KR101627002B1

KR101627002B1 - 건설 기계의 유압 구동 장치

Info

Publication number: KR101627002B1
Application number: KR1020117004677A
Authority: KR
Inventors: 기와무 다까하시; 야스따까 쯔루가; 요시후미 다께바야시; 가즈시게 모리
Original assignee: 히다찌 겐끼 가부시키가이샤
Priority date: 2008-10-31
Filing date: 2009-09-09
Publication date: 2016-06-03
Also published as: US8857169B2; WO2010050305A1; EP2351936B1; EP2351936A4; CN102165200B; US20110173964A1; JP2010107009A; CN102165200A; KR20110079877A; EP2351936A1; JP5135169B2

Abstract

메인 릴리프 밸브(13)는 압박력 변경 장치(60)를 갖고, 압박력 변경 장치(60)는 게이트 로크 밸브(23) 및 게이트 로크 레버(24)와 함께, 메인 릴리프 밸브(13)의 설정 압력을, 수동 조작에 의해, 통상의 제1 압력(예를 들어, 25㎫)과, 이 제1 압력보다 낮고, 또한 주위 온도가 영하이며 복수의 액추에이터(5a, 5b, …)의 비구동 시에, 유압 펌프(2)의 토출유를 언로드 밸브(9)와 함께 탱크(T)로 복귀시키는 것을 가능하게 하는 엔진 시동용의 제2 압력(예를 들어, 3.0㎫)으로 전환 가능하게 하는 릴리프 설정 압력 변경 수단을 구성한다. 이에 의해, 언로드 밸브의 내헌팅 특성을 희생으로 하지 않고, 저온 시의 엔진 시동에 있어서의 유압 펌프의 부하를 저감시켜, 엔진의 시동성을 양호하게 할 수 있다.

Description

건설 기계의 유압 구동 장치 {HYDRAULIC DRIVE DEVICE FOR CONSTRUCTION MACHINE}

본 발명은 유압 셔블 등의 건설 기계의 유압 구동 장치에 관한 것으로, 특히 유압 펌프의 토출 압력이 복수의 액추에이터의 최고 부하 압력보다 목표 차압만큼 높아지도록 로드 센싱 제어를 행하는 유압 구동 장치에 관한 것이다.

이러한 종류의 유압 구동 장치로서, 예를 들어 특허 문헌 1에 기재된 것이 있다. 이 특허 문헌 1에 기재된 유압 구동 장치에 있어서는, 유압 펌프(메인 펌프)의 토출유가 유도되는 유압 공급 회로에 메인 릴리프 밸브와 언로드 밸브가 접속되어 있다. 메인 릴리프 밸브는 일종의 안전 밸브로, 유량 제어 밸브 동작 시에, 액추에이터의 부하압이 높고, 유압 공급 회로의 압력(유압 펌프의 토출 압력)이 릴리프 설정 압력(예를 들어, 25Mpa)에 도달하면 동작하여, 회로 압력의 그 이상의 상승을 방지한다. 언로드 밸브는, 주로 유량 제어 밸브가 동작하고 있지 않은 조건(중립 시)에서 동작하여, 유압 공급 회로의 압력(유압 펌프의 토출 압력)을 로드 센싱 제어의 목표 압력(예를 들어, 1.5Mpa)보다 높고, 릴리프 설정 압력보다 낮은 압력(예를 들어, 2.0Mpa)으로 제한하여, 중립 시의 에너지 로스를 저감시킨다.

또한, 메인 릴리프 밸브의 릴리프 설정 압력을 통상의 제1 값과, 이 제1 값보다 큰 고부하 작업용의 제2 값으로 변경 가능하게 한 유압 구동 장치가 특허 문헌 2 등에 기재되어 있다.

일본 특허 출원 공개 제2001-193705호 공보 일본 특허 출원 공개 평3-55323호 공보

특허 문헌 1의 기재와 같은 로드 센싱 제어를 행하는 유압 구동 장치에 있어서는, 조작 레버가 조작되지 않고, 유량 제어 밸브가 중립 위치에 있을 때에는, 유압 펌프의 토출유는 모두 언로드 밸브를 통해 탱크로 복귀된다. 이 상태에서 유압 펌프의 토출 유량은 로드 센싱 제어에 의해 어느 최소 유량으로 제어된다. 조작 레버의 비조작 시에 유압 펌프의 토출 유량을 0으로 하지 않고, 최소 유량으로 제어하는 것은, 조작 레버를 조작하여 유량 제어 밸브를 중립 위치로부터 조작했을 때의 액추에이터의 초기의 응답성을 확보하기 위해서이다. 이와 같이 조작 레버를 조작하지 않을(유량 제어 밸브가 중립 위치에 있을) 때라도 유압 펌프는 최소 유량을 토출하고 있으므로, 유압 펌프에는 언로드 밸브의 제어 특성에 따른 토출 압력이 발생하고 있다.

또한, 유압 펌프의 틸팅량(용량)을 제어하는 펌프 틸팅 제어 기구는, 통상, 유압 펌프의 토출 압력이 높아지면 유압 펌프의 틸팅량을 감소시켜, 유압 펌프의 토출 유량을 줄이도록 제어하는 토크 틸팅 제어부를 구비하고 있고, 엔진의 정지 시에는, 유압 펌프는 그 토크 틸팅 제어부의 스프링의 작용에 의해 최대 틸팅으로 제어되어 있다. 이로 인해, 엔진의 시동 시에는 로드 센싱 제어에 의해 유압 펌프의 틸팅은 최대 틸팅으로부터 최소 틸팅으로 제어된다.

그런데, 유압 셔블 등의 건설 기계가 사용되는 주위 환경은 다양하고, 영하의 저온 시, 경우에 따라서는 －10℃ 전후 또는 그 이하의 극저온 시에 사용되는 경우도 있다. 이와 같은 저온 시에 키 스위치를 온으로 하여 스타터를 회전시켜 엔진을 시동한 경우, 유압 펌프는 상기와 같이 로드 센싱 제어에 의해 최대 틸팅으로부터 최소 틸팅으로 제어되어, 그때의 틸팅각(용량)에 따른 유량을 토출한다. 그러나, 이때에는 주위 환경이 저온이므로, 작동유의 점성 상승이 현저해, 언로드 밸브의 응답성도 저하되어 언로드 밸브가 개방되는 데 시간이 걸려, 압유 공급 유로에 고압이 가득 차 버린다. 또한, 작동유의 점성 상승에 의해 로드 센싱 제어에도 응답 지연이 발생하여, 이 응답 지연 동안, 유압 펌프의 토출 유량이 과대로 된다. 그 결과, 압유 공급 유로의 압력(유압 펌프의 토출 압력)은 고압으로 되고, 경우에 따라서는 10㎫에나 도달한다. 이로 인해, 유압 펌프의 부하(엔진 부하)가 과대로 되어, 스타터를 회전시켜도 엔진의 회전 속도가 오르지 않아, 엔진 시동성이 저하된다고 하는 문제가 발생한다.

특허 문헌 2에 기재된 유압 구동 장치에 있어서는, 메인 릴리프 밸브의 릴리프 설정 압력을 통상의 제1 값과, 이 제1 값보다 큰 고부하 작업용의 제2 값으로 변경 가능하게 한 것으로, 가령 이와 같은 구성을 로드 센싱 제어를 행하는 유압 구동 장치에 적용하였다고 해도, 저온 시의 엔진 시동에는 압유 공급 유로에 고압이 발생하여, 마찬가지로 유압 펌프의 부하(엔진 부하)가 과대로 되어, 엔진 시동성이 저하된다고 하는 문제가 발생한다.

이와 같은 문제를 해결하는 방법으로서, 언로드 밸브의 응답성을 높여, 저온 시의 응답성을 확보하는 것이 생각된다. 그러나, 조작 레버를 조작하지 않는 중립 위치로부터 조작 레버를 서서히 넣은 경우, 유압 펌프의 토출 압력이 서서히 언로드 밸브의 설정 압력에 근접하므로, 언로드 밸브를 통해 탱크로 복귀되는 작동유의 양이 적어진다. 이때, 언로드 밸브에 높은 응답성을 갖게 하면, 그 제어가 안정되지 않아, 발진 상태(소위, 헌팅)로 발전해 버리는 경우가 있다.

본 발명의 목적은 언로드 밸브의 내헌팅 특성을 희생으로 하지 않고, 저온 시의 엔진 시동에 있어서의 유압 펌프의 부하를 저감시켜, 엔진의 시동성을 양호하게 하는 건설 기계의 유압 구동 장치를 제공하는 것이다.

(1) 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 엔진과, 이 엔진에 의해 구동되는 가변 용량형의 유압 펌프와, 이 유압 펌프로부터 토출된 압유에 의해 구동되는 복수의 액추에이터와, 상기 유압 펌프로부터 상기 복수의 액추에이터로 공급되는 압유의 유량을 제어하는 복수의 유량 제어 밸브와, 상기 복수의 액추에이터의 구동 시에는 상기 복수의 액추에이터의 최고 부하 압력을 검출하고, 상기 복수의 액추에이터의 비구동 시에는 탱크압을 검출하여, 검출한 압력을 신호 압력으로서 출력하는 최고 부하압 검출 수단과, 상기 유압 펌프의 토출 압력이 상기 신호 압력보다 목표 차압만큼 높아지도록 상기 유압 펌프의 용량을 제어하는 로드 센싱 제어 수단과, 상기 유압 펌프로부터 토출된 압유를 상기 복수의 유량 제어 밸브에 공급하는 압유 공급 유로에 접속되어, 상기 유압 펌프의 토출 압력이 상기 신호 압력보다 설정 압력 이상으로 높아지면 개방 상태로 되어 상기 유압 펌프의 토출유를 탱크로 복귀시키는 언로드 밸브와, 상기 압유 공급 유로에 접속되어, 상기 유압 펌프의 토출 압력이 릴리프 압력으로서 설정된 제1 압력 이상으로 높아지면 개방 상태로 되어 상기 유압 펌프의 토출유를 탱크로 복귀시키고, 상기 압유 공급 유로의 최고 압력을 상기 제1 압력 이하로 제한하는 메인 릴리프 밸브와, 상기 메인 릴리프 밸브의 릴리프 압력을, 수동 조작에 의해, 상기 제1 압력과, 이 제1 압력보다 낮고, 또한 상기 복수의 액추에이터의 비구동 시에 상기 유압 펌프의 토출유를 상기 언로드 밸브와 함께 탱크로 복귀시키는 것을 가능하게 하는 엔진 시동용의 제2 압력으로 전환 가능하게 하는 릴리프 설정 압력 변경 수단을 구비하는 것으로 한다.

이와 같이 구성한 본 발명에 있어서는, 릴리프 설정 압력 변경 수단을 수동 조작함으로써, 메인 릴리프 밸브의 릴리프 압력은 통상의 제1 압력으로부터 그것보다도 낮은, 엔진 시동용의 제2 압력으로 전환되고, 메인 릴리프 밸브는 복수의 액추에이터의 비구동 시에 유압 펌프의 토출유를 언로드 밸브와 함께 탱크로 복귀시키는 것이 가능해지므로, 저온 시의 엔진 시동에 있어서, 작동유의 점성 상승에 의한 언로드 밸브의 응답성의 저하와 로드 센싱 제어의 응답 지연에 의해 압유 공급 유로에 고압이 발생하는 것이 방지되어, 유압 펌프의 부하를 저감시켜, 엔진 시동성을 향상시킬 수 있다.

또한, 언로드 밸브와 메인 릴리프 밸브의 양쪽에서 유압 펌프의 토출유를 탱크로 복귀시키므로, 언로드 밸브의 응답성을 특별히 높일 필요가 없어, 언로드 밸브의 내헌팅 특성을 희생으로 하는 경우는 없다.

이와 같이 본 발명은 언로드 밸브의 내헌팅 특성을 희생으로 하지 않고, 저온 시의 엔진 시동에 있어서의 유압 펌프의 부하를 저감시켜, 엔진의 시동성을 양호하게 할 수 있다.

(2) 상기 (1)에 있어서, 바람직하게는, 상기 메인 릴리프 밸브는 상기 메인 릴리프 밸브의 밸브체를 폐쇄 방향으로 압박하여 상기 메인 릴리프 밸브의 릴리프 압력을 설정하는 스프링을 갖고, 상기 릴리프 설정 압력 변경 수단은 상기 메인 릴리프 밸브의 상기 스프링의 배후에 설치되고, 또한 유실을 갖고, 이 유실의 유압을 변경함으로써 상기 스프링의 압박력을 변경하고, 상기 릴리프 압력을 상기 제1 압력과 상기 제2 압력으로 변경하는 압박력 변경 장치와, 상기 압박력 변경 장치의 유실을 파일럿 유압원과 탱크에 선택적으로 연통시키는 밸브 수단과, 상기 밸브 수단을 전환하는 수동 조작 수단을 갖는다.

이에 의해 수동 조작 수단을 조작하여 밸브 수단을 전환하면, 압박력 변경 장치의 유실과 파일럿 유압원 및 탱크의 연통이 전환되어, 스프링의 압박력을 변경하므로, 메인 릴리프 밸브의 릴리프 압력을 제1 압력과 제2 압력으로 간단하고 또한 확실하게 전환할 수 있다.

(3) 또한, 상기 (2)에 있어서, 바람직하게는, 유압 구동 장치는 파일럿 펌프와, 이 파일럿 펌프의 토출 유로에 접속되어, 상기 파일럿 펌프의 토출유에 기초하여 파일럿 1차압을 생성하는 파일럿 1차압 생성부와, 상기 파일럿 1차압 생성부에 의해 생성된 파일럿 1차압이 유도되는 파일럿 1차압 유로와, 상기 파일럿 1차압 유로에 접속되어, 상기 파일럿 1차압 유로에 유도된 파일럿 1차압에 기초하여 상기 복수의 유량 제어 밸브를 전환하기 위한 제어 파일럿압을 생성하는 복수의 리모트 컨트롤러 밸브와, 운전실의 입구에 설치되어, 로크 위치와 로크 해제 위치로 조작되는 게이트 로크 레버와, 상기 파일럿 1차압 생성부와 상기 파일럿 1차압 유로 사이에 개재 장착되어, 상기 게이트 로크 레버가 상기 로크 위치로 조작되었을 때에는 상기 파일럿 1차압 생성부와 상기 파일럿 1차압 유로의 연통을 차단하고 또한 상기 파일럿 1차압 유로를 탱크에 연통시키고, 상기 게이트 로크 레버가 상기 로크 해제 위치로 조작되었을 때에는 상기 파일럿 1차압 생성부와 상기 파일럿 1차압 유로를 연통시키는 게이트 로크 밸브를 더 구비하고, 상기 파일럿 유압원은 상기 파일럿 펌프 및 상기 파일럿 1차압 생성부에 의해 구성되고, 상기 밸브 수단은 상기 게이트 로크 밸브이고, 상기 수동 조작 수단은 상기 게이트 로크 레버이다.

이와 같이 기존의 게이트 로크 밸브 및 게이트 로크 레버를 이용하여, 압박력 변경 장치의 조작 수단(밸브 수단 및 수동 조작 수단)을 구성함으로써, 부품 개수가 저감되어, 저렴한 장치 구성으로 할 수 있는 동시에, 게이트 로크 레버를 조작하여 게이트 로크 밸브를 전환하면, 압박력 변경 장치의 동작 상태도 동시에 전환되므로, 메인 릴리프 밸브의 릴리프 압력을 제1 압력과 제2 압력으로 전환하기 위한 특별한 조작이 불필요해진다.

(4) 또한, 상기 (1) 내지 (3)에 있어서, 바람직하게는, 상기 엔진 시동용의 제2 압력은 상기 로드 센싱 제어 수단의 목표 차압 상당의 압력보다 높고, 상기 언로드 밸브의 설정 압력의 2배 이하이다.

엔진 시동용의 제2 압력을 로드 센싱 제어 수단의 목표 차압 상당의 압력보다 높게 함으로써, 로드 센싱 제어 수단에 의해 유압 펌프의 용량이 최대 틸팅측으로 증가하도록 제어되는 것이 회피되어, 연비를 저감시킬 수 있다.

또한, 엔진 시동용의 제2 압력을 언로드 밸브의 설정 압력의 2배 이하로 함으로써, 저온 시의 엔진 시동에 있어서 유압 펌프의 부하를 확실하게 경감시켜, 엔진 시동성을 양호하게 할 수 있다.

(5) 또한, 상기 (1) 내지 (3)에 있어서, 바람직하게는, 상기 엔진 시동용의 제2 압력은 주위 온도가 영하이며 상기 복수의 액추에이터의 비구동 시에, 상기 메인 릴리프 밸브가 개방 상태로 되어 상기 유압 펌프의 토출유를 상기 언로드 밸브와 함께 탱크로 복귀시키는 것을 가능하게 하는 압력이다.

이에 의해, 저온 시의 엔진 시동에 있어서 유압 펌프의 부하를 확실하게 경감시켜, 엔진 시동성을 양호하게 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 저온 시의 엔진 시동이라도 작동유의 점성 상승에 의해 발생하는 로드 센싱 제어의 응답 지연과 언로드 밸브의 응답성의 저하에 의한 압유 공급 유로의 압력 상승을 회피하여, 유압 펌프의 부하를 저감시키므로, 저온 시의 엔진 시동성을 향상시킬 수 있다.

또한, 언로드 밸브의 내헌팅 특성을 희생으로 하지 않고, 저온 시의 엔진 시동에 있어서의 유압 펌프의 부하를 저감시켜, 엔진의 시동성을 양호하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 건설 기계의 유압 구동 장치의 전체 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 메인 릴리프 밸브 주변의 회로 부분을 발췌한 도면이며, 게이트 로크 밸브가 로크 위치에 있을 때의 메인 릴리프 밸브 및 압박력 변경 장치의 상태를 도시하는 도면이다.
도 3은 메인 릴리프 밸브 주변의 회로 부분을 발췌한 도면이며, 게이트 로크 밸브가 로크 해제 위치에 있을 때의 메인 릴리프 밸브 및 압박력 변경 장치의 상태를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 실시 형태의 유압 구동 장치가 탑재되는 유압 셔블의 외관을 도시하는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 사용하여 설명한다.

~구성~

<전체 구성>

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 유압 구동 장치를 도시하는 유압 회로도이다.

도 1에 있어서, 본 실시 형태에 관한 유압 구동 장치는 엔진(1)과, 이 엔진(1)에 의해 구동되는 메인 펌프로서의 가변 용량형의 유압 펌프(2) 및 고정 용량형의 파일럿 펌프(3)와, 컨트롤 밸브(4)와, 메인의 유압 펌프(2)로부터 토출된 압유가 컨트롤 밸브(4)를 통해 유도되고, 그 압유에 의해 구동되는 복수의 액추에이터(5a, 5b, …)를 구비하고 있다.

컨트롤 밸브(4)는 유압 펌프(2)의 토출유를 공급하는 압유 공급 유로(8)에 접속되어, 유압 펌프(2)로부터 액추에이터(5a, 5b, …)로 공급되는 압유의 흐름(유량과 방향)을 각각 제어하는, 복수의 압력 보상 밸브(41a, 41b, …) 및 복수의 유량 제어 밸브(메인 스풀)(42a, 42b, …)를 포함하는 복수의 밸브 섹션(4a, 4b, …)과, 유량 제어 밸브(42a, 42b, …)의 부하 포트(44a, 44b, …)(후술)에 접속되어, 부하 포트(44a, 44b, …)의 압력 중 가장 높은 압력{액추에이터(5a, 5b, …)의 구동 시에는 액추에이터(5a, 5b, …)의 부하압 중 가장 높은 부하압[최고 부하압(Plmax)], 액추에이터(5a, 5b, …)의 비구동 시에는 탱크압}을 검출하여, 그 검출압을 신호 압력으로서 신호압 유로(7)에 출력하는 셔틀 밸브(6a, 6b, …)와, 압유 공급 유로(8)에 접속되어, 유압 펌프(2)의 토출 압력이 신호압 유로(7)의 신호 압력[액추에이터(5a, 5b, …)의 구동 시에는 최고 부하압(Plmax), 액추에이터(5a, 5b, …)의 비구동 시에는 탱크압]보다 설정 압력(목표 차압) 이상으로 높아지면 개방 상태로 되어 유압 펌프(2)의 토출유를 탱크(T)로 복귀시키고, 유압 펌프(2)의 토출 압력을 그 이상 높아지지 않도록 제어하는 언로드 밸브(9)와, 압유 공급 유로(8)에 접속되어, 유압 펌프(2)의 토출 압력이 릴리프 압력으로서 설정된 제1 압력(후술) 이상으로 높아지면 개방 상태로 되어 유압 펌프(2)의 토출유를 탱크(T)로 복귀시키고, 압유 공급 유로(8)의 최고 압력을 제1 압력 이하로 제한하는 메인 릴리프 밸브(13)와, 유압 펌프(2)의 토출 압력과 신호압 유로(7)의 신호 압력의 차압[액추에이터(5a, 5b, …)의 구동 시에는 유압 펌프(2)의 토출 압력과 최고 부하압(Plmax)의 차압(LS 차압), 액추에이터(5a, 5b, …)의 비구동 시에는 유압 펌프(2)의 토출 압력과 탱크압의 차압]을 절대압으로서 출력하는 차압 검출 밸브(11)를 구비하고 있다.

유압 펌프(2)는 틸팅량(용량)을 제어하는 펌프 틸팅 제어 기구(30)를 구비하고, 펌프 틸팅 제어 기구(30)는 유압 펌프(2)의 토출 압력이 높아지면 유압 펌프(2)의 틸팅량(이하, 적절하게 「틸팅」이라고 함)을 감소시켜, 유압 펌프(2)의 토출 유량을 줄이도록 제어하는 토크 틸팅 제어부(30a)와, 유압 펌프(2)의 토출 압력이 신호압 유로(7)의 신호 압력[액추에이터(5a, 5b, …)의 구동 시에는 최고 부하압(Plmax), 액추에이터(5a, 5b, …)의 비구동 시에는 탱크압]보다 설정 압력(목표 차압)만큼 높아지도록 유압 펌프(2)의 틸팅을 제어(로드 센싱 제어)하는 LS 틸팅 제어부(30b)를 구비하고 있다.

토크 틸팅 제어부(30a)는 토크 제어 액추에이터(31a)와 스프링(31b)을 갖고, 토크 제어 액추에이터(31a)는 유압 펌프(2)의 토출 압력이 유도되어, 유압 펌프(2)의 틸팅의 감소 방향으로 작용하고, 스프링(31b)은 유압 펌프(2)의 틸팅의 증대 방향으로 작용한다. 이에 의해, 유압 펌프(2)의 토출 압력이 상승하여, 유압 펌프(2)의 흡수 토크가 스프링(31b)의 설정값(최대 흡수 토크)을 초과하면, 토크 제어 액추에이터(31a)는 유압 펌프(2)의 틸팅을 줄여 유압 펌프(2)의 토출 유량을 감소시켜, 유압 펌프(2)의 흡수 토크의 그 이상의 증대를 방지한다.

LS 틸팅 제어부(30b)는 LS 제어 밸브(32)와 LS 제어 액추에이터(33)를 갖고, LS 제어 밸브(32)는 파일럿 1차압 생성부(20)(후술)의 파일럿 1차압에 기초하여 제어 액추에이터(33)로 유도되는 제어 압력을 생성하고, LS 제어 액추에이터(33)는 그 제어 압력에 따라서 유압 펌프(2)의 틸팅을 제어한다.

LS 제어 밸브(32)는 제어 압력을 증압하여 유압 펌프(2)의 틸팅을 줄이는 측에 위치하는 수압부(32a)와, 제어 압력을 감압하여 유압 펌프(2)의 틸팅을 늘리는 측에 위치하는 수압부(32b)를 갖고, 수압부(32a)에는 차압 검출 밸브(11)의 출력압{액추에이터(5a, 5b, …)의 구동 시에는 유압 펌프(2)의 토출 압력과 최고 부하압(Plmax)의 차압(LS 차압), 액추에이터(5a, 5b, …)의 비구동 시에는 유압 펌프(2)의 토출 압력과 탱크압의 차압[탱크압을 0으로 간주한 경우에는 유압 펌프(2)의 토출 압력]}이 유도되고, 수압부(32b)에는 엔진 회전수 검출 회로(49)(후술)의 출력압이 유도되어 있다. 수압부(32b)는 엔진 회전수 검출 회로(49)의 출력압에 기초하여 로드 센싱 제어의 목표 차압(예를 들어, 1.5㎫)을 설정한다.

수압부(32a)에 유도된 차압 검출 밸브(11)의 출력압이 수압부(32b)에 유도된 엔진 회전수 검출 회로(49)의 출력압에 의해 설정된 로드 센싱 제어의 목표 차압보다 높아지면, LS 제어 밸브(32)는 제어 압력을 증압하여 유압 펌프(2)의 틸팅을 줄이고, 유압 펌프(2)의 토출 유량[따라서 유압 펌프(2)의 토출 압력]을 감소시킨다. 수압부(32a)에 유도된 차압 검출 밸브(11)의 출력 압유가 수압부(32b)에 유도된 엔진 회전수 검출 회로(49)의 출력압에 의해 설정된 로드 센싱 제어의 목표 차압보다 낮아지면, LS 제어 밸브(32)는 제어 압력을 감압하여 유압 펌프(2)의 틸팅을 늘리고, 유압 펌프(2)의 토출 유량[따라서 유압 펌프(2)의 토출 압력]을 증대시킨다. 이에 의해, LS 제어 밸브(32)는, 액추에이터(5a, 5b, …)의 구동 시에는 LS 차압이 목표 차압에 동등해지도록[유압 펌프(2)의 토출 압력이 최고 부하 압력(Plmax)보다 목표 차압만큼 높아지도록] 유압 펌프(2)의 틸팅을 제어하고, 액추에이터(5a, 5b, …)의 비구동 시에는, 유압 펌프(2)의 토출 압력이 목표 차압에 동등해지도록[유압 펌프(2)의 토출 압력이 탱크압(대략 0)보다 목표 차압만큼 높아지도록] 제어한다.

유량 제어 밸브(42a, 42b, …)는 각각 클로즈드 센터형의 밸브로, 도시하지 않은 조작 레버의 조작에 의해 전환 조작되고, 그 조작 레버의 조작량에 따라서 미터인 오리피스부(43a 또는 43b)의 개구 면적을 결정한다. 또한, 유량 제어 밸브(42a, 42b, …)는 각각 부하 포트(44a, 44b, …)를 갖고, 이들 부하 포트(44a, 44b, …)는 액추에이터(5a, 5b, …)의 구동 시[유량 제어 밸브(42a, 42b, …)의 조작 시]에는 미터인 오리피스부(43a 또는 43b)의 하류측에 연통하고, 부하 포트(44a, 44b, …)에 액추에이터(5a, 5b, …)의 부하압이 취출되고, 액추에이터(5a, 5b, …)의 비구동 시[유량 제어 밸브(42a, 42b, …)의 비조작 시에 그들이 중립 위치에 있을 때]에는 탱크(T)에 연통하여, 부하 포트(44a, 44b, …)에 탱크압이 취출된다.

압력 보상 밸브(41a, 41b, …)는 각각 유량 제어 밸브(42a, 42b, …)의 미터인 오리피스부(43a 또는 43b)의 상류에 설치되어, 유량 제어 밸브(42a, 42b, …)의 미터인 오리피스부(43a 또는 43b)의 전후 차압을 제어하는 전치 타입(비포 오리피스 타입)의 압력 보상 밸브이다. 압력 보상 밸브(41a)는 대향하여 설치된 폐쇄 방향측에 위치하는 수압부(46a) 및 개방 방향측에 위치하는 수압부(46b)와, 개방 방향측에 위치하는 수압부(46c)를 갖고, 수압부(46a, 46b)에 유량 제어 밸브(42a)의 미터인 오리피스부(43a 또는 43b)의 상류측 및 하류측의 압력이 각각 유도되고, 수압부(46c)에 차압 검출 밸브(11)의 출력압[액추에이터(5a, 5b, …)의 구동 시에는 유압 펌프(2)의 토출 압력과 최고 부하압(Plmax)의 차압(LS 차압), 액추에이터(5a, 5b, …)의 비구동 시에는 유압 펌프(2)의 토출 압력과 탱크압의 차압]이 유도되어, 그 출력압을 목표 보상 차압으로 하여 유량 제어 밸브(42a)의 전후 차압을 제어한다. 압력 보상 밸브(41b)도 마찬가지로 수압부(47a, 47b, 47c)를 갖고, 마찬가지로 구성되어 있다. 압력 보상 밸브(41a, 41b) 이외의 압력 보상 밸브도 마찬가지로 구성되어 있다. 이에 의해, 유량 제어 밸브(42a, 42b, …)의 미터인 오리피스부(43a 또는 43b)의 전후 차압은 모두 동일한 값으로 되도록 제어되어, 부하압의 대소에 상관없이, 유량 제어 밸브(42a, 42b, …)의 미터인 오리피스부의 개구 면적에 따른 비율로 압유를 공급할 수 있다. 또한, 차압 검출 밸브(11)의 출력압[액추에이터(5a, 5b, …)의 구동 시에는 유압 펌프(2)의 토출 압력과 최고 부하압(Plmax)의 차압(LS 차압), 액추에이터(5a, 5b, …)의 비구동 시에는 유압 펌프(2)의 토출 압력과 탱크압의 차압]을 목표 보상 차압으로 하여 유량 제어 밸브(42a)의 전후 차압을 제어함으로써, 유압 펌프(2)의 토출 유량이 요구 유량에 만족되지 않는 세츄레이션 상태로 되어도, 유량 제어 밸브(42a, 42b, …)의 미터인 오리피스부(43a 또는 43b)의 개구 면적에 따른 비율로 압유를 공급할 수 있다.

언로드 밸브(9)는 대향하여 설치된 폐쇄 방향측에 위치하는 수압부(9a) 및 개방 방향측에 위치하는 수압부(9b)와, 수압부(9a)와 동일한 측에 위치하는 스프링(9c)을 갖고, 수압부(9a)는 신호압 유로(10)를 통해 신호압 유로(7)와 접속되어, 셔틀 밸브(6a, 6b, …)에 의해 검출된 신호 압력[액추에이터(5a, 5b, …)의 구동 시에는 최고 부하압(Plmax), 액추에이터(5a, 5b, …)의 비구동 시에는 탱크압]이 유도되고, 수압부(9b)에는 유압 펌프(2)의 토출 압력[압유 공급 유로(8)의 압력]이 유도된다. 수압부(9a)의 면적은 Aa이고, 수압부(9b)의 면적은 Ab이고, 양자의 면적 Aa, Ab는 동등하게 설정되어 있다. 스프링(9c)은 언로드 밸브의 목표 차압(예를 들어, 2.0㎫)을 설정한다. 이에 의해, 언로드 밸브(9)는 유압 펌프(2)의 토출 압력이 신호압 유로(7)의 신호 압력[액추에이터(5a, 5b, …)의 구동 시에는 최고 부하압(Plmax), 액추에이터(5a, 5b, …)의 비구동 시에는 탱크압]보다, 스프링(9c)에 의해 설정된 압력, 즉 목표 차압 이상으로 높아지면 개방 상태로 되어 유압 펌프(2)의 토출유를 탱크(T)로 복귀시켜, 유압 펌프(2)의 토출 압력을 그 이상 높아지지 않도록 제어한다.

메인 릴리프 밸브(13)는 폐쇄 방향측에 위치하는 스프링(13a)과, 밸브 개방 방향측에 위치하는 수압부(13b)를 갖고, 수압부(13b)에 유압 펌프(2)의 토출 압력[압유 공급 유로(8)의 압력]이 유도되어, 유압 펌프(2)의 토출 압력이 스프링(13a)에 의해 설정된 릴리프 압력을 초과하면 밸브 개방되어, 압유 공급 유로(8)의 압유를 탱크(T)로 복귀시킴으로써, 유압 펌프(2)의 토출 압력의 그 이상의 상승을 방지한다. 또한, 메인 릴리프 밸브(13)는 스프링(13a)의 압박력을 변경함으로써 릴리프 압력을 통상의 제1 압력(예를 들어, 25㎫)과 엔진 시동용의 제2 압력(예를 들어, 3㎫)으로 변경하는 압박력 변경 장치(60)(후술)를 갖고 있다.

차압 검출 밸브(11)는 출력압을 늘리는 측에 위치하는 수압부(11a)와 출력압을 줄이는 측에 위치하는 수압부(11b, 11c)를 갖고, 수압부(11a)에 유압 펌프(2)의 토출 압력이 유도되고, 수압부(11b, 11c)에 각각 신호압 유로(7)의 신호 압력과 자기의 출력압이 유도되고, 이들 압력의 밸런스로, 파일럿 1차압 생성부(20)(후술)의 파일럿 1차압에 기초하여 유압 펌프(2)의 토출 압력과 신호압 유로(7)의 신호 압력의 차압을 절대압으로서 생성하여 출력한다.

차압 검출 밸브(11)의 출력 포트는 신호압 유로(15, 16)를 통해 펌프 틸팅 제어 기구(30)의 LS 제어 밸브(32)의 수압부(32a)에 접속되고, 차압 검출 밸브(11)의 출력압이 수압부(32a)에 유도된다. 또한, 차압 검출 밸브(11)의 출력 포트는 신호압 유로(15, 17, 18, …)를 통해 압력 보상 밸브(41a, 41b, …)의 수압부(46c, 47c, …)에 접속되고, 차압 검출 밸브(11)의 출력압이 목표 보상 차압으로서 수압부(46c, 47c, …)에 유도된다.

액추에이터(5a, 5b)는, 예를 들어 유압 셔블의 붐 실린더, 아암 실린더이다. 유압 셔블에는 그 밖의 액추에이터로서, 선회 모터, 좌우의 주행 실린더, 버킷 실린더 등이 탑재되어 있다. 도 1에서는, 그들의 액추에이터와, 컨트롤 밸브(4)가 대응하는 부분은 도시를 생략하고 있다.

본 실시 형태에 관한 유압 구동 장치는, 또한 엔진 회전수 검출 회로(49)와, 파일럿 1차압 생성부(20)와, 게이트 로크 밸브(23)를 구비하고 있다.

엔진 회전수 검출 회로(49)는 유량 검출 밸브(50)와 차압 검출 밸브(51)를 갖고, 유량 검출 밸브(50)는 가변의 오리피스부(50a)를 갖고, 오리피스부(50a)의 상류측은 파일럿 펌프(3)의 토출 유로(3a)에 접속되고, 오리피스부(50a)의 하류측은 파일럿 1차압 생성부(20)의 유로(3c)에 접속되어 있다.

유량 검출 밸브(50)는 파일럿 펌프(3)의 토출 유량을 오리피스부(50a)의 전후 차압의 변화로서 검출하는 것이다. 파일럿 펌프(3)의 토출 유량은 엔진(1)의 회전수에 의해 변화되므로, 파일럿 펌프(3)의 토출 유량을 검출함으로써 엔진(1)의 회전수를 검출할 수 있다. 예를 들어, 엔진(1)의 회전수가 저하되면 파일럿 펌프(3)의 토출 유량이 감소하여, 오리피스부(50a)의 전후 차압은 저하된다.

또한, 오리피스부(50a)는 개구 면적이 연속적으로 변화되는 가변 오리피스부로서 구성되어 있고, 유량 검출 밸브(50)는 또한 개방 방향 작동의 수압부(50b)와 조임 방향 작동의 수압부(50c) 및 스프링(50d)을 갖고, 수압부(50b)에 가변 오리피스부(50a)의 상류측 압력[토출 유로(3a)의 압력]이 유도되고, 수압부(50c)에 가변 오리피스부(50a)의 하류측 압력[유로(3c)의 압력]이 유도되고, 가변 오리피스부(50a)는 자신의 전후 차압에 의존하여 그 개구 면적을 변화시키는 구성으로 되어 있다.

차압 검출 밸브(51)는 엔진 회전수에 의존하는 압력으로서 가변 오리피스부(50a)의 전후 차압을 절대압으로서 출력하는 엔진 회전수 검출 밸브로, 출력압을 늘리는 측에 위치하는 수압부(51a)와 출력압을 줄이는 측에 위치하는 수압부(51b, 51c)를 갖고, 수압부(51a)에 가변 오리피스부(50a)의 상류측 압력이 유도되고, 수압부(51b, 51c)에 각각 가변 오리피스부(50a)의 하류측 압력과 자기의 출력압이 유도되어, 이들 압력의 밸런스로 파일럿 1차압 생성부(20)의 파일럿 1차압에 기초하여 가변 오리피스부(50a)의 전후 차압을 절대압으로서 생성하여 출력한다.

차압 검출 밸브(51)의 출력 포트는 신호압 유로(53)를 통해 LS 제어 밸브(32)의 수압부(32b)에 접속되고, 차압 검출 밸브(51)의 출력압이 로드 센싱 제어의 목표 차압으로서 수압부(32b)에 유도된다. 이와 같이 가변 오리피스부(50a)의 전후 차압을 LS 제어 밸브(32)의 수압부(32b)에 유도하여, 로드 센싱 제어의 목표 차압으로서 설정함으로써, 엔진 회전수에 따른 세츄레이션 현상의 개선이 도모되고, 엔진 회전수를 낮게 설정한 경우에 양호한 미세 조작성이 얻어진다. 또한, 이 점은 일본 특허 출원 공개 평10-196604호 공보에 상세하다.

파일럿 1차압 생성부(20)는 유로(3c)에 접속된 파일럿 릴리프 밸브(21)를 갖고, 이 파일럿 릴리프 밸브(21)에 의해 유로(3c)의 압력이 일정(예를 들어, 4.0㎫)하게 유지되어, 파일럿 1차압이 생성된다. 유로(3c)의 하류측은 게이트 로크 밸브(23)를 통해 파일럿 1차압 유로(3b)에 접속되고, 이 파일럿 1차압 유로(3b)에, 상기 조작 레버에 의해 조작되어, 파일럿 1차압 생성부(20)의 압력(파일럿 1차압)에 기초하여 유량 제어 밸브(42a, 42b, …)를 조작하기 위한 제어 파일럿압을 생성하는 리모트 컨트롤러 밸브(도시하지 않음)가 접속되어 있다.

게이트 로크 밸브(23)는 유로(3c)와 파일럿 1차압 유로(3b) 사이에 개재 장착되어, 유압 셔블의 운전실의 입구에 설치된 게이트 로크 레버(24)에 의해 전환 조작된다. 게이트 로크 레버(24)는 운전실로의 탑승원의 승강을 허용하는 로크 위치(오프 위치)와, 운전실로의 탑승원의 승강을 방해하는 로크 해제 위치(온 위치)로 조작 가능하다. 게이트 로크 레버(24)가 로크 위치(오프 위치)로 조작되면, 게이트 로크 밸브(23)도 로크 위치(도시 우측의 위치)로 전환되어, 이 로크 위치에서는, 유로(3c)와 파일럿 1차압 유로(3b)의 연통을 차단하고, 파일럿 1차압 유로(3b)를 탱크(T)에 연통시킨다. 게이트 로크 레버(24)가 로크 해제 위치(온 위치)로 조작되면, 게이트 로크 밸브(23)도 로크 해제 위치(도시 좌측의 위치)로 전환되어, 이 로크 해제 위치에서는 유로(3c)를 파일럿 1차압 유로(3b)에 연통시킨다.

본 실시 형태에 있어서, 메인 릴리프 밸브(13)의 압박력 변경 장치(60)는 유로(22)를 통해 파일럿 1차압 유로(3b)에 접속되고, 게이트 로크 밸브(23)가 로크 해제 위치에 있을 때에는, 통상의 제1 압력(예를 들어, 25㎫)을 설정하도록 동작하고, 게이트 로크 밸브(23)가 로크 위치에 있을 때에는, 엔진 시동용의 제2 압력(예를 들어, 3㎫)을 설정하도록 동작한다.

여기서, 압박력 변경 장치(60)와 게이트 로크 밸브(23) 및 게이트 로크 레버(24)는 메인 릴리프 밸브(13)의 설정 압력을, 수동 조작[게이트 로크 레버(24)의 조작]에 의해, 통상의 제1 압력(예를 들어, 25㎫)과, 이 제1 압력보다 낮고, 또한 복수의 액추에이터(5a, 5b, …)의 비구동 시에 유압 펌프(2)의 토출유를 언로드 밸브(9)와 함께 탱크로 복귀시키는 것을 가능하게 하는 엔진 시동용의 제2 압력(예를 들어, 3.0㎫)으로 전환 가능하게 하는 릴리프 설정 압력 변경 수단을 구성한다.

또한, 파일럿 펌프(3) 및 파일럿 1차압 생성부(20)는 파일럿 유압원을 구성하고, 게이트 로크 밸브(23)는 압박력 변경 장치(60)의 유실(69)(후술)을 파일럿 유압원과 탱크(T)에 선택적으로 연통시키는 밸브 수단을 구성하고, 게이트 로크 레버(24)는 상기 밸브 수단[게이트 로크 밸브(23)]을 전환하는 수동 조작 수단을 구성한다.

또한, 엔진 시동용의 제2 압력은 주위 온도가 영하이며 복수의 액추에이터(5a, 5b, …)의 비구동 시[복수의 유량 제어 밸브(42a, 42b, …)의 모두가 중립 위치에 있을 때]에, 메인 릴리프 밸브(13)가 개방 상태로 되어 유압 펌프(2)의 토출유를 언로드 밸브(9)와 함께 탱크(T)로 복귀시키는 것이 가능한 정도의 저압 설정이고, 바람직하게는, 로드 센싱 제어의 목표 차압 상당의 압력(예를 들어, 1.5㎫)보다 높고, 언로드 밸브(9)의 설정 압력(예를 들어, 2.0㎫)의 2배(예를 들어, 4.0㎫) 이하의 압력이다.

<메인 릴리프 밸브(13)의 상세 구조>

도 2 및 도 3은 도 1의 메인 릴리프 밸브(13) 주변의 회로 부분을 발췌하여, 메인 릴리프 밸브(13) 및 압박력 변경 장치(60)의 상세 구조를 도시하는 도면이다. 도 2는 게이트 로크 밸브(23)가 로크 위치(오프 위치)에 있고, 릴리프 압력으로서 엔진 시동용의 제2 압력이 설정되어 있을 때의 상태를 도시하고, 도 3은 게이트 로크 밸브(23)가 로크 해제 위치(온 위치)에 있고, 릴리프 압력으로서 통상의 제1 압력이 설정되어 있을 때의 상태를 도시한다.

메인 릴리프 밸브(13)는 밸브실(61), 입력 포트(62), 출력 포트(63)가 형성된 하우징(64) 및 하우징(64) 내에 배치되어, 입력 포트(62)를 개폐하는 밸브체(65)와, 하우징(64)을 고정 유지하고, 입력 포트(62)에 연통하는 입구 통로(66) 및 출력 포트(63)에 연통하는 배출 통로(67)가 형성된 서포트(70)를 갖고, 상술한 스프링(13a)은 밸브체(65)를 폐쇄 방향으로 압박하도록 하우징(64) 내에 배치되고, 수압부(13b)는 입력 포트(62)의 하류측에서 밸브체(65)가 착석하는 부분에 설치되어 있다. 입구 통로(66)는 압유 공급 유로(8)에 접속되고, 배출 통로(67)는 탱크(T)에 접속되어 있다.

또한, 하우징(64) 내의 스프링(13a)의 배후에 압박력 변경 장치(60)가 배치되어 있다. 압박력 변경 장치(60)는 하우징(64) 내에서 하우징(64)의 축 방향(도시 좌우 방향)으로 이동 가능하게 배치된 피스톤부(68)와, 피스톤부(68)의 반스프링측에 형성된 유실(69)을 갖고, 피스톤부(68)는 그 일단부측에 스프링(13a)의 기단부를 지지하는 지지부(68a)를 구비하고, 타단부측에 유실(69)에 면하는 수압부를 갖는 직경 확장부(68b)를 구비하고 있다. 직경 확장부(68b)는 유실(69) 내에서 소정의 스트로크로 이동 가능하다. 유실(69)은 유로(22)를 통해 파일럿 1차압 유로(3b)에 접속되어 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 게이트 로크 밸브(23)가 로크 위치(오프 위치)에 있고, 파일럿 1차압 유로(3b)가 탱크(T)에 연통할 때에는, 유실(69)도 탱크(T)에 연통하고, 피스톤부(68)의 직경 확장부(68b)는 피스톤부(68)가 스프링(13a)에 의해 밀림으로써 유실(69) 내에서 도시 좌측 단부 위치로 후퇴한다. 이 상태에서는, 스프링(13a)의 세트 길이는 길어지고, 스프링력은 약해진 상태로 보유 지지된다. 따라서, 이 위치에서는, 메인 릴리프 밸브(13)의 릴리프 압력으로서 통상의 제1 압력(예를 들어, 25㎫)보다 낮은 엔진 시동용의 제2 압력(예를 들어, 3.0㎫)이 설정된다.

도 3에 도시한 바와 같이, 게이트 로크 밸브(23)가 로크 해제 위치(온 위치)에 있고, 파일럿 1차압 유로(3b)가 유로(3c)에 연통할 때에는, 유실(69)에 유로(3c)의 파일럿 1차압이 도입되고, 피스톤부(68)의 직경 확장부(68b)가 파일럿 1차압에 의해 밀림으로써 피스톤부(68)는 도시 우측 단부 위치에 압박된다. 이 상태에서는, 스프링(13a)의 세트 길이는 짧아지고, 스프링력은 강해진 상태로 보유 지지된다. 따라서, 이 위치에서는 메인 릴리프 밸브(13)의 릴리프 압력으로서 통상의 제1 압력(예를 들어, 25㎫)이 설정된다.

<유압 셔블의 구성>

도 4는 본 실시 형태의 유압 구동 장치가 탑재되는 유압 셔블의 외관을 도시하는 도면이다. 유압 셔블은 하부 주행체(101), 이 하부 주행체(101) 상에 선회 가능하게 탑재된 상부 선회체(102)와, 이 상부 선회체(102)의 선단 부분에 스윙 포스트(103)를 통해 상하 및 좌우 방향으로 회전 가능하게 연결된 프론트 작업기(104)를 구비하고 있다. 하부 주행체(101)는 크롤러식으로, 트랙 프레임(105)의 전방측에는 상하 이동 가능하게 배토용 블레이드(106)가 설치되어 있다. 상부 선회체(102)는 기초 하부 구조를 이루는 선회대(107)와, 선회대(107) 상에 설치된 캐노피 타입의 운전실(108)을 구비하고 있다. 프론트 작업기(104)는 붐(111)과, 아암(112)과, 버킷(113)을 구비하고, 붐의 기단부는 스윙 포스트(103)에 핀 결합되고, 붐(111)의 선단은 아암(112)의 기단부에 핀 결합되고, 아암(112)의 선단은 버킷(113)에 핀 결합되어 있다.

붐(111) 및 아암(112)은 도 1에 도시한 붐 실린더(5a) 및 아암 실린더(5b)를 신축함으로써 회전하고, 상부 선회체(102)는 선회 모터(116)를 회전시킴으로써 선회한다. 버킷(113)은 버킷 실린더(117)를 신축함으로써 회전하고, 블레이드(106)는 블레이드 실린더(도시하지 않음)를 신축함으로써 상하 이동하고, 하부 주행체(101)는 좌우의 주행 모터(118a, 118b)를 회전시킴으로써 주행하고, 스윙 포스트(103)는 스윙 실린더(119)를 신축함으로써 회전한다. 도 1의 유압 회로도에서는 선회 모터(116), 버킷 실린더(117), 주행 모터(118a, 118b), 스윙 실린더(119) 등의 액추에이터의 도시를 생략하고 있다.

운전실(108)에는 오퍼레이터가 착석하는 운전석(121)이 설치되고, 운전석(121)의 좌우 양측에 버킷ㆍ붐용 조작 레버를 구비한 조작 레버 장치(122)와 선회ㆍ아암용 조작 레버를 구비한 조작 레버 장치(123)가 설치되고, 운전석(121)의 입구 부분에 게이트 로크 레버(24)가 설치되어 있다. 도시한 실선 위치는 운전실(108)로의 탑승원의 승강을 방해하는 로크 해제 위치(온 위치)를 나타내고, 파선 위치는 운전실(108)로의 탑승원의 승강을 허용하는 로크 위치(오프 위치)를 나타낸다. 조작 레버 장치(122, 123)에는, 도 1 내지 도 3에 도시하는 파일럿 1차압 유로(3b)에 접속된 리모트 컨트롤러 밸브가 내장되어 있다.

~동작~

다음에, 본 실시 형태의 동작을 설명한다.

<게이트 로크 레버 로크 위치의 경우>

1일의 작업 종료 시, 오퍼레이터는 도시하지 않은 엔진 키 스위치를 오프로 하여 엔진(1)을 정지시킨다. 이때 오퍼레이터는 안전성 확보를 위해, 게이트 로크 레버(24)를 로크 위치로 조작하여 게이트 로크 밸브(23)를 마찬가지로 로크 위치[파일럿 1차압 유로(3b)를 탱크(T)에 연통시키는 위치]로 전환하여, 유량 제어 밸브(42a, 42b, …)를 조작 불능의 상태로 한다. 또한, 엔진(1)이 정지하면, 유압 펌프(2)는 압유를 토출하지 않으므로, 유압 펌프(2)는 토크 틸팅 제어부(30a)의 스프링(31b)의 작용에 의해 최대 틸팅으로 된다.

1일의 작업 개시 전에는, 게이트 로크 레버(24)는 로크 위치에 있고, 또한 유압 펌프(2)의 틸팅(용량)은 최대로 되어 있다. 또한, 게이트 로크 레버(24)가 로크 위치에 있고, 게이트 로크 밸브(23)가 파일럿 1차압 유로(3b)를 탱크(TT)에 연통시키는 위치에 있으므로, 도 2에 도시한 바와 같이, 압박력 변경 장치(60)의 피스톤부(68)는 스프링(13a)의 세트 길이를 길게 하여, 스프링력을 약하게 한 위치에 있고, 메인 릴리프 밸브(13)의 릴리프 압력으로서 통상의 제1 압력(예를 들어, 25㎫)보다 낮은 엔진 시동용의 제2 압력(예를 들어, 3.0㎫)이 설정되어 있다.

1일의 작업 개시 시, 오퍼레이터는 도시하지 않은 엔진 키 스위치를 조작하여 엔진(1)을 시동한다. 엔진(1)의 시동 직후, LS 제어 밸브(32)는 수압부(32a)에 유도된 신호압 유로(16)의 신호 압력이 수압부(32b)에 설정된 목표 차압(예를 들어, 1.5㎫)에 동등해지도록 유압 펌프(2)의 틸팅(용량)을 제어한다(로드 센싱 제어). 이때, 조작 레버가 조작되지 않고, 유량 제어 밸브(42a, 42b, …)는 중립 위치에 있으므로, 셔틀 밸브(6a, 6b, …)의 출력압인 신호 유로(7)의 신호 압력은 탱크압이고, 차압 검출 밸브(11)의 출력압인 신호압 유로(16)의 신호 압력은 유압 펌프(2)의 토출 압력에 대략 동등한 압력으로 된다. 여기서, 엔진(1)의 시동 직후에는 유압 펌프(2)는 최대 틸팅에 있으므로, 유압 펌프(2)의 토출 압력은 과도적으로 로드 센싱 제어의 목표 차압 이상으로 상승한다. 따라서, LS 제어 밸브(32)는 유압 펌프의 토출 압력이 목표 차압과 동등해지도록 유압 펌프(2)의 틸팅을 최대 틸팅으로부터 최소 틸팅으로 제어하여, 유압 펌프(2)의 토출 유량을 최소로 되도록 제어한다. 조작 레버가 조작되지 않고, 유량 제어 밸브(42a, 42b, …)가 중립 위치에 있을 때라도 유압 펌프(2)의 토출 유량을 0이 아니라, 최소로 제어하는 것은, 조작 레버를 조작하여 유량 제어 밸브(42a, 42b, …)를 중립 위치로부터 조작했을 때의 액추에이터의 응답성을 확보하기 위해서이다.

이와 같이 유압 펌프(2)의 틸팅(토출 유량)이 제어될 때, 유압 펌프(2)의 토출 압력이 언로드 밸브(9)의 설정 압력(목표 차압)을 초과하면, 언로드 밸브(9)가 개방되어 유압 펌프(2)의 토출유[압유 공급 유로(8)의 압유]를 탱크로 복귀시키도록 작동한다.

여기서, 주위 온도가 영하, 혹은 －10℃ 이하로 되는 극저온 시에는, 엔진 시동 시의 작동유의 점성은 현저하게 높기 때문에, 언로드 밸브(9)의 응답성이 저하되어 언로드 밸브(9)가 개방되는 데 시간이 걸리고, 압유 공급 유로(8)에 고압이 가득 차 버린다. 또한, 작동유의 점성 상승에 의해 로드 센싱 제어에도 응답 지연이 발생하여, 이 응답 지연 동안, 유압 펌프(2)의 토출 유량이 과대로 된다. 그 결과, 압유 공급 유로(8)의 압력(유압 펌프의 토출 압력)은 고압으로 되고, 경우에 따라서는 10㎫에나 도달한다. 이로 인해 종래에는, 유압 펌프(2)의 부하[따라서, 엔진(1)의 부하]가 과대로 되어, 엔진 시동성이 저하되어 있었다.

본 실시 형태에서는, 게이트 로크 레버(24)가 로크 위치(오프 위치)에 있는 경우에는, 전술한 바와 같이 메인 릴리프 밸브(13)의 릴리프 압력이 통상의 제1 압력(예를 들어, 25㎫)보다 낮은 엔진 시동용의 제2 압력(예를 들어, 3.0㎫)으로 되어 있다. 이로 인해, 유압 펌프(2)의 토출 압력이 그 저압의 제2 압력에 도달하면, 메인 릴리프 밸브(13)가 개방되어, 유압 펌프(2)의 토출유를 탱크로 복귀시킨다.

이와 같이 메인 릴리프 밸브(13)가 언로드 밸브(9)에 추가하여 개방됨으로써, 특히 저온 시에 있어서, 유압 펌프(2)의 토출 압력이 현저하게 고압으로 되어 버리는 것을 방지할 수 있어, 엔진 시동성을 향상시킬 수 있다.

또한, 메인 릴리프 밸브(13)의 엔진 시동용의 제2 압력을, 로드 센싱 제어의 목표 차압 상당의 압력(예를 들어, 1.5㎫) 이하로 설정한 경우에는, 로드 센싱 제어 수단에 의해 유압 펌프(2)의 용량이 최대 틸팅측으로 증가하도록 제어되어, 연비가 불필요해진다. 이에 대해, 본 실시 형태에서는 메인 릴리프 밸브(13)의 제2 압력을, 로드 센싱 제어의 목표 차압 상당의 압력보다 높게 설정하였으므로, 로드 센싱 제어 수단에 의해 유압 펌프(2)의 용량이 최대 틸팅측으로 증가하도록 제어되는 것이 회피되어, 연비를 저감시킬 수 있다.

또한, 메인 릴리프 밸브(13)의 제2 압력을 언로드 밸브(9)의 설정 압력의 2배보다도 크게 설정한 경우에는, －10℃ 이하로 되는 극저온 시에는, 엔진 시동에 있어서의 유압 펌프(2)의 부하 저감 효과가 약해지는 것이 우려된다. 본 실시 형태에서는, 메인 릴리프 밸브(13)의 제2 압력을 언로드 밸브(9)의 설정 압력의 2배 이하, 특히 1.5배 이하인 3.0㎫ 정도로 설정하였으므로, －10℃ 이하의 극저온 시라도, 유압 펌프(2)의 부하를 확실하게 경감시켜, 엔진 시동성을 양호하게 할 수 있다.

<게이트 로크 레버 로크 해제 위치의 경우>

그 후, 오퍼레이터가 게이트 로크 레버(24)를 로크 해제 위치(온 위치)로 조작하면, 게이트 로크 밸브(23)는 파일럿 펌프(3)의 토출 유로(3a)를 파일럿 1차압 유로(3b)에 연통시키는 위치로 전환되고, 도 3에 도시한 바와 같이, 압박력 변경 장치(60)의 피스톤부(68)는 스프링(13a)의 세트 길이를 짧게 하고, 스프링력을 강하게 한 위치에 있고, 메인 릴리프 밸브(13)의 릴리프 압력으로서 통상의 제1 압력(예를 들어, 25㎫)이 설정된다.

또한, 이때, 조작 레버가 조작되지 않는 한, 유압 펌프(2)는 LS 제어 밸브(32)에 의해 최소 틸팅으로 제어되어 있고, 유압 펌프(2)의 토출 유량은 최소로 되도록 제어된다. 그리고, 유압 펌프(2)의 토출 압력이 언로드 밸브(9)의 설정 압력(예를 들어, 2.0㎫)을 초과하면, 언로드 밸브(9)가 개방되어 유압 펌프(2)의 토출유[압유 공급 유로(8)의 압유]를 탱크로 복귀시키도록 작동하므로, 유압 펌프(2)의 토출 압력은 언로드 밸브의 설정 압력으로 유지된다. 또한, 그때에는, 메인 릴리프 밸브(13)의 릴리프 압력은 통상의 제1 압력(예를 들어, 25㎫)으로 설정되어 있으므로, 메인 릴리프 밸브(13)는 유압 펌프(2)의 토출 압력이 그 설정 압력에 도달하지 않는 한, 밸브 개방되는 경우는 없다.

<효과>

이상과 같이 본 실시 형태에 따르면, 릴리프 설정 압력 변경 수단[압박력 변경 장치(60), 게이트 로크 밸브(23) 및 게이트 로크 레버(24)]을 수동 조작함으로써, 메인 릴리프 밸브(13)의 릴리프 압력은 통상의 제1 압력(예를 들어, 25㎫)으로부터 그것보다도 낮은, 엔진 시동용의 제2 압력(예를 들어, 3.0㎫)으로 전환되고, 메인 릴리프 밸브(13)는 복수의 액추에이터(5a, 5b, …)의 비구동 시에 유압 펌프(2)의 토출 압력이 언로드 밸브(9)의 설정 압력(예를 들어, 2.0㎫)을 초과하여 상승했을 때에, 언로드 밸브(9)와 함께 유압 펌프(2)의 토출유를 탱크(T)로 복귀시키는 것이 가능해지므로, 저온 시의 엔진 시동에 있어서, 작동유의 점성 상승에 의한 로드 센싱 제어의 응답 지연과 언로드 밸브(9)의 응답성의 저하에 의해 압유 공급 유로(8)에 고압이 발생하는 것이 방지되어, 유압 펌프(2)의 토출 압력이 현저하게 고압으로 되어 버리는 것을 방지할 수 있어, 유압 펌프(2)의 부하를 저감시켜, 엔진(1)의 시동성을 향상시킬 수 있다.

또한, 언로드 밸브(9)와 메인 릴리프 밸브(13)의 양쪽에서 유압 펌프(2)의 토출유를 탱크(T)로 복귀시키기 위해, 언로드 밸브(9)의 응답성을 특별히 높일 필요가 없고, 언로드 밸브(9)의 내헌팅 특성을 희생으로 하는 경우는 없다.

또한, 게이트 로크 레버(24)(수동 조작 수단)를 조작하여 게이트 로크 밸브(23)(밸브 수단)를 전환하면, 압박력 변경 장치(60)의 유실(69)과 파일럿 1차압 생성부(20) 및 탱크(T)의 연통이 전환되어, 스프링(13a)의 압박력을 변경하므로, 메인 릴리프 밸브(13)의 릴리프 압력을 제1 압력과 제2 압력으로 간단하고 또한 확실하게 전환할 수 있다.

또한, 기존의 게이트 로크 밸브(23) 및 게이트 로크 레버(24)를 이용하여, 압박력 변경 장치(60)의 조작 수단(밸브 수단 및 수동 조작 수단)을 구성하였으므로, 부품 개수가 저감되어, 저렴한 장치 구성으로 할 수 있는 동시에, 게이트 로크 레버(24)를 조작하여 게이트 로크 밸브(23)를 전환하면, 압박력 변경 장치(60)의 동작 상태도 동시에 전환되므로, 메인 릴리프 밸브(13)의 릴리프 압력을 제1 압력과 제2 압력으로 전환하기 위한 특별한 조작이 불필요해진다.

또한, 이상의 실시 형태는 본 발명의 정신의 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다. 예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 압박력 변경 장치(60)는 유압 구동으로 하였지만, 예를 들어 솔레노이드 구동이라도 좋고, 그 경우에는 게이트 로크 레버(24)의 위치를 전기적으로 검출하여, 솔레노이드의 여자, 비여자를 제어함으로써, 상기 실시 형태와 동일한 효과(저온 시의 엔진 시동에 있어서의 엔진 시동성의 향상 등)를 얻을 수 있다.

또한, 상기 실시 형태에서는 게이트 로크 밸브(23) 및 게이트 로크 레버(24)를 압박력 변경 장치(60)의 조작 수단(밸브 수단 및 수동 조작 수단)에 겸용하였지만, 전용의 밸브 수단 및 수동 조작 수단을 설치해도 좋고, 이것에 의해서도 상기 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 로드 센싱 제어의 목표 차압은 엔진 회전수 검출 회로(49)의 출력압에 기초하여, 엔진 회전수에 따라서 변화되는 가변값으로서 설정하고, 언로드 밸브(9)의 목표 차압은 스프링(9c)에 의해 일정값으로서 설정하였지만, 언로드 밸브(9)의 목표 차압도 엔진 회전수 검출 회로(49)의 출력압에 기초하여, 엔진 회전수에 따라서 변화되는 가변값으로서 설정해도 좋다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 건설 기계로서 유압 셔블을 예로 들어 설명하였지만, 유압 셔블 이외의 건설 기계(예를 들어, 크레인, 휠 로더 등)라도 본 발명을 마찬가지로 적용할 수 있다.

1 : 엔진
2 : 유압 펌프(메인 펌프)
3 : 파일럿 펌프
3a : 토출 유로
3b : 파일럿 1차압 유로
3c : 유로
4 : 컨트롤 밸브
4a, 4b : 밸브 섹션
6a, 6b : 셔틀 밸브
7 : 신호압 유로
8 : 압유 공급 유로
9 : 언로드 밸브
9a : 수압부
9b : 수압부
9c : 스프링
10 : 신호압 유로
11 : 차압 검출 밸브
13 : 메인 릴리프 밸브
13a : 스프링
13b : 수압부
15, 16, 17, 18 : 신호압 유로
20 : 파일럿 1차압 생성부
21 : 파일럿 릴리프 밸브
22 : 유로
23 : 게이트 로크 밸브
24 : 게이트 로크 레버
30 : 펌프 틸팅 제어 기구
30a : 토크 틸팅 제어부
30b : LS 틸팅 제어부(로드 센싱 제어 수단)
31a : 토크 제어 액추에이터
31b : 스프링
32 : LS 제어 밸브
32a, 32b : 수압부
33 : LS 제어 액추에이터
41a, 41b : 압력 보상 밸브
42a, 42b : 유량 제어 밸브(메인 스풀)
43a, 43b : 미터인 오리피스부
44a, 44b : 부하 포트
49 : 엔진 회전수 검출 회로
50 : 유량 검출 밸브
51 : 차압 검출 밸브
60 : 압박력 변경 장치
61 : 밸브실
62 : 입력 포트
63 : 출력 포트
64 : 하우징
65 : 밸브체
66 : 입구 통로
67 : 배출 통로
68 : 피스톤부
69 : 유실
68a : 스프링 지지부
68b : 직경 확장부

Claims

건설 기계의 유압 구동 장치이며,
엔진(1)과,
이 엔진에 의해 구동되는 가변 용량형의 유압 펌프(2)와,
이 유압 펌프로부터 토출된 압유에 의해 구동되는 복수의 액추에이터(5a, 5b)와,
상기 유압 펌프로부터 상기 복수의 액추에이터로 공급되는 압유의 유량을 제어하는 복수의 유량 제어 밸브(42a, 42b)와,
상기 복수의 액추에이터의 구동 시에는 상기 복수의 액추에이터의 최고 부하 압력을 검출하고, 상기 복수의 액추에이터의 비구동 시에는 탱크압을 검출하여, 검출한 압력을 신호 압력으로서 출력하는 최고 부하압 검출 수단(6a, 6b)과,
상기 유압 펌프의 토출 압력이 상기 신호 압력보다 목표 차압만큼 높아지도록 상기 유압 펌프의 용량을 제어하는 로드 센싱 제어 수단(30b)과,
상기 유압 펌프로부터 토출된 압유를 상기 복수의 유량 제어 밸브에 공급하는 압유 공급 유로(8)에 접속되어, 상기 유압 펌프의 토출 압력이 상기 신호 압력보다 설정 압력 이상으로 높아지면 개방 상태로 되어 상기 유압 펌프의 토출유를 탱크(T)로 복귀시키는 언로드 밸브(9)와,
상기 압유 공급 유로에 접속되어, 상기 유압 펌프의 토출 압력이 릴리프 압력으로서 설정된 제1 압력 이상으로 높아지면 개방 상태로 되어 상기 유압 펌프의 토출유를 탱크로 복귀시켜, 상기 압유 공급 유로의 최고 압력을 상기 제1 압력 이하로 제한하는 메인 릴리프 밸브(13)와,
상기 메인 릴리프 밸브의 릴리프 압력을, 수동 조작에 의해, 상기 제1 압력과, 이 제1 압력보다 낮고, 또한 상기 복수의 액추에이터의 비구동 시에 상기 유압 펌프의 토출유를 상기 언로드 밸브와 함께 탱크로 복귀시키는 것을 가능하게 하는 엔진 시동용의 제2 압력으로 전환 가능하게 하는 릴리프 설정 압력 변경 수단(60, 23, 24)을 구비하고,
상기 메인 릴리프 밸브(13)는 상기 메인 릴리프 밸브의 밸브체를 폐쇄 방향으로 압박하여 상기 메인 릴리프 밸브의 릴리프 압력을 설정하는 스프링(13a)을 갖고,
상기 릴리프 설정 압력 변경 수단(60, 23, 24)은 상기 메인 릴리프 밸브의 상기 스프링의 배후에 설치되고, 또한 유실(69)을 갖고, 이 유실의 유압을 변경함으로써 상기 스프링의 압박력을 변경하고, 상기 릴리프 압력을 상기 제1 압력과 상기 제2 압력으로 변경하는 압박력 변경 장치(60)와,
상기 압박력 변경 장치의 유실을 파일럿 유압원(3, 20)과 탱크(T)에 선택적으로 연통시키는 밸브 수단(23)과,
상기 밸브 수단을 전환하는 수동 조작 수단(24)을 갖고,
상기 유압 구동 장치는,
파일럿 펌프(3)와,
이 파일럿 펌프의 토출 유로(3a)에 접속되어, 상기 파일럿 펌프의 토출유에 기초하여 파일럿 1차압을 생성하는 파일럿 1차압 생성부(20)와,
상기 파일럿 1차압 생성부에 의해 생성된 파일럿 1차압이 유도되는 파일럿 1차압 유로(3b)와,
상기 파일럿 1차압 유로에 접속되어, 상기 파일럿 1차압 유로에 유도된 파일럿 1차압에 기초하여 상기 복수의 유량 제어 밸브를 전환하기 위한 제어 파일럿압을 생성하는 복수의 리모트 컨트롤러 밸브(122, 123)와,
운전실(108)의 입구에 설치되어, 로크 위치와 로크 해제 위치로 조작되는 게이트 로크 레버(24)와,
상기 파일럿 1차압 생성부와 상기 파일럿 1차압 유로 사이에 개재 장착되어, 상기 게이트 로크 레버가 상기 로크 위치로 조작되었을 때에는 상기 파일럿 1차압 생성부와 상기 파일럿 1차압 유로의 연통을 차단하고 또한 상기 파일럿 1차압 유로를 탱크에 연통시키고, 상기 게이트 로크 레버가 상기 로크 해제 위치로 조작되었을 때에는 상기 파일럿 1차압 생성부와 상기 파일럿 1차압 유로를 연통시키는 게이트 로크 밸브(23)를 더 구비하고,
상기 파일럿 유압원(3, 20)은 상기 파일럿 펌프 및 상기 파일럿 1차압 생성부에 의해 구성되고,
상기 밸브 수단(23)은 상기 게이트 로크 밸브이고,
상기 수동 조작 수단(24)은 상기 게이트 로크 레버인 것을 특징으로 하는, 건설 기계의 유압 구동 장치.
제1항에 있어서,
상기 엔진 시동용의 제2 압력은 상기 로드 센싱 제어 수단(30b)의 목표 차압 상당의 압력보다 높고, 상기 언로드 밸브(9)의 설정 압력의 2배 이하인 것을 특징으로 하는, 건설 기계의 유압 구동 장치.
제1항에 있어서,
상기 엔진 시동용의 제2 압력은 주위 온도가 영하이며 상기 복수의 액추에이터(5a, 5b)의 비구동 시에, 상기 메인 릴리프 밸브(13)가 개방 상태로 되어 상기 유압 펌프(2)의 토출유를 상기 언로드 밸브(9)와 함께 탱크(T)로 복귀시키는 것을 가능하게 하는 압력인 것을 특징으로 하는, 건설 기계의 유압 구동 장치.
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