KR101736702B1

KR101736702B1 - 건설 기계의 유압 구동 장치

Info

Publication number: KR101736702B1
Application number: KR1020167004257A
Authority: KR
Inventors: 기와무 다카하시; 가즈시게 모리; 요시후미 다케바야시; 나츠키 나카무라
Original assignee: 가부시키가이샤 히다치 겡키 티에라
Priority date: 2014-03-17
Filing date: 2014-12-02
Publication date: 2017-05-29
Also published as: EP3121453A1; JP2015175491A; EP3121453B1; EP3121453A4; CN105492780A; WO2015141073A1; CN105492780B; US20170037601A1; KR20160033752A; JP6005088B2; US9963856B2

Abstract

본 발명은, 특정한 액추에이터를 포함하는 복합 조작이고, 부하압의 차가 크며, 특정한 액추에이터의 조작 장치의 조작이 미세 조작인 경우에, 압력 보상 밸브의 불필요한 교축 압력 손실에 의한 에너지 소비를 억제하면서, 특정한 액추에이터에 공급되는 압유의 유량을 부하압에 의해 유연하게 변화시켜, 양호한 조작성을 얻는다. 이로 인해, 붐 실린더(3a)에 대하여, 메인 펌프(202)로부터의 토출유를 제어하는 오픈드 센터형 유량 제어 밸브(6a)와 메인 펌프(102)로부터의 토출유를 제어하는 클로즈드 센터형 유량 제어 밸브(6i)를 설치하고, 메인 펌프(102)를 로드 센싱 제어한다. 붐 실린더(3a)용 조작 장치(123)의 조작 영역의 중간 영역까지는 유량 제어 밸브(6a)를 개방하여 공급 유량을 제어하고, 중간 영역 이후에는 유량 제어 밸브(6a, 6i)의 양쪽을 개방하여 공급 유량을 제어한다.

Description

건설 기계의 유압 구동 장치{HYDRAULIC DRIVE APPARATUS FOR CONSTRUCTION MACHINERY}

본 발명은, 유압 셔블 등의 건설 기계의 유압 구동 장치에 관한 것이고, 특히 유압 펌프의 토출압이 복수의 액추에이터의 최고 부하압보다 목표 차압만큼 높아지도록 유압 펌프의 토출 유량을 제어하는 로드 센싱 제어를 행하는 유압 구동 장치에 관한 것이다.

유압 셔블 등의 건설 기계의 유압 구동 장치에는, 유압 펌프(1 펌프)의 토출압이 복수의 액추에이터의 최고 부하압보다 목표 차압만큼 높아지도록 유압 펌프의 토출 유량을 제어하는 것이 있고, 이 제어는 로드 센싱 제어라고 불리고 있다. 이 로드 센싱 제어를 행하는 유압 구동 장치에서는, 특허문헌 1에 기재된 바와 같이, 복수의 유량 제어 밸브의 전후 차압을 각각 압력 보상 밸브에 의해 소정 차압으로 유지하고, 복수의 액추에이터를 동시에 구동하는 복합 조작 시에 각각의 액추에이터의 부하압의 대소에 상관없이 각 유량 제어 밸브의 개구 면적에 따른 비율로 압유를 복수의 액추에이터에 공급할 수 있도록 하고 있다.

일본 특허 공개 제2009-14122호 공보

특허문헌 1에 기재된 유압 구동 장치에 있어서는, 복수의 액추에이터를 동시에 구동하는 복합 조작에서는, 유압 펌프의 토출압은 항상 복수의 액추에이터의 최고 부하압보다도 목표 차압분만큼 높아지도록 제어되기 때문에, 부하압의 차가 큰, 예를 들어, 붐 상승 미세 조작(부하압: 높음)과 아암 클라우드 조작(부하압: 낮음)을 동시에 행하는 수평 레벨링 동작 등의 복합 조작을 행한 경우에는, 유압 펌프의 토출압은 붐 실린더의 높은 부하압보다도 일정 설정압분만큼 높아지도록 제어됨과 함께, 부하압이 낮은 액추에이터(수평 레벨링 동작에서는 아암 실린더)에 압유가 과도하게 흐르는 것을 방지하기 위하여 부하압이 낮은 액추에이터용 압력 보상 밸브가 조여지고, 이 불필요한 교축 압력 손실 때문에 동력(에너지)을 소비하고 있었다.

또한, 유압 셔블은, 버킷 갈고리를 지면에 접촉시킨 상태에서 지면을 따라 움직여서 석편, 콘크리트편, 목편 등의 파편 티끌을 수집하여, 지면을 청소하는 빗질 작업이라고 불리는 작업을 행하는 경우가 있다. 이 빗질 작업은, 수평 레벨링 동작과 마찬가지로, 붐 상승 미세 조작(부하압: 높음)과 아암 클라우드 조작(부하압: 낮음)의 복합 조작으로 행한다. 단, 빗질 작업에 있어서는, 지면의 형상은 유지할 필요가 있기 때문에, 지면에 다소의 요철이 있는 경우에도, 그 지면의 요철에 따라 버킷 갈고리의 상하 위치가 유연하게 조정될 필요가 있다.

여기서, 버킷 갈고리의 상하 위치를 지면에 따라 유연하게 조정하기 위해서는, 버킷 갈고리가 지면의 요철에 접촉하는 힘의 크기에 따라 변화되는 붐 실린더의 부하압에 따라, 붐 실린더의 신축 속도가 유연하게 변화되는 것이 바람직하다.

그러나, 특허문헌 1에 기재된 유압 구동 장치에서는, 붐 조작이 미세 조작이어도 액추에이터(붐 실린더)에 압유를 공급하는 유압 펌프는 로드 센싱 제어에 의해 토출 유량이 제어되고, 또한 유량 제어 밸브의 전후 차압은 압력 보상 밸브에 의해 소정 차압으로 유지된다. 이 때문에 붐 실린더에 공급되는 압유의 유량은 붐 실린더의 부하압의 영향을 받기 어렵고, 조작 장치의 레버 입력에 의해서만 결정되므로, 지면에 요철이 있었을 경우에, 버킷 갈고리를 지면에 접촉시킨 채 지면의 요철을 따라 움직이게 하는 것이 어렵다는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은, 특정한 액추에이터를 포함하는 복합 조작으로, 부하압의 차가 크고, 특정한 액추에이터의 조작 장치의 조작이 미세 조작일 경우에, 압력 보상 밸브의 불필요한 교축 압력 손실에 의한 에너지 소비를 억제하면서, 특정한 액추에이터에 공급되는 압유의 유량을 부하압에 의해 유연하게 변화시켜, 양호한 조작성을 얻을 수 있는 건설 기계의 유압 구동 장치를 제공하는 데 있다.

(1) 상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 가변 용량형 제1 펌프 장치와, 제2 펌프 장치와, 상기 제1 펌프 장치로부터 토출된 압유에 의해 구동되는 복수의 제1 액추에이터와, 상기 제2 펌프 장치로부터 토출된 압유에 의해 구동되는 복수의 제2 액추에이터와, 상기 제1 펌프 장치로부터 상기 복수의 제1 액추에이터에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 복수의 클로즈드 센터형 유량 제어 밸브와, 상기 제2 펌프 장치로부터 상기 복수의 제2 액추에이터에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 복수의 오픈 센터형 유량 제어 밸브와, 상기 복수의 클로즈드 센터형 유량 제어 밸브의 전후 차압을 각각 제어하는 복수의 압력 보상 밸브와, 상기 제1 펌프 장치의 토출압이 상기 복수의 제1 유압 액추에이터의 최고 부하압보다 목표 차압만큼 높아지도록 상기 제1 펌프 장치의 용량을 제어하는 로드 센싱 제어부를 갖는 제1 펌프 제어 장치를 구비하고, 상기 복수의 제1 및 제2 액추에이터는, 공통의 액추에이터인 적어도 하나의 제1 특정 액추에이터를 포함하고, 상기 복수의 제1 액추에이터는, 상기 제1 특정 액추에이터와 복합 조작으로 사용되는 빈도가 높은 제2 특정 액추에이터를 포함하고, 상기 복수의 오픈 센터형 유량 제어 밸브는, 상기 제2 펌프 장치로부터 상기 제1 특정 액추에이터에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 제1 유량 제어 밸브를 포함하고, 상기 복수의 클로즈드 센터형 유량 제어 밸브는, 상기 제1 펌프 장치로부터 상기 제1 특정 액추에이터에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 제2 유량 제어 밸브를 포함하고, 상기 제1 특정 액추에이터의 조작 장치를 조작 범위의 중간 영역까지 조작했을 때에는 상기 제1 유량 제어 밸브만이 밸브 개방되어 상기 제2 펌프 장치로부터 상기 제1 특정 액추에이터에 압유가 공급되고, 상기 조작 장치를 상기 중간 영역으로부터 더 조작했을 때에는 상기 제1 및 제2 유량 제어 밸브의 양쪽이 밸브 개방되어 상기 제1 및 제2 펌프 장치로부터의 압유가 상기 제1 특정 액추에이터에 합류하여 공급되도록 상기 제1 및 제2 유량 제어 밸브의 개구 면적 특성을 설정한 것으로 한다.

이렇게 구성한 본 발명에 있어서는, 제1 특정 액추에이터(발명의 목적에서 말하는 「특정한 액추에이터」에 상당, 예를 들어 붐 실린더)와 제2 특정 액추에이터(예를 들어 아암 실린더)의 복합 조작(예를 들어 수평 레벨링 동작이나 빗질 작업)에서 제1 특정 액추에이터와 제2 특정 액추에이터의 부하압의 차가 큰 경우여도, 제1 및 제2 특정 액추에이터는 각각 별개의 펌프 장치로부터의 압유로 구동되므로(제1 특정 액추에이터는 제2 펌프 장치로부터 토출되는 압유에 의해 구동되고, 제2 특정 액추에이터는 제1 펌프 장치로부터 토출되는 압유에 의해 구동되므로), 압력 보상 밸브에서의 교축 압력 손실이 발생하지 않고, 압력 보상 밸브에서의 불필요한 교축 압력 손실에 의한 에너지 소비를 억제할 수 있다.

또한, 제2 펌프 장치로부터 제1 특정 액추에이터에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 제1 유량 제어 밸브는 오픈 센터형이기 때문에, 제1 특정 액추에이터를 붐 실린더로서 사용함으로써, 빗질 작업과 같이 붐 실린더의 조작 장치의 조작량이 작은 경우에는, 붐 실린더의 부하압에 의해 붐 실린더에 공급되는 압유의 유량이 유연하게 변화되므로, 양호한 조작성을 얻을 수 있다.

이상에 의해 특정한 액추에이터를 포함하는 복합 조작이고, 부하압의 차가 크며, 특정한 액추에이터의 조작 장치의 조작이 미세 조작일 경우에, 압력 보상 밸브의 교축 압력 손실에 의한 불필요한 에너지 소비를 억제하면서, 특정한 액추에이터에 공급되는 압유의 유량을 부하압에 의해 유연하게 변화시켜, 양호한 조작성을 얻을 수 있다.

(2) 상기 (1)에 있어서, 바람직하게는 상기 제1 유량 제어 밸브는, 스풀 스트로크가 증가함에 따라서 개구 면적이 증가하여, 최대의 스풀 스트로크에 도달하기 전에 최대 개구 면적으로 되도록 상기 개구 면적 특성이 설정되고, 상기 제2 유량 제어 밸브는, 스풀 스트로크가 중간 스트로크로 될 때까지는 개구 면적은 제로이며, 상기 중간 스트로크에서 개구되고, 그 후, 스풀 스트로크가 증가함에 따라서 개구 면적이 증가하여, 최대의 스풀 스트로크에 도달하기 전에 최대 개구 면적으로 되도록 상기 개구 면적 특성이 설정된다.

이에 의해 제1 특정 액추에이터의 조작 장치를 조작 범위의 중간 영역까지 조작했을 때에는 제1 유량 제어 밸브만이 밸브 개방되어 제2 펌프 장치로부터 제1 특정 액추에이터에 압유가 공급되고, 조작 장치를 중간 영역으로부터 더 조작했을 때에는 제1 및 제2 유량 제어 밸브의 양쪽이 밸브 개방되어 제1 및 제2 펌프 장치로부터의 압유가 제1 특정 액추에이터에 합류하여 공급되게 된다.

(3) 상기 (1)에 있어서, 또한 바람직하게는, 상기 제2 펌프 장치의 용량을 제어하는 제2 펌프 제어 장치를 더 구비하고, 상기 제1 펌프 장치는, 상기 로드 센싱 제어부와, 상기 제1 펌프 장치의 토출압이 유도되어, 상기 제1 펌프 장치의 토출압과 용량 중 적어도 한쪽이 증가하고, 상기 제1 펌프 장치의 흡수 토크가 증가할 때, 상기 제1 펌프 장치의 흡수 토크가 제1 소정 값을 초과하지 않도록 상기 제1 펌프 장치의 용량을 제한 제어하는 제1 토크 제어부를 갖고, 상기 제2 펌프 제어 장치는, 상기 제2 펌프 장치의 토출압이 유도되어, 상기 제2 펌프 장치의 토출압이 증가하고, 상기 제2 펌프 장치의 흡수 토크가 증가할 때, 상기 제2 펌프 장치의 흡수 토크가 제2 소정 값 이하일 때에는, 상기 제2 펌프 장치의 용량을 최대로 유지하고, 상기 제2 펌프 장치의 흡수 토크가 상기 제2 소정 값까지 상승하면, 상기 제2 펌프 장치의 흡수 토크가 제2 소정 값을 초과하지 않도록 상기 제2 펌프 장치의 용량을 제한 제어하는 제2 토크 제어부를 갖고, 상기 제1 펌프 제어 장치는, 상기 제2 펌프 장치의 토출압이 유도되어, 상기 제2 펌프 장치의 토출압이 상기 제2 토크 제어부의 용량 제한 제어의 개시 압력 이하일 때에는, 상기 제2 펌프 장치의 토출압을 그대로 출력하고, 상기 제2 펌프 장치의 토출압이 상기 제2 토크 제어부의 용량 제한 제어의 개시 압력보다도 상승하면, 상기 제2 펌프 장치의 토출압을 상기 제2 토크 제어부의 용량 제한 제어의 개시 압력으로 감압하여 출력하는 감압 밸브와, 상기 감압 밸브의 출력압이 유도되어, 상기 감압 밸브의 출력압이 높아짐에 따라서 상기 제1 소정 값이 감소하도록 상기 제1 펌프 장치의 용량을 감소시키는 저감 토크 제어 액추에이터를 더 갖는다.

이에 의해 제2 펌프 장치의 흡수 토크가 제2 소정 값까지 상승하여, 제2 토크 제어부의 제어에 의해 제2 소정 값에 제한되어 동작할 때뿐만 아니라, 제2 유압 펌프의 흡수 토크가 제2 소정 값 이하이고, 제2 소정 값으로 제한되지 않을 때에도, 전체 토크 제어를 고정밀도로 행하고, 원동기의 정격 출력 토크를 유용하게 이용할 수 있다.

(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 있어서, 바람직하게는 상기 제1 액추에이터는, 유압 셔블의 붐을 구동하는 붐 실린더이고, 상기 제2 특정 액추에이터는, 유압 셔블의 아암을 구동하는 아암 실린더이다.

이에 의해 부하압의 차가 큰 붐 상승 미세 조작(부하압: 높음)과 아암 클라우드 조작(부하압: 낮음)을 동시에 행하는 수평 레벨링 동작을 행한 경우에, 저부하측인 아암 실린더측의 압력 보상 밸브의 교축 압력 손실에 의한 불필요한 에너지 소비를 억제하면서, 붐 상승 미세 조작(부하압: 높음)과 아암 클라우드 조작(부하압: 낮음)에서 빗질 작업을 행한 경우에, 붐 실린더에 공급되는 압유의 유량을 부하압에 의해 유연하게 변화시켜, 양호한 조작성을 얻을 수 있다.

본 발명에 따르면, 특정한 액추에이터(제1 특정 액추에이터)를 포함하는 복합 조작에서, 부하압의 차가 크고, 특정한 액추에이터의 조작 장치의 조작이 미세 조작인 경우에, 압력 보상 밸브의 불필요한 교축 압력 손실에 의한 에너지 소비를 억제하면서, 특정한 액추에이터에 공급되는 압유의 유량을 부하압에 의해 유연하게 변화시켜, 양호한 조작성을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 유압 셔블(건설 기계)의 유압 구동 장치를 도시하는 도면이다.
도 2a는 붐 실린더 및 아암 실린더 이외의 액추에이터의 유량 제어 밸브의 각각의 미터 인 통로의 개구 면적 특성을 도시하는 도면이다.
도 2b는 아암 실린더의 메인 및 어시스트 유량 제어 밸브의 각각의 미터 인 통로의 개구 면적 특성(상측)과, 아암 실린더의 메인 및 어시스트 유량 제어 밸브의 미터 인 통로의 합성 개구 면적 특성(하측)을 도시하는 도면이다.
도 3은 제1 토크 제어부에 의해 얻어지는 토크 제어 특성(PQ 특성)과 저감 토크 제어 피스톤에 의한 저감 토크 제어의 효과를 도시하는 도면이다.
도 4a는 제2 토크 제어부에 의해 얻어지는 토크 제어 특성을 PQ 특성으로 도시하는 도면이다.
도 4b는 제2 토크 제어부에 의해 얻어지는 토크 제어 특성을, 종축을 펌프 토크로 치환하여 도시하는 도면이다.
도 5a는 붐 실린더의 메인 구동용 유량 제어 밸브(오픈 센터형-제1 유량 제어 밸브)의 미터 인 통로, 미터 아웃 통로 및 블리드 오프 통로(센터 바이패스 통로)의 개구 면적 특성을 도시하는 도면이다.
도 5b는 붐 실린더의 어시스트 구동용 유량 제어 밸브(클로즈드 센터형-제2 유량 제어 밸브)의 미터 인 통로의 개구 면적 특성을 도시하는 도면이다.
도 5c는 붐 실린더의 제1 및 제2 유량 제어 밸브의 각각의 미터 인의 유량 특성(상측)과, 붐 실린더의 제1 및 제2 유량 제어 밸브의 미터 인의 합성 유량 특성(하측)을 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 유압 셔블(건설 기계)의 유압 구동 장치를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 유압 구동 장치가 탑재되는 건설 기계인 유압 셔블의 외관을 도시하는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 따라 설명한다.

<제1 실시 형태>

~구성~

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 유압 셔블(건설 기계)의 유압 구동 장치를 도시하는 도면이다.

도 1에 있어서, 본 실시 형태의 유압 구동 장치는, 원동기(예를 들어 디젤 엔진)(1)와, 그 원동기(1)에 의해 구동되며, 제1 및 제2 압유 공급로(105, 205)에 압유를 토출하는 제1 및 제2 토출 포트(102a, 102b)를 갖는 스플릿 플로우 타입의 가변 용량형 메인 펌프(102)(제1 펌프 장치)와, 원동기(1)에 의해 구동되며, 제3 압유 공급로(305)에 압유를 토출하는 제3 토출 포트(202a)를 갖는 싱글 플로우 타입의 가변 용량형 메인 펌프(202)(제2 펌프 장치)와, 메인 펌프(102)의 제1 및 제2 토출 포트(102a, 102b) 및 메인 펌프(202)의 제3 토출 포트(202a)로부터 토출되는 압유에 의해 구동되는 복수의 액추에이터(3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h)와, 제1 내지 제3 압유 공급로(105, 205, 305)에 접속되고, 메인 펌프(102)의 제1 및 제2 토출 포트(102a, 102b) 및 메인 펌프(202)의 제3 토출 포트(202a)로부터 복수의 액추에이터(3a 내지 3h)에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 컨트롤 밸브 유닛(4)과, 메인 펌프(102)의 제1 및 제2 토출 포트(102a, 102b)의 토출 유량을 제어하기 위한 레귤레이터(112)(제1 펌프 제어 장치)와, 메인 펌프(202)의 제3 토출 포트(202a)의 토출 유량을 제어하기 위한 레귤레이터(212)(제2 펌프 제어 장치)를 구비하고 있다.

복수의 액추에이터(3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h) 중 액추에이터(3a, 3b, 3c, 3d, 3f, 3g)는 메인 펌프(102)의 제1 및 제2 토출 포트(102a, 102b)로부터 토출된 압유에 의해 구동되는 복수의 제1 액추에이터이며, 액추에이터(3a, 3e, 3h)는 메인 펌프(202)의 제3 토출 포트(202a)로부터 토출된 압유에 의해 구동되는 복수의 제2 액추에이터이며, 액추에이터(3a)는 복수의 제1 및 제2 액추에이터의 양쪽에 포함되는 공통의 액추에이터이다.

컨트롤 밸브 유닛(4)은, 제1 및 제2 압유 공급로(105, 205)에 접속되며, 메인 펌프(102)의 제1 및 제2 토출 포트(102a, 102b)로부터 복수의 제1 액추에이터(3a, 3b, 3c, 3d, 3f, 3g)에 공급되는 압유의 유량을 제어하는 클로즈드 센터형의 복수의 유량 제어 밸브(6b, 6c, 6d, 6f, 6g, 6i, 6j)와, 복수의 유량 제어 밸브(6b, 6c, 6d, 6f, 6g, 6i, 6j)의 전후 차압이 목표 차압과 동등해지도록 복수의 유량 제어 밸브(6b, 6c, 6d, 6f, 6g, 6i, 6j)의 전후 차압을 각각 제어하는 복수의 압력 보상 밸브(7b, 7c, 7d, 7f, 7g, 7i, 7j)와, 복수의 유량 제어 밸브(6b, 6c, 6d, 6f, 6g, 6i, 6j)의 스풀과 함께 스트로크하고, 각 유량 제어 밸브의 전환을 검출하기 위한 복수의 조작 검출 밸브(8b, 8c, 8d, 8f, 8g, 8i, 8j)와, 제3 압유 공급로(305)에 접속되며, 메인 펌프(202)의 제3 토출 포트(202a)로부터 복수의 제2 액추에이터(3a, 3e, 3h)에 공급되는 압유의 유량을 제어하는 오픈 센터형의 복수의 유량 제어 밸브(6a, 6e, 6h)와, 제1 압유 공급로(105)에 접속되며, 제1 압유 공급로(105)의 압력을 설정 압력 이상으로 되지 않도록 제어하는 메인 릴리프 밸브(114)와, 제2 압유 공급로(205)에 접속되며, 제2 압유 공급로(105)의 압력을 설정 압력 이상으로 되지 않도록 제어하는 메인 릴리프 밸브(214)와, 제3 압유 공급로(305)에 접속되며, 제3 압유 공급로(305)의 압력을 설정 압력 이상으로 되지 않도록 제어하는 메인 릴리프 밸브(314)와, 제1 압유 공급로(105)에 접속되며, 제1 압유 공급로(105)의 압력이 제1 토출 포트(102a)로부터 토출되는 압유에 의해 구동되는 액추에이터의 최고 부하압에 스프링의 설정 압력(소정 압력)을 가산한 압력(언로드 밸브 세트 압)보다도 높아지면 개방 상태로 되어 제1 압유 공급로(105)의 압유를 탱크로 되돌리는 언로드 밸브(115)와, 제2 압유 공급로(205)에 접속되며, 제2 압유 공급로(205)의 압력이 제2 토출 포트(102b)로부터 토출되는 압유에 의해 구동되는 액추에이터의 최고 부하압에 스프링의 설정 압력(소정 압력)을 가산한 압력(언로드 밸브 세트 압)보다도 높아지면 개방 상태로 되어서 제2 압유 공급로(205)의 압유를 탱크로 되돌리는 언로드 밸브(215)를 구비하고 있다.

컨트롤 밸브 유닛(4)은, 또한 제1 압유 공급로(105)에 접속되는 유량 제어 밸브(6d, 6f, 6i, 6j)의 부하 포트에 접속되며, 액추에이터(3a, 3b, 3d, 3f)의 최고 부하압 Plmax1을 검출하는 셔틀 밸브(9d, 9f, 9i, 9j)를 포함하는 제1 부하압 검출 회로(131)와, 제2 압유 공급로(205)에 접속되는 유량 제어 밸브(6b, 6c, 6g)의 부하 포트에 접속되며, 액추에이터(3b, 3c, 3g)의 최고 부하압 Plmax2를 검출하는 셔틀 밸브(9b, 9c, 9g)를 포함하는 제2 부하압 검출 회로(132)와, 제1 압유 공급로(105)의 압력[즉 제1 토출 포트(102a)의 압력] P1과 제1 부하압 검출 회로(131)에 의해 검출된 최고 부하압 Plmax1[제1 압유 공급로(105)에 접속되는 액추에이터(3a, 3b, 3d, 3f)의 최고 부하압]과의 차(LS 차압)를 절대압 Pls1로서 출력하는 차압 감압 밸브(111)와, 제2 압유 공급로(205)의 압력[즉 제2 토출 포트(102b)의 압력] P2와 제2 부하압 검출 회로(132)에 의해 검출된 최고 부하압 Plmax2[제2 압유 공급로(205)에 접속되는 액추에이터(3b, 3c, 3g)의 최고 부하압]와의 차(LS 차압)를 절대압 Pls2로서 출력하는 차압 감압 밸브(211)를 구비하고 있다. 이하에 있어서, 차압 감압 밸브(111, 211)가 출력하는 절대압 Pls1, Pls2를, 적절히 LS 차압 Pls1, Pls2라고 한다.

상술한 언로드 밸브(115)에는, 제1 토출 포트(102a)로부터 토출되는 압유에 의해 구동되는 액추에이터의 최고 부하압으로서 제1 부하압 검출 회로(131)에 의해 검출된 최고 부하압 Plmax1이 유도되고, 상술한 언로드 밸브(215)에는, 제2 토출 포트(102b)로부터 토출되는 압유에 의해 구동되는 액추에이터의 최고 부하압으로서 제2 부하압 검출 회로(132)에 의해 검출된 최고 부하압 Plmax2가 유도된다.

또한, 차압 감압 밸브(111)가 출력하는 LS 차압 Pls1은, 제1 압유 공급로(105)에 접속된 압력 보상 밸브(7d, 7f, 7i, 7j)와 메인 펌프(102)의 레귤레이터(112)에 유도되고, 차압 감압 밸브(211)가 출력하는 LS 차압 Pls2는, 제2 압유 공급로(205)에 접속된 압력 보상 밸브(7b, 7c, 7g)와 메인 펌프(102)의 레귤레이터(112)에 유도된다.

여기서, 액추에이터(3a)는, 유량 제어 밸브(6i) 및 압력 보상 밸브(7i)와 제1 압유 공급로(105)를 통하여 제1 토출 포트(102a)에 접속되고, 또한 유량 제어 밸브(6a)와 제3 압유 공급로(305)를 통하여 제3 토출 포트(202a)에 접속되어 있다. 액추에이터(3a)는, 예를 들어 유압 셔블의 붐을 구동하는 붐 실린더(제1 특정 액추에이터)이고, 유량 제어 밸브(6a)는 붐 실린더(3a)의 메인 구동용(제1 유량 제어 밸브)이며, 유량 제어 밸브(6i)는 붐 실린더(3a)의 어시스트 구동용(제2 유량 제어 밸브)이다. 액추에이터(3b)는, 유량 제어 밸브(6j) 및 압력 보상 밸브(7j)와 제1 압유 공급로(105)를 통하여 제1 토출 포트(102a)에 접속되고, 또한 유량 제어 밸브(6b) 및 압력 보상 밸브(7b)와 제2 압유 공급로(205)를 통하여 제2 토출 포트(102b)에 접속되어 있다. 액추에이터(3b)는, 예를 들어 유압 셔블의 아암을 구동하는 아암 실린더(제2 특정 액추에이터)이고, 유량 제어 밸브(6b)는 아암 실린더(3b)의 메인 구동용이며, 유량 제어 밸브(6j)는 아암 실린더(3b)의 어시스트 구동용이다.

액추에이터(3d, 3f)는 각각 유량 제어 밸브(6d, 6f) 및 압력 보상 밸브(7d, 7f)와 제1 압유 공급로(105)를 통하여 제1 토출 포트(102a)에 접속되고, 액추에이터(3c, 3g)는 각각 유량 제어 밸브(6c, 6g) 및 압력 보상 밸브(7c, 7g)와 제2 압유 공급로(205)를 통하여 제2 토출 포트(102b)에 접속되어 있다. 액추에이터(3d, 3f)는, 각각, 예를 들어 유압 셔블의 버킷을 구동하는 버킷 실린더, 하부 주행체의 좌측 크롤러 벨트를 구동하는 좌 주행 모터이다. 액추에이터(3c, 3g)는, 각각, 예를 들어 유압 셔블의 상부 선회체를 구동하는 선회 모터, 하부 주행체의 우측 크롤러 벨트를 구동하는 우 주행 모터이다. 액추에이터(3e, 3h)는 각각 유량 제어 밸브(6e, 6h)와 제3 압유 공급로(305)를 통하여 제3 토출 포트(202a)에 접속되어 있다. 액추에이터(3e, 3h)는, 각각, 예를 들어 유압 셔블의 스윙 포스트를 구동하는 스윙 실린더, 블레이드를 구동하는 블레이드 실린더이다.

붐 실린더(3a) 및 아암 실린더(3b)는, 다른 액추에이터보다도 최대의 요구 유량이 큰 액추에이터이다. 또한, 아암 실린더(3b)(제2 특정 액추에이터)는 붐 실린더(3a)(제1 액추에이터)와 복합 조작으로 사용되는 빈도가 높은 액추에이터이다.

도 2a는, 액추에이터(3c 내지 3h)[붐 실린더(3a) 및 아암 실린더(3b) 이외의 액추에이터]의 유량 제어 밸브(6c 내지 6h)(클로즈드 센터형)의 각각의 미터 인 통로의 개구 면적 특성을 도시하는 도면이다. 이들 유량 제어 밸브는, 스풀 스트로크가 불감대 0-S1을 초과하여 증가함에 따라서 미터 인 통로의 개구 면적이 증가하고, 최대의 스풀 스트로크 S3의 직전에 최대 개구 면적 A3으로 되도록 개구 면적 특성이 설정되어 있다. 최대 개구 면적 A3은, 액추에이터의 종류에 따라 각각 고유의 크기를 갖는다.

도 2b는, 아암 실린더(3b)(제2 특정 액추에이터)의 유량 제어 밸브(6b, 6j)(클로즈드 센터형)의 미터 인 통로의 개구 면적 특성을 도시하는 도면이며, 도 2b의 상측은, 유량 제어 밸브(6b, 6j)의 개구 면적 특성을 개별로 도시하고 있다.

아암 실린더(3b)의 메인 구동용 유량 제어 밸브(6b)는, 스풀 스트로크가 불감대 0-S1을 초과하여 증가함에 따라서 미터 인 통로의 개구 면적이 증가하고, 중간 스트로크 S2에서 최대 개구 면적 A1로 되고, 그 후, 최대의 스풀 스트로크 S3까지 최대 개구 면적 A1이 유지되도록 개구 면적 특성이 설정되어 있다.

아암 실린더(3b)의 어시스트 구동용 유량 제어 밸브(6j)는, 스풀 스트로크가 중간 스트로크 S2가 될 때까지는 미터 인 통로의 개구 면적은 제로이며, 스풀 스트로크가 중간 스트로크 S2를 초과하여 증가함에 따라서 개구 면적이 증가하고, 최대의 스풀 스트로크 S3의 직전에 최대 개구 면적 A2로 되도록 개구 면적 특성이 설정되어 있다.

도 2b의 하측은, 아암 실린더(3b)의 유량 제어 밸브(6b, 6j)의 미터 인 통로의 합성 개구 면적 특성을 도시하는 도면이다.

아암 실린더(3b)의 유량 제어 밸브(6b, 6j)의 미터 인 통로는, 각각이 상기와 같은 개구 면적 특성을 갖는 결과, 스풀 스트로크가 불감대 0-S1을 초과하여 증가함에 따라서 개구 면적이 증가하고, 최대의 스풀 스트로크 S3의 직전에 최대 개구 면적 A1+A2로 되는 합성 개구 면적 특성이 된다.

여기서, 도 2a에 도시하는 액추에이터(3c 내지 3h)의 유량 제어 밸브(6c, 6d, 6e, 6f, 6g, 6h)의 최대 개구 면적 A3과 아암 실린더(3b)의 유량 제어 밸브(6b, 6j)의 합성한 최대 개구 면적 A1+A2는, A1+A2>A3의 관계에 있다.

유량 제어 밸브(6c 내지 6h) 및 아암 실린더(3b)의 유량 제어 밸브(6b, 6j)는, 각각, 압력 보상 밸브(7c 내지 7h) 및 압력 보상 밸브(7b, 7j)에 의해 전후 차압이 제어되고 있다. 이 때문에 유량 제어 밸브(6c 내지 6h 및, 6b, 6j)의 통과 유량은 각각의 미터 인 통로의 개구 면적에 비례하여 증가하고, 유량 제어 밸브(6c 내지 6h 및, 6b, 6j)의 유량 특성은 도 2a 및 도 2b와 마찬가지의 특성이 된다.

도 5a는, 붐 실린더(3a)(제1 특정 액추에이터)의 메인 구동용 유량 제어 밸브(6a)(오픈 센터형-제1 유량 제어 밸브)의 미터 인 통로, 미터 아웃 통로 및 블리드 오프 통로(센터 바이패스 통로)의 개구 면적 특성을 도시하는 도면이다.

붐 실린더(3a)의 메인 구동용 유량 제어 밸브(6a)는, 스풀 스트로크가 불감대 0-S1을 초과하여 증가함에 따라서 개구 면적이 증가하고, 최대의 스풀 스트로크 S3에 달하기 전에 각각 최대 개구 면적 A4, A5가 되도록 미터 인 통로 및 미터 아웃 통로의 개구 면적 특성이 설정되어 있다. 단, 미터 인 통로의 개구 면적 특성은 최대 개구 면적 A4가 미터 아웃 통로의 개구 면적 특성의 최대 개구 면적 A5보다도 커지도록 설정되고, 또한 스풀 스트로크가 중간 스트로크 S2를 초과하여 증가할 때에는, 그때까지보다도 개구 면적의 증가 비율이 커지도록 설정되어 있다. 또한, 붐 실린더(3a)의 메인 구동용 유량 제어 밸브(6a)는, 스풀 스트로크가 0일 때 최대 개구 면적 A4이며, 스풀 스트로크가 제로로부터 증가함에 따라서 개구 면적이 감소하고, 중간 스트로크 S2에서 개구 면적이 제로가 되도록 블리드 오프 통로의 개구 면적 특성이 설정되어 있다. 단, 블리드 오프 통로의 개구 면적 특성은 스풀 스트로크가 불감대 0-S1을 초과하여 증가할 때에는, 그때까지보다도 개구 면적의 감소 비율이 작아지도록 설정되어 있다.

도 5b는, 붐 실린더(3a)의 어시스트 구동용 유량 제어 밸브(6i)(클로즈드 센터형-제2 유량 제어 밸브)의 미터 인 통로의 개구 면적 특성을 도시하는 도면이다.

붐 실린더(3a)의 어시스트 구동용 유량 제어 밸브(6i)는, 스풀 스트로크가 중간 스트로크 S2로 될 때까지는 미터 인 통로의 개구 면적은 제로이고, 중간 스트로크 S2에서 미터 인 통로가 개구되고, 그 후 스풀 스트로크가 증가함에 따라서 미터 인 통로의 개구 면적이 증가하여, 최대의 스풀 스트로크 S3의 직전에서 최대 개구 면적 A6으로 되도록 개구 면적 특성이 설정되어 있다.

여기서, 도 5a, 도 5b의 하측에 도시하는 바와 같이, 유량 제어 밸브(6a, 6i)의 스풀 스트로크는 붐용 조작 장치(123)(후술-도 7 참조)가 생성하는 조작 파일럿 압이 상승함에 따라서 증가한다. 중간 스트로크 S2는 붐용 조작 장치(123)의 조작 범위의 중간 영역에서 생성되는 조작 파일럿 압에 대응한다.

이렇게 붐용의 조작 장치(123)를 조작 범위의 중간 영역까지 조작했을 때에는 유량 제어 밸브(6a)(제1 유량 제어 밸브)만이 밸브 개방되어 메인 펌프(202)(제2 펌프 장치)로부터 붐 실린더(3a)(제1 특정 액추에이터)에 압유가 공급되고, 조작 장치(123)를 상기 중간 영역으로부터 더 조작했을 때에는 유량 제어 밸브(6a, 6i)(제1 및 제2 유량 제어 밸브)의 양쪽이 밸브 개방되어 메인 펌프(102, 202)(제1 및 제2 펌프 장치)로부터의 압유가 붐 실린더(3a)(제1 특정 액추에이터)에 합류하여 공급되도록 유량 제어 밸브(6a, 6i)(제1 및 제2 유량 제어 밸브)의 개구 면적 특성이 설정되어 있다.

여기서, 도 5a 및 도 5b에서는, 유량 제어 밸브(6a)의 블리드 오프 통로가 폐쇄되는 스풀 스트로크와 유량 제어 밸브(6i)의 미터 인 통로가 개방되는 스풀 스트로크를 동일한 중간 스트로크 S2로 했지만, 약간이라면 양자의 중간 스트로크는 상이해도 된다. 예를 들어 유량 제어 밸브(6a)의 블리드 오프 통로가 폐쇄되기 직전에 유량 제어 밸브(6i)의 미터 인 통로가 개방되도록 해도 되며, 이에 의해 스무스한 유량 증가가 가능하게 된다.

도 5c는 붐 실린더(3a)의 유량 제어 밸브(6a, 6i)의 미터 인의 유량 특성을 도시하는 도면이고, 도 5c의 상측은, 유량 제어 밸브(6a, 6i)의 미터 인의 유량 특성을 개별로 도시하고 있다.

메인 구동용 유량 제어 밸브(6a)(제1 유량 제어 밸브)는, 스풀 스트로크가 중간 스트로크 S2에 도달할 때까지는 미터 인 통로와 블리드 오프 통로의 양쪽이 개방되어 있고, 그 사이는, 스풀 스트로크가 불감대 0-S1을 초과하여 증가함에 따라서 공급 유량이 증가하며 또한 부하압이 증가함에 따라서 공급 유량은 감소한다. 스풀 스트로크가 중간 스트로크 S2에 도달하면 블리드 오프 통로의 개구 면적이 제로가 되고, 메인 펌프(202)의 토출유의 전량 Q1이 붐 실린더(3a)에 공급된다.

어시스트 구동용 유량 제어 밸브(6i)(제2 유량 제어 밸브)는 압력 보상 밸브(7b)에 의해 전후 차압이 제어되고 있다. 이 때문에 유량 제어 밸브(6i)의 통과 유량은 미터 인 통로의 개구 면적에 비례하여 증가하고, 유량 제어 밸브(6i)의 유량 특성은, 도 5b와 마찬가지의 특성으로 된다. 즉, 중간 스트로크 S2에서 붐 실린더(3a)에 압유가 공급되어야 비로소, 그 후 스풀 스트로크가 증가함에 따라서 공급 유량이 증가하고, 최대의 스풀 스트로크 S3의 직전에 최대 공급 유량 Q2로 된다.

도 5c의 하측은, 붐 실린더(3a)의 유량 제어 밸브(6a, 6i)의 미터 인의 합성 유량 특성을 도시하는 도면이다.

붐 실린더(3a)의 유량 제어 밸브(6a, 6i)의 유량 특성이, 각각 상기와 같이 설정되어 있는 결과, 스풀 스트로크가 중간 스트로크 S2에 도달할 때까지는, 스풀 스트로크가 불감대 0-S1을 초과하여 증가함에 따라서 공급 유량이 증가하며 또한 부하압이 증가함에 따라서 공급 유량은 감소한다. 스풀 스트로크가 중간 스트로크 S2에 도달한 후에는 스풀 스트로크가 증가함에 따라서 공급 유량이 증가하고, 최대의 스풀 스트로크 S3의 직전에 최대 공급 유량 Q1+Q2로 된다.

도 1로 되돌아가서, 컨트롤 밸브(4)는 상류측이 스로틀부(43)를 통하여 파일럿 압유 공급로(31b)(후술)에 접속되고 하류측이 조작 검출 밸브(8b, 8c, 8d, 8f, 8g, 8i, 8j)를 통하여 탱크에 접속된 주행 복합 조작 검출 유로(53)와, 이 주행 복합 조작 검출 유로(53)에 의해 생성되는 조작 검출압에 기초하여 전환되는 제1 전환 밸브(40), 제2 전환 밸브(146) 및 제3 전환 밸브(246)를 더 구비하고 있다.

주행 복합 조작 검출 유로(53)는, 좌 주행 모터인 액추에이터(3f)[이하 적절히 좌 주행 모터(3f)라고 함] 및/또는 우 주행 모터인 액추에이터(3g)[이하 적절히 우 주행 모터(3g)라고 함]와, 제1 압유 공급로(105)와 제2 압유 공급로(205)에 접속되는 좌우 주행 모터 이외의 액추에이터(3a, 3b, 3c, 3d) 중 적어도 하나를 동시에 구동하는 주행 복합 조작이 아닐 때에는, 적어도 조작 검출 밸브(8a, 8b, 8c, 8d, 8f, 8g, 8i, 8j) 중 어느 하나를 통하여 탱크에 연통함으로써 유로(53)의 압력이 탱크압으로 되고, 당해 주행 복합 조작 시에는, 조작 검출 밸브(8f, 8g)와, 조작 검출 밸브(8a, 8b, 8c, 8d, 8i, 8j) 중 어느 하나가 각각 대응하는 유량 제어 밸브와 함께 스트로크하여 탱크와의 연통이 차단됨으로써, 유로(53)에 조작 검출압(조작 검출 신호)을 생성한다.

제1 전환 밸브(40)는, 주행 복합 조작이 아닐 때에는, 도시하는 하측의 제1 위치(차단 위치)에 있고, 제1 압유 공급로(105)와 제2 압유 공급로(205)의 연통을 차단하며, 주행 복합 조작 시에, 주행 복합 조작 검출 유로(53)에서 생성된 조작 검출압에 의해 도시하는 상측의 제2 위치(연통 위치)로 전환되어, 제1 압유 공급로(105)와 제2 압유 공급로(205)를 연통시킨다.

제2 전환 밸브(146)는, 주행 복합 조작이 아닐 때에는, 도시하는 하측의 제1 위치에 있고, 탱크압을 제2 부하압 검출 회로(132)의 최하류의 셔틀 밸브(9g)에 유도하며, 주행 복합 조작 시에, 주행 복합 조작 검출 유로(53)에서 생성된 조작 검출압에 의해 도시하는 상측의 제2 위치로 전환되어, 제1 부하압 검출 회로(131)에 의해 검출된 최고 부하압 Plmax1[제1 압유 공급로(105)에 접속되는 액추에이터(3a, 3b, 3d, 3f)의 최고 부하압]을 제2 부하압 검출 회로(132)의 최하류의 셔틀 밸브(9g)에 유도한다.

제3 전환 밸브(246)는, 주행 복합 조작이 아닐 때에는, 도시하는 하측의 제1 위치에 있고, 탱크압을 제1 부하압 검출 회로(131)의 최하류의 셔틀 밸브(9f)에 유도하며, 주행 복합 조작 시에, 주행 복합 조작 검출 유로(53)에서 생성된 조작 검출압에 의해 도시하는 상측의 제2 위치로 전환되어, 제2 부하압 검출 회로(132)에 의해 검출된 최고 부하압 Plmax2[제2 압유 공급로(205)에 접속되는 액추에이터(3b, 3c, 3g)의 최고 부하압]를 제1 부하압 검출 회로(131)의 최하류의 셔틀 밸브(9f)에 유도한다.

제1 전환 밸브(40), 제2 전환 밸브(146) 및 제3 전환 밸브(246)를 주행 복합 조작 검출 유로(53)에 의해 생성되는 조작 검출압에 기초하여 상기와 같이 절환함으로써, 주행 복합 조작이 아닐 때(주행 단독 조작 시)에는, 좌 주행 모터(3f)는 스플릿 플로우 타입의 메인 펌프(102)의 제1 토출 포트(102a)로부터 토출되는 압유로 구동되고, 우 주행 모터(3g)는 스플릿 플로우 타입의 메인 펌프(102)의 제2 토출 포트(102b)로부터 토출되는 압유로 구동된다. 주행 복합 조작 시에는, 제1 전환 밸브(40)가 제2 위치로 전환되어 제1 압유 공급로(105)와 제2 압유 공급로(205)가 연통되고, 제1 및 제2 토출 포트(102a, 102b)는 하나의 펌프로서 기능하고, 메인 펌프(102)의 제1 토출 포트(102a)의 토출유와 제2 토출 포트(102b)의 토출유는 합류하고, 그 합류된 압유로 좌 주행 모터(3f)와 우 주행 모터(3g)가 구동된다.

또한, 도 1에 있어서, 본 실시 형태에 있어서의 유압 구동 장치는, 원동기(1)에 의해 구동되는 고정 용량형 파일럿 펌프(30)와, 파일럿 펌프(30)의 압유 공급로(31a)에 접속되며, 파일럿 펌프(30)의 토출 유량을 절대압 Pgr로서 검출하는 원동기 회전수 검출 밸브(13)와, 원동기 회전수 검출 밸브(13)의 하류측의 파일럿 압유 공급로(31b)에 접속되며, 파일럿 압유 공급로(31b)에 일정한 파일럿 1차압 Ppilot을 생성하는 파일럿 릴리프 밸브(32)와, 파일럿 압유 공급로(31b)에 접속되며, 게이트 로크 레버(24)에 의해 하류측의 파일럿 압유 공급로(31c)를 파일럿 압유 공급로(31b)에 접속할지 탱크에 접속할지를 전환하는 게이트 로크 밸브(100)와, 게이트 로크 밸브(100)의 하류측의 파일럿 압유 공급로(31c)에 접속되며, 후술하는 복수의 유량 제어 밸브(6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f, 6g, 6h)를 제어하기 위한 조작 파일럿 압을 생성하는 복수의 리모콘 밸브(감압 밸브)를 갖는 복수의 조작 장치(122, 123, 124a, 124b)(도 7)를 구비하고 있다.

원동기 회전수 검출 밸브(13)는, 파일럿 펌프(30)의 압유 공급로(31a)와 파일럿 압유 공급로(31b)와의 사이에 접속된 유량 검출 밸브(50)와, 그 유량 검출 밸브(50)의 전후 차압을 절대압 Pgr으로서 출력하는 차압 감압 밸브(51)를 갖고 있다.

유량 검출 밸브(50)는 통과 유량[파일럿 펌프(30)의 토출 유량]이 증대됨에 따라서 개구 면적을 크게 하는 가변 스로틀부(50a)를 갖고 있다. 파일럿 펌프(30)의 토출유는 유량 검출 밸브(50)의 가변 스로틀부(50a)를 통과하여 파일럿 유로(31b)측으로 흐른다. 이때, 유량 검출 밸브(50)의 가변 스로틀부(50a)에는 통과 유량이 증가함에 따라서 커지는 전후 차압이 발생하고, 차압 감압 밸브(51)는 그 전후 차압을 절대압 Pgr로서 출력한다. 파일럿 펌프(30)의 토출 유량은 원동기(1)의 회전수에 따라 변화하기 때문에, 가변 스로틀부(50a)의 전후 차압을 검출함으로써, 파일럿 펌프(30)의 토출 유량을 검출할 수 있고, 원동기(1)의 회전수를 검출할 수 있다. 원동기 회전수 검출 밸브(13)[차압 감압 밸브(51)]가 출력하는 절대압 Pgr은 목표 LS 차압으로서 레귤레이터(112)로 유도된다. 이하에 있어서, 차압 감압 밸브(51)가 출력하는 절대압 Pgr을, 적절히 출력압 Pgr 또는 목표 LS 차압 Pgr이라고 한다.

레귤레이터(112)(제1 펌프 제어 장치)는, 차압 감압 밸브(111)가 출력하는 LS 차압 Pls1과 차압 감압 밸브(211)가 출력하는 LS 차압 Pls2의 저압측을 선택하는 저압 선택 밸브(112a)와, 저압 선택된 LS 차압 Pls12와 목표 LS 차압인 원동기 회전수 검출 밸브(13)의 출력압 Pgr이 유도되어, LS 차압 Pls12가 목표 LS 차압 Pgr보다도 작아짐에 따라서 낮아지도록 로드 센싱 구동 압력(이하 LS 구동 압력이라고 함)을 변화시키는 LS 제어 밸브(112b)와, LS 구동 압력이 유도되어, LS 구동 압력이 낮아짐에 따라서 메인 펌프(102)의 틸팅각(용량)을 증가시켜 토출 유량이 증가하도록 메인 펌프(102)의 틸팅각을 제어하는 LS 제어 피스톤(112c)과, 메인 펌프(102)의 제1 및 제2 토출 포트(102a, 102b)의 각각의 압력이 유도되어, 그것들의 압력의 상승 시에 메인 펌프(102)의 경사판 틸팅각을 감소시켜, 흡수 토크가 감소하도록 메인 펌프(102)의 틸팅각을 제어하는 토크 제어(마력 제어) 피스톤(112e, 112d)(제1 토크 제어 액추에이터)과, 최대 토크 T12max(도 3a 참조)를 설정하는 제1 가압 수단인 스프링(112u)을 구비하고 있다.

또한, 레귤레이터(112)(제1 펌프 제어 장치)는, 메인 펌프(202)의 제3 토출 포트(202a)의 토출압[제3 압유 공급로(305)의 압력]이 유도되며, 그 압력이 스프링(112t)의 세트 압(용량 제한 제어의 개시 압력) 이하인 경우에는, 메인 펌프(202)의 제3 토출 포트(202a)의 토출압을 그대로 출력하고, 메인 펌프(202)의 제3 토출 포트(202a)의 토출압이 스프링(112t)의 세트 압(용량 제한 제어의 개시 압력)보다도 상승하면, 메인 펌프(202)의 제3 토출 포트(202a)의 토출압을 스프링(112t)의 세트 압(용량 제한 제어의 개시 압력)으로 감압하여 출력하는 감압 밸브(112g)와, 감압 밸브(112g)의 출력압이 유도되고, 감압 밸브(112g)의 출력압이 높아짐에 따라서 메인 펌프(102)의 최대 토크(제1 소정 값)가 감소하도록 메인 펌프(2)의 용량을 감소시키는 저감 토크 제어 피스톤(112f)을 구비하고 있다.

저압 선택 밸브(112a), LS 제어 밸브(112b) 및 LS 제어 피스톤(112c)은, 메인 펌프(102)의 토출압[제1 및 제2 토출 포트(102a, 102b)의 고압측의 토출압]이, 메인 펌프(102)로부터 토출되는 압유에 의해 구동되는 액추에이터의 최고 부하압(최고 부하압 Plmax1과 최고 부하압 Plmax2의 고압측의 압력)보다 목표 차압(목표 LS 차압 Pgr)만큼 높아지도록 메인 펌프(102)의 용량을 제어하는 제1 로드 센싱 제어부를 구성한다.

토크 제어 피스톤(112d, 112e) 및 스프링(112u)과 감압 밸브(112g) 및 저감 토크 제어 피스톤(112f)은, 메인 펌프(102)의 제1 및 제2 토출 포트(102a, 102b)의 각각의 토출압[메인 펌프(102)의 토출압]과 메인 펌프(102)의 용량 중 적어도 한쪽이 증가하고, 메인 펌프(102)의 흡수 토크가 증가할 때, 메인 펌프(102)의 흡수 토크가 최대 토크(제1 소정 값)를 초과하지 않도록 메인 펌프(102)의 용량을 제한 제어하는 제1 토크 제어부를 구성한다. 여기서, 메인 펌프(102)의 최대 토크(제1 소정 값)는 가변이고, T12max 내지 T12max-T3max의 범위에서 변화한다(후술).

제1 로드 센싱 제어부[저압 선택 밸브(112a), LS 제어 밸브(112b) 및 LS 제어 피스톤(112c)]는, 메인 펌프(102)가 제1 토크 제어부에 의한 토크 제어의 제한을 받고 있지 않을 때 기능하고, 로드 센싱 제어에 의해 메인 펌프(102)의 용량을 제어한다.

레귤레이터(212)(제2 펌프 제어 장치)는, 메인 펌프(202)의 토출압 P3이 유도되고, 그 압력의 상승 시에 메인 펌프(202)의 경사판의 틸팅각을 감소시켜, 흡수 토크가 감소하도록 메인 펌프(202)의 틸팅각을 제어하는 토크 제어(마력 제어) 피스톤(212d)(제2 토크 제어 액추에이터)과, 최대 토크 T3max(도 3b 참조)를 설정하는 제2 가압 수단인 스프링(212e)을 구비하고 있다.

토크 제어 피스톤(212d)과 스프링(212e)은, 메인 펌프(202)의 토출압 P3이 증가하고, 메인 펌프(202)의 흡수 토크가 증가할 때, 메인 펌프(202)의 흡수 토크가 최대 토크 T3max(제2 소정 값) 이하일 때에는, 메인 펌프(202)의 용량을 최대 q3max로 유지하고, 메인 펌프(202)의 흡수 토크가 T3max(제2 소정 값)까지 상승하면, 메인 펌프(202)의 흡수 토크가 T3max(제2 소정 값)를 초과하지 않도록 메인 펌프(202)의 용량을 제한 제어하는 제2 토크 제어부를 구성한다.

감압 밸브(112g)의 스프링(112t)의 세트 압은, 메인 펌프(202)의 흡수 토크가 최대 토크 T3max(제2 소정 값)에 도달하면, 메인 펌프(202)의 제3 토출 포트(202a)의 토출압을 T3max(제2 소정 값)에 대응하는 압력으로 감압하여 출력하도록, 스프링(212)의 세트 압인 용량 제한 제어의 개시 압력(이하 토크 제어 개시 압력이라고 함) P3c(도 4a 및 도 4b)와 동등하게 설정되어 있다. 이하, 적절히, 감압 밸브(112g)의 스프링(112t)의 세트 압을 감압 밸브(112g)의 세트 압이라고 한다.

도 3은 제1 토크 제어부[토크 제어 피스톤(112d, 112e), 스프링(112u), 감압 밸브(112g) 및 저감 토크 제어 피스톤(112f)]에 의해 얻어지는 토크 제어 특성(PQ특성)과 저감 토크 제어 피스톤(112f)에 의한 저감 토크 제어의 효과를 도시하는 도면이다. 도 3 중, 횡축의 P12는, 제1 및 제2 압유 공급로(105, 205)의 압력 P1, P2의 합계 P1+P2[메인 펌프(102)의 토출압]이고, 종축의 q12는 메인 펌프(102)의 경사판의 틸팅각(용량)이며, q12max는 메인 펌프(102)의 구조에서 결정되는 최대 틸팅각이다. 메인 펌프(102)의 흡수 토크는, 메인 펌프(102)의 토출압 P12(P1+P2)와 틸팅각 q12와의 곱으로 표현된다. 또한, 횡축의 P12max는 메인 릴리프 밸브(114, 214)의 설정 압력에 의해 얻어지는 메인 펌프(102)의 최대 토출 압력이다.

도 3에 있어서, 참조 부호 502는, 스프링(112u)에 의해 설정된 메인 펌프(102)의 최대 흡수 토크 T12max를 나타내는 토크 일정 곡선이다. 메인 펌프(202)에 관한 액추에이터가 동작하고 있지 않고, 저감 토크 제어 피스톤(112f)에 유도되는 메인 펌프(202)의 토출압이 탱크압일 때, 메인 펌프(102)의 토출압 또는 틸팅각이 증가하여 메인 펌프(102)의 흡수 토크가 증가해 최대 토크 T12max에 도달하면, 메인 펌프(102)의 흡수 토크가 그 이상 증가하지 않도록 메인 펌프(102)의 틸팅각은 레귤레이터(112)의 토크 제어 피스톤(112d, 112e)에 의해 제한 제어된다. 예를 들어, 메인 펌프(102)가 최대 틸팅각 q12max에 있는 상태에서, 메인 펌프(102)의 토출압이 토크 제어 개시 압력을 초과하여 상승하면, 메인 펌프(102)의 틸팅각 q12는 토크 일정 곡선(502)에 따라 감소한다. 또한, 메인 펌프(102)의 틸팅각이 토크 일정 곡선(502) 상의 어느 하나에 있는 상태에서 메인 펌프(102)의 틸팅각 q12가 증가하도록 제어되는 경우에는, 메인 펌프(102)의 틸팅각 q12는 토크 일정 곡선(502) 상의 틸팅각으로 유지되도록 제한 제어된다. 도 3 중, TE는 원동기(1)의 정격 출력 토크 Terate를 나타내는 토크 일정 곡선이며, 최대 토크 T12max는 Terate보다도 작은 값으로 설정되어 있다. 이렇게 최대 토크 T12max를 설정하고, 메인 펌프(102)의 흡수 토크가 최대 토크 T12max를 초과하지 않도록 제한함으로써, 원동기(1)의 정격 출력 토크 Terate를 최대한 유효하게 이용하면서, 메인 펌프(102)가 액추에이터를 구동할 때의 원동기(1)의 정지(엔진 스톨)를 방지할 수 있다.

도 4a는, 제2 토크 제어부[토크 제어 피스톤(212d)과 스프링(212e)]에 의해 얻어지는 토크 제어 특성을 PQ 특성으로 도시하는 도면이며, 도 4b는 동 토크 제어 특성을, 종축을 펌프 토크로 치환하여 도시하는 도면이다. 도 4a 및 도 4b 중, 횡축의 P3은 메인 펌프(202)의 토출압이고, 종축의 q3, T3은 각각 메인 펌프(202)의 경사판의 틸팅각(용량) 및 흡수 토크이며, q3max는 메인 펌프(202)의 구조에서 결정되는 최대 틸팅각이다. 메인 펌프(202)의 흡수 토크는, 메인 펌프(202)의 토출압 P3과 틸팅각 q3과의 곱으로 표현된다. 또한, 횡축의 P3max는 메인 릴리프 밸브(314)의 설정 압력에 의해 얻어지는 메인 펌프(202)의 최대 토출 압력이다.

도 4a에 있어서, 참조 부호 602는, 스프링(212e)에 의해 설정된 메인 펌프(202)의 최대 흡수 토크 T3max를 나타내는 토크 일정 곡선이다. 메인 펌프(202)의 제3 토출 포트(202a)의 토출압이 스프링(112u)의 세트 압인 토크 제어 개시 압력 P3c(도 4a 및 도 4b) 이하일 때에는, 메인 펌프(202)의 용량은 최대 q3max로 일정하고, 도 4b에 도시하는 바와 같이, 메인 펌프(202)의 흡수 토크는 토출압이 상승함에 따라서 직선 비례적으로 증가한다. 메인 펌프(202)의 제3 토출 포트(202a)의 토출압이 토크 제어 개시 압력 P3c까지 상승하면, 메인 펌프(202)의 흡수 토크가 최대 토크 T3max에 도달하고, 도 3의 레귤레이터(112)의 경우와 마찬가지로, 메인 펌프(202)의 흡수 토크가 그 이상 증가하지 않도록 메인 펌프(202)의 틸팅각은 레귤레이터(212)의 토크 제어 피스톤(212d)에 의해 제한 제어된다.

또한, 메인 펌프(202)의 흡수 토크(틸팅각)가 상기와 같이 제어될 때 메인 펌프(202)의 토출압[제3 토출 포트(202a)의 압력]은 감압 밸브(112g)를 통하여 저감 토크 제어 피스톤(112f)에 유도되고, 스프링(212e)의 세트 압인 최대 토크 T12max(제1 소정 값)를 감소시키는 저감 토크 제어를 행한다.

즉, 메인 펌프(202)의 제3 토출 포트(202a)의 토출압이 토크 제어 개시 압력P3c(도 4a 및 도 4b) 이하일 때, 감압 밸브(112g)의 출력압은, 메인 펌프(202)의 토출압이 상승함에 따라서 도 4b의 메인 펌프(202)의 흡수 토크와 동일하게 증가하고, 메인 펌프(202)의 제3 토출 포트(202a)의 토출압이 토크 제어 개시 압력 P3c에 도달하면, 메인 펌프(202)의 토출압이 상승함에 따라서 도 4b의 메인 펌프(202)의 흡수 토크와 마찬가지로 일정해진다. 또한, 그 일정한 압력은 메인 펌프(202)의 최대 토크 T3max(제2 소정 값)에 대응하고 있다. 이렇게 감압 밸브(112g)는 메인 펌프(202)의 흡수 토크를 모의한 압력을 출력하고, 이 압력이 저감 토크 제어 피스톤(112f)에 유도되어 메인 펌프(102)의 최대 토크(제1 소정 값)가 감소하도록 제어된다.

도 3에 있어서, 화살표는, 감압 밸브(112g) 및 저감 토크 제어 피스톤(112f)의 저감 토크 제어의 효과를 나타내고 있다. 메인 펌프(202)의 토출압이 상승할 때, 메인 펌프(202)의 흡수 토크가 T3max(제2 소정 값) 이하일 때에는, 감압 밸브(112g)는 메인 펌프(202)의 제3 토출 포트(202a)의 토출압을 그대로 출력하고, 저감 토크 제어 피스톤(112f)은, 도 3의 토크 일정 곡선(504)으로 나타내는 바와 같이, 메인 펌프(102)의 최대 토크를 토크 일정 곡선(502)의 T12max로부터 메인 펌프(202)의 흡수 토크 분(T3)만큼 감소시킨다. 또한, 메인 펌프(202)의 토출압이 상승하고, 메인 펌프(202)의 흡수 토크가 T3max(제2 소정 값)에 도달하면, 감압 밸브(112g)는 메인 펌프(202)의 제3 토출 포트(202a)의 토출압을 T3max(제2 소정 값)에 대응하는 압력(토크 제어 개시 압력 P3c)으로 감압하여 출력하고, 저감 토크 제어 피스톤(112f)은, 도 3의 토크 일정 곡선(503)으로 나타내는 바와 같이, 메인 펌프(102)의 최대 토크(제1 소정 값)를 도 3의 토크 일정 곡선(502)의 T12max로부터 메인 펌프(202)의 흡수 토크(최대 토크) T3max분만큼 감소시킨다.

이에 의해 메인 펌프(102)에 관한 액추에이터와 메인 펌프(202)에 관한 액추에이터를 동시에 구동하는 복합 조작 시, 또는 메인 펌프(102)와 메인 펌프(202)의 양쪽에 관한 액추에이터[붐 실린더(3a)]를 구동하는 조작 시에 있어서도, 메인 펌프(102)의 흡수 토크와 메인 펌프(202)의 흡수 토크의 합계가 최대 토크 T12max를 초과하지 않도록 제어되어(전체 토크 제어 또는 전체 마력 제어-이하 전체 토크 제어라고 함), 원동기(1)의 정지(엔진 스톨)를 방지할 수 있다. 또한, 감압 밸브(112g)는 메인 펌프(202)의 흡수 토크를 모의한 압력을 출력하고, 이 압력을 저감 토크 제어 피스톤(112f)에 유도하여 메인 펌프(102)의 최대 토크를 감소시키기 때문에, 메인 펌프(202)가 제2 토크 제어부의 제한을 받아 최대 토크 T3max로 동작할 때뿐만 아니라, 메인 펌프(202)가 제2 토크 제어부의 제한을 받지 않을 때에도, 전체 토크 제어를 고정밀도로 행하고, 원동기의 정격 출력 토크 Terate를 유용하게 이용할 수 있다.

~유압 셔블~

도 7은 상술한 유압 구동 장치가 탑재되는 유압 셔블의 외관을 도시하는 도면이다.

도 7에 있어서, 작업 기계로서 잘 알려져져 있는 유압 셔블은, 하부 주행체(101)와, 상부 선회체(109)와, 스윙식 프론트 작업기(104)를 구비하고, 프론트 작업기(104)는, 붐(104a), 아암(104b), 버킷(104c)으로 구성되어 있다. 상부 선회체(109)는 하부 주행체(101)에 대하여 선회 모터(3c)에 의해 선회 가능하다. 상부 선회체(109)의 전방부에는 스윙 포스트(103)가 설치되고, 이 스윙 포스트(103)에 프론트 작업기(104)가 상하 이동 가능하게 설치되어 있다. 스윙 포스트(103)는 스윙 실린더(3e)의 신축에 의해 상부 선회체(109)에 대하여 수평 방향으로 회동 가능하고, 프론트 작업기(104)의 붐(104a), 아암(104b), 버킷(104c)은, 붐 실린더(3a), 아암 실린더(3b), 버킷 실린더(3d)의 신축에 의해 상하 방향으로 회동 가능하다. 하부 주행체(102)의 중앙 프레임에는, 블레이드 실린더(3h)(도 1 참조)의 신축에 의해 상하 동작을 행하는 블레이드(106)가 설치되어 있다. 하부 주행체(101)는, 주행 모터(3f, 3g)의 회전에 의해 좌우의 크롤러 벨트(101a, 101b)(도 7에서는 좌측만 도시)를 구동함으로써 주행을 행한다.

상부 선회체(109)에는 캐노피 타입의 운전실(108)이 설치되고, 운전실(108) 내에는, 운전석(121), 프론트/선회용의 좌우의 조작 장치(122, 123)(도 7에서는 좌측만 도시), 주행용 조작 장치(124a, 124b)(도 7에서는 좌측만 도시), 도시하지 않은 스윙용 조작 장치 및 블레이드용 조작 장치, 게이트 로크 레버(24) 등이 설치되어 있다. 조작 장치(122, 123)의 조작 레버는 중립 위치로부터 십자 방향을 기준으로 한 임의의 방향으로 조작 가능하고, 좌측의 조작 장치(122)의 조작 레버를 전후 방향으로 조작할 때, 조작 장치(122)는 선회용 조작 장치로서 기능하고, 동 조작 장치(122)의 조작 레버를 좌우 방향으로 조작할 때, 조작 장치(122)는 아암용 조작 장치로서 기능하고, 우측의 조작 장치(123)의 조작 레버를 전후 방향으로 조작할 때, 조작 장치(123)는 붐용 조작 장치로서 기능하고, 동 조작 장치(123)의 조작 레버를 좌우 방향으로 조작할 때, 조작 장치(123)는 버킷용 조작 장치로서 기능한다.

~동작~

이어서, 본 실시 형태의 동작을 설명한다.

먼저, 원동기(1)에 의해 구동되는 고정 용량형의 파일럿 펌프(30)로부터 토출된 압유는, 압유 공급로(31a)에 공급된다. 압유 공급로(31a)에는 원동기 회전수 검출 밸브(13)가 접속되어 있고, 원동기 회전수 검출 밸브(13)는 유량 검출 밸브(50)와 차압 감압 밸브(51)에 의해 파일럿 펌프(30)의 토출 유량에 따른 유량 검출 밸브(50)의 전후 차압을 절대압 Pgr(목표 LS 차압)로서 출력한다. 원동기 회전수 검출 밸브(13)의 하류에는 파일럿 릴리프 밸브(32)가 접속되어 있고, 파일럿 압유 공급로(31b)에 일정한 압력(파일럿 1차 압 Ppilot)을 생성하고 있다.

(a) 모든 조작 레버가 중립인 경우

모든 조작 장치의 조작 레버가 중립이므로, 모든 유량 제어 밸브(6a 내지 6j)가 중립 위치로 된다. 모든 유량 제어 밸브(6a 내지 6j)가 중립 위치이므로, 제1 및 제2 압유 공급로(105, 205)에 접속된 유량 제어 밸브(8b 내지 8d, 8f, 8g, 8i, 8j)에 관한 제1 부하압 검출 회로(13) 및 제2 부하압 검출 회로(132)는, 각각, 최고 부하압 Plmax1, Plmax2로서 탱크압을 검출한다. 이 최고 부하압 Plmax1, Plmax2는, 각각, 언로드 밸브(115, 215)와 차압 감압 밸브(111, 211)에 유도된다.

최고 부하압 Plmax1, Plmax2가 언로드 밸브(115, 215)에 유도됨으로써, 제1 및 제2 토출 포트(102a, 102b)의 압력 P1, P2는, 최고 부하압 Plmax1, Plmax2에 언로드 밸브(115, 215)의 각각의 스프링의 설정 압력을 가산한 압력(언로드 밸브 세트 압)인 최소압으로 유지된다. 여기서, 언로드 밸브(115, 215)의 스프링의 설정 압력을 Punsp라 하면, 통상 Punsp는 목표 LS 차압인 원동기 회전수 검출 밸브(13)의 출력압 Pgr보다도 약간 높게 설정된다(Punsp>Pgr).

차압 감압 밸브(111, 211)는, 각각, 제1 및 제2 압유 공급로(105, 205)의 압력 P1, P2와 최고 부하압 Plmax1, Plmax2(탱크압)와의 차압(LS 차압)을 절대압 Pls1, Pls2로서 출력한다. 최고 부하압 Plmax1, Plmax2는 상술한 바와 같이 각각 탱크압이며, 이 탱크압을 Ptank라 하면,

Pls1=P1-Plmax1=(Ptank+Punsp)-Ptank=Punsp>Pgr

Pls2=P2-Plmax2=(Ptank+Punsp)-Ptank=Punsp>Pgr

이 된다. LS 차압 Pls1, Pls2는 레귤레이터(112)의 저압 선택 밸브(112a)에 유도된다.

레귤레이터(112)에 있어서, 저압 선택 밸브(112a)에 유도된 LS 차압 Pls1, Pls2는 그것들의 저압측이 선택되고, LS 차압 Pls12로서 LS 제어 밸브(112b)에 유도된다. 이때, Pls1, Pls2 중 어느 것이 선택되어도, Pls12>Pgr이므로, LS 제어 밸브(122b)는 도 1에서 좌측 방향으로 눌려서 우측의 위치로 전환되고, LS 구동 압력은 파일럿 릴리프 밸브(32)에 의해 생성되는 일정한 파일럿 1차 압 Ppilot까지 상승하고, 이 파일럿 1차 압 Ppilot이 LS 제어 피스톤(112c)에 유도된다. LS 제어 피스톤(112c)에 파일럿 1차 압 Ppilot이 유도되므로, 메인 펌프(102)의 용량(유량)은 최소로 유지된다.

한편, 메인 펌프(202)로부터 토출된 압유는 제3 압유 공급로(305)에 유도되고, 오픈 센터형 유량 제어 밸브(6a, 6e, 6h)의 중립 위치에서 개구되어 있는 블리드 오프 통로를 경유하여 탱크에 배출된다. 이 때문에 제3 압유 공급로(305)의 압력은, 메인 펌프(202)로부터 토출된 압유가 유량 제어 밸브(6a, 6e, 6h)의 블리드 오프 통로를 통과할 때 발생하는 매우 작은 저항분만큼 탱크압보다도 상승했을 뿐인 매우 낮은 압력으로 되어 있다.

제3 압유 공급로(305)의 압력[메인 펌프(202)의 토출압]은, 메인 펌프(202)의 레귤레이터(212)에 설치된 토크 제어(마력 제어) 피스톤(212d)에 유도된다. 그러나 그 압력이 낮기 때문에, 메인 펌프(202)의 용량(유량)은 최대로 유지된다.

도 4a 및 도 5b에 있어서, 이때의 메인 펌프(202)의 상태를 점 A로 나타낸다. 메인 펌프(202)의 토출압 P3은 P3a이고, 용량은 최대 q3max로 되어, 토출 유량도 최대로 된다.

또한, 메인 펌프(202)의 토출압은 감압 밸브(112g)를 통하여 저감 토크 제어 피스톤(112f)에 유도된다. 저감 토크 제어 피스톤(112f)에 있어서는, 메인 펌프(202)의 토출압과 저감 토크 제어 피스톤(112f)의 수압 면적과의 곱으로 결정되는 힘이 메인 펌프(102)의 용량(틸팅각)을 작게 하는 방향으로 작용한다. 그러나, 상술한 바와 같이 메인 펌프(102)의 용량(틸팅각)은 이미 LS 제어 피스톤(112c)에 의해 최소로 유지되고 있고, 이 상태가 유지된다.

(b) 붐 조작 레버를 입력한 경우(미세 조작)

붐 상승 방향의 조작 레버 입력이 작고, 오픈 센터형 유량 제어 밸브(6a)만으로 붐 실린더(3a)를 구동하는 경우를 생각한다.

붐용 조작 장치의 조작 레버(붐 조작 레버)를 붐 실린더(3a)가 신장되는 방향, 즉 붐 상승 방향으로 입력하면, 붐용 조작 장치의 리모콘 밸브로부터 붐 상승의 파일럿 압이 출력되고, 그 압력에 따라서 붐 실린더(3a) 구동용 유량 제어 밸브(6a, 6i)가 각각 도 1 중에서 상측 방향으로 전환된다.

붐 조작 레버가 미세 조작인 경우에는, 도 5a 및 도 5b에 있어서, 유량 제어 밸브(6a, 6i)의 스풀 스트로크가 S1 이상 S2 이하로 된다. 이때, 유량 제어 밸브(6i)의 미터 인 통로는 폐쇄한 채이며, 메인 펌프(202)로부터 유량 제어 밸브(6a)를 통해서만 붐 실린더(3a)의 보텀측에 압유가 공급된다.

또한, 유량 제어 밸브(6a)는 스풀 스트로크가 S1 이상 S2 이하이므로, 블리드 오프 통로는 완전 폐쇄로 되어 있지 않고, 도 5c의 S1 내지 S2의 구간에 나타내는 바와 같이, 붐 실린더(3a)의 부하압과, 블리드 오프 통로의 개구 면적의 크기와 메인 펌프(202)로부터 공급되는 유량에 의해 결정되는 제3 압유 공급로(305)의 압력과, 미터 인 통로의 개구 면적의 크기에 의해 결정되는 유량이 붐 실린더(3a)에 공급되고, 나머지 유량은 블리드 오프 통로로부터 탱크에 배출된다.

이때, 제3 압유 공급로(305)의 압력[메인 펌프(202)의 토출압]은, 메인 펌프(202)의 레귤레이터(212)에 설치된 토크 제어(마력 제어) 피스톤(212d)에 유도되며, 제3 압유 공급로(305)의 압력이 스프링(212e)에 의해 설정된 토크 일정 곡선(602)의 토크 제어 개시 압력 P3c에 도달하지 않는 경우에는, 메인 펌프(202)의 용량은 최대 qmax로 유지된다. 제3 압유 공급로(305)의 압력이 토크 제어 개시 압력 P3c 이상으로 된 경우에는, 피스톤(212d)의 힘과 스프링(212e)의 힘이 밸런스를 이루는 틸팅 위치까지 메인 펌프(202)의 용량은 작아진다.

예를 들어 메인 펌프(202)가 도 4a 및 도 5b의 점 B 상에서 동작하고 있을 때에는, 메인 펌프(202)의 용량은 최대 q3max로 유지된다. 붐 실린더(3a)의 부하압이 높아지고, 제3 압유 공급로(305)의 압력이 도 4a의 토크 제어 개시 압력 P3c(점 C) 이상인 점 D 상에서 동작할 때에는, 용량은 토크 일정 곡선(602) 상의 q3d로 되고, 토출 유량은 q3d에 원동기(1)의 회전수를 곱한 값으로 감소한다. 메인 펌프(202)가 토크 일정 곡선(602) 상에서 동작할 때의 흡수 토크는 일정하다. 이렇게 제3 압유 공급로(305)의 압력[메인 펌프(202)의 토출압]이 P3c를 초과하여 상승된 경우에는, 메인 펌프(202)의 흡수 토크가 일정해지도록, 메인 펌프(202)는 토크 제어(마력 제어)를 행한다.

또한, 제3 압유 공급로(305)의 압력[메인 펌프(202)의 토출압]은, 메인 펌프(102)의 레귤레이터(112)에 설치된 감압 밸브(112g)에 유도되고, 제3 압유 공급로(305)의 압력이 감압 밸브(112g)의 세트 압(토크 제어 개시 압력) P3c 이하인 경우에는 제3 압유 공급로(305)의 압력이 그대로 저감 토크 제어 피스톤(112f)에 유도되며, 제3 압유 공급로(305)의 압력이 P3c보다 높은 경우에는 P3c에 제한된 압력이 저감 토크 제어 피스톤(112f)에 유도된다. 저감 토크 제어 피스톤(112f)에 있어서는, 메인 펌프(202)의 토출압과 저감 토크 제어 피스톤(112f)의 수압 면적과의 곱으로 결정되는 힘이 메인 펌프(102)의 용량(틸팅각)을 작게 하는 방향으로 작용한다. 그러나, 지금은 붐 조작 레버가 미세 조작이고, 상술한 바와 같이 메인 펌프(102)의 용량은 이미 최소로 유지되고 있기 때문에, 그 상태가 유지된다.

(c) 붐 조작 레버를 입력한 경우(최대 조작)

붐 상승 방향의 조작 레버 입력이 크고, 오픈 센터형 유량 제어 밸브(6a)와 클로즈드 센터형 유량 제어 밸브(6i)의 양쪽에서 붐 실린더(3a)를 구동하는 경우를 생각한다.

붐 조작 레버를 붐 실린더(3a)가 신장되는 방향, 즉 붐 상승 방향으로 최대로 조작한 경우, 붐 실린더(3a) 구동용 유량 제어 밸브(6a, 6i)가 도 1 중에서 상측 방향으로 전환되고, 도 5a 및 도 5b에 도시하는 바와 같이, 유량 제어 밸브(6a, 6i)의 스풀 스트로크는 S3으로 되고, 유량 제어 밸브(6a)의 블리드 오프 통로는 완전 폐쇄 상태로 되고, 미터 인 통로의 개구 면적은 최대인 A4(완전 개방)로 유지되고, 유량 제어 밸브(6i)의 미터 인 통로의 개구 면적도 최대인 A6(완전 개방)으로 된다.

이 때문에 유량 제어 밸브(6a)에 있어서는, (b)의 미세 조작의 경우와 마찬가지로, 메인 펌프(202)로부터 유량 제어 밸브(6a)의 미터 인 통로를 통하여 붐 실린더(3a)에 압유가 공급된다. 단 이때에는, 블리드 오프 통로는 완전 폐쇄 상태로 되기 때문에, 도 5c의 상측의 S3에 도시하는 바와 같이, 메인 펌프(202)의 토출유의 전체 양 Q1이 붐 실린더(3a)에 유도된다.

또한, 메인 펌프(202)의 용량은, 도 4a에 도시하는 PQ 특성에 따라서 제어되고, 메인 펌프(202)는 제3 압유 공급로(305)의 압력 P3의 크기에 따라서 유량을 토출한다. 즉, 제3 압유 공급로(305)의 압력 P3이 P3c 미만인 경우에는, 메인 펌프(202)의 용량은 최대 용량 q3max이고, 메인 펌프(202)는 최대 유량을 토출하고, 제3 압유 공급로(305)의 압력 P3이 P3c 이상으로 되는 경우에는, 메인 펌프(202)의 용량은 점 C로부터 점 E의 범위 내에서 토크 일정 곡선(602)에 따라 제어된다.

한편, 붐 실린더(3a)의 보텀측의 부하압은, 유량 제어 밸브(6i)의 부하 포트를 통하여 제1 부하압 검출 회로(131)에 의해 최고 부하압 Plmax1로서 검출되고, 언로드 밸브(115)와 차압 감압 밸브(111)에 유도된다. 최고 부하압 Plmax1이 언로드 밸브(115)에 유도됨으로써, 언로드 밸브(115)의 세트 압은, 최고 부하압 Plmax1[붐 실린더(3a)의 보텀측의 부하압]에 스프링의 설정 압력 Punsp를 가산한 압력으로 상승하고, 제1 압유 공급로(105)의 압유를 탱크에 배출하는 유로를 차단한다. 또한, 최고 부하압 Plmax1이 차압 감압 밸브(111)에 유도됨으로써, 차압 감압 밸브(111)는 제1 압유 공급로(105)의 압력 P1과 최고 부하압 Plmax1과의 차압(LS 차압)을 절대압 Pls1로서 출력한다. 이 Pls1은 레귤레이터(112)의 저압 선택 밸브(112a)에 유도되어, 저압 선택 밸브(112a)에 의해 Pls1과 Pls2의 저압측이 선택된다.

여기서, 붐 상승을 최대 조작하는 경우, Pls2는 조작 레버의 중립 시와 마찬가지로, Pgr보다도 큰 값으로 유지되고 있다(Pls2=P2-Plmax2=(Ptank+Punsp)-Ptank=Punsp>Pgr). 한편, 붐 상승을 움직이기 시작한 경우에는, LS 차압 Pls1은 거의 제로와 다름없고, Pls1<Pgr의 관계로 된다. 따라서, 저압 선택 밸브(112a)에서는 Pls1이 저압측의 LS 차압 Pls12로서 선택되고, LS 제어 밸브(112b)에 유도된다. LS 제어 밸브(112b)는 목표 LS 차압 Pgr과 LS 차압 Pls1을 비교한다. 이 경우, Pls1<Pgr이므로, LS 제어 밸브(112b)는 도 1 중에서 우측 방향으로 전환되고, LS 제어 피스톤(112c)의 압유를 탱크에 방출한다. 이 때문에 LS 구동 압력이 저하되고, 메인 펌프(102)가 제1 토크 제어부[토크 제어 피스톤(112d, 112e), 스프링(112u), 감압 밸브(112g) 및 저감 토크 제어 피스톤(112f)]에 의한 토크 제어의 제한을 받지 않는 경우에는, 메인 펌프(102)의 용량(유량)은 증가되어 가서, 메인 펌프(102)의 유량은 Pls1이 Pgr과 동등해지도록 제어된다.

이에 의해 붐 실린더(3a)에는, 도 5c의 하측의 S3에 나타내는 바와 같이, 메인 펌프(202)로부터 유량 제어 밸브(6a)를 통하여 공급되는 압유와 메인 펌프(102)의 제1 토출 포트(102a)로부터 유량 제어 밸브(6i)를 통하여 공급되는 압유가 합류하여 공급되고, 붐 실린더(3a)는 그 합류된 압유에 의해 신장 방향으로 구동된다.

이때, 제2 압유 공급로(205)에는, 제1 압유 공급로(105)에 공급되는 압유와 동일한 유량의 압유가 공급되지만, 그 압유는 잉여 유량으로서 언로드 밸브(215)를 통하여 탱크로 되돌려진다. 여기서, 제2 부하압 검출 회로(132)는 최고 부하압 Plmax2로서 탱크압을 검출하고 있기 때문에, 언로드 밸브(215)의 세트 압은 스프링의 설정 압력 Punsp와 동등해지고, 제2 압유 공급로(205)의 압력 P2는 Punsp의 저압으로 유지된다. 이에 의해 잉여 유량이 탱크에 복귀될 때의 언로드 밸브(215)의 압력 손실이 저감되어, 에너지 손실이 적은 운전이 가능하게 된다.

또한, 메인 펌프(202)의 토출유와 메인 펌프(102)의 토출유가 합류하여 붐 실린더에 공급될 때, 메인 펌프(202)측의 오픈 센터형 유량 제어 밸브(6a)는 블리드 오프 통로가 완전 폐쇄로 되고, 메인 펌프(102)측은 로드 센싱 제어에 의해 메인 펌프(102)의 토출 유량이 제어된다. 이 때문에 유압 셔블에 의한 굴삭 후의 싣기 동작 등, 붐 조작 레버의 조작량이 큰 작업에서는, 부하압에 영향을 받기 어려운 특성이 얻어져, 힘찬 조작 필링을 얻을 수 있다.

한편, 메인 펌프(102)가 제1 토크 제어부[토크 제어 피스톤(112d, 112e), 스프링(112u), 감압 밸브(112g) 및 저감 토크 제어 피스톤(112f)]에 의한 토크 제어의 제한을 받는 경우에는, 메인 펌프(102)의 용량은, 도 3에 도시하는 PQ 특성에 따라서 제어된다. 즉, 메인 펌프(102)의 토출압[제1 및 제2 압유 공급로(105, 205)의 압력의 합계]이 상승하고, 메인 펌프(102)의 흡수 토크가 최대 토크(제1 소정 값)에 도달하면, 최대 토크(제1 소정 값)를 초과하지 않도록 메인 펌프(102)의 용량은 제어된다.

또한, 제3 압유 공급로(305)의 압력 P3은, 메인 펌프(102)의 레귤레이터(112)에 설치된 감압 밸브(112g)에 유도되고, 제3 압유 공급로(305)의 압력 P3이 감압 밸브(112g)의 세트 압(토크 제어 개시 압력) P3c 이하인 경우에는 압력 P3이 그대로 저감 토크 제어 피스톤(112f)에 유도되며, 제3 압유 공급로(305)의 압력 P3이 P3c보다 높은 경우에는 P3c으로 제한된 압력이 저감 토크 제어 피스톤(112f)에 유도된다. 저감 토크 제어 피스톤(112f)은, 상술한 바와 같이, 제3 압유 공급로(305)의 압력 P3이 감압 밸브(112g)의 세트 압 P3c 이하인 경우에는, 도 3에 토크 일정 곡선(504)으로 나타내듯이, 메인 펌프(202)의 흡수 토크 분(T3)만큼 메인 펌프(102)의 최대 토크를 감소시키고, 제3 압유 공급로(305)의 압력 P3이 감압 밸브(112g)의 세트 압 P3c보다 높은 경우에는, 도 3에 토크 일정 곡선(503)으로 나타내듯이, 메인 펌프(202)의 흡수 토크 분(최고 토크 T3max)만큼 메인 펌프(102)의 최대 토크를 감소시키는 저감 토크 제어를 행한다.

이렇게 감압 밸브(112g)는 메인 펌프(202)의 흡수 토크를 모의한 압력을 출력하고, 이 압력을 저감 토크 제어 피스톤(112f)에 유도하여 메인 펌프(102)의 최대 토크를 감소시키기 때문에, 메인 펌프(202)가 제2 토크 제어부의 제한을 받아 최대 토크 T3max로 동작할 때뿐만 아니라, 메인 펌프(202)가 제2 토크 제어부의 제한을 받지 않을 때에도, 전체 토크 제어를 고정밀도로 행하고, 원동기의 정격 출력 토크 Terate를 유용하게 이용할 수 있다.

(d) 아암 조작 레버를 입력한 경우(미세 조작)

예를 들어 아암용 조작 장치의 조작 레버(아암 조작 레버)를 아암 실린더(3b)가 신장되는 방향, 즉 아암 클라우드 방향으로 입력하면, 아암 실린더(3b) 구동용 유량 제어 밸브(6b, 6j)가 도 1 중에서 하측 방향으로 전환된다. 여기서, 아암 실린더(3b) 구동용 유량 제어 밸브(6b, 6j)의 개구 면적 특성은, 도 2b를 사용하여 설명한 바와 같이 유량 제어 밸브(6b)가 메인 구동용이고, 유량 제어 밸브(6j)가 어시스트 구동용이다. 유량 제어 밸브(6b, 6j)는, 조작 장치의 파일럿 밸브에 의해 출력된 조작 파일럿 압에 따라서 스트로크한다.

아암 조작 레버가 미세 조작이고, 유량 제어 밸브(6b, 6j)의 스트로크가 도 2b의 S2 이하인 경우, 아암 조작 레버의 조작량(조작 파일럿 압)이 증가되어 가면, 메인 구동용 유량 제어 밸브(6b)의 미터 인 통로의 개구 면적은 제로로부터 A1로 증가되어 간다. 한편, 어시스트 구동용 유량 제어 밸브(6j)의 미터 인 통로의 개구 면적은 제로로 유지된다.

유량 전환 밸브(6b)가 도 1 중에서 하측 방향으로 전환되면, 아암 실린더(3b)의 보텀측의 부하압이 유량 제어 밸브(6b)의 부하 포트를 통하여 제2 부하압 검출 회로(132)에 의해 최고 부하압 Plmax2로서 검출되고, 언로드 밸브(215)와 차압 감압 밸브(211)에 유도된다. 최고 부하압 Plmax2가 언로드 밸브(215)에 유도됨으로써, 언로드 밸브(215)의 세트 압은, 최고 부하압 Plmax2[아암 실린더(3b)의 보텀측의 부하압]에 스프링의 설정 압력 Punsp를 가산한 압력으로 상승하고, 제2 압유 공급로(205)의 압유를 탱크에 배출하는 유로를 차단한다. 또한, 최고 부하압 Plmax2가 차압 감압 밸브(211)에 유도됨으로써, 차압 감압 밸브(211)는 제2 압유 공급로(205)의 압력 P2와 최고 부하압 Plmax2와의 차압(LS 차압)을 절대압 Pls2로서 출력하고, 이 Pls2는 레귤레이터(112)의 저압 선택 밸브(112a)에 유도된다. 저압 선택 밸브(112a)는 Pls1과 Pls2의 저압측을 선택한다.

아암 클라우드 기동 시의 조작 레버 입력 직후에는, 아암 실린더(3b)의 부하압이 제2 압유 공급로(205)에 전해져 양자의 압력 차는 거의 없어지기 때문에, LS 차압 Pls2는 거의 제로와 다름없고, Pls2<Pgr의 관계로 된다. 한편, 이때, Pls1은 조작 레버의 중립 시와 마찬가지로, Pgr보다도 큰 값으로 유지되고 있다(Pls1=P1-Plmax1=(Ptank+Punsp)-Ptank=Punsp>Pgr). 따라서, 저압 선택 밸브(112a)는 Pls2를 저압측의 LS 차압 Pls12로서 선택하고, Pls2가 LS 제어 밸브(112b)에 유도된다. LS 제어 밸브(112b)는, 목표 LS 차압인 원동기 회전수 검출 밸브(13)의 출력압 Pgr과 Pls2를 비교한다. 이 경우, 상기와 같이 Pls2<Pgr이므로, LS 제어 밸브(112b)는 도 1 중에서 우측 방향으로 전환되고, LS 제어 피스톤(112c)의 압유를 탱크에 방출한다. 이 때문에 메인 펌프(102)의 용량(유량)은 증가되어 가고, 그 유량 증가는 Pls2=Pgr이 될 때까지 계속된다. 이에 의해 메인 펌프(102)의 제2 토출 포트(102b)로부터 아암 조작 레버의 입력에 따른 유량의 압유가 아암 실린더(3b)의 보텀측에 공급되어, 아암 실린더(3b)는 신장 방향으로 구동된다.

이때, 제1 압유 공급로(105)에, 제2 압유 공급로(205)에 공급되는 압유와 동일한 유량의 압유가 공급되고, 그 압유는 잉여 유량으로서 언로드 밸브(115)를 통하여 탱크로 되돌려진다. 여기서, 제1 부하압 검출 회로(131)는 최고 부하압 Plmax1로서 탱크압을 검출하기 때문에, 언로드 밸브(115)의 세트 압은 스프링의 설정 압력 Punsp와 동등해지고, 제1 압유 공급로(105)의 압력 P1은 Punsp의 저압으로 유지된다. 이에 의해 잉여 유량이 탱크에 복귀될 때의 언로드 밸브(115)의 압력 손실이 저감하여, 에너지 손실이 적은 운전이 가능하게 된다.

또한, 이때에는, 메인 펌프(202)에 관한 액추에이터는 구동되어 있지 않으므로, 모든 조작 레버가 중립인 경우와 마찬가지로, 메인 펌프(202)의 토출압은 매우 낮고, 이 낮은 압력이 감압 밸브(112g)에 의해 감압되는 일 없이, 토크 피드백 피스톤(112f)에 유도되고, 도 3의 메인 펌프(102)의 최대 토크는 도 3의 곡선(502)의 T12max로 유지된다.

(e) 아암 조작 레버를 입력한 경우(최대 조작)

예를 들어 아암 조작 레버를 아암 실린더(3b)가 신장되는 방향, 즉 아암 클라우드 방향으로 최대로 조작한 경우, 아암 실린더(3b) 구동용 유량 제어 밸브(6b, 6j)가 도 1 중에서 하측 방향으로 전환되고, 도 2b에 도시한 바와 같이, 유량 제어 밸브(6b, 6j)의 스풀 스트로크는 S2 이상으로 되고, 유량 제어 밸브(6b)의 미터 인 통로의 개구 면적은 A1로 유지되며, 유량 제어 밸브(6j)의 미터 인 통로의 개구 면적은 A2로 된다.

상기 (d)에서 설명한 바와 같이, 아암 실린더(3b)의 보텀측의 부하압이 유량 제어 밸브(6b)의 부하 포트를 통하여 제2 부하압 검출 회로(132)에 의해 최고 부하압 Plmax2로서 검출되고, 언로드 밸브(215)가 제2 압유 공급로(205)의 압유를 탱크에 배출하는 유로를 차단한다. 또한, 최고 부하압 Plmax2가 차압 감압 밸브(211)에 유도됨으로써, LS 차압 Pls2가 출력되고, 레귤레이터(112)의 저압 선택 밸브(112a)에 유도된다.

한편, 아암 실린더(3b)의 보텀측의 부하압은, 유량 제어 밸브(6j)의 부하 포트를 통하여 제1 부하압 검출 회로(131)에 의해 최고 부하압 Plmax1(=Plmax2)로서 검출되고, 언로드 밸브(115)와 차압 감압 밸브(111)에 유도된다. 최고 부하압 Plmax1이 언로드 밸브(115)에 유도됨으로써, 언로드 밸브(115)는 제1 압유 공급로(105)의 압유를 탱크에 배출하는 유로를 차단한다. 또한, 최고 부하압 Plmax1이 차압 감압 밸브(111)에 유도됨으로써, LS 차압 Pls1(=Pls2)이 레귤레이터(112)의 저압 선택 밸브(112a)에 유도된다.

아암 클라우드 기동 시의 조작 레버 입력 직후에는, 아암 실린더(3b)의 부하압이 제1 및 제2 압유 공급로(105, 205)에 전해져 양자의 압력 차는 거의 없어지기 때문에, LS 차압 Pls1, Pls2는, 모두 거의 제로와 다름없고, Pls1, Pls2<Pgr의 관계로 된다. 따라서, 저압 선택 밸브(112a)는, Pls1과 Pls2 중 어느 하나를 저압측의 LS 차압 Pls12로서 선택하고, Pls12가 LS 제어 밸브(112b)에 유도된다. 이 경우, 상기와 같이 Pls12(Pls1 또는 Pls2)<Pgr이므로, LS 제어 밸브(112b)는 도 1 중에서 우측 방향으로 전환되고, LS 제어 피스톤(112c)의 압유를 탱크에 방출한다. 이 때문에 메인 펌프(102)의 용량(유량)은 증가되어 가고, 그 유량 증가는 Pls12=Pgr이 될 때까지 계속된다. 이에 의해 메인 펌프(102)의 제1 및 제2 토출 포트(102a, 102b)로부터 아암 실린더(3b)의 보텀측에 아암 조작 레버의 입력에 따른 유량의 압유가 공급되고, 아암 실린더(3b)는 제1 및 제2 토출 포트(102a, 102b)로부터의 합류된 압유에 의해 신장 방향으로 구동된다.

또한, 이때에도, 메인 펌프(202)에 관한 액추에이터는 구동되어 있지 않으므로, 모든 조작 레버가 중립인 경우와 마찬가지로, 메인 펌프(202)의 토출압은 매우 낮고, 이 낮은 압력이 감압 밸브(112g)에 의해 감압되는 일 없이, 토크 피드백 피스톤 112f에 유도되고, 도 3의 메인 펌프(102)의 최대 토크는 도 3의 곡선(502)의 T12max로 유지된다.

이에 의해 제1 토크 제어부는, 메인 펌프(102)의 흡수 토크가 최대 토크 T12max를 초과하지 않도록 메인 펌프(102)의 틸팅각을 제어하여, 아암 실린더(3b)의 부하가 증가된 경우에 원동기(1)의 정지(엔진 스톨)를 방지할 수 있다.

(f) 수평 레벨링 동작 및 빗질 작업의 경우

수평 레벨링 동작이나 빗질 작업에서는, 통상적으로 아암 조작 레버는 아암 클라우드의 최대 입력, 붐 조작 레버는 붐 상승 미세 조작으로 행한다.

붐 상승은 미세 조작이므로, 상기 (b)에서 설명한 바와 같이, 붐 실린더(3a)는, 오픈 센터형 유량 제어 밸브(6a)를 통하여 메인 펌프(202)로부터의 압유에 의해서만 구동된다. 또한, 유량 제어 밸브(6a)의 스풀 스트로크는 S1 이상 S2 이하이고, 블리드 오프 통로는 완전 폐쇄로 되어 있지 않으며, 도 5c의 S1 내지 S2의 구간에 도시한 바와 같이, 붐 실린더(3a)의 부하압과, 블리드 오프 통로의 개구 면적의 크기와 메인 펌프(202)로부터 공급되는 유량에 의해 결정되는 제3 압유 공급로(305)의 압력과, 미터 인 통로의 개구 면적의 크기에 의해 결정되는 유량이 붐 실린더(3a)에 공급되고, 나머지 유량은 블리드 오프 통로부터 탱크로 배출된다.

한편, 아암 조작 레버는 최대 입력으로 되므로, 상기 (e)에서 설명한 바와 같이, 아암 실린더(3b)의 메인 구동용 유량 제어 밸브(6b)와 어시스트 구동용 유량 제어 밸브(6j)는 풀 스트로크에서 전환되고, 각각의 미터 인 통로의 개구 면적은 A1, A2로 된다. 아암 실린더(3b)의 부하압은, 유량 제어 밸브(6b, 6j)의 부하 포트를 통하여 제1 및 제2 부하압 검출 회로(131, 132)에 의해 최고 부하압 Plmax1, Plmax2(Plmax1=Plmax2)로서 검출되고, 언로드 밸브(115, 215)가 각각 제1 및 제2 압유 공급로(105, 205)의 압유를 탱크에 배출하는 유로를 차단한다. 또한, 최고 부하압 Plmax1, Plmax2가 메인 펌프(102)의 레귤레이터(112)에 피드백되고, 메인 펌프(102)가 제1 토크 제어부[토크 제어 피스톤(112d, 112e), 스프링(112u), 감압 밸브(112g) 및 저감 토크 제어 피스톤(112f)]에 의한 토크 제어의 제한을 받지 않는 경우에는, 메인 펌프(102)의 용량(유량)이 유량 제어 밸브(6b, 6j)의 요구 유량에 따라서 증가하고, 메인 펌프(102)의 제1 및 제2 토출 포트(102a, 102b)로부터 아암 실린더(3b)의 보텀측에 아암 조작 레버의 입력에 따른 유량의 압유가 공급되고, 아암 실린더(3b)는 제1 및 제2 토출 포트(102a, 102b)로부터의 합류된 압유에 의해 신장 방향으로 구동된다.

여기서, 수평 레벨링 동작의 경우, 통상적으로 아암 실린더(3b)의 부하압은 낮고, 붐 실린더(3a)의 부하압은 높은 경우가 많다. 본 실시 형태에서의 수평 레벨링 동작에서는, 붐 실린더(3a)를 구동하는 유압 펌프는 메인 펌프(202), 아암 실린더(3b)를 구동하는 유압 펌프는 메인 펌프(102)이듯이, 부하압이 상이한 액추에이터를 구동하는 펌프가 별개가 되므로, 하나의 펌프에서 부하압이 상이한 복수의 액추에이터를 구동하는 종래 기술인 1 펌프 로드 센싱 시스템과 같이, 저부하측의 압력 보상 밸브(7b)에서의 불필요한 교축 압력 손실에 의한 에너지 소비를 발생시킬 일은 없다.

또한, 붐 실린더(3a)는 오픈 센터형 유량 제어 밸브(6a)에 의해 제어되기 때문에, 그 미세 조작 영역에서는 블리드 오프 통로가 개구되어 있고, 도 5c의 S1 내지 S2의 구간에 나타내는 바와 같이, 붐 실린더(3a)의 부하압에 의해 붐 실린더(3a)에 공급되는 압유의 유량이 유연하게 변화된다. 이로 인해, 빗질 작업과 같이 버킷 갈고리를 지면에 따라 움직이게 할 때에 버킷 갈고리로부터 받는 반력이 미묘하게 변화한 경우에, 붐 실린더(3a)에 공급되는 압유의 유량이 그 반력의 크기에 따라서 변화되므로, 양호한 조작성을 얻을 수 있다.

한편, 메인 펌프(102)가 제1 토크 제어부[토크 제어 피스톤(112d, 112e), 스프링(112u), 감압 밸브(112g) 및 저감 토크 제어 피스톤(112f)]에 의한 토크 제어의 제한을 받는 경우에는, 메인 펌프(102)의 용량은, 도 3에 도시하는 PQ 특성에 따라서 제어된다. 즉, 메인 펌프(102)의 토출압[제1 및 제2 압유 공급로(105, 205)의 압력 합계]이 상승하여, 메인 펌프(102)의 흡수 토크가 최대 토크(제1 소정 값)에 도달하면, 최대 토크(제1 소정 값)를 초과하지 않도록 메인 펌프(102)의 용량은 제어된다.

또한, 상기 (c)에서 설명한 바와 같이, 제3 압유 공급로(305)의 압력 P3은, 메인 펌프(102)의 레귤레이터(112)에 설치된 감압 밸브(112g)에 유도되고, 제3 압유 공급로(305)의 압력 P3이 감압 밸브(112g)의 세트 압 P3c(토크 제어 개시 압력P3c) 이하인 경우에는 압력 P3이 그대로 저감 토크 제어 피스톤(112f)에 유도되고, 제3 압유 공급로(305)의 압력 P3이 P3c보다 높은 경우에는 P3c로 제한된 압력이 저감 토크 제어 피스톤(112f)에 유도된다. 저감 토크 제어 피스톤(112f)은, 상술한 바와 같이, 제3 압유 공급로(305)의 압력 P3이 감압 밸브(112g)의 세트 압 P3c 이하인 경우에는, 도 3에 토크 일정 곡선(504)으로 나타내는 바와 같이, 메인 펌프(202)의 흡수 토크 분(T3)만큼 메인 펌프(102)의 최대 토크를 감소시키고, 제3 압유 공급로(305)의 압력 P3이 감압 밸브(112g)의 세트 압 P3c보다 높은 경우에는, 도 3에 토크 일정 곡선(503)으로 나타내듯이, 메인 펌프(202)의 흡수 토크 분(최고 토크 T3max)만큼 메인 펌프(102)의 최대 토크를 감소시키는 저감 토크 제어를 행한다.

이렇게 감압 밸브(112g)는 메인 펌프(202)의 흡수 토크를 모의한 압력을 출력하고, 이 압력을 저감 토크 제어 피스톤(112f)에 유도하여 메인 펌프(102)의 최대 토크를 감소시키기 때문에, 메인 펌프(202)가 제2 토크 제어부의 제한을 받아 최대 토크 T3max로 동작할 때뿐만 아니라, 메인 펌프(202)가 제2 토크 제어부의 제한을 받지 않을 때에도, 전체 토크 제어를 고정밀도로 행하여, 원동기의 정격 출력 토크 Terate를 유용하게 이용할 수 있다.

~효과~

본 실시 형태에 의하면 이하의 효과가 얻어진다.

1. 붐 실린더(3a)의 부하압이 높고 아암 실린더(3b)의 부하압이 낮은 수평 레벨링 동작 등, 붐 실린더(3a)와 아암 실린더(3b)의 부하압의 차가 큰 복합 조작이어도, 붐 실린더(3a)와 아암 실린더(3b)는 별개의 메인 펌프(202, 102)로부터의 압유로 구동되기 때문에, 하나의 펌프로 부하압이 상이한 복수의 액추에이터를 구동하는 종래 기술인 1 펌프 로드 센싱 시스템과 같이, 저부하측의 압력 보상 밸브에서의 불필요한 교축 압력 손실에 의한 에너지 소비를 발생시키는 것을 방지할 수 있고, 고효율인 유압 구동 장치를 제공할 수 있다.

2. 메인 펌프(202)로부터 붐 실린더(3a)에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 유량 제어 밸브(6a)는 오픈 센터형이기 때문에, 붐 실린더(3a)의 조작 장치의 레버 조작량이 작은 미세 조작 영역에서는 블리드 오프 통로가 개구되어 있고, 붐 실린더(3a)의 부하압에 의해 붐 실린더(3a)에 공급되는 압유의 유량이 유연하게 변화된다. 이로 인해, 빗질 작업과 같이 버킷 갈고리를 지면을 따라 움직이게 할 때 버킷 갈고리로부터 받는 반력이 미묘하게 변화된 경우에, 붐 실린더(3a)에 공급되는 압유의 유량이 그 반력의 크기에 따라서 변화되므로, 양호한 조작성을 얻을 수 있다.

3. 붐 실린더(3a)의 레버 조작량을 크게 하면, 메인 펌프(202)측의 오픈 센터형 유량 제어 밸브(6a)는 블리드 오프 통로가 완전 폐쇄로 되고, 메인 펌프(102)측은 로드 센싱 제어에 의해 메인 펌프(102)의 토출 유량이 제어되기 때문에, 유압 셔블에 의한 굴삭 후의 싣기 동작 등, 붐 조작 레버의 조작량이 큰 작업에서는, 부하압에 영향을 받기 어려운 특성이 얻어져, 힘찬 조작 필링을 얻을 수 있다.

4. 메인 펌프(202)의 레귤레이터(212)는 로드 센싱 제어부를 갖지 않고, 제2 토크 제어부[토크 제어 피스톤(212d)과 스프링(212e)]만을 갖는 구성으로 한 후에, 감압 밸브(112g)의 세트 압[스프링(112t)의 세트 압]을 제2 토크 제어부의 토크 제어 개시 압력[스프링(212)의 세트 압] P3c와 동등하게 설정했기 때문에, 감압 밸브(112g)는 메인 펌프(202)의 흡수 토크를 모의한 압력을 출력하고, 이 압력이 저감 토크 제어 피스톤(112f)에 유도된다. 이에 의해 메인 펌프(202)가 제2 토크 제어부의 제한을 받아 최대 토크 T3max에서 동작할 때뿐만 아니라, 메인 펌프(202)가 제2 토크 제어부의 제한을 받지 않을 때에도, 전체 토크 제어를 고정밀도로 행하여, 원동기의 정격 출력 토크 Terate를 유용하게 이용할 수 있다.

5. 메인 펌프(202)의 레귤레이터(212)는 로드 센싱 제어부를 갖지 않기 때문에, 레귤레이터(212)의 기구를 간소화할 수 있음과 함께, 복잡한 기구를 사용하지 않아도 감압 밸브(112g)는 메인 펌프(202)의 흡수 토크를 모의한 압력을 출력할 수 있기 때문에, 전체 토크 제어를 행하기 위한 레귤레이터(112)의 구성을 간략화할 수 있고, 메인 펌프(102, 202)와 레귤레이터(112, 212)를 포함한 펌프 전체의 소형화가 가능하게 되어, 비용의 증대를 더 억제할 수 있다.

<제2 실시 형태>

~구성~

도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 유압 셔블(건설 기계)의 유압 구동 장치를 도시하는 도면이다.

도 1에 도시한 제1 실시 형태와의 차이는, 가변 용량형 메인 펌프(202) 대신에 고정 용량형 메인 펌프(202A)를 구비하는 것, 그것에 수반하여 메인 펌프(202A)는 메인 펌프(202)에 있었던 레귤레이터(212)를 구비하고 있지 않고, 메인 펌프(101)의 레귤레이터(112A)는 감압 밸브(112g)를 구비하고 있지 않은 것이다.

본 실시 형태의 동작은, 메인 펌프(202A)가 고정 용량형인 것에 관한 차이 이외에는, 기본적으로 제1 실시 형태와 동일하고, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 상기 1 내지 3의 효과가 얻어진다.

또한, 메인 펌프(202A)의 토출압이 저감 토크 제어 피스톤(112f)에 유도됨으로써, 메인 펌프(102)는, 메인 펌프(202A)의 흡수 토크 분만큼 스스로의 토크를 저감하므로, 메인 펌프(102)와 메인 펌프(202A)의 흡수 토크의 합계가, 미리 설정된 값(최대 토크 T12max)을 초과하지 않도록, 전체 토크 제어를 행한다.

또한, 메인 펌프(202A)는 고정 용량형이고, 레귤레이터를 구비하고 있지 않으므로, 메인 펌프(102, 202A)와 레귤레이터(112A)를 포함한 펌프 전체의 소형화와 저비용화가 한층 더 가능하게 된다.

<기타>

이상의 실시 형태는 일례이며, 본 발명의 정신의 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다.

예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 제1 펌프 장치가 제1 및 제2 토출 포트(102a, 102b)를 갖는 스플릿 플로우 타입의 유압 펌프(102)인 경우에 대하여 설명했지만, 제1 펌프 장치는, 단일의 토출 포트를 갖는 가변 용량형 유압 펌프여도 된다.

또한, 건설 기계가 유압 셔블이고, 제1 특정 액추에이터가 붐 실린더(3a)이며, 제2 특정 액추에이터가 아암 실린더(3b)인 경우에 대하여 설명했지만, 제2 특정 액추에이터가 제1 특정 액추에이터와 복합 조작으로 사용되는 빈도가 높은 액추에이터라면, 붐 실린더와 아암 실린더 이외여도 된다.

또한, 그러한 제1 및 제2 특정 액추에이터의 동작 조건을 만족하는 액추에이터를 구비한 건설 기계라면, 유압 주행 크레인 등, 유압 셔블 이외의 건설 기계에 본 발명을 적용해도 된다.

또한, 상기 실시 형태의 로드 센싱 시스템은 일례이고, 로드 센싱 시스템은 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 펌프 토출압과 최고 부하압을 절대압으로서 출력하는 차압 감압 밸브를 설치하고, 그 출력압을 압력 보상 밸브에 유도하여 목표 보상 차압을 설정하고 또한 LS 제어 밸브에 유도하여, 로드 센싱 제어의 목표 차압을 설정했지만, 펌프 토출압과 최고 부하압을 별개의 유로로 압력 제어 밸브나 LS 제어 밸브에 유도하도록 해도 된다.

1: 원동기
102: 가변 용량형 메인 펌프(제1 펌프 장치)
102a, 102b: 제1 및 제2 토출 포트
112: 레귤레이터(제1 펌프 제어 장치)
112a: 저압 선택 밸브
112b: LS 제어 밸브
112c: LS 제어 피스톤
112d, 112e: 토크 제어 피스톤
112f: 저감 토크 제어 피스톤
112g: 감압 밸브
112t: 스프링
112u: 스프링
202: 가변 용량형 메인 펌프(제2 펌프 장치)
202a: 제3 토출 포트
212: 레귤레이터(제2 펌프 제어 장치)
212d: 토크 제어 피스톤
212e: 스프링
115: 언로드 밸브
215: 언로드 밸브
111, 211: 차압 감압 밸브
146, 246: 제2 및 제3 전환 밸브
3a 내지 3h: 복수의 액추에이터
3a, 3b, 3c, 3d, 3f, 3g: 복수의 제1 액추에이터
3a, 3e, 3h: 복수의 제2 액추에이터
3a: 붐 실린더(제1 특정 액추에이터)
3b: 아암 실린더(제2 특정 액추에이터)
4: 컨트롤 밸브 유닛
6a, 6e, 6h: 오픈 센터형 유량 제어 밸브
6a: 붐 실린더의 메인 구동용 유량 제어 밸브(제1 유량 제어 밸브)
6b 내지 6d, 6f, 6g, 6i, 6j: 클로즈드 센터형 유량 제어 밸브
6i: 붐 실린더의 어시스트 구동용 유량 제어 밸브(제2 유량 제어 밸브)
7b 내지 7d, 7f, 7g, 7i, 7j: 압력 보상 밸브
8b 내지 8d, 8f, 8g, 8i, 8j: 조작 검출 밸브
9d, 9f, 9i, 9j: 셔틀 밸브
9b, 9c, 9g: 셔틀 밸브
13: 원동기 회전수 검출 밸브
24: 게이트 로크 레버
30: 파일럿 펌프
31a, 31b, 31c: 파일럿 압유 공급로
32: 파일럿 릴리프 밸브
40: 제3 전환 밸브
53: 주행 복합 조작 검출 유로
100: 게이트 로크 밸브
122, 123, 124a, 124b: 조작 장치
131: 제1 부하압 검출 회로
132: 제2 부하압 검출 회로
105: 제1 압유 공급로
205: 제2 압유 공급로
305: 제3 압유 공급로

Claims

가변 용량형 제1 펌프 장치와,
제2 펌프 장치와,
상기 제1 펌프 장치로부터 토출된 압유에 의해 구동되는 복수의 제1 액추에이터와,
상기 제2 펌프 장치로부터 토출된 압유에 의해 구동되는 복수의 제2 액추에이터와,
상기 제1 펌프 장치로부터 상기 복수의 제1 액추에이터에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 복수의 클로즈드 센터형 유량 제어 밸브와,
상기 제2 펌프 장치로부터 상기 복수의 제2 액추에이터에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 복수의 오픈 센터형 유량 제어 밸브와,
상기 복수의 클로즈드 센터형 유량 제어 밸브의 전후 차압을 각각 제어하는 복수의 압력 보상 밸브와,
상기 제1 펌프 장치의 토출압이 상기 복수의 제1 유압 액추에이터의 최고 부하압보다 목표 차압만큼 높아지도록 상기 제1 펌프 장치의 용량을 제어하는 로드 센싱 제어부를 갖는 제1 펌프 제어 장치를 구비하고,
상기 복수의 제1 및 제2 액추에이터는, 공통의 액추에이터인 적어도 하나의 제1 특정 액추에이터를 포함하고,
상기 복수의 제1 액추에이터는, 상기 제1 특정 액추에이터와 복합 조작으로 사용되는 빈도가 높은 제2 특정 액추에이터를 포함하고,
상기 복수의 오픈 센터형 유량 제어 밸브는, 상기 제2 펌프 장치로부터 상기 제1 특정 액추에이터에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 제1 유량 제어 밸브를 포함하고,
상기 복수의 클로즈드 센터형 유량 제어 밸브는, 상기 제1 펌프 장치로부터 상기 제1 특정 액추에이터에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 제2 유량 제어 밸브를 포함하고,
상기 제1 특정 액추에이터의 조작 장치를 조작 범위의 중간 영역까지 조작했을 때에는 상기 제1 유량 제어 밸브만이 밸브 개방되어 상기 제2 펌프 장치로부터 상기 제1 특정 액추에이터에 압유가 공급되고, 상기 조작 장치를 상기 중간 영역으로부터 더 조작했을 때에는 상기 제1 및 제2 유량 제어 밸브의 양쪽이 밸브 개방되어 상기 제1 및 제2 펌프 장치로부터의 압유가 상기 제1 특정 액추에이터에 합류하여 공급되도록 상기 제1 및 제2 유량 제어 밸브의 개구 면적 특성을 설정한 것을 특징으로 하는, 건설 기계의 유압 구동 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 유량 제어 밸브는, 스풀 스트로크가 증가함에 따라서 개구 면적이 증가하여, 최대의 스풀 스트로크에 도달하기 전에 최대 개구 면적으로 되도록 상기 개구 면적 특성이 설정되고,
상기 제2 유량 제어 밸브는, 스풀 스트로크가 중간 스트로크로 될 때까지는 개구 면적은 제로이며, 상기 중간 스트로크에서 개구되고, 그 후, 스풀 스트로크가 증가함에 따라서 개구 면적이 증가하여, 최대의 스풀 스트로크에 도달하기 전에 최대 개구 면적으로 되도록 상기 개구 면적 특성이 설정되는 것을 특징으로 하는, 건설 기계의 유압 구동 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 펌프 장치의 용량을 제어하는 제2 펌프 제어 장치를 더 구비하고,
상기 제1 펌프 장치는, 상기 로드 센싱 제어부와, 상기 제1 펌프 장치의 토출압이 유도되어, 상기 제1 펌프 장치의 토출압과 용량 중 적어도 한쪽이 증가하고, 상기 제1 펌프 장치의 흡수 토크가 증가할 때, 상기 제1 펌프 장치의 흡수 토크가 제1 소정 값을 초과하지 않도록 상기 제1 펌프 장치의 용량을 제한 제어하는 제1 토크 제어부를 갖고,
상기 제2 펌프 제어 장치는, 상기 제2 펌프 장치의 토출압이 유도되어, 상기 제2 유압 펌프의 토출압이 증가하고, 상기 제2 펌프 장치의 흡수 토크가 증가할 때, 상기 제2 유압 펌프의 흡수 토크가 제2 소정 값 이하일 때에는, 상기 제2 펌프 장치의 용량을 최대로 유지하고, 상기 제2 유압 펌프의 흡수 토크가 상기 제2 소정 값까지 상승하면, 상기 제2 유압 펌프의 흡수 토크가 제2 소정 값을 초과하지 않도록 상기 제2 유압 펌프의 용량을 제한 제어하는 제2 토크 제어부를 갖고,
상기 제1 펌프 제어 장치는, 상기 제2 펌프 장치의 토출압이 유도되어, 상기 제2 펌프 장치의 토출압이 상기 제2 토크 제어부의 용량 제한 제어의 개시 압력 이하일 때에는, 상기 제2 펌프 장치의 토출압을 그대로 출력하고, 상기 제2 펌프 장치의 토출압이 상기 제2 토크 제어부의 용량 제한 제어의 개시 압력보다도 상승하면, 상기 제2 펌프 장치의 토출압을 상기 제2 토크 제어부의 용량 제한 제어의 개시 압력으로 감압하여 출력하는 감압 밸브와, 상기 감압 밸브의 출력압이 유도되어, 상기 감압 밸브의 출력압이 높아짐에 따라서 상기 제1 소정 값이 감소하도록 상기 제1 펌프 장치의 용량을 감소시키는 저감 토크 제어 액추에이터를 더 갖는 것을 특징으로 하는, 건설 기계의 유압 구동 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 특정 액추에이터는, 유압 셔블의 붐을 구동하는 붐 실린더이고, 상기 제2 특정 액추에이터는, 유압 셔블의 아암을 구동하는 아암 실린더인 것을 특징으로 하는, 건설 기계의 유압 구동 장치.