KR102074092B1 - 펌프 장치 - Google Patents

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유키 사카이
데츠야 이와나지
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케이와이비 가부시키가이샤
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Abstract

펌프 장치(100)는, 가변 용량형 제1 펌프(10)와, 제어압(Pcg)에 따라서 제1 펌프(10)에 있어서의 경사판(11)의 틸팅 각도를 제어하는 틸팅 액추에이터(15)와, 제어압(Pcg)을 제어 밸브(3)의 전후 차압에 따라서 조정하는 레귤레이터(60)와, 제1 펌프(10)와 공통의 구동원에 의해 구동되는 정용량형 제2 펌프(16)와, 제2 펌프(16)로부터 토출되는 작동유가 유도되는 저항기(65)의 전후 차압에 따라서 작동하여 저항기(65)의 전후 차압의 상승에 따라서 제어압(Pcg)을 저하시키도록 레귤레이터(60)를 구동하는 제어 액추에이터(70)와, 저항기(65)의 상류압(P3)에 저항하도록 제어 액추에이터(70)에 작용하는 보조압(Po)을 제어 액추에이터(70)로 유도하는 보조 통로(83)와, 보조 통로(83)의 연통과 차단을 전환하는 전환 밸브(80)를 구비한다.

Description

펌프 장치
본 발명은, 펌프 장치에 관한 것이다.
JP1994-300002A에는, 유압 구동형 액추에이터와, 액추에이터에 압유를 공급하는 가변 용량형 유압 펌프를 구비하는 건설 기계의 유압 회로 구조이며, 액추에이터의 작업 부하에 따라서 유압 펌프의 펌프 토출량을 증감시키는 부하 제어를 행하는 것이 개시되어 있다.
JP1994-300002A에 개시된 바와 같은 부하 제어(로드 센싱 제어)되는 펌프 장치는, 구동 액추에이터의 작업 부하에 따른 토출 유량으로 작동 유체를 토출함으로써, 작업 부하에 상관없이 제어 밸브의 개방도에 따라서 구동 액추에이터의 속도를 제어할 수 있다.
그러나, 제어 밸브의 개방도가 동일해도, 예를 들어 작업자가 상이하면 요구되는 구동 액추에이터의 속도, 즉, 펌프 장치로부터의 공급 유량이 상이한 경우가 있다.
이와 같이, 부하 제어되는 펌프 장치에 있어서는, 작업 부하가 동일해도, 펌프 장치로부터의 공급 유량(토출 유량)을 임의로 변경하고 싶다고 하는 요망이 있었다.
본 발명은, 부하 제어되는 펌프 장치에 있어서, 작업 부하에 상관없이 토출 유량을 변경시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 구동 대상을 구동하는 구동 액추에이터에 제어 밸브를 통해 작동 유체를 공급하는 펌프 장치이며, 구동 액추에이터에 작동 유체를 공급하고 경사판의 틸팅 각도에 따라서 토출 용량이 변화되는 가변 용량형 제1 펌프와, 공급되는 제어압에 따라서 제1 펌프에 있어서의 경사판의 틸팅 각도를 제어하는 틸팅 액추에이터와, 제어압을 제어 밸브의 전후 차압에 따라서 조정하는 레귤레이터와, 제1 펌프와 공통의 구동원에 의해 구동되는 정용량형 제2 펌프와, 제2 펌프로부터 토출되는 작동 유체가 유도되는 펌프 통로에 설치되는 저항기와, 저항기의 전후 차압에 따라서 작동하고 저항기의 전후 차압의 상승에 따라서 제어압을 저하시키도록 레귤레이터를 구동하는 제어 액추에이터와, 저항기의 상류측 압력 및 하류측 압력 중 한쪽에 저항하도록 제어 액추에이터에 작용하는 보조압을 제어 액추에이터로 유도하는 보조 통로와, 보조 통로를 통한 제어 액추에이터로의 보조압의 공급과 차단을 전환하는 전환 밸브를 구비한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 펌프 장치를 구비하는 유압 구동 장치의 유압 회로도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 펌프 장치에 있어서의 토출 유량 제어를 설명하기 위한 도면이며, 펌프 회전수와 토출 유량의 관계를 나타내는 그래프도이다.
도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 관한 펌프 장치(100) 및 이것을 구비하는 유압 구동 장치(1)에 대해 설명한다.
유압 구동 장치(1)는, 예를 들어 유압 셔블에 탑재되어, 구동 대상(붐, 아암, 또는 버킷 등)을 구동한다. 유압 구동 장치(1)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 작동 유체로서의 작동유가 급배됨으로써 구동 대상을 구동하는 구동 액추에이터로서의 유압 실린더(2)와, 유압 실린더(2)에 급배되는 작동유의 흐름을 제어하는 제어 밸브(3)와, 제어 밸브(3)를 통해 유압 실린더(2)에 작동유를 공급하는 구동 유압원으로서의 펌프 장치(100)를 구비한다.
유압 실린더(2)는, 제어 밸브(3)를 통해 펌프 장치(100)로부터 유도되는 작동유에 의해 신축 작동하여, 구동 대상을 구동한다. 제어 밸브(3)는, 작업자의 조작에 따라서 개방도가 조정되어, 유압 실린더(2)에 공급되는 작동유의 유량을 조정한다. 도 1에서는, 단일의 유압 실린더(2) 및 이것을 제어하는 제어 밸브(3)만을 도시하고, 그 밖의 구동 액추에이터 및 제어 밸브는 도시를 생략한다.
펌프 장치(100)로부터 토출되는 작동유는, 토출 통로(21)를 통해 펌프 포트(31)로 보내지고, 펌프 포트(31)에 접속되는 제어 밸브(3)에 의해 유압 실린더(2)로 유도된다.
펌프 장치(100)는, 유압 실린더(2)에 작동유를 공급하여 경사판(11)의 틸팅 각도에 따라서 토출 용량이 변화되는 가변 용량형 제1 펌프(10)와, 공급되는 제어압(Pcg)에 따라서 제1 펌프(10)에 있어서의 경사판(11)의 틸팅 각도를 제어하는 틸팅 액추에이터(15)와, 틸팅 액추에이터(15)로 유도되는 제어압(Pcg)을 제어 밸브(3)의 전후 차압에 따라서 조정하는 레귤레이터(로드 센싱 레귤레이터)(60)와, 레귤레이터(60)로 유도되는 제어 원압(Pc)을 제1 펌프(10)의 토출압(P1)에 따라서 조정하는 마력 제어 레귤레이터(40)를 구비한다.
제1 펌프(10)는, 예를 들어 경사판식 피스톤 펌프가 사용되고, 경사판(11)의 틸팅 각도에 따라서 토출 용량(펌프 배기 용적)이 조정된다. 또한, 「토출 용량」이라 함은, 제1 펌프(10)의 1회전당 작동유의 토출량을 말한다. 또한, 후술하는 「토출 유량」이라 함은, 제1 펌프(10)나 후술하는 제2 펌프(16)에 있어서의 단위 시간당 작동유의 토출량을 말한다.
제1 펌프(10)는, 구동원으로서의 엔진(4)에 의해 구동된다. 제1 펌프(10)는, 탱크(도시 생략)에 접속되는 탱크 포트(30)로부터 흡입 통로(20)를 통해 작동유를 흡입하여, 경사판(11)에 추종하여 왕복 이동하는 피스톤(도시 생략)에 의해 가압한 작동유를 토출 통로(21)에 토출한다. 제1 펌프(10)로부터 토출된 작동유는, 제어 밸브(3)를 통해 유압 실린더(2)에 공급된다. 또한, 제1 펌프(10)로부터 토출된 작동유의 일부는, 토출 통로(21)로부터 분기되는 분기 통로(50)로 유도된다. 분기 통로(50)는, 제1 내지 제3 토출압 통로(51, 52, 53)로 분기되어, 각각에 제1 펌프(10)의 토출압(P1)을 유도한다.
제1 펌프(10)는, 엔진(4)에 의해 회전 구동되는 실린더 블록(도시 생략)과, 실린더 블록의 실린더 내를 왕복 이동하여 흡입한 작동유를 토출하는 피스톤과, 피스톤이 추종하는 경사판(11)과, 경사판(11)을 틸팅 각도가 커지는 방향으로 가압하는 마력 제어 스프링(48, 49)을 구비한다.
틸팅 액추에이터(15)는, 제1 펌프(10)의 마력 제어 스프링(48, 49)의 가압력에 저항하여 경사판(11)을 구동한다. 틸팅 액추에이터(15)의 작동에 의해 경사판(11)의 틸팅 각도가 바뀌면, 경사판(11)에 추종하여 왕복 이동하는 피스톤의 스트로크 길이가 바뀌어, 제1 펌프(10)의 토출 용량이 변화된다. 틸팅 액추에이터(15)는, 제1 펌프(10)의 실린더 블록에 내장되는 것이어도 되고, 실린더 블록의 외부에 설치되는 것이어도 된다.
틸팅 액추에이터(15)는, 마력 제어 레귤레이터(40) 및 레귤레이터(60)에 의해 조정되는 제어압(Pcg)이 상승하면 신장 작동하여 경사판(11)의 틸팅 각도를 작게 하고, 제1 펌프(10)의 토출 용량을 감소시킨다.
마력 제어 레귤레이터(40)는, 3포트 2위치의 전환 밸브이다. 마력 제어 레귤레이터(40)의 일방측의 포트에는, 레귤레이터(60)에 접속되는 제1 제어압 통로(55)가 접속된다. 마력 제어 레귤레이터(40)의 타방측의 2개의 포트에는, 제1 펌프(10)의 토출압(P1)이 유도되는 제1 토출압 통로(51)와, 탱크에 접속되는 저압 통로(59)가 각각 접속된다.
마력 제어 레귤레이터(40)는, 제1 제어압 통로(55)와 제1 토출압 통로(51)를 연통하는 고압 포지션(40A)과, 제1 제어압 통로(55)와 저압 통로(59)를 연통하는 저압 포지션(40B) 사이에서 연속적으로 이동하는 스풀(도시 생략)을 구비한다. 마력 제어 레귤레이터(40)의 스풀의 일단부에는, 마력 제어 스프링(48, 49)의 가압력이 부여된다. 이 스풀의 타단부에는, 제2 토출압 통로(52)를 통해 유도되는 제1 펌프(10)의 토출압(P1)이 작용한다. 마력 제어 레귤레이터(40)의 스풀은, 토출압(P1)과 마력 제어 스프링(48, 49)의 가압력이 균형을 이루는 위치로 이동하여, 고압 포지션(40A) 및 저압 포지션(40B)의 개방도를 변화시킨다.
마력 제어 스프링(48, 49)은, 일단부가 마력 제어 레귤레이터(40)의 스풀에 연결되고, 타단부가 제1 펌프(10)의 경사판(11)에 연계된다. 마력 제어 스프링(49)의 길이는 마력 제어 스프링(48)보다 짧게 형성된다. 마력 제어 스프링(48, 49)에 의한 가압력은, 경사판(11)의 틸팅각 및 마력 제어 레귤레이터(40)의 스풀 위치에 따라서 변화된다. 따라서, 마력 제어 스프링(48, 49)으로부터 경사판(11)에 작용하는 가압력은, 경사판(11)의 틸팅 각도 및 마력 제어 레귤레이터(40)의 스풀 스트로크에 따라서 단계적으로 높아진다.
마력 제어 레귤레이터(40)에는, 마력 제어 액추에이터(41)가 설치된다. 마력 제어 액추에이터(41)는, 마력 제어 신호압 포트(36)로부터 마력 제어 신호압 통로(46)를 통해 유도되는 마력 제어 신호압(Ppw)에 응동한다.
유압 셔블의 제어계는, 고부하 모드와, 저부하 모드로 전환된다. 마력 제어 신호압(Ppw)은, 고부하 모드에서 낮아지는 한편, 저부하 모드에서 높아진다. 저부하 모드에서 마력 제어 신호압(Ppw)이 높아지면, 마력 제어 레귤레이터(40)의 스풀은 고압 포지션(40A)으로 전환되는 방향으로 이동한다. 이 때문에, 제어 원압(Pc)이 상승하고, 제1 펌프(10)의 부하가 낮아진다.
레귤레이터(60)는, 3포트 2위치의 전환 밸브이다. 레귤레이터(60)의 일방측의 2개의 포트에는, 각각 제1 펌프(10)의 토출압(P1)이 유도되는 제3 토출압 통로(53)와, 마력 제어 레귤레이터(40)에 접속되는 제1 제어압 통로(55)가 접속된다. 레귤레이터(60)의 타방측의 포트에는, 틸팅 액추에이터(15)에 제어압(Pcg)을 유도하는 제2 제어압 통로(56)가 접속된다. 제2 제어압 통로(56)에는, 스로틀(57)이 개재 장착되고, 스로틀(57)에 의해, 틸팅 액추에이터(15)로 유도되는 제어압(Pcg)의 압력 변동이 완화된다. 또한, 제3 토출압 통로(53)에는, 스로틀(54)이 개재 장착된다. 스로틀(54)에 의해, 레귤레이터(60)로 유도되는 토출압(P1)의 압력 변동이 완화된다.
레귤레이터(60)는, 제1 제어압 통로(55)와 제2 제어압 통로(56)를 연통하는 제1 포지션(60A)과, 제3 토출압 통로(53)와 제2 제어압 통로(56)를 연통하는 제2 포지션(60B) 사이에서 연속적으로 이동하는 스풀(도시 생략)을 구비한다.
레귤레이터(60)의 스풀의 일단부에는, 제1 펌프(10)의 토출압(P1)에 기초하여 제어 밸브(3)의 상류측에 발생하는 상류 신호압(Pps)이, 신호 포트(33)로부터 제1 신호 통로(43)를 통해 유도된다. 레귤레이터(60)의 스풀의 타단부에는, 유압 실린더(2)의 부하압에 기초하여 제어 밸브(3)의 하류측에 발생하는 하류 신호압(Pls)이, 신호 포트(34)로부터 제2 신호 통로(44)를 통해 유도된다. 또한, 레귤레이터(60)의 스풀의 타단부에는, 레귤레이터(60)를 제1 포지션(60A)으로 전환하는 방향으로 가압하는 LS 스프링(14)의 가압력이 부여된다.
펌프 장치(100)는, 제1 펌프(10)와 공통의 구동원에 의해 구동되는 정용량형 제2 펌프(16)와, 제2 펌프(16)로부터 토출되는 작동유를 유도하는 펌프 통로(24)에 개재 장착되는 저항기(65)와, 저항기(65)의 전후 차압(P3-P4)에 따라서 레귤레이터(60)를 구동하여 제어압(Pcg)을 조정하는 제어 액추에이터(70)와, 저항기(65)의 상류측의 압력(P3)에 저항하도록 작용하는 보조압(Po)을 제어 액추에이터(70)로 유도하는 보조 통로(83)와, 보조 통로(83)에 설치되고 보조 통로(83)의 연통과 차단을 선택적으로 전환하는 전환 밸브(80)와, 작업자의 조작 입력에 따라서 전환 밸브(80)를 전환하는 컨트롤러(85)를 더 구비한다.
제2 펌프(16)는, 제1 펌프(10)와 나란히 설치되고, 제1 펌프(10)와 함께 엔진(4)에 의해 구동된다. 제2 펌프(16)에는, 예를 들어 기어 펌프가 사용된다.
제2 펌프(16)는, 흡입 통로(20)로부터 분기된 분기 흡입 통로(23)를 통해 작동유를 흡입하고, 가압한 작동유를 펌프 통로(24)에 토출한다. 제2 펌프(16)로부터 토출되는 작동유는, 펌프 통로(24)를 통해 펌프 포트(32)로 보내져, 펌프 포트(32)에 접속되는 통로(도시 생략)를 통해 제어 밸브(3)를 전환하는 유압 구동부 등에 공급된다.
저항기(65)는, 펌프 통로(24)에 서로 병렬로 개재 장착되는 고정 스로틀(66) 및 릴리프 밸브(67)를 구비한다. 저항기(65)의 상류측의 압력(P3)이 소정값(릴리프압)을 초과하면, 릴리프 밸브(67)가 개방된다. 따라서, 제2 펌프(16)로부터 토출되는 작동유가, 고정 스로틀(66) 및 릴리프 밸브(67)의 양방을 통과한다.
제어 액추에이터(70)는, 실린더(71)와, 실린더(71)의 내부를 미끄럼 이동 가능하게 이동하는 피스톤(75)과, 피스톤(75)에 연결되고 레귤레이터(60)에 연계되는 로드(76)를 갖는다.
실린더(71)는, 제1 실린더부(71A)와, 제1 실린더부(71A)의 내경보다 작은 내경을 갖는 제2 실린더부(71B)와, 제1 실린더부(71A)와 제2 실린더부(71B) 사이에 형성되는 환상의 단차부(71C)를 갖는다.
피스톤(75)은, 제1 실린더부(71A)에 미끄럼 이동 가능하게 삽입되는 제1 피스톤부(75A)와, 제1 피스톤부(75A)에 접속됨과 함께 로드(76)가 연결되어, 제2 실린더부(71B)에 미끄럼 이동 가능하게 삽입되는 제2 피스톤부(75B)를 갖는다.
실린더(71)의 내부는, 피스톤(75)에 의해, 제1 피스톤부(75A)와 제1 실린더부(71A)의 저부 사이에 형성되는 제1 압력실(72)과, 로드(76)의 외주이며 제2 피스톤부(75B)와 제2 실린더부(71B)의 저부 사이에 형성되는 제2 압력실(73)과, 제1 피스톤부(75A)와 실린더(71)의 단차부(71C) 사이에 형성되는 제3 압력실(74)로 구획된다.
제1 압력실(72)에는, 상류압 통로(94)를 통해 저항기(65)의 상류측의 압력(이하, 「상류압」이라고 칭함)(P3)이 유도된다. 제1 압력실(72)로 유도되는 상류압(P3)은, 피스톤(75)의 제1 피스톤부(75A)에 작용하여, 레귤레이터(60)가 제1 포지션(60A)으로 전환되는 방향(도 1 중 우측 방향)으로 로드(76)를 이동시키는 구동력을 발휘한다.
제2 압력실(73)에는, 하류압 통로(95)를 통해 저항기(65)의 하류측의 압력(이하, 「하류압」이라고 칭함)(P4)이 유도된다. 제2 압력실(73)로 유도되는 하류압(P4)은, 피스톤(75)의 제2 피스톤부(75B)에 작용하여, 레귤레이터(60)가 제2 포지션(60B)으로 전환되는 방향(도 1 중 좌측 방향)으로 로드(76)를 이동시키는 구동력을 발휘한다.
보조 통로(83)는, 제3 압력실(74)에 연통되고, 펌프 장치(100)의 외부로부터 공급되는 보조압(Po)을 제3 압력실(74)로 유도한다. 보조압(Po)은, 예를 들어 제2 펌프(16)로부터 토출되는 작동유를 펌프 장치(100)의 외부에 있는 조정 기구에 의해 압력 조정함으로써 생성된다.
제3 압력실(74)로 유도되는 보조압(Po)은, 상류압(P3)에 저항하도록 상류압(P3)과는 반대측으로부터 피스톤(75)의 제1 피스톤부(75A)에 작용하여, 로드(76)를 도면 중 좌측 방향으로 이동시키는 구동력을 발휘한다. 이와 같이, 제어 액추에이터(70)에는, 서로 반대 방향으로 작용하는 저항기(65)의 상류압(P3)과 하류압(P4), 바꾸어 말하면, 저항기(65)의 전후 차압(P3-P4)이 작용하는 것 외에도, 상류압(P3)에 저항하도록 보조압(Po)이 작용한다.
전환 밸브(80)는, 2포트 2위치의 전자 전환 밸브(ON-OFF 밸브)이다. 전환 밸브(80)는, 보조 통로(83)를 연통하여 제3 압력실(74)에 보조압(Po)을 공급하는 연통 포지션(80A)과, 보조 통로(83)를 통한 제3 압력실(74)로의 보조압(Po)의 공급을 차단하는 차단 포지션(80B)을 갖는다. 차단 포지션(80B)에서는, 제3 압력실(74)은 탱크에 연통된다. 전환 밸브(80)는, 연통 포지션(80A)과 차단 포지션(80B)을 선택적으로 전환하는 스풀(도시 생략)과, 차단 포지션(80B)을 취하도록 스풀을 가압하는 가압 스프링(81)과, 통전에 의해 가압 스프링(81)의 가압력에 저항하는 구동력을 발휘하는 솔레노이드(82)를 갖는다.
전환 밸브(80)는, 레귤레이터(60)와는 별체로서 설치된다. 이에 의해, 레귤레이터(60)에 대한 전환 밸브(80) 및 보조 통로(83)의 레이아웃의 자유도를 향상시킬 수 있다. 또한, 전환 밸브(80)의 레이아웃의 자유도가 향상되므로, 솔레노이드(82)가 연직 방향을 따라 배치됨으로써 중력에 의해 솔레노이드(82)의 구동력이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
컨트롤러(85)는, CPU(중앙 연산 처리 장치), ROM(리드 온리 메모리), RAM(랜덤 액세스 메모리) 및 I/O 인터페이스(입출력 인터페이스)를 구비한 마이크로컴퓨터로 구성된다. RAM은, CPU의 처리에 있어서의 데이터를 기억하고, ROM은 CPU의 제어 프로그램 등을 미리 기억하고, I/O 인터페이스는 접속된 기기와의 정보의 입출력에 사용된다. 컨트롤러(85)는, 복수의 마이크로컴퓨터로 구성되어도 된다. 컨트롤러(85)는, 적어도, 본 실시 형태나 변형예에 관한 제어를 실행하기 위해 필요한 처리를 실행 가능해지도록 프로그램되어 있다. 또한, 컨트롤러(85)는, 하나의 장치로서 구성되어 있어도 되고, 복수의 장치로 나뉘어, 본 실시 형태에 있어서의 각 제어를 당해 복수의 장치로 분산 처리하도록 구성되어 있어도 된다.
컨트롤러(85)로부터 솔레노이드(82)로 전류가 공급되면, 전환 밸브(80)는 연통 포지션(80A)이 되어, 보조 통로(83)를 개방한다. 이에 의해, 보조압(Po)이 보조 통로(83)를 통해 제어 액추에이터(70)의 제3 압력실(74)로 유도된다.
반대로, 컨트롤러(85)로부터 솔레노이드(82)로의 통전이 차단된 상태에서는, 전환 밸브(80)는 가압 스프링(81)의 가압력에 의해 차단 포지션(80B)이 되어, 보조 통로(83)를 차단한다. 이에 의해, 제3 압력실(74)로의 보조압(Po)의 공급은 차단되고, 제3 압력실(74)은 탱크에 연통되어 탱크압이 된다.
제어 액추에이터(70)는, 저항기(65)의 전후 차압(P3-P4) 외에도, 보조 통로(83)로부터 유도되는 보조압(Po)이 선택적으로 유도되어, 스풀이 저항기(65)의 전후 차압(P3-P4)과 보조압(Po)이 균형을 이루는 위치로 이동한다. 이에 의해, 제어 액추에이터(70)는, 레귤레이터(60)에 구동력을 부여한다. 바꾸어 말하면, 레귤레이터(60)의 스풀에는, 제어 밸브(3)의 전후에 발생하는 LS 차압(Pps-Pls) 및 스풀의 타단부에 작용하는 LS 스프링(14)의 가압력 외에도, 제어 액추에이터(70)로부터 부여되는 구동력으로서, 저항기(65)의 전후 차압(P3-P4) 및 보조압(Po)이 작용한다. 따라서, 레귤레이터(60)의 스풀은, 이들 LS 차압(Pps-Pls), 저항기(65)의 전후 차압(P3-P4), 보조압(Po), LS 스프링(14)의 가압력이 균형이 이루는 위치로 이동하여, 레귤레이터(60)의 제1 포지션(60A) 및 제2 포지션(60B)의 개방도를 변화시킨다.
다음으로, 도 1 및 도 2를 참조하여, 펌프 장치(100)의 작용에 대해 설명한다.
펌프 장치(100)에서는, 마력 제어 레귤레이터(40)에 의해 제1 펌프(10)의 토출압(P1)을 일정하게 유지하도록 제1 펌프(10)의 토출 용량을 제어하는 마력 제어와, 레귤레이터(60)에 의해 제어 밸브(3)의 전후 차압(LS 차압)을 일정하게 유지하도록 제1 펌프(10)의 토출 용량을 제어하는 부하 제어(LS 제어)와, 펌프 회전수(엔진 회전수)에 따라서 제1 펌프(10)의 토출 용량을 제어하는 토출 유량 제어가 행해진다.
펌프 장치(100)에서는, 레귤레이터(60)가, 마력 제어 레귤레이터(40)에 의해 조정되는 제어 원압(Pc)에 따라서 제어압(Pcg)을 조정한다. 이에 의해, 제1 펌프(10)의 토출압(P1)이 일정 범위 내로 유지된 상태에서는, 마력 제어되지 않고 부하 제어에 의해 제1 펌프(10)의 토출 용량이 제어된다. 토출압(P1)이 일정 범위를 초과한 경우에는, 마력 제어에 의해 제1 펌프(10)의 토출 용량이 제어된다. 따라서, 마력 제어에 의해 제1 펌프(10)의 토출압(P1)을 일정 범위 내로 유지하도록 제1 펌프(10)의 토출 용량을 제어하면서, 부하 제어에 의해 제어 밸브(3)의 LS 차압을 일정하게 유지하도록 제1 펌프(10)의 토출 용량도 제어할 수 있다.
이하, 각 제어에 대해 구체적으로 설명한다.
먼저, 마력 제어 레귤레이터(40)에 의한 마력 제어에 대해 설명한다.
펌프 회전수의 상승에 수반하여 제1 펌프(10)의 토출압(P1)이 상승하고, 마력 제어 레귤레이터(40)의 스풀이 받는 토출압(P1)에 의한 구동력이 마력 제어 스프링(48, 49)의 가압력보다 커지면, 스풀은, 고압 포지션(40A)으로 전환되는 방향(도 1 중 우측 방향)으로 이동한다. 이에 의해, 제1 제어압 통로(55)와 제1 토출압 통로(51)의 연통 개방도(연통 유로 면적)가 증가하기 때문에, 제1 토출압 통로(51)를 통해 유도되는 제1 펌프(10)의 토출압(P1)에 의해 제1 제어압 통로(55)의 제어 원압(Pc)이 상승한다. 레귤레이터(60)로 유도되는 제어 원압(Pc)의 상승에 수반하여, 레귤레이터(60)에 의해 조정되는 제어압(Pcg)이 상승하기 때문에, 틸팅 액추에이터(15)는 제1 펌프(10)의 경사판(11)을 틸팅 각도가 작아지도록 구동한다. 따라서, 제1 펌프(10)의 토출압(P1)이 상승하면, 제1 펌프(10)의 토출 용량이 감소한다.
반대로, 펌프 회전수의 저하에 수반하여 제1 펌프(10)의 토출압(P1)이 저하되어, 마력 제어 레귤레이터(40)의 스풀이 받는 토출압(P1)에 의한 구동력이 마력 제어 스프링(48, 49)의 가압력보다 작아지면, 스풀은, 저압 포지션(40B)으로 전환되는 방향(도 1 중 좌측 방향)으로 이동한다. 이에 의해, 제1 제어압 통로(55)와 저압 통로(59)의 연통 개방도가 증가하기 때문에, 탱크에 연통되는 저압 통로(59)의 압력에 의해 제1 제어압 통로(55)의 제어 원압(Pc)이 저하된다. 따라서, 레귤레이터(60)에 의해 조정되는 제어압(Pcg)도 저하되어, 마력 제어 스프링(48, 49)의 가압력에 의해 경사판(11)의 틸팅 각도가 커진다. 따라서, 제1 펌프(10)의 토출압(P1)이 저하되면, 제1 펌프(10)의 토출 용량이 증가한다.
이상과 같이, 마력 제어 레귤레이터(40)는, 토출압(P1)에 의한 구동력과 마력 제어 스프링(48, 49)의 가압력이 균형을 이루도록, 레귤레이터(60)로 유도되는 제어 원압(Pc)을 조정한다. 마력 제어 레귤레이터(40)는, 펌프 회전수의 상승에 의한 토출압(P1)의 상승에 수반하여 제어 원압(Pc)을 상승시켜, 제어압(Pcg)을 상승시키도록 작동하고, 제1 펌프(10)의 토출 용량을 감소시킨다. 또한, 마력 제어 레귤레이터(40)는, 펌프 회전수의 저하에 의한 토출압(P1)의 저하에 수반하여 제어 원압(Pc)을 저하시켜, 제어압(Pcg)을 저하시키도록 작동하고, 제1 펌프(10)의 토출 용량을 증가시킨다. 즉, 마력 제어 레귤레이터(40)는, 펌프 회전수가 변화된 경우라도, 펌프 회전수의 변화에 수반되는 제1 펌프(10)의 토출 유량(공급 유량)의 변화를 상쇄하도록 제1 펌프(10)의 토출 용량을 증감시킨다. 따라서, 제1 펌프(10)의 부하(일률)가, 펌프 회전수에 관계없이 대략 일정해지도록 조정된다.
다음으로, 레귤레이터(60)에 의한 부하 제어에 대해 설명한다.
유압 실린더(2)의 부하가 커진 경우에는, 제어 밸브(3)의 하류측(부하측)으로부터 신호 포트(34)로 유도되는 하류 신호압(부하압)(Pls)이 상승한다. 하류 신호압(Pls)이 상승함으로써 LS 차압(Pps-Pls)이 작아지면, 레귤레이터(60)의 스풀은 LS 스프링(14)의 가압력에 의해 제1 포지션(60A)으로 전환되는 방향으로 이동한다.
레귤레이터(60)의 스풀이 제1 포지션(60A)으로 전환되는 방향으로 이동하면, 제1 제어압 통로(55)와 제2 제어압 통로(56)의 연통 개방도가 증가한다. 이 때문에, 틸팅 액추에이터(15)로 유도되는 제어압(Pcg)은, 마력 제어 레귤레이터(40)에 의해 조정되어 제1 펌프(10)의 토출압(P1)보다 낮은 제어 원압(Pc)에 기초하여 저하된다. 따라서, 틸팅 액추에이터(15)는, 경사판(11)의 틸팅 각도가 커지는 방향(도 1 중 좌측 방향)으로 이동하고, 제1 펌프(10)의 토출 용량은 증가한다. 제1 펌프(10)의 토출 용량이 증가하면, 제1 펌프(10)의 토출 유량(공급 유량)도 증가하기 때문에, 제어 밸브(3)의 LS 차압(Pps-Pls)이 커진다.
반대로, 유압 실린더(2)의 부하가 작아진 경우에는, 하류 신호압(부하압)(Pls)이 낮아진다. 하류 신호압(Pls)이 낮아짐으로써 LS 차압(Pps-Pls)이 커지면, 레귤레이터(60)의 스풀은 LS 스프링(14)의 가압력에 저항하여 제2 포지션(60B)으로 전환되는 방향으로 이동한다.
레귤레이터(60)의 스풀이 제2 포지션(60B)으로 전환되는 방향으로 이동하면, 제3 토출압 통로(53)와 제2 제어압 통로(56)의 연통 개방도가 증가한다. 이 때문에, 제어압(Pcg)은, 제3 토출압 통로(53)를 통해 유도되는 제1 펌프(10)의 토출압(P1)에 기초하여 상승한다. 따라서, 틸팅 액추에이터(15)는, 경사판(11)의 틸팅 각도가 작아지는 방향(도 1 중 우측 방향)으로 이동하고, 제1 펌프(10)의 토출 용량은 감소한다. 제1 펌프(10)의 토출 용량이 감소하면, 제1 펌프(10)의 토출 유량(공급 유량)도 감소하기 때문에, 제어 밸브(3)의 LS 차압(Pps-Pls)이 작아진다.
이와 같이 레귤레이터(60)는, LS 차압(Pps-Pls)과 LS 스프링(14)의 가압력이 균형을 이루도록 틸팅 액추에이터(15)로 유도되는 제어압(Pcg)을 조정한다. 레귤레이터(60)는, LS 차압(Pps-Pls)이 작아지면, 제어압(Pcg)을 저하시킴으로써 제1 펌프(10)의 토출 용량을 증가시켜, LS 차압(Pps-Pls)이 커지도록 작동한다. 또한, 레귤레이터(60)는 LS 차압(Pps-Pls)이 커지면, 제어압(Pcg)을 상승시켜 제1 펌프(10)의 토출 용량을 저하시키고, LS 차압(Pps-Pls)이 작아지도록 작동한다. 즉, 레귤레이터(60)에 의해, 유압 실린더(2)의 부하가 증감해도 LS 차압(Pps-Pls)이 대략 일정해지도록 제1 펌프(10)의 토출 용량이 제어된다.
따라서, 제어 밸브(3)의 개방도(포지션)가 동일하면, 작업 부하에 상관없이 동일한 속도로 유압 실린더(2)를 구동할 수 있어, 유압 실린더(2)의 제어성을 향상시킬 수 있다. 바꾸어 말하면, 유압 실린더(2)의 구동 속도(공급 유량)는, 제어 밸브(3)의 개방도(포지션)에 의해서만 제어할 수 있고, 작업 부하의 변동에 의한 유압 실린더(2)의 속도 변화를 방지할 수 있다.
다음으로, 펌프 회전수에 기초하는 토출 유량 제어에 대해 설명한다.
토출 유량 제어는, 제2 펌프(16)로부터 토출되는 작동유가 유도되는 저항기(65)의 전후 차압(P3-P4)에 따라서 제어 액추에이터(70)에 의해 레귤레이터(60)를 구동함으로써 행해진다.
먼저, 펌프 회전수(엔진 회전수)가 소정의 펌프 회전수 N1(도 2 참조)보다 작고, 저항기(65)의 상류압(P3)이 릴리프 밸브(67)의 릴리프압보다 낮은 상태(릴리프 밸브(67)의 폐쇄 상태)에 대해 설명한다.
펌프 회전수(엔진 회전수)가 저하되면, 제2 펌프(16)의 토출 유량이 감소하여, 저항기(65)의 전후 차압(P3-P4)이 저하된다. 릴리프 밸브(67)가 폐쇄 상태인 경우에 있어서, 펌프 회전수의 저하에 의해, 제어 액추에이터(70)에 작용하는 힘이 균형을 이룬 상태로부터 저항기(65)의 전후 차압(P3-P4)이 저하되면, 즉, 저항기(65)의 하류압(P4)이 상대적으로 커지면, 제어 액추에이터(70)는 레귤레이터(60)가 제2 포지션(60B)으로 전환되는 방향(도 1 중 좌측 방향)으로 이동한다. 이에 의해, 제3 토출압 통로(53)와 제2 제어압 통로(56)의 연통 개방도가 증가하기 때문에, 제3 토출압 통로(53)를 통해 유도되는 제1 펌프(10)의 토출압(P1)에 기초하여 제어압(Pcg)은 상승한다. 따라서, 틸팅 액추에이터(15)는, 틸팅 각도가 감소하도록 제1 펌프(10)의 경사판(11)을 구동하고, 제1 펌프(10)의 토출 용량이 감소한다.
반대로, 펌프 회전수의 상승에 수반하여 제2 펌프(16)의 토출 유량이 증가하면, 저항기(65)의 전후 차압(P3-P4)이 상승한다. 제어 액추에이터(70)에 작용하는 힘이 균형을 이룬 상태로부터 저항기(65)의 전후 차압(P3-P4)이 상승하면, 즉, 상류압(P3)이 상대적으로 커지면, 제어 액추에이터(70)는 제1 포지션(60A)으로 전환되는 방향(도 1 중 우측 방향)으로 레귤레이터(60)의 스풀을 구동한다. 이에 의해, 제1 제어압 통로(55)와 제2 제어압 통로(56)의 연통 개방도가 증가하기 때문에, 틸팅 액추에이터(15)로 유도되는 제어압(Pcg)은, 마력 제어 레귤레이터(40)에 의해 조정되는 제어 원압(Pc)에 기초하여 저하된다. 따라서, 틸팅 액추에이터(15)는, 틸팅 각도가 증가하도록 제1 펌프(10)의 경사판(11)을 구동하고, 제1 펌프(10)의 토출 용량이 증가한다.
이상과 같이, 릴리프 밸브(67)가 개방되어 있지 않은 상태에서는, 제1 펌프(10)의 토출 유량은, 도 2에 도시한 바와 같이, 엔진 회전수의 상승에 비례하여 증가하도록 제어된다.
펌프 회전수의 상승에 수반되는 제2 펌프(16)의 토출압의 상승에 의해, 저항기(65)의 상류압(P3)이 릴리프 밸브(67)의 릴리프압 이상으로 되면, 고정 스로틀(66)과 병렬로 설치되는 릴리프 밸브(67)가 개방된다. 이에 의해, 제2 펌프(16)로부터 토출되는 작동유가 고정 스로틀(66)과 릴리프 밸브(67)의 양방을 통과한다. 따라서, 저항기(65)의 유로 면적이 확대되어 작동유의 흐름에 부여되는 저항이 작아져, 펌프 회전수의 상승에 대해 저항기(65)의 전후 차압이 변화되는 비율이 작아진다.
펌프 회전수의 상승에 대한 저항기(65)의 전후 차압의 변화 비율이 작아지면, 펌프 회전수의 상승에 대한 제1 펌프(10)의 토출 유량이 증가하는 비율(게인)도 작아진다. 따라서, 예를 들어 도 2에 나타낸 바와 같이, 릴리프 밸브(67)가 개방되는 펌프 회전수 N1로부터 더욱 펌프 회전수가 상승해도, 제1 펌프(10)의 토출 유량이 증가하지 않고 대략 일정하게 할 수 있다. 이와 같이, 저항기(65)가 릴리프 밸브(67)를 가짐으로써, 제1 펌프(10)의 토출 유량이 증가하는 비율을 변경할 수 있다.
다음으로, 보조 통로(83) 및 전환 밸브(80)의 작용에 대해 설명한다. 이하의 설명에서는, 전환 밸브(80)가 연통 포지션(80A)이며 보조 통로(83)를 통해 제어 액추에이터(70)의 제3 압력실(74)로 보조압(Po)이 유도되고 있는 상태를 「보조압 공급 상태」, 반대로 전환 밸브(80)가 차단 포지션(80B)이며 제3 압력실(74)로 보조압(Po)이 유도되고 있지 않은 상태를 「보조압 차단 상태」라고 칭한다.
보조 통로(83)를 통해 유도되는 보조압(Po)은, 제어 액추에이터(70)의 제3 압력실(74)에 공급되고, 저항기(65)의 상류압(P3)에 저항하는 구동력을 제어 액추에이터(70)의 피스톤(75) 및 로드(76)에 대해 발휘한다. 즉, 보조압(Po)은, 저항기(65)의 하류압(P4)을 보충하도록 제어 액추에이터(70)의 피스톤(75) 및 로드(76)에 작용하여, 외관상, 저항기(65)의 전후 차압(P3-P4)이 작아지도록 작용한다. 따라서, 보조압 공급 상태에서는, 보조압 차단 상태와 비교하여, 제어 액추에이터(70)의 로드(76)가 수축 방향에 위치하고, 레귤레이터(60)에서는, 제2 포지션(60B)의 개방도가 커진다. 따라서, 제어 액추에이터(70)에 보조압(Po)이 유도되면, 레귤레이터(60)의 제2 포지션(60B)에서 연통되는 제3 토출압 통로(53)와 제2 제어압 통로(56)의 연통 개방도가 커진다.
이 때문에, 보조압 공급 상태에서는, 틸팅 액추에이터(15)로 유도되는 제어압(Pcg)이 상승하고, 도 2에 도시한 바와 같이, 펌프 회전수가 동일할 때의 보조압 차단 상태와 비교하여, 제1 펌프(10)의 토출 유량은 작아진다. 반대로, 보조압 차단 상태에서는, 보조압 공급 상태보다 제어압(Pcg)이 저하되기 때문에, 제1 펌프(10)의 토출 유량이 커진다.
펌프 장치(100)에서는, 작업자에 의해 조작 스위치(도시 생략)가 눌려, 컨트롤러(85)가 조작 입력을 검지하면, 컨트롤러(85)로부터 솔레노이드(82)로 전류가 공급 또는 차단되어 전환 밸브(80)의 포지션이 전환된다. 이에 의해, 보조압(Po)을 제어 액추에이터(70)로 유도할지 여부가 전환된다.
여기서, 상술한 바와 같이, 부하 제어되는 펌프 장치(100)는, 제어 밸브(3)의 LS 차압(유압 실린더(2)의 작업 부하)에 따라서 제1 펌프(10)의 토출 용량을 제어하기 때문에, 유압 실린더(2)는 작업 부하에 상관없이 제어 밸브(3)의 개방도에 의해서만 속도가 제어된다. 즉, 펌프 회전수(엔진 회전수) 및 작업 부하가 일정한 경우에는, 펌프 장치(100)의 제1 펌프(10)의 토출 용량도 일정하다.
유압 셔블에 있어서는, 예를 들어 조종하는 작업자의 숙련도 등에 따라서, 요구되는 유압 실린더(2)의 속도가 상이한 경우가 있다. 예를 들어, 비교적 숙련도가 낮은 작업자에서는, 숙련도가 높은 작업자와 비교하여, 동일한 작업 부하라도, 비교적 느린 구동 속도가 요구되는 경우가 있다.
이에 비해, 펌프 장치(100)에서는, 전환 밸브(80)의 전환에 의해 제어 액추에이터(70)로 보조압(Po)을 유도할지, 또는 차단할지를 전환함으로써, 동일한 작업 부하 및 펌프 회전수라도, 제1 펌프(10)의 토출 용량을 변경할 수 있다.
구체적으로는, 유압 실린더(2)를 비교적 느리게 구동시키고 싶은 경우에는, 전환 밸브(80)를 연통 포지션(80A)으로 전환하여 제어 액추에이터(70)로 보조압(Po)을 유도함으로써 제1 펌프(10)의 토출 용량을 비교적 작게 할 수 있다. 이에 의해, 유압 실린더(2)에의 작동유의 공급 유량이 감소하여, 유압 실린더(2)를 비교적 느리게 구동할 수 있다.
반대로, 유압 실린더(2)를 비교적 빠르게 구동시키고 싶은 경우에는, 전환 밸브(80)를 차단 포지션(80B)으로 전환하여 제어 액추에이터(70)로의 보조압(Po)의 공급을 차단함으로써, 제1 펌프(10)의 토출 용량을 비교적 크게 할 수 있다. 이에 의해, 유압 실린더(2)로의 작동유의 공급 유량이 증가하여, 유압 실린더(2)를 비교적 빠르게 구동할 수 있다.
이와 같이, 전환 밸브(80)를 전환함으로써, 작업 부하에 관계없이 제어압(Pcg)을 변화시켜, 틸팅 액추에이터(15)에 의한 제1 펌프(10)의 틸팅 각도의 제어량을 변화시킬 수 있다. 따라서, 부하 제어되는 펌프 장치(100)에 있어서, 작업 부하에 상관없이 토출 유량을 변경하여, 필요에 맞춘 유압 실린더(2)의 구동 속도를 실현할 수 있다.
다음으로, 본 실시 형태의 변형예에 대해 설명한다. 다음과 같은 변형예도 본 발명의 범위 내이며, 변형예에 나타내는 구성과 상술한 실시 형태에서 설명한 각 구성을 조합하거나, 이하의 변형예끼리를 조합하거나 하는 것도 가능하다.
상기 실시 형태에서는, 작업자의 조작 입력에 따라서, 컨트롤러(85)에 의해 전환 밸브(80)의 포지션이 전환된다. 이에 비해, 작업자의 조작 입력에 따라서, 컨트롤러(85)에 의해 전환 밸브(80)의 포지션을 전환함과 함께 엔진(4)의 회전수를 변경하도록 구성해도 된다.
구체적으로 설명하면, 컨트롤러(85)는 작업자의 조작 입력에 기초하여, 전환 밸브(80)의 전환에 맞추어 엔진 회전수를 변화시킴으로써, 펌프 장치(100)의 작동을 「통상 모드」와 「에너지 절약 모드」의 2개의 제어 상태의 사이에서 전환한다.
통상 모드는, 엔진 회전수를 상대적으로 높은 상태로 유지하는 것이며, 전환 밸브(80)는 연통 포지션(80A)으로 전환된다. 이때의 펌프 회전수를, 예를 들어 제1 회전수 N1로 한다(도 2 참조). 통상 모드에서는, 보조압(Po)이 제어 액추에이터(70)로 유도되고, 제1 펌프(10)의 토출 용량은, 상대적으로 작은 상태로 된다.
에너지 절약 모드는, 컨트롤러(85)에 의해 엔진 회전수가 통상 모드와 비교하여 낮은 상태(이때의 펌프 회전수를 「제2 회전수 N2」로 함)로 유지됨과 함께, 전환 밸브(80)가 차단 포지션(80B)으로 전환되어 제어 액추에이터(70)로의 보조압(Po)의 공급이 차단된다. 이 때문에, 에너지 절약 모드에서는, 제어 액추에이터(70)로의 보조압(Po)의 공급이 차단되어 제1 펌프(10)의 토출 용량이 상대적으로 높은 상태가 되고, 엔진 회전수를 저하시키는 것에 의한 제1 펌프(10)의 토출 유량의 저하가 상쇄된다. 이에 의해, 유압 실린더(2)로의 공급 유량은, 통상 모드와 동일 정도의 유량을 유지할 수 있다. 즉, 통상 모드로부터 에너지 절약 모드로 전환해도, 펌프 회전수가 제1 회전수 N1로부터 제2 회전수 N2로 저하되는 한편, 제1 펌프(10)의 토출 용량이 증가하기 때문에, 제1 펌프(10)의 토출 유량은 변함없다.
따라서, 도 2에 나타낸 바와 같이, 에너지 절약 모드에서는, 통상 모드보다 낮은 펌프 회전수임에도 불구하고 통상 모드와 동일한 토출 유량(공급 유량)을 확보할 수 있어, 통상 모드와 동등한 구동 속도를 실현할 수 있다. 따라서, 펌프 장치(100)의 소비 에너지를 억제할 수 있다.
반대로, 통상 모드에서는, 펌프 회전수에 대한 토출 유량의 변화의 비율이, 에너지 절약 모드와 비교하여 작기 때문에, 엔진 회전수를 변경하는 것에 의한 토출 유량의 조정을 용이하게 행할 수 있다. 따라서, 통상 모드에서는, 유압 실린더(2)로의 공급 유량을 고정밀도로 조정할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 보조압(Po)은, 저항기(65)의 상류압(P3)에 저항하도록 작용하여, 저항기(65)의 전후 차압(P3-P4)을 외관상 작게 하도록 작용하는 것이다. 이에 비해, 보조압(Po)은, 저항기(65)의 하류압(P4)에 저항하도록 작용하여, 바꾸어 말하면, 상류압(P3)을 보충하도록 작용하여, 전후 차압(P3-P4)을 외관상 크게 하도록 작용시켜도 된다. 이 경우라도, 보조압(Po)의 공급과 차단을 전환 밸브(80)에 의해 전환함으로써, 레귤레이터(60)에 의해 조정되는 제어압(Pcg)을 변화시켜, 동일 부하라도 제1 펌프(10)의 토출 유량을 변화시킬 수 있다.
또한, 전환 밸브(80)의 포지션을 전환함과 함께 엔진(4)의 회전수를 변경하는 경우에는, 상기 변형예와 같이 엔진(4)의 회전수를 저하시킴과 함께 저항기(65)의 상류압(P3)에 저항하는 보조압(Po)의 공급을 차단하는 구성에 한정되지 않고, 그 밖의 구성으로 해도 된다. 구체적으로는, 작업자의 조작 입력에 기초하여, 엔진(4)의 회전수를 상승시킬지 저하시킬지, 보조압(Po)이 저항기(65)의 상류압(P3)에 저항하는 것인지 하류압(P4)에 저항하는 것인지, 및 엔진(4)의 회전수의 변화(상승 또는 저하) 시에 보조압(Po)을 공급할지 차단할지는, 임의의 조합으로 할 수 있다. 예를 들어, 펌프 장치(100)는, 엔진(4)의 회전수 저하 시에, 저항기(65)의 하류압(P4)에 저항하는 보조압(Po)을 공급하도록 구성해도 된다. 이 경우에는, 상기한 에너지 절약 모드와 동등한 작용 효과를 발생한다. 이와 같이, 엔진(4)의 회전수 변화, 보조압(Po)의 전환, 보조압(Po)의 작용 방향은, 필요에 맞추어 임의의 구성으로 할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 저항기(65)는, 고정 스로틀(66)과 병렬로 설치되는 릴리프 밸브(67)를 갖는다. 이것에 한정되지 않고, 릴리프 밸브(67)는 설치되지 않아도 된다. 또한, 펌프 장치(100)의 외부에 릴리프 밸브(67)가 설치되는 것이어도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 전환 밸브(80)는, 보조 통로(83)의 연통과 차단을 선택적으로 전환하는 ON-OFF 밸브이다. 이에 비해, 전환 밸브(80)는, 솔레노이드(82)로의 통전량에 따른 연통 개방도(연통 유로 면적)로 보조 통로(83)를 개구하고, 제어 액추에이터(70)로 유도되는 보조압(Po)의 크기를 제어하는 전자 비례 밸브여도 된다. 이 경우, 예를 들어 컨트롤러(85)가, 엔진 회전수를 취득하여 엔진 회전수에 따른 통전량으로 전환 밸브(80)의 솔레노이드(82)에 통전해도 된다. 이와 같이 펌프 장치(100)를 구성함으로써, 엔진 회전수의 변화에 대응시켜 유압 실린더(2)의 속도를 제어할 수 있다.
이상의 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 효과를 발휘한다.
펌프 장치(100)에서는, 전환 밸브(80)에 의해 보조 통로(83)의 연통과 차단이 전환됨으로써, 보조압(Po)이 제어 액추에이터(70)로 유도되는지 여부가 전환된다. 제어 액추에이터(70)로의 보조압(Po)의 공급과 차단이 전환됨으로써, 제어 액추에이터(70)의 신축 위치가 변화되어, 제어 액추에이터(70)에 의한 레귤레이터(60)의 구동량이 변화된다. 이에 의해, 레귤레이터(60)에 의해 조정되는 제어압(Pcg)이 변화된다. 이와 같이, 전환 밸브(80)를 전환함으로써, 작업 부하에 관계없이 제어압(Pcg)을 변화시켜, 틸팅 액추에이터(15)에 의한 제1 펌프(10)의 틸팅 각도의 제어량을 변화시킬 수 있다. 따라서, 부하 제어되는 펌프 장치(100)에 있어서, 작업 부하에 상관없이 토출 유량이 변경되어, 필요에 맞춘 유압 실린더(2)의 구동 속도를 실현할 수 있다.
또한, 펌프 장치(100)에서는, 작업자의 조작 입력에 따라서, 엔진 회전수를 비교적 고회전으로 유지하는 통상 모드와, 엔진 회전수를 비교적 저회전으로 유지하는 에너지 절약 모드가 전환된다. 에너지 절약 모드에서는, 보조 통로(83)가 차단되기 때문에, 제어 액추에이터(70)에 의해 제1 펌프(10)의 경사판(11)의 틸팅 각도는 커지도록 구동된다. 따라서, 에너지 절약 모드에서는, 통상 모드보다 낮은 펌프 회전수임에도 불구하고 통상 모드와 동일한 토출 유량(공급 유량)을 확보할 수 있어, 통상 모드와 동등한 구동 속도를 실현할 수 있다. 따라서, 펌프 장치(100)의 소비 에너지를 억제할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 형태의 구성, 작용 및 효과를 정리하여 설명한다.
구동 대상을 구동하는 유압 실린더(2)에 제어 밸브(3)를 통해 작동유를 공급하는 펌프 장치(100)는, 유압 실린더(2)에 작동유를 공급하여 경사판(11)의 틸팅 각도에 따라서 토출 용량이 변화되는 가변 용량형 제1 펌프(10)와, 공급되는 제어압(Pcg)에 따라서 제1 펌프(10)에 있어서의 경사판(11)의 틸팅 각도를 제어하는 틸팅 액추에이터(15)와, 제어압(Pcg)을 제어 밸브(3)의 전후 차압(LS 차압)에 따라서 조정하는 레귤레이터(60)와, 제1 펌프(10)와 공통의 구동원(엔진(4))에 의해 구동되는 정용량형 제2 펌프(16)와, 제2 펌프(16)로부터 토출되는 작동유가 유도되는 펌프 통로(24)에 설치되는 저항기(65)와, 저항기(65)의 전후 차압(P3-P4)에 따라서 작동하여 저항기(65)의 전후 차압(P3-P4)의 상승에 따라서 제어압(Pcg)을 저하시키도록 레귤레이터(60)를 구동하는 제어 액추에이터(70)와, 저항기(65)의 상류압(P3) 및 하류압(P4) 중 한쪽에 저항하도록 제어 액추에이터(70)에 작용하는 보조압(Po)을 제어 액추에이터(70)로 유도하는 보조 통로(83)와, 보조 통로(83)를 통한 제어 액추에이터(70)로의 보조압(Po)의 공급과 차단을 전환하는 전환 밸브(80)를 구비한다.
이 구성에서는, 전환 밸브(80)에 의해 보조 통로(83)의 연통과 차단이 전환됨으로써, 보조압(Po)이 제어 액추에이터(70)로 유도되는지 여부가 전환된다. 제어 액추에이터(70)로의 보조압(Po)의 공급과 차단이 전환됨으로써, 제어 액추에이터(70)의 이동량이 변화되어, 제어 액추에이터(70)에 의한 레귤레이터(60)의 구동량이 변화된다. 이에 의해, 레귤레이터(60)에 의해 조정되는 제어압(Pcg)이 변화된다. 이와 같이, 전환 밸브(80)를 전환함으로써, 작업 부하에 관계없이 제어압(Pcg)을 변화시켜, 틸팅 액추에이터(15)에 의한 제1 펌프(10)의 틸팅 각도의 제어량을 변화시킬 수 있다. 따라서, 부하 제어되는 펌프 장치(100)에 있어서, 작업 부하에 상관없이 토출 유량이 변경된다.
또한, 펌프 장치(100)는 틸팅 액추에이터(15)에 공급되는 제어압(Pcg)을 제1 펌프(10)의 토출압(P1)에 따라서 변화시키는 마력 제어 레귤레이터(40)를 더 구비하고, 레귤레이터(60)는 마력 제어 레귤레이터(40)에 의해 조정되는 제어 원압(Pc)에 따라서, 틸팅 액추에이터(15)에 공급되는 제어압(Pcg)을 조정한다.
이 구성에서는, 마력 제어 레귤레이터(40)는, 제1 펌프(10)의 토출압(P1)이 변화되면, 레귤레이터(60)로 유도되는 제어 원압(Pc)을 조정함으로써 레귤레이터(60)가 조정하는 제어압(Pcg)을 변화시킨다. 따라서, 펌프 회전수에 관계없이, 제1 펌프(10)의 부하(일률)를 소정의 범위 내로 되도록 조정할 수 있다.
또한, 펌프 장치(100)는, 작업자의 조작 입력에 따라서, 전환 밸브(80)를 전환함과 함께 구동원(엔진(4))의 회전수를 변경 가능한 컨트롤러(85)를 더 구비한다.
이 구성에 의하면, 작업자가 원하는 타이밍에 전환 밸브(80)가 전환되기 때문에, 작업자의 필요에 맞추어 제1 펌프(10)의 토출 용량을 변경할 수 있다.
또한, 펌프 장치(100)에서는, 컨트롤러(85)는, 작업자의 조작 입력에 따라서, 보조 통로(83)를 차단하도록 전환 밸브(80)로 전환함과 함께 구동원(엔진(4))의 회전수를 저하시키고, 제1 펌프(10)의 토출 용량을 증가시킨다.
이 구성에서는, 구동원(엔진(4))의 회전수의 저하와 함께 제1 펌프(10)의 토출 용량이 증가하기 때문에, 제1 펌프(10)의 토출 유량(유압 실린더(2)로의 공급 유량)을 저하시키지 않고 유지시킬 수 있다. 따라서, 구동원(엔진(4))의 회전수가 저하되어도, 유압 실린더(2)의 구동 속도의 저하를 방지하여, 제1 펌프(10)의 소비 에너지를 억제할 수 있다.
또한, 펌프 장치(100)에서는, 저항기(65)는, 제2 펌프(16)로부터 토출되는 작동유의 흐름에 저항을 부여하는 고정 스로틀(66)과, 고정 스로틀(66)과 병렬로 설치되고, 저항기(65)의 상류압(P3)이 소정값을 초과하면 개방되는 릴리프 밸브(67)를 갖는다.
이 구성에서는, 펌프 회전수의 상승에 수반하여, 상류압(P3)이 릴리프 밸브(67)의 릴리프압 이상으로 되면, 릴리프 밸브(67)가 개방된다. 이에 의해, 제2 펌프(16)로부터 토출되는 작동유가 고정 스로틀(66)과 릴리프 밸브(67)의 양방을 통과하여, 저항기(65)의 유로 면적이 확대되기 때문에, 펌프 회전수의 상승에 대해 저항기(65)의 전후 차압(P3-P4)이 변화되는 비율이 작아진다. 이와 같이, 저항기(65)가 릴리프 밸브(67)를 가짐으로써, 펌프 회전수에 대한 제1 펌프(10)의 토출 유량이 증가하는 비율을 변경할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명하였지만, 상기 실시 형태는 본 발명의 적용예의 일부를 나타낸 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 범위를 상기 실시 형태의 구체적 구성에 한정하는 취지는 아니다.
본원은 2016년 6월 8일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 제2016-114425호에 기초하는 우선권을 주장하고, 이 출원의 모든 내용은 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.

Claims (7)

  1. 구동 대상을 구동하는 구동 액추에이터에 제어 밸브를 통해 작동 유체를 공급하는 펌프 장치이며,
    상기 구동 액추에이터에 작동 유체를 공급하고 경사판의 틸팅 각도에 따라서 토출 용량이 변화되는 가변 용량형 제1 펌프와,
    공급되는 제어압에 따라서 상기 제1 펌프에 있어서의 상기 경사판의 틸팅 각도를 제어하는 틸팅 액추에이터와,
    상기 제어압을 상기 제어 밸브의 전후 차압에 따라서 조정하는 레귤레이터와,
    상기 제1 펌프와 공통의 구동원에 의해 구동되는 정용량형 제2 펌프와,
    상기 제2 펌프로부터 토출되는 작동 유체가 유도되는 펌프 통로에 설치되는 저항기와,
    상기 저항기의 전후 차압에 따라서 작동하고 상기 저항기의 전후 차압의 상승에 따라서 상기 제어압을 저하시키도록 상기 레귤레이터를 구동하는 제어 액추에이터와,
    상기 저항기의 상류측 압력 및 하류측 압력 중 한쪽에 저항하도록 상기 제어 액추에이터에 작용하는 보조압을 상기 제어 액추에이터로 유도하는 보조 통로와,
    상기 보조 통로를 통한 상기 제어 액추에이터로의 상기 보조압의 공급과 차단을 전환하는 전환 밸브를 구비하는, 펌프 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 틸팅 액추에이터에 공급되는 상기 제어압을 상기 제1 펌프의 토출압에 따라서 변화시키는 마력 제어 레귤레이터를 더 구비하고,
    상기 레귤레이터는, 상기 마력 제어 레귤레이터에 의해 조정되는 제어 원압에 따라서, 상기 틸팅 액추에이터에 공급되는 상기 제어압을 조정하는, 펌프 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    작업자의 조작 입력에 따라서, 상기 전환 밸브를 전환함과 함께 상기 구동원의 회전수를 변경 가능한 컨트롤러를 더 구비하는, 펌프 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 보조압은, 상기 저항기의 상기 상류측 압력에 저항하도록 상기 제어 액추에이터에 작용하고,
    상기 컨트롤러는, 작업자의 조작 입력에 따라서, 상기 보조 통로를 차단하도록 상기 전환 밸브를 전환함과 함께 상기 구동원의 회전수를 저하시키고, 상기 제1 펌프의 토출 용량을 증가시키는, 펌프 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 저항기는, 상기 제2 펌프로부터 토출되는 작동 유체의 흐름에 저항을 부여하는 고정 스로틀과, 상기 고정 스로틀과 병렬로 설치되고, 상기 저항기의 상기 상류측 압력이 소정값을 초과하면 개방되는 릴리프 밸브를 갖는, 펌프 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 보조 통로는, 상기 펌프 장치의 외부로부터 공급되는 상기 보조압을 상기 제어 액추에이터로 유도하도록 구성되고,
    상기 전환 밸브는, 상기 보조 통로에 설치되는, 펌프 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어 액추에이터는,
    실린더와,
    상기 실린더의 내부를 미끄럼 이동 가능하게 이동하는 피스톤과,
    상기 피스톤에 연결되고 상기 레귤레이터에 연계되는 로드를 갖고,
    상기 실린더의 내부에는, 상기 저항기의 상기 상류측 압력이 유도되는 제1 압력실과, 상기 저항기의 상기 하류측 압력이 유도되는 제2 압력실과, 상기 보조 통로로부터 상기 보조압이 유도되는 제3 압력실이 설치되는, 펌프 장치.
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