以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
〜構成〜
図1は本発明の一実施の形態に係わる油圧ショベル(建設機械)の油圧駆動装置を示す図である。
図1において、本実施の形態の油圧駆動装置は、原動機(例えばディーゼルエンジン)1と、その原動機1によって駆動され、第1及び第2圧油供給路105,205に圧油を吐出する第1及び第2吐出ポート102a,102bを有するスプリットフロータイプの可変容量型メインポンプ102(第1油圧ポンプ)と、原動機1によって駆動され、第3圧油供給路305に圧油を吐出する第3吐出ポート202aを有するシングルフロータイプの可変容量型メインポンプ202(第2油圧ポンプ)と、メインポンプ102の第1及び第2吐出ポート102a,102b及びメインポンプ202の第3吐出ポート202aから吐出される圧油により駆動される複数のアクチュエータ3a,3b,3c,3d,3e,3f,3g,3hと、第1〜第3圧油供給路105,205,305に接続され、メインポンプ102の第1及び第2吐出ポート102a,102b及びメインポンプ202の第3吐出ポート202aから複数のアクチュエータ3a〜3hに供給される圧油の流れを制御するコントロールバルブユニット4と、メインポンプ102の第1及び第2吐出ポート102a,102bの吐出流量を制御するためのレギュレータ112(第1ポンプ制御装置)と、メインポンプ202の第3吐出ポート202aの吐出流量を制御するためのレギュレータ212(第2ポンプ制御装置)とを備えている。
コントロールバルブユニット4は、第1〜第3圧油供給路105,205,305に接続され、メインポンプ102の第1及び第2吐出ポート102a,102b、メインポンプ202の第3吐出ポート202aから複数のアクチュエータ3a〜3hに供給される圧油の流量を制御する複数の流量制御弁6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6h,6i,6jと、複数の流量制御弁6a〜6jの前後差圧が目標差圧に等しくなるよう複数の流量制御弁6a〜6jの前後差圧をそれぞれ制御する複数の圧力補償弁7a,7b,7c,7d,7e,7f,7g,7h,7i、7jと、複数の流量制御弁6a〜6jのスプールと一緒にストロークし、各流量制御弁の切り換わりを検出するための複数の操作検出弁8b,8c,8d,8f,8g,8i、8jと、第1圧油供給路105に接続され、第1圧油供給路105の圧力(すなわち第1吐出ポート102aの吐出圧)を設定圧力以上にならないように制御するメインリリーフ弁114と、第2圧油供給路205に接続され、第2圧油供給路205の圧力(すなわち第2吐出ポート102bの吐出圧)を設定圧力以上にならないように制御するメインリリーフ弁214と、第3圧油供給路305に接続され、第3圧油供給路305の圧力(すなわちメインポンプ202の吐出圧或いは第3吐出ポート202aの吐出圧)を設定圧力以上にならないように制御するメインリリーフ弁314と、第1圧油供給路105に接続され、第1圧油供給路105の圧力が第1吐出ポート102aから吐出される圧油によって駆動されるアクチュエータの最高負荷圧にバネの設定圧力を加算した圧力(アンロード弁セット圧)よりも高くなると開状態になって第1圧油供給路105の圧油をタンクに戻すアンロード弁115と、第2圧油供給路205に接続され、第2圧油供給路205の圧力が第2吐出ポート102bから吐出される圧油によって駆動されるアクチュエータの最高負荷圧にバネの設定圧力を加算した圧力(アンロード弁セット圧)よりも高くなると開状態になって第2圧油供給路205の圧油をタンクに戻すアンロード弁215と、第3圧油供給路305に接続され、第3圧油供給路305の圧力が第3吐出ポート202aから吐出される圧油によって駆動されるアクチュエータの最高負荷圧にバネの設定圧力を加算した圧力(アンロード弁セット圧)よりも高くなると開状態になって第3圧油供給路305の圧油をタンクに戻すアンロード弁315とを備えている。
コントロールバルブユニット4は、また、第1圧油供給路105に接続される流量制御弁6d,6f,6i,6jの負荷ポートに接続され、アクチュエータ3a,3b,3d,3fの最高負荷圧Plmax1を検出するシャトル弁9d,9f,9i,9jを含む第1負荷圧検出回路131と、第2圧油供給路205に接続される流量制御弁6b,6c,6gの負荷ポートに接続され、アクチュエータ3b,3c,3gの最高負荷圧Plmax2を検出するシャトル弁9b,9c,9gを含む第2負荷圧検出回路132と、第3圧油供給路305に接続される流量制御弁6a,6e、6hの負荷ポートに接続され、アクチュエータ3a,3e,3hの負荷圧(最高負荷圧)Plmax3を検出するシャトル弁9e,9hを含む第3負荷圧検出回路133と、第1圧油供給路105の圧力(すなわち第1吐出ポート102aの吐出圧)P1と第1負荷圧検出回路131によって検出された最高負荷圧Plmax1(第1圧油供給路105に接続されるアクチュエータ3a,3b,3d,3fの最高負荷圧)との差(LS差圧)を絶対圧Pls1として出力する差圧減圧弁111と、第2圧油供給路205の圧力(すなわち第2吐出ポート102bの吐出圧)P2と第2負荷圧検出回路132によって検出された最高負荷圧Plmax2(第2圧油供給路205に接続されるアクチュエータ3b,3c,3gの最高負荷圧)との差(LS差圧)を絶対圧Pls2として出力する差圧減圧弁211と、第3圧油供給路305の圧力(すなわちメインポンプ202の吐出圧或いは第3吐出ポート202aの吐出圧)P3と第3負荷圧検出回路133によって検出された最高負荷圧Plmax3(第3圧油供給路305に接続されるアクチュエータ3a,3e,3hの負荷圧)との差(LS差圧)を絶対圧Pls3として出力する差圧減圧弁311とを備えている。以下において、差圧減圧弁111,211,311が出力する絶対圧Pls1,Pls2,Pls3を、適宜、LS差圧Pls1,Pls2,Pls3という。
前述したアンロード弁115には、第1吐出ポート102aから吐出される圧油によって駆動されるアクチュエータの最高負荷圧として第1負荷圧検出回路131によって検出された最高負荷圧Plmax1が導かれ、前述したアンロード弁215には、第2吐出ポート102bから吐出される圧油によって駆動されるアクチュエータの最高負荷圧として第2負荷圧検出回路132によって検出された最高負荷圧Plmax2が導かれ、前述したアンロード弁315には、第3吐出ポート202aから吐出される圧油によって駆動されるアクチュエータの最高負荷圧として第3負荷圧検出回路133によって検出された最高負荷圧Plmax3が導かれる。
また、差圧減圧弁111が出力するLS差圧Pls1は、第1圧油供給路105に接続された圧力補償弁7d,7f,7i,7jとメインポンプ102のレギュレータ112に導かれ、差圧減圧弁211が出力するLS差圧Pls2は、第2圧油供給路205に接続された圧力補償弁7b,7c,7gとメインポンプ102のレギュレータ112に導かれ、差圧減圧弁311が出力するLS差圧Pls3は、第3圧油供給路305に接続された圧力補償弁7a,7e,7hに導かれる。
ここで、アクチュエータ3aは、流量制御弁6i及び圧力補償弁7iと第1圧油供給路105を介して第1吐出ポート102aに接続され、かつ流量制御弁6a及び圧力補償弁7aと第3圧油供給路305を介して第3吐出ポート202aに接続されている。アクチュエータ3aは、例えば油圧ショベルのブームを駆動するブームシリンダであり、流量制御弁6aはブームシリンダ3aのメイン駆動用であり、流量制御弁6iはブームシリンダ3aアシスト駆動用である。アクチュエータ3bは、流量制御弁6j及び圧力補償弁7jと第1圧油供給路105を介して第1吐出ポート102aに接続され、かつ流量制御弁6b及び圧力補償弁7bと第2圧油供給路205を介して第2吐出ポート102bに接続されている。アクチュエータ3bは、例えば油圧ショベルのアームを駆動するアームシリンダであり、流量制御弁6bはアームシリンダ3bのメイン駆動用であり、流量制御弁6jはアームシリンダ3bのアシスト駆動用である。
アクチュエータ3d,3fはそれぞれ流量制御弁6d,6f及び圧力補償弁7d,7fと第1圧油供給路105を介して第1吐出ポート102aに接続され、アクチュエータ3c,3gはそれぞれ流量制御弁6c,6g及び圧力補償弁7c,7gと第2圧油供給路205を介して第2吐出ポート102bに接続されている。アクチュエータ3d,3fは、それぞれ、例えば油圧ショベルのバケットを駆動するバケットシリンダ、下部走行体の左側履帯を駆動する左走行モータである。アクチュエータ3c,3gは、それぞれ、例えば油圧ショベルの上部旋回体を駆動する旋回モータ、下部走行体の右側履帯を駆動する右走行モータである。アクチュエータ3e,ehはそれぞれ流量制御弁6e,6h及び圧力補償弁7e,7hと第3圧油供給路305を介して第3吐出ポート102aに接続されている。アクチュエータ3e,3hは、それぞれ、例えば油圧ショベルのスイングポストを駆動するスイングシリンダ、ブレードを駆動するブレードシリンダである。
図2Aは、ブームシリンダであるアクチュエータ3a(以下適宜ブームシリンダ3aという)及びアームシリンダであるアクチュエータ3b(以下適宜アームシリンダ3bという)以外のアクチュエータ3c〜3hの流量制御弁6c〜6hのそれぞれのメータイン通路の開口面積特性を示す図である。これらの流量制御弁は、スプールストロークが不感帯0−S1を超えて増加するにしたがって開口面積が増加し、最大のスプールストロークS3の直前で最大開口面積A3となるように開口面積特性が設定されている。最大開口面積A3は、アクチュエータの種類に応じてそれぞれ固有の大きさを持つ。
図2Bの上側は、ブームシリンダ3aの流量制御弁6a,6i及びアームシリンダ3bの流量制御弁6b,6jのそれぞれのメータイン通路の開口面積特性を示す図である。
ブームシリンダ3aのメイン駆動用の流量制御弁6aは、スプールストロークが不感帯0−S1を超えて増加するにしたがって開口面積が増加し、中間ストロークS2で最大開口面積A1となり、その後、最大のスプールストロークS3まで最大開口面積A1が維持されるように開口面積特性が設定されている。アームシリンダ3bのメイン駆動用の流量制御弁6bの開口面積特性も同様である。
ブームシリンダ3aのアシスト駆動用の流量制御弁6iは、スプールストロークが中間ストロークS2になるまでは開口面積はゼロであり、スプールストロークが中間ストロークS2を超えて増加するにしたがって開口面積が増加し、最大のスプールストロークS3の直前で最大開口面積A2となるように開口面積特性が設定されている。アームシリンダ3bのアシスト駆動用の流量制御弁6jの開口面積特性も同様である。
図2Bの下側は、ブームシリンダ3aの流量制御弁6a,6i及びアームシリンダ3bの流量制御弁6b,6jのメータイン通路の合成開口面積特性を示す図である。
ブームシリンダ3aの流量制御弁6a,6iのメータイン通路は、それぞれが上記のような開口面積特性を有する結果、スプールストロークが不感帯0−S1を超えて増加するにしたがって開口面積が増加し、最大のスプールストロークS3の直前で最大開口面積A1+A2となるような合成開口面積特性となる。アームシリンダ3bの流量制御弁6b,6jの合成開口面積特性も同様である。
ここで、図2Aに示すアクチュエータ3c〜3hの流量制御弁6c,6d,6e,6f,6g,6hの最大開口面積A3とブームシリンダ3aの流量制御弁6a,6i及びアームシリンダ3bの流量制御弁6b,6jの合成した最大開口面積A1+A2は、A1+A2>A3の関係にある。すなわち、ブームシリンダ3a及びアームシリンダ3bは、他のアクチュエータよりも最大の要求流量が大きいアクチュエータである。
ブームシリンダ3aの流量制御弁6a,6iとアームシリンダ3bの流量制御弁6b,6jのメータインの開口面積を上記のように構成することで、ブームシリンダ3a(第1アクチュエータ)の要求流量が開口面積A1に対応する所定流量より小さい場合は、ブームシリンダ3a(第1アクチュエータ)はシングルフロータイプのメインポンプ202(第2ポンプ装置)の第3吐出ポート202aから吐出される圧油のみで駆動され、ブームシリンダ3a(第1アクチュエータ)の要求流量が開口面積A1に対応する所定流量より大きい場合は、シングルフロータイプのメインポンプ202(第2ポンプ装置)の第3吐出ポート202aから吐出される圧油とスプリットフロータイプのメインポンプ102(第1ポンプ装置)の第1吐出ポート102a(第1及び第2吐出ポートの一方)から吐出される圧油とを合流してブームシリンダ3a(第1アクチュエータ)は駆動されるよう、メインポンプ102の第1吐出ポート102a及びメインポンプ202の第3吐出ポート202aとブームシリンダ3aとが接続される。また、アームシリンダ3b(第2アクチュエータ)の要求流量が開口面積A1に対応する所定流量より小さい場合は、アームシリンダ3b(第2アクチュエータ)はスプリットフロータイプのメインポンプ102(第1ポンプ装置)の第2吐出ポート102b(第1及び第2吐出ポートの他方)から吐出される圧油のみで駆動され、アームシリンダ3b(第2アクチュエータ)の要求流量が開口面積A1に対応する所定流量より大きい場合は、スプリットフロータイプのメインポンプ102(第1ポンプ装置)の第1及び第2吐出ポート102a,102bの両方から吐出される圧油を合流してアームシリンダ3b(第2アクチュエータ)は駆動されるよう、メインポンプ102の第1及び第2吐出ポート102a,102bとアームシリンダ3bとが接続されている。
図1に戻り、コントロールバルブユニット4は、上流側が絞り43を介してパイロット圧油供給路31b(後述)に接続され下流側が操作検出弁8b,8c,8d,8f,8g,8i,8jを介してタンクに接続された走行複合操作検出油路53と、この走行複合操作検出油路53によって生成される操作検出圧に基づいて切り換わる第1切換弁40,第2切換弁146及び第3切換弁246とを更に備えている。
走行複合操作検出油路53は、左走行モータであるアクチュエータ3f(以下適宜左走行モータ3fという)及び/又は右走行モータであるアクチュエータ3g(以下適宜右走行モータ3gという)と、第1圧油供給路105と第2圧油供給路205に接続される左右走行モータ以外のアクチュエータ3a,3b,3c,3dの少なくとも1つとを同時で駆動する走行複合操作でないとき(走行単独操作時)は、少なくとも操作検出弁8b,8c,8d,8f,8g,8i,8jのいずれかを介してタンクに連通することで油路53の圧力がタンク圧となり、当該走行複合操作時は、操作検出弁8f,8gと、操作検出弁8b,8c,8d,8i,8jのいずれかがそれぞれ対応する流量制御弁と一緒にストロークしてタンクとの連通が遮断されることで、油路53に操作検出圧(操作検出信号)を生成する。
第1切換弁40は、走行複合操作でないとき(走行単独操作時)は、図示下側の第1位置(遮断位置)にあって、第1圧油供給路105と第2圧油供給路205の連通を遮断し、走行複合操作時に、走行複合操作検出油路53にて生成された操作検出圧によって図示上側の第2位置(連通位置)に切り替わって、第1圧油供給路105と第2圧油供給路205を連通させる。
第2切換弁146は、走行複合操作でないとき(走行単独操作時)は、図示下側の第1位置にあって、タンク圧を第2負荷圧検出回路132の最下流のシャトル弁9gに導き、走行複合操作時に、走行複合操作検出油路53にて生成された操作検出圧によって図示上側の第2位置に切り替わって、第1負荷圧検出回路131によって検出された最高負荷圧Plmax1(第1圧油供給路105に接続されるアクチュエータ3a,3b,3d,3fの最高負荷圧)を第2負荷圧検出回路132の最下流のシャトル弁9gに導く。
第3切換弁246は、走行複合操作でないとき(走行単独操作時)は、図示下側の第1位置にあって、タンク圧を第1負荷圧検出回路131の最下流のシャトル弁9fに導き、走行複合操作時に、走行複合操作検出油路53にて生成された操作検出圧によって図示上側の第2位置に切り替わって、第2負荷圧検出回路132によって検出された最高負荷圧Plmax2(第2圧油供給路205に接続されるアクチュエータ3b,3c,3gの最高負荷圧)を第1負荷圧検出回路131の最下流のシャトル弁9fに導く。
ここで、左走行モータ3f及び右走行モータ3gは、同時に駆動されかつそのとき供給流量が同等になることで所定の機能を果たすアクチュエータである。
第1切換弁40、第2切換弁146及び第3切換弁246を走行複合操作検出油路53によって生成される操作検出圧に基づいて上記のように切り換えることで、走行複合操作でないとき(走行単独操作時)は、左走行モータ3f(第3アクチュエータ)はスプリットフロータイプのメインポンプ102(第1ポンプ装置)の第1吐出ポート102a(第1及び第2吐出ポートの一方)から吐出される圧油で駆動され、右走行モータ3g(第4アクチュエータ)はスプリットフロータイプのメインポンプ102(第1ポンプ装置)の第2吐出ポート102b(第1及び第2吐出ポートの他方)から吐出される圧油で駆動されるよう、スプリットフロータイプのメインポンプ102(第1ポンプ装置)の第1及び第2吐出ポート102a,102bと左右の走行モータ3f,3g(第3及び第4アクチュエータ)とが接続され、走行複合操作時は、第1切換弁40が第2位置に切り換わって第1圧油供給路105と第2圧油供給路205が連通し、第1及び第2吐出ポート102a,102bは1つのポンプとして機能し、メインポンプ102の第1吐出ポート102aの吐出油と第2吐出ポート102bの吐出油は合流し、その合流した圧油で左走行モータ3f(第3アクチュエータ)と右走行モータ3g(第4アクチュエータ)が駆動されるよう、スプリットフロータイプのメインポンプ102(第1ポンプ装置)の第1及び第2吐出ポート102a,102bと左右の走行モータ3f,3g(第3及び第4アクチュエータ)とが接続される。
また、本実施の形態における油圧駆動装置は、原動機1によって駆動される固定容量型のパイロットポンプ30と、パイロットポンプ30の圧油供給路31aに接続され、パイロットポンプ30の吐出流量を絶対圧Pgrとして検出する原動機回転数検出弁13と、原動機回転数検出弁13の下流側のパイロット圧油供給路31bに接続され、パイロット圧油供給路31bに一定のパイロット一次圧Ppilotを生成するパイロットリリーフバルブ32と、パイロット圧油供給路31bに接続され、ゲートロックレバー24により下流側のパイロット圧油供給路31cをパイロット圧油供給路31bに接続するかタンクに接続するかを切り替えるゲートロック弁100と、ゲートロック弁100の下流側のパイロット圧油供給路31cに接続され、後述する複数の流量制御弁6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g,6hを制御するための操作パイロット圧を生成する複数のパイロットバルブ(減圧弁)を有する複数の操作装置122,123,124a,124b(図5)とを備えている。
原動機回転数検出弁13は、パイロットポンプ30の圧油供給路31aとパイロット圧油供給路31bとの間に接続された流量検出弁50と、その流量検出弁50の前後差圧を絶対圧Pgrとして出力する差圧減圧弁51とを有している。
流量検出弁50は通過流量(パイロットポンプ30の吐出流量)が増大するにしたがって開口面積を大きくする可変絞り部50aを有している。パイロットポンプ30の吐出油は流量検出弁50の可変絞り部50aを通過してパイロット圧油供給路31b側へと流れる。このとき、流量検出弁50の可変絞り部50aには通過流量が増加するにしたがって大きくなる前後差圧が発生し、差圧減圧弁51はその前後差圧を絶対圧Pgrとして出力する。パイロットポンプ30の吐出流量は原動機1の回転数によって変化するため、可変絞り部50aの前後差圧を検出することにより、パイロットポンプ30の吐出流量を検出することができ、原動機1の回転数を検出することができる。原動機回転数検出弁13(差圧減圧弁51)が出力する絶対圧Pgrは目標LS差圧としてレギュレータ112,212に導かれる。以下において、差圧減圧弁51が出力する絶対圧Pgrを、適宜、出力圧Pgr或いは目標LS差圧Pgrという。
レギュレータ112(第1ポンプ制御装置)は、差圧減圧弁111が出力するLS差圧Pls1と差圧減圧弁211が出力するLS差圧Pls2の低圧側を選択する低圧選択弁112aと、低圧選択されたLS差圧Pls12と目標LS差圧である原動機回転数検出弁13の出力圧Pgrとが導かれ、LS差圧Pls12が目標LS差圧Pgrよりも小さくなるにしたがって低くなるようロードセンシング駆動圧力(以下LS駆動圧力Px12という)を変化させるLS制御弁112bと、LS駆動圧力Px12が導かれ、LS駆動圧力Px12が低くなるにしたがってメインポンプ102の傾転角(容量)を増加させ吐出流量が増加するようメインポンプ102の傾転角を制御するLS制御ピストン112cと、メインポンプ102の第1及び第2吐出ポート102a,102bのそれぞれの圧力が導かれ、それらの圧力の上昇時にメインポンプ102の斜板の傾転角を減少させ、吸収トルクを減少させるトルク制御(馬力制御)ピストン112e,112d(第1トルク制御アクチュエータ)と、最大トルクT12max(図3参照)を設定する付勢手段であるバネ112uとを備えている。
低圧選択弁112a、LS制御弁112b及びLS制御ピストン112cは、メインポンプ102の吐出圧(第1及び第2吐出ポート102a,102bの高圧側の吐出圧)が、メインポンプ102から吐出される圧油によって駆動されるアクチュエータの最高負荷圧(最高負荷圧Plmax1と最高負荷圧Plmax2の高圧側の圧力)より第1目標差圧(目標LS差圧Pgr)だけ高くなるようメインポンプ102の容量を制御する第1ロードセンシング制御部を構成する。
トルク制御ピストン112d,112eとバネ112uは、メインポンプ102の吸収トルクが第1所定値(最大トルクT12max)以下であるときは、上記ロードセンシング制御部によるメインポンプ102の容量制御を可能とし、メインポンプ102の吸収トルクが第1所定値に達すると、メインポンプ102の吸収トルクが第1所定値を超えないようにメインポンプ102の容量を制限制御する第1トルク制御部を構成する。
レギュレータ212(第2ポンプ制御装置)は、メインポンプ202の第3吐出ポート202aの吐出圧が導かれ、その圧力の上昇時にメインポンプ202の斜板の傾転角を減少させ、吸収トルクを減少させるトルク制御(馬力制御)ピストン212d(第2トルク制御アクチュエータ)と、最大トルクT3max(図4A及び図4B参照)を設定する付勢手段であるバネ212eとを備えている。
トルク制御ピストン212dとバネ212eは、メインポンプ202の吸収トルクが第2所定値(最大トルクT3max)以下であるときはメインポンプ202を最大容量で動作させ、メインポンプ202の吸収トルクが第2所定値に達すると、メインポンプ202の吸収トルクが第2所定値を超えないようにメインポンプ202の容量を制限制御する第2トルク制御部を構成する。
また、メインポンプ202の吐出圧の制御に関し、アンロード弁315は、前述したように、メインポンプ202の第3吐出ポート202aの吐出圧が第3吐出ポート202aから吐出される圧油によって駆動されるアクチュエータの最高負荷圧にバネの設定圧力を加算した圧力(アンロード弁セット圧)よりも高くなると開状態になって第3吐出ポート202aから吐出された圧油をタンクに戻す機能を有しており、これによりメインポンプ202の第3吐出ポート202aの吐出圧が第3吐出ポート202aから吐出される圧油よって駆動されるアクチュエータの最高負荷圧より第2目標差圧(バネの設定圧力)だけ高くなるよう第3吐出ポート202aの吐出圧が制御され,アクチュエータの駆動が可能となる。
また、レギュレータ112(第1ポンプ制御装置)は、メインポンプ202の第3吐出ポート202aの吐出圧が導かれ、メインポンプ202の第3吐出ポート202aの吐出圧が第2トルク制御部のトルク制御開始圧力P3c(図4A及び図4B)以下で、メインポンプ202の吸収トルクが第2所定値(最大トルクT3max)以下であるときは、メインポンプ202の第3吐出ポート202aの吐出圧をそのまま出力し、メインポンプ202の第3吐出ポート202aの吐出圧が第2トルク制御部のトルク制御開始圧力P3cまで上昇し、メインポンプ202の吸収トルクが第2所定値に達すると、メインポンプ202の第3吐出ポート202aの吐出圧を第2所定値に対応する圧力に減圧して出力する減圧弁112gと、減圧弁112gの出力圧が導かれ、減圧弁112gの出力圧が高くなるにしたがってメインポンプ102の容量を減少させメインポンプ102の最大トルクが減少するようメインポンプ102の容量を制御する減トルク制御ピストン112fとを備えている。
減圧弁112gのセット圧は、メインポンプ202の吸収トルクが第2所定値(最大トルクT3max)に達すると、メインポンプ202の第3吐出ポート202aの吐出圧を第2所定値に対応する圧力に減圧して出力するよう、トルク制御開始圧力P3cに等しく設定されている。
図3は、第1トルク制御部(トルク制御ピストン112d,112eとバネ112u)により得られるトルク制御特性(PQ特性)と減トルク制御の効果を示す図である。図3中、横軸のP12は、第1及び第2圧油供給路105,205の圧力P1,P2の合計P1+P2(メインポンプ102の吐出圧)であり、縦軸のq12はメインポンプ102の斜板の傾転角(容量)であり、q12maxはメインポンプ102の構造で決まる最大傾転角である。メインポンプ102の吸収トルクは、メインポンプ102の吐出圧P12(P1+P2)と傾転角q12との積で表すことができる。
図3において、502は、バネ112uによって設定されたメインポンプ102の最大吸収トルクT12maxを示すトルク一定曲線である。メインポンプ102の吐出圧或いは傾転角が増加してメインポンプ102の吸収トルクが増加し最大トルクT12maxに達すると、メインポンプ102の吸収トルクがそれ以上増加しないようメインポンプ102の傾転角はレギュレータ112のトルク制御ピストン112d,112eによって制限制御される。例えば、メインポンプ102が最大傾転角q12maxにある状態で、メインポンプ102の吐出圧がトルク制御開始圧力を超えて上昇すると、メインポンプ102の傾転角q12はトルク一定曲線502に沿って減少する。また、メインポンプ102の傾転角がトルク一定曲線502上のいずれかにある状態でメインポンプ102の傾転角q12が増加するよう制御される場合は、メインポンプ102の傾転角q12はトルク一定曲線502上の傾転角に保持されるよう制限制御される。図3中、TEは原動機1の定格出力トルクTerateを示すトルク一定曲線であり、最大トルクT12maxはTerateよりも小さい値に設定されている。このように最大トルクT12maxを設定し、メインポンプ102の吸収トルクが最大トルクT12maxを超えないように制限することで、原動機1の定格出力トルクTerateを最大限有効に利用しつつ、メインポンプ102がアクチュエータを駆動するときの原動機1の停止(エンジンストール)を防止することができる。
図4Aは、第2トルク制御部(トルク制御ピストン212dとバネ212e)により得られるトルク制御特性をPQ特性で示す図であり、図4Bは同トルク制御特性をトルク特性で示す図である。図4A及び図4B中、横軸のP3はメインポンプ202の吐出圧であり、縦軸のq3,T3はそれぞれメインポンプ202の斜板の傾転角(容量)及び吸収トルクであり、q3maxはメインポンプ202の構造で決まる最大傾転角である。メインポンプ202の吸収トルクは、メインポンプ202の吐出圧P3と傾転角q3との積で表すことができる。また、横軸のT3maxはメインリリーフ弁314の設定圧力によってられるメインポンプ202の最大吸収トルクである。
図4Aにおいて、602は、バネ212eによって設定されたメインポンプ202の最大吸収トルクT3maxを示すトルク一定曲線602である。メインポンプ202の第3吐出ポート202aの吐出圧が第2トルク制御部のトルク制御開始圧力P3c(図4A及び図4B)以下であるときは、メインポンプ202の容量は最大q3maxで一定であり、図4Bに示すように、メインポンプ202の吸収トルクは吐出圧が上昇するに従って直線比例的に増加する。メインポンプ202の第3吐出ポート202aの吐出圧がトルク制御開始圧力P3cまで上昇すると、メインポンプ202の吸収トルクが最大トルクT3maxに達し、図3のレギュレータ112の場合と同様、メインポンプ202の吸収トルクがそれ以上増加しないようメインポンプ202の傾転角はレギュレータ212のトルク制御ピストン212dによって制限制御される。
また、メインポンプ202の吸収トルク(傾転角)が上記のように制御されるときメインポンプ202の吐出圧(第3吐出ポート202aの圧力)は減圧弁112gを介して減トルク制御ピストン112fに導かれ、バネ212eによって設定された最大トルクT12maxを減少させる減トルク制御を行う。
ここで、減圧弁112gの出力圧は、メインポンプ202の第3吐出ポート202aの吐出圧が第2トルク制御部のトルク制御開始圧力P3c(図4A及び図4B)以下であるとき、吐出圧が上昇するに従って図4Bのメインポンプ202の吸収トルクと同じように増加し、メインポンプ202の第3吐出ポート202aの吐出圧が第2トルク制御部のトルク制御開始圧力P3cに達すると、吐出圧が上昇するに従って図4Bのメインポンプ202の吸収トルクと同様に一定となる。また、その一定の圧力はメインポンプ202の最大トルクT3max(第2所定値)に対応して設定されている。すなわち、減圧弁112gはメインポンプ202の吸収トルクを模擬した圧力を出力し、この圧力が減トルク制御ピストン112fに導かれてメインポンプ102の最大トルクが減少するよう制御される。
図3において、矢印は、減圧弁112g及び減トルク制御ピストン112fの減トルク制御の効果を示している。メインポンプ202の吐出圧が上昇するとき、メインポンプ202の吸収トルクが第2所定値(T3max)以下であるときは、減圧弁112gはメインポンプ202の第3吐出ポート202aの吐出圧をそのまま出力し、減トルク制御ピストン112fは、図3のトルク一定曲線504に示すように、メインポンプ102の最大トルクをトルク一定曲線502のT12maxからメインポンプ202の吸収トルク分(T3)だけ減少させる。また、メインポンプ202の吐出圧が上昇し、メインポンプ202の吸収トルクが第2所定値(T3max)に達すると、減圧弁112gはメインポンプ202の第3吐出ポート202aの吐出圧を第2所定値に対応する圧力(トルク制御開始圧力P3c)に減圧して出力し、減トルク制御ピストン112fは、図3のトルク一定曲線503に示すように、メインポンプ102の最大トルクを図3のトルク一定曲線502のT12maxからメインポンプ202の吸収トルク(最大トルク)T3max分だけ減少させる。
これによりメインポンプ102に係わるアクチュエータとメインポンプ202に係わるアクチュエータを同時に駆動する複合操作時或いはメインポンプ102とメインポンプ202の両方に係わるアクチュエータ(ブームシリンダ3a)を駆動する操作時においても、メインポンプ102の吸収トルクとメインポンプ202の吸収トルクの合計が最大トルクT12maxを超えないように制御され(全トルク制御)、原動機1の停止(エンジンストール)を防止することができる。また、減圧弁112gはメインポンプ202の吸収トルクを模擬した圧力を出力し、この圧力を減トルク制御ピストン112fに導いてメインポンプ102の最大トルクを減少させるため、メインポンプ202が第2トルク制御部の制限を受け最大トルクT3maxで動作するときだけでなく、メインポンプ202が第2トルク制御部の制限を受けないときにも、全トルク制御を精度良く行い、原動機の定格出力トルクTerateを有効利用することができる。
図5は、上述した油圧駆動装置が搭載される油圧ショベルの外観を示す図である。
図5において、作業機械としてよく知られている油圧ショベルは、下部走行体101と、上部旋回体151と、スイング式のフロント作業機104を備え、フロント作業機104は、ブーム152、アーム153、バケット154から構成されている。上部旋回体151は下部走行体101に対して旋回モータ3cによって旋回可能である。上部旋回体151の前部にはスイングポスト103が取り付けられ、このスイングポスト103にフロント作業機104が上下動可能に取り付けられている。スイングポスト103はスイングシリンダ3eの伸縮により上部旋回体151に対して水平方向に回動可能であり、フロント作業機104のブーム152、アーム153、バケット154はブームシリンダ3a,アームシリンダ3b,バケットシリンダ3dの伸縮により上下方向に回動可能である。下部走行体101の中央フレームには、ブレードシリンダ3hの伸縮により上下動作を行うブレード106が取り付けられている。下部走行体101は、走行モータ3f,3gの回転により左右の履帯101a,101bを駆動することによって走行を行う。
上部旋回体151にはキャノピータイプの運転室108が設置され、運転室108内には、運転席121、フロント/旋回用の左右の操作装置122,123(図3では左側のみ図示)、走行用の操作装置124a,124b(図3では左側のみ図示)、図示しないスイング用の操作装置及びブレード用の操作装置、ゲートロックレバー24等が設けられている。操作装置122,123の操作レバーは中立位置から十字方向を基準とした任意の方向に操作可能であり、左側の操作装置122の操作レバーを前後方向に操作するとき、操作装置122は旋回用の操作装置として機能し、同操作装置122の操作レバーを左右方向に操作するとき、操作装置122はアーム用の操作装置として機能し、右側の操作装置123の操作レバーを前後方向に操作するとき、操作装置123はブーム用の操作装置として機能し、同操作装置123の操作レバーを左右方向に操作するとき、操作装置123はバケット用の操作装置として機能する。
〜動作〜
次に、本実施の形態の動作を説明する。
まず、原動機1によって駆動される固定容量型のパイロットポンプ30から吐出された圧油は、圧油供給路31aに供給される。圧油供給路31aには原動機回転数検出弁13が接続されており、原動機回転数検出弁13は流量検出弁50と差圧減圧弁51によりパイロットポンプ30の吐出流量に応じた流量検出弁50の前後差圧を絶対圧Pgrとして出力する。原動機回転数検出弁13の下流にはパイロットリリーフバルブ32が接続されており、パイロット圧油供給路31bに一定の圧力を生成している。
(a)全ての操作レバーが中立の場合
全ての操作装置の操作レバーが中立なので、全ての流量制御弁6a〜6jが中立位置となる。全ての流量制御弁6a〜6jが中立位置なので、第1負荷圧検出回路131,第2負荷圧検出回路132,第3負荷圧検出回路133は、それぞれ、最高負荷圧Plmax1,Plmax2,Plmax3としてタンク圧を検出する。この最高負荷圧Plmax1,Plmax2,Plmax3は、それぞれ、アンロード弁115,215,315と差圧減圧弁111,211,311に導かれる。
最高負荷圧Plmax1,Plmax2,Plmax3がアンロード弁115,215,315に導かれることによって、第1、第2及び第3圧油供給路105,205,305の圧力P1,P2,P3は、最高負荷圧Plmax1,Plmax2,Plmax3にアンロード弁115,215,315のそれぞれのバネの設定圧力Pun0を加算した圧力(アンロード弁セット圧)に保たれる。ここで、最高負荷圧Plmax1,Plmax2,Plmax3は上述したようにそれぞれタンク圧であり、タンク圧を0MPaとした場合、アンロード弁セット圧はバネの設定圧力Pun0に等しくなり、第1、第2及び第3圧油供給路105,205,305の圧力P1,P2,P3はPun0に保たれる。通常、Pun0は目標LS差圧Pgrよりも若干高く設定される(Pun0>Pgr)。
差圧減圧弁111,211,311は、それぞれ、第1、第2及び第3圧油供給路105,205,305の圧力P1,P2,P3と最高負荷圧Plmax1,Plmax2,Plmax3(タンク圧)との差圧(LS差圧)を絶対圧Pls1,Pls2,Pls3として出力する。最高負荷圧Plmax1,Plmax2,Plmax3は上述したようにそれぞれタンク圧であるので、Pls1=P1−Plmax1=P1=Pun0>Pgr,Pls2=P2−Plmax2=P2=Pun0>Pgr,Pls3=P3−Plmax3=P3=Pun0>Pgrとなる。LS差圧であるPls1,Pls2はレギュレータ112の低圧選択弁112aに導かれる。
レギュレータ112において、低圧選択弁112aに導かれたLS差圧Pls1,Pls2はそれらの低圧側が選択され、LS制御弁112bに導かれる。このとき、Pls1,Pls2のいずれが選択されても、Pls1又はPls2>Pgrであるので、LS制御弁122bは図中で左方向に押されて右側の位置に切り換わり、パイロットリリーフバルブ32によって生成される一定のパイロット圧をLS制御ピストン112cに導く。LS制御ピストン112cに圧油が導かれるので、メインポンプ102の容量は最小に保たれ、メインポンプ102の吐出流量は最少となる。
メインポンプ102から第1及び第2圧油供給路105,205に供給された圧油は、アンロード弁115,215の働きにより、第1及び第2圧油供給路105,205の圧力P1, P2を目標LS差圧Pgrより僅かに高いアンロードセット圧Pun0に保ったまま、その全量がタンクに排出される。
一方、メインポンプ202のレギュレータ212において、トルク制御ピストン212dは、メインポンプ202の吐出圧によって、メインポンプ202の吸収トルクが最大トルクT3max(図4A及び図4B参照)を超えないよう、いわゆるトルク制御を行うが、前述したように、第3圧油供給路305に接続されたアンロード弁315の働きにより、メインポンプ202の吐出圧P3は目標LS差圧Pgrより僅かに高いアンロードセット圧Pun0に保たれる。
また、メインポンプ202の容量は、図4Aに示すPQ特性に従って制御される。全操作レバー中立の時のメインポンプ202の吐出圧P3をP3aで表すと、メインポンプ202は図4Aで点A上で動作し、メインポンプ202の容量は最大容量q3maxとなり、メインポンプ202の吐出流量も最大となる。メインポンプ202から第3圧油供給路305に供給された圧油は、アンロード弁315の働きにより、第3圧油供給路の圧力P3を目標LS差圧Pgrより僅かに高いアンロードセット圧Pun0に保ったまま、その全量がタンクに排出される。
(b)ブーム操作レバーを入力した場合(微操作)
例えばブーム用の操作装置の操作レバー(ブーム操作レバー)をブームシリンダ3aが伸長する向き、つまりブーム上げ方向に入力すると、ブームシリンダ3a駆動用の流量制御弁6a,6iが図中で上方向に切り換わる。ここで、ブームシリンダ3a駆動用の流量制御弁6a,6iの開口面積特性は、図2Bを用いて説明したように流量制御弁6aがメイン駆動用であり、流量制御弁6iがアシスト駆動用である。流量制御弁6a,6iは、操作装置のパイロットバルブによって出力された操作パイロット圧に応じてストロークする。
ブーム操作レバーが微操作で、流量制御弁6a,6iのストロークが図2BのS2以下の場合、ブーム操作レバーの操作量(操作パイロット圧)が増加していくと、メイン駆動用の流量制御弁6aのメータイン通路の開口面積は0からA1に増加していく。一方、アシスト駆動用の流量制御弁6iのメータイン通路の開口面積は0に維持される。
流量制御弁6aが図中で上方向に切り換わると、ブームシリンダ3aのボトム側の負荷圧が流量制御弁6aの負荷ポートを介して第3負荷圧検出回路133によって最高負荷圧Plmax3として検出され、アンロード弁315と差圧減圧弁311に導かれる。最高負荷圧Plmax3がアンロード弁315に導かれることによって、アンロード弁315のセット圧は、最高負荷圧Plmax3(ブームシリンダ3aのボトム側の負荷圧)にバネの設定圧力Pun0を加算した圧力に上昇し、第3圧油供給路305の圧油をタンクに排出する油路を遮断する。また、最高負荷圧Plmax3が差圧減圧弁311に導かれることによって、差圧減圧弁311は第3圧油供給路305の圧力P3と最高負荷圧Plmax3との差圧(LS差圧)を絶対圧Pls3として出力する。
ここで、アンロード弁315のセット圧は、最高負荷圧Plmax3(ブームシリンダ3aのボトム側の負荷圧)にバネの設定圧力Pun0を加算した圧力に上昇しているので、流量制御弁6aの要求流量がメインポンプ202の吐出流量よりも少ない場合は、メインポンプ202から供給される圧油によって、第3圧油供給路305の圧力P3は、アンロード弁315のセット圧まで増加し保持される。
また、メインポンプ202の容量は、図4Aに示すPQ特性に従って制御される。ブーム上げ微操作時のアンロード弁315によって制御される第3圧油供給路305の圧力P3をP3bで表すと、メインポンプ202は図4Aの点B上で動作し、メインポンプ202の容量は最大容量q3maxに維持される。このため、メインポンプ202の吐出流量も最大となり、流量制御弁6aの要求流量がメインポンプ202の吐出流量よりも少ない場合は、アンロード弁315の働きにより、流量制御弁6aを介してブームシリンダ3aに供給された流量以外の圧油は、アンロード弁315よりタンクに排出される。
ブームシリンダ3aの負荷圧が高くなり、アンロード弁315によって第3圧油供給路305の圧力P3が図4Aのトルク制御開始圧力P3c以上の例えばP3dに上昇した場合には、メインポンプ202は図4Aの点D上で動作し、そのときの容量はq3dになり、吐出流量はq3dに原動機1の回転数を掛けた値となる。
つまり、ブームシリンダ3aの負荷圧が上昇し、第3圧油供給路305の圧力が上昇すると、メインポンプ202の容量は図4AのA点、B点、C点の最大容量q3maxから、C点、D点、E点のようにトルク一定曲線に沿って減少する。その結果、メインポンプ202の吸収トルクは、図4Bに示すように、第3圧油供給路305の圧力P3がP3cに上昇するまではA点、B点、C点のように直線に沿って増加し、第3圧油供給路305の圧力P3がP3cまで上昇すると、その後は、C点、D点、E点のように一定の最大トルクT3maxに保持される。
一方、流量制御弁6aの要求流量がメインポンプ202の吐出流量よりも多い場合は、メインポンプ202の吐出流量が流量制御弁6aの要求流量に対して不足するため、Pls3=P3(第3圧油供給路305の圧力)−Plmax3(アクチュエータ3e,3h,3aの最高負荷圧)<Pgrの関係となる。
この場合には、第3圧油供給路305の圧力P3がアンロード弁315のセット圧に満たないため、アンロード弁315は全閉となる。また、Pls3(<Pgr)が小さくなることにより、メインポンプ202によって駆動される流量制御弁6e,6h,6aのそれぞれ上流に設けられた圧力補償弁7e,7h,7aの開口面積がPls3の値に応じて絞られる。
メインポンプ202から第3圧油供給路305に供給された圧油は、アンロード弁315が全閉になっていることから、その全量が圧力補償弁7a及び流量制御弁6aを介してブームシリンダ3aに供給される。
一方、流量制御弁6iの負荷ポートに接続され第1負荷圧検出回路131は最高負荷圧Plmax1としてタンク圧を検出する。このためメインポンプ102の容量は(a)の全ての操作レバーが中立の場合と同様に最小に保たれ、メインポンプ102の吐出流量は最少となる。また、メインポンプ102から第1及び第2圧油供給路105,205に供給された圧油は、アンロード弁115,215の働きにより、第1及び第2圧油供給路105,205の圧力P1, P2を目標LS差圧Pgrより僅かに高いアンロードセット圧Pun0に保ったまま、その全量がタンクに排出される。
また、第3圧油供給路305の圧力P3がP3c以下の場合、メインポンプ202はトルク制御ピストン212dのトルク制御の制限を受けずに最大容量q3maxにあり、圧力P3が上昇する従い、メインポンプ202の吸収トルクも直線的に増加する。圧力P3がP3cより高くなると、メインポンプ202はトルク制御ピストン212dのトルク制御の制限を受け、メインポンプ202の吸収トルクは最大トルクT3maxで一定となる。
第3圧油供給路305の圧力P3は、メインポンプ102のレギュレータ112に設けられた減圧弁112gに導かれ、第3圧油供給路305の圧力P3が減圧弁112gのセット圧P3c以下の場合は圧力P3がそのまま減トルク制御ピストン112fに導かれ、第3圧油供給路305の圧力P3がP3cより高い場合はP3cに制限された圧力が減トルク制御ピストン112fに導かれる。減トルク制御ピストン112fは、前述したように、その減圧弁112gの出力圧によってメインポンプ102の容量を減らし減トルク制御を行おうとする。しかし、今はブーム操作レバーが微操作であり、前述したようにメインポンプ102の容量は既に最小に保たれているため、その状態が維持される。
(c)ブーム操作レバーを入力した場合(フル操作)
例えばブーム操作レバーをブームシリンダ3aが伸長する向き、つまりブーム上げ方向にフルに操作した場合、ブームシリンダ3a駆動用の流量制御弁6a,6iが図中で上方向に切り換わり、図2Bに示したように、流量制御弁6a,6iのスプールストロークはS2以上となり、流量制御弁6aのメータイン通路の開口面積はA1に保たれ、流量制御弁6iのメータイン通路の開口面積はA2となる。
流量制御弁6aのメータイン通路の開口面積はA1であるため、メインポンプ202から圧力補償弁7a及び流量制御弁6aを介してブームシリンダ3aに圧油が供給されるとともに、ブームシリンダ3aのボトム側負荷圧は、流量制御弁6aの負荷ポートを介して第3負荷圧検出回路133によって最高負荷圧Plmax3として検出され、アンロード弁315と差圧減圧弁311に導かれる。最高負荷圧Plmax3がアンロード弁315に導かれることによって、アンロード弁315のセット圧は、最高負荷圧Plmax3(ブームシリンダ3aのボトム側の負荷圧)にバネの設定圧力Pun0を加算した圧力に上昇し、アンロード弁315は、第3圧油供給路305の圧油をタンクに排出する油路を遮断し、流量制御弁6aの要求流量がメインポンプ202の吐出流量よりも少ない場合は、第3圧油供給路305の圧力P3をアンロード弁315のセット圧(最高負荷圧Plmax3にバネの設定圧力Pun0を加算した圧力)に保持する。一方、最高負荷圧Plmax3が差圧減圧弁311に導かれることによって、差圧減圧弁311は第3圧油供給路305の圧力P3と最高負荷圧Plmax3との差圧(LS差圧)を絶対圧Pls3として出力する。
また、(b)の場合と同様に、メインポンプ202の容量は、図4Aに示すPQ特性に従って制御され、メインポンプ202は、第3圧油供給路305の圧力P3の大きさに応じて流量を吐出する。このとき、第3圧油供給路305の圧力P3がP3c未満の場合は、メインポンプ202の容量は最大容量q3maxであり、メインポンプ202は最大流量を吐出し、流量制御弁6aの要求流量がメインポンプ202の吐出流量よりも少ない場合は、アンロード弁315が第3圧油供給路305の余剰の圧油をタンクに排出する。第3圧油供給路305の圧力P3がP3c以上となる場合は、メインポンプ202の容量は点Cから点Eのトルク一定曲線に沿って制御される。
ここで、流量制御弁6aの要求流量がメインポンプ202の吐出流量よりも多い場合には、Pls3=P3(第3圧油供給路305の圧力)−Plmax3(アクチュエータ3e,3h,3aの最高負荷圧)<Pgrの関係となる。
この場合は、Pls3(<Pgr)が小さくなるので、メインポンプ202によって駆動される流量制御弁6e,6h,6aのそれぞれ上流に設けられた圧力補償弁7e,7h,7aの開口面積がPls3の値に応じて絞られる。
メインポンプ202から第3圧油供給路305に供給された圧油は、アンロード弁315が全閉のため、その全量が圧力補償弁7a及び流量制御弁6aを介してブームシリンダ3aに供給される。
一方、流量制御弁6iを介してメインポンプ102の第1吐出ポート102aからブームシリンダ3aに圧油が供給されるとともに、ブームシリンダ3aのボトム側の負荷圧は、流量制御弁6iの負荷ポートを介して第1負荷圧検出回路131によって最高負荷圧Plmax1として検出され、アンロード弁115と差圧減圧弁111に導かれる。最高負荷圧Plmax1がアンロード弁115に導かれることによって、アンロード弁115のセット圧は、最高負荷圧Plmax1(ブームシリンダ3aのボトム側の負荷圧)にバネの設定圧力Pun0を加算した圧力に上昇し、アンロード弁115は、第1圧油供給路105の圧油をタンクに排出する油路を遮断する。流量制御弁6iの要求流量がメインポンプ102の第1吐出ポート102aの吐出流量よりも少ない場合は、メインポンプ102から供給される圧油によって、第1圧油供給路105の圧力P1は、アンロード弁115のセット圧まで増加し保持される。ブームシリンダ3aに供給された圧油の残りの余剰流量は、アンロード弁115からタンクに排出される。また、最高負荷圧Plmax1が差圧減圧弁111に導かれることによって、差圧減圧弁111は第1圧油供給路105の圧力P1と最高負荷圧Plmax1との差圧(LS差圧)を絶対圧Pls1として出力する。このPls1はレギュレータ112の低圧選択弁112aに導かれ、低圧選択弁112aによってPls1とPls2の低圧側が選択される。
ここで、ブーム上げフル操作のレバー入力直後は、メインポンプ102の容量がロードセンシング制御される前であって、Pls1は0に近い値であるのに対し、Pls2は操作レバーの中立時と同様、Pgrよりも大きな値に保たれている(Pls2=P2−Plmax2=P2=Pun0>Pgr)ため、低圧選択弁112aではPls1が低圧として選択され、LS制御弁112bに導かれる。LS制御弁112bは、目標LS差圧PgrとPls1を比較する。この場合、上記のようにPls1は0に近い値であり、Pls1<Pgrの関係となるので、LS制御弁112bは図中で右方向に切り換わり、LS制御ピストン112cの圧油をタンクに放出する。このためメインポンプ102の容量(流量)は増加してゆき、その流量増加はPls1=Pgrになるまで継続する。
これによりブームシリンダ3aは、メインポンプ202の第3吐出ポート202aとメインポンプ102の第1吐出ポート102aからの合流した圧油により伸長方向に駆動される。
このとき、メインポンプ102はスプリットフロータイプであるので、第2圧油供給路205に供給される流量も、第1圧油供給路105に供給される流量と同じだけ増加する。しかし、その圧油は余剰流量としてアンロード弁215を介してタンクに戻される。ここで、第2負荷圧検出回路132は最高負荷圧Plmax2としてタンク圧を検出している。このためアンロード弁215のセット圧はバネの設定圧力Pun0に等しくなり、第2圧油供給路205の圧力P2はPun0の低圧に保たれる。これにより余剰流量がタンクに戻るときのアンロード弁215の圧損が低減し、エネルギーロスの少ない運転が可能となる。
また、第3圧油供給路305の圧力P3は、メインポンプ102のレギュレータ112に設けられた減圧弁112gに導かれ、第3圧油供給路305の圧力P3が減圧弁112gのセット圧P3c以下の場合は圧力P3がそのまま減トルク制御ピストン112fに導かれ、第3圧油供給路305の圧力P3がP3cより高い場合はP3cに制限された圧力が減トルク制御ピストン112fに導かれる。減トルク制御ピストン112fは、前述したように、第3圧油供給路305の圧力P3が減圧弁112gのセット圧P3c以下の場合は、図3にトルク一定曲線504で示すように、メインポンプ202の吸収トルク分(T3)だけメインポンプ102の最大トルクを減少させ、第3圧油供給路305の圧力P3が減圧弁112gのセット圧P3cより高い場合は、図3にトルク一定曲線503で示すように、メインポンプ202の吸収トルク分(最高トルクT3max)だけメインポンプ102の最大トルクを減少させる減トルク制御を行う。
これによりメインポンプ102とメインポンプ202の両方に係わるアクチュエータ(ブームシリンダ3a)を駆動する操作時においても、メインポンプ102の吸収トルクとメインポンプ202の吸収トルクの合計が最大トルクT12maxを超えないように制御され(全トルク制御)、原動機1の停止(エンジンストール)を防止することができる。また、減圧弁112gはメインポンプ202の吸収トルクを模擬した圧力を出力し、この圧力を減トルク制御ピストン112fに導いてメインポンプ102の最大トルクが減少させるため、メインポンプ202が第2トルク制御部の制限を受け最大トルクT3maxで動作するときだけでなく、メインポンプ202が第2トルク制御部の制限を受けないときにも、全トルク制御を精度良く行い、原動機の定格出力トルクTerateを有効利用することができる。
(d)アーム操作レバーを入力した場合(微操作)
例えばアーム用の操作装置の操作レバー(アーム操作レバー)をアームシリンダ3bが伸長する向き、つまりアームクラウド方向に入力すると、アームシリンダ3b駆動用の流量制御弁6b,6jが図中で下方向に切り換わる。ここで、アームシリンダ3b駆動用の流量制御弁6b,6jの開口面積特性は、図2Bを用いて説明したように流量制御弁6bがメイン駆動用であり、流量制御弁6jがアシスト駆動用である。流量制御弁6b,6jは、操作装置のパイロットバルブによって出力された操作パイロット圧に応じてストロークする。
アーム操作レバーが微操作で、流量制御弁6b,6jのストロークが図2BのS2以下の場合、アーム操作レバーの操作量(操作パイロット圧)が増加していくと、メイン駆動用の流量制御弁6bのメータイン通路の開口面積は0からA1に増加していく。一方、アシスト駆動用の流量制御弁6jのメータイン通路の開口面積は0に維持される。
流量制御弁6bが図中で下方向に切り換わると、アームシリンダ3bのボトム側の負荷圧が流量制御弁6bの負荷ポートを介して第2負荷圧検出回路132によって最高負荷圧Plmax2として検出され、アンロード弁215と差圧減圧弁211に導かれる。最高負荷圧Plmax2がアンロード弁215に導かれることによって、アンロード弁215のセット圧は、最高負荷圧Plmax2(アームシリンダ3bのボトム側の負荷圧)にバネの設定圧力Pun0を加算した圧力に上昇し、第2圧油供給路205の圧油をタンクに排出する油路を遮断する。また、最高負荷圧Plmax2が差圧減圧弁211に導かれることによって、差圧減圧弁211は第2圧油供給路205の圧力P2と最高負荷圧Plmax2との差圧(LS差圧)を絶対圧Pls2として出力する。このPls2はレギュレータ112の低圧選択弁112aに導かれ、低圧選択弁112aによってPls1とPls2の低圧側が選択される。
ここで、アームクラウド操作時のレバー入力直後は、メインポンプ102の容量がロードセンシング制御される前であって、Pls2は0に近い値であるのに対し、Pls1は操作レバーの中立時と同様、Pgrよりも大きな値に保たれている(Pls1=P1−Plmax1=P1=Pun0>Pgr)ため、低圧選択弁112aではPls2が低圧として選択され、LS制御弁112bに導かれる。LS制御弁112bは、目標LS差圧PgrとPls2を比較する。この場合、上記のようにPls2は0に近い値であり、Pls2<Pgrの関係となるので、LS制御弁112bは図中で右方向に切り換わり、LS制御ピストン112cの圧油をタンクに放出する。このためメインポンプ102の容量(流量)は増加してゆき、その流量増加はPls2=Pgrになるまで継続する。
これによりメインポンプ102の第2吐出ポート102bからアーム操作レバーの入力に応じた流量の圧油がアームシリンダ3bのボトム側に供給され、アームシリンダ3bは伸長方向に駆動される。
このとき、メインポンプ102はスプリットフロータイプであるので、第1圧油供給路105に供給される流量も、第2圧油供給路205に供給される流量と同じだけ増加する。しかし、第2圧油供給路105にはアンロード弁115が接続されているので、その圧油は余剰流量としてアンロード弁115を介してタンクに戻される。ここで、第1負荷圧検出回路131は最高負荷圧Plmax1としてタンク圧を検出している。このためアンロード弁115のセット圧はバネの設定圧力Pun0に等しくなり、第1圧油供給路105の圧力P1はPun0の低圧に保たれる。これにより余剰流量がタンクに戻るときのアンロード弁115の圧損が低減し、エネルギーロスの少ない運転が可能となる。
(e)アーム操作レバーを入力した場合(フル操作)
例えばアーム操作レバーをアームシリンダ3bが伸長する向き、つまりアームクラウド方向にフルに操作した場合、アームシリンダ3b駆動用の流量制御弁6b,6jが図中で下方向に切り換わり、図2Bに示したように、流量制御弁6b,6jのスプールストロークはS2以上となり、流量制御弁6bのメータイン通路の開口面積はA1に保たれ、流量制御弁6jのメータイン通路の開口面積はA2となる。
上記(d)で説明したように、アームシリンダ3bのボトム側の負荷圧が流量制御弁6bの負荷ポートを介して第2負荷圧検出回路132によって最高負荷圧Plmax2として検出され、アンロード弁215が第2圧油供給路205の圧油をタンクに排出する油路を遮断する。また、最高負荷圧Plmax2が差圧減圧弁211に導かれることによって、LS差圧であるPls2が出力され、レギュレータ112の低圧選択弁112aに導かれる。
一方、アームシリンダ3bのボトム側の負荷圧は、流量制御弁6jの負荷ポートを介して第1負荷圧検出回路131によって最高負荷圧Plmax1(=Plmax2)として検出され、アンロード弁115と差圧減圧弁111に導かれる。最高負荷圧Plmax1がアンロード弁115に導かれることによって、アンロード弁115は第1圧油供給路105の圧油をタンクに排出する油路を遮断する。また、最高負荷圧Plmax1が差圧減圧弁111に導かれることによって、LS差圧であるPls1(=Pls2)がレギュレータ112の低圧選択弁112aに導かれる。
ここで、アームクラウド操作時のレバー入力直後は、メインポンプ102の容量がロードセンシング制御される前であって、Pls1,Pls2は共に0に近い値となる。よって、低圧選択弁112aでは、Pls1とPls2のいずれかが低圧側として選択され、LS制御弁112bに導かれる。LS制御弁112bは、目標LS差圧PgrとPls1を比較する。この場合、上記のようにPls1,Pls2は、共に、0に近い値であり、Pls1又はPls2<Pgrであるので、LS制御弁112bは図中で右方向に切り換わり、LS制御ピストン112cの圧油をタンクに放出する。このためメインポンプ102の容量(流量)は増加してゆき、その流量増加はPls1又はPls2=Pgrになるまで継続する。
これによりメインポンプ102の第1及び第2吐出ポート102a,102bからアームシリンダ3bのボトム側にアーム操作レバーの入力に応じた流量の圧油が供給され、アームシリンダ3bは第1及び第2吐出ポート102a,102bからの合流した圧油により伸長方向に駆動される。
(f)水平均し動作をした場合
水平均し動作はブーム上げ微操作とアームクラウドのフル操作との組み合わせとなる。アクチュエータとしては、アームシリンダ3bが伸長し、ブームシリンダ3aが伸長する動作である。
水平均し動作では、ブーム上げ微操作なので、上記(b)で説明したように、ブームシリンダ3aのメイン駆動用の流量制御弁6aのメータイン通路の開口面積はA1となり、アシスト駆動用の流量制御弁6iのメータイン通路の開口面積は0に維持される。ブームシリンダ3aの負荷圧は流制御弁6aの負荷ポートを介して第3負荷圧検出回路133によって最高負荷圧Plmax3として検出され、アンロード弁315が第3圧油供給路305の圧油をタンクに排出する油路を遮断する。また、メインポンプ202の容量は、図4Aに示すPQ特性に従って制御され、メインポンプ202の第3吐出ポート202aからブーム操作レバーの入力に応じた流量がブームシリンダ3aボトム側に供給され、ブームシリンダ3aは第3吐出ポート202aからの圧油により伸長方向に駆動される。
一方、アーム操作レバーはフル入力となるので、上記(e)で説明したように、アームシリンダ3bのメイン駆動用の流量制御弁6bとアシスト駆動用の流量制御弁6jのそれぞれのメータイン通路の開口面積はA1,A2となる。アームシリンダ3bの負荷圧は、流量制御弁6b,6jの負荷ポートを介して第1及び第2負荷圧検出回路131,132によって最高負荷圧Plmax1,Plmax2(Plmax1=Plmax2)として検出され、アンロード弁115,215がそれぞれ第1及び第2圧油供給路105,205の圧油をタンクに排出する油路を遮断する。また、最高負荷圧Plmax1,Plmax2がメインポンプ102のレギュレータ112にフィードバックされ、メインポンプ102の容量(流量)が流量制御弁6b,6jの要求流量(開口面積)に応じて増加し、メインポンプ102の第1及び第2吐出ポート102a,102bからアームシリンダ3bのボトム側にアーム操作レバーの入力に応じた流量の圧油が供給され、アームシリンダ3bは第1及び第2吐出ポート102a,102bからの合流した圧油により伸長方向に駆動される。
ここで、水平均し動作の場合、通常アームシリンダ3bの負荷圧は低く、ブームシリンダ3aの負荷圧は高いことが多い。本実施の形態では、水平均し動作では、ブームシリンダ3aを駆動する油圧ポンプはメインポンプ202、アームシリンダ3bを駆動する油圧ポンプはメインポンプ102というように、負荷圧の異なるアクチュエータを駆動するポンプが別個になるので、1つのポンプで負荷圧の異なる複数のアクチュエータを駆動する従来技術の1ポンプロードセンシングシステムの場合のように、低負荷側の圧力補償弁7bでの絞り圧損による無駄なエネルギー消費を発生させることはない。
また、第3圧油供給路305の圧力P3は、メインポンプ102のレギュレータ112に設けられた減圧弁112gを介して減トルク制御ピストン112fに導かれ、(c)のブームフル操作の場合と同様、減トルク制御ピストン112fはメインポンプ202の吸収トルク分(T3或いは最高トルクT3max)だけメインポンプ102の最大トルクを減少させる減トルク制御を行う。これによりメインポンプ202に係わるアクチュエータ(ブームシリンダ3a)とメインポンプ102に係わるアクチュエータ(アームシリンダ3b)とを同時に駆動する複合操作時であっても、メインポンプ102の吸収トルクとメインポンプ202の吸収トルクの合計が最大トルクT12maxを超えないように制御され(全トルク制御)、原動機1の停止(エンジンストール)を防止することができる。また、メインポンプ202が第2トルク制御部の制限を受け最大トルクT3maxで動作するときだけでなく、メインポンプ202が第2トルク制御部の制限を受けないときにも、全トルク制御を精度良く行い、原動機の定格出力トルクTerateを有効利用することができる。
(g)バケット掘削後のバケットかき寄せ動作
バケット掘削後のバケットかき寄せ動作では、バケット掘削後にブーム上げを最大スピードで行いながら(ブーム上げフル操作)アームクラウドを微操作する。ブーム上げがフル操作であるから、上記(c)で説明したように、ブームシリンダ3aのメイン駆動用の流量制御弁6aとアシスト駆動用の流量制御弁6iのそれぞれのメータイン通路の開口面積はA1,A2となる。ブームシリンダ3aの負荷圧は第1及び第3負荷圧検出回路131,133によって最高負荷圧Plmax1,Plmax3として検出され、アンロード弁115,315がそれぞれ第1及び第3圧油供給路105,305の圧油をタンクに排出する油路を遮断する。また、メインポンプ202の容量は、図4Aに示すPQ特性に従って制御され、メインポンプ202の第3吐出ポート202aからブーム操作レバーの入力に応じた流量の圧油がブームシリンダ3aのボトム側に供給される。また、最高負荷圧Plmax1が差圧減圧弁111に導かれることによって、LS差圧であるPls1が出力され、レギュレータ112の低圧選択弁112aに導かれる。
一方、アームクラウドが微操作であるので、上記(d)で説明したように、アシスト駆動用の流量制御弁6jのメータイン通路の開口面積は0に維持され、メイン駆動用の流量制御弁6bのメータイン通路の開口面積はA1となる。アームシリンダ3bの負荷圧は第2負荷圧検出回路132によって最高負荷圧Plmax2として検出され、アンロード弁215が第2圧油供給路205の圧油をタンクに排出する油路を遮断する。また、最高負荷圧Plmax2が差圧減圧弁211に導かれることによって、LS差圧であるPls2が出力され、レギュレータ112の低圧選択弁112aに導かれる。
ここで、レギュレータ112の低圧選択弁112aにおいてPls1とPls2の低圧側が選択されるとき、Pls1とPls2のいずれが低圧側になるかは、ブームシリンダ3aのアシスト駆動用の流量制御弁6iの要求流量(開口面積)とアームシリンダ3bのメイン駆動用の流量制御弁6bの要求流量(開口面積)の大小関係に依存しており、要求流量の大きな側の圧油供給路の圧力(吐出ポートの圧力)の方がより大きく低下するため、LS差圧もより小さくなる。バケット掘削後のバケットかき寄せ動作では、ブーム上げがフル操作で、アームクラウドが微操作であるので、ブーム操作レバーの要求流量がアーム操作レバーの要求流量よりも大きい場合が多い。この場合、Pls1が低圧側となり、低圧選択弁112aによってPls1が選択され、メインポンプ102の容量(流量)はブームシリンダ3aのアシスト駆動用の流量制御弁6iの要求流量に合わせて増加する。このとき、メインポンプ102の第2吐出ポート102bの吐出流量もそれに合わせて増加しており、アームシリンダ3bのボトム側に供給される圧油の流量は第2吐出ポート102bの吐出流量よりも少ないため、第2圧油供給路205に余剰流量が発生する。この余剰流量は、アンロード弁215を介してタンクに排出される。ここで、アンロード弁215には最高負荷圧Plmax2としてアームシリンダ3bの負荷圧が導かれており、前述したようにアームシリンダ3bの負荷圧は低いため、アンロード弁215のセット圧も低く設定されている。このため、第2吐出ポート102bの圧油の余剰流量がアンロード弁215を介してタンクに排出されるとき、その排出油によって無駄に消費されるエネルギーは小さく抑えられる。
また、第3圧油供給路305の圧力P3は、メインポンプ102のレギュレータ112に設けられた減圧弁112gを介して減トルク制御ピストン112fに導かれ、(f)の水平均し動作の場合と同様、減トルク制御が行われ、全トルク制御により原動機1の停止(エンジンストール)を防止することができるとともに、全トルク制御を精度良く行い、原動機の定格出力トルクTerateを有効利用することができる。
(h)斜面上側からの斜め引き動作
斜面上側に油圧ショベルの本体を水平に配置し、そこから、斜面の谷側から山側(上側)に向かってバケット爪先を斜めに移動させる、いわゆる斜面上側からの斜め引き動作を行う場合について説明する。
斜面上側からの斜め引き動作では、通常アーム操作レバーはアームクラウド方向にフル入力、斜面に沿ってバケット爪先を移動させるためにブーム操作レバーはブーム上げ方向にハーフ入力で行う。つまり、ブーム上げハーフ操作とアームクラウドのフル操作の組み合わせとなる。斜面の角度が大きくなると、ブーム上げの操作量も大きくなる傾向がある。また、ブーム上げのレバー操作量は、斜面に対するアーム角度(車体とバケット先端との距離)によって決まる。例えば、斜め引き動作の引き始めでは、ブーム上げのレバー操作量が増えるが、斜め引き動作が進むにつれてブーム上げのレバー操作量は少なくなる。
斜め引き動作の引き始めで、図2Bにおいて、ブーム上げのハーフ操作によってストロークするブーム上げのメイン/アシスト駆動用のそれぞれの流量制御弁6a,6iのスプールストロークが、S2以上でS3以下にある場合を考える。このとき、ブーム上げのメイン駆動用の流量制御弁6aが図中上方向に切り換わり、上記(b)で説明したように、ブームシリンダ3aの負荷圧は、第3負荷圧検出回路133によって最高負荷圧Plmax3として検出され、アンロード弁315が第3圧油供給路305の圧油をタンクに排出する油路を遮断する。また、メインポンプ202の容量は、図4Aに示すPQ特性に従って制御され、メインポンプ202からブーム操作レバーの入力に応じた流量の圧油がブームシリンダ3aのボトム側に供給される。
一方、アシスト駆動用の流量制御弁6iもブーム上げのハーフ操作で図中上方向に切り換わり、ブームシリンダ3aの負荷圧は、流量制御弁6iを介して第1負荷圧検出回路131のシャトル弁9iに導かれる。また、アームクラウドをフル操作するので、アームシリンダ3bの負荷圧も流量制御弁6j及び第1負荷圧検出回路131のシャトル弁9j,9dを介してシャトル弁9iに導かれる。
ここで、斜め引き動作では、ブームシリンダ3aの負荷圧はアームシリンダ3bの負荷圧よりも高いので、ブームシリンダ3aの負荷圧が第1負荷圧検出回路131(シャトル弁9i)によって最高負荷圧Plmax1として検出され、アンロード弁115は第1圧油供給路105の圧油をタンクに排出する油路を遮断する。また、最高負荷圧Plmax1が差圧減圧弁111に導かれることによって、LS差圧であるPls1が出力され、レギュレータ112の低圧選択弁112aに導かれる。
一方、アームシリンダ3bの負荷圧は、流量制御弁6bの負荷ポートを介して第2負荷圧検出回路132によって最高負荷圧Plmax2として検出され、アンロード弁215は第2圧油供給路205の圧油をタンクに排出する油路を遮断する。また、最高負荷圧Plmax2が差圧減圧弁211に導かれることによって、LS差圧であるPls2が出力され、レギュレータ112の低圧選択弁112aに導かれる。
レギュレータ112において、低圧選択弁112aに導かれたPls1とPls2はその低圧側が選択され、LS制御弁112bに導かれる。LS制御弁112bはPls1とPls2の低圧側が目標LS差圧Pgrと等しくなるようにメインポンプ102の容量(流量)を制御し、その流量の圧油がメインポンプ102から第1及び第2圧油供給路105,205に吐出される。
ここで、第1圧油供給路105に吐出された圧油は圧力補償弁7i、流量制御弁6iを介してブームシリンダ3aに供給されるとともに、圧力補償弁7j、流量制御弁6jを介してアームシリンダ3bにも供給される。一方、第2圧油供給路205に吐出された圧油は、圧力補償弁7b、流量制御弁6bを介してアームシリンダ3bだけに供給される。このため、第1圧油供給路105側の要求流量と第2圧油供給路205側の要求流量を比較した場合、第1圧油供給路105側の要求流量の方が大きく、Pls1とPls2とではPls1が低圧側となり、低圧選択弁112aによってPls1が選択され、メインポンプ102の容量(流量)はそのPls1に応じて(つまり流量制御弁6iと流量制御弁6jの要求流量に応じて)増加する。
また、アームクラウドがフル操作であるので、アームシリンダ3bの流量制御弁6j,6bの要求流量が等しく、かつ流量制御弁6j,6bの要求流量がメインポンプ102の第1及び第2吐出ポート102a,102bより吐出される吐出流量とそれぞれ等しかったとすると、第2圧油供給路205については流量制御弁6bの要求流量に対して不足することなくメインポンプ102は圧油を供給できるが、第1圧油供給路105については、ブームシリンダ3aの流量制御弁6iとアームシリンダ3bの流量制御弁6jの要求流量の合計がメインポンプ102の吐出流量を上回る、いわゆるサチュレーションを起こす。特に、ブームシリンダ3aの負荷圧が高く、第1及び第3圧油供給路105,305の圧力が高い場合は、その圧力がトルク制御(馬力制御)ピストン112d及び減トルク制御ピストン112fに導かれ、トルク制御ピストン112d及び減トルク制御ピストン112fのトルク制御(馬力制御)によってメインポンプ102の容量の増加が制限される(LS制御が行えなくなる)ため、サチュレーションが顕著となる。このサチュレーション状態では、第1圧油供給路105の圧力を、最高負荷圧Plmax1に対して目標LS差圧のPgrだけ高く維持することができないため、Pls1が低下する。Pls1が低下すると、圧力補償弁7i,7jの目標差圧が低下するので、それぞれ閉じ勝手となり、流量制御弁6i,6jの要求流量の比に第1圧油供給路105の圧油を分配する。
このように、斜面上側からの斜め引き動作のように、アームクラウドのレバー操作がフル入力、ブーム上げレバー操作がハーフ入力のような場合においても、オペレータが意図した通りに圧油がブームシリンダ3a及びアームシリンダ3bに供給されるので、違和感なく操作することができる。
また、このときも、第3圧油供給路305の圧力P3は、メインポンプ102のレギュレータ112に設けられた減圧弁112gを介して減トルク制御ピストン112fに導かれ、(f)の水平均し動作の場合と同様、減トルク制御が行われ、全トルク制御により原動機1の停止(エンジンストール)を防止することができるとともに、全トルク制御を精度良く行い、原動機の定格出力トルクTerateを有効利用することができる。
(h)左右走行操作レバーを入力した場合(直進走行)
直進走行を行うため、左右の走行操作レバーを前進方向に同じ量だけ操作すると、左走行モータ3f駆動用の流量制御弁6fと右走行モータ3g駆動用の流量制御弁6gがそれぞれ図中で上方向に切り換わり、左右の走行操作レバーをフル操作したときは、図2Aに示したように、流量制御弁6f,6gのメータイン通路の開口面積は同じA3となる。
流量制御弁6f,6gが切り換わると、操作検出弁8f,8gも切り換わる。しかし、このときは、その他のアクチュエータ駆動用の流量制御弁の操作検出弁8a,8i,8c,8d,8j,8b,8e,8hが中立位置にあるため、絞り43を経由してパイロット圧油供給路31bから走行複合操作検出油路53に供給される圧油は、タンクに排出される。このため、第1〜第3切換弁40,146,246を図中下方向に切り換える圧力はタンク圧と等しくなるので、第1〜第3切換弁40,146,246は、バネの働きによって図中下側の切換位置に保持される。これにより、第1圧油供給路105と第2圧油供給路205とは遮断され、かつ第2負荷圧検出回路132の最下流のシャトル弁9gには第2切換弁146を介してタンク圧が導かれ、第1負荷圧検出回路131の最下流のシャトル弁9fには第3切換弁246を介してタンク圧が導かれる。このため走行モータ3fの負荷圧が、流量制御弁6fの負荷ポートを介して第1負荷圧検出回路131によって最高負荷圧Plmax1として検出され、走行モータ3gの負荷圧が、流量制御弁6gの負荷ポートを介して第2負荷圧検出回路132によって最高負荷圧Plmax2として検出され、アンロード弁115,215はそれぞれ第1及び第2圧油供給路105,205の圧油をタンクに排出する油路を遮断する。また、最高負荷圧Plmax1,Plmax2がそれぞれ差圧減圧弁111,211に導かれることによって、LS差圧であるPls1,Pls2が出力され、これらのLS差圧Pls1,Pls2はレギュレータ112の低圧選択弁112aに導かれる。
レギュレータ112において、低圧選択弁112aに導かれたLS差圧Pls1,Pls2はその低圧側が選択され、LS制御弁112bに導かれる。LS制御弁112bはPls1とPls2の低圧側が目標LS差圧Pgrと等しくなるようにメインポンプ102の容量(流量)を制御する。
ここで、前述のように、左走行モータ3fの要求流量と右走行モータ3gの要求流量は等しく、メインポンプ102はその要求流量に見合った流量となるまで容量(流量)を増加させる。これによりメインポンプ102の第1及び第2吐出ポート102a,102bから左走行モータ3fと右走行モータ3gに走行操作レバーの入力に応じた流量が供給され、走行モータ3f,3gは前進方向に駆動される。このとき、メインポンプ102はスプリットフロータイプであり、第1圧油供給路105に供給される流量と第2圧油供給路205に供給される流量は等しいため、左右の走行モータには常に等量の圧油が供給され、確実に直進走行を行わせることができる。
また、メインポンプ102の第1及び第2圧油供給路105,205のそれぞれの圧力P1,P2がトルク制御(馬力制御)ピストン112d,112eに導かれているため、走行モータ3f、3gの負荷圧が上昇した場合は、圧力P1,P2の平均圧力で馬力制御が行われる。そしてこの場合も、メインポンプ102の第1及び第2吐出ポート102a,102bから等量の圧油が左右の走行モータに供給されるため、第1及び第2圧油供給路105,205のいずれにも余剰流量を発生させずに、直進走行を行うことができる。
(i)走行操作レバーとブーム等その他の操作レバーを同時入力した場合
例えば左右の走行操作レバーとブーム操作レバーのブーム上げ操作を同時に入力した場合、走行モータ3f,3g駆動用の流量制御弁6f,6gとブームシリンダ3a駆動用の流量制御弁6a,6iが図中で上方向に切り換わる。流量制御弁6f,6g,6a,6iが切り換わると、操作検出弁8f,8g,8a,8iも切り換わり、走行複合操作検出油路53をタンクに導く全ての油路が遮断される。このため、走行複合操作検出油路53の圧力はパイロット圧油供給路31bの圧力に等しくなり、第1切換弁40、第2切換弁146及び第3切換弁246は図中下方向に押されて第2位置に切り換わり、第1圧油供給路105と第2圧油供給路205は連通し、かつ第2負荷圧検出回路132の最下流のシャトル弁9gには第2切換弁146を介して第1負荷圧検出回路131によって検出された最高負荷圧Plmax1が導かれ、第1負荷圧検出回路131の最下流のシャトル弁9fには第3切換弁246を介して第2負荷圧検出回路132によって検出された最高負荷圧Plmax2が導かれる。
ここで、ブーム操作レバーが微操作で、流量制御弁6a,6iのストロークが図2BのS2以下の場合は、メイン駆動用の流量制御弁6aのメータイン通路の開口面積は0からA1に増加していくが、アシスト駆動用の流量制御弁6iのメータイン通路の開口面積は0に維持される。このため走行モータ3f,3gの高圧側の負荷圧が第1負荷圧検出回路131及び第2負荷圧検出回路132のそれぞれで最高負荷圧Plmax1, Plmax2として検出され、アンロード弁115,215はそれぞれ第1及び第2圧油供給路105,205の圧油をタンクに排出する油路を遮断する。また、最高負荷圧Plmax1, Plmax2が差圧減圧弁111,211に導かれることによって、LS差圧であるPls1,Pls2が出力され、レギュレータ112の低圧選択弁112aに導かれる。
レギュレータ112において、低圧選択弁112aに導かれたPls1とPls2はその低圧側が選択され、LS制御弁112bに導かれる。LS制御弁112bはPls1とPls2の低圧側が目標LS差圧Pgrと等しくなるようにメインポンプ102の容量(流量)を制御し、その制御された流量の圧油がメインポンプ102から第1及び第2圧油供給路105,205に吐出される。このとき、第1切換弁40が第2位置に切り換わって第1圧油供給路105と第2圧油供給路205は連通しているため、第1及び第2吐出ポート102a,102bは1つのポンプとして機能し、メインポンプ102の第1吐出ポート102aの吐出油と第2吐出ポート102bの吐出油は合流し、その合流した圧油が圧力補償弁7f,7g及び流量制御弁6f,6gを介して左走行モータ3fと右走行モータ3gに供給される。
一方、このとき、ブーム操作レバーが微操作なので、上記(b)で説明したように、ブームシリンダ3aのメイン駆動用の流量制御弁6aのメータイン通路の開口面積はA1となり、アシスト駆動用の流量制御弁6iのメータイン通路の開口面積は0に維持される。ブームシリンダ3aの負荷圧は流制御弁6aの負荷ポートを介して第3負荷圧検出回路133によって最高負荷圧Plmax3として検出され、アンロード弁315は第3圧油供給路305の圧油をタンクに排出する油路を遮断する。また、メインポンプ202の容量は、図4Aに示すPQ特性に従って制御され、メインポンプ202の第3吐出ポート202aからブーム操作レバーの入力に応じた流量がブームシリンダ3aボトム側に供給される。
また、走行とブームの複合操作でブーム操作レバーをフル操作し、流量制御弁6a,6iの開口面積が図2BのA1,A2となった場合は、ブームシリンダ3aと走行モータ3f,3gの高圧側の負荷圧が第1負荷圧検出回路131及び第2負荷圧検出回路132のそれぞれで最高負荷圧Plmax1, Plmax2として検出され、アンロード弁115,215はそれぞれ第1及び第2圧油供給路105,205の圧油をタンクに排出する油路を遮断する。また、差圧減圧弁111,211はそれぞれLS差圧Pls1,Pls2をレギュレータ112に出力し、低圧選択弁112aによってPls1とPls2の低圧側が選択され、LS制御弁112bに導かれる。
レギュレータ112において、低圧選択弁112aに導かれたPls1とPls2はその低圧側が選択され、LS制御弁112bに導かれる。LS制御弁112bはPls1とPls2の低圧側が目標LS差圧Pgrと等しくなるようにメインポンプ102の容量(流量)を制御し、その流量の圧油がメインポンプ102から第1及び第2圧油供給路105,205に吐出される。
また、このときも、メインポンプ102の第1吐出ポート102aの吐出油と第2吐出ポート102bの吐出油は合流し、圧力補償弁7f,7g及び流量制御弁6f,6gを介して左走行モータ3fと右走行モータ3gに供給されるとともに、その合流した圧油の一部は圧力補償弁7i及び流量制御弁6iを介してブームシリンダ3aのボトム側にも供給される。一方、メインポンプ202のレギュレータ212は、ブーム操作レバーが微操作であるときと同様に動作し、メインポンプ202からも圧油がブームシリンダ3aのボトム側に供給される。
このように走行とブームを同時に駆動する複合動作では、メインポンプ102の第1及び第2吐出ポート102a,102bが一つのポンプとして機能し、2つの吐出ポート102a,102bの圧油が合流して左右の走行モータ3f,3gに供給され、かつブーム操作レバーを微操作したときは、メインポンプ202の圧油のみがブームシリンダ3aボトム側に供給され、ブーム操作レバーをフル操作したときは、メインポンプ202の圧油とメインポンプ102の合流した圧油の一部とがブームシリンダ3aボトム側に供給される。これにより、左右の走行モータの操作レバーを同じ入力量で操作した場合は、直進走行性を維持しつつ、所望の速度でブームシリンダを駆動することが可能となり、良好な走行複合操作性を得ることができる。
また、このときも、第3圧油供給路305の圧力P3は、メインポンプ102のレギュレータ112に設けられた減圧弁112gを介して減トルク制御ピストン112fに導かれ、(f)の水平均し動作の場合と同様、減トルク制御が行われ、全トルク制御により原動機1の停止(エンジンストール)を防止することができるとともに、全トルク制御を精度良く行い、原動機の定格出力トルクTerateを有効利用することができる。
以上では、左右の走行操作レバーとブーム操作レバーのブーム上げ操作を同時に入力した場合について説明したが、左右の走行操作レバーとブーム以外の操作レバーを同時に入力した場合も、メインポンプ202の容量は、図4Aで点Aに示す最大容量q3maxに維持される点を除いて、走行とブームの複合操作でブーム操作レバーをフル操作した場合とほぼ同様の動作が得られる。すなわち、メインポンプ102の第1及び第2吐出ポート102a,102bが一つのポンプとして機能し、メインポンプ102の第1吐出ポート102aの吐出油と第2吐出ポート102bの吐出油は合流してそれぞれの圧力補償弁と流量制御弁を介して各アクチュエータに供給され、左右の走行モータの操作レバーを同じ入力量で操作した場合は、直進走行性を維持しつつ、所望の速度で他のアクチュエータを駆動することが可能となり、良好な走行複合操作を得ることができる。
(j)走行ステアリング動作の場合
一方の走行操作レバーをフル、他方の走行操作レバーをハーフ操作する、いわゆるステアリング動作をする場合について、以下に説明する。
例えば左走行モータ3f用操作レバーをフル操作、右走行モータ3g用操作レバーをハーフ操作した場合、走行モータ3f駆動用の流量制御弁6fがフルストロークで上方向に切り換わり、走行モータ3g駆動用の流量制御弁6gがハーフストロークで上方向に切り換わり、図2Aに示したように、流量制御弁6fのメータイン通路の開口面積はA3となり、流量制御弁6gのメータイン通路の開口面積はA3よりも小さな中間の大きさとなる(左走行モータ3fの要求流量>右走行モータ3gの要求流量)。
流量制御弁6f,6gが切り換わると、操作検出弁8f,8gも切り換わる。しかし、このときは、その他のアクチュエータ駆動用の流量制御弁の操作検出弁8a,8i,8c,8d,8j,8b,8e,8hが中立位置にあるため、絞り43を経由してパイロット圧油供給路31bから走行複合操作検出油路53に供給される圧油は、タンクに排出される。このため、第1〜第3切換弁40,146,246を図中下方向に切り換える圧力はタンク圧と等しくなるので、第1〜第3切換弁40,146,246は、バネの働きによって図中下側の切換位置に保持される。これにより、第1圧油供給路105と第2圧油供給路205とは遮断され、かつ第2負荷圧検出回路132の最下流のシャトル弁9gには第2切換弁146を介してタンク圧が導かれ、第1負荷圧検出回路131の最下流のシャトル弁9fには第3切換弁246を介してタンク圧が導かれる。このため走行モータ3fの負荷圧が、流量制御弁6fの負荷ポートを介して第1負荷圧検出回路131によって最高負荷圧Plmax1として検出され、走行モータ3gの負荷圧が、流量制御弁6gの負荷ポートを介して第2負荷圧検出回路132によって最高負荷圧Plmax2として検出され、アンロード弁115,215はそれぞれ第1及び第2圧油供給路105,205の圧油をタンクに排出する油路を遮断する。また、最高負荷圧Plmax1,Plmax2がそれぞれ差圧減圧弁111,211に導かれることによって、LS差圧であるPls1,Pls2が出力され、これらのLS差圧Pls1,Pls2はレギュレータ112の低圧選択弁112aに導かれる。
レギュレータ112において、低圧選択弁112aに導かれたLS差圧Pls1,Pls2はその低圧側が選択され、LS制御弁112bに導かれる。LS制御弁112bはPls1とPls2の低圧側が目標LS差圧Pgrと等しくなるようにメインポンプ102の容量(流量)を制御する。
ここで、左走行モータ3f用操作レバーがフル操作、右走行モータ3g用操作レバーがハーフ操作で、油圧ショベルとしては進行走行に対して右方向に大曲がりする動作をする場合を考えると、この場合は、左側の走行モータ3fが右側の走行モータ3gを引きずる格好となるので、左走行モータ3fの負荷圧>右走行モータ3gの負荷圧となる。また、要求流量については、左走行モータ3fの要求流量>右走行モータ3gの要求流量の関係が成り立つ。
このように走行モータ3fの要求流量が走行モータ3gの要求流量よりも大きいので、Pls1とPls2とではPls1が低圧側となり、低圧選択弁112aによってPls1が選択され、メインポンプ102の容量(流量)はそのPls1に応じて、走行モータ3fの要求流量に見合った流量となるまで容量(流量)を増加させる。このように、第1圧油供給路105には走行モータ3fの要求流量に見合った流量が供給される。
一方、第2圧油供給路205には、走行モータ3gの要求流量よりも大きい流量が供給される。第2圧油供給路205に供給された余分な圧油は、アンロード弁215からタンクに排出される。このとき、アンロード弁215のセット圧は、最高負荷圧Plmax2(走行モータ3gの負荷圧)+バネの設定圧力Pun0となる。このように第1圧油供給路105の圧力は、LS制御弁112bにより、走行モータ3fの負荷圧+目標LS差圧に保たれ、第2圧油供給路205の圧力は、アンロード弁215により、走行モータ3gの負荷圧+バネの設定圧力Pun0(≒走行モータ3gの負荷圧+目標LS差圧)に保たれる。このように第2圧油供給路205の圧力は、走行モータ3fの負荷圧と走行モータ3gの負荷圧の差の分だけ、第1圧油供給路105の圧力よりも低くなる。
メインポンプ102は、スプリットフロータイプであり、トルク制御ピストン112d,112eのトルク制御(馬力制御)は、第1圧油供給路105及び第2圧油供給路205の合計圧力(平均圧力)によって行われるので、走行ステアリング時など、一方の圧油供給路の圧力が他方の圧油供給路の圧力よりも低い場合には、合計圧力(平均圧力)がその分低く抑えられる。これにより一つのポンプによって左右走行モータを駆動する場合に比べて、馬力制御によって流量が制限されにくく、作業効率が大きく低下することなく走行ステアリング動作を行うことができる。
〜効果〜
以上のように本実施の形態によれば、油圧ショベルのブームシリンダ3aとアームシリンダ3bを同時に駆動する複合操作時に、圧力補償弁の絞り圧損による無駄なエネルギー消費を抑えつつ、ブームシリンダ3aとアームシリンダ3bに要求される様々な流量バランスに柔軟に対応し、良好な複合操作性を得ることができる。
また、減圧弁112gはメインポンプ202の吸収トルクを模擬した圧力を出力し、この圧力を減トルク制御ピストン112fに導いてメインポンプ102の最大トルクを減少させるため、メインポンプ202が第2トルク制御部の制限を受け最大トルクT3maxで動作するときだけでなく、メインポンプ202が第2トルク制御部の制限を受けないときにも、全トルク制御を精度良く行い、原動機の定格出力トルクTerateを有効利用することができる。
また、メインポンプ202のレギュレータ212はロードセンシング制御部を有しないため、レギュレータ212の機構を簡素化できるとともに、複雑な機構を用いなくても減圧弁112gはメインポンプ202の吸収トルクを模擬した圧力を出力することができるため、メインポンプ102,202とレギュレータ112,212を含めたポンプ全体の小型化が容易となる。
また、油圧ショベルの良好な直進走行性を得ることができる。
更に、油圧ショベルの走行ステアリング動作では、良好なステアリングフィーリングを実現することができる。
〜その他〜
以上の実施の形態では、建設機械が油圧ショベルであり、第1アクチュエータがブームシリンダ3aであり,第2アクチュエータがアームシリンダ3bである場合について説明したが、他のアクチュエータよりも要求流量が大きいアクチュエータであれば、ブームシリンダとアームシリンダ以外であってもよい。
また、上記実施の形態では、メインポンプ202は可変容量型で、第2トルク制御部を有するレギュレータ212によって容量が制御される構成としたが、メインポンプ202ははレギュレータを備えない固定容量型のポンプであってもよく、この場合でも本発明の基本効果は得られる。
また、上記実施の形態では、第3及び第4アクチュエータが左右の走行モータ3f,3gである場合について説明したが、同時に駆動されるときに供給流量が同等になることで所定の機能を果たす第3及び第4アクチュエータであれば、左右の走行モータ以外であってもよい。
更に、そのような第1及び第2アクチュエータ或いは第3及び第4アクチュエータの動作条件を満たすアクチュエータを備えた建設機械であれば、油圧走行クレーン等、油圧ショベル以外の建設機械に本発明を適用してもよい。
また、上記実施の形態のロードセンシングシステムは一例であり、ロードセンシングシステムは種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、ポンプ吐出圧と最高負荷圧を絶対圧として出力する差圧減圧弁を設け、その出力圧を圧力補償弁に導いて目標補償差圧を設定しかつLS制御弁に導き、ロードセンシング制御の目標差圧を設定したが、ポンプ吐出圧と最高負荷圧を別々の油路で圧力制御弁やLS制御弁に導くようにしてもよい。