JP2017020544A - 作業機械の油圧駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】作業機械に設けられる油圧駆動装置であって、負荷のエネルギーを有効に回生できるものを、提供する。【解決手段】油圧駆動装置は、油圧ポンプ１０と、油圧モータ１２と、供給油路１４と、排出油路１６と、排出油路１６に設けられ、油圧モータ１２の出口側に保持圧を生じさせるように油圧ポンプ１０から油圧モータ１２に供給される作動油の圧力に応じて開閉する安全弁１８と、回生装置２２と、前記排出油路において前記安全弁と前記タンクとの間の位置に設けられる圧力制御弁２０であって、その一次圧をタンク圧よりも高くかつ前記保持圧よりも低い範囲で定められる設定圧に保つように開閉作動するものと、安全弁１８から排出される戻り作動油を回生装置２２に導くように安全弁１８と圧力制御弁２０との間の位置で排出油路１６から分岐して回生装置２２に至る回生油路２４と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、クレーン等の作業機械に設けられる油圧駆動装置に関する。

従来、クレーン等の作業機械に設けられる油圧駆動装置として、特許文献１に記載されるものが知られている。この装置は、作動油を吐出する油圧ポンプと、クレーンのウインチに接続される油圧モータと、方向切り換え弁と、カウンタバランス弁と、アキュムレータと、を備える。

前記油圧モータは、一対のポートを有し、当該一対のポートのうちの一方のポートに前記油圧ポンプが吐出する作動油が供給されることにより回転して前記ウインチを巻上げまたは巻下げ方向に駆動するとともに、他方のポートから作動油を吐出する。巻下げ時には、前記ウインチの吊り荷に作用する重力によって当該ウインチから巻下げ方向の回転駆動力を受ける。

前記方向切り換え弁は、前記油圧ポンプと前記油圧モータとの間に設けられ、当該油圧ポンプから当該油圧モータへの作動油の供給のため油路を切り換える。具体的には、前記油圧モータを巻上げ方向に回転させるための油路と、巻下げ方向に回転させるための油路との切換を行う。

前記カウンタバランス弁は、巻下げ時に前記油圧モータの下流側となる油路に設けられ、当該巻下げ時における前記油圧ポンプの吐出圧をパイロット圧として開閉作動する。具体的には、巻下げ時において前記吐出圧が一定以下の場合に閉弁することにより前記油圧モータの上流側の圧力を一定以上に保持し、これにより、当該巻下げ時における当該油圧モータの上流側でのキャビテーションの発生を防ぐ。

前記アキュムレータは、前記カウンタバランス弁の下流側の油路から分岐する油路に接続され、巻上げ時に前記油圧ポンプから前記油圧モータに供給される作動油の一部の流入を受け入れて蓄圧を行う。

特開平１１−２６３５９４号公報

前記巻下げ時における前記油圧モータから吐出される作動油すなわち戻り作動油は、吊り荷の位置エネルギー等を含む高いエネルギーを保有するが、従来の装置では当該エネルギーを有効に回収することができない。

前記特許文献１に記載されるアキュムレータは、前記ウインチの巻上げ時に作動油の供給油路となる巻上げ用油路に接続されて当該巻上げ時に蓄圧を行うためのものに過ぎず、巻下げ駆動時の戻り作動油のエネルギーを回収することはできない。当該巻下げ時には、当該アキュムレータが接続される油路は戻り油路としてタンクに連通されるため、前記アキュムレータによる蓄圧は不可能である。

このような課題は、前記ウインチの巻下げ時に限らず、負荷に接続される油圧アクチュエータに対して当該負荷から当該油圧アクチュエータを駆動するエネルギーが付与されるような駆動時に広く生じ得るものである。

本発明は、このような事情に鑑み、作業機械に設けられる油圧駆動装置であって、前記作業機械の負荷から当該負荷を駆動するための油圧アクチュエータに付与されるエネルギーを有効に回生することが可能なものを、提供することを目的とする。

本発明により提供されるのは、作業機械に設けられる油圧駆動装置であって、作動油を吐出する油圧ポンプと、入口ポート及び出口ポートを有する油圧アクチュエータであって、前記油圧ポンプから前記入口ポートへの作動油の供給により前記作業機械の負荷を駆動するとともに当該負荷からエネルギーの付与を受けて前記出口ポートから作動油を排出するように当該負荷に接続されるものと、前記油圧ポンプが吐出する作動油を前記油圧アクチュエータの入口ポートに導く供給油路と、前記油圧アクチュエータの出口ポートから排出される作動油をタンクに導く排出油路と、前記排出油路に設けられ、前記油圧アクチュエータの入口ポートに吸入される作動油の圧力を予め設定された圧力に保つとともに当該油圧アクチュエータの駆動力に釣り合う保持圧を当該油圧アクチュエータの出口ポートに生じさせるように、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータの入口ポートに供給される作動油の圧力に応じて開閉作動する安全弁と、前記油圧アクチュエータの出口ポートから排出されて前記排出油路を流れる戻り作動油のエネルギーを回生するための回生装置と、前記排出油路において前記安全弁と前記タンクとの間の位置に設けられる圧力制御弁であって、タンク圧よりも高くかつ前記保持圧よりも低い範囲で定められる設定圧を有し、当該圧力制御弁の一次圧を前記設定圧に保つように開閉作動するものと、前記安全弁から排出される前記戻り作動油を前記回生装置に導くように前記安全弁と前記圧力制御弁との間の位置で前記排出油路から分岐して前記回生装置に至る回生油路と、を備える。

この装置によれば、安全弁のさらに下流側に設けられた圧力制御弁が当該圧力制御弁の一次圧をタンク圧よりも高い設定圧に保持するので、前記安全弁から排出される戻り作動油は、前記圧力制御弁よりも上流側の位置で前記排出油路から分岐する回生油路を通じて、当該圧力制御弁の前記設定圧を上限とする回生圧力でもって前記回生油路を通じて前記回生装置に導入されることができる。これにより、当該戻り作動油のもつエネルギーが前記回生装置によって有効に回生される。しかも、前記設定圧は前記安全弁による保持圧よりも低い範囲で設定されるので、当該設定圧が当該保持圧を上回る場合と異なり、当該保持圧よりも大きい圧力が油圧アクチュエータの出口ポートに作用して油圧ポンプの負荷を増大させることが、防がれる。

この装置は、さらに、前記回生油路に設けられ、当該回生油路を通じて前記回生装置に導入される作動油の流量である回生流量を制限するように変化可能な開口面積を有する回生弁と、この回生弁の開口面積を変化させることにより前記回生流量を制御する回生流量制御装置と、を備えることが、好ましい。当該回生弁及び当該回生流量制御装置は、前記回生装置に対して過度の流量で作動油が導入されるのを防いで当該回生装置を保護することが可能である。

例えば、前記回生装置が当該回生装置に導入される作動油の流量について許容流量を有する場合、前記回生流量制御装置は、前記回生流量が前記許容流量以下になるように前記回生弁を調節することにより、当該回生装置を有効に保護することができる。

具体的に、当該回生流量制御装置の好ましい態様としては、例えば、ｉ）前記油圧アクチュエータの出口ポートから排出される作動油の流量である排出流量を検出する排出流量検出器と、この排出流量検出器により検出される排出流量が前記許容流量以上となったときに前記回生弁を閉じさせる回生弁操作部と、を含むもの、ｉｉ）前記回生弁を通過する作動油の流量である回生弁流量を検出する回生弁流量検出器と、この回生弁流量検出器により検出される回生弁流量が前記許容流量以下になるように当該回生弁の開口面積を調節する回生弁操作部と、を含むもの、あるいは、ｉｉｉ）前記回生弁の前後差圧を検出する差圧検出器と、この差圧検出器により検出される前記前後差圧に基いて前記回生弁の開口面積の目標値を決定し、当該目標値に基いて当該回生弁の開口面積を調節する回生弁操作部と、を含むもの、が挙げられる。

また、前記回生装置が当該回生装置に導入される作動油の圧力である回生圧力について許容圧力を有する場合、前記回生流量制御装置は、前記回生圧力を検出する回生圧力検出器と、この回生圧力検出器により検出される回生圧力が前記許容圧力以上である場合に前記回生流量が前記許容流量以下になるように前記回生弁を閉じさせる回生弁操作部と、を含むことにより、当該回生装置を過剰の回生圧力から有効に保護することができる。

さらに、前記回生装置が前記許容圧力に加えて当該回生装置に導入される作動油の流量について許容流量を有する場合、前記回生弁操作部は、前記回生圧力が前記許容圧力未満である領域において前記許容流量を目標回生流量に設定して実際の回生流量を当該目標回生流量に近づけるように前記回生弁の開口面積を調節する制御を行うことにより、回生装置を過大な回生圧力と過大な回生流量の双方から保護することができる。

この場合、回生流量制御装置は、さらに、前記回生圧力が前記許容圧力未満のときに当該許容圧力に近づくに従って前記目標回生流量が前記許容流量から減少するような特性に基いて当該目標回生流量を決定し、前記回生流量が前記目標回生流量に近づくように前記回生弁を調節することにより、前記回生圧力が前記許容圧力に達したときに前記回生弁を全閉にすることによるショックを有効に緩和することができる。

また、前記回生流量制御装置は、前記回生弁を流れる作動油の流量である回生弁流量についての目標値である目標回生弁流量を決定する目標回生弁流量決定部と、前記圧力制御弁の設定圧と前記回生装置に導入される作動油の圧力である回生圧力との差に基いて目標回生弁差圧を決定する目標回生弁差圧決定部と、前記目標回生弁流量及び目標回生弁差圧に基いて前記回生弁の目標開口面積を決定し、この目標開口面積に基いて前記回生弁の開口面積を調節する回生弁操作部と、を備えるものが、好適である。この回生流量制御装置は、実際の回生弁流量を前記目標回生弁流量に近づけながら、当該回生弁の前後差圧を前記目標回生弁差圧に近づける制御を行うことにより、前記圧力制御弁の一次圧すなわち安全弁の二次圧を安定させて当該二次圧の大きな変動による安全弁の不安定挙動を防ぐことができる。

前記圧力制御弁の設定圧は、固定されたものでもよいし、可変のものでもよい。後者の場合、前記油圧アクチュエータの出口側圧力であって前記安全弁の一次圧を検出する圧力検出器と、前記圧力制御弁の設定圧が前記圧力検出器により検出される圧力以下の圧力になるように当該設定圧を調節する設定圧調節器と、をさらに備えることが、好ましい。このような設定圧の調節は、作業条件によって前記圧力検出器により検出される圧力すなわち前記安全弁による保持圧が大きく変動しても、当該保持圧を前記圧力制御弁の設定圧が上回ることを防ぎ、これにより、当該保持圧を上回る圧力が油圧アクチュエータに作用して油圧ポンプの負荷を増大させることを防ぐことができる。

以上のように、本発明によれば、作業機械に設けられる油圧駆動装置であって、前記作業機械の負荷から当該負荷を駆動するための油圧アクチュエータに付与されるエネルギーを有効に回生することが可能なものが、提供される。

本発明の第１の実施の形態に係る油圧駆動装置を示す回路図である。 本発明の第１の実施の形態において設定される、油圧モータ排出流量に対する回生弁開口面積の特性を示すグラフである。 本発明の第２の実施の形態に係る油圧駆動装置を示す回路図である。 本発明の第３の実施の形態に係る油圧駆動装置を示す回路図である。 本発明の第３の実施の形態において設定される、回生弁差圧に対する目標開口面積の特性を示すグラフである。 本発明の第４の実施の形態に係る油圧駆動装置を示す回路図である。 本発明の第４の実施の形態において設定される、回生圧力に対する目標回生流量の特性を示すグラフである。 本発明の第５の実施の形態に係るコントローラの機能構成を示すブロック図である。 本発明の第５の実施の形態において設定される、目標回生弁差圧に対する目標開口面積の特性を示すグラフである。 本発明の第６の実施の形態に係る油圧駆動装置を示す回路図である。

本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下に示す実施の形態に係る装置は、いずれも、吊り荷２の巻上げ及び巻下げを行うウインチ４を備えたクレーンに設けられる油圧駆動装置であって、少なくとも当該ウインチ４の巻下げ駆動を行うものであるが、本発明に係る油圧駆動装置が設けられる作業機械はクレーンに限られない。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る油圧駆動装置を示す。この装置は、油圧ポンプ１０と、油圧モータ１２と、供給油路１４と、排出油路１６と、安全弁１８と、圧力制御弁２０と、アキュムレータ２２と、回生油路２４と、回生弁２６と、回生流量制御装置と、を備える。

前記油圧ポンプ１０は、図略のエンジンに連結され、このエンジンにより回転駆動されることにより、タンク内の作動油を吸い込んで吐出する。

前記油圧モータ１２は、前記ウインチ４に接続され、当該ウインチ４の巻下げ方向の駆動を行う。具体的に、当該油圧モータ１２は、第１ポート１２ａ及び第２ポート１２ｂを有し、前記油圧ポンプ１０から前記第１ポート１２ａへの作動油の供給により回転作動して前記ウインチ４を巻下げ方向に駆動するとともに、当該ウインチ４を介して前記吊り荷２のもつ位置エネルギー及び運動エネルギーの付与を受け、前記第２ポート１２ｂから作動油を排出する。前記供給油路１４は、前記油圧ポンプ１０が吐出する作動油を前記油圧モータ１２の第１ポート１２ａに導き、前記排出油路１６は、前記油圧モータ１２の第２ポート１２ｂから排出される作動油をタンクに導く。

図１には、巻下げ方向の駆動のための回路、つまり負荷に作用する外力（吊り荷２に作用する重力）と同方向にウインチを動かすための回路、のみが示されている。しかし、本発明に係る油圧駆動装置は、当該外力に抗する向きに負荷を動かす機能を併せもつものであってもよい。例えば、図１に示される回路に、前記油圧ポンプ１０と前記油圧モータ１２との間に介在するコントロールバルブが付加され、このコントロールバルブが、前記油圧ポンプ１０からの作動油を前記油圧モータ１２の第２ポート１２ｂに導いて当該油圧モータ１２を巻上げ方向に回す油路と、前記油圧ポンプ１０からの作動油を前記油圧モータ１２の第１ポート１２ａに導いて当該油圧モータ１２を巻下げ方向に回す油路と、の切換を行うものであってもよい。この場合、後者の油路について本発明が有効に適用される。

前記安全弁１８は、いわゆるカウンタバランス弁であり、前記油圧モータ１２の入口ポートである第１ポート１２ａに吸入される作動油の圧力を予め設定された圧力に保つとともに当該油圧モータ１２の駆動力に釣り合う保持圧を当該油圧モータ１２の出口ポートである第２ポート１２ｂに生じさせるように、前記供給油路１４内の圧力すなわち前記油圧ポンプ１０から前記油圧モータ１２の第１ポート１２ａに供給される作動油の圧力、いわゆるポンプ圧、に応じて開閉作動する。具体的には、前記ポンプ圧が一定以上の場合にのみ開弁し、一定未満の場合は閉弁状態を保つ。

前記圧力制御弁２０は、前記排出油路１６において前記安全弁１８と前記タンクとの間の位置に設けられ、当該圧力制御弁２０の一次圧を予め与えられた設定圧Ｐｓに保つように開閉作動する。具体的に、当該圧力制御弁２０は、その一次圧すなわち前記安全弁１８の二次圧が前記設定圧Ｐｓよりも低いときは閉弁状態を保ち、当該圧力制御弁２０の一次圧が当該設定圧Ｐｓ以上になると開弁する。この設定圧Ｐｓは、タンク圧よりも高くかつ前記安全弁１８により保持される油圧モータ１２の出口側圧力である保持圧Ｐｈよりも低い圧力（例えば当該保持圧Ｐｈの９０％の圧力）に設定されている。

前記アキュムレータ２２は、前記油圧モータ１２の第２ポート１２ｂから排出されて前記排出油路１６を流れる戻り作動油の導入を受け入れて蓄圧するものであり、当該戻り作動油のエネルギーを回生するための回生装置に相当する。このアキュムレータ２２には、その構造上、許容流量Ｑａが設定されている。この許容流量Ｑａは、前記アキュムレータ２２に導入される作動油の流量である回生流量Ｑｒについて設定された流量であり、当該アキュムレータ２２を支障なく運転するために許容される回生流量Ｑｒの上限値である。

前記回生油路２４は、前記安全弁１８と前記圧力制御弁２０との間の位置で前記排出油路１６から分岐して前記アキュムレータ２２に至ることにより、前記安全弁１８から排出される前記戻り作動油を前記アキュムレータ２２に導く。

なお、本発明に係る回生装置は前記アキュムレータ２２に限定されない。当該回生装置は、例えば、戻り作動油の供給を受けて作動することにより当該戻り作動油のエネルギーを運動エネルギー（機械エネルギー）に変換する油圧アクチュエータであってもよい。これは他の実施の形態についても同様である。

前記回生弁２６は、前記回生油路２４に設けられる流量制御弁である。具体的に、当該回生弁２６は、外部からの流量指令信号の入力を受けることにより、当該開弁２６の開口面積を変化させるように開閉作動する。この開口面積の調節により、前記回生油路２４を通じて前記アキュムレータ２２に導入される作動油の流量である前記回生流量Ｑｒの制限が可能である。

前記回生流量制御装置は、前記回生弁２６の開口面積Ａｒを変化させることにより前記回生流量Ｑｒを制御するものである。この実施の形態に係る回生流量制御装置は、図１に示される排出流量検出器２８と、コントローラ３０と、を備える。

前記排出流量検出器２８は、前記油圧モータ１２の第２ポート１２ｂから排出される作動油の流量である排出流量Ｑｄを検出する。具体的に、当該排出流量検出器２８は、当該排出流量Ｑｄに対応した電気信号である排出流量検出信号を生成し、これを前記コントローラ３０に入力する。

前記コントローラ３０は、前記回生弁２６に前記流量指令信号を入力することにより当該回生弁２６の開口面積Ａｒを調節する回生弁操作部を含む。具体的に、当該コントローラ３０の回生弁操作部は、前記排出流量検出器２８により検出される排出流量Ｑｄが前記許容流量Ｑａ未満の場合は前記回生弁２６を開弁させる、つまりその開口面積を０よりも大きくする一方、前記排出流量Ｑｄが前記許容流量Ｑａ以上の場合は前記回生弁２６を閉弁する、つまりその開口面積を０にする。

前記排出流量Ｑｄが前記許容流量Ｑａ未満の領域における当該排出流量Ｑｄに対する前記回生弁開口面積Ａｒの特性は、適宜設定されることが可能である。例えば、図２に実線で示されるように、前記領域では前記回生弁開口面積Ａｒが常に最大値Ａｍａｘに保たれてもよいし、図２に破線で示されるように、前記排出流量Ｑｄが前記許容流量Ｑａに近づくに従って前記回生弁開口面積Ａｒが前記最大値Ａｍａｘから次第に減少する特性が設定されてもよい。後者の場合、前記コントローラ３０は、その設定された特性を記憶し、当該特性に基いて前記開口面積Ａｒの調節を行う。この特性は、前記回生弁２６の閉弁動作を滑らかにして当該閉弁の際のショックを有効に緩和する。

次に、この油圧駆動装置の作用を説明する。

前記油圧ポンプ１０から作動油が吐出されると、この作動油は前記油圧モータ１２にその第１ポート１２ａを通じて流入し、当該油圧モータ１２を回転させる。当該油圧モータ１２は、当該作動油の供給により前記ウインチ４を吊り荷２の巻下げ方向に駆動するとともに、当該油圧モータ１２の第２ポート１２ｂから作動油を排出し、この作動油は戻り作動油として排出油路１６を通じてタンクに流される。この排出油路１６において、安全弁１８は、前記供給油路１４内の作動油の圧力に応じて開閉作動する、具体的には当該作動油の圧力が一定以上の場合にのみ開弁する、ことにより、前記油圧モータ１２の入口側の圧力を予め設定された一定の圧力に保って当該油圧モータ１２の出口側の圧力を当該油圧モータ１２の駆動力に釣り合う保持圧Ｐｈに保ち、これにより、前記油圧モータ１２の上流側でのキャビテーションの発生を防ぎ、ひいては前記吊り荷２の自由落下を防ぐ。

このような巻下げ駆動の際、降下する前記吊り荷２の位置エネルギー及び運動エネルギーがウインチ４を介して前記油圧モータ１２に付与される。従って、当該油圧モータ１２の第２ポート１２ｂから排出される作動油すなわち戻り作動油は高いエネルギーを保有する。そして、この戻り作動油のエネルギーは、従来装置と異なり、回生装置であるアキュムレータ２２によって有効に回収されることが可能である。

具体的に、この装置では、前記安全弁１８に加えてその下流側に設けられた圧力制御弁２０が当該圧力制御弁２０の一次圧をタンク圧よりも高い設定圧Ｐｓに保持するので、前記安全弁１８から排出される戻り作動油は、前記圧力制御弁２０よりも上流側の位置で前記排出油路１６から分岐する回生油路２４を通じて、当該設定圧Ｐｓを上限とする回生圧力Ｐｒでもって前記アキュムレータ２２に導入されることが可能である。アキュムレータ２２は、その導入された戻り作動油を受け入れて蓄圧することにより、当該戻り作動油のもつエネルギーの有効な回生を可能にする。

さらに、この装置では、前記設定圧Ｐｓが前記安全弁１８による保持圧Ｐｈよりも低い範囲で設定されるので、優れた省エネ効果が発揮される。すなわち、前記圧力制御弁２０の設定圧Ｐｓが前記安全弁１８による保持圧Ｐｈよりも高いと、前記油圧モータ１２には前記保持圧Ｐｈよりも高い圧力が作用し、これにより油圧ポンプ１０の負荷を増大させてしまうのに対し、前記設定圧Ｐｓを前記の範囲に設定すること、すなわちタンク圧よりも高くて保持圧Ｐｈよりも低い値に設定すること、が、前記省エネ効果を図りながら前記アキュムレータ２２による回生を行うことを可能にする。

さらに、この装置では、前記回生油路２４に回生弁２６が設けられ、コントローラ３０は排出流量検出器２８により検出される排出流量Ｑｄがアキュムレータ２２の許容流量Ｑａ以上であるときに前記回生弁２６を強制的に閉弁させるので、アキュムレータ２２に過度の回生流量で作動油が導入されるのを防いで当該アキュムレータ２２を有効に保護することが可能である。

このようにアキュムレータ２２を過大な回生流量から保護するための構成は、前記排出流量検出器２８を具備するものに限られない。その他の例を第２の実施の形態及び第３の実施の形態として以下に説明する。

図３は、第２の実施の形態に係る油圧駆動装置を示す。この装置は、前記排出流量検出器２８に代えて、回生流量検出器４０を備える。回生流量検出器４０は、前記回生弁２６を流れる作動油の流量である回生弁流量Ｑｖを検出し、当該回生弁流量Ｑｖに相当する電気信号である回生弁流量検出信号を生成してコントローラ３０に入力する。コントローラ３０は、その検出される回生弁流量Ｑｖが前記アキュムレータ２２の許容流量Ｑａ以下になるように当該回生弁２６の開口面積Ａｒを調節する回生弁操作部を含む。具体的に、コントローラ３０の回生弁操作部は、検出される前記回生弁流量Ｑｖを前記許容流量Ｑａ以下の目標流量に近づけるようなフィードバック制御（例えばＰＩＤ制御）を行うことにより、アキュムレータ２２を過大な回生流量から有効に保護する。

図４は、第３の実施の形態に係る油圧駆動装置を示す。この装置は、図１に示される前記排出流量検出器２８に代えて、差圧検出器４２を備える。差圧検出器４２は、前記回生弁２６の前後差圧である回生弁差圧ΔＰｖすなわち当該回生弁２６の上流側圧力と下流側圧力との差を検出し、当該回生弁差圧ΔＰｖに相当する電気信号である差圧検出信号を生成してコントローラ３０に入力する。コントローラ３０は、その検出される回生弁差圧ΔＰｖに基いて前記回生弁２６の開口面積Ａｒの目標値を決定し、当該目標値に基いて当該回生弁２６の開口面積Ａｒを調節する回生弁操作部を含む。

前記コントローラ３０の回生弁操作部は、例えば、図５に示すような前記回生弁差圧ΔＰｖに対する回生弁開口面積Ａｒの特性を記憶し、この特性に基いて、前記回生弁差圧ΔＰｖに対応する目標開口面積Ａｒｔを決定する。前記特性は、次の関係式に基いて設定されることが可能である。

Ｑｒ＝Ｃｖ×Ａｒ×√ΔＰｖ …（１）
ここで、Ｃｖは流量係数である。この式によれば、実際の回生流量Ｑｒを許容流量Ｑａに近づけるための開口面積Ａｒは次式により与えられる。

Ａｒ＝（Ｑａ／Ｃｖ）／√ΔＰｖ …（２）
図５に示される特性では、目標開口面積Ａｒｔとして、回生弁開口面積Ａｒの最大値Ａｍａｘと（２）式により与えられる開口面積Ａｒのうち低位のものが採用されている。

図６は、第４の実施の形態に係る油圧駆動装置を示す。この油圧駆動装置は、図１，図３及び図４に示される各検出器に代え、回生圧力検出器４４を備える。

回生圧力検出器４４は、回生装置であるアキュムレータ２２に導入される作動油の圧力である回生圧力Ｐｒを検出し、当該回生圧力Ｐｒに対応する電気信号である回生圧力検出信号を生成してコントローラ３０に入力する。コントローラ３０は、前記回生圧力検出器４４により検出される回生圧力Ｐｒが、前記アキュムレータ２２について予め設定された許容圧力Ｐａ、つまり当該アキュムレータ２２を支障なく運転するために許容される回生圧力の上限値、以上である場合に前記回生弁２６を強制的に閉じるように、当該回生弁２６を操作する。この操作は、前記アキュムレータ２２を過剰の回生圧力から有効に保護することを可能にする。

この装置において、前記回生圧力Ｐｒが前記許容圧力Ｐａ未満である低圧領域での回生弁２６の開口面積については、適宜設定されることが可能である。

例えば、前記アキュムレータ２２について前記許容圧力Ｐａに加えて前記の許容流量Ｑａが設定されている場合、前記コントローラ３０は、図７に実線で示すように、前記低圧領域において前記許容流量Ｑａを目標回生流量Ｑｒｔに設定し、図３または図４に示される手段によって実際の回生流量Ｑｒを前記目標回生流量Ｑｒｔすなわち前記許容流量Ｑａに近づける制御を行うことにより、前記アキュムレータ２２を過大な回生圧力及び過大な回生流量の双方から有効に保護することができる。

さらに、コントローラ３０は、図７に破線で示すように、回生圧力Ｐｒが許容圧力Ｐａに近づくにつれて前記目標回生流量Ｑｒｔが前記許容流量Ｑａから減少するような特性に基いて回生流量の制御を行うことにより、前記回生圧力Ｐｒが前記許容圧力Ｐａに達したときに前記回生弁２６を全閉にすることによるショックを有効に緩和することができる。

本発明の第５の実施の形態を説明する。この第５の実施の形態に係る装置は、図１に示される安全弁１８の二次側の圧力を安定させることにより、当該安全弁１８の挙動を安定させる機能を有する。

具体的に、この第５の実施の形態に係る装置は、図１に示される構成要素と、図６に示される回生圧力検出器４４と、を併有する。さらに、この第５の実施の形態に係るコントローラ３０は、図８に示されるような目標回生弁流量決定部３２と、目標回生弁差圧決定部３４と、回生弁操作部３６と、を有する。

前記目標回生弁流量決定部３２は、前記回生弁２６を流れる作動油の流量である回生弁流量Ｑｖについての目標値である目標回生弁流量Ｑｖｔを決定する。この目標回生弁流量Ｑｖｔは、例えば、図１に示される排出流量検出器２８により検出される排出流量Ｑｄと、アキュムレータ２２の許容流量Ｑａと、の間での低位選択によって決定されることが可能である。

前記目標回生弁差圧決定部３４は、前記圧力制御弁２０の設定圧Ｐｓと回生圧力Ｐｒとの差に基いて、前記回生弁２６の前後差圧である回生弁差圧ΔＰｖの目標値である目標回生弁差圧ΔＰｖｔ（＝Ｐｓ−Ｐｒ）を決定する。

前記回生弁操作部３６は、前記目標回生弁流量Ｑｖｔ及び前記目標回生弁差圧ΔＰｖｔに基いて前記回生弁２６の目標開口面積Ａｒｔを決定し、この目標開口面積Ａｒｔに基いて前記回生弁２６の開口面積Ａｒを調節する。当該目標開口面積Ａｒｔは、図５に示される目標開口面積Ａｒｔと同様、前記（１）式に基いて設定されることが可能である。

具体的に、実際の回生弁流量Ｑｖ及び回生弁差圧ΔＰｖをそれぞれ前記目標回生弁流量Ｑｖｔ及び前記目標回生弁差圧ΔＰｖｔに近づけるための開口面積Ａｒは次の（３）式によって与えられる。

Ａｒ＝（Ｑｒｔ／Ｃｖ）／√ΔＰｖｔ …（３）
従って、目標回生弁差圧ΔＰｖｔに対する目標開口面積Ａｒｔの特性として、例えば図９に示すような特性が設定される。この特性では、図５に示される特性と同様、最終の目標開口面積Ａｒｔとして、回生弁開口面積Ａｒの最大値Ａｍａｘと（３）式により与えられる目標開口面積Ａｒｔのうち低位のものが採用されている。

この装置によれば、回生弁２６において、常に前記目標回生弁差圧ΔＰｖｔまたはこれに近い前後差圧を発生させることが可能であり、これにより、安全弁１８の二次圧を安定させることができる。このことは、当該二次圧の大きな変動による安全弁１８の不安定挙動を防ぐことを可能にする。

この第５の実施の形態に係る制御は、第１〜第４の実施の形態に係る制御と同時に実行されることも可能である。この場合、第１〜第４の実施の形態に係る制御に基いて決定される目標開口面積Ａｒｔと、例えば図９に示される特性に基いて決定される目標開口面積Ａｒｔのうちの低位のものが選択されるのが、よい。

以上説明した実施の形態に係る装置は、いずれも、回生弁２６を具備するが、当該回生弁２６は仕様によっては適宜省略が可能である。例えば、アキュムレータ２２またはこれに代わる回生装置の許容流量及び許容圧力に比べて運転時に想定される実際の回生流量及び回生圧力が十分に低い場合は、前記回生弁を省略しても前記回生装置の良好な使用が可能である。この場合、当該回生弁に代えて回生装置から排出油路への逆流を防ぐチェック弁が回生油路に設けられることが、好ましい。

図１０は、本発明の第６の実施の形態に係る装置を示す。この装置は、図１に示される装置と同様に油圧ポンプ１０、油圧モータ１２、安全弁１８、圧力制御弁２０、アキュムレータ２２及び回生油路２４を備えるのに加え、前記安全弁１８の一次圧である保持圧Ｐｈがウインチ４等の運転状態に応じて大きく変動する場合でも圧力制御弁２０の設定圧Ｐｓを前記保持圧Ｐｈよりも低い圧力に保つ機能を有する。

具体的に、この第６の実施の形態に係る装置は、前記機能を実現するための次の構成を具備する。

Ａ）圧力制御弁２０の設定圧Ｐｓが可変である。具体的に、図１０に示される圧力制御弁２０は、ソレノイド２１を含み、当該ソレノイド２１に対してこれを励磁する設定圧調節信号が入力されることにより、当該圧力制御弁２０の設定圧Ｐｓの調節が可能である。

Ｂ）当該装置は、圧力検出器４６と、コントローラ５０と、をさらに備える。前記圧力検出器４６は、前記油圧モータ１２の出口側圧力であって前記安全弁１８の一次圧である圧力、つまり前記保持圧Ｐｈに相当する圧力、を検出する。前記コントローラ５０は、前記圧力制御弁２０の設定圧Ｐｓが前記圧力検出器４６により検出される圧力以下の圧力になるように前記ソレノイド２１に設定圧調節信号を入力する設定圧調節器として機能する。

前記コントローラ５０による前記圧力制御弁２０の設定圧Ｐｓの調節は、作業条件によって前記圧力検出器４６により検出される圧力すなわち前記安全弁１８による保持圧Ｐｈに相当する圧力が大きく変動しても、当該保持圧Ｐｈを前記設定圧Ｐｓが上回ることを防ぎ、これにより、当該保持圧を上回る圧力が油圧モータ１２に作用することによる油圧ポンプ１０の負荷の増大を防ぐことを可能にする。

なお、図１０に示される圧力制御弁２０は、ソレノイド２１を具備する電磁式のものであるが、入力されるパイロット圧によって設定圧が変わるパイロット式のものでもよい。この場合、前記設定圧調節器は、前記圧力制御弁のパイロットポートとパイロット油圧源との間に介在する電磁比例減圧弁と、この電磁比例減圧弁に電気信号を入力するコントローラと、を有することにより、前記と同様の設定圧の調節を行うことが可能である。

４ ウインチ（負荷）
１０ 油圧ポンプ
１２ 油圧モータ
１２ａ 第１ポート（入口ポート）
１２ｂ 第２ポート（出口ポート）
１４ 供給油路
１６ 排出油路
１８ 安全弁
２０ 圧力制御弁
２２ アキュムレータ（回生装置）
２４ 回生油路
２６ 回生弁
２８ 排出流量検出器
３０ コントローラ
３２ 目標回生弁流量決定部
３４ 目標回生弁差圧決定部
３６ 回生弁操作部
４０ 回生流量検出器
４２ 差圧検出器
４４ 回生圧力検出器
４６ 圧力検出器
５０ コントローラ（設定圧調節器）

Claims (11)

1. 作業機械に設けられる油圧駆動装置であって、
   作動油を吐出する油圧ポンプと、
   入口ポート及び出口ポートを有する油圧アクチュエータであって、前記油圧ポンプから前記入口ポートへの作動油の供給により前記作業機械の負荷を駆動するとともに当該負荷からエネルギーの付与を受けて前記出口ポートから作動油を排出するように当該負荷に接続されるものと、
   前記油圧ポンプが吐出する作動油を前記油圧アクチュエータの入口ポートに導く供給油路と、
   前記油圧アクチュエータの出口ポートから排出される作動油をタンクに導く排出油路と、
   前記排出油路に設けられ、前記油圧アクチュエータの入口ポートに吸入される作動油の圧力を予め設定された圧力に保つとともに当該油圧アクチュエータの駆動力に釣り合う保持圧を当該油圧アクチュエータの出口ポートに生じさせるように、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータの入口ポートに供給される作動油の圧力に応じて開閉作動する安全弁と、
   前記油圧アクチュエータの出口ポートから排出されて前記排出油路を流れる戻り作動油のエネルギーを回生するための回生装置と、
   前記排出油路において前記安全弁と前記タンクとの間の位置に設けられる圧力制御弁であって、タンク圧よりも高くかつ前記保持圧よりも低い範囲で定められる設定圧を有し、当該圧力制御弁の一次圧を前記設定圧に保つように開閉作動するものと、
   前記安全弁から排出される前記戻り作動油を前記回生装置に導くように前記安全弁と前記圧力制御弁との間の位置で前記排出油路から分岐して前記回生装置に至る回生油路と、を備える、作業機械の油圧駆動装置。
2. 請求項１記載の作業機械の油圧駆動装置であって、前記回生油路に設けられ、当該回生油路を通じて前記回生装置に導入される作動油の流量である回生流量を制限するように変化可能な開口面積を有する回生弁と、この回生弁の開口面積を変化させることにより前記回生流量を制御する回生流量制御装置と、をさらに備える、作業機械の油圧駆動装置。
3. 請求項２記載の作業機械の油圧駆動装置であって、前記回生装置は当該回生装置に導入される作動油の流量について許容流量を有し、前記回生流量制御装置は、前記回生流量が前記許容流量以下になるように前記回生弁を調節する、作業機械の油圧駆動装置。
4. 請求項３記載の作業機械の油圧駆動装置であって、前記回生流量制御装置は、前記油圧アクチュエータの出口ポートから排出される作動油の流量である排出流量を検出する排出流量検出器と、この排出流量検出器により検出される排出流量が前記許容流量以上となったときに前記回生弁を閉じさせる回生弁操作部と、を含む、作業機械の油圧駆動装置。
5. 請求項３記載の作業機械の油圧駆動装置であって、前記回生流量制御装置は、前記回生弁を通過する作動油の流量である回生弁流量を検出する回生弁流量検出器と、この回生弁流量検出器により検出される回生弁流量が前記許容流量以下になるように当該回生弁の開口面積を調節する回生弁操作部と、を含む、作業機械の油圧駆動装置。
6. 請求項３記載の作業機械の油圧駆動装置であって、前記回生流量制御装置は、前記回生弁の前後差圧を検出する差圧検出器と、この差圧検出器により検出される前記前後差圧に基いて前記回生弁の開口面積の目標値を決定し、当該目標値に基いて当該回生弁の開口面積を調節する回生弁操作部と、を含む、作業機械の油圧駆動装置。
7. 請求項２記載の作業機械の油圧駆動装置であって、前記回生装置は当該回生装置に導入される作動油の圧力である回生圧力について許容圧力を有し、前記回生流量制御装置は、前記回生圧力を検出する回生圧力検出器と、この回生圧力検出器により検出される回生圧力が前記許容圧力以上である場合に前記回生流量が前記許容流量以下になるように前記回生弁を閉じさせる回生弁操作部と、を含む、作業機械の油圧駆動装置。
8. 請求項７記載の作業機械の油圧駆動装置であって、前記回生装置は当該回生装置に導入される作動油の流量について許容流量を有し、前記回生弁操作部は、前記回生圧力が前記許容圧力未満である領域において前記許容流量を目標回生流量に設定して実際の回生流量を当該目標回生流量に近づけるように前記回生弁の開口面積を調節する制御を行う、作業機械の油圧駆動装置。
9. 請求項８記載の作業機械の油圧駆動装置であって、前記回生弁操作部は、さらに、前記回生圧力が前記許容圧力未満のときに当該許容圧力に近づくに従って前記目標回生流量が前記許容流量から減少するような特性に基いて当該目標回生流量を決定し、前記回生流量が前記目標回生流量に近づくように前記回生弁を調節する、作業機械の油圧駆動装置。
10. 請求項２記載の作業機械の油圧駆動装置であって、前記回生流量制御装置は、前記回生弁を流れる作動油の流量である回生弁流量についての目標値である目標回生弁流量を決定する目標回生弁流量決定部と、前記圧力制御弁の設定圧と前記回生装置に導入される作動油の圧力である回生圧力との差に基いて目標回生弁差圧を決定する目標回生弁差圧決定部と、前記目標回生弁流量及び目標回生弁差圧に基いて前記回生弁の目標開口面積を決定し、この目標開口面積に基いて前記回生弁の開口面積を調節する回生弁操作部と、を備える、作業機械の油圧駆動装置。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の作業機械の油圧駆動装置であって、前記圧力制御弁は、変化可能な設定圧を有し、前記油圧駆動装置は、前記油圧アクチュエータの出口側圧力であって前記安全弁の一次圧を検出する圧力検出器と、前記圧力制御弁の設定圧が前記圧力検出器により検出される圧力以下の圧力になるように当該設定圧を調節する設定圧調節器と、をさらに備える、作業機械の油圧駆動装置。
    

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