JPH0754146B2 - 油圧駆動回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、一つのエンジンで少なくとも二つの油圧ポ
ンプを駆動して、各油圧ポンプ毎に異なった動作をおこ
なう、例えば、ホイールローダの駆動回路などのように
走行とフロントアタツチメントの複合動作により作業を
おこなう建設機械の駆動回路に好適な油圧駆動回路に関
する。

〔従来の技術〕

建設機械は、小さな動力源から容易に大きな作動力を得
ることができ、また、一つの動力源から複数のものを駆
動できるなどの理由から油圧を用いているものが大半で
ある。

このうち、例えばホイールローダでは、ホイールを駆動
する油圧ポンプとバケツトを駆動する油圧ポンプとがそ
れぞれ別体に設けられ、一つのエンジンによつて駆動力
を与えられるようになつている。このようなホイールロ
ーダに用いられる油圧駆動回路の一例を第５図に示し、
同図を参照してこの油圧駆動回路について説明する。

同図において、この油圧駆動回路は、１個のエンジン１
と、このエンジン１によつて駆動される走行駆動用の可
変容量油圧ポンプ２およびバケツト作業用の油圧ポンプ
３と、可変容量油圧ポンプ２からの圧油により回転駆動
される油圧モータ４と、可変容量油圧ポンプ２の押しの
け容積可変機構（以下、斜板と称する）６を作動させる
アクチユエータ７と、アクチユエータ７の作動方向を切
り換える方向切換弁８と、斜板６の傾転量とエンジン１
の回転数を同時に制御するアクセルレバー17とから主に
構成されている。

可変容量油圧ポンプ２は、両吐出形の可変容量ポンプで
あつて、主管路10および11を介して油圧モータ４と接続
され、この油圧モータ４の出力軸から複数の段を有する
機械的変速機12および差動歯車13に駆動力が伝達され、
さらに差動歯車13からホイール５へと伝達されてホイー
ル５を回転させる。両主管路10,11間には、クロスオー
バリリース弁、フラツシング弁、チヤージポンプ等を含
む補器14が設けられ、可変容量油圧ポンプ２および油圧
モータ４とともに閉回路を構成している。

この可変容量油圧ポンプ２は、斜板６によつて吐出方向
および吐出流量が制御され、この斜板６は、油圧源15か
ら圧力制御弁としての減圧弁16と方向切換弁８を介して
供給される作動油の圧力に応じた位置をとるアクチユエ
ータ７によつて操作される。また、アクチユエータ７
は、油圧源15から減圧弁16と方向切換弁８などの圧油供
給手段を介して供給される作動油の圧力により斜板６の
傾転量を設定し、方向切換弁８の図示しない切換手段に
より操作されて、斜板６の切換方向が制御される。

方向切換弁８に供給される作動油の圧力は、減圧弁16の
設定圧によつて決まり、この設定圧はエンジン１の目標
回転数を指令するアクセルレバー17の操作量に応じて設
定される。

今、方向切換弁８が第５図において左側に切り換えられ
ている状態で、アクセルレバー17を矢印Ａ方向に倒す
と、ばね17aを介して減圧弁16が作動し、その二次側の
圧力を上昇させる。減圧弁16の二次側の圧油は、方向切
換弁８を経てアクチユエータ７の図において左側の側室
に供給され、アクチユエータ７の右側の側室は方向切換
弁８を介して油圧タンク18に開放されているので、斜板
６が傾転して可変容量油圧ポンプ２は主管路10側の圧油
を吸い込み、これを主管路11側に吐出して油圧モータ４
を矢印Ｂ方向に回転させる。この結果、出力軸から変速
機12および差動歯車13を介してホイール５が回転駆動さ
れる。これと同時に、エンジン１により油圧ポンプ３も
駆動され、図示しない作業装置に対し、圧油が送出さ
れ、所定の作業をおこなう。

上記の状態からアクセルレバー17をさらに矢印Ａ方向に
倒すと、減圧弁７の二次側圧力がより高くなり、斜板６
の傾転量もさらに大きくなつて、可変容量油圧ポンプ２
の吐出量が増大する。これにより、油圧モータ４の回転
速度もさらに大きくなり、かつエンジン１の回転数も上
つて油圧ポンプ３の吐出量も増大し、作業装置の出力も
大きくなる。

このような状態から、今度はアクセルレバー17を逆に矢
印Ｃ方向に戻すと、減圧弁16の二次側圧力が減少して斜
板６はアクチユエータ７内のばね力によつて中立方向へ
戻される。これに応じて可変容量油圧ポンプ２の吐出量
は減少し、油圧モータ４の回転数も減少してホイール５
は減速する。と、同時に、エンジン１の回転数も落ち、
油圧ポンプ３の吐出量も減少する。

方向切換弁８が上記と逆の右側に切り換えられている
と、アクセルレバー17の操作により斜板６は反対側に傾
転する。これにより、可変容量油圧ポンプ２は主管路10
側に吐出し、油圧モータ４は反矢印Ｂ方向へ回転してホ
イール５を逆転させる。この場合も、可変容量油圧ポン
プ２および油圧モータ４の制御はアクセルレバー17を介
しておこなわれる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、上記のような油圧駆動回路において、例えば
変速機12を高速（Ｈ）、定速（Ｌ）２段切換のギアボツ
クスとしたとき、この油圧駆動回路を備えた車輌の速度
とアクセルレバー17の操作量すなわちストローク量の関
係は第６図のようになる。同図によると、ストローク量
X₁までは斜板６の傾転量の増加とエンジン１の回転数の
増加により、２次的な曲線を描いて車速が上昇する。X₁
で斜板６が最大傾転に達したあとX₁よりストローク量が
大きくなると、斜板６の傾転量は最大値を保ち車速は、
エンジン１の回転数のみの関数となり、エンジン回転数
に比例して大きくなる。この車速の絶対値は、ギアボツ
クスのギア比により、図において符号ＨまたはＬで示す
ようなものになる。

一方、前述のような構成をとる建設機械にあつては、作
業時には油圧ポンプ３で駆動される作業装置の作業速度
を早くするために、エンジン１の回転数を上げて使用す
ることが多い。この場合、作業の内容によつては、低速
Ｌ側に変速機12を切換えていても走行速度が上昇し、走
行動作と作業動作との複合動作がやりにくくなる事があ
る。

この対策として、低速ギアにおける最高速度を低くする
ようなギア比を選択すると、走行単独時には速度不足
で、頻繁に高速Ｈ側のギアと定速Ｌ側のギアとを切り換
える必要がある。また、このように歯車減速機の減速比
を大きくして車速を落とすとトルクが増大することにな
り、トルクの増大に対処するため車軸の強度を確保する
必要がある。しかし、このような強度の確保はコストの
上昇につながり、適策ではない。

他の対策として、方向切換弁８からアクチユエータ７に
至る主管路に、インチングバルブとも称される可変絞り
弁を設け、この可変絞り弁を例えばペダルなどの操作手
段を介して操作し、減圧弁16から方向切換弁８を経てア
クチユエータ７に供給される圧油の一部を解放すること
により可変容量油圧ポンプ２の吐出量を制限する方法が
ある。この方法では、作業時に毎回運転者がペダル等の
操作をする必要があり、運転者の負担が多いという問題
がある。

この発明は、上記のような技術的背景に鑑みてなされた
もので、その目的は、負荷の作動速度を抑えるために作
業の毎に運転者が作動速度の調整をする必要のない油圧
駆動回路を提案することにある。他の目的は、低速運転
に際してもトルクの増大を招かず、それ故、従来と同様
のコストが安い小径の車軸でも十分な強度が保証され、
安全に機能する油圧駆動回路を提案することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

従来技術が抱える問題点を解決し、上記目的を達成する
ため、この発明は、一つのエンジンと、吐出量可変機構
を備え、ホイールを駆動する第１油圧ポンプと、前記エ
ンジンに接続され、作業手段を駆動する第２油圧ポンプ
と、前記第１油圧ポンプに接続された油圧モータと、前
記吐出量可変機構を作動させる油圧アクチユエータと、
前記エンジンに接続され、オペレータによって前記エン
ジンの目標回転数を設定可能なアクセルレバーと、前記
油圧アクチユエータに圧油を供給する油圧源と、前記油
圧アクチユエータと前記油圧源との間に接続され、前記
アクセルレバーの操作量の増加に応じて前記アクチユエ
ータへ供給される圧力流体の圧力を昇圧して伝達する作
動油伝達手段と、前記アクチユエータおよび前記作動油
伝達手段に接続され、前記油圧源から供給された作動油
を通すための低圧回路とを備えた油圧駆動回路におい
て、前記作動油伝達手段が油圧アクチユエータへ出力可
能である最大圧力値より低い圧力値で前記作動油伝達手
段からの作動圧油を前記低圧回路へバイパスして油圧ア
クチユエータへの供給圧力の最大値を制限させるための
最大圧力制限手段と、前記オペレータによって操作さ
れ、前記最大圧力制限手段を選択的に作動させる作動手
段とを設け、前記作動手段によって前記最大圧力制限手
段の作動が選択された場合、アクセルレバーの操作によ
るエンジン回転数の増加に基づき、第１および第２油圧
ポンプの回転数が増加したとき、第２油圧ポンプの吐出
流量はエンジン回転数の増加に応じて増加するが、第１
油圧ポンプは前記最大圧力制限手段によって設定された
値に応じて本来出力される最大値よりも制限された吐出
流量に制御されるように構成してある。

なお、最大圧力制限手段によって当該圧力を制限するに
は、エンジンの実稼働回転数および目標回転数の少なく
とも一方を検出手段で検出し、検出手段によって検出し
た検出値をパラネータとして制限圧力を設定するように
構成することもできる。

〔作用〕

上記手段によれば、作動手段によって最大圧力制限手段
の作動が選択された場合、アクセルレバーの操作による
エンジン回転数の増加に基づき、第１および第２油圧ポ
ンプの回転数が増加したとき、第２油圧ポンプの吐出流
量はエンジン回転数の増加に応じて増加するが、第１油
圧ポンプは前記最大圧力制限手段によって設定された値
に応じて本来出力される最大値よりも制限された吐出流
量に制御されるので、当該設定された値に達した後は、
アクチユエータに供給する圧油の圧力を一定にし、エン
ジンの回転数によつてのみ変化する出力を得ることがで
きる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図および第２図は、この発明の第１の実施例に係る
油圧駆動回路を説明するためのもので、第１図は油圧駆
動回路の回路図、第２図は車速とアクセルレバーのスト
ローク量との関係を示す特性図である。以下、第５図に
示した従来例と同一もしくは同一とみなせる構成要素に
は同一の符号を付し、重複する各部の説明は適宜割愛す
る。

第１図において、方向切換弁８に圧油を供給する管路20
と排出する管路21とを接続するバイパスライン25にシー
ケンス弁22が該方向切換弁８と並列に設けられ、減圧弁
16の下流側の該管路20からのシーケンス弁22のパイロツ
トライン23には開閉弁24が設けられている。また、この
シーケンス弁22はばね22aによりクラツキング圧を設定
することができるようになつている。その他は全て第３
図に示した従来例と同一に構成されている。

次に、上記のように構成したこの実施例に係る油圧駆動
回路の動作について説明する。

第１図において、方向切換弁８を左右いずれかの位置に
切換えて、アクセルレバー17を矢印Ａ方向に傾ける。こ
のとき、開閉弁24は閉位置にあるとする。この場合、シ
ーケンス弁22のパイロツトライン23は該開閉弁24により
遮断されているのでシーケンス弁22は図示の位置、つま
りバイパスライン25を閉鎖している。したがつて、アク
セルレバー17のストロークと車速の関係は第２図のＨ又
はＬで示すように従来と同じである。

ここで、低速Ｌの範囲で作業するときに、開閉弁24を開
方向に切換えると、シーケンス弁22のパイロツトライン
23は接続され、パイロツトスプール前後の差圧がばね22
aによつて予め設定したクラツキング圧に達すると管路2
0,21を連通させる。このクラツキング圧を設定するばね
22aが、エンジン１の目標回転数と関連する圧力を検出
して、切り換えのための設定値、すなわち制限すべき最
大圧力を設定する手段を構成している。そして、この切
換設定値を２次的な車速の増加が終了するアクセルレバ
ー17のストローク量X₁よりも低い値、例えばX₂に設定す
れば、ストローク量がX₂よりも低い範囲ではこのストロ
ーク量に応じて可変容量油圧ポンプ２の吐出量とエンジ
ン回転数が上昇し、車速は従来と同様の低速Ｌ側の２次
曲線に従つて上昇する。ストローク量がX₂に達するとシ
ーケンス弁22が作動して管路20,21をバイパスライン25
により連通する。これにより方向切換弁８を経てアクチ
ユエータ７に供給される作動油の圧力は一定となり、可
変容量油圧ポンプ２の吐出量も一定となる。したがつ
て、ストローク量がX₂より大きくなつても、可変容量油
圧ポンプ２の吐出量は該ストローク量X₂に相応した小さ
な値のままであるので、車速はエンジン１の回転数のみ
に比例した速度、すなわちLLで示される様になる。その
他の動作は全て従来例と同様である。

これにより、車速は従来よりも低速に保つたまま、エン
ジン１の出力を最大限度まで上げて、第２の油圧ポンプ
３の最大出力で作業装置を駆動することができる。

以上のように、上記実施例によれば、 シーケンス弁22を設けて、予め設定された圧力よりも
圧力が高くなつたときには、アクチユエータに供給され
る作動圧を制限することができるので、可変容量油圧ポ
ンプ１の吐出量を抑制することが可能になり、これによ
り機械的変速装置を変えることなしに変速段を増やすこ
とができる、 また、作業についての最適な車速を一度設定すれば、
運転者はその後、インチングバルブなどの可変絞り弁を
操作するインチングペダル等の操作が不要になり、作業
の簡潔化を図ることができる、 さらに、極低速の車速を設定しても、車軸に作用する
駆動トルクの最大値は従来と同じであり、歯車減速機に
よつて極低速の速度を設定した場合のような過大なトル
クが生じないので、そのような過大トルクに対する車軸
の強度の向上を図る必要がない、 加えて、シーケンス弁22のクラツキング圧の設定値を
変えるだけで、車速とアクセルレバー17のストローク量
の関係が変わるので、従来のように車速とストローク量
の設定条件を変える際に、歯車減速機の歯車やそれに付
随する部品の交換が不要になる、 等々の種々の効果がある。

上記実施例は、エンジンの目標回転数をアクセルレバー
17によつて指令するとともに、減圧弁16の設定圧を該ア
クセルレバー17の操作量に応じて変化させ、アクチユエ
ータ７に供給する油圧の圧力を制御しているが、一本の
アクセルレバー17で同様の動作をおこなわせることがで
きる油圧駆動回路として、固定容量ポンプの吐出量に応
じて絞りの前後に生じる差圧を利用する回路も考えられ
る。この例の要部を第２の実施例として第３図に示す。
同図において第１図および第５図に示した実施例および
従来例と同一もしくは同一とみなせる構成要素には同一
の符号を付してある。

第３図において、可変容量ポンプ２の斜板６を作動させ
るアクチユエータ７には、作動方向を切り換える方向切
換弁８が並列に接続され、この方向切換弁の二つのポー
トには、エンジン１によつて駆動される固定容量ポンプ
30からの吐出管路31に設けられた絞り32の上流側と下流
側に連通する高圧側の管路33と低圧側の管路34とがそれ
ぞれ接続されている。エンジン１は、アクセルレバー17
の操作量に応じて目標回転数を指令され、固定容量ポン
プ30は、該エンジン１の回転に応じた圧油を吐出する。
この固定容量ポンプ30は、アクチユエータ７の作動圧を
発生するとともに、油圧モータ４を駆動するため閉回路
の主管路10,11に圧油をチヤージする機能も有してい
る。

また、圧油供給手段側にあたる管路33と、低圧回路側に
あたる管路34間には、シーケンス弁22を介在させたバイ
パスライン25が接続され、該シーケンス弁25のパイロツ
トライン23には開閉弁24が設けられている。その他、特
に説明しない各部は、従来例および第１の実施例と同様
に構成されている。

上記のように構成すると、絞り32の前後に生じる差圧を
利用して、第１の実施例と同様の効果を奏することがで
きる。

これまで説明した第１および第２の実施例は、エンジン
１の目標回転数を減圧弁16の下流側の圧力から、あるい
は実稼動回転数を絞り32の前後に生じる圧力差から検出
し、シーケンス弁22のクラツキング圧を設定することに
より弁を切り換えて、圧油供給手段側にあたる高圧側の
管路20,33から低圧回路にあたる低圧側の管路21,34に圧
油を導出するもので、検出手段と弁制御手段（作動手
段）を機械的手段により構成している。

これに対し、該検出手段および弁制御手段（作動手段）
を電気的手段により構成することが考えられる。この例
を第３の実施例として第４図に示す。同図において、前
記実施例および従来例と同一もしくは同一とみなせる構
成要素には同一の符号を付してある。

第４図において、エンジン１には、回転数を検出する回
転計40が付設されているとともに、該回転計40には、回
転計40で検出した回転数を電気的に処理し、検出した回
転数をパラメータとして後述の電磁操作式開閉弁41の開
閉の切換設定値を任意に選択して、スイツチ装置42に該
開閉弁41の切換信号を出力できる処理装置43が接続され
ている。この場合には、切換設定値の設定手段と弁制御
手段を、これら処理装置43とスイツチ装置42とによつて
構成している。また、該開閉弁41は、第２の実施例と同
様に管路33と34との間で両者を接続するバイパスライン
25に介挿され、処理装置43からの出力によつて作動する
スイツチ装置42の切換出力によつて、電磁的に開放位置
と閉鎖位置とがそれぞれ選択される。その他、特に説明
しない各部は、第３図に示した第２の実施例と同一に構
成してある。

上記のように構成すると、回転計40によりエンジン１の
回転数が作業条件等に応じて予め設定した切換設定値に
達したときに、スイツチ装置42を介して開閉弁41を作動
させ、アクチユエータ７に供給される高圧側の管路33を
流れる圧油を低圧側の管路34に導出して、アクチユエー
タ７に加わる圧力を一定にすることができる。この実施
例にあつては、切換設定値の設定を電気的手段によりお
こなうので、前二例に比べて設定値の選択や変更が極め
て容易であるとともに、この種の制御をおこなう制御開
始の指示も処理装置43内で処理できるので、より構成が
簡単になるという効果がある。

なお、第１の実施例にあつては、アクセルレバー17のエ
ンジン１の目標回転数の指令に応じた減圧弁16の下流側
の圧力を検出してパラメータとし、また、第２の実施例
にあつては、エンジン１の実稼動回転数に規定されて吐
出される固定容量ポンプ30からの吐出量と相関する絞り
32前後の差圧をパラメータとし、さらに第３の実施例に
あつては、エンジン１の実稼動回転数を直接検出してパ
ラメータとしているが、いずれにしても、エンジン１の
目標回転数および実稼動回転数の少なくともいずれか一
方を圧力の形で、あるいは回転数を電気的信号に変換し
た形で検出し、この検出値により所定の制御をおこなう
ように設定されている。

〔発明の効果〕

これまでの説明で明らかなように、作動手段によって最
大圧力制限手段の作動が選択された場合、アクセルレバ
ーの操作によるエンジン回転数の増加に基づき、第１お
よび第２油圧ポンプの回転数が増加したとき、第２油圧
ポンプの吐出流量はエンジン回転数の増加に応じて増加
するが、第１油圧ポンプは前記最大圧力制限手段によっ
て設定された値に応じて本来出力される最大値よりも制
限された吐出流量に制御されるようになっているので、
負荷の作動速度の調整操作をすることなく、可変容量油
圧ポンプの吐出量を最大限度まで上げて作業をすること
ができ、作業の簡潔化を図り、運転者の負担を軽減させ
ることができる。また、機械的変速手段を用いずに変速
段を増加することができ、極低速に変速段を設定したと
しても駆動トルクの増大を招くことがないので、駆動軸
の強度を上げる必要がなく、コストの上昇を招来しない
等の顕著な効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は、この発明の実施例を説明するた
めのもので、第１図は第１の実施例に係る油圧駆動回路
の回路図、第２図は車速とアクセルレバーのストローク
との関係を示す特性図、第３図は第２の実施例に係る油
圧駆動回路の要部を示す回路図、第４図は第３の実施例
に係る油圧駆動回路の要部を示す回路図、第５図および
第６図は従来例を説明するためのもので、第５図は従来
例に係る油圧駆動回路の回路図、第６図は車速とアクセ
ルレバーのストロークとの関係を示す特性図である。 １……エンジン、２……可変容量油圧ポンプ、３……油
圧ポンプ、４……油圧モータ、６……斜板、７……アク
チユエータ、８……方向切換弁、10,11……主管路、12
……変速機、16……減圧弁、17……アクセルレバー、22
……シーケンス弁、23……パイロツトライン、24……開
閉弁、25……バイパスライン、32……絞り、33,34……
管路、40……回転計、41……開閉弁、42……スイツチ装
置、43……処理装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 園田 光夫 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (56)参考文献 実開 昭56−81202（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭50−103082（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭52−28948（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一つのエンジンと、吐出量可変機構を備
   え、ホイールを駆動する第１油圧ポンプと、前記エンジ
   ンに接続され、作業手段を駆動する第２油圧ポンプと、
   前記第１油圧ポンプに接続された油圧モータと、前記吐
   出量可変機構を作動させる油圧アクチュエータと、前記
   エンジンに接続され、オペレータによって前記エンジン
   の目標回転数を設定可能なアクセルレバーと、前記油圧
   アクチュエータに圧油を供給する油圧源と、前記油圧ア
   クチュエータと前記油圧源との間に接続され、前記アク
   セルレバーの操作量の増加に応じて前記アクチュエータ
   へ供給される圧力流体の圧力を昇圧して伝達する作動油
   伝達手段と、前記アクチュエータおよび前記作動油伝達
   手段に接続され、前記油圧源から供給された作動油を通
   すための低圧回路とを備えた油圧駆動回路において、前
   記作動油伝達手段が油圧アクチュエータへ出力可能であ
   る最大圧力値より低い圧力値で前記作動油伝達手段から
   の作動圧油を前記低圧回路へバイパスして油圧アクチュ
   エータへの供給圧力の最大値を制限させるための最大圧
   力制限手段と、前記オペレータによって操作され、前記
   最大圧力制限手段を選択的に作動させる作動手段とを設
   け、前記作動手段によって前記最大圧力制限手段の作動
   が選択された場合、アクセルレバーの操作によるエンジ
   ン回転数の増加に基づき、第１および第２油圧ポンプの
   回転数が増加したとき、第２油圧ポンプの吐出流量はエ
   ンジン回転数の増加に応じて増加するが、第１油圧ポン
   プは前記最大圧力制限手段によって設定された値に応じ
   て本来出力される最大値よりも制限された吐出流量に制
   御されるように構成したことを特徴とする油圧駆動回
   路。