JP2004092247A

JP2004092247A - 建設機械の油圧駆動装置

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Publication number: JP2004092247A
Application number: JP2002256483A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Aihara; 相原　三男; Takashi Yagyu; 柳生　隆
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2002-09-02
Filing date: 2002-09-02
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【課題】サイクルタイムを向上しつつ、油圧アクチュエータの排出側から供給側への圧油再生流量を排出側の圧力の変動に応じて最適な流量とすることで、供給側への圧油の供給不足によるキャビテーションの発生及び供給側への圧油の供給過多によるエネルギ損失の増大を抑制することができる建設機械の油圧駆動装置を提供する。
【解決手段】アーム用油圧シリンダ９のロッド側油室９ｂとボトム側油室９ａとを接続し、戻り圧油の少なくとも一部をボトム側油室９ａからロッド側油室９ｂに戻す再生管路３０と、アーム用コントロールバルブ１４に設けたメータアウト絞り１４Ｂ_１と、管路２８の圧力を検出する圧力センサ３３と、再生管路３０に設けられ圧力センサ３３が検出した圧力Ｐ及び操作レバー１７ａの操作量に応じてアーム用油圧シリンダ９のボトム側油室９ａからロッド側油室９ｂに戻す圧油の流量を制御する再生調整弁３２とを備える。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ローディングショベル等の大型建設機械の油圧駆動装置に関し、さらに詳しくは、メータアウト制御時に油圧アクチュエータの排出側の圧力が変動しても供給側への圧油の供給不足や供給過多を防止することができる建設機械の油圧駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、建設機械の１つである油圧ショベルは、走行体と、この走行体に旋回可能に設けた旋回体と、この旋回体に俯仰可能に接続され、ブーム、アーム、及び掘削バケットを含む多関節型の作業装置とを備えている。これら走行体、旋回体、及び作業装置は、この油圧ショベルに備えられた油圧駆動装置の被駆動部材を構成しており、この油圧駆動装置は、一般に、エンジン等の原動機と、この原動機によって駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出された圧油により上記ブーム、アーム、掘削バケットをそれぞれ駆動するブーム用油圧シリンダ、アーム用油圧シリンダ、バケット用油圧シリンダを含む複数の油圧アクチュエータと、これら複数の油圧アクチュエータを手動操作するための操作レバーとを有している。
【０００３】
上記油圧ショベルは、掘削作業において、ブームを下げつつ作業装置を伸ばし、アームを引きながら土砂等を掘削し、ブームを上げて作業装置を折り畳み、旋回体を旋回させて掘削バケットに積載された掘削土砂をダンプカー等にダンプし、その後旋回体を元の掘削位置に戻し、作業装置を伸ばして再び掘削するという作業サイクルを繰り返す。したがって、油圧ショベルにおいては上記１つの作業サイクルの時間（サイクルタイム）が短いほど単位時間における掘削作業量が大きいということであり、すなわち掘削能力が大きいことを意味する。
【０００４】
上記サイクルタイム向上の観点から、従来より、建設機械の油圧駆動装置としては例えば特開平６−１１７４１５号公報に記載のように、油圧アクチュエータ（油圧シリンダ）の戻り圧油を排出側（管路）から供給側（管路）に再生させて、油圧アクチュエータの増速を可能とするいわゆる再生回路を備えたものが公知である。上記特開平６−１１７４１５号公報では、圧油を油圧アクチュエータの排出側から供給側に再生する再生通路に再生流量制御手段（切換弁）が設けられており、操作レバーの操作量に応じて圧油再生流量が制御されるようになっている。これにより、油圧アクチュエータのメータアウト制御時において、操作レバーの操作量が大きくなるにつれ排出側から供給側への圧油再生流量が大きくなり、油圧アクチュエータの動作を増速することができる。したがって、例えば上記油圧ショベルにこの従来技術を応用した場合、ブームを下げる際にメータアウト制御が行われるブーム用油圧シリンダに適用することで、ブームの下げ動作速度を増速することができるので、サイクルタイムを向上することができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−１１７４１５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の油圧ショベル型の大型建設機械としては、例えばローディングショベルがある。このローディングショベルは、上記油圧ショベルと異なり、掘削バケットの開口部を前方に向けて作業装置を前方方向に伸ばすことで掘削作業を行うようになっている。すなわちこのローディングショベルにおいては、作業装置を伸ばしながら土砂等を掘削し、アームを引いて作業装置を折り畳み、旋回体を旋回させて掘削土砂をダンプし、旋回体を元の掘削位置に戻して再び作業装置を伸ばしながら掘削するという作業サイクルを行うことになる。
【０００７】
このローディングショベルに上記従来技術を応用する場合、アームを引く際にメータアウト制御が行われるアーム用油圧シリンダに適用することが考えられる。しかしながら、この場合、以下のような課題が存在する。
すなわち、ローディングショベルのような大型建設機械においては、作業装置を構成するブーム、アーム、掘削バケット等も大型でありその重量も大きいため、アームの引き動作においては、そのアームの回動位置により重力によるアーム回動中心回りのモーメントが著しく変化する。すなわち、アームが水平に近い位置ではアームの自重及び掘削バケットの重量によりアーム回動中心におけるモーメントが極めて大きくなるため、その水平位置を保持するためにアーム用油圧シリンダの排出側の圧力は極めて大きくなるが、アームが鉛直方向に近い位置では回動中心回りのモーメントは比較的小さくなるため、排出側の圧力は比較的小さくなる。
【０００８】
このとき、上記従来技術においては、アーム用油圧シリンダの排出側から供給側への圧油再生流量を操作レバーの操作量に応じて再生流量制御手段で制御するようにしているため、操作レバーの操作量が一定である場合には圧油再生流量も一定となり、上記のような排出側の圧力変動に対応できない。すなわち、アームが水平に近い位置にある場合には供給側への圧油再生流量が不足し、その結果アーム用油圧シリンダの供給側において圧力低下によるキャビテーションが発生する可能性がある。一方、アームが鉛直方向に近い位置にある場合には圧油再生流量が過大となり、その結果アーム用油圧シリンダの供給側の圧力が上昇するので、油圧ポンプの駆動トルクが増加する等のエネルギー損失の増加が生じる。
【０００９】
本発明は、上記従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、サイクルタイムを向上しつつ、油圧アクチュエータの排出側から供給側への圧油再生流量を排出側の圧力の変動に応じて最適な流量とすることで、供給側への圧油の供給不足によるキャビテーションの発生及び供給側への圧油の供給過多によるエネルギ損失の増大を抑制することができる建設機械の油圧駆動装置を提供することにある。
【００１０】
【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、原動機により駆動される油圧ポンプと、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油圧アクチュエータと、この油圧アクチュエータを手動操作する操作レバーとを有する建設機械の油圧駆動装置において、前記油圧アクチュエータの供給側と排出側とを接続し、前記油圧アクチュエータの戻り圧油の少なくとも一部を排出側から供給側に戻す再生通路と、前記油圧アクチュエータの排出側に設けた絞り手段と、前記油圧アクチュエータと前記絞り手段との間に設けられ、前記油圧アクチュエータの排出側の圧力を検出する圧力検出手段と、前記再生通路に設けられ、前記圧力検出手段が検出した前記油圧アクチュエータの排出側の圧力及び前記操作レバーの操作量に応じて前記油圧アクチュエータの排出側から供給側に戻す圧油の流量を制御する再生流量制御手段とを備える。
【００１１】
本発明においては、油圧アクチュエータの戻り圧油の流量を絞り手段で制御するメータアウト制御を行う際に、油圧アクチュエータの排出側から供給側に再生通路を介して戻す圧油の流量を、圧力検出手段で検出した排出側の圧力及び操作レバーの操作量に応じ、再生流量制御手段によって最適な流量に制御する。すなわち、例えば排出側の圧力が比較的高い場合には、再生流量制御手段で排出側から供給側に戻す圧油の流量を増加させることにより、油圧アクチュエータの動作速度を増速することができ、且つ供給側の圧油不足を解消して圧力低下によるキャビテーションの発生を防止することができる。一方、例えば排出側の圧力が比較的低い場合には、再生流量制御手段で排出側から供給側に戻す圧油の流量を減少させることにより、供給側の圧力上昇を抑制して、供給側の圧力上昇により生じる油圧ポンプの駆動トルクの増大等のエネルギー損失の増大を抑制することができる。
【００１２】
このようにして、油圧アクチュエータの動作速度を増速することでサイクルタイムを向上しつつ、油圧アクチュエータの排出側から供給側への圧油の再生量を排出側の圧力の変動に応じて最適な流量とすることで、供給側への圧油の供給不足によるキャビテーションの発生及び供給側への圧油の供給過多によるエネルギ損失の増大を抑制することができる。
【００１３】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記油圧アクチュエータはローディングショベルのアームを駆動するアーム用油圧シリンダである。
【００１４】
（３）上記目的を達成するために、また本発明は、ブーム、アーム、及び掘削バケットを含む多関節型の作業装置を有した建設機械に設けられ、原動機により駆動される油圧ポンプと、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第１及び第２油圧シリンダと、これら第１及び第２油圧シリンダをそれぞれ手動操作する第１及び第２操作レバーとを有する建設機械の油圧駆動装置において、前記第１油圧シリンダの供給側と排出側とを接続し、前記第１油圧シリンダの戻り圧油の少なくとも一部を排出側から供給側に戻す第１再生通路と、前記第１油圧シリンダの排出側に設けた第１絞り手段と、前記第１再生通路に設けられ、前記第１操作レバーの操作量に応じて前記第１油圧シリンダの排出側から供給側に戻す圧油の流量を制御する第１再生流量制御手段と、前記第２油圧シリンダの供給側と排出側とを接続し、前記第２油圧シリンダの戻り圧油の少なくとも一部を前記第２油圧シリンダの排出側から供給側に戻す第２再生通路と、前記第２油圧シリンダの排出側に設けた第２絞り手段と、前記第２油圧シリンダと前記第２絞り手段との間に設けられ、前記第２油圧シリンダの排出側の圧力を検出する圧力検出手段と、前記第２再生通路に設けられ、前記圧力検出手段が検出した前記第２油圧シリンダの排出側の圧力及び前記第２操作レバーの操作量に応じて前記第２油圧シリンダの排出側から供給側に戻す圧油の流量を制御する第２再生流量制御手段とを備える。
【００１５】
本発明においては、例えばローディングショベルにおけるアーム用油圧シリンダ等のメータアウト制御時における排出側の圧力の変動が比較的大きい第２油圧シリンダについては、第２再生流量制御手段で排出側から供給側への圧油の再生流量を排出側の圧力の変動に応じて最適な流量に制御し、例えばブーム用油圧シリンダ等の排出側の圧力の変動が比較的小さい第１油圧シリンダについては、前述の従来技術と同様にして第１再生流量制御手段で第１操作レバーの操作量のみに応じた圧油再生流量の制御を行うようにする。このようにして、ブーム用油圧シリンダ及びアーム用油圧シリンダの動作速度を増速することでローディングショベルのサイクルタイムを向上しつつ、アーム用油圧シリンダにおける供給側への圧油の供給不足によるキャビテーションの発生及び供給側への圧油の供給過多によるエネルギ損失の増大を抑制することができる。
【００１６】
（４）上記（３）において、好ましくは、前記第１及び第２再生流量制御手段を前記作業装置に設ける。
【００１７】
これにより、例えば第１及び第２油圧シリンダがブーム用油圧シリンダ及びアーム用油圧シリンダである場合に、第１及び第２再生流量制御手段を該当する油圧シリンダの近傍にそれぞれ配設することができる。したがって、第１及び第２油圧シリンダのそれぞれの供給側と排出側とを接続する第１及び第２再生通路が、例えば油圧ポンプから油圧シリンダへ供給される圧油を制御するコントロールバルブ内に第１又は第２再生流量制御手段を一体的に設ける構造に比べ、その場合には通常コントロールバルブが旋回体後部に搭載されるパワーユニット内に設けられるために第１及び第２再生通路の配管長さが比較的長くなってしまうのに対し、本発明によればこの配管長さを短くすることができる。さらに、第１及び第２再生流量制御手段を上記コントロールバルブと別体としてその外部に設けることでこれら第１及び第２再生流量制御手段がその大きさを制限されないので、上記コントロールバルブ内に一体的に設ける構造と比べて圧油再生流量を大きくすることが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の建設機械の油圧駆動装置の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の建設機械の油圧駆動装置の実施の形態を備えたローディングショベルの全体概略構造を表す側面図である。
この図１において、１は走行手段である無限軌道履帯を備えた走行体、２はこの走行体１の上部に旋回可能に搭載された旋回体、３はこの旋回体２の前方側に取り付けられた多関節型の作業装置、４は旋回体２上に設けられた運転室である。
【００１９】
また、５は基端部が旋回体２の前方側に回動可能に接続されたブーム、６はこのブーム５の先端部に回動可能に接続されたアーム、７はこのアーム６の先端部に回動可能に接続された掘削バケット、８はブーム５を駆動するブーム用油圧シリンダ、９はアーム６を駆動するアーム用油圧シリンダ、１０は掘削バケット７を駆動するバケット用油圧シリンダであり、上記の作業装置３は、これらブーム５、アーム６、掘削バケット７、ブーム用油圧シリンダ８、アーム用油圧シリンダ９、及びバケット用油圧シリンダ１０を備えている。
【００２０】
上記の走行体１、旋回体２、ブーム５、アーム６、及び掘削バケット７は、ローディングショベルに備えられる油圧駆動装置の被駆動部材を構成している。図２は、この油圧駆動装置のうちブーム用油圧シリンダ８、アーム用油圧シリンダ９、及びバケット用油圧シリンダ１０に係る要部構成を表す油圧回路図である。
【００２１】
この図２において、１１はエンジン、１２はこのエンジン１１によって駆動される油圧ポンプ、１３，１４，１５はこの油圧ポンプ１２からブーム用油圧シリンダ８、アーム用油圧シリンダ９、及びバケット用油圧シリンダ１０へ供給される圧油の流れをそれぞれ制御するブーム用コントロールバルブ、アーム用コントロールバルブ、バケット用コントロールバルブ、１６はコントローラ、１７は前記運転室４内に設けられ操作者がブーム用油圧シリンダ８、アーム用油圧シリンダ９、及びバケット用油圧シリンダ１０を手動操作するための操作レバー装置である。
【００２２】
上記コントロールバルブ１３，１４，１５は、両端にソレノイド駆動部１３ａ，１３ｂ、１４ａ，１４ｂ、１５ａ，１５ｂをそれぞれ備えた（実際には両端にパイロット駆動部を備えており、図示しないパイロットポンプからのパイロット元圧が図示しない電磁弁で減圧され、その減圧されたパイロット圧がパイロット駆動部に伝えられることで駆動するようになっているが、この図２中においては煩雑防止のためにコントロールバルブ両端にソレノイド駆動部を図示している。）センターバイパス型の３位置切換弁であり、油圧ポンプ１２の吐出管路１８にそれぞれ並列に接続されている。
【００２３】
操作レバー装置１７は、操作レバー１７ａとポテンショメータ１７ｂとにより構成され、ポテンショメータ１７ｂが操作レバー１７ａの操作量に応じてコントローラ１６に操作信号Ｓ_０を出力するようになっている。この操作信号Ｓ_０を入力されたコントローラ１６は、その操作信号Ｓ_０に応じて駆動信号を生成し、コントロールバルブ１３，１４，１５のうち対応するコントロールバルブにその駆動信号を出力するようになっている。
すなわち、操作レバー１７ａが例えばバケット用油圧シリンダ１０が伸長するように操作されると、コントローラ１６からバケット用コントロールバルブ１５のソレノイド駆動部１５ａへの駆動信号Ｓｂｕ_１がＯＮとなると共にソレノイド駆動部１５ｂへの駆動信号Ｓｂｕ_２がＯＦＦとなる。これにより、バケット用コントロールバルブ１５は図２中右側の切換位置１５Ａに切り換わり、油圧ポンプ１２からの圧油が管路１９を介してバケット用油圧シリンダ１０のボトム側油室１０ａへと導かれ、バケット用油圧シリンダ１０が伸長するようになっている。このとき、ロッド側油室１０ｂからの戻り圧油は管路２０からタンクライン２１を介してタンク２２に流入するようになっている。
【００２４】
一方、操作レバー１７ａがバケット用油圧シリンダ１０が縮短するように操作されると、コントローラ１６からソレノイド駆動部１５ｂへの駆動信号Ｓｂｕ_２がＯＮとなると共にソレノイド駆動部１５ａへの駆動信号Ｓｂｕ_１がＯＦＦとなる。これにより、バケット用コントロールバルブ１５は図２中左側の切換位置１５Ｂに切り換わり、油圧ポンプ１２からの圧油が管路２０を介してロッド側油室１０ｂへと導かれ、バケット用油圧シリンダ１０が縮短する。このとき、ボトム側油室１０ａからの戻り圧油は管路１９からタンクライン２１を介してタンク２２に流入するようになっている。
【００２５】
他方、操作レバー１７ａが操作されないときは、コントローラ１６からの駆動信号Ｓｂｕ_１，Ｓｂｕ_２が共にＯＦＦとなることで、バケット用コントロールバルブ１５は両端のばね１５ｃ，１５ｄの付勢力により中立位置１５Ｃとなり、バケット用油圧シリンダ１０は停止する。なおこのとき、バケット用油圧シリンダ１０はその停止位置に保持されるようになっている。
【００２６】
同様に、操作レバー１７ａがブーム用油圧シリンダ８が伸長するように操作されると、コントローラ１６からブーム用コントロールバルブ１３のソレノイド駆動部１３ａへの駆動信号Ｓｂｏ_１がＯＮとなると共にソレノイド駆動部１３ｂへの駆動信号Ｓｂｏ_２がＯＦＦとなる。これにより、ブーム用コントロールバルブ１３は図２中右側の切換位置１３Ａに切り換わり、油圧ポンプ１２からの圧油が管路２３を介してブーム用油圧シリンダ８のボトム側油室８ａへと導かれ、ブーム用油圧シリンダ８が伸長するようになっている。このとき、ロッド側油室８ｂからの戻り圧油は管路２４からタンクライン２１を介してタンク２２に流入するようになっている。
【００２７】
一方、操作レバー１７ａがブーム用油圧シリンダ８が縮短するように操作されると、コントローラ１６からソレノイド駆動部１３ｂへの駆動信号Ｓｂｏ_２がＯＮとなると共にソレノイド駆動部１３ａへの駆動信号Ｓｂｏ_１がＯＦＦとなる。これにより、ブーム用コントロールバルブ１３は図２中左側の切換位置１３Ｂに切り換わり、油圧ポンプ１２からの圧油が管路２４を介してロッド側油室８ｂへと導かれ、ブーム用油圧シリンダ８が縮短する。このとき、ブーム用油圧シリンダ８の縮短動作によりブーム５は下降するため、ブーム用油圧シリンダ８はメータアウト制御を行われる。すなわち、ブーム用コントロールバルブ１３の切換位置１３Ｂにメータアウト絞り１３Ｂ_１が設けられており、ボトム側油室８ａからの戻り圧油がこのメータアウト絞り１３Ｂ_１により流量を調整されるようになっている。
【００２８】
ここで、２５はブーム用油圧シリンダ８のボトム側油室８ａとロッド側油室８ｂとを接続する再生管路、２６はこの再生管路２５に設けられ圧油の流れ方向をボトム側油室８ａからロッド側油室８ｂへの一方向のみとする逆止弁、２７は再生管路２５に設けられた再生調整弁である。この再生調整弁２７はソレノイド駆動部２７ａを備えており、コントローラ１６からこのソレノイド駆動部２７ａに駆動信号Ｓｒ_Ｂを入力されることで、連通位置２７Ａに設けられた再生調整絞り２７Ａ_１により上記駆動信号Ｓｒ_Ｂに応じて圧油再生流量を調整するようになっている。これら再生管路２５、逆止弁２６、再生調整弁２７により、ブーム用油圧シリンダ８のメータアウト制御時には、ボトム側油室８ａからの戻り圧油の一部が再生管路２５を介してロッド側油室８ｂに再生されるようになっている。
【００２９】
なお、上記再生管路２５は、ブーム用油圧シリンダ８に設けられた管路２３，２４用のポート（図示せず）とは別の再生管路用のポート（図示せず）を介してボトム側油室８ａとロッド側油室８ｂとを接続しており、例えばブーム用油圧シリンダ８の下部に逆止弁２６及び再生調整弁２７と併せて一体的に設けられている。これにより、例えばこの逆止弁２６及び再生調整弁２７をブーム用コントロールバルブ１３内に一体的に設ける構造に比べ、その場合には通常旋回体２の後部に搭載されるパワーユニット（図示せず）内にブーム用コントロールバルブ１３が設けられるために再生管路２５の配管長さが比較的長くなってしまうのに対し、本実施の形態によれば再生管路２５の配管長さを比較的短くすることができる。さらに、再生管路２５、逆止弁２６及び再生調整弁２７を外部に設けることで、これら再生管路２５、逆止弁２６及び再生調整弁２７はその大きさを制限されないので、上記一体的に設ける構造と比べて圧油の再生流量を大きくすることができるようになっている。
【００３０】
図３は、上記メータアウト制御時における操作レバー１７ａの操作量とブーム用コントロールバルブ１３のメータアウト絞り１３Ｂ_１及び再生調整弁２７の再生調整絞り２７Ａ_１の開口面積との関係を表す図である。この図３に示すように、メータアウト絞り１３Ｂ_１及び再生調整絞り２７Ａ_１の開口面積は、共に最大開口面積Ｂｍａｘ，Ａｍａｘとなるまで操作レバー１７ａの操作量と比例して増加するようになっている。
【００３１】
また同様に、操作レバー１７ａがアーム用油圧シリンダ９が伸長するように操作されると、コントローラ１６からアーム用コントロールバルブ１４のソレノイド駆動部１４ａへの駆動信号Ｓａｒ_１がＯＮとなると共にソレノイド駆動部１４ｂへの駆動信号Ｓａｒ_２がＯＦＦとなる。これにより、アーム用コントロールバルブ１４は図２中右側の切換位置１４Ａに切り換わり、油圧ポンプ１２からの圧油が管路２８を介してアーム用油圧シリンダ９のボトム側油室９ａへと導かれ、アーム用油圧シリンダ９が伸長するようになっている。このとき、ロッド側油室９ｂからの戻り圧油は管路２９からタンクライン２１を介してタンク２２に流入するようになっている。
【００３２】
一方、操作レバー１７ａがアーム用油圧シリンダ９が縮短するように操作されると、コントローラ１６からソレノイド駆動部１４ｂへの駆動信号Ｓａｒ_２がＯＮとなると共にソレノイド駆動部１４ａへの駆動信号Ｓａｒ_１がＯＦＦとなる。これにより、アーム用コントロールバルブ１４は図２中左側の切換位置１４Ｂに切り換わり、油圧ポンプ１２からの圧油が管路２９を介してロッド側油室９ｂへと導かれ、アーム用油圧シリンダ９が縮短する。このとき、上述したブーム用コントロールバルブ１３と同様にメータアウト制御が行われるようになっており、アーム用コントロールバルブ１４の切換位置１４Ｂにはメータアウト絞り１４Ｂ_１が設けられ、ボトム側油室９ａからの戻り圧油がこのメータアウト絞り１４Ｂ_１により流量調整されるようになっている。
【００３３】
また、３０は再生管路、３１は逆止弁、３２は再生調整弁である。この再生調整弁３２はソレノイド駆動部３２ａを備えており、コントローラ１６からソレノイド駆動部３２ａに入力されることで、連通位置３２Ａに設けられた再生調整絞り３２Ａ_１により駆動信号Ｓｒ_Ａに応じて圧油再生流量を調整するようになっている。なお、再生管路３０は、前記再生管路２５と同様にアーム用油圧シリンダ９に設けられた再生管路用のポート（図示せず）を介してボトム側油室９ａとロッド側油室９ｂとを接続するようになっており、例えばアーム用油圧シリンダ９の下部に逆止弁３１及び再生調整弁３２と併せて一体的に設けられている。これにより、再生管路３０の配管長さを比較的短くすることができ、且つ圧油再生流量を大きくすることができるようになっている。
【００３４】
３３は管路２８に設けられた圧力センサであり、この圧力センサ３３は管路２８の圧力を検出してその圧力Ｐをコントローラ１６に出力するようになっている。この圧力Ｐを入力されたコントローラ１６は、この圧力Ｐ及び操作レバー装置１７からの操作信号Ｓ_０に応じて再生調整弁３２のソレノイド駆動部３２ａに駆動信号Ｓｒ_Ａを出力し、圧油再生流量を制御するようになっている。
【００３５】
図４は、このときのコントローラ１６の制御機能を表した機能ブロック図である。この図４において、３５は最大開口面積演算部、３６，３７は開口面積演算部、３８，３９は駆動信号演算部である。
すなわち、操作レバー１７ａが例えばアーム６が引き動作するように操作されると、その操作信号Ｓ_０がポテンショメータ１７ｂからコントローラ１６の上記開口面積演算部３６に入力され、この開口面積演算部３６は入力された操作信号Ｓ_０に応じて開口面積ｂを演算する。駆動信号演算部３８は、この開口面積演算部３６により演算された開口面積ｂに応じて駆動信号Ｓａｒ_１，Ｓａｒ_２を演算し、その駆動信号Ｓａｒ_１，Ｓａｒ_２をアーム用コントロールバルブ１４のソレノイド駆動部１４ａ，１４ｂに出力するようになっている。このとき、圧力センサ３３は管路２８の圧力を検出し、その圧力Ｐをコントローラ１６の最大開口面積演算部３５に出力する。この最大開口面積演算部３５は入力された圧力Ｐに応じて最大開口面積ａｍａｘを演算する。開口面積演算部３７は、この最大開口面積演算部３５により演算された最大開口面積ａｍａｘ及びポテンショメータ１７ｂからの操作信号Ｓ_０に応じて開口面積ａを演算する。
【００３６】
図５は、このときの最大開口面積演算部３５における圧力Ｐと最大開口面積ａｍａｘとの関係、及び開口面積演算部３７における操作信号Ｓ_０と開口面積ａとの関係を表す図である。この図５において、管路２８の圧力Ｐが最大値Ｐｍａｘのときの最大開口面積はａｍａｘ▲１▼となり、そのときの操作信号Ｓ_０と開口面積ａとの関係は図５中アのようになる。一方、管路２８の圧力Ｐが最小値Ｐｍｉｎのときの最大開口面積はａｍａｘ▲２▼となり、そのときの操作信号Ｓ_０と開口面積ａとの関係は図５中イのようになる。そして、管路２８の圧力Ｐが最大値Ｐｍａｘと最小値Ｐｍｉｎとの間であるときは最大開口面積ａｍａｘは圧力Ｐに略比例して増減し、そのときの操作信号Ｓ_０と開口面積ａとの関係は図５中ウに示すようにその最大開口面積ａｍａｘに応じて勾配が変化するようになっている。
【００３７】
前記の駆動信号演算部３９は、上記のようにして開口面積演算部３７により演算された開口面積ａに応じて駆動信号Ｓｒ_Ａを演算し、再生調整弁３２のソレノイド駆動部３２ａに出力するようになっている。
【００３８】
このような構成により、アーム６の引き動作等のメータアウト制御時において、コントローラ１６はアーム用油圧シリンダ９の排出側である管路２８の圧力が比較的高い場合には再生調整弁３２の開度を大きくして圧油再生流量を増加させ、管路２８の圧力が比較的低い場合には再生調整弁３２の開度を小さくして圧油再生流量を減少するようになっている。
【００３９】
以上において、ブーム用油圧シリンダ８は特許請求の範囲各項記載の油圧ポンプから吐出される圧油によって駆動される第１油圧シリンダを構成し、アーム用油圧シリンダ９は油圧ポンプ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を構成すると共に第２油圧シリンダをも構成し、エンジン１１は原動機を構成し、操作レバー１７ａは第１及び第２油圧シリンダをそれぞれ手動操作する第１及び第２操作レバーを構成する。
【００４０】
また、アーム用油圧シリンダロッド側油室９ｂは油圧アクチュエータの供給側を構成し、ボトム側油室９ａは排出側を構成し、再生管路３０は油圧アクチュエータの戻り圧油の少なくとも一部を排出側から供給側に戻す再生通路を構成すると共に第２再生通路をも構成し、メータアウト絞り１４Ｂ_１は油圧アクチュエータの排出側に設けた絞り手段を構成すると共に第２絞り手段をも構成し、圧力センサ３３は圧力検出手段を構成し、再生調整弁３２は油圧アクチュエータの排出側から供給側に戻す圧油の流量を制御する再生流量制御手段を構成すると共に第２再生流量制御手段をも構成する。
【００４１】
また、再生管路２５は第１油圧シリンダの戻り圧油の少なくとも一部を排出側から供給側に戻す第１再生通路を構成し、メータアウト絞り１３Ｂ_１は第１油圧シリンダの排出側に設けた第１絞り手段を構成し、再生調整弁２７は第１油圧シリンダの排出側から供給側に戻す圧油の流量を制御する第１再生流量制御手段を構成する。
【００４２】
次に、上記構成の本発明の建設機械の油圧駆動装置の実施の形態の動作及び作用を以下に説明する。
操作者により操作レバー１７ａがブーム５の上げ動作に対応した操作をされると、コントローラ１６からブーム用コントロールバルブ１３のソレノイド駆動部１３ａへの駆動信号Ｓｂｏ_１がＯＮになると共にソレノイド駆動部１３ｂへの駆動信号Ｓｂｏ_２がＯＦＦとなり、ブーム用コントロールバルブ１３は切換位置１３Ａに切り換わって油圧ポンプ１２からの圧油が管路２３を介してブーム用油圧シリンダ８のボトム側油室８ａへと導かれる。これにより、ブーム用油圧シリンダ８が伸長し、ブーム５が上がる。
【００４３】
一方、操作レバー１７ａがブーム５の下げ動作に対応した操作をされると、コントローラ１６からソレノイド駆動部１３ｂへの駆動信号Ｓｂｏ_２がＯＮになると共にソレノイド駆動部１３ａへの駆動信号Ｓｂｏ_１がＯＦＦとなり、ブーム用コントロールバルブ１３は切換位置１３Ｂに切り換わって圧油が管路２４を介してロッド側油室８ｂへと導かれる。これにより、ブーム用油圧シリンダ８が縮短し、ブーム５が下がる。このとき、ボトム側油室８ａからの戻り圧油はメータアウト絞り１３Ｂ_１により流量を絞られてタンクライン２１からタンク２２に流入すると共に、再生管路２５に流入し、コントローラ１６からソレノイド駆動部２７ａに駆動信号Ｓｒ_Ｂを入力された再生調整弁２７により流量を制御されてロッド側油室８ｂに戻される。すなわち、操作レバー１７ａの操作量に応じて再生調整弁２７により圧油再生流量が調整される。これにより、ブーム５の下げ動作時の動作速度を増速することができるので、例えば掘削開始時にブーム５を下げて掘削バケット７を地面に接地させる際等にその動作時間を短くすることができ、その結果、サイクルタイムを向上することができる。
【００４４】
また、操作者により操作レバー１７ａがアーム６の押し動作に対応した操作をされると、コントローラ１６からアーム用コントロールバルブ１４のソレノイド駆動部１４ａへの駆動信号Ｓａｒ_１がＯＮになると共にソレノイド駆動部１４ｂへの駆動信号Ｓａｒ_２がＯＦＦとなり、アーム用コントロールバルブ１４は切換位置１４Ａに切り換わって油圧ポンプ１２からの圧油が管路２８を介してアーム用油圧シリンダ９のボトム側油室９ａへと導かれる。これにより、アーム用油圧シリンダ９が伸長し、アーム６が押される。
【００４５】
一方、操作レバー１７ａがアーム６の引き動作に対応した操作をされると、コントローラ１６からソレノイド駆動部１４ｂへの駆動信号Ｓａｒ_２がＯＮになると共にソレノイド駆動部１４ａへの駆動信号Ｓａｒ_１がＯＦＦとなり、アーム用コントロールバルブ１４は切換位置１４Ｂに切り換わって圧油が管路２９を介してロッド側油室９ｂへと導かれる。これにより、アーム用油圧シリンダ９が縮短し、アーム６が引かれる。図６はこのときのアーム６の引き動作を示す図である。この図６において、４０はアーム６の回動中心、４１はアーム６と掘削バケット７との重心であり、実線で表されるアーム６及び掘削バケット７はアーム用油圧シリンダ９の長さが最長である引き動作の開始時点、破線で表されるアーム６及び掘削バケット７はアーム用油圧シリンダ９の長さが最短となる引き動作の終了時点を表している。この図６に示すように、アーム６の引き動作においてはアーム６の回動位置により重力によるアーム回動中心４０回りのモーメントが著しく変化する。図７はこのときのアーム用油圧シリンダ９の長さと圧力センサ３３が検出する管路２８の圧力Ｐとの関係を示した図である。この図７に示すように、アーム用油圧シリンダ９が伸びきって最長となった状態では、アーム６が水平に近い位置となるためアーム６の自重及び掘削バケット７の重量によりアーム回動中心４０におけるモーメントが極めて大きくなり、これにより圧力Ｐは比較的大きなＰｍａｘとなるが、アーム用油圧シリンダ９が縮みきって最短となった状態では、アーム６が鉛直方向に近い位置となるため回動中心４０回りのモーメントは比較的小さくなり、圧力Ｐは比較的小さなＰｍｉｎとなる。このように、アーム６の引き動作においてはその回動位置によって管路２８の圧力Ｐは著しく変化する。さらに、その圧力変動はブーム５の角度によってはアーム６がより水平に近い状態となるためにさらに顕著となる。
【００４６】
このとき、例えば前述した従来技術のようにアーム用油圧シリンダ９の排出側から供給側への圧油再生流量を操作レバー１７ａの操作量のみに応じて再生調整弁３２で制御する構造においては、上記のような圧力Ｐの変動に対応できず、アーム６が水平に近い位置にある場合には供給側であるロッド側油室９ｂへの圧油再生流量が不足し、その結果ロッド側油室９ｂ内において圧力低下によるキャビテーションが発生する可能性がある。また、アーム６が鉛直方向に近い位置にある場合には供給側であるロッド側油室９ｂへの圧油再生流量が過大となり、その結果ロッド側油室９ｂ内の圧力が上昇し、油圧ポンプ１２の駆動トルクが増加する等のエネルギー損失の増加が生じることとなる。
【００４７】
これに対し、本実施の形態によれば、圧力センサ３３によりアーム用油圧シリンダ９の排出側である管路２８の圧力を検出し、この圧力Ｐが比較的大きい場合には、コントローラ１６が再生調整弁３２を制御してボトム側油室９ａからロッド側油室９ｂに戻す圧油の流量を増加させる。これにより、アーム用油圧シリンダ９の縮短動作速度を増速することができるので、アーム６の引き動作を手早く行うことができ、且つ、供給側であるロッド側油室９ｂ内の圧油不足を解消して圧力低下によるキャビテーションの発生を防止することができる。一方、圧力センサ３３が検出した圧力Ｐが比較的小さい場合には、コントローラ１６が再生調整弁３２を制御してボトム側油室９ａからロッド側油室９ｂに戻す圧油の流量を減少させることにより、ロッド側油室９ｂ内の圧力上昇を抑制して、圧力上昇により生じる油圧ポンプ１２の駆動トルクの増大等のエネルギー損失の増大を抑制することができる。
【００４８】
このように、本実施の形態によれば、ブーム用油圧シリンダ８及びアーム用油圧シリンダ９の動作速度を増速することでローディングショベルのサイクルタイムを向上しつつ、アーム用油圧シリンダ９の排出側から供給側への圧油の再生流量を排出側の圧力の変動に応じて最適な流量とすることで、供給側への圧油の供給不足によるキャビテーションの発生及び供給側への圧油の供給過多によるエネルギ損失の増大を抑制することができる。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、メータアウト制御時に、油圧アクチュエータの排出側から供給側に戻す圧油の流量を再生流量制御手段によって最適な流量に制御する。これにより、排出側の圧力が比較的大きい場合には、再生流量制御手段で排出側から供給側に戻す圧油の流量を増加させることで油圧アクチュエータの動作速度を増速してサイクルタイムを向上することができ、且つ供給側の圧油不足を解消して圧力低下によるキャビテーションの発生を防止することができる。また排出側の圧力が比較的小さい場合には、再生流量制御手段で排出側から供給側に戻す圧油の流量を減少させることで、供給側の圧力上昇を抑制して供給側の圧力上昇により生じる油圧ポンプの駆動トルクの増大等のエネルギー損失の増大を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の建設機械の油圧駆動装置の実施の形態を備えたローディングショベルの全体概略構造を表す側面図である。
【図２】本発明の建設機械の油圧駆動装置の実施の形態のうち、ブーム用油圧シリンダ、アーム用油圧シリンダ、及びバケット用油圧シリンダに係る要部構成を表す油圧回路図である。
【図３】本発明の建設機械の油圧駆動装置の実施の形態における、操作レバーの操作量とブーム用コントロールバルブのメータアウト絞り及び再生調整弁の再生調整絞りの開口面積との関係を表す図である。
【図４】本発明の建設機械の油圧駆動装置の実施の形態を構成するコントローラの制御機能のうち、アーム用油圧シリンダのメータアウト制御に係わる機能を表す機能ブロック図である。
【図５】本発明の建設機械の油圧駆動装置の実施の形態を構成するコントローラに備えられる最大開口面積演算部における圧力と最大開口面積との関係、及び開口面積演算部における操作信号と開口面積との関係を表す図である。
【図６】本発明の建設機械の油圧駆動装置の実施の形態を備えたローディングショベルのアームの引き動作を示す図である。
【図７】本発明の建設機械の油圧駆動装置の実施の形態を備えたローディングショベルのアームの引き動作におけるアーム用油圧シリンダの長さと圧力センサが検出する圧力との関係を示す図である。
【符号の説明】
３　　　　　　作業装置
５　　　　　　ブーム
６　　　　　　アーム
７　　　　　　掘削バケット
８　　　　　　ブーム用油圧シリンダ（第１油圧シリンダ）
９　　　　　　アーム用油圧シリンダ（油圧アクチュエータ；第２油圧シリンダ）
９ａ　　　　　ボトム側油室（排出側）
９ｂ　　　　　ロッド側油室（供給側）
１１　　　　　エンジン（原動機）
１２　　　　　油圧ポンプ
１３Ｂ_１　　　メータアウト絞り（第１絞り手段）
１４Ｂ_１　　　メータアウト絞り（絞り手段；第２絞り手段）
１７ａ　　　　操作レバー（第１操作レバー；第２操作レバー）
２５　　　　　再生管路（第１再生通路）
２７　　　　　再生調整弁（第１再生流量制御手段）
３０　　　　　再生管路（再生通路；第２再生通路）
３２　　　　　再生調整弁（再生流量制御手段；第２再生流量制御手段）
３３　　　　　圧力センサ（圧力検出手段）

Claims

原動機により駆動される油圧ポンプと、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油圧アクチュエータと、この油圧アクチュエータを手動操作する操作レバーとを有する建設機械の油圧駆動装置において、
前記油圧アクチュエータの供給側と排出側とを接続し、前記油圧アクチュエータの戻り圧油の少なくとも一部を排出側から供給側に戻す再生通路と、
前記油圧アクチュエータの排出側に設けた絞り手段と、
前記油圧アクチュエータと前記絞り手段との間に設けられ、前記油圧アクチュエータの排出側の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記再生通路に設けられ、前記圧力検出手段が検出した前記油圧アクチュエータの排出側の圧力及び前記操作レバーの操作量に応じて前記油圧アクチュエータの排出側から供給側に戻す圧油の流量を制御する再生流量制御手段と
を備えたことを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
請求項１記載の建設機械の油圧駆動装置において、前記油圧アクチュエータはローディングショベルのアームを駆動するアーム用油圧シリンダであることを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
ブーム、アーム、及び掘削バケットを含む多関節型の作業装置を有した建設機械に設けられ、原動機により駆動される油圧ポンプと、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第１及び第２油圧シリンダと、これら第１及び第２油圧シリンダをそれぞれ手動操作する第１及び第２操作レバーとを有する建設機械の油圧駆動装置において、
前記第１油圧シリンダの供給側と排出側とを接続し、前記第１油圧シリンダの戻り圧油の少なくとも一部を排出側から供給側に戻す第１再生通路と、
前記第１油圧シリンダの排出側に設けた第１絞り手段と、
前記第１再生通路に設けられ、前記第１操作レバーの操作量に応じて前記第１油圧シリンダの排出側から供給側に戻す圧油の流量を制御する第１再生流量制御手段と、
前記第２油圧シリンダの供給側と排出側とを接続し、前記第２油圧シリンダの戻り圧油の少なくとも一部を前記第２油圧シリンダの排出側から供給側に戻す第２再生通路と、
前記第２油圧シリンダの排出側に設けた第２絞り手段と、
前記第２油圧シリンダと前記第２絞り手段との間に設けられ、前記第２油圧シリンダの排出側の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記第２再生通路に設けられ、前記圧力検出手段が検出した前記第２油圧シリンダの排出側の圧力及び前記第２操作レバーの操作量に応じて前記第２油圧シリンダの排出側から供給側に戻す圧油の流量を制御する第２再生流量制御手段と
を備えたことを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
請求項３記載の建設機械の油圧駆動装置において、前記第１及び第２再生流量制御手段を前記作業装置に設けたことを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。