JP2013531206A - 建設機械の油圧ポンプの流量制御システム - Google Patents

Abstract

ブームシリンダーなどの油圧アクチュエータに発生する負荷圧力によって、油圧ポンプの吐出流量を可変制御することができる建設機械の油圧ポンプの流量制御システムを提供する。本発明による油圧ポンプの流量制御システムにおいて、油圧ポンプの吐出圧力及びそれぞれの油圧アクチュエータに対する操作レバーの操作量を検出し、それぞれの油圧アクチュエータの標準負荷圧力を設定した後、油圧ポンプの吐出圧力がそれぞれの油圧アクチュエータの標準負荷圧力よりも高い場合、油圧ポンプの吐出流量が、油圧アクチュエータに発生する負荷の程度に応じて、同一の操作量に対してその割合が低くなるように制御し、油圧ポンプの吐出圧力が、それぞれの油圧アクチュエータの標準負荷圧力よりも低い場合、油圧ポンプの吐出流量が操作量に比例するように制御することを特徴とする油圧ポンプの流量制御システムを提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は、掘削機などの建設機械に備えられる油圧ポンプの流量制御システムに係り、さらに詳細には、ブームシリンダーなどの油圧アクチュエータに発生する負荷圧力によって可変容量型油圧ポンプ（以下、“油圧ポンプ”とする）の吐出流量を可変制御することができる建設機械の油圧ポンプの流量制御システムに関する。

一般的に、油圧式建設機械は、エネルギーを節減するために、操作量（作動油の流れを制御するスプールを切り換えるために、操作レバーの操作量に比例して、スプールに供給されるパイロット信号圧力を意味する）に応じて油圧ポンプの流量を制御する。

従来、操作量と油圧ポンプの吐出流量との関係は、負荷圧力に関係なく一定であった。すなわち、負荷圧力に関係なく吐出流量を制御するため、重負荷及び高負荷が発生するときにも、油圧ポンプから多量の流量を吐出することになり、流量及び圧力の損失が発生し、それによりエネルギーの損失が生じていた。

掘削機などを利用して作業を行う際、吐出流量が変化する範囲が広く、精緻な制御を要する標準負荷圧力以下の作業においては、操作量に比例して要求流量を吐出する必要がある。

一方、標準負荷圧力以上の作業を行う際、すなわち、重い物体を徐々に引き揚げて移す作業においては、多量の吐出流量が不要となるため、吐出流量の変化が少なくなるが、掘削及び積載作業においては、操作量が短時間で最大に至る。したがって、標準負荷圧力以上の作業においては、負荷圧力に応じて操作量と吐出流量との関係を修正しても操作感に大きな変化はない。

本発明の目的は、油圧アクチュエータをそれぞれの標準負荷圧力以上で駆動させる際、負荷圧力が上昇することによって油圧ポンプの吐出流量及び圧力の損失を抑えることができる建設機械の油圧ポンプの流量制御システムを提供することである。

本発明の一実施形態による建設機械の油圧ポンプの流量制御システムは、可変容量型の油圧ポンプと、油圧ポンプに連結される少なくとも一つ以上の油圧アクチュエータと、操作レバーの操作量に比例して供給される信号圧に応じて切り換えられることによって、アクチュエータに供給される作動油の流量を制御するスプールと、油圧ポンプの吐出圧力を検出する検出センサーと、操作レバーの操作量による信号圧を検出する検出センサーと、それぞれの検出センサーによって検出された信号によって油圧ポンプの吐出流量を制御する制御部とを備える建設機械において、それぞれの検出センサーによって油圧ポンプの吐出圧力及びそれぞれの油圧アクチュエータに対する操作レバーの操作量を検出する第１ステップと、それぞれの油圧アクチュエータの標準負荷圧力を設定する第２ステップと、油圧ポンプの吐出圧力とそれぞれの油圧アクチュエータの標準負荷圧力とを比較する第３ステップと、油圧ポンプの吐出圧力がそれぞれの油圧アクチュエータの所定の標準負荷圧力よりも高い場合、油圧ポンプの吐出流量が、油圧アクチュエータに発生する負荷の程度に応じて、同一の操作量に対してその割合が低くなるように係数を調整する第４ステップと、油圧ポンプの吐出圧力がそれぞれの油圧アクチュエータの標準負荷圧力よりも低い場合、油圧ポンプの吐出流量が操作量に比例するように制御する第５ステップとを含む。

さらに好ましい実施形態によれば、第４ステップで、操作量と油圧ポンプの吐出流量との関係がＮ次式で表現され、油圧ポンプの吐出圧力が所定の標準負荷圧力よりも高い場合、油圧アクチュエータに発生する負荷の程度に応じてＮ次式の係数を変動させることによって、同一の操作量に対する油圧ポンプの吐出流量を低減させることができる。

前述の油圧アクチュエータに発生する負荷の程度に応じてＮ次式の係数が変動して、操作量に対する油圧ポンプの吐出流量が低減する場合でも、所定値以上の操作量では、油圧ポンプの吐出流量が最大限に吐出されるように係数の変動範囲を制限することができる。

前述の油圧ポンプの吐出圧力がそれぞれの油圧アクチュエータの標準負荷圧力よりも低い場合、油圧ポンプの吐出流量を所定の操作量に対する油圧ポンプの制御流量の関係式Ｑ（Ｑ＝ａ×（操作量）＋ｂ）を用いて演算する。

前述の油圧ポンプの吐出圧力がそれぞれの油圧アクチュエータの標準負荷圧力よりも高い場合、油圧ポンプの吐出流量を油圧ポンプの制御流量の関係式Ｑ（Ｑ＝（ａ＋ａ´）×（操作量）＋（ｂ＋ｂ´））を用いて演算する。

前述のように構成される本発明の実施形態による建設機械の油圧ポンプの流量制御システムは下記のような利点を有する。

油圧アクチュエータの負荷圧力が上昇した場合に、油圧ポンプの吐出流量を低減させることができ、それにより圧力の損失が低減され、効率が上昇し、燃費を向上させることができる。

本発明の一実施形態による建設機械の油圧ポンプの流量制御システムに適用される油圧回路の概略図である。 本発明の一実施形態による建設機械の油圧ポンプの流量制御システムにおいて、操作量と吐出流量との関係を示すグラフである。 本発明の一実施形態による建設機械の油圧ポンプの流量制御システムの動作の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して説明するが、これは、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が発明を容易に実施できる程度に詳細に説明するためのものであり、これにより本発明の技術的な思想及び範囲が限定されることを意味するものではない。

図１及び図２に示す本発明の一実施形態による建設機械の油圧ポンプの流量制御システムは、エンジン１に連結される可変容量型の油圧ポンプ２及びパイロットポンプ３と、油圧ポンプ２に連結される少なくとも一つ以上の油圧アクチュエータ（図示されていないブームシリンダー、アームシリンダー、バケットシリンダーなどをいう）と、操作レバー４の操作量に比例して供給されるパイロット信号圧に応じて切り換えられることによって、前述の油圧アクチュエータに供給される作動油の流量を制御するスプール５と、油圧ポンプ２の吐出油路６に設けられ、油圧ポンプ２の吐出圧力を検出する検出センサー７と、操作レバー４の操作量によるパイロット信号圧（スプール５を切り換える２次信号圧力をいう）を検出する検出センサー８と、検出センサー７及び８の検出信号に応じて油圧ポンプ２の吐出流量を制御する制御部９とを備える建設機械において、前述の検出センサー７及び８によって油圧ポンプ２の吐出圧力及びそれぞれの油圧アクチュエータに対する操作レバー４の操作量を検出する第１ステップＳ１００と、油圧アクチュエータそれぞれの標準負荷圧力を設定する第２ステップＳ２００と、油圧ポンプ２の吐出圧力と油圧アクチュエータそれぞれの標準負荷圧力とを比較する第３ステップＳ３００と、油圧ポンプ２の吐出圧力がそれぞれの油圧アクチュエータの所定の標準負荷圧力よりも高い場合、油圧ポンプ２の吐出流量が、油圧アクチュエータに発生する負荷の程度に応じて、同一の操作量に対してその割合が低くなるように係数を調整する第４ステップＳ４００と、油圧ポンプ２の吐出圧力がそれぞれの油圧アクチュエータの標準負荷圧力よりも低い場合、油圧ポンプ２の吐出流量が操作量に比例するように制御する第５ステップＳ５００とを含む。

前記第４ステップＳ４００において、操作量と油圧ポンプ１の吐出流量との関係がＮ次式で表現される。油圧ポンプ２の吐出圧力が所定の標準負荷圧力よりも高い場合、油圧アクチュエータに発生する負荷の程度に応じてＮ次式の係数を変動させることによって、同一の操作量に対する油圧ポンプ２の吐出流量を低減させる。

前述の油圧アクチュエータに発生する負荷の程度に応じて、Ｎ次式の係数が変動して、操作量に対して油圧ポンプ２の吐出流量が低減する場合でも、所定値以上の操作量では、油圧ポンプ２の吐出流量が最大限に吐出されるように係数の変動範囲を制限することができる。

前記第４ステップＳ４００において、油圧ポンプ２の吐出圧力がそれぞれの油圧アクチュエータの標準負荷圧力よりも高い場合、油圧ポンプ２の吐出流量を油圧ポンプ２の制御流量の関係式Ｑ（Ｑ＝（ａ＋ａ´）×（操作量）＋（ｂ＋ｂ´））を用いて演算する。

前記第５ステップＳ５００において、油圧ポンプ２の吐出圧力がそれぞれの油圧アクチュエータの標準負荷圧力よりも低い場合、油圧ポンプ２の吐出流量を所定の操作量に対する油圧ポンプ２の制御流量の関係式Ｑ（Ｑ＝ａ×（操作量）＋ｂ））を用いて演算する。

図中、説明されていない符号１０は、油圧ポンプ１の吐出流量を制御するために操作レバー４から供給される信号圧力を、制御部９からの制御信号に比例するように変換する比例制御バルブである。

以下、本発明の一実施形態による建設機械の油圧ポンプの流量制御システムの使用例について、添付図面を参照して詳細に説明する。

図２及び図３に示されるように、前述の検出センサー７及び８によって検出された油圧ポンプ２の吐出圧力及びそれぞれの油圧アクチュエータに対する操作レバー４の操作量を検出し（Ｓ１００を参照）、検出されたそれぞれの吐出圧力及び操作量の信号を制御部９に伝送する。

Ｓ２００において、それぞれの油圧アクチュエータの標準負荷圧力（例えば、ブームシリンダーの標準負荷圧力は１２０kg／cm^２である）を設定する。

Ｓ３００において、油圧ポンプ２の吐出圧力とそれぞれの油圧アクチュエータの標準負荷圧力とを比較し、油圧ポンプ２の吐出圧力がそれぞれの油圧アクチュエータの標準負荷圧力よりも高い場合、次のステップ（Ｓ４００を参照）に進み、油圧ポンプ２の吐出圧力が標準負荷圧力よりも低い場合、Ｓ５００に進む。

Ｓ４００において、油圧ポンプ２の吐出圧力がそれぞれの油圧アクチュエータの所定の標準負荷圧力よりも高い場合、油圧ポンプ２の吐出流量が、油圧アクチュエータに発生する負荷の程度に応じて、同一の操作量に対してその割合が低くなるように係数を調整する。

すなわち、図２のグラフにおいて点線で示すように、油圧ポンプ２の吐出流量を、油圧ポンプ２の制御流量の関係式Ｑ（Ｑ＝（ａ＋ａ´）×（操作量）＋（ｂ＋ｂ´））を用いて演算する（このとき、ａは、油圧ポンプ制御用斜板傾転角、ｂは油圧ポンプ制御用切片、ａ´はｆ（油圧ポンプの圧力）、ｆは特定の関数、ｂ´はｇ（油圧ポンプの馬力）、ｇは特定の関数である）。

すなわち、油圧ポンプ制御流量が最小である地点と最大である地点での操作量を増加させることによって、同一の操作量に対する油圧ポンプ２の吐出流量が低減するため、圧力及び圧力の損失を低減させることができる。

Ｓ５００において、油圧ポンプ２の吐出圧力がそれぞれの油圧アクチュエータの標準負荷圧力よりも低い場合、操作量に比例して油圧ポンプ２の吐出流量を制御する。すなわち、図２のグラフにおいて実線で示すように、油圧ポンプ２の吐出流量を、所定の操作量に対する油圧ポンプ２の制御流量の関係式Ｑ（Ｑ＝ａ×（操作量）＋ｂ）をそのまま適用して演算する。

Ｓ６００において、前述のＳ４００またはＳ５００での油圧ポンプ２の制御流量の関係式によって油圧ポンプ２の吐出流量を演算する。

前述のような本発明の一実施形態による建設機械の油圧ポンプの流量制御システムによれば、ブームシリンダーなどの油圧アクチュエータに発生する負荷圧力が上昇することによって、同一の操作量に対する油圧ポンプの吐出流量を低減させることができ、それにより圧力の損失が低減され、効率が上昇し、燃費を向上させることができる。

１ エンジン
２ 可変容量型油圧ポンプ
３ パイロットポンプ
４ 操作レバー
５ スプール
６ 吐出油路
７、８ 検出センサー
９ 制御部
１０ 比例制御バルブ

Claims (5)

1. 可変容量型の油圧ポンプと、前記油圧ポンプに連結される少なくとも一つ以上の油圧アクチュエータと、操作レバーの操作量に比例して供給される信号圧に応じて切り換えられることによって、油圧アクチュエータに供給される作動油の流量を制御するスプールと、前記油圧ポンプの吐出圧力を検出する検出センサーと、前記操作レバーの操作量による信号圧力を検出する検出センサーと、それぞれの前記検出センサーにより検出された信号によって油圧ポンプの吐出流量を制御する制御部とを備える建設機械において、
   それぞれの前記検出センサーによって油圧ポンプの吐出圧力及びそれぞれの油圧アクチュエータに対する操作レバーの操作量を検出する第１ステップと、
   前記それぞれの油圧アクチュエータの標準負荷圧力を設定する第２ステップと、
   前記油圧ポンプの吐出圧力と前記それぞれの油圧アクチュエータの標準負荷圧力とを比較する第３ステップと、
   前記油圧ポンプの吐出圧力が前記それぞれの油圧アクチュエータの所定の標準負荷圧力よりも高い場合、前記油圧ポンプの吐出流量が、油圧アクチュエータに発生する負荷の程度に応じて、同一の操作量に対してその割合が低くなるように係数を調整する第４ステップと、
   前記油圧ポンプの吐出圧力が前記それぞれの油圧アクチュエータの標準負荷圧力よりも低い場合、前記油圧ポンプの吐出流量が操作量に比例するように制御する第５ステップとを含むことを特徴とする建設機械の油圧ポンプの流量制御システム。
2. 前記第４ステップにおいて、操作量と油圧ポンプの吐出流量との関係がＮ次式で表現され、前記油圧ポンプの吐出圧力が所定の標準負荷圧力よりも高い場合、前記油圧アクチュエータに発生する負荷の程度に応じてＮ次式の係数を変動させることによって、同一の操作量に対する油圧ポンプの吐出流量を低減させることを特徴とする請求項１に記載の建設機械の油圧ポンプの流量制御システム。
3. 前記油圧アクチュエータに発生する負荷の程度に応じてＮ次式の係数が変動して、操作量に対する油圧ポンプの吐出流量が低減する場合でも、所定値以上の操作量では、油圧ポンプの吐出流量が最大限に吐出されるように係数の変動範囲を制限することを特徴とする請求項２に記載の建設機械の油圧ポンプの流量制御システム。
4. 前記第５ステップにおいて、前記油圧ポンプの吐出圧力が前記それぞれの油圧アクチュエータの標準負荷圧力よりも低い場合、前記油圧ポンプの吐出流量を所定の操作量に対する前記油圧ポンプの制御流量の関係式Ｑ（Ｑ＝ａ×（操作量）＋ｂ）を用いて演算することを特徴とする請求項１に記載の建設機械の油圧ポンプの流量制御システム。
5. 前記第４ステップにおいて、前記油圧ポンプの吐出圧力が前記それぞれの油圧アクチュエータの標準負荷圧力よりも高い場合、前記油圧ポンプの吐出流量を前記油圧ポンプの制御流量の関係式Ｑ（Ｑ＝（ａ＋ａ´）×（操作量）＋（ｂ＋ｂ´））を用いて演算することを特徴とする請求項１に記載の建設機械の油圧ポンプの流量制御システム。

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