JP2015105675A - 建設機械の油圧駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】メインポンプ202の吐出圧とロードセンシング駆動圧力とが導かれ、メインポンプ202の吸収トルクを模擬するようメインポンプ202の吐出圧を補正して出力するトルクフィードバック回路112vと、このトルクフィードバック回路の出力圧が導かれ、この出力圧が高くなるにしたがってメインポンプ102の容量を減少させ最大トルクが減少するようメインポンプ102の容量を制御するトルクフィードバックピストン112fとを設ける。
【選択図】図1
Description
前記圧力調整弁は、前記ロードセンシング駆動圧力が高くなるにしたがってリリーフ設定圧が低くなるよう構成された可変リリーフ弁である。
〜構成〜
図1は、本発明の第1の実施の形態に係わる油圧ショベル(建設機械)の油圧駆動装置を示す図である。
トルクフィードバック回路112vの詳細を説明する。
トルクフィードバック回路112vは、メインポンプ202の吐出圧が導かれる第1固定絞り112i、この第1固定絞り112iの下流側に位置し、下流側がタンクに接続された可変絞り弁112hを有し、第1固定絞り112iと可変絞り弁112hとの間の油路112mの圧力を出力する第1分圧回路112rと、第1分圧回路112rの出力圧(油路112mの圧力)が導かれ、この油路112mの圧力が設定圧以下であるときは、第1分圧回路112rの出力圧をそのまま出力し、第1分圧回路112rの出力圧が設定圧より高いときは、第1分圧回路112rの出力圧を設定圧に減圧して出力する可変減圧弁112gと、メインポンプ202の吐出圧が導かれる第2固定絞り112k、この第2固定絞り112kの下流側に位置し、下流側がタンクに接続された第3固定絞り112lを有し、第2固定絞り112kと第3固定絞り112lとの間の油路112nの圧力を出力する第2分圧回路112sと、可変減圧弁112gの出力圧と第2分圧回路112sの出力圧の高圧側を選択して出力するシャトル弁(高圧選択弁)112jとを備えている。シャトル弁112jの出力圧はトルクフィードバック回路112vの出力圧としてトルクフィードバックピストン112fに導かれる。
図4Aは、トルクフィードバック回路112vの第1分圧回路112rと可変減圧弁112gとからなる回路部分の出力特性を示す図であり、図4Bは、トルクフィードバック回路112vの第2分圧回路112sの出力特性を示す図であり、図4Cは、トルクフィードバック回路112v全体の出力特性を示す図である。
図4Aにおいて、P3は前述したようにメインポンプ202の吐出圧であり、Ppは可変減圧弁112gの出力圧(可変減圧弁112gの下流の油路112pの圧力)であり、Pmは第1分圧回路112rの出力圧(第1固定絞り112iと可変絞り弁112hの間の油路112mの圧力)である。
図4Bにおいて、Pnは第2分圧回路112sの出力圧(第2固定絞り112kと第3固定絞り112lの間の油路112nの圧力)である。
図4Cにおいて、P3tはトルクフィードバック回路112vの出力圧である。
る。
次に、トルクフィードバック回路112vがメインポンプ202の吐出圧をメインポンプ202の吸収トルクを模擬するよう補正して出力するものであることについて、説明する。
メインポンプ202に係わるアクチュエータ3a,3e,3hの全ての操作レバーが中立の場合、或いはそれらの操作レバーのいずれかが操作された場合でも、その操作量が極めて少なく、流量制御弁の要求流量がメインポンプ202の最小傾転角q3minで得られる最少流量よりも少ない場合には(後述の全操作レバー中立時の動作(a)及び吊り荷作業でのブーム上げ微操作(g))、メインポンプ202の傾転角q3は、図6Aに直線Lqで示すようにメインポンプ202の構造で決まる最小傾転角q3minに保持され、これに対応してメインポンプ202の吸収トルクT3は最小トルクT3minとなり、この最小トルクT3minは図6Bの直線LTのように変化する。すなわち、最小トルクT3minは吐出圧P3が上昇するにしたがって直線LTのように最も小さい傾きで増加する。
図7は、上述した油圧駆動装置が搭載される油圧ショベルの外観を示す図である。
次に、本実施の形態の動作を説明する。
全ての操作装置の操作レバーが中立なので、全ての流量制御弁6a〜6jが中立位置となる。全ての流量制御弁6a〜6jが中立位置なので、第1負荷圧検出回路131,第2負荷圧検出回路132,第3負荷圧検出回路133は、それぞれ、最高負荷圧Plmax1,Plmax2,Plmax3としてタンク圧を検出する。この最高負荷圧Plmax1,Plmax2,Plmax3は、それぞれ、アンロード弁115,215,315と差圧減圧弁111,211,311に導かれる。
最高負荷圧Plmax1,Plmax2,Plmax3がアンロード弁115,215,315に導かれることによって、第1、第2及び第3吐出ポート102a,102b,202aの圧力P1,P2,P3は、最高負荷圧Plmax1,Plmax2,Plmax3にアンロード弁115,215,315のそれぞれのバネの設定圧力Pun0を加算した圧力(アンロード弁セット圧)に保たれる。ここで、最高負荷圧Plmax1,Plmax2,Plmax3は上述したようにそれぞれタンク圧であり、タンク圧はほぼ0MPaである。このため、アンロード弁セット圧はバネの設定圧力Pun0に等しくなり、第1、第2及び第3吐出ポート102a,102b,202aの圧力P1,P2,P3はPun0(最小吐出圧P3min)に保たれる。通常、Pun0は目標LS差圧である原動機回転数検出弁13の出力圧Pgrよりも若干高く設定される(Pun0>Pgr)。
例えばブーム用の操作装置の操作レバー(ブーム操作レバー)をブームシリンダ3aが伸長する向き、つまりブーム上げ方向に入力すると、ブームシリンダ3a駆動用の流量制御弁6a,6iが図1中で上方向に切り換わる。ここで、ブームシリンダ3a駆動用の流量制御弁6a,6iの開口面積特性は、図2Bを用いて説明したように流量制御弁6aがメイン駆動用であり、流量制御弁6iがアシスト駆動用である。流量制御弁6a,6iは、操作装置のパイロットバルブによって出力された操作パイロット圧に応じてストロークする。
例えばブーム操作レバーをブームシリンダ3aが伸長する向き、つまりブーム上げ方向にフルに操作した場合、ブームシリンダ3a駆動用の流量制御弁6a,6iが図1中で上方向に切り換わり、図2Bに示したように、流量制御弁6a,6iのスプールストロークはS2以上となり、流量制御弁6aのメータイン通路の開口面積はA1に保たれ、流量制御弁6iのメータイン通路の開口面積はA2となる。
例えばアーム用の操作装置の操作レバー(アーム操作レバー)をアームシリンダ3bが伸長する向き、つまりアームクラウド方向に入力すると、アームシリンダ3b駆動用の流量制御弁6b,6jが図1中で下方向に切り換わる。ここで、アームシリンダ3b駆動用の流量制御弁6b,6jの開口面積特性は、図2Bを用いて説明したように流量制御弁6bがメイン駆動用であり、流量制御弁6jがアシスト駆動用である。流量制御弁6b,6jは、操作装置のパイロットバルブによって出力された操作パイロット圧に応じてストロークする。
例えばアーム操作レバーをアームシリンダ3bが伸長する向き、つまりアームクラウド方向にフルに操作した場合、アームシリンダ3b駆動用の流量制御弁6b,6jが図1中で下方向に切り換わり、図2Bに示したように、流量制御弁6b,6jのスプールストロークはS2以上となり、流量制御弁6bのメータイン通路の開口面積はA1に保たれ、流量制御弁6jのメータイン通路の開口面積はA2となる。
水平均し作業はブーム上げ微操作とアームクラウドのフル操作との組み合わせとなる。アクチュエータとしては、アームシリンダ3bが伸長し、ブームシリンダ3aが伸長する動作である。
吊り荷作業とは、バケットに設けたフックにワイヤを取り付けて、そのワイヤで荷を吊り上げて別の場所に移動する作業である。この吊り荷作業でブーム上げ微操作を行う場合も、上記(b)或いは(f)で説明したように、レギュレータ212のロードセンシング制御によりメインポンプ202の第3吐出ポート202aからブームシリンダ3aボトム側に圧油が供給され、ブームシリンダ3aは伸長方向に駆動される。ただし、吊り荷作業におけるブーム上げは極めて慎重を要する作業であるため、操作レバーの操作量は極めて少なく、流量制御弁の要求流量がメインポンプ202の最小傾転角q3minで得られる最少流量よりも少ない場合がある。この場合、Pls3>Pgrで、LS制御弁212bは図1の図示左側の位置にあり、LS駆動圧力Px3は、パイロットリリーフバルブ32によって生成される一定のパイロット一次圧Ppilotと等しくなるので、上記(a)の全ての操作レバーが中立にある場合と同様、トルクフィードバック回路112vは、図4Cの直線An(=Am)で示す最小傾転の設定となる。
走行しながらブレード106を操作して土砂を移動する排土作業では、走行モータ3f,3gとブレードシリンダ106とを同時に駆動する複合操作となる。この場合、ブレード操作レバーを操作すると、例えば前述したブーム上げの微操作(b)と同様、メインポンプ202の容量(流量)が流量制御弁6hの要求流量(開口面積)に応じて増加し、メインポンプ202の第3吐出ポート202aからブレード操作レバーの入力に応じた流量の圧油がブレードシリンダ3hに供給され、ブレードシリンダ3hは第3吐出ポート202aからの圧油により駆動される。
以上のように構成した本実施の形態においては、メインポンプ202(第2油圧ポンプ)がトルク制御の制限を受け、トルク制御の最大トルクT3maxで動作する運転状態にあるときは勿論のこと、メインポンプ202がトルク制御の制限を受けず、ロードセンシング制御によって容量制御を行う運転状態にある場合であっても、トルクフィードバック回路112vによりメインポンプ202の吐出圧P3がメインポンプ202の吸収トルクを模擬するよう補正され、この補正した吐出圧P3t分、トルクフィードバックピストン112f(第3トルク制御アクチュエータ)により最大トルクT12maxが減少するよう補正される。これによりメインポンプ202の吸収トルクは純油圧的な構成(トルクフィードバック回路112v)で精度良く検出され、その吸収トルクをメインポンプ102側にフィードバックすることで、全トルク制御を精度良く行い、原動機1の定格出力トルクTerateを有効利用することができる。
図9は、本発明の第2の実施の形態に係わる油圧ショベル(建設機械)の油圧駆動装置を示す図である。
図11は、本発明の第3の実施の形態に係わる油圧ショベル(建設機械)の油圧駆動装置を示す図である。
以上の実施の形態では、第1油圧ポンプが第1及び第2吐出ポート102a,102bを有するスプリットフロータイプの油圧ポンプ102である場合について説明したが、第1油圧ポンプは、単一の吐出ポートを有する可変容量型の油圧ポンプであってもよい。
102 可変容量型メインポンプ(第1油圧ポンプ)
102a,102b 第1及び第2吐出ポート
112 レギュレータ(第1ポンプ制御装置)
112a 低圧選択弁
112b LS制御弁
112c LS制御ピストン
112d,112e トルク制御ピストン(第1トルク制御アクチュエータ)
112f トルクフィードバックピストン(第3トルク制御アクチュエータ)
112g 可変減圧弁
112h 可変絞り弁
112i 第1固定絞り
112j シャトル弁(高圧選択弁)
112k 第2固定絞り
112l 第3固定絞り
112m 第1固定絞り112iと可変絞り弁112hとの間の油路
112n 第2固定絞り112kと第3固定絞り112lとの間の油路
112r 第1分圧回路
112s 第2分圧回路
112u バネ(付勢手段)
112v トルクフィードバック回路
202 可変容量型メインポンプ(第2油圧ポンプ)
202a 第3吐出ポート
212 レギュレータ(第2ポンプ制御装置)
212b LS制御弁
212c LS制御ピストン(ロードセンシング制御アクチュエータ)
212d トルク制御ピストン(第2トルク制御アクチュエータ)
112e バネ(付勢手段)
115 アンロード弁
215 アンロード弁
315 アンロード弁
111,211,311 差圧減圧弁
146,246 第2及び第3切換弁
3a〜3h 複数のアクチュエータ
4 コントロールバルブユニット
6a〜6j 流量制御弁
7a〜7j 圧力補償弁
8a〜8j 操作検出弁
9b〜9j シャトル弁
13 原動機回転数検出弁
24 ゲートロックレバー
30 パイロットポンプ
31a,31b,31c パイロット圧油供給路
32 パイロットリリーフバルブ
40 第3切換弁
53 走行複合操作検出油路
43 絞り
100 ゲートロック弁
122,123,124a,124b 操作装置
131,132,133 第1,第2,第3負荷圧検出回路
Claims (6)
- 原動機と、
前記原動機により駆動される可変容量型の第1油圧ポンプと、
前記原動機により駆動される可変容量型の第2油圧ポンプと、
前記第1及び第2油圧ポンプにより吐出された圧油により駆動される複数のアクチュエータと、
前記第1及び第2油圧ポンプから前記複数のアクチュエータに供給される圧油の流量を制御する複数の流量制御弁と、
前記複数の流量制御弁の前後差圧をそれぞれ制御する複数の圧力補償弁と、
前記第1油圧ポンプの吐出流量を制御する第1ポンプ制御装置と、
前記第2油圧ポンプの吐出流量を制御する第2ポンプ制御装置とを備え、
前記第1ポンプ制御装置は、
前記第1油圧ポンプの吐出圧と容量の少なくとも一方が増大し、前記第1油圧ポンプの吸収トルクが増大するとき、前記第1油圧ポンプの吸収トルクが第1最大トルクを超えないように前記第1油圧ポンプの容量を制御する第1トルク制御部を有し、
前記第2ポンプ制御装置は、
前記第2油圧ポンプの吐出圧と容量の少なくとも一方が増大し、前記第2油圧ポンプの吸収トルクが増大するとき、前記第2油圧ポンプの吸収トルクが第2最大トルクを超えないように前記第2油圧ポンプの容量を制御する第2トルク制御部と、
前記第2油圧ポンプの吸収トルクが前記第2最大トルクよりも小さいとき、前記第2油圧ポンプの吐出圧が前記第2油圧ポンプにより吐出された圧油により駆動されるアクチュエータの最高負荷圧より目標差圧だけ高くなるよう前記第2油圧ポンプの容量を制御するロードセンシング制御部とを有する建設機械の油圧駆動装置において、
前記第1トルク制御部は、前記第1油圧ポンプの吐出圧が導かれ、前記吐出圧の上昇時に前記第2油圧ポンプの容量を減少させ吸収トルクが減少するよう前記第1油圧ポンプの容量を制御する第1トルク制御アクチュエータと、前記第1最大トルクを設定する第1付勢手段とを有し、
前記第2トルク制御部は、前記第2油圧ポンプの吐出圧が導かれ、前記吐出圧の上昇時に前記第2油圧ポンプの容量を減少させ吸収トルクが減少するよう前記第2油圧ポンプの容量を制御する第2トルク制御アクチュエータと、前記第2最大トルクを設定する第2付勢手段とを有し、
前記ロードセンシング制御部は、
前記第2油圧ポンプの吐出圧と前記最高負荷圧との差圧が前記目標差圧よりも小さくなるにしたがって低くなるようロードセンシング駆動圧力を変化させる制御弁と、前記ロードセンシング駆動圧力が低くなるにしたがって前記第2油圧ポンプの容量を増加し吐出流量が増加するよう前記第2油圧ポンプの容量を制御するロードセンシング制御アクチュエータとを有し、
前記第1ポンプ制御装置は、更に、
前記第2油圧ポンプの吐出圧と前記ロードセンシング駆動圧力とが導かれ、前記第2油圧ポンプが前記第2トルク制御部の制御の制限を受け、前記第2最大トルクで動作するときと、前記第2油圧ポンプが前記第2トルク制御部の制御の制限を受けず、前記ロードセンシング制御部が前記第2油圧ポンプの容量を制御するときのいずれの場合にも、前記第2油圧ポンプの吸収トルクを模擬するよう前記第2油圧ポンプの吐出圧を補正して出力するトルクフィードバック回路と、
前記トルクフィードバック回路の出力圧が導かれ、前記トルクフィードバック回路の出力圧が高くなるにしたがって前記第1油圧ポンプの容量を減少させ前記第1最大トルクが減少するよう前記第1油圧ポンプの容量を制御する第3トルク制御アクチュエータとを有することを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。 - 請求項1記載の建設機械の油圧駆動装置において、
前記トルクフィードバック回路は、
前記第2油圧ポンプの吐出圧が導かれ、この第2油圧ポンプの吐出圧が設定圧以下であるときは、前記第2油圧ポンプの吐出圧をそのまま出力し、前記第2油圧ポンプの吐出圧が前記設定圧より高いときは、前記第2油圧ポンプの吐出圧を前記設定圧に減圧して出力する可変減圧弁を有し、
前記可変減圧弁は、前記ロードセンシング制御部の前記ロードセンシング駆動圧力が更に導かれ、このロードセンシング駆動圧力が高くなるにしたがって前記設定圧を低くすることを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。 - 請求項2記載の建設機械の油圧駆動装置において、
前記トルクフィードバック回路は、
前記第2油圧ポンプの吐出圧が導かれる第1固定絞りと、この第1固定絞りの下流側に位置し、下流側がタンクに接続された圧力調整弁とを有し、前記第1固定絞りと前記圧力調整弁との間の油路の圧力を出力する第1分圧回路を更に有し、
前記圧力調整弁は、前記ロードセンシング制御部の前記ロードセンシング駆動圧力が導かれ、このロードセンシング駆動圧力が高くなるにしたがって前記第1固定絞りと前記圧力調整弁との間の油路の圧力が低くなるよう構成され、
前記第1固定絞りと前記圧力調整弁との間の油路の圧力が前記第2油圧ポンプの吐出圧として前記可変減圧弁に導かれることを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。 - 請求項3記載の建設機械の油圧駆動装置において、
前記圧力調整弁は、前記ロードセンシング駆動圧力が高くなるにしたがって開口面積が大きくなるよう前記開口面積が可変となるよう構成された可変絞り弁であることを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。 - 請求項3記載の建設機械の油圧駆動装置において、
前記圧力調整弁は、前記ロードセンシング駆動圧力が高くなるにしたがってリリーフ設定圧が低くなるよう構成された可変リリーフ弁であることを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。 - 請求項2記載の建設機械の油圧駆動装置において、
前記トルクフィードバック回路は、
前記第2油圧ポンプの吐出圧が導かれる第2固定絞りと、この第2固定絞りの下流側に位置し、下流側がタンクに接続された第3固定絞りとを有し、前記第2固定絞りと前記第3固定絞りとの間の油路の圧力を出力する第2分圧回路と、
前記圧力調整弁の出力圧と前記第2分圧回路の出力圧の高圧側を選択して出力する高圧選択弁とを更に有し、
前記高圧選択弁の出力圧が前記第3トルク制御部に導かれることを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
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