JP2006027351A

JP2006027351A - 作業車両の油圧駆動装置

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Publication number: JP2006027351A
Application number: JP2004206114A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Itoga; 健太郎糸賀; Tsuyoshi Nakamura; 剛志中村; Kazunori Nakamura; 和則中村
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2004-07-13
Filing date: 2004-07-13
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2024-07-13
Also published as: CN1984807A; US20080209903A1; KR101050890B1; EP1790551A4; JP4446822B2; EP1790551A1; WO2006006448A1; KR20070030276A; CN100482515C

Abstract

【課題】作業機の駆動とステアリング装置の駆動とに兼用される可変容量型油圧ポンプをもつ油圧駆動装置において、ステアリング容量を優先して確保できるようにすることを、簡単な構造で、安価に実現できるようにする。
【解決手段】可変容量型油圧ポンプ４から吐出される圧油を分流させるステアリング優先のプライオリティ弁６と、このプライオリティ弁６から流れる圧油により駆動される複数の作業機アクチュエータ１１およびステアリングアクチュエータ９と、各作業機アクチュエータ１１に流れる圧油の流れをそれぞれ制御する複数の作業機用制御弁１０と、ステアリングアクチュエータ９に流れる圧油の流れを制御するステアリング用制御弁８と、少なくとも作業機用制御弁１１の切換操作量を検出する切換操作量検出手段１０と、この切換操作量検出手段１０の検出出力に基づき可変容量型油圧ポンプ４の吐出流量を制御するポンプ流量制御手段５とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ホイールローダなどの作業車両（積込作業車両）の油圧駆動装置に係り、特に、ステアリング優先のプライオリティ弁を含んで構成される油圧駆動装置にかかわる技術に関する。

ホイールローダなどの作業車両の油圧駆動装置においては、一般的に、エンジン（原動機）を駆動力源として、このエンジンに固定容量型の作業機用油圧ポンプと固定容量型のステアリング用油圧ポンプとが接続された構成をとっている。

図３は、従来のホイールローダの油圧駆動装置を示す油圧回路図である。図３において、５１はエンジン、５２は、エンジン５１にトルクコンバータ５３を介して連結されたトランスミッション（変速機）、５４は、エンジン５１に連結された固定容量型の作業機用油圧ポンプ、５５は、エンジン５１に連結された固定容量型のステアリング用油圧ポンプ、５６は、作業機用油圧ポンプ５４の吐出側に接続されたアンロード弁、５７は、アンロード弁５６の下流側に接続されたセンターバイパス型の複数の作業機用制御弁（方向切換弁）、５８は、各作業機用制御弁５７でそれぞれ駆動制御される複数の作業機アクチュエータ、５９は、ステアリング用油圧ポンプ５５の吐出側に接続されたステアリング優先のプライオリティ弁（ステアリング優先弁）、６０は、プライオリティ弁５９の優先出力ポートに接続されたステアリング用制御弁、６１は、ステアリング用制御弁６０で駆動制御されるステアリングアクチュエータであり、プライオリティ弁５９の非優先出力ポートは、複数の作業機用制御弁５７の上流側に接続されている。

図３に示す構成において、作業機用油圧回路には、掘削時に作業機側から走行側に力をまわして作業性能を良くし、また、軽作業時には作業機速度を確保するために、アンロード弁５６が設けられている。作業機用油圧ポンプ５４からの圧油は、アンロード弁５６を通じて作業機用制御弁５７、作業機アクチュエータ５８へと流れる。一方、ステアリング用油圧ポンプ５５からの圧油は、プライオリティ弁５９で、ステアリング必要流量をステアリング用制御弁６０を通じてステアリングアクチュエータ６１へと流し、ステアリング必要流量以外は作業機側へと流して、作業機側の流量を確保するようになっている。つまり、作業機用油圧ポンプ５４の流量と、ステアリング必要流量以外のステアリング用油圧ポンプ５５の流量の合計が、最大作業機速度に対応するものとなる。

ここで、ホイールローダは非常に走行の多い作業車両である。そのため、走行時である作業機の不操作時には、作業機用油圧ポンプ５４およびステアリング用油圧ポンプ５５は、そのポンプ流量が全てタンクへと流れロスとなる。つまり、作業機不操作走行時にも、ポンプ５４、５５の負荷がエンジン５１に掛り、馬力ロスとなる。

そこで、高速走行時に作業機用油圧ポンプをアンロードすることによって、馬力ロスを軽減するようにした技術が知られている（特許文献１参照）。

また、作業機不操作走行時のポンプ負荷を軽減するシステムとしては、可変容量型ポンプを適用したロードセンシングシステムが知られている（特許文献２参照）。ロードセンシングシステムは、ステアリング用制御弁および作業機用制御弁の前後圧力、すなわち、制御弁入り口圧（ポンプ圧）と制御弁出口圧（ロードセンシング圧）との差分が一定となるように、可変容量型ポンプの押しのけ容量を制御して、上記ポンプ圧をロードセンシング圧よりも所定の目標値だけ高く保持するようにしたものである。ここで、ロードセンシング圧は、ステアリング用制御弁および作業機用制御弁の負荷圧のうちシャトル弁で選択された高圧側の圧力である。

このように、ロードセンシング制御を行うシステムでは、ポンプ吐出量がステアリングおよび作業機要求流量となるようにポンプ傾転角が制御され、余分な流量を吐出することがなくなるので、燃費の向上が得られる。また、ロードセンシング制御では、作業機不操作時の走行において、作業機負荷圧が低圧になることから、ポンプ流量は最低流量に制御される。
特開２０００−１９０８５８号公報特開２００２−１０６５０４号公報

ところで、特許文献１に記載された従来技術のように、作業機用油圧ポンプをアンロードするのみでは、ポンプ容量とアンロード弁圧損分がポンプロスとなる。

また、ステアリング用油圧ポンプのポンプ容量を小さくして、ポンプロスの軽減を図ることも考えられるが、このようにすると、ステアリングを操作する上での流量が足りなくなって、ステアリング操作が遅くなってしまうという現象が起こり、実用性の点で問題を生じる。したがって、ステアリング用油圧ポンプのポンプ容量は、ステアリング要求容量以上にしなければならない。

また、ロードセンシング制御によりポンプ流量の軽減を行うためには、各作業機アクチュエータの圧力補償弁、シャトル弁などのバルブが必要となり、コストアップに繋がることに加えて、構造が複雑になるという問題がある。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、作業機の駆動とステアリング装置の駆動とに兼用される可変容量型油圧ポンプをもつ油圧駆動装置において、作業機不操作走行時にはポンプ流量を減少させ、ポンプロスを軽減するとともに、作業機操作時にはポンプ流量を増加させることで、作業機速度を確保できるようにし、かつ、ステアリング容量は優先して確保できるようにすることを、ロードセンシングシステムに較べて、簡単な構造で、安価に実現できるようにすることにある。

上記した目的を達成するため、本願による代表的な発明では、原動機によって駆動されて作業機の駆動とステアリング装置の駆動とに兼用される可変容量型油圧ポンプと、この可変容量型油圧ポンプから吐出される圧油を分流させるステアリング優先のプライオリティ弁と、このプライオリティ弁から流れる圧油により駆動される複数の作業機アクチュエータおよびステアリングアクチュエータと、各作業機アクチュエータに流れる圧油の流れをそれぞれ制御する複数の作業機用制御弁と、ステアリングアクチュエータに流れる圧油の流れを制御するステアリング用制御弁とを、備えた作業車両の油圧駆動装置において、
少なくとも作業機用制御弁の切換操作量を検出する切換操作量検出手段と、この切換操作量検出手段の検出出力に基づき可変容量型油圧ポンプの吐出流量を制御するポンプ流量制御手段とを、有する構成をとる。

本発明によれば、作業機用制御弁の切換操作量（操作ストローク量）に応じて可変容量型油圧ポンプの吐出流量を制御するので、つまり、作業機不操作走行時のように作業機用制御弁の切換操作量が零のときには、可変容量型油圧ポンプのポンプ流量を最小にすることで、ポンプロスを軽減することができ、また、作業機操作時には作業機用制御弁の切換操作量が増すので、これに応じて可変容量型油圧ポンプのポンプ流量を増加させることで、作業機速度を確保することができる。また、ステアリング操作時には、プライオリティ弁によって、ステアリングに必要な流量は優先して確保することができる。さらに、作業機用制御弁の切換操作量（操作ストローク量）の検出は、例えば、センターバイパス型の複数の作業機用制御弁のセンターバイパスラインの下流に配置した絞りで行い、この絞りによってポンプ流量制御手段に対して反比例制御用の制御圧力を供給する構成などの、簡単な構成で実現でき、安価に実現可能となる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るホイールローダの油圧駆動装置を示す油圧回路図である。

図１において、１はエンジン（原動機）、２は、エンジン１にトルクコンバータ３を介して連結されたトランスミッション（変速機）、４は、エンジン１に連結され、作業機の駆動とステアリング装置の駆動とに兼用される可変容量型油圧ポンプ、５は、可変容量型油圧ポンプ４の押しのけ容量を変化させ、可変容量型油圧ポンプ４の吐出流量の制御を行うポンプ流量制御手段（ポンプ流量制御ピストン）、６は、可変容量型油圧ポンプ４の吐出側に接続されたステアリング優先のプライオリティ弁（ステアリング優先弁）、７は、可変容量型油圧ポンプ４の吐出圧力が規定圧力を超えないように制御するリリーフ弁、８は、プライオリティ弁６の優先出力ポートに接続されたステアリング用制御弁（パイロット切換方式の流量・方向を制御する方向切換弁）、９は、ステアリング用制御弁８で駆動制御されるステアリングアクチュエータ、１０は、プライオリティ弁６の非優先出力ポートに接続されたセンターバイパス型の複数の作業機用制御弁（パイロット切換方式の流量・方向を制御する方向切換弁）、１１は、各作業機用制御弁９でそれぞれ駆動制御される複数の作業機アクチュエータ、１２は、複数の作業機用制御弁１０のセンターバイパスラインの下流に配置され、ポンプ流量制御手段５に対して反比例制御用の制御圧力であるネガコン圧力（ネガティブコントロール圧力）を供給する絞り、１３は、絞り１２と並列に接続され、絞り１２で発生するネガコン圧力が規定圧力を超えないように規制するリリーフ弁である。

図１に示す構成において、エンジン１で駆動される可変容量型油圧ポンプ４から吐出される圧油は、プライオリティ弁６に流れる。ステアリング優先のプライオリティ弁６は、公知のように、ステアリング用油圧回路と作業機用油圧回路とに、ステアリング用油圧回路を優先させて圧油を分流させるバルブであり、ステアリング操作が行われると、それに必要な流量をステアリング用油圧回路に流し、それ以外の圧油を作業機用油圧回路に流すようになっている。また、ステアリング操作が行われないときには、プライオリティ弁６は、圧油の全量を作業機用油圧回路に流すようになっている。

センターバイパス型の各作業機用制御弁（各方向切換弁）１０は、パイロット切換方式のバルブであり、各作業機用制御弁１０が中立位置にあるときには（作業機不操作時には）、センターバイパスラインを通過する流量は最大となり、それとともにネガコン圧力も最大となって、このネガコン圧力で制御されるポンプ流量制御手段５により、可変容量型油圧ポンプ４のポンプ流量（吐出流量）は最小となるように制御される。また、作業機用制御弁１０の切換操作量（操作ストローク量）を増加させるに伴って、ネガコン圧力は低下していき、これによって、ポンプ流量制御手段５により、可変容量型油圧ポンプ４のポンプ流量は増加していくように制御される。そして、作業機用制御弁１０の切換操作量が最大（フルストローク）になると、センターバイパスラインは遮断され、ネガコン圧力は発生しないので（ネガコン圧力は零となるので）、ポンプ流量制御手段５により、可変容量型油圧ポンプ４のポンプ流量は最大となるように制御される。

つまり、作業機の動作時（操作時）には、作業機用制御弁１０の切換操作量に応じて、作業機用油圧回路への供給流量が確保されるようになっており、作業機の不操作時には（例えば、作業機不操作走行時には）、可変容量型油圧ポンプ４のポンプ流量を最小限に抑えることができ、燃費低減を図れるようになっている。

また、可変容量型油圧ポンプ４のポンプ流量が最小であるとき（作業機不操作）に、ステアリング操作を行うと、プライオリティ弁６によってステアリング必要流量が確保されるため、これにより、前記センターバイパスラインを流れる流量が減少し、ステアリング操作に必要とされる流量となるように、ポンプ流量制御手段５により可変容量型油圧ポンプ４のポンプ流量が制御される。

以上のように、本第１実施形では、作業機用制御弁１０の切換操作量（操作ストローク量）に応じて可変容量型油圧ポンプ４の吐出流量を制御するので、つまり、作業機不操作走行時のように作業機用制御弁１０の切換操作量が零のときには、可変容量型油圧ポンプ４のポンプ流量を最小にすることで、ポンプロスを軽減することができる。また、作業機操作時には作業機用制御弁１０の切換操作量が増すので、これに応じて可変容量型油圧ポンプ４のポンプ流量を増加させることで、作業機速度を確保することができる。また、ステアリング操作時には、プライオリティ弁６によって、ステアリングに必要な流量は優先して確保することができる。さらに、作業機用制御弁１０の切換操作量（操作ストローク量）の検出を、センターバイパス型の複数の作業機用制御弁１０のセンターバイパスラインの下流に配置した絞り１２で行い、この絞り１２によってポンプ流量制御手段５に対して反比例制御用の制御圧力を供給する構成となっているので、簡易な構造の絞り１２とリリーフ弁１３を付加するだけでよく、背景技術で述べたロードセンシングシステムに較べると、はるかに簡単な構成で実現でき、従って安価に実現可能となる。

＜第２実施形態＞
図２は、本発明の第２実施形態に係るホイールローダの油圧駆動装置を示す油圧回路図であり、図２において、図１に示した第１実施形態と同一の構成要素には同一符号を付し、その説明は重複を避けるため割愛する。

図２において、２１は、パイロット切換方式の前記した各作業機用制御弁（切換制御弁）１０を動作させるパイロット圧を出力する作業機パイロット操作装置、２２は、各作業機用制御弁１０を動作させるパイロット圧力のうち最高圧となるパイロット圧力を選択して出力するシャトル弁、２３は、シャトル弁２２の出力圧をセンシングして電気信号に変換して出力するセンサ、２４は、パイロット切換方式の前記したステアリング用制御弁８を動作させるパイロット圧を出力するステアリングパイロット操作装置、２５は、ステアリング用制御弁８を動作させるパイロット圧力をセンシングして電気信号に変換して出力するセンサ、２６は、センサ２３の出力およびセンサ２５の出力が入力される、ホイールローダ全体の統括制御を司るコントローラ、２７は、コントローラ２６からの指令信号により動作し、前記したポンプ流量制御手段５を駆動制御する電磁弁、２８は、電磁弁２７に圧油を供給する油圧ポンプ、２９は、油圧ポンプ２８の吐出圧力が規定圧力を超えないように制御するリリーフ弁である。

作業機用制御弁１０を動作させるパイロット圧力（操作パイロット圧力）は、作業機用制御弁１０の切換操作量（操作ストローク量）と対応するものであり、作業機の不操作時には（例えば、作業機不操作走行時には）、パイロット圧力は発生せず（パイロット圧力は零となり）、センサ２２からの出力信号でこれを認知したコントローラ２６は、電磁弁２７を介してポンプ流量制御手段５を制御して、可変容量型油圧ポンプ４のポンプ流量（吐出流量）が最小となるように制御する。また、作業機用制御弁１０の切換操作量（操作ストローク量）を増加させるに伴って、作業機用制御弁１０を動作させるパイロット圧力は上昇していくので、センサ２２からの出力信号でこれを認知したコントローラ２６は、可変容量型油圧ポンプ４のポンプ流量が増加していくように制御する。そして、作業機用制御弁１０の切換操作量が最大（フルストローク）になると、作業機用制御弁１０を動作させるパイロット圧力は最大値となるので、センサ２２からの出力信号でこれを認知したコントローラ２６は、可変容量型油圧ポンプ４のポンプ流量が最大となるように制御する。つまり、前記した第１実施形態と同様に、作業機の動作時（操作時）には、作業機用制御弁１０の切換操作量に応じて、作業機用油圧回路への供給流量が確保されるようになっており、作業機の不操作時には（例えば、作業機不操作走行時には）、可変容量型油圧ポンプ４のポンプ流量を最小限に抑えることができ、燃費低減を図れるようになっている。

また、ステアリング用制御弁８を動作させるパイロット圧力（操作パイロット圧力）は、ステアリング用制御弁８の切換操作量（操作ストローク量）と対応するものであり、ステアリングの不操作時には、パイロット圧力は発生せず（パイロット圧力は零となり）、センサ２５からの出力信号でこれを認知したコントローラ２６は、電磁弁２７を介してポンプ流量制御手段５を制御して、可変容量型油圧ポンプ４のポンプ流量（吐出流量）が最小となるように制御する。ステアリング操作を行うと、この操作量に応じてステアリング用制御弁８を動作させるパイロット圧力は上昇するので、センサ２５からの出力信号でこれを認知したコントローラ２６は、ステアリング必要流量を確保するように、可変容量型油圧ポンプ４のポンプ流量を増加させるように制御する。

上述したような構成をとり、上述したような制御動作を行う本第２実施形態においても、前記した第１実施形態と同様に、作業機不操作走行時におけるポンプロスを低減し、かつ、ステアリング必要流量はいつでも確保することが可能となる。しかも、ステアリング操作を行っていないときにも、ポンプ流量（吐出流量）を最小とするので、効率の良いシステムとすることができる。また、背景技術で述べたロードセンシングシステムに較べると、比較的に簡単な構成で実現することができる。

なお、上述した第２実施形態では、ポンプ流量制御手段５を電磁弁２７により制御するようにしているが、ポンプ流量制御手段５を電磁弁として、コントローラ２６により直接制御するようにしてもよい。また、上述した第２実施形態では、各作業機用制御弁１０を動作させるパイロット圧力のうちの最大圧力の検出を、シャトル弁２２で行っているが、各作業機用制御弁１０を動作させるパイロット圧力を個別にセンシングする複数のセンサを設けて、コントローラ２６によって、各作業機用制御弁１０を動作させるパイロット圧力のうちの最大圧力の識別を行うようにしてもよい。

本発明の第１実施形態に係るホイールローダの油圧駆動装置を示す油圧回路図である。本発明の第２実施形態に係るホイールローダの油圧駆動装置を示す油圧回路図である。従来技術よるホイールローダの油圧駆動装置を示す油圧回路図である。

符号の説明

１エンジン
２トランスミッション
３トルクコンバータ
４可変容量型油圧ポンプ
５ポンプ流量制御手段
６ステアリング優先のプライオリティ弁（ステアリング優先弁）
７リリーフ弁
８ステアリング用制御弁
９ステアリングアクチュエータ
１０センターバイパス型の作業機用制御弁
１１作業機アクチュエータ
１２絞り
１３リリーフ弁
２１作業機パイロット操作装置
２２シャトル弁
２３センサ
２４ステアリングパイロット操作装置
２５センサ
２６コントローラ
２７電磁弁
２８油圧ポンプ
２９リリーフ弁

Claims

原動機によって駆動されて作業機の駆動とステアリング装置の駆動とに兼用される可変容量型油圧ポンプと、この可変容量型油圧ポンプから吐出される圧油を分流させるステアリング優先のプライオリティ弁と、このプライオリティ弁から流れる圧油により駆動される複数の作業機アクチュエータおよびステアリングアクチュエータと、各作業機アクチュエータに流れる圧油の流れをそれぞれ制御する複数の作業機用制御弁と、前記ステアリングアクチュエータに流れる圧油の流れを制御するステアリング用制御弁とを、備えた作業車両の油圧駆動装置であって、
少なくとも前記作業機用制御弁の切換操作量を検出する切換操作量検出手段と、この切換操作量検出手段の検出出力に基づき前記可変容量型油圧ポンプの吐出流量を制御するポンプ流量制御手段とを、有することを特徴とする作業車両の油圧駆動装置。
請求項１に記載の作業車両の油圧駆動装置において、
前記複数の作業機用制御弁はセンターバイパス型の制御弁とされ、前記切換操作量検出手段は、複数の作業機用制御弁のセンターバイパスラインの下流に位置して、前記ポンプ流量制御手段に対して反比例制御用の制御圧力を供給する絞りで構成されることを特徴とする作業車両の油圧駆動装置。
請求項１に記載の作業車両の油圧駆動装置において、
前記切換操作量検出手段は、前記各作業機用制御弁の切換操作量の中で最高の切換操作量を検出する第１の検出手段と、前記ステアリング用制御弁の切換操作量を検出する第２の検出手段とからなり、前記第１の検出手段の出力および前記第２の検出手段の出力に基づいて、前記ポンプ流量制御手段に対する制御を行うコントローラを有することを特徴とする作業車両の油圧駆動装置。