JP2677803B2 - 油圧駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は油圧シヨベル等の油圧機械に備えられる油圧
駆動装置に関する。 〈従来の技術〉 第９図は、この種の従来の油圧駆動装置の一例を示す
回路図である。 この油圧駆動装置は、原動機すなわちエンジン１と、
このエンジンによつて駆動する可変容量油圧ポンプ２
と、この油圧ポンプ２の押しのけ容積、すなわち傾転角
を制御するレギユレータ40と、油圧ポンプ２から吐出さ
れる圧油によつて駆動する複数のアクチユエータ7a、7b
と、油圧ポンプ２からアクチユエータ7aに供給される圧
油の流れを制御する圧力補償付流量制御弁すなわち圧力
補償弁31aおよび流量制御弁30aとの組合せからなる圧力
補償付流量制御弁、油圧ポンプ２からアクチユエータ7b
に供給される圧油の流れを制御する圧力補償付流量制御
弁、すなわち圧力補償弁31bおよび流量制御弁30bとの組
合せからなる圧力補償付流量制御弁と、流量制御弁30
a、30bのそれぞれに連絡される管路43中に介設されたシ
ヤトル弁44と、このシヤトル弁44とレギユレータ40とを
連絡する管路42、および油圧ポンプ２の吐出管路とレギ
ユレータ40とを連絡する管路41とを備えている。 この油圧駆動装置は、エンジン１の駆動により油圧ポ
ンプ２が駆動し、図示しない操作装置の指令による流量
制御弁30a、30bの切換えにより油圧ポンプ２から吐出さ
れる圧油がアクチユエータ7a、7bに供給され、これによ
つてアクチユエータ7a、7bに係る駆動体が作動して例え
ば油圧シヨベルであれば走行、旋回、掘削等の動作、作
業がおこなわれる。そして、レギユレータ40は管路41の
圧力を検出して油圧ポンプ２の傾転角を変え、第10図の
PQカーブ24で示すように、エンジン１の馬力曲線23を越
えないように制御するとともに、管路41の圧力と管路42
の圧力との圧力差が所定のΔＰとなるように油圧ポンプ
２の傾転角を変える、いわゆるロードセンシングシステ
ムを構成している。なお、第10図で25はリリーフカツト
オフ時の特性線を示している。 〈発明が解決しようとする問題点〉 ところで、上述した従来の油圧駆動装置にあつては以
下に述べるような不具合がある。すなわち、 流量制御弁30a、30bを切換えてアクチユエータ7a、7b
を動かそうとした時、これらの流量制御弁30a、30bの要
求流量の合計値が油圧ポンプ２の最大流量Qmaxを超えた
場合に、負荷の小さいアクチユエータ例えばアクチユエ
ータ7aに圧油が流れる。このため所望の複合操作を実現
できないことがある。例えば油圧シヨベルのブーム、ア
ーム、バケツトを駆動するアクチユエータであるブーム
シリンダ、アームシリンダ、バケツトシリンダを動かし
た場合には、ブームシリンダに圧油が供給されずブーム
が動かないことがある。特に、エンジン出力がさほど大
きくない場合には、第10図に示したように、ポンプ２の
圧力Ｐが高いときには流量Ｑを減らし、エンジン１に対
する負荷が馬力曲線23を超えないようにしている。した
がつて、流量Ｑが少なくなることから複合操作の困難さ
がより顕著になる。 このようなことから、従来にあつては複合操作の点で
問題があり、作業能率の向上を見込めなかつた。 第９図の管路42とポンプ２の吐出圧の差圧を常に一定
の圧力ΔＰに制御するようになつており、作動時このΔ
Ｐの圧力損失が必ず生じるので圧損が大きい。そして、
仮にΔＰを小さくしようとすると、ポンプ２の吐出口か
ら流量制御弁30a、30bまでの管路抵抗が大きい場合に
は、これらの流量制御弁30a、30bを全開した場合にも、
損失がΔＰ以上になつてしまい、ポンプ２は流量を減ら
し圧力損失がΔＰになるように制御される。したがつ
て、アクチユエータ7a、7bの駆動速度が低下しやすい。
この傾向は、流量制御弁30a、30bの構造を多重にした場
合、事更顕著である。多連にした場合には、ポンプ２の
吐出口から流量制御弁30a、30bの入口までの損失が各々
の流量制御弁30a、30bごとに異なるため、最下流の圧力
損失の大きい流量制御弁に合わせてΔＰを設定しなけれ
ばアクチユエータ7a、7bの速度が出なくなるのでΔＰを
比較的大きく設定する。したがつて、上流の流量制御弁
を操作する場合には損失が大きくなる。 また、ΔＰの設定には圧力損失の様々な誤差を考慮し
て決める必要がある。例えば圧力補償弁31a、31bの切換
圧力の設定の誤差、通路の加工の誤差、レギユレータ40
の駆動圧力の設定の誤差等である。したがつて、アクチ
ユエータ7a、7bの所定の速度を確保するには、これらの
誤差をすべて考慮してΔＰを決めるので、結果的にはΔ
Ｐは相当高く設定せざるを得ない。 このようなことから従来にあつては、ΔＰに対応する
発熱を生じ、機器の耐久性が劣化しやすく、またエネル
ギロスが多く、燃費の向上を見込めず、経済性の点で問
題がある。 ポンプ２のレギユレータ40の駆動制御を圧力のフイー
ドバツクによりおこなつているので、傾転角の設定が不
安定になりやすい。このため、傾転角を変える動作の速
度を遅くして系全体の安定化を図るようにしているが、
これにより操作装置の操作によつてアクチユエータ7a、
7bを駆動する場合の追従性が劣化し、操作性の向上を見
込み難く、またオペレータの疲労感を増している。 この従来の油圧駆動装置は、アクチユエータ7a、7bの
駆動を指令する操作装置の中立時、ポンプ２の傾転角が
０になるので、図示しないが装置全体をクーリングする
装置が必要であり、このために製作費の高騰化を招いて
いる。 本発明は、上述した従来技術における実情に鑑みてな
されたもので、その目的は、複合操作性の向上と圧損の
低減と操作装置の操作に対するアクチユエータ駆動の追
従性の向上を図ることができ、しかもクーリング装置を
要しない油圧駆動装置を提供することにある。 〈問題点を解決するための手段〉 この目的を達成するために、本発明は、原動機と、こ
の原動機によつて駆動する可変容量油圧ポンプと、この
可変容量油圧ポンプの押しのけ容積を制御するレギユレ
ータと、可変容量油圧ポンプから複数のアクチユエータ
に供給される圧油の流れを制御する複数の圧力補償付流
量制御弁とを備えた油圧駆動装置において、アンロード
弁と、圧力補償付流量制御弁の切換制御およびレギユレ
ータの駆動制御をおこなう制御装置とを備えるととも
に、この制御装置が、圧力補償付流量制御弁の合計要求
流量−（可変容量油圧ポンプの最大流量−複数のアクチ
ユエータの作動に関連するアンロード弁の流量）の値を
ほぼ０に制御する手段を含む構成にしてある。 〈作用〉 本発明は、上記のように構成してあることから、アク
チユエータのそれぞれにかかる負荷の大小にかかわら
ず、圧力補償付流量制御弁の要求流量にほぼ等しいポン
プ流量を供給でき、それ故、所望の複合操作を実施でき
る。 また、レギユレータの制御に際し、従来のような一定
の圧力ΔＰを考慮する必要が無いので、圧損を極力低減
させることができ、また、このΔＰのフイードバツクに
よらず、いわゆるフイードフオワードによるレギユレー
タの制御が可能となることから、操作装置の操作に対応
するアクチユエータ駆動の追従性の向上を図ることがで
きる。 また、中立時にあつてもポンプの傾転角が０でない最
小傾転角Qminとなるようにレギユレータを制御すること
ができるので、圧油の流れを保持でき、装置全体をクー
リングする装置を要しない。 〈実施例〉 以下、本発明の油圧駆動装置を図に基づいて説明す
る。 第１図〜第８図は本発明の一実施例を示す説明図で、
第１図は全体構成の概略を示す回路図、第２図（ａ）は
この実施例に備えられる圧力補償付流量制御弁を示す
図、第２図（ｂ）はこの実施例に備えられるアンロード
弁を示す図、第３図（ａ）、（ｂ）、第４図（ａ）、
（ｂ）、第５図（ａ）、（ｂ）、および第６図はこの実
施例に備えられる制御装置に含まれる設定手段の内容を
それぞれ示す図、第７図はこの実施例に備えられる制御
装置における処理手順を示すフローチヤート、第８図は
この実施例で得られるレバーストロークとアクチユエー
タに流れる流量との関係を示す特性図である。 第１図に示すように、この実施例にあつても、前述し
た第９図に示す回路と同様に、原動機すなわちエンジン
１と、このエンジン１によつて駆動する可変容量油圧ポ
ンプ２と、この油圧ポンプ２の押しのけ容積すなわち傾
転角を制御するレギユレータ３と、油圧ポンプ２から吐
出される圧油によつて駆動する複数のアクチユエータ7
a、7bと、油圧ポンプ２からアクチユエータ7a、7bに供
給される圧油の流れをそれぞれ制御する圧力補償付流量
制御弁、すなわち第２図（ａ）に例示する圧力補償弁31
と流量制御弁30との組合せからなる圧力補償付流量制御
弁6a、6bとを備えている。 また、この実施例では、アクチユエータ7a、7bの駆動
をそれぞれ指令する操作装置、すなわち操作レバー11
a、11bと、ポンプ２から吐出された圧油のうち所定量を
タンクに逃がすアンロード弁、すなわち第２図（ｂ）に
例示するアンロード弁８と、ポンプ２の傾転角を検出す
る傾転角センサ４と、エンジン１の回転数を検出する回
転数センサ５と、ポンプ２から吐出される圧油の圧力を
検出する圧力センサ９とを備えるとともに、前述した圧
力補償付流量制御弁6a、6bの駆動部、レギユレータ３、
操作レバー11a、11b、アンロード弁８の駆動部、傾転角
センサ４、回転数センサ５、圧力センサ９がそれぞれ接
続され、レギユレータ３の駆動制御、圧力補償付流量制
御弁6a、6bの駆動制御、アンロード弁８の駆動制御をお
こなう制御装置10が備えられている。この制御装置10
は、記憶、演算、論理判断機能を有し、各種の設定手
段、演算手段、判別手段、出力手段を含んでいる。 上記した設定手段としては、ポンプ最小流量Qminを設
定する手段、０にほぼ等しい一定流量Δｑを設定する手
段、ポンプ２から吐出される圧油の圧力Ｐとポンプ２の
最大傾転角θ（Ｐ）との関係をあらかじめ設定する設定
手段の他、第３図（ａ）、（ｂ）に示すように、操作レ
バー11a、11bのレバーストロークxa、xbと制御弁6a、6b
の要求流量qa、qbとの関係をあらかじめ設定する設定手
段と、第４図（ａ）、（ｂ）に示すように、操作レバー
11a、11bのレバーストロークxa、xbと制御弁6a、6bに係
るそれぞれのアンロード流量q_Aa、q_Abを設定する設定手
段と、第５図（ａ）、（ｂ）に示すように、制御弁6a、
6bの目標ストロークsa、sbと目標流量qao、qboの関係を
設定する設定手段と、第６図に示すように、目標ストロ
ークS_Aとアンロード流量q_Aとの関係を設定する設定手段
とを含んでいる。 また、上記した演算手段としては、各制御弁6a、6bの
要求流量qa、qbから制御弁6a、6bの合計要求流量、すな
わちバルブ合計要求流量qvを求める演算をおこなう第１
の演算手段と、圧力センサ９によつて検出されるポンプ
圧力に対応する最大傾転角θ（Ｐ）を求め、この最大傾
転角θ（Ｐ）とエンジン回転数Ｎとからポンプ最大流量
Qmaxを求める演算をおこなう第２の演算手段と、制御弁
6a、6bに係るそれぞれのアンロード流量q_Aa、q_Abからア
ンロード弁８の流量すなわち合計アンロード流量q_Aを求
める演算をおこなう第３の演算手段と、バルブ合計要求
流量qv−（ポンプ最大流量Qmax−合計アンロード流量
q_A）を演算する第４の演算手段と、目標バルブ合計流量
qvo＝ポンプ最大流量Qmax−合計アンロード流量q_A＋Δ
ｑを求める演算をおこなう第５の演算手段と、バルブ合
計要求流量qv−ポンプ最小流量Qminを演算する第６の演
算手段と、目標ポンプ流量Ｑ＝バルブ合計要求流量qv＋
合計アンロード流量q_A−Δｑを演算する第７の演算手段
と、目標ポンプ流量Ｑとエンジン回転数Ｎとから目標ポ
ンプ傾転角θを求める第８の演算手段を含んでいる。 また、上記した判別手段は、バルブ合計要求流量qv−
（ポンプ最大流量Qmax−合計アンロード流量q_A）の値が
上述のΔｑ以上かどうか判別する第２の判別手段と、バ
ルブ合計要求流量qv−ポンプ最小流量QminがΔｑ以上か
どうか判別する第２の判別手段とを含んでいる。 また、上記した出力手段は、流量制御弁6a、6bを駆動
する目標ストロークsa、sbに相応する信号を出力する第
１の出力部と、アンロード弁８を駆動する目標ストロー
クS_Aに相応する信号を出力する第２の出力部と、レギユ
レータ３に目標ポンプ傾転角θを出力する第３の出力部
とを含んでいる。 上記した各設定手段、第１〜第８図の演算手段、第
１、第２の判別手段、および出力手段によつて、バルブ
合計要求流量qv−（可変容量油圧ポンプ２の最大流量Qm
ax−合計アンロード流量q_A）の値をほぼ０に制御する手
段が構成されている。 このように構成してある実施例にあつては、エンジン
１の駆動により油圧ポンプ２が駆動し、操作レバー11
a、11bの操作により圧力補償付流量制御弁6a、6bが切換
えられ、ポンプ２からの圧油がアクチユエータ7a、7bに
供給され、これらのアクチユエータ7a、7bが作動し、こ
れらのアクチユエータ7a、7bに係る駆動体が駆動して、
各種の動作、作業、例えばこの実施例が油圧シヨベルに
備えられる場合には、走行、旋回等の動作、掘削作業等
がおこなわれる。 そして、この間、制御装置10にあつては、第７図に例
示する処理がおこなわれる。すなわち、初めに、手順S5
0に示すように、操作レバー11a、11bのストロークxa、x
bと、圧力センサ９から検出されるポンプ圧力Ｐと、回
転数センサ５から検出されるエンジン回転数Ｎとが読み
込まれる。 次いで手順S51に移り、操作レバー11a、11bの各レバ
ーストロークxa、xbに応じた制御弁6a、6bそれぞれの要
求流量qa、qbを第３図（ａ）、（ｂ）に示すように求
め、これに基づき第１の演算手段により、バルブ合計要
求流量qv＝制御弁6aの要求流量qa＋制御弁6bの要求流量
qb、の演算をおこなう。 次いで手順52に移り、圧力センサ９によつて検出され
たポンプ圧力に対応する最大傾転角θ（Ｐ）を求め、こ
の最大傾転角θ（Ｐ）とエンジン回転数Ｎとに基づい
て、第２の演算手段により、ポンプ最大流量Qmax＝最大
傾転角θ（Ｐ）×エンジン回転数Ｎ、の演算をおこな
う。 次いで、手順S53に移り、操作レバー11a、11bの各レ
バーストロークxa、xbに応じた制御弁6a、6bそれぞれの
アンロード流量q_Aa、q_Abを第４図（ａ）、（ｂ）に示す
ように求め、これに基づき第３の演算手段により、アク
チユエータ7a、7bの作動に関連するアンロード流量、す
なわち合計アンロード流量q_A＝制御弁6aに係るアンロー
ド流量q_Aa＋制御弁6bに係るアンロード流量q_Abの演算を
おこなう。 次いで、手順S54に移り、第４の演算手段でバルブ合
計要求流量qv−（ポンプ最大流量Qmax−合計アンロード
流量q_A）の演算をおこない、第１の判別手段でこの演算
手段によつて得られた値がΔｑ以上かどうか判別され
る。この判別が満足されたときは、バルブ合計要求流量
qvがポンプ最大流量Qmaxよりも大きい場合であり、手順
S55に移る。 手順S55では目標ポンプ流量Ｑをポンプ最大流量Qmax
に選定する処理がおこなわれる。 次いで、手順S56に移り、第５の演算手段で、目標バ
ルブ合計流量qvo＝ポンプ最大流量Qmax−合計アンロー
ド流量q_A＋Δｑ、を演算し、手順S57に移る。 手順S57では、手順S56で得られた目標バルブ合計流量
qvoに基づき、各流量制御弁6a、6bの目標流量qao、qbo
をqao＝Ka・qvo、qbo＝Kb・qboに選定する処理がおこな
われる。ここでKa＋Kb＝１の関係にある。 次いで手順S58に移り、制御弁6a、6bの目標流量qao、
qboに基づき、制御弁6a、6bの目標ストロークsa、sbを
第５図（ａ）、（ｂ）に示すように選定し、これらの目
標ストロークsa、sbに相応する信号を出力手段の第１の
出力部から制御弁6a、6bの駆動部に出力する。これによ
り制御弁6a、6bは目標ストロークsa、sbに相応するスト
ロークだけ駆動される。 次いで手順S59に移り、上述した合計アンロード流量q
_Aに基づき、アンロード弁８の目標ストロークS_Aを第６
図に示すように選定し、この目標ストロークS_Aに相応す
る信号を出力手段の第２の出力部からアンロード弁８の
駆動部に出力する。これによりアンロード弁８は目標ス
トロークsaに相当するストロークだけ駆動される。 次いで手順S60に移り、第８の演算手段で、目標ポン
プ流量Ｑとエンジン回転数Ｎとから目標傾転角θを求め
る演算、θ＝Q/Nがおこなわれ、この目標傾転角θに相
応する信号を出力手段の第３の出力部からレギユレータ
３に出力する。これによりレギユレータ３は、目標傾転
角θに相応する傾転角となるように制御する。 手順S60の処理の後は始めに戻る。 また、上記した手順S54の判別が満足されない場合
は、バルブ合計要求流量qvに対してポンプ最大流量Qmax
に余裕がある場合で、手順S61に移る。 手順S61では、設定手段で設定されたポンプ最小流量Q
minに基づき、第６の演算手段でバルブ合計要求流量qv
−ポンプ最小流量QminがΔｑ以上かどうか判別される。
この判別が満足されるときは、バルブ合計要求流量qvが
ポンプ最小流量Qminより大きい場合であり、手順S62に
移る。 手順S62では、第７の演算手段で、目標ポンプ流量Ｑ
＝バルブ合計要求流量qv＋合計アンロード流量q_A＋Δｑ
を演算する。 次いで手順S63に移り、各流量制御弁6a、6bの目標流
量qao、qboを、第３図（ａ）、（ｂ）に示す要求流量q
a、qbに、すなわち、qao＝qa、qbo＝qbに選定する処理
がおこなわれ、次いで前述した手順S58に移り、前述の
手順S58、59、60の処理をおこない始めに戻る。 また、上記した手順S61の判別が満足されない場合
は、バルブ合計要求流量qvがポンプ最小流量Qminよりも
小さい場合であり、手順S64に移る。 この手順S64では目標ポンプ流量Ｑをポンプ最小流量Q
minに選定する処理がおこなわれ、次いで前述の手順S63
に移り、この手順S63、58、59、60の処理をおこなつて
始めに戻る。 第８図は、上記した制御装置10における処理によつて
得られる特性を、操作レバー11aのレバーストロークxa
とアクチユエータ7aに流れる流量との関係で示したもの
で、図中、20は制御弁6aの要求流量を示す特性線、21は
ポンプ流量を示す特性線、22はアンロード流量を示す特
性線で、領域70は上記した第７図の手順S54からS55、5
6、57、58、59、60に流れる場合に対応し、領域71は手
順S54からS61、62、63、58、59、60に流れる場合に対応
し、領域72は手順S54からS61、64、63、58、59、60に流
れる場合に対応している。 このように構成した実施例にあつては、第８図に示す
特性線からも明らかなように、アクチユエータ7a、7bに
かかる負荷の大小にかかわらず、制御弁6a、6bの要求流
量にほぼ等しいポンプ流量を供給でき、それ故、所望の
複合操作を実現でき、優れた作業能率を確保することが
できる。 また、レギユレータ３の制御に際し、従来のような一
定の圧力ΔＰを考慮することがないので、圧損を極力低
減させることができ、発熱を抑制し、機器の耐久性を向
上させることができ、また、エネルギロスを少なくして
燃費を向上させることができる。 また、レギユレータ３の制御は、従来のような一定の
圧力ΔＰのフイードバツクによらず、フイードフオワー
ドによる制御であることから、操作レバー11a、11bの操
作に対するアクチユエータ7a、7b駆動の追従性の向上を
図ることができ、操作性が向上し、オペレータの疲労感
を抑えることができる。 また、中立時にあつても、ポンプ２の傾転角が０でな
く、最小傾転角Qminを保持するように制御されるので、
常時圧油を流動させることができ、これにより特別なク
ーリング装置を要せず、これに伴う製作費の高騰化を防
止することができる。 〈発明の効果〉 本発明の油圧駆動装置は、以上のように構成したこと
から、従来に比べて複合操作性を向上させることがで
き、それ故、作業能率を向上させることができ、また従
来に比べて圧損の低減を図ることができ、それ故、発熱
を抑制し、機器の耐久性を向上させるとともに、エネル
ギロスの抑制に伴う燃費向上を図り、経済的であり、ま
た従来に比べて操作装置の操作に対するアクチユエータ
駆動の追従性の向上を図ることができ、それ故操作性の
向上とオペレータの疲労感の抑制を図ることができ、ま
た、特別なクーリング装置を要せず、それ故製作費の高
騰化を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図〜第８図は本発明の油圧駆動装置の一実施例を示
す説明図で、第１図は全体構成の概略を示す回路図、第
２図（ａ）はこの実施例に備えられる圧力補償付流量制
御弁を示す図、第２図（ｂ）はこの実施例に備えられる
アンロード弁を示す図、第３図（ａ）、（ｂ）、第４図
（ａ）、（ｂ）、第５図（ａ）、（ｂ）、および第６図
は、この実施例に備えられる制御装置に含まれる設定手
段の内容をそれぞれ示す図、第７図はこの実施例に備え
られる制御装置における処理手順を示すフローチヤー
ト、第８図はこの実施例で得られるレバーストロークと
アクチユエータに流れる流量との関係の一例を示す特性
図、第９図は従来の油圧駆動装置を示す回路図、第10図
はPQカーブと原動機の馬力曲線との関係を示す説明図で
ある。 １……エンジン（原動機）、２……可変容量油圧ポン
プ、３……レギユレータ、４……傾転角センサ、５……
回転数センサ、6a、6b……圧力補償付流量制御弁、7a、
7b……アクチユエータ、８……アンロード弁、９……圧
力センサ、10……制御装置、11a、11b……操作レバー
（操作装置）。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．原動機と、この原動機によつて駆動する可変容量油
   圧ポンプと、この可変容量油圧ポンプの押しのけ容積を
   制御するレギユレータと、上記可変容量油圧ポンプから
   吐出される圧油によつて駆動する複数のアクチユエータ
   と、可変容量油圧ポンプからアクチユエータに供給され
   る圧油の流れを制御する複数の圧力補償付流量制御弁と
   を備えた油圧駆動装置において、 アンロード弁と、 上記圧力補償付流量制御弁の切換制御および上記レギユ
   レータの駆動制御をおこなう制御装置とを備えるととも
   に、 この制御装置が、上記圧力補償付流量制御弁の合計要求
   流量−（上記可変容量油圧ポンプの最大流量−上記複数
   のアクチユエータの作動に関連するアンロード弁の流
   量）の値をほぼ０に制御する手段を含むことを特徴とす
   る油圧駆動装置。 ２．制御手段が、上記圧力補償付流量制御弁の合計要求
   流量が原動機によつて制限される馬力に応じて設定され
   る上記可変容量油圧ポンプの最大流量を越えないとき、
   目標ポンプ流量を圧力補償付流量制御弁の合計要求流量
   ＋アンロード弁の流量にほぼ等しくなるように選定する
   手段と、上記圧力補償付流量制御弁の合計要求流量が上
   記可変容量油圧ポンプの最大流量を越えたとき、圧力補
   償付流量制御弁の目標合計流量を可変容量油圧ポンプの
   最大流量−アンロード弁の流量にほぼ等しくなるように
   選定する手段とを含むことを特徴とする特許請求の範囲
   第（１）項記載の油圧駆動装置。