KR20190043561A

KR20190043561A - 작업 기계의 유압 구동 장치

Info

Publication number: KR20190043561A
Application number: KR1020197006942A
Authority: KR
Inventors: 기와무 다카하시; 다이헤이 마에하라; 다케시 이시이
Original assignee: 가부시키가이샤 히다치 겡키 티에라
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2017-09-29
Publication date: 2019-04-26
Also published as: EP3495569B1; US20210340720A1; JP6676824B2; EP3495569A4; WO2019064555A1; JPWO2019064555A1; US11454002B2; KR102138783B1; EP3495569A1; CN109963986B; CN109963986A

Abstract

로드 센싱 제어를 행하도록 구성되고, 또한 프론트 작업기(104)를 강하시키는 동작에 있어서 유압 실린더(3a)로부터 되돌아오는 압유를 어큐뮬레이터(40)에 축압하는 압유 에너지 회수 장치(80)를 구비한 작업 기계의 유압 구동 장치에 있어서, 프론트 작업기(104)를 강하시키는 동작 이외의 동작을 행하는 경우에, 어큐뮬레이터(40)에 축압된 압유 에너지가 쓸데없이 소비되는 것을 방지하기 위하여, 어큐뮬레이터(40)에 축압된 압유를 메인 펌프(2)의 압유 공급로(5)에 재생하는 유로에 재생 전환 밸브(23)를 마련하고, 그 재생 전환 밸브(23)를, 메인 펌프(2)가 세츄레이션을 일으키고 있는 경우에만 어큐뮬레이터(40)로부터 압유 공급로(5)로의 흐름을 허용하도록 제어한다.

Description

작업 기계의 유압 구동 장치

본 발명은 압유 에너지 회수 장치를 구비한 유압 셔블 등의 작업 기계의 유압 구동 장치에 관련된 것으로서, 특히, 가변 용량형의 유압 펌프를 구비하고, 그 유압 펌프가, 하나 이상의 액추에이터의 최고 부하압보다 어떤 설정압만큼 토출압이 높아지도록 토출 유량을 제어하는, 로드 센싱 제어를 행하도록 구성되고, 또한 유압 액추에이터로부터의 압유 에너지를 회수하는 압유 에너지 회수 장치를 구비한 작업 기계의 유압 구동 장치에 관한 것이다.

유압 셔블 등의 작업 기계의 유압 구동 장치에 있어서, 프론트 작업기를 강하시키는 동작에 의해, 프론트 작업기를 상하 운동시키는 액추에이터로부터 되돌아오는 압유를 어큐뮬레이터에 축압(蓄壓)하여, 프론트 작업기의 위치 에너지를 회수하고, 프론트 작업기를 강하시키는 동작 이외의 동작을 행하는 경우에, 어큐뮬레이터에 축압한 압유를 유압 펌프의 압유 공급로에 재생하는 압유 에너지 회수 장치에 관한 종래 기술이 특허문헌 1에 기재되어 있다.

특허문헌 1에 있어서, 가변 용량형의 유압 펌프는, 프론트 작업기를 상하 운동하는 유압 실린더를 포함하는 복수의 액추에이터의 최고 부하압보다, 어떤 설정압만큼 펌프 토출압이 높아지도록 유압 펌프의 토출 유량을 제어하는, 소위 로드 센싱 제어를 행하도록 구성되어 있다. 또, 압유 에너지 회수 장치는, 프론트 작업기를 상하 운동시키는 유압 실린더가 프론트 작업기의 자중(自重) 등에 의해서 줄어들 때에 그 실린더(부움 실린더)의 보텀측과 로드측을 단락하여 보텀측의 압력을 상승시킴과 함께, 그 승압한 압유를 어큐뮬레이터에 공급하는 회수 유량 제어 밸브와, 부움 실린더가 부하에 저항하여 신장할 때에 어큐뮬레이터에 축압된 압유를 유압 펌프의 압유 공급로에 재생하는 재생 유량 제어 밸브를 구비하고, 그 회수 유량 제어 밸브와 재생 유량 제어 밸브는 각각 압력 보상 밸브를 구비하고 있다.

일본 공개특허 특개2007-170485호 공보

특허문헌 1 기재에 기재되어 있는 압유 에너지 회수 장치를 이용하면, 부움 내림 동작에 의해 부움 실린더의 보텀측과 로드측을 단락함으로써 보텀측의 압력을 상승시키고, 그 승압한 압유를 어큐뮬레이터에 축압하고, 부움 올림 동작시, 어큐뮬레이터에 축압한 압유를 유압 펌프의 압유 공급로에 효율적으로 재생시킬 수 있다.

또, 회수 유량 제어 밸브와 재생 유량 제어 밸브에 각각 압력 보상 밸브를 구비하고 있으므로, 어큐뮬레이터에 축압되는 회생 유량과, 어큐뮬레이터로부터 유압 펌프의 압유 공급로에 방출되는 재생 유량을, 압력 변동의 영향을 받지 않고 제어할 수 있어, 축압 속도 및 재생 속도를 정확하게 제어할 수 있다.

그러나, 특허문헌 1에 기재된 종래 기술을 이용한 경우이더라도, 이하와 같은 문제가 있었다.

특허문헌 1에 기재되어 있는 압유 에너지 회수 장치는, 프론트 작업기를 강하시키는 동작, 즉, 부움 실린더를 줄어들게 하는 부움 내림 동작에 의해 부움 실린더의 보텀측으로부터 회수 유량 제어 밸브를 통하여 어큐뮬레이터에 축압된 압유는, 부움 실린더를 신장시키는 부움 올림 동작에 있어서 재생 유량 제어 밸브에 의해 유량이 제어되면서 유압 펌프의 압유 공급로에 재생되고, 유압 펌프의 토출 유량과 합류한 유량을 부움 실린더 제어용의 유량 제어 밸브로 유도하도록 되어 있다.

그러나, 특허문헌 1에 기재되어 있는 유압 펌프는, 그 토출압이 그 유압 펌프에 의해서 구동되는 전체 액추에이터의 최고 부하압보다 미리 정해진 값만큼 커지도록 그 토출 유량을 제어하는, 소위 로드 센싱 제어를 행하는 구성으로 되어 있고, 그 압유 공급로에는, 잉여의 압유를 탱크에 방출하기 위하여 언로드 밸브가 마련되어 있다.

이와 같이 로드 센싱 제어를 행하는 경우는, 언로드 밸브는 불가결하며, 그 경우, 프론트 작업기를 상승시키는 동작, 즉, 부움 올림 동작 등에 의해 어큐뮬레이터에 축압된 압유를 유압 펌프의 압유 공급로에 재생 유량 제어 밸브를 통하여 합류시킬 때, 가령 압유 공급로의 압력이 충분히 높고, 부움 실린더의 부하압보다 미리 정해진 압력만큼 높은 값이 되어 있었을 경우(세츄레이션 상태는 아닌 경우)에는, 어큐뮬레이터로부터 재생 유량 제어 밸브를 통하여 압유 공급로에 합류하는 유량은, 잉여 유량으로서, 전술의 언로드 밸브로부터 탱크로 배출되어 버려, 어큐뮬레이터에 축압된 압유를 부움 내림 이외의 동작에 유효하게 이용할 수 없다는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은, 로드 센싱 제어를 행하도록 구성되고, 또한 프론트 작업기를 강하시키는 동작에 있어서 액추에이터로부터 되돌아오는 압유를 어큐뮬레이터에 축압하고, 프론트 작업기의 위치 에너지를 회수하는 압유 에너지 회수 장치를 구비한 작업 기계의 유압 구동 장치에 있어서, 프론트 작업기를 강하시키는 동작 이외의 동작을 행하는 경우에, 어큐뮬레이터에 축압된 압유를 유압 펌프의 압유 공급로에 합류하여 재생할 수 있고, 또한 어큐뮬레이터에 축압된 압유 에너지가 쓸데없이 소비되는 것을 방지하는 작업 기계의 유압 구동 장치를 제공하는 데에 있다.

본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위하여, 가변 용량형의 유압 펌프와, 상기 유압 펌프로부터 토출된 압유에 의해 구동되고, 작업 장치를 상하 운동시키는 유압 실린더를 포함하는 하나 이상의 액추에이터와, 상기 유압 펌프로부터 상기 하나 이상의 액추에이터에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 하나 이상의 유량 제어 밸브와, 상기 하나 이상의 액추에이터의 최고 부하압보다 어떤 설정압만큼 상기 유압 펌프의 토출압이 높아지도록 상기 유압 펌프의 토출 유량을 제어하는, 로드 센싱 제어를 행하는 레귤레이터와, 상기 유압 펌프의 압유 공급로의 압력이 상기 하나 이상의 액추에이터의 최고 부하압보다, 상기 로드 센싱 제어의 설정압 이상의 소정값 이상 높아지면, 개방 상태가 되어 상기 압유 공급로의 압유를 탱크로 되돌리는 언로드 밸브와, 상기 유압 실린더와 상기 유압 펌프의 압유 공급로에 접속된 어큐뮬레이터를 갖고, 상기 작업 장치를 강하시키는 동작에 있어서 상기 유압 실린더로부터 되돌려지는 압유를 상기 어큐뮬레이터에 축압하고, 상기 작업 장치를 강하시키는 동작 이외의 동작을 행하는 경우에, 상기 어큐뮬레이터에 축압된 압유의 적어도 일부를 상기 유압 펌프의 압유 공급로에 공급하여 재생하는 압유 에너지 회수 장치를 구비한 작업 기계의 유압 구동 장치에 있어서, 상기 압유 에너지 회수 장치는, 상기 어큐뮬레이터로부터 상기 유압 펌프의 압유 공급로에 공급되는 압유의 재생 유량을 제어하는 재생 전환 밸브 장치를 갖고, 상기 재생 전환 밸브 장치는, 상기 유압 펌프의 압유 공급로의 압력과 상기 최고 부하압과의 차가 상기 로드 센싱 제어의 설정압보다 클 때는, 상기 어큐뮬레이터로부터 상기 유압 펌프의 압유 공급로에의 압유의 공급을 제한하고, 상기 유압 펌프의 압유 공급로의 압력과 상기 최고 부하압과의 차가 상기 로드 센싱 제어의 설정압보다 작을 때는, 상기 어큐뮬레이터로부터 상기 유압 펌프의 압유 공급로에의 압유의 공급을 허용하도록, 상기 어큐뮬레이터와 상기 유압 펌프의 압유 공급로와의 연통(連通)을 제어하는 구성으로 한다.

이와 같이 어큐뮬레이터로부터 유압 펌프의 압유 공급로에 공급되는 압유의 재생 유량을 제어하는 재생 전환 밸브 장치를 마련하고, 이 재생 전환 밸브 장치에 의해, 유압 펌프의 압유 공급로의 압력과 최고 부하압과의 차가 로드 센싱 제어의 설정압보다 클 때는, 어큐뮬레이터로부터 유압 펌프의 압유 공급로에의 압유의 공급을 제한하고, 유압 펌프의 압유 공급로의 압력과 최고 부하압과의 차가 로드 센싱 제어의 설정압보다 작을 때는, 어큐뮬레이터로부터 유압 펌프의 압유 공급로에의 공급을 허용하도록, 어큐뮬레이터와 유압 펌프의 압유 공급로와의 연통을 제어함으로써, 유압 펌프로부터 토출되는 압유가 요구 유량에 대하여 충분한 경우에는, 유압 펌프의 압유 공급로의 압력과 최고 부하압과의 차가 로드 센싱 제어의 설정압보다 커져, 어큐뮬레이터로부터 유압 펌프의 압유 공급로에의 재생이 제한되므로, 어큐뮬레이터에 축압된 압유 에너지가, 압유 공급로에 접속된 언로드 밸브에 의해서 쓸데없이 소비되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 유압 펌프로부터 토출되는 압유가 요구 유량에 대하여 충분하지 않은(부족한) 경우에는, 유압 펌프의 압유 공급로의 압력과 최고 부하압과의 차가 로드 센싱 제어의 설정압보다 작아져, 어큐뮬레이터로부터 유압 펌프의 압유 공급로에의 공급이 허용되므로, 어큐뮬레이터로부터 공급된 압유가 유압 펌프로부터 토출된 압유와 합류하여 재생되어, 액추에이터를 구동하므로, 스피디한 작업을 실현할 수 있다.

본 발명에 의하면, 어큐뮬레이터로부터 유압 펌프의 압유 공급로에의 공급을 허용하도록, 어큐뮬레이터와 유압 펌프의 압유 공급로와의 연통을 제어하는 재생 전환 밸브 장치를 마련함으로써, 유압 펌프로부터 토출되는 압유가 요구 유량에 대하여 충분한 경우에는, 유압 펌프의 압유 공급로의 압력과 최고 부하압과의 차가 로드 센싱 제어의 설정압보다 커져, 어큐뮬레이터로부터 유압 펌프의 압유 공급로에의 재생이 제한되므로, 어큐뮬레이터에 축압된 압유 에너지가, 압유 공급로에 접속된 언로드 밸브에 의해서 쓸데없이 소비되는 것을 방지할 수 있다.

이와 같이 본 발명에 있어서는, 어큐뮬레이터에 축압된 압유 에너지를 유효하게 이용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태에 의한 작업 기계의 유압 구동 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 형태에 의한 유압 구동 장치가 탑재되는 유압 셔블의 외관을 나타내는 도면이다.
도 3a는 부움 실린더의 보텀측 유로와 로드측 유로 사이에 배치된 재생 전환 밸브의 개구 면적 특성을 나타내는 도면이다.
도 3b는 부움 실린더의 보텀측 유로로부터 분기되고, 어큐뮬레이터에 이르는 유로에 배치된 전환 밸브의 개구 면적 특성을 나타내는 도면이다.
도 3c는 어큐뮬레이터에 연통하는 유로에 배치된 전환 밸브의 개구 면적 특성을 나타내는 도면이다.
도 3d는 어큐뮬레이터를 메인 펌프의 압유 공급로에 연통시키는 유로에 배치된 재생 전환 밸브(제 1 재생 전환 밸브)의 개구 면적 특성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시 형태에 의한 작업 기계의 유압 구동 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 제 1 재생 전환 밸브의 하류측에 배치된 재생 전환 밸브(제 2 재생 전환 밸브)의 개구 면적 특성을 나타내는 도면이다.
도 6은 컨트롤러의 CPU가 행하는 처리 내용을 나타내는 기능 블록도이다.
도 7a는 컨트롤러의 CPU가 이용하는 제 1 테이블의 특성을 나타내는 도면이다.
도 7b는 컨트롤러의 CPU가 이용하는 제 2 테이블의 특성을 나타내는 도면이다.
도 7c는 컨트롤러의 CPU가 이용하는 제 3 테이블의 특성을 나타내는 도면이다.

이하에, 본 발명의 실시 형태를 도면에 따라 설명한다.

< 제 1 실시 형태 >

본 발명의 제 1 실시 형태에 의한 작업 기계의 유압 구동 장치를 도 1∼도 3d를 이용하여 설명한다.

∼구성∼

도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태에 의한 작업 기계의 유압 구동 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 1에 있어서, 본 실시 형태의 유압 구동 장치는, 원동기(1)(예를 들면, 디젤 엔진)과, 원동기(1)에 의해서 구동되는 가변 용량형의 유압 실린더인 메인 펌프(2)와, 원동기(1)에 의해서 구동되는 고정 용량형의 파일럿 펌프(30)와, 메인 펌프(2)의 토출 유량을 제어하기 위한 레귤레이터(12)와, 메인 펌프(2)로부터 토출된 압유에 의해서 구동되는 복수의 액추에이터인 부움 실린더(3a), 아암 실린더(3b), 선회 모터(3c), 버킷 실린더(3d), 스윙 실린더(3e), 주행 모터(3f, 3g), 블레이드 실린더(3h)(3d∼3h는 도 2 참조)와, 메인 펌프(2)로부터 토출된 압유를 복수의 액추에이터(3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h)로 유도하기 위한 압유 공급로(5)와, 압유 공급로(5)의 하류에 접속되고, 메인 펌프(2)로부터 토출된 압유가 유도되는 제어 밸브 블록(4)을 구비하고 있다.

제어 밸브 블록(4) 내에는, 복수의 액추에이터(3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h)의 구동 방향과 구동 속도를 제어하기 위한 복수의 유량 제어 밸브(6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f, 6g, 6h)(6d∼6h는 도시 생략)와, 복수의 유량 제어 밸브(6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f, 6g, 6h)의 전후 차압을 제어하기 위한 복수의 압력 보상 밸브(7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f, 7g, 7h)(7d∼7h는 도시 생략)와, 체크 밸브(8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f, 8g, 8h)(8d∼8h는 도시 생략)와, 압유 공급로(5)에 접속되고, 압유 공급로(5)의 압력 P1을 설정 압력 이상이 되지 않도록 제어하는 릴리프 밸브(14)와, 복수의 액추에이터(3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h)의 최고 부하압 Plmax를 검출하기 위한 셔틀 밸브(9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f, 9g)(9d∼9g는 도시 생략)와, 압유 공급로(5)의 압력 P1이 복수의 액추에이터(3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h)의 최고 부하압 Plmax보다 소정압(최고 부하압 Plmax에 후술하는 목표 LS 차압 Pgr과 스프링(15a)의 가압력을 더한 세트압) 이상 높아지면, 개방 상태가 되어 압유 공급로(5)의 압유를 탱크에 되돌리는(즉, 압유 공급로(5)의 압력 P1이 당해 세트압 이상 높아지지 않도록 제어하는) 언로드 밸브(15)와, 압유 공급로(5)의 압력 P1과 복수의 액추에이터(3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, 3g, 3h)의 최고 부하압 Plmax와의 차압을 절대압 Pls로서 출력하는 차압 감압 밸브(11)가 마련되어 있다.

언로드 밸브(15)는 스프링(15a)을 구비하지 않는 구성이어도 되고, 그 경우, 언로드 밸브(15)의 세트압(소정압)은, 최고 부하압 Plmax에 목표 LS 차압 Pgr을 더한 값으로 된다.

고정 용량형 파일럿 펌프(30)로부터 토출되는 압유는, 압유 공급로(31a)와 원동기 회전수 검출 밸브(13)를 경유하여 압유 공급로(31b)로 흐르고, 압유 공급로(31b)에 접속되는 파일럿 릴리프 밸브(32)에 의해서 일정한 파일럿압 Pi0이 생성된다. 원동기 회전수 검출 밸브(13)는, 압유 공급로(31a)와 압유 공급로(31b) 사이에 접속된 유량 검출 밸브(13a)와, 그 유량 검출 밸브(13a)의 전후 차압(원동기 회전수 검출 밸브(13)의 전후 차압)을 절대압 Pgr로서 출력하는 차압 감압 밸브(13b)를 갖고 있다.

유량 검출 밸브(13a)는 통과 유량(파일럿 펌프(30)의 토출 유량)이 증대함에 따라서 개구 면적을 크게 하는 가변 스로틀을 갖고 있고, 파일럿 펌프(30)의 토출유는 유량 검출 밸브(13a)의 가변 스로틀을 통과하여 압유 공급로(31b)측으로 흐른다. 이 때, 유량 검출 밸브(13a)의 가변 스로틀에는 통과 유량이 증가함에 따라서 커지는 전후 차압이 발생하고, 차압 감압 밸브(13b)는 그 전후 차압을 절대압 Pgr로서 출력한다. 파일럿 펌프(30)의 토출 유량은 원동기(1)의 회전수에 의해서 변화되기 때문에, 유량 검출 밸브(13a)의 가변 스로틀의 전후 차압을 검출함으로써, 파일럿 펌프(30)의 토출 유량을 검출할 수 있고, 원동기(1)의 회전수를 검출할 수 있다. 원동기 회전수 검출 밸브(13)(차압 감압 밸브(13b))가 출력하는 절대압 Pgr은 목표 LS 차압으로서 레귤레이터(12)와 후술하는 재생 전환 밸브(23)로 유도된다.

압유 공급로(31b)의 파일럿 릴리프 밸브(32)의 하류에는, 게이트 록 밸브(33)를 통하여 압유 공급로(31c)가 접속되고, 이 압유 공급로(31c)에 복수의 조작 장치(60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f, 60g, 60h)(60d∼60h는 도시 생략)에 각각 구비된 1쌍의 파일럿 밸브(감압 밸브)가 접속되어 있다. 복수의 조작 장치(60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f, 60g, 60h)(60d∼60h는 도시 생략)는 각각 대응하는 액추에이터(3a∼3h)의 동작을 지령하는 것이며, 각각의 파일럿 밸브는, 복수의 조작 장치(60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f, 60g, 60h)(60d∼60h는 도시 생략)의 조작 레버, 페달 등의 조작 수단을 조작함으로써, 파일럿 릴리프 밸브(32)에 의해 생성된 일정한 파일럿 일차압 Ppi0을 원압(元壓)으로 하여 조작압(조작 신호) a, b; c, d; e, f ···을 생성한다. 이들 조작압은 대응하는 유량 제어 밸브(6a∼6j)로 유도되고, 이들을 전환 조작한다. 또, 유압 셔블(작업 기계)의 운전석의 입구에 마련된 게이트 록 레버(34)를 조작함으로써 게이트 록 밸브(100)가 조작되고, 파일럿 릴리프 밸브(32)에 의해 생성된 파일럿 일차압 Ppi0이 파일럿 유로로서의 압유 공급로(31b)에 공급될지(조작 장치(60a∼60h)의 조작이 유효로 될지), 압유 공급로(31b)의 압유가 탱크에 배출될지(조작 장치(60a∼60h)의 조작이 무효로 될지)가 전환된다.

가변 용량형의 메인 펌프(2)의 레귤레이터(12)는, LS 밸브(12b)와, LS 밸브(12b)의 출력압에 의해 동작하고, 복수의 유량 제어 밸브(6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f, 6g, 6h)의 요구 유량에 따라서 메인 펌프(2)의 토출 유량을 제어하는 유량 제어 피스톤(12c)과, 메인 펌프(2)의 압유 공급로(5)의 압력 P1이 유도되고, 압력 P1이 커지면 메인 펌프(2)의 경전을 작게 하여 미리 정해진 토오크를 초과하지 않도록 제어하는 마력 제어용 피스톤(12d)을 갖고 있다.

LS 밸브(12b)는, 원동기 회전수 검출 밸브(13)의 출력압인 목표 LS 차압 Pgr과, 상기 차압 감압 밸브(11)의 출력압인 LS 차압 Pls가 유도되고, LS 차압 Pls가 목표 LS 차압 Pgr보다 큰 경우에는, 일정한 파일럿압 Ppi0을 유량 제어 피스톤(12c)으로 유도하여 메인 펌프(2)의 토출 유량을 감소시키고, LS 차압 Pls가 목표 LS 차압 Pgr보다 작은 경우에는, 유량 제어 피스톤(12c)의 압유를 탱크로 방출하여, 메인 펌프(2)의 유량을 증가시키도록 유량 제어 피스톤(12c)을 제어한다.

제어 밸브 블록(4) 내에는, 추가로, 재생 전환 밸브(20)와 전환 밸브(27, 28)가 마련되어 있다.

부움 실린더(3a)의 보텀측 유로(41a)와 로드측 유로(42)는, 재생 전환 밸브(20)와 체크 밸브(24)를 통하여 접속되어 있다.

도 3a는 재생 전환 밸브(20)의 개구 면적 특성을 나타내는 도면이다. 재생 전환 밸브(20)는, 도 3a에 나타내는 바와 같이, 부움 내림 조작압 b가 작용하고 있지 않은 경우는 폐쇄 위치에 있고, 부움 내림 조작압 b가 커지면 그 개구 면적이 커지는 것과 같은 특성으로 되어 있다. 도면 중, Pi_rg_0은 최소 유효 부움 내림 조작압, Pi_rg_max는 최대 부움 내림 조작압, A20max는 최대 개구 면적이다.

전환 밸브(27)는, 부움 실린더(3a)의 보텀측 유로(41a)의 압력이 미리 정해진 어떤 값 미만인 경우는 탱크압을 출력하고, 유로(41a)의 압력이 미리 정해진 어떤 값 이상인 경우는 조작 장치(60a)의 파일럿 밸브의 출력압인 조작압 b(부움 내림 조작압)을 출력하도록 전환된다. 전환 밸브(27)로부터 출력된 압력은, 압력 보상 밸브(7a)를 폐쇄 방향으로 전환하는 방향으로 유도된다. 또, 전환 밸브(27)의 스프링력은, 프론트 작업기(104)를 접지하지 않은 상태에 있어서의, 부움 실린더(3a)의 보텀측 유로(41a)의 압력에 의해 전환 밸브(27)가 도면 중 오른쪽 방향으로(부움 내림 조작압 b를 출력하는 위치로) 전환되도록 설정되어 있다.

전환 밸브(28)는, 전환 밸브(27)가 탱크압을 압력 보상 밸브(7a)로 유도하고 있는 경우는, 부움 실린더(3a)의 유량 제어 밸브(6a)를 통하여 얻어지는 부움 실린더(3a)의 부하압을, 압력 보상 밸브(7a)를 개방 방향으로 전환하는 방향으로 유도함과 동시에, 부움 실린더(3a)의 부하압을, 최고 부하압 Plmax를 출력하기 위하여 마련된 셔틀 밸브(9a)로 유도하고, 전환 밸브(27)가 조작 장치(60a)의 파일럿 밸브의 출력압인 조작압 b(부움 내림 조작압)를, 압력 보상 밸브(7a)를 폐쇄 방향으로 전환하는 방향으로 유도하고 있는 경우는, 탱크압을 압력 보상 밸브(7a)를 개방 방향으로 전환하는 방향으로 유도함과 동시에, 탱크압을 셔틀 밸브(9a)로 유도하도록 전환된다.

또, 본 실시 형태의 유압 구동 장치는 압유 에너지 회수 장치(80)를 갖고 있다. 압유 에너지 회수 장치(80)는, 어큐뮬레이터(40)를 갖고, 프론트 작업기(104)(도 2 참조)를 강하시키는 동작에 있어서 프론트 액추에이터 중 하나인 부움 실린더(3a)로부터 되돌려지는 압유를 어큐뮬레이터(40)에 축압하여, 프론트 작업기(104)의 위치 에너지를 회수함과 함께, 프론트 작업기(104)를 강하시키는 동작 이외의 동작을 행하는 경우에, 어큐뮬레이터(40)에 축압된 압유의 적어도 일부를 메인 펌프(2)의 압유 공급로(5)에 공급하여 재생하는 것이다.

압유 에너지 회수 장치(80)는, 어큐뮬레이터(40)에 추가하여, 전환 밸브(21, 22)와 재생 전환 밸브(23)(제 1 재생 전환 밸브)와, 체크 밸브(25, 26)를 구비하고 있고, 부움 실린더(3a)의 보텀측 유로(41a)는, 전환 밸브(21), 체크 밸브(25), 전환 밸브(22), 재생 전환 밸브(23), 체크 밸브(26)와, 제어 밸브 블록(4)의 내부 통로를 통하여 압유 공급로(5)에 접속되어 있다.

어큐뮬레이터(40)는 체크 밸브(25)와 전환 밸브(22)의 사이의 유로(41c)에 접속되어 있다. 전환 밸브(21, 22)에는 조작 장치(60a)의 파일럿 밸브의 출력압인 조작압 b(부움 내림 조작압)이 유도되고 있다.

도 3b는 전환 밸브(21)의 개구 면적 특성을 나타내는 도면이다.

전환 밸브(21)는, 도 3b에 나타내는 바와 같이, 부움 내림 조작압 b가 작용하고 있지 않은 경우는, 유로(41a)와, 전환 밸브(21)와 체크 밸브(25)의 사이의 유로(41b)를 차단하고, 부움 내림 조작압 b가 커지면, 유로(41a)와 유로(41b) 사이의 개구 면적을 크게 하는 것과 같은 특성으로 되어 있다. 도면 중, Pi_ch_0은 최소 유효 부움 내림 조작압, Pi_ch_max는 최대 부움 내림 조작압, A21max는 최대 개구 면적이다.

도 3c는 전환 밸브(22)의 개구 면적 특성을 나타내는 도면이다.

전환 밸브(22)는, 도 3c에 나타내는 바와 같이, 전환 밸브(21)와 반대로, 부움 내림 조작압 b가 작용하고 있지 않은 경우는 유로(41c)와, 전환 밸브(22)와 재생 전환 밸브(23)의 사이의 유로(41d)를 연통하고, 부움 내림 조작압 b가 작용하면 유로(41c)와 유로(41d)를 차단하는 것과 같은 특성으로 되어 있다. 도면 중, Pi_rs_0은 최대 부움 내림 조작압, Pi_rs_max는 최대 부움 내림 조작압, A22max는 최대 개구 면적이다.

재생 전환 밸브(23)의 양단(兩端)에는, 개방 방향 작용의 수압부(23a)(제 1 수압부)와 폐쇄 방향 작용의 수압부(23b)(제 2 수압부)가 마련되고, 수압부(23a)에는 유로(23c)(제 1 유로)를 통하여 목표 LS 차압 Pgr이 유도되고, 수압부(23b)에는 유로(23d)(제 2 유로)를 통하여 LS 차압 Pls(메인 펌프(2)의 압유 공급로(5)의 압력 P1과 최고 부하압 최고 부하압 Plmax와의 차의 압력)가 유도되고 있다. 이와 같이 재생 전환 밸브(23)의 양단에는, 목표 LS 차압 Pgr이 그 개구를 개방 방향으로 작용하는 방향으로, 또한, LS 차압 Pls가 그 개구를 폐쇄 방향으로 작용하는 방향으로 각각 유도되고 있다.

도 3d는 재생 전환 밸브(23)의 개구 면적 특성을 나타내는 도면이다.

재생 전환 밸브(23)는, 도 3d에 나타내는 바와 같이, LS 차압 Pls가 목표 LS 차압 Pgr보다 클(Pls＜Pgr) 때는, 유로(41d)와, 재생 전환 밸브(23)와 체크 밸브(26)의 사이의 재생 유로(41e)를 차단하고, LS 차압 Pls가 목표 LS 차압 Pgr보다 작아지면(Pls＜Pgr), 즉시 개방하여 차압 편차 Pi_as_0으로 완전개방하여, 유로(41d)와 재생 유로(41e)를 연통하는 것과 같은 특성으로 되어 있다. 도면 중, Pi_as_0은 최소 유효 차압 편차, Pi_as_max는 최대 차압 편차, A23max는 최대 개구 면적이다.

이상에 있어서, 재생 전환 밸브(23)와, 수압부(23a, 23b)와, 유로(23c, 23d)는, 어큐뮬레이터(40)로부터 메인 펌프(2)의 압유 공급로(5)에 공급되는 압유의 재생 유량을 제어하는 재생 전환 밸브 장치로서 기능한다.

또, 재생 전환 밸브(23)와, 수압부(23a, 23b)와, 유로(23c, 23d)는, 메인 펌프(2)의 압유 공급로(5)의 압력 P1과 최고 부하압 Plmax와의 차인 LS 차압 Pls가 로드 센싱 제어의 설정압인 목표 LS 차압 Pgr보다 클 때는, 어큐뮬레이터(40)로부터 메인 펌프(2)의 압유 공급로(5)에의 압유의 공급을 제한하고(본 실시 형태에 있어서는 금지하고), 메인 펌프(2)의 압유 공급로(5)의 압력 P1과 최고 부하압 Plmax와의 차인 LS 차압 Pls가 로드 센싱 제어의 설정압 Pgr보다 작을 때는, 어큐뮬레이터(40)로부터 메인 펌프(2)의 압유 공급로(5)에의 압유의 공급을 허용하도록, 어큐뮬레이터(40)와 메인 펌프(2)의 압유 공급로(5)와의 연통을 제어하는 재생 전환 밸브 장치로서 기능한다.

또, 본 실시 형태에 있어서, 수압부(23a, 23b)와, 유로(23c, 23d)는, 메인 펌프(2)의 압유 공급로(5)의 압력 P1과 최고 부하압 Plmax와의 차인 LS 차압 Pls가 로드 센싱 제어의 설정압 Pgr보다 클 때는, 재생 유로(41e)를 차단하는 위치로 재생 전환 밸브(23)(제 1 재생 전환 밸브(23))를 전환하고, 메인 펌프(2)의 압유 공급로(5)의 압력 P1과 최고 부하압 Plmax와의 차인 LS 차압 Pls가 로드 센싱 제어의 설정압 Pgr보다 작을 때는, 재생 유로(41e)를 연통하는 위치로 재생 전환 밸브(23)를 전환하는 전환 제어 장치로서 기능한다.

도 2는 상술한 유압 구동 장치가 탑재되는 유압 셔블의 외관을 나타내는 도면이다.

유압 셔블은 상부 선회체(102)와, 하부 주행체(101)와, 스윙식의 프론트 작업기(104)를 구비하고, 프론트 작업기(104)는 부움(111), 아암(112), 버킷(113)으로 구성되어 있다. 상부 선회체(102)는 하부 주행체(101)에 대하여 선회 모터(3c)의 회전에 의해서 선회 가능하다. 상부 선회체(102)의 앞부분에는 스윙 포스트(103)가 장착되고, 이 스윙 포스트(103)에 프론트 작업기(104)가 상하 운동 가능하게 장착되어 있다. 스윙 포스트(103)는 스윙 실린더(3e)의 신축에 의해 상부 선회체(102)에 대하여 수평 방향으로 회동 가능하고, 프론트 작업기(104)의 부움(111), 아암(112), 버킷(113)은 부움 실린더(3a), 아암 실린더(3b), 버킷 실린더(3d)의 신축에 의해 상하 방향으로 회동 가능하다. 하부 주행체(101)의 중앙 프레임(105)에는, 블레이드 실린더(3h)의 신축에 의해 상하 동작을 행하는 블레이드(106)가 장착되어 있다. 하부 주행체(101)는, 주행 모터(3f, 3g)의 회전에 의해 좌우의 크롤러를 구동함으로써 주행을 행한다.

상부 선회체(102)에는 운전실(108)이 설치되고, 운전실(108) 내에는, 운전석(121)과, 부움 실린더(3a), 아암 실린더(3b), 버킷 실린더(3d), 선회 모터(3c)용의 조작 장치(60a∼60d)와, 스윙 실린더(3e)용의 조작 장치(60e)와, 블레이드 실린더(3h)용의 조작 장치(60h)와, 주행 모터(3f, 3g)용의 조작 장치(60f, 60g)와, 게이트 록 레버(34)가 마련되어 있다. 조작 장치(60a∼60d), 조작 장치(60e), 조작 장치(60h), 조작 장치(60f, 60g)는, 각각, 조작 레버에 의해서 조작 가능한 조작 레버 장치이며, 주행 모터(3f, 3g)용의 조작 장치(60f, 60g)는 추가로 페달에 의해서도 조작할 수 있도록 되어 있다. 또, 부움 실린더(3a), 아암 실린더(3b), 버킷 실린더(3d), 선회 모터(3c)용의 조작 장치(60a∼60d)는, 예를 들면, 운전석(121)의 좌우에 배치되고, 각각, 중립 위치로부터 십자 방향을 기준으로 한 임의의 방향으로 조작 가능한 2개의 조작 레버를 구비하여 조작 레버 장치로서 구성되어 있다. 예를 들면, 좌측의 조작 레버 장치는, 그 조작 레버를 전후 방향으로 조작하면 선회용의 조작 장치(60c)로서 기능하고, 동 조작 레버를 좌우 방향으로 조작하면 아암용의 조작 장치(60b)로서 기능하고, 우측의 조작 레버 장치는, 그 조작 레버를 전후 방향으로 조작하면, 부움용의 조작 장치(60a)로서 기능하고, 동 조작 레버를 좌우 방향으로 조작하면, 버킷용의 조작 장치로서 기능한다.

또, 부움 실린더(3a)의 보텀측 수압 면적과 로드측 수압 면적에는 차가 마련되어 있고, 보텀측 수압 면적＞로드측 수압 면적의 관계로 되어 있다.

∼작동∼

본 실시 형태의 작동을, 도 1∼도 3을 이용하여 설명한다.

고정 용량식의 파일럿 펌프(30)로부터 토출된 압유는, 압유 공급로(31a)에 공급되고, 압유 공급로(31a)의 하류에 접속된 원동기 회전수 검출 밸브(13)에 의해, 고정 용량형의 파일럿 펌프(30)의 토출 유량이 목표 LS 차압 Pgr로서 출력된다.

원동기 회전수 검출 밸브(13)의 하류에는, 파일럿 릴리프 밸브(32)가 접속되어 있고, 압유 공급로(31b)에 일정한 파일럿 일차압 Ppi0을 생성하고 있다.

(a) 모든 조작 레버가 중립인 경우

모든 조작 장치(60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f, 60g, 60h)의 조작 레버가 중립이므로, 모든 파일럿 밸브도 중립으로 되고, 유량 제어 밸브(6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f, 6g, 6h)는 각각 양단에 마련된 스프링에 의해서 모두 중립 위치에 보지된다.

부움 실린더(3a)의 보텀측 유로(41a)의 압력이, 전환 밸브(27)의 스프링에 의해 미리 정해진 압력보다 낮은 경우(예를 들면, 프론트 작업기(104)가 접지하고 있어, 부움 실린더(3a)에 보지압이 작용하고 있지 않은 경우 등)는, 전환 밸브(27)는 스프링에 의해 도면 중 왼쪽 방향으로 전환되어, 탱크압을 압력 보상 밸브(7a)와 전환 밸브(28)로 유도한다.

전환 밸브(28)는 스프링에 의해 도면 중 오른쪽 방향으로 전환되어, 유량 제어 밸브(6a)의 부하압 검출 유로를 압력 보상 밸브(7a)와 셔틀 밸브(9a)에 접속한다.

부움 실린더(3a)의 보텀측 유로(41a)의 압력이, 전환 밸브(27)의 스프링에 의해 미리 정해진 압력보다 큰 경우(예를 들면, 프론트 작업기(104)가 접지되어 있지 않고, 부움 실린더(3a)에 보지압이 작용하고 있는 경우 등)는, 전환 밸브(27)는 도면 중 오른쪽 방향으로 전환되어, 부움 내림 조작압 b를 압력 보상 밸브(7a)와 전환 밸브(28)로 유도하지만, 모든 조작 레버가 중립이므로, 부움 내림 조작압 b도 탱크압과 동등해져 있다.

이와 같이, 모든 조작 레버가 중립인 경우에는, 유량 제어 밸브(6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f, 6g, 6h)가 중립 위치에 있으므로, 유량 제어 밸브(6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f, 6g, 6h), 셔틀 밸브(9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f, 9g)를 통하여 최고 부하압 Plmax로서 탱크압이 차압 감압 밸브(11)와 언로드 밸브(15)로 유도된다.

압유 공급로(5)의 압력 P1은, 언로드 밸브(15)에 마련된 스프링(15a)과, 언로드 밸브(15)를 폐쇄하는 방향으로 유도된 원동기 회전수 검출 밸브(13)의 출력압Pgr(목표 LS 차압)에 의해, 출력압 Pgr(목표 LS 차압)보다 약간 높게 보지된다(P1＞Pgr).

차압 감압 밸브(11)는, 압유 공급로(5)의 압력 P1과 최고 부하압 Plmax와의 차압을 LS 차압 Pls로서 출력하지만, 모든 레버가 중립인 경우에는, 최고 부하압 Plmax가 전술한 바와 같이 탱크압과 동등하므로, Pls＝P1－Plmax＝P1＞Pgr로 된다.

목표 LS 차압 Pgr과 LS 차압 Pls는, 가변 용량형의 메인 펌프(2)의 레귤레이터(12) 내의 LS 밸브(12b)로 유도되고, LSb 밸브(12b)는, LS 차압 Pls와 목표 LS 차압 Pgr을 비교하여, Pls＜Pgr인 경우에는, 유량 제어 피스톤(12c)의 압유를 탱크에 배출하고, Pls＞Pgr인 경우에는, 파일럿 릴리프 밸브(32)에 의해서 압유 공급로(31b)에 생성되는 일정한 파일럿 일차압 Ppi0을 유량 제어 피스톤(12c)으로 유도한다.

전술한 바와 같이, 모든 조작 레버가 중립인 경우에는, Pls＞Pgr인 경우이므로, LS 밸브(12b)는 도면 중에서 오른쪽 방향으로 전환되어, 파일럿 릴리프 밸브(32)에 의해서 일정하게 유지된 파일럿압 Ppi0이 유량 제어 피스톤(12c)으로 유도된다.

유량 제어 피스톤(12c)에 파일럿압 Ppi0이 유도되므로, 가변 용량형의 메인 펌프(2)의 용량은 최소로 유지된다.

한편, 부움 내림 조작압 b가 탱크압과 동등하므로, 전환 밸브(21, 22)는 각각 도시의 폐쇄 위치와 연통 위치에 보지되고. 이 때문에, 부움 실린더(3a)의 보텀측 유로(41a)와, 어큐뮬레이터(40)가 접속되는 유로(41c)와는 차단되고, 어큐뮬레이터(40)가 접속되는 유로(41c)와 재생 전환 밸브(23) 사이의 유로(41d)가 연통된다.

전술한 바와 같이, 모든 조작 레버가 중립인 경우에는, Pls＞Pgr이므로, 재생 전환 밸브(23)는 도면 중에서 오른쪽 방향, 즉, 폐쇄 위치로 전환되어, 어큐뮬레이터(40)의 압유가 체크 밸브(26)를 통하여 압유 공급로(5)로 유입되는 것을 차단한다.

(b) 프론트 작업기가 접지되어 있지 않은 상태로부터 부움 내림 조작을 행한 경우

부움용 조작 장치(60a)의 파일럿 밸브로부터 부움 내림 조작압 b가 출력된다. 부움 내림 조작압 b에 의해, 유량 제어 밸브(6a)가 도면 중에서 왼쪽 방향으로 전환된다.

프론트 작업기(104)가 접지되어 있지 않은 상태에서는, 부움 실린더(3a)의 보텀측 유로(41a)의 압력에 의해, 전환 밸브(27)는 도면 중 오른쪽 방향으로 전환되어, 부움 내림 조작압 b를 압력 보상 밸브(7a)와 전환 밸브(28)로 유도한다.

압력 보상 밸브(7a)는, 압력 보상 밸브(7a)의 폐쇄 방향으로 유도된 부움 내림 조작압 b에 의해, 폐쇄 위치에 보지된다.

한편, 전환 밸브(28)는 부움 내림 조작압 b에 의해, 도면 중 왼쪽 방향으로 전환되어, 탱크압을 압력 보상 밸브(7a)와 셔틀 밸브(9a)로 유도한다.

이렇게 하여, 「(a) 모든 조작 레버가 중립인 경우」와 마찬가지로, 셔틀 밸브(9a)를 통하여 최고 부하압 Plmax로서 탱크압이 차압 감압 밸브(11)와 언로드 밸브(15)로 유도되고, 압유 공급로(5)의 압력 P1은, 언로드 밸브(15)에 의해 목표 LS 차압 Pgr보다 약간 높게 보지된다.

차압 감압 밸브(11)는 LS 차압 Pls를 출력하지만, 최고 부하압 Plmax가 탱크압과 동등하므로, Pls＝P1－Plmax＝P1＞Pgr로 된다.

전술한 바와 같이, 프론트 작업기(104)가 접지되어 있지 않은 상태로부터 부움 내림을 조작한 경우에는, Pls＞Pgr이므로, LS 밸브(12b)는 도면 중에서 오른쪽 방향으로 전환되어, 파일럿 릴리프 밸브(32)에 의해서 일정하게 유지된 파일럿 일차압 Ppi0이 유량 제어 피스톤(12c)으로 유도되어, 가변 용량형의 메인 펌프(2)의 용량은 최소로 유지된다.

한편, 부움 내림 조작압 b에 의해서 재생 전환 밸브(20)와 전환 밸브(21)는 개방 위치로, 전환 밸브(22)는 폐쇄 위치로 전환된다.

부움 실린더(3a)의 보텀측 유로(41a)의 압유가 재생 전환 밸브(20), 체크 밸브(24)를 통하여 부움 실린더(3a)의 로드측 유로(42)로 유도되고, 유량 제어 밸브(6a)로부터 공급되는 압유와 합류하여 부움 실린더(3a)를 줄어드는 방향으로 구동한다.

여기서, 전술한 바와 같이, 부움 실린더(3a)의 보텀측 수압 면적과 로드측 수압 면적에는 차가 있고, 보텀측 수압 면적＞로드측 수압 면적으로 되어 있으므로, 부움 실린더(3a)가 줄어들면, 그 보텀측 수압실로부터 유출되는 유량은, 로드측 수압실에 유입되는 유량보다 크고, 재생 전환 밸브(20)와 체크 밸브(24)를 통하여 부움 실린더(3a)의 보텀측 유로(41a)로부터 로드측 유로(42)로 공급되는 압유에 의해, 부움 실린더(3a)의 보텀측 유로(41a)와 로드측 유로(42)는 함께 압력이 상승한다.

또, 이와 같이 승압된 부움 실린더(3a)의 보텀측 유로(41a)의 압유는, 전술한 바와 같이 전환 밸브(21)가 개방 위치로, 전환 밸브(22)가 폐쇄 위치로 전환되어 있으므로, 유량 제어 밸브(6a)의 부움 내림측의 미터아웃 개구를 통하여 탱크로 배출됨과 동시에, 전환 밸브(21)와 체크 밸브(25)를 통하여 어큐뮬레이터(40)에 축압된다.

(c) 어큐뮬레이터에 축압된 상태에서 부움 올림 조작을 행한 경우

부움용의 조작 장치(60a)의 파일럿 밸브로부터 부움 올림 조작압 a가 출력된다. 부움 올림 조작압 a에 의해, 유량 제어 밸브(6a)가 도면 중에서 오른쪽 방향으로 전환된다.

부움 실린더(3a)의 보텀측 유로(41a)의 압력이, 전환 밸브(27)의 스프링에 의해 미리 정해진 압력보다 낮은 경우(예를 들면, 프론트 작업기(104)가 접지되어 있어, 부움 실린더(3a)에 보지압이 작용하고 있지 않은 경우 등)는, 전환 밸브(27)는 스프링에 의해 도면 중 왼쪽 방향으로 전환되어, 탱크압을 압력 보상 밸브(7a)와 전환 밸브(28)로 유도한다.

부움 실린더(3a)의 보텀측 유로(41a)의 압력이, 전환 밸브(27)의 스프링에 의해 미리 정해진 압력보다 큰 경우(예를 들면, 프론트 작업기(104)가 접지되어 있지 않고, 부움 실린더(3a)에 프론트 작업기(104)의 보지압이 작용하고 있는 경우 등)는, 전환 밸브(27)는 도면 중 오른쪽 방향으로 전환되어, 부움 내림 조작압 b를 압력 보상 밸브(7a)와 전환 밸브(28)로 유도하지만, 부움 올림 조작시에는, 부움 내림 조작압 b는 탱크압과 동등해져 있으므로, 전환 밸브(28)는 도면 중 오른쪽 방향으로 전환되어, 유량 제어 밸브(6a)의 부하압 검출 유로를 압력 보상 밸브(7a)와 셔틀 밸브(9a)에 접속한다.

이와 같이, 부움 올림 조작을 행한 경우에는, 부움 실린더(3a)의 부하압(유로(41a)의 압력)이 유량 제어 밸브(6a)와 전환 밸브(28)를 통하여 셔틀 밸브(9a)에 유도되고, 최고 부하압 Plmax로서 차압 감압 밸브(11)와 언로드 밸브(15)로 유도된다.

언로드 밸브(15)로 유도된 최고 부하압 Plmax와 언로드 밸브(15)의 스프링(15a)과 목표 LS 차압 Pgr에 의해, 언로드 밸브(15)의 세트압은, 부움 실린더(3a)의 부하압 Plmax에 목표 LS 차압 Pgr과 스프링(15a)의 가압력(이하, 스프링력이라고 함)을 더한 값으로 상승하고, 압유 공급로(5)의 압유를 탱크에 배출하는 유로를 차단한다.

또, 차압 감압 밸브(11)로 유도된 최고 부하압 Plmax에 의해, 차압 감압 밸브(11)는 P1-Plmax를 LS 차압 Pls로서 출력하지만, 부움 올림 방향으로 기동한 순간에는, 압유 공급로(5)의 압력 P1은 언로드 밸브(15)의 스프링(15a)과 LS 차압 Pgr에 의해서 미리 정해진 저압으로 보지되어 있으므로, LS 차압 Pls는 대략 탱크압과 동등해진다.

LS 차압 Pls는 가변 용량형의 메인 펌프(2)의 레귤레이터(12) 내의 LS 밸브(12b)로 유도된다.

전술한 바와 같이 부움 올림 기동시는 Pls＝탱크압＜Pgr이므로, LS 밸브(12b)는 도면 중에서 왼쪽 방향으로 전환되고, 유량 제어 피스톤(12c)의 압유는, LS 밸브(12b)를 통하여 탱크로 배출된다.

이 때문에, 메인 펌프(2)의 유량은 증가되어 가고, 그 유량 증가는 LS 차압 Pls가 목표 LS 차압 Pgr과 동등해질 때까지 계속된다.

한편, 부움 내림 조작압 b가 탱크압과 동등하므로, 전환 밸브(21, 22)는 각각 폐쇄 위치와 연통 위치에 보지된다. 부움 실린더(3a)의 보텀측 유로(41a)와, 어큐뮬레이터(40)가 접속되는 유로(41c)는 차단되고, 어큐뮬레이터(40)가 접속되는 유로(41c)와 재생 전환 밸브(23) 사이의 유로(41d)가 연통되어, 어큐뮬레이터(40)의 압유가 재생 전환 밸브(23)로 유도된다.

전술한 바와 같이, 부움 올림 기동시는 Pls＜Pgr이므로, 재생 전환 밸브(23)는 도면 중에서 왼쪽 방향, 즉, 연통 위치로 전환되고, 어큐뮬레이터(40)가 접속되는 유로(41c)의 압력이 압유 공급로(5)보다 높은 경우에는, 어큐뮬레이터(40)의 압유가 체크 밸브(26)를 통하여 압유 공급로(5)로 유입되어 재생된다.

이에 의해 어큐뮬레이터(40)로부터 공급된 압유와 메인 펌프(2)로부터 토출된 압유가 합류하여 유량 제어 밸브(6a)를 통하여 부움 실린더(3a)의 보텀측에 공급되어, 부움 실린더(3a)를 구동하므로, 스피디한 부움 올림의 기동이 가능하게 되어, 양호한 조작성을 실현할 수 있다.

가변 용량형의 메인 펌프(2)의 유량이 증가되어 가고, LS 차압 Pls가 점점 커져 가, LS 차압 Pls가 목표 LS 차압 Pgr과 동등해지면, 도 3d에 나타내는 바와 같이, 재생 전환 밸브(23)는 폐쇄 위치로 전환된다.

이에 의해 어큐뮬레이터(40)로부터 메인 펌프(2)의 압유 공급로(5)로의 재생이 금지되므로, 어큐뮬레이터(40)에 축압된 압유 에너지가, 압유 공급로(5)에 접속된 언로드 밸브(15)에 의해서 쓸데없이 소비되는 것을 방지할 수 있다.

(d) 어큐뮬레이터에 축압된 상태에서 부움 올림·아암 크라우드를 동시 조작한 경우

부움용 조작 장치(60a)의 파일럿 밸브로부터 부움 올림 조작압 a가, 아암용 조작 장치(60b)의 파일럿 밸브로부터 아암 크라우드 조작압 c가 각각 출력된다. 부움 올림 조작압 a에 의해, 유량 제어 밸브(6a)가 도면 중에서 오른쪽 방향으로, 아암 크라우드 조작압 c에 의해, 유량 제어 밸브(6b)가 도면 중에서 오른쪽 방향으로, 각각 전환된다.

프론트 작업기(104)가 접지되어 있지 않아, 부움 실린더(3a)의 보텀측 유로(41a)의 압력이, 전환 밸브(27)의 스프링에 의해 미리 정해진 압력보다 큰 경우에는, 전환 밸브(27)는 도면 중 오른쪽 방향으로 전환되어, 부움 내림 조작압 b를 압력 보상 밸브(7a)와 전환 밸브(28)로 유도하지만, 부움 올림 조작시에는, 부움 내림 조작압 b는 탱크압과 동등해져 있으므로, 전환 밸브(28)는 도면 중 오른쪽 방향으로 전환되어, 유량 제어 밸브(6a)의 부하압 검출 유로를 압력 보상 밸브(7a)와 셔틀 밸브(9a)에 접속한다.

또, 프론트 작업기(104)가 접지되어 있어, 부움 실린더(3a)의 보텀측 유로(41a)의 압력이, 전환 밸브(27)의 스프링에서 미리 정해진 압력보다 낮은 경우에는, 전환 밸브(27)는 스프링에 의해 도면 중 왼쪽 방향으로 전환되어, 탱크압을 압력 보상 밸브(7a)와 전환 밸브(28)로 유도하고, 전환 밸브(28)는 스프링에 의해 도면 중 오른쪽 방향으로 전환되어, 유량 제어 밸브(6a)의 부하압 검출 유로를 압력 보상 밸브(7a)와 셔틀 밸브(9a)에 접속한다.

한편, 아암 실린더(3b)의 아암 크라우드 조작시는, 아암 실린더(3b)의 보텀측 유로의 압력이 유량 제어 밸브(6a)의 부하압 검출 유로를 통하여 압력 보상 밸브(7b)와 셔틀 밸브(9b)로 유도된다.

이와 같이, 프론트 작업기(104)가 접지되어 있더라도 접지되어 있지 않더라도, 부움 올림·아암 크라우드를 동시 조작한 경우에는, 부움 실린더(3a)의 부하압이 유량 제어 밸브(6a)와 전환 밸브(28)를 통하여 셔틀 밸브(9a)로, 아암 실린더(3b)의 부하압이 유량 제어 밸브(6b)를 통하여 셔틀 밸브(9b)로 유도되고, 셔틀 밸브(9a, 9b)에 의해, 양자 중 높은 쪽의 압력이 최고 부하압 Plmax로서 차압 감압 밸브(11)와 언로드 밸브(15)로 유도된다.

언로드 밸브(15)로 유도된 최고 부하압 Plmax와 언로드 밸브(15)의 스프링(15a)과 목표 LS 차압 Pgr에 의해, 언로드 밸브(15)의 세트압은, 최고 부하압 Plmax에 목표 LS 차압 Pgr과 스프링력을 더한 값으로 상승하고, 압유 공급로(5)의 압유를 탱크에 배출하는 유로를 차단한다.

또, 차압 감압 밸브(11)로 유도된 최고 부하압 Plmax에 의해, 차압 감압 밸브(11)는 P1-Plmax를 LS 차압 Pls로서 출력하지만, 부움을 올림 방향으로 기동, 또는 아암을 크라우드 방향으로 기동한 순간에는, 압유 공급로(5)의 압력 P1은 언로드 밸브(15)의 스프링(15a)과 LS 차압 Pgr에 의해서 미리 정해진 저압으로 보지되어 있으므로, LS 차압 Pls는 대략 탱크압과 동등해진다.

전술한 바와 같이 부움 올림·아암 크라우드 기동시는 Pls＝탱크압＜Pgr이므로, LS 밸브(12b)는 도면 중에서 왼쪽 방향으로 전환되고, 유량 제어 피스톤(12c)의 압유는, LS 밸브(12b)를 통하여 탱크로 배출된다.

이 때문에, 메인 펌프(2)의 유량은 증가되어 가고, LS 차압(펌프압-최고 부하압)도 증가되어 간다.

이 때, 부움 실린더(3a) 제어용의 유량 제어 밸브(6a)와 아암 실린더(3b) 제어용의 유량 제어 밸브(6b)의 합계의 요구 유량이, 메인 펌프(2)의 토출 유량보다 큰 경우에는, 메인 펌프(2)의 토출압 P1이 최고 부하압 Plmax에 목표 LS 차압 Pgr을 더한 값에 도달하지 않는(LS 차압 Pls(＝P1－Plax)가 목표 LS 차압 Pgr에 도달하지 않는), 세츄레이션이라고 불리는 상태로 된다.

세츄레이션 상태에서는 Pls＜Pgr이 유지된다.

한편, 부움 올림·아암 크라우드 동시 조작한 경우는, 부움 내림 조작압 b가 탱크압과 동등하므로, 재생 전환 밸브(20)와 전환 밸브(21)는 함께 폐쇄 위치에, 전환 밸브(22)는 연통 위치에 보지되므로, 부움 실린더(3a)의 보텀측 유로(41a)와 어큐뮬레이터(40)가 접속되는 유로(41c)는 차단되고, 어큐뮬레이터(40)가 접속되는 유로(41c)와 재생 전환 밸브(23) 사이의 유로(41d)가 연통되어, 어큐뮬레이터(40)의 압유가 재생 전환 밸브(23)로 유도된다.

전술한 바와 같이, 부움 올림·아암 크라우드 동시 조작에 의해 세츄레이션 상태가 된 경우는, Pls＜Pgr이 유지되므로, 재생 전환 밸브(23)는 도면 중에서 왼쪽 방향, 즉, 개방 위치로 전환되어 유지된다.

재생 전환 밸브(23)가 개방 위치로 전환되므로, 어큐뮬레이터(40)가 접속되는 유로(41c)의 압력이 압유 공급로(5)의 압력 P1보다 높은 경우에는, 어큐뮬레이터(40)의 압유가 전환 밸브(22), 재생 전환 밸브(23), 체크 밸브(26)를 통하여 압유 공급로(5)로 유입되어 재생된다.

이에 의해 어큐뮬레이터(40)로부터 공급된 압유와 메인 펌프(2)로부터 토출된 압유가 합류하여 유량 제어 밸브(6a, 6b)를 통하여 부움 실린더(3a)의 보텀측과 아암 실린더(3b)의 보텀측에 공급되어, 부움 실린더(3a)와 아암 실린더(3b)를 구동하므로, 스피디한 부움 올림·아암 크라우드의 작업이 가능하게 되어, 양호한 복합 조작성을 실현할 수 있다.

(e) 프론트 작업기(104)가 접지된 상태로부터 부움 내림 조작을 행한 경우

프론트 작업기(104)가 접지된 상태에서는, 부움 실린더(3a)의 보텀측 유로(41a)의 압력이 저압이기 때문에, 전환 밸브(27)는 도면 중 왼쪽 방향으로 전환되어, 탱크압이 압력 보상 밸브(7a)와 전환 밸브(28)로 유도되고, 전환 밸브(28)는 도면 중 오른쪽 방향으로 전환되어, 부움 실린더(3a)의 부하압(부움 내림 조작에서는 부움 실린더(3a)의 로드압)을 압력 보상 밸브(7a)와 셔틀 밸브(9a)로 유도한다.

이와 같이, 프론트 작업기(104)가 접지된 상태에서 부움 내림 조작을 행한 경우에는, 부움 실린더(3a)의 부하압(유로(42)의 압력)이 유량 제어 밸브(6a)와 전환 밸브(28)를 통하여 압력 보상 밸브(7a)와 셔틀 밸브(9a)로 유도되고, 최고 부하압 Plmax로서 차압 감압 밸브(11)와 언로드 밸브(15)로 유도된다.

언로드 밸브(15)로 유도된 최고 부하압 Plmax와 언로드 밸브(15)의 스프링(15a)과 목표 LS 차압 Pgr에 의해, 언로드 밸브(15)의 세트압은, 부움 실린더(3a)의 부하압 Plmax에 목표 LS 차압 Pgr과 스프링력을 더한 값으로 상승되어, 압유 공급로(5)의 압유를 탱크로 배출하는 유로를 차단한다.

또, 차압 감압 밸브(11)로 유도된 최고 부하압 Plmax에 의해, 차압 감압 밸브(11)는 P1-Plmax를 LS 차압 Pls로서 출력하지만, 부움 내림 방향으로 기동한 순간에는, 압유 공급로(5)의 압력 P1은 언로드 밸브(15)의 스프링(15a)과 목표 LS 차압 Pgr에 의해서 미리 정해진 저압으로 보지되어 있으므로, LS 차압 Pls는 대략 탱크압과 동등해진다.

전술한 바와 같이 부움 내림 기동시는 Pls＝탱크압＜Pgr이므로, LS 밸브(12b)는 도면 중에서 왼쪽 방향으로 전환되어, 유량 제어 피스톤(12c)의 압유는, LS 밸브(12b)를 통하여 탱크로 배출된다.

전술한 바와 같이, 프론트 작업기(104)가 접지된 상태에서 부움 내림 조작을 행한 경우는, 부움 실린더(3a)의 보텀측 유로(41a)의 압력은 저압으로 되고, 그 압력이 부움 실린더(3a)의 로드측 유로(42)의 압력보다 작은 경우에는, 재생 전환 밸브(20)가 개방 위치로 전환되더라도, 체크 밸브(24)가 있기 때문에, 유로(41a)로부터 유로(42)로의 흐름은 발생하지 않는다.

또, 부움 실린더(3a)의 보텀측 유로(41a)로부터 유출되는 압유는, 유량 제어 밸브(6a)의 부움 내림 미터아웃 개구를 통하여 탱크로 배출됨과 동시에, 전환 밸브(21)와 체크 밸브(25)를 통하여 어큐뮬레이터(40)로 유도되지만, 전술한 바와 같이 프론트 작업기(104)가 접지된 상태에서 부움 내림 조작을 행한 경우는, 부움 실린더(3a)의 보텀측 유로(41a)의 압력은 저압이기 때문에, 유로(41a)의 압력이 어큐뮬레이터(40)의 최저 작동압에 못 미치는 경우는, 어큐뮬레이터(40)로의 축압은 행해지지 않는다.

∼효과∼

본 실시 형태에 의하면 이하의 효과가 얻어진다.

1. 상기 (b)와 같이, 프론트 작업기(104)가 접지되어 있지 않은 상태에서 부움 내림 조작을 한 경우에, 부움 실린더의 보텀측으로부터의 리턴 오일의 일부를 로드측에 재생하여 부움 실린더 보텀압을 승압하고, 그 승압된 리턴 오일의 일부를 어큐뮬레이터에 축압함과 함께, 부움 실린더 제어용의 압력 보상 밸브를 폐지하고, 파일럿 릴리프 밸브(32)에 의해서 일정하게 유지된 파일럿 일차압 Ppi0을 펌프 레귤레이터(12)의 유량 제어 피스톤(12c)으로 유도함으로써, 가변 용량형의 메인 펌프(2)의 토출 유량을 최소로 억제하여, 소비 동력을 억제할 수 있다.

2. 또, 상기 (d)와 같이, 부움 내림 이외의 조작에 의해, LS 차압 Pls가 목표 LS 차압 Pgr보다 낮은 경우, 소위 세츄레이션 상태에 있는 경우는, 재생 전환 밸브(23)가 개방 위치로 전환되어, 어큐뮬레이터(40)로부터 가변 용량형의 메인 펌프(2)의 압유 공급로(5)로의 공급이 허용되므로, 부움 내림 동작에 의해 어큐뮬레이터(40)에 축압된 압유가 압유 공급로(5)에 공급되어 재생되고, 메인 펌프(2)로부터 토출된 압유에 합류하여 부움 실린더(3a) 및 아암 실린더(3b) 등의 액추에이터에 공급되어, 액추에이터가 구동된다. 이에 의해 스피디한 부움 올림·아암 크라우드 등의 작업이 가능하게 되어, 양호한 복합 조작성을 실현할 수 있다.

3. 한편, 상기 (c)와 같이, 부움 내림 이외의 조작에 의해, LS 차압 Pls가 목표 LS 차압 Pgr 이상인 경우, 즉, 메인 펌프(2)로부터 토출되는 압유가 유량 제어 밸브의 요구 유량에 대하여 충분한 경우에는, 재생 전환 밸브(23)가 폐쇄 위치로 전환되어, 어큐뮬레이터(40)로부터 메인 펌프(2)의 압유 공급로(5)로의 재생이 금지되므로, 어큐뮬레이터(40)에 축압된 압유를, 메인 펌프(2)의 압유 공급로(5)에 접속된 언로드 밸브(15)로부터 쑬데없이 배출해 버리는(언로드 밸브(15)에 의해서 쓸데없이 소비되는) 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기의 실시 형태에서는, 재생 전환 밸브(23)는, LS 차압 Pls가 목표 LS 차압 Pgr보다 클(Pls＜Pgr) 때는 완전 폐쇄되어 유로(41d)와 재생 유로(41e)를 차단하고, 어큐뮬레이터(40)로부터 메인 펌프(2)의 압유 공급로(5)로의 압유의 공급을 금지하는 구성으로 하였지만, 재생 전환 밸브(23)는 완전 폐쇄가 아니라 스로틀 위치로 전환하여, 어큐뮬레이터(40)로부터 메인 펌프(2)의 압유 공급로(5)로의 압유의 공급을 억제하는(어느 정도의 압유의 흐름을 허용하는) 구성으로 해도 된다. 이와 같이 하더라도, 상기 (c)와 같이, 부움 내림 이외의 조작에 의해, LS 차압 Pls가 목표 LS 차압 Pgr 이상인 경우, 어큐뮬레이터(40)로부터 메인 펌프(2)의 압유 공급로(5)에의 재생이 제한되므로, 어큐뮬레이터(40)에 축압된 압유를 언로드 밸브(15)로부터 쓸데없이 배출해 버리는 것을 방지할 수 있다. 또, 이 경우는, 압유 공급로(5)에 있어서의 재생 유량의 증가 비율이 완만하게 되어, 액추에이터의 속도를 순조롭게 증가시킬 수 있다.

또, 본 실시 형태에서는, 재생 전환 밸브(23)는 유압 전환 밸브로 하였지만, 재생 전환 밸브(23)를 전자 전환 밸브로 하고, 컨트롤러에 의해 LS 차압 Pls와 목표 LS 차압 Pgr의 대소를 판정하고, 그 판정 결과에 따라서 전자 전환 밸브를 전환하도록 해도 된다.

< 제 2 실시 형태 >

본 발명의 제 2 실시 형태에 의한 작업 기계의 유압 구동 장치를 도 4∼도 7c를 이용하여, 제 1 실시 형태와 다른 부분을 중심으로 설명한다.

∼구성∼

도 4는 본 발명의 제 2 실시 형태에 의한 작업 기계의 유압 구동 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 4에 있어서, 본 실시 형태의 유압 구동 장치는 압유 에너지 회수 장치(81)를 구비하고, 이 압유 에너지 회수 장치(81)는, 제 1 실시 형태에 비하여, 가변 용량형의 메인 펌프(2)의 경전각을 검출하는 경전각 센서(50)(제 1 센서)와, 원동기(1)의 회전수를 검출하는 회전수 센서(56)(제 2 센서)와, 메인 펌프(2)의 압유 공급로(5)의 압력 P1을 검출하는 압력 센서(54)(제 4 센서)와, 어큐뮬레이터(40)가 접속되는 유로(41c)의 압력 Pacc를 검출하는 압력 센서(55)(제 3 센서)와, 경전각 센서(50), 회전수 센서(56), 압력 센서(54, 55)를 입력하고, 소정의 연산 처리를 행하고, 지령 전류를 출력하는 컨트롤러(51)와, 컨트롤러(51)로부터 출력되는 지령 전류에 의해서 구동되어, 출력압을 비례 제어하는 비례 전자 밸브(53)와, 재생 유로(41e, 41f)에 배치되고, 비례 전자 밸브(53)의 출력압에 의해서 동작하고, 개구 면적이 조정 가능한 재생 전환 밸브(52)(제 2 재생 전환 밸브)를 구비하고 있다.

도 5는 재생 전환 밸브(52)의 개구 면적 특성을 나타내는 도면이다.

재생 전환 밸브(52)의 개구 면적 A52는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 비례 전자 밸브(53)의 출력압 Pi_sr'가 최소 유효값 Pi_fr_0보다 작은 경우에 0이고, 유효 최소값 Pi_fr_0보다 출력압 Pi_sr'가 커지면, 개구 면적 A52도 커져 가고, Pi_sr'＝Pi_fr_1에서 개구 면적 A52는 최대의 A52max에 도달하고, Pi_sr'＞Pi_fr_ 1에서는 개구 면적 A52는 최대의 A52max로 보지된다.

도 6은 컨트롤러(51)의 CPU(51a)가 행하는 처리 내용을 나타내는 기능 블록 도이며, 도 7a, 도 7b 및 도 7c는, 각각, 컨트롤러(51)의 CPU(51a)가 이용하는 제 1∼제 3 테이블(51a, 51b, 51c)의 특성을 나타내는 도면이다.

도 6에 있어서, 컨트롤러(51)의 CPU(51a)는 제 1∼제 4 테이블(51a, 51b, 51c, 51g)과, 승산기(51d), 차분기(51e), 승산기(51f)에 의한 처리 기능을 갖고 있다.

경전각 센서(50)로부터 입력된 가변 용량형의 메인 펌프(2)의 경전각 Ang_sw는, 제 1 테이블(51a)에 의해서 메인 펌프(2)의 용량 q1로 변환된다.

제 1 테이블(51a)의 특성은 도 7a에 나타낸 바와 같이 되어 있고, 메인 펌프(2)의 경전각 Ang_sw가 최소의 Angle_sw_min일 때, 메인 펌프(2)의 용량 q1도 최소의 q1_min이고, 경전각 Ang_sw가 Angle_sw_min 이상이 되면, 메인 펌프(2)의 용량 q1은 경전각 Ang_sw의 증가에 따라서 커져 가고, 경전각 Ang_sw가 최대의 Angle_sw_max에 도달하면, 메인 펌프(2)의 용량 q1도 최대의 q1_max에 도달한다.

용량 q1은, 회전수 센서(56)로부터의 입력인 원동기(1)의 회전수 N1과 승산기(51d)에 의해 승산되어, 유량 Q1로 된다.

유량 Q1은, 제 2 테이블(51b)에 의해서, 재생 전환 밸브(52)를 전환하기 위한 파일럿압 Pi_sr로 변환된다.

제 2 테이블(51b)의 특성은 도 7b에 나타낸 바와 같이 되어 있고, 메인 펌프(2)의 토출 유량, 즉, 펌프 유량 Q1이 0에 가까운 소정값 Q1_0보다 작은 동안은, 파일럿압 Pi_sr은 0이고, 펌프 유량 Q1이 Q1_0 이상이 되면 파일럿압 Pi_sr은 펌프 유량 Q1의 증가에 따라서 커져 가고, 펌프 유량 Q1이 최대 펌프 유량보다 조금 앞의 소정값 Q1_1이 되면 파일럿압 Pi_sr은 최대의 Pi_sr_max에 도달하고, Q1＞Q1_1의 범위에서는 파일럿압 Pi_sr은 최대의 Pi_sr_max로 유지된다.

한편, 압력 센서(55)로부터 입력된 어큐뮬레이터(40)의 압력, 즉, 어큐뮬레이터압 Pacc와, 압력 센서(54)로부터 입력된 메인 펌프(2)의 토출압, 즉, 펌프압 P1은, 차분기(51e)에 의해 차분되어, 차압 ΔP(＝Pacc-P1)로 된다. 차압 ΔP는 제 3 테이블(51)에서 게인 Gain1로 변환된다.

제 3 테이블(51c)의 특성은 도 7c에 나타낸 바와 같이 되어 있고, 차압 ΔP가 0에 가까운 소정값 ΔP_0 이하에서는 게인 Gain1은 1이고, 차압 ΔP가 커짐에 따라서 게인 Gain1이 작아져 가고, 차압 ΔP가 소정값 ΔP_1이 되면 Gain1은 최소값(본 실시 형태에서는 0.1)에 도달하고, 차압 ΔP 그 이상 증가하더라도, 게인 Gain1은 최소값으로 유지된다.

제 2 테이블(51b)의 출력인 파일럿압 Pi_sr과, 제 3 테이블(51c)의 출력인 게인 Gain1은 승산기(51f)에 의해 승산되어, 지령 파일럿압 Pi_sr'로 된다.

지령 파일럿압 Pi_sr'는, 제 4 테이블(51g)에서 비례 전자 밸브(53)로의 전류 지령 I53으로 변환되고, 비례 전자 밸브(53)에 출력된다.

이상에 있어서, 재생 전환 밸브(52)와, 경전각 센서(50), 회전수 센서(56), 압력 센서(54, 55)와, 컨트롤러(51)와, 비례 전자 밸브(53)는, 메인 펌프(2)의 토출 유량과, 어큐뮬레이터(40)의 압력과 메인 펌프(2)의 압유 공급로(5)의 압력과의 차의 적어도 일방이 감소함에 따라서, 어큐뮬레이터(40)로부터 메인 펌프(2)의 압유 공급로(5)로의 압유의 공급을 줄이도록 제한하는 재생 제한 장치로서 기능한다.

그리고, 컨트롤러(51)는 경전각 센서(50)(제 1 센서), 회전수 센서(56)(제 2 센서), 압력 센서(54, 55)(제 3 및 제 4 센서)의 검출값에 기초하여 재생 전환 밸브(52)(제 2 재생 전환 밸브)의 목표 개구 면적을 결정하고, 제 2 재생 전환 밸브의 전환 지령을 생성하고, 비례 전자 밸브(53)는, 그 전환 지령에 기초하여 상기 목표 개구 면적을 확보하도록 제 2 재생 전환 밸브(52)를 동작시킨다.

∼작동∼

제 2 실시 형태의 작동을 이하에 설명한다.

부움 내림 동작에 있어서, 어큐뮬레이터(40)로의 압유의 축압이나, 가변 용량형의 메인 펌프(2)의 유량 제어에 대해서는, 제 1 실시 형태와 마찬가지이다.

제 2 실시 형태가 제 1 실시 형태와 다른 것은, 어큐뮬레이터(40)에 압유가 축압되어 있어, 부움 올림·아암 크라우드를 동시에 조작한 경우 등, 메인 펌프(2)가 세츄레이션 상태에 있어, Pls＜Pgr의 상태인 경우에, 어큐뮬레이터(40)에 축압된 압유 에너지를 메인 펌프(2)의 압유 공급로로 합류시킬 때의 작동이다.

제 1 실시 형태와 마찬가지로, 세츄레이션 상태에서는 Pls＜Pgr이므로, 재생 전환 밸브(23)는 도면 중에서 왼쪽 방향으로 전환되어, 어큐뮬레이터(40)의 압유를 재생 유로(41e)로 유도한다.

이 때, 메인 펌프(2)의 경전이 작고, 펌프 유량이 Q1_1보다 작은, 예를 들면, Q1_0 부근의 값이었을 경우에는, 도 7b에 나타내는 제 2 테이블(51b)에 의해, 재생 전환 밸브(52)를 전환하기 위한 지령 파일럿압 Pi_sr은, 0에 가까운 작은 값으로 된다. 이 때문에, 가령 이 때, 제 3 테이블(51c)에서 연산된 게인 Gain1이 1이었다고 하더라도, 재생 전환 밸브(52)를 전환하기 위한 최종적인 지령 파일럿압 Pi_sr'도 0에 가까운 작은 값으로 된다.

이 때문에 재생 전환 밸브(52)는, 개구 면적이 작아지도록 제어되고, 어큐뮬레이터(40)의 압유는, 재생 전환 밸브(52)의 개구에서 좁혀져, 체크 밸브(26)를 통하여 압유 공급로(5)로 합류한다.

또, 메인 펌프(2)의 경전이 크고, 원동기(1)의 회전수가 큰 경우, 즉, 메인 펌프(2)의 토출 유량 Q1이 크고, 펌프 유량이 Q1_1 이상이었을 경우에는, 도 7b에 나타내는 제 2 테이블(51b)에 의해, 재생 전환 밸브(52)를 전환하기 위한 지령 파일럿압 Pi_sr은, 최대값 Pi_sr_max로 된다.

여기서, 어큐뮬레이터압 Pacc와 펌프압 P1의 차압 ΔP가 큰 경우, 예를 들면, 부움 내림 동작을 마친 직후에, 어큐뮬레이터(40)에 충분히 높은 압력이 축압 되어 있어, 또한 아암이 최대 크라우드 자세에 가깝고, 부움 실린더(3a)의 부하압이 낮은 것과 같은 경우 등, 부움 올림·아암 크라우드 동시 동작에서의 펌프압이 낮고, ΔP＝Pacc-P1＞ΔP_1인 경우에는, 도 7c에 나타내는 제 3 테이블(51c)의 특성에 따라서, 게인 Gain1은 최소값인 0.1로 된다.

그리고 재생 전환 밸브(52)를 전환하기 위한 최종적인 지령 파일럿압 Pi_sr'는 파일럿압 Pi_sr에 게인 Gain1을 곱한 것이 되기 때문에, 이 경우의 지령 파일럿압 Pi_sr'는, Pi_sr'＝Pi_sr_max×0.1로 나타내어진다.

이와 같이 하여 재생 전환 밸브(52)의 개구 면적은, 어큐뮬레이터압 Pacc와 펌프압 P1의 차압 ΔP가 큰 경우에는, 작아지고, 어큐뮬레이터(40)의 압유는, 재생 전환 밸브(52)의 개구에서 좁혀져, 체크 밸브(26)를 통하여 압유 공급로(5)로 합류한다.

또한, 어큐뮬레이터(40)에 축압된 압유가, 상기와 같이 압유 공급로(5)로 방출되고, 어큐뮬레이터압 Pcc가 저하되어 가고, 어큐뮬레이터압 Pacc와 펌프압 P1의 차압 ΔP의 값이 작아져 오면, 그에 따라 언로드 밸브(15)의 게인 Gain1이 최소값 0.1로부터 최대값 1을 향하여 커져 가고, 차압 ΔP가 ΔP_0 이하가 되면, 게인 Gain1은 최대값 1로 된다.

게인 Gain1이 1인 경우에는, 재생 전환 밸브(52)를 전환하기 위한 지령 파일럿압 Pi_sr'＝Pi_sr_max×1＝Pi_sr_max로 되고, 재생 전환 밸브(52)는, 제 2 테이블(51b)의 출력 Pi_sr_max인 채로 되어, 어큐뮬레이터(40)의 압유는, 재생 전환 밸브(52)의 개구에서 좁혀지지 않고, 체크 밸브(26)를 통하여 압유 공급로(5)로 합류한다.

이와 같이, 재생 전환 밸브(52)는, 가변 용량형의 메인 펌프(2)의 토출 유량이 작은 경우나, 어큐뮬레이터(40)와 압유 공급로(5)의 차압이 큰 경우에, 그 개구를 좁힌다.

∼효과∼

본 발명의 제 2 실시 형태에 의하면 이하의 효과가 얻어진다.

1. 제 1 실시 형태와 마찬가지로, 부움 내림 조작에서는 승압된 압유의 일부를 어큐뮬레이터에 축압하면서, 가변 용량형의 메인 펌프(2)의 토출 유량을 최소로 억제하여, 소비 동력을 억제할 수 있다. 또, 부움 내림 이외의 동작에서는, 세츄레이션 상태에 있는 경우는, 어큐뮬레이터에 축압된 압유를 메인 펌프(2)의 압유 공급로에 합류하여, 스피디한 작업이 가능하게 되고, 세츄레이션 상태에 없는 경우(메인 펌프(2)로부터 토출되는 압유가 유량 제어 밸브의 요구 유량에 대하여 충분한 경우)는, 재생 전환 밸브(23)가 폐쇄 위치로 전환되어, 어큐뮬레이터(40)로부터 메인 펌프(2)의 압유 공급로(5)로의 재생이 금지되므로, 어큐뮬레이터(40)에 축압된 압유가 언로드 밸브(15)에 의해서 쓸데없이 소비되는 것을 방지하고, 어큐뮬레이터에 축압된 압유를 유효하게 이용할 수 있다.

2. 또, 메인 펌프(2)의 토출 유량이 작은 경우나, 어큐뮬레이터(40)와 펌프압과의 차압이 큰 경우에, 어큐뮬레이터(40)로부터 메인 펌프(2)의 압유 공급로(5)로의 합류하는 유량을 좁히므로, 세츄레이션 상태에서, 메인 펌프(2)로부터의 토출유가, 각 액추에이터의 요구 유량으로 충분하지 않아, 각 액추에이터의 스피드가 저하되어 있는 경우에, 어큐뮬레이터(40)로부터 유입되는 유량에 의해, 각 액추에이터의 스피드가 급격하게 증가하여, 조작성을 악화시키는 것을 방지할 수 있다.

∼그 외∼

이상의 실시 형태에서는, 작업 기계가 프론트 작업기와 상부 선회체와 하부 주행체를 구비한 유압 셔블인 경우에 대하여 설명하였지만, 작업 장치를 상하 운동시키는 유압 실린더를 포함하는 하나 이상의 액추에이터를 갖는 작업 기계이면, 휠 로더, 유압 크레인, 텔레핸들러 등, 유압 셔블 이외의 작업 기계여도 되고, 그 경우에도 마찬가지의 효과가 얻어진다.

또, 이상의 실시 형태에서는, 부움 실린더의 보텀측 유로와 로드측 유로 사이에 재생 전환 밸브(20)를 배치하는 구성으로 하였지만, 재생 전환 밸브(20)를 구비하지 않는 유압 구동 장치에 본 발명을 적용해도 된다.

2: 가변 용량형의 메인 펌프(유압 펌프)
3a: 부움 실린더(유압 실린더)
3b: 아암 실린더(액추에이터)
3c: 선회 모터(액추에이터)
4: 제어 밸브 블록
5: 메인 펌프(2)의 압유 공급로
6a∼6c: 유량 제어 밸브
7a∼7c: 압력 보상 밸브
8a∼8c, 24, 25, 26: 체크 밸브
9a∼9c: 셔틀 밸브
11: 차압 감압 밸브
12: 레귤레이터
13: 원동기 회전수 검출 밸브
14: 릴리프 밸브
15: 언로드 밸브
20: 재생 전환 밸브
21, 22, 27, 28: 전환 밸브
23: 재생 전환 밸브(재생 전환 밸브 장치; 제 1 재생 전환 밸브)
23a: 수압부(전환 제어 장치; 제 1 수압부)
23b: 수압부(전환 제어 장치; 제 2 수압부)
23c: 유로(전환 제어 장치; 제 1 유로)
23d: 유로(전환 제어장치; 제 2 유로)
30: 고정 용량형의 파일럿 펌프
40: 어큐뮬레이터
41a∼41f, 42: 유로
41e, 41f: 재생 유로
50: 경전각 센서(제 1 센서)
51: 컨트롤러
52: 재생 전환 밸브(제 2 재생 전환 밸브)
53: 비례 전자 밸브
54, 55: 압력 센서(제 3, 제 4 센서)
56: 회전수 센서(제 2 센서)
60a∼60c: 복수의 조작 장치
80, 81: 압유 에너지 회수 장치
104: 프론트 작업기(작업 장치)
111: 부움

Claims

가변 용량형의 유압 펌프와,
상기 유압 펌프로부터 토출된 압유에 의해 구동되고, 작업 장치를 상하 운동시키는 유압 실린더를 포함하는 하나 이상의 액추에이터와,
상기 유압 펌프로부터 상기 하나 이상의 액추에이터에 공급되는 압유의 흐름을 제어하는 하나 이상의 유량 제어 밸브와,
상기 하나 이상의 액추에이터의 최고 부하압보다 어떤 설정압만큼 상기 유압 펌프의 토출압이 높아지도록 상기 유압 펌프의 토출 유량을 제어하는, 로드 센싱 제어를 행하는 레귤레이터와,
상기 유압 펌프의 압유 공급로의 압력이 상기 하나 이상의 액추에이터의 최고 부하압보다, 상기 로드 센싱 제어의 설정압 이상의 소정값 이상 높아지면, 개방 상태가 되어 상기 압유 공급로의 압유를 탱크에 되돌리는 언로드 밸브와,
상기 유압 실린더와 상기 유압 펌프의 압유 공급로에 접속된 어큐뮬레이터를 갖고, 상기 작업 장치를 강하시키는 동작에 있어서 상기 유압 실린더로부터 되돌려지는 압유를 상기 어큐뮬레이터에 축압하고, 상기 작업 장치를 강하시키는 동작 이외의 동작을 행하는 경우에, 상기 어큐뮬레이터에 축압된 압유의 적어도 일부를 상기 유압 펌프의 압유 공급로에 공급하여 재생하는 압유 에너지 회수 장치를 구비한 작업 기계의 유압 구동 장치에 있어서,
상기 압유 에너지 회수 장치는, 상기 어큐뮬레이터로부터 상기 유압 펌프의 압유 공급로에 공급되는 압유의 재생 유량을 제어하는 재생 전환 밸브 장치를 갖고,
상기 재생 전환 밸브 장치는,
상기 유압 펌프의 압유 공급로의 압력과 상기 최고 부하압과의 차가 상기 로드 센싱 제어의 설정압보다 클 때는, 상기 어큐뮬레이터로부터 상기 유압 펌프의 압유 공급로로의 압유의 공급을 제한하고, 상기 유압 펌프의 압유 공급로의 압력과 상기 최고 부하압과의 차가 상기 로드 센싱 제어의 설정압보다 작을 때는, 상기 어큐뮬레이터로부터 상기 유압 펌프의 압유 공급로로의 압유의 공급을 허용하도록, 상기 어큐뮬레이터와 상기 유압 펌프의 압유 공급로와의 연통을 제어하는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 유압 구동 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 재생 전환 밸브 장치는,
상기 어큐뮬레이터로부터 상기 유압 펌프의 압유 공급로로 압유를 공급하는 재생 유로에 배치된 제 1 재생 전환 밸브와,
상기 유압 펌프의 압유 공급로의 압력과 상기 최고 부하압과의 차가 상기 로드 센싱 제어의 설정압보다 클 때는, 상기 재생 유로를 차단하는 위치로 상기 제 1 재생 전환 밸브를 전환하고, 상기 유압 펌프의 압유 공급로의 압력과 상기 최고 부하압과의 차가 상기 로드 센싱 제어의 설정압보다 작을 때는, 상기 재생 유로를 연통하는 위치로 상기 제 1 재생 전환 밸브를 전환하는 전환 제어 장치를 갖는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 유압 구동 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 전환 제어 장치는, 상기 제 1 재생 전환 밸브의 일단에 마련된 개방 방향 작용의 제 1 수압부와, 상기 제 1 재생 전환 밸브의 타단에 마련된 폐쇄 방향 작용의 제 2 수압부와, 상기 제 1 수압부에 상기 로드 센싱 제어의 설정압을 유도하는 제 1 유로와, 상기 제 2 수압부에 상기 유압 펌프의 압유 공급로의 압력과 상기 최고 부하압과의 차의 압력을 유도하는 제 2 유로를 갖는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 유압 구동 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 유압 펌프의 토출 유량과, 상기 어큐뮬레이터의 압력과 상기 유압 펌프의 압유 공급로의 압력과의 차의 적어도 일방이 감소함에 따라, 상기 어큐뮬레이터로부터 상기 유압 펌프의 압유 공급로로의 압유의 공급을 감소시키도록 제한하는 재생 제한 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 유압 구동 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 재생 제한 장치는,
상기 어큐뮬레이터로부터 상기 유압 펌프의 압유 공급로로 압유를 공급하는 재생 유로에 배치된 제 2 재생 전환 밸브와,
상기 유압 펌프의 용량을 검출하는 제 1 센서와,
상기 유압 펌프의 회전수를 검출하는 제 2 센서와,
상기 어큐뮬레이터의 압력을 검출하는 제 3 센서와,
상기 유압 펌프의 토출압을 검출하는 제 4 센서와,
상기 제 1 내지 제 4 센서의 검출값에 기초하여 상기 제 2 재생 전환 밸브의 목표 개구 면적을 결정하고, 상기 제 2 재생 전환 밸브의 전환 지령을 생성하는 컨트롤러(51)와,
상기 전환 지령에 기초하여 상기 목표 개구 면적을 확보하도록 상기 제 2 재생 전환 밸브를 동작시키는 비례 전자 밸브를 갖는 것을 특징으로 하는 작업 기계의 유압 구동 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 작업 기계는 유압 셔블이고,
상기 작업 장치는 상기 유압 셔블의 프론트 작업기이고,
상기 작업 장치를 상하 운동시키는 유압 실린더는, 상기 프론트 작업기의 부움을 상하 운동시키는 부움 실린더인 것을 특징으로 하는 작업 기계의 유압 구동 장치.