JPS6088202A - 油圧モータの駆動機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は作業機械に用いられる油圧駆動回路のアクチュ
エータの速度制御装置に係り、特に建設機械の走行モー
タの制御に好適な油圧駆動回路の速度制御装置に関する
。

建設機械１例えば油圧ショベルは、油圧モータで駆動さ
れる下部走行体と、この下部走行体上に旋回可能に設け
られた上部旋回体と、この上部旋回体に設けられて作業
部を構成するフロント機構とを備えている。下部走行体
の油圧モータは上部旋回体に設置されてエンジン等の原
動機により回転される油田ポンプの吐出油により駆動さ
れる。

このような油圧モータの駆動回路を図に基づいて説明す
る。

＠１図は従来の油圧ショベルの油圧モータの駆動回路図
である。図で、１は原動機により回転駆動される可変容
量膨油圧ポンプ（以下、単に油圧ポンプという。）、２
は油圧ポンプ１かもの吐出油により駆動される固定容量
杉油圧モータであり油圧ショベルの下部走行体の左右に
それぞれ１基ずつ備えられている。３は下部走行体の駆
動輪と固定容量形油王モータ２との間に介在する走行減
速様である。４は油圧ポンプｌと固定容量形油圧モータ
２との間に介在するコントロールバルブであり、固定容
量杉油圧モータ２の回転方向等の駆動制御を行なう。４
ａはコントロールバルブ４のスプールに連結されたロッ
ド、５はロッド４ａに設けられた所定形状のカムである
。６は固定容量形油圧モータ２のブレーキバルブ、７は
固定容量形油圧モータ２の両側の管路が所定の差圧にな
ったとき両管路を接続するクロスオーバリリーフ弁、８
は主リリーフ弁、９は油圧ポンプ１の吐出量制御装置で
ある。

以下、油圧ポンプ１の吐出戸開ｎ装置９の構成の概略に
ついて説明する。油圧ポンプ１はおしのけ容猜可変機構
（以下、これを斜板で代表する）１ａを有し、その傾転
量を変えることにより油田ポンプ】の吐出量を制御する
。１０はそのピストンロッドが斜板１ａと連結された傾
転制御シリンダであり、この傾転制御シリンダ】０を駆
動することにより斜板１ａの傾転角を変えることができ
る。１１は側転制御シリンダ１０への圧油を供給する補
助油圧ポンプ、１２は補助油圧ポンプ】ｌに接続された
リリーフ弁である。１３は油圧ポンプ】の吐出圧に応じ
て作動する圧力補償制御器であり、補助油圧ポンプ１１
と傾転制御シリンダ１０との間の油路を吐出圧に応じて
切換え、傾転制御シ１１ンダｌＯを駆動して斜板ｊａの
傾転量が最適になるように制御する。１４は圧力補償制
御器１３と傾転制御シリンダｌＯのピストンロッドとを
連結するリンク機構であり、斜板１ａの傾転ｉを圧力補
償料！ｉｌ′ＩＩ器１３にフィードバックして最適の傾
転量を維持する。１５は前記圧力補償制御器１３と同じ
く補助油圧ポンプ１１と傾転制御シリンダ１０との間の
油路な切換える外部指令制御器であり、前記圧力補償制
御器１３が油圧ポンプ１の吐出圧に応じて作動するのに
対し、外部指令制御器１５は油圧ポンプ１で枢動される
アクチュエータの駆動に応じて作動し、斜板１ａの傾転
量が最適になるように制御する。斜板１ａの傾転量はリ
ンクｍ、構１４を介して外部指令制御器】５にフィード
バックされることにより最適に維持されろ。

ここで、外部指令制御器１５に対して外部指令を与える
機構を説明する。一般に、油圧ポンプ１は、固定容量形
油田モータ２だけでなく、その他のアクチュエータの油
圧源となっている。したがって、油圧ポンプｌに駆動さ
れる複数のアクチュエータに対してはそれぞれコントロ
ールバルブが備えられており、これら複数のコントロー
ルバルブは一括して集められ、コントロールバルブ群を
構成する。各コントロールバルブには、コントロールバ
ルブ４と同じ（そのスプールにロッド（ロッド４ａと同
じ）が連結され、各ロッドにはカム５と同一形状のカム
が設けられている。各カムは同一平面に同一列になるよ
うに配置される。即ち、図ではカム５のみが示されてい
るが、他のカムも紙面と垂直方向に同一列に配置されて
いる。このような構成において１図で１６は各カムのす
べてに接触する長いローラ、１７はこのローラ】６およ
び前記外部指令制御器１５を連結するリンク機構である
。

今、油圧ショベルを走行させるべく、コントロールバル
ブ４を図の左側位置に切換えると、油圧ポンプ１の吐出
油はコントロールバルブ４、ブレーキバルブ６を経て固
定容量形油王モータ２に供給され、固定容量形油圧モー
タ２が回転して油圧ショベルが走行する。同時に、カム
５も図で右方に移勢し、カム５の形状から明らかなよう
にロー２１６はカム端部高所に乗り上げ上方へ持ち上げ
られる。したがって、外部指令制御器１５　ｊ−１１３
ンク機構１７により駆動されて油路χ切換え、傾転制御
シリンダ１０が駆動されて斜板１ａの傾転量を大にして
油圧ポンプｌの吐出量を増大させる。

なお、とσノような油圧ポンプｌの吐出量制御装置９の
構成および動作は、特公昭４７−６７０３号公報に記載
されて公知であるので、その詳細な説明は省略する。

第２図（ａｌ乃至（Ｃ１は上記のように固定容量形油圧
モータ２を駆動したときの油圧ポンプｌの斜板１ａの傾
転角（即ち、傾転量）、固定容量形油圧モータの走行速
度と出力トルクの特性図である。

第２図（ａ）は油圧ポンプ１の吐出圧力Ｐと斜板１ａの
傾転角θの関連を示す図である。吐出圧力Ｐ力ｔある値
Ｐ１以下では斜板１ａの傾転角は第１図に示す吐出量制
御装Ｒ９により大きな傾転角θ１に制御され、油圧ポン
プ１からの吐出量は太となり、固定容量形油圧モータ２
は高速で回転し、油圧シヨペルも高速走行する。一方、
油田ショベルが坂道や湿地等抵抗の大きい場所を走行す
る場合、油圧ポンプの吐出圧力は増大して圧力Ｐ１を超
える。

このため斜板１ａの傾転角θは減少し、したがって油圧
ポンプ１の吐出量も減少して固定容量形油圧モータ２の
回転も低下し、油圧ショベルは低速走行となる。なお、
点Ａは油圧ショベルの平地走行時における油圧ポンプ１
の状卵な示す点である。

第２図（ｂｌは固定容量形油圧モータ２の入力圧力Ｐに
対する回転数Ｎと出力トルクＴの関連を示す図であり、
入力圧力Ｐがあろ値Ｐ１以下では油圧ポンプｌの吐出量
は犬であるので回転数Ｎも最大回転数Ｎ、となるが、坂
道等においては入力圧力Ｐが増大し回転数Ｎは低下する
。出力トルクＴは圧力Ｐに出側する。即ち、平地走行時
は入力圧力Ｐは小さく、大きなトルクＴを必要とせず、
大きな回転数Ｎ１で高速走行することができるが、坂道
等においてはトルクＴｔ大にし、回転数Ｎ９低下させて
低速走行となる。箪２図（Ｃ１は固定容倦形油圧モータ
２の傾転角θを示し、固定容量形であるから当然その傾
転角θも値θ′１に一定している。

このような従来の走行装置においては、固定容量形油王
モータ２が使用されているので、その最大回転数および
最大出力トルクも固定された値となる。そして、固定容
量形油圧モータ２が最大回転数により駆動されていると
き（油圧ショベルが最高速度で走行しているとき）、油
圧ポンプ１からは大流量の吐出油が供給される。ところ
で、油圧ポンプ１と固定容量形油圧モータ２との間は、
前者が上部旋回体に、後者が下部走行体に備えられてい
る関係から両者間の配管距離が長く、又。

中１’）ｌｌ［はコントロールバルブ４、センタジヨイ
ント（図示されていない）、ブレーキバルブ６等が備え
られている。したがって、油圧ポンプｌかも固定容量形
油圧モータ２へ大流量の吐出油が供給された場合、回路
圧損は極めて大きくなり、この損失を補なうためには油
圧ポンプｌを駆動する原動機の馬力を太きくしなければ
ならないという欠点があった。

なお、大形の建設機械等においては、斜板を備えた可変
容量形油圧モータを使用する例も見られるが、これは手
動により斜板の傾転角を大。小いずれかに変更するもの
であり、傾転角を小にしたとき上記固定容量形油圧モー
タ２と同一性能をもたせ、平地走行等通常走行の場合高
速走行ができるようにし、坂道等の走行時に傾転角を大
にして牽引力をさらに増大させようとするものであり、
上記固定容素形モータ２と全く同じ（回路圧損が太きい
という欠点を有するものである。しかも、可変客用形油
圧モータの負荷に応じて運転者が絶えずその傾転飛火変
更しなければならず、適切な変更はほとんど不可能であ
る。加えて、操作性な少しでも柔らげるために傾転角を
小にしたときの速度と犬にしたときの速度の差を一定範
囲内におき、あまり大きな速度差をつけられないために
熱効率が悪くなることになる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり
、その目的は、上記従来の欠点を除き、油圧モータの駆
動速度を低下させることなく回路圧損を大きく減少させ
ることができ、がっ、七の速度制御を自動的に行なうこ
とができろ油圧駆動回路の速度制御装置を提供するにあ
る。

この目的を達成するため、本発明は、油圧モータとして
可変容量形の油圧モータを用い、その油圧モータが駆動
されるとき油圧ポンプの吐出流量を減少するようにし、
油圧モータの高圧側圧力が所定の圧力以上の場合にはそ
の圧力に応じてその油圧モータの容量可変機構の駆動を
制御するようにしたことを特徴とする。

以下、本発明をｆｊｇ３図に示す実施例に基づいて説明
する。

第３図は本発明の実施例に係る油圧ショベルの油圧モー
タの速度制御装置の油圧回路図である。

図で、第１図に示す部分と同一部分には同一符号が付さ
れている。１８は油圧ショベルの下部走行体に備えられ
た可変容量形油王モータ（以下、単に油圧モータという
。）、１８ａは油圧モータ１８のおしのけ容積可変機構
（以下、斜板で代表させる）、１９は斜板１８を駆動し
てその傾転角を変えるモータ傾転シリンダ、２０は油圧
モータｌ８の両端の圧力を導入してその高圧側を選択す
るシャトル弁である、シャトル弁２０により選択された
圧力はモータ傾転シリンダ１９に導かれる、２】はコン
トロールバルブ４のロッド４ａに設ケられたカムである
。カム２１は図示のように、第１図に示すカム５に比べ
てその両端部が切断されて低くなっている。即ち、油圧
ポンプ１で駆」ｈされる仲のアクチュエータのコントロ
ールバルブのロッドに設けられたカムに比べてその両端
部が低く形成されている。

ここで、本実施例の動作を第４図（ａ）乃至（Ｃ）に示
す特性図を参照しながら説明する。油田ショベルを走行
させるためコントロールバルブ４をいずれか一方、例え
ば図の左側位置に切換えると、油圧ポンプＪの吐出油は
コントロールパルプ４、ブレーキバルブ６な介して油圧
モータＩ８に供給されこれを回転させる。一方、コント
ロールバルブ４の操作によりカム２１は右側に移行し、
ローラ１６はカム２１の左側端部に乗り上げ、リンク枦
構１７、外部指令制御器１５、傾転制御シリンダ１０を
介して油圧ポンプ１の斜板】ａの傾転角を増加する。今
、ローラ１６が、第１図に示す両端の高いカム５の端部
圧乗り上げた場合の斜板１ａの傾転角を第２図（ａｔに
示すよ５にθ、とし、本実施例における両端の低いカム
２１の端部に乗り上げた場合の斜板１ａの傾転角を０２
とすると１両傾転角θ１．θ２は算４図（ａｌに示すよ
うに０１〉θ２の関係にある。第４図（ａ）で、破線部
分は第２図（ａ）に示す従来の特性を示し、点Ａはその
平地走行時の油圧ポンプ１の状態を示す。従来例におい
ては、油圧ポンプ１の吐出圧力が圧力Ｐ０以下の場合に
斜板１ａの傾転角が角θ１一定であるのに対して、本実
施例においては、油圧ポンプ１の吐出圧力が圧力Ｐ１よ
りも大きい圧力Ｐ２以下の場合に斜板１ａの傾転角が角
θ２一定である。そして、角θ２は角θ１より小さいの
であるから、油圧ポンプ１の吐出量は従来例における吐
出量に比べて減少する。

ところで、油圧モータＪ８の斜板１８ａの傾転角を小さ
くすれば、油圧モータ１８の入力圧力が増大すること、
および油圧モータ１８の出力トルクはその入力圧力とモ
ータ容量の積に比例することが知られている。したがっ
て、油圧ショベルの平地走行等油圧モータ１８の負荷が
低い一定範囲においては、斜板１８ａの傾転角を小さく
しても、油圧モータ１８の入力圧力が増大するから充分
に所要の出力トルクを得ることができる。一方、油圧モ
ータ１８の回転数は供給される吐出量に比例し、斜板１
８ａの側転角に反比例する。したがって、供給される吐
出量が一定であるときには、斜板１８ａの傾転角を小さ
くすれば油圧モータ１８の回転数を増大させろことがで
きる。以上のことから、油圧ポンプｌの斜板１ａの傾転
角を小さくしてその吐出量を減少させても、油圧モータ
１８の余［板１８ａの傾転角ケ小さくしてその入力圧力
を増大してやれば、充分な出力トルクを得つつ回転数も
上昇させることができることになる。

そこで、本実施例においては、カム２１０両端の高さを
、そこにローラ１６が乗り上げたとき斜板１ａの傾転角
が第４図（ａ）に示す小さな傾転角０２になるように設
定しておき、一方、シャトル弁２０で選択された高圧１
ＩＩＩＥＥ力が第４図（Ｃ）に示す所定の圧力Ｐ、以下
において、油圧モータ１８の斜板１８ａの傾転角が従来
の固定容量形油圧モータ２の傾転角θ１′より小さい傾
転角θ、２になるようにモータ傾転シリンダ１９の特性
を設定しておく。そうすると、第４図＋８）に示すよう
に、油圧ポンプ１の吐出量を減少させたにもかかわらず
、第４図（ｂ）に示すように油圧モータ】８の回転数を
入力圧力Ｐ２以下において従来の固定容量形モータ２０
回転数Ｎ１と等しくすることができる。この結果、油圧
ショベルの平地走行時、油圧ポンプ１の吐出量が減少す
ることにより回路の圧損も著るしく減少するとともに、
油圧モータ１８の駆動速度は従来の固定容量形モータ２
の駆動速度と同一にすることができる。なお、第４図（
ａ）に示す点Ｂは平地走行時の油圧ポンプ１の状態を示
す。

油圧ショベルが坂道等抵抗の大きい場所を走行する場合
には、油圧モータ１８の入力圧力は圧力Ｐ２を超える。

この場合シリンダー１９内のスブリングは圧力Ｐ２の直
前の圧力から動き出すようにしておけば、負荷トルク増
大につれて斜板１８ａの傾転角が大きくなり圧力Ｐ２の
直後で最大となる。この圧力Ｐ２はシャトル弁２０によ
りモータ傾転シリンダ】９に導かれ、モータ傾転シリン
ダ１９は導かれた圧力に応じて第４図（Ｃ）に示すよう
に斜板ＩＳａの傾転角を最小傾転角θｍ２　から最大傾
転角θ１１１１　までの間で自動的に変化させる。

なお、第４図（Ｃ）に示す圧力Ｐ２の点で傾転角θｍ２
から傾転角θｒｎｌ　に直線的に上昇しているのは負荷
が増大し圧力が圧力２２以上になろうとすると斜板１８
ａの傾転が増大する結果、直ちに圧力は下るため田カ一
定のもとで、傾転が太き（なるような作動をすることに
起因している。今、斜板１８ａの傾転角が角θｒｎ２　
のときの入力圧力Ｐ２の直前における回転′ｕ、特性特
性上線上をα、その直後の傾転角が大きくなった時点の
点をα２とし、又、斜板ｉｓａの傾転角を角θ□１　に
固定した場合の回転数特性曲線を一点鎖線で示し入力圧
力Ｐ、における当該回転数特性曲線上の点娶α３とする
と、入力圧力Ｐ２を超えた場合の油圧モータ１８の回転
数は点α、と点α、を通り点α３を結ぶ直線上にある。

又、斜板１８ａの傾転角が角θ１，１２のときの入力圧
力Ｐ２の直前における出力トルク特性直線上の点β１、
直後の点をβ２、斜板１８ａの傾転角を角θ□、に固定
した場合の出力トルク特性直線を二点鎖線で示した入力
圧力Ｐ３における当該直線上の点をβ３とすると、入力
圧力Ｐ２を超えた場合の油圧モータ１８の出力トルクは
点β１と点β２を通り点β、を結ぶ直線上にある。即ち
、油圧モータ１８の負荷が坂道走行等により増大し、そ
の入力圧力が所定の圧力Ｐ２欠超えると、油圧モータ１
８の回転数は急速に減少し、一方、油圧モータ１８の出
力トルクは急速に増大する。油圧ショベルの坂道走行や
湿地脱出等においては、高速走行の必要はなく、充分な
出力トルクを諦保できればよいのであるから上記の特性
は油圧モータ１８にとって極めて望ましい特性であると
いえる。

このように、本実施例では、油圧モータ駆動時、油圧モ
ータのコントロールバルブのロンドに設けられたカムの
みな他のアクチュエータのコントロールパルプのカムよ
りも低くすることにより油圧ポンプの吐出量を減少せし
め、かつ、モータ傾転シリンダにより油圧モータの斜板
の傾転角を、油圧モータ入力圧力が所定の圧力以下にお
いて小さな一定の傾転角とし、所定の圧力を超えたとき
その圧力圧応じて大きく変化するようにしたので、油圧
モータの駆動速度を低下させることｔ「り回路圧損を大
幅に減少させることができ、ひいては原動機の馬力上打
を抑えて省エネルギーに寄与することもできる。又、油
圧モータの負荷が大きくなったとき、大きな出力トルク
をＩＪることもできる。

さらに、シャトル弁により油圧モータの高圧側の圧力を
モ〜り傾転シリンダに導くようにしたので、油圧モータ
の斜板の傾転角制御を自動的に連続して最適に行なうこ
とができ、運転者の負担を大きく軽減することができる
、 なお、上記実施例では、油圧ショベルの走行油圧モータ
について述べたが、これに限ることはなく、他の種々の
作業機の種々の油圧モータに適用することができる。

以上述べたように、本発明では、油田モータ駆動時、油
圧ポンプの吐出量を減少せしめ、かつ、油圧モータの高
圧側圧力が所定圧力以下のとき油圧モータのおしのけ容
積可変機構の傾転角を小さくし、前記所定圧力を超えた
とき当該傾転角をその圧力に応じて大きく変化するよう
にしたので、油圧モータの駆動速度を低下させることな
く回路圧損を大幅に減少させることができ、ひいては原
動機の馬力上昇を抑えて省エネルギーに寄与することが
できる。又、油圧モータの大きな負荷にも充分対応し得
る出力トルクを得ることもできる、さらに、油圧モータ
の入力圧力に応じて傾転角を変化させるので、油圧モー
タの駆動速度制御を自動的、かつ、なめらかに行なうこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

算１図は従来の油圧ショベルの油圧モータの駆動回路図
、第２図（ａｌ、　（ｂ）、　（Ｃ）は第１図に示す油
圧ポンプおよび油圧モータの特性図、第３図は本発明の
実施例に係る油圧シ目ベルの油圧モータの速度制御装置
の油圧回路図、簗４図（ａｌ、　（ｂ）、　（Ｃ１は第
３図に示す油圧ポンプおよび油圧モータの特性図である
。 １・・・・・・油圧ポンプ、Ｉａ、１８ａ・・・・・・
斜板、４身伊自・・コントロールバルブ、４ａ……ロツ
ド、９・１０・・・吐出景制御装置、１６・・・・・・
ローラ、１８・・・・・・油圧モータ、１９・・・・・
・モータ傾転シリンダ、２０・・・・・・シャトル弁、
２］・・・・・・カム。 代理人　弁理士　、４□Ｉｓ　（？’！　６、□。＋２
’（：。 第１図 第２図 メ Ｕ　入力圧力（Ｐ］ 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 容量可変機構を備えた油圧ポンプと、容量可変機構を備
   え前記油圧ポンプにより駆動される油圧モータと、この
   油圧モータ駆動時に前記油圧ポンプの吐出流量ヲ減少さ
   せる流量減少手段と、前記油圧モータの高圧側圧力が所
   定の圧力を超えたときその圧力に応じて前記油圧モータ
   の容量可変機構の駆動を制御する駆動制御手段とを設け
   たこと火特徴とする油圧、駆動回路の速度制御装置、