JP4191430B2 - 水圧駆動装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建設機械の駆動装置、船舶用舵取機の駆動装置等に適用され、可変速モータに直結駆動される水圧ポンプからの作動水を水圧シリンダに作用させて該水圧シリンダにより負荷を駆動するように構成された水圧駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５には、特開平１０−９６２５１号に開示されている建設機械の油圧駆動装置の油圧制御システムのブロック図が示されている。図において、１０１は、エンジン１０２に直結駆動される油圧ポンプ、１０３はアクチュエータ、１０４は該アクチュエータに接続される方向制御弁で、前記油圧ポンプ１０１から送出された作動油は前記方向制御弁１０４によって前記アクチュエータ１０３に給排制御されるようになっている。１０５は前記方向制御弁１０３を遠隔操作するためのリモコン装置である。
【０００３】
８は斜板、１０７は該斜板８の斜板角（傾斜角）を制御する斜板角調整装置である。１０８は、エンジン１０２のエンジン回転数を検出する回転検出器、１０９はコントローラで、該コントローラ１０９において前記エンジン回転数の検出値に基づき斜板角の制御信号を前記斜板角調整装置１０７に入力する。
また、１１１は前記油圧ポンプ１０１の吐出圧力を検出して前記斜板角調整装置１０７に入力する圧力検出器で、前記斜板角調整装置１０７は前記斜板８の斜板角を、エンジン回転数に対応した斜板角に、前記吐出圧力にて補正して調整するようになっている。
【０００４】
図６は前記斜板式油圧ポンプ１０１のピストンと斜板との連結部近傍のポンプ回転軸心線に沿う上半分の断面図である。図において、１は、エンジン１０２に連結されて回転駆動されるポンプ軸、０１は該ポンプ軸の回転軸心、２はケーシング、３はベースプレートである。５は前記ポンプ軸１にスプライン１８を介して嵌合され該ポンプ軸１と同期して回転駆動されるシリンダブロックである。
該シリンダブロック５には円周方向等間隔に複数のシリンダ６が穿孔されている。７は前記各シリンダ６に往復摺動可能に嵌合されたピストンである。８は前記ベースプレート３に取り付けられた斜板で、斜板角調整装置１０７（図５参照）によりその斜板角を変化可能に構成されている。
【０００５】
前記各ピストン７の根元部にはスリッパ１５が球面軸受０１５の形態で球面に沿って摺動可能に取り付けられ、各スリッパ１５は前記斜板８にローラ１４ａを会して円周方向移動可能に支持されているスラストプレート１４に摺動面２３にて摺接するようになっている。１７は前記各スリッパ１５を支持する環状のリテーナリングである。
また１１は前記各シリンダ６の給排油孔０１１（図４参照）側に配置されて前記エンドプレート４に固着されたバルブプレートである。
【０００６】
かかる油圧ポンプ１０２の作動時において、エンジン１０２により前記ポンプ軸１が回転駆動されると、シリンダブロック５が回転する。該シリンダブロック５の回転により、シリンダ６に往復動可能に嵌合されているピストン７の頭部に連結されたスリッパ１５が斜板８の傾斜面を構成するスラストプレート１４との摺動面１７を摺動し、これにより該ピストン７がシリンダブロック５とともに回転しながらシリンダ６内を往復動して、前記バルブプレート１１の吸入孔から吸入したオイルを加圧して該バルブプレート１１の吐出孔に送出する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図５〜６に示されるような、斜板式油圧ポンプ１０１を備えた油圧駆動装置においては、シリンダブロック５の回転により、シリンダ６内にて往復動摺動するピストン７の頭部に球面軸受０１５を介して連結されたスリッパ１５が斜板８に固定されたスラストプレート１４との間の摺動面２３を、該ピストン７からの大きな反力を周期的に受けながら摺動するようになっており、スリッパ１５とスラストプレート１４との間の摺動面２３には、オイルを圧送するピストン７からの大きな反力が周期的に作用している。
【０００８】
このため、かかる従来技術にあっては、スリッパ１５とスラストプレート１４との間の摺動面２３に前記のような大きなピストン反力が作用している状態で、前記斜板角調整装置１０７によって斜板８の傾斜角（斜板角）を変化せしめるようになっているため、前記ピストン反力に抗して斜板角調整装置１０７によって斜板８を操作しなければならず、該斜板角調整装置１０７に大きな操作力を必要とするとともに、該斜板角調整装置１０７の操作抵抗が大きいため斜板角制御の応答性が良好でない。
【０００９】
また、前記油圧ポンプ１０１を、水を作動流体とする水圧ポンプとして用い、前記アクチュエータ１０３を水圧シリンダとして作動させる場合においては、水の粘度がオイルに比べて小さいため、ピストンによって区画形成される水圧シリンダ内の油室間の流体（水）の漏れが増加する傾向にあり、かかる漏れ量が多くなると水圧シリンダとして機能しなくなるおそれがある。
【００１０】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、水圧ポンプからの作動水により駆動される水圧シリンダを備えた水圧駆動装置において、水圧ポンプ及び水圧シリンダの制御を小さい制御操作力で以って行うとともに制御応答性を向上し、さらには前記水圧シリンダ内における水圧漏れを常時監視して水圧シリンダの作動性能を高く維持することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するため、請求項１記載の発明として、可変速モータに直結駆動される水圧ポンプから送出される作動水を水圧シリンダに導き、該作動水を水圧シリンダに作用させて該水圧シリンダにより負荷を駆動するように構成された水圧駆動装置において、
前記水圧ポンプは予め設定された斜板角で以って固定された固定斜板式水圧ポンプによって構成され、前記水圧シリンダはシリンダ内に往復動可能に嵌合されたピストンにより２つの水室に区画された複動型シリンダからなり、前記固定斜板式水圧ポンプからの作動水が方向制御弁の切換によって前記水圧シリンダの２つの水室に給排されて該水圧シリンダのピストンが往復動駆動され、前記２つの水室間の差圧を検出するシリンダ差圧検出器と、前記水圧シリンダの前記負荷駆動端のピストン変位を検出するピストンストローク検出器とを備え、さらに、前記ピストンストローク検出器からのピストン変位の検出値に基づき算出された検出ピストン速度が目標ピストン速度になるように、且つ前記シリンダ差圧検出器からの差圧検出値が基準差圧以上になるように前記可変速モータの回転速度を制御するモータ制御装置を備え、さらに、該モータ制御装置には負荷に対する前記水圧シリンダによる所要駆動出力である目標出力が設定された目標出力設定部を有し、該目標出力設定部に設定された目標出力に対応する水圧シリンダの目標ピストン速度と前記ピストン変位の検出値に基づき算出された検出ピストン速度との速度偏差を算出する速度偏差算出手段と、該速度偏差算出手段からの速度偏差に対応する前記水圧ポンプの吐出量補正値を算出する吐出量補正値算出手段と、該吐出量補正値算出手段からの吐出量補正値と前記差圧検出値が基準差圧以上になるように補正する補正値との重畳した補正値に基づき前記可変速モータの回転速度を算出するモータ回転速度算出部とを備えてなることを特徴とする水圧駆動装置を提案する。
【００１２】
請求項２記載の発明は前記モータ制御装置の具体的構成に係り、請求項１において、前記モータ制御装置は、前記シリンダ差圧検出器からの差圧検出値と予め設定された基準差圧との偏差に基づき前記可変速モータ回転速度の補正値を算出して前記モータ回転速度算出部に入力する差圧補正値算出手段を備えてなることを特徴とする。
【００１３】
かかる発明によれば、水圧シリンダの負荷駆動端のピストン変位を検出してモータ制御装置に入力し、該モータ制御装置において水圧シリンダの目標出力に対応する目標ピストン速度と前記検出ピストン変位に基づく検出ピストン速度との速度偏差及び該速度偏差に基づく水圧ポンプの吐出量補正値を算出し、該吐出量補正値に基づき該水圧ポンプの吐出量が水圧シリンダの目標ピストン速度に対応する吐出量になるように前記可変速モータの回転速度を制御することができるので、水圧シリンダの負荷駆動端のピストン変位を検出値に基づき可変速モータの回転速度を制御することにより、水圧ポンプの吐出量制御及び水圧シリンダの出力制御を高精度で行うことができる。
【００１４】
従ってかかる発明によれば、可変速モータの回転速度を制御することにより水圧ポンプの吐出量を制御するので、従来技術のような斜板角調整装置のポンプ吐出量制御装置を大きな操作力で制御するのが不要となって、小さな操作力で以って水圧ポンプの吐出量を制御することができ、制御の応答性が向上する。
さらに、該モータ制御装置には負荷に対する前記水圧シリンダによる所要駆動出力である目標出力が設定された目標出力設定部を有し、該目標出力設定部に設定された目標出力に対応する水圧シリンダの目標ピストン速度と前記ピストン変位の検出値に基づき算出された検出ピストン速度との速度偏差を算出する速度偏差算出手段と、該速度偏差算出手段からの速度偏差に対応する前記水圧ポンプの吐出量補正値を算出する吐出量補正値算出手段と、該吐出量補正値算出手段からの吐出量補正値と前記差圧検出値が基準差圧以上にな るように補正する補正値との重畳した補正値に基づき前記可変速モータの回転速度を算出するモータ回転速度算出部とを備えてなるので、可変速モータは、水圧ポンプの吐出量が前記水圧シリンダの目標ピストン速度に対応する吐出量になるような、かつ水圧シリンダの２つの水室間の差圧が前記基準差圧以上を保持するような、回転速度で以って運転される。
【００１５】
請求項２記載の発明は請求項１に加えて、前記モータ制御装置は、前記シリンダ差圧検出器からの差圧検出値と予め設定された基準差圧との偏差に基づき前記可変速モータ回転速度の補正値を算出して前記モータ回転速度算出部に入力する差圧補正値算出手段を備えてなる。
【００１６】
かかる発明によれば、シリンダ差圧検出器により水圧シリンダの２つの水室間の差圧を検出しモータ制御装置にて前記差圧が基準値を保持するように可変速モータ回転速度の制御信号を補正して可変速モータ回転速度を制御するので、該水圧シリンダ内の水室間の流体（水）の漏れ量を前記水室間の差圧が差圧基準値以下にならないように抑制することができ、水圧シリンダ内における水圧漏れを常時監視して水圧シリンダの作動性能を常時高く維持することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１８】
図１は本発明の実施例に係る水圧駆動装置の全体構成図、図２は制御ブロック図である。図３は前記実施例における水圧ポンプの構造を示すポンプ軸心線に沿う断面図である。
【００１９】
本発明の実施例に係る水圧駆動装置の全体構成を示す図１において、３２は可変速モータ、３１は該可変速モータ３２に直結駆動される水圧ポンプ、３３は水圧シリンダ、３４は該水圧シリンダ３３の出力軸４４に連結されて該水圧シリンダ３３により駆動される負荷である。
前記水圧シリンダ３３は、複動型シリンダでシリンダ３３ａ内に往復動可能に嵌合されたピストン４１により２つの水室４２、４３に区画されている。３８及び３９は前記水圧ポンプ３１側の吐出通路と前記水圧シリンダ３３の水室４２、４３とを接続する作動水管である。
【００２０】
３６は後述する機能を備えたモータ制御装置、３５は前記水圧シリンダ３３の負荷３４駆動端のピストン変位を検出するピストンストローク検出器、３７は前記水圧シリンダ３３の２つの水室４２、４３間の差圧を検出するシリンダ差圧検出器で、該ピストンストローク検出器３５からのピストン変位の検出信号及びシリンダ差圧検出器からの水室４２、４３間の差圧の検出値は前記モータ制御装置３６に入力される。
【００２１】
前記水圧ポンプ３１は、この実施例では図３に示される固定斜板式水圧ポンプを用いており、次のように構成されている。
図３において、１は前記可変速モータ２の出力軸に連結されて回転駆動されるポンプ軸、２はケーシング、３及び４は該ケーシング２の前後両端部に固着されたベースプレートおよびエンドプレートである。５は前記ポンプ軸１にスプライン１８を介して嵌合され該ポンプ軸１と同期して回転駆動されるシリンダブロックである。
該シリンダブロック５には円周方向等間隔に複数（この例では６個）のシリンダ６が穿孔されている。７は前記各シリンダ６に往復摺動可能に嵌合されたピストンである。尚、前記シリンダ６内にブッシュ（図示省略）を圧挿し、該ブッシュ内にピストン７を往復摺動可能に嵌合してもよい。
８は前記ベースプレート３にブラケット８ａを介して固定された斜板で、予め設定された斜板角で以って固定されている。
前記各ピストン７の根元部にはスリッパ１５が球面軸受０１５の形態で球面に沿って摺動可能に取り付けられ、各スリッパ１５は前記斜板８にローラ１４ａを会して円周方向移動可能に支持されているスラストプレート１４に摺動面２３にて摺接するようになっている。１７は前記各スリッパ１５を支持する環状のリテーナリングである。
【００２２】
１１は前記各シリンダ６の給排孔０１１側に配置されて前記エンドプレート４に固着されたバルブプレートである。図４に示すように、該バルブプレート１１にはポンプの回転軸心２０の両側に対向して繭形の吸入孔０９及び吐出孔０１０が穿設されている。また前記エンドプレート４には吸入通路９及び吐出通路１０が形成され、該吸入通路９は前記バルブプレート１１の吸入孔０９に連通され吐出通路１０は前記吐出孔０１０に連通されている。
１２および１３は前記ポンプ軸１を軸支するベースプレート側の軸受及びエンドプレート側の軸受である。１６はオイルシール、１９はポンプ室である。
【００２３】
かかる固定斜板式水圧ポンプの動作について説明すると、図３〜４に示すように、前記可変速モータ２（図１参照）により前記ポンプ軸１が回転駆動されると、シリンダブロック５が回転する。該シリンダブロック５の回転により、シリンダ６に往復動可能に嵌合されているピストン７の頭部に球面軸受０１５を介して連結されたスリッパ１５が、後述するように、斜板８に固定されたスラストプレート１４上を摺動し、これにより該ピストン７がシリンダブロック５とともに回転しながらシリンダ６内を往復動する。
【００２４】
そして、前記ピストン７が図３において左動する吸入行程になるとき該ピストン７の給排孔０１１がバルブプレート１１の吸入孔０９に連通されて吸入通路９から作動水が吸入される。一方、該ピストン７が図３において右動する吐出行程になるときには、該ピストン７の給排孔０１１がバルブプレート１１の吐出孔０１０に連通され、該ピストン７によりシリンダ６内の作動水が吐出通路１０に送出される。
該吐出通路１０を経た作動水は方向制御弁（図示省略）の切換えによって前記水圧シリンダ３３の２つの水室４２、４３に給排されて該水圧シリンダ３３のピストン４１を往復駆動する。
【００２５】
次に、図２により、かかる構成からなる水圧駆動装置の制御動作を説明する。
ピストンストローク検出器３５によって検出された水圧シリンダ３３の負荷３４駆動端のピストン変位はモータ制御装置３６のピストン速度算出部６１に入力され、ここで微分動作がなされてピストン速度が算出され、ピストン速度偏差算出部６３に入力される。
６４は水圧シリンダ目標出力設定部で、該水圧シリンダ３３による前記負荷３４の所要駆動出力即ち水圧シリンダ３３の目標出力が設定されている。６２は目標ピストン速度設定部で、前記水圧シリンダ目標出力設定部６４に設定された前記目標出力に対応する水圧シリンダ３３の目標ピストン速度が設定され、前記ピストン速度偏差算出部６３に入力される。
【００２６】
ピストン速度偏差算出部６３においては、前記目標ピストン速度設定部６２からの目標ピストン速度と前記ピストン速度算出部６１からの検出ピストン速度との速度偏差を算出してポンプ吐出補正量算出部６５に入力する。
該ポンプ吐出補正量算出部６５においては、該ピストン速度偏差算出部６３からの目標ピストン速度と検出ピストン速度との速度偏差に対応する水圧ポンプ３１の吐出量補正値を算出してモータ回転数算出部６６に入力する。
【００２７】
一方、前記シリンダ差圧検出器３７にて検出された水圧シリンダ３３の２つの水室４２、４３間の差圧検出値は前記モータ制御装置３６の差圧偏差算出部６９に入力される。６８は基準差圧設定部で、前記水圧シリンダ３３の２つの水室４２、４３間の水圧漏れによる差圧低下の許容値つまり前記水圧漏れを考慮した許容最小差圧（基準差圧）が設定されている。該基準差圧は前記差圧偏差算出部６９に入力される。
前記差圧偏差算出部６９においては、前記シリンダ差圧検出器３７からの差圧検出値と前記基準差圧設定部６８に予め設定された基準差圧（許容最小差圧）との偏差即ち差圧偏差を算出し、モータ回転数補正量算出部７０に入力する。
【００２８】
モータ回転数補正量算出部７０においては、前記差圧偏差の算出値に基づき前記可変速モータ３２の回転速度の補正値を算出して前記モータ回転速度算出部６６に入力する。即ち、該モータ回転数補正量算出部７０においては、前記ピストン４１によって区画された前記２つの水室４２、４３間の差圧検出値が前記基準差圧よりも小さくなったときには、前記２つの水室４２、４３間における作動水の漏れが許容値よりも多くなったものと判断して可変速モータ３２の回転速度を増大する補正値を算出して前記モータ回転数算出部６６に入力する。
【００２９】
前記モータ回転数算出部６６においては、前記ポンプ吐出補正量算出部６５から入力された水圧ポンプ３１の吐出量補正値に基づき、該吐出量補正値に対応する可変速モータ３２の回転速度の補正値を算出する。
さらに該モータ回転数算出部６６においては、かかる可変速モータの回転速度の補正値に、前記モータ回転数補正量算出部７０からの前記差圧偏差を用いた可変速モータ３２回転速度の補正値を重畳した可変速モータ３２の回転速度の補正値を算出し、可変速モータ３２に出力する。
【００３０】
これにより、該可変速モータ３２は、前記水圧ポンプ３１の吐出量が前記水圧シリンダ３３の目標ピストン速度に対応する吐出量になるような、かつ水圧シリンダ３３の２つの水室４２、４３間の差圧が前記基準差圧以上を保持するような、回転速度で以って運転される。
【００３１】
従ってかかる実施例によれば、水圧シリンダ３３の負荷３４駆動端のピストン変位を検出してモータ制御装置３６に入力し、該モータ制御装置３６において、水圧シリンダ３３の目標出力に対応する目標ピストン速度とピストンストローク検出器３５にて検出されたピストン変位に基づく検出ピストン速度との速度偏差及び該速度偏差に基づく水圧ポンプ３１の吐出量補正値を算出し、該吐出量補正値に基づき該水圧ポンプ３１の吐出量が水圧シリンダ３３の目標ピストン速度に対応する吐出量になるように前記可変速モータ３２の回転速度を制御することができるので、水圧シリンダ３３の負荷３４駆動端におけるピストン変位の検出値に基づき可変速モータ３２の回転速度を制御することにより、水圧ポンプ３１の吐出量制御及び水圧シリンダ３３の出力制御を高精度で行うことができる。
【００３２】
また、可変速モータ３２の回転速度を制御することにより水圧ポンプ３１の吐出量を制御するので、従来技術のような斜板角調整装置のポンプ吐出量制御装置を大きな操作力で制御するのが不要となって、小さな操作力で以って水圧ポンプ３１の吐出量を制御することができ、制御の応答性が向上する。
【００３３】
さらに、かかる実施例によれば、シリンダ差圧検出器３７により水圧シリンダ３３の２つの水室４２、４３間の差圧を検出し、モータ制御装置３６にて前記差圧が基準差圧値を保持するように可変速モータ３２回転速度の制御信号を補正して可変速モータ３２の回転速度を制御するので、該水圧シリンダ３３内の水室間における作動水の漏れ量を前記水室間の差圧が前記差圧基準値以下にならないように抑制することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上記載の如く請求項１の発明によれば、水圧シリンダの負荷駆動端のピストン変位の検出値に基づき、水圧シリンダの目標出力に対応する目標ピストン速度と前記検出ピストン変位に基づく検出ピストン速度との速度偏差及び該速度偏差に基づく水圧ポンプの吐出量補正値を算出し、該吐出量補正値に基づき該水圧ポンプの吐出量が水圧シリンダの目標ピストン速度に対応する吐出量になるように前記可変速モータの回転速度を制御することができるので、水圧シリンダの負荷駆動端のピストン変位の検出値に基づき可変速モータの回転速度を制御することにより、水圧ポンプの吐出量制御及び水圧シリンダの出力制御を高精度で行うことができる。
【００３５】
従って本発明によれば、可変速モータの回転速度を制御することにより水圧ポンプの吐出量を制御するので、従来技術のような斜板角調整装置のポンプ吐出量制御装置を大きな操作力で制御するのが不要となって、小さな操作力で以って水圧ポンプの吐出量を制御することができ、制御の応答性が向上する。
【００３６】
請求項２記載の発明は請求項１に加えて、前記モータ制御装置は、前記シリンダ差圧検出器からの差圧検出値と予め設定された基準差圧との偏差に基づき前記可変速モータ回転速度の補正値を算出して前記モータ回転速度算出部に入力する差圧補正値算出手段を備えてなる。
【００３７】
また請求項２のように構成すれば、シリンダ差圧検出器により水圧シリンダの２つの水室間の差圧を検出しモータ制御装置にて前記差圧が基準値を保持するように可変速モータ回転速度の制御信号を補正して可変速モータ回転速度を制御するので、該水圧シリンダ内の水室間の流体（水）の漏れ量を前記水室間の差圧が差圧基準値以下にならないように抑制することができ、水圧シリンダ内における水圧漏れを常時監視して水圧シリンダの作動性能を常時高く維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例に係る水圧駆動装置の全体構成図である。
【図２】 前記実施例における制御ブロック図である。
【図３】 前記実施例における水圧ポンプの構造を示すポンプ軸心線に沿う断面図である。
【図４】 図３のＢ―Ｂ矢視図である。
【図５】 従来技術に係る建設機械の油圧駆動装置の油圧制御システムのブロックである。
【図６】 従来技術を示す油圧ポンプの要部断面図である。
【符号の説明】
１ ポンプ軸
５ シリンダブロック
６ シリンダ
７ ピストン
８ 斜板
１４ スラストプレート
１５ スリッパ
０１５ 球面軸受
３１ 水圧ポンプ
３２ 可変速モータ
３３ 水圧シリンダ
３４ 負荷
３５ ピストンストローク検出器
３７ シリンダ差圧検出器
４１ ピストン
４２ 水室
４３ 水室
３６ モータ制御装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、建設機械の駆動装置、船舶用舵取機の駆動装置等に適用され、可変速モータに直結駆動される水圧ポンプからの作動水を水圧シリンダに作用させて該水圧シリンダにより負荷を駆動するように構成された水圧駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５には、特開平１０−９６２５１号に開示されている建設機械の油圧駆動装置の油圧制御システムのブロック図が示されている。図において、１０１は、エンジン１０２に直結駆動される油圧ポンプ、１０３はアクチュエータ、１０４は該アクチュエータに接続される方向制御弁で、前記油圧ポンプ１０１から送出された作動油は前記方向制御弁１０４によって前記アクチュエータ１０３に給排制御されるようになっている。１０５は前記方向制御弁１０３を遠隔操作するためのリモコン装置である。
【０００３】
８は斜板、１０７は該斜板８の斜板角（傾斜角）を制御する斜板角調整装置である。１０８は、エンジン１０２のエンジン回転数を検出する回転検出器、１０９はコントローラで、該コントローラ１０９において前記エンジン回転数の検出値に基づき斜板角の制御信号を前記斜板角調整装置１０７に入力する。
また、１１１は前記油圧ポンプ１０１の吐出圧力を検出して前記斜板角調整装置１０７に入力する圧力検出器で、前記斜板角調整装置１０７は前記斜板８の斜板角を、エンジン回転数に対応した斜板角に、前記吐出圧力にて補正して調整するようになっている。
【０００４】
図６は前記斜板式油圧ポンプ１０１のピストンと斜板との連結部近傍のポンプ回転軸心線に沿う上半分の断面図である。図において、１は、エンジン１０２に連結されて回転駆動されるポンプ軸、０１は該ポンプ軸の回転軸心、２はケーシング、３はベースプレートである。５は前記ポンプ軸１にスプライン１８を介して嵌合され該ポンプ軸１と同期して回転駆動されるシリンダブロックである。
該シリンダブロック５には円周方向等間隔に複数のシリンダ６が穿孔されている。７は前記各シリンダ６に往復摺動可能に嵌合されたピストンである。８は前記ベースプレート３に取り付けられた斜板で、斜板角調整装置１０７（図５参照）によりその斜板角を変化可能に構成されている。
【０００５】
前記各ピストン７の根元部にはスリッパ１５が球面軸受０１５の形態で球面に沿って摺動可能に取り付けられ、各スリッパ１５は前記斜板８にローラ１４ａを会して円周方向移動可能に支持されているスラストプレート１４に摺動面２３にて摺接するようになっている。１７は前記各スリッパ１５を支持する環状のリテーナリングである。
また１１は前記各シリンダ６の給排油孔０１１（図４参照）側に配置されて前記エンドプレート４に固着されたバルブプレートである。
【０００６】
かかる油圧ポンプ１０２の作動時において、エンジン１０２により前記ポンプ軸１が回転駆動されると、シリンダブロック５が回転する。該シリンダブロック５の回転により、シリンダ６に往復動可能に嵌合されているピストン７の頭部に連結されたスリッパ１５が斜板８の傾斜面を構成するスラストプレート１４との摺動面１７を摺動し、これにより該ピストン７がシリンダブロック５とともに回転しながらシリンダ６内を往復動して、前記バルブプレート１１の吸入孔から吸入したオイルを加圧して該バルブプレート１１の吐出孔に送出する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図５〜６に示されるような、斜板式油圧ポンプ１０１を備えた油圧駆動装置においては、シリンダブロック５の回転により、シリンダ６内にて往復動摺動するピストン７の頭部に球面軸受０１５を介して連結されたスリッパ１５が斜板８に固定されたスラストプレート１４との間の摺動面２３を、該ピストン７からの大きな反力を周期的に受けながら摺動するようになっており、スリッパ１５とスラストプレート１４との間の摺動面２３には、オイルを圧送するピストン７からの大きな反力が周期的に作用している。
【０００８】
このため、かかる従来技術にあっては、スリッパ１５とスラストプレート１４との間の摺動面２３に前記のような大きなピストン反力が作用している状態で、前記斜板角調整装置１０７によって斜板８の傾斜角（斜板角）を変化せしめるようになっているため、前記ピストン反力に抗して斜板角調整装置１０７によって斜板８を操作しなければならず、該斜板角調整装置１０７に大きな操作力を必要とするとともに、該斜板角調整装置１０７の操作抵抗が大きいため斜板角制御の応答性が良好でない。
【０００９】
また、前記油圧ポンプ１０１を、水を作動流体とする水圧ポンプとして用い、前記アクチュエータ１０３を水圧シリンダとして作動させる場合においては、水の粘度がオイルに比べて小さいため、ピストンによって区画形成される水圧シリンダ内の油室間の流体（水）の漏れが増加する傾向にあり、かかる漏れ量が多くなると水圧シリンダとして機能しなくなるおそれがある。
【００１０】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、水圧ポンプからの作動水により駆動される水圧シリンダを備えた水圧駆動装置において、水圧ポンプ及び水圧シリンダの制御を小さい制御操作力で以って行うとともに制御応答性を向上し、さらには前記水圧シリンダ内における水圧漏れを常時監視して水圧シリンダの作動性能を高く維持することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するため、請求項１記載の発明として、可変速モータに直結駆動される水圧ポンプから送出される作動水を水圧シリンダに導き、該作動水を水圧シリンダに作用させて該水圧シリンダにより負荷を駆動するように構成された水圧駆動装置において、
前記水圧ポンプは予め設定された斜板角で以って固定された固定斜板式水圧ポンプによって構成され、前記水圧シリンダはシリンダ内に往復動可能に嵌合されたピストンにより２つの水室に区画された複動型シリンダからなり、前記固定斜板式水圧ポンプからの作動水が方向制御弁の切換によって前記水圧シリンダの２つの水室に給排されて該水圧シリンダのピストンが往復動駆動され、前記２つの水室間の差圧を検出するシリンダ差圧検出器と、前記水圧シリンダの前記負荷駆動端のピストン変位を検出するピストンストローク検出器とを備え、さらに、前記ピストンストローク検出器からのピストン変位の検出値に基づき算出された検出ピストン速度が目標ピストン速度になるように、且つ前記シリンダ差圧検出器からの差圧検出値が基準差圧以上になるように前記可変速モータの回転速度を制御するモータ制御装置を備え、さらに、該モータ制御装置には負荷に対する前記水圧シリンダによる所要駆動出力である目標出力が設定された目標出力設定部を有し、該目標出力設定部に設定された目標出力に対応する水圧シリンダの目標ピストン速度と前記ピストン変位の検出値に基づき算出された検出ピストン速度との速度偏差を算出する速度偏差算出手段と、該速度偏差算出手段からの速度偏差に対応する前記水圧ポンプの吐出量補正値を算出する吐出量補正値算出手段と、該吐出量補正値算出手段からの吐出量補正値と前記差圧検出値が基準差圧以上になるように補正する補正値との重畳した補正値に基づき前記可変速モータの回転速度を算出するモータ回転速度算出部とを備えてなることを特徴とする水圧駆動装置を提案する。
【００１２】
請求項２記載の発明は前記モータ制御装置の具体的構成に係り、請求項１において、前記モータ制御装置は、前記シリンダ差圧検出器からの差圧検出値と予め設定された基準差圧との偏差に基づき前記可変速モータ回転速度の補正値を算出して前記モータ回転速度算出部に入力する差圧補正値算出手段を備えてなることを特徴とする。
【００１３】
かかる発明によれば、水圧シリンダの負荷駆動端のピストン変位を検出してモータ制御装置に入力し、該モータ制御装置において水圧シリンダの目標出力に対応する目標ピストン速度と前記検出ピストン変位に基づく検出ピストン速度との速度偏差及び該速度偏差に基づく水圧ポンプの吐出量補正値を算出し、該吐出量補正値に基づき該水圧ポンプの吐出量が水圧シリンダの目標ピストン速度に対応する吐出量になるように前記可変速モータの回転速度を制御することができるので、水圧シリンダの負荷駆動端のピストン変位を検出値に基づき可変速モータの回転速度を制御することにより、水圧ポンプの吐出量制御及び水圧シリンダの出力制御を高精度で行うことができる。
【００１４】
従ってかかる発明によれば、可変速モータの回転速度を制御することにより水圧ポンプの吐出量を制御するので、従来技術のような斜板角調整装置のポンプ吐出量制御装置を大きな操作力で制御するのが不要となって、小さな操作力で以って水圧ポンプの吐出量を制御することができ、制御の応答性が向上する。
さらに、該モータ制御装置には負荷に対する前記水圧シリンダによる所要駆動出力である目標出力が設定された目標出力設定部を有し、該目標出力設定部に設定された目標出力に対応する水圧シリンダの目標ピストン速度と前記ピストン変位の検出値に基づき算出された検出ピストン速度との速度偏差を算出する速度偏差算出手段と、該速度偏差算出手段からの速度偏差に対応する前記水圧ポンプの吐出量補正値を算出する吐出量補正値算出手段と、該吐出量補正値算出手段からの吐出量補正値と前記差圧検出値が基準差圧以上にな るように補正する補正値との重畳した補正値に基づき前記可変速モータの回転速度を算出するモータ回転速度算出部とを備えてなるので、可変速モータは、水圧ポンプの吐出量が前記水圧シリンダの目標ピストン速度に対応する吐出量になるような、かつ水圧シリンダの２つの水室間の差圧が前記基準差圧以上を保持するような、回転速度で以って運転される。
【００１５】
請求項２記載の発明は請求項１に加えて、前記モータ制御装置は、前記シリンダ差圧検出器からの差圧検出値と予め設定された基準差圧との偏差に基づき前記可変速モータ回転速度の補正値を算出して前記モータ回転速度算出部に入力する差圧補正値算出手段を備えてなる。
【００１６】
かかる発明によれば、シリンダ差圧検出器により水圧シリンダの２つの水室間の差圧を検出しモータ制御装置にて前記差圧が基準値を保持するように可変速モータ回転速度の制御信号を補正して可変速モータ回転速度を制御するので、該水圧シリンダ内の水室間の流体（水）の漏れ量を前記水室間の差圧が差圧基準値以下にならないように抑制することができ、水圧シリンダ内における水圧漏れを常時監視して水圧シリンダの作動性能を常時高く維持することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１８】
図１は本発明の実施例に係る水圧駆動装置の全体構成図、図２は制御ブロック図である。図３は前記実施例における水圧ポンプの構造を示すポンプ軸心線に沿う断面図である。
【００１９】
本発明の実施例に係る水圧駆動装置の全体構成を示す図１において、３２は可変速モータ、３１は該可変速モータ３２に直結駆動される水圧ポンプ、３３は水圧シリンダ、３４は該水圧シリンダ３３の出力軸４４に連結されて該水圧シリンダ３３により駆動される負荷である。
前記水圧シリンダ３３は、複動型シリンダでシリンダ３３ａ内に往復動可能に嵌合されたピストン４１により２つの水室４２、４３に区画されている。３８及び３９は前記水圧ポンプ３１側の吐出通路と前記水圧シリンダ３３の水室４２、４３とを接続する作動水管である。
【００２０】
３６は後述する機能を備えたモータ制御装置、３５は前記水圧シリンダ３３の負荷３４駆動端のピストン変位を検出するピストンストローク検出器、３７は前記水圧シリンダ３３の２つの水室４２、４３間の差圧を検出するシリンダ差圧検出器で、該ピストンストローク検出器３５からのピストン変位の検出信号及びシリンダ差圧検出器からの水室４２、４３間の差圧の検出値は前記モータ制御装置３６に入力される。
【００２１】
前記水圧ポンプ３１は、この実施例では図３に示される固定斜板式水圧ポンプを用いており、次のように構成されている。
図３において、１は前記可変速モータ２の出力軸に連結されて回転駆動されるポンプ軸、２はケーシング、３及び４は該ケーシング２の前後両端部に固着されたベースプレートおよびエンドプレートである。５は前記ポンプ軸１にスプライン１８を介して嵌合され該ポンプ軸１と同期して回転駆動されるシリンダブロックである。
該シリンダブロック５には円周方向等間隔に複数（この例では６個）のシリンダ６が穿孔されている。７は前記各シリンダ６に往復摺動可能に嵌合されたピストンである。尚、前記シリンダ６内にブッシュ（図示省略）を圧挿し、該ブッシュ内にピストン７を往復摺動可能に嵌合してもよい。
８は前記ベースプレート３にブラケット８ａを介して固定された斜板で、予め設定された斜板角で以って固定されている。
前記各ピストン７の根元部にはスリッパ１５が球面軸受０１５の形態で球面に沿って摺動可能に取り付けられ、各スリッパ１５は前記斜板８にローラ１４ａを会して円周方向移動可能に支持されているスラストプレート１４に摺動面２３にて摺接するようになっている。１７は前記各スリッパ１５を支持する環状のリテーナリングである。
【００２２】
１１は前記各シリンダ６の給排孔０１１側に配置されて前記エンドプレート４に固着されたバルブプレートである。図４に示すように、該バルブプレート１１にはポンプの回転軸心２０の両側に対向して繭形の吸入孔０９及び吐出孔０１０が穿設されている。また前記エンドプレート４には吸入通路９及び吐出通路１０が形成され、該吸入通路９は前記バルブプレート１１の吸入孔０９に連通され吐出通路１０は前記吐出孔０１０に連通されている。
１２および１３は前記ポンプ軸１を軸支するベースプレート側の軸受及びエンドプレート側の軸受である。１６はオイルシール、１９はポンプ室である。
【００２３】
かかる固定斜板式水圧ポンプの動作について説明すると、図３〜４に示すように、前記可変速モータ２（図１参照）により前記ポンプ軸１が回転駆動されると、シリンダブロック５が回転する。該シリンダブロック５の回転により、シリンダ６に往復動可能に嵌合されているピストン７の頭部に球面軸受０１５を介して連結されたスリッパ１５が、後述するように、斜板８に固定されたスラストプレート１４上を摺動し、これにより該ピストン７がシリンダブロック５とともに回転しながらシリンダ６内を往復動する。
【００２４】
そして、前記ピストン７が図３において左動する吸入行程になるとき該ピストン７の給排孔０１１がバルブプレート１１の吸入孔０９に連通されて吸入通路９から作動水が吸入される。一方、該ピストン７が図３において右動する吐出行程になるときには、該ピストン７の給排孔０１１がバルブプレート１１の吐出孔０１０に連通され、該ピストン７によりシリンダ６内の作動水が吐出通路１０に送出される。
該吐出通路１０を経た作動水は方向制御弁（図示省略）の切換えによって前記水圧シリンダ３３の２つの水室４２、４３に給排されて該水圧シリンダ３３のピストン４１を往復駆動する。
【００２５】
次に、図２により、かかる構成からなる水圧駆動装置の制御動作を説明する。
ピストンストローク検出器３５によって検出された水圧シリンダ３３の負荷３４駆動端のピストン変位はモータ制御装置３６のピストン速度算出部６１に入力され、ここで微分動作がなされてピストン速度が算出され、ピストン速度偏差算出部６３に入力される。
６４は水圧シリンダ目標出力設定部で、該水圧シリンダ３３による前記負荷３４の所要駆動出力即ち水圧シリンダ３３の目標出力が設定されている。６２は目標ピストン速度設定部で、前記水圧シリンダ目標出力設定部６４に設定された前記目標出力に対応する水圧シリンダ３３の目標ピストン速度が設定され、前記ピストン速度偏差算出部６３に入力される。
【００２６】
ピストン速度偏差算出部６３においては、前記目標ピストン速度設定部６２からの目標ピストン速度と前記ピストン速度算出部６１からの検出ピストン速度との速度偏差を算出してポンプ吐出補正量算出部６５に入力する。
該ポンプ吐出補正量算出部６５においては、該ピストン速度偏差算出部６３からの目標ピストン速度と検出ピストン速度との速度偏差に対応する水圧ポンプ３１の吐出量補正値を算出してモータ回転数算出部６６に入力する。
【００２７】
一方、前記シリンダ差圧検出器３７にて検出された水圧シリンダ３３の２つの水室４２、４３間の差圧検出値は前記モータ制御装置３６の差圧偏差算出部６９に入力される。６８は基準差圧設定部で、前記水圧シリンダ３３の２つの水室４２、４３間の水圧漏れによる差圧低下の許容値つまり前記水圧漏れを考慮した許容最小差圧（基準差圧）が設定されている。該基準差圧は前記差圧偏差算出部６９に入力される。
前記差圧偏差算出部６９においては、前記シリンダ差圧検出器３７からの差圧検出値と前記基準差圧設定部６８に予め設定された基準差圧（許容最小差圧）との偏差即ち差圧偏差を算出し、モータ回転数補正量算出部７０に入力する。
【００２８】
モータ回転数補正量算出部７０においては、前記差圧偏差の算出値に基づき前記可変速モータ３２の回転速度の補正値を算出して前記モータ回転速度算出部６６に入力する。即ち、該モータ回転数補正量算出部７０においては、前記ピストン４１によって区画された前記２つの水室４２、４３間の差圧検出値が前記基準差圧よりも小さくなったときには、前記２つの水室４２、４３間における作動水の漏れが許容値よりも多くなったものと判断して可変速モータ３２の回転速度を増大する補正値を算出して前記モータ回転数算出部６６に入力する。
【００２９】
前記モータ回転数算出部６６においては、前記ポンプ吐出補正量算出部６５から入力された水圧ポンプ３１の吐出量補正値に基づき、該吐出量補正値に対応する可変速モータ３２の回転速度の補正値を算出する。
さらに該モータ回転数算出部６６においては、かかる可変速モータの回転速度の補正値に、前記モータ回転数補正量算出部７０からの前記差圧偏差を用いた可変速モータ３２回転速度の補正値を重畳した可変速モータ３２の回転速度の補正値を算出し、可変速モータ３２に出力する。
【００３０】
これにより、該可変速モータ３２は、前記水圧ポンプ３１の吐出量が前記水圧シリンダ３３の目標ピストン速度に対応する吐出量になるような、かつ水圧シリンダ３３の２つの水室４２、４３間の差圧が前記基準差圧以上を保持するような、回転速度で以って運転される。
【００３１】
従ってかかる実施例によれば、水圧シリンダ３３の負荷３４駆動端のピストン変位を検出してモータ制御装置３６に入力し、該モータ制御装置３６において、水圧シリンダ３３の目標出力に対応する目標ピストン速度とピストンストローク検出器３５にて検出されたピストン変位に基づく検出ピストン速度との速度偏差及び該速度偏差に基づく水圧ポンプ３１の吐出量補正値を算出し、該吐出量補正値に基づき該水圧ポンプ３１の吐出量が水圧シリンダ３３の目標ピストン速度に対応する吐出量になるように前記可変速モータ３２の回転速度を制御することができるので、水圧シリンダ３３の負荷３４駆動端におけるピストン変位の検出値に基づき可変速モータ３２の回転速度を制御することにより、水圧ポンプ３１の吐出量制御及び水圧シリンダ３３の出力制御を高精度で行うことができる。
【００３２】
また、可変速モータ３２の回転速度を制御することにより水圧ポンプ３１の吐出量を制御するので、従来技術のような斜板角調整装置のポンプ吐出量制御装置を大きな操作力で制御するのが不要となって、小さな操作力で以って水圧ポンプ３１の吐出量を制御することができ、制御の応答性が向上する。
【００３３】
さらに、かかる実施例によれば、シリンダ差圧検出器３７により水圧シリンダ３３の２つの水室４２、４３間の差圧を検出し、モータ制御装置３６にて前記差圧が基準差圧値を保持するように可変速モータ３２回転速度の制御信号を補正して可変速モータ３２の回転速度を制御するので、該水圧シリンダ３３内の水室間における作動水の漏れ量を前記水室間の差圧が前記差圧基準値以下にならないように抑制することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上記載の如く請求項１の発明によれば、水圧シリンダの負荷駆動端のピストン変位の検出値に基づき、水圧シリンダの目標出力に対応する目標ピストン速度と前記検出ピストン変位に基づく検出ピストン速度との速度偏差及び該速度偏差に基づく水圧ポンプの吐出量補正値を算出し、該吐出量補正値に基づき該水圧ポンプの吐出量が水圧シリンダの目標ピストン速度に対応する吐出量になるように前記可変速モータの回転速度を制御することができるので、水圧シリンダの負荷駆動端のピストン変位の検出値に基づき可変速モータの回転速度を制御することにより、水圧ポンプの吐出量制御及び水圧シリンダの出力制御を高精度で行うことができる。
【００３５】
従って本発明によれば、可変速モータの回転速度を制御することにより水圧ポンプの吐出量を制御するので、従来技術のような斜板角調整装置のポンプ吐出量制御装置を大きな操作力で制御するのが不要となって、小さな操作力で以って水圧ポンプの吐出量を制御することができ、制御の応答性が向上する。
【００３６】
請求項２記載の発明は請求項１に加えて、前記モータ制御装置は、前記シリンダ差圧検出器からの差圧検出値と予め設定された基準差圧との偏差に基づき前記可変速モータ回転速度の補正値を算出して前記モータ回転速度算出部に入力する差圧補正値算出手段を備えてなる。
【００３７】
また請求項２のように構成すれば、シリンダ差圧検出器により水圧シリンダの２つの水室間の差圧を検出しモータ制御装置にて前記差圧が基準値を保持するように可変速モータ回転速度の制御信号を補正して可変速モータ回転速度を制御するので、該水圧シリンダ内の水室間の流体（水）の漏れ量を前記水室間の差圧が差圧基準値以下にならないように抑制することができ、水圧シリンダ内における水圧漏れを常時監視して水圧シリンダの作動性能を常時高く維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例に係る水圧駆動装置の全体構成図である。
【図２】 前記実施例における制御ブロック図である。
【図３】 前記実施例における水圧ポンプの構造を示すポンプ軸心線に沿う断面図である。
【図４】 図３のＢ―Ｂ矢視図である。
【図５】 従来技術に係る建設機械の油圧駆動装置の油圧制御システムのブロックである。
【図６】 従来技術を示す油圧ポンプの要部断面図である。
【符号の説明】
１ ポンプ軸
５ シリンダブロック
６ シリンダ
７ ピストン
８ 斜板
１４ スラストプレート
１５ スリッパ
０１５ 球面軸受
３１ 水圧ポンプ
３２ 可変速モータ
３３ 水圧シリンダ
３４ 負荷
３５ ピストンストローク検出器
３７ シリンダ差圧検出器
４１ ピストン
４２ 水室
４３ 水室
３６ モータ制御装置
Claims (2)
- 可変速モータに直結駆動される水圧ポンプから送出される作動水を水圧シリンダに導き、該作動水を水圧シリンダに作用させて該水圧シリンダにより負荷を駆動するように構成された水圧駆動装置において、
前記水圧ポンプは予め設定された斜板角で以って固定された固定斜板式水圧ポンプによって構成され、前記水圧シリンダはシリンダ内に往復動可能に嵌合されたピストンにより２つの水室に区画された複動型シリンダからなり、前記固定斜板式水圧ポンプからの作動水が方向制御弁の切換によって前記水圧シリンダの２つの水室に給排されて該水圧シリンダのピストンが往復動駆動され、前記２つの水室間の差圧を検出するシリンダ差圧検出器と、前記水圧シリンダの前記負荷駆動端のピストン変位を検出するピストンストローク検出器とを備え、さらに、前記ピストンストローク検出器からのピストン変位の検出値に基づき算出された検出ピストン速度が目標ピストン速度になるように、且つ前記シリンダ差圧検出器からの差圧検出値が基準差圧以上になるように前記可変速モータの回転速度を制御するモータ制御装置を備え、さらに、該モータ制御装置には負荷に対する前記水圧シリンダによる所要駆動出力である目標出力が設定された目標出力設定部を有し、該目標出力設定部に設定された目標出力に対応する水圧シリンダの目標ピストン速度と前記ピストン変位の検出値に基づき算出された検出ピストン速度との速度偏差を算出する速度偏差算出手段と、該速度偏差算出手段からの速度偏差に対応する前記水圧ポンプの吐出量補正値を算出する吐出量補正値算出手段と、該吐出量補正値算出手段からの吐出量補正値と前記差圧検出値が基準差圧以上になるように補正する補正値との重畳した補正値に基づき前記可変速モータの回転速度を算出するモータ回転速度算出部とを備えてなることを特徴とする水圧駆動装置。 - 前記モータ制御装置は、前記シリンダ差圧検出器からの差圧検出値と予め設定された基準差圧との偏差に基づき前記可変速モータ回転速度の補正値を算出して前記モータ回転速度算出部に入力する差圧補正値算出手段を備えてなることを特徴とする請求項１記載の水圧駆動装置。
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