工程机械的制作方法

1.本发明涉及采用了液压闭路的工程机械，特别是涉及通过液压闭路驱动液压缸的工程机械，其中，在液压闭路中通过液压泵直接驱动液压致动器。


背景技术：

2.近年来，在液压挖掘机、轮式装载机等工程机械中，节能成为重要的开发项目。液压系统自身的节能化对于工程机械的节能化是重要的，正在研究应用一种将液压致动器进行闭路连接，通过液压泵直接对其进行控制的液压闭路系统。在该系统中，没有控制阀引起的压力损失，泵仅排出所需的流量，因此也没有流量损失。另外，还能够再生致动器的位置能量和减速时的能量。因此，能够实现节能化。
3.作为组合了液压闭路的工程机械的背景技术，在专利文献1中记载了以下结构：搭载液压闭路系统，即便使多个致动器同时复合动作，也能够确保良好的操作性。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开2015-48899号公报


技术实现要素：

7.发明要解决的课题
8.在专利文献1记载的液压驱动系统中，在驱动单杆液压缸时，通过组合使用闭路泵和开路泵能够得到良好的操作性，但是没有提及在通过开路泵驱动行驶用液压马达时由于驱动单杆液压缸而产生的对行驶操作性的影响。
9.专利文献1记载的液压驱动系统构成为通过成对地使用闭路泵和开路泵来驱动单杆液压缸，仅通过开路泵驱动行驶用液压马达。
10.在该结构中，在通过多个开路泵驱动行驶用液压马达的过程中驱动了单杆液压缸时，驱动行驶用液压马达的一部分开路泵用于驱动单杆液压缸，因此存在行驶速度大幅降低，对行驶操作性产生不良影响的课题。
11.本发明是鉴于上述课题而作出的，其目的在于提供一种在行驶动作中驱动单杆液压缸的复合动作时不损害行驶操作性的工程机械。
12.用于解决课题的手段
13.为了实现上述目的，本发明提供一种工程机械，其具备：行驶体；作业装置；行驶用液压马达，其驱动所述行驶体；至少1个单杆液压缸，其驱动所述作业装置；行驶用操作杆，其用于指示所述行驶用液压马达的动作；作业用操作杆，其用于指示所述单杆液压缸的动作；闭路泵，其与所述单杆液压缸闭路连接；盖侧流路，其将所述闭路泵的一方的排出端口与所述单杆液压缸的盖侧室连接；杆侧流路，其将所述闭路泵的另一方的排出端口与所述单杆液压缸的杆侧室连接；开路泵；行驶用流量控制阀，其控制从所述开路泵向所述行驶用液压马达供给的流量；能够对行驶用流路进行开闭的行驶用切换阀，该行驶用流路将所述
开路泵的排出端口与所述行驶用流量控制阀连接；能够对辅助用流路进行开闭的辅助用切换阀，该辅助用流路将所述开路泵的排出端口与所述盖侧流路连接；以及控制器，其根据所述行驶用操作杆以及所述作业用操作杆的操作来控制所述闭路泵的排出方向以及排出流量，并且对所述行驶用切换阀以及所述辅助用切换阀进行开闭，控制所述开路泵的排出流量，在所述工程机械中，在操作了所述行驶用操作杆时，无论有无所述作业用操作杆的操作，所述控制器都将所述辅助用切换阀保持在关闭位置。
14.根据如上那样构成的本发明，在构成为通过闭路泵和开路泵的组合来驱动单杆液压缸的工程机械中，在行驶动作中驱动单杆液压缸时，限制为仅通过闭路泵驱动单杆液压缸，由此开路泵被行驶用液压马达的驱动占用。由此，即使在行驶动作中驱动单杆液压缸，行驶速度也不会降低，因此不会损害行驶操作性。
15.发明效果
16.根据本发明，在通过闭路泵和开路泵的组合来驱动单杆液压缸的工程机械中，在行驶动作中驱动单杆液压缸的复合动作时不会损害行驶操作性。
附图说明
17.图1是本发明实施方式的液压挖掘机的侧视图。
18.图2是图1所示的液压挖掘机的液压回路图。
19.图3是现有的控制器的功能框图。
20.图4是图2所示的控制器的功能框图。
21.图5是图2所示的控制器的流程图。
22.图6表示图2所示的供给溢流阀压力超驰特性。
具体实施方式
23.以下，作为工程机械以大型的液压挖掘机为例，参照附图对本发明实施方式进行说明。在各图中，对同等的部件标注相同的附图标记，并适当省略重复的说明。
24.图1是本实施方式的液压挖掘机的侧视图。
25.在图1中，液压挖掘机100具备在左右两侧具有履带式行驶装置的下部行驶体101、以能够旋转的方式安装在下部行驶体101上的上部旋转体102。下部行驶体101由行驶用液压马达16a、16b(图2所示)驱动。上部旋转体102由旋转用液压马达(未图示)驱动。
26.在上部旋转体102的前侧安装有作为进行挖掘作业等作业的作业装置的前部装置103。前部装置103具备：动臂1，其以能够在上下方向上转动的方式与上部旋转体102的前侧连结；斗杆2，其以能够在上下、前后方向上转动的方式与动臂1的前端部连结；以及铲斗3，其以能够在上下、前后方向上转动的方式与斗杆2的前端部连结。动臂1、斗杆2及铲斗3分别由作为单杆液压缸的动臂缸4、斗杆缸5及铲斗缸6驱动。
27.在上部旋转体102上设置有供操作者搭乘的驾驶室104。在驾驶室104内配设有用于指示下部行驶体101的动作的行驶用操作杆25b(图2所示)、以及用于指示动臂1、斗杆2、铲斗3和上部旋转体102的动作的作业用操作杆25a(图2所示)等。
28.图2是液压挖掘机100的液压回路图。在图2中，仅图示了与液压缸4、5、6(在图中以液压缸13为代表来表示)以及行驶用液压马达16a、16b的驱动相关的部分，省略了与其他致
动器的驱动相关的部分。
29.在图2中，作为双倾转可变容量泵的闭路泵7、作为单倾转可变容量泵的开路泵8、9以及作为单倾转固定容量泵的供给泵10经由传递装置12从动力源11接受动力来被驱动。
30.闭路泵7的一个排出端口经由盖侧流路41与液压缸13的盖侧室13a连接，另一个排出端口经由杆侧流路42与液压缸13的杆侧室13b连接从而构成闭路。闭路泵7从盖侧流路41以及杆侧流路42中的一方吸入工作油，向另一方排出工作油。
31.开路泵8、9从油箱14吸入工作油，经由辅助用流路43、45以及辅助用切换阀15a、15c向液压缸13的盖侧室13a排出工作油，此外，经由行驶用流路44、46以及行驶用切换阀15b、15d向行驶用液压马达16a、16b排出工作油。
32.行驶用流量控制阀17a、17b被设置在将行驶用切换阀15b、15d与行驶用液压马达16a、16b连接的流路上，对从开路泵8、9向行驶用液压马达16a、16b供给的流量进行控制。
33.溢流阀18a、18b、18c、18d被设置在将行驶用液压马达16a、16b与行驶用流量控制阀17a、17b连接的流路上，在行驶用液压马达16a、16b分别具有的2个端口的压力差成为预定的压力以上时，将工作油从高压侧的流路向低压侧的流路释放从而保护回路。
34.泄放阀19a、19b被设置在从开路泵8、9的排出流路分支的流路上，根据开度将开路泵8、9排出的工作油排出到油箱14。
35.供给泵10从油箱14吸入工作油，并向供给流路40排出。
36.止回阀20a、20b被设置在盖侧流路41以及杆侧流路42与供给流路40之间，从供给流路40向盖侧流路41以及杆侧流路42补充工作油。
37.冲洗阀21被设置在盖侧流路41以及杆侧流路42与供给流路40之间，将盖侧流路41以及杆侧流路42中的任一个低压侧的剩余工作油排出到供给流路40。
38.主溢流阀22a、22b被设置在盖侧流路41以及杆侧流路42与供给流路40之间，设定盖侧流路41以及杆侧流路42的最大压力。
39.供给溢流阀23被设置在供给流路40与油箱14之间，设定供给泵10的最大压力。
40.压力传感器51、52分别被设置在盖侧流路41以及杆侧流路42，用于检测液压缸13的盖侧室13a以及杆侧室13b的压力，并输出至控制器24。
41.控制器24基于操作杆25a、25b的操作量、压力传感器51、52的压力信息等，运算针对闭路泵7、开路泵8、9、切换阀15a、15b、15c、15d、行驶用流量控制阀17a、17b及泄放阀19a、19b的指令，并输出指令。
42.如图2所示，在待机状态下，切换阀15a、15b、15c、15d以及行驶用流量控制阀17a、17b位于关闭位置，保持回路内的压力。另外，泄放阀19a、19b处于打开位置，将开路泵8、9的待机流量释放到油箱14来防止压力的上升。
43.图3是现有的控制器的功能框图。如图3所示，现有的控制器24x具备泵/阀指令生成部26。泵/阀指令生成部26根据操作杆25a、25b的输入信息来运算各泵以及各阀的指令(泵/阀指令)，并输出到各泵以及各阀。
44.图4是本实施方式的控制器24的功能框图。如图4所示，本实施方式的控制器24除了具备泵/阀指令生成部26以外，还具备行驶复合指令运算部27。行驶复合指令运算部27基于操作杆信息以及液压缸13的压力信息来修正泵/阀指令生成部26运算出的泵/阀指令，并输出到各泵以及各阀。行驶复合指令运算部27具备：泵/阀指令修正部28、供给流量运算部
29、供给溢流阀通过流量运算部30、泵流量指令修正部31以及阈值存储部32。
45.泵/阀指令修正部28在检测到行驶用操作杆25b的操作时，将泵/阀指令中的辅助用切换阀15a、15c的指令修正为关闭位置，将修正后的泵/阀指令输出到供给流量运算部29、供给溢流阀通过流量运算部30以及泵流量指令修正部31。
46.供给流量运算部29基于泵/阀指令以及液压缸13的压力信息运算供给流量，并输出到泵流量指令修正部31。这里所说的供给流量是指液压缸13(4、5、6)从供给流路40吸取的流量减去液压缸13(4、5、6)向供给流路40排出的流量而得到的流量(液压缸13(4、5、6)作为整体从供给流路40吸取的流量)。
47.供给溢流阀通过流量运算部30基于泵/阀指令以及液压缸13的压力信息来运算供给溢流阀通过流量，并输出到泵流量指令修正部31。这里所说的供给溢流阀通过流量是指经由供给溢流阀23向油箱14排出的流量，是供给泵10的排出流量和液压缸13(4、5、6)向供给流路40排出的流量的总和减去液压缸13(4、5、6)从供给流路40吸取的流量而得到的流量。
48.泵流量指令修正部31在供给流量超过了阈值的情况下，或者在供给溢流阀通过流量超过了阈值的情况下，将泵/阀指令中的闭路泵7的排出流量向减少侧修正，将修正后的泵/阀指令向各泵及各阀输出。这里所说的各阈值存储在阈值存储部32中。
49.图5是表示行驶复合指令运算部27的一个控制周期中的处理的流程图。以下，依次说明各处理。
50.首先，基于行驶用操作杆25b的输入信息来判定是否正处于行驶动作中(处理f1)。
51.在处理f1中判定为不是行驶动作中(否)的情况下，结束流程。
52.在处理f1中判定为正处于行驶动作中(是)的情况下，关闭辅助用切换阀15a、15c(处理f2)。
53.接着处理f2，基于作业用操作杆25a的输入信息来判定是否为缸伸长动作(处理f3)。
54.在处理f3中判定为是缸伸长动作(是)的情况下，运算供给流量(处理f4)。
55.接着处理f4，判定供给流量是否为供给泵10的排出流量以下(处理f5)。
56.在处理f5中判定为供给流量为供给泵10的排出流量以下(是)的情况下，结束流程。
57.在处理f5中判定为供给流量比供给泵10的排出流量大(否)的情况下，对正在驱动液压缸13的闭路泵7的排出流量进行限制，使得供给流量成为供给泵10的排出流量以下，并结束流程。
58.在处理f3中判定为不是缸伸长动作(否)的情况下，运算供给溢流阀通过流量(处理f7)。
59.接着处理f7，判定供给溢流阀通过流量是否为阈值以下(处理f8)。关于阈值的设定方法，在后面叙述。
60.在处理f8中判定为供给溢流阀通过流量为阈值以下(是)的情况下，结束流程。
61.在处理f8中判定为供给溢流阀通过流量比阈值大(否)的情况下，对正在驱动液压缸13的闭路泵7的排出流量进行限制，使得供给溢流流量成为阈值以下，并结束流程。
62.接着，使用图2至图5对液压挖掘机100的基本动作及本发明的效果进行说明。
63.(液压缸单独驱动)
64.在图2中，在移动作业用操作杆25a仅使液压缸13单独动作的情况下，控制器24根据作业用操作杆25a的操作量分别输出闭路泵7和开路泵8的流量指令、切换阀15a的开指令及泄放阀19a的闭指令，从而驱动液压缸13。此时，若将闭路泵7的排出流量设为qcp，将开路泵8的排出流量设为qop，将液压缸13的盖侧室的受压面积设为acap，将杆侧室的受压面积设为arod，则决定qcp和qop使得泵的流量比(qcp qop)：qcp与受压面积比acap：arod相等。控制器24进行控制使得闭路泵7与开路泵8的排出流量比一边维持qcp：qop一边变化。如此，在驱动液压缸13时，组合使用闭路泵7和开路泵8。
65.(行驶单独驱动)
66.在图2中，在移动行驶用操作杆25b来驱动行驶用液压马达16a、16b进行行驶动作时，控制器24根据行驶用操作杆25b的操作量分别输出开路泵8、9的流量指令、行驶用切换阀15b、15d的开指令以及泄放阀19a、19b的闭指令、行驶用流量控制阀17a、17b的开口指令，从而驱动行驶用液压马达16a、16b。如此，在进行行驶动作时，仅使用开路泵8、9。
67.(行驶 液压缸驱动)
68.在图2中，在移动行驶用操作杆25b进行行驶动作的情况下，移动作业用操作杆25a使液压缸13进一步动作时，现有的控制器24x(图3所示)将开路泵8的流量指令设为0，向行驶用切换阀15b输出闭指令，向泄放阀19a输出开指令，然后根据作业用操作杆25a的操作量，输出闭路泵7和开路泵8的流量指令、辅助用切换阀15a的开指令及泄放阀19a的闭指令，从而进行液压缸13和行驶用液压马达16a、16b的控制。
69.这样，在行驶动作中进行液压缸操作的情况下，利用闭路泵7和开路泵8驱动液压缸13，并且通过开路泵9同时进行行驶驱动，由此确保复合操作性。但是，在本来通过2个开路泵8、9驱动行驶用液压马达16a、16b，但由于操作了液压缸13，在行驶中使用的开路泵8用于驱动液压缸13。结果，在行驶中能够使用的泵仅为开路泵9，行驶速度大幅降低，显著损害行驶操作性。
70.因此，进行图4所示的本实施方式的控制器24所具备的行驶复合指令运算部27的处理。在图5的处理f1中，基于行驶用操作杆25b的操作量来判定是否正处于行驶动作中。在处理f1中判定为正处于行驶动作中时，在处理f2中，将用于驱动液压缸13的泵仅限制为闭路泵7。由此，在行驶动作中，能够将开路泵8、9用于驱动行驶用液压马达16a、16b，即使在行驶动作中使液压缸13动作，行驶速度也不会降低，不会损害行驶操作性。
71.在此，对仅利用闭路泵7驱动液压缸13的情况进行说明。
72.在使液压缸13向伸长方向移动时，若将液压缸13的受压面积比设为acap：arod＝2：1，则流入液压缸13的盖侧室的流量qcap与从杆侧室流出的流量qrod的关系为qcap＝2qrod，无法取得闭路内的流量收支，在盖侧流路41和杆侧流路42中的任一方的低压侧流路中产生流量不足。此时，虽然从供给泵10经由止回阀20a或止回阀20b向产生了流量不足的流路补充工作油，但在补充的流量比流入供给流路40的流量大的情况下，供给流路40的压力(以下称为供给压力)降低，有可能产生气穴对设备造成损伤等从而可靠性降低。
73.因此，在处理f4中根据作业用操作杆25a的操作量、压力传感器51、52的压力信息等运算供给流量，在处理f5中判定供给流量(液压缸13(4、5、6)整体上从供给流路40吸取的流量)是否为供给泵排出流量以下。在处理f5中判定为供给流量比供给泵排出流量大时，在
处理f6中限制闭路泵7的排出流量，使得供给流量成为供给泵排出流量以下。由此，能够抑制供给压力的降低，能够防止可靠性的降低。
74.在使液压缸13向收缩方向移动时，与向伸长方向移动时相同无法取得闭路内的流量收支，但此时，在液压缸13的盖侧流路41与杆侧流路42中的任一方的低压侧流路中产生剩余工作油，经由冲洗阀21将闭路内的剩余工作油排出到供给流路40。此时，由于供给线流入流量增加，供给溢流阀23的通过流量增加，根据供给溢流阀23的压力超驰特性使得供给压力上升。若供给压力上升，则供给泵10的负载增加，对燃耗产生不良影响，并且液压缸13的最大压力由主溢流阀22a、22b规定，因此液压缸13的盖侧室13a与杆侧室13b的压力差降低，因此液压缸13的推力降低，操作性也恶化。
75.因此，在处理f8中判定供给溢流阀通过流量是否为阈值以下，在超过了阈值的情况下，在处理f9中限制闭路泵7的排出流量，使得供给溢流阀通过流量为阈值以下。由此，能够抑制供给压力的上升，防止燃耗和操作性的恶化。这里的阈值基于图6所示的供给溢流阀23的压力超驰特性来决定。具体而言，设定为供给压力达到最大允许压力pmax时的供给溢流阀通过流量fmax以下的值。在不影响燃耗和操作性的范围内确定最大允许压力pmax。例如，在供给压力的目标值为2mpa的情况下，将最大允许压力pmax设定为3mpa左右。
76.(总结)
77.在本实施方式中，液压挖掘机100具备：行驶体101；作业装置103；行驶用液压马达16a、16b，其驱动行驶体101；至少1个单杆液压缸13(4、5、6)，其驱动作业装置103；行驶用操作杆25b，其用于指示行驶用液压马达16a、16b的动作；作业用操作杆25a，其用于指示单杆液压缸13(4、5、6)的动作；闭路泵7，其与单杆液压缸13(4、5、6)闭路连接；盖侧流路41，其将闭路泵7的一方的排出端口与单杆液压缸13(4、5、6)的盖侧室13a连接；杆侧流路42，其将闭路泵7的另一方的排出端口与单杆液压缸13(4、5、6)的杆侧室13b连接；开路泵8、9；行驶用流量控制阀17a、17b，其对从开路泵8、9向行驶用液压马达16a、16b供给的流量进行控制；能够对行驶用流路44、46进行开闭的行驶用切换阀15b、15d，该行驶用流路44、46将开路泵8、9的排出端口与行驶用流量控制阀17a、17b连接；能够对辅助用流路43、45进行开闭的辅助用切换阀15a、15c，该辅助用流路43、45将开路泵8、9的排出端口与盖侧流路41连接；以及控制器24，其根据行驶用操作杆25b以及作业用操作杆25a的操作，对闭路泵7的排出方向以及排出流量进行控制，并且对行驶用切换阀15b、15d以及辅助用切换阀15a、15c进行开闭从而控制开路泵8、9的排出流量，在操作了行驶用操作杆25b时，无论有无作业用操作杆25a的操作，控制器24都将辅助用切换阀15a、15c保持在关闭位置。
78.根据如上那样构成的本实施方式，在通过闭路泵7和开路泵8、9的组合来驱动单杆液压缸13(4、5、6)的液压挖掘机100中，在行驶动作中驱动单杆液压缸13(4、5、6)时，限制为仅通过闭路泵7驱动单杆液压缸13(4、5、6)，由此，开路泵8、9被行驶用液压马达16a、16b的驱动占用。由此，即使在行驶动作中驱动单杆液压缸13(4、5、6)，行驶速度也不会降低，因此不会损害行驶操作性。
79.另外，本实施方式的液压挖掘机100具备：供给泵10；供给流路40，其与供给泵10的排出端口连接；供给溢流阀23，其设置在供给流路40；止回阀20a、20b，其设置在盖侧流路41以及杆侧流路42与供给流路40之间；以及冲洗阀21，其设置在盖侧流路41以及杆侧流路42与供给流路40之间，控制器24修正闭路泵7的排出流量，使得单杆液压缸13(4、5、6)从供给
流路40吸取的流量减去单杆液压缸13(4、5、6)向供给流路40排出的流量而得到的供给流量成为供给泵10的排出流量以下。由此，抑制供给压力的降低，因此能够防止气穴引起的可靠性的降低。
80.另外，控制器24修正闭路泵7的排出流量，使得单杆液压缸13(4、5、6)向供给流路40排出的流量与供给泵10的排出流量的总和减去单杆液压缸13(4、5、6)从供给流路40吸取的流量而得到的供给溢流阀23的通过流量成为预定的流量以下。由此，抑制供给压力的上升，因此能够防止由液压缸13(4、5、6)的推力降低引起的操作性恶化、由供给泵10的负荷增大引起的燃耗恶化。
81.以上，对本发明的实施方式进行了详细叙述，但本发明并不限于上述实施方式，还包括各种变形例。例如，上述实施方式是以容易理解的方式详细说明本发明的实施方式，并不限于必须具备所说明的全部结构。
82.附图标记的说明
[0083]1…
动臂、2
…
斗杆、3
…
铲斗、4
…
动臂液压缸(单杆液压缸)、5
…
斗杆液压缸(单杆液压缸)、6
…
铲斗液压缸(单杆液压缸)、7
…
闭路泵、8、9
…
开路泵、10
…
供给泵、11
…
动力源、12
…
传递装置、13
…
液压缸(单杆液压缸)、13a
…
盖侧室、13b
…
杆侧室、14
…
油箱、15a、15c
…
辅助用切换阀、15b、15d
…
行驶用切换阀、16a、16b
…
行驶用液压马达、17a、17b
…
行驶用流量控制阀、18a、18b、18c、18d
…
溢流阀、19a、19b
…
泄放阀、20a、20b
…
止回阀、21
…
冲洗阀、22a、22b
…
主溢流阀、23
…
供给溢流阀、24
…
控制器、25a
…
作业用操作杆、25b
…
行驶用操作杆、28
…
泵/阀指令修正部、29
…
供给流量运算部、30
…
供给溢流阀通过流量运算部、31
…
泵流量指令修正部、32
…
阈值存储部、40
…
供给流路、41
…
盖侧流路、42
…
杆侧流路、43、45
…
辅助用流路、44、46
…
行驶用流路、51、52
…
压力传感器、100
…
液压挖掘机(工程机械)、101
…
下部行驶体(行驶体)、102
…
上部旋转体、103
…
前部装置(作业装置)、104
…
驾驶室。