JP2017026085A - Hydraulic control device of work machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は油圧ショベル等の作業機械の油圧制御装置に関する。 The present invention relates to a hydraulic control device for a work machine such as a hydraulic excavator.
油圧ショベル等の作業機械に従来から用いられているブリードオフ方式の油圧制御装置では、方向制御弁の位置によっては油圧ポンプから吐出された圧油の一部が仕事をすることなくタンクに戻され、その分のエネルギーが無駄になってしまう。このように油圧ポンプから吐出されてアクチュエータに供給されることなくタンクに戻される圧油の流量をブリードオフ流量と呼ぶ。それに対し、エネルギー効率の観点から、可変容量型の油圧ポンプの吐出圧力(以下、ポンプ吐出圧と記載)が所定圧力になるように、コントローラによって吐出流量を制御することでブリードオフ流量の削減を図った油圧制御装置が既に提唱されている(特許文献1等参照)。 In a bleed-off type hydraulic control device conventionally used in a work machine such as a hydraulic excavator, a part of the pressure oil discharged from the hydraulic pump is returned to the tank without work depending on the position of the directional control valve. , That much energy is wasted. The flow rate of the pressure oil discharged from the hydraulic pump and returned to the tank without being supplied to the actuator is called a bleed-off flow rate. On the other hand, from the viewpoint of energy efficiency, the bleed-off flow rate can be reduced by controlling the discharge flow rate with a controller so that the discharge pressure of the variable displacement hydraulic pump (hereinafter referred to as pump discharge pressure) becomes a predetermined pressure. The illustrated hydraulic control device has already been proposed (see Patent Document 1).
他方、アクチュエータにかかる負荷が増大し吐出圧力が上昇した際には、油圧ポンプを駆動する原動機のストールを防止するために、油圧ポンプの吐出流量(以下、ポンプ吐出量と記載)を減少させる必要がある。特許文献1の油圧制御装置ではコントローラによってポンプ吐出量の制限にも対応しているが、電気系統に不具合が生じれば制御不能となり得る。それに対し、油圧駆動式のレギュレータによってポンプ吐出圧の上昇時に吐出流量を減少させる機械式の油圧制御装置もある(特許文献2等参照)。
On the other hand, when the load on the actuator increases and the discharge pressure rises, it is necessary to reduce the discharge flow rate of the hydraulic pump (hereinafter referred to as the pump discharge amount) in order to prevent the motor that drives the hydraulic pump from stalling. There is. In the hydraulic control device of Patent Document 1, the controller also supports the pump discharge amount limitation. However, if a failure occurs in the electric system, the control can be disabled. On the other hand, there is also a mechanical hydraulic control device that reduces the discharge flow rate when the pump discharge pressure is increased by a hydraulic drive type regulator (see
しかし、特許文献1,2のいずれの油圧制御装置においても、ポンプ吐出圧はアクチュエータの負荷に依存して変動し、例えば油圧ショベルで掘削作業をする際に操作レバーを大きく操作しても、バケットが物理的に地山に接触するまではアクチュエータに負荷がかからない。つまり、この間は操作量の割にポンプ吐出圧が低いため、バケットが地山にスムーズに食い込まない場合がある。このような場合には、操作量と機械動作との間のギャップがオペレータによっては違和感となる場合があり、操作感覚の面で改善の余地がある。
However, in any of the hydraulic control devices of
本発明の目的は、コントローラを用いることなく、操作量に応じて油圧ポンプの目標吐出圧を決定することができることができる作業機械の油圧制御装置を提供することにある。 The objective of this invention is providing the hydraulic control apparatus of the working machine which can determine the target discharge pressure of a hydraulic pump according to the operation amount, without using a controller.
上記目的を達成するために、本発明に係る作業機械の油圧制御装置は、作動油を貯留したタンクと、原動機により駆動され、前記タンクの作動油を吸い込んで吐出する可変容量型の油圧ポンプと、前記油圧ポンプからアクチュエータに供給される圧油の流れを制御する方向制御弁と、パイロット油圧源と、前記油圧ポンプの斜板に連結されたサーボピストン、大径シリンダ室、及び前記パイロット油圧源の出力ラインに接続された小径シリンダ室を有するサーボピストン装置と、前記アクチュエータにより作動する作業部材とを備えた作業機械の油圧制御装置であって、互いに対向する向きに入力される操作装置からの指令圧及び前記油圧ポンプの吐出圧がバランスするように移動する圧力制御スプールを有し、前記圧力制御スプールの位置に応じて、前記サーボピストン装置の大径シリンダ室の接続先を前記パイロット油圧源の出力ライン又は前記タンクのいずれかに切り換える吐出圧力制御弁を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a hydraulic control device for a working machine according to the present invention includes a tank that stores hydraulic oil, a variable displacement hydraulic pump that is driven by a prime mover and sucks and discharges the hydraulic oil in the tank. A directional control valve for controlling the flow of pressure oil supplied from the hydraulic pump to the actuator, a pilot hydraulic source, a servo piston connected to a swash plate of the hydraulic pump, a large-diameter cylinder chamber, and the pilot hydraulic source A hydraulic control device for a work machine comprising a servo piston device having a small-diameter cylinder chamber connected to the output line and a work member operated by the actuator, from an operation device that is input in directions facing each other. A pressure control spool that moves so that the command pressure and the discharge pressure of the hydraulic pump are balanced, and the position of the pressure control spool; In response, characterized in that the connection destination diameter cylinder chamber of the servo piston device comprising a discharge pressure control valve which switches to one of the output line or the tank of the pilot hydraulic source.
本発明によれば、コントローラを用いることなく、操作量に応じて油圧ポンプの目標吐出圧を決定することができ、操作感覚の改善に寄与し得る。 According to the present invention, the target discharge pressure of the hydraulic pump can be determined according to the operation amount without using a controller, which can contribute to the improvement of operation feeling.
以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<第1実施形態>
1.作業機械
図1は本発明に係る油圧制御装置を適用する作業機械の一例である油圧ショベルの外観構成を表す斜視図である。以下の説明において断り書きのない場合は運転席の前方(同図中では左方向)を機体の前方とする。但し、油圧ショベルの例示は本発明に係る油圧制御装置の適用対象を限定するものではなく、クレーンやブルドーザ、ホイールローダ等の他種の作業機械に本発明に係る油圧制御装置は適用され得る。
<First Embodiment>
1. FIG. 1 is a perspective view showing an external configuration of a hydraulic excavator as an example of a working machine to which a hydraulic control device according to the present invention is applied. When there is no notice in the following description, the front of the driver's seat (the left direction in the figure) is the front of the aircraft. However, the illustration of the hydraulic excavator does not limit the application target of the hydraulic control device according to the present invention, and the hydraulic control device according to the present invention can be applied to other types of work machines such as cranes, bulldozers, wheel loaders and the like.
図示した油圧ショベルは、走行体101、この走行体101上に設けた旋回体102、及びこの旋回体102に取り付けた作業装置(フロント作業機)103を備えている。走行体101は、左右の履帯111a,111bにより走行するクローラ式である。旋回体102は運転室110を備え、運転室110内には、オペレータが着座する座席(不図示)、及びオペレータが操作する操作装置(図2の操作レバー装置19等)が配置されている。作業装置103は、旋回体102の前部に上下方向に回動可能に取り付けたブーム104、このブーム104の先端に上下方向に回動可能に取り付けたアーム105、及びこのアーム105の先端に上下方向に回動可能に取り付けたバケット106を備えている。
The illustrated hydraulic excavator includes a
油圧ショベルはまた、油圧アクチュエータとして、走行体101の履帯111a,111bをそれぞれ駆動する左右の走行モータ112a,112b、旋回輪(不図示)を駆動して走行体101に対して旋回体102を旋回させる旋回モータ113、ブーム104を駆動するブームシリンダ107、アーム105を駆動するアームシリンダ108、バケット106を駆動するバケットシリンダ109を備えている。従って、ブーム104、アーム105、バケット106の他、履帯111a,111bや旋回輪がアクチュエータにより作動する作業部材を構成する。
The hydraulic excavator is also used as a hydraulic actuator to drive left and
2.油圧制御装置
図2は本発明の第1実施形態に係る油圧制御装置の要部を示す油圧回路図である。図2に示した油圧制御装置は、タンク9、油圧ポンプ2、方向制御弁13、高圧選択弁15、馬力制御装置17、パイロット油圧源6及びレギュレータ1を備えている。
2. FIG. 2 is a hydraulic circuit diagram showing the main part of the hydraulic control apparatus according to the first embodiment of the present invention. The hydraulic control device shown in FIG. 2 includes a
[油圧ポンプ]
油圧ポンプ2は原動機12(例えばディーゼルエンジン)に連結されていて、原動機12により駆動されてタンク9に貯留された作動油を吸い込んで圧油として吐出する。この油圧ポンプ2は可変容量型であり、斜板2aの角度(傾転角)によって吐出流量が変化する。
[Hydraulic pump]
The
[方向制御弁]
方向制御弁13は、油圧ポンプ2からブームシリンダ107に供給される圧油の流れ(方向)を制御する3位置切換弁であり、油圧ポンプ2の吐出ライン2b上に設けられている。操作レバー装置19の操作方向によって方向制御弁13のポジションが変わり、油圧ポンプ2から吐出された圧油の供給先がブームシリンダ107のロッド側油室又はボトム側油室に切り換えられたり、ブームシリンダ107と吐出ライン2bとの接続が遮断されたりする。方向制御弁13は方向のみならず流量も制御するタイプのものでも良い。また、本実施形態では、アームシリンダ108等の他のアクチュエータや対応する方向制御弁を図示省略し、ブームシリンダ107に対応する方向制御弁13を例示的に図示している。
[Directional control valve]
The
[高圧選択弁]
高圧選択弁15は、操作レバー装置19の出力ライン18a,18b上に設けられた例えばシャトル弁であり、出力ライン18a,18bの高圧側を選択的に開放する。即ち、操作レバー装置19の操作方向に応じて出力ライン18a,18bのいずれかに生成される指令圧Pbを選択して出力する役割を果たす。なお、ブームシリンダ107に対応するも操作系のみ例示的に図示しているが、アームシリンダ108等の他のアクチュエータの操作系にも高圧選択弁15が同様に設けられる。
[High pressure selection valve]
The high
[レギュレータ]
図3はレギュレータ1の構造を表す模式図である。図2及び図3に示したように、レギュレータ1は、サーボピストン装置3、吐出圧力制御弁4、及び吐出流量制御弁5を備えている。本実施形態では、サーボピストン装置3、吐出圧力制御弁4及び吐出流量制御弁5が一体のレギュレータ1を構成しており、レギュレータ1が馬力制御装置17とは別体の独立した(離間した)構成となっている。サーボピストン装置3、吐出圧力制御弁4、及び吐出流量制御弁5の構成について順次説明していく。
[regulator]
FIG. 3 is a schematic diagram showing the structure of the regulator 1. As shown in FIGS. 2 and 3, the regulator 1 includes a
・サーボピストン装置
サーボピストン装置3は、サーボピストン3a、大径シリンダ室3b、及び小径シリンダ室3cを備えている。サーボピストン3aは油圧ポンプ2の斜板2aにリンクを介して連結されており、サーボピストン装置3は、サーボピストン3aの変位によって油圧ポンプ2の傾転角を変化させるようになっている。小径シリンダ室3cはパイロット油圧源6(固定容量ポンプ)の出力ライン6aに直接接続されており、小径シリンダ室3cにはパイロット油圧源6で生成されたパイロット圧Pcが常に入力されている。大径シリンダ室3bは小径シリンダ室3cよりも受圧面積が大きく、この大径シリンダ室3bには、吐出圧力制御弁4及び吐出流量制御弁5を介してパイロット油圧源6の出力ライン6aが接続される。
Servo piston device The
・吐出圧力制御弁
吐出圧力制御弁4は、圧力制御スプール4a(以下、スプール4aと記載)、スリーブ4b、受圧室4c,4d及びばね4sを備えている。スプール4aには外周部にランド4x,4yが突出して備わっている。スリーブ4bはスプール4aの外周を覆うと共に、周胴部にポート4p,4q,4r(図3参照)を備えている。また、このスリーブ4bはスプール4aとは独立して軸方向に摺動するようになっており、サーボピストン3aに対してリンクで連結され、サーボピストン3aの変位が機械的にフィードバックされるようになっている。スリーブ4bの制御ポート4qは、サーボピストン装置3の大径シリンダ室3bに接続し、ランド4x,4yの間の位置で常時開口する。高圧ポート4pは、パイロット油圧源6の出力ライン6aに接続する一方で、ランド4xにより開閉される。低圧ポート4rは、タンク9に接続するタンクライン9aに接続する一方で、ランド4yにより開閉される。一方側の受圧室4cには高圧選択弁15から出力される操作レバー装置19の指令圧Pbが、他方側の受圧室4dには油圧ポンプ2の吐出圧Pp(以下、ポンプ吐出圧Ppと記載)がそれぞれ入力される。つまり、スプール4aは、受圧室4c,4dに互いに対向する向きに入力される指令圧Pb及びポンプ吐出圧Ppにより駆動され、指令圧Pbによる付勢力と、ポンプ吐出圧Pp及びばね4sによる合計の付勢力とがバランスするように変位する。
Discharge pressure control valve The discharge
上記構成により、吐出圧力制御弁4は、スプール4aの位置に応じて、サーボピストン装置3の大径シリンダ室3bの接続先をパイロット油圧源6の出力ライン6a又はタンクライン9aのいずれかに切り換え、大径シリンダ室3bに対するパイロット油圧源6からの圧油の出入りを調整してサーボピストン3aを変位させるようになっている。このとき、スプール4aの位置に応じてサーボピストン3aが変位して油圧ポンプ2の吐出流量Qp(以下、ポンプ吐出量Qpと記載)が変化する一方で、スプール4aはポンプ吐出圧Ppと指令圧Pbとがバランスするように移動するので、吐出圧力制御弁4による油圧ポンプ2への吐出流量指令値は、ポンプ吐出圧Ppが上限値(後述)を超えない範囲ではポンプ吐出圧Ppが指令圧Pbに等しくなる指令値となる。
With the above configuration, the discharge
・吐出流量制御弁
吐出流量制御弁5は、流量制御スプール5a(以下、スプール5aと記載)、スリーブ5b、受圧室5c及びばね5sを備えている。スプール5aには外周部にランド5x,5yが突出して備わっている。スリーブ5bはスプール5aの外周を覆うと共に、周胴部にポート5p,5q,5t(図3参照)を備えている。また、このスリーブ5bはスプール5aとは独立して軸方向に摺動し、吐出圧力制御弁4のスリーブ4bを介してサーボピストン3aに対してリンクで連結されており、サーボピストン3aの変位が機械的にフィードバックされるようになっている。制御ポート5qは、吐出圧力制御弁4の低圧ポート4rに接続し、ランド5x,5yの間の位置で常時開口する。高圧ポート5pは、パイロット油圧源6の出力ライン6aに接続する一方で、ランド5xにより開閉される。低圧ポート5tは、タンクライン9aに接続する一方で、ランド5yにより開閉される。そして、受圧室5cには低圧選択弁8(後述)の出力圧Psが入力される。つまり、スプール5aは、受圧室5cに入力される出力圧Psにより駆動され、出力圧Psによる付勢力とばね5sによる付勢力とがバランスするように変位する。吐出圧力制御弁4のばね4sと異なり、ばね5sは単独で出力圧Psに釣り合うため、ばね4sに比べてばね力が大きく設定されている。
-Discharge flow rate control valve The discharge flow
上記構成により、吐出圧力制御弁4と同様、吐出流量制御弁5は、スプール5aの位置に応じてサーボピストン装置3の大径シリンダ室3bの接続先をパイロット油圧源6の出力ライン6a又はタンクライン9aのいずれかに切り換えることで、サーボピストン3aを変位させるようになっている。このとき、スプール5aの位置に応じてポンプ吐出圧Ppが変化し、ポンプ吐出圧Ppが上限値(後述)を超えない範囲では、スプール5aの位置は指令圧Pbに応じて変化する。従って、吐出流量制御弁5による油圧ポンプ2への吐出流量指令値は、ポンプ吐出圧Ppが上限値を超えない範囲では操作レバー装置19の操作量に応じた要求流量に等しくなる指令値となる。
With the above configuration, similarly to the discharge
[馬力制御装置]
図2に戻り、馬力制御装置17は、ポンプ吐出圧Ppにより作動し、ポンプ吐出圧Ppが上昇すると吐出流量制御弁5の受圧室5cの接続先を操作レバー装置19の出力ライン18a又は18b(高圧選択弁15の出力ライン)からタンク9に切り換える。馬力制御装置17は一体の弁装置として構成することもできるが、本実施形態では互いに独立した(離間した)馬力制御弁11及び低圧選択弁8からなる(その他配管等は含まれる)。低圧選択弁8及び馬力制御弁11の構成について順次説明していく。
[Horsepower control device]
Returning to FIG. 2, the
・低圧選択弁
低圧選択弁8は、吐出流量制御弁5の受圧室5cの入力ライン5uに設けられ、操作レバー装置19の指令圧Pb(高圧選択弁15の出力圧)及び馬力制御弁11の出力圧Paにより駆動される。この低圧選択弁8は、操作レバー装置19の出力ライン及び馬力制御弁11の出力ラインの低圧側を入力ライン5uに選択的に接続し、指令圧Pb及び出力圧Paのうち低い方の圧力を吐出流量制御弁5の受圧室5cに出力する。
Low pressure selection valve The low
・馬力制御弁
馬力制御弁11は、馬力制御スプール11a(以下、スプール11aと記載)、受圧室11b、及び馬力設定ばね11sを備えており、ポンプ吐出圧Ppによる押力が設定値(馬力設定ばね11sのばね力による押力=ポンプ吐出圧Ppの上限値による押力)に達すると(又は近付くと)作動し、吐出流量制御弁5を作動させて油圧ポンプ2の吐出流量を減少させる働きをする。
Horsepower control valve The
具体的には、スプール11aは、低圧選択弁8に接続するAポート(出力ポート)、タンク9のタンクライン9aに接続するTポート、パイロット油圧源6の出力ライン6aに接続するPポートを備えており、Aポートに対するTポート及びPポートの接続割合を位置によって変化させる。スプール11aの一方側には受圧室11b、他方側には馬力設定ばね11sが設けられており、吐出ライン2bから分岐した油路7を介して受圧室11bに入力されるポンプ吐出圧Ppによる付勢力と、馬力設定ばね11sによる付勢力とのバランスによりスプール11aの位置が決まる。即ち、馬力制御弁11はポンプ吐出圧Ppにより駆動され、吐出流量制御弁5の受圧室5cに対するパイロット油圧源6の出力ライン6a及びタンクライン9aの接続割合を変化させ、これによりポンプ吐出圧Ppに応じて出力圧Paを変化させる。ポンプ吐出圧Ppと出力圧Paの関係について次に説明する。
Specifically, the
図4は馬力制御弁11の説明のための模式図である。図4に示したように、馬力制御弁11のスプール11aには、Pポートに接続した固定絞り20、及びTポートに接続した可変絞り21が備わっている。可変絞り21の開口面積は、油路7から導かれるポンプ吐出圧Ppによる押力と馬力設定ばね11sによる押力のバランスにより変化する。これにより、固定絞り20と可変絞り21の開口面積の比率が変化し、面積比率に応じて出力圧Paが変化する。出力圧Paは、可変絞り21の開口面積をAt、固定絞り20の開口面積をAp、パイロット油圧源6からのパイロット圧をPc、タンク圧を0(ゼロ)とすると、出力圧Pa=Pc×Ap2/(At2+Ap2)となる。このように可変絞り21の開口面積はポンプ吐出圧Ppの上昇に伴って拡大するようになっており、スプール11aや受圧室11bの形状や大きさ、馬力設定ばね11sのばね力によって、ポンプ吐出圧Ppに対するポンプ吐出量Qp(ポンプ容量)の上限値を設定することができる。
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the
ここで、図5において、ポンプ吸収馬力が一定の制限値となる曲線(超えると原動機12がストールする曲線)を点線で表している。本実施形態では、図5に示したように、点線を超えないようなポンプ吐出圧Ppに対するポンプ吐出量Qpの上限値(PQ線)が設定される。このPQ線は、ポンプ吐出圧Ppが上昇するほどポンプ吐出量Qpの上限値が下がり、油圧ポンプ2の吸収馬力が原動機12の出力馬力を超えないように設定されている。PQ線の設定は、馬力設定ばね11sのばね力等によって設定される。
Here, in FIG. 5, a curve (a curve in which the
なお、図4においては、ポンプ吐出圧Ppの上昇に伴って、可変絞り21の開口面積が増加する構成としているが、可変絞り21と固定絞り20を入れ換え、ポンプ吐出圧Ppの上昇に伴って可変絞り21の開口面積が減少していく構成としても良い。
In FIG. 4, the opening area of the
3.動作
操作レバー装置19を操作すると、ポンプ吐出圧Pp及び上限値との関係、操作レバー装置19の指令圧Pb及びポンプ吐出圧Ppの関係により、本実施形態の油圧制御装置は次のように動作する。なお、以下の説明でスプール4a,5aの位置関係は図3中の左側のランド4x,5xの右端面の位置を基準とする。例えばランド5xの右端面がランド4xの右端面より左側にあるとき、スプール5aはスプール4aより図の左側にあることとする。
3. Operation When the
(1)吐出流量制御弁5によるQp制御
例えば操作レバー装置19の操作がされていない状態では、馬力制御弁11のスプール11aは馬力設定ばね11sによる押力で図2中の上側に押し込まれ(下側の切り換え位置にあり)、パイロット油圧源6からのパイロット圧Pcが馬力制御弁11の出力圧Paとして出力される。この場合、低圧選択弁8のスプールが同図中の上側に押し込まれ、吐出流量制御弁5の受圧室5cが高圧選択弁15を介して操作レバー装置19の出力ライン18a又は19bに接続される。
(1) Qp control by the discharge flow
ポンプ吐出圧Ppが図5で説明したPQ線に満たず、かつ操作量が比較的小さい等の理由でポンプ吐出圧Ppが指令圧Pbにも満たない条件下では、操作レバー装置19を操作すると、操作量に応じた指令圧Pbが受圧室4c,5cの双方に入力され、吐出圧力制御弁4及び吐出流量制御弁5のスプール4a,5aが同図中右側に付勢される。このとき、受圧室4dに入力されるポンプ吐出圧Ppが低いことから吐出圧力制御弁4のスプール4aが吐出流量制御弁5のスプール5aよりも右側に位置し、吐出圧力制御弁4の低圧ポート4r及び制御ポート4qが開口し高圧ポート4pが閉口した状態となる。この状態下では、大径シリンダ室3bの接続相手は吐出流量制御弁5に依存して切り換わる。吐出流量制御弁5は、スリーブ5bの位置によって、高圧ポート5pが開いていて低圧ポート5tが閉じている場合、高圧ポート5pが閉じていて低圧ポート5tが開いている場合、及び高圧ポート5pと低圧ポート5tが共に閉じている(又は構造によっては微小に開口している)場合がある。
When the
(1−1)高圧ポート5p:閉、低圧ポート5t:閉
指令圧Pbに変動がない場合等、高圧ポート5p及び低圧ポート5tがスプール5aのランド5x,5yで閉じられている(又は微小に開口している)場合、大径シリンダ室3bを満たす圧油は保持され、サーボピストン3aは移動せず、ポンプ吐出量Qpも維持される。
(1-1) High pressure port 5p: closed,
(1−2)高圧ポート5p:開、低圧ポート5t:閉
例えば操作量が小さくなると、指令圧Pbが減少して吐出流量制御弁5のスプール5aが左側に移動し、高圧ポート5pが開き低圧ポート5tが閉じる。これにより、パイロット油圧源6からの圧油が高圧ポート5pに流入し、吐出流量制御弁5の制御ポート5q、吐出圧力制御弁4の低圧ポート4r及び制御ポート4qを経由して大径シリンダ室3bに流れ込む。大径シリンダ室3bに圧油が流入するとサーボピストン3aは受圧面積差により図中左側に移動し、ポンプ吐出量Qpは減少する。また、吐出圧力制御弁4及び吐出流量制御弁5のスリーブ4b,5bはサーボピストン3aと連動して左側に移動する。スリーブ5bがスプール5aに追従して図中左側に移動することによって、吐出流量制御弁5の高圧ポート5pの開口は徐々に狭められ、スリーブ5bがスプール5aに追い付くと高圧ポート5pが閉じる。高圧ポート5pが閉じられると、大径シリンダ室3bに流入していた圧油がせき止められ、サーボピストン3aが停止してポンプ吐出量Qpが維持される。
(1-2) High-pressure port 5p: open, low-
(1−3)高圧ポート5p:閉、低圧ポート5t:開
例えば操作量が大きくなると、指令圧Pbが上昇して吐出流量制御弁5のスプール5aが右側に移動し、高圧ポート5pが閉じて低圧ポート5tが開く。これにより、吐出圧力制御弁4の制御ポート4q及び低圧ポート4r、吐出流量制御弁5の制御ポート5q及び低圧ポート5tを経由して、大径シリンダ室3bからタンク9に圧油が流出する。大径シリンダ室3bから圧油が流出すると、サーボピストン3aは図中右側に移動し、ポンプ吐出量Qpは増大する。また、吐出圧力制御弁4及び吐出流量制御弁5のスリーブ4b,5bはサーボピストン3aと連動して右側に移動する。スリーブ5bがスプール5aに追従して右側に移動することによって、吐出流量制御弁5の低圧ポート5tの開口は徐々に狭められ、スリーブ5bがスプール5aに追い付くと低圧ポート5tは閉じる。低圧ポート5tが閉じられると、大径シリンダ室3bから流出していた圧油がせき止められ、サーボピストン3aが停止してポンプ吐出量Qpが維持される。
(1-3) High pressure port 5p: closed,
(2)吐出圧力制御弁4によるQp制御
例えば操作量が比較的大きい場合でも、ポンプ吐出圧Ppが図5で説明したPQ線に満たない場合には、操作レバー装置19の操作量に応じた指令圧Pbが受圧室4c,5cの双方に入力され、吐出圧力制御弁4及び吐出流量制御弁5のスプール4a,5aが同図中右側に付勢される。このとき、指令圧Pb(低圧選択弁8の出力圧Ps)が上昇することから、吐出流量制御弁5のスプール5aが吐出圧力制御弁4のスプール4aよりも右側に押し込まれ、吐出流量制御弁5の低圧ポート5t及び制御ポート5qが開口し高圧ポート5pが閉口した状態となると、大径シリンダ室3bの接続相手は吐出圧力制御弁4に依存して切り換わる状態となる。吐出圧力制御弁4は、スリーブ4bの位置によって、高圧ポート4pが開いていて低圧ポート4rが閉じている場合、高圧ポート4pが閉じていて低圧ポート4rが開いている場合、及び高圧ポート4pと低圧ポート4rが共に閉じている(又は構造によっては微小に開口している)場合がある。
(2) Qp control by the discharge
(2−1)高圧ポート4p:閉、低圧ポート4r:閉
例えば指令圧Pbに変動がない場合等、高圧ポート4p及び低圧ポート4rがスプール4aのランド4x,4yで閉じられている(又は微小に開口している)場合、大径シリンダ室3bを満たす圧油は保持され、サーボピストン3aは移動せず、ポンプ吐出量Qpも維持される。
(2-1) High pressure port 4p: Closed,
(2−2)高圧ポート4p:開、低圧ポート4r:閉
例えば操作量が小さくなると、指令圧Pbが減少して吐出圧力制御弁4のスプール4aが左側に移動し、高圧ポート4pが開き低圧ポート4rが閉じる。これにより、パイロット油圧源6から吐出圧力制御弁4の高圧ポート4pに圧油が流入し、制御ポート4qを経由して大径シリンダ室3bに流れ込む。その結果、サーボピストン3aは図中左側に移動し、ポンプ吐出量Qpは減少する。また、サーボピストン3aと連動してスリーブ4bがスプール4aに追従し、スリーブ4bがスプール4aに追い付くと高圧ポート4pが閉じ、サーボピストン3aが停止してポンプ吐出量Qpが維持される。ポンプ吐出量Qpは吐出圧力制御弁4による吐出流量指令で決定されるため、前述したように指令圧Pbに応じた値となる。
(2-2) High pressure port 4p: open,
(2−3)高圧ポート4p:閉、低圧ポート4r:開
例えば操作量が大きくなると、指令圧Pbが上昇して吐出圧力制御弁4のスプール4aが右側に移動し、高圧ポート4pが閉じて低圧ポート4rが開く。これにより、吐出圧力制御弁4の制御ポート4q及び低圧ポート4r、吐出流量制御弁5の低圧ポート5tを経由して、大径シリンダ室3bからタンク9に圧油が流出する。その結果、サーボピストン3aは図中右側に移動し、ポンプ吐出量Qpは増大する。また、サーボピストン3aと連動してスリーブ4bがスプール4aに追従し、スリーブ4bがスプール4aに追い付くと低圧ポート4rが閉じ、サーボピストン3aが停止してポンプ吐出量Qpが維持される。この場合もポンプ吐出量Qpは吐出圧力制御弁4による吐出流量指令で決定されるため、前述したように指令圧Pbに応じた値となる。
(2-3) High pressure port 4p: closed,
(3)馬力制御装置17によるQp制御
例えば固い地山の掘削等で作業装置103(図1)に高負荷がかかる等してポンプ吐出圧Ppが図5で説明したPQ線まで上昇すると、受圧室11bに入力されるポンプ吐出圧Ppによる押力が馬力設定ばね11sによる押力を超え、馬力制御弁11が図2中の下側に押し込まれる(上側の切り換え位置に切り換わる)。すると馬力制御弁11の出力圧Paの低下に伴って低圧選択弁8のスプールが同図中の下側に押し込まれ、吐出流量制御弁5の受圧室5cがタンク9に接続して吐出流量制御弁5が図中左側に移動する。これによりパイロット油圧源6からの圧油が大径シリンダ室3bに入力され、サーボピストン3aが左側に移動してポンプ吐出量Qpが減少する。馬力制御弁11はポンプ吐出圧Ppが下がってPQ線から離れれば再び図中上側に移動するので、馬力制御弁11が作動している間(下側に移動している間)のポンプ吐出圧Ppは、仮に操作量に応じた要求流量が上限値(PQ線)を超えるものであっても、ポンプ吐出量Qpは上限値に制限される。
(3) Qp control by the
4.効果
(1)基本効果
本実施形態によれば、操作レバー装置19の指令圧Pbにポンプ吐出圧Ppがバランスするようにスプール4aが変位する吐出圧力制御弁4でサーボピストン装置3を駆動する構成としたことにより、コントローラを用いることなく操作量に応じて油圧ポンプ2の目標吐出圧を決定することができる。操作量に応じて目標吐出圧力を決定することができるので、操作性を向上させることができる。そして、従来は電気制御に頼っていた操作量に応じたポンプ吐出圧Ppの制御を機械式で実現したことで、操作量に応じて吐出流量Ppを制御する機構から電気的な故障要因を排除することができ、機械の信頼性向上にも寄与する。
4). Effects (1) Basic Effects According to the present embodiment, the
(2)コンパクト化
本実施形態では、サーボピストン装置3、吐出圧力制御弁4及び吐出流量制御弁5を備えたレギュレータ1と、これとは別に低圧選択弁8及び馬力制御弁11を用いることにより、前述の操作量に応じたポンプ吐出圧Ppの制御の他、操作量に応じたポンプ吐出量Qpの制御、及び原動機12のストールを抑止する馬力制御をも機械式で実現している。これにより、作業機械の操作性のみならず、ブリードオフ流量の削減によるエネルギー効率向上の効果や、原動機12のストール抑止による作業効率向上の効果を得ることができる。
(2) Compactness In this embodiment, by using the regulator 1 provided with the
ここで、操作量に応じてポンプ吐出量指令を出力するスプール弁装置、及び馬力制御を司るスプール弁装置を内蔵した既存のレギュレータ(特許文献2:特開2002−364549号公報等参照)に吐出圧力制御弁4に相当するスプール弁装置を追加することで、本実施形態の油圧制御装置と同等の機能を有するレギュレータを製作する場合を仮定する。この場合、製作されるレギュレータは、吐出圧力制御弁4に相当するスプール弁装置を追加して内蔵するため大型化する。しかし、近年の環境保護の要請から作業機械には排気ガス後処理装置等の付加設備の搭載が要求されるようになってきており、機器レイアウトの制約が益々大きくなってきている。そのため、レギュレータが単体で大型化するとレイアウトの自由度が低下し、機器レイアウトの難化は勿論のこと、レイアウトの難化に伴って作業機械の製造やメンテナンスも困難化する。
Here, the spool valve device that outputs a pump discharge amount command according to the operation amount, and the discharge to an existing regulator (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-364549, etc.) that incorporates a spool valve device that controls horsepower control It is assumed that a regulator having a function equivalent to that of the hydraulic control device of the present embodiment is manufactured by adding a spool valve device corresponding to the
それに対し、本実施形態のレギュレータ1は、既存のレギュレータと同程度の大きさにすることができる。馬力制御をするスプール弁装置を利用して吐出圧力制御弁4を製作することで、既存のレギュレータをベースにしてレギュレータ1を製作することもできる。そして、馬力制御を実現するための馬力制御装置17をレギュレータ1とは別体とし、レギュレータ1に対して配管を介して離間して接続する外付け構造とすることで、レギュレータ1及び馬力制御装置17の位置関係の制約がなくなり、レギュレータが単体で大型化する場合に比べ、前述した3つの制御を機械式で実現する上で、はるかに高い機器レイアウトの自由度を確保することができる。特に本実施形態では、馬力制御装置17を馬力制御弁11と低圧選択弁8等(配管等含む)で構成しているので、馬力制御装置17自体も分割構造とすることができ、レイアウトの自由度を一層向上させることができる。
On the other hand, the regulator 1 of the present embodiment can be made as large as an existing regulator. By manufacturing the discharge
従って、上記3つの制御機構を搭載しつつレイアウトの自由度を確保することができ、作業機械の製造やメンテナンスの困難化を抑制することができる。勿論、3つの制御機構に電気的故障要因がない分、高い信頼性が確保されることも大きなメリットである。 Accordingly, it is possible to secure the degree of freedom of layout while mounting the above three control mechanisms, and it is possible to suppress the difficulty in manufacturing and maintaining the work machine. Of course, it is also a great merit that high reliability is ensured because there are no electrical failure factors in the three control mechanisms.
<第2実施形態>
図6は本発明の第2実施形態に係る油圧制御装置の要部を示す油圧回路図である。図6は図2に対応する図であり、既述した要素には同図において既出図面と同符号を付して説明を省略する。
Second Embodiment
FIG. 6 is a hydraulic circuit diagram showing the main part of the hydraulic control apparatus according to the second embodiment of the present invention. FIG. 6 is a diagram corresponding to FIG. 2, and the elements described above are denoted by the same reference numerals as those in the above-described drawings, and description thereof is omitted.
本実施形態に係る油圧制御装置が第1実施形態の油圧制御装置と相違する点は、馬力制御弁11に代えて比例減圧弁16を用いた点である。即ち、本実施形態の馬力制御装置27は、低圧選択弁8の他、比例減圧弁16を備えている。比例減圧弁16は、パイロット油圧源6の出力ライン6a上に設けられていて、ばね16sの付勢方向と対向する方向からポンプ吐出圧Ppを入力する。ポンプ吐出圧Ppの上昇に比例して出力圧Paを減少させていき、ポンプ吐出圧Ppが一定値以上になると出力圧Paが一定(最小値)となる構成である。低圧選択弁8は、操作レバー装置19の指令圧Pbと比例減圧弁16の出力圧Paのうち小さい方を吐出流量制御弁5に出力する。他の構成は第1実施形態と同様である。
The hydraulic control device according to this embodiment is different from the hydraulic control device of the first embodiment in that a proportional
本実施形態では、比例減圧弁16の出力圧Paによりポンプ吐出量Qpの上限が決まるので、ポンプ吐出量Qpはポンプ吐出圧Ppに対して図7に実線で示したような折れ線型のPQ線が設定される。PQ線がこのような形状であっても、同図に点線で示した制限値を超えないようにPQ線を設定すれば、PQ線を超えない範囲でポンプ吐出量Qpが変化する限りは原動機12のストールを抑止することができる。
In this embodiment, since the upper limit of the pump discharge amount Qp is determined by the output pressure Pa of the proportional
本実施形態でも、ポンプ吐出圧Ppが低い時は比例電磁弁16の出力圧Paが高く、低圧選択弁8で操作レバー装置19の指令圧Pbが選択され、ポンプ吐出圧Ppが図7のPQ線を超えない範囲で操作量に応じた要求流量又はポンプ吐出圧Ppとなるようにポンプ吐出量Qpが制御される。また、ポンプ吐出圧Ppが上昇すると出力圧Paが下がり、低圧選択弁8から出力圧Paが出力されるようになれば吐出流量制御弁5のスプール5aが左行し、ポンプ吐出量QpがPQ線に沿って減少する。よって、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
Also in this embodiment, when the pump discharge pressure Pp is low, the output pressure Pa of the
1…レギュレータ、2…油圧ポンプ、2a…斜板、3…サーボピストン装置、3a…サーボピストン、3b…大径シリンダ室、3c…小径シリンダ室、
4…吐出圧力制御弁、4a…圧力制御スプール、5…吐出流量制御弁、5a…流量制御スプール、5c…受圧室、6…パイロット油圧源、6a…パイロット油圧源の出力ライン、8…低圧選択弁、9…タンク、11…馬力制御弁、11a…馬力制御スプール、12…原動機、13…方向制御弁、16…比例減圧弁、17…馬力制御装置、18a,18b…操作装置の出力ライン、19…操作レバー装置(操作装置)、104…ブーム(作業部材)、105…アーム(作業部材)、106…バケット(作業部材)、107…ブームシリンダ(アクチュエータ)、108…アームシリンダ(アクチュエータ)、109…バケットシリンダ(アクチュエータ)、111a,111b…履帯(作業部材)、112a,112b…走行モータ(アクチュエータ)、113…旋回モータ(アクチュエータ)、A…Aポート(出力ポート)、Pa…馬力制御弁の出力圧、Pb…指令圧、Pp…ポンプ吐出圧(油圧ポンプの吐出圧)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Regulator, 2 ... Hydraulic pump, 2a ... Swash plate, 3 ... Servo piston apparatus, 3a ... Servo piston, 3b ... Large diameter cylinder chamber, 3c ... Small diameter cylinder chamber,
DESCRIPTION OF
Claims (5)
原動機により駆動され、前記タンクの作動油を吸い込んで吐出する可変容量型の油圧ポンプと、
前記油圧ポンプからアクチュエータに供給される圧油の流れを制御する方向制御弁と、
パイロット油圧源と、
前記油圧ポンプの斜板に連結されたサーボピストン、大径シリンダ室、及び前記パイロット油圧源の出力ラインに接続された小径シリンダ室を有するサーボピストン装置と、
前記アクチュエータにより作動する作業部材とを備えた作業機械の油圧制御装置であって、
互いに対向する向きに入力される操作装置からの指令圧及び前記油圧ポンプの吐出圧がバランスするように移動する圧力制御スプールを有し、前記圧力制御スプールの位置に応じて、前記サーボピストン装置の大径シリンダ室の接続先を前記パイロット油圧源の出力ライン又は前記タンクのいずれかに切り換える吐出圧力制御弁を備えたことを特徴とする作業機械の油圧制御装置。 A tank storing hydraulic fluid;
A variable displacement hydraulic pump that is driven by a prime mover and sucks and discharges the hydraulic fluid of the tank;
A directional control valve for controlling the flow of pressure oil supplied to the actuator from the hydraulic pump;
A pilot hydraulic source,
A servo piston device having a servo piston coupled to a swash plate of the hydraulic pump, a large diameter cylinder chamber, and a small diameter cylinder chamber connected to an output line of the pilot hydraulic power source;
A hydraulic control device for a work machine including a work member operated by the actuator,
A pressure control spool that moves so as to balance the command pressure from the operating device and the discharge pressure of the hydraulic pump that are input in directions facing each other, and according to the position of the pressure control spool, A hydraulic control device for a work machine, comprising a discharge pressure control valve that switches a connection destination of a large-diameter cylinder chamber to either an output line of the pilot hydraulic power source or the tank.
前記操作装置からの指令圧に応じて移動する流量制御スプールを有し、前記流量制御スプールの位置に応じて、前記サーボピストン装置の大径シリンダ室の接続先を前記パイロット油圧源の出力ライン又は前記タンクに接続するタンクラインのいずれかに切り換える吐出流量制御弁と、
前記油圧ポンプの吐出圧により作動し、前記吐出圧が上昇すると前記吐出流量制御弁の受圧室の接続先を前記操作装置の出力ラインから前記タンクに切り換える馬力制御装置と
を備えたことを特徴とする作業機械の油圧制御装置。 The hydraulic control device for a work machine according to claim 1,
A flow control spool that moves in response to a command pressure from the operating device, and the connection destination of the large-diameter cylinder chamber of the servo piston device is connected to the output line of the pilot hydraulic power source or the position according to the position of the flow control spool; A discharge flow rate control valve for switching to one of the tank lines connected to the tank;
And a horsepower control device that operates by the discharge pressure of the hydraulic pump and switches the connection destination of the pressure receiving chamber of the discharge flow rate control valve from the output line of the operation device to the tank when the discharge pressure rises. Hydraulic control device for working machines.
前記サーボピストン装置、前記吐出圧力制御弁及び前記吐出流量制御弁が一体のレギュレータを構成し、
前記馬力制御装置が前記レギュレータから離間して設けられている
ことを特徴とする作業機械の油圧制御装置。 The hydraulic control device for a work machine according to claim 2,
The servo piston device, the discharge pressure control valve and the discharge flow rate control valve constitute an integrated regulator,
The hydraulic control device for a work machine, wherein the horsepower control device is provided apart from the regulator.
前記馬力制御装置は、
前記油圧ポンプの吐出圧に応じて移動する馬力制御スプールを有し、前記馬力制御スプールの位置応じて、出力ポートに対する前記パイロット油圧源の出力ライン及び前記タンクの接続割合を変化させる馬力制御弁と、
前記操作装置からの指令圧及び前記馬力制御弁の出力圧の低圧側を選択し、前記吐出流量制御弁の受圧室に出力する低圧選択弁と
を備えていることを特徴とする作業機械の油圧制御装置。 The hydraulic control device for a work machine according to claim 3,
The horsepower control device is:
A horsepower control valve that has a horsepower control spool that moves according to the discharge pressure of the hydraulic pump, and that changes a connection ratio of the output line of the pilot hydraulic power source and the tank to an output port according to the position of the horsepower control spool; ,
A hydraulic pressure for a work machine, comprising: a low pressure selection valve that selects a low pressure side of a command pressure from the operating device and an output pressure of the horsepower control valve and outputs the low pressure side valve to a pressure receiving chamber of the discharge flow rate control valve. Control device.
前記馬力制御装置は、
前記油圧ポンプの吐出圧の上昇に伴って出力圧を減少させる比例減圧弁と、
前記操作装置からの指令圧及び前記比例減圧弁の出力圧の低圧側を選択し、前記吐出流量制御弁の受圧室に出力する低圧選択弁と
を備えていることを特徴とする作業機械の油圧制御装置。 The hydraulic control device for a work machine according to claim 3,
The horsepower control device is:
A proportional pressure reducing valve that decreases the output pressure as the discharge pressure of the hydraulic pump increases;
A hydraulic pressure for a work machine, comprising: a low pressure selection valve that selects a low pressure side of a command pressure from the operating device and an output pressure of the proportional pressure reducing valve and outputs the pressure to a pressure receiving chamber of the discharge flow rate control valve. Control device.
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CN110410377A (en) * | 2019-09-03 | 2019-11-05 | 力源液压(苏州)有限公司 | A kind of device realizing outside control and high pressure and automatically controlling |
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