JP2004138204A

JP2004138204A - 流体圧回路および作業機械

Info

Publication number: JP2004138204A
Application number: JP2002305015A
Authority: JP
Inventors: Tomoki Sakonju; 左近充　智己
Original assignee: Caterpillar Mitsubishi Ltd; Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd
Current assignee: Caterpillar Japan Ltd; Caterpillar Mitsubishi Ltd
Priority date: 2002-10-18
Filing date: 2002-10-18
Publication date: 2004-05-13

Abstract

【課題】操作器からコントロール弁へのパイロット圧力信号を規制する規制手段を有する流体圧回路において、応答性を改善する。
【解決手段】油圧アクチュエータ５５に供給する作動油を制御するコントロール弁５４を、パイロット弁５８の手動操作で発生したパイロット圧力信号により遠隔操作する。パイロット弁５８からコントロール弁５４に入力するパイロット圧力信号を、外部からの制御信号で作動する電磁比例弁６４により規制する。電磁比例弁６４よりコントロール弁５４側に残留した圧力を電磁比例弁６４よりパイロット弁５８側へ逃がすバイパス手段６５を、電磁比例弁６４に対して並列に設ける。バイパス手段６５は、電磁比例弁６４に対してバイパス通路６６を並列に接続し、バイパス通路６６中に、電磁比例弁６４よりコントロール弁５４側からパイロット弁５８側へのパイロット油移動を可能とするチェック弁６７を設ける。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操作器からのパイロット圧力信号によりコントロール弁を操作する流体圧回路およびこの流体圧回路を搭載した作業機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
作業機械としての油圧ショベルの中には、作業現場のニーズに合わせて通常の固定型ブームすなわちワンピースブームに代わって、可変型ブーム、特にオフセット機能のあるブームすなわちオフセットブームを設けた作業装置を有するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このオフセットブームを持つ油圧ショベルは、ワンピースブーム型の油圧ショベルに比べ、オフセットブームが機体の一部であるキャブ側にオフセットされた状態で、掘削後の抱え込み姿勢をとった時に、オフセット状態のバケットがキャブと干渉するおそれがある。
【０００４】
この干渉を防止するため、オフセットブーム基端部、オフセット部、アームの各回動支軸ピンに角度センサを取付け、その出力値を演算処理した後に油圧回路を制御することで、不意の操作を行っても、例えばバケットがキャブと干渉することを防ぐような装置すなわち干渉防止装置を設置する。
【０００５】
この干渉防止装置は、図４に示されるように、パイロットポンプ１１からパイロット圧力信号すなわちパイロット油圧の供給を受ける手動操作型の操作器としてのパイロット弁（いわゆるリモコン弁）１２と、このパイロット弁１２から手動操作量に応じて出力されたパイロット油圧によりパイロット操作されるアクチュエータ制御用のスプールを有するコントロール弁１３との間のパイロット通路１４中に電磁弁１５を設け、バケットがキャブなどと干渉するおそれが生じた場合に発生する制御信号により、この電磁弁１５を閉じ方向に駆動することで、パイロット弁１２からコントロール弁１３のスプールに入力されるパイロット油圧を規制することが考えられる。
【０００６】
これにより、コントロール弁１３のスプールを中立位置に戻し、メインポンプ１６からメイン通路１７を経てコントロール弁１３に供給された作動油をタンク１８に戻すことで、ブームシリンダ、アームシリンダ、オフセットシリンダなどの油圧アクチュエータ１９を停止させ、前記干渉を防止することが可能となる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−２３４３５４号公報（第１頁、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようなパイロット通路１４中に電磁弁１５を設ける干渉防止装置には下記の問題が生ずる。
【０００９】
パイロット弁１２の操作レバーを中立位置に戻して、パイロット通路１４をタンクライン２０に連通させても、干渉防止作動中は電磁弁１５が絞られるので、この電磁弁１５とコントロール弁１３との間のパイロット通路１４に一時的に圧力が蓄えられてしまう。
【００１０】
このため、パイロット弁１２の操作レバーを中立位置に戻しても、コントロール弁１３が中立位置まで自動復帰するのに時間がかかり、油圧アクチュエータ１９の応答にタイムラグが生じ、油圧ショベルの作業装置を直ちに停止させることができない問題がある。
【００１１】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、操作器からコントロール弁へのパイロット圧力信号を規制する規制手段を有する流体圧回路において、応答性を改善することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された発明は、流体圧アクチュエータに供給される作動流体を制御するコントロール弁と、コントロール弁をパイロット圧力信号により操作する操作器と、操作器からコントロール弁に入力されるパイロット圧力信号を外部から入力される制御信号により規制する規制手段と、規制手段に対して並列に設けられ規制手段よりコントロール弁側に残留した圧力を規制手段より操作器側へ逃がすバイパス手段とを具備した流体圧回路であり、操作器を中立位置に操作すると、規制手段が働いているときでも、この規制手段とコントロール弁との間からバイパス手段を経て圧力を操作器側へ逃がすことができるので、規制手段とコントロール弁との間に圧力が蓄えられた場合に損なわれる応答性を改善でき、操作器を中立位置に戻すと同時にコントロール弁を直ちに中立位置へと自動復帰させ、流体圧アクチュエータを応答性良く停止できる。
【００１３】
請求項２に記載された発明は、請求項１記載の流体圧回路におけるバイパス手段が、規制手段に対して並列に接続されたバイパス通路と、バイパス通路中に設けられ規制手段よりコントロール弁側から操作器側への流体移動を可能とするチェック弁とを具備したものであり、バイパス通路とチェック弁の簡単な構成でバイパス手段を安価に設置できる。
【００１４】
請求項３に記載された発明は、機体と、機体に装着され流体圧アクチュエータにより作動される作業装置と、作業装置の流体圧アクチュエータを制御する請求項１または２記載の流体圧回路とを具備し、流体圧回路の規制手段を、作業装置と機体の一部との干渉を防止する干渉防止用の電気信号によりパイロット圧力信号を遮断する電磁弁とした作業機械であり、干渉防止用の電気信号により電磁弁がパイロット圧力信号を遮断することで、作業装置と機体の一部との干渉を防止する干渉防止機能を有するとともに、この電磁弁とコントロール弁との間からバイパス手段を経て圧力を操作器側へ逃がすことで、電磁弁の干渉防止機能が働いているときもコントロール弁を直ちに中立位置へと自動復帰させることができ、操作器を中立位置に戻したときの流体圧アクチュエータの応答性を改善でき、作業性を向上できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図１乃至図３を参照しながら説明する。
【００１６】
図２には、機体２１に作業装置２２が装着された作業機械としての油圧ショベルが示されている。
【００１７】
機体２１は、下部走行体２３上に旋回部２４を介して上部旋回体２５が旋回可能に設けられ、この上部旋回体２５には、運転席を覆うキャブ２６が設置され、またエンジンおよびこのエンジンにより駆動されるポンプなどの動力装置を収納した動力装置収納部２７が設置されている。
【００１８】
作業装置２２は、機体２１の上部旋回体２５に上下方向回動可能に軸支されたオフセットブーム３１と、このオフセットブーム３１の先端部に上下方向回動可能に軸支されたアーム３２と、このアーム３２の先端部に回動可能に軸支されたバケット３３とを具備したものである。
【００１９】
下部走行体２３に対し上部旋回体２５は、流体圧アクチュエータとしての油圧モータすなわち旋回モータ３４により旋回駆動され、オフセットブーム３１は、上部旋回体２５との間に設けられた流体圧アクチュエータとしての油圧シリンダすなわちブームシリンダ３５により上下方向に回動され、アーム３２は、オフセットブーム３１との間に設けられた流体圧アクチュエータとしての油圧シリンダすなわちアームシリンダ３６により上下方向に回動され、バケット３３は、アーム３２との間にリンケージ３７を介し設けられた流体圧アクチュエータとしての油圧シリンダすなわちバケットシリンダ３８により回動される。
【００２０】
オフセットブーム３１は、機体２１の上部旋回体２５に回動可能に軸支された基端部に対し先端部が平行に折曲可能となる構造のブームであり、上部旋回体２５に第１ブーム部材３１ａの基端が上下方向回動自在に軸支され、この第１ブーム部材３１ａの先端に対して第２ブーム部材３１ｂの一端が横方向回動自在に軸支され、この第２ブーム部材３１ｂの他端に対して第３ブーム部材３１ｃが横方向回動自在に軸支され、また、第１ブーム部材３１ａおよび第３ブーム部材３１ｃの各側面から突設されたブラケット４１，４２間がオフセットバー４３により軸連結され、第２ブーム部材３１ｂ、ブラケット４１，４２およびオフセットバー４３により平行四辺形が形成されるように構成されている。
【００２１】
このため、第１ブーム部材３１ａおよび第２ブーム部材３１ｂの各側面から突設されたブラケット４４，４５間に設けられた流体圧アクチュエータとしての油圧シリンダすなわちオフセットシリンダ４６により、第１ブーム部材３１ａに対して第２ブーム部材３１ｂを回動すると、第１ブーム部材３１ａに対して第３ブーム部材３１ｃを平行に移動することができ、アーム３２およびバケット３３を車幅方向に平行移動できる。
【００２２】
このようなオフセットブーム仕様機では、バケット３３が機体２１の一部であるキャブ２６の前方へと移動するので、作業装置２２の姿勢によっては、バケット３３がキャブ２６と干渉するおそれが生ずる。このため、その干渉するおそれのある干渉領域４７を設定し、オフセットブーム３１の第１ブーム部材３１ａおよび第２ブーム部材３１ｂ、アーム３２などの回動角を検出する角度センサなどの検出器（図示せず）により、バケット位置を自動追跡し、バケット位置と干渉領域４７との位置関係を常時監視する。
【００２３】
図１には、上記作業機械の流体圧回路としての油圧回路が示されている。この図１において、５１はメインポンプであり、このメインポンプ５１は、機体２１の上部旋回体２５に搭載されたエンジン（図示せず）で駆動され、上部旋回体２５に搭載されたタンク５２内の作動流体としての作動油を吸込み、メイン通路５３に吐出する可変容量型ポンプである。
【００２４】
このメインポンプ５１から作動油の供給を受けるメイン通路５３には、コントロール弁５４が設けられている。
【００２５】
このコントロール弁５４には、機体２１に装着された作業装置２２を作動するブームシリンダ３５、アームシリンダ３６、オフセットシリンダ４６などの流体圧アクチュエータとしての油圧アクチュエータ５５に供給される作動流体としての作動油をそれぞれ方向制御および流量制御する複数のスプール（図示せず）が摺動自在に内蔵されている。
【００２６】
これらのスプールは、その一端および他端のいずれか一方に作用するパイロット圧力信号に応じて反対側へ変位するとともに、一端および他端のいずれにもパイロット圧力信号が作用しないときは、リターンスプリングにより油圧アクチュエータ５５を停止する中立位置に自動復帰する。
【００２７】
一方、メインポンプ５１内などに設けられたパイロットポンプ５６には、パイロット１次圧通路５７を経て、操作器としてのパイロット弁（いわゆるリモコン弁）５８が接続されている。
【００２８】
このパイロット弁５８は、キャブ２６内の座席の左右部にそれぞれ設置され、座席のオペレータによりジョイスティック５９により手動操作されるもので、これらのパイロット弁５８により発生した複数の操作信号すなわちパイロット圧力信号により、コントロール弁５４内の複数のスプールをそれぞれ遠隔操作する。
【００２９】
図３に示されるように、これらのパイロット弁５８は、１本のジョイスティック５９により操作可能の複数の減圧弁６１を備え、ジョイスティック５９が中立位置に自動復帰している状態では、図３に示される状態の各減圧弁６１により、パイロット１次圧通路５７とパイロット２次圧通路６２とが分断されているとともに、パイロット２次圧通路６２がタンクライン６３に連通している。
【００３０】
図１に戻って、パイロット弁５８からコントロール弁５４にわたって設けられたパイロット２次圧通路６２中に、パイロット弁５８からコントロール弁５４に入力されるパイロット圧力信号すなわちパイロット２次圧を外部から入力される制御信号としての電気信号により規制する規制手段としての電磁弁、例えば電磁切換弁または電磁比例弁６４が設置されている。
【００３１】
この電磁比例弁６４は、作業装置２２が機体２１の一部すなわちキャブ２６と干渉しようとする状態で前記角度センサなどの検出器（図示せず）から発生した検出信号に基づき、この検出信号を演算処理する干渉防止装置内の演算部（図示せず）から出力された干渉防止用の電気信号に応じて弁開度を絞り、パイロット２次圧を遮断する電磁弁であり、コントロール弁５４への操作信号すなわちパイロット圧力信号を出力調整することで、各油圧アクチュエータ５５の動きを自動制御する。
【００３２】
電磁比例弁６４に対して、この電磁比例弁６４よりコントロール弁５４側に残留した圧力を電磁比例弁６４よりパイロット弁５８側へ逃がすバイパス手段６５が並列に設けられている。
【００３３】
このバイパス手段６５は、電磁比例弁６４に対してバイパス通路６６が並列に接続され、このバイパス通路６６中に、電磁比例弁６４よりコントロール弁５４側からパイロット弁５８側へのパイロット油移動を可能とするチェック弁６７が設けられている。このチェック弁６７は、油圧信号の流れを一方通行化して逆流を防止する。
【００３４】
次に、この実施の形態の作用を説明する。
【００３５】
図２に示されるように、作業装置２２が機体２１の一部であるキャブ２６と干渉するおそれのある干渉領域４７に近付いたときは、その状態を検出した検出器からの検出信号に基づき、干渉防止装置内の演算部が、作動停止すべき油圧アクチュエータ５５の作動方向に対応する電磁比例弁６４の弁開度に相当する電気信号量を演算して、該当する電磁比例弁６４の弁開度を絞り制御し、最後は全閉状態に制御する。
【００３６】
この電磁比例弁６４が閉じた状態で、パイロット弁５８を中立位置に戻すと、図３に示されるようにパイロット弁５８のパイロット２次圧通路６２は減圧弁６１を経てタンクライン６３に連通するので、図１に示されるように電磁比例弁６４とコントロール弁５４との間のパイロット油は、バイパス手段６５のチェック弁６７およびパイロット弁５８内の減圧弁６１を経てタンクライン６３に排出される。
【００３７】
これにより、コントロール弁５４内の対応スプールは、そのスプールに対して設けられたリターンスプリングにより中立位置に戻ることができ、対応する油圧アクチュエータ５５、すなわちブームシリンダ３５、アームシリンダ３６、オフセットシリンダ４６を停止できる。
【００３８】
次に、この実施の形態により得られる効果を説明する。
【００３９】
パイロット弁５８を中立位置に操作すると、電磁比例弁６４の規制作用が働いているときでも、この電磁比例弁６４とコントロール弁５４との間からバイパス手段６５を経て圧力をパイロット弁５８側へ逃がすことができるので、電磁比例弁６４とコントロール弁５４との間に圧力が蓄えられた場合に損なわれる応答性を改善でき、パイロット弁５８を中立位置に戻すと同時にコントロール弁５４を直ちに中立位置へと自動復帰させ、油圧アクチュエータ５５を応答性良く停止できる。
【００４０】
また、バイパス通路６６とチェック弁６７の簡単な構成で、バイパス手段６５を安価に設置できる。特に、チェック弁６７は、通路中の弁座に逆止弁体を接離自在に設置するのみの簡単な構造であるから、これを、電磁比例弁６４の弁本体内に一体的に組込むことも容易にできる。
【００４１】
さらに、作業装置２２が機体２１の一部と干渉しようとする状態で発生した干渉防止用の電気信号により電磁比例弁６４がパイロット圧力信号を遮断することで、作業装置２２と機体２１の一部との干渉を防止する干渉防止機能を有するとともに、この電磁比例弁６４とコントロール弁５４との間からバイパス手段６５を経て圧力をパイロット弁５８側へ逃がすことで、電磁比例弁６４の干渉防止機能が働いているときもコントロール弁５４を直ちに中立位置へと自動復帰させることができ、パイロット弁５８を中立位置に戻したときの油圧アクチュエータ５５の応答性を改善できる。これにより、パイロット弁５８を操作するオペレータの作業能率が上がり、作業性を向上できる。
【００４２】
なお、上記実施の形態では、操作器をパイロット弁５８とする油圧パイロット制御を説明したが、本制御装置は、操作器として、電気信号を出力する電気式ジョイスティック（図示せず）と、この電気式ジョイスティックから出力された電気信号をパイロット圧力信号に変換する電磁比例弁（図示せず）とを組合せた電磁比例制御を用いたオフセットブーム仕様機への応用も可能である。
【００４３】
さらに、上記実施の形態では、オフセットブーム仕様機に対して干渉防止の目的で用いられるが、それだけではなく、本回路の規制手段は、標準のワンピースブーム仕様機にも例えば油圧アクチュエータ５５の停止直前速度を制御する目的で適用できるとともに、さらに、油圧ショベルの他にも、例えば過負荷防止装置などが付いたショベルクレーン仕様機への応用も可能である。
【００４４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、操作器を中立位置に操作すると、規制手段が働いているときでも、この規制手段とコントロール弁との間からバイパス手段を経て圧力を操作器側へ逃がすことができるので、規制手段とコントロール弁との間に圧力が蓄えられた場合に損なわれる応答性を改善でき、操作器を中立位置に戻すと同時にコントロール弁を直ちに中立位置へと自動復帰させ、流体圧アクチュエータを応答性良く停止できる。
【００４５】
請求項２記載の発明によれば、バイパス通路とチェック弁の簡単な構成でバイパス手段を安価に設置できる。
【００４６】
請求項３記載の発明によれば、干渉防止用の電気信号により電磁弁がパイロット圧力信号を遮断することで、作業装置と機体の一部との干渉を防止する干渉防止機能を有するとともに、この電磁弁とコントロール弁との間からバイパス手段を経て圧力を操作器側へ逃がすことで、電磁弁の干渉防止機能が働いているときもコントロール弁を直ちに中立位置へと自動復帰させることができ、操作器を中立位置に戻したときの流体圧アクチュエータの応答性を改善でき、作業性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る流体圧回路の一実施の形態を示す回路図である。
【図２】同上流体圧回路を搭載した作業機械を示す側面図である。
【図３】同上流体圧回路の操作器に関連する油圧回路を示す回路図である。
【図４】従来の流体圧回路の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
２１　　機体
２２　　作業装置
５４　　コントロール弁
５５　　流体圧アクチュエータとしての油圧アクチュエータ
５８　　操作器としてのパイロット弁
６４　　規制手段としての電磁弁、例えば電磁比例弁
６５　　バイパス手段
６６　　バイパス通路
６７　　チェック弁

Claims

流体圧アクチュエータに供給される作動流体を制御するコントロール弁と、
コントロール弁をパイロット圧力信号により操作する操作器と、
操作器からコントロール弁に入力されるパイロット圧力信号を外部から入力される制御信号により規制する規制手段と、
規制手段に対して並列に設けられ規制手段よりコントロール弁側に残留した圧力を規制手段より操作器側へ逃がすバイパス手段と
を具備したことを特徴とする流体圧回路。
バイパス手段は、
規制手段に対して並列に接続されたバイパス通路と、
バイパス通路中に設けられ規制手段よりコントロール弁側から操作器側への流体移動を可能とするチェック弁と
を具備したことを特徴とする請求項１記載の流体圧回路。
機体と、
機体に装着され流体圧アクチュエータにより作動される作業装置と、
作業装置の流体圧アクチュエータを制御する請求項１または２記載の流体圧回路とを具備し、
流体圧回路の規制手段は、作業装置と機体の一部との干渉を防止する干渉防止用の電気信号によりパイロット圧力信号を遮断する電磁弁である
ことを特徴とする作業機械。