工作机械的液压系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及工作机械的液压系统，尤其涉及使用了利用液压泵直接驱动液压致动器的液压闭式回路的工作机械的液压系统。
【背景技术】
[0002]近年来，在液压挖掘机或轮式装载机等建筑机械中，节能成为重要的开发项目。在建筑机械的节能方面液压系统自身的节能是必不可少的，正在研宄液压闭式回路的应用，该液压闭式回路将具有能够双向排出的两个排出端口的液压泵(以下称为双向排出型的液压泵)与液压致动器进行闭式回路连接而直接驱动液压致动器。在液压闭式回路中，没有由控制阀引起的压力损失，由于从液压泵仅排出必要的流量，因此也没有流量损失。而且，还能够再生致动器的位置能量和减速时的能量。因此，通过应用液压闭式回路，能够实现液压系统的节能。
[0003]通常，在建筑机械中作为液压缸使用单杆式的液压缸。要对该单杆式的液压缸与液压泵进行闭式回路连接，需要吸收伴随着液压缸的缸盖侧室与活塞杆侧室的受压面积差而产生的流量差。以往，一般而言，为了吸收该流量差，使用灌注泵或低压选择阀(冲洗阀)(例如，专利文献I的图2)。另外，作为公开了不使用灌注泵或低压选择阀而吸收流量差的液压系统的技术文献，有专利文献I的图1及图3、专利文献2、3。
[0004]在专利文献I中，其图1及图3中公开了如下液压系统:设有相互连接驱动轴的两个双向排出型的液压泵，将一个液压泵的两个排出端口分别与液压缸的缸盖侧室和活塞杆侧室连接，将另一个液压泵的一个排出端口与缸盖侧室连接，将另一个排出端口与油箱连接。
[0005]在专利文献2中公开了如下液压系统:将对液压缸与液压泵进行了闭式回路连接的液压闭式回路与开式回路连接，在液压缸伸长时从开式回路侧的液压泵向缸盖侧室补充油，在液压缸拉入时如以往那样经由低压选择阀从液压缸的低压侧油路使剩余油返回到油箱。
[0006]在专利文献3(图2、图7)中公开了如下液压系统:将对动臂缸与液压泵进行了闭式回路连接的液压闭式回路与开式回路连接，在动臂上升时(液压缸伸长时)从开式回路侧的液压泵向缸盖侧室(高压侧)补充油，并且将液压闭式回路的活塞杆侧(低压侧)油路经由开闭阀和保险阀与油箱连接，在动臂下降时(液压缸拉入时)经由这些开闭阀和保险阀使剩余油返回到油箱。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1:日本特开2002 - 54602号公报
[0010]专利文献2:日本特开2005 - 76781号公报
[0011]专利文献3:日本特开2004 - 190845号公报
【发明内容】
[0012]发明要解决的问题
[0013]在如专利文献I的图2所示的以往的一般的液压系统中，在液压缸伸长时将缸盖侧室与活塞杆侧室的受压面积差分的流量从灌注泵向液压闭式回路进行加油。例如在使用了缸盖侧室与活塞杆侧室的受压面积比为2:1的工作缸的情况下，加油输送到缸盖侧室的流量的50%的流量。但是，如果考虑液压挖掘机，则从灌注泵供给作为主要部件的液压泵的最大流量的50%的大流量，在节能性、搭载性方面存在较大问题。
[0014]另外，由于构成为从经由低压选择阀与液压缸的低压侧连接的油路使剩余油返回到油箱，因此液压缸的负载方向反向，液压缸的低压侧与高压侧被替换，则朝向活塞杆侧室的流入流量及来自缸盖侧室的流出流量根据活塞杆侧室及缸盖侧室的受压面积比产生变化。其结果，液压缸的速度较大变动，从而产生冲击和振动，有可能导致操作性的恶化。尤其在建筑机械中，驱动工作机的工作缸的负载方向频繁产生变化。例如在驱动液压挖掘机的斗杆的斗杆缸的情况下，在使斗杆伸长的状态下斗杆重量向伸长工作缸的方向起作用，因此活塞杆侧室成为高压，在使斗杆折叠的状态下反而向拉入工作缸的方向起作用，因此缸盖侧室成为高压，由于在该情况而负载方向产生变化。从而，从操作性方面考虑，优选工作缸速度在负载方向反向时不产生较大变动。
[0015]在专利文献I的图1及图3所示的液压系统中，利用双向排出型的液压泵在液压缸的缸盖侧室与油箱之间对剩余流量和不足流量进行吸排，吸收伴随着缸盖侧室与活塞杆侧室的受压面积差而产生的流量差。其结果，抑制了灌注泵的必要流量，能够实现灌注泵的小容量化，并且，不需要冲洗阀，从而工作缸能够顺利工作。但是，双向排出型的液压泵的两个端口还均作为排出端口发挥功能，因此与开式回路泵的吸入端口相比端口面积较小，自吸性能较差。从而，在构成为使用如此端口面积较小且自吸性能较差的液压泵从油箱吸入油的情况下，尤其在使液压缸以高速伸长时，在液压泵中产生气蚀，存在液压缸无法顺利进行动作、或者速度无法提高之类的问题。另外，如要解决该问题，则需要另外的大容量的灌注泵，因此作为其结果产生无法使灌注泵小型化的问题。
[0016]专利文献2所示的液压系统，由于构成为在液压缸拉入时从经由低压选择阀与液压缸的低压侧连接的油路使剩余油返回到油箱，因此与如专利文献I的图2所示的以往的一般的液压系统同样，若在液压缸拉入时负载方向反向，贝lJ产生冲击和振动，有可能导致操作性的恶化。
[0017]专利文献3 (图2、图7)所示的液压系统的液压闭式回路，构成为对负载方向不产生变化(活塞杆侧室始终处于低压侧)的动臂缸进行驱动，在动臂缸拉入时使液压泵的排出流量之中超过朝向活塞杆侧室(低压侧)的流入流量的部分的流量经由开闭阀和保险阀返回到油箱，因此在动臂缸拉入时液压泵的排出压力被抑制成保险阀的设定压力。但是，在将这种结构的液压闭式回路应用于负载方向产生变化的斗杆缸的情况下，若在斗杆缸拉入时负载方向反向而活塞杆侧室被切换成高压侧，则有可能无法获得斗杆缸的驱动所需的排出压力，从而无法驱动斗杆缸。另外，假设为了获得超过安全压力的排出压力而想要在关闭开闭阀的状态下驱动斗杆缸，则产生无法使来自缸盖侧室的流出流量之中无法由液压泵吸收的剩余流量返回到油箱的问题。
[0018]本发明的目的是提供一种工作机械的液压系统，其在利用双向排出型的液压泵驱动单杆式的液压缸的液压闭式回路中，通过抑制灌注泵的必要流量而使加油系统小型化并提高节能性和搭载性，抑制工作缸高速驱动时的气蚀的产生和负载方向反向时的工作缸动作速度的变动而减少冲击和振动，从而能够提高操作性。
[0019]用于解决问题的技术方案
[0020](I)为了达到上述目的，本发明的工作机械的液压系统，具备具有能够双向排出的两个排出端口的至少一个闭式回路用液压泵、和至少一个单杆式液压缸，将上述闭式回路用液压泵的两个排出端口分别与上述液压缸的缸盖侧室及活塞杆侧室连接，上述工作机械的液压系统的特征在于，具备:至少一个开式回路用液压泵，其具有从油箱吸入工作油的吸入端口和排出工作油的排出端口 ；第一开闭阀，其配置在上述液压缸的缸盖侧室与上述开式回路用液压泵的排出端口之间；比例控制阀，其配置在上述液压缸的缸盖侧室与上述油箱之间；以及控制装置，在上述液压缸伸长时，上述控制装置以使上述闭式回路用液压泵和上述开式回路用液压泵这两方的排出流量送入上述液压缸的缸盖侧室的方式对上述闭式回路用液压泵、上述开式回路用液压泵和上述第一开闭阀进行控制，在上述液压缸拉入时，上述控制装置以使来自上述液压缸的缸盖侧室的流出流量的一部分返回到上述闭式回路用液压泵、且来自上述液压缸的缸盖侧室的流出流量的另一部分返回到上述油箱的方式，对上述闭式回路用液压泵和上述比例控制阀进行控制。
[0021 ] 在如此构成的本发明中，通过在液压缸伸长时在液压闭式回路中抑制灌注泵的必要流量，从而能够使包括灌注泵的加油系统小型化并提高节能性和搭载性。
[0022]另外，通过抑制工作缸的高速驱动时的气蚀产生和负载方向反向时的工作缸动作速度的变动，并减少冲击和振动，从而能够提高操作性。
[0023](2)在上述(I)中，优选的是，上述比例控制阀配置在将上述开式回路用液压泵的排出端口连接在上述油箱的油路上，在上述液压缸伸长时，上述控制装置将上述第一开闭阀切换到打开位置且将上述比例控制阀控制在关闭位置，在上述液压缸拉入时，上述控制装置将上述第一开闭阀切换到打开位置且将上述比例控制阀控制在打开位置。
[0024]由此，在液压缸拉入时，能够提高工作缸速度。
[0025]另外，在液压缸拉入时，通过最低限度抑制负载方向反向时的速度变动并减少冲击和振动，从而能够提尚操作性。
[0026](3)在上述(2)中，优选的是，在上述液压缸伸长时，上述控制装置以使从上述开式回路用液压泵送入上述液压缸的缸盖侧室的流量基于由上述液压缸的缸盖侧室与活塞杆侧室的受压面积差引起的缸盖侧室流量与活塞杆侧室流量的差分而确定的方式，控制上述开式回路用液压泵的排出流量。
[0027]由此，在液压缸伸长时将液压闭式回路中的灌注泵的必要流量在额定速度时实际抑制为零，能使包括灌注泵的加油系统小型化并提高节能性和搭载性。
[0028]另外，通过最低限度抑制液压缸伸长时的负载方向反向时的速度变动并减少冲击和振动，从而能够提尚操作性。
[0029](4)在上述(2)中，优选的是，在上述液压缸拉入时，上述控制装置以使返回到上述油箱中的来自上述液压缸的缸盖侧室的流出流量的另一部分基于由上述液压缸的缸盖侧室与活塞杆侧室的受压面积差引起的缸盖侧室流量与活塞杆侧室流量的差分而确定的方式，控制上述比例控制阀。
[0030]由此，在液压缸拉入时，能够提高工作缸速度。
[0031 ] 另外，在液压缸拉入时，通过最低限度抑制负载方向反向时的速度变动并减少冲击和振动，从而能够提尚操作性。
[0032](5)在上述(2)中，优选的是，在上述液压缸拉入时且上述液压缸进行再生动作时，在通过使来自上述液压缸的缸盖侧室的流出流量的一部分返回到上述闭式回路用液压泵而经由上述闭式回路用液压泵再生的能量超过上述工作机械的容许再生量的情况下，上述控制装置以使返回到上述闭式回路用液压泵的流量的一部分返回到上述油箱的方式，控制上述比例控制阀。
[0033]由此，即使在无法完全吸收再生能量的情况下，也能够确保必要的工作缸速度。
[0034](6)在上述(2)中，优选的是，上述比例控制阀是具备压力补偿功能的流量控制阀。
[0035]由此，即使在液压缸拉入时缸盖侧压力产生变动，能够容易控制成比例控制阀的排出流量成为目标流量，因此获得良好的操作性。
[0036](7)在上述(I)或(2)中，上述工作机械是具有回转液压马达和动臂缸的液压挖掘机，上述单杆式液压缸是上述动臂缸，设有与上述开式回路用液压泵不同的另一个开式回路用液压泵，将该另一个开式回路用液压泵经由控制阀与上述回转液压马达连接。
[0037]由此，回转液压马达由另外设置的液压开式回路用液压泵进行驱动，因此即使在多用于液压挖掘机的回转和动臂上升的复合动作中，能够抑制驱动动臂缸的液压闭式回路中的灌注泵的必要流量，能够使包括灌注泵的加油系统小型化并提高节能性和搭载性。
[0038]另外，利用不同的液压泵驱动回转马达和动臂缸，因此回转动作与动臂上升动作的匹配变得容易。
[0039](8)在上述(I)或(2)中，上述工作机械的液压系统具备:包