JP2006071105A - 建設機械の油圧回路 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成でもって合理的で有効な、かつ経済性の高い建設機械の油圧回路を提供する。
【解決手段】油圧駆動式のアクチュエータ（作業機シリンダ４、旋回モータ６）を備える建設機械の油圧回路において、アクチュエータから油槽２へのリターン回路と別個に、油槽２内のオイルを定流量ポンプ２１により吸い込むとともに、オイルクーラー９を通ってメインポンプ１のサクション管路１５に戻すオイルクーラー回路２０を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、油圧ショベルなどに用いられる負荷の大きなアクチュエータの駆動を制御する建設機械の油圧回路に関するものである。

従来、油圧ショベルなど旋回機構を備える建設機械においては、アクチュエータの駆動が油圧駆動型とされ、その駆動を制御する油圧回路にあっては、一般にリターン回路中にオイルクーラーを配置して戻りオイルの冷却処理がなされている。

図１１にて示されるのは、前述の建設機械におけるアクチュエータへの油圧回路の実施の一例であり、油槽２から作動圧油を供給するメインポンプ１によって作業機シリンダ４、或いは旋回モータ６への給油管路３中に方向切換弁５または方向切換弁５'が設けられ、それらアクチュエータ（作業機シリンダ４、旋回モータ６）から油槽２へのリターン回路７中にオイルクーラー９およびフィルター１１が設けられている。そして、旋回モータ６による旋回操作での急停止時などにおけるキャビテーションの発生を防止する手段としてリターン回路７にリフトチェック弁８を設けるとともに、そのリターン回路７から旋回モータ６の給油管路中に戻り油の吸込管路７ａを接続するようにされている。図中符号１０は、オイルクーラー９に対するチェック弁、１３はストレーナである。

また、油圧駆動型のアクチュエータ、殊に旋回装置など慣性負荷の大きいアクチュエータの駆動を制御する油圧回路にあっては、アクチュエータの急停止時に発生するキャビテーションを防止するための先行技術として、例えば特許文献１あるいは特許文献２などによって提案されるものがある。

前記特許文献１に開示されるものでは、旋回モータの負圧側にメイクアップ弁を配置して、戻り油を吸入させるようにすることで、急激な変動圧の発生を防止するように構成されている。また、特許文献２に開示されるものでは、オーバーランによるキャビテーションの発生防止のために、リターン回路に絞り弁を設けてモータ部での背圧を高めるようにしてオイルクーラーを通してタンクに戻すように構成されている。

特開平２−２１２６０３号公報 特開平２−２１７５２９号公報

しかしながら、前記従来技術のものでは次のような問題点がある。
ａ）図１１に示される従来技術では、アクチュエータからのリターンオイルが全量リフトチェック弁を経由して油槽に戻され、このリターン回路中にオイルクーラーやフィルターが設置されているので、これらの機器による圧力損失が大きくなる。特に、背圧を必要とするのは、旋回運動によって発生するキャビテーションを防止するためであり、その他の機器（アクチュエータ）の戻り側を背圧が作用するように構成する必要がない。したがって、無駄なエネルギーを消費することになり、経済的でない。
ｂ）また、アクチュエータからのリターンオイルが全量リターン回路を通過することになるので、流量変化が大き過ぎる（変動が大である）から、熱交換効率が悪い。そのために、大容量のオイルクーラーが必要になり、配管径も大きくなるなどの機器構成面でも問題がある。
ｃ）特許文献１や特特許文献２に開示されるものでは、アクチュエータによる旋回運動に付帯して発生するキャビテーションを防止することについては示されているが、より経済性を求めることに関しては何ら追求されるに至っていない。

本発明では、このような問題点に鑑みてなされたものであって、より簡単な構成でもって合理的で有効な、かつ経済性の高い建設機械の油圧回路を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、第1発明による建設機械の油圧回路は、
油槽内のオイルをメインポンプにより油圧駆動式のアクチュエータに供給し、このアクチュエータから吐出されるオイルを前記油槽に戻すようにした建設機械の油圧回路において、
前記アクチュエータから油槽へのリターン回路と別個に、油槽内のオイルを定流量ポンプにより吸い込むとともに、オイルクーラーを通って前記メインポンプのサクション管路に戻すオイルクーラー回路を設けることを特徴とするものである。

また、第２発明による建設機械の油圧回路は、
油槽内のオイルをメインポンプにより油圧駆動式のアクチュエータに供給し、このアクチュエータから吐出されるオイルを前記油槽に戻すようにした建設機械の油圧回路において、
前記アクチュエータから油槽へのリターン回路と別個に、油槽内のオイルを定流量ポンプにより吸い込むとともに、オイルクーラーを通って前記メインポンプのサクション管部に設けられるストレーナの近傍に戻すオイルクーラー回路を設けることを特徴とするものである。

前記第２発明においては、前記油槽内にバッフルプレートが設けられ、前記リターン回路からの戻り油と、前記オイルクーラー回路からの戻り油とが油槽内で混ざり合わないようにされるのが好ましい（第３発明）。

次に、第４発明による建設機械の油圧回路は、
油槽内のオイルをメインポンプにより油圧駆動式のアクチュエータに供給し、このアクチュエータから吐出されるオイルを前記油槽に戻すようにした建設機械の油圧回路において、
前記アクチュエータから油槽へのリターン回路と別個に、油槽内のオイルを定流量ポンプにより吸い込むとともに、オイルクーラーを通って前記油槽内で前記メインポンプのサクション管部に合流させるオイルクーラー回路を設けることを特徴とするものである。

前記第１発明〜第４発明のいずれかにおいて、前記定流量ポンプの吐出側から分岐して前記アクチュエータの負圧側にチェック弁を介して接続される旋回吸込み回路が設けられるのが好ましい（第５発明）。

前記第１発明によれば、旋回運動に伴う慣性負荷の大きなアクチュエータの駆動を制御する油圧回路として、その慣性負荷の大きくなる部位に対する対応と、通常の運動をする部位に対する対応とを別個に行わせ得るように、リターン回路と別個にオイルクーラー回路が設けられているので、油圧回路を構成する機器を最小限のものとすることが可能になり、余分なエネルギーの消費を低減できて経済効果を著しく向上させることができる。また、オイルクーラー回路においてオイルクーラーにより冷却されたオイルが、直接メインポンプのサクション管路に戻されることにより、不足量だけ油槽から吸入すればよいので、給油の冷却効果を高めることができる。

また、前記第２発明によれば、前記第１発明と同様の効果を奏するほか、オイルクーラー回路においてオイルクーラーにより冷却されたオイルが、メインポンプのサクション管路に設けられるストレーナの近傍に戻されることにより、できるだけ冷却されて清浄化されたオイルを給油することができる。

ここで、前記第３発明のようなバッフルプレートを設けると、アクチュエータからの熱い戻り油とオイルクーラー回路からの冷却された戻り油とが直ちに混ざり合うことがないので、給油の温度上昇を阻止できる効果を得ることができる。

また、第４発明によれば、前記第１発明と同様の効果を得ることができる。

また、前記第５発明の構成を採用すれば、通常時は一定量のオイルをオイルクーラーを通して循環冷却させ、高負荷が作用して圧力変動が発生する状態になると、直ちにアクチュエータ側にオイルクーラー回路と繋がる管路のオイルが吸入されて、圧力変動を抑えることができ、キャビテーションなどの発生を防止することができる。併せて過剰なオイルを流さずに常時冷却処理されるので、熱交換効率も高くなり、小型化できるという効果も奏する。

次に、本発明による建設機械の油圧回路の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

（第１の実施形態）
図１には本発明の第１の実施形態に係る建設機械の油圧回路図が示されている。

本実施形態に係る建設機械の油圧回路は、直線運動を行わせる駆動部に用いられる少なくとも１個の作業機シリンダ４と旋回運動を行わせる旋回機構の旋回モータ６とが制御される場合の油圧回路を示すものである。この油圧回路における前記作業機シリンダ４と前記旋回モータ６の各作動を制御する方向切替弁５並びに方向切替弁５'に対する油槽２からメインポンプ１による給油（給油管路３，３）については、従来のものと同様であるが、それらアクチュエータ（作業機シリンダ４，旋回モータ６）からのリターン回路７に対してオイルクーラー回路２０を別個に設けて定流量ポンプ２１によって循環されるオイルを冷却するようにされ、このオイルクーラー回路２０から旋回吸い込み管路２３を分岐して旋回モータ６の作動停止時における背圧の変動に対応できるように構成されている。

前記オイルクーラー回路２０は、油槽２からオイルクーラー９を通り直接メインポンプ１のサクション管路１５に戻る油圧回路にされ、このオイルクーラー回路２０における油槽２からオイルクーラー９までの管路中に定流量ポンプ２１を配置して、常時一定量のオイルを循環させるようにされている。また、アクチュエータからのリターン回路７にはフィルター１１が設けられ、このフィルター１１によってリターンオイルを濾過して油槽２に戻すようになっている。

前記旋回モータ６に対する旋回吸い込み管路２３は、前記定流量ポンプ２１の吐出側から分岐され、停止時に旋回モータ６の作動背後側に定流量で常時流動するオイルがいずれか一方のチェック弁１２を介して吸入されるように接続されている。なお、図中で示されている符号について、従来の油圧回路において用いられているものと同じ機器については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略している（以下同様）。

このように構成される本実施形態の油圧回路では、図示されない機体に搭載されて作動する作業機シリンダ４に対する作動油の供給制御については、従来と同様に方向切替弁５を切換操作して、その作業機シリンダ４のロッドを進退させて作業を行わせることができる。作業の状況により旋回駆動を行うには、方向切替弁５'を切換操作して機体搭載の旋回機構を所要の方向に旋回させる。この際、旋回動作を停止させたとき、慣性によってその旋回方向に更に回動しようとする現象が生じ、この状態で旋回方向には給油管路が閉じているので、その内部にて加圧されて油圧が高まる反面、背後側では既に管路が閉じているので負圧となり、その結果旋回モータ６部において圧力変動が生じるため、キャビテーションが発生するのを、前述のように、オイルクーラー回路２０において定流量ポンプ２１によって定流量で循環しているオイルが、旋回吸い込み管路２３を通じて旋回モータ６の負圧側に直ちに吸入され、圧力変動の発生を防止する。

そして、本実施形態の油圧回路では、前述のようにアクチュエータ（作業機シリンダ４や旋回モータ６）のリターン回路７を通るリターンオイルは常にそのままフィルター１１を通って油槽２に戻される。また、オイルクーラー９によって冷却されたオイルは直接メインポンプ１のサクション管１５に送られることになる。こうして、オイルクーラー９によって冷却されたオイルが温度の高い油槽内で混じることがなく、メインポンプ１へのサクション管路１５に高温油が供給されるのが防がれる。また、オイルクーラー９により冷却されてサクション管１５に送られるオイルに対する不足量だけ油槽２から吸入すればよいので、給油の冷却効果を合理的に高めることができる。しかも、油槽２内の油温は過度に上昇することなく、運転させることができる。したがって、設定流量に応じた小型のオイルクーラーで全てを賄うことができて、オイルクーラー９の熱交換効率を向上させることができるとともに、油圧制御部全体を小型化することが可能になる。

（第２の実施形態）
図２には本発明の第２の実施形態に係る建設機械の油圧回路図が示されている。

本実施形態の油圧回路において、第１の実施形態と異なる点はアクチュエータ（作業機シリンダ４や旋回モータ６）のリターン回路７がそのまま油槽２に繋がれて、フィルター１１がリターン回路７から除かれている。また、オイルクーラー回路２０Ａには、定流量ポンプ２１のサクション側もしくは吐出側にフィルター２２を設け、定流量で流れる冷却オイルを濾過するようにされている。なお、オイルクーラー９から油槽２内に戻される戻り管路２０ｂの先端をメインポンプ１のサクション管１５部に設けられるストレーナ１３に近接するように配して、できるだけ冷却されて清浄なオイルが給油されるように配慮されている。なお、旋回モータ６に対する旋回吸い込み管路２３は、前記実施形態と同様に、定流量ポンプ２１の吐出側から分岐され、停止時に旋回モータ６の作動背後側に定流量で常時流動するオイルがいずれか一方のチェック弁１２を介して吸入されるように接続されている。

このような構成の油圧回路にては、常時循環させているオイルクーラー回路２０Ａでの一定流量をフィルター２２によって濾過させるようにすることで、フィルター面を通過するオイルの流動状態を定常に保つことにより、微細なダストまで取り除くことが可能となる効果が得られるのである。しかも、前述のように旋回モータ６に対する背圧の利用については同様に作用させて円滑な運転を可能にすることができる。

（第３の実施形態）
図３には本発明の第３の実施形態に係る建設機械の油圧回路図が示されている。

本実施形態において、前記実施形態と異なる点は、オイルクーラー回路２０Ａに設けられるフィルター２２をオイルクーラー９からの戻り管路２０ｂに配設された構成である。このようにオイルクーラー回路２０Ａ中に設けられるフィルター２２は、定流量ポンプ２１の吐出側に位置しても前記第２の実施形態と同様の作用効果が得られる。

（第４の実施形態）
図４には本発明の第４の実施形態に係る建設機械の油圧回路図が示されている。

本実施形態において、前記第３の実施形態と異なる点は、オイルクーラー回路２０Ａの戻り管路２０ｂをメインポンプ１のサクション管１５に直接接続させた点である。こうすることで、図１に示された第１の実施形態と同様にオイルクーラー９により冷却されたオイルを直接メインポンプ１のサクション管１５に送り、フィルター２２によって清浄にされた冷却オイルを供給できて、給油の冷却効果を合理的に高めることができる。

（第５の実施形態）
図５には本発明の第５の実施形態に係る建設機械の油圧回路図が示されている。

本実施形態において、前記第４の実施形態と異なる点は、オイルクーラー回路２０Ａの戻り管路２０ｂを油槽２内でメインポンプ１のサクション管１５部に合流させるように接続させた点である。こうすると、冷却されたオイルと油槽２内のオイルとをメインポンプ１の給油状態に応じて有効に吸い込まれ、給油の温度上昇を低減させる効果を呈するのである。

（第６の実施形態）
図６には本発明の第６の実施形態に係る建設機械の油圧回路図が示されている。

本実施形態において、前記第２の実施形態と異なる点は、油槽２内にバッフルプレート２ａを設けて槽内を仕切り、アクチュエータ（作業機シリンダ４や旋回モータ６）からの熱い戻り油とオイルクーラー回路２０Ａからの冷却された戻り油とが直ちに混ざり合わないように構成された点である。こうすると、メインポンプのサクション側に熱い戻り油が直接吸入されることがなく、給油の温度上昇を阻止できる効果が得られることになる。

（第７の実施形態）
図７には本発明の第７の実施形態に係る建設機械の油圧回路図が示されている。

本実施形態の油圧回路においては、アクチュエータ（作業機シリンダ４や旋回モータ６）のリターン回路７がそのまま油槽２に繋がれて、フィルターがリターン回路７から除かれている点で前記第２の実施形態と同様であるが、オイルクーラー回路２０Ｂにおいて先の実施形態の油圧回路とは異なる構成になっている。

この第７の実施形態の油圧回路では、オイルクーラー回路２０Ｂにおけるオイルクーラー９から油槽２への戻り管路２０ａにリフトチェック弁８を設け、このリフトチェック弁８の上流側で旋回モータ６に対する旋回吸い込み管路２４を分岐させている。なお、オイルクーラー９から油槽２への戻り管路２０ｃ端は第２の実施形態と同様に給油管路に繋がるメインポンプ１のサクション部のストレーナ１３近傍まで延長させておくのが清浄なオイルを供給できて好適である。

このように構成された油圧回路では、常時循環させているオイルクーラー回路２０Ｂでの一定流量をフィルター２２によって濾過させるようにようにして冷却されるオイルの清浄化（フィルトレーション）の向上を図るとともに、旋回モータ６の作動停止時において前記第２の実施形態のように、このオイルクーラー回路２０Ｂから分岐される旋回吸い込み管路２４からの背圧付与動作だけでは圧力変動が収まらないような場合、リフトチェック弁８を戻り管路２０ａに介在させておくことで、オイルクーラー回路の戻り管路２０ａの内圧を増加させ、旋回モータ６においてキャビテーションが発生するのを防止することができる。

このような構成によれば、旋回モータ６を駆動させない作業時に、前述のようにしてアクチュエータ（作業機シリンダ４）のリターン回路７にて戻り油はそのまま油槽２に戻され、オイルクーラー回路２０Ｂにて定常の油量を冷却させるので、全体的に見て合理的に処理できることになる。したがって、前記同様にクーラーを小型にして熱交換効率を向上させ、フィルトレーションの向上も併せ得られる経済的な装置とすることができる。

（第８の実施形態）
図８には本発明の第８の実施形態に係る建設機械の油圧回路図が示されている。

本実施形態において、前記第７の実施形態と異なる点は、オイルクーラー回路２０Ｂ中の定流量ポンプ２１の吐出側にフィルター２２を設けた構成である。こうすることによっても、前記第７の実施形態におけるものと同様にフィルトレーションの向上を図ることができる。

（第９の実施形態）
図９には本発明の第９の実施形態に係る建設機械の油圧回路図が示されている。

本実施形態において、前記第８の実施形態と異なる点は、オイルクーラー回路２０Ｂの戻り管路２０ｃをメインポンプ１のサクション管１５に接続して冷却されたオイルを給油側に直接供給できるように構成されたものである。こうすると、不足量だけ油槽２から吸入すればよいので、給油の冷却効果を合理的に高めることができる。

（第１０の実施形態）
図１０には本発明の第１０の実施形態に係る建設機械の油圧回路図が示されている。

本実施形態においては、前記第８の実施形態において説明したオイルクーラー回路に、そのオイルクーラー９の冷却ファンを制御する冷却制御機構３０を付加した構成である。この油圧回路における冷却制御機構３０は、オイルクーラー回路２０Ｃにおける定流量ポンプ２１からオイルクーラー９までの間に、ファンレギュレータ３１を介して油圧モータ３２を設け、この油圧モータ３２によってエンジンのラジエーター２６に併設されるオイルクーラー９の冷却ファン３３を駆動するようにされている。しかも、その油圧モータ３２の駆動について、前記ラジエーター２６における水温を検知する水温センサ２６ａと、前記オイルクーラー９における油温を検知する油温センサ９ａとを、コントローラ３４に接続して、このコントローラー３４により前記ファンレギュレータ３１を制御してそれらラジエーター２６の水温やオイルクーラー９における油温に応じて油圧モータ３２による冷却ファン３３の回転を制御し、過冷却あるいは冷却不足を修正できるようにされている。

このような構成の油圧回路を備えるようにすれば、予め最適な油温や水温をコントローラ３４において設定しておくことにより、最も好適な冷却処理が可能になり、エネルギー損失を低減することが可能になる。

以上に説明したように、前記各実施形態の油圧回路を油圧駆動式の建設機械、特に旋回駆動を伴う形式の建設機械に組み込むことにより、その油圧駆動装置をコンパクトにまとめてエネルギー損失の低減を図る経済性の高いものとすることが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る建設機械の油圧回路図 本発明の第２の実施形態に係る建設機械の油圧回路図 本発明の第３の実施形態に係る建設機械の油圧回路図 本発明の第４の実施形態に係る建設機械の油圧回路図 本発明の第５の実施形態に係る建設機械の油圧回路図 本発明の第６の実施形態に係る建設機械の油圧回路図 本発明の第７の実施形態に係る建設機械の油圧回路図 本発明の第８の実施形態に係る建設機械の油圧回路図 本発明の第９の実施形態に係る建設機械の油圧回路図 本発明の第１０の実施形態に係る建設機械の油圧回路図 従来の建設機械におけるアクチュエータの制御を行う油圧回路図

符号の説明

１ メインポンプ
２ 油槽
３ 給油管路
４ 作業機シリンダ
５，５' 方向切替弁
６ 旋回モータ
７ リターン回路
８ リフトチェック弁
９ オイルクーラー
１０ チェック弁
１１ フィルター
１２ チェック弁
１３ ストレーナ
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ オイルクーラー回路
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ 戻り管路
２１ 定流量ポンプ
２２ フィルター
２３，２４ 旋回吸い込み管路
２６ ラジエーター
３０ 冷却制御機構
３１ ファンレギュレータ
３２ 油圧モータ
３３ 冷却ファン
３４ コントローラ

Claims (5)

1. 油槽内のオイルをメインポンプにより油圧駆動式のアクチュエータに供給し、このアクチュエータから吐出されるオイルを前記油槽に戻すようにした建設機械の油圧回路において、
   前記アクチュエータから油槽へのリターン回路と別個に、油槽内のオイルを定流量ポンプにより吸い込むとともに、オイルクーラーを通って前記メインポンプのサクション管路に戻すオイルクーラー回路を設けることを特徴とする建設機械の油圧回路。
2. 油槽内のオイルをメインポンプにより油圧駆動式のアクチュエータに供給し、このアクチュエータから吐出されるオイルを前記油槽に戻すようにした建設機械の油圧回路において、
   前記アクチュエータから油槽へのリターン回路と別個に、油槽内のオイルを定流量ポンプにより吸い込むとともに、オイルクーラーを通って前記メインポンプのサクション管部に設けられるストレーナの近傍に戻すオイルクーラー回路を設けることを特徴とする建設機械の油圧回路。
3. 前記油槽内にバッフルプレートが設けられ、前記リターン回路からの戻り油と、前記オイルクーラー回路からの戻り油とが油槽内で混ざり合わないようにされる請求項２に記載の建設機械の油圧回路。
4. 油槽内のオイルをメインポンプにより油圧駆動式のアクチュエータに供給し、このアクチュエータから吐出されるオイルを前記油槽に戻すようにした建設機械の油圧回路において、
   前記アクチュエータから油槽へのリターン回路と別個に、油槽内のオイルを定流量ポンプにより吸い込むとともに、オイルクーラーを通って前記油槽内で前記メインポンプのサクション管部に合流させるオイルクーラー回路を設けることを特徴とする建設機械の油圧回路。
5. 前記定流量ポンプの吐出側から分岐して前記アクチュエータの負圧側にチェック弁を介して接続される旋回吸込み回路が設けられる請求項１〜４のいずれかに記載の建設機械の油圧回路。

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