JP2015203453A - 油圧駆動装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本発明の第1実施形態に係る油圧駆動装置を搭載した油圧ショベルを示す概略図である。図2は、油圧駆動装置のシステム構成を示す油圧回路図である。本第1実施形態は、片ロッド式油圧シリンダを伸長動作する際に、開回路から閉回路に合流する流路上に設けた切換弁前後の圧力差が小さくなるように、作動油を作動油タンクへ排出するために開回路に設けた排出流路を閉じるタイミングと、合流する流路上の切換弁を開けるタイミングとを制御することで、開回路から閉回路に作動油を合流する作動油の流量の変化を抑制して、片ロッド式油圧シリンダの良好な起動特性を得るようにしている。また同時に、片ロッド式油圧シリンダを縮退動作する場合は、片ロッド式油圧シリンダのヘッド室側から流出する作動油を閉回路と開回路とに分流し、ヘッド室側から流出する作動油のうちの余剰流量分の作動油を作動油タンクに急速に流出させ、片ロッド式油圧シリンダの縮退動作を高速化している。
図2に示す、本発明の第1実施形態に係る油圧駆動装置105を搭載する作業機械として、油圧ショベル100を例として説明する。油圧ショベル100は、図1に示すように、左右方向の両側にクローラ式の走行装置8a,8bを備えた下部走行体103と、下部走行体103上に旋回可能に取り付けた本体としての上部旋回体102とを備える。上部旋回体102上には、オペレータが搭乗するキャブ101を設けている。下部走行体103と上部旋回体102とは、旋回装置7を介して旋回可能としている。
図3は、油圧駆動装置105の要部構成を示す概略図である。すなわち、図3は、上記第1実施形態に係る油圧回路の要部を図2から抽出した油圧回路図である。なお、図3では、ブームシリンダ1の回路を図2中から抽出して図示しているが、その他のアームシリンダ3、バケットシリンダ5の回路も同様の構成としている。図3において、すでに説明した構成は同一符号を付して、その説明を省略する。
制御装置57は、操作レバー56aの操作に応じて閉回路ポンプ12、開回路ポンプ13、切換弁44aおよびブリードオフ弁64の動作を制御する。制御装置57は、第1制御信号線である制御信号線405を介して切換弁44aの開閉動作を制御し、第2制御信号線である制御信号線406を介してブリードオフ弁64の開閉動作を制御する。制御装置57は、制御信号線408を介して閉回路ポンプ12のレギュレータ12aを制御し、閉回路ポンプ12の吐出流量とその方向を制御する。また、制御装置57は、制御信号線407を介して開回路ポンプ13のレギュレータ13aを制御し、開回路ポンプ13の吐出流量を制御する。
閉回路ポンプ12の2つの入出力ポートに流路200,201をそれぞれ接続し、ブームシリンダ1のヘッド室1aを、流路200を介して閉回路ポンプ12の一方の入出力ポートに接続し、ブームシリンダ1のロッド室1bを、流路201を介して閉回路ポンプ12の他方の入出力ポートに接続している。ブームシリンダ1の伸縮方向(伸長/縮退)は、閉回路ポンプ12の作動油の吐出方向に依存し、ブームシリンダ1のヘッド室1aおよびロッド室1b内の作動油圧は、ブームシリンダ1のピストン1eのヘッド室1a側の受圧面とロッド室1b側の受圧面とに作用し、ピストン1eは、これらヘッド室1aおよびロッド室1bから荷重を受ける。ピストン1eに作用する荷重差がピストン1eを駆動する駆動力となる。
開回路ポンプ13の出力ポートは、第1流路である流路202に接続し、開回路ポンプ13の入力ポートは、作動油タンク25に接続している。流路202には、切換弁44aを設け、流路202は、流路305aを介して流路200に接続している。流路202には、開回路ポンプ13の流出ポートから流出する作動油を作動油タンク25へ戻すための第2流路である排出流路404を分岐して接続し、排出流路404は作動油タンク25に接続している。排出流路404には、ブリードオフ弁64が設けられている。ブリードオフ弁64は、切換位置として開位置64aおよび閉位置64bを有する二位置切換弁である。ブリードオフ弁64は、流路202へ流れ込む作動油を必要に応じ作動油タンク25へ排出するためのものであり、その切換位置は、制御信号線406を介して制御装置57にて制御される。
次に、上記第1実施形態に係る油圧駆動装置105の作用につき、停止状態からブームシリンダ1を動作しブーム上げおよびブーム下げを行う場合について説明する。図4は、油圧駆動装置105のブーム上げ動作時の状態を示すタイムチャートで、(a)は操作レバー56aの入力信号、(b)はブリードオフ弁64の状態、(c)は切換弁44aの状態、(d)は閉回路ポンプ12の吐出流量、(e)は開回路ポンプ13の吐出流量である。
操作レバー56aが非操作の場合は、制御装置57にて制御信号線405を介して切換弁44aを閉位置44a1とし、かつ制御信号線406を介してブリードオフ弁64を開位置64とする。このとき、制御装置57は、制御信号線408を介して制御信号を出力し、閉回路ポンプ12の吐出流量が0になるようにレギュレータ12aを制御する。同時に、制御装置57は、制御信号線407を介して制御信号を出力し、開回路ポンプ13が最小吐出流量となるようにレギュレータ13aを制御する。
操作レバー56aがブームシリンダ1を伸長する操作がなされた場合は、制御信号線406を介して制御装置57から制御信号を出力し、ブリードオフ弁64を閉位置64bに制御する。このとき、制御装置57は、制御信号線407を介してレギュレータ13aに制御信号を出力し、開回路ポンプ13の斜板を最小傾転に制御し、開回路ポンプ13は、流路202へ最小吐出流量の作動油を吐出する。
図5は、油圧駆動装置105のブーム下げ動作時の状態を示すタイムチャートで、(a)は操作レバー56aの入力信号、(b)はブリードオフ弁64の状態、(c)は切換弁44aの状態、(d)は閉回路ポンプ12の吐出流量、(e)は開回路ポンプ13の吐出流量である。
図6は、油圧駆動装置105のブーム上げ動作時の流路202内の圧力の時系列応答を示すグラフで、(a)は伸長制御タイミングdT1を設けない場合、(b)は伸長制御タイミングdT1を設けて制御した場合である。
ここで、図6(a)に示すように、例えばブームシリンダ1を伸長動作する際にブリードオフ弁64を閉位置64bに制御すると同時に、切換弁44aを開位置44a2に制御した場合は、流路202内は作動油圧が0に近いのに対し、流路305a内の作動油圧が高いため、流路305aから流路202へ作動油が逆流してしまい、ブームシリンダ1が一時的に縮退動作してしまう。さらに、ブームシリンダ1が縮退動作した場合には、ブームシリンダ1に作用している自重等の負荷により流路202,305a内の作動油を圧縮する。この後、開回路ポンプ13からの作動油の吐出により流路202,305a内の作動油圧が、図6(a)中の一点鎖線の円内に示すように上昇してしまい、ブームシリンダ1のヘッド室1aへの作動油の流入流量が急激に変化する。
ブームシリンダ1を縮退動作する際には、上記特許文献1に記載の作業装置のように、閉回路と開回路との合流部にチェック弁を設けた場合は、閉回路ポンプのみでブームシリンダ1のヘッド室1aから流出する作動油を吸入してブームシリンダのシリンダを縮退するものである。これに対し、上記第1実施形態に係る油圧駆動装置105では、制御装置57にて、ブリードオフ弁64を縮退制御タイミングdT2の間、閉位置64bに維持し、開回路ポンプ13が最小吐出流量の作動油を吐出することにより流路202内の作動油圧が上昇した後、切換弁44aを開位置44a2に、およびブリードオフ弁64を開位置64aに、それぞれ制御することにより、流路305a内の作動油圧と流路202内の作動油圧との圧力差を低減した状態で、流路305a内の作動油を流路202に流すことができる。よって、ブームシリンダ1のヘッド室1aから流出する作動油のうちの余剰流量分の作動油を、流路202を介して作動油タンク25に円滑かつ短時間に流出できるため、ブームシリンダ1を高速で縮退動作できる。
図8は、本発明の第2実施形態に係る油圧駆動装置105Aの要部構成を示す概略図である。本第2実施形態が前述した第1実施形態と異なるのは、第1実施形態は、制御装置57を電気回路とした油圧駆動装置105に対し、第2実施形態は、制御装置57を油圧回路で構成した油圧駆動装置105Aとしている。なお、本第2実施形態において、第1実施形態と同一又は対応する部分には同一符号を付している。
具体的に、本第2実施形態は、流路202に第1開閉装置としてのパイロットチェック弁500を設けている。パイロットチェック弁500は、通常、流路202から流路305aへの一方向のみ作動油を流通可能とし、制御装置57から流路400を介してパイロットチェック弁500に制御圧力を与えた場合に、作動油の流通方向の制限機能を解除し、逆方向である流路305aから流路202の流通を可能とする。
次に、上記第2実施形態に係る油圧駆動装置105Aの作用につき、停止状態からブームシリンダ1を動作しブーム上げおよびブーム下げを行う場合について説明する。
操作レバー56aが非操作の場合は、制御装置57の減圧弁501a,501bが閉動作され、流路400〜402,403a,403bは作動油タンク25に接続される。
操作レバー56aがブームシリンダ1を伸長する操作がなされた場合は、制御装置57の減圧弁501bが開状態となり、流路401,402,403aが圧力供給源502にそれぞれ接続され、流路401,402,403a内の圧力が上昇して制御圧力が発生する。このとき、減圧弁501aは閉状態であり、流路400,403bが作動油タンク25に接続されるため、制御圧力は発生しない。ブリードオフ弁64は、流路401を介して制御装置57から制御圧力を受け開位置64aから閉位置64bとなる。制御装置57は、流路402を介しレギュレータ13aに制御圧力を与えて開回路ポンプ13の斜板を最小傾転に制御し、開回路ポンプ13は、流路202へ最小吐出流量の作動油を吐出する。
(ブーム上げ時)
上記第2実施形態とは異なり、例えばブームシリンダ1を伸長動作する際に、流路305aと流路202と間の作動油圧の圧力差が大きい状態で、閉回路ポンプ12が吐出する作動油と開回路ポンプ13が吐出する作動油とを、パイロットチェック弁500を介さずに合流した場合には、流路202内は作動油圧が0に近いのに対し、流路305a内の作動油圧が高いため、流路305aから流路202へ作動油が逆流してしまい、ブームシリンダ1が一時的に縮退動作してしまう。その後、開回路ポンプ13が吐出する作動油によって流路202,305aの作動油圧が上昇すると、ブームシリンダ1が急激に伸長し、滑らかな動作が得られない。
図9は、本発明の第3実施形態に係る油圧駆動装置105Bの要部構成を示す概略図である。図10は、油圧駆動装置105Bの時間差算出部503cの閉回路Aの流路200内の圧力Phに対する伸長制御タイミングdT1を示すグラフである。
制御装置57の時間差算出部503cは、ブームシリンダ1のヘッド室1aの圧力に基づいて伸長制御タイミングdT1を算出する機能を有している。流路200には、圧力検出装置としての圧力センサ506を設け、圧力センサ506と制御装置57とを圧力信号線409にて接続している。制御装置57は、圧力センサ506にてブームシリンダ1のヘッド室1a内の作動油圧(圧力Ph)を計測し、この圧力Phに基づいて時間差算出部503cにて伸長制御タイミングdT1を算出する。
操作レバー56aがブームシリンダ1を伸長する操作がなされた場合は、ブリードオフ弁64は制御信号線406を介し制御装置57から制御信号を受け閉位置64bとなる。この状態で、制御装置57にて圧力信号線409を介して圧力センサ506が流路200内の圧力Phを計測する。その後、圧力Phに基づき、制御装置57の時間差算出部503cにて伸長制御タイミングdT1を算出する。伸長制御タイミングdT1の算出は、例えば、図10に示すように、所定のマップに基づいて圧力Phに対する伸長制御タイミングdT1を決定する。なお、本第3実施形態においては、停止時およびブーム下げ時の動作は、上記第1実施形態と同様である。
なお、本発明は前述した実施形態に限定するものではなく、様々な変形態様が含まれる。例えば、前述した実施形態は、本発明を分りやすく説明するために説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定するものではない。
1a ヘッド室
1b ロッド室
1e ピストン
3 アームシリンダ(片ロッド式油圧シリンダ)
3a ヘッド室
3b ロッド室
3e ピストン
5 バケットシリンダ(片ロッド式油圧シリンダ)
5a ヘッド室
5b ロッド室
5e ピストン
12,14,16、18 閉回路ポンプ(閉回路用作動油流出入制御部)
13,15,17,19 開回路ポンプ(開回路用作動油流出入制御部)
25 作動油タンク
44a〜44d,46a〜46d,48a〜48d,50a〜50d 切換弁(第1開閉装置)
56 操作レバー装置(操作装置)
57 制御装置
64〜67 ブリードオフ弁(第2開閉装置)
105,105A,105B 油圧駆動装置
202 流路(第1流路)
305a 流路
404 排出流路(第2流路)
500 パイロットチェック弁(第1開閉装置)
506 圧力センサ(圧力検出装置)
A,B,C,D 閉回路
E,F,G,H 開回路
Claims (5)
- 両方向に作動油の流出入が可能な2つの流出入ポートを有する少なくとも1つの閉回路用作動油流出入制御部と、ピストン、前記ピストンの伸長時に前記作動油が導入されるヘッド室、および前記ピストンの縮退時に前記作動油が導入されるロッド室を有する片ロッド式油圧シリンダとを備え、前記閉回路用作動油流出入制御部の2つの流出入ポートを前記ヘッド室および前記ロッド室に環状に接続した閉回路と、
作動油タンクから作動油を流入する流入ポートおよび作動油を流出する流出ポートを有する少なくとも1つの開回路用作動油流出入制御部、前記開回路用作動油流出入制御部の流出ポートと前記片ロッド式油圧シリンダの前記ヘッド室とを接続する第1流路、前記第1流路に設けた第1開閉装置、前記第1流路に接続し、前記開回路用作動油流出入制御部の流出ポートから流出する作動油を前記作動油タンクへ戻す第2流路、および前記第2流路に設けた第2開閉装置を備えた開回路と、
前記閉回路用作動油流出入制御部と、前記開回路用作動油流出入制御部と、前記第1および第2開閉装置とを制御する制御装置と、
前記片ロッド式油圧シリンダの伸縮動作を操作し前記操作に応じた操作信号を前記制御装置に出力する操作装置と、を具備し、
前記制御装置は、前記片ロッド式油圧シリンダを伸長動作させる操作信号を前記操作装置から入力した場合に、前記第2開閉装置を閉動作させてから、前記第1開閉装置を開動作させ、前記開回路用作動油流出入制御部を制御する
ことを特徴とする油圧駆動装置。 - 請求項1記載の油圧駆動装置において、
前記制御装置は、前記片ロッド式油圧シリンダを縮退動作させる操作信号を前記操作装置から入力した場合に、前記第1開閉装置および第2開閉装置のそれぞれを開動作させてから、前記閉回路用作動油流出入制御部を制御する
ことを特徴とする油圧駆動装置。 - 請求項1記載の油圧駆動装置において、
前記第1開閉装置は、前記第1開閉装置の上流側の作動油の圧力が、前記片ロッド式油圧シリンダの前記ヘッド室へ導入される作動油の圧力よりも高い場合に開動作する
ことを特徴とする油圧駆動装置。 - 請求項2記載の油圧駆動装置において、
前記制御装置は、前記片ロッド式油圧シリンダを縮退動作させる操作信号を前記操作装置から入力した場合に、前記第2開閉装置を閉動作させ、前記第1流路の作動油の圧力が所定値以上となった後に、前記第1および第2開閉装置のそれぞれを開動作させる
ことを特徴とする油圧駆動装置。 - 請求項2記載の油圧駆動装置において、
前記第1流路の作動油の圧力を検出するための圧力検出装置を具備し、
前記制御装置は、前記圧力検出装置が検出する前記第1流路の作動油の圧力に基づいて、前記閉回路用作動油流出入制御部と、前記開回路用作動油流出入制御部と、前記第1および第2開閉装置とを制御する
ことを特徴とする油圧駆動装置。
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