KR102025780B1

KR102025780B1 - 건설 기계의 유압 구동 장치

Info

Publication number: KR102025780B1
Application number: KR1020157019794A
Authority: KR
Inventors: 기와무 다카하시; 신고 기시모토; 요시후미 다케바야시; 가즈시게 모리; 나츠키 나카무라
Original assignee: 가부시키가이샤 히다치 겡키 티에라
Priority date: 2013-01-25
Filing date: 2013-11-15
Publication date: 2019-09-26
Also published as: JP6005185B2; EP2949948A4; EP2949948A1; JPWO2014115407A1; CN104956092B; KR20150108837A; WO2014115407A1; US20150330415A1; US9835180B2; CN104956092A

Abstract

주행 동작시에 종래대로의 주행 속도를 확보하고 또한 에너지 로스를 저감하여 에너지 효율을 향상시킴과 함께, 주행 조작 레버를 하프 조작 이하의 스트로크 영역에서 조작하여 주행 동작을 행하게 하는 경우에, 주행 부하 변동이나 펌프 토출압의 변화의 영향을 받기 어려워, 양호한 주행 조작성이 얻어지도록 한다.
엔진 회전수 검출 밸브(13)의 유량 검출 밸브(50)와 병렬로 가변 스로틀 밸브(80)를 배치하고, 가변 스로틀 밸브(80)의 개방 방향으로 주행 파일럿압을 작용시켜, 주행 파일럿압이 높아짐에 따라 가변 스로틀 밸브(80)의 개구 면적을 전폐로부터 최대 개구 면적까지 연속적으로 증가시킨다. 주행용 유량 제어 밸브(5d, 6e)는, 주행 조작 레버의 풀 조작시에 목표 LS 차압이 제 2 규정값(Pa3)으로 저하되더라도 주행에 요구되는 소정 유량(QT)이 얻어지는 크기이며, 스풀 스트로크의 전반에서는 비교예 1과 근사한 개구 면적이다.

Description

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

본 발명은, 주행용의 유압 모터를 구비하고 또한 가변 용량형의 유압 펌프를 구비한 유압 셔블 등 건설 기계의 유압 구동 장치에 관련된 것이며, 특히, 유압 펌프의 토출압이 복수의 액추에이터의 최고 부하압보다 소정의 값(목표 차압)만큼 높아지도록 유압 펌프의 용량을 제어하는 로드 센싱 제어 방식의 유압 구동 장치에 관한 것이다.

이 종류의 건설 기계의 유압 구동 장치로서 특허문헌 1 기재의 것이 있다. 특허문헌 1에 기재된 유압 구동 장치는, 주행용의 유압 모터가 구동되는 주행 동작시인지를 검출하는 주행 검출 장치와, 주행 검출 장치의 검출 결과에 의거하여, 주행 동작시가 아닐 때에는 로드 센싱 제어의 목표 차압을 제 1 규정값으로 설정하고, 주행 동작시에는 로드 센싱 제어의 목표 차압을 제 1 규정값보다 작은 제 2 규정값으로 설정하는 설정 변경 장치를 구비하고 있다. 또, 주행 동작시에는 로드 센싱 제어의 목표 차압이 작아지기 때문에, 그 작은 목표 차압에 대응하기 위해, 주행용의 유량 제어 밸브의 스풀의 개구 면적이, 스풀 스트로크 전반에 걸쳐 종래보다 커지도록 설정되어 있다. 이것에 의해 주행 동작시에, 주행에 요구되는 유량을 주행용의 유압 모터에 공급하여, 종래대로의 주행 속도를 확보하고, 또한 에너지 로스를 저감하여, 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

또, 특허문헌 1에 기재된 유압 구동 장치는, 엔진 회전수의 저하에 따라 로드 센싱 제어의 목표 차압을 저하시키고, 엔진 회전수 저하시의 미세 조작성을 향상시키기 위해, 엔진 회전수 검출 밸브의 출력압을 로드 센싱 제어의 목표 차압으로 하여 펌프 제어 장치의 로드 센싱 제어부로 유도되는 구성으로 되어 있다. 엔진 회전수 검출 밸브는, 엔진에 의해 구동되는 파일럿 펌프의 토출 유량에 따라 전후 차압을 변화시키는 유량 검출 밸브와, 유량 검출 밸브의 전후 차압을 절대압으로서 생성하여 출력하는 차압 감압 밸브를 구비하고 있다.

특허문헌 1에 기재된 유압 구동 장치의 하나의 실시예(도 8의 실시예)에서는, 그와 같은 엔진 회전수 검출 밸브를 구비하는 것을 전제로 하여, 유량 검출 밸브의 스풀의 개방측 단부에 주행용의 조작 레버 장치로부터의 주행 파일럿압을 유도하고, 주행 동작시에, 주행 파일럿압을 유량 검출 밸브의 가변 스로틀부의 개방 방향으로 작용시키고, 상기 제 2 규정값으로서의 로드 센싱 제어의 목표 차압을 생성하도록 하고 있다.

일본국 공개특허 특개2011-247301호 공보

특허문헌 1 기재의 유압 구동 장치는, 주행 동작시에는 로드 센싱 제어의 목표 차압을 제 1 규정값보다 작은 제 2 규정값으로 설정하고, 또한 로드 센싱 제어의 목표 차압이 작아지는 것에 대응하여, 주행용의 유량 제어 밸브의 스풀의 개구 면적을 스풀 스트로크 전반에 걸쳐 통상보다 커지도록 설정하고 있다. 이것에 의해 주행 동작에서는 에너지 로스를 저감하여, 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

그러나, 주행용의 유량 제어 밸브의 스풀의 개구 면적을 스풀 스트로크 전반에 걸쳐 통상보다 커지도록 설정했기 때문에, 특히 주행 미세 조작시 등, 주행 조작 레버를 하프 조작 이하의 스트로크 영역에서 조작하여 주행 동작을 행하게 하는 경우에, 유압 펌프로부터 주행용의 유압 모터에 공급되는 유량이, 주행 부하 변동이나 펌프 토출압의 변화에 영향을 끼치기 쉬워져, 양호한 조작성이 얻어지지 않는다는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은, 주행 동작시에 종래대로의 주행 속도를 확보하고 또한 에너지 로스를 저감하여 에너지 효율을 향상시킴과 함께, 주행 조작 레버를 하프 조작 이하의 스트로크 영역에서 조작하여 주행 동작을 행하게 하는 경우에, 주행 부하 변동이나 펌프 토출압의 변화의 영향을 받기 어려워, 양호한 주행 조작성이 얻어지는 건설 기계의 유압 구동 장치를 제공하는 것이다.

(1) 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 원동기에 의해 구동되는 가변 용량형의 메인 펌프와, 이 메인 펌프에 의해 토출된 압유에 의해 구동되는 주행용의 유압 모터를 포함하는 복수의 액추에이터와, 상기 메인 펌프로부터 상기 복수의 액추에이터에 공급되는 압유의 유량을 제어하는 주행용의 유량 제어 밸브를 포함하는 복수의 유량 제어 밸브와, 상기 복수의 액추에이터의 동작 방향과 동작 속도를 지시하고, 상기 복수의 유량 제어 밸브의 조작 지령을 출력하는 주행용의 조작 장치를 포함하는 복수의 조작 장치와, 상기 복수의 유량 제어 밸브의 전후 차압을 각각 제어하는 복수의 압력 보상 밸브와, 상기 메인 펌프의 토출압이 상기 복수의 액추에이터의 최고 부하압보다 목표 차압만큼 높아지도록 메인 펌프의 용량을 로드 센싱 제어하는 펌프 제어 장치를 구비하고, 상기 복수의 압력 보상 밸브는, 상기 유량 제어 밸브의 전후 차압이 상기 메인 펌프의 토출압과 상기 복수의 액추에이터의 최고 부하압의 차압으로 유지되도록 각각의 유량 제어 밸브의 전후 차압을 제어하는 건설 기계의 유압 구동 장치에 있어서, 상기 주행용의 유압 모터가 구동되는 주행 동작시인지를 검출하는 주행 검출 장치와, 상기 주행 검출 장치의 검출 결과에 의거하여, 상기 주행 동작시가 아닐 때에는 상기 로드 센싱 제어의 목표 차압을 제 1 규정값으로 설정하고, 상기 주행 동작시에는 상기 로드 센싱 제어의 목표 차압을 상기 제 1 규정값보다 작은 제 2 규정값으로 설정하는 목표 차압 설정 장치를 구비하고, 상기 주행용의 유량 제어 밸브는, 상기 주행용의 조작 장치를 풀 조작했을 때의 스풀 스트로크에서의 개구 면적이, 상기 로드 센싱 제어의 목표 차압이 상기 제 2 규정값에 있을 때여도 주행에 요구되는 소정의 유량이 얻어지는 크기이며, 상기 주행용의 조작 장치를 미세 조작했을 때의 스풀 스트로크 영역에서의 개구 면적이, 상기 로드 센싱 제어의 목표 차압이 상기 제 1 규정값에 있을 때에 주행에 요구되는 소정 유량이 얻어지는 크기의 최대 개구 면적을 가지는 주행용의 유량 제어 밸브의 개구 면적과 근사하는 크기가 되는 개구 면적 특성을 가지는 것으로 한다.

이와 같이 주행용의 유량 제어 밸브를, 주행용의 조작 장치를 풀 조작했을 때의 스풀 스트로크에서의 개구 면적이, 로드 센싱 제어의 목표 차압이 제 1 규정값보다 작은 제 2 규정값에 있을 때여도, 주행에 요구되는 소정의 유량이 얻어지는 크기가 되도록 함으로써, 주행 동작시에 종래대로의 주행 속도를 확보하고 또한 에너지 로스를 저감하여 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

또, 주행용의 조작 장치를 미세 조작했을 때의 스풀 스트로크 영역에서의 개구 면적을, 로드 센싱 제어의 목표 차압이 제 1 규정값에 있을 때에 주행에 요구되는 소정의 유량이 얻어지는 크기의 최대 개구 면적을 가지는 주행용의 유량 제어 밸브의 개구 면적과 근사하는 크기(조금 작은 개구 면적)로 함으로써, 주행 조작 레버를, 미세 조작을 포함하는 하프 조작 이하의 스트로크 영역에서 조작하여 주행 동작을 행하게 하는 경우에, 주행 부하 변동이나 펌프 토출압의 변화의 영향을 받기 어려워져, 양호한 주행 조작성이 얻어진다.

(2) 또, 바람직하게는, 상기 (1)에 있어서, 상기 목표 차압 설정 장치는, 상기 엔진에 의해 구동되는 파일럿 펌프와, 상기 파일럿 펌프 토출유가 통과하는 유로에 배치되고, 상기 파일럿 펌프의 토출 유량에 따라 전후 차압을 변화시키는 유량 검출 밸브와, 상기 유량 검출 밸브의 전후 차압을 절대압으로서 생성하고, 상기 로드 센싱 제어의 목표 차압으로서 출력하는 차압 감압 밸브를 가지는 원동기 회전수 검출 밸브와, 상기 파일럿 펌프 토출유가 통과하는 유로에 상기 유량 검출 밸브와 병렬로 배치된 가변 스로틀 밸브를 가지고, 상기 가변 스로틀 밸브는, 상기 주행 동작시가 아닐 때에는 전폐(全閉) 위치에 있고, 상기 주행 동작시에는 스로틀 위치에 있고 또한 상기 주행용의 조작 장치의 조작량이 최소로부터 최대까지 증가함에 따라 개구 면적을 전폐로부터 최대까지 연속적으로 증가시키는 것으로 한다.

이와 같이 유량 검출 밸브와 병렬로 가변 스로틀 밸브를 배치하고, 가변 스로틀 밸브의 개구 면적을 전폐 위치로부터 최대까지 연속적으로 증가하는 구성으로 함으로써, 주행용의 조작 장치를 풀 조작했을 때의 차압 감압 밸브의 출력압(로드 센싱 제어의 목표 차압)은, 원동기 회전수가 최대로부터 최소까지의 엔진 회전수의 전역에 걸쳐, 주행용의 조작 장치의 조작량과 동일한 비율로 저하하게 된다. 이 때문에 원동기 회전수를 저속으로 저하시켜, 주행용의 조작 장치를 미세 조작했을 때에, 그 조작량에 따라 차압 감압 밸브의 출력압(로드 센싱 제어의 목표 차압)을 저하시키고, 이것에 대응하여 주행용의 유량 제어 밸브의 전후 차압도 동일하게 저하시킬 수 있다.

여기에서, 주행용의 조작 장치를 미세 조작하는 작업(예를 들면 미세 조작으로 강판(降版, downhill travelling)하는 작업)에서는, 원동기 회전수도 저속으로 저하시키는 경우가 많다. 본 발명에서는, 이와 같은 주행 미세 조작 작업에 있어서도, 차압 감압 밸브의 출력압(로드 센싱 제어의 목표 차압)이 주행용의 조작 장치의 조작량과 동일한 비율로 저하되기 때문에, 주행용의 유량 제어 밸브의 전후 차압도 동일하게 저하시킬 수 있다.

이와 같이 원동기 회전수를 저속으로 저하시켜 주행 미세 조작 작업을 행할 때, 상기 (1)에서 기술한 바와 같이 주행용의 유량 제어 밸브의 개구 면적을 작게 함과 함께, 주행용의 유량 제어 밸브의 전후 차압을 주행용의 조작 장치의 조작량과 동일한 비율로 저하시킴으로써, 조작량에 따라 주행용의 유압 모터에 공급되는 유량을 미세 조정하는 것이 가능해지며, 오퍼레이터가 예기하지 않은 과대한 주행 스피드가 발생하지 않아, 주행 조작성이 대폭 향상된다.

본 발명에 의하면, 주행 동작시에 종래대로의 주행 속도를 확보하고 또한 에너지 로스를 저감하여 에너지 효율을 향상시킴과 함께, 주행 조작 레버를 하프 조작 이하의 스트로크 영역에서 조작하여 주행 동작을 행하게 하는 경우에, 주행 부하 변동이나 펌프 토출압의 변화의 영향을 받기 어려워져, 양호한 주행 조작성이 얻어진다.

또, 본 발명에 의하면, 원동기 회전수도 저속으로 저하시켜 주행 미세 조작 작업을 행하는 경우, 조작량에 따라 주행용의 유압 모터에 공급되는 유량을 미세 조정하는 것이 가능하며, 오퍼레이터가 예기하지 않은 과대한 주행 스피드가 발생하지 않아, 주행 조작성이 대폭 향상된다.

도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 있어서의 건설 기계의 유압 구동 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는, 가변 스로틀 밸브의 개구 면적 특성을 나타낸 도면이다.
도 3은, 주행용의 조작 레버 장치의 조작 레버를 중립 위치로부터 풀 조작 위치까지 조작한 경우의 엔진 회전수 검출 밸브의 차압 감압 밸브의 출력압인 절대압(목표 LS 차압)의 변화를, 엔진 회전수(가로축)의 전역에 걸쳐 나타낸 도면이다.
도 4는, 주행 모터에 공급되는 압유의 유량을 제어하는 주행용의 유량 제어 밸브의 미터 인(meter-in)의 개구 면적 특성을 나타낸 도면이다.
도 5는, 본 실시형태에 있어서의 유압 구동 장치가 탑재되는 유압 셔블의 외관을 나타낸 도면이다.
도 6은, 주행 조작 레버를 조작했을 때의 레버 조작량과, 주행 파일럿압과, 가변 스로틀 밸브의 개구 면적과, 엔진 회전수 검출 밸브의 차압 감압 밸브의 출력 압(목표 LS 차압)의 변화를 나타낸 타임 차트이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 이용하여 설명한다.

∼구성∼

도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 있어서의 건설 기계의 유압 구동 장치의 구성을 나타낸 도면이다. 본 실시형태는, 본 발명을 프론트 스윙식의 유압 셔블의 유압 구동 장치에 적용한 경우의 것이다.

도 1에 있어서, 본 실시형태에 관련된 유압 구동 장치는, 원동기인 디젤 엔진(이하 엔진이라고 한다)(1)과, 이 엔진(1)에 의해 구동되는 메인 펌프로서의 가변 용량형 유압 펌프(이하 메인 펌프라고 한다)(2) 및 고정 용량형의 파일럿 펌프(30)와, 메인 펌프(2)로부터 토출된 압유에 의해 구동되는 복수의 액추에이터(3a, 3b, 3c, 3d, 3e…)와, 메인 펌프(2)와 복수의 액추에이터(3a, 3b, 3c, 3d, 3e…)의 사이에 위치하는 컨트롤 밸브(4)와, 파일럿 펌프(30)의 압유 공급 유로(31a)에 접속되고, 파일럿 펌프(30)의 토출 유량에 따른 절대압을 출력하는 엔진 회전수 검출 밸브 장치(13)와, 엔진 회전수 검출 밸브(13)의 하류측의 파일럿 유로(3lb)에 접속되고, 파일럿 유로(3lb)의 압력을 일정하게 유지하는 파일럿 릴리프밸브(32)를 가지는 파일럿 유압원(33)과, 파일럿 유압원(33)의 하류측에 접속되고, 게이트 록 레버(24)에 의해 조작되는 안전 밸브로서의 게이트 록 밸브(100)와, 게이트 록 밸브(100)의 하류측의 파일럿 유로(31c)에 접속되고, 파일럿 유압원(32)의 유압을 1차압(원압)으로서 컨트롤 밸브(4) 내의 유량 제어 밸브(6a, 6b, 6c, 6d, 6e…)(후술)를 조작하기 위한 파일럿압(조작 파일럿압)(a1, a2, b1, b2, c1, c2, d1, d2, e1, e2…)을 생성하는 리모컨 밸브를 구비한 조작 레버 장치(60a, 60b, 60c, 60d, 60e…)를 구비하고 있다.

컨트롤 밸브(4)는, 메인 펌프(2)의 토출유가 공급되는 제 1 압유 공급 유로(5)(배관)에 접속된 제 2 압유 공급 유로(4a)(내부 통로)와, 제 2 압유 공급 유로(4a)로부터 분기되는 유로(8a, 8b, 8c, 8d, 8e…)에 접속되고, 메인 펌프(2)로부터 액추에이터(3a, 3b, 3c, 3d, 3e…)에 공급되는 압유의 유량과 방향을 각각 제어하는 클로즈드 센터형의 복수의 유량 제어 밸브(6a, 6b, 6c, 6d, 6e…)와, 유량 제어 밸브(6a, 6b, 6c, 6d, 6e…)의 상류측에 배치되고, 유량 제어 밸브(6a, 6b, 6c, 6d, 6e…)의 미터 인 스로틀부의 전후 차압을 각각 제어하는 압력 보상 밸브(7a, 7b, 7c, 7d, 7e…)와, 액추에이터(3a, 3b, 3c, 3d, 3e…)의 부하압 중 가장 높은 압력(최고 부하압)을 선택하여 신호 유로(27)에 출력하는 셔틀 밸브(9a, 9b, 9c, 9d, 9e…)와, 제 2 압유 공급 유로(4a)의 압력(메인 펌프(2)의 토출압)과 신호 유로(27)의 압력(최고 부하압)이 유도되고, 메인 펌프(2)의 토출압(펌프압)과 최고 부하압의 차압을 절대압 PLS로서 출력하는 차압 감압 밸브(11)와, 제 2 압유 공급 유로(4a)에 접속되고, 제 2 압유 공급 유로(4a)의 압력(메인 펌프(2)의 토출압)이 설정 압력 이상이 되면 개방 상태가 되어 상기 압유 공급 유로(4a)의 압유를 탱크로 되돌리고, 제 2 압유 공급 유로(4a)의 압력(메인 펌프(2)의 토출압)이 설정 압력 이상이 되지 않도록 제한하는 메인 릴리프 밸브(14)와, 제 2 압유 공급 유로(4a)에 접속되고, 메인 펌프(2)의 토출압이 최고 부하압으로 수압부(15a)와 스프링(15b)의 세트압을 가산한 압력보다 높아지면 개방 상태가 되어 메인 펌프(2)의 토출유를 탱크(T)로 되돌리고, 최고 부하압에 대하여 메인 펌프(2)의 토출압의 상승을 제한하는 언로드 밸브(15)를 가지고 있다.

유량 제어 밸브(6a, 6b, 6c, 6d, 6e…)는 각각 부하 포트(26a, 26b, 26c, 26d, 26e…)를 가지고, 이러한 부하 포트(26a, 26b, 26c, 26d, 26e…)는, 유량 제어 밸브(6a, 6b, 6c, 6d, 6e…)가 중립 위치에 있을 때에는 탱크(T)에 연통하고, 부하압으로서 탱크압을 출력하고, 유량 제어 밸브(6a, 6b, 6c, 6d, 6e…)가 중립 위치로부터 도면에 나타낸 좌우의 조작 위치로 전환되었을 때에는, 각각의 액추에이터(3a, 3b, 3c, 3d, 3e…)에 연통하고, 액추에이터(3a, 3b, 3c, 3d, 3e…)의 부하압을 출력한다.

셔틀 밸브(9a, 9b, 9c, 9d, 9e…)는 토너먼트 형식으로 접속되며, 부하 포트(26a, 26b, 26c, 26d, 26e…) 및 신호 유로(27)와 함께 최고 부하압 검출 회로를 구성한다. 셔틀 밸브(9a)는, 유량 제어 밸브(6a)의 부하 포트(26a)의 압력과 유량 제어 밸브(6b)의 부하 포트(26b)의 압력의 고압측을 선택하여 출력하고, 셔틀 밸브(9b)는, 셔틀 밸브(9a)의 출력압과 유량 제어 밸브(6c)의 부하 포트(26c)의 압력의 고압측을 선택하여 출력하고, 셔틀 밸브(9c)는, 셔틀 밸브(9b)의 출력압과 유량 제어 밸브(6d)의 부하 포트(26d)의 압력의 고압측을 선택하여 출력하고, 셔틀 밸브(9d)는, 셔틀 밸브(9c)의 출력압과 유량 제어 밸브(6e)의 부하 포트(26e)의 압력의 고압측을 선택하여 출력하고, 셔틀 밸브(9e)는, 셔틀 밸브(9d)의 출력압과 도시하지 않은 다른 동일한 셔틀 밸브의 출력압의 고압측을 선택하여 출력한다. 셔틀 밸브(9e)는 최후단의 셔틀 밸브이고, 그 출력압은 최고 부하압으로서 신호 유로(27)에 출력되며, 차압 감압 밸브(11)와 언로드 밸브(15)로 유도된다.

압력 보상 밸브(7a, 7b, 7c, 7d, 7e…)는 목표 차압 설정용의 밸브 개방측 수압부(28a, 28b, 28c, 28d, 28e…)를 가지고, 이 수압부(28a, 28b, 28c, 28d, 28e…)에는 차압 감압 밸브(11)의 출력압이 유도되고, 유압 펌프압과 최고 부하압의 차압의 절대압(이하 절대압 PLS라고 한다)에 의해 목표 보상 차압이 설정된다. 이와 같이 유량 제어 밸브(7a, 7b, 7c, 7d, 7e…)의 전후 차압을 동일한 절대압(PLS)으로 제어함으로써, 압력 보상 밸브(7a, 7b, 7c, 7d, 7e…)는 유량 제어 밸브(6a, 6b, 6c, 6d, 6e…)의 전후 차압이 당해 절대압(PLS)과 동일해지도록 제어한다. 이것에 의해 복수의 액추에이터를 동시에 구동하는 복합 조작시에는, 액추에이터(3a, 3b, 3c, 3d, 3e…)의 부하압의 대소에 관계없이, 유량 제어 밸브(6a, 6b, 6c, 6d, 6e…)의 개구 면적비에 따라 메인 펌프(2)의 토출 유량을 분배하고, 복합 조작성을 확보할 수 있다. 또, 메인 펌프(2)의 토출 유량이 요구 유량에 만족하지 않는 세츄레이션 상태가 된 경우에는, 절대압(PLS)은 그 공급 부족의 정도에 따라 저하되고, 이것에 따라 압력 보상 밸브(7a, 7b, 7c, 7d, 7e…)가 제어하는 유량 제어 밸브(6a, 6b, 6c, 6d, 6e…)의 전후 차압이 동일한 비율로 저하되어 유량 제어 밸브(26a∼26h)의 통과 유량이 동일한 비율로 감소하기 때문에, 이 경우에도 유량 제어 밸브(6a, 6b, 6c, 6d, 6e…)의 개구 면적비에 따라 메인 펌프(2) 토출 유량을 분배하여, 복합 조작성을 확보할 수 있다.

언로드 밸브(15)는, 언로드 밸브(15)의 세트압(Pun0)을 설정하는 폐쇄 방향 작동의 수압부(15a) 및 스프링(15b)과, 제 2 압유 공급 유로(4a)의 압력(메인 펌프(2)의 토출압)이 유도되는 개방 방향 작동의 수압부(15c)와, 셔틀 밸브(9a, 9b, 9c, 9d, 9e…)에 의해 검출된 최고 부하압이 신호 유로(27)를 거쳐 유도되는 폐쇄 방향 작동의 수압부(15d)를 가지고, 수압부(15a)에는 엔진 회전수 검출 밸브(13)의 차압 감압 밸브(51)의 출력압(Pa)(후술)이 유로(41)를 거쳐 유도되어 있다. 언로드 밸브(15)는, 메인 펌프(2)의 토출압이 최고 부하압에 수압부(15a)와 스프링(15b)의 세트압(Pun0) 보다 높아지면, 개방 상태가 되어 메인 펌프(2)의 토출유를 탱크(T)로 되돌리고, 메인 펌프(2)의 토출압을, 최고 부하압에 세트압(Pun0)을 가산한 압력을 넘지 않도록 제어한다. 모든 조작 레버가 중립 위치에 있고, 셔틀 밸브(9a, 9b, 9c, 9d, 9e…)에 의해 검출된 최고 부하압이 탱크압일 때, 메인 펌프(2)의 토출압은 언로드 밸브(15)의 세트압(Pun0)으로 제어된다.

액추에이터(3a, 3b, 3c, 3d, 3e)는 예를 들면 유압 셔블의 선회 모터, 붐 실린더, 아암 실린더, 좌측 주행 모터, 우측 주행 모터이며, 유량 제어 밸브(6a, 6b, 6c, 6d, 6e)는 각각 예를 들면 선회용, 붐용, 아암용, 좌측 주행용, 우측 주행용의 유량 제어 밸브이다. 도시한 사정상, 버킷 실린더, 스윙 실린더 등의 그 외의 액추에이터 및 이들 액추에이터에 관련된 유량 제어 밸브 등의 도시는 생략하고 있다.

게이트 록 밸브(100)는, 게이트 록 레버(24)를 조작함으로써 파일럿 유로(31c)를 파일럿 유로(3lb)에 접속하는 위치와, 파일럿 유로(31c)를 탱크(T)에 접속하는 위치로 전환 가능하다. 게이트 록 밸브(100)가 파일럿 유로(31c)를 파일럿 유로(3lb)에 접속하는 위치로 전환되어 있을 때, 조작 레버 장치(60a, 60b, 60c, 60d, 60e…) 중 어느 조작 레버를 조작하면, 조작 레버 장치는 조작 레버의 조작량에 따라 파일럿 유압원(33)의 유압을 1차압으로 하여 조작 파일럿압을 생성한다. 게이트 록 밸브(100)가 파일럿 유로(31c)를 탱크(T)에 접속하는 위치로 전환되어 있을 때에는, 조작 레버 장치(60a, 60b, 60c, 60d, 60e…)는, 조작 레버를 조작하더라도 조작 파일럿압의 생성이 불가능한 상태가 된다.

엔진 회전수 검출 밸브(13)는, 파일럿 펌프(30)의 압유 공급 유로(31a)와 파일럿 유로(3lb)의 사이에 접속된 유량 검출 밸브(50)와, 그 유량 검출 밸브(50)의 전후 차압을 절대압으로 하여 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 유로(3lb) 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(Pa)으로서 출력한다. 파일럿 펌프(30)의 토출 유량은 엔진(1)의 회전수에 의해 변화되기 때문에, 가변 스로틀부(50a)의 전후 차압을 검출함으로써, 파일럿 펌프(30)의 토출 유량을 검출할 수 있고, 엔진(1)의 회전수를 검출할 수 있다. 또, 가변 스로틀부(50a)는, 통과 유량이 증대함에 따라(전후 차압이 높아짐에 따라) 개구 면적을 크게 하기 때문에, 통과 유량이 증대함에 따라 전후 차압의 상승 정도가 완만해지는 특성을 가지고 있다.

메인 펌프(2)는, 틸팅각(tilting angle)(용량 또는 변위 용적)을 제어하기 위한 펌프 제어 장치(12)를 구비하고 있다. 펌프 제어 장치(12)는 마력 제어 틸팅 액추에이터(12a)와, LS 제어 밸브(12b) 및 LS 제어 틸팅 액추에이터(12c)를 가지고 있다.

마력 제어 틸팅 액추에이터(12a)는 메인 펌프(2)의 토출압이 높아지면 메인 펌프(2)의 틸팅각을 줄이고, 메인 펌프(2)의 입력 토크가 미리 설정한 최대 토크를 넘지 않도록 제한한다. 이것에 의해 메인 펌프(2)의 소비 마력을 제한하고, 과부하에 의한 엔진(1)의 정지(엔진 스톨)를 방지할 수 있다.

LS 제어 밸브(12b)는 대향하는 수압부(12d, 12e)를 가지고, 수압부(12d)에는 유로(40)를 거쳐 엔진 회전수 검출 밸브(13)의 차압 감압 밸브(51)의 출력압인 절대압(Pa)(제 1 규정값)이 로드 센싱 제어의 목표 차압(목표 LS 차압)으로서 유도되고, 수압부(12e)에 차압 감압 밸브(11)의 출력압인 절대압(PLS)이 유도되며, 절대압(PLS)이 절대압(Pa)보다 높아지면(PLS＞Pa), 파일럿 유압원(33)의 압력을 LS 제어 틸팅 액추에이터(12c)로 유도하여 메인 펌프(2)의 틸팅각을 줄이고, 절대압(PLS)이 절대압(Pa)보다 낮아지면(PLS＜Pa), LS 제어 틸팅 액추에이터(12c)를 탱크(T)에 연통하여 메인 펌프(2)의 틸팅각을 늘린다. 이것에 의해 메인 펌프(2)의 토출압이 최고 부하압보다 절대압(Pa)(목표 차압)만큼 높아지도록 메인 펌프(2)의 틸팅각이 제어된다. 제어 밸브(12b) 및 LS 제어 틸팅 액추에이터(12c)는, 메인 펌프(2)의 토출압이 복수의 액추에이터(3a, 3b, 3c, 3d, 3e…)의 최고 부하압보다 로드 센싱 제어의 목표 차압분만큼 높아지도록 메인 펌프(2)의 틸팅을 제어하는 로드 센싱 방식의 펌프 제어 수단을 구성한다.

여기에서, 절대압(Pa)은 엔진 회전수에 따라 변화하는 값이기 때문에, 절대압(Pa)을 로드 센싱 제어의 목표 차압으로서 이용하고, 압력 보상 밸브(7a, 7b, 7c, 7d, 7e…)의 목표 보상 차압을 메인 펌프(2)의 토출압과 최고 부하압의 차압의 절대압(PLS)에 의해 설정함으로써, 엔진 회전수에 따른 액추에이터 스피드의 제어가 가능해진다. 또, 상기한 바와 같이 엔진 회전수 검출 밸브(13)의 유량 검출 밸브(50)의 가변 스로틀부(50a)는, 통과 유량이 증대함에 따라 전후 차압의 상승 정도가 완만해지는 특성을 가지고 있고, 이것에 의해 엔진 회전수에 따른 세츄레이션 현상의 개선이 도모되며, 엔진 회전수를 낮게 설정한 경우에 양호한 미세 조작성이 얻어진다.

LS 제어 밸브(12b)의 수압부(12d)에 엔진 회전수 검출 밸브(13)의 차압 감압 밸브(51)의 출력압인 절대압(Pa)(제 1 규정값)이 로드 센싱 제어의 목표 차압(목표 LS 차압)으로서 유도되고, 동일한 절대압(Pa)이 언로드 밸브(15)의 수압부(15a)로 유도되며, 그 수압부(15a)와 스프링(15b)에 의해 언로드 밸브(15)의 세트압이 설정되어 있기 때문에, 언로드 밸브(15)의 세트압은 스프링(15b)의 분만큼 목표 LS 차압보다 높게 설정된다. 또, 스프링(15b)의 설정분은, 엔진(1)의 시동 전에 수압부(15d)의 압력이 탱크압일 때에 언로드 밸브(15)를 폐쇄 위치에 유지할 정도의 작은 값이며, 이것에 의해 엔진(1)의 시동시의 엔진 부하를 저감하여, 엔진(1)의 시동성이 양호해진다.

또, 본 실시예의 유압 구동 장치는, 그 특징적인 구성으로서, 주행용의 조작 레버 장치(60d, 60e)의 리모컨 밸브(60d1, 60d2 및 60e1, 60e2)의 토출 포트에 설치되고, 60d1, 60d2 및 60e1, 60e2에 의해 생성된 조작 파일럿압(d1, d2, e1, e2) 중 가장 높은 압력을 검출하여 주행 파일럿압으로서 신호 유로(71)로 출력하는 토너먼트형으로 짜여진 셔틀 밸브(70a, 70b, 70c)(주행 검출 장치)와, 파일럿 펌프(30)의 토출유가 통과하는 유로인 압유 공급 유로(31a)와 파일럿 유로(3lb)에 유량 검출 밸브(50)와 병렬로 배치된 가변 스로틀 밸브(80)를 구비하고 있다. 가변 스로틀 밸브(80)는, 폐쇄 방향으로 작용하는 스프링(80a)과, 셔틀 밸브(70a, 70b, 70c)로부터 출력된 주행 파일럿압이 신호 유로(71)를 거쳐 유도되며, 개방 방향으로 작용하는 수압부(80b)를 가지고 있다.

셔틀 밸브(37a, 37b, 37c)는 주행 모터(3d, 3e)가 구동되는 주행 동작시인지를 검출하는 주행 검출 장치를 구성하고, 셔틀 밸브(70a, 70b, 70c)에 의해 검출된 주행 파일럿압은 주행용의 조작 레버 장치(60d 또는 60e)의 조작량(조작 스트로크)에 대응한다.

도 2는, 가변 스로틀 밸브(80)의 개구 면적 특성을 나타낸 도면이다. 도 2 중, Pi0은 주행용의 유량 제어 밸브(6d, 6e)가 개방되기 시작하는 주행 파일럿압이고, Pi1은 주행용의 유량 제어 밸브(6d, 6e)가 최대 개구 면적(Abmax)(도 4 참조)이 되는 주행 파일럿압이며, Pimax는 최대 주행 파일럿압이다. 가변 스로틀 밸브(80)는, 셔틀 밸브(70a, 70b, 70c)에 의해 검출된 주행 파일럿압이 Pi0이 될 때까지는 폐쇄되어 있고, 주행 파일럿압이 Pi0보다 높아지면 밸브 개방하고, 그 이후에는, 주행 파일럿압이 높아짐에 따라 개구 면적을 연속적으로 증가시켜, 주행 파일럿압이 Pi1에 도달하면 최대의 개구 면적(Amax)이 되도록 가변 스로틀 밸브(80)의 개구 면적 특성이 설정되어 있다. 바꿔 말하면, 가변 스로틀 밸브(80)는, 주행 동작시가 아닐 때에는 전폐 위치에 있고, 주행 동작시에는 스로틀 위치에 있고 또한 주행용의 조작 레버 장치(60d, 60e)의 조작량이 최소로부터 최대까지 증가함에 따라 개구 면적을 전폐로부터 최대까지 연속적으로 증가시키는 개구 면적 특성을 가지고 있다.

도 3은, 주행용의 조작 레버 장치(60d, 60e)의 조작 레버(이하 주행 조작 레버라고 한다)를 중립 위치로부터 풀 조작 위치까지 조작한 경우의 엔진 회전수 검출 밸브(13)의 차압 감압 밸브(51)의 출력압인 절대압(Pa)(목표 LS 차압)의 변화를, 엔진 회전수(가로축)의 전역에 걸쳐 나타낸 도면이다. 도 3 중, Nmin은 로우 아이들 회전수(최소 회전수)이고, Nrate는 정격 회전수(최고 회전수)이다.

주행 조작 레버가 중립 위치로부터 풀 조작될 때, 차압 감압 밸브(51)의 출력압(목표 LS 차압)은 가변 스로틀 밸브(80)의 기능에 의해 제 1 규정값(Pa4)으로부터 제 2 규정값(Pa3)으로 저하된다. 또, 주행 조작 레버가 중립 위치에 있을 때, 엔진 회전수가 Nrate로부터 Nmin으로 저하됨에 따라 차압 감압 밸브(51)의 출력압(목표 LS 차압)은, 제 1 규정값(Pa4)으로부터 Pa2로 저하된다. 주행 조작 레버를 조작하고, 조작량이 증대함에 따라 차압 감압 밸브(51)의 출력압(목표 LS 차압)은 엔진 회전수 전역에 걸쳐 주행 조작 레버의 조작량(주행 파일럿압)의 변화와 동일한 비율로 감소하고, 주행 조작 레버가 풀 조작되었을 때, 차압 감압 밸브(51)의 출력압(목표 LS 차압)은, 엔진 회전수가 Nrate로부터 Nmin으로 저하됨에 따라 제 2 규정값(Pa3)으로부터 Pa1로 저하된다. 이와 같이 유량 검출 밸브(50)와 병렬로 가변 스로틀 밸브(80)를 배치하고, 가변 스로틀 밸브(80)의 개구 면적을 전폐 위치로부터 최대까지 연속적으로 증가하는 구성으로 함으로써, 주행 조작 레버를 풀 조작했을 때의 차압 감압 밸브(51)의 출력압(목표 LS 차압)은, 엔진 회전수가 최대의 Nrate로부터 최소의 Nmin까지의 엔진 회전수의 전역에 걸쳐, 주행 조작 레버의 조작량(주행 파일럿압)의 변화와 동일한 비율로(바꿔 말하면 엔진 회전수의 전역에 걸쳐 동일하게) 저하되게 된다. 도 3 중, 2점 쇄선은 비교예 2(후술)의 주행 조작 레버 풀 조작시의 차압 감압 밸브(51)의 출력압의 변화를 나타내고 있다.

도 4는, 주행 모터(3d, 3e)에 공급되는 압유의 유량을 제어하는 주행용의 유량 제어 밸브(6d, 6e)의 미터 인의 개구 면적 특성을 나타낸 도면이다. 도 4 중, 실선은 본 실시형태(본 발명)의 유량 제어 밸브(6d, 6e)의 개구 면적 특성이며, 파선은, 도 1의 유압 구동 장치에서 가변 스로틀 밸브(80)를 설치하지 않은 경우에 주행 조작 레버를 풀 조작했을 때에, 주행에 요구되는 소정 유량(QT)을 주행 모터(3d, 3e)에 공급 가능하게 하는 주행용의 유량 제어 밸브의 개구 면적 특성이며(비교예 1), 일점 쇄선은, 엔진 회전수 검출 밸브(13)의 유량 검출 밸브(50)에 직접 주행 파일럿압을 유도하는 특허문헌 1(일본국 공개특허 특개2011-247301호 공보)의 도 8에 나타낸 유압 시스템에 있어서의 주행용의 유량 제어 밸브의 개구 면적 특성이다(비교예 2). 본 명세서에 있어서, 「주행에 요구되는 소정 유량(QT)」이란, 주행 조작 레버를 풀 조작했을 때에 설계대로의 최대 주행 속도가 얻어지는 유량이다.

비교예 1의 주행용의 유량 제어 밸브에서는, 주행 조작 레버를 풀 조작했을 때의 스풀 스트로크(Stmax)에서의 개구 면적은 Aamax이다. 비교예 1은 가변 스로틀 밸브(80)를 구비하고 있지 않기 때문에, Aamax는, 차압 감압 밸브(51)의 출력압(목표 LS 차압)이 제 1 규정값(Pa4)(도 3 참조)에 있을 때에 주행에 요구되는 소정 유량(QT)을 주행 모터(3d, 3e)에 공급 가능하게 하는 주행용의 유량 제어 밸브의 개구 면적이다. 또, 비교예 1에서는, 스풀 스트로크를 최소로부터 최대로 변화시킨 경우, 스풀 스트로크 전역에 걸쳐 일정한 비율로 개구 면적이 커진다.

비교예 2의 주행용의 유량 제어 밸브에서는, 주행 조작 레버를 풀 조작했을 때의 스풀 스트로크(Stmax)에서의 개구 면적은 Abmax이다. Abmax는, 차압 감압 밸브(51)의 출력압(목표 LS 차압)이 제 2 규정값(Pa3)(도 3 참조)으로 저하되더라도 주행에 요구되는 소정 유량(QT)을 주행 모터(3d, 3e)에 공급 가능하게 하는 주행용의 유량 제어 밸브의 개구 면적이며, 차압 감압 밸브(51)의 출력압(목표 LS 차압)이 제 1 규정값(Pa4)(도 3 참조)에 있을 때에 비교예 1에서 얻어지는 유량과 동등한 유량이 얻어지는 개구 면적이기도 하다. 또, 비교예 2의 주행용의 유량 제어 밸브에서는, 주행 조작 레버의 조작량이 증가함에 따라 차압 감압 밸브(51)의 출력압(목표 LS 차압)이 작아지기 때문에, 차압 감압 밸브(51)의 출력압(목표 LS 차압)의 감소에 맞춰, 스풀 스트로크의 전역에 걸쳐, 비교예 1보다 개구 면적이 커지도록 개구 면적 특성이 설정되어 있다.

본 발명의 주행용의 유량 제어 밸브(6d, 6e)에서는, 주행 조작 레버를 풀 조작했을 때의 스풀 스트로크(Stmax)에서의 개구 면적은, 비교예 2와 동일하게, Abmax(차압 감압 밸브(51)의 출력압(목표 LS 차압)이 제 2 규정값(Pa3)(도 3 참조)으로 저하되더라도 주행에 요구되는 소정 유량(QT)이 얻어지는 크기)이다. 또, 본 발명의 주행용의 유량 제어 밸브(6d, 6e)에서는, 스풀 스트로크를 최소로부터 최대로 변화시킨 경우의 스풀 스트로크의 전역에 걸쳐, 비교예 2보다 개구 면적이 작아지도록 설정되어 있고, 또한 주행 조작 레버를 미세 조작했을 때의 스풀 스트로크 영역을 포함하는 스풀 스트로크의 전반(주행 조작 레버의 하프 조작 이하의 스트로크 영역에 대응하는 스풀 스트로크 영역)에서는, 비교예 1(로드 센싱 제어의 목표 차압이 제 1 규정값(Pa4)에 있을 때에 주행에 요구되는 소정 유량이 얻어지는 크기의 최대 개구 면적(Abmax)을 가지는 주행용의 유량 제어 밸브)과 근사한(대체로 동일) 개구 면적이 되고, 스풀 스트로크의 후반(주행 조작 레버의 하프 조작보다 큰 스트로크 영역에 대응하는 스풀 스트로크 영역)에서는, 비교예 1보다 개구 면적이 크고, 게다가 스풀 스트로크가 커짐에 따라 비교예 1보다 개구 면적이 커지는 비율이 증가하도록(스풀 스트로크가 커짐에 따라 개구 면적이 커지는 비율이 증가하도록) 개구 면적 특성이 설정되어 있다.

여기에서, 스풀 스트로크의 전반에서의 「근사한 개구 면적」 또는 「대체로 동일한 개구 면적」이란, 개구 면적이 비교예 1과 동일하거나 다르게 되어 있어도 그 차이가 비교예 1에 대하여 15% 이하, 바람직하게는 10% 이하인 것을 의미한다. 또, 스풀 스트로크의 전반에서의 개구 면적 특성은, 스풀 스트로크가 최대 스트로크(Stmax)의 1/3의 영역에서는, 개방되기 시작부터 개구 면적(Aamax)까지를 직선으로 연결한 특성에 대하여 차이가 15% 이하가 되는 특성이라고 정의할 수도 있다.

도 5는, 본 실시형태에 있어서의 유압 구동 장치가 탑재되는 유압 셔블의 외관을 나타낸 도면이다.

도 5에 있어서, 작업 기계로서 잘 알려져 있는 유압 셔블은, 상부 선회체(300)와, 하부 주행체(301)와, 스윙식의 프론트 작업기(302)를 구비하고, 프론트 작업기(302)는, 붐(306), 아암(307), 버킷(308)으로 구성되어 있다. 상부 선회체(300)는 하부 주행체(301)에 대하여 선회 모터(3a)에 의해 선회 가능하다. 상부 선회체(300)의 전부에는 스윙 포스트(303)가 장착되고, 이 스윙 포스트(303)에 프론트 작업기(302)가 상하동 가능하게 장착되어 있다. 스윙 포스트(303)는 도시하지 않은 스윙 실린더의 신축에 의해 상부 선회체(300)에 대하여 수평 방향으로 회전 운동 가능하고, 프론트 작업기(302)의 붐(306), 아암(307), 버킷(308)은 붐 실린더(3b), 아암 실린더(3c), 버킷 실린더(3f)의 신축에 의해 상하 방향으로 회전 운동 가능하다. 하부 주행체(301)는 중앙 프레임에는, 블레이드 실린더(3g)의 신축에 의해 상하 동작을 행하는 블레이드(305)가 장착되어 있다. 하부 주행체(301)는, 주행 모터(3d, 3e)의 회전에 의해 좌우의 크롤러(crawler)(310, 311)를 구동함으로써 주행을 행한다.

상부 선회체(300)에는 캐빈(운전실)(313)이 설치되고, 캐빈(313) 내에는, 운전석(121), 프론트/선회용의 좌우의 조작 레버 장치(122, 123)(도 5에서는 좌측만 도시), 주행용의 조작 레버 장치(60d, 60e), 게이트 록 레버(24)가 설치되어 있다. 조작 레버 장치(122, 123)는 중립 위치로부터 십자 방향을 기준으로 한 임의의 방향으로 조작 가능하고, 좌측의 조작 레버 장치(122)를 전후 방향으로 조작할 때, 조작 레버 장치(122)는 선회용의 조작 레버 장치(60a)로서 기능하고, 동일 조작 레버 장치(122)를 좌우 방향으로 조작할 때, 조작 레버 장치(122)는 아암용의 조작 레버 장치(60c)로서 기능하고, 우측의 조작 레버 장치(123)를 전후 방향으로 조작할 때, 조작 레버 장치(123)는 붐용의 조작 레버 장치(60b)로서 기능한다.

∼동작∼

본 실시형태의 동작을 도 6을 이용하여 설명한다. 도 6은, 주행 조작 레버를 조작했을 때의 레버 조작량과, 주행 파일럿압과, 가변 스로틀 밸브(80)의 개구 면적과, 차압 감압 밸브(51)의 출력압(목표 LS 차압)의 변화를 나타낸 타임 차트이다.

(a) 주행 조작 레버를 포함하는 모든 조작 레버가 중립인 경우

조작 레버 장치(60a, 60b, 60c, 60d, 60e…)의 모든 조작 레버가 중립인 경우, 주행 조작 레버도 중립이기 때문에, 셔틀 밸브(70a, 70b, 70c)에 의해 검출되는 주행 파일럿압은 탱크압이 된다. 이 때문에, 가변 스로틀 밸브(80)의 수압부(80b)에는 탱크압이 유도되고, 가변 스로틀 밸브(80)는 스프링(80a)에 의해 전폐 위치로 유지된다.

가변 스로틀 밸브(80)가 전폐이기 때문에, 엔진 회전수가 정격의 Nrate에 있는 경우에는, 엔진 회전수 검출 밸브(13)의 차압 감압 밸브(51)는 통상대로 파일럿 펌프(30)로부터 토출 되는 유량(엔진 회전수)에 따라 절대압(Pa4)을 출력한다. 이 절대압(Pa4)은 목표 LS 차압의 제 1 규정값으로서 LS 제어 밸브(12b)의 수압부(12d)로 유도된다.

또, 모든 조작 레버가 중립인 경우, 모든 유량 제어 밸브(6a, 6b, 6c, 6d, 6e…)는 중립 위치에 있기 때문에, 액추에이터(3a, 3b, 3c, 3d, 3e…)에 압유는 공급되지 않고, 셔틀 밸브(9a, 9b, 9c, 9d, 9e…)에 의해 검출되는 최고 부하압은 탱크압이 되고, 메인 펌프(2)의 토출압은 언로드 밸브(15)의 세트압 상당의 최저 압력으로 유지된다. 또, LS 제어 밸브(12b)의 수압부(12e)로 유도되는 차압 감압 밸브(11)의 출력압은 메인 펌프(2)의 토출압(언로드 밸브(15)의 세트압 상당의 압력)이며, 언로드 밸브(15)의 세트압은, LS 제어 밸브(12b)의 수압부(12d)로 유도되는 차압 감압 밸브(51)의 출력압보다 높기 때문에, LS 제어 밸브(12b)의 기능에 의해 메인 펌프(2)의 토출 유량은 최소 유량으로 유지된다.

(b) 주행 조작 레버를 조작한 경우

(b1) 주행 조작 레버를 중립으로부터 풀까지 서서히 조작한 경우

먼저, 주행용의 조작 레버 장치(60d, 60e)의 조작 레버를 중립으로부터 풀까지 서서히 조작한 경우에 대하여 설명한다.

주행 조작 레버를 중립으로부터 풀까지 서서히 조작한 경우, 주행 파일럿압이 셔틀 밸브(70a, 70b, 70c)에 의해 검출되고, 그 주행 파일럿압이 가변 스로틀 밸브(80)의 수압부(80b)로 유도된다. 가변 스로틀 밸브(80)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 주행 파일럿압이 Pi0보다 높아지면 밸브 개방하고, 그 이후에는, 주행 파일럿압이 높아짐에 따라 개구 면적을 증가시켜, 주행 파일럿압이 Pi1에 도달하면 최대의 개구 면적(Amax)이 되도록 가변 스로틀 밸브(80)의 개구 면적 특성이 설정되어 있다. 이 때문에 주행 파일럿압이 높아짐에 따라 가변 스로틀 밸브(80)를 통과하는 유량이 증가하고, 가변 스로틀 밸브(80)와 병렬로 접속된 엔진 회전수 검출 밸브(13)의 유량 검출 밸브(50)를 통과하는 유량이 감소한다. 이것에 의해 유량 검출 밸브(50)의 전후 차압이 작아지며, 엔진 회전수가 정격의 Nrate에 있는 경우에는, 차압 감압 밸브(51)의 출력압(목표 LS 차압)은, 주행 파일럿압이 커짐에 따라, 주행 파일럿압의 변화와 동일한 비율로 Pa4(제 1 규정값)로부터 Pa3(제 2 규정값)까지 서서히 작아진다.

또, 유량 검출 밸브(50)의 전후 차압이 작아지기 때문에, 그 상류측에 설치된 파일럿 펌프(30)의 토출압도 그만큼 작아진다.

한편, 직진 주행을 의도하여 주행용의 조작 레버 장치(60d, 60e)의 조작 레버를 도면에 나타낸 좌측 방향으로 조작한 경우에는, 주행 파일럿압(d1, e1)이 생성되고, 유량 제어 밸브(6d, 6e)가 도면에 나타낸 좌측의 위치로 전환되며, 메인 펌프(2)의 토출유가 좌우 주행 모터(3d, 3e)에 공급된다. 이때, 차압 감압 밸브(51)의 출력압은 목표 LS 차압으로서 LS 제어 밸브(12b)의 수압부(12d)로 유도되어 있기 때문에, 메인 펌프(2)의 토출압이 붐 실린더(3b)의 부하압(최고 부하압)보다 목표 LS 차압만큼 높아지도록 메인 펌프(2)의 토출 유량이 제어되며, 좌우 주행 모터(3d, 3e)는 전진 방향으로 회전한다.

또, 메인 펌프(2)의 토출압과 최고 부하압의 차압이 차압 감압 밸브(11)에 의해 검출되고, 그 출력압인 절대압(PLS)이 목표 보상 차압으로서 압력 보상 밸브(7a∼7e)에 설정되기 때문에, 주행용의 유량 제어 밸브(6d, 6e)의 전후 차압도 목표 LS 차압과 동일해지도록 제어된다. 이 때문에 상기한 바와 같이 주행 파일럿압이 커짐에 따라 차압 감압 밸브(51)의 출력압(목표 LS 차압)이 Pa4(제 1 규정값)로부터 Pa3(제 2 규정값)까지 서서히 작아짐으로써, 유량 제어 밸브(6d, 6e)의 전후 차압도 동일하게 작아진다.

(b2) 주행 조작 레버를 풀 조작한 경우

엔진 회전수가 정격의 Nrate에 있는 상태에서 주행 조작 레버를 풀 조작한 경우에는, 차압 감압 밸브(51)의 출력압(목표 LS 차압)은 최소의 압력(Pa3)(제 2 기정값)으로 저하되고, 유량 제어 밸브(6d, 6e)의 전후 차압도 최소의 압력(Pa3)(제 2 규정값)으로 저하된다.

도 4를 이용하여 설명한 바와 같이, 주행용의 유량 제어 밸브(6d, 6e)의 개구 면적 특성은, 스풀 스트로크의 전반에서는, 비교예 1과 근사한(대체로 동일한) 개구 면적이 되고, 스풀 스트로크의 후반에서는, 비교예 1보다 개구 면적이 크고, 스풀 스트로크(Stmax)에서는, 비교예 2와 동일한 Abmax가 되도록 설정되어 있다. Abmax는, 차압 감압 밸브(51)의 출력압(목표 LS 차압)이 Pa3(제 2 규정값)으로 저하되더라도 주행에 요구되는 소정 유량(QT)을 주행 모터(3d, 3e)에 공급 가능하게 하는 개구 면적이다.

이 때문에, 상기한 바와 같이 주행 조작 레버를 풀 조작하고, 유량 제어 밸브(6d, 6e)의 전후 차압이 최소의 압력(Pa3)(제 2 규정값)으로 저하되더라도, 그것에 맞춰 유량 제어 밸브(6d, 6e)의 개구 면적이 크게 설정되어 있기 때문에, 주행 모터(3d, 3e)에 주행에 요구되는 소정 유량(QT)을 공급하는 것이 가능해진다.

또, 주행용의 유량 제어 밸브(6d, 6e)의 전후 차압이 Pa3(제 2 기정값)으로 저하되기 때문에, 유량 제어 밸브(6d, 6e)의 내부압 손실이 저감되어, 주행 동작시의 에너지 로스가 개선된다.

(b3) 주행 조작 레버를 풀로부터 중립까지 되돌리는 경우

(b1)의 경우와 반대로 가변 스로틀 밸브(80)의 개구 면적은 서서히 작아지기 때문에, 그것에 따라 엔진 회전수가 정격의 Nrate에 있는 경우에는 차압 감압 밸브(51)의 출력압(목표 LS 차압)도 Pa3(제 2 기정값)으로부터 Pa4(제 1 기정값)까지 서서히 커지며, 이것에 따라 유량 제어 밸브(6d, 6e)의 전후 차압도 동일하게 커진다.

(b4) 주행 조작 레버를 하프 조작 이하의 스트로크 영역에서 조작한 경우

엔진 회전수가 정격의 Nrate에 있는 상태에서 주행 조작 레버를 하프 조작 이하의 스트로크 영역에서 조작한 경우에는, 차압 감압 밸브(51)의 출력압(목표 LS 차압)은 최대의 압력(Pa4)(제 1 기정값)으로부터 레버 조작량에 따라 저하되고, 유량 제어 밸브(6d, 6e)의 전후 차압도 그것에 따라 저하된다. 또, 주행용의 유량 제어 밸브(6d, 6e)는, 주행 조작 레버의 하프 조작 이하의 스트로크 영역에 대응하는 스풀 스트로크 영역, 즉 스풀 스트로크의 전반에서는, 비교예 1과 근사한 개구 면적이 되도록 개구 면적 특성이 설정되어 있기 때문에, 유량 제어 밸브(6d, 6e)의 개구 면적은 비교예 2에 비해 작아진다. 이 때문에 주행 조작 레버를 하프 조작 이하의 스트로크 영역에서 조작하여 주행 동작을 행하게 하는 경우에, 메인 펌프(2)로부터 주행 모터(3d, 3e)에 공급되는 유량이, 주행 부하 변동이나 펌프 토출압의 변화의 영향을 받기 어려워져, 양호한 주행 조작성이 얻어진다.

또, 도 3을 이용하여 설명한 바와 같이, 유량 검출 밸브(50)와 병렬로 가변 스로틀 밸브(80)를 배치하고, 가변 스로틀 밸브(80)의 개구 면적을 전폐 위치로부터 최대까지 연속적으로 증가하는 구성으로 했기 때문에, 엔진 회전수를 저속의 예를 들면 Na(도 3 참조)로 저하시켜 주행 조작 레버를 하프 조작 이하의 스트로크 영역에서 조작한 경우에는, 유량 제어 밸브(6d, 6e)의 개구 면적이 비교예 1과 동일한 정도로 작아질 뿐만아니라, 주행 조작 레버의 조작량에 따라 차압 감압 밸브의 출력압(목표 LS 차압)도 주행 파일럿압의 변화와 동일한 비율로 저하시켜, 주행용의 유량 제어 밸브(6d, 6e)의 전후 차압을 동일하게 저하시킬 수 있다. 이것에 의해, 주행 조작 레버의 조작량에 따라 주행 모터(3d, 3e)에 공급되는 유량을 미세 조정하는 것이 가능해져, 주행 조작성이 대폭 향상된다.

주행 조작 레버를 하프 조작 이하의 스트로크 영역에서 조작하는 작업예로서 미세 조작으로 강판하는 작업이 있다. 예를 들면, 유압 셔블 운반용의 트럭 또는 트레일러의 짐받이로부터 유압 셔블을 내리는 경우, 트럭 또는 트레일러의 짐받이의 끝과 지면의 위에 2장의 도판(道板)을 걸치도록 설치하여, 이 도판을 따라 유압 셔블을 천천히 주행시켜 짐받이로부터 유압 셔블을 내린다. 이 작업에서는, 오퍼레이터는 유압 셔블을 천천히 주행시키기 위해, 엔진 회전수를 최소(Nmin)∼중속의 범위 내의 회전수, 예를 들면 저속으로 낮추는 경우가 많다.

여기에서, 비교예 2에서는, 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 스풀 스트로크의 전역에 걸쳐, 비교예 1보다 개구 면적이 커지도록 주행용의 유량 제어 밸브(6d, 6e)의 개구 면적 특성이 설정되어 있다. 이 때문에 주행 조작 레버를 하프 조작 이하의 스트로크 영역에서 조작하여 유압 셔블을 천천히 주행시키는 경우에, 메인 펌프(2)로부터 주행 모터(3d, 3e)에 공급되는 유량이, 주행 부하 변동이나 펌프 토출압의 변화에 영향을 끼치기 쉬워져, 양호한 조작성이 얻어지지 않는다는 문제가 있었다.

또, 비교예 2에서는, 주행 조작 레버를 풀 조작했을 때의 차압 감압 밸브(51)의 출력압은, 엔진 회전수를 최대의 Nrate로부터 저하시킴에 따라, 도 3의 이점쇄선으로 나타낸 바와 같이 변화한다. 즉, 주행 조작 레버를 풀 조작했을 때에 차압 감압 밸브(51)의 출력압이 변화하는 것은 Nrate로부터 Nmin∼중속의 범위 내의 회전수인 저속 회전수까지의 엔진 회전수 범위이고, 그 이하의 엔진 회전수에서는, 주행 조작 레버를 조작하더라도 차압 감압 밸브(51)의 출력압은 거의 변화하지 않는다. 또, 엔진 회전수를 Nmin∼중속의 범위 내의 회전수, 예를 들면 저속의 Na로 저하시킨 경우, 주행 조작 레버를 풀 조작하면 차압 감압 밸브(51)의 출력압은 조금 저하되나, 그 저하량은 극히 조금이며, 주행 조작 레버를 미세 조작한 경우에는, 차압 감압 밸브(51)의 출력압은 거의 변화하지 않는다고 말할 수 있다. 이것은, 비교예 2에서는, 엔진 회전수 검출 밸브(13)의 유량 검출 밸브(50)에 직접 주행 파일럿압을 유도하고 있기 때문이다.

이 때문에 비교예 2에서는, 유압 셔블 운반용의 트럭 또는 트레일러의 짐받이로부터 유압 셔블을 내리기 위해, 엔진 회전수를 Nmin∼중속의 범위 내의 회전수로 낮추고, 주행 조작 레버를 미세 조작한 경우, 주행용의 유량 제어 밸브(6d, 6e)의 개구 면적은 비교예 1의 경우보다 커서, 개방 경향이 되는데다가, 차압 감압 밸브(51)의 출력압(목표 LS 차압)은, 도 3의 예를 들면 저속의 Na의 회전수로 나타낸 바와 같이, 주행 조작 레버를 조작하지 않은 경우와 거의 동일하다. 이 때문에 주행 모터(3d, 3e)에 공급되는 유량이 증가해, 오퍼레이터가 예기하고 있는 것보다 과대한 주행 스피드가 발생할 가능성이 있어, 조작성이 손상된다는 문제도 생긴다.

이것에 대해 본 실시형태에서는, 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 주행용의 유량 제어 밸브(6d, 6e)는, 스풀 스트로크의 전역에 걸쳐 비교예 2보다 개구 면적이 작아지고, 또한 주행 조작 레버를 미세 조작했을 때의 스풀 스트로크 영역을 포함하는 스풀 스트로크의 전반에서는, 비교예 1과 근사한 개구 면적이 되도록 개구 면적 특성이 설정되어 있다. 이 때문에 주행 조작 레버를 하프 조작 이하의 스트로크 영역에서 조작하여 유압 셔블을 천천히 주행시키는 경우에, 메인 펌프(2)로부터 주행 모터(3d, 3e)에 공급되는 유량이, 주행 부하 변동이나 펌프 토출압의 변화의 영향을 받기 어려워져, 양호한 주행 조작성이 얻어진다.

또, 본 실시형태에서는, 엔진 회전수를 Nmin∼중속의 범위 내의 회전수, 예를 들면, 저속의 Na로 저하시킨 경우의 주행 조작 레버를 풀 조작했을 때의 차압 감압 밸브(51)의 출력압은, 주행 파일럿압의 변화와 동일한 비율로 저하되고, 주행 조작 레버를 미세 조작한 경우에는, 차압 감압 밸브(51)의 출력압도 그 조작량에 따라 저하된다.

이 때문에 유압 셔블 운반용의 트럭 또는 트레일러의 짐받이로부터 유압 셔블을 내리기 위해, 엔진 회전수를 Nmin∼중속의 사이의 저속으로 낮추고, 주행 조작 레버를 미세 조작한 경우, 그 조작량에 따라 주행 모터(3d, 3e)에 공급되는 유량을 미세 조정하는 것이 가능하며, 오퍼레이터가 의도하지 않은 과대한 주행 스피드가 발생하지 않아, 조작성이 대폭 향상된다.

(c) 주행 이외의 조작 레버를 조작한 경우

주행 이외의 조작 레버 장치(60a, 60b, 60c…)의 조작 레버를 조작한 경우, 주행 조작 레버는 중립이기 때문에, 상기 (a)의 경우와 동일하게, 엔진 회전수가 정격의 Nrate에 있는 경우에는, 엔진 회전수 검출 밸브(13)의 차압 감압 밸브(51)의 출력압은 Pa4(제 1 기정값)이고, 이 출력압(Pa4)이 목표 LS 차압으로서 LS 제어 밸브(12b)의 수압부(12d)로 유도된다.

또, 예를 들면 붐 상승을 의도하여, 붐용의 조작 레버 장치(60b)의 조작 레버를 도면에 나타낸 좌측 방향으로 조작한 경우, 조작 파일럿압(b1)이 생성되고, 유량 제어 밸브(6b)는 도면에 나타낸 좌측의 위치로 전환되며, 메인 펌프(2)의 토출유가 붐 실린더(3b)의 보텀측으로 공급된다. 이때, LS 제어 밸브(12b)의 수압부(12d)에 차압 감압 밸브(51)의 출력압(Pa4)이 목표 LS 차압으로서 유도되어 있기 때문에, 메인 펌프(2)의 토출압이 붐 실린더(3b)의 부하압(최고 부하압)보다 Pa4만큼 높아지도록 메인 펌프(2)의 토출 유량이 제어되어, 붐 실린더(3b)는 신장 방향으로 구동된다.

또, 붐 상승과 아암 클라우드의 복합 조작 등, 유압 셔블의 주행 이외의 동작에 있어서, 복수의 액추에이터를 동시 구동하는 복합 조작을 의도하여, 복수의 조작 레버를 조작한 경우에는, 메인 펌프(2)의 토출 유량이 부족한 상태(세츄레이션)가 생길 수 있다. 이 경우에는, 메인 펌프(2)의 토출압이 목표 LS 차압(Pa4)보다 저하되고, 차압 감압 밸브(11)의 출력압인 절대압(PLS)은 목표 LS 차압보다 낮아지며(절대압(PLS)＜Pa4), 이 절대압(PLS)의 저하에 따른 목표 보상 차압의 저하가 복합 조작에 관련된 모든 압력 보상 밸브(예를 들면 붐용의 압력 보상 밸브(7b)와 아암용의 압력 보상 밸브(7c))에 생기기 때문에, 복수의 유량 제어 밸브(예를 들면 붐용의 유량 제어 밸브(6b)와 아암용의 유량 제어 밸브(6c))의 개구 면적비에 따른 유량비가 유지되어, 조작 레버 장치의 레버 조작량 비율에 따른 원활한 복합 조작을 행할 수 있다.

∼효과∼

이상과 같이 본 실시형태에 의하면, 주행 동작시에 종래대로의 주행 속도를 확보하고 또한 에너지 로스를 저감하여 에너지 효율을 향상시킴과 함께, 주행 조작 레버를 하프 조작 이하의 스트로크 영역에서 조작하여 주행 동작을 행하게 하는 경우에, 주행 부하 변동이나 펌프 토출압의 변화의 영향을 받기 어려워져, 양호한 주행 조작성이 얻어진다.

또, 엔진 회전수를 저속으로 저하시켜 주행 미세 조작 작업을 행하는 경우, 주행 조작 레버의 조작량에 따라 주행 모터(3d, 3e)에 공급되는 유량을 미세 조정하는 것이 가능하며, 오퍼레이터가 예기하지 않은 과대한 주행 스피드가 발생하지 않아, 주행 조작성이 대폭 향상된다.

∼그 외∼

이상의 실시형태는 본 발명의 사상의 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시형태에서는, 차압 감압 밸브(11)의 출력압(메인 펌프(2)의 토출압과 최고 부하압의 차압의 절대압)을 압력 보상 밸브(7a∼7e…)의 수압부(28a∼28e…)로 유도하여 목표 보상 차압을 설정하였으나, 압력 보상 밸브(7a∼7e…)에 대향하는 수압부를 설치하고, 이러한 수압부에 메인 펌프(2)의 토출압과 최고 부하압을 개별적으로 유도하여 목표 보상 차압을 설정해도 된다.

또, 상기 실시형태에서는, 건설 기계가 유압 셔블인 경우에 대하여 설명하였으나, 주행용의 유압 모터를 구비한 건설 기계이면, 유압 셔블 이외 건설 기계(예를 들면 유압 크레인, 휠식 셔블 등)에 본 발명을 적용하여, 동일한 효과를 얻을 수 있다.

1: 엔진(원동기)
2: 가변 용량형 유압 펌프(메인 펌프)
3a∼3e: 액추에이터
3e, 3e: 주행용 유압 모터
4: 컨트롤 밸브
5: 메인 펌프로부터의 압유 공급 유로
6a∼6e: 유량 제어 밸브
7a∼7e: 압력 보상 밸브
9a∼9e: 셔틀 밸브
11: 차압 감압 밸브
12: 펌프 제어 장치
12a: 마력 제어 틸팅 액추에이터
12b: LS 제어 밸브
12c: LS 제어 틸팅 액추에이터
13: 엔진 회전수 검출 밸브(원동기 회전수 검출 밸브)
14: 메인 릴리프 밸브
15: 언로드 밸브
24: 게이트 록 레버
30: 파일럿 펌프
31a: 압유 공급 유로
3lb: 파일럿 유로
31c: 게이트 록용 전환 밸브 상류의 파일럿압 공급로
32: 파일럿 릴리프 밸브
33: 파일럿 유압원
50: 유량 검출 밸브
51: 차압 감압 밸브
60a∼60e: 조작 레버 장치(조작 장치)
60d, 60e: 주행용의 조작 레버 장치(조작 장치)
70a∼70c: 셔틀 밸브(주행 검출 장치)
71: 신호 유로
80: 가변 스로틀 밸브
80a: 스프링
80b: 수압부
100: 게이트 록 밸브

Claims

원동기에 의해 구동되는 가변 용량형의 메인 펌프와,
이 메인 펌프에 의해 토출된 압유에 의해 구동되는 주행용의 유압 모터를 포함하는 복수의 액추에이터와,
상기 메인 펌프로부터 상기 복수의 액추에이터에 공급되는 압유의 유량을 제어하는 주행용의 유량 제어 밸브를 포함하는 복수의 유량 제어 밸브와,
상기 복수의 액추에이터의 동작 방향과 동작 속도를 지시하고, 상기 복수의 유량 제어 밸브의 조작 지령을 출력하는 주행용의 조작 장치를 포함하는 복수의 조작 장치와,
상기 복수의 유량 제어 밸브의 전후 차압을 각각 제어하는 복수의 압력 보상 밸브와,
상기 메인 펌프의 토출압이 상기 복수의 액추에이터의 최고 부하압보다 목표 차압만큼 높아지도록 메인 펌프의 용량을 로드 센싱 제어하는 펌프 제어 장치를 구비하고,
상기 복수의 압력 보상 밸브는, 상기 유량 제어 밸브의 전후 차압이 상기 메인 펌프의 토출압과 상기 복수의 액추에이터의 최고 부하압의 차압으로 유지되도록 각각의 유량 제어 밸브의 전후 차압을 제어하는 건설 기계의 유압 구동 장치에 있어서,
상기 주행용의 유압 모터가 구동되는 주행 동작시인지를 검출하는 주행 검출 장치와,
상기 주행 검출 장치의 검출 결과에 의거하여, 상기 주행 동작시가 아닐 때에는 상기 로드 센싱 제어의 목표 차압을 제 1 규정값으로 설정하고, 상기 주행 동작시에는 상기 로드 센싱 제어의 목표 차압을 상기 제 1 규정값보다 작은 제 2 규정값으로 설정하는 목표 차압 설정 장치를 구비하고,
상기 주행용의 유량 제어 밸브는,
상기 주행용의 조작 장치를 풀 조작했을 때의 스풀 스트로크에서의 개구 면적이, 상기 로드 센싱 제어의 목표 차압이 상기 제 2 규정값에 있을 때에 주행에 요구되는 소정 유량이 얻어지는 크기이며,
상기 주행용의 조작 장치를 미세 조작했을 때의 스풀 스트로크 영역에서의 개구 면적이, 상기 로드 센싱 제어의 목표 차압이 상기 제 1 규정값에 있을 때에 주행에 요구되는 소정 유량이 얻어지는 크기의 최대 개구 면적에 대하여 그 차이가 15% 이하가 되는 개구 면적 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 유압 구동 장치.
제 1항에 있어서,
상기 목표 차압 설정 장치는,
상기 원동기에 의해 구동되는 파일럿 펌프와,
상기 파일럿 펌프 토출유가 통과하는 유로에 배치되고, 상기 파일럿 펌프의 토출 유량에 따라 전후 차압을 변화시키는 유량 검출 밸브와, 상기 유량 검출 밸브의 전후 차압을 절대압으로서 생성하고, 상기 로드 센싱 제어의 목표 차압으로서 출력하는 차압 감압 밸브를 가지는 원동기 회전수 검출 밸브와,
상기 파일럿 펌프 토출유가 통과하는 유로에 상기 유량 검출 밸브와 병렬로 배치된 가변 스로틀 밸브를 가지고,
상기 가변 스로틀 밸브는,
상기 주행 동작시가 아닐 때에는 전폐 위치에 있고, 상기 주행 동작시에는 스로틀 위치에 있고 또한 상기 주행용의 조작 장치의 조작량이 최소로부터 최대까지 증가함에 따라 개구 면적을 전폐로부터 최대까지 연속적으로 증가시키는 것을 특징으로 하는 건설 기계의 유압 구동 장치.