以下、本発明に係る建設機械の油圧駆動装置の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明に係る建設機械の油圧駆動装置の第1実施形態を含む油圧ショベルを示す側面図である。
第1実施形態を含む油圧ショベルは、走行体101を備え、走行体101の上には旋回体102を設けてある。走行体101と旋回体102から本体が構成されている。旋回体102は図示していないが走行体101との間に介在するベアリング機構と、後述するアクチュエータである油圧モータ8により走行体101に対し旋回可能となっている。また旋回体102はメインフレーム105に、前部に作業装置103、後部にカウンタウェイト108、左前部に運転室104を搭載し、さらにカウンタウェイト108の前にエンジンや電動モータで構成される原動機106が備えられ、さらに原動機106からの出力により駆動する油圧システム107を有する。
作業装置103は、ブーム111、アーム112、バケット113からなる構造物がリンク機構により結合され、各々リンク軸を中心に回転運動を行い、掘削などの作業を行う。ブーム111、アーム112、バケット113、各々を回転運動させるために、アクチュエータであるブームシリンダ121、アームシリンダ122、バケットシリンダ123を備えている。また、ブームシリンダ121、アームシリンダ122、バケットシリンダ123は、油圧システム107に含まれ、圧油を供給され駆動する。
図2は、図1に示す油圧ショベルに備えられる油圧システム107の要部を示す回路構成図、図3は、図2に示すコントローラの要部を示す図、さらに、図4は、図2に示す操作装置のレバー操作量と変換値Sc、もしくはSdとの関係を示す特性線図である。
図2に示すように油圧システム107は、第1油圧ポンプである可変容量型のメインポンプ1と、メインポンプ1から吐出される圧油の流れを制御する方向制御弁3と、メインポンプ1からの圧油が、方向制御弁3を介して供給されることにより駆動されるアクチュエータである油圧モータ8や前述したブームシリンダ121等を備える。
すなわち、メインポンプ1は、原動機106と駆動軸等で結合され、その駆動軸等を介して駆動力、回転速度が与えられる。メインポンプ1は油圧システム107を循環した作動油を一時的に蓄えるタンク5より作動油を吸引し、方向制御弁3に圧油を供給する。
メインポンプ1と方向制御弁3とを接続する油路には、メインリリーフ弁6への油路が分岐接続されている。メインリリーフ弁6はメインポンプ1からの圧油の最大吐出圧を設定し、圧油が最大吐出圧に到達すると、最大吐出圧を保持するために、弁を開いてタンク5に圧油を排出する。
方向制御弁3は、メインポンプ1から供給される圧油を油圧モータ8やブームシリンダ121等へ供給し、弁を開口してその流量と流れ方向、すなわち油圧モータ8やブームシリンダ121等の駆動方向を制御する。図2の方向制御弁3は複数のアクチュエータ毎に設けられており、タンデム型で構成されている。
タンデム型である方向制御弁3にはメイン油路2が設けられ、メインポンプ1からの圧油はメイン油路2を介して流れる構成となっている。アクチュエータを駆動する際には、方向制御弁3は弁を開口してメイン油路2の圧油を、オペレータが要求する方向に、要求する分の流量をアクチュエータ側へ分配供給する。
各方向制御弁3は油圧モータ8等のアクチュエータからの戻り油を排出する吐出ポート11を備え、各吐出ポート11は戻り油路12に合流し、方向制御弁3の下流でメイン油路2と合流する。
アクチュエータは、図2ではブームシリンダ121等の接続は省き、旋回体2を旋回させる油圧モータ8の構成のみ示している。油圧モータ8は方向制御弁3からの圧油を旋回油路7a、もしくは7bを介して供給される。なお、油圧モータ8は旋回油路7aから供給された場合の回転方向に対し、旋回油路7bから供給された場合は逆方向に回転する。
旋回油路7a、7bにはリリーフ弁9と、メイクアップ弁10が分岐接続されている。リリーフ弁9は、油圧モータ8の最大駆動圧が設定されている。油圧モータ8に負荷がかかり、旋回油路7a、もしくは7b内の圧油の圧力が最大駆動圧に到達すると、リリーフ弁9は弁を開口し、戻り油路13に圧油を排出する。
また、メイクアップ弁10は旋回体2の旋回動作の停止の際に、旋回体2の大きな慣性により発生する油圧モータ8への圧油供給側の旋回油路7a、もしくは7b内の負圧を防止するために備えられている。旋回体2停止時に圧油供給側の旋回油路7a、もしくは7b内の圧油の圧力は低下が進み、メイクアップ弁10に接続された戻り油路13内の作動油の圧力を下回る。このとき、メイクアップ弁10は開口し、戻り油路13から圧油供給側の旋回油路7a、もしくは7bに作動油が流入し、圧油供給側の旋回油路7a、もしくは7b内が負圧になることを防止する。
戻り油路13は戻り油路12と合流し、その下流には戻り油路25が位置する。更に戻り油路25から分岐油路15が分岐接続している。戻り油路25には圧力調整装置である圧力制御弁14が備えられ、圧力制御弁14から排出された作動油はタンク5へ戻される。また、分岐油路15にはチェック弁16が備えられ、チェック弁16から排出された作動油はタンク5へ戻される。
また、油圧モータ8等のアクチュエータ、もしくは方向制御弁3から排出される圧油の圧力を制御する圧力制御部に含まれるコントローラ23と、油圧モータ8等のアクチュエータへの指令信号X,Yを生成する操作装置である操作装置20と、操作装置20の指令信号X,Yを変換指令信号Sa、Sbに変換する指令信号変換部である圧力センサ22a、22bを備える。
さらに、圧力制御部は、油圧モータ8等、もしくは方向制御弁3から排出される圧油の圧力を調整する圧力調整装置に含まれる圧力制御弁14とチェック弁16と、図3に示すように、コントローラ23に含まれ、変換指令信号Sa,Sbがコントローラ23の入力部23aにおいて変換された変換値Sc,Sdの閾値Pcを設定する閾値設定部23cと、変換値Sc,Sdと前述した閾値Pcとを比較する比較部23bと有する。
圧力制御部は、圧力センサ22a、22bにより変換された変換指令信号Sa、Sbを入力し、変換指令信号Sa、Sbをコントローラ23の入力部23aにおいて変換値Sc,Sdに変換する。変換値Sc、Sdが予め設定された閾値Pc未満であるとき、油圧モータ8等のアクチュエータ、もしくは方向制御弁3から排出される圧油の圧力を、予め設定された目標圧力になるように制御し、変換値Sc、Sdが予め設定された閾値Pc以上であるとき、油圧モータ8等のアクチュエータ、もしくは方向制御弁3から排出される圧油の圧力を、目標圧力より低くなるように制御する。
すなわち、図2に示すように、操作装置20は指令信号X,もしくはYを、オペレータが操作装置20の操作レバーを傾倒することにより決まるレバー操作量と、操作装置20に含まれる減圧弁により生成する。第2油圧ポンプであるパイロットポンプ17からの圧油の圧力がレバー操作量に応じた圧力に変換されるように、レバー操作量に基づいて減圧弁が制御され、その結果生成された圧力が指令信号X,もしくはYとなる。生成された指令信号X,もしくはYは指令信号油路21a、もしくは21bを介して方向制御弁3へ送られる。方向制御弁3は、入力するパイロットポートを有し、パイロットポートに指令信号X,もしくはYを入力すると、それに応じて弁を開口し、アクチュエータに供給する圧油の流量と流れ方向を制御する。
なお、パイロットポンプ17は、メインポンプ1と駆動軸等で結合され、原動機106より駆動力、回転速度が与えられる。パイロットポンプ17はタンク5より作動油を吸引し、パイロット油路18を介して操作装置20に含まれる減圧弁に圧油を供給する。また、パイロット油路18には、パイロットリリーフ弁19への油路が分岐接続されている。パイロットリリーフ弁19はパイロットポンプ17からの圧油の最大吐出圧を設定し、圧油が最大吐出圧に到達すると、最大吐出圧を保持するため、弁を開いてタンク5に圧油を排出する。
指令信号油路21a、21bは、その油路内圧力を計測し、計測結果を外部へ出力する圧力センサ22a、22bを備える。圧力センサ22a、もしくは22bは、指令信号油路21a、もしくは21b内の指令信号X,もしくはYを計測し、変換指令信号Sa,もしくはSbに変換し、コントローラ23へ出力する。コントローラ23は、内部演算を行い、その結果に応じて出力信号Szを圧力制御弁14に出力する。
図3に示すように、コントローラ23は、入力部23aと、閾値設定部23cと、比較部23bと、第1入力判定部であるディレー部23eと、乗算部23hと、出力信号生成部23dとを有する。
入力部23aは、変換指令信号Sa、もしくはSbを入力し、変換指令信号Sa,もしくはSbを、AD変換などを行って変換値Sc,もしくはSdに変換し、外部に出力する。
閾値設定部23cは、図示しないパソコンなど外部機器から閾値Pcが設定可能であり、設定された閾値Pcを図示しない内蔵するメモリ等の記憶装置に記憶し、記憶した閾値Pcを外部に出力する。
比較部23bは、入力部23aから変換値Sc、もしくはSdと、閾値設定部23cから閾値Pcとを入力し、変換値Sc、もしくはSdと閾値Pcとを比較演算し、比較結果Seを外部に出力する。比較演算は、変換値Sc、もしくはSdが閾値Pc未満のとき、油圧モータ8等のアクチュエータ、もしくは方向制御弁3から排出される圧油の圧力を、予め設定された目標圧力になるように圧力制御弁14を絞り側に制御する比較結果Se=αを算出し、変換値Sc、もしくはSdが閾値Pc以上のとき、油圧モータ8等のアクチュエータ、もしくは方向制御弁3から排出される圧油の圧力を、目標圧力より低くなるように圧力制御弁14を全開側に制御する比較結果Se=βを算出する。
ディレー部23eは、オペレータが短時間に繰り返し操作を行う場合を想定し、圧力制御弁14の絞り側と全開側との切換の追従性を鈍らせ、急峻な圧力によるショックを防止するために設けている。
すなわち、圧力制御部に含まれるディレー部23eは、予め第1所定時間である設定継続時間を設定でき、比較部23bから入力される第1入力信号である比較結果Seの設定継続時間における変化を判定し、その判定結果を第1出力信号である演算結果Sfを外部に出力する。
ディレー部23eの内部演算は、まず、変換値Sc、もしくはSdが閾値Pc以上である比較結果Se=βのとき、比較結果Se=βの継続時間を計測する。計測には内部に有する図示しないタイマを用いる。次に計測した比較結果Se=βの継続時間と、図示しない内部メモリなどに記憶されている前述した設定継続時間とを比較し、計測した比較結果Se=βの継続時間が設定継続時間未満の場合、演算結果Sf=δを算出し、計測した比較結果Se=βの継続時間が設定継続時間以上の場合、演算結果Sf=γを算出する。変換値Sc、もしくはSdが閾値Pc未満である比較結果Se=αのときは、演算結果Se=αの継続に関係なく、演算結果Sf=ξを算出する。
乗算部23hは、比較部23bの比較結果Seとディレー部23eの演算結果Sfとを乗算し、乗算結果Sgを外部に出力する。
出力信号生成部23dは、乗算部23hからの乗算結果Sgに応じて、出力信号Szを生成し、圧力制御弁14へ出力する。出力信号生成部23dの内部演算は、
1) 乗算部23hの乗算結果Sg=αξ、もしくはSg=βδを入力すると、出力信号Sz=Son
2) 乗算部23hの乗算結果Sg=βγを入力すると、出力信号Sz=Soff
のように、出力信号Szを算出する。出力信号Sonは、圧力制御弁14を絞り側に制御し、Soffは圧力制御弁14を全開側に制御する。
圧力制御弁14は、電磁ソレノイド等の電気アクチュエータを備え、コントローラ23からの出力信号Szを入力し、出力信号Szに応じて電気アクチュエータが駆動し、弁の開度が制御される。圧力制御弁14は、出力信号Sz=Sonが入力されると、図示しない電源から電力が電気アクチュエータに供給され、絞り側へ移行し、出力信号Sz=Soffが入力されると、図示しない電源からの電力が遮断され、圧力制御弁14は備わっているバネにより、全開側へ移行する。
チェック弁16は、目標圧力である設定圧Peを設定でき、圧力制御弁14の上流側の戻り油路25の圧力を制御する。
すなわち、変換値Sc、もしくはSdが閾値Pc未満である場合、圧力制御弁14は、コントローラ23から出力信号Sz=Sonを入力することにより、絞り側へ制御されるため、圧力制御弁14の上流にある戻り油路25の圧力は、目標圧力である分岐油路15にあるチェック弁16の設定圧となる。
また、変換値Sc、もしくはSdが閾値Pc以上であり、比較結果Se=βが設定継続時間以上の場合、圧力制御弁14は、コントローラ23から出力信号Sz=Soffを入力することにより、全開側へ制御されるため、圧力制御弁14の上流にある戻り油路25の圧力はタンク5内の圧力と同等となる。したがって、目標圧力である分岐油路15にあるチェック弁16の設定圧より低くなる。
次に第1実施形態の作用について説明する。
図4は、操作装置20のレバー操作量に対する、指令信号X,もしくはYに相当する値として、コントローラ23内で圧力センサ22a、22bにより変換した変換指令信号Sa,もしくはSbをさらに入力部23aで変換した変換値Sc,もしくはSdと、あるレバー操作量に対する閾値Pcと、さらに閾値Pcに応じて圧力制御弁14が制御され、それに伴い変化する戻り油路25の圧力、すなわち背圧の関係とを示している。また図4中の領域N、O、P、Qはレバー操作量の遷移領域を示している。
レバー操作量が領域Nにあるときは、アクチュエータへの指令信号の中立帯であり、操作装置20の減圧弁は動作しない。したがって、指令信号油路21a、もしくは21bの圧力は0であり、さらに0である圧力は圧力センサ22a、もしくは22bにより変換指令信号Sa,もしくはSbに変換され、変換指令信号Sa,もしくはSbは0となる。このとき、方向制御弁3は中立位置にあり、メインポンプ1からの圧油はメイン油路2、を介して戻り油路25へ流れる。
コントローラ23は、変換指令信号Sa,もしくはSbを入力すると、入力部23aで変換値Sc、もしくはSdを0に変換し、比較部23bで閾値Pcと比較する。変換指令信号Sa,もしくはSbが0であるため、必然的に変換値Sc、もしくはSdも0であることから、閾値Pc未満であるため、比較部23bは比較結果Se=αをディレー部23eと乗算部23hに出力する。ディレー部23eは、比較部23bからの比較結果Se=αを入力し、演算結果Sf=ξを出力する。乗算部23hは、比較部23bの比較結果Se=αとディレー部23eの演算結果Sf=ξとを乗算し、乗算結果Sg=αξを出力信号生成部23dに出力する。出力信号生成部23dは、乗算部23hから乗算結果Sg=αξを入力し、内部演算を行い、出力信号Sz=Sonを圧力制御弁14に出力する。
圧力制御弁14は、コントローラ23より出力信号Sz=Sonを入力すると、電気アクチュエータが弁の開度を絞り側となるように制御する。
圧力制御弁14が絞り側であることから、圧力制御弁14上流の戻り油路25では背圧が立ち、その圧力は分岐油路15に備えられたチェック弁16の設定圧Peとなる。
レバー操作量が領域Oにあるときは、アクチュエータの微操作領域であり、キャビテーションを防止し、アクチュエータの圧力応答の低下等を防ぐよう、コントローラ23は圧力制御弁14を制御する。すなわち、操作装置20の減圧弁は領域Oにあるレバー操作量に応じて、指令信号油路21a、もしくは21bの圧力を制御し、さらに圧力センサ22a、もしくは22bにより変換指令信号Sa,もしくはSbは、変換値Sc、もしくはSdとして、領域O内の値に変換される。このとき、方向制御弁3は微操作ができる開度となり、メインポンプ1からの圧油はアクチュエータ、例えば油圧モータ8の旋回油路7a、もしくは7bを介して戻り油路25に流れ、また余剰油がメイン油路2を介して戻り油路25へ流れる。
コントローラ23は、変換指令信号Sa、もしくはSbを入力し、入力部23aで変換値Sc、もしくはSdに変換し、比較部23bで閾値Pcと比較する。レバー操作量が領域O内にあり、変換値Sc、もしくはSdは領域O内のレバー操作量に対する値となることから、比較部23bの比較演算結果は閾値Pc未満となる。よってコントローラ23は、領域Nの場合と同様、出力信号Sz=Sonを圧力制御弁14に出力し、圧力制御弁14は弁の開度を絞り側に制御する。その結果、圧力制御弁14上流の戻り油路25では背圧が生じ、その圧力は分岐油路15に備えられたチェック弁16の設定圧Peとなる。
レバー操作量が領域Pにあるときは、アクチュエータの微操作領域と速度を優先する領域が閾値Pcを境に存在する。すなわち、変換指令信号Sa,もしくはSbを変換した変換値Sc、もしくはSdが閾値Pc未満の領域では、キャビテーションを防止し、アクチュエータの圧力応答の低下等を防ぐよう、前述した領域Oと同様にコントローラ23は圧力制御弁14を制御し、また、このとき、方向制御弁3も領域Oと同様、微操作ができる開度となり、メインポンプ1からの圧油はアクチュエータ、例えば油圧モータ8の旋回油路7a、もしくは7bを介して戻り油路25に流れ、また余剰油がメイン油路2を介して戻り油路25へ流れる。変換指令信号Sa,もしくはSbを変換した変換値Sc、もしくはSdが閾値Pc以上の領域では、操作装置20の減圧弁はレバー操作量に応じて、指令信号油路21a、もしくは21bの圧力を制御し、さらに圧力センサ22a、もしくは22bにより、変換指令信号Sa,もしくはSbを変換した変換値Sc、もしくはSdが閾値Pc以上の領域内の値に変換される。このとき、方向制御弁3は速度が優先される、大流量を流す開度となり、メインポンプ1からの圧油はアクチュエータ、例えば油圧モータ8の旋回油路7a、もしくは7bを介して戻り油路25に流れ、また余剰油がメイン油路2を介して戻り油路25へ流れる。
コントローラ23は、変換指令信号Sa,もしくはSbを入力すると、入力部23aで変換値Sc、もしくはSdに変換し、比較部23bで閾値Pcと比較する。このとき、変換値Sc、もしくはSdが閾値Pc未満の領域内の値で入力すると、前述した領域NやOと同様、圧力制御弁14に対し、絞り側とする出力信号Sz=Sonを出力し、背圧は分岐油路15に備えられたチェック弁16の設定圧Peに維持される。
また、変換指令信号Sa、もしくはSbを変換した変換値Sc、もしくはSdが閾値Pc以上の領域内の値で入力すると、比較部23bは比較結果Se=βをディレー部23eと乗算部23hに出力する。ディレー部23eは、比較部23bからの比較結果Se=βを入力し、比較結果Se=βの継続時間を計測する。計測した比較結果Se=βの継続時間と、予め設定した設定継続時間とを比較し、計測した比較結果Se=βの継続時間が設定継続時間未満の場合、演算結果Sf=δを出力する。乗算部23hは、比較部23bの比較結果Se=βとディレー部23eの演算結果Sf=δとを乗算し、乗算結果Sg=βδを出力信号生成部23dに出力する。出力信号生成部23dは、乗算部23hから乗算結果Sg=βδを入力し、内部演算を行い、出力信号Sz=Sonを圧力制御弁14に出力する。
圧力制御弁14は、コントローラ23より出力信号Sz=Sonを入力すると、電気アクチュエータが弁の開度を絞り側となるように制御する。
圧力制御弁14が絞り側であることから、圧力制御弁14上流の戻り油路25では背圧が立ち、その圧力は分岐油路15に備えられたチェック弁16の設定圧Peとなる。
さらに、比較部23bの比較結果Se=βが設定継続時間以上継続すると、ディレー部23eは演算結果Sf=γを出力する。乗算部23hは、比較部23bの比較結果Se=βとディレー部23eの演算結果Sf=γとを乗算し、乗算結果Sg=βγを出力信号生成部23dに出力する。出力信号生成部23dは、乗算部23hから乗算結果Sg=βγを入力し、内部演算を行い、出力信号Sz=Soffを圧力制御弁14に出力する。
圧力制御弁14は、コントローラ23より出力信号Sz=Soffを入力すると、電気アクチュエータが弁の開度を全開側となるように制御する。
圧力制御弁14が全開側であることから、圧力制御弁14上流の戻り油路25には、タンク5内の圧力と同等の圧力Pfがかかる。したがって戻り油路25の圧力は、変換値Sc、もしくはSdが閾値Pc以上の場合は、閾値Pc未満に比べ低くなる。
レバー操作量が領域Qにあるときは、アクチュエータの速度を優先する領域であり、変換指令信号Sa、もしくはSbを変換した変換値Sc、もしくはSdは閾値Pcより大きいため、領域Pの閾値Pcより大きい領域と同様にコントローラ23は圧力制御弁14を制御する。また、このとき、方向制御弁3は速度が優先されるさらに大流量を流す開度となり、メインポンプ1からの圧油はアクチュエータ、例えば油圧モータ8の旋回油路7a、もしくは7bを介して戻り油路25に流れ、また余剰油がメイン油路2を介して戻り油路25へ流れる。
コントローラ23は、変換指令信号Sa,もしくはSbを変換した変換値Sc、もしくはSdを領域Q内の値で入力すると、前述した領域Pの閾値Pc以上の領域と同様、比較部23bの比較結果Se=βが設定継続時間以上になった場合、圧力制御弁14に対し、全開側へ制御するように出力信号Szを出力し、その結果、戻り油路25の背圧はタンク5と同等の圧力Pfとなり、変換指令信号Sa,もしくはSbが閾値Pcより低い場合と比べ低くなる。
このように構成された本実施形態により、従来困難であった、レバー中立時や微操作時においては排出管路側に圧力を立てるようにすることができるとともに、速度を優先するフルレバーなど大流量が要求される操作時には排出管路側の圧力を立てないようにすることができる。この結果、レバー中立時や微操作時ではキャビテーション発生を防止するとともに、速度を優先するフルレバーなど大流量が要求される操作時には必要なアクチュエータ速度を確保することができる。
また、コントローラ23にディレー部23eを設け、圧力制御弁14の絞り側と全開側との切換制御の追従性を鈍らせたため、オペレータが短時間に繰り返し操作を行った場合でも、急峻な圧力変動によるショックを低減できる。
図5は、本発明に係る建設機械の油圧駆動装置の第2実施形態を示す操作装置のレバー操作量と変換値Sc、もしくはSdとの関係を示す特性線図である。
第1実施形態と同じ符号の要素については説明を省略する。
本実施形態は、レバー操作量の領域Pにおいて、2つの閾値Pc1、およびPc2を設け、レバー操作量に対し、圧力制御弁14の開度を徐々に変化させるように制御を行い、微操作を行う領域Oから速度を優先する領域Qへ移行した際に、急峻な圧力変動によるショックを緩和する。
このように構成された本実施形態により、第1実施形態と同様な効果を得られる。
図6は、本発明に係る建設機械の油圧駆動装置の第3実施形態を示す油圧システムの要部を示す回路構成図、図7は、図6に示すコントローラの要部を示す図である。
第1実施形態と同じ符号の要素については説明を省略する。
本実施形態は、オペレータがエンジン等の原動機106をかけたまま、一時的に作業を中断し、原動機106をアイドリング状態に移行させる場合、運転室104内に備えられた図示しないオートアイドルスイッチをオンに操作し、自動的にアイドリングに移行させる公知技術を搭載した油圧ショベルを想定し、オートアイドルがオンになった場合に、コントローラ232は出力信号Sz=Soffを出力して、圧力制御弁14を全開側に制御を行う。
すなわち、圧力制御部に含まれるコントローラ232は、図示しないオートアイドルスイッチからのオートアイドル信号Swにより、図7に示すアクチュエータの操作状態を判定する操作状態判定部232gを有し、操作状態判定部232gにおいて演算し、出力された操作状態判定信号Sjに応じて圧力制御弁14を制御する。
図6に示すように、油圧システム207において、オートアイドル信号Swは、原動機106と、コントローラ232に入力する。
図7に示すように、コントローラ232の操作状態判定部232gは、オートアイドル信号Swを入力し、
1)オートアイドル信号Swがオンのとき、操作状態判定信号Sj=ω1
2)オートアイドル信号Swがオフのとき、操作状態判定信号Sj=ω2
の操作状態判定を行い、操作状態判定信号Sjを比較部23mに出力する。
比較部23mは、操作状態判定信号Sj=ω1を入力すると、変換値Sc、もしくはSdにかかわらず、優先的に比較結果Se=βを演算し、ディレー部23e、および乗算部23hに出力する。ディレー部23eでは、比較結果Se=β、すなわち操作状態判定信号Sj=ω1の継続時間が設定継続時間未満では、演算結果Sf=δを算出し、操作状態判定信号Sj=ω1の継続時間が設定継続時間以上では、演算結果Sf=γを算出する。
乗算部23hは、比較部23mの比較結果Se=βと、ディレー部23eの演算結果Sfを乗算し、演算結果Sf=δのときは、乗算結果Sg=βδを出力生成部23dに出力し、出力生成部23dは出力信号Sz=Sonを圧力制御弁14に出力する。また、乗算部23hは、ディレー部23eの設定継続時間を経過後、ディレー部23eから演算結果Sf=γを入力すると、乗算結果Sg=βγを出力生成部23dに出力し、出力生成部23dは出力信号Sz=Soffを圧力制御弁14に出力する。
圧力制御弁14は、出力信号Sz=Soffを入力すると、全開側に制御される。この結果、オートアイドル信号Swがコントローラ232に入力されると、ディレー部23eの設定継続時間後に圧力制御弁14が全開側へ制御され、戻り油路25の背圧はタンク5と同等の圧力Pfになる。
オートアイドル信号Swがオフで入力された場合は、変換値Sc、もしくはSdが優先される。
なお、本実施形態では、ディレー部23eによる時間遅れを考慮した構成を示したが、これにこだわらない。すなわち、オートアイドル信号Swがオンで入力されると、ディレー部23eに時間遅れを機能させない信号を別途出力し、設定継続時間に関係なく、演算結果Sf=γを出力するようにし、オートアイドルが入ったら、即、圧力制御弁14を全開側へ制御するようにしてもよい。
このように構成された本実施形態により、第1実施形態と同様な効果を得られ、さらにオペレータが作業を中断したオートアイドル時に、戻り油路25に背圧を立てることなく、エネルギーロスを低減できる。
図8は、本発明に係る建設機械の油圧駆動装置の第4実施形態を示すコントローラの要部を示す図である。
第1、および第3実施形態と同じ符号の要素については説明を省略する。
本実施形態は、オペレータが操作をする意思がない非操作時において、変換指令信号Sa=0、Sb=0が所定時間を継続した場合、コントローラ231は出力信号Sz=Soffを出力して、圧力制御弁14を全開側に制御を行う。
すなわち、圧力制御部に含まれるコントローラ231は、第2所定時間である入力継続時間を設定でき、入力部231aから入力される第2入力信号である入力状態信号Siの入力継続時間における変化を判定し、その判定結果を第2出力信号Skとして操作状態判定部231gに出力する第2入力判定部である入力時間判定部23fを有し、操作状態判定部231gは入力時間判定部23fからの第2出力信号Skに応じて、操作状態判定信号Sjを演算する。
コントローラ231は、入力部231aを有し、入力部231aは、変換指令信号Sa、Sbを変換値Sc、Sdに変換するとともに、変換指令信号Sa,Sbの状態を示す入力状態信号Siを、
1)変換指令信号Sa、Sb=0のときは、入力状態信号Si=ψ1
2)変換指令信号Sa,もしくはSb≠0のとき、入力状態信号Si=ψ2
の判定を行い、入力時間判定部23fに出力する。
入力時間判定部23fは入力部231aからの入力状態信号Si=ψ1を入力すると、図示しない内部に有するタイマを始動し、入力状態信号Si=ψ1の継続時間を計測する。入力時間判定部23fは予め設定した入力継続時間と、計測した入力状態信号Si=ψ1の継続時間とを比較し、計測した入力状態信号Si=ψ1の継続時間が入力継続時間以上の場合、出力信号Sk=π1、計測した入力状態信号Si=ψ1の継続時間が入力継続時間未満の場合、もしくは、計測した入力状態信号Si=ψ2の場合、出力信号Sk=π2、を操作状態判定部231gに出力する。
操作状態判定部231gは、入力時間判定部23fからの出力信号Skを入力し、
1)出力信号Sk=π1のとき、操作状態判定信号Sj=ω1
2)出力信号Sk=π2のとき、操作状態判定信号Sj=ω2
の操作状態判定を行い、操作状態判定信号Sjを比較部23mに出力する。
比較部23mが、操作状態判定信号Sjを入力すると、コントローラ231では、第3実施形態と同様の演算が行われ、変換指令信号Sa,Sb=0が入力継続時間を経過後、圧力制御弁14は全開側へ制御される。
このように構成された本実施形態により、オペレータが操作をする意思がない非操作時において、第3実施形態と同様な効果を得られる。
なお、第3実施形態、および第4実施形態を分けて説明したが、これにこだわることなく、オートアイドルとオペレータの非操作とを両方検出でき、どちらかが検出された場合に戻り油路25に背圧を立てない構成でもよい。
図9は、本発明に係る建設機械の油圧駆動装置の第5実施形態を示す油圧システムの要部を示す回路構成図である。
第1実施形態と同じ符号の要素については説明を省略する。
本実施形態は、メインポンプ1からブームシリンダ121等のヘッド側へ流量を供給した結果、ロッド側からの戻り流量が少なく、戻り油路25への流量が少ないために発生する背圧が立ち難い状態を回避する。
すなわち、前述した第2油圧ポンプであるパイロットポンプ17と、パイロットポンプ17から吐出される圧油の少なくとも一部が、油圧モータ8、ブームシリンダ121等のアクチュエータ、もしくは方向制御弁3から排出される圧油と合流する合流回路である戻り油路50、合流箇所51、および戻り油路52とを有する。
油圧システム307において、パイロットポンプ17が吐出する圧油は、その余剰流量がパイロットリリーフ弁19の下流の戻り油路50へ流れる。さらに余剰流量は合流箇所51で戻り油路52と合流し、戻り油路25へ流れる。その結果、常に戻り油路25の背圧を立たせることができる。
このように構成された本実施形態により、第1乃至4の実施形態と同様の効果が得られ、さらにメインポンプ1からブームシリンダ121等のヘッド側へ流量を供給した結果、ロッド側からの戻り流量が少ない場合に、背圧が立たないことによるキャビテーション発生を防止できる。
図10は、本発明に係る建設機械の油圧駆動装置の第6実施形態を示す油圧システムの要部を示す回路構成図、図11は、図10に示す圧力制御部に含まれる圧力調整装置の要部を示す構造図、図12は、図10に示す操作装置のレバー操作量と油室内圧力との関係を示す特性線図である。
第1実施形態と同じ符号の要素については説明を省略する。
本実施形態は、圧力制御部を油圧機構で構成したものである。
すなわち、操作装置20の指令信号X,Yを変換指令信号に変換する指令信号変換部であるパイロットリリーフ弁70を備え、圧力制御部に含まれ、圧力調整装置に含まれる圧力制御弁67とチェック弁68は、パイロットリリーフ弁70により変換された変換指令信号であるパイロット油路72を流れる圧油の圧力を入力し、パイロット油路72を流れる圧油の圧力が予め設定された閾値未満であるとき、油圧モータ8等のアクチュエータ、もしくは方向制御弁3から排出される圧油の圧力を、予め設定された目標圧力になるように制御し、パイロット油路72を流れる圧油の圧力が閾値以上であるとき、油圧モータ8等のアクチュエータ、もしくは方向制御弁3から排出される圧油の圧力を、目標圧力より低くなるように制御する。
さらに、圧力制御部は、パイロット油路72を流れる圧油の圧力の閾値を設定する閾値設定部であるチェック弁73と、パイロット油路72を流れる圧油の圧力と閾値とを比較する比較部である弁体85を有する。
図10に示すように、油圧システム407において、メイン油路2は、戻り油路25に接続され、戻り油路25は圧力制御弁67のAポートに接続される。Aポートから圧力制御弁67に流入した圧油は、圧力制御弁67のBポートから排出され、Bポートに接続された戻り油路76と、戻り油路76にあるチェック弁74を介してタンク5へ排出される。
圧力制御弁67の上流では、戻り油路75が分岐する。戻り油路75は、チェック弁68を備え、チェック弁68の下流は戻り油路78が接続され、タンク5に圧油が排出される。
チェック弁68は、目標圧力である戻り油路25の設定圧Peを設定するために備えられている。
パイロット回路72は、チェック弁73を備え、チェック弁73の下流は戻り油路77が接続され、タンク5に圧油が排出される。また、チェック弁73の上流において、パイロット回路71が分岐し、パイロット回路71は圧力制御弁67のCポートへ接続される。
図11に示すように、圧力制御弁67は、Aポート、Bポート、およびCポートを有するハウジング81と、ハウジング81は内部に、Aポートから圧油を流入する流入油路83、Bポートへ圧油を排出する流出油路82、およびCポートからの圧油を流入する信号油路84と、流入油路83、流出油路82、および信号油路84が接続する油室86とを有し、油室86には弁体85を備え、弁体85には、絞り87が設けられている。
次に第6実施形態の作用について説明する。
図10に示すように、操作装置20に含まれる減圧弁は、パイロットポンプ70からの圧油を、オペレータが操作装置20の操作レバーを傾倒することにより決まるレバー操作量に応じて減圧し、指令信号油路21a、もしくは21bにおいて指令信号X,もしくはYを生成する。
このとき、操作装置20に含まれる減圧弁は余剰流量をタンク5へ排出するが、この余剰流量は、レバー操作量に略比例して増減する。すなわち、アクチュエータの微操作時であるレバー操作量が小さいとき、余剰流量は小さく、アクチュエータの速度が優先されるレバー操作量が大きいとき、余剰流量は大きい。
一方、パイロットリリーフ弁70からパイロット回路72に排出される圧油の流量は、操作装置20に含まれる減圧弁からタンク5へ排出される余剰流量と、略反比例して増減する。すなわち、アクチュエータの微操作時であるレバー操作量が小さいとき、パイロット回路72に排出される圧油の流量は大きく、アクチュエータの速度が優先されるレバー操作量が大きいとき、パイロット回路72に排出される圧油の流量は小さい。
すなわち、操作装置20のレバー操作量により生成される指令信号X,Yと、パイロットリリーフ弁70からパイロット回路72に排出される圧油の流量とは相関関係にあり、パイロットリリーフ弁70は、指令信号X,Yをパイロット回路72に排出される圧油の流量に変換していると言える。
図11に示すように、パイロット回路72に排出される圧油は、パイロット回路71を経由して圧力制御弁67のCポートへ流入する。さらにCポートからハウジング81の信号油路84を経由して、油室86へ流入する。油室86に流入した圧油は、弁体85の絞り87を経由して、流出油路82、さらにBポートを経由して戻り油路76へ流出する。
前述したように、アクチュエータの微操作時であるレバー操作量が小さいとき、パイロット回路72に排出される圧油の流量は大きく、パイロット回路71を経由して圧力制御弁67のCポートへ流入する流量も大きくなる。Cポートへ流入する流量が信号油路84を経由して油室86に流入し、弁体85の絞り87を通過する際に油室86で発生する圧力は、通過する流量の増大に伴い増大し、閾値であるチェック弁73の設定圧に到達する。その後、さらにパイロット回路72に排出される圧油の流量が増大すると、チェック弁73が開口し、パイロット回路71へ流れる流量と分流して余剰流量をタンク5へ排出するとともに、油室86の圧力をチェック弁73の設定圧に保つ。
アクチュエータの速度が優先されるレバー操作量が大きいとき、パイロット回路72に排出される圧油の流量は小さく、パイロット回路71を経由して圧力制御弁67のCポートへ流入する流量も小さくなる。よって、Cポートへ流入する流量が信号油路84を経由して油室86に流入し、弁体85の絞り87を通過する際に油室86で発生する圧力は、閾値であるチェック弁73の設定圧に到達せず、チェック弁73は開口しない。
一方、アクチュエータの微操作時であるレバー操作量が小さく、圧力制御弁67の油室86の圧力がチェック弁73の設定圧に到達した場合、油室86の圧力が弁体85にかかるので、戻り油路25を通過する圧油の圧力は上昇し、目標圧力である戻り油路75にあるチェック弁68の設定圧まで到達すると、チェック弁68が開口し、戻り油路25を通過する圧油は戻り油路75、およびチェック弁68を経由して、タンク5へ排出される。
アクチュエータの速度が優先されるレバー操作量が大きく、圧力制御弁67の油室86の圧力がチェック弁73の設定圧に到達しない場合、戻り油路25を通過する圧油の圧力は上昇するが、目標圧力である戻り油路75にあるチェック弁68の設定圧まで到達する前に、弁体85が開口し、流出油路82、Bポートを経由してタンク5へ排出される。
図12に示すように、領域N、O、Pのレバー操作量が小さく、油室86の圧力がチェック弁73の設定圧である閾値Pcが保たれている範囲では、戻り油路25に目標圧力であるチェック弁68の設定圧に相当する背圧Peが立つ。領域P、Qのレバー操作量が大きく、油室86の圧力がチェック弁73の設定圧である閾値Pcを保てなくなる範囲では、戻り油路25の圧力は背圧Peから徐々に低下する。さらに領域Qではタンク5の圧力と同等の背圧Pfまで低下し、目標圧力であるチェック弁68の設定圧より低くなる。
このように構成された本実施形態により、第1実施形態と同様の効果が得られる。