工程機械的液壓驅動裝置製造方法
2023-11-09 18:14:07
工程機械的液壓驅動裝置製造方法
【專利摘要】本發明提供一種工程機械的液壓驅動裝置，包括：液壓泵、使負荷向下降方向移動的液壓致動器、操作裝置、包含入口節流流路、出口節流流路及再生流路的液壓迴路、控制閥、控制入口節流流量的入口節流流量控制器、將出口節流流量控制成入口節流流量以上的流量的出口節流流量控制器、位於比再生流路更靠出口節流流路下遊側的位置的背壓產生部以及出口節流流量限制器。出口節流流量限制器在入口節流流路的壓力為容許壓力以下時，使出口節流部的開口面積最小。據此，無需平衡閥就能夠防止入口節流側的壓力過度下降，且能夠以穩定的速度向下降方向驅動負荷。
【專利說明】工程機械的液壓驅動裝置【技術領域】
[0001]本發明涉及起重機等工程機械中用於使吊載等負荷朝向與自重下落方向相同的方向移動的液壓驅動裝置，該自重下落方向是該負荷因其自重而下落的方向。
【背景技術】
[0002]作為用於使負荷朝向與其自重下落方向相同的方向移動的裝置，例如已知有用於朝向下降方向驅動絞車的降下驅動裝置，該絞車利用鋼絲繩懸吊吊載。在該裝置中，重要的是防止在降下驅動時，因入口節流側的壓力下降而產生氣蝕現象並失速，從而吊載下落。
[0003]作為防止此種入口節流側的壓力下降的方法，在日本專利公開公報特開2000-310201號中記載了將所謂的外部先導式(external-pilot-controlled)平衡閥(counter balance valve)設置在出口節流側流路的結構。該外部先導式平衡閥在入口節流側的壓力為設定壓以下的情況下，以使出口節流側的流路收縮的方式工作，由此，防止該A口節流側的壓力過度地下降。
[0004]然而，所述外部先導式平衡閥的控制本質上是不穩定的，存在容易產生波動的問題。因為，用於進行上述控制的壓力測量點位於入口節流側，而壓力控制點位於出口節流偵牝因而上述控制中的測量點與控制點的位置不同，即未能實現所謂的控制理論上的同一位置(co-location)的控制。
[0005]為了防止所述波動而在先導油路中設置對所述平衡閥的開閥動作施加大的阻尼(damping)的節流部。然而該情況下存在如下缺點:該節流部會拖延平衡閥的開閥時間而導致其響應性降低，此外，在直至該平衡閥完全打開為止的期間，該閥產生較大的節流阻力，由此會產生不必要的增壓(boost pressure)。
[0006]在所述日本專利公開`公報特開2000-310201號中記載了以下的技術:為了防止波動，設置有使入口節流側流路與出口節流側流路連通的連通閥、和向兩條流路的壓差變小的方向控制入口節流流量的流量調節閥，但該技術難以獲得穩定的下降速度。即，在下降控制迴路中，一般在出口節流側產生對應於吊載重量的保持壓，因此，吊載的負荷越大，則入口節流側與出口節流側的壓差越大，入口節流側的所述流量調節閥的開度隨著該壓差的增大而增加，從而導致入口節流流量增加。因此，在該裝置中，下降速度會因負荷的大小而大幅變動。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在於提供一種工程機械的液壓驅動裝置，不會產生以往平衡閥的缺點即波動或大的增壓，能夠防止入口節流側的壓力過度地下降，且能夠使負荷以穩定的速度朝向與自重下落方向(該負荷因其自重而下落的方向)相同的方向即下降方向移動。
[0008]本發明所提供的液壓驅動裝置包括:利用液壓使負荷向下降方向移動，其中，所述下降方向與負荷因自重而下落的方向相同，所述工程機械的液壓驅動裝置包括:液壓泵；動力源，用於驅動所述液壓泵而使所述液壓泵噴出工作油；液壓致動器，具有第一埠及第二埠，在所述第一埠接收從所述液壓泵噴出的工作油的供應並從所述第二埠排出工作油，從而使所述負荷向所述下降方向移動；液壓迴路，包含:入口節流流路，當使所述負荷向下降方向移動時，將工作油從所述液壓泵向所述液壓致動器的第一埠引導；出口節流流路，當使所述負荷向所述下降方向移動時，將從所述液壓致動器的第二埠排出的工作油向油箱引導；和再生流路，使所述出口節流流路與所述入口節流流路連通；控制閥，使從所述液壓泵流向所述液壓致動器的工作油的供應狀態變化；操作裝置，用於操作所述控制閥；入口節流流量控制器，控制所述入口節流流路中的所述工作油的流量、即入口節流流量；出口節流流量控制器，將所述出口節流流路中比所述出口節流流路與所述再生流路的連接位置更靠上遊側的所述出口節流流路中的所述工作油的流量、即出口節流流量控制為所述入口節流流量控制器控制的入口節流流量以上的流量；背壓產生部，設置在所述出口節流流路中比所述出口節流流路與所述再生流路的連接位置更靠下遊側的位置，並生成被設定的背壓；單向閥，設置在所述再生流路中，將所述再生流路中的所述工作油的流動方向限定為從所述出口節流流路朝向所述入口節流流路的方向；以及出口節流流量限制器，在所述入口節流流路中的工作油的壓力為預先設定的容許壓力以下的情況下，強制地限制所述出口節流流量，其中，所述出口節流流量控制器包括設置在所述出口節流流路中且具有可變的流路面積的出口節流部、和以使所述出口節流部的前後壓差達到設定壓力的方式使出口節流流量發生變化的出口節流流量調節閥，所述出口節流流量限制器在所述入口節流流路中的工作油的壓力為所述容許壓力以下的情況下，使所述出口節流部的流路面積最小(較為理想的是完全關閉出口節流部)。所述背壓產生部可以是產生被設定的背壓的背壓閥，也可以並非該背壓閥，而是設置在所述出口節流流路下遊側的其他設備(閥等)或導管的壓力損耗大且能夠確保所需的背壓的裝置，即利用該壓力損耗的裝置。
[0009]根據本發明，不會產生以往平衡閥的缺點即波動或大的增壓，能夠防止入口節流側的壓力過度地下降，且能夠使負荷以穩定的速度朝向與自重下落方向(該負荷因其自重而下落的方向)相同的方向即下降方向移動。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是表示本發明第一實施方式所涉及的工程機械的液壓驅動裝置的迴路圖。
[0011]圖2是表示圖1所示的裝置的遙控閥的操作杆操作量、與出口節流流量控制器的出口節流部的開口面積及入口節流流量控制器的入口節流部的開口面積之間的關係的曲線圖。
[0012]圖3是表示所述操作杆操作量與出口節流流量及入口節流流量之間的關係的曲線圖。
[0013]圖4是表示所述操作杆操作量與溢流節流部(bleed-off throttle)的開口面積及入口節流部的開口面積之間的關係的曲線圖。
[0014]圖5是表示第一比較例所涉及的液壓驅動裝置的迴路圖。
[0015]圖6(A)及圖6(B)是表示圖5所示的裝置中可能產生的平衡閥的開度波動及入口節流壓波動的曲線圖。
[0016]圖7(A)是表示所述平衡閥開閥後的閥開度的時間變化的曲線圖，圖7(B)是表示伴隨該閥開度變化的入口節流壓的時間變化的曲線圖。[0017]圖8(A)是表示圖1所示的裝置及圖5所示的裝置中的入口節流壓的時間變化的曲線圖，圖8(B)是表示圖1所示的裝置及圖5所示的裝置中的燃料消耗量的時間變化的曲線圖。
[0018]圖9是表示第二比較例所涉及的液壓驅動裝置的迴路圖。
[0019]圖10是表示本發明第二實施方式所涉及的工程機械的液壓驅動裝置的迴路圖。
[0020]圖11是表示本發明第三實施方式所涉及的工程機械的液壓驅動裝置的迴路圖。
【具體實施方式】
[0021]參照圖1?圖4說明本發明的第一實施方式。
[0022]圖1是表示所述第一實施方式所涉及的液壓工程裝置的整體結構的迴路圖。該裝置包括:發動機1、液壓泵2、液壓致動器即液壓馬達4、液壓迴路、用於對所述液壓馬達4的轉速進行操作的操作裝置6、控制閥3、出口節流流量控制器、入口節流流量控制器、背壓閥15及單向閥13。
[0023]所述發動機I是所述液壓泵2的動力源。所述液壓泵2由所述發動機I驅動，由此，噴出油箱內的工作油。在該實施方式中，將可變容量型(variable displacement type)液壓泵用作該液壓泵2。
[0024]所述液壓馬達4是本發明所涉及的液壓致動器的一例，其被組裝在具有絞車捲筒5的絞車裝置中，通過使該絞車捲筒5朝向正反兩個方向旋轉來使負荷即吊載7升降。具體而言，該液壓馬達4具有第一埠 4a和第二埠 4b，當對所述第一埠 4a供應工作油時，使所述絞車捲筒5朝向下降方向旋轉，即朝向使所述吊載7下降的方向旋轉，並從所述第二埠 4b排出該工作油，另一方面，當對所述第二埠 4b供應工作油時，使所述絞車捲筒5朝向提升方向旋轉，即朝向使所述吊載7提升的方向旋轉，並從所述第一埠 4a排出該工作油。
[0025]所述液壓迴路用於對所述液壓馬達4供應從液壓泵2噴出的工作油或從所述液壓馬達4排出該工作油，且包含連接所述液壓泵2的噴出口與所述控制閥3的泵管路8P、連接所述控制閥3與所述液壓馬達4的第一埠 4a的第一馬達管路81M、連接所述控制閥3與所述液壓馬達4的第二埠 4b的第二馬達管路82M、與該第二馬達管路82M並列地設置的旁通管路88、彼此獨立地設置且連接所述控制閥3與油箱的第一油箱管路81T及第二油箱管路82T、連接所述第二馬達管路82M與所述第一馬達管路81M的再生管路83、以及從所述泵管路8P分支併到達油箱的溢流管路86來作為用於形成該迴路的管路(導管)。
[0026]所述控制閥3介於所述液壓泵2與所述液壓馬達4之間，根據對所述操作裝置6實施的操作的內容，將所述絞車捲筒5的驅動狀態在降下驅動狀態和提升驅動狀態之間切換。該實施方式所涉及的控制閥3包括具有下降用先導口 3a和提升用先導口 3b的三位先導切換閥(pilot-controlled selector valve),且以如下的方式工作:當對兩個先導口3a、3b均未供應先導壓時，該控制閥3保持在中立位置PO ;當對下降用先導口 3a供應先導壓時，該控制閥3以對應於該先導壓的行程從所述中立位置PO向降下驅動位置Pl側進行開閥動作；當對提升用先導口 3b供應先導壓時，該控制閥3以對應於該先導壓的行程從所述中立位置PO向提升驅動位置P2側進行開閥動作。
[0027]所述控制閥3在所述各位置形成如下所述的流路。[0028]i)控制閥3在所述中立位置PO處阻止從所述液壓泵2噴出的工作油供應至所述液壓馬達4，並且形成將該工作油通過所述第一油箱管路81T直接引導至油箱的第一溢流流路。另外，控制閥3在該中立位置PO處具有用於規定溢流流量的溢流節流部30，該溢流節流部30的開口面積Abo隨著遠離該中立位置PO而減小。
[0029]ii)控制閥3在所述降下驅動位置Pl處，通過連接所述泵管路8P與所述第一馬達管路81M，開通將從所述液壓泵2噴出的工作油引導至所述液壓馬達4的第一埠 4a的流路即降下驅動時的「入口節流流路」，並且通過連接所述第二馬達管路82M與所述第二油箱管路82T，開通使從所述液壓馬達4的第二埠 4b排出的工作油返回到油箱的流路即降下驅動用「出口節流流路」。而且，控制閥3在該降下驅動位置Pl處具有用於規定入口節流流路中的工作油流量即入口節流流量的入口節流部31，該入口節流部31的開口面積Ami隨著從所述中立位置PO算起的行程的增大而增加。
[0030]iii)控制閥3在所述提升驅動位置P2處，通過將所述泵管路8P連接於所述第二馬達管路82M及與所述第二馬達管路82M並列地設置的旁通管路88，形成將從所述液壓泵2噴出的工作油(如下所述，專門通過旁通管路88)引導至液壓馬達4的第二埠 4b的流路，並且通過將所述第一馬達管路81M連接於所述第二油箱管路82T，形成使從所述液壓馬達4的第一埠 4a排出的工作油返回到所述油箱的流路。
[0031]所述操作裝置6具有:先導液壓源9、遙控閥10、降下驅動用先導管路Ila及提升驅動用先導管路lib。
[0032]遙控閥10介於所述先導液壓源9與所述控制閥3的各先導口 3a、3b之間，並且包含受操作員操作的操作杆IOa和連接於該操作杆IOa的閥主體10b。閥主體IOb具有降下驅動用輸出口及提升驅動用輸出口，這些輸出口分別經由所述降下驅動用先導管路Ila及所述提升驅動用先導管路Ilb而連接於所述控制閥3的兩個先導口 3a、3b。該閥主體IOb以如下的方式與所述操作杆IOa聯動:從所述兩個輸出口中的與對所述操作杆IOa實施的操作的方向對應的輸出口輸出大小對應於該操作杆IOa的操作量的先導壓，並將該先導壓輸入至所述控制閥3的兩個先導口 3a、3b中的對應於所述輸出口的先導口。
[0033]如上所述，控制閥3從其中立位置PO向降下驅動位置Pl或提升驅動位置P2工作時的行程會對應於所輸入的先導壓的大小而增大，因此，操作員能夠通過操作所述操作杆IOa來改變所述控制閥3的工作方向及行程，據此，能夠改變所述溢流節流部30及所述入口節流部31的開口面積Abo、Ami。圖2的虛線表示所述操作杆IOa的(下降方向的)操作量與入口節流部31的開口面積Ami之間的關係，圖4表示所述操作量與溢流節流部30及A 口節流部31的開口面積Abo、Ami之間的關係。
[0034]在本實施方式中，所述入口節流流量控制器具有所述入口節流部31和設置在所述溢流管路86中的入口節流流量調節閥23。入口節流流量調節閥23能夠以使由所述溢流管路86構成的第二溢流流路的流量發生變化的方式進行開閉動作，其開度以使所述入口節流部31的上遊側壓力與下遊側壓力之差即前後壓差達到預定的設定壓差的方式發生變化。具體而言，若所述前後壓差變大，則所述入口節流流量調節閥23會向開閥方向工作，從而增加溢流管路86中的流量，由此抑制入口節流流量。在該實施方式中，所述降下驅動位置Pl處的所述控制閥3的輸出壓(outlet-side pressure)即所述入口節流部31下遊側的壓力、和作為所述入口節流流量調節閥23的輸入壓(inlet-side pressure)即所述入口節流部31上遊側的壓力的泵壓分別通過壓力導入管路22a、22b，從彼此相反的一側被導入所述入口節流流量調節閥23，由這兩個壓力的平衡決定所述入口節流流量調節閥23的開口面積及對應於該開口面積的溢流流量。
[0035]所述出口節流流量控制器對應於所述操作裝置6的降下驅動方向的操作量，具體而言對應於對所述遙控閥10的操作杆IOa實施的降下驅動方向的操作的量即操作杆操作量，控制所述出口節流流路中的工作油的流量即出口節流流量，在本實施方式中，所述出口節流流量控制器具有設置在所述第二馬達管路82M中的出口節流閥36及出口節流流量調節閥14。
[0036]所述出口節流閥36相當於本發明所涉及的出口節流部，且具有開口面積可變的節流部36a和先導口 36b。所述降下驅動用先導壓通過從所述降下驅動用先導管路Ila分支出的分支管路Ilc而被輸入至該先導口 36b。因此，該分支管路Ilc和所述降下驅動用先導管路Ila中的比所述分支管路Ilc的分支點更靠上遊側的部分構成將降下驅動用先導壓導向所述先導口 36b的出口節流用先導管路。所述出口節流閥36具有以下的開口特性:被導入所述先導口 36b的降下驅動用先導壓越大，即所述遙控閥10的操作杆IOa的降下驅動方向的操作量越大，則所述節流部36a的開口面積越大，當該操作量為0時，所述開口面積最小(較為理想的是所述開口面積為0)。
[0037]所述出口節流流量調節閥14與所述出口節流閥36 —同設置在比連接位置Pc更靠上遊側的位置，且以使該出口節流閥36的前後壓差即該出口節流閥36的上遊側壓力與下遊側壓力之差達到預定的設定壓差的方式進行開閉工作，該連接位置Pc是所述第二馬達管路82M中所述再生管路83所連接的位置。具體而言，出口節流流量調節閥14具有能夠開閉的閥主體和對該閥主體朝向開閥方向施力的彈簧14a，所述出口節流閥36的上遊側壓力通過壓力導入管路18a，從所述彈簧14a的相反側被導入所述出口節流流量調節閥14，所述出口節流閥36的下遊側壓力通過壓力導入管路18b，從與所述彈簧14a相同的一側被導入所述出口節流流量調節閥14。因此，根據由所述彈簧14a確定的設定壓差、和所述上遊側壓力與所述下遊側壓力之差，決定所述出口節流流量調節閥14的開度及對應於該開度的出口節流流量。該出口節流流量調節閥14可以如圖1所示地設置在出口節流閥36的下遊側，相反地，也可以設置在出口節流閥36的上遊側。
[0038]如圖2所示，構成所述入口節流流量控制器的入口節流部31的開口面積即入口節流開口面積Ami的特性、及構成所述出口節流流量控制器的出口節流閥36的開口面積即出口節流開口面積Amo的特性被設定為:無論操作杆操作量如何，出口節流開口面積Amo均為入口節流開口面積Ami以上，更詳細而言，除了操作杆操作量為0及其附近的區域之外，出口節流開口面積Amo大於入口節流開口面積Ami。由此,如圖3所示,使該實施方式所涉及的裝置具有以下的流量特性，即，無論操作杆操作量如何，出口節流流量Qmo均為入口節流流量Qmi以上的流量，更詳細而言，使該實施方式所涉及的裝置具有以下的流量特性，即，除了操作杆操作量為0及其附近的區域之外，出口節流流量Qmo大於入口節流流量Qmi。
[0039]所述背壓閥15是構成背壓產生部的壓力控制閥，其設置在所述第二馬達管路82M中的比所述再生管路83的連接位置Pc更靠下遊側的位置，並產生相當於其設定壓的背壓，所述第二馬達管路82M在降下驅動時構成出口節流流路。該背壓閥15的設定壓可以恆定，例如也可以具有隨著入口節流壓即降下驅動時的入口節流流路的壓力上升而下降的特性。或者，還能夠由可變節流閥構成背壓閥，該可變節流閥的開口面積會隨著操作杆1Oa的操作量的增加而增大。在此情況下，其開口面積Abk被設定為具有例如下式(1)所示的特性。
[0040]
【權利要求】
1.一種工程機械的液壓驅動裝置，利用液壓使負荷向下降方向移動，其中，所述下降方向與負荷因自重而下落的方向相同，所述工程機械的液壓驅動裝置的特徵在於包括: 液壓慄； 動力源，用於驅動所述液壓泵而使所述液壓泵噴出工作油； 液壓致動器，具有第一埠及第二埠，在所述第一埠接收從所述液壓泵噴出的工作油的供應並從所述第二埠排出工作油，從而使所述負荷向所述下降方向移動； 液壓迴路，包含:入口節流流路，當使所述負荷向下降方向移動時，將工作油從所述液壓泵向所述液壓致動器的第一埠引導；出口節流流路，當使所述負荷向所述下降方向移動時，將從所述液壓致動器的第二埠排出的工作油向油箱引導；和再生流路，使所述出口節流流路與所述入口節流流路連通； 控制閥，使從所述液壓泵流向所述液壓致動器的工作油的供應狀態變化； 操作裝置，用於操作所述控制閥； A 口節流流量控制器，控制所述入口節流流路中的所述工作油的流量、即入口節流流量； 出口節流流量控制器，將所述出口節流流路中比所述出口節流流路與所述再生流路的連接位置更靠上遊側的所述出口節流流路中的所述工作油的流量、即出口節流流量控制為所述入口節流流量控制器控制 的入口節流流量以上的流量； 背壓產生部，設置在所述出口節流流路中比所述出口節流流路與所述再生流路的連接位置更靠下遊側的位置，並生成被設定的背壓； 單向閥，設置在所述再生流路中，將所述再生流路中的所述工作油的流動方向限定為從所述出口節流流路朝向所述入口節流流路的方向；以及 出口節流流量限制器，在所述入口節流流路中的工作油的壓力為預先設定的容許壓力以下的情況下，強制地限制所述出口節流流量，其中， 所述出口節流流量控制器包括設置在所述出口節流流路中且具有可變的流路面積的出口節流部、和以使所述出口節流部的前後壓差達到設定壓力的方式使出口節流流量發生變化的出口節流流量調節閥， 所述出口節流流量限制器在所述入口節流流路中的工作油的壓力為所述容許壓力以下的情況下，使所述出口節流部的流路面積最小。
2.根據權利要求1所述的工程機械的液壓驅動裝置，其特徵在於: 所述控制閥由接受先導壓的供應而工作的先導切換閥構成，所述操作裝置包括:遙控閥，輸出用於向所述控制閥供應的先導壓；以及出口節流用先導管路，將所述遙控閥所輸出的先導壓中的降下驅動用先導壓引導至所述出口節流部，所述降下驅動用先導壓用於對所述控制閥進行操作，以向下降方向驅動所述液壓致動器，所述出口節流部以根據被所述出口節流用先導管路引導的降下驅動用先導壓而開口的方式工作。
3.根據權利要求2所述的工程機械的液壓驅動裝置，其特徵在於，所述出口節流流量限制器包括: 先導管路阻斷閥，設置在所述出口節流用先導管路的中途，且具有開通所述出口節流用先導管路的打開位置、和阻斷所述出口節流用先導管路以阻止向所述出口節流部供應先導壓的關閉位置；以及 阻斷操作部，僅在所述入口節流流路的壓力為所述容許壓力以下的情況下，將所述先導管路阻斷閥切換至所述關閉位置。
4.根據權利要求3所述的工程機械的液壓驅動裝置，其特徵在於: 所述先導管路阻斷閥是具有所述打開位置和所述關閉位置的先導切換閥，且僅在接受特定壓力以上的先導壓的供應的情況下，切換至所述打開位置， 所述阻斷操作部包括先導壓導入管路，所述先導壓導入管路將所述入口節流流路的壓力作為所述先導管路阻斷閥的先導壓而引導至該先導管路阻斷閥。
5.根據權利要求3所述的工程機械的液壓驅動裝置，其特徵在於: 所述先導管路阻斷閥是根據電信號的輸入而在所述打開位置與所述關閉位置之間切換的電磁閥， 所述阻斷操作部包括:壓力傳感器，檢測所述入口節流流路的壓力；以及阻斷控制部，僅在所述壓力傳感器檢測出的壓力為所述容許壓力以下的情況下，將所述電信號輸入至所述先導管路阻斷閥，以使所述先導管路阻斷閥切換至所述關閉位置。
6.根據權利要求2所述的工程機械的液壓驅動裝置，其特徵在於: 所述出口節流部被設置在所述控制閥內，所述出口節流部的開口面積伴隨所述控制閥的操作而發生變化， 所述出口節流用先導管路由降下驅動用先導管路構成，所述降下驅動用先導管路連接所述控制閥與所述遙控閥，以將所述降下驅動用先導壓供應至所述控制閥， 在所述降下驅動用先導管路的中途設置有所述先導管路阻斷閥。
【文檔編號】F15B11/02GK103807232SQ201310571962
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年11月13日 優先權日:2012年11月13日
【發明者】菅野直紀, 堀直人, 道田隆治 申請人:株式會社神戶制鋼所, 神鋼起重機株式會社