JPH03177604A - 油圧ポンプの制御装置 - Google Patents

油圧ポンプの制御装置

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JPH03177604A
JPH03177604A JP1314594A JP31459489A JPH03177604A JP H03177604 A JPH03177604 A JP H03177604A JP 1314594 A JP1314594 A JP 1314594A JP 31459489 A JP31459489 A JP 31459489A JP H03177604 A JPH03177604 A JP H03177604A
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hydraulic pump
hydraulic
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和泉 鋭機
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康雄 田中
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洋 渡邊
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東一 平田
Genroku Sugiyama
玄六 杉山
Hideaki Tanaka
秀明 田中
Yutaka Onoe
裕 尾上
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    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2221Control of flow rate; Load sensing arrangements
    • E02F9/2232Control of flow rate; Load sensing arrangements using one or more variable displacement pumps
    • E02F9/2235Control of flow rate; Load sensing arrangements using one or more variable displacement pumps including an electronic controller

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は油圧ショベル、油圧クレーン等の油圧機械に用
いるロードセンシング制御油圧駆動回路の油圧ポンプの
制御装置に係わり、特に、油圧ポンプの吐出圧力を油圧
アクチュエータの最大負荷圧より一定差圧だけ高く保持
するよう制御する油圧ポンプの制御装置に関する。
〔従来の技術〕
近年、油圧ショベル、油圧クレーン等、複数の被駆動体
を駆動する複数の油圧アクチュエータを備えた建設機械
の油圧駆動装置においては、油圧ポンプの吐出圧力を負
荷圧力又は要求流量に連動して制御すると共に、流量制
御弁に関連して圧力補償弁を配置し、この圧力補償弁で
流量制御弁の前後差圧を制御して、複合駆動時の供給流
量を安定して制御することが行われている。このうち、
油圧ポンプの吐出圧力を負荷圧力に連動して制御するも
のの代表例としてロードセンシング制御がある。
ロードセンシング制御とは、油圧ポンプの吐出圧力が複
数の油圧アクチュエータの最大負荷圧力よりも一定値だ
け高くなるよう油圧ポンプの吐出量を制御するものであ
り、これにより油圧アクチュエータの負荷圧力に応じて
油圧ポンプの吐出量を増減し、経済的な運転が可能とな
る。
第9図に、従来のロードセンシング制御に用いる油圧ポ
ンプの制御装置の例を、それが使用される油圧駆動回路
と共に示す。この制御装置は、例、tばDE−Al−3
422165(特開昭60−11706号に対応)に記
載のものである。
第9図において、油圧駆動回路は、油圧ポンプ1と、こ
の油圧ポンプ1から吐出される圧油によって駆動される
油圧アクチュエータ2と、油圧ポンプlとアクチーエー
タ2の間に接続され、操作レバー3aの操作によりアク
チュエータ2に供給される圧油の流量を制御する流量制
御弁3と、流量制御弁3の上流と下流の差圧、即ち前後
差圧を一定に保ち、流量制御弁3の通過流量を流量制御
弁3の開度に比例°するように制御する圧力補償弁4と
を備え、流量制御弁3と圧力補償弁4の1組で圧力補償
流量制御弁を構成している。油圧ポンプ1は押しのけ容
積可変機構、例えば斜板1aを有している。なお、第9
図では油圧アクチュエータを1つのみ示すが、実際には
複数のアクチュエータがあり、これに対応して複数の圧
力補償流量制御弁がある。
油圧ポンプ1の制御装置は、油圧ポンプ1の押しのけ容
積、即ち斜板1aの位置を制御するロードセンシングレ
ギュレータ70からなり、ロードセンシングレギュレー
タ70は、油圧ポンプ1の吐出圧力Pdとシャトル弁9
により選択される複数のアクチュエータの最大負荷圧力
PLの差信号により切換弁72を切換え、斜板駆動シリ
ンダ71への油圧の流入出を制御し、油圧ポンプ1の吐
出圧力とアクチュエータの最大負荷圧力の差がバネ72
aで指示される一定値になるように斜板1aの傾転位置
、即ち、油圧ポンプ1の吐出量を制御する。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、この従来の油圧ポンプの制御装置におい
て以下のような問題点がある。
ロードセンシング制御を行っていない従来一般的な開回
路方式の油圧回路においては、寒冷時の始動直後、油圧
機器の保護のために作動油温を上昇させたいときは、油
圧ポンプ1から吐出する圧油を方向切換弁の絞り等を介
してタンクに戻し、その損失エネルギで油温を上昇させ
る。
しかしながら、ロードセンシングレギュレータ70を備
えたロードセンシング方式の油圧回路では、ポンプ吐出
圧力Pdとアクチュエータの最大負荷圧力PLの差圧Δ
Pはバネ72aの設定値となっているため、常に一定の
値となる。このため、油圧ポンプ1の吐出圧力Pdを上
昇させて、損失エネルギを発生させようとすると、ロー
ドセンシングレギュレータ70が働き、差圧ΔPが一定
になるように油圧ポンプ1の吐出量を減少させ、エネル
ギ損失が無いように作動するので、作動油温を上昇させ
ることができない。すなわち、通常作業時はなかなか暖
機運転ができないという欠点があった。
また、特別な暖機用の運転方法として、操作レバー3a
を操作してアクチュエータ2をストロークエンドに到達
するまで駆動し、回路の最高圧力を規制するリリーフ弁
を作動させるまで回路圧力を上昇させる運転方法がある
が、その間通常の作業ができないと共に、油圧機器に高
圧が加わり、機器に悪影響があるという問題があった。
本発明の目的は、作動油温か低いときには自動的に油温
を上昇するように暖機運転がなされ、かつ暖機運転中に
通常の作業を行うことができるロードセンシング制御油
圧駆動回路における油圧ポンプの制御装置を提供するこ
とにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、上記目的を達成するため、押しのけ容積手段
を備えた少なくとも1つの油圧ポンプと、この油圧ポン
プから吐出される圧油によって駆動される複数の油圧ア
クチュエータと、油圧ポンプと各アクチュエータん間に
接続され、操作手段の操作量に応じてアクチュエータに
供給される圧油の流量を制御する流量制御弁とを備えた
ロードセンシング制御油圧駆動回路における油圧ポンプ
の制御装置において、前記油圧ポンプの吐出圧力と前記
複数のアクチュエータの最大負荷圧力との差圧の最大値
を規制する圧力制御弁と、作動油の温度を検出する検出
手段と、前記油圧ポンプの吐出圧力と前記複数のアクチ
ュエータの最大負荷圧力の差圧に基づき、その差圧を前
記圧力制御弁で規制される差圧の最大値より低い一定値
に保持する油圧ポンプの第1の目標押しのけ容積を決定
する第1の手段、前記検出手段で検出した作動油の温度
に対応して油圧ポンプの第2の目標押しのけ容積を決定
する第2の手段、前記第1及び第2の目標押しのけ容積
の大きい方の値を選択する第3の手段を備え、その結果
に基づいて前記油圧ポンプの押しのけ容積を制御する制
御手段とを備える構成としたものである。
〔作用〕
このように構成した本発明においては、作動油の温度が
低いときは、第1の手段で油圧ポンプの吐出圧力とアク
チュエータの最大負荷圧力との差圧から決定される油圧
ポンプの第1の目標押しのけ容積よりも第2の手段で作
動油の温度から決定される第2の目標押しのけ容積の方
が大きくなり、第3の手段では第2の目標押しのけ容積
が選択される。このため、第1の目標押しのけ容積と第
2の目標押しのけ容積の差に相当するポンプ吐出量が圧
力制御弁から放出され、このとき発生する絞り損失によ
り油温を上昇させる。油温か通常状態まで上昇すると、
第2の目標押しのけ容積が第1の目標押しのけ容積より
も小さくなり、第3の手段では第1の目標押しのけ容積
が選択される。その結果、自動的に本来のロードセンシ
ング制御に移行し、圧力制御弁から放出される油量はな
くなるので、通常作業時のエネルギ損失は回避される。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図〜第7図により説明す
る。
第1図において、本実施例が係わる油圧駆動回路は、油
圧ポンプ1と、この油圧ポンプ1から吐出される圧油に
よって駆動される油圧アクチュエータ2と、油圧ポンプ
1とアクチュエータ2の間に接続され、操作レバー3a
の操作によりアクチュエータ2に供給される圧油の流量
を制御する流量制御弁3と、流量制御弁3の上流と下流
の差圧、即ち前後差圧を=定に保ち、流量制御弁3の通
過流量を流量制御弁3の開度に比例するように制御する
圧力補償弁4とを備え、流量制御弁3と圧力補償弁4の
1組で圧力補償流量制御弁を構成している。油圧ポンプ
1は押しのけ容積可変機構、即ち、斜板1aを有してい
る。なお、第工図では工つの油圧アクチュエータ2と1
つの圧力補償流量制御弁3,4のみを示したが、実際に
は複数のアクチュエータがあり、これに対応して複数の
圧力補償流量制御弁がある。
本実施例の油圧ポンプlの制御装置は、圧力制御弁80
と、差圧検出器5と、斜板傾転位置検出器6と、油温検
出器90と、制御ユニット7と、斜板制御装置8とから
なっている。
圧力制御弁80は油圧ポンプ1の吐出管路に接続され、
油圧ポンプ1の吐出圧力Pdとシャトル弁9により選択
されたアクチュエータ2を含む複数のアクチュエータの
最大負荷圧力PLとの差圧ΔPの最大値を規制するもの
で、差圧ΔPがバネ80aにより指示された一定値を越
えようとすると油圧ポンプ1の吐出量をタンクに放出し
、差圧ΔPの最大値をバネ80aの設定値以下に保持す
る。
差圧検出器5は、シャトル弁9により選択されたアクチ
ュエータ2を含む複数の油圧アクチュエータの最大負荷
圧力PLと油圧ポンプ1の吐出圧力Pdとの差圧を検出
し、それを電気信号ΔPとして制御ユニット7へ出力す
る。斜板傾転位置検出器6は、油圧ポンプ1の斜板1a
の傾転位置を検出し、これを電気信号θとして制御ユニ
ット7へ出力する。油温検出器90は作動油の温度を検
出し、それを電気信号tとして制御ユニット7へ出力す
る。油温検出器90は例えばタンク内に配置される。制
御ユニット7は電気信号ΔP、θ。
tに基づいて油圧ポンプ1の斜板1aの駆動信号を演算
し、この駆動信号を斜板制御装置8に出力する。斜板制
御装置8は、制御ユニット7からの駆動信号により斜板
1aを駆動する。
斜板制御装置8は、例えば第2図に示すように電気−油
圧サーボ式油圧駆動装置として構成することができる。
即ち、斜板制御装置8は、油圧ポンプ1の斜板1aを駆
動するサーボピストン8bを有し、サーボピストン8b
はサーボシリンダ8c内に収納されている。サーボシリ
ンダ8cのシリンダ室はサーボピストン8bによって左
側室8d及び右側室8eに区分されており、左側室8d
の断面積りは右側室8eの断面積dよりも太き(形成さ
れている。
サーボシリンダ8cの左側室8dは、パイロットポンプ
等の油圧源10と管路8fを介して連絡され、サーボシ
リンダ8cの右側室8eは油圧源10と管路8iを介し
て連絡され、管路8fは戻り管路8jを介してタンク1
1に連絡されている。
管路8fには電磁弁8gが介設され、戻り管路8jには
電磁弁8hが介設されている。これらの電磁弁8g、8
hはノーマルクローズ(非通電時、閉止状態に復帰する
機能)の電磁弁であって、制御ユニット7からの駆動信
号により切換えられる。
電磁弁8gが励磁(オン)されて切換位置Bに切り換わ
ると、サーボシリンダ8Cの左側室8dが油圧源10と
連通し、左側室8dと右側室8eの面積差によってサー
ボピストン8bが第2図で見て右方に移動する。これに
より油圧ポンプ1の斜板1aの傾転角が増大し、吐出量
が増加する。
また、電磁弁8g及び電磁弁8hが消磁(オフ)されて
双方とも切換位置Aに復帰すると、左側室8dの油路が
遮断され、サーボピストン8bはその位置にて静止状態
に保持される。これにより油圧ポンプ1の斜板1aの傾
転角が一定に保持され、吐出量が一定に保持される。電
磁弁8hが励磁(オン)されて切換位置Bに切り換わる
と、左側室8dとタンク11とが連通して左側室8dの
圧力が低下し、サーボピストン8dは右側室8eの圧力
により、第2図左方に移動される。これにより油圧ポン
プ1の斜板1aの傾転角が減少し、吐出量も減少する。
制御ユニット7はマイクロコンピュータで構成され、第
3図に示すように、差圧検出器5から出力される差圧信
号ΔPと斜板傾転位置検出器6から構成される装置信号
θと油温検出器90から出力される油温信号tをデジタ
ル信号に変換するA/Dコンバータ7aと、中央演算装
置(CP U)7bと、制御手順のプログラムを格納す
るリードオンリーメモリ(ROM)7cと。演算途中の
数値を一時記憶するランダムアクセスメモリ(RAM)
7dと、出力用のI10インクフェイス7eと、上述の
電磁弁8g、8hに接続される増幅器7g、7hとを備
えている。
制御ユニット7は、ROM7cに格納された制御手順プ
ログラムに基づいて、差圧検出器5から出力される差圧
信号ΔPから油圧ポンプ1の斜板1aの差圧目標傾転位
置θpoを演算すると共に、差圧検出器90から出力さ
れる油温信号tから暖機運転用の目標類°転位置θtO
を演算し、2つの目標傾転位置θI’O+  θ!0を
比較し、最大値を選択してこれを目標傾転位置の指令値
θ0とし、この目標位置θOと斜板傾転位置検出器6か
ら構成される装置信号θとから両者の偏差を零にする駆
動信号を生成し、これをI10インターフェイス7eを
経て増幅器7g、7hから斜板制御装置8の電磁弁8g
、8hに出力する。これにより油圧ポンプ1の斜板1a
は、傾転位置信号θが目標傾転位置の指令値θ0に一致
するよう制御される。
以下、第4図に示すROM49cに格納された制御手順
プログラムのフローチャートに従い、本実施例の動作を
詳細に説明する。
まず、手順100において、差圧検出器5、斜板傾転位
置検出器6、油温検出器90の出力をA/Dコンバータ
7aを介して入力し、差圧信号ΔP1傾転位置信号θ、
油温信号tとしてRAM7dに記憶する。
次に手順110において、差圧信号ΔPから差圧傾転目
標位置θpoを演算する。第5図に手順11Oの詳細を
示す。まず、手順111において差圧の目標値ΔPOと
手順100において入力した差圧信号ΔPとの差圧偏差
Δ(ΔP)を演算する。
ここで差圧の目標値ΔPoは、前述した圧力制御弁80
で規制される差圧ΔPの最大値、すなわち、バネ80a
で設定される値よりもわずかに低く設定される。次に手
順112において、予め設定されている制御係数Kiと
差圧偏差Δ(ΔP)を乗じ、差圧目標傾転位置の増分Δ
θ6.を演算する。
制御係数Kiはいわゆる積分係数であり、制御装置が最
適に機能するように予め設定しておく。また、差圧目標
傾転位置の増分Δθ、Pはプログラミングが第4図の手
順100から140までにかかる時間(サイクルタイム
)をtcとすれば、tc時間内における差圧目標傾転位
置の増分となる。
次に、手順113において前回演算した目標傾転位置の
指令値θo−1に増分Δθ0を加算し、今回の新しい差
圧目標傾転位置θpoを演算する。
次に第4図に戻って、手順120で暖機運転用の目標傾
転位置θ【0の演算を行う。この演算の内容を第6図で
説明する。
第6図において、横軸は手順100で読み込んだ油温t
の値で、縦軸は暖機運転用の目標傾転位置θtoである
。暖機運転用の目標傾転位置θtoは実線で示すように
、油温tの上昇に伴って目標傾転位置θ10が減少する
ように設定されている。なお、破線で示すように、油温
がtn℃以下では目標傾転位置θ1oが一定であり、t
n℃以上ではθ10=0になるように設定してもよい。
この関数関係は予め第3図に示したROM7cに記憶さ
せておき、いずれの場合も手順120では、手順100
で読み込んだtを用いてROM7Cに記憶しであるこの
関数関係から暖機運転用の目標傾転位置θtoを読み出
す。
再び第4図に戻り、手順130では手順110と手順1
20とで求めた差圧目標傾転位置θpoと暖機運転用の
目標傾転位置θ【Oの大きい方を選択し、目標傾転位置
の指令値θOとする。
次に、手順140において、油圧ポンプ1の斜板1aの
傾転位置制御を行う。その詳細を第7図に示す。第7図
の手順141において、手順130で演算した目標傾転
位置の指令値θ0と手順100で読み込んだ傾転位置信
号θとの偏差2を演算する。
次に手順142において、偏差Zの絶対値が斜板傾転位
置制御の不感帯Δ以内に入っているかを判定する。ここ
で121が不感帯Δより小さい(I21<Δ)と判定さ
れると手順144へ行き、電磁弁8g、8hにOFF信
号を出力し、斜板1aの傾転位置を固定する。手順14
2においてIZlが不感帯Δより大きい(IZ1≧Δ)
と判定されると手順143へ行く。手順143ではZの
正負を判定する。Zが正(Z>0)と判定した場合、手
順145へ行く。手順145では斜板の傾転位置を大方
向へ動かすために電磁弁8gにON。
電磁弁8hにOFF信号を出力する。
手順143においてZが負(Z≦0)と判定された場合
は手順146へ行き、斜板の傾転位置を小方向へ動かす
ために電磁弁8gへOFF、電磁弁8hにαN信号を出
力する。
以上の手順141〜146により斜板1aの傾転位置は
目標傾転位置の指令値θOに一致するように制御される
以上の構成を纏めてブロック図化したものを第8図に2
00で示す。ここでブロック201が手順111、ブロ
ック202が手順112、ブロック203および204
が手順113にそれぞれ相当し、ブロック205が手順
120に相当する。
またブロック206が手順130に相当し、ブロック2
07,208,209が手順140に相当する。
換言すれば、手順110(手順111〜113)または
ブロック201〜204は、油圧ポンプ1の吐出圧力と
複数のアクチュエータ2の最大負荷圧力との差圧に基づ
き、その差圧を圧力制御弁80で規制される差圧の最大
値より低い一定値ΔPOに保持する油圧ポンプ1の第1
の目標押しのけ容積θpoを決定する第1の手段を構成
し、手順120またはブロック205は、油温検出器9
0で検出した作動油の温度に対応して油圧ポンプ1の第
2の目標押しのけ容積θtOを決定する第2の手段を構
成し、手順130またはブロック206は、第1及び第
2の目標押しのけ容積の大きい方の値を選択する第3の
手段を構成する。
以上のように構成した本実施例においては、作動油の油
温か低いときには手順120で比較的大きい暖機運転用
の目標傾転位置θtoが演算されるので、差圧目標傾転
位置θpoが小さい状態でも手順130で暖機運転用の
目標傾転位置θtOが選択される。その結果、油圧ポン
プ1から吐出される流量は目標傾転位置θpoによるロ
ードセンシング制御本来の流量よりもθ【O−θpoに
相当する流量だけ増大し、θlo−θpoに相当する流
量が圧力制御弁80より放出される。このため、圧力制
御弁80による絞り損失を生じ、作動油の温度を上昇さ
せ、暖機運転が速やかに達成される。また、圧力制御弁
80は差圧の最大値を目標差圧ΔPOより僅かに高く設
定しているので、暖機運転中でも通常の作業ができる。
油温が上昇し、暖機運転の必要がなくなると、手順12
0で演算される暖機運転用の目標傾転位置θtoは小さ
くなり、手順130では本来の差圧目標傾転位置θpo
が選択される。その結果、本来のロードセンシング制御
に自動的に移行し、圧力制御弁80から放出される油量
はなくなるので、通常作業時には圧力制御弁80による
エネルギ損失がなくなり、省エネの効果がある。
なお、以上の実施例では暖機運転用の圧力制御弁80を
特別に設けた。しかしながら、一般にロードセンシング
制御油圧回路では、ロードセンシングレギュレータ70
による差圧一定制御時に、その応答遅れによる回路圧力
の上昇を避けるためにアンロード弁が設置されている。
このアンロード弁は油圧ポンプ1の吐出圧力とアクチュ
エータ2の最大負荷圧力との差圧がロードセンシング制
御の目標差圧ΔPoよりもわずかに高い差圧になるよう
に目標差圧を設定している。したがって、このアンロー
ド弁を備えた油圧回路では、特別に暖機運転用の圧力制
御弁80を設けずにアンロード弁を暖機運転用の圧力制
御弁に兼用するのが好ましい。
〔発明の効果〕
本発明によれば、作動油温が低いときには自動的に油温
を上昇するように暖機運転がなされ、かつ暖機運転中に
通常の作業を行うことができるので、寒冷時における作
業性を大幅に向上できると共に、暖機運転に伴うエネル
ギ損失を最小に止どめることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例による油圧ポンプの制御装置
を備えたロードセンシング制御油圧駆動回路の概略図で
あり、第2図は斜板傾転位置制御装置の構成の概略図で
あり、第3図は制御ユニットの構成を示す概略図であり
、第4図は制御ユニットで行われる制御手順を示すフロ
ーチャートであり、第5図は差圧目標傾転位置の演算を
行う手順の詳細を示すフローチャートであり、第6図は
油温と暖機運転用の目標傾転位置との関係を示す図であ
り、第7図は油圧ポンプの斜板傾転位置の制御を行う手
順の詳細を示すフローチャートであり、第8図は上述し
た実施例の構成をまとめてブロック化して示す図であり
、第9図は従来の油圧ポンプの制御装置を備えたロード
センシング制御油圧駆動回路を示す概略図である。 符号の説明 1・・・油圧ポンプ 2・・・油圧アクチュエータ 3・・・流量制御弁 4・・・圧力補償弁 3a・・・操作レバー 7・・・制御ユニット(制御手段) 8・・・斜板制御装置(制御手段) 80・・・圧力制御弁 90・・・油温検出器 110・・・手順(第1の手段) 120・・・手順(第2の手段) 130・・・手順(第3の手段) θpo・・・差圧目標傾転位置(第1の目標押しのけ容
積) θto・・・暖機運転用の目標傾転位置(第2の目標押
しのけ容積) θ0・・・目標傾転位置の指令値

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)押しのけ容積手段を備えた少なくとも1つの油圧
    ポンプと、この油圧ポンプから吐出される圧油によって
    駆動される複数の油圧アクチュエータと、油圧ポンプと
    各アクチュエータの間に接続され、操作手段の操作量に
    応じてアクチュエータに供給される圧油の流量を制御す
    る流量制御弁とを備えたロードセンシング制御油圧駆動
    回路における油圧ポンプの制御装置において、 前記油圧ポンプの吐出圧力と前記複数のアクチュエータ
    の最大負荷圧力の差圧の最大値を規制する圧力制御弁と
    、 作動油の温度を検出する検出手段と、 前記油圧ポンプの吐出圧力と前記複数のアクチュエータ
    の最大負荷圧力との差圧に基づき、その差圧を前記圧力
    制御弁で規制される差圧の最大値より低い一定値に保持
    する油圧ポンプの第1の目標押しのけ容積を決定する第
    1の手段と、前記検出手段で検出した作動油の温度に対
    応して油圧ポンプの第2の目標押しのけ容積を決定する
    第2の手段と、前記第1及び第2の目標押しのけ容積の
    大きい方の値を選択する第3の手段とを備え、その結果
    に基づいて前記油圧ポンプの押しのけ容積を制御する制
    御手段と を備えることを特徴とする油圧ポンプの制御装置。
  2. (2)請求項1記載の油圧ポンプの制御装置において、
    前記第2の目標押しのけ容積を油温の上昇に伴い小さく
    なるように設定したことを特徴とする油圧ポンプの制御
    装置。
  3. (3)請求項1記載の油圧ポンプの制御装置において、
    前記圧力制御弁はアンロード弁からなることを特徴とす
    る油圧ポンプの制御装置。
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