阅读说明：本技术 建筑机械的油压系统 (Hydraulic system for construction machine ) 是由 近藤哲弘 楠本亮介 中山优树 于 2019-02-25 设计创作，主要内容包括：油压系统具备行驶马达、以形成闭环的形式与行驶马达连接并由发动机驱动的行驶泵、由发动机驱动并通过设有单向阀的吸入管线从储罐吸入工作油且通过吐出管线向作业用油压执行器供给工作油的作业用泵、通过蓄压管线与吐出管线连接并且通过放压管线与吸入管线的单向阀的下游侧部分连接的切换阀以及通过中继管线与切换阀连接的蓄油器；切换阀在使蓄压管线、放压管线及中继管线阻断的中立位置、使蓄压管线和中继管线连通的蓄压位置和使中继管线与放压管线连通的放压位置之间进行切换。(The hydraulic system includes a travel motor, a travel pump connected to the travel motor in a closed loop and driven by an engine, a working pump driven by the engine, sucking working oil from a tank through an intake line provided with a check valve, and supplying the working oil to a working hydraulic actuator through a discharge line, a switching valve connected to the discharge line through a pressure accumulation line and connected to a downstream side portion of the check valve of the intake line through a discharge line, and an accumulator connected to the switching valve through a relay line; the switching valve switches between a neutral position at which the pressure accumulation line, the pressure release line, and the relay line are blocked, a pressure accumulation position at which the pressure accumulation line and the relay line are communicated, and a pressure release position at which the relay line and the pressure release line are communicated.)

建筑机械的油压系统

技术领域

本发明涉及建筑机械的油压系统。

背景技术

轮式装载机（wheel loader）或叉车（forklift）等建筑机械中，有的搭载包括构成车轮或履带（crawler）等行驶手段和发动机之间的油压式无段变速机（HST）的行驶回路、和用于进行挖取作业或抬起作业等作业的作业用回路的油压系统。

例如，专利文献1中，公开了包括如图6所示的行驶回路110的建筑机械的油压系统100。行驶回路110包括由发动机101驱动的行驶泵120和使行驶用驱动轴102旋转的行驶马达130。行驶泵120以通过一对给排管线141、142形成闭环的形式与行驶马达130连接。给排管线141、142与补充泵（charge pump）150连接。

行驶泵120为双倾转泵，前进时通过给排管线141、142的一方将工作油供给至行驶马达130，后退时通过给排管线141、142的另一方将工作油供给至行驶马达130。行驶用驱动轴102将转矩从行驶马达130传递至车轮104。行驶用驱动轴102上设有机械制动器（mechanical brake）103。

此外，油压系统100以能够使行驶减速时的动能再生的形式构成。具体地，一对给排管线141、142分别经切换阀160与蓄油器（accumulator）170连接。而且，这些蓄油器170中，在前进减速时从行驶马达130排出的压油和在后退减速时从行驶马达130排出的压油分开地蓄积。在前进减速时蓄积于蓄油器170的压油在下次后退时利用，在后退减速时蓄积于蓄油器170的压油在下次前进时利用。

现有技术文献：

专利文献：

专利文献1：日本特开2014-109329号公报。

发明内容

发明要解决的问题：

然而，图6所示的油压系统100中，为了使行驶减速时的动能再生，需要两个蓄油器170，成本较高。又，蓄油器170从给排管线141、142的一方蓄积压油时，需要将与之相当的量的工作油从补充泵150补充至给排管线141、142的另一方。

此外，图6所示的油压系统100中，给排管线141、142分别与蓄油器170连接，因而制动力被由蓄油器170的设定压限制，存在仅靠向蓄油器170的压油的蓄积无法获得充足的制动力的情况。又，利用蓄积于蓄油器170的压油时，在行驶泵120的吐出压比蓄油器170的设定压高那样的状况（例如，急加速时）下不能进行。

因此，本发明的目的在于，提供一种能够不在行驶回路中使用蓄油器而使行驶减速时的动能再生的建筑机械的油压系统。

解决问题的手段：

为了解决所述问题，本发明的建筑机械的油压系统的特征在于，具备：使行驶用驱动轴旋转的行驶马达；以形成闭环的形式与所述行驶马达连接，并由发动机驱动的行驶泵；由所述发动机驱动的作业用泵，所述作业用泵通过设有单向阀的吸入管线而从储罐吸入工作油，并通过吐出管线向作业用油压执行器供给工作油；通过蓄压管线与所述吐出管线连接，并通过放压管线与所述吸入管线中的所述单向阀的下游侧部分连接的切换阀；以及通过中继管线与所述切换阀连接的蓄油器；所述切换阀在使所述蓄压管线、所述放压管线及所述中继管线阻断的中立位置、使所述蓄压管线与所述中继管线连通的蓄压位置和使所述中继管线与所述放压管线连通的放压位置之间进行切换。

根据上述结构，行驶减速时行驶泵作为马达发挥功能，从而辅助作业用泵的驱动。因此，能够在切换阀切换至蓄压位置时，将行驶减速时的动能转换成从作业用泵吐出的压油并蓄积于蓄油器。另一方面，切换阀切换为放压位置时，作业用泵的吸入侧的压力变高。由此，作业用泵的驱动所需的动力降低，使能量消耗量降低。通过这样的循环使行驶减速时的动能再生。而且，蓄油器设于包括作业用泵的作业用回路，从而能够不在行驶回路中使用蓄油器而使行驶减速时的动能再生。

还可以是，所述建筑机械为轮式装载机，上述的油压系统还具备：控制所述切换阀的控制装置；接收加速指令的加速踏板；设于所述行驶用驱动轴的机械制动器；接受对所述机械制动器的制动操作的制动踏板；对车速进行检测的车速检测器；以及对所述作业用泵的吐出压进行检测的吐出压检测器；所述控制装置在满足同时踩踏加速踏板和制动踏板且所述车速检测器所检测的车速大于第一阈值的蓄压条件时，使所述切换阀切换至所述蓄压位置，在不满足所述蓄压条件时，在所述吐出压检测器所检测的作业用泵的吐出压大于第二阈值的情况下，使所述切换阀切换至所述放压位置，另一方面，在作业用泵的吐出压小于所述第二阈值的情况下，使所述切换阀切换至所述中立位置。轮式装载机中，在挖取搬送物时，首先行驶至搬送物的附近并停止后，通过铲斗及动臂进行挖取作业。该行驶停止时，为了准备之后的挖取作业而不使发动机转速降低，保持踩踏加速踏板并踩踏制动踏板。因此，使蓄压条件为同时踩踏加速踏板和制动踏板且车速大于第一阈值，从而能够对以高发动机转速驱动作业用泵的状况进行合理利用而将压油蓄积于蓄油器。

也可以是，上述的油压系统还具备包括操作杆的动臂操作装置及铲斗操作装置；所述第二阈值为比所述动臂操作装置及所述铲斗操作装置的操作杆为中立状态时的所述作业用泵的吐出压高的值。根据该结构，作业用泵为待用（stand-by）状态时蓄油器变为放压状态，其结果是能够防止发动机转速过高。

也可以是，所述作业用泵为可变容量型的泵，上述的油压系统还具备对所述作业用泵的倾转角进行调节的调节器（regulator），所述控制装置在满足所述蓄压条件时，使所述切换阀切换至所述蓄压位置，并以增加所述作业用泵的倾转角的形式控制所述调节器。根据该结构，能够提升满足蓄压条件时的制动力。

也可以是，上述的油压系统还具备能对所述信号压进行减压的电磁比例阀，所述电磁比例阀设置于从包括所述制动踏板的制动操作装置将与所述制动踏板的踩踏量对应的信号压向所述机械制动器引导的信号压管线；所述控制装置以所述机械制动器的制动力在满足所述蓄压条件时比不满足所述蓄压条件时弱的形式控制所述电磁比例阀。根据该结构，通过使蓄油器中蓄积有压油从而能够抑制综合的制动力过高。

发明效果：

根据本发明，能够不在行驶回路中使用蓄油器而使行驶减速时的动能再生。

附图说明

图1为本发明一实施形态的建筑机械的油压系统的概略结构图；

图2为控制装置进行控制的流程图；

图3的3A～3H分别为示出加速踏板的踩踏量、制动踏板的踩踏量、发动机转速、行驶泵的倾转角、车速、挖取作业、作业用泵的吐出压及作业用泵的倾转角的经时变化的图表；

图4为变形例的油压系统的概略结构图；

图5为另一变形例的油压系统的一部分的概略结构图；

图6为现有的建筑机械的油压系统的概略结构图。

具体实施方式

图1中示出了本发明一实施形态的建筑机械的油压系统1。本实施形态中，建筑机械为包括作为行驶手段的车轮15的轮式装载机。但是，建筑机械也可以是例如叉车、紧凑型履带式装载机（compact track loader）、履带式运输车（crawler carrier）等。紧凑型履带式装载机及履带式运输车中，行驶手段为履带。

建筑机械所搭载的油压系统1包括发动机11、构成发动机11与车轮15之间的油压式无段变速机（HST）的行驶回路2以及用于进行挖取作业等的作业用回路4。

行驶回路2包括由发动机11驱动的行驶泵21、使行驶用驱动轴13旋转的行驶马达23。行驶泵21以通过一对给排管线31、32形成闭环的形式与行驶马达23连接。

本实施形态中，发动机11的输出轴经齿轮箱12与行驶泵21的旋转轴连结。又，发动机11的输出轴经齿轮箱12还与后述的作业用泵41的旋转轴连结。

行驶泵21为双倾转泵，前进时通过给排管线31、32的一方将工作油供给至行驶马达23，后退时通过给排管线31、32的另一方将工作油供给至行驶马达23。行驶用驱动轴13将转矩从行驶马达23传递至车轮15。行驶用驱动轴13上设有机械制动器14。

机械制动器14构成为通过将衬垫（pad）或衬片（lining）等磨损构件推压到与行驶用驱动轴13一同旋转的盘（disk）或鼓筒（drum）上从而对行驶用驱动轴13作用制动力。更详细地，机械制动器14包括设于每个车轮的制动缸，当踩踏后述的制动踏板92时，主缸中产生压油并传至制动缸从而推压摩擦构件。

给排管线31、32彼此通过桥架路33连接。桥架路33中互相逆向地设有一对单向阀34。桥架路33中单向阀34之间的部分通过补充管线35与补充泵25连接。又，图示省略，从补充管线35分叉有安全管线，该安全管线中设有安全阀。

补充泵25的旋转轴经行驶泵21的旋转轴及齿轮箱12而与发动机11的输出轴连结，补充泵25由发动机11驱动。

行驶泵21为倾转角可变的可变容量型的泵。本实施形态中行驶泵21为由斜板的角度规定倾转角的斜板泵，但行驶泵21也可以是由斜轴的角度规定倾转角的斜轴泵。行驶泵21的倾转角由调节器22调节。

调节器22在本实施形态中由电气信号工作。但是，调节器22也可以由油压先导或手动杆工作。例如，调节器22可以对作用于与行驶泵21的斜板连结的伺服活塞的油压进行电气变更，也可以是与行驶泵21的斜板连结的电动执行器。

行驶马达23为倾转角可变的可变容量型的马达。本实施形态中行驶马达23是由斜板的角度规定倾转角的斜板马达，但行驶马达23也可以是由斜轴的角度规定倾转角的斜轴马达。行驶马达23的倾转角由调节器24调节。

调节器24在本实施形态中由电气信号工作。但是，调节器24也可以由油压先导工作。例如，调节器24可以对作用于与行驶马达23的斜板连结的伺服活塞的油压进行电气变更，也可以是与行驶马达23的斜板连结的电动执行器。

调节器22、24由控制装置7控制。但是，图1中为了图面简洁，仅绘制了一部分信号线。例如，控制装置7为具有ROM或RAM等存储器和CPU的计算机，储存于ROM的程序由CPU执行。

图略的驾驶室内设有加速踏板91和制动踏板92。加速踏板91接受与发动机转速相关的加速指令，制动踏板92接受对机械制动器14的制动操作。

机械制动器14通过信号压管线93而与包括制动踏板92的制动操作装置连接。制动操作装置输出与制动踏板92的踩踏量对应的信号压。也就是说，从制动操作装置输出的信号压随着制动踏板92的踩踏量增加而变高。从制动装置输出的信号压通过信号压管线93导至机械制动器14。

加速踏板91的踩踏量θA由第一踩踏量检测器74检测，制动踏板92的踩踏量θB由第二踩踏量检测器75检测。第一踩踏量检测器74及第二踩踏量检测器75例如是电位器（potentiometer）。

控制装置7与第一踩踏量检测器74及第二踩踏量检测器75电气连接。又，控制装置7还与检测发动机转速的转速检测器71电气连接。此外，控制装置7还与检测车速V的车速检测器72电气连接。本实施形态中，车速检测器72检测行驶用驱动轴13的转速作为车速V。

而且，控制装置7以使转速检测器71所检测的发动机转速根据第一踩踏量检测器74所检测的加速踏板91的踩踏量θA和车速检测器72所检测的车速V而变化的形式对发动机11进行控制。例如，发动机11在车速V比某一值低的情况下，随着加速踏板91的踩踏量θA增加而使发动机转速向着预先设定的发动机转速增加，在车速V为某一值以上时使发动机转速维持于大致一定的转速。

此外，控制装置7在仅踩踏加速踏板91的情况下，基于加速踏板91的踩踏量θA对行驶泵21用的调节器22及行驶马达23用的调节器24进行控制。例如，行驶泵21用的调节器22以随着加速踏板91的踩踏量θA增加而使行驶泵21的倾转角增加的形式被控制。

另一方面，保持踩踏加速踏板91并踩踏制动踏板92的情况下，控制装置7基于制动踏板92的踩踏量θB对行驶泵21用的调节器22及行驶马达23用的调节器24进行控制。例如，行驶泵21用的调节器22以随着制动踏板92的踩踏量θB增加而使行驶泵21的倾转角减少的形式被控制。

作业用回路4包括由发动机11驱动的作业用泵41和作为作业用油压执行器的动臂缸（boom cylinder）53及铲斗缸（bucket cylinder）56。动臂缸53使图略的动臂揺动，铲斗缸56使图略的铲斗揺动。

作业用泵41通过吸入管线43与储罐连接，并且通过吐出管线45与动臂控制阀51及铲斗控制阀54连接。动臂控制阀51通过一对给排管线52与动臂缸53连接，铲斗控制阀54通过一对给排管线55与铲斗缸56连接。也就是说，作业用泵41通过吸入管线43从储罐吸入工作油，并通过吐出管线45、动臂控制阀51及一方的给排管线52将工作油供给至动臂缸53，且通过吐出管线45、铲斗控制阀54及一方的给排管线55将工作由供给至铲斗缸56。

作业用泵41为倾转角可变的可变容量型的泵。本实施形态中作业用泵41为斜板泵，但作业用泵41也可以是斜轴泵。作业用泵41的倾转角由调节器42调节。但是，作业用泵41的最低吐出流量设定为比零大。

作业用泵41的吐出压Pw由图略的安全阀保持在安全压以下。又，从吐出管线45分叉有卸荷管线46，该卸荷管线46中设有卸荷阀47。

调节器42在本实施形态中由电气信号工作。但是，调节器24也可以由油压先导工作。例如，调节器42可以对作用于与作业用泵41的斜板连结的伺服活塞的油压进行电气变更，也可以是与作业用泵41的斜板连结的电动执行器。

图略的驾驶室内设有动臂操作装置81和铲斗操作装置82。动臂操作装置81包括接受动臂操作的操作杆，输出与操作杆的倾倒角对应的动臂操作信号。也就是说，从动臂操作装置81输出的动臂操作信号随着操作杆的倾倒角（操作量）变大而变大。同样地，铲斗操作装置82包括接受铲斗操作的操作杆，输出与操作杆的倾倒角对应的铲斗操作信号。

本实施形态中，动臂操作装置81及铲斗操作装置82为输出电气信号作为操作信号的电气操纵杆。从动臂操作装置81输出的动臂操作信号及从铲斗操作装置82输出的铲斗操作信号输入至控制装置7。控制装置7以使动臂控制阀51变为与动臂操作信号对应的开口面积的形式，经图略的一对电磁比例阀而对动臂控制阀51进行控制。又，控制装置7以使铲斗控制阀54变为与铲斗操作信号对应的开口面积的形式，经图略的一对的电磁比例阀而对铲斗控制阀54进行控制。

此外，控制装置7以随着动臂操作信号和/或铲斗操作信号增加而使作业用泵41的倾转角增加并使卸荷阀47的开口面积变小的形式，对调节器42及卸荷阀47进行控制。

但是，动臂操作装置81及铲斗操作装置82也可以是输出先导压作为操作信号的先导操作阀。该情况下，动臂控制阀51的先导端口通过先导管线与作为先导操作阀的动臂操作装置81连接，铲斗控制阀54的先导端口通过先导管线与作为先导操作阀的铲斗操作装置82连接。此外，动臂操作装置81为先导操作阀的情况下，动臂控制阀51和动臂操作装置81之间的先导管线中设有压力检测器，压力检测器检测到的先导压（动臂操作信号）输入至控制装置7。铲斗操作装置82为先导操作阀的情况下同样。或者，动臂控制阀51及铲斗控制阀54也可以是电磁先导式。

此外，本实施形态中采用用于利用作业用泵41使行驶减速时的动能再生的结构。

具体地，作业用泵41的吸入管线43中设有单向阀44。吸入管线43的单向阀44的下游侧部分通过放压管线63与切换阀61连接。又，切换阀61通过蓄压管线62与吐出管线45连接，并且通过中继管线64与蓄油器65连接。

切换阀61在中立位置、蓄压位置（图1的上侧位置）和放压位置（图1的下侧位置）之间进行切换。中立位置中，切换阀61将蓄压管线62、放压管线63及中继管线64阻断。蓄压位置中，切换阀61将放压管线63阻断并将蓄压管线62与中继管线64连通。放压位置中，切换阀61将蓄压管线62阻断并将中继管线64与放压管线63连通。

切换阀61由控制装置7控制。控制装置7还与检测作业用泵41的吐出压Pw的吐出压检测器73电气连接。图2中示出了控制装置7所进行的与切换阀61相关的控制流程图。

首先，控制装置7判断是否满足蓄压条件（步骤S1），在满足蓄压条件时（步骤S1中为是），将切换阀61切换至蓄压位置（步骤S2）。

蓄压条件为同时踩踏加速踏板91和制动踏板92，且，车速检测器72所检测的车速V比第一阈值α大。控制装置7通过将第一踩踏量检测器74所检测的加速踏板91的踩踏量θA和第一设定值θ1进行比较从而判断加速踏板91是否被踩踏，通过将第二踩踏量检测器75所检测的制动踏板92的踩踏量θB和第二设定值θ2进行比较从而判断制动踏板92是否被踩踏。第一阈值α是用于判断轮式装载机是否行驶的指标，例如是1km/h左右。

控制装置7在将切换阀61切换至蓄压位置时，以增加作业用泵41的倾转角的形式控制调节器42（步骤S3）。但是，步骤S3也可以省略。又，控制装置7也可以在将切换阀61切换至蓄压位置时，以随着车速V减少而使作业用泵41的倾转角增加的量减少的形式调节器42。

另一方面，不满足蓄压条件时（步骤S1中为否），控制装置7基于吐出压检测器73所检测的作业用泵41的吐出压Pw，将切换阀61切换至中立位置或放压位置。更详细地，控制装置7在作业用泵41的吐出压Pw比第二阈值β大的情况下将切换阀61切换至放压位置，在作业用泵41的吐出压Pw比第二阈值β小的情况下将切换阀61切换至中立位置。

第二阈值β为用于判断是否将工作油从作业用泵41供给至作业用油压执行器（换言之，作业用回路4的作业是否进行）的指标，例如是0.1～10MPa。第二阈值β理想是比动臂操作装置81及铲斗操作装置82的操作杆在中立状态时的作业用泵41的吐出压Pw高的值（例如2～10MPa）。像这样将第二阈值β某一程度较高地设定，则作业用泵41为待用状态时蓄油器65为放压状态，其结果是能够防止发动机转速过高。

例如，图3的3A～3H示出了挖取作业开始前后的时序图。轮式装载机行驶到搬送物的附近时，仅踩踏加速踏板91。又，通常在轮式装载机行驶中动臂操作装置81及铲斗操作装置82不***作。因此，切换阀61维持在中立位置直至踩踏制动踏板92。

轮式装载机到达搬送物的附近并停止时，保持踩踏加速踏板91并踩踏制动踏板92。但是，作业人员有些会将加速踏板91稍微抬起并进行制动踏板92的踩踏。由此，行驶泵21的倾转角减少并且机械制动器14工作，从而车速V减少。又，行驶减速时行驶泵21作为马达发挥功能，从而作业用泵41的驱动受到辅助。

此外，保持加速踏板91并踩踏制动踏板92，由此切换阀61切换至蓄压位置，并且作业用泵41的倾转角增加而使作业用泵41的吐出流量增加。像这样，作业用泵41的吐出压上升至蓄油器65的设定压，从作业用泵41吐出的油蓄积于蓄油器65。也就是说，切换阀61切换至蓄压位置时，能够将行驶减速时的动能转换成从作业用泵41吐出的压油并蓄积于蓄油器65。

之后，开始挖取作业并当作业用泵41的吐出压Pw比第二阈值β大时，切换阀61切换至放压位置，作业用泵41的吸入侧的压力变高。由此，作业用泵41的驱动所需的动力降低，能量消耗量降低。

如以上说明，本实施形态的油压系统1中，通过向蓄油器65的压油的蓄积及来自蓄油器65的压油的放出这一循环，使行驶减速时的动能再生。而且，蓄油器65设于作业用回路4，从而能够不在行驶回路2使用蓄油器地使行驶减速时的动能再生。

又，本实施形态中，蓄压条件为同时踩踏加速踏板91和制动踏板92，且，车速V比第一阈值α大，从而能够合理利用挖取作业即将开始之前的以高发动机转速驱动作业用泵41的状况而将压油蓄积于蓄油器65。

此外，本实施形态中，满足蓄压条件时作业用泵41的倾转角增加，从而作业用泵41产生的转矩（和作业用泵41的吐出压与吐出容量的积成比例）增加。因此，能够提升制动力。

又，本实施形态中，切换阀61切换至蓄压位置时，随着车速V减少而使作业用泵41的倾转角增加的量（图3的3H中斜线所示的部分）减少，从而能够根据车速V的减少、或者说动能的减少使作业用泵41产生的转矩降低。由此，能够缓和减速后半段制动力过强的感觉。

（其他实施形态）

本发明不限定于上述的实施形态，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行种种变形。

例如，如图4所示，包括机械制动器14和制动踏板92的制动装置之间的信号压管线93中还可以设有可对从制动装置输出的信号压进行减压的电磁比例阀94。在此情况下，控制装置7以机械制动器14的制动力在满足蓄压条件时比未满足蓄压条件时弱的形式对电磁比例阀94进行控制。根据该结构，通过作业用泵41的负荷的上升，经行驶泵21及行驶马达23对行驶用驱动轴13作用制动力，从而机械制动器14的衬垫或衬片等磨损构件的磨损量减少。此外，根据该结构，通过使压油蓄积于蓄油器65能够抑制综合的制动力过高。

又，如图5所示，发动机11的输出轴也可以与行驶泵21的旋转轴直接连结。该情况下，作业用泵41的旋转轴也可以与补充泵25的旋转轴直接连结。

符号说明：

1油压系统

11发动机

13行驶用驱动轴

14机械制动器

21行驶泵

23行驶马达

41作业用泵

42调节器

43吸入管线

44单向阀

45吐出管线

53动臂缸（作业用油压执行器）

56铲斗缸（作业用油压执行器）

61切换阀

62蓄压管线

63放压管线

64中继管线

65蓄油器

7控制装置

72车速检测器

73吐出压检测器

81动臂操作装置

82铲斗操作装置

91加速踏板

92制动踏板

93信号压管线

94电磁比例阀。