JP5972879B2 - 油圧駆動システム - Google Patents

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Description

本発明は、油圧駆動システムに関する。
油圧ショベルやホイールローダー等の作業機械は、油圧シリンダによって駆動される作業機を備えている。油圧シリンダには、油圧ポンプから吐出された作動油が供給される。作動油は、油圧回路を介して油圧シリンダに供給される。例えば、特許文献1では、油圧シリンダに作動油を供給するための油圧閉回路を備える作業機械が提案されている。油圧回路が閉回路であることにより、作業機の位置エネルギーが回生される。その結果、油圧ポンプを駆動する原動機の燃費を低減することが可能となる。
特表2009−511831号
作業機械は、作業機を微小な速度で制御する作業を行うことがある。例えば、油圧ショベルによって吊り作業を行う場合には、積荷の位置を合わせるために、ブームを微小速度でコンロールすることが必要となる。このように、作業機を微小な速度で制御する場合には、作業機の油圧シリンダに供給する作動油の流量を微小な流量の範囲で制御する必要がある。例えば、油圧ポンプの最大流量の1%以下の単位での流量の制御が必要である。
上述した特許文献1に開示されているような油圧閉回路では、作業機の油圧シリンダに供給する作動油の流量を微小な流量の範囲で制御するためには、油圧ポンプの吐出流量を微細に制御する必要がある。しかし、油圧ポンプの吐出流量の最小制御可能流量には限界があり、上述したように油圧ポンプの吐出流量を微細に制御することは困難である。
例えば、可変容量型の油圧ポンプが用いられる場合には、油圧ポンプの傾転角を小さくすることにより、油圧ポンプの吐出流量が小さくなる。しかし、微小傾転角の領域では、油圧ポンプの摺動部からの作動油の漏れの変動の影響が大きくなるため、安定した吐出流量を得ることが困難である。また、油圧ポンプの傾転角を変更するための機構には摩擦力が作用するため、油圧ポンプの傾転角を微小な角度単位で制御することは困難である。
また、固定容量型の油圧ポンプが用いられる場合には、油圧ポンプの回転速度を小さくすることにより、油圧ポンプの吐出流量が小さくなる。しかし、微小回転速度の領域では油圧ポンプの摺動部からの作動油の漏れの変動の影響が大きくなるため、安定した吐出流量を得ることは困難である。
本発明の課題は、油圧閉回路を備える油圧駆動システムにおいて、油圧シリンダの微小速度制御を可能とすることにある。
本発明の第1の態様に係る油圧駆動システムは、油圧ポンプと、駆動源と、油圧シリンダと、作動油流路と、ポンプ流量制御部と、流量制御弁と、方向制御部と、目標流量設定部と、制御装置とを備える。駆動源は、油圧ポンプを駆動する。油圧シリンダは、油圧ポンプから吐出された作動油によって駆動される。作動油流路は、油圧ポンプと油圧シリンダとの間で閉回路を構成する。ポンプ流量制御部は、油圧ポンプの吐出流量を制御する。流量制御弁は、作動油流路において油圧ポンプと油圧シリンダとの間に配置される。流量制御弁は、油圧ポンプから油圧シリンダに供給される作動油の流量を制御する。方向制御部は、流量制御弁を経由して作動油が油圧ポンプから油圧シリンダに供給される際に、油圧ポンプから油圧シリンダへの作動油の流れを許容し、油圧シリンダから油圧ポンプへの作動油の流れを禁止する。目標流量設定部は、油圧シリンダに供給される作動油の目標流量を設定する。制御装置は、目標流量が所定範囲内であるときには、流量制御弁によって油圧シリンダへ供給される作動油の流量を制御する。制御装置は、目標流量が所定範囲より大きいときには、ポンプ流量制御部によって油圧シリンダへ供給される作動油の流量を制御する。
本発明の第2の態様に係る油圧駆動システムは、第1の態様の油圧駆動システムであって、制御装置は、目標流量が所定範囲より大きいときには、油圧ポンプと油圧シリンダとに連通する流量制御弁の流路の開度を全開にする。
本発明の第3の態様に係る油圧駆動システムは、第1の態様の油圧駆動システムであって、作動油流路は、油圧ポンプの作動油が供給される調整流路を有する。目標流量が所定範囲内であるときには、油圧ポンプの吐出流量が目標流量よりも大きい流量にされ、且つ、油圧ポンプからの作動油は、油圧シリンダと調整流路とに分流して供給される。
本発明の第4の態様に係る油圧駆動システムは、第3の態様の油圧駆動システムであって、目標流量が所定範囲より大きいときには、油圧ポンプの吐出流量が目標流量にされ、且つ、作動油流路において調整流路と油圧ポンプとの間の流路が閉鎖される。
本発明の第5の態様に係る油圧駆動システムは、第3の態様の油圧駆動システムであって、流量制御弁は、油圧ポンプから油圧シリンダに供給される作動油の流量と、油圧ポンプから調整流路に供給される作動油の流量とを制御する。
本発明の第6の態様に係る油圧駆動システムは、第5の態様の油圧駆動システムであって、作動油流路は、ポンプ流路とシリンダ流路とをさらに有する。ポンプ流路は、油圧ポンプに接続される。シリンダ流路は、油圧シリンダに接続される。流量制御弁は、ポンプ用ポートとシリンダ用ポートと調整用ポートとを有する。ポンプ用ポートは、方向制御部を介してポンプ流路に接続される。シリンダ用ポートは、シリンダ流路に接続される。調整用ポートは、調整流路に接続される。
本発明の第7の態様に係る油圧駆動システムは、第3の態様の油圧駆動システムであって、調整流量制御部をさらに備える。調整流量制御部は、油圧ポンプから調整流路に供給される作動油の流量を制御する。作動油流路は、ポンプ流路とシリンダ流路とパイロット流路とをさらに有する。ポンプ流路は、油圧ポンプに接続される。シリンダ流路は、油圧シリンダに接続される。パイロット流路は、調整流量制御部のパイロットポートに接続される。調整流量制御部は、ポンプ流路とパイロット流路との差圧が所定の設定圧よりも大きいときには、ポンプ流路と調整流路とを連通させる。調整流量制御部は、ポンプ流路とパイロット流路との差圧が所定の設定圧以下であるときには、油圧ポンプと調整流路との間を閉鎖する。流量制御弁は、ポンプ流路とシリンダ流路とを接続し、且つ、シリンダ流路とパイロット流路とを接続する。目標流量が所定範囲内であるときのポンプ流路とシリンダ流路との差圧は所定の設定圧より大きい。目標流量が所定範囲より大きいときのポンプ流路とシリンダ流路との差圧は所定の設定圧以下である。
本発明の第8の態様に係る油圧駆動システムは、第3の態様の油圧駆動システムであって、調整流量制御部をさらに備える。調整流量制御部は、油圧ポンプから調整流路に供給される作動油の流量を制御する。作動油流路は、ポンプ流路とシリンダ流路とパイロット流路とをさらに有する。ポンプ流路は、油圧ポンプに接続される。シリンダ流路は、油圧シリンダに接続される。パイロット流路は、調整流量制御部のパイロットポートに接続される。調整流量制御部は、ポンプ流路とパイロット流路との差圧が所定の設定圧よりも大きいときには、ポンプ流路と調整流路とを連通させる。調整流量制御部は、ポンプ流路とパイロット流路との差圧が所定の設定圧以下であるときには、油圧ポンプと調整流路との間を閉鎖する。目標流量が所定範囲内であるときのポンプ流路とシリンダ流路との差圧は所定の設定圧より大きい。流量制御弁は、目標流量が所定範囲内であるときには、ポンプ流路とシリンダ流路とを接続し、且つ、シリンダ流路とパイロット流路とを接続する。流量制御弁は、目標流量が所定範囲より大きいときには、ポンプ流路とシリンダ流路とを接続し、且つ、パイロット流路をポンプ流路に接続する。
本発明の第9の態様に係る油圧駆動システムは、第3の態様の油圧駆動システムであって、調整流量制御部をさらに備える。調整流量制御部は、油圧ポンプから調整流路に供給される作動油の流量を制御する。作動油流路は、ポンプ流路とシリンダ流路とパイロット流路とをさらに有する。ポンプ流路は、油圧ポンプに接続される。シリンダ流路は、油圧シリンダに接続される。パイロット流路は、調整流量制御部のパイロットポートとシリンダ流路とに接続される。調整流量制御部は、ポンプ流路とパイロット流路との差圧が所定の設定圧よりも大きいときには、ポンプ流路と調整流路とを連通させる。調整流量制御部は、ポンプ流路とパイロット流路との差圧が所定の設定圧以下であるときには、油圧ポンプと調整流路との間を閉鎖する。目標流量が所定範囲内であるときのポンプ流路とシリンダ流路との差圧は所定の設定圧より大きい。目標流量が所定範囲より大きいときのポンプ流路とシリンダ流路との差圧は所定の設定圧以下である。
本発明の第10の態様に係る油圧駆動システムは、第9の態様の油圧駆動システムであって、流量制御弁は、中立位置状態において、ポンプ流路とシリンダ流路とを遮断すると共に、ポンプ流路を調整流路に接続する。
本発明の第11の態様に係る油圧駆動システムは、第10の態様の油圧駆動システムであって、流量制御弁のポンプ流路とシリンダ流路との間の開口が開くときには、ポンプ流路と調整流路との間の開口は閉じている。
本発明の第12の態様に係る油圧駆動システムは、第3から第11の態様のいずれかの油圧駆動システムであって、油圧ポンプに作動油を補充するためのチャージポンプをさらに備える。作動油流路は、チャージポンプと油圧ポンプとを接続するチャージ流路をさらに有する。調整流路は、チャージ流路に接続される。
本発明の第13の態様に係る油圧駆動システムは、第7の態様の油圧駆動システムであって、油圧ポンプに作動油を補充するためのチャージポンプをさらに備える。作動油流路は、チャージポンプと油圧ポンプとを接続するチャージ流路をさらに有する。流量制御弁は、中立位置状態において、ポンプ流路とシリンダ流路とを遮断すると共に、パイロット流路をチャージ流路に接続する。
本発明の第14の態様に係る油圧駆動システムは、第3から第11の態様のいずれかの油圧駆動システムであって、作動油を貯留する作動油タンクをさらに備える。調整流路は、作動油タンクに接続される。
本発明の第15の態様に係る油圧駆動システムは、第1の態様の油圧駆動システムであって、油圧ポンプは可変容量ポンプである。ポンプ流量制御部は、油圧ポンプの傾転角を制御することにより、油圧ポンプの吐出流量を制御する。目標流量設定部は、オペレータによって操作される操作部材である。操作部材の操作量がゼロであるときには、制御装置は、油圧ポンプの傾転角をゼロとする。操作部材の操作量が、目標流量の所定範囲に対応する所定操作範囲であるときには、制御装置は、油圧ポンプの吐出流量が、操作部材の操作量に対応する目標流量以上になるように、油圧ポンプの傾転角を制御する。
本発明の第16の態様に係る油圧駆動システムは、第1の態様の油圧駆動システムであって、ポンプ流量制御部は、油圧ポンプの回転速度を制御することにより、油圧ポンプの吐出流量を制御する。目標流量設定部は、オペレータによって操作される操作部材である。操作部材の操作量がゼロであるときには、制御装置は、油圧ポンプの回転を停止させる。操作部材の操作量が、目標流量の所定範囲に対応する所定操作範囲であるときには、制御装置は、油圧ポンプの吐出流量が、操作部材の操作量に対応する目標流量以上になるように、油圧ポンプの回転速度を制御する。
本発明の第17の態様に係る油圧駆動システムは、第1の態様の油圧駆動システムであって、油圧ポンプは、第1ポンプポートと第2ポンプポートとを有する。油圧ポンプは、第2ポンプポートから作動油を吸入して第1ポンプポートから作動油を吐出する状態と、第1ポンプポートから作動油を吸入して第2ポンプポートから作動油を吐出する状態と、に切り換え可能である。油圧シリンダは、第1室と第2室とを有する。油圧シリンダは、第1室と第2室に対する作動油の供給と排出とが切り換えられることにより伸縮する。作動油流路は、第1ポンプ流路と第2ポンプ流路と第1シリンダ流路と第2シリンダ流路とを有する。第1ポンプ流路は、第1ポンプポートに接続される。第2ポンプ流路は、第2ポンプポートに接続される。第1シリンダ流路は、第1室に接続される。第2シリンダ流路は、第2室に接続される。方向制御部は、第1方向制御部と第2方向制御部とを有する。第1方向制御部は、流量制御弁によって作動油が第1ポンプ流路から第1シリンダ流路に供給される際に、第1ポンプ流路から第1シリンダ流路への作動油の流れを許容し、第1シリンダ流路から第1ポンプ流路への作動油の流れを禁止する。第2方向制御部は、流量制御弁によって作動油が第2ポンプ流路から第2シリンダ流路に供給される際に、第2ポンプ流路から第2シリンダ流路への作動油の流れを許容し、第2シリンダ流路から第2ポンプ流路への作動油の流れを禁止する。流量制御弁は、第1位置状態と第2位置状態とに切り換え可能である。流量制御弁は、第1位置状態では、第1ポンプ流路を、第1方向制御部を介して第1シリンダ流路に接続し、且つ、第2シリンダ流路を第2方向制御部を介さずに第2ポンプ流路に接続する。流量制御弁は、第2位置状態では、第1シリンダ流路を、第1方向制御部を介さずに第1ポンプ流路に接続し、且つ、第2ポンプ流路を第2方向制御部を介して第2シリンダ流路に接続する。
本発明の第1の態様に係る油圧駆動システムでは、目標流量が所定範囲内であるときには、流量制御弁によって油圧シリンダへ供給される作動油の流量が制御される。従って、目標流量が微小流量であるときには、流量制御弁によって、油圧シリンダへ供給される作動油の流量が制御される。このため、ポンプ流量制御部による油圧ポンプの吐出流量の最小制御可能流量が、目標流量を微小流量に制御できるほど十分に小さくなくても、流量制御弁によって油圧シリンダへ供給される作動油の流量を微小流量に制御することができる。これにより、油圧シリンダの微小速度制御が可能となる。
また、目標流量が所定範囲より大きいときには、ポンプ流量制御部によって油圧シリンダへ供給される作動油の流量が制御される。従って、目標流量が微小流量ではないときには、油圧ポンプの吐出流量を制御することにより、油圧シリンダへ供給される作動油の流量が制御される。流量制御弁によって大流量の作動油を制御する場合には、流量制御弁でのエネルギー損失が大きくなるが、本態様に係る油圧駆動システムでは、そのようなエネルギー損失の発生を抑えることができる。
さらに、流量制御弁を経由して作動油が油圧ポンプから油圧シリンダに供給される際には、方向制御部が、油圧ポンプから油圧シリンダへの作動油の流れを許容し、油圧シリンダから油圧ポンプへの作動油の流れを禁止する。このため、微小操作時において、油圧シリンダのストローク量を保持することができる。例えば、ブームを僅かに上昇させる際に、油圧シリンダから作動油が逆流することによってブームが下降してしまうことを防止することができる。
本発明の第2の態様に係る油圧駆動システムでは、目標流量が所定範囲より大きいときには、流量制御弁の流路の開度が全開にされる。このため、流量制御弁での作動油の圧損が抑えられ、エネルギーの損失を抑えることができる。
本発明の第3の態様に係る油圧駆動システムでは、目標流量が所定範囲内であるときには、目標流量よりも大きい流量の作動油が、油圧ポンプから吐出される。作動油の一部は、流量制御弁を経由して油圧シリンダへ供給される。これにより、油圧シリンダに供給される作動油を微小流量に制御することができる。そして、油圧シリンダに供給されない余剰な作動油は、調整流路に供給される。
本発明の第4の態様に係る油圧駆動システムでは、目標流量が所定範囲より大きいときには、油圧ポンプの吐出流量が目標流量にされ、且つ、作動油流路において調整流路と油圧ポンプとの間の流路が閉鎖される。これにより、目標流量が所定範囲より大きいときには、ポンプ流量制御部によって、油圧シリンダに供給される作動油の流量を制御することができる。
本発明の第5の態様に係る油圧駆動システムでは、油圧ポンプから油圧シリンダに供給される作動油の流量の制御と、油圧ポンプから調整流路に供給される作動油の流量の制御との両方が、流量制御弁によって行われる。このため、油圧ポンプから油圧シリンダに供給される作動油の流量の制御と、油圧ポンプから調整流路に供給される作動油の流量の制御とを流量制御弁によって容易に連携させることができる。
本発明の第6の態様に係る油圧駆動システムでは、ポンプ流路とシリンダ流路と調整流路とが流量制御弁に接続されている。このため、油圧ポンプから油圧シリンダに供給される作動油の流量の制御と、油圧ポンプから調整流路に供給される作動油の流量の制御とを流量制御弁によって容易に連携させることができる。
本発明の第7の態様に係る油圧駆動システムでは、目標流量が所定範囲内であるときには、ポンプ流路とシリンダ流路との差圧は所定の設定圧より大きい。従って、目標流量が所定範囲内であるときには、調整流量制御部は、ポンプ流路と調整流路とを連通させる。これにより、油圧シリンダに供給されない余剰な作動油が調整流路へ送られる。また、目標流量が所定範囲より大きいときのポンプ流路とシリンダ流路との差圧は所定の設定圧以下である。従って、目標流量が所定範囲より大きいときには、調整流量制御部は、ポンプ流路と調整流路との間を閉鎖する。このため、作動油の一部が調整流路に送られることによるエネルギーの損失の発生を抑えることができる。
本発明の第8の態様に係る油圧駆動システムでは、目標流量が所定範囲内であるときには、ポンプ流路とシリンダ流路との差圧は所定の設定圧より大きい。従って、目標流量が所定範囲内であるときには、調整流量制御部は、ポンプ流路と調整流路とを連通させる。これにより、油圧シリンダに供給されない余剰な作動油が調整流路へ送られる。また、目標流量が所定範囲より大きいときには、流量制御弁は、ポンプ流路とシリンダ流路とを接続し、且つ、パイロット流路をポンプ流路に接続する。従って、パイロット流路とポンプ流路の差圧がゼロになるため、調整流量制御部は、ポンプ流路と調整流路との間を閉鎖する。このため、作動油の一部が調整流路に送られることによるエネルギーの損失の発生を抑えることができる。
本発明の第9の態様に係る油圧駆動システムでは、目標流量が所定範囲内であるときには、ポンプ流路とシリンダ流路との差圧は所定の設定圧より大きい。従って、目標流量が所定範囲内であるときには、調整流量制御部は、ポンプ流路と調整流路とを連通させる。これにより、油圧シリンダに供給されない余剰な作動油が調整流路へ送られる。また、目標流量が所定範囲より大きいときのポンプ流路とシリンダ流路との差圧は所定の設定圧以下である。従って、目標流量が所定範囲より大きいときには、調整流量制御部は、ポンプ流路と調整流路との間を閉鎖する。このため、作動油の一部が調整流路に送られることによるエネルギーの損失の発生を抑えることができる。また、パイロット流路は、調整流量制御部のパイロットポートとシリンダ流路とに接続されるので、パイロットポートと接続するためのポートを流量制御弁に設ける必要がない。このため、流量制御弁をコンパクトにすることができる。
本発明の第10の態様に係る油圧駆動システムでは、流量制御弁は、中立位置状態において、ポンプ流路を調整流路に接続する。このため、シリンダ流路を介して、調整流量制御部のパイロットポートに油圧シリンダの保持圧が作用しても、ポンプ流路に高圧が発生することを抑えることができる。
本発明の第11の態様に係る油圧駆動システムでは、調整流量制御部によって油圧シリンダの微小速度制御を行なうことができるので、微小速度制御時の油圧シリンダの速度のずれを小さく抑えることができる。
本発明の第12の態様に係る油圧駆動システムでは、目標流量が所定範囲内であるときには、余剰な作動油がチャージ流路に送られる。
本発明の第13の態様に係る油圧駆動システムでは、パイロット流路はチャージ流路に接続されるので、ポンプ流路の圧力は、チャージ流路の油圧と調整流量制御部によって定まる油圧以上に上昇することはない。したがって、流量制御弁が中立位置状態であるときに、油圧ポンプの吐出流量が0に戻っていない場合であっても、ポンプ流路に高圧が発生することを抑えることができる。
本発明の第14の態様に係る油圧駆動システムでは、目標流量が所定範囲内であるときには、余剰な作動油が作動油タンクに送られる。
本発明の第15の態様に係る油圧駆動システムでは、目標流量が所定範囲内であるときには、油圧ポンプの傾転角を制御することにより、油圧ポンプの吐出流量が、目標流量以上の流量に制御される。これにより、油圧シリンダへ供給する作動油の流量を流量制御弁によって調整することができ、油圧シリンダへの作動油の流量を精度よく制御することができる。また、油圧シリンダが必要とする流量よりも多くの流量の作動油が油圧ポンプから吐出されることになるが、目標流量が所定範囲内であるときには、そもそも油圧ポンプから吐出される流量が小さいので、エネルギーの損失は小さい。
本発明の第16の態様に係る油圧駆動システムでは、目標流量が所定範囲内であるときには、油圧ポンプの回転速度を制御することにより、油圧ポンプの吐出流量が、目標流量以上の流量に制御される。これにより、油圧シリンダへ供給する作動油の流量を流量制御弁によって調整することができ、油圧シリンダへの作動油の流量を精度よく制御することができる。また、油圧シリンダが必要とする流量よりも多くの流量の作動油が油圧ポンプから吐出されることになるが、目標流量が所定範囲内であるときには、そもそも油圧ポンプから吐出される流量が小さいので、エネルギーの損失は小さい。
本発明の第17の態様に係る油圧駆動システムでは、流量制御弁が第1位置状態であるときには、油圧ポンプから吐出された作動油は、油圧シリンダの第1室に供給されると共に、油圧シリンダの第2室から作動油が回収される。また、第1室からの作動油の逆流が第1方向制御部によって防止される。流量制御弁が第2位置状態であるときには、油圧ポンプから吐出された作動油が油圧シリンダの第2室に供給されると共に、油圧シリンダの第1室から作動油を回収する。また、第2室からの作動油の逆流が第2方向制御部によって防止される。
本発明の第1実施形態に係る油圧駆動システムの構成を示すブロック図である。 第1実施形態に係る油圧駆動システムにおける流量制御弁の制御を示すグラフである。 本発明の第2実施形態に係る油圧駆動システムの構成を示すブロック図である。 第2実施形態に係る油圧駆動システムにおける流量制御弁の制御を示すグラフである。 本発明の第3実施形態に係る油圧駆動システムの構成を示すブロック図である。 第3実施形態に係る油圧駆動システムにおける流量制御弁の制御を示すグラフである。 本発明の第4実施形態に係る油圧駆動システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第5実施形態に係る油圧駆動システムの構成を示すブロック図である。 第5実施形態に係る油圧駆動システムにおける流量制御弁の制御を示すグラフである。 流量制御弁とアンロード弁との特性の違いを示す図。 本発明の他の実施形態に係る油圧駆動システムの構成を示すブロック図である。 本発明の他の実施形態に係る油圧駆動システムの構成を示すブロック図である。 本発明の他の実施形態に係る油圧駆動システムの構成を示すブロック図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る油圧駆動システムについて説明する。
1.第1実施形態
図1は、本発明の第1実施形態に係る油圧駆動システム1の構成を示すブロック図である。油圧駆動システム1は、例えば油圧ショベル、ホイールローダー、ブルドーザなどの作業機械に搭載される。油圧駆動システム1は、エンジン11と、メインポンプ10と、油圧シリンダ14と、作動油流路15と、流量制御弁16と、ポンプコントローラ24とを有する。
エンジン11は、第1油圧ポンプ12と第2油圧ポンプ13とを駆動する。エンジン11は、本発明の駆動源に相当する。エンジン11は、例えば、ディーゼルエンジンであり、燃料噴射装置21からの燃料の噴射量が調整されることにより、エンジン11の出力が制御される。燃料噴射量の調整は、燃料噴射装置21がエンジンコントローラ22によって制御されることで行われる。なお、エンジン11の実回転速度は、回転速度センサ23にて検出され、その検出信号は、エンジンコントローラ22およびポンプコントローラ24にそれぞれ入力される。
メインポンプ10は、第1油圧ポンプ12と第2油圧ポンプ13とを有する。第1油圧ポンプ12及び第2油圧ポンプ13は、エンジン11によって駆動され、作動油を吐出する。メインポンプ10から吐出された作動油は、流量制御弁16を介して油圧シリンダ14に供給される。
第1油圧ポンプ12は、可変容量型の油圧ポンプである。第1油圧ポンプ12の傾転角が制御されることにより、第1油圧ポンプ12の吐出流量が制御される。第1油圧ポンプ12の傾転角は、第1ポンプ流量制御部25によって制御される。第1ポンプ流量制御部25は、ポンプコントローラ24からの指令信号に基づいて、第1油圧ポンプ12の傾転角を制御することにより、第1油圧ポンプ12の吐出流量を制御する。第1油圧ポンプ12は、2方向吐出型の油圧ポンプである。具体的には、第1油圧ポンプ12は、第1ポンプポート12aと第2ポンプポート12bとを有する。第1油圧ポンプ12は、第1吐出状態と第2吐出状態とに切り換え可能である。第1油圧ポンプ12は、第1吐出状態では、第2ポンプポート12bから作動油を吸入して第1ポンプポート12aから作動油を吐出する。第1油圧ポンプ12は、第2吐出状態では、第1ポンプポート12aから作動油を吸入して第2ポンプポート12bから作動油を吐出する。
第2油圧ポンプ13は、可変容量型の油圧ポンプである。第2油圧ポンプ13の傾転角が制御されることにより、第2油圧ポンプ13の吐出流量が制御される。第2油圧ポンプ13の傾転角は、第2ポンプ流量制御部26によって制御される。第2ポンプ流量制御部26は、ポンプコントローラ24からの指令信号に基づいて第2油圧ポンプ13の傾転角を制御することにより、第2油圧ポンプ13の吐出流量を制御する。第2油圧ポンプ13は、2方向吐出型の油圧ポンプである。具体的には、第2油圧ポンプ13は、第1ポンプポート13aと第2ポンプポート13bとを有する。第2油圧ポンプ13は、第1油圧ポンプ12と同様に、第1吐出状態と第2吐出状態とに切り換え可能である。第2油圧ポンプ13は、第1吐出状態では、第2ポンプポート13bから作動油を吸入して第1ポンプポート13aから作動油を吐出する。第2油圧ポンプ13は、第2吐出状態では、第1ポンプポート13aから作動油を吸入して第2ポンプポート13bから作動油を吐出する。
油圧シリンダ14は、第1油圧ポンプ12及び第2油圧ポンプ13から吐出された作動油によって駆動される。油圧シリンダ14は、例えば、ブーム、アーム、或いはバケットなどの作業機を駆動する。油圧シリンダ14は、シリンダロッド14aとシリンダチューブ14bとを有する。シリンダチューブ14bの内部は、シリンダロッド14aによって第1室14cと第2室14dとに区画されている。油圧シリンダ14は、第1室14cと第2室14dに対する作動油の供給と排出とが切り換えられることにより伸縮する。具体的には、第1室14cに作動油が供給され、第2室14dから作動油が排出されることによって、油圧シリンダ14は伸張する。第2室14dに作動油が供給され、第1室14cから作動油が排出されることによって、油圧シリンダ14は収縮する。なお、シリンダロッド14aの第1室14cにおける受圧面積は、シリンダロッド14aの第2室14dにおける受圧面積よりも大きい。従って、油圧シリンダ14を伸張させるときには、第2室14dから排出される作動油よりも多量の作動油が第1室14cに供給される。また、油圧シリンダ14を収縮させるときには、第2室14dに供給される作動油よりも多量の作動油が第1室14cから排出される。
作動油流路15は、第1油圧ポンプ12と、第2油圧ポンプ13と、油圧シリンダ14とに接続されている。作動油流路15は、第1シリンダ流路31と、第2シリンダ流路32と、第1ポンプ流路33と、第2ポンプ流路34とを有する。第1シリンダ流路31は、油圧シリンダ14の第1室14cに接続される。第2シリンダ流路32は、油圧シリンダ14の第2室14dに接続される。第1ポンプ流路33は、第1シリンダ流路31を介して油圧シリンダ14の第1室14cに作動油を供給する、或いは、第1シリンダ流路31を介して油圧シリンダ14の第1室14cから作動油を回収するための流路である。第1ポンプ流路33は、第1油圧ポンプ12の第1ポンプポート12aに接続される。また、第1ポンプ流路33は、第2油圧ポンプ13の第1ポンプポート13aに接続される。従って、第1ポンプ流路33には、第1油圧ポンプ12と第2油圧ポンプ13との両方からの作動油が供給される。第2ポンプ流路34は、第2シリンダ流路32を介して油圧シリンダ14の第2室14dに作動油を供給する、或いは、第2シリンダ流路32を介して油圧シリンダ14の第2室14dから作動油を回収するための流路である。第2ポンプ流路34は、第1油圧ポンプ12の第2ポンプポート12bに接続される。第2油圧ポンプ13の第2ポンプポート13bは、作動油タンク27に接続される。従って、第2ポンプ流路34には、第1油圧ポンプ12からの作動油が供給される。作動油流路15は、第1ポンプ流路33と第1シリンダ流路31と第2シリンダ流路32と第2ポンプ流路34とによって、メインポンプ10と油圧シリンダ14との間で閉回路を構成している。メインポンプ10は、本発明の油圧ポンプに相当する。
油圧駆動システム1は、チャージポンプ28をさらに備える。チャージポンプ28は、第1流路ポンプ33又は第2ポンプ流路34に作動油を補充するための油圧ポンプである。チャージポンプ28は、エンジン11によって駆動されることにより作動油を吐出する。チャージポンプ28は、固定容量型の油圧ポンプである。作動油流路15は、チャージ流路35をさらに有する。チャージ流路35は、チェック弁41aを介して第1ポンプ流路33に接続されている。チェック弁41aは、第1ポンプ流路33の油圧がチャージ流路35の油圧よりも低くなったときに開かれる。チャージ流路35は、チェック弁41bを介して第2ポンプ流路34に接続されている。チェック弁41bは、第2ポンプ流路34の油圧がチャージ流路35の油圧よりも低くなったときに開かれる。また、チャージ流路35は、チャージリリーフ弁42を介して作動油タンク27に接続されている。チャージリリーフ弁42は、チャージ流路35の油圧を所定のチャージ圧に維持する。第1ポンプ流路33又は第2ポンプ流路34の油圧がチャージ流路35の油圧よりも低くなると、チャージポンプ28からの作動油がチャージ流路35を介して第1ポンプ流路33又は第2ポンプ流路34に供給される。これにより、第1ポンプ流路33及びは第2ポンプ流路34の油圧が所定値以上に維持される。
作動油流路15は、リリーフ流路36をさらに有する。リリーフ流路36は、チェック弁41cを介して第1ポンプ流路33に接続されている。チェック弁41cは、第1ポンプ流路33の油圧がリリーフ流路36の油圧よりも高くなったときに開かれる。リリーフ流路36は、チェック弁41dを介して第2ポンプ流路34に接続されている。チェック弁41dは、第2ポンプ流路34の油圧がリリーフ流路36の油圧よりも高くなったときに開かれる。また、リリーフ流路36は、リリーフ弁43を介してチャージ流路35に接続されている。リリーフ弁43は、リリーフ流路36の圧力を所定のリリーフ圧以下に維持する。これにより、第1ポンプ流路33及び第2ポンプ流路34の油圧が所定のリリーフ圧以下に維持される。
作動油流路15は、調整流路37をさらに有する。調整流路37は、チャージ流路35に接続されている。調整流路37には、油圧シリンダ14の微小速度制御時に、第1ポンプ流路33及び第2ポンプ流路34からの余剰な作動油が供給される。油圧シリンダ14の微小速度制御については後に詳細に説明する。
流量制御弁16は、後述するポンプコントローラ24からの指令信号に基づいて制御される電磁制御弁である。流量制御弁16は、ポンプコントローラ24からの指令信号に基づいて、油圧シリンダ14に供給される作動油の流量を制御する。流量制御弁16は、作動油流路15においてメインポンプ10と油圧シリンダ14との間に配置される。後述する油圧シリンダ14の微小速度制御によって油圧シリンダ14を伸張させるときには、流量制御弁16は、第1ポンプ流路33から油圧シリンダ14に供給される作動油の流量と、第1ポンプ流路33から調整流路37に供給される作動油の流量とを制御する。また、微小速度制御によって油圧シリンダ14を収縮させるときには、流量制御弁16は、第2ポンプ流路34から油圧シリンダ14に供給される作動油の流量と、第2ポンプ流路34から調整流路37に供給される作動油の流量とを制御する。
流量制御弁16は、第1ポンプ用ポート16aと第1シリンダ用ポート16bと第1調整用ポート16cと第1バイパスポート16dとを有する。第1ポンプ用ポート16aは、第1方向制御部44を介して第1ポンプ流路33に接続される。第1方向制御部44は、作動油の流れを一方向に規制するチェック弁である。第1シリンダ用ポート16bは、第1シリンダ流路31に接続される。第1調整用ポート16cは、調整流路37に接続される。上述した第1方向制御部44は、流量制御弁16によって作動油が第1ポンプ流路33から第1シリンダ流路31に供給される際に、第1ポンプ流路33から第1シリンダ流路31への作動油の流れを許容し、第1シリンダ流路31から第1ポンプ流路33への作動油の流れを禁止する。
流量制御弁16は、第2ポンプ用ポート16eと第2シリンダ用ポート16fと第2調整用ポート16gと第2バイパスポート16hとをさらに有する。第2ポンプ用ポート16eは、第2方向制御部45を介して第2ポンプ流路34に接続される。第2方向制御部45は、作動油の流れを一方向に規制するチェック弁である。第2シリンダ用ポート16fは、第2シリンダ流路32に接続される。第2調整用ポート16gは、調整流路37に接続される。上述した第2方向制御部45は、流量制御弁16によって作動油が第2ポンプ流路34から第2シリンダ流路32に供給される際に、第2ポンプ流路34から第2シリンダ流路32への作動油の流れを許容し、第2シリンダ流路32から第2ポンプ流路34への作動油の流れを禁止する。第1方向制御部44と第2方向制御部45とは、本発明の方向制御部に相当する。
流量制御弁16は、第1位置状態P1と第2位置状態P2と中立位置状態Pnに切り換え可能である。流量制御弁16は、第1位置状態P1では、第1ポンプ用ポート16aと第1シリンダ用ポート16bとを連通させ、且つ、第2シリンダ用ポート16fと第2バイパスポート16hとを連通させる。従って、流量制御弁16は、第1位置状態P1では、第1ポンプ流路33を、第1方向制御部44を介して第1シリンダ流路31に接続し、且つ、第2シリンダ流路32を、第2方向制御部45を介さずに第2ポンプ流路34に接続する。なお、流量制御弁16が第1位置状態P1であるときには、第1バイパスポート16dと第1調整用ポート16cと第2ポンプ用ポート16eと第2調整用ポート16gとは、何れのポートに対しても遮断されている。
油圧シリンダ14を伸張させるときには、第1油圧ポンプ12と第2油圧ポンプ13とが第1吐出状態で駆動されると共に、流量制御弁16が第1位置状態P1に設定される。これにより、第1油圧ポンプ12の第1ポンプポート12aと、第2油圧ポンプ13の第1ポンプポート13aとから吐出された作動油が、第1ポンプ流路33、第1方向制御部44、第1シリンダ流路31を通って、油圧シリンダ14の第1室14cに供給される。また、油圧シリンダ14の第2室14dの作動油が、第2シリンダ流路32、第2ポンプ流路34を通って、第1油圧ポンプ12の第2ポンプポート12bに回収される。これにより、油圧シリンダ14が伸長する。
流量制御弁16は、第2位置状態P2では、第2ポンプ用ポート16eと第2シリンダ用ポート16fとを連通させ、且つ、第1シリンダ用ポート16bと第1バイパスポート16dとを連通させる。従って、流量制御弁16は、第2位置状態P2では、第1シリンダ流路31を、第1方向制御部44を介さずに第1ポンプ流路33に接続し、且つ、第2ポンプ流路34を、第2方向制御部45を介して第2シリンダ流路32に接続する。なお、流量制御弁16が第2位置状態P2であるときには、第1ポンプ用ポート16aと第1調整用ポート16cと第2バイパスポート16hと第2調整用ポート16gとは、何れのポートに対しても遮断されている。
油圧シリンダ14を収縮させるときには、第1油圧ポンプ12と第2油圧ポンプ13とが第2吐出状態で駆動されると共に、流量制御弁16が第2位置状態P2に設定される。これにより、第1油圧ポンプ12の第2ポンプポート12bから吐出された作動油が、第2ポンプ流路34、第2方向制御部45、第2シリンダ流路32を通って、油圧シリンダ14の第2室14dに供給される。また、油圧シリンダ14の第1室14cの作動油が、第1シリンダ流路31、第1ポンプ流路33を通って、第1油圧ポンプ12の第1ポンプポート12a及び第2油圧ポンプ13の第1ポンプポート13aに回収される。これにより、油圧シリンダ14が収縮する。
流量制御弁16は、中立位置状態Pnでは、第1バイパスポート16dと第1調整用ポート16cとを連通させ、且つ、第2バイパスポート16hと第2調整用ポート16gとを連通させる。従って、流量制御弁16は、中立位置状態Pnでは、第1ポンプ流路33を、第1方向制御部44を介さずに調整流路37に接続し、且つ、第2ポンプ流路34を、第2方向制御部45を介さずに調整流路37に接続する。なお、流量制御弁16が中立位置状態Pnであるときには、第1ポンプ用ポート16aと第1シリンダ用ポート16bと第2ポンプ用ポート16eと第2シリンダ用ポート16fとは、何れのポートに対しても遮断されている。
流量制御弁16は、第1位置状態P1と中立位置状態Pnとの間の任意の位置状態に設定されることができる。これにより、流量制御弁16は、第1ポンプ流路33から第1方向制御部44を介して第1シリンダ流路31に供給される作動油の流量と、第1ポンプ流路33から調整流路37に供給される作動油の流量とを制御することができる。すなわち、流量制御弁16は、第1油圧ポンプ12及び第2油圧ポンプ13から油圧シリンダ14の第1室14cに供給される作動油の流量と、第1油圧ポンプ12及び第2油圧ポンプ13から調整流路37に供給される作動油の流量とを制御することができる。
また、流量制御弁16は、第2位置状態P2と中立位置状態Pnとの間の任意の位置状態に設定されることができる。これにより、流量制御弁16は、第2ポンプ流路34から第2方向制御部45を介して第2シリンダ流路32に供給される作動油の流量と、第2ポンプ流路34から調整流路37に供給される作動油の流量とを制御することができる。すなわち、流量制御弁16は、第1油圧ポンプ12から油圧シリンダ14の第2室14dに供給される作動油の流量と、第1油圧ポンプ12から調整流路37に供給される作動油の流量とを制御することができる。
油圧駆動システム1は、操作装置46をさらに備える。操作装置46は、操作部材46aと、操作検出部46bとを有する。操作部材46aは、作業機械の各種の動作を指令するためにオペレータによって操作される。例えば、油圧シリンダ14が、ブームを駆動するブームシリンダである場合には、操作部材46aは、ブームを操作するためのブーム操作レバーである。操作部材46aは、中立位置から油圧シリンダ14を伸長させる方向と、油圧シリンダ14を収縮させる方向との2方向に操作可能である。操作検出部46bは、操作部材46aの操作量及び操作方向を検出する。操作検出部46bは、例えば操作部材46aの位置を検出するセンサである。操作部材46が中立位置に位置しているときには、操作部材46aの操作量はゼロである。操作部材46aの操作量及び操作方向を示す検出信号が、操作検出部46bからポンプコントローラ24に入力される。ポンプコントローラ24は、操作部材46aの操作量に応じて油圧シリンダ14に供給される作動油の目標流量を演算する。従って、操作部材46aは、油圧シリンダ14に供給される作動油の目標流量を設定する目標流量設定部に相当する。また、ポンプコントローラ24は、本発明の制御装置に相当する。
エンジンコントローラ22は、燃料噴射装置21を制御することによりエンジン11の出力を制御する。エンジンコントローラ22には、設定された目標エンジン回転速度および作業モードに基づいて設定されるエンジン出力トルク特性がマップ化されて記憶されている。エンジン出力トルク特性は、エンジン11の出力トルクと回転速度との関係を示す。エンジンコントローラ22は、エンジン出力トルク特性に基づいて、エンジン11の出力を制御する。
ポンプコントローラ24は、操作部材46aによって設定された目標流量が所定範囲内であるときには、流量制御弁16によって油圧シリンダ14へ供給される作動油の流量を制御する。また、ポンプコントローラ24は、操作部材46aによって設定された目標流量が所定範囲より大きいときには、第1ポンプ流量制御部25及び第2ポンプ流量制御部26によって油圧シリンダ14へ供給される作動油の流量を制御する。具体的には、ポンプコントローラ24は、操作部材46aの操作量が所定操作範囲内であるときには、流量制御弁16によって油圧シリンダ14へ供給される作動油の流量を制御する。また、油圧シリンダ14を伸張させる場合、ポンプコントローラ24は、操作部材46aの操作量が所定操作範囲より大きいときには、第1ポンプ流量制御部25及び第2ポンプ流量制御部26によって油圧シリンダ14へ供給される作動油の流量を制御する。油圧シリンダ14を収縮させる場合、ポンプコントローラ24は、操作部材46aの操作量が所定操作範囲より大きいときには、第1ポンプ流量制御部25によって油圧シリンダ14へ供給される作動油の流量を制御する。所定操作範囲は、上述した目標流量の所定範囲に対応する操作部材46aの操作範囲である。詳細には「所定操作範囲」とは、油圧シリンダ14を微小速度で制御するときの操作部材46aの操作範囲である。すなわち、「所定操作範囲」とは、油圧ポンプの吐出流量の最小制御可能流量を下回るような微小流量の制御を必要とする操作部材46aの操作範囲である。例えば、所定操作範囲は、中立位置から油圧シリンダ14の伸長方向に最大操作量の15〜20%程度の範囲である。また、所定操作範囲は、中立位置から油圧シリンダ14の収縮方向に最大操作量の15〜20%程度の範囲である。以下、操作部材46aの操作量が所定操作範囲内であるときの油圧シリンダ14の制御を「微小速度制御」と呼ぶ。また、操作部材46aの操作量が所定操作範囲より大きいときの油圧シリンダ14の制御を「通常制御」と呼ぶ。また、以下の説明では、油圧シリンダ14を伸長させるときの制御について説明する。
油圧シリンダ14の微小速度制御時には、ポンプコントローラ24は、流量制御弁16を制御することにより、油圧シリンダ14への作動油の流量を制御する。図2は、操作部材46aの操作量に対する流量制御弁16の開口面積の変化を示すグラフである。図2において横軸は、操作部材46aの最大操作量を100としたときの操作量を百分率で示している。また、縦軸は、流量制御弁16の最大開口面積を100としたときの開口面積を百分率で示しており、流量制御弁16の開度に相当する。図2においてラインL1は、流量制御弁16における第1ポンプ用ポート16aと第1シリンダ用ポート16bとの間の開口面積を示している。すなわち、ラインL1は、第1ポンプ流路33と第1シリンダ流路31との間の開口面積を示している。ラインL2は、流量制御弁16における第1バイパスポート16dと第1調整用ポート16cとの間の開口面積を示している。すなわち、ラインL2は、第1ポンプ流路33と調整流路37との間の開口面積を示している。また、図2に示すように、上述した所定操作範囲は、第1操作量a1と第2操作量a2との間の範囲である。
操作部材46aの操作量が所定操作範囲より小さいときは、ポンプコントローラ24は、流量制御弁16を中立位置状態Pnに設定する。このため、ラインL1で示すように、操作部材46aの操作量が所定操作範囲より小さいときには、第1ポンプ流路33と第1シリンダ流路31との間の開口面積はゼロである。また、ラインL2で示すように、操作部材46aの操作量が大きくなるほど、第1ポンプ流路33と調整流路37との間の開口面積が小さくなるように、流量制御弁16が制御される。なお、操作部材46aの操作量がゼロであるときには、ポンプコントローラ24は、第1油圧ポンプ12の傾転角と第2油圧ポンプ13の傾転角とをゼロにする。
操作部材46aの操作量が所定操作範囲内であるときには、ポンプコントローラ24は、流量制御弁16を第1位置状態P1と中立位置状態Pnとの間で制御する。具体的には、ラインL1で示されているように、操作部材46aの操作量が所定操作範囲内であるときには、操作部材46aの操作量が第1操作量a1から大きくなるほど、第1ポンプ流路33と第1シリンダ流路31との間の開口面積が大きくなるように、流量制御弁16が制御される。また、ラインL2で示されているように、操作部材46aの操作量が第1操作量a1から大きくなるほど、第1ポンプ流路33と調整流路37との間の開口面積が小さくなるように、流量制御弁16が制御される。また、操作部材46aの操作量が第2操作量a2のときに第1ポンプ流路33と調整流路37との間の開口面積がゼロになるように、流量制御弁16が制御される。さらに、操作部材46aの操作量が所定操作範囲内であるときには、第1油圧ポンプ12と第2油圧ポンプ13との合計吐出流量は、所定の吐出流量に維持される。具体的には、第1油圧ポンプ12と第2油圧ポンプ13との合計吐出流量が所定の吐出流量に維持されるように、第1油圧ポンプ12と第2油圧ポンプ13とが所定の傾転角に維持される。所定の吐出流量は、操作部材46aの操作量に対応した目標流量よりも大きい。従って、第1油圧ポンプ12及び第2油圧ポンプ13からの作動油は、油圧シリンダ14と調整流路37とに分流して供給される。すなわち、第1油圧ポンプ12及び第2油圧ポンプ13からの作動油のうち、油圧シリンダ14の微小速度制御に必要な流量の作動油が、第1シリンダ流路31を介して、油圧シリンダ14に供給される。また、余剰な作動油が、調整流路37を介してチャージ流路35に送られる。余剰な作動油は、チャージ流路35から第1ポンプ流路33又は第2ポンプ流路34に戻されるか、或いは、チャージリリーフ弁42を介して作動油タンク27へ送られる。
油圧シリンダ14の通常制御時には、ポンプコントローラ24は、第1ポンプ流量制御部25と第2ポンプ流量制御部26とを制御することにより、油圧シリンダ14への作動油の流量を制御する。具体的には、ポンプコントローラ24は、操作部材46aの操作量が所定操作範囲より大きいときには、流量制御弁16を第1位置状態P1に設定する。従って、図2においてラインL2で示すように、第1ポンプ流路33と調整流路37との間の開口面積がゼロにされる。すなわち、第1ポンプ流路33と調整流路37との間が閉鎖される。また、ポンプコントローラ24は、操作部材46aの操作量が所定操作範囲より大きいときには、第1ポンプ流路33と第1シリンダ流路31との間の開口面積を全開にする。具体的には、ポンプコントローラ24は、操作部材46aの操作量が第2操作量a2に達したときに、第1ポンプ流路33と第1シリンダ流路31との間の開口面積を全開にするように流量制御弁16に指令信号を送る。ただし、流量制御弁16の構造上、操作部材46aの操作量が第2操作量a2に達した瞬間に、第1ポンプ流路33と第1シリンダ流路31との間の開口面積を全開にすることは不可能である。このため、図2において、操作部材46aの操作量が、第2操作量a2と第3操作量a3の間の領域では、第1ポンプ流路33と第1シリンダ流路31との間の開口面積が全開に向かって増大している。そして、操作部材46aの操作量が、第2操作量a2より大きい第3操作量a3に達したときに、第1ポンプ流路33と第1シリンダ流路31との間の開口面積が、流量制御弁16の構造上の全開に達する。また、操作部材46aの操作量が第3操作量以上であるときには、第1ポンプ流路33と第1シリンダ流路31との間の開口面積が全開に維持される。操作部材46aの操作量が所定操作範囲より大きいときには、第1油圧ポンプ12と第2油圧ポンプ13の合計吐出流量が、操作部材46aの操作量に対応した目標流量になるように、第1ポンプ流量制御部25と第2ポンプ流量制御部26とが制御される。これにより、第1ポンプ流路33から流量制御弁16に送られる作動油の全量が、油圧シリンダ14に供給される。油圧シリンダ14の通常制御時には、ポンプコントローラ24は、ポンプ吸収トルク特性に基づいて第1油圧ポンプ12の吸収トルクと第2油圧ポンプ13の吸収トルクが制御されるように、第1油圧ポンプ12の吐出流量と第2油圧ポンプ13の吐出流量とを制御する。ポンプ吸収トルク特性は、ポンプ吸収トルクとエンジン回転速度との関係を示す。ポンプ吸収トルク特性は、作業モードや運転状況に基づいて予め設定されており、ポンプコントローラ24に記憶されている。
以上、油圧シリンダ14が伸張する場合のポンプコントローラ24による制御について説明したが、油圧シリンダ14が収縮する場合のポンプコントローラ24による制御も上記と同様である。ただし、油圧シリンダ14が収縮する場合には、油圧シリンダ14には、第2油圧ポンプ13からの作動油が供給されずに第1油圧ポンプ12からの作動油が供給される。従って、油圧シリンダ14が収縮する場合の通常制御時には、第1油圧ポンプ12から吐出された作動油が第2ポンプ流路34及び第2シリンダ流路32を介して油圧シリンダ14に供給される。このとき、ポンプコントローラ24は、第1ポンプ流量制御部25を制御することにより、第1油圧ポンプ12の吐出流量を制御する。また、油圧シリンダ14が収縮する場合の微小速度制御時には、第1油圧ポンプ12から吐出された作動油の一部が第2ポンプ流路34及び第2シリンダ流路32を介して油圧シリンダ14に供給される。また、第1油圧ポンプ12から吐出された作動油のうち余剰な作動油が、調整流路37を介してチャージ流路35に送られる。このとき、ポンプコントローラ24は、流量制御弁16を制御することにより、第1油圧ポンプ12から油圧シリンダ14に供給される作動油の流量と、第1油圧ポンプ12から調整流路37に供給される作動油の流量とを制御する。
本実施形態に係る油圧駆動システム1は、以下の特徴を有する。
油圧シリンダ14の微小速度制御時には、流量制御弁16によって、油圧シリンダ14へ供給される作動油の流量が制御される。このため、油圧ポンプ(以下の説明において「油圧ポンプ」は、油圧シリンダ14の伸長時には第1油圧ポンプ12及び第2油圧ポンプ13を意味する。また、油圧シリンダ14の収縮時には、「油圧ポンプ」は、第1油圧ポンプ12を意味する。)の吐出流量の最小制御可能流量が、目標流量を微小流量に制御できるほど十分に小さくなくても、油圧シリンダ14へ供給される作動油の流量を微小流量に制御することができる。これにより、油圧シリンダ14の微小速度制御が可能となる。
また、油圧シリンダ14の通常制御時には、油圧ポンプの吐出流量を制御することにより、油圧シリンダ14へ供給される作動油の流量が制御される。流量制御弁16によって大流量を制御する場合には、流量制御弁16でのエネルギー損失が大きくなるが、本実施形態に係る油圧駆動システム1では、そのようなエネルギー損失の発生を抑えることができる。
さらに、流量制御弁16を経由して作動油が油圧ポンプから油圧シリンダ14に供給される際には、第1方向制御部44或いは第2方向制御部45が、油圧ポンプから油圧シリンダ14への作動油の流れを許容し、油圧シリンダ14から油圧ポンプへの作動油の流れを禁止する。このため、微小操作時において、油圧シリンダ14のストローク量を保持することができる。例えば、ブームを微小速度で上昇させる際に、油圧シリンダ14が収縮してブームが下降してしまうことを防止することができる。
油圧シリンダ14の通常制御時には、流量制御弁16の流路の開度が全開にされる。このため、流量制御弁16での作動油の圧損が抑えられ、エネルギーの損失を抑えることができる。
第1ポンプ流路33と第1シリンダ流路31と調整流路37とが流量制御弁16に接続されている。また、第2ポンプ流路34と第2シリンダ流路32とが流量制御弁16に接続されている。従って、油圧ポンプから油圧シリンダ14に供給される作動油の流量の制御と、油圧ポンプから調整流路37に供給される作動油の流量の制御との両方が、流量制御弁16によって行われる。このため、油圧ポンプから油圧シリンダ14に供給される作動油の流量の制御と、油圧ポンプから調整流路37に供給される作動油の流量の制御とを流量制御弁16によって容易に連携させることができる。
油圧シリンダ14の微小速度制御時には、油圧ポンプの傾転角を制御することにより、油圧ポンプの吐出流量が、目標流量以上の流量に制御される。これにより、油圧シリンダ14へ供給される作動油の流量を流量制御弁16によって調整することができ、油圧シリンダ14への作動油の流量を精度よく制御することができる。また、油圧シリンダ14が必要とする流量よりも多くの流量の作動油が油圧ポンプから吐出されることになるが、微小速度制御時には、そもそも油圧ポンプから吐出される流量が小さいので、エネルギーの損失は小さい。
2.第2実施形態
次に、本発明の第2実施形態に係る油圧駆動システム2について説明する。図3は、第2実施形態に係る油圧駆動システム2の構成を示すブロック図である。図3において、第1実施形態と同様の構成には、第1実施形態の構成と同じ符号を付している。
この油圧駆動システム2では、作動油流路15は、第1実施形態の調整流路37に代えて、第1調整流路51と第2調整流路52とを有する。第1調整流路51と第2調整流路52とは、それぞれ作動油タンク27に接続されている。また、油圧駆動システム2は、第1アンロード弁53と第2アンロード弁54とをさらに備える。第1調整流路51は、第1アンロード弁53を介して第1ポンプ流路33に接続されている。第2調整流路52は、第2アンロード弁54を介して第2ポンプ流路34に接続されている。また、作動油流路15は、第1パイロット流路55と第2パイロット流路56とをさらに有する。第1パイロット流路55は、流量制御弁16の第1調整用ポート16cに接続される。第2パイロット流路56は、流量制御弁16の第2調整用ポート16gに接続される。
第1アンロード弁53は、第1パイロットポート53aと第2パイロットポート53bとを有する。第1パイロットポート53aは、第1パイロット流路55に接続される。第2パイロットポート53bは、第1ポンプ流路33に接続される。第1アンロード弁53は、本発明の調整流量制御部に相当する。第1アンロード弁53は、第1パイロットポート53aに入力される油圧と第2パイロットポート53bに入力される油圧との差圧に応じて、第1ポンプ流路33から第1調整流路51に供給される作動油の流量を制御する。すなわち、第1アンロード弁53は、第1ポンプ流路33と第1パイロット流路55との差圧に応じて、第1ポンプ流路33から第1調整流路51に供給される作動油の流量を制御する。具体的には、第1アンロード弁53は、第1ポンプ流路33と第1パイロット流路55との差圧が、所定の設定圧よりも大きいときには、第1ポンプ流路33と第1調整流路51とを連通させる。また、第1ポンプ流路33と第1パイロット流路55との差圧が小さくなるほど、第1アンロード弁53における第1ポンプ流路33と第1調整流路51との間の開口面積は小さくなる。そして、第1アンロード弁53は、第1ポンプ流路33と第1パイロット流路55との差圧が所定の設定圧以下であるときには、第1ポンプ流路33と第1調整流路51との間を閉鎖する。なお、第1アンロード弁53は、例えばバネなどの弾性部材53cを有しており、この弾性部材53cによる付勢力によって上記の所定の設定圧が規定される。
第2アンロード弁54は、第1パイロットポート54aと第2パイロットポート54bとを有する。第1パイロットポート54aは、第2パイロット流路56に接続される。第2パイロットポート53bは、第2ポンプ流路34に接続される。第2アンロード弁54は、第1パイロットポート54aに入力される油圧と第2パイロットポート54bに入力される油圧との差圧に応じて、第2ポンプ流路34から第2調整流路52に供給される作動油の流量を制御する。すなわち、第2アンロード弁54は、第2ポンプ流路34と第2パイロット流路56との差圧に応じて、第2ポンプ流路34から第2調整流路52に供給される作動油の流量を制御する。第2アンロード弁54は、第2ポンプ流路34と第2パイロット流路56との差圧が所定の設定圧よりも大きいときには、第2ポンプ流路34と第2調整流路52とを連通させる。また、第2ポンプ流路34と第2パイロット流路56との差圧が小さくなるほど、第2アンロード弁54における第2ポンプ流路34と第2調整流路52との間の開口面積は小さくなる。そして、第2アンロード弁54は、第2ポンプ流路34と第2パイロット流路56との差圧が所定の設定圧以下であるときには、第2ポンプ流路34と第2調整流路52との間を閉鎖する。なお、第2アンロード弁54は、例えばバネなどの弾性部材54cを有しており、この弾性部材53cによる付勢力によって上記の所定の設定圧が規定される。
流量制御弁16は、タンクポート16tをさらに有している。タンクポート16tは、作動油タンク27に接続されている。流量制御弁16は、ポンプコントローラ24からの指令信号によって、第1位置状態P1と第2位置状態P2と中立位置状態Pnとに切り換え可能である。
流量制御弁16は、第1位置状態P1では、第1ポンプ用ポート16aを、絞り16mを介して、第1シリンダ用ポート16bと第1調整用ポート16cとに連通させ、且つ、第2シリンダ用ポート16fと第2調整用ポート16gとを、第2バイパスポート16hに連通させる。従って、流量制御弁16は、第1位置状態P1では、第1ポンプ流路33を、第1方向制御部44及び絞り16mを介して、第1シリンダ流路31に接続し、且つ、第1シリンダ流路31と第1パイロット流路55とを接続する。また、流量制御弁16は、第2シリンダ流路32と第2パイロット流路56とを、第2方向制御部45を介さずに第2ポンプ流路34に接続する。なお、流量制御弁16が第1位置状態P1であるときには、第1バイパスポート16dとタンクポート16tと第2ポンプ用ポート16eとは、何れのポートに対しても遮断されている。
流量制御弁16は、第2位置状態P2では、第2ポンプ用ポート16eを、絞り16nを介して、第2シリンダ用ポート16fと第2調整用ポート16gとに連通させ、且つ、第1シリンダ用ポート16bと第1調整用ポート16cとを、第1バイパスポート16dに連通させる。従って、流量制御弁16は、第2位置状態P2では、第2ポンプ流路34を、第2方向制御部45及び絞り16nを介して、第2シリンダ流路32に接続し、且つ、第2シリンダ流路32と第2パイロット流路56とを接続する。また、流量制御弁16は、第1シリンダ流路31と第1パイロット流路55とを、第1方向制御部44を介さずに第1ポンプ流路33に接続する。なお、流量制御弁16が第2位置状態P2であるときには、第2バイパスポート16hとタンクポート16tと第1ポンプ用ポート16aとは、何れのポートに対しても遮断されている。
流量制御弁16は、中立位置状態Pnでは、第1調整用ポート16cと第2調整用ポート16gとタンクポート16tとを連通させる。従って、流量制御弁16は、中立位置状態Pnでは、第1パイロット流路55と第2パイロット流路56とを作動油タンク27に接続する。なお、流量制御弁16が中立位置状態Pnであるときには、第1ポンプ用ポート16aと第1シリンダ用ポート16bと第1バイパスポート16dと第2ポンプ用ポート16eと第2シリンダ用ポート16fと第2バイパスポート16hとは、何れのポートに対しても遮断されている。
また、流量制御弁16は、第1位置状態P1と中立位置状態Pnとの間の任意の位置状態に設定されることができる。これにより、流量制御弁16は、第1ポンプ流路33から第1方向制御部44を介して第1シリンダ流路31に供給される作動油の流量を制御することができる。すなわち、流量制御弁16は、第1油圧ポンプ12及び第2油圧ポンプ13から油圧シリンダ14の第1室14cに供給される作動油の流量を制御することができる。
また、流量制御弁16は、第2位置状態P2と中立位置状態Pnとの間の任意の位置状態に設定されることができる。これにより、流量制御弁16は、第2ポンプ流路34から第2方向制御部45を介して第2シリンダ流路32に供給される作動油の流量を制御することができる。すなわち、流量制御弁16は、第1油圧ポンプ12から油圧シリンダ14の第2室14dに供給される作動油の流量を制御することができる。
図4は、油圧シリンダ14を伸長させるときの操作部材46aの操作量に対する流量制御弁16の開口面積の変化を示すグラフである。図4においてラインL3は、流量制御弁16において第1ポンプ用ポート16aと第1シリンダ用ポート16bとの間の開口面積を示している。すなわち、ラインL3は、第1ポンプ流路33と第1シリンダ流路31との間の開口面積を示している。図4においてラインL4は、第1シリンダ用ポート16bと第1調整用ポート16cとの間の開口面積を示している。すなわち、ラインL4は、第1シリンダ流路31と第1パイロット流路55との間の開口面積を示している。
操作部材46aの操作量が、所定操作範囲よりも小さい操作量a0以上であるときには、ポンプコントローラ24は、流量制御弁16を第1位置状態P1と中立位置状態Pnとの間で制御する。これにより、ラインL4で示すように、第1シリンダ流路31と第1パイロット流路55との間の開口面積が所定面積に維持される。このため、第1シリンダ流路31の油圧が第1アンロード弁53の第1パイロットポート53aに入力される。従って、操作部材46aの操作量が、操作量a0以上であるときには、第1シリンダ流路31の油圧が第1アンロード弁53の第1パイロットポート53aに入力される。
操作部材46aの操作量が所定操作範囲内であるときには、ラインL3で示すように、操作部材46aの操作量が大きくなるほど、第1ポンプ流路33と第1シリンダ流路31との間の開口面積が大きくなるように、流量制御弁16が制御される。このとき、ポンプコントローラ24は、油圧シリンダ14に供給される作動油の流量が、操作部材46aの操作量に対応した目標流量となるように、流量制御弁16を制御する。ラインL3で示すように、操作部材46aの操作量が所定操作範囲内であるときには、第1シリンダ流路31と第1ポンプ流路33との間の開口面積が小さいため、第1ポンプ流路33と第1シリンダ流路31との差圧は所定の設定圧より大きい。このため、第1アンロード弁53は、第1ポンプ流路33と第1調整流路51とを連通させる。これにより、第1油圧ポンプ12と第2油圧ポンプ13とから吐出された作動油は、第1シリンダ流路31と第1調整流路51とに分流して供給される。従って、第1油圧ポンプ12と第2油圧ポンプ13とから吐出された作動油の一部が、油圧シリンダ14に供給され、余剰な作動油が第1調整流路51を介してチャージ流路35に送られる。
ラインL3で示すように、操作部材46aの操作量が大きくなると、第1シリンダ流路31と第1ポンプ流路33との間の開口面積が大きくなる。そして、操作部材46aの操作量が所定操作範囲より大きくなると、第1ポンプ流路33と第1シリンダ流路31との差圧が所定の設定圧以下となる。このため、第1アンロード弁53は、第1ポンプ流路33と第1調整流路51との間を遮断する。これにより、第1油圧ポンプ12と第2油圧ポンプ13とに吐出された作動油は、第1調整流路51には供給されずに、第1シリンダ流路31に供給される。これにより、第1ポンプ流路33から流量制御弁16に送られる作動油の全量が、油圧シリンダ14に供給される。そして、操作部材46aの操作量が所定操作範囲より大きいときには、第1油圧ポンプ12と第2油圧ポンプ13の合計吐出流量が、操作部材46aの操作量に対応した目標流量になるように、第1ポンプ流量制御部25と第2ポンプ流量制御部26とが制御される。
油圧駆動システム2の他の構成及び制御については、第1実施形態の油圧駆動システム1と同様であるため説明を省略する。
本実施形態に係る油圧駆動システム2は、第1実施形態の油圧駆動システム1と同様の特徴を有する。本実施形態に係る油圧駆動システム2は、さらに以下の特徴を有する。
操作部材46aの操作量が所定操作範囲内であるときには、第1ポンプ流路33と第1シリンダ流路31との差圧は所定の設定圧より大きい。従って、操作部材46aの操作量が所定操作範囲内であるときには、第1アンロード弁53は、第1ポンプ流路33と第1調整流路51とを連通させる。これにより、余剰な作動油が第1調整流路51へ送られる。
また、操作部材46aの操作量が所定操作範囲内であるときには、第1ポンプ流路33と第1シリンダ流路31との差圧が大きくなるほど、第1ポンプ流路33と第1調整流路51との間の開口面積が大きくなる。従って、第1ポンプ流路33と第1シリンダ流路31との差圧に応じて、第1調整流路51に送られる作動油の流量を調整することができる。
さらに、操作部材46aの操作量が所定操作範囲より大きいときの第1ポンプ流路33と第1シリンダ流路31との差圧は所定の設定圧以下である。従って、操作部材46aの操作量が所定操作範囲より大きいときには、第1アンロード弁53は、第1ポンプ流路33と第1調整流路51との間を閉鎖する。このため、作動油の流量が大きくなったときには、作動油の一部が第1調整流路51に送られることによるエネルギーの損失の発生を抑えることができる。
以上、油圧シリンダ14を伸張させる場合のポンプコントローラ24による制御及び特徴について説明したが、油圧シリンダ14を収縮させる場合のポンプコントローラ24による制御及び特徴も上記と同様である。
3.第3実施形態
次に、本発明の第3実施形態に係る油圧駆動システム3について説明する。図5は、第3実施形態に係る油圧駆動システム3の構成を示すブロック図である。図5において、第1実施形態と同様の構成には、第1実施形態の構成と同じ符号を付している。また、図5において、第2実施形態と同様の構成には、第2実施形態の構成と同じ符号を付している。
図5に示すように、流量制御弁16は、第2実施形態の第1位置状態P1と第2位置状態P2と中立位置状態Pnに加えて、さらに第3位置状態P3と第4位置状態P4とに切り換え可能である。
流量制御弁16は、第3位置状態P3では、第1ポンプ用ポート16aと第1シリンダ用ポート16bとを連通させ、且つ、第1バイパスポート16dと第1調整用ポート16cとを連通させる。また、流量制御弁16は、第3位置状態P3では、第2シリンダ用ポート16fと第2調整用ポート16gとを第2バイパスポート16hに連通させる。従って、流量制御弁16は、第3位置状態P3では、第1ポンプ流路33を、第1方向制御部44を介して第1シリンダ流路31に連通させ、且つ、第1ポンプ流路33を、第1方向制御部44を介さずに第1パイロット流路55に連通させる。また、流量制御弁16は、第3位置状態P3では、第2シリンダ流路32と第2パイロット流路56とを第2方向制御部45を介さずに第2ポンプ流路34に連通させる。
流量制御弁16は、第4位置状態P4では、第2ポンプ用ポート16eと第2シリンダ用ポート16fとを連通させ、且つ、第2バイパスポート16hと第2調整用ポート16gとを連通させる。また、流量制御弁16は、第4位置状態P4では、第1シリンダ用ポート16bと第1調整用ポート16cとを第1バイパスポート16dに連通させる。従って、流量制御弁16は、第4位置状態P4では、第2ポンプ流路34を、第2方向制御部45を介して第2シリンダ流路32に連通させ、且つ、第2ポンプ流路34を、第2方向制御部45を介さずに第2パイロット流路56に連通させる。また、流量制御弁16は、第4位置状態P4では、第1シリンダ流路31と第1パイロット流路55とを第1方向制御部44を介さずに第1ポンプ流路33に連通させる。
図6は、油圧シリンダ14を伸長させるときの操作部材46aの操作量に対する流量制御弁16の開口面積の変化を示すグラフである。図6においてラインL5は、流量制御弁16において第1ポンプ用ポート16aと第1シリンダ用ポート16bとの間の開口面積を示している。すなわち、ラインL5は、第1ポンプ流路33と第1シリンダ流路31との間の開口面積を示している。図6においてラインL6は、第1シリンダ用ポート16bと第1調整用ポート16cとの間の開口面積を示している。すなわち、ラインL6は、第1シリンダ流路31と第1パイロット流路55との間の開口面積を示している。また、ラインL7は、第1バイパスポート16dと第1調整用ポート16cとの間の開口面積を示している。すなわち、ラインL7は、第1ポンプ流路33と第1パイロット流路55との間の開口面積を示している。
ラインL5及びラインL6に示す流量制御弁16の制御は、上述した第2実施形態のライン3及びラインL4に示す流量制御弁16の制御と同様であるため、説明を省略する。
本実施形態に係る油圧駆動システム3では、ラインL7に示すように、操作部材46aの操作量が所定操作範囲よりも大きくなったときに、流量制御弁16が第1位置状態P1から第3位置状態P3へ切り換えられる。流量制御弁16が第3位置状態P3であるときには、第1ポンプ流路33と第1パイロット流路55とが接続される。このため、第1ポンプ流路33の油圧が第1アンロード弁53の第1パイロットポート53aに入力される。従って、第1アンロード弁53の第1パイロットポート53aと第2パイロットポート53bとの差圧はゼロになる。このため、第1アンロード弁53は、弾性部材53cの付勢力により、第1ポンプ流路33と第1調整流路51との間を遮断する。また、流量制御弁16が第3位置状態P3であるときには、第1ポンプ流路33と第1シリンダ流路31とが接続される。このため、第1油圧ポンプ12及び第2油圧ポンプ13から吐出された作動油は、第1調整流路51に供給されずに、第1シリンダ流路31に供給される。
油圧駆動システム3の他の構成及び制御については、第1実施形態の油圧駆動システム1及び第2実施形態の油圧駆動システム2と同様であるため説明を省略する。
本実施形態に係る油圧駆動システム3は、第1実施形態の油圧駆動システム1と同様の特徴を有する。また、本実施形態に係る油圧駆動システム3は、第2実施形態に係る油圧駆動システム2と同様の効果を有する。本実施形態に係る油圧駆動システム3は、さらに以下の特徴を有する。
操作部材46aの操作量が所定操作範囲よりも大きくなったときに、第1パイロット流路55は第1ポンプ流路33に接続され、第1シリンダ流路31と第1パイロット流路55との間が遮断される。このため、第1シリンダ流路31の油圧に関わらず、第1アンロード弁53によって第1ポンプ流路33と第1調整流路51との間を遮断させることができる。従って、油圧シリンダ14に加えられる負荷の大きさに関わらず、適確なタイミングで、第1ポンプ流路33と第1調整流路51との間を遮断させることができる。
以上、油圧シリンダ14を伸張させる場合のポンプコントローラ24による制御及び特徴について説明したが、油圧シリンダ14を収縮させる場合のポンプコントローラ24による制御及び特徴も上記と同様である。
4.第4実施形態
次に、本発明の第4実施形態に係る油圧駆動システム4について説明する。図7は、第4実施形態に係る油圧駆動システム4の構成を示すブロック図である。図7において、第1〜3実施形態と同様の構成には、第1〜3実施形態の構成と同じ符号を付している。
この油圧駆動システム4では、第1調整流路51と第2調整流路52とは、それぞれ、チャージ流路35に接続されている。流量制御弁16は、チャージポート16pを有している。チャージポート16pは、チャージ流路35に接続されている。
流量制御弁16は、第1位置状態P1では、第1ポンプ用ポート16aを、絞り16mを介して、第1シリンダ用ポート16bと第1調整用ポート16cとに連通させ、且つ、第2シリンダ用ポート16fと第2調整用ポート16gとを、絞り16iを介して、第2バイパスポート16hに連通させる。従って、流量制御弁16は、第1位置状態P1では、第1ポンプ流路33を、第1方向制御部44及び絞り16mを介して、第1シリンダ流路31に接続し、且つ、第1シリンダ流路31と第1パイロット流路55とを接続する。また、流量制御弁16は、第2シリンダ流路32と第2パイロット流路56とを、第2方向制御部45を介さずに絞り16iを介して第2ポンプ流路34に接続する。なお、流量制御弁16が第1位置状態P1であるときには、第1バイパスポート16dとチャージポート16pと第2ポンプ用ポート16eとは、何れのポートに対しても遮断されている。
流量制御弁16は、第2位置状態P2では、第2ポンプ用ポート16eを、絞り16nを介して、第2シリンダ用ポート16fと第2調整用ポート16gとに連通させ、且つ、第1シリンダ用ポート16bと第1調整用ポート16cとを、絞り16jを介して、第1バイパスポート16dに連通させる。従って、流量制御弁16は、第2位置状態P2では、第2ポンプ流路34を、第2方向制御部45及び絞り16nを介して、第2シリンダ流路32に接続し、且つ、第2シリンダ流路32と第2パイロット流路56とを接続する。また、流量制御弁16は、第1シリンダ流路31と第1パイロット流路55とを、第1方向制御部44を介さずに絞り16jを介して第1ポンプ流路33に接続する。なお、流量制御弁16が第2位置状態P2であるときには、第2バイパスポート16hとチャージポート16pと第1ポンプ用ポート16aとは、何れのポートに対しても遮断されている。
流量制御弁16は、中立位置状態Pnでは、第1調整用ポート16cと第2調整用ポート16gとチャージポート16pとを連通させる。従って、流量制御弁16は、中立位置状態Pnでは、第1パイロット流路55と第2パイロット流路56とをチャージ流路35に接続する。なお、流量制御弁16が中立位置状態Pnであるときには、第1ポンプ用ポート16aと第1シリンダ用ポート16bと第1バイパスポート16dと第2ポンプ用ポート16eと第2シリンダ用ポート16fと第2バイパスポート16hとは、何れのポートに対しても遮断されている。
油圧駆動システム4の他の構成及び制御については、第1〜第3実施形態の油圧駆動システム1〜3と同様であるため説明を省略する。
操作部材46aを中立位置に戻すことによって、流量制御弁16が中立位置状態Pnに戻ったときに、第1油圧ポンプ12及び/又は第2油圧ポンプ13の傾転角が応答の遅れにより中立位置(0cc/rev)に戻っていない場合があり得る。本実施形態に係る油圧駆動システム4では、流量制御弁16が中立位置状態Pnでは、第1パイロット流路55と第2パイロット流路56とは、チャージ流路35に接続されている。このため、第1ポンプ流路33または第2ポンプ流路34の圧力は、チャージ圧と、アンロード弁53,54の弾性部材53c,54cとによって定まる圧力以上に上昇することはない。したがって、操作部材46aが中立位置に戻ったときに第1ポンプ流路33または第2ポンプ流路34に高圧が発生することを防止することができる。
流量制御弁16が第1位置状態P1にあるときには、流量制御弁16の絞り16iの上流側すなわち油圧シリンダ14側の油圧が、第2アンロード弁54の第1パイロットポート54aに作用する。この場合、第2アンロード弁54の第1パイロットポート54aの油圧は第2パイロットポート54bの油圧よりも高いので、第2アンロード弁54が閉鎖される。このため、油圧シリンダ14の第2室14dからの戻り油は、第2アンロード弁54から第2調整流路52に排出されることはない。すなわち、戻り油の全量が、第1油圧ポンプ12に供給されるので、エネルギー回生量が大きい。
流量制御弁16が第2位置状態P2にあるときには、流量制御弁16の絞り16jの上流側すなわち油圧シリンダ14側の油圧が、第1アンロード弁53の第1パイロットポート53aに作用する。この場合、第1アンロード弁53の第1パイロットポート53aの油圧は第2パイロットポート53bの油圧よりも高いので、第1アンロード弁53が閉鎖される。このため、油圧シリンダ14の第1室14cからの戻り油は、第1アンロード弁53から第1調整流路51に排出されることはない。すなわち、戻り油の全量が、第1油圧ポンプ12及び第2油圧ポンプ13に供給されるので、エネルギー回生量が大きい。
5.第5実施形態
次に、本発明の第5実施形態に係る油圧駆動システム5について説明する。図8は、第5実施形態に係る油圧駆動システム5の構成を示すブロック図である。図8において、第1〜4実施形態と同様の構成には、第1〜4実施形態の構成と同じ符号を付している。
この油圧駆動システム5では、第1パイロット流路55は、第1シリンダ流路31に接続されている。第2パイロット流路56は、第2シリンダ流路32に接続されている。
流量制御弁16は、中立位置状態Pnでは、第1バイパスポート16dと第1調整用ポート16cとを連通させ、且つ、第2バイパスポート16hと第2調整用ポート16gとを連通させる。従って、流量制御弁16は、中立位置状態Pnでは、第1ポンプ流路33を、第1方向制御部44を介さずに調整流路37に接続し、且つ、第2ポンプ流路34を、第2方向制御部45を介さずに調整流路37に接続する。なお、流量制御弁16が中立位置状態Pnであるときには、第1ポンプ用ポート16aと第1シリンダ用ポート16bと第2ポンプ用ポート16eと第2シリンダ用ポート16fとは、何れのポートに対しても遮断されている。
図9は、操作部材46aの操作量に対する流量制御弁16の開口面積の変化を示すグラフである。図9においてラインL7は、流量制御弁16における第1ポンプ用ポート16aと第1シリンダ用ポート16bとの間の開口面積を示している。すなわち、ラインL7は、第1ポンプ流路33と第1シリンダ流路31との間の開口面積を示している。ラインL8は、流量制御弁16における第1バイパスポート16dと第1調整用ポート16cとの間の開口面積を示している。すなわち、ラインL8は、第1ポンプ流路33と調整流路37との間の開口面積を示している。図9に示すように、流量制御弁16の第1ポンプ流路33と第1シリンダ流路31との間の開口が開くとき(操作量a1参照)には、第1ポンプ流路33と調整流路37との間の開口は閉じている。
油圧駆動システム5の他の構成及び制御については、第1〜第4実施形態の油圧駆動システム1〜4と同様であるため説明を省略する。
本実施形態に係る油圧駆動システム5では、第1パイロット流路55及び第2パイロット流路56と接続するポートを流量制御弁16に設ける必要がない。このため、流量制御弁16をコンパクトにすることができる。
第1パイロット流路55が第1シリンダ流路31に接続され、第2パイロット流路56が第2シリンダ流路32に接続された場合には、流量制御弁16が中立位置状態Pnに戻ったときに、第1アンロード弁53の第1パイロットポート53a、又は、第2アンロード弁54の第1パイロットポート54aには、油圧シリンダ14の保持圧が作用することがある。この場合、第1ポンプ流路33又は第2ポンプ流路34の圧力は、保持圧と、アンロード弁53,54の弾性部材53c,54cにより定まる圧力以上に上昇することがある。
しかし、本実施形態に係る油圧駆動システム5では、流量制御弁16が中立位置状態Pnで、第1ポンプ流路33及び第2ポンプ流路34は、調整流路37を介してチャージ流路35に接続される。したがって、操作部材46aが中立位置に戻ったときに、第1ポンプ流路33又は第2ポンプ流路34に高圧が発生することを防止することができる。
本実施形態に係る油圧駆動システム5では、アンロード弁53,54によって微小速度制御を行うことができる。図10は、流量制御弁14とアンロード弁53,54との特性の違いを示す図である。図10において、L9は、流量制御弁14における第1ポンプ流路33からチャージ流路35への作動油の流量と、第1ポンプ流路33の油圧との関係を示している。或いは、L9は、流量制御弁14における第2ポンプ流路34からチャージ流路35への作動油の流量と、第2ポンプ流路34の油圧との関係を示してもよい。L10は、第1アンロード弁53における第1ポンプ流路33からチャージ流路35への作動油の流量と、第1ポンプ流路33の油圧との関係を示している。或いは、L10は、第2アンロード弁54における第2ポンプ流路34からチャージ流路35への作動油の流量と、第2ポンプ流路34の油圧との関係を示してもよい。
油圧シリンダ14を微小速度制御するときに、ポンプ流量制御部25,26等の誤差によって、油圧ポンプ12,13の実際の吐出流量が目標流量に対してずれることがあり得る。例えば、図10において、Qc1は目標流量であり、実際の吐出流量が、Qc2とQc3との間で変動する場合を想定する。この場合、アンロード弁53,54でのポンプ圧の変動ΔPp2は、流量制御弁16でのポンプ圧の変動ΔPp1よりも小さい。従って、流量制御弁16によって微小速度制御を行うよりも、アンロード弁53,54によって微小速度制御を行なった方が、ポンプ圧の変動幅を小さくすることができる。したがって、微小速度制御時の油圧シリンダ14の速度のずれを小さく抑えることができる。
6.他の実施形態
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
第1実施形態では、調整流路37は、チャージ流路35に接続されている。しかし、図11に示す油圧駆動システム6のように、調整流路37は、作動油タンク27に接続されてもよい。この場合、操作部材46aの操作量が所定操作範囲内であるときの余剰な作動油は、作動油タンク27に送られる。
第1実施形態では、ポンプ流量制御部25,26は、油圧ポンプ12,13の傾転角を制御することにより、油圧ポンプ12,13の吐出流量を制御している。しかし、本発明のポンプ流量制御部は、油圧ポンプの回転速度を制御することにより、油圧ポンプの吐出流量を制御してもよい。例えば、図12に示す油圧駆動システム7のように、駆動源として電動機57が用いられてもよい。この場合、ポンプ流量制御部は、電動機57の回転速度を制御する駆動回路58であってもよい。操作部材46aの操作量がゼロであるときには、ポンプコントローラ24は、電動機57を停止させて、油圧ポンプ12,13の回転を停止させる。操作部材46aの操作量が所定操作範囲内であるときには、ポンプコントローラ24は、電動機57の回転速度を制御することにより、油圧ポンプ12,13の吐出流量が、操作部材46aの操作量に対応する目標流量以上になるように、油圧ポンプ12,13の回転速度を制御する。また、操作部材46aの操作量が所定操作範囲より大きいときには、ポンプコントローラ24は、電動機57の回転速度を制御することにより、油圧ポンプ12,13の吐出流量が、操作部材46aの操作量に対応する目標流量になるように、油圧ポンプ12,13の回転速度を制御する。
第2実施形態及び第3実施形態では、タンクポート16tは、作動油タンク27に接続されている。しかし、タンクポート16tは、チャージ流路35に接続されてもよい。この場合、チャージポンプ28の容量を小さくすることができる。
第5実施形態では、油圧駆動システム5は、第1アンロード弁53と第2アンロード弁54とを備える。しかし、図13に示す油圧駆動システム8のように、第1アンロード弁53のみを備えてもよい。これにより、油圧駆動システム8をコンパクトにすることができる。
上記の実施形態では、目標流量設定部は操作部材46aである。しかし、本発明の目標流量設定部は、運転状況などの条件に応じて目標流量を演算する演算部であってもよい。
上記の実施形態では、操作部材46aの操作量が所定操作範囲より大きいとき、すなわち、目標流量が所定範囲より大きいときには、油圧ポンプと油圧シリンダ14とに連通する流量制御弁16の流路の開度を全開にする。ここでの「全開」とは、必ずしも、流量制御弁16の構造的な最大開度に相当しなくてもよい。例えば、「全開」とは、通常制御での流量制御弁16の使用範囲における最大開度に相当してもよい。
上記の実施形態では、油圧シリンダ14に2つの油圧ポンプ12,13が接続されている2ポンプ型の油圧駆動システムに本発明が適用されているが、油圧シリンダ14に1つの油圧ポンプが接続される1ポンプ型の油圧駆動システムに本発明が適用されてもよい。
上記の実施形態では、目標流量に対応するパラメータとして操作部材46aの操作量を用いることによって微小速度制御を判定しているが、目標流量によって直接的に微小速度制御の判定が行われてもよい。すなわち、上記の実施形態において、「操作部材46aの操作量」は、「目標流量」に置き換えられてもよく、「所定操作範囲」は、所定操作範囲に対応する「所定範囲」に置き換えられてもよい。
上記の実施形態では、本発明の調整流量制御部の一例として、アンロード弁が例示されているが、差圧に応じて作動油の流量を制御する別種の装置が用いられてもよい。
上記の実施形態では、本発明の方向制御部の一例としてチェック弁が例示されているが、作動油の流れの方向を一方向に規制するものであれば、別種の装置が用いられてもよい。
上記の実施形態では、流量制御弁16は電磁制御弁であるが、流量制御弁16はパイロット油圧により制御される油圧制御弁であってもよい。この場合には、ポンプコントローラ24と油圧制御弁との間には電磁比例減圧弁が配置される。電磁比例減圧弁はポンプコントローラ24からの指令信号により制御される。電磁比例減圧弁は指令信号に応じたパイロット油圧を油圧制御弁へ供給する。油圧制御弁はパイロット油圧により切換制御される。電磁比例減圧弁はパイロットポンプの吐出する作動油を減圧してパイロット油圧を発生させる。パイロットポンプの代わりにチャージポンプ28の吐出する作動油を用いても良い。
本発明によれば、油圧閉回路を備える油圧駆動システムにおいて、油圧シリンダの微小速度制御が可能となる。
1−8 油圧駆動システム
11 エンジン
10 メインポンプ
12a 第1ポンプポート
12b 第2ポンプポート
14 油圧シリンダ
14c 第1室
14d 第2室
15 作動油流路
16 流量制御弁
16a 第1ポンプ用ポート
16b 第1シリンダ用ポート
16c 第1調整用ポート
24 ポンプコントローラ
25 第1ポンプ流量制御部
27 作動油タンク
28 チャージポンプ
31 第1シリンダ流路
32 第2シリンダ流路
33 第1ポンプ流路
34 第2ポンプ流路
35 チャージ流路
37 調整流路
44 第1方向制御部
45 第2方向制御部
46a 操作部材
51 第1調整流路
53 第1アンロード弁
55 第1パイロット流路
57 電動機
58 駆動回路

Claims (17)

  1. 油圧ポンプと、
    前記油圧ポンプを駆動する駆動源と、
    前記油圧ポンプから吐出された作動油によって駆動される油圧シリンダと、
    前記油圧ポンプと前記油圧シリンダとの間で閉回路を構成する作動油流路と、
    前記油圧ポンプの吐出流量を制御するポンプ流量制御部と、
    前記作動油流路において前記油圧ポンプと前記油圧シリンダとの間に配置され、前記油圧ポンプから前記油圧シリンダに供給される作動油の流量を制御する流量制御弁と、
    前記流量制御弁を経由して作動油が前記油圧ポンプから前記油圧シリンダに供給される際に、前記油圧ポンプから前記油圧シリンダへの作動油の流れを許容し、前記油圧シリンダから前記油圧ポンプへの作動油の流れを禁止する方向制御部と、
    前記油圧シリンダに供給される作動油の目標流量を設定する目標流量設定部と、
    前記目標流量が所定範囲内であるときには、前記流量制御弁によって前記油圧シリンダへ供給される作動油の流量を制御し、前記目標流量が前記所定範囲より大きいときには前記ポンプ流量制御部によって前記油圧シリンダへ供給される作動油の流量を制御する制御装置と、
    を備える油圧駆動システム。
  2. 前記制御装置は、前記目標流量が前記所定範囲より大きいときには、前記油圧ポンプと前記油圧シリンダとに連通する前記流量制御弁の流路の開度を全開にする、
    請求項1に記載の油圧駆動システム。
  3. 前記作動油流路は、前記油圧ポンプの作動油が供給される調整流路を有し、
    前記目標流量が前記所定範囲内であるときには、前記油圧ポンプの吐出流量が前記目標流量よりも大きい流量にされ、且つ、前記油圧ポンプからの作動油は、前記油圧シリンダと前記調整流路とに分流して供給される、
    請求項1に記載の油圧駆動システム。
  4. 前記目標流量が前記所定範囲より大きいときには、前記油圧ポンプの吐出流量が前記目標流量にされ、且つ、前記作動油流路において前記調整流路と前記油圧ポンプとの間の流路が閉鎖される、
    請求項3に記載の油圧駆動システム。
  5. 前記流量制御弁は、前記油圧ポンプから前記油圧シリンダに供給される作動油の流量と、前記油圧ポンプから前記調整流路に供給される作動油の流量とを制御する、
    請求項3に記載の油圧駆動システム。
  6. 前記作動油流路は、前記油圧ポンプに接続されるポンプ流路と、前記油圧シリンダに接続されるシリンダ流路とをさらに有し、
    前記流量制御弁は、前記方向制御部を介して前記ポンプ流路に接続されるポンプ用ポートと、前記シリンダ流路に接続されるシリンダ用ポートと、前記調整流路に接続される調整用ポートとを有する、
    請求項5に記載の油圧駆動システム。
  7. 前記油圧ポンプから前記調整流路に供給される作動油の流量を制御する調整流量制御部をさらに備え、
    前記作動油流路は、前記油圧ポンプに接続されるポンプ流路と、前記油圧シリンダに接続されるシリンダ流路と、前記調整流量制御部のパイロットポートに接続されるパイロット流路とをさらに有し、
    前記調整流量制御部は、前記ポンプ流路と前記パイロット流路との差圧が所定の設定圧よりも大きいときには、前記ポンプ流路と前記調整流路とを連通させ、前記ポンプ流路と前記パイロット流路との差圧が前記所定の設定圧以下であるときには、前記油圧ポンプと前記調整流路との間を閉鎖し、
    前記流量制御弁は、前記ポンプ流路と前記シリンダ流路とを接続し、且つ、前記シリンダ流路と前記パイロット流路とを接続し、
    前記目標流量が前記所定範囲内であるときの前記ポンプ流路と前記シリンダ流路との差圧は前記所定の設定圧より大きく、前記目標流量が前記所定範囲より大きいときの前記ポンプ流路と前記シリンダ流路との差圧は前記所定の設定圧以下である、
    請求項3に記載の油圧駆動システム。
  8. 前記油圧ポンプから前記調整流路に供給される作動油の流量を制御する調整流量制御部をさらに備え、
    前記作動油流路は、前記油圧ポンプに接続されるポンプ流路と、前記油圧シリンダに接続されるシリンダ流路と、前記調整流量制御部のパイロットポートに接続されるパイロット流路とをさらに有し、
    前記調整流量制御部は、前記ポンプ流路と前記パイロット流路との差圧が所定の設定圧よりも大きいときには、前記ポンプ流路と前記調整流路とを連通させ、前記ポンプ流路と前記パイロット流路との差圧が前記所定の設定圧以下であるときには、前記油圧ポンプと前記調整流路との間を閉鎖し、
    前記目標流量が前記所定範囲内であるときの前記ポンプ流路と前記シリンダ流路との差圧は前記所定の設定圧より大きく、
    前記流量制御弁は、前記目標流量が前記所定範囲内であるときには、前記ポンプ流路と前記シリンダ流路とを接続し、且つ、前記シリンダ流路と前記パイロット流路とを接続し、
    前記流量制御弁は、前記目標流量が前記所定範囲より大きいときには、前記ポンプ流路と前記シリンダ流路とを接続し、且つ、前記パイロット流路を前記ポンプ流路に接続する、
    請求項3に記載の油圧駆動システム。
  9. 前記油圧ポンプから前記調整流路に供給される作動油の流量を制御する調整流量制御部をさらに備え、
    前記作動油流路は、前記油圧ポンプに接続されるポンプ流路と、前記油圧シリンダに接続されるシリンダ流路と、前記調整流量制御部のパイロットポートと前記シリンダ流路とに接続されるパイロット流路とをさらに有し、
    前記調整流量制御部は、前記ポンプ流路と前記パイロット流路との差圧が所定の設定圧よりも大きいときには、前記ポンプ流路と前記調整流路とを連通させ、前記ポンプ流路と前記パイロット流路との差圧が前記所定の設定圧以下であるときには、前記油圧ポンプと前記調整流路との間を閉鎖し、
    前記目標流量が前記所定範囲内であるときの前記ポンプ流路と前記シリンダ流路との差圧は前記所定の設定圧より大きく、前記目標流量が前記所定範囲より大きいときの前記ポンプ流路と前記シリンダ流路との差圧は前記所定の設定圧以下である、
    請求項3に記載の油圧駆動システム。
  10. 前記流量制御弁は、中立位置状態において、前記ポンプ流路と前記シリンダ流路とを遮断すると共に、前記ポンプ流路を前記調整流路に接続する、
    請求項9に記載の油圧駆動システム。
  11. 前記流量制御弁の前記ポンプ流路と前記シリンダ流路との間の開口が開くときには、前記ポンプ流路と前記調整流路との間の開口は閉じている、
    請求項10に記載の油圧駆動システム。
  12. 前記油圧ポンプに作動油を補充するためのチャージポンプをさらに備え、
    前記作動油流路は、前記チャージポンプと前記油圧ポンプとを接続するチャージ流路をさらに有し、
    前記調整流路は、前記チャージ流路に接続される、
    請求項3から11のいずれかに記載の油圧駆動システム。
  13. 前記油圧ポンプに作動油を補充するためのチャージポンプをさらに備え、
    前記作動油流路は、前記チャージポンプと前記油圧ポンプとを接続するチャージ流路をさらに有し、
    前記流量制御弁は、中立位置状態において、前記ポンプ流路と前記シリンダ流路とを遮断すると共に、前記パイロット流路を前記チャージ流路に接続する、
    請求項7に記載の油圧駆動システム。
  14. 前記作動油を貯留する作動油タンクをさらに備え、
    前記調整流路は、前記作動油タンクに接続される、
    請求項3から11のいずれかに記載の油圧駆動システム。
  15. 前記油圧ポンプは可変容量ポンプであり、
    前記ポンプ流量制御部は、前記油圧ポンプの傾転角を制御することにより、前記油圧ポンプの吐出流量を制御し、
    前記目標流量設定部は、オペレータによって操作される操作部材であり、
    前記操作部材の操作量がゼロであるときには、前記制御装置は、前記油圧ポンプの傾転角をゼロとし、
    前記操作部材の操作量が、前記目標流量の所定範囲に対応する所定操作範囲であるときには、前記制御装置は、前記油圧ポンプの吐出流量が、前記操作部材の操作量に対応する前記目標流量以上になるように、前記油圧ポンプの傾転角を制御する、
    請求項1に記載の油圧駆動システム。
  16. 前記ポンプ流量制御部は、前記油圧ポンプの回転速度を制御することにより、前記油圧ポンプの吐出流量を制御し、
    前記目標流量設定部は、オペレータによって操作される操作部材であり、
    前記操作部材の操作量がゼロであるときには、前記制御装置は、前記油圧ポンプの回転を停止させ、
    前記操作部材の操作量が、前記目標流量の所定範囲に対応する所定操作範囲であるときには、前記制御装置は、前記油圧ポンプの吐出流量が、前記操作部材の操作量に対応する前記目標流量以上になるように、前記油圧ポンプの回転速度を制御する、
    請求項1に記載の油圧駆動システム。
  17. 前記油圧ポンプは、第1ポンプポートと第2ポンプポートとを有し、前記第2ポンプポートから作動油を吸入して前記第1ポンプポートから作動油を吐出する状態と、前記第1ポンプポートから作動油を吸入して前記第2ポンプポートから作動油を吐出する状態と、に切り換え可能であり、
    前記油圧シリンダは、第1室と第2室とを有し、前記第1室と前記第2室に対する作動油の供給と排出とが切り換えられることにより伸縮し、
    前記作動油流路は、前記第1ポンプポートに接続される第1ポンプ流路と、前記第2ポンプポートに接続される第2ポンプ流路と、前記第1室に接続される第1シリンダ流路と、前記第2室に接続される第2シリンダ流路と、を有し、
    前記方向制御部は、第1方向制御部と第2方向制御部とを有し、
    前記第1方向制御部は、前記流量制御弁によって作動油が前記第1ポンプ流路から前記第1シリンダ流路に供給される際に、前記第1ポンプ流路から前記第1シリンダ流路への作動油の流れを許容し、前記第1シリンダ流路から前記第1ポンプ流路への作動油の流れを禁止し、
    第2方向制御部は、前記流量制御弁によって作動油が前記第2ポンプ流路から前記第2シリンダ流路に供給される際に、前記第2ポンプ流路から前記第2シリンダ流路への作動油の流れを許容し、前記第2シリンダ流路から前記第2ポンプ流路への作動油の流れを禁止し、
    前記流量制御弁は、第1位置状態と第2位置状態とに切り換え可能であり、
    前記流量制御弁は、前記第1位置状態では、前記第1ポンプ流路を前記第1方向制御部を介して前記第1シリンダ流路に接続し、且つ、前記第2シリンダ流路を前記第2方向制御部を介さずに前記第2ポンプ流路に接続し、
    前記流量制御弁は、前記第2位置状態では、前記第1シリンダ流路を前記第1方向制御部を介さずに前記第1ポンプ流路に接続し、且つ、前記第2ポンプ流路を前記第2方向制御部を介して前記第2シリンダ流路に接続する、
    請求項1に記載の油圧駆動システム。
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