KR101770672B1 - 건설기계의 유압 구동 장치 - Google Patents

건설기계의 유압 구동 장치 Download PDF

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기와무 다카하시
야스타카 츠루가
가즈시게 모리
요시후미 다케바야시
나츠키 나카무라
야스하루 오카자키
히로유키 노베자와
겐지 야마다
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가부시키가이샤 히다치 겡키 티에라
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Abstract

타방의 유압 펌프의 흡수 토크를 순유압적인 구성에서 양호한 정밀도로 검출하여 일방의 유압 펌프측에 피드백함으로써, 전체 토크 제어를 양호한 정밀도로 행하고, 원동기의 정격 출력 토크를 유효 이용할 수 있도록 한다. 이 목적을 위해, 메인 펌프(202)의 토출압과 로드 센싱 구동 압력이 유도되고, 메인 펌프(202)의 흡수 토크를 모의한 특성이 되도록 메인 펌프(202)의 토출압을 보정하여 출력하는 토크 피드백 회로(112v)와, 이 토크 피드백 회로의 출력압이 유도되고, 이 출력압이 높아짐에 따라 메인 펌프(102)의 토출 유량을 감소시켜 최대 토크(T12max)가 감소하도록 메인 펌프(102)의 토출 유량을 제어하는 토크 피드백 피스톤(112f)을 설치한다.

Description

건설기계의 유압 구동 장치{HYDRAULIC DRIVE DEVICE FOR CONSTRUCTION MACHINE}
본 발명은, 유압 셔블 등의 건설기계의 유압 구동 장치에 관련되며, 특히, 적어도 2개의 가변 용량형의 유압 펌프를 구비하고, 그 중의 일방의 유압 펌프가 적어도 토크 제어를 행하는 펌프 제어 장치(레귤레이터)를 가지고, 타방이 로드 센싱 제어와 토크 제어를 행하는 펌프 제어 장치(레귤레이터)를 갖는 건설기계의 유압 구동 장치에 관한 것이다.
유압 셔블 등의 건설기계의 유압 구동 장치에 있어서는, 유압 펌프의 토출압이 복수의 액추에이터의 최고 부하압보다 목표 차압만큼 높아지도록 유압 펌프의 토출 유량(용량)을 제어하는 레귤레이터를 구비한 것이 널리 이용되고 있고, 이 제어는 로드 센싱 제어라고 불리고 있다. 특허문헌 1에는, 그와 같은 로드 센싱 제어를 행하는 레귤레이터를 구비한 건설기계의 유압 구동 장치에 있어서, 2개의 유압 펌프를 설치하고, 2개의 유압 펌프의 각각에서 로드 센싱 제어를 행하도록 한 2 펌프 로드 센싱 시스템이 기재되어 있다.
또한, 건설기계의 유압 구동 장치의 레귤레이터에서는, 통상, 유압 펌프의 토출압이 높아짐에 따라 유압 펌프의 토출 유량을 감소시킴으로써 유압 펌프의 흡수 토크가 원동기의 정격 출력 토크를 초과하지 않도록, 토크 제어를 행하여, 원동기가 오버 토크가 되어 정지하는 것(엔진 스톨)을 방지하고 있다. 유압 구동 장치가 2개의 유압 펌프를 구비하는 경우에는, 일방의 유압 펌프의 레귤레이터는 자신의 토출압뿐만 아니라, 타방의 유압 펌프의 흡수 토크에 관련되는 파라미터를 받아들여 토크 제어를 행하여(전체 토크 제어), 원동기의 정지 방지와 원동기의 정격 출력 토크의 유효 이용을 도모하고 있다.
예를 들면, 특허문헌 2에서는, 타방의 유압 펌프의 토출압을 감압 밸브를 통해 일방의 유압 펌프의 레귤레이터로 유도하고, 전체 토크 제어를 행하고 있다. 감압 밸브의 설정압은 일정하고, 또한 이 설정압은 타방의 유압 펌프의 레귤레이터의 토크 제어의 최대 토크를 모의한 값으로 설정되어 있다. 이로 인해 일방의 유압 펌프에 관련되는 액추에이터만을 구동하는 작업에서는, 일방의 유압 펌프가 원동기의 정격 출력 토크의 거의 전부를 유효하게 사용할 수 있고, 또한 타방의 유압 펌프에 관련되는 액추에이터를 동시에 구동하는 복합 조작의 작업에서는, 펌프 전체의 흡수 토크가 원동기의 정격 출력 토크를 초과하지 않아, 원동기의 정지를 방지할 수 있다.
특허문헌 3에서는, 2개의 가변 용량형의 유압 펌프에 대하여 전체 토크 제어를 행하기 위해, 타방의 유압 펌프의 틸팅각을 감압 밸브의 출력압으로서 검출하고, 그 출력압을, 일방의 유압 펌프의 레귤레이터로 유도하고 있다. 특허문헌 4에서는, 타방의 유압 펌프의 틸팅각을 요동 아암의 아암 길이로 치환하여 검출함으로써, 전체 토크 제어의 제어 정밀도를 향상시키고 있다.
일본 공개특허 특개2011-196438호 공보 일본 특허 제3865590호 공보 일본 공고특허 특공평3-7030호 공보 일본 공개특허 특개평7-189916호 공보
특허문헌 1에 기재된 2 펌프 로드 센싱 시스템에 특허문헌 2에 기재된 전체 토크 제어의 기술을 적용함으로써, 특허문헌 1에 기재된 2 펌프 로드 센싱 시스템에 있어서도 전체 토크 제어를 행할 수 있게 된다. 그러나, 특허문헌 2의 전체 토크 제어에 있어서는, 상술한 바와 같이, 감압 밸브의 설정압은 타방의 유압 펌프의 토크 제어의 최대 토크를 모의한 일정한 값으로 설정되어 있다. 이 때문에, 2개의 유압 펌프에 관련되는 액추에이터를 동시에 구동하는 복합 조작의 작업에서, 타방의 유압 펌프가 토크 제어의 제한을 받아, 토크 제어의 최대 토크로 동작하는 운전 상태에 있을 때는, 원동기의 정격 출력 토크의 유효 이용을 도모할 수 있다. 그러나, 타방의 유압 펌프가 토크 제어의 제한을 받지 않고, 로드 센싱 제어에 의해 토출 유량 제어를 행하는 운전 상태에 있을 때는, 타방의 유압 펌프의 흡수 토크가 토크 제어의 최대 토크보다 작음에도 불구하고, 최대 토크를 모의한 감압 밸브의 출력압이 일방의 유압 펌프의 레귤레이터로 유도되고, 일방의 유압 펌프의 흡수 토크를 필요 이상으로 감소시키도록 제어해버린다. 이 때문에, 전체 토크 제어를 양호한 정밀도로 행할 수 없었다.
특허문헌 3에서는, 타방의 유압 펌프의 틸팅각을 감압 밸브의 출력압으로서 검출하고, 그 출력압을 일방의 유압 펌프의 레귤레이터로 유도함으로써, 전체 토크 제어의 정밀도를 높이려고 하고 있다. 그러나, 일반적으로 펌프의 토크는 토출압과 용량의 곱, 즉 (토출압×펌프 용량)/2π로 구할 수 있는 것에 비해, 특허문헌 3에서는, 일방의 유압 펌프의 토출압을 단차를 갖는 피스톤의 2개의 파일럿실의 일방으로 유도하고, 감압 밸브의 출력압(타방의 유압 펌프의 토출량 비례 압력)을 단차를 갖는 피스톤의 타방의 파일럿실로 유도하여, 토출압과 토출량 비례 압력의 합을 출력 토크의 파라미터로 하여 일방의 유압 펌프의 토출 유량을 제어하고 있으므로, 실제로 사용되고 있는 토크와의 사이에 상당한 오차가 생겨버린다는 문제가 있었다.
특허문헌 4에서는, 타방의 유압 펌프의 틸팅각을 요동 아암의 아암 길이로 치환하여 검출함으로써, 전체 토크 제어의 제어 정밀도를 향상시키고 있다. 그러나, 특허문헌 4의 레귤레이터는, 요동 아암과 레귤레이터 피스톤 내에 설치된 피스톤이 힘을 전하면서 상대적으로 슬라이딩한다는, 매우 복잡한 구조로 되고 있고, 충분한 내구성을 갖는 구조를 갖게 가지게 하려면, 요동 아암과 레귤레이터 피스톤 등의 부품을 강고하게 하지 않을 수 없어, 레귤레이터의 소형화가 곤란하다는 문제가 있었다. 특히, 소형의 유압 셔블이고 또한 후단 반경이 작은, 소위 후방 소선회형(小旋回型)의 경우, 유압 펌프를 격납하는 스페이스가 작아, 탑재가 곤란할 경우가 있었다.
본 발명의 목적은, 일방의 유압 펌프가 적어도 토크 제어를 행하는 펌프 제어 장치를 가지고, 타방의 유압 펌프가 로드 센싱 제어와 토크 제어를 행하는 적어도 2개의 가변 용량형의 유압 펌프를 갖는 건설기계의 유압 구동 장치에 있어서, 타방의 유압 펌프의 흡수 토크를 순유압적(純油壓的)인 구성에서 양호한 정밀도로 검출하여 일방의 유압 펌프측에 피드백함으로써, 전체 토크 제어를 양호한 정밀도로 행하여, 원동기의 정격 출력 토크를 유효 이용할 수 있는 유압 구동 장치를 제공하는 것이다.
(1) 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 원동기와, 상기 원동기에 의해 구동되는 가변 용량형의 제 1 유압 펌프와, 상기 원동기에 의해 구동되는 가변 용량형의 제 2 유압 펌프와, 상기 제 1 및 제 2 유압 펌프에 의해 토출된 압유에 의해 구동되는 복수의 액추에이터와, 상기 제 1 및 제 2 유압 펌프로부터 상기 복수의 액추에이터에 공급되는 압유의 유량을 제어하는 복수의 유량 제어 밸브와, 상기 복수의 유량 제어 밸브의 전후 차압을 각각 제어하는 복수의 압력 보상 밸브와, 상기 제 1 유압 펌프의 토출 유량을 제어하는 제 1 펌프 제어 장치와, 상기 제 2 유압 펌프의 토출 유량을 제어하는 제 2 펌프 제어 장치를 구비하고, 상기 제 1 펌프 제어 장치는, 상기 제 1 유압 펌프의 토출압과 토출 유량 중 어느 하나가 증대하여, 상기 제 1 유압 펌프의 흡수 토크가 증대할 때, 상기 제 1 유압 펌프의 흡수 토크가 제 1 최대 토크를 초과하지 않도록 상기 제 1 유압 펌프의 토출 유량을 제어하는 제 1 토크 제어부를 가지고, 상기 제 2 펌프 제어 장치는, 상기 제 2 유압 펌프의 토출압과 토출 유량 중 어느 하나가 증대하여, 상기 제 2 유압 펌프의 흡수 토크가 증대할 때, 상기 제 2 유압 펌프의 흡수 토크가 제 2 최대 토크를 초과하지 않도록 상기 제 2 유압 펌프의 토출 유량을 제어하는 제 2 토크 제어부와, 상기 제 2 유압 펌프의 흡수 토크가 상기 제 2 최대 토크보다 작을 때, 상기 제 2 유압 펌프의 토출압이 상기 제 2 유압 펌프에 의해 토출된 압유에 의해 구동되는 액추에이터의 최고 부하압보다 목표 차압만큼 높아지도록 상기 제 2 유압 펌프의 토출 유량을 제어하는 로드 센싱 제어부를 갖는 건설기계의 유압 구동 장치에 있어서, 상기 제 1 토크 제어부는, 상기 제 1 유압 펌프의 토출압이 유도되고, 상기 토출압의 상승시에 상기 제 1 유압 펌프의 토출 유량을 감소시켜 흡수 토크가 감소하도록 상기 제 1 유압 펌프의 토출 유량을 제어하는 제 1 토크 제어 액추에이터와, 상기 제 1 최대 토크를 설정하는 제 1 가압 수단을 가지고, 상기 제 2 토크 제어부는, 상기 제 2 유압 펌프의 토출압이 유도되고, 상기 토출압의 상승시에 상기 제 2 유압 펌프의 토출 유량을 감소시켜 흡수 토크가 감소하도록 상기 제 2 유압 펌프의 토출 유량을 제어하는 제 2 토크 제어 액추에이터와, 상기 제 2 최대 토크를 설정하는 제 2 가압 수단을 가지고, 상기 로드 센싱 제어부는, 상기 제 2 유압 펌프의 토출압과 상기 최고 부하압과의 차압이 상기 목표 차압보다 작아짐에 따라 낮아지도록 로드 센싱 구동 압력을 변화시키는 제어 밸브와, 상기 로드 센싱 구동 압력이 낮아짐에 따라 상기 제 2 유압 펌프의 토출 유량을 증가시켜 토출 유량이 증가하도록 상기 제 2 유압 펌프의 토출 유량을 제어하는 로드 센싱 제어 액추에이터를 가지고, 상기 제 1 펌프 제어 장치는, 또한, 상기 제 2 유압 펌프의 토출압과 상기 로드 센싱 구동 압력이 유도되고, 상기 제 2 유압 펌프가 상기 제 2 토크 제어부의 제어의 제한을 받아, 상기 제 2 최대 토크로 동작할 때와, 상기 제 2 유압 펌프가 상기 제 2 토크 제어부의 제어의 제한을 받지 않고, 상기 로드 센싱 제어부가 상기 제 2 유압 펌프의 토출 유량을 제어할 때의 어느 경우에도 상기 제 2 유압 펌프의 흡수 토크를 모의한 특성이 되도록, 상기 제 2 유압 펌프의 토출압과 상기 로드 센싱 구동 압력에 의거하여 상기 제 2 유압 펌프의 토출압을 보정하여 출력하는 토크 피드백 회로와, 상기 토크 피드백 회로의 출력압이 유도되고, 상기 토크 피드백 회로의 출력압이 높아짐에 따라 상기 제 1 유압 펌프의 토출 유량을 감소시켜 상기 제 1 최대 토크가 감소하도록 상기 제 1 유압 펌프의 토출 유량을 제어하는 제 3 토크 제어 액추에이터를 갖는 것으로 한다.
이와 같이 구성한 본 발명에 있어서는, 제 2 유압 펌프(타방의 유압 펌프)가 토크 제어의 제한을 받아, 토크 제어의 제 2 최대 토크로 동작하는 운전 상태에 있을 때는 물론이고, 제 2 유압 펌프가 토크 제어의 제한을 받지 않고, 로드 센싱 제어에 의해 토출 유량 제어를 행하는 운전 상태에 있을 경우라도, 토크 피드백 회로에 의해 제 2 유압 펌프의 토출압이 제 2 유압 펌프의 흡수 토크를 모의한 특성이 되도록 보정되고, 이 보정한 토출압분(分), 제 3 토크 제어 액추에이터에 의해 제 1 최대 토크가 감소하도록 보정된다. 이로 인해 제 2 유압 펌프의 흡수 토크는 순유압적인 구성(토크 피드백 회로)에서 양호한 정밀도로 검출되고, 그 흡수 토크를 제 1 유압 펌프(일방의 유압 펌프)측에 피드백함으로써, 전체 토크 제어를 양호한 정밀도로 행하여, 원동기의 정격 출력 토크를 유효 이용할 수 있다.
(2) 상기 (1)의 유압 구동 장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 토크 피드백 회로는, 상기 제 2 유압 펌프의 토출압이 유도되고, 이 제 2 유압 펌프의 토출압이 설정압 이하일 때는, 상기 제 2 유압 펌프의 토출압을 그대로 출력하고, 상기 제 2 유압 펌프의 토출압이 상기 설정압보다 높을 때는, 상기 제 2 유압 펌프의 토출압을 상기 설정압으로 감압하여 출력하는 가변 감압 밸브를 가지고, 상기 가변 감압 밸브는, 상기 로드 센싱 제어부의 상기 로드 센싱 구동 압력이 추가로 유도되고, 이 로드 센싱 구동 압력이 높아짐에 따라 상기 설정압을 낮게 한다.
유압 펌프가 로드 센싱 제어에 의해 토출 유량 제어를 행할 때, 유압 펌프의 토출 유량 변경 부재(경사판)의 위치, 즉 토출 유량(틸팅각)은, 로드 센싱 구동 압력이 작용하는 로드 센싱 제어 액추에이터(LS 제어 피스톤)와 유압 펌프의 토출압이 작용하는 토크 제어 액추에이터(토크 제어 피스톤)의 각각이 토출 유량 변경 부재를 누르는 힘의 합력과, 최대 토크를 설정하는 가압 수단(스프링)이 토출 유량 변경 부재를 반대방향으로 누르는 힘과의 균형에 의해 결정된다(도 5). 이 때문에 로드 센싱 제어시의 유압 펌프의 토출 유량은 로드 센싱 구동 압력에 의해 변화할 뿐만 아니라, 유압 펌프의 토출압의 영향도 받아 변화하고, 유압 펌프의 토출압의 상승시에 있어서의 유압 펌프의 흡수 토크의 증가 비율과 최대값은 각각, 로드 센싱 구동 압력이 높아짐에 따라 작아진다(도 6a 및 도 6b 참조).
본 발명에서는, 토크 피드백 회로에 가변 감압 밸브를 설치하고 또한 가변 감압 밸브의 설정압을 로드 센싱 구동 압력이 높아짐에 따라 낮아지도록 하였기 때문에, 제 2 유압 펌프의 토출압의 상승시에 있어서의 토크 피드백 회로의 출력압(가변 감압 밸브를 경유한 제 2 유압 펌프의 토출압)의 최대값은, 로드 센싱 구동 압력이 높아짐에 따라 작아지도록 변화한다(도 4c). 이 토크 피드백 회로의 출력압의 변화는, 상술한 유압 펌프의 토출압의 상승시에 있어서의 유압 펌프의 흡수 토크의 최대값의, 로드 센싱 구동 압력이 상승할 때의 변화에 대응하고 있고(도 6b), 이로 인해 토크 피드백 회로의 출력압은 로드 센싱 구동 압력이 변화할 때의 제 2 유압 펌프의 흡수 토크의 최대값의 변화를 모의할 수 있다.
(3) 상기 (2)의 유압 구동 장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 토크 피드백 회로는, 상기 제 2 유압 펌프의 토출압이 유도되는 제 1 고정 스로틀과, 이 제 1 고정 스로틀의 하류측에 위치하고, 하류측이 탱크에 접속된 압력 조정 밸브를 가지고, 상기 제 1 고정 스로틀과 상기 압력 조정 밸브의 사이의 유로의 압력을 출력하는 제 1 분압 회로를 더 가지고, 상기 압력 조정 밸브는, 상기 로드 센싱 제어부의 상기 로드 센싱 구동 압력이 유도되고, 이 로드 센싱 구동 압력이 높아짐에 따라 상기 제 1 고정 스로틀과 상기 압력 조정 밸브의 사이의 유로의 압력이 낮아지도록 구성되고, 상기 제 1 고정 스로틀과 상기 압력 조정 밸브의 사이의 유로의 압력이 상기 제 2 유압 펌프의 토출압으로서 상기 가변 감압 밸브로 유도된다.
전술한 바와 같이, 유압 펌프의 토출압의 상승시에 있어서의 유압 펌프의 흡수 토크의 증가 비율은 로드 센싱 구동 압력이 높아짐에 따라 작아진다.
본 발명에서는, 토크 피드백 회로에 제 1 분압 회로를 설치하고 또한 제 1 분압 회로에 압력 조정 밸브를 설치하고, 로드 센싱 구동 압력이 높아짐에 따라 제 1 분압 회로의 출력압이 낮아지도록 하였기 때문에, 제 2 유압 펌프의 토출압의 상승시에 있어서의 토크 피드백 회로의 출력압(제 1 분압 회로의 출력압)의 증가 비율은, 로드 센싱 구동 압력이 높아짐에 따라 작아지도록 변화한다(도 4a 및 도 4c). 이 토크 피드백 회로의 출력압(제 1 분압 회로의 출력압)의 증가 비율의 변화는, 상술한 유압 펌프의 토출압의 상승시에 있어서의 유압 펌프의 흡수 토크의 증가 비율의, 로드 센싱 구동 압력이 상승할 때의 변화에 대응하고 있고(도 6b), 이로 인해 토크 피드백 회로의 출력압은 로드 센싱 구동 압력이 변화할 때의 제 2 유압 펌프의 흡수 토크의 증가 비율을 모의할 수 있다.
(4) 상기 (3)의 유압 구동 장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 압력 조정 밸브는, 상기 로드 센싱 구동 압력이 높아짐에 따라 개구 면적이 커지도록 상기 개구 면적이 가변이 되도록 구성된 가변 스로틀 밸브이다.
이로 인해 제 2 유압 펌프의 토출압의 상승시의 토크 피드백 회로의 출력압의 증가 비율은, 로드 센싱 구동 압력이 높아짐에 따라 작아지도록 보정된다.
(5) 상기 (3)의 유압 구동 장치에 있어서, 바람직하게는,
상기 압력 조정 밸브는, 상기 로드 센싱 구동 압력이 높아짐에 따라 릴리프 설정압이 낮아지도록 구성된 가변 릴리프 밸브이다.
이에 의해서도, 제 2 유압 펌프의 토출압의 상승시의 토크 피드백 회로의 출력압의 증가 비율은, 로드 센싱 구동 압력이 높아짐에 따라 작아지도록 보정된다.
(6) 상기 (3)의 유압 구동 장치에 있어서, 바람직하게는, 상기 토크 피드백 회로는, 상기 제 2 유압 펌프의 토출압이 유도되는 제 2 고정 스로틀과, 이 제 2 고정 스로틀의 하류측에 위치하고, 하류측이 탱크에 접속된 제 3 고정 스로틀을 가지고, 상기 제 2 고정 스로틀과 상기 제 3 고정 스로틀의 사이의 유로의 압력을 출력하는 제 2 분압 회로와, 상기 가변 감압 밸브의 출력압과 상기 제 2 분압 회로의 출력압의 고압측을 선택하여 출력하는 고압 선택 밸브를 더 가지고, 상기 고압 선택 밸브의 출력압이 상기 제 3 토크 제어 액추에이터에 유도된다.
유압 펌프에는 구조로 결정되는 최소 토출 유량이 있고, 유압 펌프가 최소 토출 유량에 있을 때의 유압 펌프의 토출압의 상승시에 있어서의 유압 펌프의 흡수 토크는, 가장 작은 기울기(증가 비율)로 증가한다(도 6b).
본 발명에서는, 제 2 분압 회로의 출력 특성을, 제 2 유압 펌프를 최소 토출 유량으로 하는 로드 센싱 구동 압력이 유도되었을 때의 제 1 분압 회로의 출력 특성과 동일(제 2 고정 스로틀의 개구 면적이 제 1 고정 스로틀의 개구 면적과 동일해지고, 제 3 고정 스로틀의 스로틀 특성이, 제 2 유압 펌프를 최소 토출 유량으로 하는 로드 센싱 구동 압력이 유도되었을 때의 압력 조정 밸브의 스로틀 특성과 동일)해지도록 설정함으로써, 제 2 유압 펌프가 최소 토출 유량에 있을 때는, 제 2 유압 펌프의 전체 토출 압력 범위에 있어서 고압 선택에 의해 제 2 분압 회로의 출력압이 선택되고, 이것이 토크 피드백 회로의 출력압이 된다.
또한, 제 2 고정 스로틀 및 제 3 고정 스로틀의 개구 면적을, 제 2 유압 펌프가 최소 토출 유량에 있을 때의 제 2 유압 펌프의 토출압의 상승시에 있어서의 흡수 토크의 최소의 증가 비율에 맞추어 설정함으로써, 제 2 분압 회로의 출력압은 제 2 유압 펌프의 토출압이 상승함에 따라 최소의 증가 비율로 비례적으로 증가하게 된다(도 4b 및 도 4c). 이 제 2 분압 회로의 출력압의 변화는, 상술한 제 2 유압 펌프가 최소 토출 유량에 있을 때의 제 2 유압 펌프의 흡수 토크의 변화에 대응하고 있고(도 6b), 이로 인해 토크 피드백 회로의 출력압은 제 2 유압 펌프가 최소 토출 유량에 있을 때의 제 2 유압 펌프의 흡수 토크의 변화를 모의할 수 있다.
또한, 이로 인해 제 1 유압 펌프에 관련되는 액추에이터와 제 2 유압 펌프에 관련되는 액추에이터의 복합 조작에서, 제 2 유압 펌프에 관련되는 액추에이터의 부하압이 높아지고, 요구 유량이 매우 적은 조작(예를 들면 짐 매달기 작업에서 붐 상승 미세 조작과 선회 또는 아암의 복합 동작)에 있어서, 제 1 유압 펌프와 제 2 유압 펌프의 합계의 소비 토크가 과대해지지 않아, 원동기의 정지를 방지할 수 있다.
본 발명에 의하면, 제 2 유압 펌프(타방의 유압 펌프)가 토크 제어의 제한을 받아, 토크 제어의 제 2 최대 토크로 동작하는 운전 상태에 있을 때는 물론이고, 제 2 유압 펌프가 토크 제어의 제한을 받지 않고, 로드 센싱 제어에 의해 토출 유량 제어를 행하는 운전 상태에 있을 경우라도, 토크 피드백 회로에 의해 제 2 유압 펌프의 토출압이 제 2 유압 펌프의 흡수 토크를 모의한 특성이 되도록 보정되고, 이 보정한 토출압분, 제 3 토크 제어 액추에이터에 의해 제 1 최대 토크가 감소하도록 보정된다. 이로 인해 제 2 유압 펌프의 흡수 토크는 순유압적인 구성(토크 피드백 회로)에서 양호한 정밀도로 검출되고, 그 흡수 토크를 제 1 유압 펌프(일방의 유압 펌프)측에 피드백함으로써, 전체 토크 제어를 양호한 정밀도로 행하여, 원동기의 정격 출력 토크를 유효 이용할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련되는 유압 셔블(건설기계)의 유압 구동 장치를 나타내는 도면이다.
도 2a는, 붐 실린더 및 아암 실린더 이외의 액추에이터의 유량 제어 밸브의 각각의 미터인(meter-in) 통로의 개구 면적 특성을 나타내는 도면이다.
도 2b는, 붐 실린더의 메인 및 어시스트 유량 제어 밸브 및 아암 실린더의 메인 및 어시스트 유량 제어 밸브의 각각의 미터인 통로의 개구 면적 특성(상측)과, 붐 실린더의 메인 및 어시스트 유량 제어 밸브 및 아암 실린더의 메인 및 어시스트 유량 제어 밸브의 미터인 통로의 합성 개구 면적 특성(하측)을 나타내는 도면이다.
도 3a는, 제 1 토크 제어부에 의해 얻어지는 토크 제어 특성과 본 실시형태의 효과를 나타내는 도면이다.
도 3b는, 제 2 토크 제어부에 의해 얻어지는 토크 제어 특성과 본 실시형태의 효과를 나타내는 도면이다.
도 3c는, 제 1 토크 제어부에 의해 얻어지는 토크 제어 특성과 본 실시형태의 효과를 나타내는 도면이다.
도 3d는, 제 2 토크 제어부에 의해 얻어지는 토크 제어 특성과 본 실시형태의 효과를 나타내는 도면이다.
도 4a는, 토크 피드백 회로의 제 1 분압 회로와 가변 감압 밸브로 이루어지는 회로 부분의 출력 특성을 나타내는 도면이고,
도 4b는, 토크 피드백 회로의 제 2 분압 회로의 출력 특성을 나타내는 도면이고,
도 4c는, 토크 피드백 회로 전체의 출력 특성을 나타내는 도면이다.
도 5는, 레귤레이터(제 2 펌프 제어 장치)의 LS 구동 압력과 메인 펌프(제 2 유압 펌프)의 토출압과 메인 펌프(제 2 유압 펌프)의 틸팅각의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6a는, 메인 펌프(제 2 유압 펌프)의 레귤레이터(제 2 펌프 제어 장치)에 있어서의 토크 제어와 로드 센싱 제어의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6b는, 도 6a의 세로축을 메인 펌프의 흡수 토크로 치환하여 토크 제어와 로드 센싱 제어의 관계를 나타낸 도면이다.
도 7은, 유압 구동 장치가 탑재되는 유압 셔블의 외관을 나타내는 도면이다.
도 8은, 본 실시형태의 효과를 설명하기 위한 비교예를 나타내는 도면이다.
도 9는, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련되는 유압 셔블(건설기계)의 유압 구동 장치를 나타내는 도면이다.
도 10a는, 제 2 실시형태에 있어서의 토크 피드백 회로의 가변 감압 밸브의 출력 특성을 나타내는 도면이다.
도 10b는, 토크 피드백 회로 전체의 출력 특성을 나타내는 도면이다.
도 11은, 본 발명의 제 3 실시형태에 관련되는 유압 셔블(건설기계)의 유압 구동 장치를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 따라 설명한다.
<제 1 실시형태>
∼구성∼
도 1은, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련되는 유압 셔블(건설기계)의 유압 구동 장치를 나타내는 도면이다.
도 1에 있어서, 본 실시형태의 유압 구동 장치는, 원동기(예를 들면 디젤 엔진)(1)와, 그 원동기(1)에 의해 구동되고, 제 1 및 제 2 압유 공급로(105, 205)에 압유를 토출하는 제 1 및 제 2 토출 포트(102a, 102b)를 갖는 스플릿 플로우 타입의 가변 용량형 메인 펌프(102)(제 1 유압 펌프)와, 원동기(1)에 의해 구동되고, 제 3 압유 공급로(305)에 압유를 토출하는 제 3 토출 포트(202a)를 갖는 싱글 플로우 타입의 가변 용량형 메인 펌프(202)(제 2 유압 펌프)와, 메인 펌프(102)의 제 1 및 제 2 토출 포트(102a, 102b) 및 메인 펌프(202)의 제 3 토출 포트(202a)로부터 토출되는 압유에 의해 구동되는 복수의 액추에이터(3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h)와, 제 1∼제 3 압유 공급로(105, 205, 305)에 접속되고, 메인 펌프(102)의 제 1 및 제 2 토출 포트(102a, 102b) 및 메인 펌프(202)의 제 3 토출 포트(202a)로부터 복수의 액추에이터(3a∼3h)에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 컨트롤 밸브 유닛(4)과, 메인 펌프(102)의 제 1 및 제 2 토출 포트(102a, 102b)의 토출 유량을 제어하기 위한 레귤레이터(112)(제 1 펌프 제어 장치)와, 메인 펌프(202)의 제 3 토출 포트(202a)의 토출 유량을 제어하기 위한 레귤레이터(212)(제 2 펌프 제어 장치)를 구비하고 있다.
컨트롤 밸브 유닛(4)은, 제 1∼제 3 압유 공급로(105, 205, 305)에 접속되고, 메인 펌프(102)의 제 1 및 제 2 토출 포트(102a, 102b), 메인 펌프(202)의 제 3 토출 포트(202a)로부터 복수의 액추에이터(3a∼3h)에 공급되는 압유의 유량을 제어하는 복수의 유량 제어 밸브(6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f, 6g, 6h, 6i, 6j)와, 복수의 유량 제어 밸브(6a∼6j)의 전후 차압이 목표 차압과 동일해지도록 복수의 유량 제어 밸브(6a∼6j)의 전후 차압을 각각 제어하는 복수의 압력 보상 밸브(7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g, 7h, 7i, 7j)와, 복수의 유량 제어 밸브(6a∼6j)의 스풀과 함께 스트로크하고, 각 유량 제어 밸브의 전환을 검출하기 위한 복수의 조작 검출 밸브(8a, 8b, 8c, 8d, 8f, 8g, 8i, 8j)와, 제 1 압유 공급로(105)에 접속되고, 제 1 압유 공급로(105)의 압력을 설정 압력 이상이 되지 않도록 제어하는 메인 릴리프 밸브(114)와, 제 2 압유 공급로(205)에 접속되고, 제 2 압유 공급로(205)의 압력을 설정 압력 이상이 되지 않도록 제어하는 메인 릴리프 밸브(214)와, 제 3 압유 공급로(305)에 접속되고, 제 3 압유 공급로(305)의 압력을 설정 압력 이상이 되지 않도록 제어하는 메인 릴리프 밸브(314)와, 제 1 압유 공급로(105)에 접속되고, 제 1 압유 공급로(105)의 압력이 제 1 토출 포트(102a)로부터 토출되는 압유에 의해 구동되는 액추에이터의 최고 부하압에 스프링의 설정 압력(소정 압력)을 가산한 압력(언로드 밸브 세트압)보다 높아지면 개방 상태가 되어 제 1 압유 공급로(105)의 압유를 탱크로 되돌리는 언로드 밸브(115)와, 제 2 압유 공급로(205)에 접속되고, 제 2 압유 공급로(205)의 압력이 제 2 토출 포트(102b)로부터 토출되는 압유에 의해 구동되는 액추에이터의 최고 부하압에 스프링의 설정 압력(소정 압력)을 가산한 압력(언로드 밸브 세트압)보다 높아지면 개방 상태가 되어 제 2 압유 공급로(205)의 압유를 탱크로 되돌리는 언로드 밸브(215)와, 제 3 압유 공급로(305)에 접속되고, 제 3 압유 공급로(305)의 압력이 제 3 토출 포트(202a)로부터 토출되는 압유에 의해 구동되는 액추에이터의 최고 부하압에 스프링의 설정 압력(소정 압력)을 가산한 압력(언로드 밸브 세트압)보다 높아지면 개방 상태가 되어 제 3 압유 공급로(305)의 압유를 탱크로 되돌리는 언로드 밸브(315)를 구비하고 있다.
컨트롤 밸브 유닛(4)은, 또, 제 1 압유 공급로(105)에 접속되는 유량 제어 밸브(6d, 6f, 6i, 6j)의 부하 포트에 접속되고, 액추에이터(3a, 3b, 3d, 3f)의 최고 부하압(Plmax1)을 검출하는 셔틀 밸브(9d, 9f, 9i, 9j)를 포함하는 제 1 부하압 검출 회로(131)와, 제 2 압유 공급로(205)에 접속되는 유량 제어 밸브(6b, 6c, 6g)의 부하 포트에 접속되고, 액추에이터(3b, 3c, 3g)의 최고 부하압(Plmax2)을 검출하는 셔틀 밸브(9b, 9c, 9g)를 포함하는 제 2 부하압 검출 회로(132)와, 제 3 압유 공급로(305)에 접속되는 유량 제어 밸브(6a, 6e, 6h)의 부하 포트에 접속되고, 액추에이터(3a, 3e, 3h)의 부하압(최고 부하압)(Plmax3)을 검출하는 셔틀 밸브(9e, 9h)를 포함하는 제 3 부하압 검출 회로(133)와, 제 1 압유 공급로(105)의 압력(즉 제 1 토출 포트(102a)의 압력)(P1)과 제 1 부하압 검출 회로(131)에 의해 검출된 최고 부하압(Plmax1)(제 1 압유 공급로(105)에 접속되는 액추에이터(3a, 3b, 3d, 3f)의 최고 부하압)과의 차(LS 차압)를 절대압(Pls1)으로서 출력하는 차압 감압 밸브(111)와, 제 2 압유 공급로(205)의 압력(즉 제 2 토출 포트(102b)의 압력)(P2)과 제 2 부하압 검출 회로(132)에 의해 검출된 최고 부하압(Plmax2)(제 2 압유 공급로(205)에 접속되는 액추에이터(3b, 3c, 3g)의 최고 부하압)과의 차(LS 차압)를 절대압(Pls2)으로서 출력하는 차압 감압 밸브(211)와, 제 3 압유 공급로(305)의 압력(즉 메인 펌프(202)의 토출압 또는 제 3 토출 포트(202a)의 압력)(P3)과 제 3 부하압 검출 회로(133)에 의해 검출된 최고 부하압(Plmax3)(제 3 압유 공급로(305)에 접속되는 액추에이터(3a, 3e, 3h)의 부하압)과의 차(LS 차압)를 절대압(Pls3)으로서 출력하는 차압 감압 밸브(311)를 구비하고 있다. 이하에 있어서, 차압 감압 밸브(111, 211, 311)가 출력하는 절대압(Pls1, Pls2, Pls3)을 적절히 LS 차압(Pls1, Pls2, Pls3)이라고 한다.
전술한 언로드 밸브(115)에는, 제 1 토출 포트(102a)로부터 토출되는 압유에 의해 구동되는 액추에이터의 최고 부하압으로서 제 1 부하압 검출 회로(131)에 의해 검출된 최고 부하압(Plmax1)이 유도되고, 전술한 언로드 밸브(215)에는, 제 2 토출 포트(102b)로부터 토출되는 압유에 의해 구동되는 액추에이터의 최고 부하압으로서 제 2 부하압 검출 회로(132)에 의해 검출된 최고 부하압(Plmax2)이 유도되고, 전술한 언로드 밸브(315)에는, 제 3 토출 포트(202a)로부터 토출되는 압유에 의해 구동되는 액추에이터의 최고 부하압으로서 제 3 부하압 검출 회로(133)에 의해 검출된 최고 부하압(Plmax3)이 유도된다.
또한, 차압 감압 밸브(111)가 출력하는 LS 차압(Pls1)은, 제 1 압유 공급로(105)에 접속된 압력 보상 밸브(7d, 7f, 7i, 7j)와 메인 펌프(102)의 레귤레이터(112)로 유도되고, 차압 감압 밸브(211)가 출력하는 LS 차압(Pls2)은, 제 2 압유 공급로(205)에 접속된 압력 보상 밸브(7b, 7c, 7g)와 메인 펌프(102)의 레귤레이터(112)로 유도되고, 차압 감압 밸브(311)가 출력하는 LS 차압(Pls3)은, 제 3 압유 공급로(305)에 접속된 압력 보상 밸브(7a, 7e, 7h)와 메인 펌프(202)의 레귤레이터(212)로 유도된다.
여기에서, 액추에이터(3a)는, 유량 제어 밸브(6i) 및 압력 보상 밸브(7i)와 제 1 압유 공급로(105)를 통해 제 1 토출 포트(102a)에 접속되고, 또한 유량 제어 밸브(6a) 및 압력 보상 밸브(7a)와 제 3 압유 공급로(305)를 통해 제 3 토출 포트(202a)에 접속되어 있다. 액추에이터(3a)는, 예를 들면 유압 셔블의 붐을 구동하는 붐 실린더이고, 유량 제어 밸브(6a)는 붐 실린더(3a)의 메인 구동용이고, 유량 제어 밸브(6i)는 붐 실린더(3a) 어시스트 구동용이다. 액추에이터(3b)는, 유량 제어 밸브(6j) 및 압력 보상 밸브(7j)와 제 1 압유 공급로(105)를 통해 제 1 토출 포트(102a)에 접속되고, 또한 유량 제어 밸브(6b) 및 압력 보상 밸브(7b)와 제 2 압유 공급로(205)를 통해 제 2 토출 포트(102b)에 접속되어 있다. 액추에이터(3b)는, 예를 들면 유압 셔블의 아암을 구동하는 아암 실린더이고, 유량 제어 밸브(6b)는 아암 실린더(3b)의 메인 구동용이고, 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 제 1 압유 공급로(105)를 통해 제 1 토출 포트(102a)에 접속되고, 액추에이터(3c, 3g)는 각각 유량 제어 밸브(6c, 6g) 및 압력 보상 밸브(7c, 7g)와 제 2 압유 공급로(205)를 통해 제 2 토출 포트(102b)에 접속되어 있다. 액추에이터(3d, 3f)는 각각, 예를 들면 유압 셔블의 버킷을 구동하는 버킷 실린더, 하부 주행체의 좌측 크롤러를 구동하는 좌주행 모터이다. 액추에이터(3c, 3g)는 각각, 예를 들면 유압 셔블의 상부 선회체를 구동하는 선회 모터, 하부 주행체의 우측 크롤러를 구동하는 우주행 모터이다. 액추에이터(3e, 3h)는 각각 유량 제어 밸브(6e, 6h) 및 압력 보상 밸브(7e, 7h)와 제 3 압유 공급로(305)를 통해 제 3 토출 포트(202a)에 접속되어 있다. 액추에이터(3e, 3h)는 각각, 예를 들면 유압 셔블의 스윙 포스트를 구동하는 스윙 실린더, 블레이드를 구동하는 블레이드 실린더이다.
도 2a는, 붐 실린더인 액추에이터(3a)(이하 적절히 붐 실린더(3a)라고 한다) 및 아암 실린더인 액추에이터(3b)(이하 적절히 아암 실린더(3b)라고 한다) 이외의 액추에이터(3c∼3h)의 유량 제어 밸브(6c∼6h)의 각각의 미터인 통로의 개구 면적 특성을 나타내는 도면이다. 이들 유량 제어 밸브는, 스풀 스트로크가 불감대(不感帶)(0-S1)를 넘어서 증가함에 따라 개구 면적이 증가하고, 최대의 스풀 스트로크(S3)의 직전에서 최대 개구 면적(A3)이 되도록 개구 면적 특성이 설정되어 있다. 최대 개구 면적(A3)은, 액추에이터의 종류에 따라 각각 고유의 크기를 가진다.
도 2b의 상측은, 붐 실린더(3a)의 유량 제어 밸브(6a, 6i) 및 아암 실린더(3b)의 유량 제어 밸브(6b, 6j)의 각각의 미터인 통로의 개구 면적 특성을 나타내는 도면이다.
붐 실린더(3a)의 메인 구동용의 유량 제어 밸브(6a)는, 스풀 스트로크가 불감대(0-S1)를 넘어서 증가함에 따라 개구 면적이 증가하여, 중간 스트로크(S2)에서 최대 개구 면적(A1)이 되고, 그 후, 최대의 스풀 스트로크(S3)까지 최대 개구 면적(A1)이 유지되도록 개구 면적 특성이 설정되어 있다. 아암 실린더(3b)의 메인 구동용의 유량 제어 밸브(6b)의 개구 면적 특성도 동일하다.
붐 실린더(3a)의 어시스트 구동용의 유량 제어 밸브(6i)는, 스풀 스트로크가 중간 스트로크(S2)가 될 때까지는 개구 면적은 제로이고, 스풀 스트로크가 중간 스트로크(S2)를 넘어서 증가함에 따라 개구 면적이 증가하여, 최대의 스풀 스트로크(S3)의 직전에서 최대 개구 면적(A2)이 되도록 개구 면적 특성이 설정되어 있다. 아암 실린더(3b)의 어시스트 구동용의 유량 제어 밸브(6j)의 개구 면적 특성도 동일하다.
도 2b의 하측은, 붐 실린더(3a)의 유량 제어 밸브(6a, 6i) 및 아암 실린더(3b)의 유량 제어 밸브(6b, 6j)의 미터인 통로의 합성 개구 면적 특성을 나타내는 도면이다.
붐 실린더(3a)의 유량 제어 밸브(6a, 6i)의 미터인 통로는, 각각이 상기와 같은 개구 면적 특성을 갖는 결과, 스풀 스트로크가 불감대(0-S1)를 넘어서 증가함에 따라 개구 면적이 증가하고, 최대의 스풀 스트로크(S3)의 직전에서 최대 개구 면적(A1+A2)이 되는 합성 개구 면적 특성이 된다. 아암 실린더(3b)의 유량 제어 밸브(6b, 6j)의 합성 개구 면적 특성도 동일하다.
여기에서, 도 2a에 나타내는 액추에이터(3c∼3h)의 유량 제어 밸브(6c, 6d, 6e, 6f, 6g, 6h)의 최대 개구 면적(A3)과 붐 실린더(3a)의 유량 제어 밸브(6a, 6i) 및 아암 실린더(3b)의 유량 제어 밸브(6b, 6j)의 합성한 최대 개구 면적(A1+A2)은, A1+A2>A3의 관계에 있다. 즉, 붐 실린더(3a) 및 아암 실린더(3b)는, 다른 액추에이터보다 최대의 요구 유량이 큰 액추에이터이다.
도 1로 되돌아가서, 컨트롤 밸브 유닛(4)는, 상류측이 스로틀(43)을 통해 파일럿 압유 공급로(31b)(후술)에 접속되고 하류측이 조작 검출 밸브(8a, 8b, 8c, 8d, 8f, 8g, 8i, 8j)를 통해 탱크에 접속된 주행 복합 조작 검출 유로(53)와, 이 주행 복합 조작 검출 유로(53)에 의해 생성되는 조작 검출압에 의거하여 전환되는 제 1 전환 밸브(40), 제 2 전환 밸브(146) 및 제 3 전환 밸브(246)를 더 구비하고 있다.
주행 복합 조작 검출 유로(53)는, 좌주행 모터인 액추에이터(3f)(이하 적절히 좌주행 모터(3f)라고 한다) 및/또는 우주행 모터인 액추에이터(3g)(이하 적절히 우주행 모터(3g)라고 한다)와, 제 1 압유 공급로(105)와 제 2 압유 공급로(205)에 접속되는 좌우 주행 모터 이외의 액추에이터(3a, 3b, 3c, 3d) 중 적어도 하나를 동시에 구동하는 주행 복합 조작이 아닐 때는, 적어도 조작 검출 밸브(8a, 8b, 8c, 8d, 8f, 8g, 8i, 8j) 중 어느 하나를 통해 탱크에 연통함으로써 유로(53)의 압력이 탱크압이 되고, 당해 주행 복합 조작시에는, 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.
제 1 전환 밸브(40)는, 주행 복합 조작이 아닐 때는, 도시 하측의 제 1 위치(차단 위치)에 있어, 제 1 압유 공급로(105)와 제 2 압유 공급로(205)의 연통을 차단하고, 주행 복합 조작시에, 주행 복합 조작 검출 유로(53)에서 생성된 조작 검출압에 의해 도시 상측의 제 2 위치(연통 위치)로 전환되어, 제 1 압유 공급로(105)와 제 2 압유 공급로(205)를 연통시킨다.
제 2 전환 밸브(146)는, 주행 복합 조작이 아닐 때는, 도시 하측의 제 1 위치에 있어, 탱크압을 제 2 부하압 검출 회로(132)의 최하류의 셔틀 밸브(9g)로 유도하고, 주행 복합 조작시에, 주행 복합 조작 검출 유로(53)에서 생성된 조작 검출압에 의해 도시 상측의 제 2 위치로 전환되어, 제 1 부하압 검출 회로(131)에 의해 검출된 최고 부하압(Plmax1)(제 1 압유 공급로(105)에 접속되는 액추에이터(3a, 3b, 3d, 3f)의 최고 부하압)을 제 2 부하압 검출 회로(132)의 최하류의 셔틀 밸브(9g)로 유도한다.
제 3 전환 밸브(246)는, 주행 복합 조작이 아닐 때는, 도시 하측의 제 1 위치에 있어, 탱크압을 제 1 부하압 검출 회로(131)의 최하류의 셔틀 밸브(9f)로 유도하고, 주행 복합 조작시에, 주행 복합 조작 검출 유로(53)에서 생성된 조작 검출압에 의해 도시 상측의 제 2 위치로 전환되어, 제 2 부하압 검출 회로(132)에 의해 검출된 최고 부하압(Plmax2)(제 2 압유 공급로(205)에 접속되는 액추에이터(3b, 3c, 3g)의 최고 부하압)을 제 1 부하압 검출 회로(131)의 최하류의 셔틀 밸브(9f)로 유도한다.
여기에서, 좌주행 모터(3f) 및 우주행 모터(3g)는, 동시에 구동되고 또한 그때 공급 유량이 동등해짐으로써 소정의 기능을 다하는 액추에이터이다. 본 실시형태에 있어서, 좌주행 모터(3f)는 스플릿 플로우 타입의 메인 펌프(102)의 제 1 토출 포트(102a)로부터 토출되는 압유로 구동되고, 우주행 모터(3g)는 스플릿 플로우 타입의 메인 펌프(102)의 제 2 토출 포트(102b)로부터 토출되는 압유로 구동된다.
또한, 도 1에 있어서, 본 실시형태에 있어서의 유압 구동 장치는, 원동기(1)에 의해 구동되는 고정 용량형의 파일럿 펌프(30)와, 파일럿 펌프(30)의 압유 공급로(31a)에 접속되고, 파일럿 펌프(30)의 토출 유량을 절대압(Pgr)으로서 검출하는 원동기 회전수 검출 밸브(13)와, 원동기 회전수 검출 밸브(13)의 하류측의 파일럿 압유 공급로(31b)에 접속되고, 파일럿 압유 공급로(31b)에 일정한 파일럿 1차압(Ppilot)을 생성하는 파일럿 릴리프 밸브(32)와, 파일럿 압유 공급로(31b)에 접속되고, 게이트 록 레버(24)에 의해 하류측의 파일럿 압유 공급로(31c)를 파일럿 압유 공급로(31b)에 접속할지 탱크에 접속할지를 전환하는 게이트 록 밸브(100)와, 게이트 록 밸브(100)의 하류측의 파일럿 압유 공급로(31c)에 접속되고, 후술하는 복수의 유량 제어 밸브(6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f, 6g, 6h, 6i, 6j)를 제어하기 위한 조작 파일럿압을 생성하는 복수의 파일럿 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)의 사이에 접속된 유량 검출 밸브(50)와, 그 유량 검출 밸브(50)의 전후 차압을 절대압(Pgr)으로서 출력하는 차압 감압 밸브(51)를 가지고 있다.
유량 검출 밸브(50)는 통과 유량(파일럿 펌프(30)의 토출 유량)이 증대함에 따라 개구 면적을 크게 하는 가변 스로틀부(50a)를 가지고 있다. 파일럿 펌프(30)의 토출유는 유량 검출 밸브(50)의 가변 스로틀부(50a)를 통과하여 파일럿 압유공급로(31b)측으로 흐른다. 이때, 유량 검출 밸브(50)의 가변 스로틀부(50a)에는 통과 유량이 증가함에 따라 커지는 전후 차압이 발생하고, 차압 감압 밸브(51)는 그 전후 차압을 절대압(Pgr)으로서 출력한다. 파일럿 펌프(30)의 토출 유량은 원동기(1)의 회전수에 의해 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(Pgr)은 목표 LS 차압으로서 레귤레이터(112, 212)로 유도된다. 이하에 있어서, 차압 감압 밸브(51)가 출력하는 절대압(Pgr)을 적절히 출력압(Pgr) 또는 목표 LS 차압(Pgr)이라고 한다.
레귤레이터(112)(제 1 펌프 제어 장치)는, 차압 감압 밸브(111)가 출력하는 LS 차압(Pls1)과 차압 감압 밸브(211)가 출력하는 LS 차압(Pls2)의 저압측을 선택하는 저압 선택 밸브(112a)와, 저압 선택된 LS 차압(Pls12)과 목표 LS 차압인 원동기 회전수 검출 밸브(13)의 출력압(Pgr)이 유도되고, LS 차압(Pls12)이 목표 LS 차압(Pgr)보다 작아짐에 따라 낮아지도록 로드 센싱 구동 압력(이하 LS 구동 압력(Px12)이라고 한다)을 변화시키는 LS 제어 밸브(112b)와, LS 구동 압력(Px12)이 유도되고, LS 구동 압력(Px12)이 낮아짐에 따라 메인 펌프(102)의 틸팅각(토출 유량)을 증가시켜 토출 유량이 증가하도록 메인 펌프(102)의 틸팅각을 제어하는 LS 제어 피스톤(112c)과, 메인 펌프(102)의 제 1 및 제 2 토출 포트(102a, 102b)의 각각의 압력이 유도되고, 그러한 압력의 상승시에 메인 펌프(102)의 경사판의 틸팅각을 감소시켜, 흡수 토크가 감소하도록 메인 펌프(102)의 틸팅각을 제어하는 토크 제어(마력 제어) 피스톤(112e, 112d)(제 1 토크 제어 액추에이터)과, 최대 토크(T12max)(도 3a 참조)를 설정하는 가압 수단인 스프링(112u)을 구비하고 있다.
저압 선택 밸브(112a), LS 제어 밸브(112b) 및 LS 제어 피스톤(112c)은, 메인 펌프(102)의 토출압(제 1 및 제 2 토출 포트(102a, 102b)의 고압측의 토출압)이, 메인 펌프(102)로부터 토출되는 압유에 의해 구동되는 액추에이터의 최고 부하압(최고 부하압(Plmax1)과 최고 부하압(Plmax2)의 고압측의 압력)보다 목표 차압(목표 LS 차압(Pgr))만큼 높아지도록 메인 펌프(102)의 토출 유량을 제어하는 제 1 로드 센싱 제어부를 구성한다.
토크 제어 피스톤(112d, 112e)과 스프링(112u)은, 메인 펌프(102)의 제 1 및 제 2 토출 포트(102a, 102b)의 각각의 토출압(메인 펌프(102)의 토출압)과 메인 펌프(102)의 토출 유량의 적어도 일방이 증가하여, 메인 펌프(102)의 흡수 토크가 증가할 때, 메인 펌프(102)의 흡수 토크가 스프링(112u)에서 설정된 최대 토크(T12max)를 초과하지 않도록 메인 펌프(102)의 토출 유량을 제어하는 제 1 토크 제어부를 구성한다.
도 3a 및 도 3c는, 제 1 토크 제어부(토크 제어 피스톤(112d, 112e)과 스프링(112u))에 의해 얻어지는 토크 제어 특성과 본 실시형태의 효과를 나타내는 도면이다. 도 3a 및 도 3c 중, P12는, 메인 펌프(102)의 제 1 및 제 2 토출 포트(102a, 102b)의 압력(P1, P2)의 합계(P1+P2)(메인 펌프(102)의 토출압)이고, q12는 메인 펌프(102)의 경사판의 틸팅각(토출 유량)이며, P12max는 메인 릴리프 밸브(114, 214)의 설정 압력에 의해 얻어지는 메인 펌프(102)의 제 1 및 제 2 토출 포트(102a, 102b)의 최고 토출압의 합계이고, q12max는 메인 펌프(102)의 구조로 결정되는 최대 틸팅각이다. 또한, 메인 펌프(102)의 흡수 토크는, 메인 펌프(102)의 토출압(P12)(P1+P2)과 틸팅각(q12)의 곱으로 나타낼 수 있다.
도 3a 및 도 3c에 있어서, 메인 펌프(102)의 최대 흡수 토크는 스프링(112u)에 의해, 곡선 502로 나타내어지는 T12max(최대 토크)로 설정되어 있다. 메인 펌프(102)로부터 토출되는 압유에 의해 액추에이터가 구동되고, 메인 펌프(102)의 흡수 토크가 증가하여 최대 토크(T12max)에 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 제한된다. 예를 들면, 메인 펌프(102)의 틸팅각이 곡선 502 상의 어딘가에 있는 상태에서 메인 펌프(102)의 토출압이 상승하면, 토크 제어 피스톤(112d, 112e)은 메인 펌프(102)의 틸팅각(q12)을 곡선 502를 따라 감소시킨다. 또한, 메인 펌프(102)의 틸팅각이 곡선 502 상의 어딘가에 있는 상태에서 메인 펌프(102)의 틸팅각(q12)이 증가하려고 하면, 토크 제어 피스톤(112d, 112e)은 메인 펌프(102)의 틸팅각(q12)이 곡선 502 상의 틸팅각으로 유지되도록 제한한다. 도 3a 중, 부호 TE는 원동기(1)의 정격 출력 토크(Terate)를 나타내는 곡선이고, 최대 토크(T12max)는 Terate보다 작은 값으로 설정되어 있다. 이와 같이 최대 토크(T12max)를 설정하고, 메인 펌프(102)의 흡수 토크가 최대 토크(T12max)를 초과하지 않도록 제한함으로써, 원동기(1)의 정격 출력 토크(Terate)를 최대한 유효하게 이용하면서, 메인 펌프(102)가 액추에이터를 구동할 때의 원동기(1)의 정지(엔진 스톨)를 방지할 수 있다.
제 1 로드 센싱 제어부(저압 선택 밸브(112a), LS 제어 밸브(112b) 및 LS 제어 피스톤(112c))은, 메인 펌프(102)의 흡수 토크가 최대 토크(T12max)보다 작아, 제 1 토크 제어부에 의한 토크 제어의 제한을 받고 있지 않을 때에 기능하여, 로드 센싱 제어에 의해 메인 펌프(102)의 토출 유량을 제어한다.
레귤레이터(212)(제 2 펌프 제어 장치)는, 차압 감압 밸브(311)가 출력하는 LS 차압(Pls3)과 목표 LS 차압인 원동기 회전수 검출 밸브(13)의 출력압(Pgr)이 유도되고, LS 차압(Pls3)이 목표 LS 차압(Pgr)보다 작아짐에 따라 낮아지도록 로드 센싱 구동 압력(이하 LS 구동 압력(Px3)이라고 한다)을 변화시키는 LS 제어 밸브(212b)와, LS 구동 압력(Px3)이 유도되고, LS 구동 압력(Px3)이 낮아짐에 따라 메인 펌프(202)의 틸팅각(토출 유량)을 증가시켜 토출 유량이 증가하도록 메인 펌프(202)의 틸팅각을 제어하는 LS 제어 피스톤(212c)(로드 센싱 제어 액추에이터)과, 메인 펌프(202)의 토출압이 유도되고, 그 압력의 상승시에 메인 펌프(202)의 경사판의 틸팅각을 감소시켜, 흡수 토크가 감소하도록 메인 펌프(202)의 틸팅각을 제어하는 토크 제어(마력 제어) 피스톤(212d)(제 2 토크 제어 액추에이터)과, 최대 토크(T3max)(도 3b 참조)를 설정하는 가압 수단인 스프링(212e)을 구비하고 있다.
LS 제어 밸브(212b)와 LS 제어 피스톤(212c)은, 메인 펌프(202)의 토출압이, 메인 펌프(202)로부터 토출되는 압유에 의해 구동되는 액추에이터의 최고 부하압(Plmax3)보다 목표 차압(목표 LS 차압(Pgr))만큼 높아지도록 메인 펌프(202)의 토출 유량을 제어하는 제 2 로드 센싱 제어부를 구성한다.
토크 제어 피스톤(212d)과 스프링(212e)은, 메인 펌프(202)의 토출압과 토출 유량의 적어도 일방이 증가하여, 메인 펌프(202)의 흡수 토크가 증가할 때, 메인 펌프(202)의 흡수 토크가 최대 토크(T3max)를 초과하지 않도록 메인 펌프(202)의 토출 유량을 제어하는 제 2 토크 제어부를 구성한다.
도 3b 및 도 3d는, 제 2 토크 제어부(토크 제어 피스톤(212d)과 스프링(212e))에 의해 얻어지는 토크 제어 특성과 본 실시형태의 효과를 나타내는 도면이다. 도 3b 및 도 3d 중, P3은 메인 펌프(202)의 토출압이고, q3은 메인 펌프(202)의 경사판의 틸팅각(토출 유량)이며, P3max는 메인 릴리프 밸브(314)의 설정 압력에 의해 얻어지는 메인 펌프(202)의 최고 토출압이고, q3max는 메인 펌프(202)의 구조로 결정되는 최대 틸팅각이다. 또한, 메인 펌프(202)의 흡수 토크는, 메인 펌프(202)의 토출압(P3)과 틸팅각(q3)의 곱으로 나타낼 수 있다.
도 3b 및 도 3d에 있어서, 메인 펌프(202)의 최대 흡수 토크는 스프링(212e)에 의해, 곡선 602로 나타내어지는 T3max(최대 토크)로 설정되어 있다. 메인 펌프(202)로부터 토출되는 압유에 의해 액추에이터가 구동되고, 메인 펌프(202)의 흡수 토크가 증가하여 최대 토크(T3max)에 도달하면, 도 3a의 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 제한된다.
제 2 로드 센싱 제어부(LS 제어 밸브(212b)와 LS 제어 피스톤(212c))는, 메인 펌프(202)의 흡수 토크가 최대 토크(T3max)보다 작아, 제 2 토크 제어부에 의한 토크 제어의 제한을 받고 있지 않을 때에 기능하여, 로드 센싱 제어에 의해 메인 펌프(202)의 토출 유량을 제어한다.
도 1로 되돌아가서, 레귤레이터(112)(제 1 펌프 제어 장치)는, 메인 펌프(202)의 토출압과 레귤레이터(212)의 LS 구동 압력(Px3)이 유도되고, 메인 펌프(202)(제 2 유압 펌프)가 토크 제어의 제한을 받아, 토크 제어의 최대 토크(T3max)로 동작할 때와, 메인 펌프(202)가 토크 제어의 제한을 받지 않고, 로드 센싱 제어에 의해 토출 유량 제어를 행할 때의 어느 경우에도, 메인 펌프(202)의 흡수 토크를 모의한 특성이 되도록 메인 펌프(202)의 토출압과 레귤레이터(212)의 LS 구동 압력(Px3)에 의거하여 메인 펌프(202)의 토출압을 보정하여 출력하는 토크 피드백 회로(112v)와, 이 토크 피드백 회로(112v)의 출력압이 유도되고, 토크 피드백 회로(112v)의 출력압이 높아짐에 따라 메인 펌프(102)의 경사판의 틸팅각(토출 유량)을 감소시켜, 스프링(112u)에 의해 설정된 최대 토크(T12max)가 감소하도록 메인 펌프(102)의 틸팅각을 제어하는 토크 피드백 피스톤(112f)(제 3 토크 제어 액추에이터)을 더 구비하고 있다.
도 3a 및 도 3c에 있어서 화살표는, 토크 피드백 회로(112v) 및 토크 피드백 피스톤(112f)의 효과를 나타내고 있다. 메인 펌프(202)의 토출압이 상승할 때, 토크 피드백 회로(112v)는 메인 펌프(202)의 토출압을, 메인 펌프(202)의 흡수 토크를 모의한 특성이 되도록 보정하여 출력하고, 토크 피드백 피스톤(112f)은, 도 3a에 화살표로 나타내는 바와 같이, 스프링(112u)에 의해 설정된 최대 토크(T12max)를 토크 피드백 회로(112v)의 출력압분, 감소시킨다. 이로 인해 메인 펌프(102)에 관련되는 액추에이터와 메인 펌프(202)에 관련되는 액추에이터를 동시에 구동하는 복합 조작시에 있어서도, 메인 펌프(102)의 흡수 토크가 최대 토크(T12max)를 초과하지 않도록 제어되어(전체 토크 제어), 원동기(1)의 정지(엔진 스톨)를 방지할 수 있다.
∼토크 피드백 회로의 상세∼
토크 피드백 회로(112v)의 상세를 설명한다.
<회로 구성>
토크 피드백 회로(112v)는, 메인 펌프(202)의 토출압이 유도되는 제 1 고정 스로틀(112i), 이 제 1 고정 스로틀(112i)의 하류측에 위치하고, 하류측이 탱크에 접속된 가변 스로틀 밸브(112h)를 가지고, 제 1 고정 스로틀(112i)과 가변 스로틀 밸브(112h)의 사이의 유로(112m)의 압력을 출력하는 제 1 분압 회로(112r)와, 제 1 분압 회로(112r)의 출력압(유로(112m)의 압력)이 유도되고, 이 유로(112m)의 압력이 설정압 이하일 때는, 제 1 분압 회로(112r)의 출력압을 그대로 출력하고, 제 1 분압 회로(112r)의 출력압이 설정압보다 높을 때는, 제 1 분압 회로(112r)의 출력압을 설정압으로 감압하여 출력하는 가변 감압 밸브(112g)와, 메인 펌프(202)의 토출압이 유도되는 제 2 고정 스로틀(112k), 이 제 2 고정 스로틀(112k)의 하류측에 위치하고, 하류측이 탱크에 접속된 제 3 고정 스로틀(112l)을 가지고, 제 2 고정 스로틀(112k)과 제 3 고정 스로틀(112l)의 사이의 유로(112n)의 압력을 출력하는 제 2 분압 회로(112s)와, 가변 감압 밸브(112g)의 출력압과 제 2 분압 회로(112s)의 출력압의 고압측을 선택하여 출력하는 셔틀 밸브(고압 선택 밸브)(112j)를 구비하고 있다. 셔틀 밸브(112j)의 출력압은 토크 피드백 회로(112v)의 출력압으로서 토크 피드백 피스톤(112f)으로 유도된다.
제 1 분압 회로(112r)의 가변 스로틀 밸브(112h)는, 개구가 열림방향이 되는 측으로 레귤레이터(212)의 LS 구동 압력(Px3)이 유도되고, 이 LS 구동 압력(Px3)이 탱크압일 때에 전폐(全閉)이고, LS 구동 압력(Px3)이 높아짐에 따라 개구 면적이 커져(제 1 고정 스로틀(112i)과 가변 스로틀 밸브(112h)의 사이의 유로(112m)의 압력이 낮아져), LS 구동 압력(Px3)이 파일럿 압유 공급로(31b)에 있어서 파일럿 릴리프 밸브(32)에 의해 생성되는 일정한 파일럿 1차압(Ppilot)일 때에 도 1 중 우측의 위치로 전환되어, 미리 정해진 최대의 개구 면적이 되도록 구성되어 있다.
가변 감압 밸브(112g)는, 레귤레이터(212)의 LS 구동 압력(Px3)이 유도되고, 이 LS 구동 압력(Px3)이 탱크압일 때는 설정압이 미리 정해진 최대값(초기값)이 되고, LS 구동 압력(Px3)이 높아짐에 따라 설정압을 낮게 하여, LS 구동 압력(Px3)이 파일럿 압유 공급로(31b)의 일정한 파일럿 1차압(Ppilot)까지 높아지면, 설정압이 미리 정해진 최소값이 되도록 구성되어 있다.
또한, 제 1 고정 스로틀(112i)과 제 2 고정 스로틀(112k)의 개구 면적은 동일하고, 또한 제 3 고정 스로틀(112l)의 개구 면적과 가변 스로틀 밸브(112h)가 도 1 중 우측의 위치로 전환되었을 때의 최대 개구 면적은 동일해지도록(제 3 고정 스로틀(112l)의 스로틀 특성이, 메인 펌프(202)를 최소 틸팅각으로 하는 LS 구동 압력(Px3)이 유도되었을 때의 가변 스로틀 밸브(112h)(압력 조정 밸브)의 스로틀 특성과 동일해지도록) 구성되어 있다. 바꾸어 말하면, 제 2 분압 회로(112s)의 출력 특성은, 메인 펌프(202)를 최소 틸팅각으로 하는 LS 구동 압력(Px3)이 유도되었을 때의 제 1 분압 회로(112r)의 출력 특성과 동일해지도록 설정되어 있다.
<회로의 출력 특성>
도 4a는, 토크 피드백 회로(112v)의 제 1 분압 회로(112r)와 가변 감압 밸브(112g)로 이루어지는 회로 부분의 출력 특성을 나타내는 도면이고, 도 4b는, 토크 피드백 회로(112v)의 제 2 분압 회로(112s)의 출력 특성을 나타내는 도면이며, 도 4c는, 토크 피드백 회로(112v) 전체의 출력 특성을 나타내는 도면이다.
<<제 1 분압 회로(112r)와 가변 감압 밸브(112g)>>
도 4a에 있어서, P3은 전술한 바와 같이 메인 펌프(202)의 토출압이고, Pp는 가변 감압 밸브(112g)의 출력압(가변 감압 밸브(112g)의 하류의 유로(112p)의 압력)이고, Pm은 제 1 분압 회로(112r)의 출력압(제 1 고정 스로틀(112i)과 가변 스로틀 밸브(112h)의 사이의 유로(112m)의 압력)이다.
메인 펌프(202)에 관련되는 액추에이터(3a, 3e, 3h)의 조작 레버 중 어느 하나가 풀 조작되고, 유량 제어 밸브의 개구 면적이 규정하는 요구 유량(이하 단순히 유량 제어 밸브의 요구 유량이라고 한다)이 메인 펌프(202)에 설정된 최대 토크(T3max)(도 3b)로 제한되는 유량 이상인 경우에는, 메인 펌프(202)의 토출 유량이 요구 유량에 대하여 부족한 소위 세츄레이션(saturation) 상태가 된다. 이 경우에는, Pls3<Pgr이기 때문에, LS 제어 밸브(212b)는 도 1의 도시 우측의 위치로 전환되고, LS 구동 압력(Px3)은 탱크압과 동일해진다(후술하는 붐 상승 풀 조작(c)). LS 구동 압력(Px3)이 탱크압일 때, 가변 스로틀 밸브(112h)의 개구 면적은 최소(전폐)가 되고, 제 1 분압 회로(112r)의 출력압(유로(112m)의 압력)(Pm)은 메인 펌프(202)의 토출압(P3)과 동일해진다. 또한, 가변 감압 밸브(112g)의 설정압은 초기값의 Ppf이다. 이 때문에 메인 펌프(202)의 토출압(P3)이 상승하면, 가변 감압 밸브(112g)의 출력압(Pp)은 직선 Cm, Cp와 같이 변화한다. 즉, 메인 펌프(202)의 토출압(P3)이 Ppf로 상승할 때까지는 가변 감압 밸브(112g)의 출력압(Pp)은 직선 Cm과 같이 직선 비례적으로 상승하고(Pp=P3), 토출압(P3)이 Ppf에 도달하면, 출력압(Pp)은 그 이상으로 상승하지 않고, 직선 Cp와 같이 Ppf로 제한된다.
메인 펌프(202)에 관련되는 액추에이터(3a, 3e, 3h)의 조작 레버 중 어느 하나가 미세 조작되었을 때는, LS 제어 밸브(212b)는 도 1의 도시 좌측의 위치로부터 스트로크하고, Pls3이 Pgr과 동일해지는 중간 위치로 전환되고, LS 구동 압력(Px3)은 파일럿 릴리프 밸브(32)에 의해 생성되는 일정한 파일럿 1차압(Ppilot)과 탱크압의 중간의 압력으로 상승한다(후술하는 붐 상승 미세 조작(b) 및 수평 고르기 작업(f)). LS 구동 압력(Px3)이 탱크압과 파일럿 1차압(Ppilot)의 중간의 압력에 있을 때, 가변 스로틀 밸브(112h)의 개구 면적은 전폐와 전개(최대)의 중간의 값이 되고, 제 1 분압 회로(112r)의 출력압(Pm)은, 메인 펌프(202)의 토출압(P3)을 제 1 고정 스로틀(112i)과 가변 스로틀 밸브(112h)의 개구 면적의 비로 분압한 값으로 저하한다. 또한, 가변 감압 밸브(112g)의 설정압(Pp)은 초기값의 Ppf로부터 Ppc로 저하한다. 이 때문에 메인 펌프(202)의 토출압(P3)이 상승하면, 가변 감압 밸브(112g)의 출력압(Pp)은 직선 Bm, Bp와 같이 변화한다. 이때의 직선 Bm의 기울기(출력압(Pm)의 변화 비율)는 직선 Cm보다 작고, 직선 Bp의 압력(Ppc)은 직선 Cp의 압력(Ppf)보다 낮아진다.
메인 펌프(202)에 관련되는 액추에이터(3a, 3e, 3h)의 모든 조작 레버가 중립인 경우, 또는 그들 조작 레버 중 어느 하나가 조작된 경우라도, 그 조작량이 매우 적어, 유량 제어 밸브의 요구 유량이 메인 펌프(202)의 최소 틸팅각(q3min)에서 얻어지는 최소 유량보다 적을 경우에는, LS 제어 밸브(212b)는 도 1의 도시 좌측의 위치에 있고(우측방향의 스트로크 엔드 위치), LS 구동 압력(Px3)은, 파일럿 릴리프 밸브(32)에 의해 생성되는 일정한 파일럿 1차압(Ppilot)까지 상승한다(후술하는 전체 조작 레버 중립시의 동작(a) 및 짐 매달기 작업에서의 붐 상승 미세 조작(g)). LS 구동 압력(Px3)이 파일럿 1차압(Ppilot)까지 상승하면, 가변 스로틀 밸브(112h)의 개구 면적은 최대가 되고, 제 1 분압 회로(112r)의 출력압(Pm)은 가장 낮아진다. 또한, 가변 감압 밸브(112g)의 설정압은 최소의 Ppa가 된다. 이 때문에 메인 펌프(202)의 토출압(P3)이 상승하면, 가변 감압 밸브(112g)의 출력압은 직선 Am, Ap와 같이 변화한다. 이때 직선 Am의 기울기(출력압(Pm)의 변화 비율)는 가장 작고, 직선 Ap의 압력(Ppa)은 가장 낮은 압력이 된다.
<<제 2 분압 회로(112s)>>
도 4b에 있어서, Pn은 제 2 분압 회로(112s)의 출력압(제 2 고정 스로틀(112k)과 제 3 고정 스로틀(112l)의 사이의 유로(112n)의 압력)이다.
제 2 분압 회로(112s)의 출력압(Pn)은, 메인 펌프(202)의 토출압(P3)을 제 2 고정 스로틀(112k)과 제 3 고정 스로틀(112l)의 개구 면적의 비로 분압한 압력이고, 이 압력은, 메인 펌프(202)의 토출압(P3)이 상승하면, 직선 An과 같이 직선 비례적으로 증가한다. 제 2 분압 회로(112s)의 제 2 고정 스로틀(112k)의 개구 면적은 제 1 분압 회로(112r)의 제 1 고정 스로틀(112i)과 동일하고, 제 2 분압 회로(112s)의 제 3 고정 스로틀(112l)의 개구 면적은, LS 구동 압력(Px3)이 파일럿 1차압(Ppilot)에서, 도 1 중 우측의 위치로 전환되었을 때의 가변 스로틀 밸브(112h)의 최대 개구 면적과 동일하다. 이 때문에 직선 An은 도 4a의 직선 Am과 동일한 기울기의 직선이 된다.
<<회로 전체의 출력 특성>>
도 4c에 있어서, P3t는 토크 피드백 회로(112v)의 출력압이다.
가변 감압 밸브(112g)의 출력압과 제 2 분압 회로(112s)의 출력압의 고압측이 토크 피드백 회로(112v)의 출력압으로서 셔틀 밸브(112j)에 의해 선택되어, 출력된다. 이 때문에 메인 펌프(202)의 토출압(P3)이 상승할 때의 토크 피드백 회로(112v)의 출력압(P3t)의 변화는, 도 4c에 나타내는 바와 같이 된다. 즉, LS 구동 압력(Px3)이 탱크압일 때와, 탱크압과의 파일럿 1차압(Ppilot)의 중간의 압력으로 상승했을 때는, 도 4a의 직선 Cm, Cp 및 직선 Bm, Bp의 가변 감압 밸브(112g)의 출력압(Pp)이 선택되고, 토크 피드백 회로(112v)는, 각각 직선 Cm, Cp 및 직선 Bm, Bp의 설정이 된다. 또한, LS 구동 압력(Px3)이 파일럿 1차압(Ppilot)까지 상승했을 때는, 도 4b의 직선 An의 제 2 분압 회로(112s)의 출력압(Pn)이 선택되고, 토크 피드백 회로(112v)는 직선 An의 설정이 된다.
<흡수 토크의 모의>
다음에, 토크 피드백 회로(112v)가 메인 펌프(202)의 토출압을 메인 펌프(202)의 흡수 토크를 모의한 특성이 되도록 보정하여 출력하는 것임에 대하여 설명한다.
메인 펌프(202)가 로드 센싱 제어에 의해 토출 유량 제어를 행할 때, 메인 펌프(202)의 토출 유량 변경 부재(경사판)의 위치, 즉 토출 유량(틸팅각)은, LS 구동 압력이 작용하는 LS 제어 피스톤(212c)과 메인 펌프(202)의 토출압이 작용하는 토크 제어 피스톤(212d)의 각각이 경사판을 누르는 힘의 합력과, 최대 토크를 설정하는 가압 수단인 스프링(212e)이 경사판을 반대방향으로 누르는 힘과의 균형에 의해 결정된다. 이 때문에 로드 센싱 제어시의 메인 펌프(202)의 틸팅각은 LS 구동 압력에 의해 변화할 뿐만 아니라, 메인 펌프(202)의 토출압의 영향도 받아 변화한다.
도 5는, 레귤레이터(212)의 LS 구동 압력(Px3)과 메인 펌프(202)의 토출압(P3)과 메인 펌프(202)의 틸팅각(q3)의 관계를 나타내는 도면이다. 도 5에 있어서, LS 구동 압력(Px3)이 파일럿 압유 공급로(31b)의 일정한 파일럿 1차압(Ppilot)(최대)일 때, 메인 펌프(202)의 틸팅각(q3)은 최소(q3min)이고, LS 구동 압력(Px3)이 저하함에 따라 메인 펌프(202)의 틸팅각(q3)은, 예를 들면 직선 R1로 나타내는 바와 같이 증가하여, LS 구동 압력(Px3)이 탱크압까지 저하하면, 메인 펌프(202)의 틸팅각(q3)은 최대(q3max)가 된다. 또한, 메인 펌프(202)의 토출압(P3)이 상승함 따라 메인 펌프(202)의 틸팅각(q3)은 직선 R2, R3, R4과 같이 감소한다.
도 6a는, 메인 펌프(202)의 레귤레이터(212)에 있어서의 토크 제어와 로드 센싱 제어의 관계(메인 펌프(202)의 토출압과 틸팅각과 LS 구동 압력(Px3)의 관계)를 나타내는 도면이고, 도 6b는, 도 6a의 세로축을 메인 펌프(202)의 흡수 토크로 치환하여 토크 제어와 로드 센싱 제어의 관계(메인 펌프(202)의 토출압과 흡수 토크와 LS 구동 압력(Px3)의 관계)를 나타낸 도면이다.
메인 펌프(202)에 관련되는 액추에이터(3a, 3e, 3h)의 조작 레버 중 어느 하나가 풀 조작되고, 메인 펌프(202)의 토출 유량이 세츄레이션 상태가 되어, LS 구동 압력(Px3)이 탱크압과 동일해지는 경우에는(후술하는 붐 상승 풀 조작(c)), 메인 펌프(202)의 토출압(P3)이 상승할 때, 메인 펌프(202)의 틸팅각(q3)은, 도 6a의 특성 Hq(Hqa, Hqb)와 같이 변화하고, 메인 펌프(202)의 토출압(P3)과 틸팅각(q3)의 곱에 비례하는 메인 펌프(202)의 흡수 토크(T3)는 도 6b의 특성 HT(Hta, HTb)와 같이 변화한다. 특성 Hq의 직선 Hqa는 도 3b의 직선 601에 대응하고, 메인 펌프(202)의 구조로 결정되는 최대 틸팅각(q3max)의 특성이다. 특성 Hq의 곡선 Hqb는 도 3b의 곡선 602에 대응하고, 스프링(212e)에 의해 설정된 최대 토크(T3max)의 특성이다. 메인 펌프(202)의 흡수 토크(T3)가 T3max에 도달하기 전에는 틸팅각(q3)은 직선 Hqa에 나타내는 바와 같이 q3max로 일정하다(도 6a). 이때 메인 펌프(202)의 흡수 토크(T3)는 직선 Hta로 나타내는 바와 같이 토출압(P3)이 상승함에 따라 대략 직선적으로 증가한다(도 6b). 흡수 토크(T3)가 T3max에 도달하면 곡선 Hqb에 나타내는 바와 같이 토출압(P3)이 상승함에 따라 틸팅각(q3)은 작아진다(도 6a). 이때 메인 펌프(202)의 흡수 토크(T3)는 곡선 HTb에 나타내는 바와 같이T3max로 거의 일정해진다(도 6b).
메인 펌프(202)에 관련되는 액추에이터(3a, 3e, 3h)의 조작 레버 중 어느 하나가 미세 조작되고, LS 구동 압력(Px3)이 탱크압과 파일럿 1차압(Ppilot)의 중간의 압력으로 상승하는 경우는(후술하는 붐 상승 미세 조작(b) 및 수평 고르기 작업(f)), LS 구동 압력(Px3)이 Px3b, Px3c, Px3d로 높아짐에 따라, 메인 펌프(202)의 틸팅각(q3)은, 도 6a의 곡선 Iq, Jq, Kq와 같이 변화하고, 이에 대응하여 메인 펌프(202)의 흡수 토크(T3)는 도 6b의 곡선 IT(ITa, ITb), JT(JTa, JTb), KT(KTa, KTb)와 같이 변화한다.
즉, 메인 펌프(202)의 토출압(P3)이 상승할 때, LS 구동 압력(Px3)이 예를 들면 Px3b로 일정하여도, 메인 펌프(202)의 틸팅각(q3)은 상술한 바와 같이 곡선 Iq와 같이 토출압(P3)의 상승의 영향을 받아 저하하기 때문에, 토출압(P3)의 고압측에서는 T3max의 곡선 Hqb 상의 틸팅각보다 작은 틸팅각이 된다(도 6a). 그 결과, 메인 펌프(202)의 흡수 토크(T3)는, 토출압(P3)이 상승함에 따라 곡선 ITa와 같이 곡선 HTa보다 완만한 기울기(변화 비율)로 증가하고, 곧 곡선 ITb에 나타내는 바와 같이 T3max보다 작은 최대 토크(T3b)에 도달하여, 거의 일정해진다(도 6b). 다만, 틸팅각(q3)은 메인 펌프(202)의 구조로 결정되는 최소 틸팅각(q3min) 이하로는 되지 않고, 흡수 토크(T3)는 최소 틸팅각(q3min)에 대응한 직선 LT의 최소 토크(T3min) 이하로는 되지 않는다.
LS 구동 압력(Px3)이 Px3c, Px3d인 경우도 동일하여, 틸팅각(q3)은 곡선 Jq, Kq와 같이 토출압(P3)의 상승의 영향을 받아 저하하고, 토출압(P3)의 고압측에서는 곡선 Iq 상의 틸팅각보다 더 작아진다(도 6a). 이에 대응하여 메인 펌프(202)의 흡수 토크(T3)는, 토출압(P3)이 상승함에 따라 곡선 JTa, KTa와 같이 곡선 ITa보다 더 완만한 기울기(변화 비율 ITa>JTa>KTa)로 증가하고, 곡선 JTb, KTb에 나타내는 바와 같이 T3b보다 작은 최대 토크(T3c, T3d)(T3b>T3c>T3d)에 도달하여, 거의 일정해진다(도 6b). 다만, 이 경우도, 틸팅각(q3)은 메인 펌프(202)의 구조로 결정되는 최소 틸팅각(q3min) 이하로는 되지 않고, 흡수 토크(T3)는 최소 틸팅각(q3min)에 대응한 직선 LT의 최소 토크(T3min) 이하로는 되지 않는다.
메인 펌프(202)에 관련되는 액추에이터(3a, 3e, 3h)의 모든 조작 레버가 중립인 경우, 또는 그들 조작 레버 중 어느 하나가 조작된 경우라도, 그 조작량이 매우 적어, 유량 제어 밸브의 요구 유량이 메인 펌프(202)의 최소 틸팅각(q3min)에서 얻어지는 최소 유량보다 적을 경우에는(후술하는 전체 조작 레버 중립시의 동작(a) 및 짐 매달기 작업에서의 붐 상승 미세 조작(g)), 메인 펌프(202)의 틸팅각(q3)은, 도 6a에 직선 Lq로 나타내는 바와 같이 메인 펌프(202)의 구조로 결정되는 최소 틸팅각(q3min)으로 유지되고, 이에 대응하여 메인 펌프(202)의 흡수 토크(T3)는 최소 토크(T3min)가 되고, 이 최소 토크(T3min)는 도 6b의 직선 LT와 같이 변화한다. 즉, 최소 토크(T3min)는 토출압(P3)이 상승함에 따라 직선 LT와 같이 가장 작은 기울기로 증가한다.
도 4c로 되돌아가서, 메인 펌프(202)의 토출압(P3)의 상승시에 있어서의 토크 피드백 회로(112v)의 출력압(P3t)의 증가 비율은, 도 4c의 직선 Cm, Bm으로 나타내는 바와 같이, LS 구동 압력(Px3)이 높아짐에 따라 작아지고, 토크 피드백 회로(112v)의 출력압(P3t)의 최대값은, 도 4c의 직선 Cp, Bp로 나타내는 바와 같이, LS 구동 압력(Px3)이 높아짐에 따라 작아진다. 또한, 메인 펌프(202)가 최소 틸팅각(q3min)에 있을 때의 메인 펌프(202)의 토출압(P3)의 상승시에 있어서의 토크 피드백 회로(112v)의 출력압(P3t)은, 직선 An과 같이 가장 작은 기울기(증가 비율)로 증가한다.
도 4c와 도 6b의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 도 4c에 나타내는 직선 Cm, Bm, An의 출력압(P3t)의 증가 비율은, 도 6b에 나타내는 곡선 HTa, ITa, JTa, KTa, LT의 흡수 토크의 증가 비율과 마찬가지로, LS 구동 압력(Px3)이 상승함에 따라 작아지도록 변화하고, 도 4c에 나타내는 직선 Cp, Bp의 출력압(P3t)의 최대값(Ppf)은, 도 6b에 나타내는 곡선 HTb, ITb, JTb, KTb의 흡수 토크의 최대값과 마찬가지로, LS 구동 압력(Px3)이 상승함에 따라 작아지도록 변화한다.
즉, 토크 피드백 회로(112v)는, 메인 펌프(202)(제 2 유압 펌프)가 토크 제어의 제한을 받아, 토크 제어의 최대 토크(T3max)로 동작할 때와, 메인 펌프(202)가 토크 제어의 제한을 받지 않고, 로드 센싱 제어에 의해 토출 유량 제어를 행할 때의 어느 경우에도, 메인 펌프(202)의 토출압을 메인 펌프(202)의 흡수 토크를 모의한 특성이 되도록 보정하여 출력한다.
∼유압 셔블∼
도 7은, 상술한 유압 구동 장치가 탑재되는 유압 셔블의 외관을 나타내는 도면이다.
도 7에 있어서, 작업 기계로서 잘 알려져 있는 유압 셔블은 하부 주행체(101)와, 상부 선회체(109)와, 스윙식의 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 전부(前部)에는 스윙 포스트(103)가 장착되고, 이 스윙 포스트(103)에 프론트 작업기(104)가 상하동 가능하게 장착되어 있다. 스윙 포스트(103)는 스윙 실린더(3e)의 신축에 의해 상부 선회체(109)에 대해 수평방향으로 회전 운동 가능하고, 프론트 작업기(104)의 붐(104a), 아암(104b), 버킷(104c)은 붐 실린더(3a), 아암 실린더(3b), 버킷 실린더(3d)의 신축에 의해 상하방향으로 회전 운동 가능하다. 하부 주행체(101)의 중앙 프레임에는, 블레이드 실린더(3h)의 신축에 의해 상하 동작을 행하는 블레이드(106)가 장착되어 있다. 하부 주행체(101)는, 주행 모터(3f, 3g)의 회전에 의해 좌우의 크롤러(101a, 101b)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), 주행용의 조작 장치(124a, 124b)(도 7에서는 좌측만 도시), 도시하지 않는 스윙용의 조작 장치 및 블레이드용의 조작 장치, 게이트 록 레버(24) 등이 설치되어 있다. 조작 장치(122, 123)의 조작 레버는 중립 위치로부터 십자방향을 기준으로 한 임의의 방향으로 조작 가능하고, 좌측의 조작 장치(122)의 조작 레버를 전후방향으로 조작할 때, 조작 장치(122)는 선회용의 조작 장치로서 기능하고, 동(同) 조작 장치(122)의 조작 레버를 좌우방향으로 조작할 때, 조작 장치(122)는 아암용의 조작 장치로서 기능하며, 우측의 조작 장치(123)의 조작 레버를 전후방향으로 조작할 때, 조작 장치(123)는 붐용의 조작 장치로서 기능하고, 동(同) 조작 장치(123)의 조작 레버를 좌우방향으로 조작할 때, 조작 장치(123)는 버킷용의 조작 장치로서 기능한다.
∼동작∼
다음에, 본 실시형태의 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)으로서 출력한다. 원동기 회전수 검출 밸브(13)의 하류에는 파일럿 릴리프 밸브(32)가 접속되어 있고, 파일럿 압유 공급로(31b)에 일정한 압력(파일럿 1차압(Ppilot))을 생성하고 있다.
(a) 모든 조작 레버가 중립인 경우
모든 조작 장치의 조작 레버가 중립이므로, 모든 유량 제어 밸브(6a∼6j)가 중립 위치가 된다. 모든 유량 제어 밸브(6a∼6j)가 중립 위치이므로, 제 1 부하압 검출 회로(131), 제 2 부하압 검출 회로(132), 제 3 부하압 검출 회로(133)는 각각, 최고 부하압(Plmax1, Plmax2, Plmax3)으로서 탱크압을 검출한다. 이 최고 부하압(Plmax1, Plmax2, Plmax3)은, 각각 언로드 밸브(115, 215, 315)와 차압 감압 밸브(111, 211, 311)로 유도된다.
최고 부하압(Plmax1, Plmax2, Plmax3)이 언로드 밸브(115, 215, 315)로 유도됨으로써, 제 1, 제 2 및 제 3 토출 포트(102a, 102b, 202a)의 압력(P1, P2, P3)은, 최고 부하압(Plmax1, Plmax2, Plmax3)에 언로드 밸브(115, 215, 315)의 각각의 스프링의 설정 압력(Pun0)을 가산한 압력(언로드 밸브 세트압)으로 유지된다. 여기에서, 최고 부하압(Plmax1, Plmax2, Plmax3)은 상술한 바와 같이 각각 탱크압이고, 탱크압은 거의 0MPa이다. 이 때문에, 언로드 밸브 세트압은 스프링의 설정 압력(Pun0)과 동일해지고, 제 1, 제 2 및 제 3 토출 포트(102a, 102b, 202a)의 압력(P1, P2, P3)은 Pun0(최소 토출압(P3min))으로 유지된다. 통상, Pun0은 목표 LS 차압인 원동기 회전수 검출 밸브(13)의 출력압(Pgr)보다 약간 높게 설정된다(Pun0>Pgr).
차압 감압 밸브(111, 211, 311)는, 각각 제 1, 제 2 및 제 3 압유 공급로(105, 205, 305)의 압력(P1, P2, P3)과 최고 부하압(Plmax1, Plmax2, Plmax3)(탱크압)과의 차압(LS 차압)을 절대압(Pls1, Pls2, Pls3)으로서 출력한다. 최고 부하압(Plmax1, Plmax2, Plmax3)은 상술한 바와 같이 각각 탱크압이므로, Pls1=P1-Plmax1=P1=Pun0>Pgr, Pls2=P2-Plmax2=P2=Pun0>Pgr, Pls3=P3-Plmax3=P3=Pun0>Pgr이 된다. LS 차압(Pls1, Pls2)은 레귤레이터(112)의 저압 선택 밸브(112a)로 유도되고, Pls3은 레귤레이터(212)의 LS 제어 밸브(212b)로 유도된다.
레귤레이터(112)에 있어서, 저압 선택 밸브(112a)로 유도된 LS 차압(Pls1, Pls2)은 그들의 저압측이 선택되고, LS 차압(Pls12)으로서 LS 제어 밸브(112b)로 유도된다. 이때, Pls1, Pls2 중 어느 것이 선택되어도, Pls12>Pgr이므로, LS 제어 밸브(112b)는 도 1에서 좌방향으로 밀려 우측의 위치로 전환되고, LS 구동 압력(Px12)은 파일럿 릴리프 밸브(32)에 의해 생성되는 일정한 파일럿 1차압(Ppilot)까지 상승하고, 이 파일럿 1차압(Ppilot)이 LS 제어 피스톤(112c)으로 유도된다. LS 제어 피스톤(112c)에 파일럿 1차압(Ppilot)이 유도되므로, 메인 펌프(102)의 토출 유량은 최소로 유지된다.
한편, 레귤레이터(212)의 LS 제어 밸브(212b)에 LS 차압(Pls3)이 유도된다. Pls3>Pgr이므로, LS 제어 밸브(212b)는 도 1에서 우측방향으로 밀려 좌측의 위치로 전환되고, LS 구동 압력(Px3)은 파일럿 1차압(Ppilot)까지 상승하고, 이 파일럿 1차압(Ppilot)이 LS 제어 피스톤(212c)으로 유도된다. LS 제어 피스톤(212c)에 파일럿 1차압(Ppilot)이 유도되므로, 메인 펌프(202)의 토출 유량은 최소로 유지된다.
또한, 모든 조작 레버가 중립인 경우에는, LS 구동 압력(Px3)은 파일럿 1차압(Ppilot)과 동일해지므로, 토크 피드백 회로(112v)는, 도 4c의 직선 An의 설정이 된다. 또한, 이때 메인 펌프(202)의 토출압(제 3 토출 포트(202a)의 압력)(P3)은 최소 토출압의 Pun0이므로, 토크 피드백 회로(112v)의 출력압은 도 4c의 직선 An 상의 A점의 압력(P3tmin)이 된다. 이 압력(P3tmin)은 토크 피드백 피스톤(112f)으로 유도되고, 메인 펌프(102)의 최대 토크는 도 3a의 T12max의 설정이 된다.
(b) 붐 조작 레버를 입력한 경우(미세 조작)
예를 들면 붐용의 조작 장치의 조작 레버(붐 조작 레버)를 붐 실린더(3a)가 신장하는 방향, 즉 붐 상승방향으로 입력하면, 붐 실린더(3a) 구동용의 유량 제어 밸브(6a, 6i)가 도 1 중에서 상방향으로 전환된다. 여기에서, 붐 실린더(3a) 구동용의 유량 제어 밸브(6a, 6i)의 개구 면적 특성은, 도 2b를 이용하여 설명한 바와 같이 유량 제어 밸브(6a)가 메인 구동용이고, 유량 제어 밸브(6i)가 어시스트 구동용이다. 유량 제어 밸브(6a, 6i)는, 조작 장치의 파일럿 밸브에 의해 출력된 조작 파일럿압에 따라 스트로크한다.
붐 조작 레버가 미세 조작이고, 유량 제어 밸브(6a, 6i)의 스트로크가 도 2b의 S2 이하인 경우, 붐 조작 레버의 조작량(조작 파일럿압)이 증가해 가면, 메인 구동용의 유량 제어 밸브(6a)의 미터인 통로의 개구 면적은 제로로부터 A1로 증가해 간다. 한편, 어시스트 구동용의 유량 제어 밸브(6i)의 미터인 통로의 개구 면적은 제로로 유지된다.
이와 같이 어시스트 구동용의 유량 제어 밸브(6i)는, 붐 상승 미세 조작에서는 도 1 중에서 상방향으로 전환되어도, 미터인 통로는 열리지 않고, 또, 부하 검출 포트도 탱크에 접속된 채이고, 제 1 부하압 검출 회로(131)는 최고 부하압(Plmax1)으로서 탱크압을 검출한다. 이 때문에, 메인 펌프(102)의 토출 유량은 모든 조작 레버가 중립인 경우와 동일하게 최소로 유지된다.
한편, 유량 제어 밸브(6a)가 도 1 중에서 상방향으로 전환되면, 붐 실린더(3a)의 보텀측의 부하압이 유량 제어 밸브(6a)의 부하 포트를 통해 제 3 부하압 검출 회로(133)에 의해 최고 부하압(Plmax3)으로서 검출되고, 언로드 밸브(315)와 차압 감압 밸브(311)로 유도된다. 최고 부하압(Plmax3)이 언로드 밸브(315)로 유도됨으로써, 언로드 밸브(315)의 세트압은, 최고 부하압(Plmax3)(붐 실린더(3a)의 보텀측의 부하압)에 스프링의 설정 압력(Pun0)을 가산한 압력으로 상승하고, 제 3 압유 공급로(305)의 압유를 탱크에 배출하는 유로를 차단한다. 또한, 최고 부하압(Plmax3)이 차압 감압 밸브(311)로 유도됨으로써, 차압 감압 밸브(311)는 제 3 압유 공급로(305)의 압력(P3)과 최고 부하압(Plmax3)과의 차압(LS 차압)을 절대압(Pls3)으로서 출력하고, 이 Pls3은 LS 제어 밸브(212b)로 유도된다. LS 제어 밸브(212b)는, 목표 LS 차압(Pgr)과 상기 LS 차압(Pls3)을 비교한다.
붐 상승 기동시의 조작 레버 입력 직후에는, 붐 실린더(3a)의 부하압이 제 3 압유 공급로(305)에 전해져 양자의 압력차는 거의 없어지기 때문에, LS 차압(Pls3)은 거의 제로와 동일해진다. 따라서, Pls3<Pgr의 관계가 되므로, LS 제어 밸브(212b)는 도 1 중에서 좌방향으로 전환되고, LS 제어 피스톤(212c)의 압유를 탱크에 방출한다. 이 때문에 LS 구동 압력(Px3)은 저하하고, 메인 펌프(202)의 토출 유량은 증가한다. 이 LS 구동 압력(Px3)의 저하에 의한 유량 증가는 Pls3=Pgr이 될 때까지 계속되고, Pls3=Pgr이 된 시점에서 LS 구동 압력(Px3)은, 파일럿 릴리프 밸브(32)에 의해 생성되는 일정한 파일럿 1차압(Ppilot)과 탱크압의 중간에 있는 값으로 유지된다. 이와 같이, 메인 펌프(202)는, 유량 제어 밸브(6a)의 요구 유량에 따라, 필요한 유량을 필요한 분만큼 토출하는, 소위 로드 센싱 제어를 행한다. 이로 인해 붐 조작 레버의 입력에 따른 유량의 압유가 붐 실린더(3a)의 보텀측에 공급되고, 붐 실린더(3a)는 신장방향으로 구동된다.
또한, LS 구동 압력(Px3)은, 파일럿 1차압(Ppilot)과 탱크압의 중간의 압력이 되기 때문에, 토크 피드백 회로(112v)는, 예를 들면 도 4c의 직선 Bm, Bp로 나타내는 설정이 된다. 이때, 붐 상승의 부하압은 비교적 높기 때문에, 메인 펌프(202)의 토출압(P3)은 도 4c의 직선 Bp의 압력까지 상승하고, 토크 피드백 회로(112v)는, 도 4c의 직선 Bp 상의 제한된 압력(Ppc)을 출력한다. 토크 피드백 피스톤(112f)은 메인 펌프(102)의 최대 토크를, 도 3a의 곡선 502의 T12max로부터 토크 피드백 회로(112v)의 출력압(Ppc) 상당분만큼, T12max보다 작은 값으로 감소시킨다.
예를 들면, 붐 상승 미세 조작에서, 메인 펌프(202)가 도 3b의 X2점(P3a, q3b)에서 동작하고, 도 4c의 직선 Bp 상의 D점이 X2점에 대응할 때, 토크 피드백 회로(112v)는, 메인 펌프(202)의 토출압(P3a)을, X2점의 흡수 토크(T3g)를 모의한 값으로 보정하여 출력하고(출력압(Ppc)), 토크 피드백 피스톤(112f)은 메인 펌프(102)의 최대 토크를, 도 3a의 곡선 502의 T12max로부터 곡선 504의 T12max-T3gs로 감소시킨다(T3gs≒T3g).
이로 인해, 붐 상승 미세 조작의 단독 조작으로부터, 붐 상승 미세 조작과 메인 펌프(102)에 관련되는 액추에이터 중 어느 하나를 구동하는 조작의 복합 조작(예를 들면, 후술하는 수평 고르기 작업)으로 이행한 경우에서, 당해 액추에이터의 조작 레버를 풀 조작한 경우라도, 제 1 토크 제어부는, 메인 펌프(102)의 흡수 토크가 T12max-T3gs를 초과하지 않도록 메인 펌프(102)의 틸팅각을 제어하고, 메인 펌프(102, 202)의 흡수 토크의 합계는 최대 토크(T12max)를 초과하지 않게 되어, 원동기(1)의 정지(엔진 스톨)를 방지할 수 있다.
(c) 붐 조작 레버를 입력한 경우(풀 조작)
예를 들면 붐 조작 레버를 붐 실린더(3a)가 신장하는 방향, 즉 붐 상승방향으로 풀로 조작한 경우, 붐 실린더(3a) 구동용의 유량 제어 밸브(6a, 6i)가 도 1 중에서 상방향으로 전환되고, 도 2b에 나타낸 바와 같이, 유량 제어 밸브(6a, 6i)의 스풀 스트로크는 S2 이상이 되고, 유량 제어 밸브(6a)의 미터인 통로의 개구 면적은 A1로 유지되고, 유량 제어 밸브(6i)의 미터인 통로의 개구 면적은 A2가 된다.
전술한 바와 같이, 붐 실린더(3a)의 부하압은 유량 제어 밸브(6a)의 부하 포트를 통해 제 3 부하압 검출 회로(133)에 의해 최고 부하압(Plmax3)으로서 검출되고, 이 최고 부하압(Plmax3)에 따라 메인 펌프(202)의 토출 유량은 Pls3이 Pgr과 동일해지도록 제어되어, 메인 펌프(202)로부터 붐 실린더(3a)의 보텀측에 압유가 공급된다.
한편, 붐 실린더(3a)의 보텀측의 부하압은, 유량 제어 밸브(6i)의 부하 포트를 통해 제 1 부하압 검출 회로(131)에 의해 최고 부하압(Plmax1)으로서 검출되고, 언로드 밸브(115)와 차압 감압 밸브(111)로 유도된다. 최고 부하압(Plmax1)이 언로드 밸브(115)로 유도됨으로써, 언로드 밸브(115)의 세트압은, 최고 부하압(Plmax1)(붐 실린더(3a)의 보텀측의 부하압)에 스프링의 설정 압력(Pun0)을 가산한 압력으로 상승하고, 제 1 압유 공급로(105)의 압유를 탱크에 배출하는 유로를 차단한다. 또한, 최고 부하압(Plmax1)이 차압 감압 밸브(111)로 유도됨으로써, 차압 감압 밸브(111)는 제 1 압유 공급로(105)의 압력(P1)과 최고 부하압(Plmax1)과의 차압(LS 차압)을 절대압(Pls1)으로서 출력한다. 이 Pls1은 레귤레이터(112)의 저압 선택 밸브(112a)로 유도되고, 저압 선택 밸브(112a)에 의해 Pls1과 Pls2의 저압측이 선택된다.
붐 상승 기동시의 조작 레버 입력 직후에는, 붐 실린더(3a)의 부하압이 제 1 압유 공급로(105)에 전해져 양자의 압력의 차는 거의 없어지기 때문에, LS 차압(Pls1)은 거의 제로와 동일해진다. 한편, 이때, Pls2는 조작 레버의 중립시와 마찬가지로, Pgr보다 큰 값으로 유지되어 있다(Pls2=P2-Plmax2=P2=Pun0>Pgr). 따라서, 저압 선택 밸브(112a)에서는 Pls1이 저압측의 LS 차압(Pls12)으로서 선택되고, LS 제어 밸브(112b)로 유도된다. LS 제어 밸브(112b)는, 목표 LS 차압(Pgr)과 LS 차압(Pls1)을 비교한다. 이 경우, 상기와 같이 LS 차압(Pls1)은 거의 제로와 동일하여, Pls1<Pgr의 관계가 되므로, LS 제어 밸브(112b)는 도 1 중에서 우방향으로 전환되고, LS 제어 피스톤(112c)의 압유를 탱크에 방출한다. 이 때문에 LS 구동 압력(Px3)이 저하하고, 메인 펌프(102)의 토출 유량은 증가하여, 메인 펌프(102)의 유량은 Pls1이 Pgr과 동일해지도록 제어된다. 이로 인해 메인 펌프(102)의 제 1 토출 포트(102a)로부터 붐 실린더(3a)의 보텀측에 압유가 공급되고, 붐 실린더(3a)는, 메인 펌프(202)의 제 3 토출 포트(202a)와 메인 펌프(102)의 제 1 토출 포트(102a)로부터의 합류한 압유에 의해 신장방향으로 구동된다.
이때, 제 2 압유 공급로(205)에는, 제 1 압유 공급로(105)에 공급되는 압유와 동일한 유량의 압유가 공급되나, 그 압유는 잉여 유량으로서 언로드 밸브(215)를 통해 탱크로 되돌아간다. 여기에서, 제 2 부하압 검출 회로(132)는 최고 부하압(Plmax2)으로서 탱크압을 검출하고 있기 때문에, 언로드 밸브(215)의 세트압은 스프링의 설정 압력(Pun0)과 동일해지고, 제 2 압유 공급로(205)의 압력(P2)은 Pun0의 저압으로 유지된다. 이로 인해 잉여 유량이 탱크로 되돌아갈 때의 언로드 밸브(215)의 압력 손실이 저감하여, 에너지 로스가 적은 운전이 가능해진다.
여기에서, 메인 펌프(202)는, 유량 제어 밸브(6a)의 요구 유량에 따라 유량을 토출하나, 그 요구 유량이 최대 토크(T3)(도 3b)로 제한되는 유량 이상일 때는, 메인 펌프(202)의 토출 유량이 요구 유량에 대해 부족하여, 검출한 LS 차압(Pls3)이 목표 LS 차압(Pgr)에 도달하지 않는, 소위 세츄레이션 상태가 되는 경우가 있다. 세츄레이션 상태가 된 경우, Pls3<Pgr이고, LS 제어 밸브(212b)는 도 1의 도시 우측의 위치로 전환되기 때문에, LS 제어 피스톤(212c)의 압유는 LS 제어 밸브(212b)를 통해 탱크에 방출되어, LS 구동 압력(Px3)은 탱크압과 동일해진다. 이 때문에 토크 피드백 회로(112v)는, 도 4c의 직선 Cm과 직선 Cp로 나타내는 설정이 되고, 전술한 바와 같이 붐 상승의 부하압은 비교적 높기 때문에, 메인 펌프(202)의 토출압(P3)은 도 4c의 직선 Cp의 압력까지 상승하고, 토크 피드백 회로(112v)는, 도 4c의 직선 Cp 상의 제한된 압력(Ppf)을 출력한다. 토크 피드백 피스톤(112f)은 메인 펌프(102)의 최대 토크를, 도 3a의 곡선 502의 T12max로부터 토크 피드백 회로(112v)의 출력압(Ppf) 상당분만큼, T12max보다 작은 값으로 감소시킨다.
예를 들면, 붐 상승의 풀 조작에서, 메인 펌프(202)가 도 3b의 최대 토크(T3max)의 곡선 602 상의 X1점(P3a, q3a)에서 동작하고, 도 4c의 직선 Cp 상의 G점이 X1점에 대응할 때, 토크 피드백 회로(112v)는, 메인 펌프(202)의 토출압(P3a)을, X1점의 흡수 토크(T3max)를 모의한 값으로 보정하여 출력하고(출력압(Ppf)), 토크 피드백 피스톤(112f)은 메인 펌프(102)의 최대 토크를, 도 3a의 곡선 502의 T12max로부터 곡선 503의 T12max-T3max로 감소시킨다.
이로 인해, 제 1 토크 제어부는, 메인 펌프(102)의 흡수 토크가 T12max-T3max를 초과하지 않도록 메인 펌프(102)의 틸팅각을 제어하고, 메인 펌프(102, 202)의 흡수 토크의 합계는 최대 토크(T12max)를 초과하지 않게 되어, 원동기(1)의 정지(엔진 스톨)를 방지할 수 있다.
(d) 아암 조작 레버를 입력한 경우(미세 조작)
예를 들면, 아암용의 조작 장치의 조작 레버(아암 조작 레버)를 아암 실린더(3b)가 신장하는 방향, 즉 아암 클라우드 방향으로 입력하면, 아암 실린더(3b) 구동용의 유량 제어 밸브(6b, 6j)가 도 1 중에서 하방향으로 전환된다. 여기에서, 아암 실린더(3b) 구동용의 유량 제어 밸브(6b, 6j)의 개구 면적 특성은, 도 2b를 이용하여 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 파일럿압에 따라 스트로크한다.
아암 조작 레버가 미세 조작이고, 유량 제어 밸브(6b, 6j)의 스트로크가 도 2b의 S2 이하인 경우, 아암 조작 레버의 조작량(조작 파일럿압)이 증가해 가면, 메인 구동용의 유량 제어 밸브(6b)의 미터인 통로의 개구 면적은 제로로부터 A1로 증가해 간다. 한편, 어시스트 구동용의 유량 제어 밸브(6j)의 미터인 통로의 개구 면적은 제로로 유지된다.
유량 제어 밸브(6b)가 도 1 중에서 하방향으로 전환되면, 아암 실린더(3b)의 보텀측의 부하압이 유량 제어 밸브(6b)의 부하 포트를 통해 제 2 부하압 검출 회로(132)에 의해 최고 부하압(Plmax2)으로서 검출되고, 언로드 밸브(215)와 차압 감압 밸브(211)로 유도된다. 최고 부하압(Plmax2)이 언로드 밸브(215)로 유도됨으로써, 언로드 밸브(215)의 세트압은, 최고 부하압(Plmax2)(아암 실린더(3b)의 보텀측의 부하압)에 스프링의 설정 압력(Pun0)을 가산한 압력으로 상승하고, 제 2 압유 공급로(205)의 압유를 탱크에 배출하는 유로를 차단한다. 또한, 최고 부하압(Plmax2)이 차압 감압 밸브(211)로 유도됨으로써, 차압 감압 밸브(211)는 제 2 압유 공급로(205)의 압력(P2)과 최고 부하압(Plmax2)과의 차압(LS 차압)을 절대압(Pls2)으로서 출력하고, 이 Pls2는 레귤레이터(112)의 저압 선택 밸브(112a)로 유도된다. 저압 선택 밸브(112a)는 Pls1과 Pls2의 저압측을 선택한다.
아암 클라우드 기동시의 조작 레버 입력 직후에는, 아암 실린더(3b)의 부하압이 제 2 압유 공급로(205)에 전해져 양자의 압력의 차는 거의 없어지기 때문에, LS 차압(Pls2)은 거의 제로와 동일해진다. 한편, 이때, Pls1은 조작 레버의 중립시와 마찬가지로, Pgr보다 큰 값으로 유지되어 있다(Pls1=P1-Plmax1=P1=Pun0>Pgr). 따라서, 저압 선택 밸브(112a)는 Pls2를 저압측의 LS 차압(Pls12)으로서 선택하고, Pls2가 LS 제어 밸브(112b)로 유도된다. LS 제어 밸브(112b)는, 목표 LS 차압인 원동기 회전수 검출 밸브(13)의 출력압(Pgr)과 Pls2를 비교한다. 이 경우, 상기와 같이 LS 차압(Pls2)은 거의 제로와 동일하여, Pls2<Pgr의 관계가 되므로, LS 제어 밸브(112b)는 도 1 중에서 우방향으로 전환되고, LS 제어 피스톤(112c)의 압유를 탱크에 방출한다. 이 때문에, 메인 펌프(102)의 토출 유량은 증가해 가고, 그 유량 증가는 Pls2=Pgr이 될 때까지 계속된다. 이로 인해 메인 펌프(102)의 제 2 토출 포트(102b)로부터 아암 조작 레버의 입력에 따른 유량의 압유가 아암 실린더(3b)의 보텀측에 공급되고, 아암 실린더(3b)는 신장방향으로 구동된다.
이때, 제 1 압유 공급로(105)에, 제 2 압유 공급로(205)에 공급되는 압유와 동일한 유량의 압유가 공급되고, 그 압유는 잉여 유량으로서 언로드 밸브(115)를 통해 탱크로 되돌아간다. 여기에서, 제 1 부하압 검출 회로(131)는 최고 부하압(Plmax1)으로서 탱크압을 검출하기 때문에, 언로드 밸브(115)의 세트압은 스프링의 설정 압력(Pun0)과 동일해지고, 제 1 압유 공급로(105)의 압력(P1)은 Pun0의 저압으로 유지된다. 이로 인해 잉여 유량이 탱크로 되돌아갈 때의 언로드 밸브(115)의 압력 손실이 저감하여, 에너지 로스가 적은 운전이 가능해진다.
또한, 이때는, 메인 펌프(202)에 관련되는 액추에이터는 구동되고 있지 않으므로, 모든 조작 레버가 중립인 경우와 마찬가지로, 토크 피드백 회로(112v)는, 도 4c의 직선 An의 설정이 되고, 메인 펌프(102)의 최대 토크는 도 3a의 T12max의 설정이 된다.
(e) 아암 조작 레버를 입력한 경우(풀 조작)
예를 들면, 아암 조작 레버를 아암 실린더(3b)가 신장하는 방향, 즉 아암 클라우드 방향으로 풀로 조작한 경우, 아암 실린더(3b) 구동용의 유량 제어 밸브(6b, 6j)가 도 1 중에서 하방향으로 전환되고, 도 2b에 나타낸 바와 같이, 유량 제어 밸브(6b, 6j)의 스풀 스트로크는 S2 이상이 되고, 유량 제어 밸브(6b)의 미터인 통로의 개구 면적은 A1로 유지되고, 유량 제어 밸브(6j)의 미터인 통로의 개구 면적은 A2가 된다.
상기 (d)에서 설명한 바와 같이, 아암 실린더(3b)의 보텀측의 부하압이 유량 제어 밸브(6b)의 부하 포트를 통해 제 2 부하압 검출 회로(132)에 의해 최고 부하압(Plmax2)으로서 검출되고, 언로드 밸브(215)가 제 2 압유 공급로(205)의 압유를 탱크에 배출하는 유로를 차단한다. 또한, 최고 부하압(Plmax2)이 차압 감압 밸브(211)로 유도됨으로써, LS 차압(Pls2)이 출력되고, 레귤레이터(112)의 저압 선택 밸브(112a)로 유도된다.
한편, 아암 실린더(3b)의 보텀측의 부하압은, 유량 제어 밸브(6j)의 부하 포트를 통해 제 1 부하압 검출 회로(131)에 의해 최고 부하압(Plmax1)(=Plmax2)으로서 검출되고, 언로드 밸브(115)와 차압 감압 밸브(111)로 유도된다. 최고 부하압(Plmax1)이 언로드 밸브(115)로 유도됨으로써, 언로드 밸브(115)는 제 1 압유 공급로(105)의 압유를 탱크에 배출하는 유로를 차단한다. 또한, 최고 부하압(Plmax1)이 차압 감압 밸브(111)로 유도됨으로써, LS 차압(Pls1)(=Pls2)이 레귤레이터(112)의 저압 선택 밸브(112a)로 유도된다.
아암 클라우드 기동시의 조작 레버 입력 직후에는, 아암 실린더(3b)의 부하압이 제 1 및 제 2 압유 공급로(105, 205)에 전해져 양자의 압력의 차는 거의 없어지기 때문에, LS 차압(Pls1, Pls2)은, 모두 거의 제로와 동일해진다. 따라서, 저압 선택 밸브(112a)는, Pls1과 Pls2 중 어느 하나를 저압측의 LS 차압(Pls12)으로서 선택하고, Pls12가 LS 제어 밸브(112b)로 유도된다. 이 경우, 상기와 같이 Pls1, Pls2는, 모두 거의 제로와 동일하여, Pls12<Pgr이므로, LS 제어 밸브(112b)는, 도 1 중에서 우방향으로 전환되고, LS 제어 피스톤(112c)의 압유를 탱크에 방출한다. 이 때문에, 메인 펌프(102)의 토출 유량은 증가해 가고, 그 유량 증가는 Pls12=Pgr이 될 때까지 계속된다. 이로 인해 메인 펌프(102)의 제 1 및 제 2 토출 포트(102a, 102b)로부터 아암 실린더(3b)의 보텀측에 아암 조작 레버의 입력에 따른 유량의 압유가 공급되고, 아암 실린더(3b)는 제 1 및 제 2 토출 포트(102a, 102b)로부터의 합류한 압유에 의해 신장방향으로 구동된다.
또한, 이때도, 메인 펌프(202)에 관련되는 액추에이터는 구동되고 있지 않으므로, 모든 조작 레버가 중립인 경우와 마찬가지로, 토크 피드백 회로(112v)는, 도 4c의 직선 An의 설정이 되고, 메인 펌프(102)의 최대 토크는 도 3a의 T12max의 설정이 된다. 이로 인해 제 1 토크 제어부는, 메인 펌프(102)의 흡수 토크가 최대 토크(T12max)를 초과하지 않도록 메인 펌프(102)의 틸팅각을 제어하여, 아암 실린더(3b)의 부하가 증가한 경우에 원동기(1)의 정지(엔진 스톨)를 방지할 수 있다.
(f) 수평 고르기 작업을 한 경우
수평 고르기 작업은 붐 상승 미세 조작과 아암 클라우드의 풀 조작의 조합이 된다. 액추에이터로서는, 아암 실린더(3b)가 신장하고, 붐 실린더(3a)가 신장하는 동작이다.
수평 고르기 작업에서는, 붐 상승은 미세 조작이므로, 상기 (b)에서 설명한 바와 같이, 붐 실린더(3a)의 메인 구동용의 유량 제어 밸브(6a)의 미터인 통로의 개구 면적은 A1 이하가 되고, 어시스트 구동용의 유량 제어 밸브(6i)의 미터인 통로의 개구 면적은 제로로 유지된다. 붐 실린더(3a)의 부하압은 유 제어 밸브(6a)의 부하 포트를 통해 제 3 부하압 검출 회로(133)에 의해 최고 부하압(Plmax3)으로서 검출되어, 언로드 밸브(315)가 제 3 압유 공급로(305)의 압유를 탱크에 배출하는 유로를 차단한다. 또한, 최고 부하압(Plmax3)이 메인 펌프(202)의 레귤레이터(212)에 피드백되어, 메인 펌프(202)의 토출 유량이 유량 제어 밸브(6a)의 요구 유량(개구 면적)에 따라 증가하고, 메인 펌프(202)의 제 3 토출 포트(202a)로부터 붐 조작 레버의 입력에 따른 유량의 압유가 붐 실린더(3a) 보텀측에 공급되어, 붐 실린더(3a)는 제 3 토출 포트(202a)로부터의 압유에 의해 신장방향으로 구동된다.
한편, 아암 조작 레버는 풀 입력이 되므로, 상기 (e)에서 설명한 바와 같이, 아암 실린더(3b)의 메인 구동용의 유량 제어 밸브(6b)와 어시스트 구동용의 유량 제어 밸브(6j)의 각각의 미터인 통로의 개구 면적은 A1, A2가 된다. 아암 실린더(3b)의 부하압은, 유량 제어 밸브(6b, 6j)의 부하 포트를 통해 제 1 및 제 2 부하압 검출 회로(131, 132)에 의해 최고 부하압(Plmax1, Plmax2)(Plmax1=Plmax2)으로서 검출되고, 언로드 밸브(115, 215)가 각각 제 1 및 제 2 압유 공급로(105, 205)의 압유를 탱크에 배출하는 유로를 차단한다. 또한, 최고 부하압(Plmax1, Plmax2)이 메인 펌프(102)의 레귤레이터(112)에 피드백되어, 메인 펌프(102)의 토출 유량이 유량 제어 밸브(6b, 6j)의 요구 유량에 따라 증가하고, 메인 펌프(102)의 제 1 및 제 2 토출 포트(102a, 102b)로부터 아암 실린더(3b)의 보텀측에 아암 조작 레버의 입력에 따른 유량의 압유가 공급되어, 아암 실린더(3b)는 제 1 및 제 2 토출 포트(102a, 102b)로부터의 합류한 압유에 의해 신장방향으로 구동된다.
여기에서, 수평 고르기 작업의 경우, 통상 아암 실린더(3b)의 부하압은 낮고, 붐 실린더(3a)의 부하압은 높은 경우가 많다. 본 실시형태에서는, 수평 고르기 작업에서는, 붐 실린더(3a)를 구동하는 유압 펌프는 메인 펌프(202), 아암 실린더(3b)를 구동하는 유압 펌프는 메인 펌프(102)라는 것처럼, 부하압이 다른 액추에이터를 구동하는 펌프가 별개로 되므로, 하나의 펌프로 부하압이 다른 복수의 액추에이터를 구동하는 종래 기술의 1 펌프 로드 센싱 시스템의 경우와 같이, 저부하측의 압력 보상 밸브(7b)에서의 스로틀 압력 손실에 의한 불필요한 에너지 소비를 발생시킬 일은 없다.
또한, 붐 상승은 미세 조작이기 때문에, (b)에서 설명한 바와 같이, 토크 피드백 회로(112v)는, 예를 들면 도 4c의 직선 Bm, Bp로 나타내는 설정이 되고, 메인 펌프(202)가 도 3b의 X2점(P3a, q3b)에서 동작하고, 도 4c의 직선 Bp 상의 D점이 X2점에 대응할 때, 토크 피드백 회로(112v)는, 메인 펌프(202)의 토출압(P3a)을, X2점의 흡수 토크(T3g)를 모의한 값으로 보정하여 출력하고(출력압(Ppc)), 토크 피드백 피스톤(112f)은 메인 펌프(102)의 최대 토크를, 도 3a의 곡선 502의 T12max로부터 곡선 504의 T12max-T3gs로 감소시킨다(T3gs≒T3g).
이로 인해, 수평 고르기 작업에서 아암 조작 레버를 풀 조작한 경우라도, 제 1 토크 제어부는, 메인 펌프(102)의 흡수 토크가 T12max-T3gs를 초과하지 않도록 메인 펌프(102)의 틸팅각을 제어하고, 메인 펌프(102, 202)의 흡수 토크의 합계는 최대 토크(T12max)를 초과하지 않게 되어, 원동기(1)의 정지(엔진 스톨)를 방지할 수 있다.
(g) 짐 매달기 작업에서 붐 상승 미세 조작을 한 경우
짐 매달기 작업이란, 버킷에 설치한 훅에 와이어를 장착하여, 그 와이어로 짐을 끌어올려 다른 장소로 이동하는 작업이다. 이 짐 매달기 작업에서 붐 상승 미세 조작을 행하는 경우도, 상기 (b) 또는 (f)에서 설명한 바와 같이, 레귤레이터(212)의 로드 센싱 제어에 의해 메인 펌프(202)의 제 3 토출 포트(202a)로부터 붐 실린더(3a) 보텀측에 압유가 공급되고, 붐 실린더(3a)는 신장방향으로 구동된다. 다만, 짐 매달기 작업에 있어서의 붐 상승은 극히 신중을 요하는 작업이기 때문에, 조작 레버의 조작량은 극히 적어, 유량 제어 밸브의 요구 유량이 메인 펌프(202)의 최소 틸팅각(q3min)에서 얻어지는 최소 유량보다 적을 경우가 있다. 이 경우, Pls3>Pgr이고, LS 제어 밸브(212b)는 도 1의 도시 좌측의 위치에 있고, LS 구동 압력(Px3)은, 파일럿 릴리프 밸브(32)에 의해 생성되는 일정한 파일럿 1차압(Ppilot)과 동일해지므로, 상기 (a)의 모든 조작 레버가 중립에 있는 경우와 마찬가지로, 토크 피드백 회로(112v)는, 도 4c의 직선 An(=Am)으로 나타내는 최소 틸팅의 설정이 된다.
여기에서, 짐 매달기 작업의 짐의 중량은 무거워, 메인 펌프(202)의 토출압(P3)은 예를 들면 도 4c의 직선 An 상의 H점과 같이 고압이 되는 경우가 많다. 또한, 짐 매달기 작업에서는, 붐 상승 미세 조작과 동시에 선회 모터(3c)를 구동하여 매달린 짐의 선회방향의 위치를 바꾸거나, 아암 실린더(3b)를 구동하여 매달린 짐의 전후방향의 위치를 바꾸는 경우가 있다. 이와 같은 붐 상승 미세 조작과 선회 또는 아암의 복합 동작에서는, 메인 펌프(102)로부터도 압유가 토출되어, 메인 펌프(102)와 메인 펌프(202)의 양방에서 원동기(1)의 마력이 소비된다.
본 실시형태에 있어서, 만약 토크 피드백 회로(112v)에 제 2 분압 회로(112s)가 설치되어 있지 않은 경우에는, 도 4a에 나타내는 바와 같이, 토크 피드백 회로(112v)의 출력압은, 가변 감압 밸브(112g)의 출력압인 유로(112p)의 압력(Ppa)으로 제한되고, 토크 피드백 회로(112v)는 도 4c의 H점의 압력보다 낮은 압력(Ppa)을 출력한다. 이와 같이 메인 펌프(202)의 흡수 토크를 메인 펌프(102)측에 정확하게 피드백할 수 없는 경우는, 메인 펌프(102)와 메인 펌프(202)의 합계의 소비 토크가 과대해져, 엔진 스톨이 발생할 우려가 있다.
본 실시형태에서는, 제 2 분압 회로(112s)가 설치되어 있으므로, 메인 펌프(202)의 토출압(P3)이 도 4c의 직선 An 상의 H점과 같이 고압이 되는 경우라도, 토크 피드백 회로(112v)에 H점에 대응한 압력(Pph)이 출력되고, 그 만큼, 메인 펌프(102)의 최대 토크가 감소하도록 제어된다. 이와 같이 메인 펌프(202)의 흡수 토크가 메인 펌프(102)측에 정확하게 피드백되기 때문에, 짐 매달기 작업에서 붐 상승 미세 조작과 선회 또는 아암의 복합 동작을 행한 경우라도, 메인 펌프(102)와 메인 펌프(202)의 합계의 소비 토크가 과대해지지 않아, 엔진 스톨을 방지할 수 있다.
(h) 배토(排土) 작업
주행하면서 블레이드(106)를 조작하여 토사를 이동하는 배토 작업에서는, 주행 모터(3f, 3g)와 블레이드 실린더(3h)를 동시에 구동하는 복합 조작이 된다. 이 경우, 블레이드 조작 레버를 조작하면, 예를 들면 전술한 붐 상승의 미세 조작(b)과 같이 메인 펌프(202)의 토출 유량이 유량 제어 밸브(6h)의 요구 유량(개구 면적)에 따라 증가하고, 메인 펌프(202)의 제 3 토출 포트(202a)로부터 블레이드 조작 레버의 입력에 따른 유량의 압유가 블레이드 실린더(3h)에 공급되어, 블레이드 실린더(3h)는 제 3 토출 포트(202a)로부터의 압유에 의해 구동된다.
이 배토 작업에 있어서, 메인 펌프(202)가 도 3d의 X3점(P3c, q3c)에서 동작할 때는, LS 구동 압력(Px3)이 파일럿 1차압(Ppilot)과 탱크압의 중간의 압력에 있을 때이고, 토크 피드백 회로(112v)는, 예를 들면 도 4c의 직선 Bm, Bp로 나타내는 설정이 되어, 메인 펌프(202)의 토출압(예를 들면 P3c)을, 메인 펌프(202)의 흡수 토크(예를 들면 T3h)를 모의한 값으로 보정하여 출력하고(예를 들면 도 4c의 B점의 출력압(Ppb)), 토크 피드백 피스톤(112f)은 메인 펌프(102)의 최대 토크를, 도 3c의 곡선 502의 T12max로부터 곡선 505의 흡수 토크(예를 들면 T12max-T3hs)로 감소시킨다(T3hs≒T3h).
이로 인해 제 1 토크 제어부는, 메인 펌프(102)의 흡수 토크가 T12max-T3hs를 초과하지 않도록 메인 펌프(102)의 틸팅각을 제어하고, 메인 펌프(102, 202)의 흡수 토크의 합계는 최대 토크(T12max)를 초과하지 않게 되어, 원동기(1)의 정지(엔진 스톨)를 방지할 수 있다.
∼효과∼
이상과 같이 구성한 본 실시형태에 있어서는, 메인 펌프(202)(제 2 유압 펌프)가 토크 제어의 제한을 받아, 토크 제어의 최대 토크(T3max)로 동작하는 운전 상태에 있을 때는 물론이고, 메인 펌프(202)가 토크 제어의 제한을 받지 않고, 로드 센싱 제어에 의해 토출 유량 제어를 행하는 운전 상태에 있을 경우라도, 토크 피드백 회로(112v)에 의해 메인 펌프(202)의 토출압(P3)이 메인 펌프(202)의 흡수 토크를 모의한 특성이 되도록 보정되고, 이 보정한 토출압(P3t)분, 토크 피드백 피스톤(112f)(제 3 토크 제어 액추에이터)에 의해 최대 토크(T12max)가 감소하도록 보정된다. 이로 인해 메인 펌프(202)의 흡수 토크는 순유압적인 구성(토크 피드백 회로(112v))에서 양호한 정밀도로 검출되고, 그 흡수 토크를 메인 펌프(102)측에 피드백함으로써, 전체 토크 제어를 양호한 정밀도로 행하여, 원동기(1)의 정격 출력 토크(Terate)를 유효 이용할 수 있다.
도 8은, 본 실시형태의 상술한 효과를 설명하기 위한 비교예를 나타내는 도면이다. 이 비교예는, 도 1에 나타내는 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 레귤레이터(112)의 토크 피드백 회로(112v)를 감압 밸브(112w)(특허문헌 2에 기재된 감압 밸브(14)에 상당)로 치환한 것이다.
도 8에 나타내는 비교예에서는, 감압 밸브(112w)의 설정압은 일정하고, 이 설정압은, 도 1의 가변 감압 밸브(112g)의 설정압의 초기값(Ppf)과 동일한 값으로 설정되어 있다. 이 경우, 메인 펌프(202)의 토출압(P3)이 상승할 때, 감압 밸브(112w)의 출력압은, LS 구동 압력(Px3)여하에 상관없이, 도 4c의 직선 Cm, Cp와 같이 변화한다.
이 비교예에 있어서, 예를 들면 붐 상승의 풀 조작(c)과 같이, 메인 펌프(202)가 도 3b의 최대 토크(T3max)의 곡선 602 상의 X1점(P3a, q3a)에서 동작하고 LS 구동 압력(Px3)이 탱크압일 때는, 감압 밸브(112w)는, 도 1의 토크 피드백 회로(112v)의 가변 감압 밸브(112g)와 마찬가지로, 메인 펌프(202)의 토출압을 도 4c의 직선 Cp 상의 압력(Ppf)으로 보정하여 출력하고, 토크 피드백 피스톤(112f)은, 메인 펌프(102)의 최대 토크를, 도 3a에 곡선 503으로 나타내는 바와 같이, T12max로부터 T12max-T3max로 감소시킨다. 이와 같이 메인 펌프(202)가 도 3b의 X1점과 같이 최대 토크(T3max)의 곡선 602 상에서 동작하는 경우는, 비교예 1에 의해서도 본 실시형태와 동일한 효과가 얻어진다.
그러나, 수평 고르기 작업(f)과 같이, 메인 펌프(202)가 도 3b의 X2점(P3a, q3b)에서 동작하고 LS 구동 압력(Px3)이 파일럿 1차압(Ppilot)과 탱크압의 중간의 압력에 있을 때는, 본 실시형태의 효과는 얻어지지 않는다. 즉, 비교예에서는, 이 경우도 메인 펌프(202)가 X1점에서 동작할 때와 마찬가지로, 감압 밸브(112w)는, 메인 펌프(202)의 토출압을 도 4c의 직선 Cp 상의 압력(Ppf)으로 보정하여 출력한다. 이 때문에, 메인 펌프(202)의 흡수 토크는 T3max보다 작은 T3g임에도 불구하고, 토크 피드백 피스톤(112f)은, 메인 펌프(102)의 최대 토크를 도 3a에 곡선 503으로 나타내는 바와 같이, T12max로부터 T12max-T3max로 필요 이상으로 감소시켜 버린다.
또한, 메인 펌프(202)가 도 3d의 X3점(P3c, q3c,)에서 동작하고 LS 구동 압력(Px3)이 파일럿 1차압(Ppilot)과 탱크압의 중간의 압력에 있을 때도, 본 실시형태의 효과는 얻어지지 않는다. 즉, 비교예에서는, 이 경우에는, 최대 틸팅각(q3max)의 직선 601 상의 X4점에서 동작할 때와 마찬가지로, 메인 펌프(202)의 토출압을 예를 들면 도 4c의 직선 Cm 상의 압력으로 보정하여 출력한다. 이 때문에, 메인 펌프(202)의 흡수 토크는 T3i보다 작은 T3h임에도 불구하고, 토크 피드백 피스톤(112f)은, 메인 펌프(102)의 최대 토크를, 도 3c에 곡선 506으로 나타내는 바와 같이 T12max로부터 T12max-T3is로 필요 이상으로 감소시켜 버린다(T3is≒T3i).
전술한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 수평 고르기 작업(f)과 같이, 메인 펌프(202)가 도 3b의 X2점(P3a, q3b)에서 동작하고 LS 구동 압력(Px3)이 파일럿 1차압(Ppilot)과 탱크압의 중간의 압력에 있을 때는, 전술한 바와 같이, 토크 피드백 회로(112v)는, 예를 들면 도 4c의 직선 Bm, Bp로 나타내는 설정이 되어, 토크 피드백 회로(112v)는, 메인 펌프(202)의 토출압(예를 들면 P3a)을, 메인 펌프(202)의 흡수 토크(예를 들면 T3g)를 모의한 값으로 보정하여 출력하고(예를 들면 도 4c의 D점의 출력압(Ppc)), 토크 피드백 피스톤(112f)은 메인 펌프(102)의 최대 토크를, 도 3a의 곡선 502의 T12max로부터 곡선 504의 흡수 토크(예를 들면 T12max-T3gs)로 감소시킨다(T3gs≒T3g). 그 결과, 메인 펌프(202)를 이용할 수 있는 흡수 토크는 비교예의 T12max-T3max보다 많아진다.
또한, 배토 작업(h)과 같이, 메인 펌프(202)가 도 3d의 X3점(P3c, q3c,)에서 동작하고 LS 구동 압력(Px3)이 파일럿 1차압(Ppilot)과 탱크압의 중간의 압력에 있을 때는, 토크 피드백 회로(112v)는, 예를 들면 도 4c의 직선 Bm, Bp로 나타내는 설정이 되어, 토크 피드백 회로(112v)는, 메인 펌프(202)의 토출압(예를 들면 P3c)을, 메인 펌프(202)의 흡수 토크(예를 들면 T3h)를 모의한 값으로 보정하여 출력하고(예를 들면 도 4c의 B점의 출력압(Ppb)), 토크 피드백 피스톤(112f)은 메인 펌프(102)의 최대 토크를, 도 3c의 곡선 502의 T12max로부터 곡선 505의 흡수 토크(예를 들면 T12max-T3hs)로 감소시킨다(T3hs≒T3h). 그 결과, 이 경우도, 메인 펌프(202)를 이용할 수 있는 흡수 토크는 비교예의 T12max-T3is보다 많아진다.
이와 같이 본 실시형태에서는, 토크 피드백 회로(112v)에 의해 메인 펌프(202)의 흡수 토크(T3max 또는 T3g 또는 T3h)를 양호한 정밀도로 메인 펌프(102)측에 피드백함으로써, 원동기(1)의 정지(엔진 스톨)를 방지하는 전체 토크 제어를 양호한 정밀도로 행할 수 있고, 원동기(1)가 갖는 출력 토크(Terate)를 유효하게 이용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 제 2 분압 회로(112s)가 설치되어 있으므로, 메인 펌프(202)의 토출압(P3)이 도 4c의 직선 An 상의 H점과 같이 고압이 되는 경우라도, 토크 피드백 회로(112v)는 H점에 대응한 압력(Pph)을 출력하고, 그 만큼, 메인 펌프(102)의 최대 토크가 감소하도록 제어된다. 이와 같이 메인 펌프(202)가 최소 틸팅각으로 동작할 때도, 메인 펌프(202)의 흡수 토크가 메인 펌프(102)측에 정확하게 피드백되기 때문에, 짐 매달기 작업에서 붐 상승 미세 조작과 선회 또는 아암의 복합 동작을 행한 경우에, 메인 펌프(102)와 메인 펌프(202)의 합계의 소비 토크가 과대해지지 않아, 엔진 스톨을 방지할 수 있다.
<제 2 실시형태>
도 9는, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련되는 유압 셔블(건설기계)의 유압 구동 장치를 나타내는 도면이다.
도 9에 있어서, 본 실시형태의 유압 구동 장치의 제 1 실시형태와의 상이점은, 메인 펌프(102)의 레귤레이터(112A)의 토크 피드백 회로(112Av)가, 제 1 실시형태의 토크 피드백 회로(112v)에 구비되어 있던 제 1 분압 회로(112r)를 구비하고 있지 않은 점이다.
즉, 본 실시형태의 토크 피드백 회로(112Av)는, 메인 펌프(202)의 토출압(제 3 압유 공급로(305)의 압력)(P3)이 유도되고, 메인 펌프(202)의 토출압(P3)이 설정압 이하일 때는, 메인 펌프(202)의 토출압(P3)을 그대로 출력하고, 메인 펌프(202)의 토출압(P3)이 설정압보다 높을 때는, 메인 펌프(202)의 토출압(P3)을 설정압으로 감압하여 출력하는 가변 감압 밸브(112g)와, 메인 펌프(202)의 토출압(P3)이 유도되는 제 2 고정 스로틀(112k), 이 제 2 고정 스로틀(112k)의 하류측에 위치하고, 하류측이 탱크에 접속된 제 3 고정 스로틀(112l)을 가지고, 제 2 고정 스로틀(112k)과 제 3 고정 스로틀(112l)의 사이의 유로(112n)의 압력을 출력하는 분압 회로(112s)와, 가변 감압 밸브(112g)의 출력압과 분압 회로(112s)의 출력압의 고압측을 선택하여 출력하는 셔틀 밸브(고압 선택 밸브)(112j)를 구비하고 있다.
도 10a는, 토크 피드백 회로(112Av)의 가변 감압 밸브(112g)의 출력 특성을 나타내는 도면이고, 도 10b는, 가변 감압 밸브(112g)와 분압 회로(112s)와 셔틀 밸브(112j)를 조합한 토크 피드백 회로(112Av) 전체의 출력 특성을 나타내는 도면이다.
도 10a에 있어서, LS 구동 압력(Px3)이 탱크압일 때, 가변 감압 밸브(112g)의 설정압은 초기값의 Ppf이다. 이 때문에, 메인 펌프(202)의 토출압(P3)이 상승하면, 가변 감압 밸브(112g)의 출력압(Pp)은 직선 Cm, Cp와 같이 변화한다. 즉, 메인 펌프(202)의 토출압(P3)이 Ppf로 상승할 때까지는 가변 감압 밸브(112g)의 출력압(Pp)은 직선 Cm과 같이 직선 비례적으로 상승하고(Pp=P3), 토출압(P3)이 Ppf에 도달하면, 출력압(Pp)은 그 이상으로 상승하지 않고, 직선 Cp와 같이 Ppf로 제한된다.
LS 구동 압력(Px3)이 탱크압과 파일럿 1차압(Ppilot)의 중간의 압력에 있을 때, 가변 감압 밸브(112g)의 설정압(Pp)은 초기값의 Ppf로부터 Ppc로 저하한다. 이 때문에, 메인 펌프(202)의 토출압(P3)이 상승하면, 가변 감압 밸브(112g)의 출력압(Pp)은 직선 Cm1, Bp와 같이 변화한다. 즉, 메인 펌프(202)의 토출압(P3)이 Ppc로 상승할 때까지는 가변 감압 밸브(112g)의 출력압(Pp)은 직선 Cm1과 같이 직선 비례적으로 상승하고(Pp=P3), 토출압(P3)이 Ppc에 도달하면, 출력압(Pp)은 그 이상으로 상승하지 않고, 직선 Bp와 같이, 직선 Cp의 압력(Ppf)보다 낮은 Ppc로 제한된다.
LS 구동 압력(Px3)이 파일럿 1차압(Ppilot)까지 상승하면, 가변 감압 밸브(112g)의 설정압은 최소의 Ppa가 된다. 이 때문에, 메인 펌프(202)의 토출압(P3)이 상승하면, 가변 감압 밸브(112g)의 출력압은 직선 Cm2, Ap와 같이 변화한다. 즉, 메인 펌프(202)의 최소 토출압 이상의 전체 범위에 있어서, 가변 감압 밸브(112g)의 출력압(Pp)은 직선 Ap와 같이, 가장 낮은 압력(Ppa)으로 제한된다.
분압 회로(112s)의 출력 특성은 제 1 실시형태의 제 2 분압 회로(112s)와 동일하고, 분압 회로의 출력압(Pn)은, 도 4b에 직선 An으로 나타낸 바와 같이, 메인 펌프(202)의 토출압(P3)이 상승하면 직선 비례적으로 증가한다.
도 10b에 있어서, 가변 감압 밸브(112g)의 출력압과 분압 회로(112s)의 출력압의 고압측이 토크 피드백 회로(112Av)의 출력압으로서 셔틀 밸브(112j)에 의해 선택되어, 출력된다. 이 때문에, 메인 펌프(202)의 토출압(P3)이 상승할 때의 토크 피드백 회로(112Av)의 출력압(P3t)의 변화는, 도 10b에 나타내는 바와 같이 된다. 즉, LS 구동 압력(Px3)이 탱크압일 때와, 탱크압과의 파일럿 1차압(Ppilot)의 중간의 압력으로 상승했을 때는, 도 10a의 직선 Cm, Cp 및 직선 Cm1, Bp의 가변 감압 밸브(112g)의 출력압(Pp)이 선택된다. LS 구동 압력(Px3)이 파일럿 1차압(Ppilot)까지 상승했을 때는, 토출압(P3)이 낮고, 가변 감압 밸브(112g)의 출력압(Pp)이 분압 회로(112s)의 출력압(Pn)보다 높은 동안에는, 도 10a의 직선 Ap의 가변 감압 밸브(112g)의 출력압(Pp)이 선택되어, 토출압(P3)이 상승하고, 분압 회로(112s)의 출력압(Pn)이 가변 감압 밸브(112g)의 출력압(Pp)보다 높아지면, 도 4b의 직선 An의 분압 회로(112s)의 출력압(Pn)이 선택된다.
이와 같이 구성한 본 실시형태에 있어서도, LS 구동 압력(Px3)이 파일럿 1차압(Ppilot)과 탱크압의 중간의 압력에 있을 경우에는, 도 4c에 나타내어지는 토크 피드백 회로(112v)의 직선 Bm의 설정이 얻어지지 않아 직선 Bm이 설정되는 것에 의한 효과가 얻어지지 않는 점을 제외하고, 제 1 실시형태와 동일한 효과가 얻어진다.
예를 들면 붐 상승의 풀 조작(c)과 같이, 메인 펌프(202)가 도 3b의 최대 토크(T3max)의 곡선 602 상의 X1점(P3a, q3a)에서 동작하고 LS 구동 압력(Px3)이 탱크압일 때는, 토크 피드백 회로(112Av)는, 메인 펌프(202)의 토출압(예를 들면 P3a)을, 메인 펌프(202)의 흡수 토크(T3max)를 모의한 값으로 보정하여 출력하고(예를 들면 도 10b의 G점의 출력압(Ppf)), 토크 피드백 피스톤(112f)은, 메인 펌프(102)의 최대 토크를, 도 3a에 곡선 503으로 나타내는 바와 같이, T12max로부터 T12max-T3max로 감소시킨다.
또한, 수평 고르기 작업(f)과 같이, 메인 펌프(202)가 도 3b의 X2점(P3a, q3b)에서 동작하고 LS 구동 압력(Px3)이 파일럿 1차압(Ppilot)과 탱크압의 중간의 압력에 있을 때는, 토크 피드백 회로(112Av)는, 예를 들면 도 10b의 직선 Cm1, Bp로 나타내는 설정이 되어, 토크 피드백 회로(112Av)는, 메인 펌프(202)의 토출압(예를 들면 P3a)을, 메인 펌프(202)의 흡수 토크(예를 들면 T3g)를 모의한 값으로 보정하여 출력하고(예를 들면 도 10b의 D점의 출력압(Ppc)), 토크 피드백 피스톤(112f)은 메인 펌프(102)의 최대 토크를, 도 3a의 곡선 502의 T12max로부터 곡선 504의 흡수 토크(예를 들면 T12max-T3gs)로 감소시킨다(T3gs≒T3g). 그 결과, 메인 펌프(202)를 이용할 수 있는 흡수 토크는 비교예의 T12max-T3max보다 많아진다.
이와 같이 본 실시형태에 있어서도, 토크 피드백 회로(112Av)에 의해 메인 펌프(202)의 흡수 토크(T3max 또는 T3g)를 양호한 정밀도로 메인 펌프(102)측에 피드백함으로써, 원동기(1)의 정지(엔진 스톨)를 방지하는 전체 토크 제어를 양호한 정밀도로 행할 수 있고, 원동기(1)가 갖는 출력 토크(Terate)를 유효하게 이용할 수 있다.
<제 3 실시형태>
도 11은, 본 발명의 제 3 실시형태에 관련되는 유압 셔블(건설기계)의 유압 구동 장치를 나타내는 도면이다.
도 11에 있어서, 본 실시형태의 유압 구동 장치의 제 1 실시형태와의 상이점은, 메인 펌프(102)의 레귤레이터(112B)의 토크 피드백 회로(112Bv)에 구비되는 제 1 분압 회로(112Br)가, 제 1 실시형태에 있어서의 제 1 분압 회로(112r)의 가변 스로틀 밸브(112h) 대신에, 가변 릴리프 밸브(112z)를 구비하는 점이다.
즉, 본 실시형태의 토크 피드백 회로(112Bv)는, 제 1 분압 회로(112Br)와, 가변 감압 밸브(112g)와, 제 2 분압 회로(112s)와, 셔틀 밸브(고압 선택 밸브)(112j)를 구비하고 있다.
제 1 분압 회로(112Br)는, 메인 펌프(202)의 토출압(제 3 압유 공급로(305)의 압력)(P3)이 유도되는 제 1 고정 스로틀(112i), 이 제 1 고정 스로틀(112i)의 하류측에 위치하고, 하류측이 탱크에 접속된 가변 릴리프 밸브(112z)를 가지고, 제 1 고정 스로틀(112i)과 가변 릴리프 밸브(112z)의 사이의 유로(112m)의 압력이 셔틀 밸브(112j)의 일방의 입력 포트로 유도된다.
가변 릴리프 밸브(112z)는, 개구가 열림방향이 되는 측으로 레귤레이터(212)의 LS 구동 압력(Px3)이 유도되고, 이 압력(Px3)이 탱크압일 때에 소정의 릴리프 압으로 설정되어, 압력(Px3)이 높아짐에 따라 릴리프압을 낮게 하고, 압력(Px3)이 파일럿 압유 공급로(31b)에 있어서 파일럿 릴리프 밸브(32)에 의해 생성되는 일정한 파일럿 1차압(Ppilot)일 때에, 릴리프압이 제로이고, 미리 정해진 최대의 개구 면적이 되도록 구성되어 있다.
가변 감압 밸브(112g)와 제 2 분압 회로(112s)의 구성은 제 1 실시형태와 동일하다.
이와 같이 구성한 본 실시형태에 있어서, 가변 릴리프 밸브(112z)의 출력 특성은 제 1 실시형태에 있어서의 가변 감압 밸브(112g)의 출력 특성과 동일하고, 토크 피드백 회로(112Bv)의 출력 특성은, 제 1 실시형태에 있어서의 도 4c에 나타내어지는 토크 피드백 회로(112v)의 출력 특성과 동일해진다. 따라서, 본 실시형태에 의해서도, 제 1 실시형태와 동일한 효과가 얻어진다.
<기타>
이상의 실시형태에서는, 제 1 유압 펌프가 제 1 및 제 2 토출 포트(102a, 102b)를 갖는 스플릿 플로우 타입의 유압 펌프(102)일 경우에 대하여 설명하였으나, 제 1 유압 펌프는, 단일의 토출 포트를 갖는 가변 용량형의 유압 펌프여도 된다.
또한, 제 1 펌프 제어 장치는, 로드 센싱 제어부(저압 선택 밸브(112a), LS 제어 밸브(112b) 및 LS 제어 피스톤(112c))와 토크 제어부(토크 제어 피스톤(112d, 112e)과 스프링(112u))를 갖는 레귤레이터(112)라고 하였으나, 제 1 펌프 제어 장치에 있어서의 로드 센싱 제어부는 필수가 아니고, 조작 레버의 조작량(유량 제어 밸브의 개구 면적-요구 유량)에 따라 제 1 유압 펌프의 토출 유량을 제어할 수 있는 것이면, 소위 포지티브 제어 또는 네거티브 제어 등, 그 밖의 제어 방식이어도 된다.
또한, 상기 실시형태의 로드 센싱 시스템도 일례이고, 로드 센싱 시스템은 다양한 변형이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시형태에서는, 펌프 토출압과 최고 부하압의 차압을 절대압으로서 출력하는 차압 감압 밸브를 설치하고, 그 출력압을 압력 보상 밸브로 유도하여 목표 보상 차압을 설정하고 또한 LS 제어 밸브로 유도하여, 로드 센싱 제어의 목표 차압을 설정하였으나, 펌프 토출압과 최고 부하압을 별도의 유로에서 압력 제어 밸브나 LS 제어 밸브로 유도하도록 해도 된다.
1 : 원동기
102 : 가변 용량형 메인 펌프(제 1 유압 펌프)
102a, 102b : 제 1 및 제 2 토출 포트
112 : 레귤레이터(제 1 펌프 제어 장치)
112a : 저압 선택 밸브
112b : LS 제어 밸브
112c : LS 제어 피스톤
112d, 112e : 토크 제어 피스톤(제 1 토크 제어 액추에이터)
112f : 토크 피드백 피스톤(제 3 토크 제어 액추에이터)
112g : 가변 감압 밸브
112h : 가변 스로틀 밸브
112i : 제 1 고정 스로틀
112j : 셔틀 밸브(고압 선택 밸브)
112k : 제 2 고정 스로틀
112l : 제 3 고정 스로틀
112m : 제 1 고정 스로틀(112i)과 가변 스로틀 밸브(112h)의 사이의 유로
112n : 제 2 고정 스로틀(112k)과 제 3 고정 스로틀(112l)의 사이의 유로
112r : 제 1 분압 회로
112s : 제 2 분압 회로
112u : 스프링(가압 수단)
112v : 토크 피드백 회로
202 : 가변 용량형 메인 펌프(제 2 유압 펌프)
202a : 제 3 토출 포트
212 : 레귤레이터(제 2 펌프 제어 장치)
212b : LS 제어 밸브
212c : LS 제어 피스톤(로드 센싱 제어 액추에이터)
212d : 토크 제어 피스톤(제 2 토크 제어 액추에이터)
212e : 스프링(가압 수단)
115 : 언로드 밸브
215 : 언로드 밸브
315 : 언로드 밸브
111, 211, 311 : 차압 감압 밸브
146, 246 : 제 2 및 제 3 전환 밸브
3a∼3h : 복수의 액추에이터
4 : 컨트롤 밸브 유닛
6a∼6j : 유량 제어 밸브
7a∼7j : 압력 보상 밸브
8a∼8j : 조작 검출 밸브
9b∼9j : 셔틀 밸브
13 : 원동기 회전수 검출 밸브
24 : 게이트 록 레버
30 : 파일럿 펌프
31a, 31b, 31c : 파일럿 압유 공급로
32 : 파일럿 릴리프 밸브
40 : 제 3 전환 밸브
53 : 주행 복합 조작 검출 유로
43 : 스로틀
100 : 게이트 록 밸브
122, 123, 124a, 124b : 조작 장치
131, 132, 133 : 제 1, 제 2, 제 3 부하압 검출 회로

Claims (6)

  1. 원동기와,
    상기 원동기에 의해 구동되는 가변 용량형의 제 1 유압 펌프와,
    상기 원동기에 의해 구동되는 가변 용량형의 제 2 유압 펌프와,
    상기 제 1 및 제 2 유압 펌프에 의해 토출된 압유에 의해 구동되는 복수의 액추에이터와,
    상기 제 1 및 제 2 유압 펌프로부터 상기 복수의 액추에이터에 공급되는 압유의 유량을 제어하는 복수의 유량 제어 밸브와,
    상기 복수의 유량 제어 밸브의 전후 차압을 각각 제어하는 복수의 압력 보상 밸브와,
    상기 제 1 유압 펌프의 토출 유량을 제어하는 제 1 펌프 제어 장치와,
    상기 제 2 유압 펌프의 토출 유량을 제어하는 제 2 펌프 제어 장치를 구비하고,
    상기 제 1 펌프 제어 장치는,
    상기 제 1 유압 펌프의 토출압과 토출 유량 중 어느 하나가 증대하여, 상기 제 1 유압 펌프의 흡수 토크가 증대할 때, 상기 제 1 유압 펌프의 흡수 토크가 제 1 최대 토크를 초과하지 않도록 상기 제 1 유압 펌프의 토출 유량을 제어하는 제 1 토크 제어부를 가지고,
    상기 제 2 펌프 제어 장치는,
    상기 제 2 유압 펌프의 토출압과 토출 유량 중 어느 하나가 증대하여, 상기 제 2 유압 펌프의 흡수 토크가 증대할 때, 상기 제 2 유압 펌프의 흡수 토크가 제 2 최대 토크를 초과하지 않도록 상기 제 2 유압 펌프의 토출 유량을 제어하는 제 2 토크 제어부와,
    상기 제 2 유압 펌프의 흡수 토크가 상기 제 2 최대 토크보다 작을 때, 상기 제 2 유압 펌프의 토출압이 상기 제 2 유압 펌프에 의해 토출된 압유에 의해 구동되는 액추에이터의 최고 부하압보다 목표 차압만큼 높아지도록 상기 제 2 유압 펌프의 토출 유량을 제어하는 로드 센싱 제어부를 갖는 건설기계의 유압 구동 장치에 있어서,
    상기 제 1 토크 제어부는, 상기 제 1 유압 펌프의 토출압이 유도되고, 상기 토출압의 상승시에 상기 제 1 유압 펌프의 토출 유량을 감소시켜 흡수 토크가 감소하도록 상기 제 1 유압 펌프의 토출 유량을 제어하는 제 1 토크 제어 액추에이터와, 상기 제 1 최대 토크를 설정하는 제 1 가압 수단을 가지고,
    상기 제 2 토크 제어부는, 상기 제 2 유압 펌프의 토출압이 유도되고, 상기 토출압의 상승시에 상기 제 2 유압 펌프의 토출 유량을 감소시켜 흡수 토크가 감소하도록 상기 제 2 유압 펌프의 토출 유량을 제어하는 제 2 토크 제어 액추에이터와, 상기 제 2 최대 토크를 설정하는 제 2 가압 수단을 가지고,
    상기 로드 센싱 제어부는,
    상기 제 2 유압 펌프의 토출압과 상기 최고 부하압과의 차압이 상기 목표 차압보다 작아짐에 따라 낮아지도록 로드 센싱 구동 압력을 변화시키는 제어 밸브와, 상기 로드 센싱 구동 압력이 낮아짐에 따라 상기 제 2 유압 펌프의 토출 유량을 증가시켜 토출 유량이 증가하도록 상기 제 2 유압 펌프의 토출 유량을 제어하는 로드 센싱 제어 액추에이터를 가지고,
    상기 제 1 펌프 제어 장치는, 또한
    상기 제 2 유압 펌프의 토출압과 상기 로드 센싱 구동 압력이 유도되고, 상기 제 2 유압 펌프가 상기 제 2 토크 제어부의 제어의 제한을 받아, 상기 제 2 최대 토크로 동작할 때와, 상기 제 2 유압 펌프가 상기 제 2 토크 제어부의 제어의 제한을 받지 않고, 상기 로드 센싱 제어부가 상기 제 2 유압 펌프의 토출 유량을 제어할 때의 어느 경우에도 상기 제 2 유압 펌프의 흡수 토크를 모의한 특성이 되도록, 상기 제 2 유압 펌프의 토출압과 상기 로드 센싱 구동 압력에 의거하여 상기 제 2 유압 펌프의 토출압을 보정하여 출력하는 토크 피드백 회로와,
    상기 토크 피드백 회로의 출력압이 유도되고, 상기 토크 피드백 회로의 출력압이 높아짐에 따라 상기 제 1 유압 펌프의 토출 유량을 감소시켜 상기 제 1 최대 토크가 감소하도록 상기 제 1 유압 펌프의 토출 유량을 제어하는 제 3 토크 제어 액추에이터를 갖는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압 구동 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 토크 피드백 회로는,
    상기 제 2 유압 펌프의 토출압이 유도되고, 이 제 2 유압 펌프의 토출압이 설정압 이하일 때는, 상기 제 2 유압 펌프의 토출압을 그대로 출력하고, 상기 제 2 유압 펌프의 토출압이 상기 설정압보다 높을 때는, 상기 제 2 유압 펌프의 토출압을 상기 설정압으로 감압하여 출력하는 가변 감압 밸브를 가지고,
    상기 가변 감압 밸브는, 상기 로드 센싱 제어부의 상기 로드 센싱 구동 압력이 추가로 유도되고, 이 로드 센싱 구동 압력이 높아짐에 따라 상기 설정압을 낮게 하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압 구동 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 토크 피드백 회로는,
    상기 제 2 유압 펌프의 토출압이 유도되는 제 1 고정 스로틀과, 이 제 1 고정 스로틀의 하류측에 위치하고, 하류측이 탱크에 접속된 압력 조정 밸브를 가지고, 상기 제 1 고정 스로틀과 상기 압력 조정 밸브의 사이의 유로의 압력을 출력하는 제 1 분압 회로를 더 가지고,
    상기 압력 조정 밸브는, 상기 로드 센싱 제어부의 상기 로드 센싱 구동 압력이 유도되고, 이 로드 센싱 구동 압력이 높아짐에 따라 상기 제 1 고정 스로틀과 상기 압력 조정 밸브의 사이의 유로의 압력이 낮아지도록 구성되고,
    상기 제 1 고정 스로틀과 상기 압력 조정 밸브의 사이의 유로의 압력이 상기 제 2 유압 펌프의 토출압으로서 상기 가변 감압 밸브로 유도되는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압 구동 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 압력 조정 밸브는, 상기 로드 센싱 구동 압력이 높아짐에 따라 개구 면적이 커지도록 상기 개구 면적이 가변이 되도록 구성된 가변 스로틀 밸브인 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압 구동 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 압력 조정 밸브는, 상기 로드 센싱 구동 압력이 높아짐에 따라 릴리프 설정압이 낮아지도록 구성된 가변 릴리프 밸브인 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압 구동 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 토크 피드백 회로는,
    상기 제 2 유압 펌프의 토출압이 유도되는 제 2 고정 스로틀과, 이 제 2 고정 스로틀의 하류측에 위치하고, 하류측이 탱크에 접속된 제 3 고정 스로틀을 가지고, 상기 제 2 고정 스로틀과 상기 제 3 고정 스로틀의 사이의 유로의 압력을 출력하는 제 2 분압 회로와,
    상기 가변 감압 밸브의 출력압과 상기 제 2 분압 회로의 출력압의 고압측을 선택하여 출력하는 고압 선택 밸브를 더 가지고,
    상기 고압 선택 밸브의 출력압이 상기 제 3 토크 제어 액추에이터로 유도되는 것을 특징으로 하는 건설기계의 유압 구동 장치.
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