工程机械的动臂驱动装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种用于驱动工程机械的动臂的装置，该装置能够降低所需动力。该工程机械具有：动臂缸(6)；可变容量型的液压泵(10)；控制阀(12)，将液压泵10的吐出油引导至动臂缸(6)；动臂升起操作检测器(42)，检测动臂升起操作；动臂缸压力检测器(46A、46B)；供给切换阀(30)，能够在允许从液压泵(10)向动臂缸(6)的头侧室(6a)供给工作油的允许位置和切断工作油的供给的切断位置之间进行切换；补给用液路(34)，当所述切断时，允许向头侧室(6a)补给工作油；以及控制器(50)，在动臂升起操作时判断出正处于如下状态的情况下，将供给切换阀(30)设为切断位置，且减少液压泵(10)的容量，所述状态是指，即使不从液压泵(10)向头侧室(6a)供给工作油，挖掘反作用也使动臂缸(6)伸长的状态。
【专利说明】工程机械的动臂驱动装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种设置于具有作业附属装置的液压挖掘机等工程机械的装置，该作业附属装置包括动臂及斗杆，所述装置利用液压驱动所述动臂。
【背景技术】
[0002]一般的液压挖掘机包括机械主体以及安装于该机械主体的作业附属装置，该作业附属装置具有:能够升降的动臂；以能够转动的方式连结于该动臂的顶端的斗杆；安装于该斗杆的顶端的伊斗；使所述动臂升降的动臂缸(boom cylinder);使所述斗杆转动的斗杆缸(arm cylinder);以及使所述?产斗转动的?产斗缸(bucket cylinder)。所述动臂缸设置于所述动臂与所述机械主体之间，通过伸长使所述动臂向升起方向动作，所述斗杆缸设置于所述斗杆与所述动臂之间，通过伸长使所述斗杆向拉近方向(接近动臂的方向)转动。
[0003]在所述机械主体装有用于使所述各缸伸缩的液压回路。该液压回路包括:将油箱内的工作油吸入并吐出的液压泵；以及设置于该液压泵与所述各缸之间的多个控制阀，该多个控制阀用于转换从所述液压泵向所述缸的工作油的供给方向，通过该控制阀的动作，进行所述各缸的伸长操作及收缩操作。
[0004]这种液压挖掘机通过所述动臂、斗杆及铲斗的动作来实现挖掘及其他各种作业。例如，在专利文献I中记载:通过所述动臂的升起方向的操作即动臂升起操作与所述斗杆的拉近方向的操作即斗杆拉近操作而成的复合操作来进行所需的挖掘作业。
[0005]在以所述液压挖掘机为例的以往的工程机械中，为了转动所述液压泵以使所述各缸伸缩而需要相当大的动力，例如需要发动机马力，该动力的降低已成为一个重要的课题。特别是在同时进行如上所述的动臂升起操作和斗杆拉近操作的挖掘作业中，为了同时伸长动臂缸及斗杆缸而需要相当大的马力，已被要求对其进行改善。
[0006]在所述专利文献I中记载这样一种技术:为了防止在所述复合操作时因挖掘反作用力而车身抬起来，设有使所述动臂缸的杆侧室与所述斗杆缸的头侧室连通的补给用液路以及使该补给用液路开闭的切换阀，只有在所述动臂缸的杆侧室升压到规定压力以上时，才使所述切换阀打开，允许工作油从所述斗杆缸的头侧室向所述动臂缸的头侧室流入，自动使动臂缸伸长，但是该技术几乎不为上述的所需动力的削减做出贡献。
[0007]现有技术文献专利文献专利文献 1:W02004/005727
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种设置于具有作业附属装置的工程机械的装置，该作业附属装置包括动臂及斗杆，所述装置利用液压驱动所述动臂，能够有效地降低由包含所述动臂的升起操作在内的复合操作进行的挖掘作业所需的动力。
[0009]为了达成该目的，本发明人关注如下情况，S卩:在挖掘作业时，所述作业附属装置从地面接受的挖掘反作用力作为使用于升降所述动臂的动臂缸伸长(即，使动臂向动臂升起方向动作)的力发挥作用，因此，即使不向该动臂缸供给工作油，动臂缸也会伸长。具体而言，在包含所述动臂升起操作的复合操作中，例如在包含该动臂升起操作和斗杆拉近操作的挖掘作业时，如所述专利文献I的图7所示，发生使机械主体的前端从地面抬起的挖掘反作用力，另一方面，作用于机械主体等的重力克服所述挖掘反作用力而将机械主体维持在着地状态，因此，会产生该动臂缸超过工作油从液压泵向所述动臂缸的头侧室中的供给而伸长的现象。在这种状态下，不需积极地从液压泵向所述动臂缸的头侧室供给工作油，该动臂缸也能够自然地伸长而将工作油吸入到该头侧室中。因此，在该状态下，通过停止从所述液压泵向所述动臂缸的头侧室的工作油的供给，能够降低使该液压泵动作所需的动力。
[0010]本发明根据上述观点而做出，提供一种具有如下结构的装置。即，本发明提供的装置设置于工程机械，该工程机械具有机械主体、以能够升降的方式安装于该机械主体的动臂、以及以能够转动的方式连结于该动臂的顶端的斗杆，所述装置利用液压驱动所述动臂，包括:动臂缸，位于所述机械主体与所述动臂之间，连接于该动臂及该机械主体，通过伸长来使所述动臂向升起方向动作；可变容量型的液压泵，将油箱内的工作油吸入并吐出；动臂用控制阀，能够在将所述液压泵吐出的工作油引导至所述动臂缸的头侧室而使该动臂缸伸长的位置和将所述液压泵吐出的工作油引导至所述动臂缸的杆侧室而使该动臂缸收缩的位置之间进行切换；动臂升起操作检测器，对于所述动臂用控制阀，检测正在进行使所述动臂向升起方向动作的动臂升起操作；动臂缸压力检测器，检测所述动臂缸的头侧室及杆侧室中至少杆侧室的压力；供给切换阀，能够在允许从所述液压泵向所述动臂缸的头侧室供给工作油的允许位置和切断工作油的供给的切断位置之间进行切换；补给用液路，将所述油箱与所述头侧室相连通，以当所述供给切换阀切断所述工作油的供给时，允许从所述油箱向所述动臂缸的头侧室补给工作油；以及控制器，只有在所述动臂升起操作检测器检测出所述动臂升起操作，且所述动臂缸压力检测器检测出的压力满足预先设定的伸长认定条件的情况下，才将所述供给切换阀切换到所述切断位置，并且，与所述供给切换阀位于所述允许位置时相比，减少所述液压泵的容量，其中，所述预先设定的伸长认定条件用于判断出所述动臂缸正处于如下状态，该状态是指，即使不从所述液压泵向所述动臂缸的头侧室供给工作油，作用于所述作业附属装置的挖掘反作用力也使所述动臂缸伸长的状态。
[0011]在该装置中，当对所述动臂缸进行动臂升起方向的操作时，根据该动臂缸的至少杆侧室的压力判断是否正处于如下状态:即使不从所述液压泵向所述动臂缸的头侧室供给工作油，作用于所述作业附属装置的挖掘反作用力也使所述动臂缸伸长的状态(以下称为“自然伸长状态”)，换言之，该状态是能够通过补给用液路从油箱将工作油吸入到头侧室内的状态，而在判断出处于自然伸长状态时切断工作油向所述头侧室的供给，并且减少所述液压泵的泵容量。由此，能够在保证所述作业附属装置的正常动作(包含动臂升起动作的动作)的状态下，降低所述液压泵的动力。
[0012]具体而言，所述伸长认定条件优选包含使所述动臂缸伸长的缸推力小于预先设定的推力阈值，该缸推力根据所述头侧室及所述杆侧室的压力而求出。这样，通过以缸推力的大小为基础，能够正确地判断动臂缸的伸长状态(判断是否处于自然伸长状态)。在此情况下，所述动臂缸压力检测器分别检测所述动臂缸的头侧室及杆侧室的压力。
[0013]此外，较为理想的是还包括:斗杆拉近操作检测器，检测正在进行使所述斗杆向拉近方向动作的斗杆拉近操作，其中，只有在检测出所述动臂升起操作及所述斗杆拉近操作的情况下，所述控制器才将所述供给切换阀切换到所述切断位置，且减少所述液压泵的容量。这样，供给切断的条件除了包含动臂升起操作的检测及所述伸长认定条件的满足之外，还包含斗杆拉近操作的检测，由此，能够防止在如下情况下切断向所述头侧室的工作油的供给，该情况是指:动臂缸由于除包含动臂升起操作/斗杆拉近操作的挖掘作业中的挖掘反作用力之外的原因而伸长的情况，例如，在所述动臂缸因作业附属装置的摇动而周期性地伸长的情况。
[0014]此外，较为理想的是:只有在检测出所述动臂升起操作及所述斗杆拉近操作，并且满足所述伸长认定条件，再加上所述液压泵的吐出压力超过预先设定的压力阈值的情况下，所述控制器才将所述供给切换阀切换到所述切断位置，且减少所述液压泵的容量。这样，通过考虑液压泵的吐出压力，能够防止在几乎没有负荷的状态(例如，作业附属装置从地面抬起的状态)下进行所述动臂升起操作及所述斗杆拉近操作时切断向所述头侧室的工作油的供给。
[0015]较为理想的是:在切断向所述头侧室的工作油的供给时所述控制器使所述液压泵的容量减少的量接近因该供给的切断而变得不需要的工作油的量。具体而言，较为理想的是:所述控制器计算向所述头缸的头侧室流入的工作油的流量，将从通常运转时设定的泵容量减去相当于该流量的泵容量而得的值指定为所述液压泵的实际容量，所述通常运转是不切断工作油向所述头侧室的供给时的运转。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是表示本发明的实施方式所涉及的液压驱动装置的回路图。
[0017]图2是表示装载所述液压驱动装置的液压挖掘机的例子的正视图。
[0018]图3是表示所述液压驱动装置的控制器的功能结构及其输入输出信号的方框图。
[0019]图4是表示所述控制器进行的计算控制工作的流程图。
[0020]图5是表示所述液压驱动装置的动臂升起操作信号与动臂用返回侧液路的开口面积之间的关系的例子的图表。
[0021]图6是表示所述液压驱动装置的动臂升起操作信号与动臂用供给侧液路的开口面积之间的关系的例子的图表。
【具体实施方式】
[0022]参照图1至图5，对本发明的较佳实施方式进行说明。
[0023]图2表示装载本发明涉及的驱动装置的液压挖掘机的例子。该液压挖掘机包括:机械主体，其具有下部行驶体I及装载于该下部行驶体I的上部回转体2 ;以及作业附属装置9，其被安装于所述机械主体的上部回转体2。作业附属装置9具有:以能够升降的方式安装于所述上部回转体2的动臂3 ;以能够转动的方式连结于所述动臂3的顶端的斗杆4 ；以及以能够转动的方式安装于所述斗杆4的顶端部的挖掘用铲斗5。
[0024]在所述液压挖掘机装载有驱动装置，该驱动装置利用液压来驱动包含所述动臂3的作业附属装置9。该装置具有图2所示的动臂缸6、斗杆缸7和铲斗缸8、以及图1所示的液压回路。
[0025]所述动臂缸6设置于所述上部回转体2和所述动臂3之间，以能够转动的方式连结于该动臂3和该上部回转体2，该动臂缸6接受液压的供给而伸缩，通过伸长使所述动臂3向图2所示的升起方向动作，且通过收缩使所述动臂3向下降方向动作。同样，所述斗杆缸7设置于所述动臂3和所述斗杆4之间，以能够转动的方式连结于该斗杆4和该动臂3，该斗杆缸7接受液压的供给而伸缩，通过伸长使所述斗杆4向图2所示的拉近方向(接近动臂3的方向)转动，且通过收缩使所述斗杆4向推远方向(离开动臂3的方向)转动。并且，所述铲斗缸8设置于所述斗杆4和所述铲斗5之间，以能够转动的方式连结于该铲斗5和该斗杆4，该铲斗缸8接受液压的供给而伸缩，通过伸长使所述铲斗5向挖起方向(图2中为逆时针方向)转动，且通过收缩使所述铲斗5向敞开方向(图2中为顺时针方向)转动。
[0026]所述各缸6至8具有缸主体、装设于该缸主体的活塞以及从该活塞向一方向延伸的杆，所述活塞使所述缸主体的内部空间划分为杆侧室和与其相反侧的头侧室。在这些缸6至8中，动臂缸6相当于本发明涉及的驱动装置的驱动对象，而在以下的记载中省略了用于驱动所述铲斗缸8的要素的说明。
[0027]图1所示的液压回路具有作为驱动所述动臂缸6及所述斗杆缸7的构件的液压泵10、与该液压泵10连接的动臂用控制阀12及斗杆用控制阀14、以及动臂操作器16和斗杆操作器18。
[0028]所述液压泵10用于将油箱内的工作油吸入并吐出，由可调节其容量的可变容量型液压泵构成。具体而言，该液压泵10设有调节器11，该调节器11接受后面叙述的容量控制信号的输入而启动，使得所述液压泵10的容量发生变化。
[0029]所述液压泵10的吐出口能够通过中心旁通管路20及与其相连的油箱管路26连通于油箱，在该中心旁通管路20上设有所述动臂用及斗杆用控制阀12、14。此外，该回路除了所述中心旁通管路20之外，还具有将所述液压泵10吐出的工作油并行地向所述各控制阀12、14供给的并行管路，该并行管路具有:从所述中心旁通管路20分支的共通液路21 ；以及从该共通液路21进一步分支而到达所述各控制阀12、14的分支液路22、24。
[0030]所述液压泵10也可以不是使动臂缸6及斗杆缸7都驱动的液压泵。即，在本发明中，动臂缸和斗杆缸也可以分别由不同的液压泵来驱动。
[0031]在本实施方式中，所述各控制阀12、14由三位液压先导切换阀构成。具体而言，动臂用控制阀12具有一对先导口 12c、12d，当先导压力未输入于所述先导口 12c、12d时被保持在中立位置12η，当先导压力输入于所述先导口 12c时被切换到动臂升起位置12a，当先导压力输入于所述先导口 12d时被切换到动臂下降位置12b。同样，斗杆用控制阀14具有一对先导口 14c、14d，当先导压力未输入于所述先导口 14c、14d时被保持在中立位置14η，当先导压力输入于所述先导口 14c时被切换到斗杆拉近位置14a，当先导压力输入于所述先导口 14d时被切换到斗杆推远位置14b。
[0032]所述动臂用控制阀12，当处于所述中立位置12η时开通所述中心旁通管路20，并将动臂缸6与液压泵10及油箱断开；当处于所述动臂升起位置12a时，开通用于将工作油导入到动臂缸6的头侧室6a的供给侧液路，该工作油是从液压泵10经由所述分支液路22被供给的工作油，并开通用于使所述动臂缸6的杆侧室6b经由所述油箱管路26连通于油箱的返回侧液路，从而使所述动臂缸6向伸长方向动作；相反，当处于所述动臂下降位置12b时，开通用于将工作油导入到动臂缸6的杆侧室6b的供给侧液路，该工作油是从液压泵10经由所述分支液路22被供给的工作油，并开通用于使所述动臂缸6的杆侧室6b经由所述油箱管路26连通于油箱的返回侧液路，从而使所述动臂缸6向收缩方向动作。从所述中立位置12η向所述动臂升起位置12a或所述动臂下降位置12b的行程与所输入的先导压力的大小相应地增加，随着该行程的增加，所述供给侧液路及所述返回侧液路的开口面积增加。
[0033]同样，所述斗杆用控制阀14，当处于所述中立位置14η时开通所述中心旁通管路20，并将斗杆缸7与液压泵10及油箱断开；当处于所述斗杆拉近位置14a时，开通用于将工作油导入到斗杆缸7的头侧室7a的供给侧液路，该工作油是从液压泵10经由所述分支液路24被供给的工作油，并形成用于使所述斗杆缸7的杆侧室7b经由所述油箱管路26连通于油箱的返回侧液路，从而使所述斗杆缸7向伸长方向动作；相反，当处于所述斗杆推远位置14b时，开通用于将工作油导入到斗杆缸7的杆侧室7b的供给侧液路，该工作油是从液压泵10经由所述分支液路24被供给的工作油，并开通用于使所述斗杆缸7的杆侧室7b经由所述油箱管路26连通于油箱的返回侧液路，从而使所述斗杆缸7向收缩方向动作。从所述中立位置14η向所述斗杆拉近位置14a或所述斗杆推远位置14b的行程与所输入的先导压力的大小相应地增加，随着该行程的增加，所述供给侧液路及所述返回侧液路的开口面积增加。
[0034]所述动臂操作器16是操作员为了操作所述动臂缸6而使用的操作器，具有图中省略的先导液压源、动臂用遥控阀16a和动臂操作杆16b。动臂操作杆16b是由操作员转动操作的操作构件，以能够转动的方式连接于所述动臂用遥控阀16a，操作员可将该动臂操作杆16b向中立位置的两侧、即动臂升起侧和动臂下降侧进行操作。按照所述动臂操作杆16b的操作位置，动臂用遥控阀16a向所述动臂用控制阀12供给所述先导压力供给源生成的先导压力。具体而言，所述动臂用遥控阀16a，当所述动臂操作杆16b处于中立位置时不供给先导压力；当所述动臂操作杆16b被向动臂升起侧操作时，经由先导管路17C向所述动臂用控制阀12的先导口 12c供给与该操作量对应大小的先导压力；当所述动臂操作杆16b被向动臂下降侧操作时，经由先导管路17D向所述动臂用控制阀12的先导口 12d供给与该操作量对应大小的先导压力。
[0035]同样，所述斗杆操作器18是操作员为了操作所述斗杆缸7而使用的操作器，具有图中省略的先导液压源、斗杆用遥控阀18a和斗杆操作杆18b。斗杆操作杆18b是由操作员转动操作的操作构件，以能够转动的方式连接于所述斗杆用遥控阀18a，操作员可将该斗杆操作杆18b向中立位置的两侧、即斗杆拉近侧和斗杆推远侧进行操作。按照所述斗杆操作杆18b的操作位置，斗杆用遥控阀18a向所述斗杆用控制阀14供给所述先导压力供给源生成的先导压力。具体而言，所述斗杆用遥控阀18a，当所述斗杆操作杆18b处于中立位置时不供给先导压力；当所述斗杆操作杆18b被向斗杆拉近侧操作时，经由先导管路19C向所述斗杆用控制阀14的先导口 14c供给与该操作量对应大小的先导压力；当所述斗杆操作杆18b被向斗杆推远侧操作时，经由先导管路19D向所述斗杆用控制阀14的先导口 14d供给与该操作量对应大小的先导压力。
[0036]所述装置的特点在于，还具有设置于所述分支液路22的供给切换阀30，该分支液路22是向所述动臂缸6的供给液路。在本实施方式中，该供给切换阀30由具有电磁阀(solenoid) 32的二位电磁-液压式先导切换阀构成，当切换指令信号未输入于所述电磁阀32时，所述供给切换阀30被保持于开通位置，即被保持于以仅允许工作油向供给方向流动的方式开通所述分支液路22的位置(图1的上侧位置);当切换指令信号输入于所述电磁阀32时，利用随着该输入而导入的先导压力来将所述电磁阀32切换到切断位置，即切换到断开所述分支液路22而阻止经由该分支液路22供给工作油的位置(图1的下侧位置)。该供给切换阀30也可以采用单纯的先导切换阀。此时，另外附设用于转换输入到该先导压力切换阀的先导压力的电磁切换阀即可。
[0037]此外，所述装置还具有补给用液路34，当所述供给切换阀30切断了工作油的供给时，该补给用液路34允许油箱内的工作油随着动臂缸6的伸长而被吸入即补给到所述动臂缸6的头侧室6a。本实施方式涉及的补给用液路34被设置为将所述头侧室6a与所述油箱管路26相连通，该补给用液路34的途中设有止回阀36，用于阻止工作油从所述头侧室6a向所述油箱管路26流动(倒流)。该止回阀36既可以是专用的阀，也可以是内置于带止回阀的溢流阀中的阀，该带止回阀的溢流阀构成针对所述头侧室6a设置的端口溢流阀(portrelief valve)。换言之,所述补给用液路34也可以直接采用针对所述头侧室6a设置的溢流用流路。
[0038]进而，所述装置除了所述构成要素之外，还具有用于进行所述供给切换阀30的切换控制及所述液压泵10的容量控制的构件，即，设置于所述回路中的多个压力传感器以及接受这些压力传感器生成的检测信号的输入而进行控制工作的控制器50。
[0039]所述压力传感器包括:泵压传感器40，其对作为所述液压泵10的吐出压力的泵压Pp进行检测；动臂升起先导压力传感器42，其对相当于动臂升起操作信号的先导压力、SP所述动臂操作器16向所述先导管路17C输出的先导压力进行检测；斗杆拉近先导压力传感器44，其对相当于斗杆拉近操作信号的先导压力、即所述斗杆操作器18向所述先导管路19C输出的先导压力进行检测；以及动臂缸头压力传感器46A和动臂缸杆压力传感器46B，它们分别检测所述动臂缸6的头侧室6a的压力即缸头压力Ph及杆侧室6b的压力即缸杆压力Pr。其中，所述动臂升起先导压力传感器42、所述斗杆拉近先导压力传感器44和所述缸头压力及缸杆压力传感器46A、46B分别相当于本发明涉及的动臂升起检测器、斗杆拉近检测器和动臂缸压力检测器。
[0040]所述控制器50由计算机等构成，具有如图3所示那样的动臂缸推力判断部52、供给切换控制部54和泵容量控制部56。
[0041]所述动臂缸推力判断部52根据动臂缸头压力传感器46A和动臂缸杆压力传感器46B检测出的缸头压力Ph及缸杆压力Pr来计算被向所述头侧室6a供给的工作油的压力使动臂缸6伸长的推力Fd，判断该推力是否小于预先设定的推力阈值Fo。其用于判断动臂缸6是否因后面叙述的挖掘反作用力而超过工作油向头侧室6a的供给来伸长。也就是，在本实施方式中，所述动臂缸6的推力Fd小于所述推力阈值Fo (Fd < Fo)被设定为本发明的伸长认定条件，该伸长认定条件用于判断出如下状态，即:即便不从所述液压泵10向所述动臂缸6的头侧室6a供给工作油，所述挖掘反作用力也使所述动臂缸6伸长。
[0042]所述推力Fd通过下式(I)计算。
[0043]Fd=Fh-Fr=Ph X Ah-Pr X Ar (I)
其中，Fh、Fr是动臂缸6的活塞分别从头侧室6a和杆侧室6b接受的力，Ah、Ar是该活塞分别在头侧室6a和杆侧室6b内的受压面积。
[0044]所述推力阈值Fo可适当设定，但鉴于Fh < Fo是所述伸长认定条件，优选的是Fo N 0，即推力阈值Fo为O或其附近的值。但是，为了更慎重地判断出动臂缸6为自然伸长状态，Fo也可以设定为充分远离O的负值。
[0045]在本实施方式中，所述供给切换控制部54在只有满足下列所有条件A至D的情况下(图4所示的流程图中步骤SI至S4均为“是”)，才向所述供给切换阀30输出切换指令信号而将该供给切换阀30切换到切断位置(该流程图的步骤S6)，在除此之外的情况下(所述步骤SI至S4的任意一个步骤为“否”)，停止所述切换指令信号的输出而将所述供给切换阀30保持于开通位置(该流程图的步骤S5)。
[0046]条件A:动臂操作器16被向动臂升起方向操作。即，设有作为动臂升起操作信号的先导压力(先导管路17C内的压力)(步骤SI中为“是”)。
[0047]条件B:斗杆操作器18被向斗杆拉近方向操作。即，设有作为斗杆拉近操作信号的先导压力(先导管路19C内的压力)(步骤S2中为“是”)。
[0048]条件C:动臂缸推力Fd小于推力阈值Fo (步骤S3中为“是”)。
[0049]条件D:泵压传感器40检测出的泵压Pp高于预先设定的泵压阈值Po (步骤S4中为“是”)。
[0050]其中，所述条件A及B用于判断是否正在进行图2所示那样的挖掘作业、即由同时进行动臂升起操作和斗杆拉近操作的复合操作而实行的挖掘作业。虽然可以省略条件B，但通过考虑该条件B，能够防止在动臂缸推力Fd由于除所述挖掘作业的挖掘反作用力之外的原因而变得比推力阈值Fo低的情况下(例如，由于作业附属装置9的摇动而缸头压力Ph及缸杆压力Pr大幅度地变动的情况下)切断向头侧室6a的工作油的供给。
[0051]此外，所述条件D用于避免在泵压Pp较低而可推断为未产生所述挖掘反作用力的情况下(例如，作业附属装置9从地面抬起的情况下)切断工作油的供给。该条件D可以根据结构而省略。
[0052]或者，虽然判断精度会降低，但也可以采用简易手段来代替所述条件C，S卩，也可以将缸杆压力Pr处于预先设定的缸杆压力阈值以上设定为伸长认定条件。
[0053]所述泵容量控制部56用于控制所述液压泵10的容量，在本实施方式中进行如下控制:当所述供给切换阀30被切换到切断位置时(步骤S6)，使液压泵10的容量比所述供给切换阀30未被切换到切断位置时(步骤S5)的容量减少与因该供给的切断而变得不需要的量相应的量。该应减少的容量例如通过如下方式计算。
[0054]I)基于动臂升起操作信号确定动臂用控制阀12在其动臂升起位置12a开通的返回侧液路的开口面积At，即确定从所述杆侧室6b至油箱的液路的开口面积At。其中，“返回侧液路的开口面积At”是将返回侧液路的流动阻力换算成节流阀的开口面积而得的值，如图5所示，对应于所述动臂升起操作信号的所述开口面积At的特性取决于构成动臂用控制阀12的方向切换阀的动作特性、各流路的压力损失等。因此，可以根据所述特性来确定所述开口面积At。
[0055]2)将动臂缸杆压力传感器46B检测出的缸杆压力Pr和油箱压力的差作为所述返回侧液路的前后差压APt，根据下式(2)计算从杆侧室6b流出的工作油的流量Qr。
[0056]Qr=CdXAt V (2 APt/P ) (2)
其中，Cd是工作油的流量系数，P是该工作油的密度。
[0057]3)根据所述杆侧室6b侧的流出流量Qr计算向头侧室6a流入的工作油的流量Qh。该计算可以使用下式(3)。
[0058]Qh=QrX [Rh2/ (Rh2-Rr2)] XN (3)
其中，Rh、Rr分别是头侧室6a和杆侧室6b的内径，N是动臂缸6的数量。S卩，当液压挖掘机仅具有单一动臂缸时N=l，当液压挖掘机具有相互并列设置的多个动臂缸时N > 2。
[0059]4)将向所述头侧室6a的流入流量Qh换算成泵容量。具体而言，相当于该流入流量Qh的泵容量(减少容量)Vh可通过将该流入流量Qh除以液压泵10的转速Ne (Vh=Qh/Ne)来获得。
[0060]5)将从在不切断工作油向所述头侧室6a的供给时应设定的泵容量(通常泵容量)Vo减去所述减少容量Vh而得的值作为最终容量，为了获得该最终容量而将容量操作信号输入到液压泵10的调节器11。所述通常泵容量Vo可以通过以往周知的各种计算方式来决定。例如，可以通过基于位置控制的计算来决定所述通常泵容量Vo，该位置控制是随着动臂操作器16及斗杆操作器18的各操作量的增加而增大泵容量的控制；也可以通过基于马力控制的计算来决定所述通常泵容量Vo，该马力控制是根据泵压Pp来改变泵容量从而使泵驱动马力接近预先规定的特性的控制；或者，还可以对通过这些计算所得的值进行低位选择来决定所述通常泵容量Vo。
[0061]此外，所述计算I)至3)中基于动臂用返回侧液路的开口面积At来计算实际上向杆侧室6b流入的工作油的流量Qr，并将该流量换算成向头侧室6a流入的工作油的流量Qh，但也可以采用如下计算方式来代替所述计算I)至3)，即:基于动臂用控制阀12在所述动臂升起位置12a开通的供给侧液路、即从液压泵10到头侧室6a的液路的开口面积As，来推算在供给切换阀30打开时会向头侧室6a流入的工作油的假想流量QM。具体而言，也可以进行如下计算P )及2')来代替所述计算I)至3)。
[0062]I')基于动臂升起操作信号确定动臂用控制阀12在动臂升起位置12a开通的供给侧液路的开口面积As。其中，“供给侧液路的开口面积As”也是将供给侧液路的流动阻力换算成节流阀的开口面积而得的值，如图6所示，对应于所述动臂升起操作信号的所述开口面积As的特性也取决于构成动臂用控制阀12的方向切换阀的动作特性、各流路的压力损失等。因此，可以根据所述特性来确定所述开口面积At。
[0063]2')将泵压传感器40检测出的泵压Pp和动臂缸头压力传感器46A检测出的缸头压力Ph的差作为所述供给侧液路的前后差压APs (=Pp-Ph),根据下式(2)'来推算在供给切换阀30打开时会向头侧室6a流入的工作油的假想流量Qh'。
[0064]Qh' =CdXAs V (2 APs/ P ) (2)'
此外，由于动臂缸6自然伸长时的缸头压力Ph非常小，因此也可以将其视为0，设为ΔPs=Pp0
[0065]下面，说明基于所述控制器50的控制的驱动装置的具体作用。
[0066]首先，液压挖掘机的运转状态没有满足所述条件A至D中的任一个时(图4的步骤SI至S4的任一个为“否”)，控制器50的供给切换控制部54不向供给切换阀30输出切换指令信号，将供给切换阀30保持于开通位置，并且，泵容量控制部56设定用于通常运转的泵容量Vo (步骤S5)。因而，液压泵10以通常的流量吐出工作油，该工作油被直接向动臂用控制阀12供给。另一方面，当动臂操作器16被操作时，与该操作量对应大小的先导压力输入到动臂用控制阀12的与该操作的方向对应的先导口 12c或12d，据此，该动臂用控制阀12启动，使得所述工作油向所述动臂缸6的头侧室6a或杆侧室6b引导。因此，能够进行与动臂操作器16的操作内容对应的工作油的供给。这对于斗杆缸7及斗杆操作器18也同样。
[0067]另一方面，当液压挖掘机的运转状态满足所述A至D中的所有条件时(步骤SI至S4均为“是”)，所述供给切换控制部54向所述供给切换阀30输出切换指令信号，将该供给切换阀30切换到切断位置，从而强制切断从所述液压泵10向动臂缸6的头侧室6a中的工作油的供给，另一方面，泵容量控制部56使泵容量比所述通常泵容量Vo减少与所述减少容量Vh (相当于向头侧室6a流入的工作油流量Qh、或会流入的工作油的假想流量Qh'的泵容量)相应的量(步骤S6)。
[0068]满足所述条件A至D的运转状态基本上会在图2所示那样的挖掘作业中产生。即，如图2所示，在同时进行动臂升起操作和斗杆拉近操作的挖掘作业中，铲斗5从地面接受的挖掘反作用力使机械主体(图2中为下部行驶体I及上部回转体2)的前端向上抬起，另一方面，作用于机械主体的重力克服所述挖掘反作用力而使该机械主体维持在着地状态，因此，使动臂缸6伸长方向的力被施加于该动臂缸6。当该力增加到规定力以上时，成为即使液压泵10不向头侧室6a供给工作油也能够使动臂缸6自然地伸长的状态，该供给变得不需要。
[0069]所述条件A至D用于认定动臂缸6是否处于这样的自然伸长状态，当满足这些条件A至D时，控制器50利用供给切换阀30来切断工作油的供给，并且使该液压泵10的容量减少与在未进行所述切断时应从液压泵10向头侧室6a供给的工作油的流量相当的量，由此能够实现液压泵10所需动力的降低。此时，所述动臂缸6通过补给用液路34来将油箱内的工作油吸入到头侧室6a中，由此，在所述液压泵10不供给工作油的状态下，所述动臂缸6也能够伸长。
[0070]此外,所述减少容量Vh并不限定于与向头侧室6a的流入流量相当的容量,例如也可以设定为规定容量。
【权利要求】
1.一种工程机械的动臂驱动装置，该工程机械具有机械主体、以能够升降的方式安装于该机械主体的动臂、以及以能够转动的方式连结于该动臂的顶端的斗杆，所述动臂驱动装置设置于该工程机械，利用液压驱动所述动臂，其特征在于包括: 动臂缸，位于所述机械主体与所述动臂之间，连接于该动臂及该机械主体，通过伸长来使所述动臂向升起方向动作； 可变容量型的液压泵，将油箱内的工作油吸入并吐出； 动臂用控制阀，能够在将所述液压泵吐出的工作油引导至所述动臂缸的头侧室而使该动臂缸伸长的位置和将所述液压泵吐出的工作油引导至所述动臂缸的杆侧室而使该动臂缸收缩的位置之间进行切换； 动臂升起操作检测器，对于所述动臂用控制阀，检测正在进行使所述动臂向升起方向动作的动臂升起操作； 动臂缸压力检测器，检测所述动臂缸的头侧室及杆侧室中至少杆侧室的压力； 供给切换阀，能够在允许从所述液压泵向所述动臂缸的头侧室供给工作油的允许位置和切断工作油的供给的切断位置之间进行切换； 补给用液路，将所述油箱与所述头侧室相连通，以当所述供给切换阀切断所述工作油的供给时，允许从所述油箱向所述动臂缸的头侧室补给工作油；以及 控制器，只有在所述动臂升起操作检测器检测出所述动臂升起操作，且所述动臂缸压力检测器检测出的压力满足预先设定的伸长认定条件的情况下，才将所述供给切换阀切换到所述切断位置，并且，与所述供给切换阀位于所述允许位置时相比，减少所述液压泵的容量，其中，所述预先设定的伸长认定条件用于判断出所述动臂缸正处于如下状态，该状态是指，即使不从所述液压泵向所述动臂缸的头侧室供给工作油，作用于所述作业附属装置的挖掘反作用力也使所述动臂缸伸长的状态。
2.根据权利要求1所述的工程机械的动臂驱动装置，其特征在于: 所述动臂缸压力检测器分别检测所述动臂缸的头侧室及杆侧室的压力， 所述伸长认定条件包含使所述动臂缸伸长的缸推力小于预先设定的推力阈值，该缸推力根据所述头侧室及所述杆侧室的压力而求出。
3.根据权利要求1或2所述的工程机械的动臂驱动装置，其特征在于，还包括: 斗杆拉近操作检测器，检测正在进行使所述斗杆向拉近方向动作的斗杆拉近操作，其中， 只有在检测出所述动臂升起操作及所述斗杆拉近操作的情况下，所述控制器才将所述供给切换阀切换到所述切断位置，且减少所述液压泵的容量。
4.根据权利要求3所述的工程机械的动臂驱动装置，其特征在于:只有在检测出所述动臂升起操作及所述斗杆拉近操作，并且满足所述伸长认定条件，再加上所述液压泵的吐出压力超过预先设定的压力阈值的情况下，所述控制器才将所述供给切换阀切换到所述切断位置，且减少所述液压泵的容量。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的工程机械的动臂驱动装置，其特征在于:所述控制器计算向所述头缸的头侧室流入的工作油的流量，将从通常运转时设定的泵容量减去相当于该流量的泵容量而得的值指定为所述液压泵的实际容量，所述通常运转是不切断工作油向所述头侧室的供给时的运转。
【文档编号】F15B11/00GK104302930SQ201380026977
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2013年4月11日 优先权日:2012年5月24日
【发明者】上田浩司, 但马一治 申请人:神钢建机株式会社