JP7703350B2 - Variable Displacement Hydraulic Pump - Google Patents
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Description
本発明は、例えばホイールローダ、油圧ショベル、油圧クレーン等の建設機械に搭載するのに好適な可変容量型油圧ポンプに関する。 The present invention relates to a variable displacement hydraulic pump suitable for installation on construction machinery such as wheel loaders, hydraulic excavators, and hydraulic cranes.
近年、地球温暖化抑制のためにCO2削減が推進されており、建設機械においても燃費向上を図る取り組みがなされている。 In recent years, efforts to reduce CO2 emissions have been promoted to curb global warming, and efforts are also being made to improve the fuel efficiency of construction machinery.
また、建設機械等に搭載され、エンジンあるいは電動機の駆動源(動力源とも呼ぶ)によって駆動される可変容量型油圧ポンプとして、例えば特許文献1、2等にも所載のように、斜板式のもの等がよく知られている。
Furthermore, as a variable displacement hydraulic pump that is mounted on construction machinery and the like and driven by an engine or electric motor drive source (also called a power source), a swash plate type pump is well known, as described in
上記燃費向上を図る取り組みの一環として、上記建設機械等に使用される油圧ポンプにおいても、システム効率向上のために、建設機械が仕事をしないスタンバイ状態にあるときには無駄に油を吐出しないように油圧ポンプの吐出流量を最小にするなどの対策が採られている。 As part of the efforts to improve fuel efficiency, measures are being taken to improve system efficiency in hydraulic pumps used in the above-mentioned construction machinery, such as minimizing the discharge flow rate of the hydraulic pump so as not to waste oil when the construction machinery is in a standby state where it is not working.
上記背景において、油圧システムの観点からすれば、燃費を良くするために油圧損失を減らすには油圧ポンプの最小容量をゼロにすることが最善策となる。しかし、油圧ポンプの信頼性という観点からすれば、ポンプ容量をゼロにすることは、シリンダブロックのシリンダ(穴)の中を往復動するピストンのストロークがゼロ状態で回転することから、ピストンとシリンダの摺動部の潤滑不良を引き起こし、ピストンのかじり焼き付き等の損傷に至るおそれがある。そのため、建設機械等に使用される油圧ポンプでは、ピストンの潤滑状態が維持できる容量が最小容量(例えば、最大容量の1/5程度)として設定され、それ以下にはできないように設計されている。 In light of the above, from the perspective of hydraulic systems, the best way to reduce hydraulic losses and improve fuel efficiency is to set the minimum capacity of the hydraulic pump to zero. However, from the perspective of hydraulic pump reliability, setting the pump capacity to zero means that the stroke of the piston reciprocating inside the cylinder (hole) of the cylinder block rotates in a zero state, which can cause poor lubrication of the sliding parts of the piston and cylinder, and can lead to damage such as piston seizing and seizing. For this reason, hydraulic pumps used in construction machinery, etc. are designed so that the capacity at which the piston can maintain a lubricated state is set as the minimum capacity (for example, about 1/5 of the maximum capacity) and cannot be set below that.
かかる事情のため、油圧ポンプは、エンジン等の駆動源が停止しない限り、スタンバイ状態においても、無駄に油を吐出しなければならず、油圧システム効率向上の妨げになっているという問題があった。 Due to these circumstances, the hydraulic pump must continue to discharge oil unnecessarily even in standby mode unless the driving source such as the engine is stopped, which creates a problem of preventing improvements in the efficiency of the hydraulic system.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、潤滑不良を引き起こすことなく、信頼性を向上できるとともに、最小吐出容量を従来よりも小さく設定することができ、油圧システムの無負荷時損失低減を図ることのできる可変容量型油圧ポンプを提供することにある。 The present invention was made in consideration of these circumstances, and its purpose is to provide a variable displacement hydraulic pump that can improve reliability without causing poor lubrication, can set the minimum discharge capacity smaller than before, and can reduce no-load losses in the hydraulic system.
上記目的を達成すべく、本発明に係る可変容量型油圧ポンプは、基本的には、ケーシングと、該ケーシングに回転可能に設けられた回転軸と、該回転軸と一体に回転するように前記ケーシング内に設けられたシリンダブロックと、該シリンダブロック内に設けられ、給排用のシリンダポートを持つ複数個のシリンダと、該各シリンダ内に往復動可能に嵌挿されたピストンと、前記シリンダブロックと対面するように前記ケーシング内に設けられ、前記各シリンダと間欠的に連通する吸入ポートと吐出ポートとが一対の切換ランドを挟んで形成されたバルブプレートと、を備え、前記シリンダブロックを前記バルブプレートに摺接させながら回転させて前記ピストンを往復動させることにより、前記吸入ポートから前記シリンダポートを介して油を吸い込んで前記シリンダポートを介して前記吐出ポートから吐き出すようになっている。そして、前記バルブプレートの前記切換ランドの少なくとも一方に小径の孔よりなるコンジットが設けられるとともに、前記バルブプレートの前記シリンダブロックとの摺接面において前記シリンダポートの軌道から外れた部位に前記コンジットに接続される連通溝が設けられ、前記シリンダブロックの前記各シリンダの前記ピストンとの摺動面内に油溝が設けられるとともに、前記シリンダブロックの前記バルブプレートとの摺接面に、前記連通溝と対面接続可能な油孔が前記各シリンダに対応して設けられ、前記シリンダブロックの回転時に、前記連通溝と前記油溝とが前記油孔を介して順次連通するようになっており、前記バルブプレートにおける前記一対の切換ランドのうち前記吐出ポートから前記吸入ポートに切り換わる区間である一方の切換ランドのみに、前記コンジット及び前記連通溝が設けられ、前記油溝は、前記シリンダにおける前記ピストンとの摺動面内に環状かつ前記シリンダの軸周りの全周に形成され、前記油孔は、前記シリンダブロックの前記バルブプレートとの摺接面から前記シリンダの軸方向に対して傾斜するように設けられていることを特徴としている。 In order to achieve the above object, the variable displacement hydraulic pump according to the present invention basically comprises a casing, a rotating shaft rotatably mounted in the casing, a cylinder block mounted within the casing so as to rotate integrally with the rotating shaft, a plurality of cylinders mounted within the cylinder block and having cylinder ports for supply and discharge, pistons reciprocably inserted into each of the cylinders, and a valve plate mounted within the casing so as to face the cylinder block, and having suction ports and discharge ports intermittently communicating with each of the cylinders, with a pair of switching lands sandwiched between them, and the cylinder block is rotated in sliding contact with the valve plate to cause the pistons to reciprocate, whereby oil is sucked in from the suction ports via the cylinder ports and discharged from the discharge port via the cylinder ports. and a connecting groove connected to the conduit is provided in at least one of the switching lands of the valve plate, and a connecting groove is provided in a portion of the sliding surface of the valve plate that contacts the cylinder block and is off the track of the cylinder port. An oil groove is provided in the sliding surface of the cylinder block that contacts the piston of each of the cylinders, and oil holes that can be connected to the connecting grooves are provided in the sliding surface of the cylinder block that contacts the valve plate and corresponds to each of the cylinders, so that the connecting grooves and the oil grooves sequentially communicate with each other via the oil holes when the cylinder block rotates. The conduit and the connecting groove are provided only in one of the pair of switching lands of the valve plate, which is a section that switches from the discharge port to the suction port . The oil groove is formed in an annular shape in the sliding surface of the cylinder that contacts the piston and around the axis of the cylinder. The oil hole is provided so as to be inclined from the sliding surface of the cylinder block that contacts the valve plate with the valve plate, with respect to the axial direction of the cylinder .
本発明に係る可変容量型油圧ポンプでは、シリンダ内の高圧油は、シリンダポートからコンジット及び連通溝を経て、該連通溝の直上を通過するシリンダブロックの油孔に導かれ、この油孔を介して油溝に供給される。そのため、ピストンとシリンダとの摺動部の油膜圧力は、従来のものに比べて油溝付近で上昇するので、油膜切れが抑制されて摺動部の潤滑状態が良好なものとなるとともに、ピストンのかじり焼き付きが生じやすい、シリンダにおける開口端縁部付近も効果的に潤滑される。 In the variable displacement hydraulic pump of the present invention, high pressure oil in the cylinder is guided from the cylinder port through the conduit and the connecting groove to the oil hole in the cylinder block that passes directly above the connecting groove, and is then supplied to the oil groove via this oil hole. As a result, the oil film pressure in the sliding area between the piston and cylinder is higher near the oil groove than in conventional pumps, so oil film breakage is suppressed and the sliding area is well lubricated, and the area near the opening edge of the cylinder, where piston seizing and seizure are likely to occur, is also effectively lubricated.
そのため、特にポンプ容量が小さい時においてもかじり焼き付きのリスクが低減できるので、油圧ポンプの信頼性を向上できる。また、かじり焼き付きのリスクが低減できることから、従来の油圧ポンプよりも最小吐出容量を小さくできるので、システムのスタンバイ状態においても無駄な油の吐出を抑制でき、その結果、油圧システムの無負荷時損失低減も図ることができる。 As a result, the risk of seizure can be reduced, especially when the pump capacity is small, improving the reliability of the hydraulic pump. In addition, because the risk of seizure can be reduced, the minimum discharge capacity can be made smaller than that of conventional hydraulic pumps, which reduces the discharge of unnecessary oil even when the system is in standby mode, thereby reducing losses in the hydraulic system when it is unloaded.
また、本発明に係る可変容量型油圧ポンプが搭載された建設機械においては、信頼性向上と燃費向上を図ることができる。 In addition, construction machinery equipped with the variable displacement hydraulic pump according to the present invention can achieve improved reliability and fuel efficiency.
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 Problems, configurations, and advantages other than those described above will become clear from the description of the embodiments below.
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。 The following describes an embodiment of the present invention with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る可変容量型油圧ポンプの第1実施形態(符号は2)および第2実施形態(符号は10)が適用された建設機械の一つであるホイールローダの一例の油圧回路図である。以下、まずホイールローダ100を説明する。
Figure 1 is a hydraulic circuit diagram of an example of a wheel loader, which is one type of construction machine to which a first embodiment (reference numeral 2) and a second embodiment (reference numeral 10) of a variable displacement hydraulic pump according to the present invention are applied. Below, we will first explain the
図1において、ホイールローダ100は、動力源としてエンジン1を備え、このエンジン1により油圧ポンプ2(第1実施形態の可変容量型油圧ポンプ)を駆動するようになっている。油圧ポンプ2から吐出される圧油は、方向切換弁3を介してアクチュエータである油圧シリンダ4に導かれる。主リリーフ弁6は、油圧ポンプ2の最高圧力を制限するために設けられている。パイロットポンプ7は油圧ポンプ2の軸に連結されており、パイロットポンプ7の吐出油は、操作レバー8とポンプレギュレータ9に供給される。操作レバー8には減圧弁が内蔵されており、操作方向それぞれの操作量に比例した2次圧力を発生する。この2次圧力は方向切換弁3のパイロットポート3a、3bに供給されており、方向切換弁3の開度はこの2次圧力によって制御される。以上の油圧回路は、タンク5から油圧ポンプ2が油を吸い上げて、吐出した油を方向切換弁3を経て、油圧シリンダ4あるいはセンタバイパスからタンク5に戻る開回路システムである。開回路システムは、主にフロントアクチュエータを駆動する回路に用いられる。
In FIG. 1, the
一方、エンジン1は、前記開回路システムの油圧ポンプ2と同時に、歯車等を介して油圧ポンプ10(第2実施形態の可変容量型油圧ポンプ)を駆動するようになっている。該油圧ポンプ10は、走行用のアクチュエータである油圧モータ11と閉回路を構成している。閉回路システムでは、油圧ポンプ10とアクチュエータである油圧モータ11が直接接続されるため、油はタンク5へ戻らずに回路内を循環する。その場合、油圧ポンプ10の内部は構造的に摺動部を有するため、この摺動部から漏れ損失を伴う。その結果、高圧で稼働するほど漏れ損失は増加することになる。このことから、閉回路システムでは、漏れた分だけ、回路内の油が不足してくる。そこで、この閉回路には、油圧ポンプ10内での漏れ損失を補うべくチャージポンプ50が設けられている。この油圧ポンプ10は、二つのポートのいずれからも吐出するため、強度的な問題から狭い油路となっている。そのため、自吸性が悪いので、チャージリリーフ弁51で予め設定されたチャージ圧で運転され、圧力の低い側の油路へチェック弁52あるいは53を経て、チャージ油は押し込まれるようになっている。上記のように油圧ポンプ10と走行用の油圧モータ11とを閉回路構成とすることにより、ホイールローダ100の車体12の前進・後進(前後方向走行)およびその速度を油圧ポンプ10の斜板の傾転角度によって制御することができる。
On the other hand, the engine 1 drives the hydraulic pump 10 (variable displacement hydraulic pump of the second embodiment) via gears and the like at the same time as the
[可変容量型油圧ポンプの第1実施形態]
次に、上記した本第1実施形態の開回路用の可変容量型油圧ポンプ2を図2の全体断面図を参照しながら説明する。
[First embodiment of variable displacement hydraulic pump]
Next, the open circuit variable displacement
図2に示す油圧ポンプ2は、内部が空洞の有底筒状のフロントケーシング21と底蓋状のリヤケーシング22とからなるポンプケーシング(単にケーシングとも呼ぶ)20を備える。このポンプケーシング20の両端に設けられた軸受21A、22Aに回転軸25の両端近くが支持され、この回転軸25の一端側(フロント側)に設けられたスプライン軸部25aが動力源に連結されるようになっている。回転軸25の中間スプライン軸部25bには、厚肉短円筒状のシリンダブロック23が外嵌固定されており、回転軸25とシリンダブロック23とは一体回転するようになっている。
The
シリンダブロック23には、回転軸25の回転軸線Oを中心とする同心円上に(換言すれば、シリンダブロック23の周方向に離間して)複数個(通常は奇数個、例えば9個)のシリンダ(穴)24が所定角度間隔をあけて回転軸25と平行に(換言すれば、軸方向に伸びるように)形成されている。各シリンダ24には、リヤ側が開口した有底円筒状のピストン27が往復摺動可能に嵌挿されている。
In the
また、ピストン27の先端(フロント側端部)はシリンダ24から突出し、このピストン27の先端(シリンダ24からの突出端部)には球面継手付きシュー28が揺動可能に連結されている。なお、球面継手は、ピストン27側に設けられてもよい。ブッシング29は、バネによってリテーナ30を介してシュー28を斜板31の平面からなる表面側の平滑な摺動面31cに押し付けている。斜板31における摺動面31cの裏側には傾転用の円筒凸面部31bが形成され、この円筒凸面部31bに滑り嵌合する円筒凹面部32bを有するクレイドル32がフロントケーシング21(つまり、ケーシング20のフロント側)に取り付けられている。なお、円筒凸面部と円筒凹面部の形状は逆、つまり、斜板31の裏面に凹状円筒面を形成し、クレイドル32の表面に凸状円筒面を形成して嵌合させてもよい。シリンダ24内は、ピストン27及び球面継手付きシュー28の中心に形成された油路39を介して、シュー28と斜板31の摺動面31cとの間の部分に連通する。
The tip (front end) of the
斜板31の傾転角は、傾転アクチュエータとしての図示しないサーボピストンにより斜板31を押し引きすることで制御される。斜板31の傾転角を変えることによって、ピストン27のストローク量を変えることができる。つまり、ポンプ容量を制御することができる。本実施形態の油圧ポンプ2は、開回路用であるので、斜板31の傾転角は一方向(斜板31の傾転が中立(傾転角0度)のときから回転軸線Oに対して一方側に傾く方向であり、以下、+α方向と記載する場合がある)のみに変化させられる。
The tilt angle of the
各シリンダ24のリヤ側底部(ピストン27側とは反対側の底部)における回転軸線O寄りの部位、言い換えれば、シリンダブロック23とバルブプレート34の摺動面内における内周側の部位に、長円からなるシリンダポート24bが形成されている。ピストン27がシリンダ24内で往復摺動することにより(換言すれば、ピストン27のシリンダ24内での押し引きに応じて)、シリンダポート24bを介して油の吸入吐出(吸排とも呼ぶ)が行われる。
An
リヤケーシング22(ケーシング20のリヤ側であって、シリンダブロック23を挟んで斜板31とは軸方向の反対側)には、シリンダブロック23のリヤ側底面23bが対面ないし摺接するバルブプレート34が固定されている。バルブプレート34には、図2に加えて図3、図4、図8を参照すればよくわかるように、シリンダポート24bの回転軌道上に形成された左右一対の円弧状の長穴(周方向に長い穴)からなる、油を吐出する吐出ポート34aと油を吸入する吸入ポート34b(言い換えれば、各シリンダ24のシリンダポート24bと間欠的に連通する吐出ポート34aと吸入ポート34b)とが、一対の切換ランド34td、34bdを挟んで形成されている。すなわち、切換ランド34td、34bdは、吸入ポート34bと吐出ポート34aとの切り換わり区間である。また、リヤケーシング22には、バルブプレート34の吐出ポート34aに繋がる吐出通路22aと、バルブプレート34の吸入ポート34bに繋がる吸入通路22bとが設けられている。吐出ポート34a及び吸入ポート34bからピストン27の押し引きに応じて油の出し入れが行われる。より詳しくは、シリンダブロック23をバルブプレート34に摺接させながら回転させて各シリンダ24内のピストン27を往復動させることにより、吸入ポート34bからシリンダポート24bを介して油を吸い込んでシリンダポート24bを介して吐出ポート34aから吐き出すようになっている。ピストン27がシリンダ24の最も奥まで(バルブプレート34側に)押し込まれたときのピストン位置を上死点(TDC)と呼ぶ。一方、ピストン27がシリンダ24から最も(バルブプレート34側とは反対側に)引き出された位置を下死点(BDC)と呼ぶ。
A
図3、図4、図8を参照すればよくわかるように、バルブプレート34におけるBDC側の吸入ポート34bと吐出ポート34aとの間の切換ランド34bdには、吐出ポート34a側に連通するノッチ40が形成されている。また、バルブプレート34におけるTDC側の吐出ポート34aと吸入ポート34bとの間の切換ランド34td(の中央付近)には、ケーシングドレンに連通するコンジット41が形成されている。ここでは、シリンダポート24bが吐出ポート34aから吸入ポート34bに切り換わる際(切換ランド34td通過中)にコンジット41から絞り54を介してケーシングドレンへ圧力を解放してから吸入ポート34bに連通するようになっている。絞り54は、バルブプレート34またはリヤケーシング22のどちらに設けてもよい。絞り54を設けることで、後述する連通溝43を経て油溝46へ導かれる圧油を確保することができる。また、絞り54の径を変えることで、油溝46に導かれる圧油の圧力調整を行うことができる。
3, 4, and 8, a
コンジット41は、バルブプレート34の裏面側に(軸方向に)延びる小径の丸孔から形成されるとともに、外端部がプラグ(蓋)44で塞がれた半径方向外方に延びる横孔と、該横孔の外周部からバルブプレート34の表面側に延びる縦孔とからなるL字状の連通路42を介して、平面視円弧状の(周方向に長い)浅い連通溝43に連通する。連通溝43は、シリンダブロック23とバルブプレート34の摺接面内で、かつシリンダポート24bの回転軌道外の外周部に設けられている(図8参照)。また、本実施形態の連通溝43は、コンジット41および連通路42が設けられた切換ランド34tdの外側から吐出ポート34aの外側全域に略半円弧状に形成されている。こうすることで、コンジット41付近のみ(切換ランド34td付近のみ)のピストン潤滑状態ではなく、当該油圧ポンプ2の吐出行程全域に亘って連続的に油溝46に圧油(ピストン潤滑油)を供給することができる(後で説明)。
The
次に、シリンダブロック23について図5~図8を用いて説明する。シリンダブロック23におけるバルブプレート34との摺接面内の各シリンダ24の近くに(つまり、各シリンダ24に対応して)、バルブプレート34側に設けられた連通溝43と対面接続可能な油孔45がそれぞれ設けられている。より詳細には、油孔45は、その一端(バルブプレート34側の円形の開口端)が回転軸線Oを中心とした同一円周上(連通溝43とも同じ円周上)に所定角度間隔(ここでは40°の角度間隔)をあけて開口するように(つまり、ここでは合計9本)形成されている。
Next, the
また、全てのシリンダ24内には、ポンプ容量最大時のピストン27がTDCとBDCのいずれにおいても常に摺動部となる範囲内(摺動円筒面内)に、シリンダ直径よりもわずかに大きい環状の油溝46が設けられている。より詳しくは、油溝46は、シリンダ24におけるピストン27が引き出される側の開口端縁部24c(図6、図9)寄りの部位に環状に設けられている。前記9本の油孔45は、外端部がプラグ(蓋)48で塞がれるとともに内端部が油溝46(より詳しくは、環状の油溝46のうちの外周側の部位)に接続された斜め横孔からなる油路47を介して、各シリンダ24内(ピストン27との摺動円筒面内)に設けられた油溝46と連通するようになっている。言い換えれば、油孔45と油溝46を接続する油路47の内端は、シリンダ24内(ピストン27との摺動円筒面内)に設けられた環状の油溝46において外周側の部位に開口しており、油溝46は、シリンダ24におけるピストン27との摺動円筒面内の外周側の部位で油路47を介して油孔45に接続されている。
In addition, in each
次に、本実施形態の油圧ポンプ2の基本動作について説明する。動力源としてのエンジン1に駆動される回転軸25によってシリンダブロック23が回転すると、シリンダブロック23に形成されたシリンダ24内の油は、斜板31に案内されるピストン27により押し引きされる。この際、バルブプレート34に設けられた吐出ポート34aはピストン27が押し込まれる側に連通し、吸入ポート34bはピストン27が引き出される側に連通している。
Next, the basic operation of the
バルブプレート34は油の出し入れを切り換えているが、この切り換えはピストン27のTDC付近(切換ランド34td)とBDC付近(切換ランド34bd)で行われる。シリンダ24内の圧力は、BDCでは低圧から高圧、TDCでは高圧から低圧に切り換わる。このとき、バルブプレート34のBDC付近ではシリンダ24内の圧力が低圧から高圧に切り換わる区間(切換ランド34bd)にノッチ40が設けられており、吐出ポート34aとシリンダポート24bの接続が緩やかに行われるようになっている。
The
一方、バルブプレート34のTDC付近ではシリンダ24内の圧力が高圧から低圧に切り換わる区間(切換ランド34td)に小径の丸孔よりなるコンジット41が設けられており、吸入ポート34bに高圧油が流入すると脈動や騒音の要因となるため、これを回避すべく、コンジット41から絞り54を介してケーシングドレンに高圧油を逃がすようになっている。これに加えて、コンジット41に高圧油が流入すると、同時に連通路42を経て、連通溝43に高圧油が流入する。
Meanwhile, near the TDC of the
ここで、連通溝43は、シリンダブロック23の油孔45と同一円周上に設けられているので、連通溝43と油孔45とは、連通溝43の周方向の長さ(円弧長)に応じた予め設定された期間だけ連通する。これによって、連通溝43に流入する高圧油が、油孔45及び油路47を経て油溝46に導かれる。ここでは、連通溝43の周方向の長さは、同一円周上で隣り合う各油孔45同士の周方向の離隔距離より長く、かつ吐出ポート34aの外側において吐出ポート34aの周方向の長さより長く設定されている。このため、圧油が、連通溝43から各油孔45及び油路47を介して各油溝46に、当該油圧ポンプ2の吐出行程全域に亘って順次途切れなく(連続的に)供給されるようになっている。
Here, the
より詳細には、吐出行程上死点付近にあるシリンダ24内の高圧油は、シリンダポート24bからコンジット41→連通路42→連通溝43を経て、該連通溝43の直上を通過する油孔45に導かれ、この油孔45に連なる油路47を介して油溝46に供給される。言い換えれば、シリンダブロック23の回転時に、連通溝43と各シリンダ24の油溝46とが各油孔45を介して順次連通する。
More specifically, the high-pressure oil in the
この場合、図9に模式的に示されているように、上記油溝46(への圧油供給)が無い従来品の場合は、破線で示されているように、ピストン27とシリンダ24との摺動部の油膜圧力は、シリンダ24におけるリヤ側(バルブプレート34側)が高く、フロント側(ピストン27が引き出される側)ほど直線的に低くなり、ピストン27のかじり焼き付きが生じやすい、シリンダ24におけるフロント側の開口端縁部24c付近では、ほとんど0となる。それに対し、本第1実施形態では、実線で示されているように、ピストン27とシリンダ24との摺動部の油膜圧力は、従来品に比べて油溝46付近で上昇するので、油膜切れが抑制されて摺動部の潤滑状態が良好なものとなるとともに、ピストン27のかじり焼き付きが生じやすい、シリンダ24における開口端縁部24c付近も効果的に潤滑される。
In this case, as shown in FIG. 9, in the case of a conventional product without the oil groove 46 (supply of pressurized oil thereto), the oil film pressure at the sliding portion between the
そのため、特にポンプ容量が小さい時においてもかじり焼き付きのリスクが低減できるので、油圧ポンプ2の信頼性を向上できる。換言すれば、油圧ポンプ2の吐出と吸入の切り換え時に、TDC側の切換ランド34td(吐出ポート34aから吸入ポート34bに切り換わる区間)に設けられたコンジット41から解放する(排出される)圧油をシリンダ24内のピストン27との摺動円筒面内に設けた油溝46に供給してピストン27とシリンダ24との摺動部の潤滑に利用することで、油圧ポンプ2の信頼性向上を図ることができる。また、かじり焼き付きのリスクが低減できることから、従来の油圧ポンプよりも最小吐出容量(油圧ポンプ2の最小傾転に対応)を小さくできるので、システムのスタンバイ状態においても無駄な油の吐出を抑制でき、その結果、油圧システムの無負荷時損失低減も図ることができる。
Therefore, the risk of seizure can be reduced even when the pump capacity is small, improving the reliability of the
また、上記油圧ポンプ2が搭載されたホイールローダ(建設機械)100においては、信頼性向上と燃費向上を図ることができる。
In addition, in a wheel loader (construction machine) 100 equipped with the above-mentioned
なお、上記第1実施形態においては、連通溝43の周方向の長さ(円弧長)は、同一円周上で隣り合う各油孔45同士の周方向の離隔距離より長く、かつ吐出ポート34aの周方向の長さより長く設定されて、当該油圧ポンプ2の吐出行程全域に亘って、各油孔45を介して各油溝46に圧油が順次途切れなく(連続的に)供給されるようになっている。ただし、かかる構成に限られることはなく、例えば、連通溝43の周方向の長さを吐出ポート34aの周方向の長さより短く設定し、連通溝43と油孔45のいずれかとが常時連通するように、同一円周上で隣り合う油孔45同士の周方向の離隔距離に対応して連通溝43の周方向の長さを設定し、各油孔45を介して各油溝46に圧油が順次途切れなく供給されるようにしてもよい。さらに、連通溝43の周方向の長さを、同一円周上で隣り合う油孔45同士の周方向の離隔距離より短く、換言すれば、同一円周上で隣り合う油孔45同士の周方向の離隔距離を、連通溝43の周方向の長さより長く設定し、連通溝43の周方向の長さに応じた期間だけ、各油孔45を介して各油溝46に圧油が順次断続的に供給されるようにしてもよい。
In the first embodiment, the circumferential length (arc length) of the
[可変容量型油圧ポンプの第2実施形態]
次に、前記した本第2実施形態の閉回路用の可変容量型油圧ポンプ10(図1の下側の油圧ポンプ)について図10及び図11を参照しながら説明する。本油圧ポンプ10は、基本構成は上記第1実施形態の油圧ポンプ2(図2~図9参照)と同じであるが、アクチュエータである油圧モータ11と閉回路を構成し、斜板31の傾転角を両方向(+α方向及び-α方向)に変化させることで吐出方向と容量を変えるようになっており、これにより、ホイールローダ100の車体12の前進・後進(前後方向走行)およびその速度が制御される。
[Second embodiment of variable displacement hydraulic pump]
Next, the variable displacement
かかる閉回路用の油圧ポンプ10においては、斜板31の傾転角が+α方向に変化させられるとき(前進時)には、第1実施形態の油圧ポンプ2と同様に、図3に示されるバルブプレート34において符号34aが吐出ポートとなり、符号34bが吸入ポートとなる。それに対し、斜板31の傾転角が-α方向(斜板31の傾転が中立(傾転角0度)のときから回転軸線Oに対して他方側に傾く方向であり、前記+α方向とは逆向きに傾く方向)に変化させられるとき(後進時)には、図3に示されるバルブプレート34において符号34aが吸入ポートとなり、符号34bが吐出ポートとなる。
In such a closed circuit
したがって、油圧ポンプ10において斜板31の傾転方向がいずれの方向であっても、第1実施形態と同様な作用効果を得るためには、図10及び図11に示される如くに、バルブプレート34において、一方の切換ランド34tdに設けられているコンジット41、連通路42、及び連通溝43を、他方の切換ランド34bdにも、すなわち切換ランド34td、34bdの両方に(180度対称的に)設ければよい。同様に、切換ランド34bdにおいて吐出ポート34a側に連通するノッチ40を、切換ランド34tdにおいて吸入ポート34b側にも(180度対称的に)形成すればよい。
Therefore, in order to obtain the same effect as in the first embodiment regardless of the tilt direction of the
このような構成とすることにより、閉回路システムにおいても、最小吐出容量を従来よりも小さくできるとともに、油圧システムの無負荷時損失低減を図ることができる。特に、本閉回路システムでは、油圧システムに吸入側圧力を高めるチャージ回路(チャージポンプ50等)が組み込まれているので、油圧ポンプ10の最小吐出容量を一層小さくすることが可能となる。
By adopting such a configuration, the minimum discharge capacity can be made smaller than before even in a closed circuit system, and the unloaded losses of the hydraulic system can be reduced. In particular, in this closed circuit system, a charge circuit (such as a charge pump 50) that increases the suction side pressure is incorporated into the hydraulic system, making it possible to further reduce the minimum discharge capacity of the
なお、上記実施形態では、本発明を斜板式の油圧ポンプに適用した例を説明したが、本発明は、斜板式油圧ポンプに限らず斜軸式油圧ポンプにも適用可能である。 In the above embodiment, an example was described in which the present invention was applied to a swash plate type hydraulic pump, but the present invention is not limited to swash plate type hydraulic pumps and can also be applied to bent axis type hydraulic pumps.
また、上述した実施形態では、油圧ポンプをホイールローダに適用する場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば、油圧クレーン、油圧ショベル等のホイールローダ以外の建設機械に適用してもよい。 In addition, in the above-described embodiment, the hydraulic pump is applied to a wheel loader as an example, but the invention is not limited to this and may be applied to construction machines other than wheel loaders, such as hydraulic cranes and hydraulic excavators.
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形形態が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, but includes various modified forms. For example, the above-described embodiments have been described in detail to clearly explain the present invention, and are not necessarily limited to those having all of the configurations described. It is also possible to replace part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. It is also possible to add, delete, or replace part of the configuration of each embodiment with other configurations.
1:エンジン
2:可変容量型油圧ポンプ(第1実施形態)
3:方向切換弁
4:油圧シリンダ
5:タンク
6:主リリーフ弁
7:パイロットポンプ
8:操作レバー
9:ポンプレギュレータ
10:可変容量型油圧ポンプ(第2実施形態)
11:油圧モータ
12:車体
20:ポンプケーシング
21:フロントケーシング
22:リヤケーシング
22a:吐出通路
22b:吸入通路
23:シリンダブロック
23b:シリンダブロックのリヤ側底面
24:シリンダ(穴)
24b:シリンダポート
24c:開口端縁部
25:回転軸
27:ピストン
28:シュー
29:ブッシング
30:リテーナ
31:斜板
32:クレイドル
34:バルブプレート
34a:吐出ポート
34b:吸入ポート
34td、34bd:切換ランド
39:油路
40:ノッチ
41:コンジット
42:連通路
43:連通溝
44:プラグ
45:油孔
46:油溝
47:油路
48:プラグ
50:チャージポンプ
51:チャージリリーフ弁
52、53:チェック弁
54:絞り
100:ホイールローダ(建設機械)
1: Engine 2: Variable displacement hydraulic pump (first embodiment)
3: Directional control valve 4: Hydraulic cylinder 5: Tank 6: Main relief valve 7: Pilot pump 8: Control lever 9: Pump regulator 10: Variable displacement hydraulic pump (second embodiment)
11: Hydraulic motor 12: Vehicle body 20: Pump casing 21: Front casing 22:
24b:
Claims (5)
前記シリンダブロックを前記バルブプレートに摺接させながら回転させて前記ピストンを往復動させることにより、前記吸入ポートから前記シリンダポートを介して油を吸い込んで前記シリンダポートを介して前記吐出ポートから吐き出す可変容量型油圧ポンプであって、
前記バルブプレートの前記切換ランドの少なくとも一方に小径の孔よりなるコンジットが設けられるとともに、前記バルブプレートの前記シリンダブロックとの摺接面において前記シリンダポートの軌道から外れた部位に前記コンジットに接続される連通溝が設けられ、
前記シリンダブロックの前記各シリンダの前記ピストンとの摺動面内に油溝が設けられるとともに、前記シリンダブロックの前記バルブプレートとの摺接面に、前記連通溝と対面接続可能な油孔が前記各シリンダに対応して設けられ、
前記シリンダブロックの回転時に、前記連通溝と前記油溝とが前記油孔を介して順次連通するようになっており、
前記バルブプレートにおける前記一対の切換ランドのうち前記吐出ポートから前記吸入ポートに切り換わる区間である一方の切換ランドのみに、前記コンジット及び前記連通溝が設けられ、
前記油溝は、前記シリンダにおける前記ピストンとの摺動面内に環状かつ前記シリンダの軸周りの全周に形成され、
前記油孔は、前記シリンダブロックの前記バルブプレートとの摺接面から前記シリンダの軸方向に対して傾斜するように設けられていることを特徴とする可変容量型油圧ポンプ。 a cylinder block provided within the casing so as to rotate integrally with the rotary shaft; a plurality of cylinders provided within the cylinder block, each having a cylinder port for supplying and discharging; a piston reciprocally inserted within each of the cylinders; and a valve plate provided within the casing so as to face the cylinder block, the valve plate having an intake port and a discharge port intermittently communicating with each of the cylinders, the intake port and the discharge port being formed with a pair of switching lands therebetween,
a variable displacement hydraulic pump that rotates the cylinder block while in sliding contact with the valve plate to reciprocate the piston, thereby drawing oil from the suction port through the cylinder port and discharging it from the discharge port through the cylinder port,
a conduit consisting of a small diameter hole is provided in at least one of the switching lands of the valve plate, and a communication groove connected to the conduit is provided in a portion of the sliding surface of the valve plate that contacts the cylinder block and is off the track of the cylinder port,
an oil groove is provided in a sliding surface of the cylinder block with respect to the piston of each of the cylinders, and an oil hole capable of being connected to the communication groove is provided in a sliding surface of the cylinder block with respect to the valve plate, the oil hole corresponding to each of the cylinders being in face-to-face contact with the communication groove;
When the cylinder block rotates, the communication groove and the oil groove are sequentially communicated with each other via the oil hole,
the conduit and the communication groove are provided only in one of the pair of switching lands of the valve plate, the switching land being a section that switches from the discharge port to the suction port ;
the oil groove is formed annularly on a sliding surface of the cylinder with the piston and around the entire circumference of the axis of the cylinder,
4. A variable displacement hydraulic pump , comprising: a cylinder block having a first end that is in contact with a first valve plate; a valve plate that is in contact with a first oil hole ;
前記連通溝の周方向の長さは、前記吐出ポートの周方向の長さより長く、当該油圧ポンプの吐出行程全域に亘って、前記油孔を介して前記油溝に圧油が順次途切れなく供給されることを特徴とする可変容量型油圧ポンプ。 2. The variable displacement hydraulic pump according to claim 1,
a circumferential length of the communicating groove is longer than a circumferential length of the discharge port, and pressurized oil is supplied sequentially and uninterruptedly to the oil groove via the oil hole over the entire discharge stroke of the hydraulic pump.
前記連通溝と前記油孔のいずれかとが常時連通するように、隣り合う前記油孔同士の周方向の離隔距離に対応して前記連通溝の周方向の長さが設定され、前記油孔を介して前記油溝に圧油が順次途切れなく供給されることを特徴とする可変容量型油圧ポンプ。 2. The variable displacement hydraulic pump according to claim 1,
a circumferential length of the communicating groove is set in accordance with a circumferential separation distance between adjacent oil holes so that the communicating groove and any one of the oil holes are constantly in communication with each other, and pressurized oil is supplied sequentially and uninterruptedly to the oil grooves via the oil holes.
前記油溝は、前記シリンダにおける前記ピストンが引き出される側の開口端縁部寄りの部位に設けられていることを特徴とする可変容量型油圧ポンプ。 2. The variable displacement hydraulic pump according to claim 1,
2. A variable displacement hydraulic pump, comprising: a cylinder having a piston that is movable in a direction perpendicular to the axis of the cylinder;
前記油孔は、前記シリンダブロックの前記バルブプレートとの摺接面から前記シリンダブロックの外周側に向かって前記シリンダの軸方向に対して傾斜するように設けられ、
前記油溝は、前記シリンダにおける前記ピストンとの摺動面内の外周側の部位で前記油孔に接続されていることを特徴とする可変容量型油圧ポンプ。 2. The variable displacement hydraulic pump according to claim 1,
the oil hole is provided inclined with respect to an axial direction of the cylinder from a sliding contact surface of the cylinder block with the valve plate toward an outer periphery of the cylinder block,
a piston that slides in a direction perpendicular to the cylinder axis and moves in a direction perpendicular to the cylinder axis;
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