CN106574642B - 工程机械的液压控制装置 - Google Patents

Abstract

具备控制相对于臂缸(4)的压力油的给排的控制阀(31)、控制控制阀(31)的阀柱位置的操作杆(6)、供从臂缸排出的压力油流动的出口流道(34)、设于该出口流道上的可变节流件(23a)、用于检测作为由于外力而施加在臂缸的负荷且作为与该臂缸的动作方向相同方向的负荷的负的负荷的大小的压力传感器(41、42)、根据由压力传感器(41、42)的检测值计算出的负的负荷的大小的增加而减小可变节流件(23a)的开口面积的控制器(45)。

Description

工程机械的液压控制装置

技术领域

本发明涉及具备液压驱动器的工程机械的液压控制装置。

背景技术

液压挖掘机等工程机械一般具备液压泵、由从该液压泵排出的压力油驱动的液压驱动器以及控制对该液压驱动器的压力油的给排的流量控制阀。例如，在液压挖掘机的情况下，液压驱动器是驱动前作业装置的动臂的动臂缸、驱动臂的臂缸、驱动铲斗的铲斗缸、用于使旋转体旋转的旋转液压马达以及用于使行驶体行驶的行驶液压马达等，相对于各个驱动器设置流量控制阀。另外，各流量控制阀具有入口节流件和出口节流件，利用入口节流件控制从液压泵向该液压驱动器供给的压力油的流量，利用出口节流件控制从该液压驱动器向箱外排出的压力油的流量。

在如上那样具备液压驱动器的工程机械中，有时液压驱动器的支撑对象物(例如如果是臂缸，则臂及铲斗(附件)成为主要的支撑对象)的自重作为与该液压驱动器的动作方向相同方向的负荷(以下有时称为“负的负荷”)起作用，产生该液压驱动器的动作速度增加、或者由此由于入口侧的压力油的流量不足而产生换气(气穴)现象，有时操作性恶化。

关于这种问题，专利文献1的发明公开了构成为使先导可变开口阀介于从液压缸的杆侧管道分支并与箱体连接的出口管道，控制该先导可变开口阀的开口的宽窄的回路。在该回路中，在由于对臂缸来说为重量负荷的臂及铲斗的自重而产生该臂缸的动作速度增加的倾向(自重降下倾向)时，能通过对先导可变开口阀的开口进行节流而防止杆侧油室的保持压力的下降，从而抑制其自重下降。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-177402号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，工程机械的液压驱动器的支撑对象物的重量变化的情况多。例如，有时由于安装于液压挖掘机的前作业装置的前端(臂的前端)的附件(作业工具)的更换，重量变化。在液压挖掘机中利用的附件除了标准铲斗外，存在大型铲斗、粉碎机以及小切割机、重量不同的多种物体，普遍重量比标准铲斗重。因此，在开发时假想安装了标准铲斗的状态，调整臂缸的出口节流件的开口面积的液压挖掘机中，在代替标准铲斗，安装对于用户来说其他重量重的附件的情况下，当使其前作业装置的臂在比地面靠上接地时，产生臂和附件的合计重量比安装了标准铲斗的状态增加从而臂缸的速度比安装了标准铲斗的状态快、或者由于出口侧的压力油的流量不足而产生换气(气穴)现象，有时操作性恶化。

作为鉴于这一点的方法，考虑假想安装了比标准铲斗重的附件的状态，将臂缸的出口节流件的开口面积的特性调整为比在标准铲斗中最适的特性小的值。但是，若在这样调整后的液压挖掘机安装标准铲斗并进行臂接地操作，则产生比对产生克服标准铲斗和臂的重量负荷的力必要的出口压力损失(在上述最适值的压力损失)高的压力损失，因此能量损失增加。

另外，为了防止臂缸的延伸速度的增加、换气现象的产生(以下有时称为“换气现象等”)必要的臂缸的杆侧的压力(即出口压力损失)不仅根据各附件的重量，还根据臂缸支撑的臂相对于水平面的角度(姿势)变化。例如，在从利用臂缸将臂保持为在空中大致水平的状态(使此时的臂角度为零)使臂缸伸长，以动臂前端的转动轴为中心向液压挖掘机主体侧接地时，在臂缸的伸长开始不久之后，臂等的自重对臂缸施加的负的负荷相对大，因此，相对于对于防止换气等而需要提高杆侧的压力，在臂缸伸长而臂接近垂直的状态下，臂的重量的大部分被动臂支撑，臂等的自重对臂缸施加的负的负荷相对小，因此，即使杆侧压力比伸长开始不久之后变低，也能防止换气现象等。

这样在液压挖掘机中，有时臂缸的杆支撑的对象物(主要为臂、附件)的自重作为负的负荷作用在杆上并产生杆伸长方向的缸推力，但若该支撑对象物的姿势、重量(即臂的姿势、附件等的重量)变化，则作用在该臂缸上的负的负荷(该杆伸长方向的缸推力)的大小变化，因此，对防止换气现象等必要的杆侧的压力也变化。即，即使以具有某重量的支撑对象物的姿势为基准设计臂缸的出口节流件的开口面积，如果该支撑对象物的重量或姿势变化，则从该基准偏离，因此，无法使能量损失最小化。这种问题不仅在上述的臂接地操作，即使在利用铲斗缸的铲斗接地操作、利用旋转液压马达的旋转操作等、其他的液压驱动器的操作中也同样产生。

本发明的目的在于提供在具备液压驱动器的工程机械中，即使由于该液压驱动器的支撑对象物的重量、姿势的变化，该支撑对象物作用在该液压驱动器的负的负荷的大小变化，也能根据该负的负荷的变化，减小出口损失的工程机械的液压控制装置。

用于解决课题的方法

为了实现上述目的，本发明的工程机械的液压控制装置具备由从液压泵排出的压力油驱动的液压驱动器、根据阀柱位置控制相对于该液压驱动器的压力油的给排的控制阀、根据操作量以及操作方向控制该控制阀的阀柱位置的操作装置、供从上述液压驱动器排出的压力油流动的一个或多个出口流道、设于上述一个出口流道的至少一个可变节流件或设于上述多个出口流道的各个的至少一个可变节流件、检测作为由于外力而施加在上述液压驱动器的负荷且作为与该液压驱动器的动作方向相同方向的负荷的负的负荷的大小的负荷检测器以及控制装置，在上述可变节流件为一个的情况下，该控制装置根据由上述负荷检测器检测出的负的负荷的大小的增加而减小该一个可变节流件的开口面积，在上述可变节流件为多个的情况下，该控制装置根据由上述负荷检测器检测出的负的负荷的大小的增加而减小该多个可变节流件的开口面积的合计值。

发明效果

根据本发明，即使液压驱动器的支撑对象物的重量、姿势变化，也能根据该支撑对象物作用在该液压驱动器的负的负荷的大小的变化，减小出口损失。

附图说明

图1是在本发明的各实施方式中共通的液压挖掘机的侧视图。

图2是示意地表示本发明的第一实施方式的液压控制装置中、臂缸的控制的液压回路部分的图。

图3是本发明的第一实施方式的出口节流件23a的计量特性。

图4是表示本发明的第一实施方式的控制器45具备的处理功能的功能方框图。

图5是表示本发明的比较例的液压控制装置的臂缸的液压回路部分的图。

图6是将臂从在空中接近水平的角度接地至铅垂时的臂的角度与臂缸的推力的关系图。

图7是臂角度与出口节流件23a的目标开口面积的关系图。

图8是示意地表示本发明的第二实施方式的液压控制装置中、臂缸4的控制的液压回路部分的图。

图9是本发明的第二实施方式的出口控制阀52以及流量控制阀31的行程与开口面积的关系图。

图10是表示本发明的第二实施方式的控制器45A具备的处理功能的功能方框图。

图11是使臂312从在空中接近水平的角度接地至铅垂时的臂角度与臂缸4的推力的关系图。

图12是臂角度与出口节流件52a的目标开口面积的关系图。

图13是示意地表示本发明的第三实施方式的液压控制装置中、臂缸4的控制的液压回路部分的图。

具体实施方式

首先，在说明本发明的实施方式前，说明本发明的实施方式的工程机械的液压控制装置所含的主要特征。

(1)后述的本发明的实施方式的工程机械(例如液压挖掘机)的液压控制装置具备由从液压泵排出的压力油驱动的液压驱动器、根据阀柱位置控制对该液压驱动器的压力油的给排的控制阀、根据操作量以及操作方向控制该控制阀的阀柱位置的操作装置、供从上述液压驱动器排出的压力油流动的一个或多个出口流道、设于上述一个出口流道的至少一个可变节流件或设于上述多个出口流道的各个的至少一个可变节流件、检测作为由于外力而施加在上述液压驱动器的负荷且作为与该液压驱动器的动作方向相同方向的负荷的负的负荷的大小的负荷检测器、根据由上述负荷检测器检测出的负的负荷的大小的增加减小在上述可变节流件的数量为一个的情况下该一个可变节流件的开口面积、在上述可变节流件的数量为多个的情况下该多个可变节流件的开口面积的合计值的控制装置。

(2)在这样构成的液压控制装置中，外力(例如上述液压驱动器的支撑对象物的重量)施加在上述液压驱动器上的负的负荷(作为上述液压驱动器的驱动力相加的负荷)的大小由上述负荷检测器检测，并且，通过上述控制装置以由该负荷检测器检测出的负的负荷的大小越增加，上述一个可变节流件的开口面积或上述多个上述可变节流件的开口面积的合计值越减小的方式控制上述一个或多个可变节流件的开口面积，将上述一个可变节流件的开口面积或上述多个上述可变节流件的开口面积的合计值适当设定为适于上述负的负荷的大小的值。由此，即使上述支撑对象物的重量、姿势变化，该负的负荷的大小变化，上述一个可变节流件的开口面积或上述多个上述可变节流件的开口面积的合计值也根据该负的负荷的大小每次设定为适于防止换气现象等的值，因此，能避免多余的出口损失的产生，减小能量损失。

上述液压驱动器包括液压缸以及液压马达等，但作为其典型的部件，相当于液压挖掘机中的臂缸、铲斗缸(均为液压缸)。例如，臂缸作为上述支撑对象物具备安装于该臂的前端的附件(例如铲斗)，尤其在臂缸进行伸长动作的情况下(臂接地时)，有时根据该臂的姿势、该附件的重量，上述负的负荷变化，因此，在该情况下，本发明发挥效果。

另外，作为上述负荷检测器的具体例子，具有分别设置于用于相对于上述液压驱动器的压力油的给排的两个流道，检测该两个流道内的压力油的压力值的合计两个压力传感器(例如后述的压力传感器41、42)。基于该两个压力传感器分别计算作用于上述液压驱动器中的压力油供给侧和压力油排出侧的力，能根据该两个力的差检测负的负荷的大小。例如，如果上述液压驱动器是液压缸的情况下，则具备检测该液压缸的底侧液压室的压力的第一压力传感器和检测该液压缸的杆侧液压室的压力的第二压力传感器，能根据该两个压力传感器的检测值、该底侧液压室中的活塞的受压面积值以及该杆侧液压室中的活塞的受压面积值计算负的负荷的大小。

(2)在上述(1)中，优选在根据由上述负荷检测器检测出的负的负荷的大小的增加，上述一个可变节流件的开口面积或上述多个可变节流件的开口面积的合计值根据上述控制装置变化的范围中，在每个上述操作装置的操作量具有上限值和下限值，该上限值和下限值根据上述操作装置的操作量的增加而增加。

若这样根据上述操作装置的操作量的增加，使上述上限值和上述下限值增加，则将上述一个可变节流件的开口面积或上述多个可变节流件的开口面积的合计值调整为适于上述操作装置的操作量的值，因此，能实现根据上述操作装置的操作量的能量损失的减少。

(3)在上述(2)中，“上述一个出口流道”是在上述液压驱动器在与上述负的负荷相同方向上进行动作时，供从该液压驱动器排出的压力油流动的流道，是在上述控制阀内通过的第一流道(例如后述的驱动器线34)，“上述至少一个可变节流件”是设于该第一流道中的上述控制阀内的第一可变节流件(例如后述的出口节流件23a)，“上述控制装置”优选通过根据由上述负荷检测器检测出的负的负荷的大小的增加，改变上述控制阀的阀柱位置，减小上述第一可变节流件的开口面积。

若采用通过这样根据上述负的负荷的大小，使上述控制阀的阀柱位置变化，控制上述控制阀内的上述第一可变节流件的开口面积的结构，则改进具备控制阀的通常的工程机械实现本发明的结构容易，能抑制追加的部件的数量，不会导致液压控制装置的大型化。

通常的工程机械的控制阀的阀柱位置基于根据操作装置的操作量输出的操作信号(在液压挖掘机的情况下，根据操作杆操作量减压并输出至控制阀的先导压力)进行控制，因此，在采用本发明的结构的情况下，考虑根据上述负的负荷的大小适当修正该操作信号的结构。作为修改该操作信号的机构，例如能利用根据负的负荷的增加对从操作杆输出的先导压力进行减压的比例减压阀(例如电磁比例减压阀(后述的电磁比例阀44))，能追加设置该比例减压阀，伴随负的负荷的增加，上述第一可变节流件的开口面积减小。

(4)在上述(2)中，“上述多个出口流道”是在上述液压驱动器在与上述负的负荷相同方向进行动作时，供从该液压驱动器排出的压力油流动的流道，在上述控制阀内通过的第一流道(例如后述的驱动器线34)和是在上述液压驱动器在与上述负的负荷相同方向进行动作时，供从该液压驱动器排出的压力油流动的流动，从上述第一流道的中途分支的第二流道(例如后述的出口分支线51)，“至少一个设置于上述多个出口流道的各个的可变节流件”是设于上述第一流道中的上述控制阀内且开口面积根据上述操作装置的操作量增加的第一可变节流件(例如后述的出口节流件23a)和设于上述第二流道且开口面积根据从液压源输出的先导压力的增加而增加的第二可变节流装置(例如后述的出口节流件52a)，“上述控制装置”可以构成为，通过根据由上述负荷检测器检测出的负的负荷的大小的增加，减小上述第二可变节流件的开口面积，根据由上述负荷检测器检测出的负的负荷的大小的增加而减小上述第一可变节流件和上述第二可变节流件的开口面积的合计值。

若这样构成，则能利用上述第一可变节流件和上述第二可变节流件的开口面积的合计值进行控制，因此，与只利用上述第一可变节流件控制开口面积的(3)的情况相比，能扩大开口面积的控制范围。例如，在来自上述液压驱动器的出口流量相对多的大型的工程机械中，这样开口面积的控制范围大的方法有设计上的优点。

(5)在上述(4)中，作为“相对于上述第二可变节流装置的先导压力的上述液压源”，可以利用先导泵的排出压力(一次压力)，也可以利用输出通过对该先导泵的排出压力进行减压而得到的先导压力(二次压力)的上述操作装置。在该情况下，尤其若利用前者的“先导泵”，则能确保比利用该先导泵的二次压力的后者的情况相比更宽的控制范围。

下面，使用附图说明本发明的实施方式。图1是在以下说明的各实施方式中共通的液压挖掘机301的侧视图。该图所示的液压挖掘机301具备一根多关节型的前作业装置A、具备左右一对的履带302a、302b的行驶体303、能旋转地安装于行驶体303的上部的旋转体304。

在行驶体303上搭载驱动履带302a、302b的行驶液压马达318a、318b。在旋转体304中央部具备使旋转体304旋转的旋转液压马达319。在旋转体304的前方左侧设置收纳了操作杆(操作装置)6(参照图2)的驾驶室305。在旋转体304前方中央部安装作业装置A。

作业装置A具备能上下摆动自如地安装于设在旋转体304的前方中央部的动臂脚(未图示)的动臂310、在前后方向上摆动自如地安装于动臂310的前端的臂312以及作为能上下转动自如地安装于臂312的前端的作业工具(附件)的铲斗314。

另外，作业装置A具有连结于动臂脚和动臂310且使动臂310在上下方向上摆动的动臂缸(液压缸)311、连结于动臂310和臂312且使臂312在上下方向上摆动的臂缸(液压缸)4、连结于臂312和作业工具314且使铲斗314在上下方向上转动的铲斗缸(液压缸)315。即，作业装置A由这些各液压缸311、4、315驱动。

后述的“臂接地”是通过使臂缸4伸长，臂312以由动臂310形成的支撑轴(转动轴)为中心绕图1中的逆时针转动的动作，“铲斗接地”是通过使铲斗缸315伸长而使铲斗314以由臂形成的支撑轴为中心绕图1中的逆时针转动的动作。

铲斗314根据工程机械301的作业内容，除了在图中表示的铲斗之外，能任意地更换为探锚、刀具、破碎机、其他的附件的任一个。

图2是示意地表示本发明的第一实施方式的液压控制装置中、臂缸4的控制的液压回路部分的图。在图2中，本实施方式的液压控制装置具备原动机(例如发动机、电动马达)1、由该原动机1驱动的液压泵2、与液压泵2的排出线(排出流道)3连接且具有根据阀柱位置控制相对于臂缸4的压力油的给排(压力油的流量以及方向)的臂312用的流量控制阀(控制阀)31的阀装置5以及作为用于根据操作量以及操作方向控制控制阀31的阀柱位置的臂312用的操作装置的操作杆6。

液压泵2是可变容量型，具有推开容积可变部件、例如斜板2a，斜板2a以随着液压泵2的排出压力变高而减小容量的方式由马力控制驱动器2b控制。

流量控制阀31是在中立位置A使泵排出流量通过中心分支线32流向箱体的中心分支型，中心分支部21位于中心分支线32上。中心分支线32将上游侧连接于液压泵2的排出线3，将下游侧连接于箱体33。另外，流量控制阀31具有泵口31a、箱体口31b以及驱动器口31c、31d，泵口31a连接于中心分支线32，箱体口31b连接于箱体33，驱动器口31c、31d通过驱动器线34、35连接于臂缸4的底侧和杆侧。

操作杆6具有杆部36和内置了一对减压阀(未图示)的先导压力发生部37。先导压力发生部37通过先导线38、39连接于流量控制阀31的先导压力受压部31e、31f。当由搭乘于驾驶室305的操作员对杆部36进行操作时，指令先导压力发生部37根据其操作方向使一对减压阀的一方进行动作，将根据杆部36的操作量的先导压力向先导线38、39的一方输出。

在此，流量控制阀31作为阀柱的切换位置具有中立位置A、切换位置B以及切换位置C。通过操作杆6由操作员进行臂接地操作，当通过先导线38对图中左侧的受压部31e施加先导压力，则流量控制阀31如图2所示切换至切换位置B。此时，驱动器线35为入口侧的流道(入口流道)，驱动器线34为出口侧的流道(出口流道)，向臂缸4的底侧供给压力油，臂缸4伸长且进行臂接地动作。另一方面，进行臂卸载操作，若通过先导线39对图中右侧的受压部31f施加先导压力，则流量控制阀31切换至图示右侧的位置C。此时，驱动器线34为入口流道，驱动器线35为出口流道，向臂缸4的杆侧供给压力油，臂缸4收缩而进行臂卸载动作。

另外，流量控制阀31具有作为开口面积根据阀柱位置变化的可变节流件起作用的入口节流件22a、22b以及出口节流件23a、23b。例如，在流量控制阀31位于切换位置B时，利用入口节流件22a控制向臂缸4供给的压力油的流量，利用出口节流件23a控制来自臂缸4的返回油的流量。另一方面，在流量控制阀31位于切换位置C时，利用入口节流件22b控制向臂缸4供给的压力油的流量，利用出口节流件23b控制来自臂缸4的返回油的流量。

图3表示本实施方式的出口节流件23a的计量特性。图3中的实线A表示向本实施方式的流量控制阀31施加臂接地先导压力时的出口节流件23a的计量特性。另一方面，虚线B表示在后述的比较例(参照图5)的流量控制阀31施加臂接地先导压力时的出口节流件23a的计量特性。详细将于后述，该比较例的液压控制装置作为安装于臂的前端的附件假想最重的附件(至少比标准铲斗重)的情况，设计臂接地先导压力和出口节流件23a的开口面积的关系。

本实施方式的出口节流件23a的计量特性、即流量控制阀31的行程与开口面积的关系如实线A所示，以开口面积随着操作杆6的行程(臂接地先导压力)增大而增大，并且与比较例(虚线B)的出口节流件23a相比在相同的臂接地先导压力下变大的方式设定。

返回图2，本实施方式的液压控制装置作为其特征的结构具有安装于驱动器线35且检测臂缸4的底侧的压力的压力传感器41、安装于驱动器线34且检测臂缸4的杆侧的压力的压力传感器42、安装于先导线38且检测从操作杆6输出的臂接地先导压力(即臂接地操作时的操作杆6的操作量)的压力传感器43、配置于先导线38且根据指令电流值控制向流量控制阀31的受压部31e输出的先导压力的电磁比例阀44、输入压力传感器41、压力传感器42以及压力传感器43的检测信号进行预定的运算处理且向电磁比例阀44输出指令电流的控制器(控制装置)45。

图4以功能方框图表示控制器45具备的处理功能。控制器45具有臂缸推力运算部45a、出口开口运算部45b以及螺旋管电流运算部45c。

臂缸推力运算部45a输入来自压力传感器41的臂缸底压力、来自压力传感器42的臂缸杆压力，基于这些压力值和作为预定值的臂缸4的底受压面积和杆受压面积运算臂缸4的推力。具体地说，臂缸推力运算部45a从臂缸4的底侧的压力和受压面积的积减去臂缸4的杆侧的压力和受压面积的积，运算臂缸4的推力。臂缸推力运算部45a运算所得的臂缸4的推力向出口开口运算部45b输出。另外，在臂缸推力运算部45a，压力传感器41和压力传感器42用作用于检测作用在臂缸4的负荷的大小的负荷检测器。

出口开口运算部45b使用图4中所示的图表，运算根据由臂缸推力运算部45a计算出的臂缸4的推力和来自压力传感器43的臂接地先导压力的出口节流件23a的目标开口面积。

螺旋管电流运算部45c运算根据由出口开口面积运算部45b计算出的出口节流件23a的目标开口面积的螺旋管电流值，将具有该电流值的指令电流作为电磁比例阀44的控制信号输出。

臂缸推力运算部45a将由在臂缸4的伸长时(臂接地时)施加在臂缸4上的外力产生的负荷作为臂缸4的推力计算。臂缸推力运算部45a是由在臂接地时施加在臂缸4上的外力产生的负荷，与臂缸4的伸长方向相反方向的负荷(正的负荷)作用在臂缸4上时，将臂缸4的推力作为正的值运算。作为臂接地时的正的负荷，例如具有在挖掘作业时等地面等挖掘对象通过附件314以及臂312作用在臂缸4上的力。另一方面，当由在臂接地时施加在臂缸4上的外力产生的负荷且与臂缸4的伸长方向相同方向的负荷(负的负荷)作用在臂缸4，则将臂缸4的推力作为负值运算。作为臂接地时的负的负荷，例如具有作为臂缸4的支撑对象物的臂312以及附件314等的重量作用在臂缸4上的负荷(重量负荷)。

出口开口运算部45b如图4的图表所示，首先，在臂缸4的推力为正值时，不论其推力大小如何，均将出口节流件23a的目标开口面积对每个臂接地先导压力保持为所设定的恒定值。另一方面，在臂缸4的推力为负值时，随着其推力的大小从零变大，使出口节流件23a的目标开口面积从预定值(f1)单调减小，若推力的大小继续增加且到达其他预定的值(f2)，则将出口节流件23a的目标开口面积对每个臂接地先导压力设定为所设定的恒定值。

因此，如果考虑是臂接地先导压力恒定的情况，则出口节流件23a的目标开口面积以(1)在臂缸4的推力为正值时、零时以及负值且小于f1时取上限值，(2)在臂缸4的推力为负值，在f1到f2的范围，伴随推力的大小的增加而逐渐减小，(3)在臂缸4的推力超过f2的范围取下限值的方式设定。

另外，如图4的图表所示，对每个操作杆6的操作量(臂接地先导压力)设定的出口节流件23a的目标开口面积的上限值以及下限值以随着臂接地先导压力下降而减小的方式设定。即，以根据操作杆6的操作量的增加，该上限值以及该下限值增加的方式设定。该上限值以及下限值的最大值相当于图3的实线A所示的计量特性，其最小值相当于图3的虚线B所示的计量特性。

另外，在图4所示的例子中，对出口节流件23a的目标开口面积变化的臂缸推力的范围从f1到f2，将这些作为相对于全部的臂接地先导压力的共通事项的情况进行说明，但该事项对本发明不是必须，因此，可以对每个臂接地先导压力使出口节流件23a的目标开口面积变化的臂缸推力的范围变化。

接着，一边将本实施方式的液压挖掘机的动作与比较例进行比较一边进行说明。图5是表示比较例的液压控制装置的臂缸的液压回路部分的图。另外，在以下，关于言及在图5的比较例和图2的实施方式共通的部分的情况下，使用相同的符号进行参照，并省略说明。在该图所示的比较例的液压控制装置中，与图2所示的本实施方式相比，未设置压力传感器41、压力传感器42、压力传感器43、电磁比例阀44以及控制器45，假想作为安装于臂312的前端的附件安装了最重的附件(至少比标准铲斗重)的情况，设计臂接地先导压力和出口节流件23a的开口面积的关系(计量特性)。即，出口节流件23a的开口面积不会根据臂缸推力的变化而变化。

在图5所示的比较例的液压控制装置中，为了使臂312在比地面靠上(即空中)接地，将臂用的流量控制阀31切换至图5的B位置。此时，流量控制阀31通过利用控制阀31的内部的出口节流件23a控制来自臂缸4的返回油的排出，控制臂缸4的伸长速度，并且防止由臂312的自由落下引起的换气现象(空穴)。即，通过对出口节流件23a的开口面积节流从而对出口侧的流道节流，使臂缸4的杆侧的压力上升，从而产生为了克服臂312和附件314的重量负荷而必要的力。在该比较例中，由于将比标准铲斗重的附件的重量作为基准设定出口节流件23a的开口面积，因此，即使将该附件安装于臂312，也不会产生臂缸4的速度变快或产生换气现象。

但是，在上述比较例中，在代替作为设计的基准的重的附件，安装标准铲斗并进行作业的情况下，由于相对于臂312和标准铲斗的重量负荷，臂缸4的杆侧的压力高，因此，为了使臂缸4的推力为与负荷平衡的大小，必须通过从液压泵2向臂缸4的底侧供给压力油而使底侧的压力上升，成为能量损失的原因。

相对于以上的比较例，在本实施方式的液压挖掘机中如下那样进行动作。首先，本实施方式的液压挖掘机如图4所示，利用臂缸推力运算部45a进行作用于臂缸4的负的负荷的检测以及其大小的运算。并且，由于根据该计算出的负的负荷的大小的增加而使出口节流件23a的开口面积减小的控制由出口开口运算部45b以及螺旋管电流运算部45c进行，因此，即使将附件314更换为重量不同的附件，也能选择与该更换后的附件314的重量相应的最适的出口节流件23a的开口面积。因此，根据本实施方式，即使臂缸4的支撑对象物(主要附件)的重量变化，也能根据该支撑对象物作用于臂缸4的负的负荷的大小的变化减小出口损失。

另外，在本实施方式中，采用通过除了底侧压力传感器41和杆侧压力传感器42，还使用先导压力传感器43的检测信号，根据操作杆6的操作量使缸推力和出口节流件23a的开口面积的关系变化的结构。(在图4的45b中，相当于使开口面积的控制范围变化)。由此，能够限制杆侧油室的保持压力的最大值，作为结果能抑制泵排出压力的过度上升，能够减小能量损失。

并且，在本实施方式中，不仅以附件314为代表的臂缸4的支撑对象物的重量变化，如下所述，即使根据臂312的角度(臂角度)的变化，也能选择最适的出口节流件23a的开口面积。

图6表示使臂312从在空中接近水平的角度接地至铅垂时的臂312的角度和臂缸4的推力的关系。在本实施方式中，使利用臂缸4将臂312保持为在空中大致水平的状态下的相对于水平面的臂的角度为零，在从该状态使臂缸4伸长并绕图1中的逆时针使臂312转动的情况下，臂角度增加。因此，例如在臂角度为90度的情况下，表示臂312相对于水平面保持为铅垂的状态。

图6中的实线A以臂缸4的推力表示安装了标准铲斗的情况下的负荷，虚线B表示以臂缸4的推力表示在臂312上安装了比标准铲斗重的附件的情况下的负荷。在任一个情况下，在臂角度接近零时，由于臂312和附件314的重量负荷，推力为负值，但随着从该状态进行臂接地且臂角度朝向90度(铅垂)增加，臂缸推力的大小减小，在铅垂附近变化为正值。

若这样使臂角度变化，则臂缸推力也变化，但根据利用该臂缸推力和图4的图表以出口开口运算部45b计算出口节流件23a的目标开口面积的本实施方式，根据臂角度，出口节流件23a的目标开口面积也变化。图7表示该情况下的臂角度和出口节流件23a的目标开口面积的关系。

在图7中，实线A表示安装了标准铲斗的情况下的出口节流件23a的目标开口面积，虚线B表示在臂312上安装了比标准铲斗重的附件的情况下的出口节流件23a的目标开口面积。如该图所示，根据本实施方式，即使相对于根据臂角度变化的负的负荷相对于臂缸的大小，也能最适地控制出口节流件23a的开口面积。

在图7中，在安装了标准铲斗的情况下(实线A的情况)，在臂角度接近零的状态下，对目标开口面积进行节流，但随着臂角度接近铅垂而增加，成为最大值。该最大值相当于图3的实线A所示的计量特性。另一方面，在安装了重的附件的情况下(虚线B的情况)，在臂角度接近零的角度下，目标开口面积为最小值，但臂角度随着接近铅垂而增加，成为最大值。在此的最小值相当于图3的虚线B所示的计量特性。

在比较例中，即使臂角度变化，出口节流件23a的开口面积也恒定，相对于此，在本实施方式中，根据臂312和附件314的重量负荷(负的负荷)的大小的增加，减小出口节流件23a的开口面积，因此，与比较例相比，能减小出口压力损失，能减小能量损失。

另外，在本实施方式中，采用通过除了底侧压力传感器41和杆侧压力传感器42之外，使用先导压力传感器43的检测信号，根据操作杆6的操作量(臂接地时的先导压力的大小)，使缸推力和出口节流件23a的开口面积的关系变化的结构。由此，杆侧油室的保持压力的最大值根据操作量被限制，作为结果能抑制泵排出压力的过度的上升，能根据操作杆6的操作量减小能量损失。

如上，根据本实施方式，即使臂缸4的支撑对象物(例如附件314、臂312)的重量、姿势变化，也根据该支撑对象物作用于臂缸4的负的负荷的大小，将出口节流件23a的开口面积控制为对臂接地操作时的换气现象的发生防止最适的值，因此，即使该负的负荷的大小变化，也能减小出口损失。另外，根据本实施方式，能不使液压控制装置从现有的装置过度地大型化地以简单的结构实现。

接着，对本发明的第二实施方式进行说明。另外，对与之前的各图共通的部分标注相同的符号，省略说明。图8是示意地表示本发明的第二实施方式的液压控制装置中、臂缸4的控制的液压回路部分。该图所示的液压控制装置具有出口控制阀52、用于进行出口控制阀52的阀柱位置的切换控制的电磁比例阀53以及控制器45A。

出口控制阀52配置在出口分支线51上。出口分支线51是从在臂接地时成为出口流道的驱动器线34的中途分支的流道，是到达箱体33的流道。出口分支线51的驱动器线34上的分支点位于从臂缸4到达流量控制阀31之间。

出口控制阀52是两口两位置阀，具有出口节流件52a和受压部52b。受压部52b与从用于输出臂接地指令的先导线38分支的信号压力线54连接。在信号压力线54上配置电磁比例阀53。电磁比例阀53根据由从控制器45A输出的指令电流决定的阀柱位置，对通过先导线38输入的臂接地先导压力进行减压，将其减压后的先导压力作为控制阀52的信号压力输出至受压部52b。

在第一实施方式中，通过根据负的负荷的大小只控制流量控制阀31内的出口节流件23a的开口面积，实现出口损失的减小，相对于此，在本实施方式中，通过根据负的负荷的大小控制流量控制阀31内的出口节流件23a的开口面积和出口控制阀52内的出口节流件52a的开口面积的合计值，实现出口损失的减小这方面是主要的特征，在本实施方式中，通过根据负的负荷的大小改变出口节流件52a的开口面积，控制两个节流件23a、52a的开口面积的合计值。

图9表示本实施方式的出口节流件52a以及出口节流件23a的计量特性、即出口控制阀52以及流量控制阀31的行程(阀柱位置)和开口面积的关系。图中，实线A表示在出口控制阀52上施加臂接地先导压力时的出口节流件52a的计量特性，虚线B表示在流量控制阀31上施加臂接地先导压力时的出口节流件23a的计量特性。

在本实施方式中，利用该两个节流件52a、23a的目标开口面积的合计值决定臂接地时的臂缸4的计量特性，例如，作为其计量特性，该两个节流件52a、23a的目标开口面积的合计值可以以与图3的实线A的计量特性一致或接近的方式设定，在该情况下，本实施方式的计量特性与第一实施方式相同。

并且，在本实施方式中，可以以根据作用于臂缸4的负的负荷的大小(臂缸推力的大小)使出口节流件52a的目标开口面积(实线A)变化(参照后述的图10的出口开口运算部45d的图表)，出口节流件23a的目标开口面积(虚线B)不根据该负的负荷的大小变化的方式设定。

另外，在此说明的两个节流件52a、23a的开口面积的特性只不过是一例，只要以两个节流件52a、23a的开口面积的合计值与第一实施方式的情况相同地根据负的负荷的大小变化的方式设定，则未特别地限定。另外，在图9的例子中，以实线A位于虚线B的下方的方式设定开口面积，但虚线B和实线A的计量特性可以相同，也可以以实线A位于虚线B的上方的方式设定。

控制器45A通过输入压力传感器41、压力传感器42以及压力传感器43的检测信号，基于该检测信号进行预定的运算处理，计算螺旋管电流值，将具有该电流值的指令电流输出至电磁比例阀53。

图10利用功能方框图表示本实施方式的控制器45A具备的处理功能。本实施方式的控制器45A作为与第一实施方式的控制器45C不同的部分，具有出口开口运算部45d。出口开口运算部45d使用图10中表示的图表，运算根据臂缸4的推力和臂接地先导压力的出口节流件52a的目标开口面积。

出口开口运算部45d如图10中的图表所示，首先，在臂缸4的推力为正值时，不论其推力的大小如何，均将出口节流件52a的目标开口面积对每个臂接地先导压力保持为所设定的恒定值。另一方面，在臂缸4的推力为负值时，随着其推力的大小从零变大，从预定的值(f1)使出口节流件52a的目标开口面积单调地减少，若推力的大小进一步增加且到达其他的预定的值(f2)，则将出口节流件52a的目标开口面积设定为零。

因此，如果在臂接地先导压力恒定的情况下考虑，则出口节流件52a的目标开口面积设定为：(1)在臂缸4的推力为正值时、为零时以及为负值且小于f1时，取上限值，(2)在臂缸4的推力为负值，在从f1到f2的范围，伴随推力的大小的增加而逐渐减小，(3)在臂缸4的推力超过f2的范围，取零(下限值)。

另外，如图10的图表所示，对每个操作杆6的操作量(臂接地先导压力)所设定的出口节流件52a的目标开口面积的上限值(在臂缸推力为负且小于f1时、为零时以及为正时)，以随着臂接地先导压力下降而减小的方式设定。即，以根据操作杆6的操作量的增加，该上限值增加的方式设定。

接着，对本实施方式的动作进行说明。上述那样构成的本实施方式的液压挖掘机如图10所示，利用臂缸推力运算部45a进行作用于臂缸4的负的负荷的检测以及其大小的运算。并且，根据该计算出的负的负荷的大小(臂缸推力的大小)的增加，减小出口节流件52a的开口面积的控制利用出口开口运算部45d以及螺旋管电流运算部45c进行。由此，两个节流件52a、23a的开口面积的合计值与第一实施方式相同，以根据负的负荷的大小的增加而减少的方式控制(例如，在使臂接地时的计量特性以两个节流件52a、23a的目标开口面积的合计值与图3的实线A的计量特性一致的方式设定的情况下，与第一实施方式的液压控制装置相同地起作用。)。并且，即使臂缸4的支撑对象物(主要附件314)的重量变化，两个节流件52a、23a的开口面积也适当选择为适于此时的负的负荷的大小(重量负荷)的值，因此，能根据该支撑对象物作用于臂缸4的负的负荷的大小的变化减小出口损失。

另外，在本实施方式中，不仅能够将出口节流件52a的开口面积和出口节流件23a的开口面积的合计值控制为对臂缸4的支撑对象物的重量变化最适的值，即使根据臂角度的变化，也能控制为最适的值。

图11表示使臂312从在空中接近水平的角度接地至铅垂时的臂角度和臂缸4的推力的关系。图中的实线A以臂缸4的推力表示安装了标准铲斗的情况的负荷，虚线B利用臂缸4的推力表示在臂312上安装了比标准铲斗重的附件的情况下的负荷。在任一个情况下，均在臂角度接近零时，通过臂312和附件314的重量负荷，臂缸推力成为负值，但随着臂角度接近垂直，臂缸推力减小，在铅垂附近为正值。

与第一实施方式相同，图12表示此时的臂角度和出口节流件52a的目标开口面积的关系。图中的实线A表示安装了标准铲斗的情况下的出口节流件52a的目标开口面积，虚线B表示在臂上安装了比标准铲斗重的附件的情况下的出口节流件52a的目标开口面积。在安装了标准铲斗的情况下(实线A的情况下)，在臂角度接近零的状态下，对目标开口面积进行节流，但随着臂角度接近铅垂而增加，成为最大值。另一方面，在安装了重的附件的情况下(虚线B的情况下)，在臂角度接近零的角度下，目标开口面积为最小值(即零)，随着臂的角度接近铅垂而增加，为最大值。

在图5所示的比较例中，即使臂角度变化，出口节流件23a的开口面积也恒定，相对于此，在本实施方式中，根据臂312和附件314的重量负荷(负的负荷)的大小的增加，减小出口节流件52a的开口面积和出口节流件23a的开口面积的合计值，因此，与比较例相比，能减小出口压力损失，减小能量损失。并且，该动作根据臂接地先导压力进行，因此，能得到根据操作杆6的操作量的能量损失减小效果。

因此，即使根据本实施方式，即使臂缸4的支撑对象物(例如附件314、臂312)的重量、姿势变化，也根据该支撑对象物作用于臂缸4的负的负荷的大小，将出口节流件52a的开口面积和出口节流件23a的开口面积的合计值控制为对臂接地操作时的换气现象的发生防止最适的值，因此，即使该负的负荷的大小变化，也能减小出口损失。

尤其，在本实施方式中，在两个出口流道34、51的各个设置可变节流件23a、52a，能利用该两个可变节流件23a、52a的开口面积的合计值决定臂接地时的计量特性，因此，与只利用可变节流件23a决定计量特性的第一实施方式的情况相比，能扩大开口面积的可控制范围。该特征例如在具有来自液压驱动器的出口流道为大量的倾向的大型的工程机械中为设计上的优点。

另外，在本实施方式中，作为作用于受压部52b且用于改变出口控制阀52的阀柱位置的先导压力的液压源，通过利用从操作杆6输出的先导压力(由于通过对从先导泵(未图示)的排出压力(一次压力)进行减压而得到，因此，有时称为二次压力)，但也可以代替二次压力，利用一次压力。即，作为出口控制阀52的先导压力，可以利用先导泵的排出压力。作为本发明的第三实施方式，利用图13说明该情况下的实施方式。

图13是示意地表示本发明的第三实施方式的液压控制装置中、臂缸4的控制的液压回路部分的图。该图中的电磁比例阀53的一次侧如图8所示可以不与臂接地指令侧的先导线38连接。代替该结构，电磁比例阀53的一次侧与输入来自先导泵(未图示)的排出压力的先导液压源55连接。

另外，为了避免重复的说明，省略详细的说明，但本实施方式的控制器45B与第二实施方式的控制器45A相同，根据臂缸推力的大小控制两个节流件52a、23a的开口面积的合计值。

根据本实施方式，通过在电磁比例阀53的一次压力使用先导液压源55，与在一次压力上使用了臂接地先导压力的第二实施方式的情况相比，能使出口控制阀52的先导压力的上限值较大，因此能扩大出口节流件52a的开口面积的控制范围。该结构尤其在臂接地先导压力低时为较大的优点。

另外，在上述第二以及第三实施方式中，根据臂缸推力的大小使两个可变节流件23a、52a中、一方的节流件(出口节流件52a)的开口面积变化，但如果以两者23a、52a的开口面积的合计值根据负的负荷的增加而减小的方式进行控制，可以根据臂缸推力的大小使双方23a、52a的开口面积变化。

另外，在上述第二以及第三实施方式中，对具备在臂接地时通过两个出口流道34、51从臂缸4向箱体排出压力油的结构的液压控制装置进行说明，但臂接地时的出口流道可以是三个以上，在该情况下，在该三个以上的出口流道的各个上至少设置一个可变节流件，通过使在该三个以上的出口流道的各个上设置了至少一个的可变节流件的开口面积的合计值根据臂缸推力的大小变化，可以实现出口损失的减小。

另外，在上述各实施方式中，对将本发明应用于液压挖掘机的臂缸4的阀装置而实现臂接地时的损失减小的情况进行说明，但在使铲斗缸315伸长的铲斗接地时也产生相同的问题，因此，可以将本发明应用于铲斗缸315的阀装置。在该情况下，例如在图2所示的液压回路中将臂缸4置换为铲斗缸315，将臂用的流量控制阀31置换为铲斗用的流量控制阀，将臂用的操作杆6置换为铲斗用的操作杆即可。另外，本发明只要是各种大小的重量负荷作用于液压驱动器，则也能同样应用于液压挖掘机的臂缸4、铲斗缸315以外的驱动器(例如行驶液压马达318、旋转液压马达319)的阀装置、或者液压挖掘机以外的工程机械(例如等)的驱动器的阀装置。

另外，本发明未限定于上述各实施方式，包括不脱离其主旨的范围内的各种变形例。例如，本发明未限定于在上述实施方式中说明的全部的结构，包括删除该结构的一部分的例子。另外，能将某实施方式的结构的一部分追加至其他实施方式的结构或进行置换。

符号说明

1—原动机，2—液压泵，2a—推开容积可变部件(斜板)，2b—马力控制驱动器，3—排出线，4—臂缸，5—阀装置，6—操作杆，21—中心分支部，22a、22b—入口节流件，23a、23b—出口节流件，31—流量控制阀，31e、31f—受压部，32—中心分支线，33—箱体，34、35—驱动器线，36—杆部，37—先导压力发生部，38、39—先导线，41、42、43—压力传感器，44—电磁比例阀，45—控制器，45a—臂缸推力运算部，45b—出口开口运算部，45c—螺旋管电流运算部，45d—出口开口运算部，51—分支线，52—出口控制阀，52a—出口节流件，52b—受压部，53—电磁比例阀，54—信号压力线，55—先导液压源，312—臂，314—铲斗(附件)，315—铲斗缸。

Claims (3)

1.一种工程机械的液压控制装置，具备：

由从液压泵排出的压力油驱动的液压驱动器；

根据阀柱位置控制相对于该液压驱动器的压力油的给排的控制阀；

根据操作量以及操作方向控制该控制阀的阀柱位置的操作装置；以及

负荷检测器，其检测负的负荷的大小，该负的负荷为由于外力而施加在上述液压驱动器的负荷，并且为与该液压驱动器的动作方向相同方向的负荷，

上述工程机械的液压控制装置的特征在于，还具备：

第一流道，其是供在上述液压驱动器在与上述负的负荷相同的方向进行动作时从该液压驱动器排出的压力油流动的流道，是在上述控制阀内通过的流道；

设于该第一流道中的上述控制阀内的第一可变节流件；以及

控制装置，其根据由上述负荷检测器检测出的负的负荷的大小的增加而改变上述控制阀的阀柱位置，从而减小上述第一可变节流件的开口面积，

在上述第一可变节流件的开口面积根据由上述负荷检测器检测出的负的负荷的大小的增加而通过上述控制装置所变化的范围中，按照上述操作装置的操作量存在上限值和下限值，

该上限值和下限值根据上述操作装置的操作量的增加而增加。

2.根据权利要求1所述的工程机械的液压控制装置，其特征在于，

还具备：

第二流道，该第二流道是供在上述液压驱动器在与上述负的负荷相同的方向进行动作时从该液压驱动器排出的压力油流动的流道，是从上述第一流道的中途分支的流道；以及

第二可变节流件，该第二可变节流件设于上述第二流道，且开口面积根据从液压源输出的先导压力的增加而增加，

上述控制装置根据由上述负荷检测器检测出的负的负荷的大小的增加而减小上述第二可变节流件的开口面积，从而使上述第一可变节流件和上述第二可变节流件的开口面积的合计值根据由上述负荷检测器检测出的负的负荷的大小的增加而减小。

3.根据权利要求2所述的工程机械的液压控制装置，其特征在于，

相对于上述第二可变节流件的先导压力的上述液压源是先导泵或对来自该先导泵的压力油进行减压并输出的上述操作装置。