CN111742150B - 建筑机械的油压系统 - Google Patents

Abstract

建筑机械的油压系统具备向油压执行器供给工作油的泵、配置于从泵延伸至储罐的中心旁通管线上，并具有旁通通路的控制阀、在控制阀的下游侧设于中心旁通管线的卸荷阀以及控制卸荷阀的控制装置，控制阀如下地构成：从操作装置输出的操作信号从规定值上升至第一设定值的期间内，使旁通通路的开口面积比卸荷阀的开口面积大，操作信号为比第一设定值大的第二设定值以上时，使旁通通路的开口面积为该旁通通路的最大开口面积的1/4以下。

Description

建筑机械的油压系统

技术领域

本发明涉及建筑机械的油压系统。

背景技术

如油压挖掘机或油压起重机的建筑机械中，通过油压系统驱动各部分。例如，专利文献1中公开了如图7所示的油压挖掘机的油压系统100。

具体地，油压系统100包括向动臂缸（boom cylinder）等第一组油压执行器供给工作油的第一泵111和向斗杆缸（arm cylinder）等第二组油压执行器供给工作油的第二泵112。从第一泵111至储罐延伸有第一中心旁通管线121，该第一中心旁通管线121上配置有多个控制阀131。同样地，从第二泵112至储罐延伸有第二中心旁通管线122，该第二中心旁通管线122上配置有多个控制阀132。

控制阀131、132分别根据对应的操作装置170的操作量，对向对应的油压执行器的工作油的供给流量进行控制。更详细地，控制阀131、132分别具有构成中心旁通管线（121或122）的一部分的中心旁通通路，构成为随着对应的操作装置170的操作量变大而使中心旁通通路的开口面积慢慢变小。

又，从第一中心旁通管线121在所有控制阀131的上游侧分叉有卸荷管线（unloadline）（也称泄压管线（bleed off line））151，该卸荷管线151中设有卸荷阀（也称泄压阀）161。此外，第一中心旁通管线121中，在所有控制阀131的下游侧设有旁通截止阀（bypasscut valve）141。

同样地，从第二中心旁通管线122在所有控制阀132的上游侧分叉有卸荷管线152，该卸荷管线152中设有卸荷阀162。此外，第二中心旁通管线122中在所有控制阀132的下游侧设有旁通截止阀142。

卸荷阀161、162及旁通截止阀141、142经电磁比例阀181、182由控制装置190进行控制。正常时，在旁通截止阀141、142位于阻断（block）位置B的状态下，卸荷阀161、162在卸荷位置A和阻断位置B之间工作。控制装置190对各卸荷阀（161或162）以该卸荷阀的开口面积随着第一组油压执行器用的操作装置170或第二组油压执行器用的操作装置170的操作量变大而变小的形式进行控制。即，正常时，卸荷流量（泄压流量）受到电气控制。

另一方面，电气系统的切断或控制装置190的故障等失效（fail）时，卸荷阀161、162切换至失效安全（fail-save）位置C使卸荷管线151、152关闭，并且旁通截止阀141、142切换至失效安全位置A使中心旁通管线121、122打开。由此，失效时也根据各操作装置170的操作量，对向对应的油压执行器的工作油的供给流量进行控制。

现有技术文献：

专利文献：

专利文献1：日本特许第4232784号公报。

发明内容

发明要解决的问题：

但是，图7所示的油压系统100中，为了失效安全对于一个泵需要两个阀（卸荷阀和旁通截止阀），成本高。

因此，本发明的目的在于提供一种能够以低价的结构实现正常时的卸荷流量的电气控制和失效安全的建筑机械的油压系统。

解决问题的手段：

为了解决上述问题，本发明的建筑机械的油压系统，特征在于，具备：至少一个油压执行器；向所述油压执行器供给工作油的泵；接受用于使所述油压执行器活动的操作，而输出与该操作量对应的操作信号的至少一个操作装置；从所述泵延伸至储罐的中心旁通管线；配置于所述中心旁通管线上且控制向所述油压执行器的工作油的供给流量的至少一个控制阀，所述控制阀具有构成所述中心旁通管线的一部分的旁通通路，并根据从所述操作装置输出的操作信号而工作；在所述控制阀的下游侧设于所述中心旁通管线，并在常态位置时开口面积为最大的卸荷阀；以及以随着从所述操作装置输出的操作信号变大而使所述卸荷阀的开口面积变小，且所述操作信号为第一设定值时使所述卸荷阀的开口面积为零的形式对所述卸荷阀进行控制的控制装置；所述控制阀如下地构成：所述操作信号从规定值上升至所述第一设定值的期间内，使所述旁通通路的开口面积比所述卸荷阀的开口面积大，所述操作信号为比所述第一设定值大的第二设定值以上时，使所述旁通通路的开口面积为该旁通通路的最大开口面积的1/4以下。

根据上述的结构，从操作装置输出的操作信号从规定值上升至第一设定值的期间内，控制阀的旁通通路的开口面积比卸荷阀的开口面积大，从而能够利用位于控制阀的下游侧的卸荷阀，对卸荷流量进行电气控制。另一方面，与卸荷阀相关的电气系统的切断或控制装置部分性故障等失效时，卸荷阀维持于最大开口面积，但操作信号为第二设定值以上时，控制阀的旁通通路的开口面积变小，主泵的吐出压即旁通通路的上游侧的压力相应地变为高状态。因此，能够向油压执行器供给工作油并使油压执行器活动。而且，能够将正常时的卸荷流量的电气控制和失效安全，以一个卸荷阀对一个主泵的低价的结构来实现。

也可以是，所述操作信号为所述第二设定值以上时所述旁通通路的开口面积为零。根据该结构，作为与卸荷阀相关的电气系统的切断或控制装置部分性故障等失效时且操作信号变为第二设定值以上时，不再有穿过卸荷阀流入至储罐的工作油，从而能够节约能量。

也可以是，所述操作信号为所述第二设定值以上时，所述旁通通路的开口面积为该旁通通路的最大开口面积的1/100以上且1/4以下。根据该结构，能够广阔地确保卸荷阀的开口面积的调节范围。

也可以是，所述操作信号从零上升至所述第一设定值的期间内，所述旁通通路的开口面积保持最大。根据该结构，能够对卸荷阀的开口面积的变化特性较为自由地进行设定。

也可以是，所述操作信号从零上升至所述第二设定值的期间内，所述旁通通路的开口面积慢慢下降。根据该结构，在与卸荷阀有关的电气系统的切断或控制装置部分性故障等失效时，即使在操作信号的较小的区域（操作装置具有操作杆的情况下，操作杆在接近中立的区域）也能够使油压执行器活动。换言之，能够将使油压执行器可活动的操作信号范围更接近正常状态。

也可以是，所述规定值为第一规定值；所述旁通通路的开口面积及所述卸荷阀的开口面积的变化特性为在比所述第一规定值大的第二规定值处弯折的折线；所述第二规定值处的所述旁通通路的开口面积为所述第二规定值处的所述卸荷阀的开口面积的1.05~6倍。根据该结构，能够对于各种油压执行器更可靠地获得即使在上述的操作信号的较小的区域也能够使油压执行器活动这一效果。

发明效果：

根据本发明，能够以低价的结构实现正常时的卸荷流量的电气控制和失效安全。

附图说明

图1为本发明一实施形态的建筑机械的油压系统的概略结构图；

图2为作为建筑机械的一例的油压挖掘机的侧视图；

图3为示出上述实施形态中，从操作装置输出的操作信号与卸荷阀的开口面积及控制阀的旁通通路的开口面积的关系的图表；

图4为示出变形例中，从操作装置输出的操作信号与卸荷阀的开口面积及控制阀的旁通通路的开口面积的关系的图表；

图5为示出另一变形例中，从操作装置输出的操作信号与卸荷阀的开口面积及控制阀的旁通通路的开口面积的关系的图表；

图6为示出又一变形例中，从操作装置输出的操作信号与卸荷阀的开口面积及控制阀的旁通通路的开口面积的关系的图表；

图7为现有的油压挖掘机的油压系统的概略结构图。

具体实施方式

图1中示出了本发明一实施形态的建筑机械的油压系统1，图2示出了该油压系统1所搭载的建筑机械10。图2所示的建筑机械10为油压挖掘机，但本发明也可以适用于油压起重机等其他建筑机械。

图2所示的建筑机械10为自走式，包括行驶体11。又，建筑机械10包括可回转地支持于行驶体11的回转体12和相对于回转体12进行俯仰的动臂。动臂的梢端可摇动地连结有斗杆，斗杆的梢端可摇动地连结有铲斗（bucket）。回转体12中设有设置了驾驶座的驾驶室16。另外，建筑机械10也可以不是自走式。

油压系统1包括图2所示的动臂缸13、斗杆缸14及铲斗缸15作为油压执行器，并包括未图示的左右一对的行驶马达及回转马达。动臂缸13使动臂俯仰，斗杆缸14使斗杆摇动，铲斗缸15使铲斗摇动。

又，油压系统1，如图1所示，包括向上述的油压执行器供给工作油的主泵22。另外，图1中，为了简化图面，省略了动臂缸13及斗杆缸14以外的油压执行器。

主泵22由发动机21驱动。但主泵22也可以由电动机驱动。又，发动机21也驱动副泵24。主泵22也可以与图7所示的现有的油压系统100同样地设置多个。

主泵22为倾转角可变的可变容量型的泵（斜板泵或斜轴泵）。主泵22的倾转角由调节器（regulator）23进行调节。

本实施形态中，主泵22的吐出流量以电气正控制（positive control）方式进行控制。因此，调节器23由电气信号工作。例如，调节器23在主泵22是斜板泵的情况下，可以对作用于与主泵22的斜板连结的伺服活塞（servo piston）的油压进行电气变更，也可以是与主泵22的斜板连结的电动执行器。

不过，主泵22的吐出流量也可以以油压负控制（negative control）方式进行控制。该情况下，调节器23由油压工作。或者，主泵22的吐出流量也可以以荷载感应（loadsensing）方式进行控制。

中心旁通管线31从主泵22延伸至储罐。该中心旁通管线31上，配置有包括动臂控制阀41及斗杆控制阀42的多个控制阀4。另外，图1中，为了简化图面，省略了动臂控制阀41及斗杆控制阀42以外的控制阀4。

所有的控制阀4通过供给管线32而与主泵22连接，并且通过储罐管线33而与储罐连接。另外，供给管线32的上游侧部分和中心旁通管线31的上游侧部分为共通的流路。又，各控制阀4通过一对给排管线而与对应的油压执行器连接。例如，动臂控制阀41通过一对给排管线13a、13b而与动臂缸13连接，斗杆控制阀42通过一对给排管线14a、14b而与斗杆缸14连接。而且，各控制阀4对向对应的油压执行器的工作油的供给流量进行控制。

驾驶室16内配置有包括动臂操作装置51及斗杆操作装置52的多个操作装置5。各操作装置5包括接受用于使对应的油压执行器可动的操作的操作部（操作杆或脚踏板），输出与操作部的操作量对应的操作信号。各控制阀4根据从对应的操作装置5输出的操作信号而工作。

例如，动臂操作装置51在操作杆向动臂抬起方向倾倒时输出与操作杆的倾倒角对应的动臂抬起操作信号，在操作杆向动臂下降方向倾倒时输出与操作杆的倾倒角对应的动臂下降操作信号。又，斗杆操作装置52在操作杆向斗杆拉动方向倾倒时输出与操作杆的倾倒角对应的斗杆拉动操作信号，在操作杆向斗杆推动方向倾倒时输出与操作杆的倾倒角对应的斗杆推动操作信号。

本实施形态中，各控制阀4具有一对先导端口，并且各操作装置5为输出先导压作为操作信号的先导操作阀。因此，各操作装置5通过一对先导管线和对应的控制阀4的先导端口连接。例如，动臂操作装置51通过一对先导管线61、62和动臂控制阀41的先导端口连接，斗杆操作装置52通过一对先导管线63、64和斗杆控制阀42的先导端口连接。

但是，各操作装置5也可以是输出电气信号作为操作信号的电气操纵杆。该情况下，各控制阀4的先导端口可以分别与电磁比例阀连接，也可以是各控制阀4为电磁先导式。各控制阀4的先导端口分别与电磁比例阀连接的情况下，各控制阀4经电磁比例阀由后述的控制装置8进行控制，各控制阀4为电磁先导式的情况下，各控制阀4直接由控制装置8进行控制。

各操作装置5和对应的控制阀4的先导端口之间的一对先导管线分别设有检测作为操作信号的先导压的压力传感器9。压力传感器9和控制装置8电气连接。但，图1中为了简化图面仅绘制了一部分信号线。

控制装置8以随着从各操作装置5输出的操作信号变大而使主泵22的吐出流量增大的形式对调节器23进行控制。例如，控制装置8为具有ROM或RAM等存储器和CPU的计算机，存储于ROM内的程序由CPU执行。

此外，中心旁通管线31中在所有控制阀4的下游侧设有卸荷阀71。卸荷阀71为常开型（normally open type）的开闭阀，在常态位置开口面积Au最大。更详细地，卸荷阀71具有先导端口，随着导入先导端口的先导压变高而卸荷阀71的开口面积Au变小。

卸荷阀71的先导端口通过二次压管线72和电磁比例阀73连接，电磁比例阀73由一次压管线74和副泵24连接。电磁比例阀73为示出指令电流和二次压为正相关的正比例型。另外，一次压管线74的压力（副泵24的吐出压）由图略的安全阀保持一定。

卸荷阀71经电磁比例阀73由控制装置8进行控制。具体地，控制装置8如图3所示，以随着从各操作装置5输出的操作信号变大而使卸荷阀71的开口面积Au变小的形式对卸荷阀71进行控制。卸荷阀71的开口面积Au在操作信号为第一设定值θ1时为零。例如，第一设定值θ1设定为在操作信号的最大值θm的50～95％的范围内。

本实施形态中，卸荷阀71的开口面积Au的变化特性为斜率一定的直线。但，卸荷阀71的开口面积Au的变化特性也可以是如图3中的单点划线所示的折线，还可以是曲线。或者，卸荷阀71的开口面积Au的变化特性也可以如图3中双点划线所示，设定为在操作信号较小时开口面积保持最大。

另外，卸荷阀71的开口面积Au的变化特性也可以根据操作信号的种类而不同。例如，动臂抬起时的卸荷阀71的开口面积Au也可以比斗杆拉动时的卸荷阀71的开口面积Au小。

各控制阀4具有构成中心旁通管线31的一部分的旁通通路4a（参照图1）。如图3所示，各控制阀4构成为在从对应的操作装置5输出的操作信号从规定值θa上升至第一设定值θ1的期间内，旁通通路4a的开口面积As比卸荷阀71的开口面积Au大。此外，各控制阀4构成为在从对应的操作装置5输出的操作信号为比第一设定值θ1大的第二设定值θ2以上时，旁通通路4a的开口面积As为该旁通通路4a的最大开口面积Asm的1/4以下。

操作信号从第二设定值θ2上升至最大值θm的期间内，旁通通路4a的开口面积As可以慢慢下降，也可以为一定。例如，第二设定值θ2设定为操作信号的最大值θm的53～98％的范围内。

本实施形态中，操作信号从零上升至第二设定值θ2的期间内，旁通通路4a的开口面积As保持最大。但，旁通通路4a的开口面积As保持最大的范围是从零至第一设定值θ1即可，如图4所示，旁通通路4a的开口面积As也可以从操作信号变得比第一设定值θ1稍大的时候开始下降。

又，本实施形态中，各控制阀4的旁通通路4a的最大开口面积Asm比卸荷阀71的最大开口面积小。因此，规定值θa比零大。但，各控制阀4的旁通通路4a的最大开口面积Asm也可以和卸荷阀71的最大开口面积相等或比其大。该情况下，规定值θa为零。

此外，本实施形态中，操作信号变为第二设定值θ2以上时，旁通通路4a的开口面积As为该旁通通路4a的最大开口面积Asm的1/100以上且1/4以下。但，旁通通路4a的开口面积As也可以在操作信号为第二设定值θ2以上时为零。

如以上说明，本实施形态的油压系统1中，从各操作装置5输出的操作信号从规定值θa上升至第一设定值θ1的期间内，对应的控制阀4的旁通通路4a的开口面积As比卸荷阀71的开口面积Au大，从而能够利用位于所有控制阀4的下游侧的卸荷阀71，对卸荷流量进行电气控制。另一方面，与卸荷阀相关的电气系统的切断或控制装置部分性故障等失效时，卸荷阀71维持于最大开口面积，但从各操作装置5输出的操作信号为第二设定值θ2以上时，对应的控制阀4的旁通通路4a的开口面积As变小，主泵22的吐出压作为旁通通路4a的上游侧的压力相应地变为高状态。因此，能够向对应的油压执行器供给工作油并使油压执行器活动。而且，能够将正常时的卸荷流量的电气控制和失效安全，以一个卸荷阀71对一个主泵22的低价的结构来实现。

此外，本实施形态中，各控制阀4的旁通通路4a的开口面积As，从对应的操作装置5输出的操作信号从零上升至第一设定值θ1期间保持最大，从而如图3中的单点划线及双点划线所示，能够对卸荷阀71的开口面积Au的变化特性较为自由地进行设定。

另外，在各操作装置5为电气操纵杆的情况下，能够在例如卸荷阀不能正常工作但控制阀正常工作时谋求失效安全。

（变形例）

本发明不限定于上述的实施形态，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行种种变形。

例如，各控制阀4的旁通通路4a的开口面积As也可以在从对应的操作装置5输出的操作信号为第二设定值θ2以上时为零。该情况下，作为与卸荷阀71相关的电气系统的切断或控制装置部分性故障等失效时且操作信号为第二设定值θ2以上时，不再有穿过卸荷阀71流入至储罐的工作油，从而能够节约能量。但，能够得到这样的效果的另一方面，若考虑到卸荷阀71的制造误差等，无法使第一设定值θ1太接近第二设定值θ2。对此，如上述实施形态，如果操作信号为第二设定值θ2以上时旁通通路4a的开口面积As为该旁通通路4a的最大开口面积Asm的1/100以上且1/4以下，则能够使第一设定值θ1接近第二设定值θ2，能够广阔地确保卸荷阀71的开口面积Au的调节范围。

又，如图5所示，各控制阀4的旁通通路4a的开口面积As也可以在从对应的操作装置5输出的操作信号从零上升至第二设定值θ2的期间慢慢下降。根据该结构，在与卸荷阀相关的电气系统的切断或控制装置部分性故障等失效时，即使在操作信号的较小的区域（操作装置5具有操作杆的情况下，操作杆在接近中立的区域）也能够使油压执行器活动。换言之，能够让使油压执行器可活动的操作信号范围更接近正常状态。

图5所示的例中，卸荷阀71的开口面积Au的变化特性及旁通通路4a的开口面积As的变化特性为在规定值θb处弯折的折线。例如，规定值θb和控制阀4的入口节流（meter-in）通路开始开口时的操作信号大致一致。像这样的折线形状，能够防止卸荷时中心旁通管线31的不必要的压力损失，还能够在入口节流通路开始开口时使卸荷阀71的控制增益（gain）较小（能够使相对于操作信号的开口面积Au的增加变小）。

例如，规定值θb处的旁通通路4a的开口面积Asb为规定值θb处的卸荷阀71的开口面积Aub的1.05～6倍。根据该结构，能够对于各种油压执行器更可靠地获得即使在上述的操作信号的较小的区域也能够使油压执行器活动这一效果。

又，图5所示的例中，操作信号为第二设定值θ2以上时的旁通通路4a的开口面积As为零，但也可以是，如图6所示，操作信号为第二设定值θ2以上时的旁通通路4a的开口面积As为该旁通通路4a的最大开口面积Asm的1/100以上且1/4以下。操作信号为第二设定值θ2以上时的旁通通路4a的开口面积As为零的情况或不为零的情况下都能够获得和上述的相同的效果。

此外，如图5所示卸荷阀71的开口面积Au的减少率在规定值θb处变化的情况下，从规定值θb到第一设定值θ1的开口面积Au的变化特性也可以由带有不同斜度的多条直线构成。如果是像这样的折线形状，则能够更好地活用能够防止上述卸荷时中心旁通管线31的不必要的压力损失，还能够在入口节流通路开始开口时使卸荷阀71的控制增益（gain）较小（能够使相对于操作信号的开口面积Au的增加变小）这一特征。

符号说明：

1　 油压系统

10　建筑机械

13　动臂缸（油压执行器）

14　斗杆缸（油压执行器）

22　主泵

4　 控制阀

4a　旁通通路

5　 操作装置

71　卸荷阀

8　 控制装置。

Claims (6)

1.一种建筑机械的油压系统，其特征在于，具备：

至少一个油压执行器；

向所述油压执行器供给工作油的泵；

接受用于使所述油压执行器活动的操作，而输出与该操作量对应的操作信号的至少一个操作装置；

从所述泵延伸至储罐的中心旁通管线；

配置于所述中心旁通管线上且控制向所述油压执行器的工作油的供给流量的至少一个控制阀，所述控制阀具有构成所述中心旁通管线的一部分的旁通通路，并根据从所述操作装置输出的操作信号而工作；

在所述控制阀的下游侧设于所述中心旁通管线，并在常态位置时开口面积为最大的卸荷阀；以及

以随着从所述操作装置输出的操作信号变大而使所述卸荷阀的开口面积变小，且所述操作信号为第一设定值时使所述卸荷阀的开口面积为零的形式对所述卸荷阀进行控制的控制装置；

所述控制阀如下地构成：所述操作信号从规定值上升至所述第一设定值的期间内，使所述旁通通路的开口面积比所述卸荷阀的开口面积大，所述操作信号为比所述第一设定值大的第二设定值以上时，使所述旁通通路的开口面积为该旁通通路的最大开口面积的1/4以下。

2.根据权利要求1所述的建筑机械的油压系统，其特征在于，所述操作信号为所述第二设定值以上时所述旁通通路的开口面积为零。

3.根据权利要求1所述的建筑机械的油压系统，其特征在于，所述操作信号为所述第二设定值以上时，所述旁通通路的开口面积为该旁通通路的最大开口面积的1/100以上且1/4以下。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的建筑机械的油压系统，其特征在于，所述操作信号从零上升至所述第一设定值的期间内，所述旁通通路的开口面积保持最大。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的建筑机械的油压系统，其特征在于，所述操作信号从零上升至所述第二设定值的期间内，所述旁通通路的开口面积慢慢下降。

6.根据权利要求5所述的建筑机械的油压系统，其特征在于，

所述规定值为第一规定值；

所述旁通通路的开口面积及所述卸荷阀的开口面积的变化特性为在比所述第一规定值大的第二规定值处弯折的折线；

所述第二规定值处的所述旁通通路的开口面积为所述第二规定值处的所述卸荷阀的开口面积的1.05~6倍。

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