JP4724945B2

JP4724945B2 - 油圧回路

Info

Publication number: JP4724945B2
Application number: JP2001118660A
Authority: JP
Inventors: 吉美早乙女
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2001-04-17
Filing date: 2001-04-17
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2021-04-17
Also published as: JP2002310102A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はとくに油圧ショベルやクレーン等の建設機械に好適な油圧回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
油圧ショベルを例にとって従来の技術を説明する。
【０００３】
近時、油圧ショベルにおいては、電動機で油圧ポンプを駆動し、このポンプからの油によって油圧シリンダ、油圧モータ等の油圧アクチュエータを駆動する電動機駆動方式が採用されつつある。
【０００４】
この電動機駆動方式において、各ポンプを別々の電動機で駆動する個別駆動方式が公知であるが、この方式によると、大きな電動機が多数必要となるため、駆動設備が大形化するとともにコストが高騰するという問題があった。
【０００５】
このため、とくに小形の油圧ショベルでは、駆動設備の設置スペースを確保できないことから実機への搭載が困難となっていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、一つの電動機で複数のポンプを駆動する電動機共用方式が考えられている。
【０００７】
この電動機共用方式においては、操作手段の操作量に応じて電動機回転数を変えてポンプ吐出量を制御する構成がとられる。
【０００８】
ところが、こうすると、弊害として、複数のアクチュエータを同時に作動させる複合操作時に、あるアクチュエータは適正流量で操作通りの動きをする一方で、別のアクチュエータは流量過多または流量不足で操作通りの動きが得られないという各アクチュエータ間での油圧の干渉が生じるという問題があり、これが電動機共用方式をとる上での障害となっていた。
【０００９】
本発明は上記の事情に鑑み、電動機共用方式をとりながら、アクチュエータ間の油圧の干渉を防止することができる油圧回路を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、複数の油圧アクチュエータに対する動作指令信号を出力する複数の操作手段と、この操作手段からの動作指令信号に基づいて各油圧アクチュエータを個別に駆動する複数のアクチュエータ駆動回路と、上記各油圧アクチュエータに対応して設けられた複数の油圧ポンプと、この各油圧ポンプを駆動する共通の駆動源としての電動機と、上記各操作手段の操作量に応じて対応する油圧ポンプの吐出量を制御するポンプ吐出量制御手段とを具備し、上記ポンプ吐出量制御手段は、電動機の回転数を制御する電動機回転数制御部と、油圧ポンプの傾転を制御するポンプ傾転制御部とを備え、
（ｉ）各操作手段がいずれも操作されないときは、要求流量が最小であるとして、各油圧ポンプの吐出量が最小となるように電動機回転数制御部に回転数指令信号を送り、
（ｉｉ）一つの操作手段のみが操作される単独操作時は、対応する一つの油圧ポンプの吐出量が要求流量と一致するように電動機回転数制御部に回転数指令信号を送るとともに、それ以外の油圧ポンプの吐出量が最小となるようにポンプ傾転制御部に傾転指令信号を送り、
（ｉｉｉ）複数の操作手段が同時に操作される複合操作時は、そのうちの最大要求流量が得られるように上記電動機回転数制御部に回転数指令信号を送るとともに、それよりも要求流量が小さい油圧ポンプの吐出量がその要求流量と一致するようにポンプ傾転制御部に傾転指令信号を送る
ように構成されたものである。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の構成において、各アクチュエータ駆動回路に余剰油をタンクに戻すアンロード回路が設けられ、少なくとも一つのアクチュエータ駆動回路のアンロード回路に、補助圧源としてのアキュムレータと、余剰油のアンロード先をこのアキュムレータとタンクのうちから選択する切換弁が設けられたものである。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項２の構成において、アキュムレータの圧力を検出するアキュムレータ圧力検出手段と、このアキュムレータ圧力検出手段からの圧力信号に基づいてアキュムレータ圧力が設定値以下のときに切換弁をアキュムレータ側に切換える切換制御手段が設けられたものである。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項２または３の構成において、アクチュエータ駆動回路に、操作手段の操作に応じて油圧アクチュエータの作動を制御する油圧パイロット式のコントロールバルブが設けられ、このコントロールバルブのパイロット油圧源としてアキュムレータが接続されたものである。
【００１４】
上記構成によると、共通（一つ）の電動機で駆動される複数のポンプの吐出量が、ポンプ吐出量制御手段により、対応する操作手段の操作量に応じて個別に制御される。
【００１５】
すなわち、電動機共用方式をとりながら、各アクチュエータが独立して作動するため、複合操作時のアクチュエータ間の油圧の干渉を防止することができる。
【００１６】
この場合、複合操作時に、電動機回転数制御部により、最大要求流量に合わせて電動機の回転数（ポンプ吐出量に対応）が設定される一方、そのままでは流量過多となるアクチュエータ駆動回路についてはポンプ傾転制御部によりポンプ傾転が制御されて要求流量に抑えられ、これによってアクチュエータ間の油圧の干渉が防止される。
【００１７】
一方、請求項２の構成によると、各アクチュエータについて要求流量を越える余剰油を補助圧源としてのアキュムレータに導入し得るため、このアキュムレータを補助油圧ポンプに代わる補助圧源（請求項４ではアクチュエータ駆動回路におけるコントロールバルブのパイロット油圧源）として使用することが可能となる。すなわち、補助油圧ポンプを省略して設備占有スペースを縮小し、コストを安くすることができる。
【００１８】
この場合、請求項３の構成によると、余剰油のアンロード先を切換える切換弁の作動が切換弁制御手段によって自動時に、かつ、アキュムレータ圧力に応じて適切に行われる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図によって説明する。
【００２０】
この油圧回路においては、複数の油圧アクチュエータを別々の油圧ポンプで駆動し、この各油圧ポンプを一つの電動機で駆動する構成（電動機共用方式）がとられる。
【００２１】
ただし、この実施形態では説明をわかり易くするために、最小限の数である二つの油圧アクチュエータ（ここでは油圧シリンダを例示しているが油圧モータでもよいし、油圧シリンダと油圧モータの組み合わせでもよい）１，２を別々の油圧ポンプ３，４で駆動し、これらを一つの電動機５で駆動する場合を例にとっている。
【００２２】
電動機５は、図示しないエンジンで駆動される発電機、またはバッテリで駆動され、その回転軸に接続された第１及び第２両ポンプ３，４が一体に（同時に同速度で）回転する。
【００２３】
この両ポンプ３，４に接続された第１、第２両シリンダ駆動回路６，７には、シリンダ１，２の作動方向を制御する油圧パイロット式のコントロールバルブ８と、このコントロールバルブ８を制御する一対の電磁比例減圧弁９，１０が設けられ、電磁比例減圧弁（以下、単に比例弁という）９，１０が操作体１１，１２の操作に基づくコントローラ１３からの制御信号により制御される。
【００２４】
すなわち、操作体１１，１２は、レバー１１ａ，１２ａの操作量を電気信号（操作信号Ｓｏ１，Ｓｏ２に変換してコントローラ（ポンプ吐出量制御手段）１３に送り、コントローラ１３からこの操作信号Ｓｏ１，Ｓｏ２に応じた指令信号が比例弁９，１０に選択的に送られてコントロールバルブ８が制御され、油圧シリンダ１，２の作動が制御される。
【００２５】
また、電動機５には、その回転数を制御する電動機回転数制御部としての電動機制御器１４、両ポンプ３，４にはその傾転を制御するポンプ傾転制御部としてのポンプレギュータ１５，１６がそれぞれ設けられ、操作体１１，１２の操作量に応じた回転数信号Ｓｍが電動機制御器１４に、操作体１１，１２の操作量に応じた傾転信号Ｓｒ１，Ｓｒ２がポンプレギュータ１５，１６にそれぞれ送られて、電動機回転数とポンプ傾転が制御される。この点の作用は後に詳述する。
【００２６】
なお、図１中、１７，１７は両シリンダ駆動回路６，７の上限圧を設定するリリーフ弁である。
【００２７】
また、両シリンダ駆動回路６，７には、余剰油をタンクＴに戻すアンロード回路１８が設けられ、このうち、第２シリンダ回路７のアンロード回路１８に、電磁切換式の切換弁１９を介してアキュムレータ２０が接続されている。
【００２８】
切換弁１９は、コントローラ１３からの切換信号Ｓｖによってタンク位置ａとアキュムレータ位置ｂとの間で切換わり作動し、余剰油は、タンク位置ａではタンクＴに戻され、アキュムレータ位置ｂでアキュムレータ２０に導入されて蓄圧作用を行う。
【００２９】
このアキュムレータ２０の圧力は、圧力スイッチ等の圧力検出器２１により検出されてその圧力信号Ｓｐがコントローラ１３に送られ、アキュムレータ圧力が予め設定された値以下のときに切換弁１９がアキュムレータ位置ｂに切換わって上記アキュムレータ蓄圧作用が行われる。
【００３０】
上記構成において、操作体１１，１２が操作されると、その操作量に応じた操作信号Ｓｏ１，Ｓｏ２がコントローラ１３に送られ、このコントローラ１３からの各信号により、電動機５の回転数とポンプ３，４の傾転（ポンプ容量）が設定されるとともに、比例弁９，１０（コントロールバルブ８）が作動して、シリンダ１，２が作動する。
【００３１】
ここで、操作体１１，１２の操作量と電動機回転数（ポンプ吐出量に対応）は、図２に示すようにほぼ比例関係となるように設定され、これによりシリンダ１，２が操作量に応じた速度で作動する。
【００３２】
以下、操作パターンごとに詳述する。
【００３３】
Ａ．非操作時
両操作体１１，１２がいずれも操作されないときは、操作信号Ｓｏ１，Ｓｏ２がコントローラ１３に入力されない。従って、コントローラ１３から電動機制御器１４及びポンプレギュータ１５，１６には、要求流量が最小であるとして最小の吐出量が指令されるため、ポンプ吐出量が最小となる。
【００３４】
このとき、両シリンダ回路６，７の余剰油はアンロード回路１８を介して（第２シリンダ回路７の場合は切換弁１９経由で）タンクＴに戻される。
【００３５】
なお、この非操作時に、ポンプ吐出量が０となるように電動機５を停止させてもよい。
【００３６】
Ｂ．単独操作時
両操作体１１，１２のうちの一方のみが操作されたときは、その操作された側の操作信号Ｓｏ１またはＳｏ２がコントローラ１３に送られる。
【００３７】
第１シリンダ１用の第１操作体１１が操作された場合を例にとると、このときコントローラ１３は、この操作信号Ｓｏ１に基づいて、操作量に対応する電動機回転数の指令信号Ｓｍを電動機制御器１４に出力する。これにより、図２に示すように操作量にほぼ比例して電動機回転数が変化し、この電動機回転数に応じてポンプ吐出量が要求流量まで変化して、第１シリンダ１が操作量に応じた速度で作動する。
【００３８】
なお、この場合、第１ポンプ３の傾転を固定したまま電動機回転数のみによって要求流量を確保してもよいし、電動機制御と同時に第１ポンプ３の傾転を制御して要求流量を得るように構成してもよい。
【００３９】
一方、このとき、第１シリンダ用の第１ポンプ３だけでなく第２ポンプ４も一体に回転するため、このままではアンロード回路１８を通ってアンロードされる油量が多くてエネルギーの無駄となる。
【００４０】
そこで、この場合、コントローラ１３から非操作側である第２ポンプ４用のポンプレギュータ１６にポンプ容量を最小にする傾転指令信号Ｓｒ２が送られる。これにより、第２ポンプ４からの吐出量が最小となる。
【００４１】
Ｃ．複合操作時
両操作体１１，１２が同時に異なる量ずつ操作されたときは、両操作信号Ｓｏ１，Ｓｏ２のうち大操作量の信号に基づいて電動機回転数が設定される。
【００４２】
たとえば、第１操作体１１が第２操作体１２よりも大きく操作されたときは、コントローラ１３から電動機制御器１４に、第１操作体１１の操作による要求流量（最大要求流量）を得ることができる電動機回転数の指令信号Ｓｍが送られる。
【００４３】
これにより、電動機５が指令回転数で回転して第１ポンプ３から第１シリンダ１に要求流量が送られ、同シリンダ１が指令速度で作動する（この場合も、上記単独操作時と同様に、第１ポンプ３の傾転は固定したまま電動機回転数のみを制御してもよいし、電動機回転数とポンプ傾転の双方を同時に制御してもよい）。
【００４４】
このとき、コントローラ１３は、小操作側である第２操作体１２からの操作信号Ｓｏ２に基づいて、この操作量に対応する要求流量が第２ポンプ４から吐出されるように、ポンプレギュータ１６に第２ポンプ４の傾転を指令する。これにより、第２シリンダ２も指令通りの速度で作動する。
【００４５】
このように、複合操作時には、そのうちの要求流量が多い方に合わせて電動機回転数を設定する一方、このままでは流量過多となる他方のポンプについてはその傾転を制御して要求通りの流量に抑えるように作用する。
【００４６】
従って、一つの電動機５で二つのポンプ３，４を駆動する電動機共用方式をとりながら、油圧的には両シリンダ１，２を独立作動させて互いの干渉を防止することができる。
【００４７】
一方、上記（Ｂ）の単独操作時において、非操作側である第２ポンプ４からの吐出油がただアンロードされるだけではエネルギーの無駄となる。
【００４８】
そこで、コントローラ１３は、単独操作時であること、第２ポンプ４の吐出油がアンロードされていること、それに圧力検出器２１からの圧力信号Ｓｐに基づいてアキュムレータ圧力が設定値以下であることの三つの条件を満足する場合に、切換弁１９に切換信号Ｓｖを送って同切換弁１９をアキュムレータ位置ｂに切換える。
【００４９】
これにより、第２シリンダ駆動回路７のアンロード油が切換弁１９経由でアキュムレータ２０に供給されてアキュムレータ２０が設定値まで蓄圧される。
【００５０】
このため、エネルギーの無駄がなくなる。また、アキュムレータ２０が常に設定圧まで蓄圧された状態に保たれるため、この実施形態のようにアキュムレータ２０を両回路６，７の比例弁９，１０（コントロールバルブ８）の補助圧源として使用することが可能となる。
【００５１】
すなわち、補助圧源として補助ポンプを別途付加する必要がなくなり、コスト、設備スペースの点で有利となる。
【００５２】
ところで、上記実施形態では、二つのシリンダ駆動回路６，７から成る油圧回路を例示して説明したが、モータ駆動回路、シリンダ駆動回路とモータ駆動回路を組み合わせたアクチュエータ回路にも適用することができる。
【００５３】
また、アクチュエータ駆動回路が三つ以上の場合も、基本的な構成、作用は上記実施形態の場合と同じで、
(ｉ) 単独操作時に、操作側のポンプの吐出量が要求流量と一致するように電動機回転数を制御するとともに、非操作側のポンプを吐出量最小となるように傾転制御し、
(ｉｉ) 複合操作時に、最大要求流量に合わせて電動機回転数を設定するとともに、それより要求流量が小さいポンプについてはその要求流量が得られるように傾転を制御する
構成をとればよい。
【００５４】
さらに、本発明は油圧ショベル、とくにスペースに余裕のない小形の油圧ショベルに適するが、他の建設機械にも、また油圧を用いる他の機械にも広く適用することができる。
【００５５】
【発明の効果】
上記のように本発明によると、複数のアクチュエータ駆動回路の油圧源である複数の油圧ポンプを共通の電動機で駆動する構成をとり、かつ、この構成において各アクチュエータ駆動回路のポンプの吐出量を、ポンプ吐出量制御手段により、対応する操作手段の操作量に応じて個別に制御し、各アクチュエータを独立して作動させる構成としたから、電動機共用方式をとりながら、複合操作時のアクチュエータ間の油圧の干渉を防止することができる。
【００５６】
この場合、複合操作時に、電動機回転数制御部により、最大要求流量に合わせて電動機の回転数（ポンプ吐出量に対応）が設定される一方、そのままでは流量過多となるアクチュエータ駆動回路についてはポンプ傾転制御部によりポンプ傾転が制御されて要求流量に抑えられ、これによってアクチュエータ間の油圧の干渉が防止される。
【００５７】
また、請求項２の発明によると、各アクチュエータについて要求流量を越える余剰油を補助圧源としてのアキュムレータに導入するため、このアキュムレータを補助油圧ポンプに代わる補助圧源（請求項４ではアクチュエータ駆動回路におけるコントロールバルブのパイロット油圧源）として使用することが可能となる。すなわち、補助油圧ポンプを省略して設備占有スペースを縮小し、コストを安くすることができる。
【００５８】
この場合、請求項３の発明によると、余剰油のアンロード先を切換える切換弁の作動を切換弁制御手段によって自動時に、かつ、アキュムレータ圧力に応じて適切に行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる油圧回路図である。
【図２】同実施形態における操作体の操作量と電動機回転数の関係を示す図である。
【符号の説明】
１，２油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）
３，４油圧ポンプ
５電動機
６，７シリンダ駆動回路
８コントロールバルブ
１１，１２操作手段としての操作体
１３ポンプ吐出量制御手段と切換制御手段を兼ねるコントローラ
１４電動機制御器（電動機回転数制御部）
１５，１６ポンプレギュータ（ポンプ傾転制御部）
１８アンロード回路
１９切換弁
２０アキュムレータ

Claims

複数の油圧アクチュエータに対する動作指令信号を出力する複数の操作手段と、この操作手段からの動作指令信号に基づいて各油圧アクチュエータを個別に駆動する複数のアクチュエータ駆動回路と、上記各油圧アクチュエータに対応して設けられた複数の油圧ポンプと、この各油圧ポンプを駆動する共通の駆動源としての電動機と、上記各操作手段の操作量に応じて対応する油圧ポンプの吐出量を制御するポンプ吐出量制御手段とを具備し、上記ポンプ吐出量制御手段は、電動機の回転数を制御する電動機回転数制御部と、油圧ポンプの傾転を制御するポンプ傾転制御部とを備え、
（ｉ）各操作手段がいずれも操作されないときは、要求流量が最小であるとして、各油圧ポンプの吐出量が最小となるように電動機回転数制御部に回転数指令信号を送り、
（ｉｉ）一つの操作手段のみが操作される単独操作時は、対応する一つの油圧ポンプの吐出量が要求流量と一致するように電動機回転数制御部に回転数指令信号を送るとともに、それ以外の油圧ポンプの吐出量が最小となるようにポンプ傾転制御部に傾転指令信号を送り、
（ｉｉｉ）複数の操作手段が同時に操作される複合操作時は、そのうちの最大要求流量が得られるように上記電動機回転数制御部に回転数指令信号を送るとともに、それよりも要求流量が小さい油圧ポンプの吐出量がその要求流量と一致するようにポンプ傾転制御部に傾転指令信号を送る
ように構成されたことを特徴とする油圧回路。
請求項１記載の油圧回路において、各アクチュエータ駆動回路に余剰油をタンクに戻すアンロード回路が設けられ、少なくとも一つのアクチュエータ駆動回路のアンロード回路に、補助圧源としてのアキュムレータと、余剰油のアンロード先をこのアキュムレータとタンクのうちから選択する切換弁が設けられたことを特徴とする油圧回路。
請求項２記載の油圧回路において、アキュムレータの圧力を検出するアキュムレータ圧力検出手段と、このアキュムレータ圧力検出手段からの圧力信号に基づいてアキュムレータ圧力が設定値以下のときに切換弁をアキュムレータ側に切換える切換制御手段が設けられたことを特徴とする油圧回路。
請求項２または３記載の油圧回路において、アクチュエータ駆動回路に、操作手段の操作に応じて油圧アクチュエータの作動を制御する油圧パイロット式のコントロールバルブが設けられ、このコントロールバルブのパイロット油圧源としてアキュムレータが接続されたことを特徴とする油圧回路。