the hydraulic actuator and between the second flow rate control unit and the hydraulic actuator. An up check valve is further provided.

また、第6の発明は、第1乃至第3の発明のいずれかにおいて、前記油圧アクチュエータは、作業機械のアームを駆動するアームシリンダであることを特徴とする。   According to a sixth aspect, in any one of the first to third aspects, the hydraulic actuator is an arm cylinder that drives an arm of a work machine.

本発明によれば、作業機械の作業中に負荷方向が変わる際にも、無駄な圧力損失を発生させずに、オペレータの操作量に応じた油圧アクチュエータの速度を実現することができるので、速度制御性が重視される油圧アクチュエータの操作性を改善することができる。その結果、作業機械の生産性及びオペレータの精神的疲労を軽減することができる。   According to the present invention, even when the load direction changes during work of the work machine, the speed of the hydraulic actuator according to the operation amount of the operator can be realized without causing unnecessary pressure loss. The operability of the hydraulic actuator where controllability is important can be improved. As a result, productivity of the work machine and mental fatigue of the operator can be reduced.

本発明の油圧駆動回路を備えた油圧ショベルの側面図である。It is a side view of a hydraulic excavator provided with a hydraulic drive circuit of the present invention. 本発明の油圧駆動回路の第1の実施形態の概略を示す構成図である。It is a lineblock diagram showing the outline of a 1st embodiment of the hydraulic drive circuit of the present invention. 本発明の油圧駆動回路の第1の実施形態における方向制御弁の制御ロジックを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control logic of the direction control valve in 1st Embodiment of the hydraulic drive circuit of this invention. 本発明の油圧駆動回路の第1の実施形態における油圧ポンプの傾転角度の制御ロジックを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control logic of the tilt angle of the hydraulic pump in 1st Embodiment of the hydraulic drive circuit of this invention. 本発明の油圧駆動回路の第1の実施形態を備える油圧ショベルの掘削作業の動作を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the operation | movement of the excavation operation | work of a hydraulic shovel provided with 1st Embodiment of the hydraulic drive circuit of this invention. 本発明の油圧駆動回路の第2実施形態の概略を示す構成図である。It is a block diagram which shows the outline of 2nd Embodiment of the hydraulic drive circuit of this invention. 本発明の油圧駆動回路の他の形態の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the other form of the hydraulic drive circuit of this invention.

以下に本発明の油圧駆動回路の実施形態を、図面を用いて説明する。   Embodiments of a hydraulic drive circuit according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

<第1の実施形態>
本発明の油圧駆動回路の第1の実施形態を、図1乃至図5を用いて説明する。図1は本発明の油圧駆動回路を備えた油圧ショベルの側面図、図2は本発明の油圧駆動回路の第1の実施形態の概略を示す構成図、図3は本発明の油圧駆動回路の第1の実施形態における方向制御弁の制御ロジックを示すブロック図、図4は本発明の油圧駆動回路の第1の実施形態における油圧ポンプの傾転角度の制御ロジックを示すブロック図、図5は本発明の油圧駆動回路の第1の実施形態を備える油圧ショベルの掘削作業の動作を示す説明図である。
なお、図1乃至図5においては、油圧駆動回路を備える作業機械として油圧ショベル、油圧アクチュエータとして油圧ショベルのアームシリンダに適用した場合を例に挙げて説明する。
<First Embodiment>
A first embodiment of a hydraulic drive circuit according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a side view of a hydraulic excavator provided with the hydraulic drive circuit of the present invention, FIG. 2 is a configuration diagram showing an outline of the first embodiment of the hydraulic drive circuit of the present invention, and FIG. 3 is a diagram of the hydraulic drive circuit of the present invention. 4 is a block diagram showing the control logic of the directional control valve in the first embodiment, FIG. 4 is a block diagram showing the control logic of the tilt angle of the hydraulic pump in the first embodiment of the hydraulic drive circuit of the present invention, and FIG. It is explanatory drawing which shows the operation | movement of the excavation operation | work of a hydraulic shovel provided with 1st Embodiment of the hydraulic drive circuit of this invention.
1 to 5, a case where the present invention is applied to a hydraulic excavator as a work machine having a hydraulic drive circuit and an arm cylinder of the hydraulic excavator as a hydraulic actuator will be described as an example.

図1において、油圧ショベルは走行体100と旋回体101とフロント作業機102を備えている。   In FIG. 1, the excavator includes a traveling body 100, a revolving body 101, and a front work machine 102.

走行体100は左右のクローラ式走行装置103a,103bを有し、左右の走行モータ104a,104bにより駆動される。旋回体101は走行体100上に旋回可能に搭載され、旋回モータ(不図示)により旋回駆動される。フロント作業機102は旋回体101の前部に俯仰可能に取り付けられている。旋回体101にはエンジンルーム106、キャビン(運転室)107が備えられ、エンジンルーム106に後述するエンジンや油圧ポンプ1、サブポンプ等の油圧機器が配置され、キャビン107内には操作レバー10等が配置されている。   The traveling body 100 has left and right crawler traveling devices 103a and 103b, and is driven by left and right traveling motors 104a and 104b. The turning body 101 is mounted on the traveling body 100 so as to be able to turn, and is driven to turn by a turning motor (not shown). The front work machine 102 is attached to the front portion of the swing body 101 so as to be able to be raised and lowered. The revolving body 101 is provided with an engine room 106 and a cabin (operating room) 107. In the engine room 106, hydraulic devices such as an engine, a hydraulic pump 1 and a sub pump, which will be described later, are disposed. Has been placed.

フロント作業機102はブーム111、アーム112、バケット113を有する多関節構造であり、ブーム111はブームシリンダ114の伸縮により上下方向に回動し、アーム112はアームシリンダ2の伸縮により上下、前後方向に回動し、バケット113はバケットシリンダ116の伸縮により上下、前後方向に回動する。   The front work machine 102 has an articulated structure having a boom 111, an arm 112, and a bucket 113. The boom 111 rotates in the vertical direction by the expansion and contraction of the boom cylinder 114, and the arm 112 moves in the vertical and longitudinal directions by the expansion and contraction of the arm cylinder 2. , And the bucket 113 is rotated up and down and back and forth by the expansion and contraction of the bucket cylinder 116.

次に、本発明の油圧駆動回路の第1の実施形態を図2を用いて説明する。
図2は本発明の油圧駆動回路の第1の実施形態のうち、油圧ショベルのアーム112に備えられているアームシリンダ2を駆動する油圧駆動回路の概略を示す構成図である。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付して説明は省略する(後の図も同様とする)。
Next, a first embodiment of the hydraulic drive circuit of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a block diagram showing an outline of the hydraulic drive circuit for driving the arm cylinder 2 provided in the arm 112 of the hydraulic excavator in the first embodiment of the hydraulic drive circuit of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as the previous figure, and description is abbreviate | omitted (the following figure is also the same).

図2において、油圧駆動回路は、図1に示すような油圧ショベルに備えられており、圧油を吐出する油圧ポンプ1と、この圧油を受けて駆動されるアームシリンダ2(油圧アクチュエータ)とを有する。   In FIG. 2, the hydraulic drive circuit is provided in a hydraulic excavator as shown in FIG. 1, and includes a hydraulic pump 1 that discharges pressure oil, and an arm cylinder 2 (hydraulic actuator) that is driven by receiving the pressure oil. Have

また、この油圧ポンプ1とアームシリンダ2のボトム側油室2a及びピストンロッド側油室2bと連結する管路X1,X2には、アームシリンダ2に対して油圧ポンプ1からの圧油を導く方向を切り替える方向制御弁3,4がそれぞれ配置されている。
これらの方向制御弁3,4は、この例では2ポート3位置形であり、アームシリンダ2に対して供給・排出する圧油の供給・排出方向の切り替えを行うと同時に、絞りとしての機能を持ち、弁の開口面積を任意に調節することで圧油の流量を制御することができるように構成されている。更に、方向制御弁3,4とアームシリンダ2の間の管路X1,X2には、メイクアップ用のチェック弁5を介してタンク6と繋がる管路X3,X4がそれぞれ設けられている。
In addition, a direction in which pressure oil from the hydraulic pump 1 is guided to the arm cylinder 2 to the pipe lines X1 and X2 connected to the hydraulic pump 1 and the bottom side oil chamber 2a and the piston rod side oil chamber 2b of the arm cylinder 2. The direction control valves 3 and 4 for switching are respectively arranged.
These directional control valves 3 and 4 are, in this example, a 2-port 3-position type, which switches the supply / discharge direction of pressure oil supplied / discharged to / from the arm cylinder 2 and at the same time functions as a throttle. And the flow rate of the pressure oil can be controlled by arbitrarily adjusting the opening area of the valve. Further, pipes X1 and X2 between the direction control valves 3 and 4 and the arm cylinder 2 are respectively provided with pipes X3 and X4 connected to the tank 6 via a make-up check valve 5.

方向制御弁3とアームシリンダ2の間の管路X1には、圧力センサ8(第1圧力計)が設けられている。方向制御弁4とアームシリンダ2の間の管路X2には、圧力センサ9(第2圧力計)が設けられている。これらの圧力センサ8,9は、アームシリンダ2と方向制御弁3,4の間の圧油の圧力をそれぞれ検出し、後述する演算装置11(制御手段)に出力する。   A pressure sensor 8 (first pressure gauge) is provided in the pipe line X <b> 1 between the direction control valve 3 and the arm cylinder 2. A pressure sensor 9 (second pressure gauge) is provided in the pipe line X <b> 2 between the direction control valve 4 and the arm cylinder 2. These pressure sensors 8 and 9 respectively detect the pressure oil pressure between the arm cylinder 2 and the direction control valves 3 and 4 and output the pressure oil to an arithmetic unit 11 (control means) described later.

また、油圧ポンプ1と方向制御弁3,4の間の管路X5には、圧力センサ7(第3圧力計)が設けられている。この圧力センサ7は、油圧ポンプ1と方向制御弁3,4の間の圧油の圧力を検出し、後述する演算装置11に出力する。第1圧力計と第2圧力計と第3圧力計は、第1および第2流量制御部の前後差圧を検出する差圧検出手段として構成される。   Further, a pressure sensor 7 (third pressure gauge) is provided in the pipe line X5 between the hydraulic pump 1 and the direction control valves 3 and 4. The pressure sensor 7 detects the pressure oil pressure between the hydraulic pump 1 and the direction control valves 3 and 4 and outputs the pressure oil to the arithmetic unit 11 described later. The first pressure gauge, the second pressure gauge, and the third pressure gauge are configured as differential pressure detecting means for detecting the differential pressure across the first and second flow rate control units.

油圧ショベルのキャビン107内には、アームシリンダ2の動作方向を操作するための操作レバー10が設けられている。この操作レバー10は、オペレータの操作量を検出する操作量検出器10aを備え、この操作量検出器10aで検出した操作信号を演算装置11に出力する。   An operating lever 10 for operating the operating direction of the arm cylinder 2 is provided in the cabin 107 of the excavator. The operation lever 10 includes an operation amount detector 10 a that detects an operation amount of the operator, and outputs an operation signal detected by the operation amount detector 10 a to the arithmetic device 11.

演算装置11は、操作レバー10の操作量検出器10a、各圧力センサ7,8,9で検出した検出値に従って、方向制御弁3,4の開口面積および油圧ポンプ1の傾転角度の指令値を演算し、この演算結果に基づいて油圧アクチュエータから排出される圧油の流量を油圧アクチュエータに供給する圧油の流量より大きくなるように、方向制御弁3,4を制御する。   The arithmetic unit 11 determines the opening area of the direction control valves 3 and 4 and the command value of the tilt angle of the hydraulic pump 1 according to the detection values detected by the operation amount detector 10 a of the operation lever 10 and the pressure sensors 7, 8 and 9. And the direction control valves 3 and 4 are controlled so that the flow rate of the pressure oil discharged from the hydraulic actuator is larger than the flow rate of the pressure oil supplied to the hydraulic actuator based on the calculation result.

更に、方向制御弁3,4には、その操作部にパイロット圧油を供給するパイロット電磁弁12,13,14,15がそれぞれ設けられている。油圧ポンプ1の斜板調整器1Aには、斜板の傾斜角度を調整する圧油を供給するパイロット電磁弁16が設けられている。   Further, the directional control valves 3 and 4 are respectively provided with pilot solenoid valves 12, 13, 14, and 15 for supplying pilot pressure oil to the operation portions. The swash plate adjuster 1 </ b> A of the hydraulic pump 1 is provided with a pilot solenoid valve 16 that supplies pressure oil for adjusting the inclination angle of the swash plate.

次に、前述した演算装置11の詳細な構成を図3,図4を用いて説明する。
図3,図4において、図1,2に示す符号は同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
演算装置11は、操作レバー10の操作量検出器10aからアームクラウド操作信号を取込み、予め記憶部に記憶された『レバー操作量/シリンダ速度』特性マップに従って、アームシリンダ2の目標速度vを決定する目標速度演算部11aと、この目標速度演算部11aで決定した目標速度vとアームシリンダ2のボトム側油室2aの断面積Abおよびロッド側油室2bの断面積Arとの積を取って、ボトム側油室2aへの圧油の目標流量Qbおよびロッド側油室2bへの圧油の目標流量Qrをそれぞれ演算する目標流量演算部11bと、この目標流量演算部11bで演算した目標流量Qb,Qrから方向制御弁3の目標開口面積Aと方向制御弁4の目標開口面積Aを演算する目標開口面積演算部11cと、演算した目標開口面積A,Aに従って方向制御弁3,4を駆動するように、パイロット電磁弁12,13,14,15に対して、それぞれ予め記憶部に記憶された『目標面積/電磁弁指令値』特性マップ11d〜11dに従って電流値信号を出力する電磁弁指令電流値演算部11dとを備えている。この目標流量演算部11bと前述の目標速度演算部11aは、目標流量演算手段として構成される。
このうち、目標開口面積演算部11cは、より詳細には、目標流量演算部11bで演算した目標流量の符号が+の場合、演算した目標流量Qb,Qr、圧力センサ7から入力された方向制御弁3,4前の圧力Pp、圧力センサ8,9から入力された方向制御弁3,4後の圧力Pb,Pr、使用している作動油の流量係数Cおよび粘性係数ρに基づいて、式(1),(2)に従って方向制御弁3の目標開口面積Aと方向制御弁4の目標開口面積Aをそれぞれ演算する。なお、Pp−Pb,Pp−Prは、それぞれ方向制御弁3,4の前後差圧ΔPである。

=Qb/C(ρ/2(Pp−Pb))1/2 ・・・(1)
=Qr/C(ρ/2(Pp−Pr))1/2 ・・・(2)

目標流量の符号が−の場合、方向制御弁3,4前の圧力をPb,Pr、方向制御弁3,4後の圧力を0(タンク圧)とし、更に目標流量に係数Kを加算した式(3),(4)に従って方向制御弁3,4の目標開口面積A,Aをそれぞれ演算する。

=(Qb+K)/C(ρ/2Pb)1/2 ・・・(3)
=(Qr+K)/C(ρ/2Pr)1/2 ・・・(4)

なお、目標速度vはアームシリンダ2の駆動方向によって+−の符号を持つものであり、アームクラウド方向を+としている。
Next, the detailed configuration of the arithmetic unit 11 will be described with reference to FIGS.
3 and 4, reference numerals shown in FIGS. 1 and 2 are the same parts, and thus detailed description thereof is omitted.
The arithmetic unit 11 takes in the arm cloud operation signal from the operation amount detector 10a of the operation lever 10, and determines the target speed v of the arm cylinder 2 according to the “lever operation amount / cylinder speed” characteristic map stored in the storage unit in advance. The product of the target speed calculation unit 11a, the target speed v determined by the target speed calculation unit 11a, the cross-sectional area Ab of the bottom side oil chamber 2a of the arm cylinder 2 and the cross-sectional area Ar of the rod side oil chamber 2b is obtained. A target flow rate calculation unit 11b that calculates a target flow rate Qb of pressure oil to the bottom side oil chamber 2a and a target flow rate Qr of pressure oil to the rod side oil chamber 2b, and a target flow rate calculated by the target flow rate calculation unit 11b qb, a target opening area calculating section 11c for calculating a target opening area a 4 of the target opening area a 3 and the directional control valve 4 of the directional control valve 3 from Qr, the target opening area a computed , So as to drive the directional control valve 3, 4 according to A 4, the pilot solenoid valves 12, 13, 14, 15, stored in advance in the storage unit each "target area / solenoid valve command value" characteristic map 11d 1 to 11d 4 and a solenoid valve command current value calculation unit 11d that outputs a current value signal. The target flow rate calculation unit 11b and the target speed calculation unit 11a are configured as target flow rate calculation means.
Among these, the target opening area calculation unit 11c, more specifically, when the sign of the target flow rate calculated by the target flow rate calculation unit 11b is +, the calculated target flow rate Qb, Qr, the direction control input from the pressure sensor 7 Based on the pressure Pp before the valves 3 and 4, the pressures Pb and Pr after the direction control valves 3 and 4 input from the pressure sensors 8 and 9, the flow coefficient C and the viscosity coefficient ρ of the hydraulic oil being used, According to (1) and (2), the target opening area A 3 of the directional control valve 3 and the target opening area A 4 of the directional control valve 4 are respectively calculated. Pp-Pb and Pp-Pr are the differential pressures ΔP across the directional control valves 3 and 4, respectively.

A 3 = Qb / C (ρ / 2 (Pp−Pb)) 1/2 (1)
A 4 = Qr / C (ρ / 2 (Pp−Pr)) 1/2 (2)

When the sign of the target flow rate is-, the pressure before the direction control valves 3 and 4 is Pb, Pr, the pressure after the direction control valves 3 and 4 is 0 (tank pressure), and the coefficient K is added to the target flow rate. According to (3) and (4), the target opening areas A 3 and A 4 of the direction control valves 3 and 4 are calculated, respectively.

A 3 = (Qb + K) / C (ρ / 2Pb) 1/2 (3)
A 4 = (Qr + K) / C (ρ / 2Pr) 1/2 (4)

The target speed v has a sign of + − depending on the driving direction of the arm cylinder 2, and the arm cloud direction is set to +.

また、演算装置11は、アームシリンダ2等の各油圧アクチュエータへの供給側の圧力を選出する(無操作時は0圧力となる)条件演算器11eと、この条件演算器11eで選出した各アクチュエータの供給側の圧力から複数のアクチュエータが同時操作された際の供給側最大圧力を選出する最大値演算器11fと、この最大値演算器11fで選出した供給側最大圧力Pmaxに、ある係数Lを加算したものをポンプ吐出目標圧力P0として演算する条件演算器11gと、この条件演算器11gで演算した吐出目標圧力P0と圧力センサ7により検出したポンプ吐出圧(方向制御弁3,4前の圧力)Ppとの差分を演算する演算器11hと、この演算器11hで演算した差分を埋めるように油圧ポンプ1の斜板の傾転を駆動するよう斜板調整器1Aへ圧油を供給する電磁弁16への出力電流値を出力する出力機11iとを備えている。   The arithmetic unit 11 selects a pressure on the supply side to each hydraulic actuator such as the arm cylinder 2 (the pressure is zero when no operation is performed), and each actuator selected by the condition arithmetic unit 11e. A maximum value calculator 11f that selects the supply-side maximum pressure when a plurality of actuators are operated simultaneously from the supply-side pressure, and a certain coefficient L to the supply-side maximum pressure Pmax selected by the maximum value calculator 11f. The condition calculator 11g that calculates the sum as the pump discharge target pressure P0, the discharge target pressure P0 calculated by the condition calculator 11g, and the pump discharge pressure (pressure before the direction control valves 3 and 4) detected by the pressure sensor 7 ) A calculator 11h that calculates the difference from Pp, and a swash plate adjustment that drives the tilt of the swash plate of the hydraulic pump 1 to fill the difference calculated by the calculator 11h. And an output unit 11i for outputting the output current value to the solenoid valve 16 supplies pressure oil to 1A.

次に、上述した本発明の油圧駆動回路の第1の実施形態の動作を、図3乃至図5を用いて説明する。   Next, the operation of the above-described first embodiment of the hydraulic drive circuit of the present invention will be described with reference to FIGS.

図2に示すような油圧駆動回路を備えた油圧ショベルにおいて、オペレータが操作レバー10に対してアームクラウド操作を行ったとする。このアームクラウド操作を受けた操作レバー10は、図3に示すように、操作量に応じたアームクラウド操作信号を演算装置11に出力する。   Assume that an operator performs an arm cloud operation on the operation lever 10 in a hydraulic excavator provided with a hydraulic drive circuit as shown in FIG. The operation lever 10 that has received this arm cloud operation outputs an arm cloud operation signal corresponding to the operation amount to the arithmetic unit 11 as shown in FIG.

このアームクラウド操作信号を受けた演算装置11は、図3に示すように、目標速度演算部11aにおいて、アームシリンダ2の目標速度vを決定する。
その後、目標流量演算部11bにおいて、先に決定した目標速度vからアームシリンダ2のボトム側油室2aへの圧油の目標流量Qb(=Ab・v)とロッド側油室2bへの圧油の目標流量Qr=(−Ar・v)を演算する(ここでロッド側油室2bの面積には−符号が付き、ロッド側油室2bへの目標流量Qrが−となる)。
次に、目標開口面積演算部11cにおいて、ボトム側油室2aへ圧油を供給するための方向制御弁3の目標開口面積Aを式(1)、ロッド側油室2bから圧油を排出するための方向制御弁4の目標開口面積Aを式(4)に基づいてそれぞれ演算する。
次に、電磁弁指令電流値演算部11dにおいて、目標開口面積Aが+符号になる方向制御弁3に対しては一番上の特性マップ11dに基づいて、目標開口面積Aが−符号になる方向制御弁4に対しては一番下の特性マップ11dに基づいてパイロット電磁弁13,15に対する電流値信号を演算し、出力する。
この電流値信号を受けたパイロット電磁弁13,15は、目標流量通りに圧油が流れるようスプールを駆動するために方向制御弁3,4の操作部に対してパイロット圧をそれぞれ供給する。
よって、方向制御弁3はアームシリンダ2に供給する圧油の流量を制御する第1流量制御部として機能し、方向制御弁4はアームシリンダ2から排出される圧油の流量を制御する第2流量制御部として機能する。
Receiving this arm cloud operation signal, the arithmetic unit 11 determines the target speed v of the arm cylinder 2 in the target speed calculator 11a as shown in FIG.
Thereafter, in the target flow rate calculation unit 11b, the target flow rate Qb (= Ab · v) of the pressure oil from the previously determined target speed v to the bottom side oil chamber 2a of the arm cylinder 2 and the pressure oil to the rod side oil chamber 2b. The target flow rate Qr = (− Ar · v) is calculated (here, the area of the rod side oil chamber 2b is given a minus sign, and the target flow rate Qr to the rod side oil chamber 2b is −).
Then, the target opening area calculating section 11c, the target opening area A 3 of the directional control valve 3 for supplying pressure oil to the bottom side oil chamber 2a formula (1), the pressure oil from the rod side oil chamber 2b emissions a target opening area a 4 of the directional control valve 4 for calculating respectively on the basis of equation (4).
Next, the solenoid valve command current value computing section 11d, based on the characteristic map 11d 1 of the top with respect to the direction control valve 3 to the target opening area A 3 has a positive sign, the target opening area A 4 is - for directional control valve 4 to be code based on the characteristic map 11d 4 bottom calculates the current value signal to the pilot solenoid valves 13 and 15, and outputs.
The pilot solenoid valves 13 and 15 that have received this current value signal supply pilot pressures to the operation portions of the direction control valves 3 and 4 in order to drive the spool so that the pressure oil flows according to the target flow rate.
Therefore, the direction control valve 3 functions as a first flow rate control unit that controls the flow rate of the pressure oil supplied to the arm cylinder 2, and the direction control valve 4 controls the flow rate of the pressure oil discharged from the arm cylinder 2. Functions as a flow control unit.

より具体的には、アーム112がそのクラウド動作において、アーム軌跡が下死点に達するまで(図5(A)のAの範囲)、もしくはバケット113の爪先が地面に達して掘削が始まるまで(図5(B)のAの範囲)は、アーム112の自重により動作に順方向の負荷が発生するため、アームシリンダ2の排出側の流量に従ってアームシリンダ2の速度が決定される。
このとき、供給側である方向制御弁3および排出側である方向制御弁4での開口面積制御が正確に行われている場合や、制御のバラツキが生じて方向制御弁4の開口面積が目標開口面積Aより大きくなって目標流量Qrよりも排出流量が大きくなった場合を考える。これらの場合、アームシリンダ2は排出側の流量に応じた速度、すなわち操作レバー10の操作量に略応じた速度で動作し、また供給側の管路X1の圧力は負圧になろうとするもののチェック弁5を介して油圧タンク6から足りない流量が吸い込まれるため、管路X1が負圧になることは抑制される。また、制御のバラツキが生じて方向制御弁3の開口面積が目標開口面積Aより大きくなって目標流量Qbよりも供給流量が大きくなった場合も、もともと排出側の目標開口面積Aが係数K分だけ多いために、アームシリンダ2は排出側の流量に応じた速度(操作レバー10の操作量に応じた速度)で動作し、かつ係数Kに応じた流量範囲内で同様に供給側の管路X1においてタンク6から足りない流量を補うように油をタンク6から吸い込む。このため、供給側に発生する圧力損失を係数Kぶんだけ無駄にすることなく利用することができる。
More specifically, in the cloud operation of the arm 112, until the arm trajectory reaches bottom dead center (range A in FIG. 5A), or until the tip of the bucket 113 reaches the ground and excavation starts ( In the range of A in FIG. 5B, a forward load is generated in the operation due to the weight of the arm 112, so the speed of the arm cylinder 2 is determined according to the flow rate on the discharge side of the arm cylinder 2.
At this time, when the opening area control in the direction control valve 3 on the supply side and the direction control valve 4 on the discharge side is accurately performed, or when the control variation occurs, the opening area of the direction control valve 4 is the target. It is larger than the opening area a 4 consider the case where the exhaust flow rate than the target flow rate Qr is increased. In these cases, the arm cylinder 2 operates at a speed corresponding to the flow rate on the discharge side, that is, a speed approximately corresponding to the operation amount of the operation lever 10, and the pressure in the supply line X1 tends to be negative. Since an insufficient flow rate is sucked from the hydraulic tank 6 through the check valve 5, negative pressure in the pipe line X <b> 1 is suppressed. Further, even if the variation in the control opening area of the directional control valve 3 occurs becomes larger supply flow rate than a target opening area A 3 from becoming larger target flow rate Qb, originally target opening area A 4 are coefficients of discharge side Since it is increased by K, the arm cylinder 2 operates at a speed corresponding to the flow rate on the discharge side (speed corresponding to the operation amount of the operation lever 10), and in the same manner within the flow rate range corresponding to the coefficient K. Oil is sucked from the tank 6 so as to compensate for the insufficient flow rate from the tank 6 in the pipe X1. For this reason, the pressure loss generated on the supply side can be utilized without wasting as much as the coefficient K.

また、アーム軌跡の下死点以降(図5(A)のBの範囲)、もしくは掘削が始まって以降(図5(B)のBの範囲)は、アーム112の自重および掘削抵抗によって動作に逆方向の負荷が発生する。この場合、アームシリンダ2の供給側の流量に従ってアームシリンダ2の速度が決定される。
このとき、供給側および排出側の開口面積制御が正確に行われている場合や、制御のバラツキにより排出流量が目標流量よりも大きくなった場合は、方向制御弁4は目標通り開口しているものの、方向制御弁3側の開口面積との関係より排出圧力が不足するため、排出される圧油の流量が制限されるが、アームシリンダ2は供給側の流量に応じた速度、すなわち操作レバー10の操作量に応じた速度で動作する。また制御のバラツキにより供給流量が目標値よりも大きくなってしまった場合も、もともと排出側の目標開口面積Aが係数K分だけ多いために、アームシリンダ2は供給側の流量に応じた速度(操作レバー10の操作量に略応じた速度)で動作し、かつ係数Kぶんの流量範囲内で同様に排出流量が制限されるが、供給側に発生する圧力損失を係数Kぶんだけ無駄にすることなく利用することができる。
Further, after the bottom dead center of the arm trajectory (range B in FIG. 5 (A)) or after excavation starts (range B in FIG. 5 (B)), the arm 112 is operated by its own weight and excavation resistance. A reverse load is generated. In this case, the speed of the arm cylinder 2 is determined according to the flow rate on the supply side of the arm cylinder 2.
At this time, when the opening area control on the supply side and the discharge side is accurately performed, or when the discharge flow rate becomes larger than the target flow rate due to control variations, the direction control valve 4 opens as desired. However, since the discharge pressure is insufficient due to the relationship with the opening area on the direction control valve 3 side, the flow rate of the discharged pressure oil is limited, but the arm cylinder 2 has a speed corresponding to the flow rate on the supply side, that is, an operation lever. It operates at a speed corresponding to the operation amount of 10. Speed The supply flow rate by the variation of the control even if has become larger than the target value, in order originally target opening area A 4 of the discharge side is large by a factor K min, the arm cylinder 2 in response to the flow rate of the supply-side It operates at a speed approximately corresponding to the amount of operation of the control lever 10 and the discharge flow rate is similarly limited within the flow rate range of the coefficient K, but the pressure loss generated on the supply side is wasted by the factor K. You can use it without doing it.

上述した本発明の第1の実施形態によれば、アームシリンダ2に動作方向に順ずる方向に負荷が掛かっている場合でも動作方向に逆らう方向に負荷が掛かっている場合でも、操作レバーの操作量をアームシリンダ2の速度に限りなく対応させることができる。このため、作業中に負荷方向が変わる際にもオペレータの操作レバー10の操作量に応じたアームシリンダ2の速度が得られ、操作性を改善することができる。同時に、アームシリンダ2の供給側に無駄な押し込み圧力が発生することを抑制することができ、無駄な圧力損失の発生を防ぐことができる。よって、速度制御性が重視される油圧アクチュエータの操作性を改善することができ、その結果、作業機械の生産性及びオペレータの精神的疲労を軽減することができる。   According to the first embodiment of the present invention described above, the operation lever can be operated even when a load is applied to the arm cylinder 2 in a direction following the operation direction or a load against the operation direction. The amount can correspond to the speed of the arm cylinder 2 without limit. For this reason, even when the load direction changes during work, the speed of the arm cylinder 2 corresponding to the operation amount of the operation lever 10 by the operator can be obtained, and the operability can be improved. At the same time, it is possible to suppress generation of useless pushing pressure on the supply side of the arm cylinder 2 and to prevent generation of useless pressure loss. Therefore, it is possible to improve the operability of the hydraulic actuator in which speed controllability is important, and as a result, the productivity of the work machine and the mental fatigue of the operator can be reduced.

<第2の実施形態>
本発明の油圧駆動回路の第2の実施形態を図6を用いて説明する。図6は、本発明の油圧駆動回路の第2実施形態の概略を示す構成図である。
油圧駆動回路の第2の実施形態は、油圧ショベルに搭載され、アームシリンダ2を駆動する点は油圧駆動回路の第1の実施形態と略同じであり、同じ構成には同じ符号を付して説明は省略する。
<Second Embodiment>
A second embodiment of the hydraulic drive circuit of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a block diagram showing an outline of the second embodiment of the hydraulic drive circuit of the present invention.
The second embodiment of the hydraulic drive circuit is mounted on a hydraulic excavator, and is substantially the same as the first embodiment of the hydraulic drive circuit in that the arm cylinder 2 is driven. Description is omitted.

図6に示すように、本発明の油圧駆動回路の第2の実施形態では、油圧ポンプ1からの圧油をアームシリンダ2のボトム側油室2a及びロッド側油室2bに切り替え供給するための管路X6,X7に、圧油の流量を制御する流量調整弁23,24がそれぞれ配置されている。
これら流量調整弁23,24は、弁の開口面積を後述する演算装置21からの制御指令に基づいて任意に調節することができ、これによりこれらの弁を流れる圧油の流量を制御することができるように構成されている。更に、流量調整弁23,24とアームシリンダ2の間の管路X6,X7には、メイクアップ用のチェック弁5を介してタンク6と繋がる管路X8,X9がそれぞれ設けられている。
As shown in FIG. 6, in the second embodiment of the hydraulic drive circuit of the present invention, the pressure oil from the hydraulic pump 1 is switched and supplied to the bottom side oil chamber 2a and the rod side oil chamber 2b of the arm cylinder 2. Flow rate adjusting valves 23 and 24 for controlling the flow rate of the pressure oil are arranged in the pipe lines X6 and X7, respectively.
These flow rate adjusting valves 23 and 24 can arbitrarily adjust the opening area of the valve based on a control command from the arithmetic unit 21 to be described later, thereby controlling the flow rate of the pressure oil flowing through these valves. It is configured to be able to. Further, pipes X6 and X7 between the flow rate adjusting valves 23 and 24 and the arm cylinder 2 are respectively provided with pipes X8 and X9 connected to the tank 6 through the make-up check valve 5.

また、油圧ポンプ1と流量調整弁23,24の間の管路X10およびタンク6と流量調整弁23,24の間の管路X11には、アームシリンダ2に対して供給・排出する圧油の供給・排出方向の切り替えを行う方向制御弁22が設けられている。   In addition, pressure oil supplied to and discharged from the arm cylinder 2 is connected to the pipe X10 between the hydraulic pump 1 and the flow rate adjusting valves 23 and 24 and to the pipe X11 between the tank 6 and the flow rate adjusting valves 23 and 24. A direction control valve 22 for switching the supply / discharge direction is provided.

また、油圧ポンプ1と方向制御弁22の間の管路X10には、圧力センサ7が設けられている。また、流量調整弁23とアームシリンダ2の間の管路X6に圧力センサ8が設けられ、流量調整弁24とアームシリンダ2の間の管路X7に圧力センサ9が設けられている。これら圧力センサ7,8,9は、それぞれの管路X10,X6,X7における圧油の圧力を検出し、演算装置21に出力する。   Further, a pressure sensor 7 is provided in the pipe line X 10 between the hydraulic pump 1 and the direction control valve 22. Further, a pressure sensor 8 is provided in a pipe line X6 between the flow rate adjusting valve 23 and the arm cylinder 2, and a pressure sensor 9 is provided in a pipe line X7 between the flow rate adjusting valve 24 and the arm cylinder 2. These pressure sensors 7, 8, 9 detect the pressure oil pressure in the respective pipelines X 10, X 6, X 7 and output them to the arithmetic unit 21.

演算装置21は、操作レバー10、各圧力センサ7,8,9で検出した検出値に従って、方向制御弁22の動作方向、流量調整弁23,24の開口面積および油圧ポンプ1の傾転角度の指令値を演算し、この演算結果に基づいてアームシリンダ2から排出される圧油の流量をアームシリンダ2に供給する圧油の流量より大きくなるように、流量調整弁23,24および方向制御弁22を制御する。   The arithmetic unit 21 determines the operation direction of the direction control valve 22, the opening area of the flow rate adjusting valves 23 and 24, and the tilt angle of the hydraulic pump 1 according to the detection values detected by the operation lever 10 and the pressure sensors 7, 8, and 9. The flow rate adjusting valves 23 and 24 and the direction control valve are calculated so that the flow rate of the pressure oil discharged from the arm cylinder 2 is larger than the flow rate of the pressure oil supplied to the arm cylinder 2 based on the calculation result. 22 is controlled.

更に、流量調整弁23,24には、パイロット圧油を供給するパイロット電磁弁25,26がそれぞれ設けられている。また、方向制御弁22には、その操作部にパイロット圧油を供給するパイロット電磁弁27,28が設けられている。   Further, the flow rate adjusting valves 23 and 24 are respectively provided with pilot electromagnetic valves 25 and 26 for supplying pilot pressure oil. The directional control valve 22 is provided with pilot solenoid valves 27 and 28 for supplying pilot pressure oil to the operation portion.

このような油圧駆動回路の第2の実施形態における演算装置21は、第1の実施形態の油圧駆動回路の演算装置11と同様に、オペレータが操作レバー10に対してアームクラウド操作を行うと、予め記憶部に記憶された『レバー操作量/シリンダ速度』特性マップに従ってアームシリンダ2の目標速度vを決定する。その後、先に決定した目標速度vとアームシリンダ2のボトム側油室2aとロッド側油室2bの断面積Ab,−Arの積をとって目標流量Qb,Qrを演算し、この目標流量Qb,Qr、圧力センサ7から入力された流量調整弁23,24前の圧力Pp、圧力センサ8,9から入力された流量調整弁23,24後の圧力Pb,Pr、作動油の流量係数Cおよび粘性係数ρに基づいて、上述の式(1)−(4)に従って目標開口面積A23,A24を演算する(なお、流量調整弁23,24の前後差圧ΔPは、流量の符号が+の供給側ではPp−PrまたはPp−Pr、流量の符号が−の排出側ではPbまたはPrとなる)。そしてこの目標開口面積A23,A24に従って流量調整弁23,24を駆動するように、それぞれのパイロット電磁弁23,24に対して、それぞれ予め記憶部に記憶された『目標面積/電磁弁指令値』特性マップに従って電流値信号を出力する。 The arithmetic device 21 in the second embodiment of such a hydraulic drive circuit, like the arithmetic device 11 of the hydraulic drive circuit in the first embodiment, when the operator performs an arm cloud operation on the operation lever 10, The target speed v of the arm cylinder 2 is determined in accordance with the “lever operation amount / cylinder speed” characteristic map stored in advance in the storage unit. Thereafter, the target flow rate Qb, Qr is calculated by taking the product of the previously determined target speed v and the cross-sectional areas Ab, -Ar of the bottom side oil chamber 2a and the rod side oil chamber 2b of the arm cylinder 2, and this target flow rate Qb , Qr, the pressure Pp before the flow rate adjusting valves 23, 24 input from the pressure sensor 7, the pressures Pb, Pr after the flow rate adjusting valves 23, 24 input from the pressure sensors 8, 9, the flow coefficient C of the hydraulic oil, and Based on the viscosity coefficient ρ, the target opening areas A 23 and A 24 are calculated in accordance with the above-described equations (1)-(4) (note that the front-rear differential pressure ΔP of the flow rate adjusting valves 23, 24 has a flow rate sign of + (Pp-Pr or Pp-Pr on the supply side, and Pb or Pr on the discharge side where the flow rate sign is-). Then, in order to drive the flow rate adjusting valves 23 , 24 according to the target opening areas A 23 , A 24 , the “target area / solenoid valve command” previously stored in the storage unit is stored for each pilot electromagnetic valve 23, 24. A current value signal is output according to the “value” characteristic map.

本発明の油圧駆動回路の第2の実施態様においても、前述した油圧駆動回路の第1の実施形態とほぼ同様な効果、すなわち、アームシリンダ2に動作方向に順ずる方向に負荷が掛かっている場合でも動作方向に逆らう方向に負荷が掛かっている場合でも、操作レバーの操作量をアームシリンダ2の速度に限りなく対応させることができ、作業中に負荷方向が変わる際にもオペレータの操作レバー10の操作量に応じたアームシリンダ2の速度が得られ、操作性を改善することができると同時に、アームシリンダ2の供給側に無駄な押し込み圧力が発生することを抑制することができ、無駄な圧力損失の発生を防ぐことができる。よって、速度制御性が重視される油圧アクチュエータの操作性を改善することができ、その結果、作業機械の生産性及びオペレータの精神的疲労を軽減するとの効果が得られる。   Also in the second embodiment of the hydraulic drive circuit of the present invention, substantially the same effect as that of the first embodiment of the hydraulic drive circuit described above, that is, a load is applied to the arm cylinder 2 in the direction following the operation direction. Even when a load is applied in the direction opposite to the operation direction, the operation amount of the operation lever can be made to correspond to the speed of the arm cylinder 2 as much as possible, and even when the load direction changes during the operation, the operation lever of the operator The speed of the arm cylinder 2 corresponding to the operation amount of 10 can be obtained and the operability can be improved, and at the same time, the generation of useless pushing pressure on the supply side of the arm cylinder 2 can be suppressed. Generation of excessive pressure loss can be prevented. Therefore, it is possible to improve the operability of the hydraulic actuator in which speed controllability is important, and as a result, the effect of reducing the productivity of the work machine and the mental fatigue of the operator can be obtained.

<その他>
なお、本発明は上記の実施形態に限られず、種々の変形、応用が可能なものである。
<Others>
In addition, this invention is not restricted to said embodiment, A various deformation | transformation and application are possible.

例えば、排出側の流量を供給側の流量より係数Kの分に応じた量だけ大きくなるよう制御しているが、供給側の流量を排出側の流量よりも係数Kの分に応じた量だけ少なくするよう制御することも可能である。
この場合、第1の実施形態と同様の構成を例にとると、演算装置は、目標開口面積A,Aを演算する際に目標流量値の符号が+の場合はA,A=(Q−K)/C(ρ/2ΔP)1/2、目標流量値の符号が−の場合はA,A=(Q)/C(ρ/2ΔP)1/2の式に従い、この目標開口面積A,Aに従ってそれぞれのパイロット電磁弁12,13,14,15に対して電流値信号を出力する。
この構成によっても、油圧アクチュエータの仕様から演算する入出流量比に従って、供給側に対して排出側の流量が大きくなるよう供給側開口面積と排出側開口面積を制御することができ、上述の実施形態と同様の効果が得られる。
また、目標流量Qb,Qrを演算する際にロッド側油室2bの面積に−符号を付しているが、アームシリンダ2のボトム側油室2aの面積に−符号を付しても同様の効果が得られる。
For example, the flow rate on the discharge side is controlled to be larger than the flow rate on the supply side by an amount corresponding to the factor K, but the flow rate on the supply side is set to an amount corresponding to the factor K rather than the flow rate on the discharge side. It is also possible to control to reduce the number.
In this case, taking the same configuration as that of the first embodiment as an example, the arithmetic unit calculates A 3 and A 4 when the target flow rate value is + when calculating the target opening areas A 3 and A 4. = (Q−K) / C (ρ / 2ΔP) 1/2 , and when the sign of the target flow rate value is −, according to the formula of A 3 , A 4 = (Q) / C (ρ / 2ΔP) 1/2 , In accordance with the target opening areas A 3 and A 4 , current value signals are output to the pilot solenoid valves 12, 13, 14 and 15.
Even with this configuration, the supply-side opening area and the discharge-side opening area can be controlled so that the flow rate on the discharge side is larger than the supply side in accordance with the input / output flow rate ratio calculated from the specifications of the hydraulic actuator. The same effect can be obtained.
Further, when the target flow rates Qb and Qr are calculated, the sign of the area of the rod side oil chamber 2b is given, but the same is true even if the sign of the area of the bottom side oil chamber 2a of the arm cylinder 2 is given. An effect is obtained.

また、上述の式(3),(4)における係数Kは、制御のバラツキによって不可避的に生じる供給流量の増分がこの係数Kの範囲外とならないように適宜調整することが望ましい。これにより、不足分をタンクから補給したり、排出流量が制限されない、との事態が生じることを抑制し、動作における制御性が悪化することやアクチュエータに無駄な押し込み圧力が発生することも防止することができる。   Further, the coefficient K in the above formulas (3) and (4) is desirably adjusted as appropriate so that the increase in the supply flow rate inevitably generated due to control variations does not fall outside the range of the coefficient K. This prevents the shortage from being replenished from the tank or the discharge flow rate not being restricted, thereby preventing deterioration of controllability in operation and occurrence of unnecessary pushing pressure on the actuator. be able to.

また、アームクラウド操作時にシリンダが伸びてアームダンプ操作時にシリンダが縮むようにアームシリンダ2を取り付けた例を示したが、逆にアームクラウド操作時にシリンダが縮んでアームダンプ操作時にシリンダが伸びるようにシリンダを取り付けても、本発明は適用される。   In addition, an example has been shown in which the arm cylinder 2 is attached so that the cylinder extends during the arm cloud operation and contracts during the arm dump operation. Conversely, the cylinder contracts during the arm cloud operation and extends during the arm dump operation. Even if attached, the present invention is applied.

また、油圧アクチュエータとしてアームシリンダ2に本発明の油圧駆動回路を適用した場合を説明したが、油圧ショベルの他の油圧アクチュエータ、例えばブームシリンダ114やバケットシリンダ116、左右の走行モータ104a,104b、旋回モータを対象とした油圧駆動回路にも本発明の油圧駆動回路は適用することができる。
更には、図7に示すように、油圧ポンプ1の先に、アームシリンダ2を駆動するための油圧駆動回路と同様の回路が平行に接続されていても本発明は適用することができる。例えば図7に示すように、ブームシリンダ114やバケットシリンダ116を駆動する油圧駆動回路や、左右の走行モータ104a,104bを駆動する油圧回路が同時に接続されている場合にも、本発明は適用可能である。
Although the case where the hydraulic drive circuit of the present invention is applied to the arm cylinder 2 as a hydraulic actuator has been described, other hydraulic actuators such as a boom cylinder 114 and a bucket cylinder 116, left and right traveling motors 104a and 104b, a swing The hydraulic drive circuit of the present invention can also be applied to a hydraulic drive circuit intended for a motor.
Furthermore, as shown in FIG. 7, the present invention can be applied even if a circuit similar to a hydraulic drive circuit for driving the arm cylinder 2 is connected in parallel to the tip of the hydraulic pump 1. For example, as shown in FIG. 7, the present invention can also be applied when a hydraulic drive circuit for driving the boom cylinder 114 and the bucket cylinder 116 and a hydraulic circuit for driving the left and right traveling motors 104a and 104b are connected simultaneously. It is.

更に、図1に示すようなバックホウショベルのアームシリンダ2に適用したがローディングショベルのいずれかの油圧アクチュエータの油圧駆動回路にも本発明は適用可能である。   Further, the present invention is applied to the arm cylinder 2 of the backhoe shovel as shown in FIG. 1, but the present invention can also be applied to a hydraulic drive circuit of any hydraulic actuator of the loading shovel.

更に、作業機械として油圧ショベルを例にしたが、作業機械はこれに限定されず、例えば、本発明はクレーン車等のその他の作業機械にも適用可能である。   Furthermore, although the hydraulic excavator is taken as an example of the work machine, the work machine is not limited to this, and for example, the present invention can be applied to other work machines such as a crane truck.

1…油圧ポンプ、
1A…斜板調整器、
2…アームシリンダ、
2a…ボトム側油室、
2b…ロッド側油室、
3,4…方向制御弁、
5…チェック弁、
6…油圧タンク、
7,8,9…圧力センサ、
10…操作レバー、
10a…操作量検出器、
11,21…演算装置、
11a…目標速度演算部、
11b…目標流量演算部、
11c…目標開口面積演算部、
11d…電磁弁指令電流値演算部、
11e…条件演算器、
11f…最大値演算器、
11g…条件演算器、
11h…演算器、
11i…出力機、
12,13,14,15,16,25,26,27,28…パイロット電磁弁、
22…方向制御弁、
23,24…流量調整弁、
100…走行体、
101…旋回体、
102…フロント作業機、
103a…走行装置、
104a…走行モータ、
106…エンジンルーム、
107…運転室(キャビン)、
111…ブーム、
112…アーム、
113…バケット、
114…ブームシリンダ、
116…バケットシリンダ、
X1,X2,X3,X4,X5,X6,X7,X8,X9,X10,X11…管路。
1 ... Hydraulic pump,
1A ... Swash plate adjuster,
2 ... arm cylinder,
2a ... Bottom side oil chamber,
2b ... Rod side oil chamber,
3, 4 ... Directional control valve,
5 ... Check valve,
6 ... Hydraulic tank,
7, 8, 9 ... pressure sensor,
10 ... Control lever,
10a ... manipulated variable detector,
11, 21 ... arithmetic device,
11a ... target speed calculation unit,
11b ... target flow rate calculation unit,
11c ... Target opening area calculation unit,
11d ... Solenoid valve command current value calculation unit,
11e ... Conditional calculator,
11f: Maximum value calculator,
11g ... Conditional calculator,
11h: arithmetic unit,
11i ... output machine,
12, 13, 14, 15, 16, 25, 26, 27, 28 ... pilot solenoid valve,
22 ... Directional control valve,
23, 24 ... Flow control valve,
100 ... traveling body,
101 ... revolving body,
102 ... Front working machine,
103a ... traveling device,
104a ... travel motor,
106 ... Engine room,
107 ... cab (cabin),
111 ... Boom,
112 ... arm,
113 ... bucket,
114 ... Boom cylinder,
116 ... bucket cylinder,
X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7, X8, X9, X10, X11.

Claims (6)

油圧ポンプと、
この油圧ポンプにより吐出された圧油によって駆動される油圧アクチュエータと、
前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータに供給される圧油の流量を制御する第1流量制御部と、
前記油圧アクチュエータから排出される圧油の流量を制御する第2流量制御部と、
前記油圧アクチュエータから排出される圧油の流量を前記油圧アクチュエータに供給する圧油の流量より大きくなるように、前記第1流量制御部および前記第2流量制御部を制御する制御手段とを備えた
ことを特徴とする油圧駆動回路。
A hydraulic pump;
A hydraulic actuator driven by the pressure oil discharged by the hydraulic pump;
A first flow rate controller that controls the flow rate of pressure oil supplied from the hydraulic pump to the hydraulic actuator;
A second flow rate controller for controlling the flow rate of the pressure oil discharged from the hydraulic actuator;
Control means for controlling the first flow rate control unit and the second flow rate control unit so that the flow rate of the pressure oil discharged from the hydraulic actuator is larger than the flow rate of the pressure oil supplied to the hydraulic actuator. A hydraulic drive circuit characterized by that.
請求項1記載の油圧駆動回路において、
前記制御手段は、
前記第1および第2流量制御部の前後差圧をそれぞれ検出する差圧検出手段および操作レバーの操作量から前記油圧アクチュエータへ供給・排出する目標流量を演算する目標流量演算手段から得られる信号を取り込み、前記第1流量制御部の前後差圧と前記目標流量に基づいて前記第1流量制御部の開口面積を制御し、前記第2流量制御部の前後差圧と前記目標流量に基づいて前記第2流量制御部の開口面積を制御する指令を前記第1流量制御部および前記第2流量制御部にそれぞれ出力する
ことを特徴とする油圧駆動回路。
The hydraulic drive circuit according to claim 1, wherein
The control means includes
Signals obtained from a differential pressure detecting means for detecting the differential pressure across the first and second flow rate control units and a target flow rate calculating means for calculating a target flow rate to be supplied to and discharged from the hydraulic actuator from an operation amount of the operating lever, respectively. Taking in, controlling the opening area of the first flow rate control unit based on the differential pressure across the first flow rate control unit and the target flow rate, and based on the differential pressure across the second flow rate control unit and the target flow rate A hydraulic drive circuit, wherein a command for controlling an opening area of the second flow rate control unit is output to each of the first flow rate control unit and the second flow rate control unit.
請求項2記載の油圧駆動回路において、
前記制御手段は、
操作レバーの操作量信号から前記油圧アクチュエータの目標速度を演算する目標速度演算部と、
前記目標速度演算部で演算した前記目標速度で前記油圧アクチュエータを駆動させるための前記油圧アクチュエータへの圧油の目標流量を演算する目標流量演算部と、
前記目標流量演算部で演算した圧油の前記目標流量と、前記差圧検出手段で検出した前記第1および前記第2流量制御部の前後差圧とに基づいて、前記第1および前記第2流量制御部の目標開口面積を演算する目標開口面積演算部と、
前記目標開口面積演算部で演算した前記目標開口面積となるように前記第1および前記第2流量制御部を駆動する指令信号を演算する指令演算部とを備えた
ことを特徴とする油圧駆動回路。
In the hydraulic drive circuit according to claim 2,
The control means includes
A target speed calculator for calculating a target speed of the hydraulic actuator from an operation amount signal of an operation lever;
A target flow rate calculation unit for calculating a target flow rate of pressure oil to the hydraulic actuator for driving the hydraulic actuator at the target speed calculated by the target speed calculation unit;
Based on the target flow rate of the pressure oil calculated by the target flow rate calculation unit and the differential pressure before and after the first and second flow rate control units detected by the differential pressure detection means, the first and second A target opening area calculation unit for calculating a target opening area of the flow rate control unit;
A hydraulic drive circuit comprising: a command calculation unit that calculates a command signal for driving the first and second flow rate control units so as to be the target opening area calculated by the target opening area calculation unit .
請求項2または3に記載の油圧駆動回路において、
前記第1流量制御部は、前記油圧ポンプと前記油圧アクチュエータの一方の油室との間に配置し、前記第2流量制御部は、前記油圧ポンプと前記油圧アクチュエータの他方の油室との間に配置し、
前記制御手段は、前記差圧検出手段および前記目標流量検出手段から得られる信号を取り込み、前記第1流量制御部および前記第2流量制御部の開口面積を調整して前記油圧アクチュエータから排出される圧油の流量を前記油圧アクチュエータに供給する圧油の流量より大きくなるように制御する
ことを特徴とする油圧駆動回路。
In the hydraulic drive circuit according to claim 2 or 3,
The first flow rate control unit is disposed between the hydraulic pump and one oil chamber of the hydraulic actuator, and the second flow rate control unit is disposed between the hydraulic pump and the other oil chamber of the hydraulic actuator. Placed in
The control means takes in signals obtained from the differential pressure detection means and the target flow rate detection means, adjusts opening areas of the first flow rate control unit and the second flow rate control unit, and discharges them from the hydraulic actuator. A hydraulic drive circuit characterized by controlling a flow rate of pressure oil to be larger than a flow rate of pressure oil supplied to the hydraulic actuator.
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の油圧駆動回路において、
前記第1流量制御部と前記油圧アクチュエータとの間および前記第2流量制御部と前記油圧アクチュエータとの間に、メイクアップ用のチェック弁を更に備えた
ことを特徴とする油圧駆動回路。
The hydraulic drive circuit according to any one of claims 1 to 3,
A hydraulic drive circuit further comprising a make-up check valve between the first flow control unit and the hydraulic actuator and between the second flow control unit and the hydraulic actuator.
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の油圧駆動回路において、
前記油圧アクチュエータは、作業機械のアームを駆動するアームシリンダであることを特徴とする油圧駆動回路。
The hydraulic drive circuit according to any one of claims 1 to 3,
The hydraulic drive circuit, wherein the hydraulic actuator is an arm cylinder that drives an arm of a work machine.
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