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CN109804167B - 油压挖掘机驱动系统 - Google Patents

油压挖掘机驱动系统 Download PDF

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CN109804167B
CN109804167B CN201780063452.6A CN201780063452A CN109804167B CN 109804167 B CN109804167 B CN 109804167B CN 201780063452 A CN201780063452 A CN 201780063452A CN 109804167 B CN109804167 B CN 109804167B
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CN
China
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arm
control valve
pump
supply line
drive system
Prior art date
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CN201780063452.6A
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近藤哲弘
村冈英泰
藤山和人
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Kawasaki Motors Ltd
Original Assignee
Kawasaki Jukogyo KK
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Abstract

油压挖掘机驱动系统，具备：第一及第二泵；斗杆缸；通过斗杆拉动供给管路及斗杆推动供给管路与斗杆缸连接的斗杆第一控制阀；通过第一补给管路及第二补给管路与斗杆拉动供给管路及斗杆推动供给管路连接的斗杆第二控制阀；和输出与操作杆的倾倒角对应的操作信号的斗杆操作装置；斗杆第二控制阀形成为以下结构：在斗杆拉动操作时，进口节流侧的开口面积根据操作信号进行变化，而出口节流侧的开口面积在不满足规定条件的情况下保持为零，在满足规定条件的情况下直至操作信号为设定值以上为止保持为零且当操作信号为设定值以上时上升至最大值。

Description

油压挖掘机驱动系统
技术领域
本发明涉及油压挖掘机驱动系统。
背景技术
一般而言，油压挖掘机中，斗杆与相对回转体俯仰的动臂的梢端以可摇动的形式连接，在斗杆的梢端可摇动地连接有铲斗。该油压挖掘机上装载的驱动系统包括驱动动臂的动臂缸、驱动斗杆的斗杆缸以及驱动铲斗的铲斗缸等，这些油压执行器通过控制阀从泵供给有工作油。
例如，专利文献1中公开了一种使用斗杆第一控制阀与斗杆第二控制阀作为斗杆缸用的控制阀的油压挖掘机驱动系统。斗杆缸通过斗杆第一控制阀从第一泵供给有工作油，且通过斗杆第二控制阀从第二泵供给有工作油。此外，在专利文献1公开的油压驱动系统中采用了用于在斗杆拉动操作时根据负荷压力切换工作油返回储罐的路线的结构。
具体而言，在专利文献1公开的油压挖掘机驱动系统中，在连接斗杆第一控制阀与斗杆缸的斗杆推动供给管路上连接有安全管路，该安全管路上设置有调节阀。调节阀在斗杆拉动操作时的负荷压力较小时阻断安全管路，在斗杆拉动操作时的负荷压力较大时开放安全管路。藉此，只要先缩减斗杆第一控制阀及斗杆第二控制阀的出口节流侧的开口面积，就能防止在斗杆缸的缸盖侧发生气穴现象。又，在负荷压力较大时开放安全管路，因此泵的吐出压不会过高，从而降低泵的动力消耗。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-183756号公报。
发明内容
发明要解决的问题：
然而，专利文献1公开的油压驱动系统中，除斗杆第一控制阀及斗杆第二控制阀以外还需要调节阀，因此成本变高。
因此，本发明的目的在于提供一种以廉价的结构即可防止在斗杆缸的缸盖侧发生气穴现象且降低泵的动力消耗的油压挖掘机驱动系统。
解决问题的手段：
为解决上述问题，本发明的油压挖掘机驱动系统，其特征在于，具备：第一泵；第二泵；斗杆缸；与所述第一泵及储罐连接且通过斗杆拉动供给管路及斗杆推动供给管路与所述斗杆缸连接的斗杆第一控制阀；与所述第二泵及所述储罐连接且通过第一补给管路与所述斗杆拉动供给管路连接并通过第二补给管路与所述斗杆推动供给管路连接的斗杆第二控制阀；和包括接受斗杆拉动操作及斗杆推动操作的操作杆且输出与所述操作杆的倾倒角对应的操作信号的斗杆操作装置；所述斗杆第二控制阀形成为以下结构：在斗杆拉动操作时，作为所述第一补给管路侧的进口节流侧的开口面积根据所述操作信号进行变化，而作为所述第二补给管路侧的出口节流侧的开口面积在不满足规定条件的情况下保持为零，在满足所述规定条件的情况下，直至所述操作信号为设定值以上为止保持为零，且当所述操作信号为设定值以上时上升至最大值。
根据上述结构，在斗杆拉动操作时不满足规定条件的情况下，使斗杆第二控制阀的出口节流侧的开口面积保持为零。因此，如果减小斗杆第一控制阀的出口节流侧的开口面积，则能在斗杆拉动操作时不满足规定条件的情况下防止斗杆缸的缸盖侧气穴现象的发生。另一方面，在斗杆拉动操作时满足规定条件的情况下，在操作杆大幅倾倒时使斗杆第二控制阀的出口节流侧的开口面积上升至最大值。因此，此时从斗杆缸排出的工作油中的大部分通过斗杆第二控制阀顺畅返回储罐，所以泵的吐出压无需过高就能降低泵的动力消耗。而且，在油压挖掘机的挖掘时，能将斗杆拉动操作中降低的动力消耗用作包括其他执行器的动作在内的驱动力，因此也改善了挖掘力。
例如，也可以是所述斗杆第二控制阀包括斗杆拉动操作用的第一先导端口、和斗杆推动操作用的第二先导端口；上述油压挖掘机驱动系统还具备与所述第一先导端口连接的电磁比例阀、和将与从所述斗杆操作装置输出的操作信号对应的指令电流向所述电磁比例阀输送的控制装置；所述控制装置在不满足所述规定条件的情况下，在所述操作信号为设定值以上时将指令电流限制为一定值，在满足所述规定条件的情况下，即使所述操作信号成为设定值以上也不限制指令电流。
所述规定条件可以是所述斗杆拉动供给管路的压力高于阈值。根据该结构，需要在斗杆拉动供给管路（某些情况下为第一补给管路）上设置压力传感器，但是能在斗杆拉动操作时基于负荷压力切换使斗杆第二控制阀的出口节流侧的开口面积为零或是为最大值。
也可以是，上述油压挖掘机驱动系统还具备驱动所述第一泵及所述第二泵的发动机；所述规定条件是所述发动机的转速高于阈值。在发动机的转速相对较高时，泵的吐出流量也较多，从而在斗杆拉动操作中在斗杆缸的缸盖侧难以发生气穴现象。因此，如果像所述的结构那样在发动机的转速高于阈值时使斗杆第二控制阀的出口节流侧的开口面积为最大值，则能防止气穴现象的发生且降低泵的动力消耗。
所述规定条件也可以是所述第一泵及所述第二泵中至少一方的吐出压高于阈值。在油压挖掘机驱动系统中，一般而言设置有检测第一泵的吐出压的压力传感器及检测第二泵的吐出压的压力传感器。因此，如果像所述的结构那样将第一泵和/或第二泵的吐出压与阈值进行比较，则无需还添加检测斗杆拉动供给管路的压力的压力传感器。
发明效果：
根据本发明，能以廉价的结构防止在斗杆缸的缸盖侧发生气穴现象且降低泵的动力消耗。
附图说明
图1是本发明一实施形态的油压挖掘机驱动系统的概略结构图；
图2是油压挖掘机的侧视图；
图3中的3A是示出斗杆第一控制阀中的第一先导端口的先导压与开口面积的关系的图表，图中的3B是示出斗杆第二控制阀中的第一先导端口的先导压与开口面积的关系的图表；
图4中的4A是示出斗杆操作装置的操作杆的倾倒角（从斗杆操作装置输出的操作信号）与向第二～第四电磁比例阀的指令电流的关系的图表，图中的4B是示出斗杆操作装置的操作杆的倾倒角与向第一电磁比例阀的指令电流的关系的图表；
图5是变形例的油压挖掘机驱动系统的概略结构图。
具体实施方式
图1中示出了本发明一实施形态的油压挖掘机驱动系统1，图2中示出了装载有该驱动系统1的油压挖掘机10。
图2所示的油压挖掘机10包括行驶体11与回转体12。又，油压挖掘机10包括相对回转体12俯仰的动臂13、可摇动地连接于动臂13的梢端的斗杆14、和可摇动地连接于斗杆14的梢端的铲斗15。不过，油压挖掘机10也可以是不包含行驶体11地装载于例如船舶等，还可以是设置于港湾作为装载机或卸载机。
驱动系统1中，作为油压执行器，包括未图示的左右一对行驶马达及回转马达，且包括动臂缸16、斗杆缸17及铲斗缸18。动臂缸16驱动动臂13，斗杆缸17驱动斗杆14，铲斗缸18驱动铲斗15。本实施形态中通过斗杆缸17的收缩来进行斗杆推动，但也可以是通过斗杆缸17的伸长来进行斗杆推动。
又，驱动系统1如图1所示包括向上述油压执行器供给工作油的第一主泵21及第二主泵22。第一主泵21及第二主泵22由发动机24驱动。又，发动机24也驱动副泵23。
第一主泵21及第二主泵22是可变容量型的泵。第一主泵21及第二主泵22的吐出流量可以是以油压负控制方式控制，也可以是以电气正控制方式控制。或者，第一主泵21及第二主泵22的吐出流量也可以是以负荷传感方式控制。
上述斗杆缸17从第一主泵21通过斗杆第一控制阀41供给有工作油，且从第二主泵22通过斗杆第二控制阀44供给有工作油。另外，图1中其他的油压执行器用的控制阀省略图示。
具体而言，第一中央排出管路31从第一主泵21延伸至储罐，第二中央排出管路34从第二主泵22延伸至储罐。斗杆第一控制阀41配置在第一中央排出管路31上，斗杆第二控制阀44配置在第二中央排出管路34上。另外，虽如上所述省略图示，但在第一中央排出管路31上还配置有回转马达用的控制阀等，在第二中央排出管路34上还配置有铲斗缸18用的控制阀等。
第一中央排出管路31上的各控制阀通过泵管路32与第一主泵21连接，第二中央排出管路34上的各控制阀通过泵管路35与第二主泵22连接。即，第一中央排出管路31上的控制阀相对第一主泵21并联连接，第二中央排出管路34上的控制阀相对第二主泵22并联连接。又，第一中央排出管路31上的各控制阀通过储罐管路33与储罐连接，第二中央排出管路34上的各控制阀通过储罐管路36与储罐连接。
斗杆第一控制阀41通过斗杆拉动供给管路51及斗杆推动供给管路52与斗杆缸17连接。斗杆第二控制阀44通过第一补给管路53与斗杆拉动供给管路51连接，且通过第二补给管路54与斗杆推动供给管路52连接。
斗杆第一控制阀41及斗杆第二控制阀44由斗杆操作装置6操作。斗杆操作装置6包括接受斗杆拉动操作及斗杆推动操作的操作杆，并输出与操作杆的倾倒角对应的操作信号。
本实施形态中，斗杆操作装置6是将与操作杆的倾倒角对应的电气信号作为操作信号进行输出的电气操作杆。从斗杆操作装置6输出的电气信号输入控制装置7。例如，控制装置7是具有ROM、RAM等存储器与CPU的计算机，ROM内储存的程序由CPU执行。
斗杆第二控制阀44包括斗杆拉动操作用的第一先导端口45和斗杆推动操作用的第二先导端口46。第一先导端口45通过斗杆拉动先导管路55与第一电磁比例阀61连接，第二先导端口46通过斗杆推动先导管路56与第二电磁比例阀62连接。
同样地，斗杆第一控制阀41包括斗杆拉动操作用的第一先导端口42和斗杆推动操作用的第二先导端口43。第一先导端口42通过斗杆拉动先导管路57与第三电磁比例阀63连接，第二先导端口43通过斗杆推动先导管路58与第四电磁比例阀64连接。
在斗杆推动操作时，斗杆第一控制阀41使斗杆推动供给管路52与泵管路32连通，且使斗杆拉动供给管路51与储罐管路33连通。即，在斗杆推动操作时，斗杆推动供给管路52侧为进口节流侧，斗杆拉动供给管路51侧为出口节流侧。
另一方面，斗杆第二控制阀44在斗杆推动操作时使第二补给管路54与泵管路35连通，且使第一补给管路53与储罐管路36连通。即，在斗杆推动操作时，第二补给管路54侧为进口节流侧，第一补给管路53侧为出口节流侧。
在斗杆拉动操作时，斗杆第一控制阀41使斗杆拉动供给管路51与泵管路32连通，且使斗杆推动供给管路52与储罐管路33连通。即，在斗杆拉动操作时，斗杆拉动供给管路51侧为进口节流侧，斗杆推动供给管路52侧为出口节流侧。
更详尽地，斗杆第一控制阀41形成为如下结构：如图中的3A所示，在斗杆拉动操作时导入第一先导端口42或第二先导端口43的先导压越高则使进口节流侧的开口面积及出口节流侧的开口面积越大。本实施形态中，出口节流侧的开口面积小于进口节流侧的开口面积。
另一方面，斗杆第二控制阀44在斗杆拉动操作时根据导入第一先导端口45的先导压切换为第一位置与第二位置的其中之一。第一位置是第一补给管路53与泵管路35连通而第二补给管路54被切断的位置。第二位置是第一补给管路53与泵管路35连通且第二补给管路54与储罐管路36连通的位置。在斗杆拉动操作时，第一补给管路53侧为进口节流侧，第二补给管路54侧为出口节流侧。
更详尽地，斗杆第二控制阀44形成为以下结构：如图中的3B所示，在斗杆拉动操作时，导入第一先导端口45的先导压越高则使进口节流侧的开口面积越大，而使出口节流侧的开口面积直至先导压为设定压Ps以上为止保持为零，在先导压为设定压Ps以上时上升至最大值Am。
本实施形态中，在斗杆拉动操作时，斗杆第二控制阀44出口节流侧的开口面积的最大值Am大于斗杆第一控制阀41出口节流侧的开口面积的最大值。不过，也可以是斗杆第二控制阀44出口节流侧的开口面积的最大值Am小于斗杆第一控制阀41出口节流侧的开口面积的最大值。
第一电磁比例阀61～第四电磁比例阀64通过一次压管路37与上述副泵23连接。第一电磁比例阀61～第四电磁比例阀64由控制装置7控制。控制装置7在斗杆拉动操作时将与从斗杆操作装置6输出的电气信号（操作信号）对应的指令电流向第一电磁比例阀61及第三电磁比例阀63输送，在斗杆推动操作时从斗杆操作装置将与从斗杆操作装置6输出的电气信号对应的指令电流输送至第二电磁比例阀62及第四电磁比例阀64。
本实施形态中，第一电磁比例阀61～第四电磁比例阀64分别是指令电流越大则输出越高的二次压的正比例型（常闭型）。从各电磁比例阀输出的二次压作为上述先导压通过先导管路（55～58）导入对应的先导端口（45、46、42、43）。不过，也可以是第一电磁比例阀61～第四电磁比例阀64分别是指令电流越大则输出越低的二次压的反比例型（常开型）。
对于第二电磁比例阀62～第四电磁比例阀64，控制装置7如图中的4A所示在从斗杆操作装置6输出的电气信号的全范围内，该电气信号越大则使向第二电磁比例阀62～第四电磁比例阀64输送的指令电流越大。又，对于第一电磁比例阀61，控制装置7在斗杆推动操作时与图中的4A同样地在从斗杆操作装置6输出的电气信号的全范围内，该电气信号越大则使向第一电磁比例阀61输送的指令电流越大。
另一方面，在斗杆拉动操作时，控制装置7判断是否满足规定条件。在不满足规定条件的情况下，控制装置7如图中的4B中实线所示在从斗杆操作装置6输出的电气信号（操作信号）为设定值以上时将向第一电磁比例阀61输送的指令电流限制为一定值Is。相反地，在满足规定条件的情况下，控制装置7如图中的4B中虚线所示即使电气信号成为设定值以上也不限制向第一电磁比例阀61输送的指令电流。即，在满足规定条件的情况下，在从斗杆操作装置6输出的电气信号的全范围内，该电气信号越大则使向第一电磁比例阀61输送的指令电流越大。一定值Is是使从第一电磁比例阀61输出的二次压变为上述的设定压Ps的值。
即，对于斗杆第二控制阀44，在斗杆拉动操作时，进口节流侧的开口面积根据从斗杆操作装置6输出的电气信号（操作信号）进行变化，而出口节流侧的开口面积在不满足规定条件的情况下保持为零，在满足规定条件的情况下，直至电气信号为设定值以上为止保持为零，并在电气信号为设定值以上时上升至最大值Am。
本实施形态中，规定条件是斗杆拉动供给管路51的压力高于阈值。因此，在斗杆拉动供给管路51上使用检测该斗杆拉动供给管路51的压力的压力传感器71。控制装置7将压力传感器71检测出的压力与阈值进行比较，并进行如上所述的控制。另外，也可以是将检测斗杆拉动供给管路51的压力的压力传感器71设置在第一补给管路53上。
如以上说明，本实施形态的驱动系统1中，在斗杆拉动操作时不满足规定条件的情况下，使斗杆第二控制阀44的出口节流侧的开口面积保持为零。因此，只要减小斗杆第一控制阀41的出口节流侧的开口面积，就能在斗杆拉动操作时不满足规定条件的情况下防止斗杆缸17的缸盖侧气穴现象的发生。另一方面，在斗杆拉动操作时满足规定条件的情况下，在操作杆大幅倾倒时使斗杆第二控制阀44的出口节流侧的开口面积上升至最大值Am。因此，此时从斗杆缸17排出的工作油的大部分通过斗杆第二控制阀44顺畅地返回储罐，所以第一主泵21及第二主泵22的吐出压无需过高就能降低第一主泵21及第二主泵22的动力消耗。而且，在油压挖掘机的挖掘时，能将斗杆拉动操作中降低的动力消耗用作包括其他执行器的动作在内的驱动力，因此也改善了挖掘力。
此外，本实施形态中，上述规定条件是斗杆拉动供给管路51的压力高于阈值，因此需要在斗杆拉动供给管路51（某些情况下为第一补给管路53）上设置压力传感器，但是能够在斗杆拉动操作时基于负荷压力切换使斗杆第二控制阀44的出口节流侧的开口面积为零或是为最大值Am。
（变形例）
本发明不限于上述实施形态，在不偏离本发明的要旨的范围内可进行多种变形。
例如，在斗杆拉动操作时切换使斗杆第二控制阀44的出口节流侧的开口面积为零或是为最大值Am的规定条件也可以是第一主泵21及第二主泵22中至少一方的吐出压高于阈值。在油压挖掘机驱动系统中，一般而言设置有检测第一主泵21的吐出压的压力传感器及检测第二主泵22的吐出压的压力传感器（图1中省略作图）。因此，只要将第一主泵21和/或第二主泵22的吐出压与阈值进行比较，就无需还添加检测斗杆拉动供给管路51的压力的压力传感器。
此外，上述规定条件也可以是发动机24的转速高于阈值。在发动机24的转速相对较高时，第一主泵21及第二主泵22的吐出流量也较多，从而在斗杆拉动操作中在斗杆缸17的缸盖侧难以发生气穴现象。因此，只要在发动机24的转速高于阈值时使斗杆第二控制阀44的出口节流侧的开口面积为最大值Am，就能防止气穴现象的发生且降低第一主泵21及第二主泵22的动力消耗。
又，斗杆操作装置6也可以是将与操作杆的倾倒角对应的先导压作为操作信号进行输出的先导操作阀。此时，也可以省略第二电磁比例阀62～第四电磁比例阀64，斗杆第二控制阀44的第二先导端口46通过先导管路与斗杆操作装置6连接，且斗杆第一控制阀41的第一及第二先导端口42、43通过先导管路57、58与斗杆操作装置6连接。此外，在斗杆操作装置6为先导操作阀的情况下，将检测斗杆拉动操作时从斗杆操作装置6输出的先导压的压力传感器设置于先导管路57，并将该检测压力输入控制装置7。
又，如图5所示，也可以省略第一中央排出管路31及第二中央排出管路34。
符号说明：
1 　油压挖掘机驱动系统；
10　油压挖掘机；
17　斗杆缸；
21　第一主泵；
22　第二主泵；
24　发动机；
41　斗杆第一控制阀；
44　斗杆第二控制阀；
45　第一先导端口；
46　第二先导端口；
51　斗杆拉动供给管路；
52　斗杆推动供给管路；
53　第一补给管路；
54　第二补给管路；
6 　斗杆操作装置；
61～64　电磁比例阀；
7 　控制装置。

Claims (5)

1.一种油压挖掘机驱动系统，其特征在于，具备：
第一泵；
第二泵；
斗杆缸；
与所述第一泵及储罐连接且通过斗杆拉动供给管路及斗杆推动供给管路与所述斗杆缸连接的斗杆第一控制阀；
与所述第二泵及所述储罐连接且通过第一补给管路与所述斗杆拉动供给管路连接并通过第二补给管路与所述斗杆推动供给管路连接的斗杆第二控制阀；和
包括接受斗杆拉动操作及斗杆推动操作的操作杆且输出与所述操作杆的倾倒角对应的操作信号的斗杆操作装置；
所述斗杆第二控制阀形成为以下结构：在斗杆拉动操作时，作为所述第一补给管路侧的进口节流侧的开口面积根据所述操作信号进行变化，而作为所述第二补给管路侧的出口节流侧的开口面积在不满足规定条件的情况下保持为零，在满足所述规定条件的情况下，直至所述操作信号为设定值以上为止保持为零，且当所述操作信号为设定值以上时上升至最大值。
2.根据权利要求1所述的油压挖掘机驱动系统，其特征在于，
所述斗杆第二控制阀包括斗杆拉动操作用的第一先导端口和斗杆推动操作用的第二先导端口；
所述油压挖掘机驱动系统还具备：与所述第一先导端口连接的电磁比例阀；和
将与从所述斗杆操作装置输出的操作信号对应的指令电流向所述电磁比例阀输送的控制装置；
所述控制装置在不满足所述规定条件的情况下，在所述操作信号为设定值以上时将指令电流限制为一定值，在满足所述规定条件的情况下，即使所述操作信号成为设定值以上也不限制指令电流。
3.根据权利要求1或2所述的油压挖掘机驱动系统，其特征在于，
所述规定条件是所述斗杆拉动供给管路的压力高于阈值。
4.根据权利要求1或2所述的油压挖掘机驱动系统，其特征在于，
还具备驱动所述第一泵及所述第二泵的发动机；
所述规定条件是所述发动机的转速高于阈值。
5.根据权利要求1或2所述的油压挖掘机驱动系统，其特征在于，
所述规定条件是所述第一泵及所述第二泵中至少一方的吐出压高于阈值。
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