液压驱动系统的制作方法

1.本发明涉及能够再生从液压执行器排出的工作液的液压驱动系统。


背景技术：

2.在液压驱动系统中，为了获得节能效果，再生从液压执行器排出的工作液。作为这样的液压驱动系统，例如已知有专利文献1的液压驱动装置。
3.现有技术文献：专利文献：专利文献1：日本特开2018-28358号公报。


技术实现要素：

4.发明要解决的问题：在专利文献1的液压驱动系统中，排出到出液线路（meter out line）的工作液经由再生线路在液压缸中再生。因此，由于排出到出液线路的工作液直接在液压缸中再生，再生流量根据安装在液压缸上的附件的姿势及载荷等而变化。如此，附件的姿势及载荷会影响汽缸对杆操作的响应性。另外，在再生时将工作液排出到罐时，工作液通过控制阀及再生解除阀被导入罐。因此，再生时的工作液的压力损失大。
5.因此，本发明的目的在于提供一种能够抑制再生流量的变动带来的对液压执行器的响应性的影响的液压驱动系统。
6.另外，本发明能够提供一种能够降低再生时工作液中产生的压力损失的液压驱动系统。
7.解决问题的手段：本发明的液压驱动系统具备：向液压执行器供给工作液的液压泵；控制从所述液压泵流向所述液压执行器的工作液的流量的进液（meter in）控制阀；控制从所述液压执行器向罐排出的工作液的流量的出液（meter out）控制阀；以及将从所述液压执行器排出的工作液供给至所述液压执行器的再生阀；所述出液控制阀与再生阀并列而与所述液压执行器连接。
8.根据本发明，在进液控制阀、出液控制阀和再生阀各自中，能够独立地分别控制在各自内流动的工作液的流量。因此，能够根据再生流量的变动来调节出液流量。由此，能够抑制再生流量的变动带来的对液压执行器的响应性的影响。
9.另外，根据本发明，排出到罐的工作液不通过再生阀而从液压执行器排出到罐。因此，能够降低向罐排出的工作液的压力损失。
10.发明效果：根据本发明，能够抑制再生流量的变动对液压执行器的响应性带来的影响。
11.另外，根据本发明，能够降低再生时工作液中产生的压力损失。
12.本发明的上述目的、其他目的、特征及优点在参照附图的基础上，由以下优选的实
施方式的详细说明而得以明确。
附图说明
13.图1是示出根据本发明的实施方式的液压驱动系统的液压回路图。图2是图1的液压驱动系统所具备的控制装置中涉及再生阀的开口控制的框图。图3是图1的液压驱动系统所具备的控制装置中涉及出液控制阀的开口控制的框图。图4是示出根据本发明的另一实施方式的液压驱动系统的液压回路图。
具体实施方式
14.以下参照前述附图对根据本发明的实施方式的液压驱动系统1进行说明。另外，以下说明中使用的方向的概念是为方便说明而使用，并非将发明的结构朝向等限定为该方向。另外，以下说明的液压驱动系统1仅为本发明的一个实施方式。因此，本发明不限于实施方式，在不脱离发明的主旨的范围内可以进行追加、删除、变更。
15.建筑机械、产业机械以及产业车辆等液压驱动机械具备液压执行器以及液压驱动系统1。而且，液压驱动机械能够通过使液压执行器工作来使各种结构动作。由此，液压驱动机械能够进行各种作业。液压执行器例如为图1所示的液压缸2。液压缸2能够通过伸缩使各种结构动作。若更详细地说明，则液压缸2在缸管（tube）2a中可进退地插入杆2b。另外，在缸管2a上形成杆侧端口2c及头侧端口2d。而且，通过对各端口2c、2d供给和排出工作液，从而使杆2b相对于缸管2a进退，即液压缸2伸缩。
16.液压驱动系统1相对于液压缸2供给和排出工作液。即，液压驱动系统1与液压缸2的各端口2c、2d连接。而且，通过向液压缸2的杆侧端口2c供给工作液并且从头侧端口2d排出工作液使液压缸2退缩。另外，液压驱动系统1通过向液压缸2的头侧端口2d供给工作液并且从杆侧端口2c排出工作液使液压缸2退缩。若更详细地说明，液压驱动系统1例如具备液压泵11、进液控制阀12、出液控制阀13、再生阀14、 三个压力传感器15～17、操作装置18、控制装置19。
17.液压泵11通过被旋转驱动而能够吐出工作液。即，液压泵11与驱动源连接。驱动源是发动机e或电气马达。另外，在本实施方式中，驱动源为发动机e。液压泵11通过被发动机e旋转驱动而吐出工作液。另外，液压泵11在本实施方式中为斜板泵或斜轴泵。
18.进液控制阀12介于液压泵11和液压缸2之间。即，进液控制阀12与液压泵11及液压缸2的各端口2c、2d连接。在本实施方式中，进液控制阀12通过杆侧通路21a与杆侧端口2c连接，并且通过头侧通路21b与头侧端口2d连接。另外，进液控制阀12能够根据所输入的进液指令控制从液压泵11向液压缸2供给的工作液的方向及流量。即，进液控制阀12能够将工作液从液压泵11向液压缸2的端口2c、2d的任一方供给，并且能够控制作为被供给的工作液的流量的进液流量。若具体地说，进液控制阀12在本实施方式中是电子控制式的滑阀。即，进液控制阀12具有阀芯12a和两个电磁比例控制阀31l、31r。阀芯12a通过移动来切换工作油的流动方向，并且能够控制进液控制阀12的开度。
19.两个电磁比例控制阀31l、31r可以向阀芯12a施加相互抵抗方向的先导压力。而且，两个电磁比例控制阀31l、31r输出与所输入的进液指令相应的先导压力，使阀芯12a向
与两个先导压力的压力差对应的位置移动。即，两个电磁比例控制阀31l、31r使阀芯12a移动到与所输入的进液指令对应的位置。由此，将与所输入的进液指令相应的方向且进液流量的工作液供给到液压缸2。
20.出液控制阀13介于液压泵11和罐10之间。即，出液控制阀13与液压缸2的各端口2c、2d及罐10连接。在本实施方式中，出液控制阀13以与进液控制阀12并列的方式分别与杆侧通路21a和头侧通路21b连接。另外，出液控制阀13能够根据所输入的出液指令，控制从液压缸2向罐10排出的工作液的方向及流量（出液流量）。即，出液控制阀13能够将排出的工作液的方向从液压缸2的端口2c、2d切换为罐10的任一方，且控制出液流量。另外，出液控制阀13能够与通过进液控制阀12供给到液压缸2的流量独立地控制流过出液控制阀13的流量。若具体地说明，出液控制阀13在本实施方式中是电子控制式的滑阀。即，出液控制阀13具有阀芯13a和两个电磁比例控制阀32l、32r。阀芯13a通过移动来切换工作油的流动方向，并且能够控制出液控制阀13的开度。
21.两个电磁比例控制阀32l、32r可以向阀芯13a施加相互抵抗方向的先导压力。而且，两个电磁比例控制阀32l、32r输出与所输入的出液指令相应的先导压力，使阀芯13a向与两个先导压力的压力差对应的位置移动。即，两个电磁比例控制阀32l、32r使阀芯13a移动到与所输入的出液指令对应的位置。由此，与所输入的出液指令相应的方向且流量的工作液从液压缸2排出。
22.再生阀14与出液控制阀13并列而与液压缸2连接。而且，再生阀14将从液压缸2排出的工作液再生到液压缸2。在本实施方式中，再生阀14介于连接杆侧通路21a和头侧通路21b的再生通路23中。若更详细地说明，再生阀14能够根据输入其内的再生阀指令开闭再生通路23。在再生通路23中介设有止回阀20。在本实施方式中，止回阀20在再生通路23中介设在比再生阀14靠近头侧通路21b附近。而且，止回阀20在再生通路23中允许从杆侧端口2c向头侧端口2d正向的流动，并且阻止反向的流动。因此，液压驱动系统1能够进行从杆侧端口2c向头侧端口2d的工作液的再生。另外，再生阀14能够根据所输入的再生阀指令调节开度。由此，再生阀14能够将与所输入的再生阀指令相应的再生流量的工作液再生到液压缸2。另外，再生阀14能够与分别流过进液控制阀12及出液控制阀13的流量独立地控制流过再生阀14的流量。在本实施方式中，再生阀14是电磁比例控制阀。
23.第一和第二压力传感器15、16分别检测对杆侧端口2c和头侧端口2d供给和排出的液压。若更详细地说明，第一压力传感器15与杆侧通路21a连接。即，第一压力传感器15检测对杆侧端口2c供给和排出的工作液的液压（杆压pcr）。另一方面，第二压力传感器16与头侧通路21b连接。即，第二压力传感器16检测对头侧端口2d供给和排出的工作液的液压（头压pch）。另外，第三压力传感器17检测从液压泵11吐出的工作液的液压（吐出压力）。而且，三个压力传感器15～17将检测出的液压输出到控制装置19。
24.操作装置18向控制装置19输出操作指令以使液压缸2动作。操作装置18例如是操作阀或电气操纵杆等。若更详细地说明，操作装置18具有作为操作件的一个示例的操作杆18a。操作杆18a形成为可由操作者操作的结构。而且，操作装置18向控制装置19输出与操作杆18a的操作量对应的操作指令。在本实施方式中，操作杆18a形成为能够摇动的结构。而且，操作装置18向控制装置19输出与操作杆18a的摇动量对应的操作指令。
25.控制装置19与再生阀14、三个压力传感器15～17、四个电磁比例控制阀31l、31r、
32l、32r以及操作装置18连接。而且，控制装置19控制再生阀14和出液控制阀13的开口。由此，控制装置19使液压缸2排出与来自操作装置18的操作信号对应的排出流量的工作液。若更详细地说明，控制装置19根据液压缸2的负荷状态控制再生阀14的开口，从而使再生流量的工作液从杆侧端口2c经由再生阀14再生到头侧端口2d。另外，控制装置19通过控制出液控制阀13的开度，使从排出流量中减去再生流量而得到的出液流量的工作液从出液控制阀13排出到罐10。若更详细地说明，为了控制再生阀14的开度，如图2所示，控制装置19具有目标排出流量计算部41、再生比率计算部42、配管压力推定部43、再生阀开口计算部44。此外，为了根据再生流量调节出液流量，如图3所示，控制装置19具有目标排出流量计算部41、再生流量推定部45、和进液控制阀开口计算部（m/o控制阀开口计算部）46。
26.目标排出流量计算部41根据来自操作装置18的操作指令计算从液压缸2排出的目标排出流量。在本实施方式中，目标排出流量计算部41基于表示操作指令与目标排出流量的对应的映射图来计算目标排出流量。另外，目标排出流量也可以根据关系式进行计算。
27.再生比率计算部42基于液压缸2的负荷状态计算再生比率。再生比率是再生流量相对于从液压缸2排出的目标排出流量的比率。即，再生比率是相对于从液压缸2排出的目标排出流量应再生的流量的比率。另外，负荷状态是液压缸2的负荷（驱动力或制动力）。而且，负荷状态通过杆侧端口2c的液压（由第一压力传感器15检测出的杆压pcr）以及头侧端口2d的液压（由第二压力传感器16检测出的头压pch）中的至少一方来计算。另外，也可以使用吐出压力（由第三压力传感器17检测出的吐出压力）来代替头侧端口2d的液压。而且，再生比率根据由第1压力传感器15检测出的杆压pcr和由第2压力传感器16检测出的头压pch而设定。在本实施方式中，再生比率在头压pch高的情况下设定得低，另外在头压pch低的情况下设定得高。另外，再生比率也可以根据基于杆压pcr和头压pch的差分计算出的液压缸2的负荷来设定。而且，液压缸2的负荷在杆2b被负荷推压而伸长的情况下为负值。而且，在本实施方式中，设定为当负荷的绝对值变大以使杆2b伸长时再生比率变小。但是，再生比率与液压缸2的负荷状态的关系并不限定于前述的关系。当第一以及第二压力传感器15、16检测到液压时，再生比率计算部42基于检测结果计算再生比率。
28.配管压力推定部43推定再生阀14的下游压力。即，配管压力推定部43推定在再生通路23中流过再生阀14和止回阀20之间的配管部分23a的工作液的压力（配管压力ph）。若更详细地说明，配管压力推定部43基于由第1压力传感器15检测出的杆压pcr（排出压力）、由第2压力传感器16检测出的头压pch（供给压力）和目标再生开度进行推定。目标再生开度是由后面详述的再生阀开口计算部44计算的再生阀14的目标再生开度。即，配管压力推定部43基于杆压pcr、头压pch、目标再生开度及止回阀20的开度（规定值）推定配管压力ph。另外，在推定配管压力ph时，不一定需要参照头压pch。通过根据头压pch能够更高精度地推定配管压力ph。
29.再生阀开口计算部44基于目标排出流量、再生比率、头压pch及杆压pcr计算再生阀指令。若更详细地说明，再生阀开口计算部44是由目标排出流量计算部41计算的目标流量乘以由再生比率计算部42计算的再生比率。由此，计算再生阀14中的目标再生流量。而且，再生阀开口计算部44基于计算出的目标再生流量及配管压力ph以及由第1压力传感器15检测出的杆压pcr来计算目标再生开度。目标再生开度是为使前述目标再生流量流向头侧端口2d而在再生阀14中打开的开度。当再生阀开口计算部44计算目标再生开度时，向再
生阀14输出与目标再生开度相应的再生阀指令。由此，在杆侧端口2c比头侧端口2d高压的情况下，通过再生阀14从杆侧端口2c向头侧端口2d再生目标再生流量的工作液。
30.再生流量推定部45基于再生阀14的开度推定再生流量。若更详细地说明，再生流量推定部45基于再生阀14的前后压力差和目标再生开度推定再生流量。再生阀14的前后压差在本实施方式中通过从杆压pcr中减去配管压力ph来计算。杆压pcr由第一压力传感器15检测。另外，配管压力ph由配管压力推定部43推定。而且，目标再生开度由再生阀开口计算部44进行计算。
31.m/o控制阀开口计算部46计算目标出液流量。若更详细地说明，m/o控制阀开口计算部46从目标排出流量中减去再生流量来计算目标出液流量。在此，目标排出流量由目标排出流量计算部41计算。另外，再生流量由再生流量推定部45计算。而且，m/o控制阀开口计算部46基于计算出的目标出液流量、由第1压力传感器15检测出的杆压pcr、规定的罐压计算目标出液开度。目标出液开度是为了将目标出液流量排出到罐10而在出液控制阀13中应打开的开度。另外，也可以代替罐压而基于出液控制阀13的下游压力来计算目标出液开度。出液控制阀13的下游压力由未图示的压力传感器检测或通过压力推定式推定。当m/o控制阀开口计算部46计算目标出液开度时，向电磁比例控制阀32l、32r输出与目标出液开度相应的出液控制阀指令（m/o控制阀指令）。例如，控制装置19在从杆侧端口2c排出工作液时，向电磁比例控制阀32l输出m/o指令。由此，通过出液控制阀13将目标出液流量的工作液排出到罐10。即，通过再生阀14和出液控制阀13能够从液压缸2排出目标排出流量的工作液。
32.另外，控制装置19根据来自操作装置18的操作指令控制进液控制阀12的开度。若更详细地说明，控制装置19基于来自操作装置18的操作指令计算供给工作油的方向和目标供给流量。进而，控制装置19通过从计算出的目标供给流量中减去前述的目标再生流量来计算目标进液流量。目标进液流量是经由进液控制阀12应该向液压缸2供给的流量。另外，控制装置19基于目标进液流量和进液控制阀12的前后压力差计算进液控制阀12的开度。进液控制阀12的前后压差基于第一和第二压力传感器15、16中的任一个和第三压力传感器17检测出的液压通过控制装置19进行计算。而且，控制装置19向电磁比例控制阀31l、31r输出与计算的开度相应的进液控制阀指令（m/i控制阀指令）。例如，控制装置19在向头侧端口2d供给工作液的情况下，向电磁比例控制阀31l输出m/i指令。由此，从进液控制阀12向液压缸2供给目标进液流量的工作液。而且，向液压缸2供给目标供给流量的工作液。
33.形成为这样的结构的液压驱动系统1中，在杆2b伸长且在伸长方向上受到负荷的情况下，能够使工作液从杆侧端口2c再生到头侧端口2d。而且，控制装置19在再生时通过如下方法控制进液制阀12、再生阀14以及出液控制阀13各自的开口。即，当操作杆18a被操作时，操作装置18向控制装置19输出与操作杆18a的操作量相应的操作指令。于是，控制装置19向再生阀14输出再生阀指令。即，控制装置19在输出操作指令时，分别在目标排出流量计算部41和再生比率计算部42中计算目标排出流量和再生比率，并且在配管压力推定部43中推定配管压力ph。另外，控制装置19在再生阀开口计算部44中，基于目标排出流量、再生比率及配管压力ph来计算目标再生开度。而且，控制装置19在再生阀开口计算部44中向再生阀14输出与目标再生开度相应的再生阀指令。由此，与液压缸2的负荷状态相应的再生流量的工作液从杆侧端口2c再生到头侧端口2d。
34.另外，控制装置19为了控制出液控制阀13的开口，在再生流量推定部45中推定再
生流量。另外，控制装置19在m/o控制阀开口计算部46中基于目标排出流量和再生流量来计算目标出液开度。而且，控制装置19在m/o控制阀开口计算部46中将根据目标出液开度将m/o控制阀指令输出到电磁比例控制阀32l。由此，能够经由进液控制阀12从液压缸2的杆侧端口2c向罐10排出目标出液流量的工作液。即，能整合目标出液流量和目标再生流量，使目标排出流量的工作液从杆侧端口2c排出。
35.进而，控制装置19为了控制进液控制阀12的开口，向电磁比例控制阀31l输出与操作指令及再生流量相应的m/i指令。由此，根据操作指令及再生流量控制进液控制阀12的开口。即，目标进液流量的工作液经由进液控制阀12从液压泵11向液压缸2的头侧端口2d供给。由此，能整合目标进液流量和目标再生流量，向头侧端口2d供给目标供给流量的工作液。
36.形成为这样的结构的液压驱动系统1中，能够从杆侧端口2c向头侧端口2d进行再生，同时从杆侧端口2c高精度地排出与操作指令相应的目标排出流量的工作液。因此，能够以与操作装置18的操作杆18a的操作量对应的速度使液压缸2工作。由此，能够提高液压缸2的操作性。
37.另外，本实施方式的液压驱动系统1能够独立地分别控制在进液控制阀12、出液控制阀13和再生阀14中流动的工作液的流量。因此，能够配合再生流量的变动来调节出液流量。由此，能够抑制来自液压缸2的排出流量的变动，能够抑制再生流量的变动带来的对液压执行器的响应性的影响。
38.另外，在液压驱动系统1中，出液控制阀13相对于再生阀14并列而与液压执行器连接。因此，向罐10排出的工作液不通过再生阀14而从液压缸2向罐10排出。因此，能够降低向罐10排出的工作液的压力损失。由此，能够提高驱动源（发动机e）的燃料消耗。
39.进而，液压驱动系统1通过以使再生流量和出液流量连动的方式控制再生阀14和出液控制阀13的开口，从而能够将来自液压缸2的排出流量保持为与操作信号对应的流量。由此，通过将再生流量调节为最佳流量，能够在维持液压缸2的响应性的同时，实现稳定的操作性。
40.另外，在液压驱动系统1中，控制装置19以从目标排出流量中减去目标再生流量的方式计算出液流量。因此，由于配合再生流量的变动来增减出液流量，所以能够抑制再生流量不足或出液流量不足。由此，能够抑制液压泵11的吐出压力的上升和发生空蚀等。
41.进而，在液压驱动系统1中，通过使再生阀14和出液控制阀13并列能够高精度地推定配管压力ph。由此，能够提高再生流量的推定精度，并且能够使控制稳定。另外，通过基于为了推定管道压力ph而检测的供给压力，能够更高精度地推定配管压力ph。由此，能够进一步提高再生流量的推定精度，并且能够使控制更稳定。
42.另外，在液压驱动系统1中，通过使用再生比率，能够根据液压执行器的负荷变换再生流量。由此，能够抑制液压泵11的吐出压力上升或产生空蚀。
43.《关于其他实施方式》在本实施方式的液压驱动系统1中，作为驱动的液压执行器，以液压缸2为例进行了说明，但液压执行器也可以是液压马达。另外，液压缸2的种类也不限定于单杆的复动式缸，也可以是双杆缸及单动式缸。此外，进液控制阀12、出液控制阀13、再生阀14不限于前述结构。即进液控制阀12、出液控制阀13、再生阀14只要能够控制各自的开口即可。
44.另外，在液压驱动系统1中，进液控制阀12和出液控制阀13的阀芯12a、13a也可以由电动马达等驱动。再者，在液压驱动系统1中，与液压泵11连接的液压执行器的数量也可以为2个以上。在这种情况下，操作装置18具备与每个液压执行器对应的多个操作杆18a。而且，当操作多个操作杆18a中的至少两个操作杆18a时，控制装置19根据被操作的操作杆18a的数量和各自的操作量来修正目标排出流量以及目标供给流量。
45.进而，在本实施方式的液压驱动系统1中，再生比率根据液压缸2的负荷状态而变动，但也可以是一定值。另外，再生比率也可以根据液压缸2的负荷状态来切换再生的开和关。另外，在本实施方式的液压驱动系统1中，控制装置19不必必须如前述那样控制进液控制阀12、出液控制阀13以及再生阀14各自的开口。
46.另外，另一实施方式的液压驱动系统1a也可以如图4所示那样构成。即，液压驱动系统1a具备头侧控制阀12a和杆侧控制阀13a。头侧控制阀12a将头侧端口2d与液压泵11及罐10中的任何一个连接。而且，头侧控制阀12a控制对头侧端口2d的进液流量和出液流量。同样，杆侧控制阀13a将杆侧端口2c与液压泵11及罐10的任何一个连接。并且，杆侧控制阀13a控制对杆侧端口2c的进液流量及出液流量。因此，在液压驱动系统1a中，例如在使杆2b伸长时，头侧控制阀12a作为进液控制阀发挥功能，另外，杆侧控制阀13a作为出液控制阀发挥功能。其他，液压驱动系统1a具有与本实施方式的液压驱动系统1相同的结构。
47.形成为这样的结构的液压驱动系统1a还能够独立地分别控制在头侧控制阀12a、杆侧控制阀13a和再生阀14各自中流动的工作液的流量。因此，能够配合再生流量的变动来调节出液流量。由此，能够抑制来自液压缸2的排出流量的变动，能够抑制再生流量的变动带来的对液压执行器的响应性的影响。其他，液压驱动系统1a起到与本实施方式的液压驱动系统1相同的作用效果。
48.根据上述说明，对于本领域技术人员来说，本发明的许多改进和其他实施方式是显而易见的。因此，上述说明应仅解释为示例，是为了将实施本发明的最佳方式告知本领域技术人员为目的而提供的。只要不脱离本发明的主旨，可实质性改变其结构和/或功能的具体内容。
49.符号说明：1
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液压驱动系统10
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罐11
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液压泵12
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进液控制阀12a
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杆侧控制阀13
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出液控制阀13a
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头侧控制阀14
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再生阀15
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第一压力传感器16
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第二压力传感器18
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操作装置18a
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操作杆（操作件）19
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控制装置。