JP2013545948A - 建設機械の油圧ポンプ制御システム - Google Patents

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Abstract

【課題】上部旋回体を急激に旋回させる際、油圧ポンプの吐出流量を最適に制限して流量ロスを極力抑えられる油圧ポンプ制御システムの提供。
【解決手段】油圧ポンプに接続される旋回モータと、リモコン弁の制御信号によって切り換わったときに旋回モータに供給される作動油を制御する旋回モータ用制御弁と、センターバイパス通路の最下流側に設けられるオリフィスと、油圧ポンプの斜板傾転角を制御するレギュレータと、リモコン弁の操作による旋回操作信号を検出する旋回操作信号検出手段と、旋回操作信号検出手段の検出信号に比例する２次圧力を生成する電磁比例減圧弁と、オリフィスおよび電磁比例減圧弁のそれぞれが入力側に接続され、レギュレータに出力側が接続されるシャトル弁と、を備える油圧ポンプ制御システム。
【選択図】図３

Description

本発明は、掘削機などの下部走行体に対して上部旋回体を旋回させる場合に作動油の最大流量が不要な動作区間においては油圧ポンプの吐出流量を低減できるようにした建設機械の油圧ポンプ制御システムに関する。
さらに詳しくは、下部走行体に対して上部旋回体を急激に旋回させる場合に油圧ポンプの吐出流量を最適に制限して、旋回加速を最大限に確保しながら流量ロスを極力抑えられるようにした建設機械の油圧ポンプ制御システムに関する。
図１に示す従来の技術による建設機械の油圧ポンプ制御システムは、エンジンに接続される可変容量型油圧ポンプ（以下、「油圧ポンプ」とする。）１およびパイロットポンプ２と、油圧ポンプ１に接続されて駆動するブームシリンダ３および旋回モータ４と、油圧ポンプ１のセンターバイパス通路１ａに設けられ、切り換え時にブームシリンダ３および旋回モータ４の起動、停止および方向切り換えをそれぞれ制御する制御弁５、６と、ブームシリンダ３および旋回モータ４を駆動させるために制御弁５、６にパイロット信号圧力Ｐ３、Ｐ４およびＰ１、Ｐ２をそれぞれ供給するリモコン弁７（リモートコントロールバルブ、ＲＣＶ）と、センターバイパス通路１ａの最下流側に設けられて負の信号圧力を発生させるオリフィス８と、オリフィス８によって発生する信号圧力の供給を受け、油圧ポンプ１の吐出流量を制御するために油圧ポンプ１の斜板傾転角を制御するレギュレータ９と、を備える。
上述したように構成される建設機械の油圧ポンプ制御システムにおいて、リモコン弁７を操作してパイロットポンプ２から供給されるパイロット信号圧力Ｐ１、Ｐ２によって制御弁６を切り換えることにより、油圧ポンプ１から吐出される作動油が制御弁６を経て旋回モータ４に伝わってこれを駆動させるので、下部走行体に対して上部旋回体を旋回させることができる。
また、リモコン弁７の操作によってパイロットポンプ２から供給されるパイロット信号圧力Ｐ３、Ｐ４に基づいて制御弁５を切り換えることにより、油圧ポンプ１から吐出される作動油が制御弁５を経てブームシリンダ３に伝わってこれを駆動させるので、ブームをアップまたはダウンさせることができる。
このとき、油圧ポンプ１から吐出される流量は、ブームなどの作業装置に発生する負荷圧力によらずにリモコン弁７の操作角度またはパイロット信号圧力に比例して流量を吐出する。これにより、リモコン弁７のレバーをフルストローク操作したり、または設定されたパイロット信号圧力が所定の圧力以上であると、油圧ポンプ１は最大流量を吐出する。
このとき、オペレータが旋回モータ４を駆動させるためにリモコン弁７を急激に操作すると、旋回操作レバーの操作量に比例して油圧ポンプ１から吐出される流量が増大するため、上部旋回体は下部走行体に対して急加速で旋回することになる。つまり、旋回モータ４が停止状態で加速し始めて旋回速度が上がるまでは油圧ポンプ１から旋回モータ４に供給される流量が最初の「０」から始まって次第に増大される。
一方、上部旋回体の急激な旋回起動に際して、旋回モータ４および旋回装置を保護するために、旋回モータ４の回転による吸入流量と油圧ポンプ１の吐出流量との差分に相当する流量を逃がし弁１０を介して油圧タンクＴに戻す。すなわち、油圧ポンプ１から吐出流量が増大して逃がし弁１０の設定された圧力を超えると、旋回モータ４を回転させるのに用いられる流量以外の流量は、油圧タンクＴに戻る。
図２に示すように、上部旋回体が旋回し始めてから加速されるまでの動作区間においては多くの流量が不要である。これに対し、油圧ポンプ１は最大流量を吐出するため不要な流量ロスを招き（図２における斜線部）、エンジン燃料の消耗量が増大して装備の燃料効率が低下するという問題点を有する。
本発明の目的は、下部走行体に対して上部旋回体を急激に旋回させる際、油圧ポンプの吐出流量を最適に制限することにより、旋回加速を最大限に確保しながら、上部旋回体が加速されるまで油圧ポンプから吐出される流量のロスを極力抑えられるようにした建設機械の油圧ポンプ制御システムを提供することにある。
本発明の実施形態に係る建設機械の油圧ポンプ制御システムは、
エンジンに接続される可変容量型油圧ポンプおよびパイロットポンプと、
前記油圧ポンプに接続されて駆動する旋回モータと、
前記油圧ポンプのセンターバイパス通路に設けられ、切り換え時に前記旋回モータの起動、停止および方向切り換えを制御する制御弁と、
前記旋回モータを駆動させるために前記制御弁にパイロット信号圧力を供給するリモコン弁と、
前記センターバイパス通路の最下流側に設けられて負の信号圧力を発生するオリフィスと、
前記オリフィスによって発生する信号圧力の供給を受け、前記油圧ポンプの吐出流量を制御するために前記油圧ポンプの斜板傾転角を制御するレギュレータと、
前記リモコン弁の操作による旋回操作信号を検出して検出信号を出力する旋回操作信号検出手段と、
前記旋回操作信号検出手段から入力される検出信号に対応して前記油圧ポンプの吐出流量を減少させるように前記レギュレータに制御信号を出力する制御部と、
前記制御部から入力される前記旋回操作信号検出手段の検出信号に比例する２次圧力を生成する電磁比例減圧弁と、
前記オリフィスおよび前記電磁比例減圧弁のそれぞれが入力側に接続され、前記レギュレータに出力側が接続され、前記オリフィスによって発生した信号圧力と前記電磁比例減圧弁によって生成された２次圧力のうち高い方の圧力を前記レギュレータに供給するシャトル弁と、を備える。
本発明のより好適な実施形態によれば、上述した制御部は、前記旋回操作信号検出手段の検出信号が所定の変化率以上に増大したり、前記旋回操作信号検出手段の検出信号によって予測された前記油圧ポンプの吐出流量が所定の変化率以上に増大すると、前記油圧ポンプの吐出流量が所定の変化率に制限されて前記旋回モータに供給される流量が低減されるように前記電磁比例減圧弁に前記制御信号を出力する。
上述した構成を有する本発明によれば、下部走行体に対して上部旋回体を旋回させると、旋回操作信号の供給を受けて上部旋回体が旋回し始めてから加速されるまでの特定の調整区間において油圧ポンプの吐出流量を制限することにより、旋回モータに供給される流量を低減して流量ロスを極力抑えると共に、エンジンの燃料消耗量を低減して燃料効率を高めることができる。
従来の技術による建設機械の油圧ポンプ制御システムの油圧回路図である。 従来の技術による建設機械の油圧ポンプ制御システムにおける、油圧ポンプの吐出流量と旋回作動圧力との関係を説明するためのグラフである。 本発明の実施形態に係る建設機械の油圧ポンプ制御システムの油圧回路図である。
以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施形態について詳述するが、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疇が限定されることはない。
図３に示す本発明の実施形態に係る建設機械の油圧ポンプ制御システムは、
エンジンに接続される可変容量型油圧ポンプ（以下、「油圧ポンプ」とする、）１およびパイロットポンプ２と、
前記油圧ポンプ１に接続されて駆動する旋回モータ４と、
前記油圧ポンプ１のセンターバイパス通路１ａ に設けられ、切り換え時に前記旋回モータ４の起動、停止および方向切り換えを制御する制御弁６と、
前記旋回モータ４を駆動させるために前記制御弁６にパイロット信号圧力Ｐ１、Ｐ２を供給するリモコン弁(ＲＣＶ)７と、
前記センターバイパス通路１ａの最下流側に設けられて負の信号圧力を発生するオリフィス８と、
前記オリフィス８によって発生する信号圧力の供給を受け、前記油圧ポンプ１の吐出流量を制御するために前記油圧ポンプ１の斜板傾転角を制御するレギュレータ９と、
前記リモコン弁７の操作による旋回操作信号を検出して検出信号を出力する旋回操作信号検出手段１１と、
前記旋回操作信号検出手段１１から入力される検出信号に対応して前記油圧ポンプ１の吐出流量を減少させるように前記レギュレータ９に制御信号を出力する制御部(Ｖ−ＥＣＵ)１２と、
前記制御部１２から入力される旋回操作信号検出手段１１の検出信号に比例する２次圧力を生成する電磁比例減圧弁(ＰＰＲＶ)１３と、
前記オリフィス８および前記電磁比例減圧弁１３のそれぞれが入力側に接続され、前記レギュレータ９に出力側が接続され、前記オリフィス８によって発生した信号圧力と前記電磁比例減圧弁１３によって生成された２次圧力のうち高い方の圧力を前記レギュレータ９に供給するシャトル弁１４と、を備える。
上述した制御部１２は、旋回操作信号検出手段１１の検出信号が所定の変化率以上に増大したり、旋回操作信号検出手段１１の検出信号によって予測された油圧ポンプ１の吐出流量が所定の変化率以上に増大すると、油圧ポンプ１の吐出流量が所定の変化率に制限されて旋回モータに供給される流量が低減されるように電磁比例減圧弁１３に制御信号を出力する。
図中、説明されていない図面符号５は、油圧ポンプ１のセンターバイパス通路１ａに設けられ、リモコン弁７からのパイロット信号圧力Ｐ３、Ｐ４によって切り換えられたときにブームシリンダ３の起動、停止および方向切り換えを制御する制御弁である。
以下、添付図面に基づき、本発明の実施形態に係る建設機械の油圧ポンプ制御システムの使用例について詳述する。
図３に示すように、掘削機などの下部走行体に対して上部旋回体を旋回させるためにリモコン弁７を操作すると、パイロットポンプ２から吐出されてリモコン弁７を経るパイロット信号圧力Ｐ１、Ｐ２が制御弁６に供給されて内部スプールを切り換える。
これにより、油圧ポンプ１から吐出される作動油が制御弁６を経て旋回モータ４に供給されて旋回モータ４を駆動させるので、上部旋回体を左側または右側に旋回させることができる。
一方、オペレータがリモコン弁７を急激に操作すると、旋回操作信号検出手段１１によって検出される検出信号が制御部１２に送信される。
このため、制御部１２は、旋回操作信号検出手段１１から入力される検出信号に対応して油圧ポンプ１の吐出流量が制御されるように、レギュレータ９を制御するための制御信号を電磁比例減圧弁１３に出力する。
すなわち、旋回操作信号検出手段１１の検出信号が所定の変化率以上に増大されたり、旋回操作信号検出手段１１の検出信号によって予測された油圧ポンプ１の吐出流量が所定の変化率以上に増大されると、油圧ポンプ１の吐出流量が所定の変化率に制限されて旋回モータ４に供給される流量を低減するように、制御部１２が電磁比例減圧弁１３に適正な電流値を出力する。
これにより、旋回操作信号検出手段１１の検出信号に比例するように電磁比例減圧弁１３によって生成される２次圧力がシャトル弁１４に供給される。
一方、オペレータがリモコン弁７を急激に操作することにより油圧ポンプ１から吐出される作動油の量が増大するため、センターバイパス通路１ａの最下流側に設けられたオリフィス８により発生する信号圧力がシャトル弁１４に供給される。
このため、前記旋回操作信号検出手段１１の検出信号に比例するように電磁比例減圧弁１３によって生成される２次圧力とオリフィス８によって発生する信号圧力のうち相対的に高い方の圧力がレギュレータ９に供給される。
これにより、上述したリモコン弁７を急激に操作すると、この操作信号に対応して入力される信号圧力によってレギュレータ９が駆動する。すなわち、上部旋回体が旋回し始めてから加速されるまで油圧ポンプ１の斜板傾転角を制御して油圧ポンプ１から吐出される流量を制限することにより、旋回モータ４に供給される流量を低減して流量ロスを極力抑えることができる。
上述した構成を有する本発明によれば、下部走行体に対して上部旋回体を旋回させるためにリモコン弁を急激に操作しても、上部旋回体が旋回し始めてから加速されるまでの所定の時間（例えば、２〜３秒間をいう。）の間に油圧ポンプの吐出流量を制限することにより、旋回モータに供給される流量を低減して流量ロスを極力抑えることができ、且つ、燃料効率を高めることができるという効果がある。
１ 可変容量型油圧ポンプ
２ パイロットポンプ
３ ブームシリンダ
４ 旋回モータ
５、６ 制御弁
７ リモコン弁 (ＲＣＶ)
８ オリフィス
９ レギュレータ
１０ 逃がし弁
１１ 旋回操作信号検出手段
１２ 制御部(Ｖ−ＥＣＵ)
１３ 電磁比例減圧弁(ＰＰＲＶ)
１４ シャトル弁

Claims (2)

  1. エンジンに接続される可変容量型油圧ポンプおよびパイロットポンプと、
    前記油圧ポンプに接続されて駆動する旋回モータと、
    前記油圧ポンプのセンターバイパス通路に設けられ、切り換え時に前記旋回モータの起動、停止および方向切り換えを制御する制御弁と、
    前記旋回モータを駆動させるために前記制御弁にパイロット信号圧力を供給するリモコン弁と、
    前記センターバイパス通路の最下流側に設けられて負の信号圧力を発生するオリフィスと、
    前記オリフィスによって発生する信号圧力の供給を受け、前記油圧ポンプの吐出流量を制御するために前記油圧ポンプの斜板傾転角を制御するレギュレータと、
    前記リモコン弁の操作による旋回操作信号を検出して検出信号を出力する旋回操作信号検出手段と、
    前記旋回操作信号検出手段から入力される検出信号に対応して前記油圧ポンプの吐出流量を減少させるように前記レギュレータに制御信号を出力する制御部と、
    前記制御部から入力される前記旋回操作信号検出手段の検出信号に比例する２次圧力を生成する電磁比例減圧弁と、
    前記オリフィスおよび前記電磁比例減圧弁のそれぞれが入力側に接続され、前記レギュレータに出力側が接続され、前記オリフィスによって発生した信号圧力と前記電磁比例減圧弁によって生成された２次圧力のうち高い方の圧力を前記レギュレータに供給するシャトル弁と、を備えることを特徴とする建設機械の油圧ポンプ制御システム。
  2. 前記制御部は、前記旋回操作信号検出手段の検出信号が所定の変化率以上に増大したり、前記旋回操作信号検出手段の検出信号によって予測された前記油圧ポンプの吐出流量が所定の変化率以上に増大すると、前記油圧ポンプの吐出流量が所定の変化率に制限されて前記旋回モータに供給される流量が低減されるように前記電磁比例減圧弁に前記制御信号を出力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制御システム。
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