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JP3943185B2 - 油圧駆動装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般に流体装置に関し、特に建設機械等のための油圧駆動装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
油圧駆動装置は、油圧掘削機、バックホーローダー、エンドローダーなどのような建設機械に利用されている。これらの機械は、通常は、車輪又は履帯を有する可動のものである。場合によっては、この機械は定置式とするか、又はレール車両のような他の車両に搭載される。
公知の装置は、複数のオープンセンター型バルブを使用しており、この形式のバルブでは、ポンプからの流れは、各バルブからリストリクターを通りタンクに至る順序で流れることによりタンクにバイパスされる。リストリクターの上流側の圧力がポンプ流量を制御するのに使用され、圧力信号が増加したとき流量が減少させられる。
別の油圧装置は、複数のクローズドセンター型バルブを使用するが、この装置では、バルブはオープンセンター型バルブを使用する場合と同様に流れをバイパスする制御を行う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、加圧流体を供給するポンプを備えた建設機械のための油圧駆動装置を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様においては、少なくとも１つの油圧アクチュエータが加圧流体により駆動される。少なくとも１つのクローズドセンター型方向性制御バルブがポンプに接続され、該バルブを通る流体の流れを遮断する「オフ」位置と、油圧アクチュエータへの流体の流れを制御する少なくとも１つの「オン」位置とを有する。少なくとも１つの制御装置が油圧アクチュエータへの信号を形成する。制御ユニットが制御装置信号に応答して制御バルブを作動させる。「オフ」位置では、制御バルブを通るすべての流体の流れは遮断される。バイパスラインがポンプからリザーバに戻るように通じている。該バイパスラインには可変位置バイパスバルブが配置される。バイパスバルブを変調させるための手段が設けられる。ハイブリッド制御装置が負荷圧力を検知し該負荷圧力に応じて制御信号を修正する。
【０００５】
本発明は、回路内の圧力を検知して、駆動系内の圧力設定を、検知した圧力値に応じて修正するハイブリッド制御装置を有する油圧駆動装置を提供するものである。
【０００６】
【実施例】
図１を参照すると、油圧駆動装置１０が油圧回路１１及び電子制御装置１２との組み合わせで示してある。油圧回路は、流体リザーバ１４からの流体を加圧状態で供給ライン１６と少なくとも３つの油圧アクチュエータ１８〜２０に供給するための可変容量型油圧ポンプ１３を有する。少なくとも３つの可変すなわち無段階位置を有する方向性制御バルブ２２〜２４が供給ライン１６に接続されて、それぞれのアクチュエータ１８〜２０への油圧流体の流れを制御するように作動する。制御バルブ２２〜２４の各々は、クローズドセンター型であり、通常の電子油圧方式で作動するパイロット作動式であることが好ましい。制御バルブ２２〜２４の各々は、ソレノイド比例制御式であり、後述する制御装置１２の制御ユニット又はマイクロプロセッサ３４が発生する複数の電気信号によって駆動される。少なくとも３つの手動制御装置３６〜３８が入力信号４０ｓ〜４５ｓを形成し、これらの入力信号は、制御ユニット３４に入力されて制御バルブ２２〜２４を作動させる。制御装置は、レバー３９又はペダルを有する電子ジョイスティックであればよい。
【０００７】
供給ライン１６に接続されるバイパスライン４６が、油圧流体をリザーバ１４に戻すように設けられる。無段階位置決め可能なバイパスバルブ４７がバイパスライン４６内に配置され、後で述べるように、制御ユニット３４により制御される。
圧力センサ４８が設けられて、アクチュエータ１８内の圧力を検知する。この実施例では、該センサ４８はアクチュエータ１８のヘッド側圧力を検知するようになっているが、本発明の範囲から外れることなく、アクチュエータのロッド側圧力を検知するようにセンサを使用してもよい。圧力センサ４８から制御ユニット３４に電気信号５０が送られる。ポンプ圧力を制御するため、制御ユニット３４からポンプ制御装置５４に電気信号５２が送られる。バイパスバルブ４７を制御するため、制御ユニット３４からバイパスバルブ４７に電気信号５６が送られる。
【０００８】
作動に際しては、装置１０がアイドリング状態にあるとき（すなわち、アクチュエータ１８〜２０による需要が極めて少ないか、全くないとき）、バイパスバルブ４７は全開となって、バイパスライン４６に流体の流れを通す。例えば、制御バルブ２２の作動によりアクチュエータ１８が作動させられると、制御ユニット３４からバイパスバルブ４７に信号５６が送られてバイパスバルブ４７を閉位置に向けて動かし、ライン１６内の圧力を増加させる。また、信号５２がポンプ制御装置５４に送られてポンプ１３からの流体の流量を増加させる。バイパスバルブ４７は、制御装置３６〜３８の位置により変調及び制御されて、クローズトセンターバルブ２２〜２４をあたかも装置がオープンセンターバルブを有するものであるかのように作動させる。
【０００９】
図２を参照して、電子制御装置１２を説明する。制御ユニット３４はモジュール６０を有し、このモジュール６０は、制御装置３６〜３８の位置に対応する制御信号４０ｓ〜４５ｓを受ける。この制御信号４０ｓ〜４５ｓは、モジュール６０内の図示しないバルブストローク制御マップと比較され、複数のスプールストロークコマンド信号６２〜６７がモジュール６８に送られる。モジュール６８は、このスプールストロークコマンド信号６２〜６７をモジュール６８内の図示しないポンプ及びバルブの制御マップと比較し、複数の作動コマンド信号２６〜３１を送って、バルブ２２〜２４を制御し、さらに、電気信号５２をポンプ制御装置５４に送る。スプールストロークコマンド信号６２〜６７は、モジュール６８に送られるのに加えて、複数の圧力変調マップ７６〜８１にも送られる。
【００１０】
変調マップ７７〜８１からの複数の圧力信号８３〜８７は圧力選択モジュール８８に送られる。変調マップ７６からの圧力信号８９は、後述するハイブリッド制御モジュール９０に送られ、該ハイブリッド制御モジュール９０から圧力選択モジュール８８に圧力信号９２が送られる。ハイブリッド制御モジュール９０は、信号９２がアクチュエータ負荷圧力より大きく、負荷圧力が増加してもレバー３９のデッドバンドが増加しないことを確実にする。圧力選択モジュール８８は、圧力信号８３〜８７、８９を処理して、信号９６をバイパス制御圧力マップ９８に送り、該バイパス制御圧力マップ９８はバイパスバルブ４７を制御するための信号５６を形成する。圧力選択モジュール８８は、信号８３〜８７の中から最大の圧力を選定するか、すべての信号圧力を合計するか、又は他の適当な数学的関数計算を行って、その結果を信号９６としてバイパス制御圧力マップ９８に送るように構成されている。
【００１１】
ハイブリッド制御装置９０は、電気信号５０を圧力センサ４８から受けて所定の圧力マージン１００を加える。この実施例では、圧力マージンは約２０００kPa であるが、この値は本発明の範囲から外れることなく変更できる。次いで、合成信号１０２は最大圧力選択モジュール１０４に送られる。最大圧力選択モジュール１０４は合成信号１０２と信号８９を受け、高い圧力を持つ信号を選択して、これを信号９２としてモジュール８８に送る。
ハイブリッド制御装置９０は、モジュールマップ７６とモジュール８８の間にあるようにのみ示されているが、本発明の範囲から外れることなく、他のモジュールマップ７７〜８１とモジュール８８との間に同様なハイブリッド制御装置を使用することもできる。
【００１２】
次に図３を参照すると、レバーの動きとアクチュエータ速度に対する負荷圧力曲線が実線で示されている。この実線は、すべての負荷条件でハイブリッド制御装置を使用する場合の負荷圧力を示すものであり、また、従来の装置における低負荷条件も示している。ハイブリッド制御装置を使用するとき、負荷圧力が増加してもレバーのデッドバンドは増加せず、種々の負荷条件にわたって同一の圧力曲線を維持することによってより精密なアクチュエータ制御が可能となるレバーデッドバンドを維持することができる。点線で示すように、ハイブリッド制御装置を使用しない中負荷条件では、アクチュエータの動きが始まるのに大きなレバーの動きが必要になり、負荷曲線の角度も大きくなる。想像線で示すように、ハイブリッド制御装置を使用しない高負荷条件では、アクチュエータの動きが始まるまでに依然として大きなレバーの動きが必要となり、負荷曲線の角度も又大きい。
【００１３】
本発明の装置１０は、油圧掘削機、バックホーローダー及びエンドローダーのような建設機械に使用して有用である。例えば、油圧掘削機では、油圧アクチュエータ２０はロータリー油圧モーターの形態の移動用モーターである。この目的のために、制御バルブ２４は図１に示す作動位置である自由回転位置を有する。１個の移動用モーターが示されているが、本発明の範囲からはずれることなく、２個又はそれ以上のモーターを使用することができる。油圧アクチュエータ１８は例えば油圧ラムの形態の油圧ブームシリンダである。図１に概略的に示すように、油圧ラムはシリンダＣ内に往復動可能に配置されたピストンＰを備え、該ピストンにはスプール１つのピストンロッドＲが結合されてシリンダＣの外に延びている。油圧装置１０はポンプ１３を備え、方向性制御バルブ２２〜２４は制御ユニット３４の制御を受け、流体をアクチュエータ１８〜２０に供給する。制御ユニット３４は、制御装置３６〜３８の位置に対応する入力信号４０ｓ〜４５ｓの関数としてポンプ圧力とバイパスバルブ流量を制御する。制御装置３６が動かされると、入力信号４０ｓ、４１ｓが制御ユニット３４に送られる。制御ユニット３４は、入力信号４０ｓ、４１ｓに応答して信号２６、２７を制御バルブ２に送り、アクチュエータ１８を作動させる。制御ユニット３４は又、信号５２を送ってポンプを制御し、信号５６を送ってバイパスバルブ４７を制御する。アクチュエータ１８が、過大負荷のためにストールしたりせずに、通常のように作動しいてると、制御ユニット３４は、ポンプ圧力を圧力変調マップ７６の値に等しいか、それよりも小さい値に維持する。ハイブリッド制御装置９０は圧力センサ４８から信号５０を受け、圧力変調マップ７６から信号８９を受けて高い方の圧力値を選定し、例えばアクチュエータ１８がストールしているか、又は重負荷に抗して動いているかによってバイパスバルブ４７を制御する。
【００１４】
以上説明した駆動装置１０は、主オープンセンターバルブの代わりとなり、ストール条件が検知されたとき系内圧力を修正することが理解できるであろう。クローズドセンターバルブを使用する装置は、寸法、価格及び主制御バルブの複雑さを減少させ、バルブスプールとは独立に制御を可能にする。ハイブリッド制御装置を使用することで、アクチュエータ負荷圧力が増加したときにもレバーのデッドバンドを不変に維持でき、その結果、アクチュエータ１８のより精密な制御が可能となる。
他の特徴、利点等はこの説明、図面及び特許請求の範囲を検討すれば明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の油圧装置の概略図である。
【図２】 制御ユニットの概略図である。
【図３】 レバーの動きとアクチュエータ速度を示す図表である。
【符号の説明】
１０・・・油圧駆動装置、１１・・・油圧回路、１２・・・電気制御装置、
１３・・・油圧ポンプ、１４・・・流体リザーバ、
１８〜２０・・・油圧アクチュエータ、２２〜２４・・・方向性制御バルブ、
３４・・・制御ユニット。

Claims (3)

  1. 建設機械用の油圧駆動装置（１０）であって、
    流体リザーバ（１４）からの流体を加圧状態で供給するポンプ（１３）と、
    加圧流体により選択的に駆動される複数の油圧アクチュエ−タのうちの少なくとも１つの油圧アクチュエータ（１８）と、
    前記ポンプ（１３）に並列に接続され、流体の流れを遮断する「オフ」位置と前記油圧アクチュエータ（１８）への流体の流れを制御する少なくとも１つの「オン」位置とを有する複数の方向性制御バルブのうちの少なくとも１つのクローズドセンター型方向性制御バルブ（２２）と、
    前記油圧アクチュエータ（１８）のための信号を発生する複数の制御装置のうちの少なくとも１つの制御装置（３６）と、
    前記ポンプ（１３）と前記リザーバ（１４）との間のバイパスライン（４６）に配置された無段階に位置決め可能なバイパスバルブ（４７）と、
    前記制御装置からの信号（４６ｓ／４１ｓ）に応答して前記制御バルブ（２２）を作動させる制御ユニット（３４）と、
    を備え、
    該制御ユニット（３４）は、前記１つの制御装置（３６）の位置に対するポンプ圧力を定め、定められたポンプ圧力を表すポンプ圧力信号（８９）を生成する複数の圧力変調マップのうちの１つの圧力変調マップ（７６）と、前記油圧アクチュエ−タ（１８）の負荷圧力（５０）を感知して、該感知した負荷圧力と定められた圧力マージンとの加算値に応じて前記圧力変調マップ（７６）からのポンプ圧力信号（８９）を修正するハイブリッド制御モジュール（９０）と、修正されたポンプ圧力信号が最大の圧力信号であるときに該修正されたポンプ圧力信号を選択する圧力選択モジュール（８８）と、前記ハイブリッド制御モジュールからの修正されたポンプ圧力信号が選択されたとき、この修正されたポンプ圧力信号に応じて前記バイパスバルブ（４７）を制御するバイパス制御圧力マップ（９８）と、を含んでいる、
    ことを特徴とする油圧駆動装置。
  2. 請求項１に記載した油圧駆動装置であって、
    前記ハイブリッド制御モジュール（９０）が前記アクチュエータ（１８）内の負荷圧力（５０）に応じて前記ポンプ圧力をアクチュエータ内の圧力より高い値にまで高めることを特徴とする油圧駆動装置。
  3. 請求項２に記載した油圧駆動装置であって、
    前記ハイブリッド制御モジュール（９０）は、前記圧力変調マップ（７６）と前記選択モジュール（８８）との間にあり、前記アクチュエータ（１８）内の負荷圧力（５０）と定められた圧力マージンとの加算値が前記圧力変調マップ（７６）からの圧力信号に相当する圧力より高いとき、前記ポンプ圧力信号（８９）を修正することを特徴とする油圧駆動装置。
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