KR102105597B1 - 작업 기계의 유압 구동 장치 - Google Patents

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KR102105597B1
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마사미치 이토
다카토시 오오키
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히다치 겡키 가부시키 가이샤
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Abstract

축압기에 에너지를 축압하여 에너지를 회수·회생하는 작업 기계에 있어서, 프론트 작업기를 내리는 동작을 행할 때에, 적하 등에 의한 프론트 작업기의 하중 변화에 대응한 조작성을 가진 작업 기계의 유압 구동 장치를 제공한다. 메인 펌프(101)와, 붐 실린더(3)와, 탱크(20)와, 유량 제어 밸브(6)와, 어큐뮬레이터(300)를 구비한 유압 구동 장치(5)에 있어서, 붐 실린더(3)와 어큐뮬레이터(300)의 사이에 배치되며, 붐 실린더(3)로부터의 배출유에 대해서, 유량 제어 밸브(6)의 전후 차압이 목표 차압이 되도록 제어하는 제 1 차압 제어 밸브(201)와, 어큐뮬레이터(300)와 탱크(20)의 사이에 배치되며, 배출유에 대해서, 유량 제어 밸브(6) 및 제 1 차압 제어 밸브(201)를 포함시킨 상류압과 하류압의 차압이 목표 차압이 되도록 제어하는 제 2 차압 제어 밸브(202)를 가지며, 제 1 및 제 2 차압 제어 밸브(201,202)는, 배출유의 압력의 증가에 따라 목표 차압이 커지도록 구성되어 있다.

Description

작업 기계의 유압 구동 장치
본 발명은, 작업 기계의 유압 구동 장치에 관한 것이다.
유압 셔블 등으로 대표되는 작업 기계의 프론트 작업기의 위치에너지를 회수할 때에, 붐 실린더(유압 액추에이터)의 보텀실과 로드실을 연통(連通)시켜, 붐 실린더의 보텀실로부터 유출하는 압유를 로드실에 재생함으로써, 붐 실린더의 보텀압을 승압하면서, 타방에서 어큐뮬레이터(축압기)에 에너지를 축압하는 에너지 회수·회생(재생)장치가 알려져 있다.
예를 들면 특허문헌 1에 기재된 것은, 붐 실린더의 보텀실로부터 어큐뮬레이터에 연결되는 경로 상에 회수용 압력 보상 밸브, 및 회수 유량 제어 밸브를 구비하고 있다. 회수용 압력 보상 밸브는, 회수 유량 제어 밸브의 미터 아웃 스로틀의 전후 차압을 일정하게 유지하도록 제어한다. 이에 의해, 어큐뮬레이터의 축압 상황에 의해 변화되는 어큐뮬레이터압의 영향을 받는 일 없이, 회수 유량 제어 밸브의 통과 유량을 회수 유량 제어 밸브의 개구 면적에 따른 목표 유량으로 제어할 수 있으며, 붐 실린더의 수축 속도가 소정의 목표 속도로 제어된다.
일본국 공개특허 특개2007-170485호 공보
일반적으로, 어큐뮬레이터에 에너지를 축압하는 에너지 회수·회생 장치가 갖춰져있지 않은 유압 셔블에서는, 공중에서 붐 하강 동작을 행할 때에, 상기와 같은 유량 제어 밸브의 미터 아웃 스로틀의 압력 제어를 행하지 않고 있다. 이 때문에, 토사 등의 짐을 들어 올린 상태에서 붐 하강 동작을 행하면, 짐의 자중(自重)에 의한 부하가 커져, 붐 실린더의 실린더 속도가 빨라진다. 따라서, 오퍼레이터는, 무거운 짐을 가지고 있는 경우에는, 짐을 싣지 않은 때보다도 빠르게 프론트 작업기가 낙하된다고 하는 일반적인 인식을 가지고 프론트 작업기를 조작하고 있다.
그러나, 특허문헌 1에 기재된 것은, 붐 실린더의 실린더 속도가 부하의 크기에 의존하지 않고 일정하게 되도록 제어되어 있기 때문에, 토사 등 짐을 들어 올린 상태에서 붐 하강 동작을 행하였을 경우에도, 짐을 싣지 않은 상태에서 붐 하강 동작을 행하였을 경우와 같은 속도가 되어, 오퍼레이터의 일반적인 인식과의 사이에 차이가 생겨버려, 조작성에 영향을 줄 우려가 있다.
그래서, 본 발명의 목적은, 축압기에 에너지를 축압하여 에너지를 회수·회생하는 작업 기계에 있어서, 프론트 작업기를 내리는 동작을 행할 때에, 적하 등에 의한 프론트 작업기의 하중 변화에 대응한 조작성을 가진 작업 기계의 유압 구동 장치를 제공하는 것에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 유압 펌프와, 상기 유압 펌프로부터 공급되는 압유에 의해 구동하는 유압 액추에이터와, 상기 유압 액추에이터로부터의 리턴 오일을 저류(貯留)하는 탱크와, 상기 유압 액추에이터로부터 배출되는 압유의 흐름을 제어하기 위한 유량 제어 밸브와, 상기 유압 액추에이터의 보텀실로부터 배출되어, 상기 유량 제어 밸브를 개재하여 상기 탱크를 향하여 흐르는 압유를 축압하는 축압기를 구비한 작업 기계의 유압 구동 장치에 있어서, 상기 유압 액추에이터와 상기 축압기의 사이에 배치되며, 상기 유압 액추에이터로부터 배출되는 압유에 대해서, 상기 유량 제어 밸브의 상류압과 하류압의 차압이 소정의 목표 차압이 되도록 제어하는 제 1 차압 제어 밸브와, 상기 축압기와 상기 탱크의 사이에 배치되며, 상기 유압 액추에이터로부터 배출되는 압유에 대해서, 상기 유량 제어 밸브 및 상기 제 1 차압 제어 밸브를 포함시킨 상류압과 하류압의 차압이 상기 소정의 목표 차압이 되도록 제어하는 제 2 차압 제어 밸브를 가지며, 상기 제 1 차압 제어 밸브 및 상기 제 2 차압 제어 밸브는 각각, 상기 유압 액추에이터로부터 배출되는 압유의 압력의 증가에 따라 상기 소정의 목표 차압이 커지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 유압 구동 장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 축압기에 에너지를 축압하여 에너지를 회수·회생하는 작업 기계에 적용되는 유압 구동 장치에 있어서, 프론트 작업기를 내리는 동작을 행할 때에, 적하 등에 의한 프론트 작업기의 하중 변화에 대응한 조작성을 가지게 할 수 있다. 상기한 이외의 과제, 구성 및 효과는, 이하의 실시형태의 설명에 의해 명확하게 된다.
도 1은 본 발명이 적용되는 유압 셔블의 일 구성예를 나타내는 외관도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시형태와 관련되는 유압 구동 장치의 구성을 나타내는 도이다.
도 3은 제 1 실시형태와 관련되는 제 1 차압 제어 밸브의 구성을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는 제 1 차압 제어 밸브 및 제 2 차압 제어 밸브의 부하 의존 특성을 설명하는 도이다.
도 5는 어큐뮬레이터가 축압가능한 상태에 있어서, 공중에서 붐 하강 동작을 행할 경우의 유압 구동 장치의 동작을 설명하는 도이다.
도 6은 어큐뮬레이터가 충분하게 축압되어 있는 상태에 있어서, 공중에서 붐 하강 동작을 행할 경우의 유압 구동 장치의 동작을 설명하는 도이다.
도 7은 기체 들어 올림 동작을 행할 경우의 유압 구동 장치의 동작을 설명하는 도이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시형태와 관련되는 유압 구동 장치의 구성을 나타내는 도이다.
도 9는 붐 실린더의 보텀압과 전자 비례 감압 밸브의 설정압의 관계를 설명하는 도이다.
도 10은 본 발명의 제 3 실시형태와 관련되는 유압 구동 장치의 구성을 나타내는 도이다.
도 11은 제 3 실시형태와 관련되는 제 1 차압 제어 밸브 및 제 2 차압 제어 밸브의 제어 처리의 내용을 설명하는 플로우 차트이다.
도 12는 어큐뮬레이터가 축압가능한 상태에 있어서 공중에서 붐 하강 동작을 행할 경우의 제 3 실시형태와 관련되는 유압 구동 장치의 동작을 설명하는 도이다.
도 13은 어큐뮬레이터가 충분하게 축압되어 있는 상태에 있어서, 공중에서 붐 하강 동작을 행할 경우의 제 3 실시형태와 관련되는 유압 구동 장치의 동작을 설명하는 도이다.
도 14는 기체 들어 올림 동작을 행할 경우의 제 3 실시형태와 관련되는 유압 구동 장치의 동작을 설명하는 도이다.
본 발명의 제 1~제 3 실시형태와 관련되는 유압 구동 장치는, 작업 기계의 일 양태로서의 유압 셔블에 적용된다. 우선, 유압 셔블의 개략 구성에 대해서, 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1은, 유압 셔블(400)의 일 구성예를 나타내는 외관도이다.
유압 셔블(400)은, 노면을 주행하기 위한 주행체(401)과, 주행체(401)의 상방으로 선회 가능하게 부착된 선회체(402)와, 선회체(402)에 부앙동(俯仰動) 가능하게 연결되어서 굴삭 등의 작업을 행하는 프론트 작업기(404)를 구비하고 있다.
선회체(402)는, 차체의 전측부에 배치되어서, 오퍼레이터가 탑승하는 운전실(402A)과, 차체의 후측부에 배치되어서, 차체가 경도(傾倒)하지 않도록 밸런스를 유지하기 위한 카운터 웨이트(402B)와, 운전실(402A)과 카운터 웨이트(402B)의 사이에 배치되어서, 후술하는 유압 구동 장치 등을 내부에 수용하는 기계실(402C)을 구비하고 있다.
프론트 작업기(404)는, 기단이 선회체(402)에 회전 운동 가능하게 부착되어, 차체에 대해서 상하 방향으로 회전 운동하는 붐(405)과, 붐(405)의 선단에 회전 운동 가능하게 부착되어, 차체에 대해서 상하 방향으로 회전 운동하는 아암(406)과, 아암(406)의 선단에 회전 운동 가능하게 부착되어, 차체에 대해서 상하 방향으로 회전 운동하는 버킷(407)을 구비하고 있다.
버킷(407)은, 예를 들면, 목재나 암석, 폐기물 등을 움켜 쥐는 그래플이나, 암반을 굴착하는 브레이커 등의 어태치먼트로 변경하는 것이 가능하다. 이에 의해, 유압 셔블(400)은, 작업 내용에 적합한 어태치먼트를 이용하여, 굴삭이나 파쇄 등을 포함하는 여러가지 작업을 행할 수 있다.
또한, 프론트 작업기(404)는, 선회체(402)와 붐(405)을 연결하며, 신축함으로써 붐(405)을 회전 운동시키는 붐 실린더(3)와, 붐(405)과 아암(406)을 연결하며, 신축함으로써 아암(406)을 회전 운동시키는 아암 실린더(408)와, 아암(406)과 버킷(407)을 연결하며, 신축함으로써 버킷(407)을 회전 운동시키는 버킷 실린더(409)를 가지고 있다.
붐 실린더(3), 아암 실린더(408), 및 버킷 실린더(409)는, 메인 펌프(101)(도 2 참조)로부터 공급되는 압유에 의해 구동하는 유압 액추에이터의 일 양태이다. 이들의 유압 액추에이터는, 유압 구동 장치에 의해 구동이 제어되어 있다. 이하, 붐 실린더(3)와 관련되는 유압 구동 장치의 구성 및 동작에 대해서, 실시형태마다 설명한다.
<제 1 실시형태>
본 발명의 제 1 실시형태와 관련되는 유압 구동 장치(5)에 대해서, 도 2~7을 참조하여 설명한다.
(유압 구동 장치(5)의 구성)
우선, 유압 구동 장치(5)의 구성에 대해서, 도 2~4를 참조하여 설명한다.
도 2는, 제 1 실시형태와 관련되는 유압 구동 장치(5)의 구성을 나타내는 도이다. 도 3은, 제 1 실시형태와 관련되는 제 1 차압 제어 밸브(201)의 구성을 설명하기 위한 모식도이다. 도 4는, 제 1 차압 제어 밸브(201) 및 제 2 차압 제어 밸브(202)의 부하 의존 특성을 설명하는 도이다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 유압 구동 장치(5)는, 원동기(1)와, 원동기(1)에 의해 구동되며, 레귤레이터(111)에 의해 토출 유량이 제어되는 가변 용량형의 유압 펌프인 메인 펌프(101)와, 고정 용량형의 유압 펌프인 파일럿 펌프(30)와, 메인 펌프(101)의 토출 포트(101a)로부터 압유 공급로(105)에 토출된 압유에 의해 구동되는 붐 실린더(3)와, 붐 실린더(3)를 조작하기 위한 조작 장치(122)와, 메인 펌프(101)로부터 붐 실린더(3)에 공급되는 압유의 유량을 제어하기 위한 컨트롤 밸브 유닛(4)과, 붐 실린더(3)로부터의 리턴 오일을 저류하는 탱크(20)와, 컨트롤 밸브 유닛(4)으로부터 탱크(20)을 향하여 흐르는 압유를 축압하는 축압기로서의 어큐뮬레이터(300)를 구비하고 있다.
컨트롤 밸브 유닛(4)은, 붐 실린더(3)와 관련되는 압유의 흐름(유량 및 방향)을 제어하기 위한 유량 제어 밸브(6)와, 유량 제어 밸브(6)의 미터 인 스로틀(6di,6ei)의 전후 차압을 제어하기 위한 압력 보상 밸브(7)와, 붐 실린더(3)로부터 배출된 압유가 압유 공급로(105)에 역류하는 것을 방지하는 역지 밸브(11)와, 압유 공급로(105)의 압력이 설정 압력 이상이 되지 않도록 제어하는 메인 릴리프 밸브(114)와, 소정의 조건하에서 개방 상태가 되는 것에 의해 압유 공급로(105)의 압유를 탱크(20)로 되돌리는 언로드 밸브(115)를 가진다. 유량 제어 밸브(6), 압력 보상 밸브(7), 역지 밸브(11), 메인 릴리프 밸브(114), 및 언로드 밸브(115)는 각각, 압유 공급로(105)에 접속되어 있다.
유량 제어 밸브(6)는, 통상, 스프링의 힘에 의해 도 2에 나타내는 위치(c)에 있다. 조작 장치(122)의 레버가 도 2에 나타내는 m의 방향으로 쓰러뜨려지면(붐(405)의 하강 동작), 레버의 조작량에 따른 붐 하강 지령압(a)이 생성되어, 이 붐 하강 지령압(a)의 크기에 따라 유량 제어 밸브(6)가 도 2에 나타내는 위치(d)로 스트로크한다. 이에 의해, 위치(d)측에 있어서의 미터 인 스로틀(6di) 및 미터 아웃 스로틀(6do)이 개구하여, 붐 실린더(3)의 보텀실(3a)로부터 배출되는 압유, 및 로드실(3b)에 공급되는 압유의 흐름이 제어된다.
또한, 조작 장치(122)의 레버가 도 2에 나타내는 n의 방향으로 쓰러뜨려지면(붐(405)의 인상 동작), 레버의 조작량에 따른 붐 인상 지령압(b)이 생성되어, 이 붐 인상 지령압(b)의 크기에 따라 유량 제어 밸브(6)가 도 2에 나타내는 위치(e)에 스트로크한다. 이에 의해, 위치(e)측의 미터 인 스로틀(6ei) 및 미터 아웃 스로틀(6eo)이 개구하여, 붐 실린더(3)의 보텀실(3a)에 공급되는 압유, 및 로드실(3b)로부터 배출되는 압유의 흐름이 제어된다.
언로드 밸브(115)는, 압유 공급로(105)의 압력이, 메인 펌프(101)의 토출 포트(101a)로부터 토출되는 압유에 의해 구동되는 복수의 액추에이터(붐 실린더(3), 아암 실린더(408), 및 버킷 실린더(409) 등)의 최고 부하압에, 스프링으로 결정되는 설정압(소정의 압력)을 가산한 압력(언로드 밸브 세트압)보다도 높아지면 개방 상태가 된다. 이에 의해, 압유 공급로(105)의 압유가 탱크(20)로 되돌아간다.
또한, 컨트롤 밸브 유닛(4)은, 유량 제어 밸브(6)의 부하 포트에 접속되며, 미터 인 스로틀(6di,6ei)의 하류압을 붐 실린더(3)의 부하압(Pl)(이하, 단지 「부하압(Pl)」이라고 한다)으로서 검출하는 부하 검출 회로(131)와, 역지 밸브(11)의 하류측에 접속되며, 붐 실린더(3)의 보텀실(3a)로부터 배출된 압유를 유량 제어 밸브(6)를 개재하여 로드실(3b)로 유도하기 위한 재생 유로(106)와, 조작 장치(122)에 있어서 생성된 붐 하강 지령압(a)을 압력 보상 밸브(7)로 유도하기 위한 신호 유로(107)를 가진다.
재생 유로(106)에는, 붐 실린더(3)의 보텀실(3a)로부터 배출된 압유가 역지 밸브(11)의 하류에 흐르는 것을 허용하면서, 또한 그 역류를 방지하는 역지 밸브(12)가 마련되어 있다.
또한, 컨트롤 밸브 유닛(4)은, 붐 실린더(3)의 보텀실(3a)에 접속되며, 붐 실린더(3)의 보텀압의 크기에 따라 전환되는 제 1 전환 밸브(40)와, 부하 검출 회로(131)에 마련되며, 신호 유로(107)의 압력의 크기에 따라 전환되는 제 2 전환 밸브(41)를 가진다.
제 1 전환 밸브(40)는, 붐 실린더(3)의 보텀압이 미리 설정된 소정의 문턱값(α)(이하, 단지 「문턱값(α)」이라고 한다)보다도 클 경우에는, 조작 장치(122)에 의해 생성된 붐 하강 지령압(a)을, 신호 유로(107)를 개재하여 압력 보상 밸브(7)로 유도하여, 압력 보상 밸브(7)를 폐쇄 방향으로 작용시킨다. 이에 의해, 압유 공급로(105)의 압유가 붐 실린더(3)로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 붐 실린더(3)의 보텀압이 문턱값(α)보다도 작을 경우에는, 제 1 전환 밸브(40)는, 신호 유로(107)의 압유를 탱크(20)로 배출하도록 전환한다.
제 2 전환 밸브(41)는, 신호 유로(107)의 압력이 미리 설정된 소정의 문턱값(β)(이하, 단지 「문턱값(β)」이라고 한다)보다도 작을 경우에는, 부하 검출 회로(131)에 의해 검출된 부하압(Pl)을 언로드 밸브(115) 및 레귤레이터(111)로 유도하고, 신호 유로(107)의 압력이 문턱값(β)보다도 클 경우에는, 부하압(Pl)으로서 탱크압(대략 0㎫)을 언로드 밸브(115) 및 레귤레이터(111)로 유도한다.
본 실시형태에서는, 컨트롤 밸브 유닛(4)은, 붐 실린더(3)(유량 제어 밸브(6))와 어큐뮬레이터(300)의 사이에 배치된 제 1 차압 제어 밸브(201)와, 어큐뮬레이터(300)와 탱크(20)의 사이에 배치된 제 2 차압 제어 밸브(202)를 가지고 있다.
제 1 차압 제어 밸브(201)는, 붐 실린더(3)의 보텀실(3a)로부터 유량 제어 밸브(6)를 향하여 압유가 흐를 때에, 유량 제어 밸브(6)의 위치(d)측의 미터 아웃 스로틀(6do)의 상류압과 하류압(전후 차압)이 소정의 목표 차압(이하, 단지 「목표 차압」이라고 한다)이 되도록 제어한다. 제 2 차압 제어 밸브(202)는, 유량 제어 밸브(6)의 위치(d)측의 미터 아웃 스로틀(6do)의 상류압과 제 1 차압 제어 밸브(201)의 하류압의 차압, 즉 유량 제어 밸브(6) 및 제 1 차압 제어 밸브(201)를 포함시킨 상류압과 하류압의 차압이 목표 차압이 되도록 제어한다.
제 1 차압 제어 밸브(201) 및 제 2 차압 제어 밸브(202)는 각각, 도 4의 직선(B)에 나타나 있는 바와 같은 부하 의존 특성을 가진다. 여기에서, 「부하 의존 특성」이란, 붐 실린더(3)에 걸리는 부하(압력)가 커짐에 따라서, 목표 차압이 커지도록 변화되는 특성을 말한다.
구체적으로는, 제 1 차압 제어 밸브(201)에서는, 붐 실린더(3)의 보텀압의 증가에 따라 목표 차압이 커지는 것에 의해, 유량 제어 밸브(6)의 위치(d)측의 미터 아웃 스로틀(6do)의 전후 차압이 커져, 미터 아웃 스로틀(6do)을 통과하는 유량이 증대되도록 제어된다.
마찬가지로, 제 2 차압 제어 밸브(202)에서는, 붐 실린더(3)의 보텀압의 증가에 따라 목표 차압이 커지는 것에 의해, 유량 제어 밸브(6)의 위치(d)측의 미터 아웃 스로틀(6do)의 상류압(붐 실린더(3)의 보텀압)과 제 1 차압 제어 밸브(201)의 하류압의 차압이 커져, 미터 아웃 스로틀(6do) 및 제 1 차압 제어 밸브(201)를 통과하는 유량이 증대되도록 제어된다.
본 실시형태에서는, 제 1 차압 제어 밸브(201) 및 제 2 차압 제어 밸브(202)는 각각, 유량 제어 밸브(6)와 탱크(20)를 접속하는 관로를 폐쇄 방향으로 작용시키기 위한 제 1 수압실과, 유량 제어 밸브(6)와 탱크(20)를 접속하는 관로를 개방 방향으로 작용시키기 위한 제 2 수압실을 가지는 압력 보상 밸브이다. 또한, 제 1 차압 제어 밸브(201)의 구조와 제 2 차압 제어 밸브(202)의 구조는 마찬가지이기 때문에, 제 1 차압 제어 밸브(201)측의 구조를 예로 들어, 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 제 1 차압 제어 밸브(201)는, 붐 실린더(3)의 보텀실(3a)로부터 배출된 압유를, 유량 제어 밸브(6)를 개재하여 어큐뮬레이터(300) 및 제 2 차압 제어 밸브(202)에 흐르는 관로를 폐쇄 방향으로 작용시키기 위한 제 1 수압실(201a)과, 당해 관로를 개방 방향으로 작용시키기 위한 제 2 수압실(20lb)을 가지고 있다.
폐쇄 방향으로 작동하는 측인 제 1 수압실(201a)에는 붐 실린더(3)의 보텀압(Pb)(이하, 단지 「보텀압(Pb)」이라고 한다)이 인가(작용)되고, 개방 방향으로 작동하는 측인 제 2 수압실(20lb)에는 유량 제어 밸브(6)의 위치(d)측의 미터 아웃 스로틀(6do)의 하류압(Pz)이 인가(작용)된다. 그리고, 제 1 수압실(201a)의 수압 면적(제 1 수압 면적(Aa))은, 제 2 수압실(20lb)의 수압 면적(제 2 수압 면적(Ab))보다도 작게 설정되어 있다(Aa<Ab).
여기에서, 제 1 차압 제어 밸브(201)의 설정압을 Pref라고 하였을 경우에, 이 설정압(Pref)에 의거하여 산출되는 제 1 차압 제어 밸브(201)의 스프링(201c)의 힘을 스프링력(Fsp)이라고 하면, 제 2 수압실(20lb)에 작용하는 힘(개방 방향으로 작용하는 힘)(Fo)은, 다음 식 (1)이 된다.
[수식 1]
Fo=Pz·Ab+Fsp…(1)
그리고, 제 1 수압실(201a)에 작용하는 힘(폐쇄 방향으로 작용하는 힘)(Fc)은, 다음 식 (2)가 된다.
[수식 2]
Fc=Pb·Aa…(2)
제 1 차압 제어 밸브(201)가 제어되고 있을 때에는, 식 (1)과 식 (2)가 같게 되어 있으므로(Fo=Fc), 다음 식 (3)이 성립된다.
[수식 3]
Pz·Ab+Fsp=Pb·Aa…(3)
본 실시형태와 관련되는 제 1 차압 제어 밸브(201)에는, 제 1 수압 면적(Aa)과 제 2 수압 면적(Ab)이 다른(Aa<Ab) 압력 보상 밸브를 이용하고 있지만, 통상의 압력 보상 밸브에서는, 제 1 수압 면적(Aa)과 제 2 수압 면적(Ab)은 같기 때문에(Aa=Ab), 식 (3)을 변형하면 다음 식 (4)가 성립한다.
[수식 4]
Pb-Pz=Fsp/Aa…(4)
식 (4)에 있어서, 좌변(Pb-Pz)은 유량 제어 밸브(6)의 위치(d)측의 미터 아웃 스로틀(6do)의 전후 차압이며, 우변(Fsp/Aa)은 설정압(Pref)이다. 따라서, 이 경우, 유량 제어 밸브(6)의 위치(d)측의 미터 아웃 스로틀(6do)의 전후 차압(Pb-Pz)은, Pref(목표 차압)이 되도록 일정하게 제어된다. 또한, 식 (4)는, 도 4의 파선 A로 나타내는 직선에 상당한다.
한편, 본 실시형태와 관련되는 제 1 차압 제어 밸브(201)는, 제 1 수압 면적(Aa)의 크기가 제 2 수압 면적(Ab)보다도 작기 때문에(Aa<Ab), 식 (3)을 변형하면 다음 식 (5)가 성립한다.
[수식 5]
Pb-Pz=Pb·(1-Aa/Ab)+Fsp/Ab…(5)
식 (5)에 의해, 좌변(Pb-Pz)은, 우변의 Pb이 커짐에 따라서(비례하여) 커진다. 따라서, 유량 제어 밸브(6)의 위치(d)측의 미터 아웃 스로틀(6do)의 전후 차압(Pb-Pz)은, 보텀압(Pb)의 증가에 따라, 커지도록 제어된다. 또한, 식 (5)는, 도 4의 실선 B로 나타내는 직선에 상당한다.
또한, 우변의 Fsp/Ab는 설정압(Psp)이며, 스프링(201c)의 스프링력(Fsp)으로 결정되는 상수이다. 이 설정압(Psp)은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 버킷(407)이 짐을 싣지 않은 상태에 있어서 붐 실린더(3)가 수축하는 방향으로 동작을 할 때에, 유량 제어 밸브(6)의 위치(d)측의 미터 아웃 스로틀(6do)의 전후 차압(Pb-Pz)이 목표 차압(Pref)이 되도록 설정하고 있다.
이와 같이, 제 1 차압 제어 밸브(201)의 제 1 수압실(201a)의 제 1 수압 면적(Aa)과 제 2 수압실(20lb)의 제 2 수압 면적(Ab)의 대소관계를 Aa<Ab로 함으로써, 보텀압(Pb)이 증가하였을 경우에 목표 차압(Pref)이 커지기 때문에, 유량 제어 밸브(6)의 위치(d)측의 미터 아웃 스로틀(6do)을 통과하는 유량이 증대되도록 제어하는 것이 가능하게 된다.
또한, 제 2 차압 제어 밸브(202)에서는, 제 1 차압 제어 밸브(201)와 마찬가지로, 제 1 수압 면적을 제 2 수압 면적보다도 작게 함으로써, 보텀압(Pb)이 증가하였을 경우에 목표 차압이 커지기 때문에, 유량 제어 밸브(6)의 위치(d)측의 미터 아웃 스로틀(6do) 및 제 1 차압 제어 밸브(201)를 통과하는 유량이 증대되도록 제어하는 것이 가능하게 된다.
여기에서, 메인 펌프(101)의 제어 방법에 대해서 설명한다. 우선, 부하 검출 회로(131)에서 검출된 부하압(Pl)과 메인 펌프(101)의 토출압(Pp)의 차압(Pls=Pp-Pl)과, 목표 차압(Pref)의 사이에 있어서의 대소를 비교한다. 차압(Pls)이 목표 차압(Pref)보다도 큰 경우에는(Pls>Pref), 레귤레이터(111)에 의해 메인 펌프(101)의 틸팅(용량)을 감소시키고, 차압(Pls)이 목표 차압(Pref)보다도 작은 경우에는(Pls>Pref), 메인 펌프(101)의 틸팅(용량)을 증가시킨다(로드 센싱 제어).
이 로드 센싱 제어에서는, 조작 장치(122)에 의한 조작량에 따른 필요 유량, 즉 붐 실린더(3)에 필요로 하는 압력과 유량만을 메인 펌프(101)로부터 토출시킬 수 있다. 이에 의해, 메인 펌프(101)에 있어서, 잉여 유량이 발생되기 어려워져, 발열 등을 억제할 수 있기 때문에, 에너지 절약하며 메인 펌프(101)을 운전시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 도 2에 나타내는 바와 같이, 파일럿 펌프(30)에 접속된 파일럿 압유 공급로(31a)에는, 파일럿 압유 공급로(31a)에 일정한 파일럿압을 생성하기 위한 파일럿 릴리프 밸브(32)와, 하류측의 파일럿 압유 공급로(3lb)의 접속처를 전환하는 게이트 로크 밸브(100)가 마련되어 있다.
게이트 로크 밸브(100)는, 게이트 로크 레버(24)를 이용하여, 하류측의 파일럿 압유 공급로(3lb)의 접속처를, 파일럿 압유 공급로(31a)에 접속할지, 탱크(20)에 접속할지를 전환한다. 하류측의 파일럿 압유 공급로(3lb)에는, 조작 장치(122)가 접속되어 있다. 조작 장치(122)는, 유량 제어 밸브(6)를 제어하기 위한 조작 파일럿압(붐 하강 지령압(a) 및 붐 인상 지령압(b))을 생성하기 위한 파일럿 밸브(감압 밸브)를 가진다.
(유압 구동 장치(5)의 동작)
다음으로, 붐 하강 동작을 행할 때의 유압 구동 장치(5)의 동작에 대해서, 도 5~7을 참조하여 설명한다.
도 5는, 어큐뮬레이터(300)가 축압가능한 상태에 있어서, 공중에서 붐 하강 동작을 행할 경우의 유압 구동 장치(5)의 동작을 설명하는 도이다. 도 6은, 어큐뮬레이터(300)가 충분하게 축압되어 있는 상태에 있어서, 공중에서 붐 하강 동작을 행할 경우의 유압 구동 장치(5)의 동작을 설명하는 도이다. 도 7은, 기체 들어 올림 동작을 행할 경우의 유압 구동 장치(5)의 동작을 설명하는 도이다. 또한, 도 5~7에 있어서, 압유가 흐르는 주요 라인을 굵은 선으로 나타내고 있다.
도 5~7에 나타내는 바와 같이, 붐 하강 동작을 행할 때에는, 조작 장치(122)의 레버를 도 5~7에 나타내는 m의 방향으로 조작한다. 조작 장치(122)의 레버의 조작량에 따라 붐 하강 지령압(a)이 생성되고, 이 붐 하강 지령압(a)이 유량 제어 밸브(6)의 일방의 수압실에 작용한다. 이에 의해, 유량 제어 밸브(6)는 위치(d)까지 스트로크하고, 붐 실린더(3)는 수축하는 방향으로 구동된다.
우선, (a) 버킷(407)이 짐을 싣지 않으면서, 또한 어큐뮬레이터(300)가 축압가능한 상태에 있어서, 공중에서 붐 하강 동작을 행할 경우의 유압 구동 장치(5)의 동작에 대해서, 도 5를 참조하여 설명한다.
붐 하강 동작을 공중에서 행할 경우, 보텀압(Pb)은 제 1 전환 밸브(40)의 전환 문턱값(α)보다도 크므로(Pb>α), 제 1 전환 밸브(40)는, 붐 하강 지령압(a)을 신호 유로(107)로 유도하도록 전환된다. 이에 의해, 붐 하강 지령압(a)이 압력 보상 밸브(7)에 작용하기 때문에, 압유 공급로(105)의 압유가 붐 실린더(3)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 신호 유로(107)의 압력에 의해 제 2 전환 밸브(41)가 전환되어, 부하압(Pl)으로서 탱크압(대략 0㎫)이 언로드 밸브(115) 및 레귤레이터(111)로 유도된다. 레귤레이터(111)에 의해, 메인 펌프(101)의 토출압(Pp)은, 탱크압에 언로드 밸브(115)의 스프링의 설정압(Pun0)을 가산한 압력(언로드 밸브 세트압)으로 유지된다. 또한, 통상, 언로드 밸브(115)의 스프링의 설정압(Pun0)은, 목표 차압(Pref)보다도 약간 높게 설정되어 있다(Pun0>Pref).
그리고, 메인 펌프(101)의 토출압(Pp)과 부하압(Pl)의 차압(Pls)은, Pls=Pp-0=Pun0(>Pref)이 되므로, 레귤레이터(111)는 메인 펌프(101)의 틸팅이 작아지도록 제어를 행하여, 메인 펌프(101)의 용량은 최소로 유지된다.
붐 하강 지령압(a)에 의해 붐 실린더(3)가 수축하는 방향으로 구동하기 때문에, 붐 실린더(3)의 보텀실(3a)로부터 배출되는 압유(이하, 단지 「배출유」라고 한다)의 일부는, 유량 제어 밸브(6)의 위치(d)측의 미터 아웃 스로틀(6do), 재생 유로(106), 역지 밸브(12), 및 유량 제어 밸브(6)의 위치(d)측의 미터 인 스로틀(6di)을 개재하여, 붐 실린더(3)의 로드실(3b)로 유입된다. 그리고, 배출유의 나머지는, 제 1 차압 제어 밸브(201)를 개재하여, 어큐뮬레이터(300) 및 제 2 차압 제어 밸브(202)로 유도된다.
여기에서, 버킷(407)은 짐을 싣지 않은 상태이므로, 제 1 차압 제어 밸브(201) 및 제 2 차압 제어 밸브(202)의 목표 차압은, 각각 목표 차압(Pref)이 된다. 또한, 어큐뮬레이터(300)는 축압가능한 상태이므로, 제 1 차압 제어 밸브(201)는, 유량 제어 밸브(6)의 위치(d)측의 미터 아웃 스로틀(6do)의 전후 차압(Pb-Pz)이 목표 차압(Pref)이 되도록 작동한다. 이에 의해, 붐 실린더(3)의 실린더 속도가 미터 아웃 스로틀(6do)의 개구 면적에 따른 목표 속도로 유지된다. 이 때, 제 1 차압 제어 밸브(201)는, 미터 아웃 스로틀(6do)의 전후 차압을 제어하기 위하여 개구가 조여져 있으며, 제 1 차압 제어 밸브(201)에는 전후 차압(ΔP)이 발생하고 있다.
제 2 차압 제어 밸브(202)는, 미터 아웃 스로틀(6do)의 상류압(Pb)(보텀압(Pb))과 제 1 차압 제어 밸브(201)의 하류압(Pz1)의 차압(Pd)이 목표 차압(Pref)이 되도록 작동한다. 따라서, 미터 아웃 스로틀(6do)의 상류압(Pb)과 제 1 차압 제어 밸브(201)의 하류압(Pz1)의 차압(Pd)은, Pd=Pb-Pz1=Pref+ΔP(>Pref)가 되며, 제 2 차압 제어 밸브(202)는 전체 폐쇄되도록 작동한다.
이에 의해, 도 5에 나타내는 바와 같이, 배출유는, 탱크(20)로 흐르지 않고, 어큐뮬레이터(300)에 축압된다. 따라서, 버킷(407)이 짐을 싣지 않으면서, 또한 어큐뮬레이터(300)가 축압가능한 상태에 있어서, 공중에서 붐 하강 동작을 행할 경우, 붐 하강 동작에 의해 어큐뮬레이터(300)에 에너지를 축적하면서도, 붐 실린더(3)를 목표 차압(Pref)으로 결정되는 실린더 속도로 동작시킬 수 있다.
다음으로, (b) 버킷(407)이 짐을 싣지 않으면서, 또한 어큐뮬레이터(300)가 충분하게 축압되어 있는 상태에 있어서, 공중에서 붐 하강 동작을 행할 경우의 유압 구동 장치(5)의 동작에 대해서, 도 6을 참조하여 설명한다.
이 (b)의 경우에는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 어큐뮬레이터(300)가 충분하게 축압되어 있으며, 어큐뮬레이터(300) 내의 압력이 높은 상태이기 때문에, 역지 밸브(10)의 작용에 의해 배출유는 어큐뮬레이터(300)로 유입되지 않는다. 이 점이 (a)의 경우와 다르다.
이 때, 제 1 차압 제어 밸브(201)는 최대 개구가 되지만, 이 경우, 유량 제어 밸브(6)의 위치(d)측의 미터 아웃 스로틀(6do)의 전후 차압(Pb-Pz)은 목표 차압(Pref)보다도 작아진다(Pb-Pz<Pref). 제 1 차압 제어 밸브(201)의 개구가 충분히 크기 때문에, 차압은 발생하지 않으므로, 제 1 차압 제어 밸브(201)의 전후 차압(ΔP)은, 대략 0이 된다(ΔP≒0).
따라서, 미터 아웃 스로틀(6do)의 상류압(Pb)과 제 1 차압 제어 밸브(201)의 하류압(Pz1)의 차압(Pd)은, Pd=Pb-Pz1=Pref 미만+ΔP(<Pref)가 되고, 제 2 차압 제어 밸브(202)가 개구하여, 미터 아웃 스로틀(6do)의 상류압(Pb)과 제 1 차압 제어 밸브(201)의 하류압(Pz1)의 차압(Pd)이 목표 차압(Pref)이 되도록 작동한다.
이 때, 제 1 차압 제어 밸브(201)는 최대 개구이며 차압(ΔP)이 대략 0이므로, 미터 아웃 스로틀(6do)의 전후 차압(Pb-Pz)이 목표 차압(Pref)으로 제어되게 되어, 붐 실린더(3)의 실린더 속도가 미터 아웃 스로틀(6do)의 개구 면적에 따른 목표 속도로 유지된다. 따라서, 버킷(407)이 짐을 싣지 않으면서, 또한 어큐뮬레이터(300)가 충분히 축압된 상태에 있어서, 공중에서 붐 하강 동작을 행할 경우에도, 붐 실린더(3)를 목표 차압(Pref)으로 결정되는 실린더 속도로 동작시킬 수 있다.
다음으로, (c) 버킷(407)의 짐을 들어 올리는 것에 의해 프론트 작업기(404)에 하중이 걸리고 있으면서, 또한 어큐뮬레이터(300)가 축압가능한 상태에 있어서, 공중에서 붐 하강 동작을 행할 경우의 유압 구동 장치(5)의 동작에 대해서, 도 5를 참조하여 설명한다.
이 (c)의 경우에는, 어큐뮬레이터(300)가 축압가능한 상태이기 때문에, (a)의 경우와 마찬가지로, 압유의 주요 흐름은 도 5에 나타낸대로이지만, 버킷(407)의 짐을 들어 올려서 프론트 작업기(404)에 하중이 결려 있는 상태인 점이, (a)의 경우와 다르다.
구체적으로는, 보텀압(Pb)이 (a)의 경우(짐을 싣지 않은 상태)의 때보다도 커진다. 제 1 차압 제어 밸브(201) 및 제 2 차압 제어 밸브(202)는 각각, 부하 의존 특성을 가지고 있는 것으로부터, 상기 서술한 식 (5)에 의해, 제 1 차압 제어 밸브(201) 및 제 2 차압 제어 밸브(202)의 목표 차압은 각각, 보텀압(Pb)의 증가에 따라, Pref보다도 큰 값인 Prefd가 된다(Prefd>Pref).
어큐뮬레이터(300)는 축압가능한 상태이기 때문에, 제 1 차압 제어 밸브(201)는, 유량 제어 밸브(6)의 위치(d)측의 미터 아웃 스로틀(6do)의 전후 차압(Pb-Pz)이 목표 차압(Prefd)이 되도록 작동한다. 이에 의해, 붐 실린더(3)의 실린더 속도가 미터 아웃 스로틀(6do)의 개구 면적에 따른 목표 속도로 유지된다.
이 때, (a)의 경우와 마찬가지로, 제 1 차압 제어 밸브(201)는, 미터 아웃 스로틀(6do)의 전후 차압(Pb-Pz)을 제어하기 위하여 개구가 조여져 있으며, 제 1 차압 제어 밸브(201)에는 전후 차압(ΔP)이 발생하고 있다.
제 2 차압 제어 밸브(202)는, 미터 아웃 스로틀(6do)의 상류압(Pb)(보텀압(Pb))과 제 1 차압 제어 밸브(201)의 하류압(Pz1)의 차압(Pd)이 목표 차압(Prefd)이 되도록 작동한다. 따라서, 미터 아웃 스로틀(6do)의 상류압(Pb)과 제 1 차압 제어 밸브(201)의 하류압(Pz1)의 차압(Pd)은, Pd=Pb-Pz1=Prefd+ΔP(>Prefd)가 되므로, 제 2 차압 제어 밸브(202)는 전체 폐쇄되도록 작동한다.
이에 의해, 도 5에 나타내는 바와 같이, 배출유는, 탱크(20)로 흐르지 않고, 어큐뮬레이터(300)에 축압된다. 따라서, 버킷(407)의 짐을 들어 올리는 것에 의해 프론트 작업기(404)에 하중이 걸리고 있으면서, 또한 어큐뮬레이터(300)가 축압가능한 상태에 있어서, 공중에서 붐 하강 동작을 행할 경우, 붐 하강 동작에 의해 어큐뮬레이터(300)에 에너지를 축적하면서도, 붐 실린더(3)를 목표 차압(Prefd)으로 결정되는 실린더 속도로 동작시킬 수 있다.
또한, 상기 서술한 바와 같이, 목표 차압(Prefd)은, 짐을 싣지 않은 상태 시의 목표 차압(Pref)보다도 크므로(Prefd>Pref), 버킷(407)에 짐이 적재된 상태에서는, 짐을 싣지 않은 상태와 비교하여 유량 제어 밸브(6)의 위치(d)측의 미터 아웃 스로틀(6do)을 통과하는 유량이 커져, 붐 실린더(3)의 실린더 속도도 커진다.
이와 같이, 붐 실린더(3)에 걸리는 하중의 증가에 따라, 붐 실린더(3)의 실린더 속도도 빨라지기 때문에, 어큐뮬레이터(300)를 구비한 유압 구동 장치(5)여도, 무거운 짐을 가지고 있는 경우에는 짐을 싣지 않은 때보다도 빠르게 프론트 작업기(404)가 낙하된다고 하는 오퍼레이터의 일반적인 인식에 따른 조작성을 가지게 할 수 있다.
다음으로, (d) 버킷(407)의 짐을 들어 올리는 것에 의해 프론트 작업기(404)에 하중이 걸리고 있으면서, 또한 어큐뮬레이터(300)가 충분하게 축압되어 있는 상태에 있어서, 공중에서 붐 하강 동작을 행할 경우의 유압 구동 장치(5)의 동작에 대해서, 도 6을 참조하여 설명한다.
이 (d)의 경우에는, 어큐뮬레이터(300)가 충분하게 축압되어 있는 상태이기 때문에, (b)의 경우와 마찬가지로, 압유의 주요 흐름은 도 6에 나타내는 바와 같지만, 버킷(407)의 짐을 들어 올려서 프론트 작업기(404)에 하중이 결려 있는 상태인 점이, (b)의 경우와 다르다.
구체적으로는, 보텀압(Pb)이 (b)의 경우(짐을 싣지 않은 상태)의 때보다도 커진다. 제 1 차압 제어 밸브(201) 및 제 2 차압 제어 밸브(202)는 각각, 부하 의존 특성을 가지고 있는 것으로부터, 상기 서술한 식 (5)에 의해, 제 1 차압 제어 밸브(201) 및 제 2 차압 제어 밸브(202)의 목표 차압은 각각, 보텀압(Pb)의 크기에 따라, Pref보다도 큰 값인 Prefd가 된다. 이는, (c)의 경우와 마찬가지이다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 어큐뮬레이터(300)가 충분하게 축압되어 있으며, 어큐뮬레이터(300) 내의 압력이 높은 상태이기 때문에, 역지 밸브(10)의 작용에 의해 배출유는 어큐뮬레이터(300)로 유입되지 않는다. 이 점이 (c)의 경우와 다르다.
이 때, 제 1 차압 제어 밸브(201)는 최대 개구가 되지만, 이 경우, 유량 제어 밸브(6)의 위치(d)측의 미터 아웃 스로틀(6do)의 전후 차압(Pb-Pz)은 목표 차압(Prefd)보다도 작아진다(Pb-Pz<Prefd). 제 1 차압 제어 밸브(201)의 개구는 충분히 크기 때문에, 차압은 발생하지 않으므로, 제 1 차압 제어 밸브(201)의 전후 차압(ΔP)은, 대략 0이 된다(ΔP≒0).
따라서, 미터 아웃 스로틀(6do)의 상류압(Pb)과 제 1 차압 제어 밸브(201)의 하류압(Pz1)의 차압(Pd)은, Pd=Pb-Pz1=Prefd 미만+ΔP(<Prefd)가 되고, 제 2 차압 제어 밸브(202)가 개구하여, 미터 아웃 스로틀(6do)의 상류압(Pb)과 제 1 차압 제어 밸브(201)의 하류압(Pz1)의 차압(Pd)이 목표 차압(Prefd)이 되도록 작동한다.
이 때, 제 1 차압 제어 밸브(201)는 최대 개구이며 차압(ΔP)이 대략 0이므로, 미터 아웃 스로틀(6do)의 전후 차압(Pb-Pz)이 목표 차압(Prefd)으로 제어되게 되어, 붐 실린더(3)의 실린더 속도가 미터 아웃 스로틀(6do)의 개구 면적에 따른 목표 속도로 유지된다. 따라서, 버킷(407)의 짐을 들어 올리는 것에 의해 프론트 작업기(404)에 하중이 걸리고 있으면서, 또한 어큐뮬레이터(300)가 충분히 축압된 상태에 있어서, 공중에서 붐 하강 동작을 행할 경우에도, 붐 실린더(3)를 목표 차압(Prefd)으로 결정되는 실린더 속도로 동작시킬 수 있다.
또한, (c)의 경우와 마찬가지로, 목표 차압(Prefd)은, 짐을 싣지 않은 상태 시의 목표 차압(Pref)보다도 크므로(Prefd>Pref), 버킷(407)에 짐이 적재된 상태에서는, 짐을 싣지 않은 상태와 비교하여 유량 제어 밸브(6)의 위치(d)측의 미터 아웃 스로틀(6do)을 통과하는 유량이 커져, 붐 실린더(3)의 실린더 속도도 빨라진다.
이와 같이, (d)의 경우도 (c)의 경우와 마찬가지로, 붐 실린더(3)에 걸리는 하중의 증가에 따라, 붐 실린더(3)의 실린더 속도도 빨라지기 때문에, 어큐뮬레이터(300)를 구비한 유압 구동 장치(5)여도, 무거운 짐을 가지고 있는 경우에는 짐을 싣지 않은 때보다도 빠르게 프론트 작업기(404)가 낙하된다고 하는 오퍼레이터의 일반적인 인식에 따른 조작성을 가지게 할 수 있다.
다음으로, (e) 붐 하강 동작 시에 있어서, 붐 실린더(3)의 로드실(3b)에 중부하가 생긴 경우(기체 들어 올림 동작을 행할 경우)의 유압 구동 장치(5)의 동작에 대해서, 도 7을 참조하여 설명한다.
붐 하강 동작 시에 있어서, 붐 실린더(3)의 로드실(3b)에 중부하가 생긴 경우, 보텀압(Pb)은, 제 1 전환 밸브(40)의 전환 문턱값(α)보다도 작아지므로(Pb<α), 신호 유로(107)의 압유는 탱크(20)로 유도된다.
이에 의해, 신호 유로(107)의 압력이 탱크압(대략 0㎫)이 되므로, 압력 보상 밸브(7)는, 유량 제어 밸브(6)의 위치(d)측의 미터 인 스로틀(6di)의 전후 차압이 일정하게 되도록 압력 보상 제어를 행한다. 또한, 제 2 전환 밸브(41)는, 부하 검출 회로(131)에서 검출된 부하압(Pl)을 언로드 밸브(115) 및 레귤레이터(111)로 유도한다.
레귤레이터(111)에 의해, 메인 펌프(101)의 토출압(Pp)은, 부하압(Pl)에 목표 차압(Pref)을 가산한 압력이 되도록 상승하고, 언로드 밸브(115)의 언로드 밸브 세트압은, 부하압(Pl)에 언로드 밸브(115)의 스프링의 설정압(Pun0)을 가산한 압력으로 상승한다. 이에 의해, 압유 공급로(105)의 압유를 탱크(20)로 배출하는 유로가 차단된다.
이 경우, 보텀압(Pb)은 부하 검출 회로(131)에서 검출된 부하압(Pl)에 비하여 작으면서(Pb<Pl), 또한 유량 제어 밸브(6)의 위치(d)측의 미터 인 스로틀(6di)의 상류압은 부하압(Pl)보다도 크므로, 배출유는, 역지 밸브(12)을 통과하지 못한 채 전체 유량이 제 1 차압 제어 밸브(201)로 유도된다.
그리고, 보텀압(Pb)은, 제 1 차압 제어 밸브(201) 및 제 2 차압 제어 밸브(202)의 각각의 스프링우로 결정되는 설정압보다도 작아지므로, 제 1 차압 제어 밸브(201) 및 제 2 차압 제어 밸브(202)는 각각, 스프링의 힘에 의해 개방 방향으로 스트로크하고, 배출유가 탱크(20)로 배출된다. 이와 같이, 붐 하강 동작 시에 부하가 생긴 경우에도, 배출유를 탱크(20)로 배출하도록 제 1 차압 제어 밸브(201) 및 제 2 차압 제어 밸브(202)가 작동하므로, 기체 들어 올림 동작을 행할 수 있다.
<제 2 실시형태>
다음으로, 본 발명의 제 2 실시형태와 관련되는 유압 구동 장치(5A)에 대해서, 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한다.
도 8은, 제 2 실시형태와 관련되는 유압 구동 장치(5A)의 구성을 나타내는 도이다. 도 9는, 붐 실린더(3)의 보텀압(Pb)과 전자 비례 감압 밸브(70)의 설정압(Prefs)의 관계를 설명하는 도이다. 또한, 도 8 및 도 9에 있어서, 제 1 실시형태와 관련되는 유압 구동 장치(5)에 대해서 설명한 것과 공통되는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙여서 그 설명을 생략한다. 이하, 제 3 실시형태에 관해서도 마찬가지로 한다.
(유압 구동 장치(5A)의 구성)
우선, 유압 구동 장치(5A)의 구성에 대해서 설명한다.
본 실시형태와 관련되는 유압 구동 장치(5A)는, 제 1 실시형태와 관련되는 유압 구동 장치(5)와 마찬가지로, 제 1 차압 제어 밸브(211) 및 제 2 차압 제어 밸브(212)를 가지고 있다. 그러나, 제 1 차압 제어 밸브(211) 및 제 2 차압 제어 밸브(212)는 각각, 제 1 실시형태와 관련되는 제 1 차압 제어 밸브(201)의 구성 및 제 2 차압 제어 밸브(202)의 구성과 달리, 제 1 수압실의 제 1 수압 면적과 제 2 수압실의 제 2 수압 면적이 동등하게 설정된 압력 보상 밸브이다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 컨트롤 밸브 유닛(4)은, 1차측이 파일럿 펌프(30)(파일럿 압유 공급로(31a))에 접속되고, 2차측이 제 1 차압 제어 밸브(211)의 제 2 수압실과 같은 방향으로 압력을 작용시킬 수 있는 제 3 수압실(211c), 및 제 2 차압 제어 밸브(212)의 제 2 수압실과 같은 방향으로 압력을 작용시킬 수 있는 제 3 수압실(212c)의 각각에 접속된 감압 밸브로서의 전자 비례 감압 밸브(70)를 구비하고 있다.
이 전자 비례 감압 밸브(70)는, 전기 신호의 크기에 따라 결정되는 설정압(Prefs)을 출력압(Prefs)(신호압(Prefs))으로서 2차측에 출력하고, 출력압(Prefs)을 제 1 차압 제어 밸브(211)의 제 3 수압실(211c) 및 제 2 차압 제어 밸브(212)의 제 3 수압실(212c)의 각각으로 유도한다.
또한, 유압 구동 장치(5A)는, 오퍼레이터의 조작에 의해 조정가능한 조정기인 모드 조정기(60)와, 보텀압(Pb)을 검출하는 제 1 압력 검출기(51)와, 모드 조정기(60)로부터의 신호 및 제 1 압력 검출기(51)로부터의 신호에 따라 전자 비례 감압 밸브(70)에 전기 신호를 출력하는 컨트롤러(50)를 구비하고 있다. 모드 조정기(60)는, 전자 비례 감압 밸브(70)의 2차측에의 출력압(Prefs)의 증가량을, 오퍼레이터의 조작량에 따라 변화시킨다.
전자 비례 감압 밸브(70)의 설정압(Prefs)은, 도 9에 나타내는 바와 같이, 제 1 압력 검출기(51)로 검출된 보텀압(Pb)이 커짐에 따라서(비례하여), 전자 비례 감압 밸브(70)의 설정압(Prefs)이 커지도록 변화되는 특성을 가지고 있다. 컨트롤러(50)는, 이와 같은 특성을 따른 지령값을 전자 비례 감압 밸브(70)에 대해서 출력한다.
이 때, 도 9에 나타내는 바와 같이, 전자 비례 감압 밸브(70)의 설정압(Prefs)이 증가하는 기울기(도 9에 나타내는 직선의 기울기)는, 모드 조정기(60)의 신호에 의해 결정되며, 모드 조정기(60)의 신호의 값이 클수록, 보텀압(Pb)의 변화량에 대한 전자 비례 감압 밸브(70)의 설정압(Prefs)의 변화량의 비율(기울기)이 커진다.
전자 비례 감압 밸브(70)는, 컨트롤러(50)의 출력값을 따라서, 출력압(Prefs)을 출력한다. 그리고, 이 출력압(Prefs)이 제 1 차압 제어 밸브(211)의 제 3 수압실(211c) 및 제 2 차압 제어 밸브(212)의 제 3 수압실(212c)의 각각으로 유도된다.
그리고, 제 1 차압 제어 밸브(211)는, 유량 제어 밸브(6)의 위치(d)측의 미터 아웃 스로틀(6do)의 전후 차압(Pb-Pz)이 출력압(Prefs)이 되도록 제어하고, 제 2 차압 제어 밸브(212)는, 미터 아웃 스로틀(6do)의 상류압(Pb)과 제 1 차압 제어 밸브(211)의 하류압(Pz1)의 차압(Pd)이 출력압(Prefs)이 되도록 제어한다.
출력압(Prefs)은, 상기 서술한 바와 같이, 보텀압(Pb)에 따라 결정되며, 보텀압(Pb)의 증가에 따라 출력압(Prefs)이 커지므로, 제 1 차압 제어 밸브(211) 및 제 2 차압 제어 밸브(212)는 각각, 붐 실린더(3)의 보텀압(Pb)에 따라 목표 차압이 커지는 부하 의존 특성을 가진다. 그리고, 이 부하 의존 특성은, 모드 조정기(60)로부터의 신호에 의거하여 변화된다.
(유압 구동 장치(5A)의 동작)
다음으로, 유압 구동 장치(5A)의 동작에 대해서 설명한다. 또한, 유압 구동 장치(5A)의 동작에 있어서, 전자 비례 감압 밸브(70)에 관계되는 동작 이외에는, 제 1 실시형태에서 설명한 (a)~(e)의 경우에 있어서의 유압 구동 장치(5)의 동작과 마찬가지이다.
우선, (a) 버킷(407)이 짐을 싣지 않으면서, 또한 어큐뮬레이터(300)가 축압가능한 상태에 있어서, 공중에서 붐 하강 동작을 행할 경우, 전자 비례 감압 밸브(70)는, 제 1 압력 검출기(51)로 검출된 보텀압(Pb)과, 모드 조정기(60)의 조정량에 따라 결정되는 출력압(Prefs1)을 2차측에 출력한다.
그리고, 전자 비례 감압 밸브(70)로부터 출력된 출력압(Prefs1)은, 제 1 차압 제어 밸브(211)의 제 3 수압실(211c) 및 제 2 차압 제어 밸브(212)의 제 3 수압실(212c)의 각각으로 유도되어, 제 1 차압 제어 밸브(211) 및 제 2 차압 제어 밸브(212)의 각각의 목표 차압이 Prefs1이 된다.
제 1 실시형태에서 설명한 (a)의 경우와 마찬가지로, 유량 제어 밸브(6)의 위치(d)측의 미터 아웃 스로틀(6do)의 상류압(Pb)과 제 1 차압 제어 밸브(211)의 하류압(Pz1)의 차압(Pd)은, Pd=Pb-Pz1=Prefs1+ΔP(>Prefs1)가 되므로, 제 2 차압 제어 밸브(212)는 전체 폐쇄되도록 작동한다.
이에 의해, 배출유는, 탱크(20)로 흐르지 않고, 어큐뮬레이터(300)에 축압된다. 따라서, 버킷(407)이 짐을 싣지 않으면서, 또한 어큐뮬레이터(300)가 축압가능한 상태에 있어서, 공중에서 붐 하강 동작을 행할 경우, 붐 하강 동작에 의해 어큐뮬레이터(300)에 에너지를 축적하면서도, 붐 실린더(3)를 목표 차압(Prefs1)으로 결정되는 실린더 속도로 동작시킬 수 있다.
다음으로, (b) 버킷(407)이 짐을 싣지 않으면서, 또한 어큐뮬레이터(300)가 충분하게 축압되어 있는 상태에 있어서, 공중에서 붐 하강 동작을 행할 경우, 본 실시형태의 (a)의 경우와 마찬가지로, 전자 비례 감압 밸브(70)는, 제 1 압력 검출기(51)로 검출된 보텀압(Pb)과, 모드 조정기(60)의 조정량에 따라 결정되는 출력압(Prefs1)을 출력한다.
그리고, 전자 비례 감압 밸브(70)로부터 출력된 출력압(Prefs1)은, 제 1 차압 제어 밸브(211)의 제 3 수압실(211c) 및 제 2 차압 제어 밸브(212)의 제 3 수압실(212c)의 각각으로 유도되어, 제 1 차압 제어 밸브(211) 및 제 2 차압 제어 밸브(212)의 각각의 목표 차압이 Prefs1이 된다.
제 1 실시형태에서 설명한 (b)의 경우와 마찬가지로, 유량 제어 밸브(6)의 위치(d)측의 미터 아웃 스로틀(6do)의 상류압(Pb)과 제 1 차압 제어 밸브(211)의 하류압(Pz1)의 차압(Pd)은, Pd=Pb-Pz1=Prefs1 미만+ΔP(<Prefs1)가 되고, 제 2 차압 제어 밸브(212)가 개구하여, 미터 아웃 스로틀(6do)의 상류압(Pb)과 제 1 차압 제어 밸브(211)의 하류압(Pz1)의 차압(Pd)이 목표 차압(Prefs1)이 되도록 작동한다.
이 때, 제 1 차압 제어 밸브(211)는 최대 개구이며 차압(ΔP)이 대략 0이므로, 미터 아웃 스로틀(6do)의 전후 차압(Pb-Pz)이 목표 차압(Prefs1)으로 제어되는 것으로 되어, 붐 실린더(3)의 실린더 속도가 미터 아웃 스로틀(6do)의 개구 면적에 따른 목표 속도로 유지된다. 따라서, 버킷(407)이 짐을 싣지 않으면서, 또한 어큐뮬레이터(300)가 충분히 축압된 상태에 있어서, 공중에서 붐 하강 동작을 행할 경우에도, 붐 실린더(3)를 목표 차압(Prefs1)으로 결정되는 실린더 속도로 동작시킬 수 있다.
다음으로, (c) 버킷(407)의 짐을 들어 올리는 것에 의해 프론트 작업기(404)에 하중이 걸리고 있으면서, 또한 어큐뮬레이터(300)가 축압가능한 상태에 있어서, 공중에서 붐 하강 동작을 행할 경우, 전자 비례 감압 밸브(70)는, 제 1 압력 검출기(51)로 검출된 보텀압(Pb)과, 모드 조정기(60)의 조정량에 따라 결정되는 출력압(Prefs2)을 출력한다. 이 출력압(Prefs2)은, 상기 서술한 출력압(Prefs1)보다도 큰 값이다(Prefs2>Prefs1).
그리고, 전자 비례 감압 밸브(70)로부터 출력된 출력압(Prefs2)은, 제 1 차압 제어 밸브(211)의 제 3 수압실(211c) 및 제 2 차압 제어 밸브(212)의 제 3 수압실(212c)의 각각으로 유도되어, 제 1 차압 제어 밸브(211) 및 제 2 차압 제어 밸브(212)의 각각의 목표 차압이 Prefs2가 된다.
제 1 실시형태에서 설명한 (c)의 경우와 마찬가지로, 미터 아웃 스로틀(6do)의 상류압(Pb)과 제 1 차압 제어 밸브(211)의 하류압(Pz1)의 차압(Pd)은, Pd=Pb-Pz1=Prefs2+ΔP(>Prefs2)가 되므로, 제 2 차압 제어 밸브(212)는 전체 폐쇄되도록 작동한다.
이에 의해, 배출유는, 탱크(20)로 흐르지 않고, 어큐뮬레이터(300)에 축압된다. 따라서, 버킷(407)의 짐을 들어 올리는 것에 의해 프론트 작업기(404)에 하중이 걸리고 있으면서, 또한 어큐뮬레이터(300)가 축압가능한 상태에 있어서, 공중에서 붐 하강 동작을 행할 경우, 붐 하강 동작에 의해 어큐뮬레이터(300)에 에너지를 축적하면서도, 붐 실린더(3)를 목표 차압(Prefs2)으로 결정되는 실린더 속도로 동작시킬 수 있다.
또한, 상기 서술한 바와 같이, 목표 차압(Prefs2)은, 짐을 싣지 않은 상태 시의 목표 차압(Prefs1)보다도 크므로(Prefs2>Prefs1), 버킷(407)에 짐이 적재된 상태에서는, 짐을 싣지 않은 상태와 비교하여 유량 제어 밸브(6)의 위치(d)측의 미터 아웃 스로틀(6do)을 통과하는 유량이 커져, 붐 실린더(3)의 실린더 속도도 빨라진다.
이와 같이, 붐 실린더(3)에 걸리는 하중의 증가에 따라, 붐 실린더(3)의 실린더 속도도 빨라지기 때문에, 어큐뮬레이터(300)를 구비한 유압 구동 장치(5A)여도, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 무거운 짐을 가지고 있는 경우에는 짐을 싣지 않은 때보다도 빠르게 프론트 작업기(404)가 낙하된다고 하는 오퍼레이터의 일반적인 인식에 따른 조작성을 가지게 할 수 있다.
다음으로, (d) 버킷(407)의 짐을 들어 올리는 것에 의해 프론트 작업기(404)에 하중이 걸리고 있으면서, 또한 어큐뮬레이터(300)가 충분하게 축압되어 있는 상태에 있어서, 공중에서 붐 하강 동작을 행할 경우, 전자 비례 감압 밸브(70)는, 본 실시형태의 (c)의 경우와 마찬가지로, 제 1 압력 검출기(51)로 검출된 보텀압(Pb)과, 모드 조정기(60)의 조정량에 따라 결정되는 출력압(Prefs2)을 출력한다. 이 출력압(Prefs2)은, 상기 서술한 출력압(Prefs1)보다도 큰 값이다(Prefs2>Prefs1).
그리고, 전자 비례 감압 밸브(70)로부터 출력된 출력압(Prefs2)은, 제 1 차압 제어 밸브(211)의 제 3 수압실(211c) 및 제 2 차압 제어 밸브(212)의 제 3 수압실(212c)의 각각으로 유도되어, 제 1 차압 제어 밸브(211) 및 제 2 차압 제어 밸브(212)의 각각의 목표 차압이 Prefs2가 된다.
제 1 실시형태에서 설명한 (d)의 경우와 마찬가지로, 미터 아웃 스로틀(6do)의 상류압(Pb)과 제 1 차압 제어 밸브(211)의 하류압(Pz1)의 차압(Pd)은, Pd=Pb-Pz1=Prefs2 미만+ΔP(<Prefs2)가 되고, 제 2 차압 제어 밸브(212)가 개구하여, 미터 아웃 스로틀(6do)의 상류압(Pb)과 제 1 차압 제어 밸브(211)의 하류압(Pz1)의 차압(Pd)이 목표 차압(Prefs2)이 되도록 작동한다.
이 때, 제 1 차압 제어 밸브(211)는 최대 개구이며 차압(ΔP)이 대략 0이므로, 미터 아웃 스로틀(6do)의 전후 차압(Pb-Pz)이 목표 차압(Prefs2)으로 제어되게 되어, 붐 실린더(3)의 실린더 속도가 미터 아웃 스로틀(6do)의 개구 면적에 따른 목표 속도로 유지된다. 따라서, 버킷(407)의 짐을 들어 올리는 것에 의해 프론트 작업기(404)에 하중이 걸리고 있으면서, 또한 어큐뮬레이터(300)가 충분히 축압된 상태에 있어서, 공중에서 붐 하강 동작을 행할 경우에도, 붐 실린더(3)를 목표 차압(Prefs2)으로 결정되는 실린더 속도로 동작시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태의 (c)의 경우와 마찬가지로, 목표 차압(Prefs2)은, 짐을 싣지 않은 상태 시의 목표 차압(Pres1)보다도 크므로(Prefs2>Pres1), 유량 제어 밸브(6)의 위치(d)측의 미터 아웃 스로틀(6do)을 통과하는 유량이 커져, 붐 실린더(3)의 실린더 속도도 빨라진다.
이와 같이, 본 실시형태의 (d)의 경우도 (c)의 경우와 마찬가지로, 붐 실린더(3)에 걸리는 하중의 증가에 따라, 붐 실린더(3)의 실린더 속도도 빨라지기 때문에, 어큐뮬레이터(300)를 구비한 유압 구동 장치(5A)여도, 무거운 짐을 가지고 있는 경우에는 짐을 싣지 않은 때보다도 빠르게 프론트 작업기(404)가 낙하된다고 하는 오퍼레이터의 일반적인 인식에 따른 조작성을 가지게 할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 (a)~(d)의 경우에 있어서 출력한 신호의 값보다도 큰 값이 출력되도록 모드 조정기(60)를 조정하면, 버킷(407)에 짐이 적재된 상태인 (c)의 경우 및 (d)의 경우 시의 목표 차압(Prefs2)보다도 큰 값인 Prefs3이 목표 차압이 된다(Prefs3>Prefs2). 이에 의해, 붐 실린더(3)의 실린더 속도를, (c)의 경우나 (d)의 경우의 실린더 속도보다도 빠르게 할 수 있다.
반대로, 본 실시형태의 (a)~(d)의 경우에 있어서 출력한 신호의 값보다도 작은 값이 출력되도록 모드 조정기(60)를 조정하면, 버킷(407)에 짐이 적재된 상태인 (c)의 경우 및 (d)의 경우 시의 목표 차압(Prefs2)보다도 작은 값인 Prefs4가 목표 차압이 된다(Prefs4<Prefs2). 이에 의해, 붐 실린더(3)의 실린더 속도를, (c)의 경우나 (d)의 경우의 실린더 속도보다도 늦게 할 수 있다.
이와 같이, 모드 조정기(60)의 조정량을 변화시킴으로써, 오퍼레이터의 의사를 반영시킨 임의의 특성을 얻을 수 있으며, 조작성이 양호하게 된다. 또한, 버킷(407) 대신에 그래플과 같은 어태치먼트를 부착하였을 경우, 그래플 자체가 어느 정도의 중량을 가지고 있기 때문에, 프론트 작업기(404) 전체에 걸리는 하중이 커진다. 따라서, 그래플에 의해 짐을 파지(把持)하고 있지 않는 상태여도, 붐 하강 동작을 행하였을 경우에는 붐 실린더(3)의 실린더 속도가 커져버려, 섬세한 작업을 행하는 것이 곤란하게 되는 경우가 있다. 그러나, 이러한 경우에도, 모드 조정기(60)에 의해 부하 의존 특성을 조정할 수 있기 때문에, 유연한 조작성을 확보할 수 있다.
다음으로, (e) 붐 하강 동작 시에 있어서, 붐 실린더(3)의 로드실(3b)에 중부하가 생긴 경우(기체 들어 올림 동작을 행할 경우), 전자 비례 감압 밸브(70)는, 제 1 압력 검출기(51)로 검출된 보텀압(Pb)과, 모드 조정기(60)의 조정량에 따라 결정되는 출력압(Prefs5)을 출력한다. 이 출력압(Prefs5)은, 짐을 싣지 않은 상태 시의 목표 차압(Prefs1)보다도 작은 값이다(Prefs5<Prefs1).
그리고, 전자 비례 감압 밸브(70)로부터 출력된 출력압(Prefs5)은, 제 1 차압 제어 밸브(211)의 제 3 수압실(211c) 및 제 2 차압 제어 밸브(212)의 제 3 수압실(212c)의 각각으로 유도되어, 제 1 차압 제어 밸브(211) 및 제 2 차압 제어 밸브(212)의 각각의 목표 차압이 Prefs5가 된다.
이 경우, 보텀압(Pb)은 출력압(Prefs5)보다도 작아지므로(Pb<Prefs5), 제 1 차압 제어 밸브(211) 및 제 2 차압 제어 밸브(212)는 각각, 신호압에 의해 개방 방향으로 스트로크하고, 배출유가 탱크(20)로 배출된다. 이와 같이, 붐 하강 동작 시에 부하가 생긴 경우에도, 배출유를 탱크(20)로 배출하도록 제 1 차압 제어 밸브(211) 및 제 2 차압 제어 밸브(212)가 작동하므로, 기체 들어 올림 동작을 행할 수 있다.
<제 3 실시형태>
다음으로, 본 발명의 제 3 실시형태와 관련되는 유압 구동 장치(5B)에 대해서, 도 10~13을 참조하여 설명한다.
(유압 구동 장치(5B)의 구성)
우선, 유압 구동 장치(5B)의 구성에 대해서, 도 10 및 도 11을 참조하여 설명한다.
도 10은, 제 3 실시형태와 관련되는 유압 구동 장치(5B)의 구성을 나타내는 도이다. 도 11은, 제 1 차압 제어 밸브(221) 및 제 2 차압 제어 밸브(222)의 제어 처리의 내용을 설명하는 플로우 차트이다.
본 실시형태와 관련되는 유압 구동 장치(5B)는, 유량 제어 밸브(6)의 상류압(Pb)(보텀압(Pb))을 검출하는 제 1 압력 검출기(51)와, 유량 제어 밸브(6)의 하류압(Pz)을 검출하는 제 2 압력 검출기(52)와, 유량 제어 밸브(6)와 어큐뮬레이터(300)의 사이에 배치된 제 1 차압 제어 밸브(221)와, 유량 제어 밸브(6)와 탱크(20)의 사이에 배치된 제 2 차압 제어 밸브(222)와, 제 1 차압 제어 밸브(221) 및 제 2 차압 제어 밸브(222)의 각각의 개구 면적을 제어하는 컨트롤러(50)를 구비하고 있다.
제 1 차압 제어 밸브(221) 및 제 2 차압 제어 밸브(222)는 각각, 제 1 압력 검출기(51)로 검출된 상류압(Pb)과, 제 2 압력 검출기(52)로 검출된 하류압(Pz)의 차압(Pb-Pz), 즉 미터 아웃 스로틀(6do)의 전후 차압이, 목표 차압(Prefs)이 되도록 제어하는 전자 비례 밸브이다. 이 제어는, 컨트롤러(50)로부터 출력되는 신호에 의거하여 행해진다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 컨트롤러(50)는, 제 1 압력 검출기(51)로부터의 신호(상류압(Pb)의 정보) 및 제 2 압력 검출기(52)로부터의 신호(하류압(Pz)의 정보)에 의거하여, 상류압(Pb)에 의해 결정되는 목표 차압(Prefs)을 산출한다(단계 S1). 이 목표 차압(Prefs)은, 제 1 실시형태에 있어서 설명한 식 (5)와 마찬가지의 특성을 가지고 있으며, 다음 식 (6)에 의해 구해진다.
[수식 6]
Prefs=a·Pb+Pst…(6)
여기에서, 계수 a는 제 1 실시형태와 관련되는 제 1 차압 제어 밸브(201) 및 제 2 차압 제어 밸브(202)의 각각에 있어서의 제 1 수압 면적(Aa)과 제 2 수압 면적(Ab)의 차로 결정되는 계수 1-Aa/Ab에 상당하며, 정의 상수이다(a>0). 또한, 상수 Pst는 상기 서술한 식 (5)의 Fsp/Ab, 즉 설정압(Psp)에 상당하는 상수이다.
다음으로, 단계 S1에서 산출한 목표 차압(Prefs)과 차압(Pb-Pz)의 차압(Pd=Prefs-(Pb-Pz))을 산출하고(단계 S2), 그 후, 제 2 차압 제어 밸브(222)의 개구 면적(A2)이 최소값인지의 여부를 판정한다(단계 S3).
단계 S3에서 YES인 경우에는, 차압(Pd)에 대해서 소정의 게인(KG)을 승산한 값만큼 제 1 차압 제어 밸브(221)의 개구량을 증가시킨다(단계 S4A). 단계 S3에서 NO인 경우에는, 제 1 차압 제어 밸브(221)를 전체 개방시킨다(단계 S4B).
그리고, 제 1 차압 제어 밸브(221)의 개구 면적(A1)이 최대값인지의 여부를 판정한다(단계 S5). 단계 S5에서 YES인 경우에는, 차압(Pd)에 대해서 소정의 게인(KG)을 승산한 값만큼 제 2 차압 제어 밸브(222)의 개구량을 증가시킨다(단계 S6A). 단계 S5에서 NO인 경우에는, 제 2 차압 제어 밸브(222)를 전체 폐쇄시킨다(단계 S6B). 이에 의해, 유량 제어 밸브(6)의 위치(d)측의 미터 아웃 스로틀(6do)의 전후 차압(Pb-Pz)이 목표 차압(Prefs)이 되도록 제어된다.
어큐뮬레이터(300)에 축압하는 것이 가능할 경우에는, 제 1 차압 제어 밸브(221)에 의해 붐 실린더(3)의 보텀실(3a)이 어큐뮬레이터(300)에 접속된 상태에서, 미터 아웃 스로틀(6do)의 전후 차압(Pb-Pz)이 목표 차압(Prefs)이 되도록 제어한다.
또한, 어큐뮬레이터(300)가 충분하게 축압되어 있을 경우에는, 제 1 차압 제어 밸브(221)는 전체 개방이 되고, 제 2 차압 제어 밸브(222)에 의해 붐 실린더(3)의 보텀실(3a)이 탱크(20)에 접속된 상태에서, 미터 아웃 스로틀(6do)의 전후 차압(Pb-Pz)이 목표 차압(Prefs)이 되도록 제어한다.
(유압 구동 장치(5B)의 동작)
다음으로, 유압 구동 장치(5B)의 동작에 대해서, 도 12 및 도 13을 참조하여 설명한다.
도 12는, 어큐뮬레이터(300)가 축압가능한 상태에 있어서 공중에서 붐 하강 동작을 행할 경우의 유압 구동 장치(5B)의 동작을 설명하는 도이다. 도 13은, 어큐뮬레이터(300)가 충분하게 축압되어 있는 상태에 있어서, 공중에서 붐 하강 동작을 행할 경우의 유압 구동 장치(5B)의 동작을 설명하는 도이다.
우선, (a) 버킷(407)이 짐을 싣지 않으면서, 또한 어큐뮬레이터(300)가 축압가능한 상태에 있어서, 공중에서 붐 하강 동작을 행할 경우, 먼저, 컨트롤러(50)에 있어서, 제 1 압력 검출기(51)로 검출된 보텀압(Pb)의 크기에 따라 목표 차압(Prefs1)이 산출된다. 그리고, 어큐뮬레이터(300)가 축압가능한 상태이기 때문에, 제 1 차압 제어 밸브(221)에 의해, 유량 제어 밸브(6)의 위치(d)측의 미터 아웃 스로틀(6do)의 전후 차압(Pb-Pz)이 목표 차압(Prefs1)이 되도록 제어된다.
이 때, 제 1 차압 제어 밸브(221)의 개구 면적(A1)은 최대값 미만이기 때문에, 제 2 차압 제어 밸브(222)는 개구되어 있지 않다(도 11에 있어서의 단계 S6B). 이에 의해, 도 12에 나타내는 바와 같이, 배출유는, 어큐뮬레이터(300)에 축압된다. 따라서, 버킷(407)이 짐을 싣지 않으면서, 또한 어큐뮬레이터(300)가 축압가능한 상태에 있어서, 공중에서 붐 하강 동작을 행할 경우, 붐 하강 동작에 의해 어큐뮬레이터(300)에 에너지를 축적하면서도, 붐 실린더(3)는 목표 차압(Prefs1)으로 결정되는 실린더 속도로 동작할 수 있다.
다음으로, (b) 버킷(407)이 짐을 싣지 않으면서, 또한 어큐뮬레이터(300)가 충분하게 축압되어 있는 상태에 있어서, 공중에서 붐 하강 동작을 행할 경우, 본 실시형태의 (a)의 경우와 마찬가지로, 먼저, 컨트롤러(50)에 있어서, 제 1 압력 검출기(51)로 검출된 보텀압(Pb)의 크기에 따라 목표 차압(Prefs1)이 산출된다(도 11에 있어서의 단계 S1).
그리고, 어큐뮬레이터(300)가 충분하게 축압되어 있는 상태이기 때문에, 도 13에 나타내는 바와 같이, 역지 밸브(10)의 작용에 의해, 배출유는 어큐뮬레이터(300)로 유입되지 않는다. 이 때문에, 유량 제어 밸브(6)의 위치(d)측의 미터 아웃 스로틀(6do)의 전후 차압(Pb-Pz)은, 목표 차압(Prefs1)보다도 작아진다(Pb-Pz<Prefs1).
이 때, 제 1 차압 제어 밸브(221)의 개구 면적(A1)은 최대값이 되기 때문에, 제 2 차압 제어 밸브(222)로 제어를 행하게 된다(도 11에 있어서의 단계 S6A). 제 2 차압 제어 밸브(222)는, 미터 아웃 스로틀(6do)의 전후 차압(Pb-Pz)이 목표 차압(Prefs1)이 되도록 작동한다. 제 2 차압 제어 밸브(222)의 작동에 의해, 배출유가 탱크(20)로 유출될 수 있게 되어, 붐 실린더(3)의 실린더 속도를 확실하게 제어할 수 있게 된다. 따라서, 버킷(407)이 짐을 싣지 않으면서, 또한 어큐뮬레이터(300)가 충분히 축압된 상태에 있어서, 공중에서 붐 하강 동작을 행할 경우에도, 붐 실린더(3)는 목표 차압(Prefs1)으로 결정되는 실린더 속도로 동작할 수 있다.
다음으로, (c) 버킷(407)의 짐을 들어 올리는 것에 의해 프론트 작업기(404)에 하중이 걸리고 있으면서, 또한 어큐뮬레이터(300)가 축압가능한 상태에 있어서, 공중에서 붐 하강 동작을 행할 경우, 보텀압(Pb)은 버킷(407)이 짐을 싣지 않은 경우보다도 값이 커진다. 그 때문에, 컨트롤러(50)에 있어서, 목표 차압(Prefs1)보다도 큰 목표 차압(Prefs2)이(Prefs2>Prefs1), 제 1 압력 검출기(51)로 검출된 보텀압(Pb)에 따라 산출된다(도 11에 있어서의 단계 S1).
따라서, 버킷(407)의 짐을 들어 올리는 것에 의해 프론트 작업기(404)에 하중이 걸리고 있으면서, 또한 어큐뮬레이터(300)가 축압가능한 상태에 있어서, 공중에서 붐 하강 동작을 행할 경우에도, 붐 실린더(3)는 목표 차압(Prefs2)으로 결정되는 실린더 속도로 동작한다.
이 때, 상기 서술한 바와 같이, 목표 차압(Prefs2)은, 짐을 싣지 않은 경우의 목표 차압(Prefs1)보다도 크므로(Prefs2>Prefs1), 유량 제어 밸브(6)의 위치(d)측의 미터 아웃 스로틀(6do)을 통과하는 유량은 커져, 붐 실린더(3)의 실린더 속도는 빨라진다.
이와 같이, 붐 실린더(3)에 걸리는 하중의 증가에 따라, 붐 실린더(3)의 실린더 속도도 빨라지기 때문에, 어큐뮬레이터(300)를 구비한 유압 구동 장치(5B)여도, 제 1 실시형태나 제 2 실시형태와 마찬가지로, 무거운 짐을 가지고 있는 경우에는 짐을 싣지 않은 때보다도 빠르게 프론트 작업기(404)가 낙하된다고 하는 오퍼레이터의 일반적인 인식에 따른 조작성을 가지게 할 수 있다.
다음으로, (d) 버킷(407)의 짐을 들어 올리는 것에 의해 프론트 작업기(404)에 하중이 걸리고 있으면서, 또한 어큐뮬레이터(300)가 충분하게 축압되어 있는 상태에 있어서, 공중에서 붐 하강 동작을 행할 경우, 본 실시형태의 (c)의 경우와 마찬가지로, 보텀압(Pb)은 버킷(407)이 짐을 싣지 않은 경우보다도 값이 커진다. 그 때문에, 컨트롤러(50)에 있어서, 목표 차압(Prefs1)보다도 큰 목표 차압(Prefs2)이(Prefs2>Prefs1), 제 1 압력 검출기(51)로 검출된 보텀압(Pb)에 따라 산출된다(도 11에 있어서의 단계 S1).
따라서, 버킷(407)의 짐을 들어 올리는 것에 의해 프론트 작업기(404)에 하중이 걸리고 있으면서, 또한 어큐뮬레이터(300)가 충분하게 축압되어 있는 상태에 있어서, 공중에서 붐 하강 동작을 행할 경우에도, 붐 실린더(3)는 목표 차압(Prefs2)으로 결정되는 실린더 속도로 동작한다.
이 때, 본 실시형태의 (c)의 경우와 마찬가지로, 목표 차압(Prefs2)은, 짐을 싣지 않은 경우의 목표 차압(Prefs1)보다도 크므로(Prefs2>Prefs1), 유량 제어 밸브(6)의 위치(d)측의 미터 아웃 스로틀(6do)을 통과하는 유량은 커져, 붐 실린더(3)의 실린더 속도는 빨라진다.
이와 같이, 본 실시형태의 (d)의 경우도 (c)의 경우와 마찬가지로, 붐 실린더(3)에 걸리는 하중의 증가에 따라, 붐 실린더(3)의 실린더 속도도 빨라지기 때문에, 어큐뮬레이터(300)를 구비한 유압 구동 장치(5B)여도, 무거운 짐을 가지고 있는 경우에는 짐을 싣지 않은 때보다도 빠르게 프론트 작업기(404)가 낙하된다고 하는 오퍼레이터의 일반적인 인식에 따른 조작성을 가지게 할 수 있다.
다음으로, (e) 붐 하강 동작 시에 있어서, 붐 실린더(3)의 로드실(3b)에 중부하가 생긴 경우(기체 들어 올림 동작을 행할 경우), 보텀압(Pb)은, 버킷(407)이 짐을 싣지 않은 경우보다도 값이 작아진다. 그 때문에, 컨트롤러(50)에 있어서, 목표 차압(Prefs1)보다도 작은 목표 차압(Prefs3)이(Prefs3<Prefs1), 제 1 압력 검출기(51)로 검출된 보텀압(Pb)에 따라 산출된다(도 11에 있어서의 단계 S1).
이와 같이, 붐 하강 동작 시에 있어서, 붐 실린더(3)의 로드실(3b)에 중부하가 생기고 있을 경우, 보텀압(Pb)은 작게 되어 있으므로, 미터 아웃 스로틀(6do)의 하류압(Pz)도 작아져, 항상, Pd=Pref3-(Pb-Pz)(>0)이 된다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 단계 S4B에 있어서 제 1 차압 제어 밸브(221)가 전체 개방하는 방향으로 스트로크하고, 단계 S6A에 있어서 제 2 차압 제어 밸브(222)가 개구하는 방향으로 스트로크한다. 이에 의해, 배출유가 탱크(20)로 배출된다.
따라서, 붐 하강 동작 시에 부하가 생긴 경우에도, 배출유를 탱크(20)로 배출하도록 제 1 차압 제어 밸브(221) 및 제 2 차압 제어 밸브(222)가 작동하므로, 기체 들어 올림 동작을 행할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명하였다. 또한, 본 발명은 상기한 실시형태로 한정되는 것이 아니며, 여러가지 변형예가 포함된다. 예를 들면, 상기한 실시형태는 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위하여 상세하게 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것으로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 실시형태의 구성의 일부를 다른 실시형태의 구성으로 치환하는 것이 가능하며, 또한, 본 실시형태의 구성에 다른 실시형태의 구성을 추가하는 것도 가능하다. 또한, 본 실시형태의 구성의 일부에 대해서, 다른 구성의 추가·삭제·치환을 하는 것이 가능하다.
예를 들면, 상기 실시형태에서는, 붐 실린더(3)의 유압 구동 장치(5,5A,5B)에 대해서 설명했지만, 이로 한정하는 것이 아니며, 예를 들면 아암 실린더(408), 버킷 실린더(409), 및 그 외의 유압 액추에이터 등에 적용하여도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 붐 실린더(3)의 보텀실(3a)로부터 배출된 압유에 대해서 차압 제어를 행하고 있었지만, 이로 한정하는 것이 아니며, 예를 들면 본 발명을 아암 실린더(408)에 적용하는 것 같은 경우에 있어서는, 로드실이 받는 중력에 의한 부하를 조정하기 위해, 로드실로부터 배출된 압유에 대해서 차압 제어를 행하는 것도 가능하다.
또한, 상기 실시형태에서는, 유압 구동 장치(5,5A,5B)는 유압 셔블(400)에 적용되었지만, 이로 한정하는 것이 아니며, 예를 들면 휠 로더 등의 작업 기계에 적용하여도 된다.
3 : 붐 실린더(유압 액추에이터)
3a : 보텀실
5,5A,5B : 유압 구동 장치
6 : 유량 제어 밸브
20 : 탱크
30 : 파일럿 펌프
51 : 제 1 압력 검출기
52 : 제 2 압력 검출기
60 : 모드 조정기(조정기)
70 : 전자 비례 감압 밸브(감압 밸브)
101 : 메인 펌프(유압 펌프)
201,211,221 : 제 1 차압 제어 밸브
201a : 제 1 수압실
20lb : 제 2 수압실
202,212,222 : 제 2 차압 제어 밸브
211c,212c : 제 3 수압실
300 : 어큐뮬레이터(축압기)
400 : 유압 셔블(작업 기계)
Aa : 제 1 수압 면적
Ab : 제 2 수압 면적

Claims (5)

  1. 유압 펌프와, 상기 유압 펌프로부터 공급되는 압유에 의해 구동하는 유압 액추에이터와, 상기 유압 액추에이터로부터의 리턴 오일을 저류하는 탱크와, 상기 유압 액추에이터로부터 배출되는 압유의 흐름을 제어하기 위한 유량 제어 밸브와, 상기 유압 액추에이터의 보텀실로부터 배출되어, 상기 유량 제어 밸브를 개재하여 상기 탱크를 향하여 흐르는 압유를 축압하는 축압기를 구비한 작업 기계의 유압 구동 장치에 있어서,
    상기 유압 액추에이터와 상기 축압기의 사이에 배치되며, 상기 유압 액추에이터로부터 배출되는 압유에 대해서, 상기 유량 제어 밸브의 상류압과 하류압의 차압이 소정의 목표 차압이 되도록 제어하는 제 1 차압 제어 밸브와,
    상기 축압기와 상기 탱크의 사이에 배치되며, 상기 유압 액추에이터로부터 배출되는 압유에 대해서, 상기 유량 제어 밸브 및 상기 제 1 차압 제어 밸브를 포함시킨 상류압과 하류압의 차압이 상기 소정의 목표 차압이 되도록 제어하는 제 2 차압 제어 밸브를 가지며,
    상기 제 1 차압 제어 밸브 및 상기 제 2 차압 제어 밸브는 각각, 상기 유압 액추에이터로부터 배출되는 압유의 압력의 증가에 따라 상기 소정의 목표 차압이 커지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 유압 구동 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 차압 제어 밸브는, 상기 유량 제어 밸브의 상류압이 작용되는 제 1 수압실과, 상기 유량 제어 밸브의 하류압이 작용되는 제 2 수압실을 가지는 압력 보상 밸브이며,
    상기 제 2 차압 제어 밸브는, 상기 유량 제어 밸브 및 상기 제 1 차압 제어 밸브를 포함시킨 상류압이 작용되는 제 1 수압실과, 상기 유량 제어 밸브 및 상기 제 1 차압 제어 밸브를 포함시킨 하류압이 작용되는 제 2 수압실을 가지는 압력 보상 밸브이며,
    상기 제 1 차압 제어 밸브의 제 1 수압실의 제 1 수압 면적은, 상기 제 1 차압 제어 밸브의 제 2 수압실의 제 2 수압 면적보다도 작고,
    상기 제 2 차압 제어 밸브의 제 1 수압실의 제 1 수압 면적은, 상기 제 2 차압 제어 밸브의 제 2 수압실의 제 2 수압 면적보다도 작은 것을 특징으로 하는 작업 기계의 유압 구동 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 차압 제어 밸브는, 상기 유량 제어 밸브의 상류압이 작용되는 제 1 수압실과, 상기 유량 제어 밸브의 하류압이 작용되는 제 2 수압실을 가지는 압력 보상 밸브이며,
    상기 제 2 차압 제어 밸브는, 상기 유량 제어 밸브 및 상기 제 1 차압 제어 밸브를 포함시킨 상류압이 작용되는 제 1 수압실과, 상기 유량 제어 밸브 및 상기 제 1 차압 제어 밸브를 포함시킨 하류압이 작용되는 제 2 수압실을 가지는 압력 보상 밸브이며,
    1차측이 파일럿 펌프에 접속되고, 2차측이 상기 제 1 차압 제어 밸브의 제 2 수압실과 같은 방향으로 압력을 작용시킬 수 있는 상기 제 1 차압 제어 밸브의 제 3 수압실, 및 상기 제 2 차압 제어 밸브의 제 2 수압실과 같은 방향으로 압력을 작용시킬 수 있는 상기 제 2 차압 제어 밸브의 제 3 수압실의 각각에 접속된 감압 밸브를 더 구비하고,
    상기 감압 밸브는, 상기 유압 액추에이터로부터 배출되는 압유의 압력의 증가에 따라 2차측에의 출력압을 증가시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 유압 구동 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 감압 밸브의 2차측에의 출력압의 증가량을, 상기 유압 액추에이터로부터 배출되는 압유의 압력의 증가에 따라 변화시키는 조정기를 더 구비한 것을 특징으로 하는 작업 기계의 유압 구동 장치.
  5. 유압 펌프와, 상기 유압 펌프로부터 공급되는 압유에 의해 구동하는 유압 액추에이터와, 상기 유압 액추에이터로부터의 리턴 오일을 저류하는 탱크와, 상기 유압 액추에이터로부터 배출되는 압유의 흐름을 제어하기 위한 유량 제어 밸브와, 상기 유압 액추에이터의 보텀실로부터 배출되어, 상기 유량 제어 밸브를 개재하여 상기 탱크를 향하여 흐르는 압유를 축압하는 축압기를 구비한 작업 기계의 유압 구동 장치에 있어서,
    상기 유량 제어 밸브의 상류압을 검출하는 제 1 압력 검출기와,
    상기 유량 제어 밸브의 하류압을 검출하는 제 2 압력 검출기와,
    상기 유량 제어 밸브와 상기 축압기의 사이에 배치된 제 1 차압 제어 밸브와,
    상기 유량 제어 밸브와 상기 탱크의 사이에 배치된 제 2 차압 제어 밸브를 가지고,
    상기 제 1 차압 제어 밸브 및 상기 제 2 차압 제어 밸브는 각각, 상기 유압 액추에이터로부터 배출되는 압유에 대해서, 상기 제 1 압력 검출기로 검출된 상류압과 상기 제 2 압력 검출기로 검출된 하류압의 차압이 소정의 목표 차압이 되도록 제어하는 전자 비례 밸브이며,
    상기 소정의 목표 차압은, 상기 유압 액추에이터로부터 배출되는 압유의 압력의 증가에 따라 커지도록 설정되는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 유압 구동 장치.
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