JP2003113806A - 走行式建設機械の油圧駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ＬＳシステムを備えた走行式建設機械の油圧駆
動装置において、適切な速度設定と走破性の両立を可能
と走行速度切り替えシステムを提供する。 【解決手段】走行二速切り替え装置６０は弁装置６１を
有し、走行モータ２，３に係わる圧力補償弁１２，１３
の目標補償差圧を、油圧ポンプ１の吐出圧と複数のアク
チュエータ２〜６の最高負荷圧との差圧とこれより低い
値とのいずれかに選択的に設定可能とすることにより走
行モータ２，３の高速設定と低速設定とを行う。弁装置
６１は、油圧ライン６３ａ，６３ｂの圧油の流れを絞り
６１ａ，６１ｂにより制限し、かつ油圧ライン６３ａの
圧油の一部を絞り６１ａ、６１ｃを介してタンクへ放出
する減圧弁６２を内蔵しており、油圧ライン６３ａ，６
３ｂの圧油の流れを全く遮らない全開位置と、減圧弁６
２が機能する位置とに切り換え可能であり、その切り換
えはソレノイド６４により制御される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、油圧ショベル等の
走行式建設機械に用いられるＬＳ制御方式の油圧駆動装
置に係わり、特に、走行駆動系に走行モータの設定速度
を複数段に切り替え可能とする走行速度切り替え手段を
備えた走行式建設機械の油圧駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】油圧ショベル等の走行式建設機械の油圧
駆動装置は、その走行駆動系に、例えば実開昭６３−５
４５２１号公報、特許第２５６７０８１号公報等に記載
のように走行二速切り替えシステムが設けられるのが一
般的であり、これにより泥濘地などを走行するための低
速でトルクの高い設定（低速設定）と、堅土上を効率良
く速く移動するための設定（高速設定）の２つの速度設
定が行えるようになっている。これらの２つの速度設定
は走行モータの押しのけ容積を２段階に切り替えること
で実現している。

【０００３】また、油圧ショベル等の建設機械に搭載さ
れる油圧駆動装置は、例えば上記特許第２５６７０８１
号公報に記載のように、油圧ポンプの吐出圧が複数のア
クチュエータの最高負荷圧より目標差圧だけ高くなるよ
う制御するロードセンシングシステム（以下、適宜ＬＳ
システムという）を備えるものがあり、このＬＳシステ
ムでは、複数の流量制御弁の前後差圧をそれぞれ圧力補
償弁により制御し、複数のアクチュエータを同時に駆動
する複合操作時に負荷圧の大小に係わらず流量制御弁の
開口面積に応じた比率で圧油を供給できるようにしてい
る。

【０００４】また、ＬＳシステムでは、例えば特開昭６
０−１１７０６号公報に記載のように、油圧ポンプの吐
出圧と複数のアクチュエータの最高負荷圧との差圧（以
下、ＬＳ差圧という）を圧力補償弁に導き、圧力補償弁
のそれぞれの目標補償差圧をＬＳ差圧により設定してお
り、これにより複数のアクチュエータを同時に駆動する
複合動作時に、油圧ポンプの吐出流量が複数の流量制御
弁の要求する流量に満たないサチュレーション状態にな
ったときでも、サチュレーションの程度に応じてＬＳ差
圧が低下し、これに伴って圧力補償弁の目標補償差圧も
小さくなるため、油圧ポンプの吐出流量をそれぞれのア
クチュエータが要求する流量の比に再分配することがで
きる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
技術には次のような問題がある。

【０００６】従来の走行式建設機械の油圧駆動装置に設
けられた走行二速切り替えシステムでは、上述したよう
に走行モータの押しのけ容積を２段階に切り替えること
で高速設定と低速設定を選択できるようになっており、
高速設定時は、走行モータの押しのけ容積が低速設定時
より小さく設定されるため、走行モータヘの供給流量が
同じであっても、走行モータの単位時間あたりの回転数
が低速設定よりも高くなる。しかし、走行モータの発生
するトルクはその逆であり、高速設定時は低速設定時よ
りもトルクは低下する。このため、高速設定時はトルク
低下により、低速設定時と同等の走破性を保持できなく
なる。

【０００７】例えば、油圧ショベル等のクローラ式走行
装置を備えた建設機械では、片輪のみで曲行する場合が
あり、両輪のクローラの摩擦抵抗を、動作している走行
モータの出力トルクでカバーしなくてはならない。しか
し、高速設定時の出力トルクがクローラの摩擦抵抗を下
回る場合、車体は停止してしまう。

【０００８】また、このときのオペレータの操作として
は、低速設定側に走行モータの押しのけ容積を切り替え
て出力トルクを上げ、カーブをきる操作が必要となる。
つまり、カーブごとに高速設定→低速設定→カーブ→低
速直進→高速設定といった操作が必要とされ、低速・高
速設定の切り替えや各設定での加減速により操作性が著
しく低下する。

【０００９】この解決策として高速設定時のトルクを重
視し、高速設定時の走行モータの押しのけ容積を大きく
設定することが考えられる。しかし、この場合は、高速
設定の本来の目的である高速走行が得られなくなる。

【００１０】実際に機器の仕様設定をする場合にトルク
と速度のバランスをとる必要があり、理想的な速度設定
と走破性の両立が難しい。

【００１１】このような従来の走行二速切り替えシステ
ムの問題は、ＬＳシステムを備えた油圧駆動装置の走行
駆動系でも同様に存在する。

【００１２】本発明の目的は、ＬＳシステムを備えた走
行式建設機械の油圧駆動装置において、適切な速度設定
と走破性の両立を可能と走行速度切り替えシステムを提
供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために、本発明は、可変容量型の油圧ポンプと、この
油圧ポンプから吐出された圧油により駆動される走行モ
ータを含む複数のアクチュエータと、前記油圧ポンプか
ら複数のアクチュエータに供給される圧油の流量を制御
する複数の流量制御弁と、前記複数の流量制御弁の前後
差圧をそれぞれ制御する複数の圧力補償弁と、前記油圧
ポンプの吐出圧が前記複数のアクチュエータの最高負荷
圧より目標差圧だけ高くなるよう制御するポンプ制御手
段と、前記走行モータの設定速度を複数段に切り替え可
能とする走行速度切り替え手段とを備えた走行式建設機
械の油圧駆動装置において、前記複数の圧力補償弁のそ
れぞれの目標補償差圧を前記油圧ポンプの吐出圧と前記
複数のアクチュエータの最高負荷圧との差圧により設定
するとともに、前記走行速度切り替え手段として、前記
走行速度切り替え手段は、前記走行モータに係わる圧力
補償弁の目標補償差圧を、前記油圧ポンプの吐出圧と前
記複数のアクチュエータの最高負荷圧との差圧とこれよ
り低い値とのいずれかに選択的に設定可能とする目標補
償差圧変更手段を設けたものとする。

【００１４】このように走行速度切り替え手段として目
標補償差圧変更手段を設け、走行モータに係わる圧力補
償弁の目標補償差圧を、油圧ポンプの吐出圧と複数のア
クチュエータの最高負荷圧との差圧（ＬＳ差圧）とこれ
より低い値とのいずれかに選択的に設定可能とすること
により、走行モータに係わる圧力補償弁の目標補償差圧
をＬＳ差圧より低い値に設定したときは、走行モータの
押しのけ容積の設定を変更しなくても、目標補償差圧が
ＬＳ差圧であるときに比べ走行モータに供給される圧油
の流量は減少するため、走行モータの回転速度は遅くな
り低速設定となる。つまり、走行モータに係わる圧力補
償弁の目標補償差圧を変更することにより、走行速度を
高速設定と低速設定に切り替えることができる。また、
走行モータ側での押しのけ容積の切り換えによる設定速
度の切り換えは不要となるため、走行モータの押しのけ
容積は単一の設定で良くなり、走行速度と走行トルクと
を別々に設定することが可能となる。この走行モータの
押しのけ容積を圧力補償弁側の低速設定で走破性が得ら
れるトルク設定とすることにより、適切な速度設定と走
破性の両立が可能となる。

【００１５】（２）上記（１）において、好ましくは、
前記走行モータに係わる圧力補償弁は、前記油圧ポンプ
の吐出圧と前記複数のアクチュエータの最高負荷圧との
差圧により目標補償差圧を設定する少なくとも１つの受
圧部を有し、前記設定変更手段は、前記受圧部に前記油
圧ポンプの吐出圧と前記複数のアクチュエータの最高負
荷圧との差圧に関する圧力を導く経路に配置された減圧
手段と、この減圧手段の有効・無効を切り替える切り替
え手段とを有する。

【００１６】これにより走行モータに係わる圧力補償弁
の目標補償差圧をＬＳ差圧とこれより低い値とのいずれ
かに選択的に設定可能となる。

【００１７】（３）また、上記（１）において、好まし
くは、前記走行モータに係わる圧力補償弁は、前記油圧
ポンプの吐出圧と前記複数のアクチュエータの最高負荷
圧とがそれぞれ導かれ目標補償差圧を設定する対向する
１対の受圧部を有し、前記設定変更手段は、前記受圧部
の１つに前記油圧ポンプの吐出圧を導く経路に配置され
た減圧手段と、この減圧手段の有効・無効を切り替える
切り替え手段とを有する。

【００１８】これにより走行モータに係わる圧力補償弁
の目標補償差圧をＬＳ差圧とこれより低い値とのいずれ
かに選択的に設定可能となる。

【００１９】（４）また、上記（２）又は（３）におい
て、好ましくは、前記減圧手段と切り替え手段は一体の
弁装置として構成され、この弁装置は、全開位置と前記
減圧手段を有効にする位置との間で切り替え可能であ
り、前記切り替え手段は電源をＯＮすると前記弁装置を
全開位置を固定保持するソレノイドを有する。

【００２０】これにより目標補償差圧変更手段をコンパ
クトな構造にすることができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。

【００２２】図１は本発明の第１の実施形態による油圧
駆動装置を示すものであり、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り駆動される左右の走
行モータ２，３を含む複数のアクチュエータ２〜６と、
油圧ポンプ１から複数のアクチュエータ２〜６に供給さ
れる圧油の流れをそれぞれ制御するクローズドセンタタ
イプの複数の方向制御弁７〜１１と、複数の方向制御弁
７〜１１の前後差圧をそれぞれ制御する複数の圧力補償
弁１２〜１６と、方向制御弁７〜１１と圧力補償弁１２
〜１６との間に配置され、圧油の逆流を防止するロード
チェック弁１７ａ〜１７ｅと、油圧ポンプ１の吐出圧力
が複数のアクチュエータ２〜６の最高負荷圧より所定値
だけ高くなるようポンプ吐出流量を制御するロードセン
シング制御のポンプ制御装置１８と、左右の走行モータ
２，３の速度を切り換える走行二速切り替え装置６０と
を備えている。

【００２３】本実施の形態に係わる走行式建設機械は例
えば油圧ショベルであり、アクチュエータ２，３は油圧
ショベルの走行モータであり、アクチュエータ４，５，
６は油圧ショベルのブームシリンダ、アームシリンダ、
バケットシリンダである。

【００２４】方向制御弁７〜１１は流量制御弁を兼ねて
おり、メータイン絞りを内蔵している。方向制御弁７〜
１１には自己負荷圧の検出ライン２０〜２４が設けら
れ、これら検出ライン２０〜２４で検出された負荷圧の
うちの最高負荷圧が信号ライン２５〜２９、シャトル弁
３０〜３３及び信号ライン３４〜３６を介して検出さ
れ、信号ライン３７に導出される。

【００２５】ポンプ制御装置１８は、油圧ポンプ１の容
量可変部材である斜板１ａに連結されその傾転角を調整
するサーボピストン４０と、このサーボピストン４０の
油圧室４０ａと油圧ポンプ１の吐出油路１ｂ及びタンク
１９との接続を切換制御するロードセンシング制御弁
（以下、ＬＳ制御弁という）４１とを有している。ＬＳ
制御弁には制御圧として油圧ポンプ１の吐出圧力と信号
ライン３７の最高負荷圧とが対向して作用する。ポンプ
吐出圧力が最高負荷圧力とバネ４１ａの設定値（目標Ｌ
Ｓ差圧）との合計圧力よりも高くなると、サーボピスト
ン４０の油圧室４０ａを油圧ポンプ１の吐出油路１ｂに
接続し、油圧室４０ａに高圧を導くことでピストン４０
ｂをバネ４０ｃの力に打ち勝って図示左方に移動し、斜
板１ａの傾転を減少させて油圧ポンプ１の吐出流量を減
らす。逆に、ポンプ吐出圧力が最高負荷圧力とバネ４１
ａの設定値（目標ＬＳ差圧）との合計圧力よりも低くな
ると、サーボピストン４０の油圧室４０ａをタンク１９
に接続し、油圧室４０ａを減圧することでバネ４０ｃの
力でピストン４０ｂを図示右方に移動し、斜板１ａの傾
転を増加させて油圧ポンプ１の吐出流量を増やす。この
ようなＬＳ制御弁の動作により、ポンプ吐出圧力が最高
負荷圧力よりバネ４１ａの設定値（目標ＬＳ差圧）だけ
高くなるように、つまり油圧ポンプ１の吐出圧と最高負
荷圧力との差圧が目標ＬＳ差圧に保たれるように、油圧
ポンプ１の吐出流量が制御される。

【００２６】圧力補償弁１２〜１６は、それぞれ、対向
する１対の受圧部１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ，１
４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂともう
１対の受圧部１２ｃ，１２ｄ，１３ｃ，１３ｄ，１４
ｃ，１４ｄ，１５ｃ，１５ｄ，１６ｃ，１６ｄとを有
し、受圧部１２ａ，１２ｃ，１３ａ，１３ｃ，１４ａ，
１４ｃ，１５ａ，１５ｃ，１６ａ，１６ｃは各圧力補償
弁を閉じ方向に作動する側に設けられ、受圧部１２ｂ，
１２ｄ，１３ｂ，１３ｄ，１４ｂ，１４ｄ，１５ｂ，１
５ｄ，１６ｂ，１６ｄは各圧力補償弁を開け方向に作動
する側に設けられている。

【００２７】圧力補償弁１２の受圧部１２ａ，１２ｂに
は、方向制御弁７のメータイン絞り部の上流側の圧力と
下流側の圧力（検出ライン２０に検出された走行モータ
２の負加圧）が導かれ、受圧部１２ｃ，１２ｄには信号
ライン３７に導出した最高負荷圧力と走行二速切り替え
装置６０に設けられた弁装置６１（後述）の出力圧が導
かれ、圧力補償弁１２は受圧部１２ｃ，１２ｄに導かれ
る弁装置６１の出力圧と最高負荷圧力との差圧を目標補
償差圧として受圧部１２ａ，１２ｂに導かれる方向制御
弁７のメータイン絞り部の上流側と下流側の圧力との差
圧（メータイン絞り部の前後差圧）を制御する。圧力補
償弁１３も同様である。

【００２８】圧力補償弁１４の受圧部１４ａ，１４ｂに
は、方向制御弁９のメータイン絞り部の上流側の圧力と
下流側の圧力（検出ライン２２に検出されたアクチュエ
ータ４の負加圧）が導かれ、受圧部１４ｃ，１４ｄには
信号ライン３７に導出した最高負荷圧力と油圧ポンプ１
の吐出圧が導かれ、圧力補償弁１４は受圧部１２ｃ，１
２ｄに導かれる油圧ポンプ１の吐出圧と最高負荷圧力と
の差圧を目標補償差圧として受圧部１４ａ，１４ｂに導
かれる方向制御弁９のメータイン絞り部の上流側と下流
側の圧力との差圧（メータイン絞り部の前後差圧）を制
御する。圧力補償弁１５，１６も同様である。

【００２９】弁装置６１が図示の切り替え位置にあると
きは油圧ポンプ１の吐出圧をそのまま出力し（後述）、
圧力補償弁１２〜１６の目標補償差圧は全て油圧ポンプ
１の吐出圧と最高負荷圧力との差圧（同じ値）となる。
また、油圧ポンプ１の吐出圧と最高負荷圧力との差圧
は、上記のようにポンプ制御装置１８により目標ＬＳ差
圧に保たれるように制御される。このようにポンプ制御
装置１８により制御される油圧ポンプ１の吐出圧と最高
負荷圧力との差圧の同じ値を圧力補償弁１２〜１６の目
標補償差圧として方向制御弁７〜１１の前後差圧を制御
することにより、負荷圧の大小に係わらず、方向制御弁
７〜１１の開口面積の比で油圧ポンプ１の吐出する圧油
を分流することができる。また、油圧ポンプ２の吐出流
量が要求流量に満たないサチュレーション状態になる
と、油圧ポンプ１の吐出圧と最高負荷圧力との差圧はそ
の供給不足の比率に応じて低下するので、この場合も方
向制御弁７〜１１の開口面積の比で油圧ポンプ１の吐出
する圧油を分流することができる。

【００３０】走行二速切り替え装置６０は、走行モータ
２，３に係わる圧力補償弁１２，１３の目標補償差圧
を、油圧ポンプ１の吐出圧と複数のアクチュエータ２〜
６の最高負荷圧との差圧とこれより低い値とのいずれか
に選択的に設定可能とすることにより走行モータ２，３
の高速設定と低速設定とを行えるようにしたものであ
り、これにより走行モータ２，３側での押しのけ容積の
切り換えによる設定速度の切り換えは不要となるため、
走行モータ２，３の押しのけ容積は単一の設定で良くな
り、走行速度と走行トルクと別々に設定することが可能
となる。

【００３１】走行二速切り替え装置６０は上記のように
弁装置６１を有し、この弁装置６１は、走行モータ２，
３に係わる圧力補償弁１２，１３の受圧部１２ｄ，１３
ｄに油圧ポンプ１の吐出圧を導く油圧ライン６３ａ，６
３ｂの途中に配置されている。

【００３２】また、弁装置６１は、油圧ライン６３ａ，
６３ｂの圧油の流れを絞り６１ａ，６１ｂにより制限
し、かつ油圧ライン６３ａの圧油の一部を絞り６１ａ、
６１ｃを介してタンクへ放出する減圧弁６２を内蔵して
おり、油圧ライン６３ａ，６３ｂの圧油の流れを全く遮
らない全開位置と、減圧弁６２が機能する位置とに切り
換え可能であり、その切り換えはソレノイド６４により
制御される。

【００３３】ソレノイド６４は弁装置６１の全開位置側
に位置し、かつスイッチ７０を介して電源７１を備えた
電源回路に接続されている。スイッチ７０は例えばオペ
レータにより操作されるものとし、スイッチ７０がＯＮ
すると（閉じられると）、ソレノイド６４が励磁され、
弁装置６１は図示の全開位置に固定保持され、この位置
では油圧ポンプ１の吐出圧をそのまま出力する。スイッ
チ７０がＯＦＦすると（開けられると）、ソレノイド６
４の励磁が解除され、弁装置６１は減圧弁６２として機
能する位置に切り換わる。このようにスイッチ７０とソ
レノイド６４により弁装置６１の減圧機能の有効・無効
を切り換えることができる。

【００３４】減圧弁６２は受圧部６５，６６，６７を有
し、受圧部６５，６６は弁装置６１の全開位置側に位置
し、受圧部６７は減圧弁側に位置し、受圧部６５には油
圧ポンプ１の吐出圧が導かれ、受圧部６６には最高負荷
圧が導かれ、受圧部６７には弁装置６１の出力圧が導か
れている。ソレノイド６４が励磁されていないときは、
これらの受圧部６５，６６，６７と上記の絞り６１ａ，
６１ｂ，６１ｃにより油圧ライン６３ａの圧力（油圧ポ
ンプ１の吐出圧）を減圧して油圧ライン６４ｂに出力す
る。

【００３５】弁装置６１の減圧機能について説明する。
以下の説明で、油圧ポンプ１の吐出圧をＰｓ、アクチュ
エータ２〜６の最高負荷圧をＰLmax、弁装置６１の出力
圧（走行圧力補償弁１２，１３の受圧部１２ｄ，１３ｄ
に負荷される圧力）をＰａ、走行圧力補償弁１２，１３
の受圧部１２ｄｃ，１２ｄ，１３ｃ，１３ｄにより設定
される目標補償差圧をΔＰcとして説明する。

【００３６】ソレノイド６４が励磁されていない場合、
受圧部６５，６６，６７の受圧面積をそれぞれs1，s2，
s3とすると、弁装置はその弁体の動きが制止する点で受
圧部６５，６６，６７に負荷される圧力Ｐｓ，ＰLmax，
Ｐａによる油圧力が釣り合うことから、Ｐｓ，ＰLmax，
Ｐａの３つの圧力は以下の式で関係づけられる。

【００３７】 s3・Ｐａ＝s1・ＰLmax＋s2・Ｐs …（１） Ｐａ＝（s1／s3）・ＰLmax＋（s2／s3）・Ｐｓ …（２） また、圧力補償弁１２，１３の受圧部１２ｄｃ，１２
ｄ，１３ｃ，１３ｄにより設定される目標補償差圧ΔＰ
は以下の式で与えられる。

【００３８】ΔＰc＝Ｐａ−ＰLmax …（３） 今、弁装置６１の受圧部６５，６６，６７の受圧面積の
比を以下の式（４）のように設定すると、圧力補償弁１
２，１３の目標補償差圧ΔＰcは式（５）のようにな
る。

【００３９】 s1／s3＋s2／s3＝1 …（４） ΔＰc＝（s2／s3）・（Ｐs−ＰLmax） …（５） 式（４）において、s1，s2，s3は面積であるから、s1／
s3≦１かつs2／s3≦1である。

【００４０】一方、弁装置６１が全開位置にあるときの
圧力補償弁１２，１３の目標補償差圧をΔＰc0とする
と、目標補償差圧ΔＰc0は下記の式で与えられる。

【００４１】ΔＰc0＝Ｐs−ＰLmax （６） 式（５）と式（６）から分かるように、弁装置６１が減
圧弁６２として機能するときは、走行セクションの圧力
補償弁１２，１３の目標補償差圧ΔＰｃを弁装置６１が
全開位置にあるときの目標補償差圧ΔＰc0のs2／s3倍に
設定することが可能になる。

【００４２】したがって、受圧部６５，６６，６７の受
圧面積ｓ１，ｓ２，ｓ３を調整することにより、弁装置
６１の減圧機能（減圧弁６２）が有効な場合の圧力補償
弁１２，１３の目標補償差圧を弁装置６１の減圧機能
（減圧弁６２）が無効な場合（全開位置にある場合）の
目標補償差圧より自由に低く設定することが可能にな
る。

【００４３】方向制御弁７，８を通過する圧油の流量
は、圧力補償弁１２，１３により制御されるメータイン
絞り部の前後差圧とメータイン絞り部の開口面積に依存
するため、圧力補償弁１２，１３の目標補償差圧が低く
設定され、方向制御弁７，８のメータイン絞り部の前後
差圧が低く制御されると、メータイン絞り部の開口面積
が同じでも、弁装置６１の減圧機能が無効である場合に
比べてある程度制限された流量しか流れない。

【００４４】図２にその関係を示す。図２の横軸は方向
制御弁の開度（メータイン絞り部の開口面積）であり、
縦軸は方向制御弁の通過流量である。Ｘ１は弁装置６１
の減圧機能が有効であるときの流量特性、Ｘ２は弁装置
６１の減圧機能が無効であるときの流量特性、Ｓ１max
は弁装置６１の減圧機能が有効であるときの最大通過流
量、Ｓ２maxは弁装置６１が無効であるときの最大通過
流量である。

【００４５】図２において、方向制御弁の開度に対する
圧油の通過流量は圧力補償弁により比例関係が保持され
る。この場合、比例直線の傾きは圧力補償弁の目標補償
差圧に依存して決定される。弁装置６１によって目標補
償差圧が低く設定されると、流量特性Ｘ１の直線の傾き
は流量特性Ｘ２の直線の傾きに比べ小さくなり、同じ開
度でも、方向制御弁の通過流量が異なってくる。その結
果、同じ操作レバー入力に対し、走行モータ２，３ヘの
供給流量が切り替わり、走行モータ２，３の回転速度も
切り替わる。この機能により、走行系の二速切り替え機
能が実現できる。さらに、傾きが小さくなる低速設定で
は、方向制御弁７，８の有効開度域での微操作性が向上
する。

【００４６】図３に油圧ショベルの外観を示す。油圧シ
ョベルは下部走行体２００，上部旋回体２０１、フロン
ト作業機２０２を有し、下部走行体は走行モータ２，３
により駆動される左右のクローラ式走行装置を有し、上
部旋回体２０１は図示しない旋回モータにより下部走行
体２００上に軸Ｏを中心に旋回可能であり、フロント作
業機２０２は上部旋回体２０１の前部で上下動可能であ
る。フロント作業機２０２はブーム２０３、アーム２０
４、バケット２０５を有する多関節構造であり、ブーム
２０３はブームシリンダ４により、アーム２０４はアー
ムシリンダ５により、バケット２０５はバケットシリン
ダ６によりそれぞれ軸Ｏを含む平面内を回転駆動され
る。

【００４７】次に、本実施の形態の動作を比較例と対比
して説明する。

【００４８】図４は、比較例として、従来技術である油
圧式ショベルの走行駆動系の走行二速切り替え機構を示
す。

【００４９】走行モータ１０２の押しのけ容積を調整す
る斜板１０２ａは、傾転ピストン１１０，１１１とこれ
に対抗するバネ１１２により駆動される。傾転ピストン
１１０，１１１は走行モータ１０２の正回転、逆回転の
何れでも駆動できるように２つ設けられており、それぞ
れ、傾転切り替えバルブ１１３を介して走行モータ１０
２の入力ポートＡ，Ｂにつながれている。１０７は方向
制御弁、１１４はカウンターバランス弁である。この構
成により、走行モータ１０２の回転方向に依らず、その
駆動圧で傾転ピストン１１０又は１１１を駆動すること
が可能となる。

【００５０】傾転切り替えバルブ１１３は油圧駆動式が
一般的であり、図示のように外部にソレノイドバルブ１
１５を設け、ソレノイドバルブ１１５のソレノイド１１
６をスイッチ１１７を介して電源１１８に接続し、スイ
ッチ１１７の開閉でソレノイド１１６の励磁を切り換
え、ソレノイドバルブ１１５を切り替え制御することで
傾転切り替えバルブ１１３の駆動が制御される。

【００５１】例えば、スイッチ１１７をＯＮし、ソレノ
イド１１６を励磁すると、ソレノイドバルブ１１５が図
示下側の位置に切り換わり、傾転切り替えバルブ１１３
の受圧部１１３ａに制御圧を供給し、傾転切り替えバル
ブ１１３を図示右側の位置に切り換える。この位置で
は、傾転ピストン１１０又は１１１に圧油が供給され、
走行モータ１０２の斜板１０２ａを小傾転に切り替え、
押しのけ容積を高速設定の小容量とする。スイッチ１１
７をＯＦＦすると、ソレノイド１１６の励磁が解除さ
れ、ソレノイドバルブ１１５が図示上側の位置に切り換
わり、傾転切り替えバルブ１１３の受圧部１１３ａをタ
ンクにつなげ、傾転切り替えバルブ１１３を図示左側の
位置に切り換える。この位置では、傾転ピストン１１０
又は１１１をタンクにつなげ、走行モータ１０２の斜板
１０２ａをバネ１１２の力で大傾転に切り替え、押しの
け容積を低速設定の大容量とする。

【００５２】このように従来技術では、ソレノイドバル
ブ１５により傾転切り替えバルブ１１３を切り替えるこ
とで二速切り替えを可能としている。

【００５３】次に、従来技術の間題点を説明する。

【００５４】図４に示した従来の走行二速切り替システ
ムでは、高速設定時は、走行モータ１０２の押しのけ容
積が低速設定時より小さく設定されるため、走行モータ
１０２ヘの供給流量が同じであっても、走行モータ１０
２の単位時間あたりの回転数が低速設定よりも高くな
る。しかし、走行モータ１０２の発生するトルクはその
逆であり、高速設定時は低速設定時よりもトルクは低下
する。この点を数式で検証する。

【００５５】低速設定時の押しのけ容積：ｑ１ 高速設定時の押しのけ容積：ｑ２ 走行モータへの供給流量：Ｑｔ 走行駆動系のメインリリーフ圧：Ｐｒ 低速、高速設定時の走行モータの回転数Ｎ１，Ｎ２は、 Ｎ１＝Ｑｔ／ｑ１ Ｎ２＝Ｑｔ／ｑ２ となり、低速、高速設定時の走行モータの最大トルクτ
１，τ２は、 τ１＝Ｐｒ・ｑ１／２π τ２＝Ｐｒ・ｑ２／２π となる。低速・高速の押しのけ容積の比を、 ｑ１：ｑ２＝２：１ とすると、 Ｎ１：Ｎ２＝１：２ τ１：τ２＝２：１ となり、速度が速くなった比率の逆比でトルクが低下す
る。

【００５６】実際に高速設定時のトルク低下により、低
速設定時と同等の走破性を保持できなくなる。

【００５７】例えば、片輪のみで曲行する場合などがあ
り、両輪のクローラの摩擦抵抗を、動作している走行モ
ータの出力トルクでカバーしなくてはならない。高速設
定時の出力トルクがクローラの摩擦抵抗を下回る場合、
車体は停止してしまう。

【００５８】オペレータの操作としては、低速設定側に
走行モータの押しのけ容積を切り替えて出力トルクを上
げ、カーブをきる操作が必要となる。

【００５９】つまり、カーブごとに高速設定→低速設定
→カーブ→低速直進→高速設定といった操作が必要とさ
れ、低速・高速設定の切り替え時の加減速により操作性
が著しく低下する。

【００６０】この解決策として高速設定時のトルクを重
視し、高速設定時の走行モータの押しのけ容積を大きく
設定することが考えられる。しかし、この場合は、高速
設定の本来の目的である高速走行が得られなくなる。

【００６１】実際に機器の仕様設定をする場合にトルク
と速度のバランスをとる必要があり、理想的な速度設
定、走破性の両立が難しい。

【００６２】このような問題を解決するため、本実施の
形態では、従来の傾転切り替えバルブ１１３を用いた走
行モータの容量切り換えによる二速切り替え機構に代
え、走行セクションの圧力補償弁１２，１３に対し走行
二速切り替え装置６０を設け、弁装置６１により圧力補
償弁１２，１３の目標補償差圧を調整することで走行の
二速切り換えを行うようにしたものである。

【００６３】つまり、本実施の形態では、スイッチ７０
をＯＦＦし、ソレノイド６４が励磁されていない場合
は、上述したように弁装置６１の減圧弁６２が機能し、
圧力補償弁１２，１３の目標補償差圧は低下し、方向制
御弁７，８の流量特性は図３のＸ１となり、低速設定に
切り換わる。この低速設定では、方向制御弁７，８の有
効開度域での微操作性が向上する。

【００６４】スイッチ７０をＯＮし、ソレノイド６４を
励磁すると、弁装置６１は受圧部６５，６６，６７に導
かれる圧力Ｐｓ，ＰLmax，Ｐａによる油圧力の釣り合い
に係わらず、強制的に全開位置に固定される。この位置
では、圧力補償弁１２，１３の目標補償差圧は、他の圧
力補償弁１４〜１６と同様の値（式（６）のＰs−ＰLm
a）となり、方向制御弁７，８の流量特性は図３のＸ２
となり、高速設定に切り換わる。

【００６５】このように弁装置６１により圧力補償弁１
２，１３の目標補償差圧を調整する走行二速切り替え装
置６０を設けることにより、従来技術のような走行モー
タの二速切り替え機能は不要となる。その結果、低速・
高速の両設定において、走行モータ２，３の押しのけ容
積ｑを変更する必要が無く、走行モータ２，３の押しの
け容積ｑは単一の設定で良くなる。

【００６６】本実施の形態において、走行モータ２，３
の出力トルクτは、下式に与えられる。

【００６７】τ＝Ｐr・ｑ／2π つまり、低速・高速の両設定において、走行モータ２，
３の出力トルクは同一値をとり、従来技術のように高速
時での走破性の低下が生じない。

【００６８】以上のように本実施の形態によれば、走行
速度と走行トルクとを別々に設定することが可能とな
り、適切な速度設定と走破性の両立が可能となる。ま
た、従来の走行モータに設けられていた二速切り替え機
構が不要となり、走行系油圧機器の簡素化が図れる。

【００６９】なお、上記実施の形態では、圧力補償弁１
２〜１６の受圧部１２ｃ，１２ｄ〜１６ｃ，１６ｄに油
圧ポンプ２の吐出圧とアクチュエータ２〜６の最高負荷
圧を別々に導いたが、油圧ポンプ２の吐出圧とアクチュ
エータ２〜６の最高負荷圧の差圧を絶対圧として出力す
る差圧減圧弁を設けると共に、圧力補償弁１２〜１６の
開方向作動側に単一の受圧部を設け、差圧減圧弁の出力
圧をその受圧部に導くようにしてもよく、この場合は、
弁装置６１を差圧減圧弁の出力圧をその受圧部に導く経
路に配置し、減圧弁６２は差圧減圧弁の出力圧を減圧す
るものとすればよい。

【００７０】また、弁装置６１は、減圧弁６２と、全開
位置と減圧弁６２が機能する位置とに切り替えるソレノ
イド６４とを備えた一体の弁装置としたが、減圧弁と切
換弁を別々に設けてもよい。例えば、切換弁の出力側で
圧力補償弁１２，１３の受圧部１２ｄ，１３ｄに対し油
圧ライン６３ｂと減圧弁を並列に接続し、切換弁をソレ
ノイドにより二位置に切り換え可能とし、ソレノイドが
励磁されると油圧ライン６３ａを油圧ライン６３ｂに直
接接続し、ソレノイドの励磁が解除されると油圧ライン
６３ａを減圧弁に接続すればよく、これによってもソレ
ノイドにより減圧機能の有効・無効を切り換えることが
できる。

【００７１】また、弁装置６１はソレノイド６４により
切り替えるものとしたが、受圧部を設け油圧的に切り替
えるようにしてもよい。また、オペレータがスイッチ７
０をＯＮ／ＯＦＦすることによりソレノイド６４の励
磁、非励磁を切り替えるものとしたが、走行速度の切り
替え要求の有無をコントローラで判断し、その判断結果
に応じてソレノイドの励磁、非励磁を切り替えるように
してもよい。

【００７２】

【発明の効果】本発明によれば、ＬＳシステムを備えた
走行式建設機械の油圧駆動装置において、走行速度と走
行トルクとを別々に設定することが可能となり、適切な
走行速度と走破性の両立が可能となる。

【００７３】また、従来の走行モータに設けられていた
二速切り替え機構が不要となり、走行系油圧機器の簡素
化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明の一実施の形態に係わる油圧ショベルの
油圧駆動装置を示す図である。

【図２】本発明の油圧駆動装置が搭載される油圧ショベ
ルの外観を示す図である。

【図３】本発明の動作を説明する方向制御弁開度と供給
流量との関係を示す図である。

【図４】従来技術に基づく構成を比較例として示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 油圧ポンプ ２〜６ アクチュエータ（２，３：走行モータ） ７〜１１ 方向切換弁 １２〜１６ 圧力補償弁 １８ ポンプ制御装置 ２０〜２４ 検出ライン ２５〜２９ 信号ライン ３４〜３６ 信号ライン ３７ 信号ライン ４０ 傾転制御アクチュエータ ４１ ロードセンシング制御弁 ６０ 走行二速切り替え装置 ６１ 弁装置 ６３ａ，６３ｂ 油圧ライン ６４ ソレノイド ６５，６６，６７ 受圧部 ７０ スイッチ ７１ 電源 ２００ 下部走行体 ２０１ 上部旋回体 ２０２ フロント作業機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川本 純也 滋賀県甲賀郡水口町笹ヶ丘１−２ 株式会 社日立建機ティエラ滋賀工場内 Ｆターム(参考） 2D003 AA01 AB01 AB05 AB06 BA01 BB01 CA08 DA02 DA04 DB02 3H089 AA22 AA27 BB15 BB17 CC01 CC08 CC11 DA03 DB05 DB13 DB14 DB24 DB32 DB37 DB54 FF07 FF16 GG02 JJ02

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】可変容量型の油圧ポンプと、この油圧ポン
   プから吐出された圧油により駆動される走行モータを含
   む複数のアクチュエータと、前記油圧ポンプから複数の
   アクチュエータに供給される圧油の流量を制御する複数
   の流量制御弁と、前記複数の流量制御弁の前後差圧をそ
   れぞれ制御する複数の圧力補償弁と、前記油圧ポンプの
   吐出圧が前記複数のアクチュエータの最高負荷圧より目
   標差圧だけ高くなるよう制御するポンプ制御手段と、前
   記走行モータの設定速度を複数段に切り替え可能とする
   走行速度切り替え手段とを備えた走行式建設機械の油圧
   駆動装置において、 前記複数の圧力補償弁のそれぞれの目標補償差圧を前記
   油圧ポンプの吐出圧と前記複数のアクチュエータの最高
   負荷圧との差圧により設定するとともに、 前記走行速度切り替え手段として、前記走行モータに係
   わる圧力補償弁の目標補償差圧を、前記油圧ポンプの吐
   出圧と前記複数のアクチュエータの最高負荷圧との差圧
   とこれより低い値とのいずれかに選択的に設定可能とす
   る目標補償差圧変更手段を設けたことを特徴とする走行
   式建設機械の油圧駆動装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の走行式建設機械の油圧駆動
   装置において、前記走行モータに係わる圧力補償弁は、
   前記油圧ポンプの吐出圧と前記複数のアクチュエータの
   最高負荷圧との差圧により目標補償差圧を設定する少な
   くとも１つの受圧部を有し、前記設定変更手段は、前記
   受圧部に前記油圧ポンプの吐出圧と前記複数のアクチュ
   エータの最高負荷圧との差圧に関する圧力を導く経路に
   配置された減圧手段と、この減圧手段の有効・無効を切
   り替える切り替え手段とを有することを特徴とする走行
   式建設機械の油圧駆動装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の走行式建設機械の油圧駆動
   装置において、前記走行モータに係わる圧力補償弁は、
   前記油圧ポンプの吐出圧と前記複数のアクチュエータの
   最高負荷圧とがそれぞれ導かれ目標補償差圧を設定する
   対向する１対の受圧部を有し、前記設定変更手段は、前
   記受圧部の１つに前記油圧ポンプの吐出圧を導く経路に
   配置された減圧手段と、この減圧手段の有効・無効を切
   り替える切り替え手段とを有することを特徴とする走行
   式建設機械の油圧駆動装置。
4. 【請求項４】請求項２又は３記載の走行式建設機械の油
   圧駆動装置において、前記減圧手段と切り替え手段は一
   体の弁装置として構成され、この弁装置は、全開位置と
   前記減圧手段を有効にする位置との間で切り替え可能で
   あり、前記切り替え手段は電源をＯＮすると前記弁装置
   を全開位置を固定保持するソレノイドを有することを特
   徴とする走行式建設機械の油圧駆動装置。