JP6331010B2 - 油圧駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、油圧ショベルなどの建設機械及び、各種作業機械に使用される油圧駆動装置に関し、さらに詳細には斜板式可変容量型油圧ポンプ（以下可変ポンプとする）を備えた油圧駆動装置において、特に可変ポンプの吐出圧と複数のアクチュエータの最高負荷圧との実差圧（以下ＰＬＳ）圧という）をある目標差圧（以下Ｐｒ圧）に保つように、可変ポンプの容量を制御するロードセンシング制御の油圧駆動装置に関する。

従来、この種のＰｒ圧は可変ポンプと共にエンジンなどの原動機で駆動される固定容量型ポンプ（以下固定ポンプとする）を利用してエンジン回転数の変化に応じて変化するようにした油圧駆動装置において、走行作動時の省エネを図るため、走行作動を検知し、走行作動時のみＰｒ圧が低下する技術がある。
この従来技術では、走行モータ動作時の流量がその他のアクチュエータ（例えば、ブームシリンダーやアームシリンダー）動作時の流量より少ないが、どのアクチュエータを動作させる場合でもＰｒ圧、ＰＬＳ圧が同じため、流量の少ない走行モータ動作時でも流量制御弁での圧力損失が大流量のアクチュエータ動作時と同じ圧力損失となってしまい、エネルギーロスが無駄に大きいという問題に対し、走行操作を検知し、走行動作時のみ、Ｐｒ圧が低く設定されるようにして、走行動作時の圧力損失を低減している。
ただし、先行技術で圧力損失が低減されているのは、エンジン回転数には連動せず、エンジン回転数は中回転から高回転の領域のみである（例えば、特許文献１を参照。）。

特開２０１１―２４７３０１号公報

しかしながら、特許文献１では、走行モータ動作時の流量がその他のアクチュエータ（例えば、ブームシリンダーやアームシリンダー）動作時の流量より少ないが、どのアクチュエータを動作させる場合でもＰｒ圧、ＰＬＳ圧が同じため、流量の少ない走行モータ動作時でも流量制御弁での圧力損失が大流量のアクチュエータ動作時と同じ圧力損失となってしまい、エネルギーロスが無駄に大きいという問題に対し、走行操作を検知し、走行動作時のみ、Ｐｒ圧が低く設定されるようにして、走行動作時の圧力損失を低減している。ただし、先行技術で圧力損失が低減されているのは、エンジン回転数には連動せず、エンジン回転数は中回転から高回転の領域のみである。

従来技術では、図５のようにエンジン回転数が中回転から高回転の場合のみ、走行動作時、Ｐｒ圧はＰｒ´圧のように低下するが低回転ではＰｒ圧のまま変化しない。
そして、一般にエンジン高回転時に実機に必要な走行速度が出るように走行モータの流量調整弁を設定する。従って、エンジン高回転時のＰｒ圧がＰｒ´圧まで低くなった状態で所望の流量となるよう流量調整弁を設定するため開口面積が大きくなる。
しかし、エンジン低回転では、走行動作を検知しても、Ｐｒ圧は低下しないため、高回転時のＰｒ´圧との差が小さく、本来、エンジン低回転時ではアクチュエータの速度がエンジン高回転時に対し一般的には半減するところ、特許文献１では、理論的にそのように大幅に低下することはない。

よって、実機のオペレータは走行以外のアクチュエータはエンジン回転数によって速度が大幅に変化するが、走行動作についてはエンジン回転数が低回転でも走行速度が低下せず、微操作が困難になってしまう。
さらに、特許文献１における図１０の回路例以外では、走行動作時のＰｒ圧を低下させるため新たに減圧弁や絞りを追加して構成部品を増やすようにしている。
本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、エンジン回転数に応じて目標差圧を変更する機能を従来どおり有したまま、走行動作時のみ、目標差圧の絶対値が走行作時以外よりも低くなるようにし、走行動作時の油圧回路内での圧力損失を低減すること、かつ走行動作時でもエンジン回転数に応じてＰｒ圧が変化するようにした差圧減圧弁を有することを特徴とする油圧駆動装置を提供することを目的とする。

前記の課題を解決するため、本発明は、
エンジンなどの原動機と、前記エンジンなどの原動機により駆動される可変容量型の油圧ポンプと、前記油圧ポンプ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と、前記油圧ポンプから前記複数のアクチュエータに供給される圧油の流量をそれぞれ制御する複数の方向切換弁と、前記複数の方向切換弁の前後差圧をそれぞれ制御する複数の圧力補償弁と、前記油圧ポンプの吐出圧が前記複数のアクチュエータの最高負荷圧よりも目標差圧だけ高くなるロードセンシング制御するポンプ制御手段と、前記油圧ポンプの吐出圧の上限を規制するメインリリーフ弁と、前記複数の圧力補償弁のそれぞれの目標差圧を前記油圧ポンプの吐出圧と前記複数のアクチュエータの最高負荷圧との差圧により設定すると共に、固定ポンプの吐出流量が固定絞りと可変絞りを通過する時の上流圧と下流圧の差圧を検出する差圧減圧弁と、備え
前記差圧減圧弁は、
段付円筒形状のスリーブと、
前記スリーブの一端に嵌着されたガイドと、
前記スリーブの他端に螺着された配管継手と、
前記スリーブに形成した段付孔に嵌着された段付形状のスプールと、
前記配管継手により前記段付孔に嵌着されたスプリングガイドと、
前記スプールの一端に嵌着されたリテーナと、

前記スプリングガイドと前記リテーナとの間に装着されたばね部材と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、固定ポンプの吐出路に設置した絞りの前後差圧の変化でエンジン回転数を検出し、走行非動作時にポンプ容量制御の目標差圧Ｐｒ圧を変更し、可変ポンプの吐出圧と最高負荷圧の実差圧も変更する機能は有したままで、走行動作時に目標差圧Ｐｒ´圧を目標走行Ｐｒ圧よりも低い圧力に設定すると共に、Ｐｒ´圧もエンジン回転数に連動して変更する機能も持ち合わせることができる。
さらに、走行動作時の圧力損失は従来技術同様に低減できるうえに、エンジン回転数低回時の走行動作微操作性も確保できるシステムとなる。

本発明の第一の実施の形態に係る油圧制御回路を示す。 図１の油圧制御回路の特性を示す目標ＬＳ差圧―エンジン回転数の関係を示す特性線図である。 本発明の第二の実施の形態に係る油圧制御回路である。 図１の差圧減圧弁の概略構造を示す略縦断面図である。 従来の油圧制御回路の特性を示す目標ＬＳ差圧―エンジン回転数の関係を示す特性線図である。

以下、本発明に係る油圧駆動装置について、好適な実施の形態を挙げ、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る油圧駆動装置１０の油圧回路を示し、参照符号１４は油圧駆動装置１０のコントロールバルブを示す。
本発明では、固定ポンプ１３の吐出流量が固定絞り３０ｂと可変絞り３０ａを通過する時の上流圧Ｐｐ１（３１ｃ）と下流圧Ｐｐ２（３１ｂ）の差圧を検出する差圧減圧弁３１で目標差圧Ｐｒ圧（３１ａ）を検出している。
ここで、上流圧Ｐｐ１（３１ｃ）の受圧面積Ａ１、下流圧Ｐｐ２（３１ｂ）の受圧面積をＡ２、目標差圧Ｐｒ圧（３１ａ）の受圧面積をＡ３とする。
差圧減圧弁３１には今回の発明で下流圧３１ｂと同じ方向に作用するバネ３１ｄと走行動作信号圧３１ｆによってバネ３１ｄの荷重（弾発力）Ｆｓｐを変化させる圧力室３１ｅが追加された。走行動作信号圧３１ｆには走行モータ１６、走行モータ１７を動作させるための方向切換弁２６、方向切換弁２７を切り換えるパイロット圧２６ａ、２６ｂ、２７ａ、２７ｂをシャトル弁２８，２９などで高圧選択し、供給する。

よって、走行モータ１６，１７の走行動作（走行モータ作動）時に圧力室３１ｅに走行動作信号圧３１ｆが供給されるとバネ３１ｄが撓んで弾発力がｕｐし、走行非動作時に対し、差圧減圧弁３１で検出されるＰｒ圧３１ａは小さくなる。また、エンジン１１の回転数増加に伴い固定ポンプ１２の吐出流量が増加し、上流圧３１ｃと下流圧３１ｂの差圧が大きくなり、差圧減圧弁３１のスプールバランス位置がより図の上側（バネ３１ｄがたわむ位置）になる。従って、エンジン１１の回転数の上昇に伴い、バネ３１ｄの弾発力が大きくなり、結果として、目標差圧Ｐｒ圧３１ａは回転数が高いほど、上流圧３１ｃと下流圧３１ｂの差圧との圧力差が大きくなる。

走行動作時の特性は、図２に示すようになり、従来技術のようにエンジン回転数が中回転から高回転のみ目標差圧Ｐｒ圧３１ａが低下するのではなく、エンジン低回転から高回転まで全域で目標差圧Ｐｒ圧３１ａが低下する特性となる。
可変ポンプ１２の吐出量を調整するＬＳ弁２３には目標差圧Ｐｒ圧（３１ａ）とコントロールバルブ１０の内部のポンプ圧１２ｂと高負荷圧２１ａを差圧減圧弁３１に導き、実差圧ＰＬＳ２２を比較し、実差圧ＰＬＳ２２は目標差圧Ｐｒ圧（３１ａ）と等しくなるように可変ポンプ１２の吐出量が調整される。

極端な例として考えると、走行非動作時バネ３１ｄはたわみがない状態とし、走行動作時のみバネ３１ｄがたわみ，バネ力が差圧減圧弁３１に作用する差圧減圧弁３１の力の釣り合い式で表すと、
Ｐｐ１×Ａ１＝Ｐｐ２×Ａ＋Ｐｒ×Ａ３＋Ｆｓｐ（バネ３１ｄの弾発力）
整理すると、
Ｐｒ×Ａ３＝Ｐｐ２×Ａ１−Ｐｐ２×Ａ２−Ｆｓｐ
各圧力の受圧面積Ａ１、Ａ２、Ａ３の面積の比は目的に応じ設定するが、差圧減圧弁として最も一般的な場合で考え、Ａ１＝Ａ２＝Ａ３と設定すると、
Ｐｒ×Ａ１＝Ｐｐ１×Ａ１−Ｐｐ２×Ａ１−Ｆｓｐ
∴Ｐｒ＝Ｐｐ１−Ｐｐ２−Ｆｓｐ／Ａ１となる。

走行非動作時：目標差圧Ｐｒ=Ｐｐ１−Ｐｐ２（Ｆｓｐ／Ａ１＝０なので） ・・・（１）

走行動作時： 目標差圧Ｐｒ´=Ｐｐ１−Ｐｐ２−Ｆｓｐ／Ａ１ ・・・（２）
となる。
よって、走行動作時 実差圧ＰＬＳ２２＝目標差圧Ｐｒ´であり、走行時の圧力損失が低減できる結果となる。しかもエンジン回転数低回転から高回転まで全領域で走行非動作時の目標差圧Ｐｒ圧同様Ｐｒ´圧も変化することが可能となる。

図４は他のコントロールバルブ１５の回路例を示し、図４中、図１のコントロールバルブ１４の構成要件と同一の構成要件は同一符号を付して詳細な説明を省略する。
よって、図１のコントロールバルブ１４の代わりに図４のコントロールバルブ１５に置き換えても同じ機能が得られる。
図４について説明する。図１のコントロールバルブ１０との相違点は、固定ポンプ１３の吐出ライン下流のパイロット圧３２が入力されたラインを分岐し、絞り３３を配置する点にある。
絞り３３の下流は走行モータ１６，１７の操作用方向切換弁２６，２７に直結した信号ライン遮断回路５１，５２に直列に接続され、コントロールバルブ１５のタンク内でタンクポート（Ｔライン）に接続されていることである。

また、絞り３３の下流は分岐され、走行動作信号圧３１ｆに供給される。走行非動作時は絞り３３の下流はタンクへ連通しており、０．５ＭＰａ以下の低圧になっている。
そのため、走行動作信号圧３１ｆは０．５ＭＰａ以下でバネ３１ｄは弾発力が弱い状態である。走行動作時に方向切換弁２６あるいは２７が切り換わる、または方向切換弁２６、２７が同時に切り換わり、信号ライン遮断回路５１，あるいは５２が遮断するポジションに切りかわると、パイロット圧３２のリリーフ圧まで絞り３３の下流圧が昇圧し、走行動作信号圧３１ｆに供給され、バネ３１ｄが撓み、弾発力がｕｐし、その結果、目標差圧Ｐｒ圧３１ａが低下することになる。

本発明の実施に形態に係る油圧駆動装置１０の差圧減圧弁３１の概略構造を図３に示す。
差圧減圧弁３１は段付円筒形状のスリーブ３２２と、前記スリーブ３２２の一端（図３で左端）に嵌着されたガイド３２１と、前記スリーブ３２２の他端（図３で右端）に螺着された配管継手３１５と、前記スリーブ３２２に形成した段付孔３２３に嵌着された段付形状のスプール３１２と、前記配管継手３１５により前記段付孔３２３に嵌着されたスプリングガイド３１４と、前記スプール３１２の一端（図３で右端）に嵌着されたリテーナ３１３と、前記スプリングガイド３１４の突起部３１４ａと前記リテーナ３１３との間に装着されたばね部材３１ｄと、を備える。

一方、スリーブ３２２には、ピストン３１１に対応位置に直径方向に横穴４７が穿設されており、さらに、目標差圧Ｐｒに連通する横穴４９、４４、４３が直径方向に穿設されている。
なお、ばね部材３１ｄはスプリングガイド３１４の突起部３１４ａとスリーブ３１２の他端（図３で右端）の細部３１２ａに嵌着されたリテーナ３１３との間に装着されている。
参照符号３１６乃至３１９はスリーブ３２２の外周に嵌着されたシール部材、例えばＯリングを示しており、差圧減圧弁３１を弁本体（図示しない）に装着した際の該差圧減圧弁３１からの油漏れを防止している。

次に差圧減圧弁３１の作動について説明する。
ピストン３１０の左端面４１に、上流圧Ｐｐ１（３１ｃ）が加圧されると、図３の矢印Ｘ方向への力がピストン３１０の右端面と接してスプール３１２に作用する。また、下流圧Ｐｐ２（３１ｂ）がスリーブ３２２の横穴４３を経由して、スプール３１２の外径大部と外径小部の段差とスリーブ３２２の内径部で形成される圧力室４２に加圧され、図３で矢印Ｙ方向への力がスプール３１２に作用する。

また、バネ３１ｄの弾発力が同じく図３の矢印Ｙ方向へスプール３１２に作用する。これらの入力でスプール３１２は左右方向に動き、例えばスプール３１２が右へ動くと、スプール３１２の右端面の圧力室４６はスプール３１２の内部穴４５を通してスリーブ３２２の横穴４４を経由して下流圧Ｐｐ２（３１ｂ）と連通する。
逆にスプール３１２が左に動くと、スプール３１２の右端面の圧力室４６はスプール３１２の内部穴４５を通して、スリーブ３２２の横穴４７を経由して、ＤＲポート３１ｇに連通して、スプール３１２に作用する力が釣り合うような目標差圧Ｐｒ（３１ａ）を出力する。

配管継手３１５に走行動作信号圧３１ｆが加圧されると、ピストン３１１が左方向に押され、スリーブ３２２の内部段差４８に押しつけられる。これにより、ピストンＢ３１４が移動した距離分バネ３１ｄの弾発力が高くなる。
よって、ピストン３１０の左端面４１の受圧面積と受圧面積室４２のスプール３１２の外径大部と外径小部の段差部受圧面積、及び受圧室４６のスプール３１２の外径小部の受

１０ 油圧駆動装置 １１ エンジン
１２ 可変ポンプ １３ 固定ポンプ
１４、１５ コントロールバルブ １６、１７ 走行モータ
２６，２７ 方向切換弁 ２８，２９ シャトル弁
３０ａ 可変絞り ３０ｂ 固定絞り
３１ａ 目標差圧Ｐｒ ３１ｂ 下流圧Ｐｐ２
３１ｃ 上流圧Ｐｐ１ ３１ｄ ばね
３１ｅ 圧力室 ３１ｆ 走行動作信号圧
３１ 差圧減圧弁 ３２ パイロット圧
３３ 絞り ５１，５２ 遮断回路
３１０，３１１ ピストン ３１２ スプール
３１３ リテーナ ３１４ スプリングガド
３１５ 配管継手 ３２１ ガイド
３２２ スリーブ ３２３ 段付孔

Claims (1)

1. エンジンなどの原動機と、前記エンジンなどの原動機により駆動される可変容量型の油圧ポンプと、前記油圧ポンプ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と、前記油圧ポンプから前記複数のアクチュエータに供給される圧油の流量をそれぞれ制御する複数の方向切換弁と、前記複数の方向切換弁の前後差圧をそれぞれ制御する複数の圧力補償弁と、前記油圧ポンプの吐出圧が前記複数のアクチュエータの最高負荷圧よりも目標差圧だけ高くなるロードセンシング制御するポンプ制御手段と、前記油圧ポンプの吐出圧の上限を規制するメインリリーフ弁と、前記複数の圧力補償弁のそれぞれの目標差圧を前記油圧ポンプの吐出圧と前記複数のアクチュエータの最高負荷圧との差圧により設定すると共に、固定ポンプの吐出流量が固定絞りと可変絞りを通過する時の上流圧と下流圧の差圧を検出する差圧減圧弁と、備え
   前記差圧減圧弁は、
   段付円筒形状のスリーブと、
   前記スリーブの一端に嵌着されたガイドと、
   前記スリーブの他端に螺着された配管継手と、
   前記スリーブに形成した段付孔に嵌着された段付形状のスプールと、
   前記配管継手により前記段付孔に嵌着されたスプリングガイドと、
   前記スプールの一端に嵌着されたリテーナと、
   前記スプリングガイドと前記リテーナとの間に装着されたばね部材と、
   を、備えることを特徴とする油圧駆動装置。

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