JPH0321761B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、油圧モータを備えた作業機械に用い
られる油圧モータの駆動機構に係り、特に建設機
械の走行モータの駆動に好適な油圧モータの駆動
機構に関する。

〔従来の技術〕

建設機械、例えば油圧シヨベルは、油圧モータ
で駆動される下部走行体と、この下部走行体上に
旋回可能に設けられた上部旋回体と、この上部旋
回体に設けられて作業部を構成するフロント機構
とを備えている。下部走行体の油圧モータは上部
旋回体に設置されてエンジン等の原動機により回
転される油圧ポンプの吐出油により駆動される。
このような油圧モータの駆動回路を図に基づいて
説明する。

第１図は従来の油圧シヨベルの油圧モータの駆
動回路図である。図で、１は原動機により回転駆
動される可変容量形油圧ポンプ（以下、単に油圧
ポンプという。）、２は油圧ポンプ１からの吐出油
により駆動される固定容量形油圧モータであり油
圧シヨベルの下部走行体の左右にそれぞれ１基ず
つ備えられている。３は下部走行体の駆動輪と固
定容量形油圧モータ２との間に介在する走行減速
機である。４は油圧ポンプ１と固定容量形油圧モ
ータ２との間に介在するコントロールバルブであ
り、固定容量形油圧モータ２の回転方向等の駆動
制御を行なう。４ａはコントロールバルブ４のス
プールに連結されたロツド、５はロツド４ａに設
けられた所定形状のカムである。６は固定容量形
油圧モータ２のブレーキバルブ、７は固定容量形
油圧モータ２の両側の管路が所定の差圧になつた
とき両管路を接続するクロスオーバリリーフ弁、
８は主リリーフ弁、９は油圧ポンプ１の吐出量制
御装置である。

以下、油圧ポンプ１の吐出量制御装置９の構成
の概略について説明する。油圧ポンプ１はおしの
け容積可変機構（以下、これを斜板で代表する）
１ａを有し、その傾転量を変えることにより油圧
ポンプ１の吐出量を制御する。１０はそのピスト
ンロツドが斜板１ａと連結された傾転制御シリン
ダであり、この傾転制御シリンダ１０を駆動する
ことにより斜板１ａの傾転量を変えることができ
る。１１は傾転制御シリンダ１０への圧油を供給
する補助油圧ポンプ、１２は補助油圧ポンプ１１
に接続されたリリーフ弁である。１３は油圧ポン
プ１の吐出圧に応じて作動する圧力補償制御器で
あり、補助油圧ポンプ１１と傾転制御シリンダ１
０との間の油路を吐出圧に応じて切換え、傾転制
御シリンダ１０を駆動して斜板１ａの傾転量が最
適になるように制御する。１４は圧力補償制御器
１３と傾転制御シリンダ１０のピストンロツドと
を連結するリンク機構であり、斜板１ａの傾転量
を圧力補償制御器１３にフイードバツクして最適
の傾転量を維持する。１５は前記圧力補償制御器
１３と同じく補助油圧ポンプ１１と傾転制御シリ
ンダ１０との間の油路を切換える外部指令制御器
であり、前記圧力補償制御器１３が油圧ポンプ１
の吐出圧に応じて作動するのに対し、外部指令制
御器１５は油圧ポンプ１で駆動されるアクチユエ
ータの駆動に応じて作動し、斜板１ａの傾転量が
最適になるように制御する。斜板１ａの傾転量は
リンク機構１４を介して外部指令制御器１５にフ
イードバツクされることにより最適に維持され
る。

ここで、外部指令制御器１５に対して外部指令
を与える機構を説明する。一般に、油圧ポンプ１
は、固定容量形油圧モータ２だけでなく、その他
のアクチユエータの油圧源となつている。したが
つて、油圧ポンプ１に駆動される複数のアクチユ
エータに対してはそれぞれコントロールバルブが
備えられており、これら複数のコントロールバル
ブは一括して集められ、コントロールバルブ群を
構成する。各コントロールバルブには、コントロ
ールバルブ４と同じくそのスプールにロツド（ロ
ツド４ａと同じ）が連結され、各ロツドにはカム
５と同一形状のカムが設けられている。各カムは
同一平面に同一列になるように配置される。即
ち、図ではカム５のみが示されているが、他のカ
ムも紙面と垂直方向に同一列に配置されている。
このような構成において、図で１６は各カムのす
べてに接触する長いローラ、１７はこのローラ１
６および前記外部指令制御器１５を連結するリン
ク機構である。

今、油圧シヨベルを走行させるべく、コントロ
ールバルブ４を図の左側位置に切換えると、油圧
ポンプ１の吐出油はコントロールバルブ４、ブレ
ーキバルブ６を経て固定容量形油圧モータ２に供
給され、固定容量形油圧モータ２が回転して油圧
シヨベルが走行する。同時に、カム５も図で右方
に移動し、カム５の形状から明らかなようにロー
ラ１６はカム端部高所に乗り上げ上方へ持ち上げ
られる。したがつて、外部指令制御器１５はリン
ク機構１７により駆動されて油路を切換え、傾転
制御シリンダ１０が駆動されて斜板１ａの傾転量
を大にして油圧ポンプ１の吐出量を増大させる。
なお、このような油圧ポンプ１の吐出量制御装置
９の構成および動作は、特公昭47−6703号公報に
記載されて公知であるので、その詳細な説明は省
略する。

第２図ａ乃至ｃは上記のように固定容量形油圧
モータ２を駆動したときの油圧ポンプ１の斜板１
ａの傾転角（即ち、傾転量）、固定容量形油圧モ
ータの走行速度と出力トルクの特性図である。第
２図ａは油圧ポンプ１の吐出圧力Ｐと斜板１ａの
傾転角θの関連を示す図である。吐出圧力Ｐがあ
る値P₁以下では斜板１ａの傾転角は第１図に示
す吐出量制御装置９より大きな傾転角θ₁に制御さ
れ、油圧ポンプ１からの吐出量は大となり、固定
容量形油圧モータ２は高速で回転し、油圧シヨベ
ルも高速走行する。一方、油圧シヨベルが坂道や
湿地等抵抗の大きい場所を走行する場合、油圧ポ
ンプの吐出圧力は増大して圧力P₁を超える。こ
のため斜板１ａの傾転角θは減少し、したがつて
油圧ポンプ１の吐出量も減少して固定容量形油圧
モータ２の回転も低下し、油圧シヨベルは低速走
行となる。なお、点Ａは油圧シヨベルの平地走行
時における油圧ポンプ１の状態を示す点である。
第２図ｂは固定容量形油圧モータ２の入力圧力Ｐ
に対する回転数Ｎと出力トルクＴの関連を示す図
であり、入力圧力Ｐがある値P₁以下では油圧ポ
ンプ１の吐出量は大であるので回転数Ｎも最大回
転数N₁となるが、坂道等においては入力圧力Ｐ
が増大し回転数Ｎは低下する。出力トルクＴは圧
力Ｐに比例する。即ち、平地走行時は入力圧力Ｐ
は小さく、大きなトルクＴを必要とせず、大きな
回転数N₁で高速走行することができるが、坂道
等においてはトルクＴを大にし、回転数Ｎを低下
させて低速走行となる。第２図ｃは固定容量形油
圧モータ２の傾転角θを示し、固定容量形である
から当然その傾転角θも値θ′₁に一定している。

このような従来の走行装置においては、固定容
量形油圧モータ２が使用されているので、その最
大回転数および最大出力トルクも固定された値と
なる。そして、固定容量形油圧モータ２が最大回
転数により駆動されているとき（油圧シヨベルが
最高速度で走行しているとき）、油圧ポンプ１か
らは大流量の吐出油が供給される。

〔発明の解決しようとする課題〕

ところで、油圧ポンプ１と固定容量形油圧モー
タ２との間は、前者が上部旋回体に、後者が下部
走行体に備えられている関係から両者間の配管距
離が長く、又、中間にはコントロールバルブ４、
センタジヨイント（図示されていない）、ブレー
キバルブ６等が備えられている。したがつて、油
圧ポンプ１から固定容量形油圧モータ２へ大流量
の吐出油が供給された場合、回路圧損は極めて大
きくなり、この損失を補なうためには油圧ポンプ
１を駆動する原動機の馬力を大きくしなければな
らないという欠点があつた。

なお、大形の建設機械等においては、斜板を備
えた可変容量形油圧モータを使用する例も見られ
るが、これは手動により斜板の傾転角を大、小い
ずれかに変更するものであり、傾転角を小にした
とき上記固定容量形油圧モータ２と同一性能をも
たせ、平地走行等通常走行の場合高速走行ができ
るようにし、坂道等の走行時に傾転角を大にして
牽引力をさらに増大させようとするものであり、
上記固定容量形油圧モータ２と全く同じく回路圧
損が大きいという欠点を有するものである。しか
も、可変容量形油圧モータの負荷に応じて運転者
が絶えずその傾転角を変更しなければならず、適
切な変更はほとんど不可能である。加えて、操作
性を少しでも柔らげるために傾転角を小にしたと
きの速度と大にしたときの速度の差を一定範囲内
におき、あまり大きな速度差をつけられないため
に熱効率が悪くなることになる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、上記従来の欠点を除き、
油圧モータに所期の駆動を行わせつつ、しかも管
路の圧力損失を減少させることができる油圧モー
タの駆動機構を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明は、容量可
変機構を有する油圧ポンプと、この油圧ポンプに
より駆動される容量可変機構を有する油圧モータ
および他の油圧アクチユエータとを備えたものに
おいて、前記他の油圧アクチユエータの駆動時に
前記油圧ポンプのおしのけ容積を所定の値に設定
するとともに前記油圧モータのみの駆動時に前記
油圧ポンプのおしのけ容積を前記所定の値より低
い値に設定する設定手段と、前記油圧モータの高
圧側圧力が所定の圧力以下のときには当該油圧モ
ータのおしのけ容積を所定の低い値に維持すると
ともに前記所定の圧力を超えたときその圧力に応
じて当該油圧モータのおしのけ容積を増加させる
ように駆動する駆動手段とを設けたことを特徴と
する。

〔作用〕

設定手段は、他の油圧アクチユエータ、又は他
の油圧アクチユエータと油圧モータとが同時に駆
動される場合、油圧ポンプのおしのけ容積をエン
ジンの出力で定まる所定の値（最大値又はその近
辺の値）に設定し、かつ、油圧モータのみが駆動
される場合には、油圧ポンプのおしのけ容積を上
記所定の値よりも小さな値に設定する。一方、駆
動手段は、油圧モータの高圧側出力が所定圧以下
のときにはおしのけ容積を低い値に保持し、所定
圧を超えたとき（負荷が大きくなつたとき）には
これに応じておしのけ容積を大きくする。これに
より、油圧ポンプの吐出流量を減少させ、油圧モ
ータの所期の駆動を得ながら管路損失を減少せし
めることができる。

〔実施例〕

以下、本発明を第３図に示す実施例に基づいて
説明する。

第３図は本発明の実施例に係る油圧シヨベルの
油圧モータの駆動機構の油圧回路図である。図
で、第１図に示す部分と同一部分には同一符号が
付されている。１８は油圧シヨベルの下部走行体
に備えられた可変容量形油圧モータ（以下、単に
油圧モータという。）、１８ａは油圧モータ１８の
おしのけ容積可変機構（以下、斜板で代表させ
る）、１９は斜板１８を駆動してその傾転角を変
えるモータ傾転シリンダ、２０は油圧モータ１８
の両端の圧力を導入してその高圧側を選択するシ
ヤトル弁である。シヤトル弁２０により選択され
た圧力はモータ傾転シリンダ１９に導かれる。２
１はコントロールバルブ４のロツド４ａに設けら
れたカムである。カム２１は図示のように、第１
図に示すカム５に比べてその両端部が切断されて
低くなつている。即ち、油圧ポンプ１で駆動され
る他のアクチユエータのコントロールバルブのロ
ツドに設けられたカムに比べてその両端部が低く
形成されている。

ここで、本実施例の動作を第４図ａ乃至ｃに示
す特性図を参照しながら説明する。油圧シヨベル
を走行させるためコントロールバルブ４をいずれ
か一方、例えば図の左側位置に切換えると、油圧
ポンプ１の吐出油はコントロールバルブ４、ブレ
ーキバルブ６を介して油圧モータ１８に供給され
これを回転させる。一方、コントロールバルブ４
の操作によりカム２１は右側に移行し、ローラ１
６はカム２１の左側端部に乗り上げ、リンク機構
１７、外部指令制御器１５、傾転制御シリンダ１
０を介して油圧ポンプ１の斜板１ａの傾転角を増
加する。今、ローラ１６が、第１図に示す両端の
高いカム５の端部に乗り上げた場合の斜板１ａの
傾転角を第２図ａに示すようにθ₁とし、本実施例
における両端の低いカム２１の端部に乗り上げた
場合の斜板１ａの傾転角をθ₂とすると、両傾転角
θ₁，θ₂は第４図ａに示すようにθ₁＞θ₂の関係にあ
る。第４図ａで、破線部分は第２図ａに示す従来
の特性を示し、点Ａはその平地走行時の油圧ポン
プ１の状態を示す。従来例においては、油圧ポン
プ１の吐出圧力が圧力P₁以下の場合に斜板１ａ
の傾転角が角θ₁一定であるのに対して、本実施例
においては、油圧ポンプ１の吐出圧力が圧力P₁
よりも大きい圧力P₂以下の場合に斜板１ａの傾
転角が角θ₂一定である。そして、角θ₂は角θ₁より
小さいのであるから、油圧ポンプ１の吐出量は従
来例における吐出量に比べて減少する。

ところで、油圧モータ１８の斜板１８ａの傾転
角を小さくすれば、油圧モータ１８の入力圧力が
増大すること、および油圧モータ１８の出力トル
クはその入力圧力とモータ容量の積に比例するこ
とが知られている。したがつて、油圧シヨベルの
平地走行等油圧モータ１８の負荷が低い一定範囲
においては、斜板１８ａの傾転角を小さくして
も、油圧モータ１８の入力圧力が増大するから充
分に所要の出力トルクを得ることができる。一
方、油圧モータ１８の回転数は供給される吐出量
に比例し、斜板１８ａの傾転角に反比例する。し
たがつて、供給される吐出量が一定であるときに
は、斜板１８ａの傾転角を小さくすれば油圧モー
タ１８の回転数を増大させることができる。以上
のことから、油圧ポンプ１の斜板１ａの傾転角を
小さくしてその吐出量を減少させても、油圧モー
タ１８の斜板１８ａの傾転角を小さくしてその入
力圧力を増大してやれば、充分な出力トルクを得
つつ回転数も上昇させることができることにな
る。

そこで、本実施例においては、カム２１の両端
の高さを、そこにローラ１６が乗り上げたとき斜
板１ａの傾転角が第４図ａに示す小さな傾転角θ₂
になるように設定しておき、一方、シヤトル弁２
０で選択された高圧側圧力が第４図ｃに示す所定
の圧力P₂以下において、油圧モータ１８の斜板
１８ａの傾転角が従来の固定容量形油圧モータ２
の傾転角θ₁′より小さい傾転角θ_n2になるようにモ
ータ傾転シリンダ１９の特性を設定しておく。そ
うすると、第４図ａに示すように、油圧ポンプ１
の吐出量を減少させたにもかかわらず、第４図ｂ
に示すように油圧モータ１８の回転数を入力圧力
P₂以下において従来の固定容量形モータ２の回
転数N₁と等しくすることができる。この結果、
油圧シヨベルの平地走行時、油圧ポンプ１の吐出
量が減少することにより回路の圧損も著るしく減
少するとともに、油圧モータ１８の駆動速度は従
来の固定容量形モータ２の駆動速度と同一にする
ことができる。なお、第４図ａに示す点Ｂは平地
走行時の油圧ポンプ１の状態を示す。

油圧シヨベルが坂道等抵抗の大きい場所を走行
する場合には、油圧モータ１８の入力圧力は圧力
P₂を超える。この場合シリンダー１９内のスプ
リング圧力P₂の直前の圧力から動き出すように
しておけば、負荷トルク増大につれて斜板１８ａ
の傾転角が大きくなり圧力P₂の直後で最大とな
る。この圧力P₂はシヤトル弁２０よりモータ傾
転シリンダ１９に導かれ、モータ傾転シリンダ１
９は導かれた圧力に応じて第４図ｃに示すように
斜板１８ａの傾転角を最小傾転角θ_n2から最大傾
転角θ_n1までの間で自動的に変化させる。なお、
第４図ｃに示す圧力P₂の点で傾転角θ_n2から傾転
角θ_n1に直線的に上昇しているのは負荷が増大し
圧力が圧力P₂以上になろうとすると斜板１８ａ
の傾転が増大する結果、直ちに圧力は下るため圧
力一定のもとで、傾転が大きくなるような作動を
することに起因している。今、斜板１８ａの傾転
角が角θ_n2のときの入力圧力P₂の直前における回
転数特性曲線上の点をα₁その直後の傾転角が大き
くなつた時点の点をα₂とし、又、斜板１８ａの傾
転角を角θ_n1に固定した場合の回転数特性曲線を
一点鎖線で示し入力圧力P₃における当該回転数
特性曲線上の点をα₃とすると、入力圧力P₂を超
えた場合の油圧モータ１８の回転数は点α₁と点α₂
を通り点α₃を結ぶ直線上にある。又、斜板１８ａ
の傾転角が角θ_n2のときの入力圧力P₂の直前にお
ける出力トルク特性直線上の点β₁、直後の点を
β₂、斜板１８ａの傾転角を角θ_n1に固定した場合
の出力トルク特性直線を二点鎖線で示した入力圧
力P₃における当該直線上の点をβ₃とすると、入力
圧力P₂を超えた場合の油圧モータ１８の出力ト
ルクは点β₁と点β₂を通りβ₃を結ぶ直線上にある。
即ち、油圧モータ１８の負荷が坂道走行等により
増大し、その入力圧力が所定の圧力P₂を超える
と、油圧モータ１８の回転数は急速に減少し、一
方、油圧モータ１８の出力トルクは急速に増大す
る。油圧シヨベルの坂道走行や湿地脱出等におい
ては、高速走行の必要はなく、充分な出力トルク
を確保できればよいのであるから上記の特性は油
圧モータ１８にとつて極めて望ましい特性である
といえる。

このように、本実施例では、油圧モータ駆動
時、油圧モータのコントロールバルブのロツドに
設けられたカムのみを他のアクチユエータのコン
トロールバルブのカムよりも低くすることにより
油圧ポンプの容量を低くして高吐出圧、低流量と
し、かつ、モータ傾転シリンダにより油圧モータ
の斜板の傾転角を、油圧モータ入力圧力が所定の
圧力以下において小さな一定の傾転角とし、所定
の圧力を超えたときその圧力に応じて大きく変化
するようにしたので、油圧モータに所期の駆動を
行わせつつ、しかも管路の圧損を大幅に減少させ
ることができ、ひいては原動機の馬力上昇を抑え
て省エネルギーに寄与することもできる。又、油
圧モータの負荷が大きくなつたとき、大きな出力
トルクを得ることもできる。さらに、シヤトル弁
により油圧モータの高圧側の圧力をモータ傾転シ
リンダに導くようにしたので、油圧モータの斜板
の傾転角制御を自動的に連続して最適に行なうこ
とができ、運転者の負担を大きく軽減することが
ができる。

なお、上記実施例では、油圧シヨベルの走行油
圧モータについて述べたが、これに限ることはな
く、他の種々の作業機の種々の油圧モータに適用
することができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明では、油圧モータの
駆動時、油圧ポンプの容量を低くして高吐出圧、
低流量とし、かつ、油圧モータの高圧側圧力が所
定圧力以下のとき油圧モータのおしのけ容積可変
機構の傾転角を小さくし、前記所定圧力を超えた
とき当該傾転角をその圧力に応じて大きく変化す
るようにしたので、油圧モータに所期の駆動を行
わせつつ、しかも管路の圧損を大幅に減少させる
ことができ、ひいては原動機の馬力上昇を抑えて
省エネルギーに寄与することができる。又、油圧
モータの大きな負荷にも充分対応し得る出力トル
クを得ることもできる。さらに、油圧モータの入
力圧力に応じて傾転角を変化させるので、油圧モ
ータの駆動速度制御を自動的、かつ、なめらかに
行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の油圧シヨベルの油圧モータの駆
動回路図、第２図ａ，ｂ，ｃは第１図に示す油圧
ポンプおよび油圧モータの特性図、第３図は本発
明の実施例に係る油圧シヨベルの油圧モータの駆
動機構の油圧回路図、第４図ａ，ｂ，ｃは第３図
に示す油圧ポンプおよび油圧モータの特性図であ
る。 １……油圧ポンプ、１ａ，１８ａ……斜板、４
……コントロールバルブ、４ａ……ロツド、９…
…吐出量制御装置、１６……ローラ、１８……油
圧モータ、１９……モータ傾転シリンダ、２０…
…シヤトル弁、２１……カム。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 容量可変機構を有する油圧ポンプと、この油
   圧ポンプにより駆動される容量可変機構を有する
   油圧モータおよび他の油圧アクチユエータとを備
   えたものにおいて、前記他の油圧アクチユエータ
   の駆動時に前記油圧ポンプのおしのけ容積を所定
   の値に設定するとともに前記油圧モータのみの駆
   動時に前記油圧ポンプのおしのけ容積を前記所定
   の値より低い値に設定する設定手段と、前記油圧
   モータの高圧側圧力が所定の圧力以下のときには
   当該油圧モータのおしのけ容積を所定の低い値に
   維持するとともに前記所定の圧力を超えたときそ
   の圧力に応じて当該油圧モータのおしのけ容積を
   増加させるように駆動する駆動手段とを設けたこ
   とを特徴とする油圧モータの駆動機構。