JP2007162450A - 建設機械の油圧回路 - Google Patents

Abstract

【課題】旋回装置を駆動する油圧モータの一部に供給される圧油を遮断し、それによる余剰油量を利用し、作業装置シリンダへの供給油量を増加させることによって、複合動作を行う時に、作業装置の速度を増加させることができる建設機械の油圧回路。
【解決手段】油圧回路は、第１油圧ポンプ１１の圧油を供給・回収し作業装置シリンダ２を制御する作業制御弁１３と、第２油圧ポンプ２１に連結され圧油を作業機流路に合流させる合流弁２３と、旋回装置を駆動する旋回モータ３１，３２に第２油圧ポンプの圧油を供給・回収する旋回制御弁３０と、旋回流路上に設けられ合流弁２３の切換時に旋回モータのうちの少なくとも何れかの一つに供給される圧油を遮断弁４０で遮断すると同時に遮断された旋回モータの流入口と流出口とを連通させる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、建設機械の油圧回路に関するものであって、詳しくは旋回装置を駆動する油圧旋回モータの一部に供給される圧油を遮断し、圧油の一部を作業装置シリンダへの供給流路に合流させることによって、複合動作を容易に行うことが出来る様にした油圧回路に関するものである。

掘削作業機械などのような中・大型建設機械に用いられる従来の油圧回路には、複数の油圧ポンプが設けられる。油圧回路に複数の油圧ポンプを用いる理由は、油圧エネルギーを適宜に配分し、ブームやアームなどのような作業装置や旋回装置、走行装置などを効果的に駆動するためである。即ち、ブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダ、旋回装置用の油圧旋回モータ、走行装置用の油圧モータなどを駆動するための制御弁等を二つ以上の制御グループに分けて、それぞれの制御弁グループに互いに異なる油圧ポンプの圧油を独立に供給することによって、様々な作業装置を同時に駆動させることができる。

しかし、前述したような複数の油圧ポンプを採択する油圧回路では、何らかの制御弁グループに連結された油圧ポンプの圧油を他の制御弁グループに合流させるための技術が用いられる場合もある。例えば、ブームのように大きい駆動力を求める作業装置を駆動すべく、ブーム合流用制御弁を使用することによって、ブームシリンダ用制御弁が属するグループの油圧ポンプと他のグループの油圧ポンプとの圧油を合流し、ブームシリンダに多くの圧油を供給することもある。

図１は、一般の掘削機を示す側面図である。
掘削機などのような中・大型建設機械は、現場で、掘削や土砂採取などのような様々な作業を行う。建設機械の下部走行体５には、運転室と作業装置とを含む上部旋回体７が搭載されており、上部旋回体７は、旋回装置６により下部走行体５に対して中心軸Ｘを中心とし旋回自在である。土砂をすくい取る作業は、ブーム１とアーム３及びバケット４の作業装置が作動されることによって行われるが、採取した土砂をダンプトラックの荷台に積込む際には、作業装置と共に旋回装置６の動作も複合的に行われることになる。

一般に、旋回装置６を駆動する旋回制御弁は、ブームシリンダ２を駆動するためのブーム制御弁が属しているグループとは相違した制御弁グループ内に属するため、旋回装置６は、ブームシリンダ２の駆動には係らず、独立に駆動できる。しかし、ブームシリンダ２と旋回装置６とを同時に駆動する複合動作が行われる時には、ブーム合流用制御弁が作動すると、旋回装置６の作動は、ブームシリンダ２に作用する負荷に影響を大きく受ける。

複数の油圧ポンプの圧油を合流させることによって、ブームシリンダ２を駆動すべく、ブーム合流用制御弁が切り換えられる場合には、旋回装置６の属する制御弁グループがブーム制御弁の属する制御弁グループに連結される。つまり、旋回回路とブーム回路とが連結されるので、ブームを上げる圧力が旋回モータに作用する。

図２は、ブーム上げ及び旋回装置の複合動作を説明する概略図、図３は、ブーム上げ及び旋回装置の複合動作を行う間に生じる問題点を説明する概略図である。

採取した土砂をダンプトラックの荷台に積込む作業では、ブーム上げと旋回動作とが同時に行われる。図２に示されたように、バケット４の位置が、Ａから動き始め、Ｂを経由し、Ｃの方へ進む間、旋回動作とブーム上げ動作とが正常に行われて、旋回動作とブーム上げ動作との速度が調和しているのであれば、採取された土砂をダンプトラックの荷台８に安全に積込むことができる。

しかしながら、ブームに作用する負荷が増加し、旋回装置の速度が格段に速くなる場合には、図３に示されたように、バケット４の位置が、Ａでスタートし、Ｃに向いて動いている中間地点のＥでダンプトラックの後尾と衝突する惧れが高くなる。熟練のオペレータは、ブーム上げ速度より旋回速度が格段に速くなるという不具合の場合でも、ブームの上昇位置を肉眼で確認しながら、旋回装置の操作を止め、若しくは速度を減らす操作を行う。

一方、素人のオペレータが、ブームと旋回装置とを同時に駆動させる複合動作を行う際、無作為にブーム上げ旋回の同時操作をすると、旋回が速くなりすぎて、衝突事故が発生し得る。また、熟練のオペレータも、ブームと旋回装置との操作に注意を払うことから、衝突事故を避けることはできるが、作業効率が低下するという問題があった。

本発明は、かかる従来技術の問題点等に鑑みてなされたものであり、該目的は、ブームなどの作業装置と旋回装置とを同時に操作する際に、旋回装置の駆動速度を下げ、その分余った油量をブーム上げに回し、速度を上げることによって操作を容易にするようにした油圧回路を提供することにある。

本発明の他の目的は、旋回装置を駆動する油圧旋回モータの一部に供給される圧油を遮断し、圧油の一部を作業装置シリンダの方向に合流させることにある。

前記目的を達成するために、本発明は、旋回装置を駆動する油圧旋回モータの一部に供給される圧油を遮断する遮断弁と、圧油の一部を作業装置シリンダの供給側に合流させる合流弁とを備える建設機械の油圧回路を提供する。

本発明による建設機械の油圧回路は、第１油圧ポンプの圧油を作業機流路を介して供給・回収し、作業装置シリンダを制御する作業制御弁と、第２油圧ポンプに連結された並列流路上に設けられ、切り換えられると前記第２油圧ポンプの圧油を前記作業機流路に合流させる合流弁と、並列流路上に設けられ、旋回装置を駆動する複数の油圧旋回モータに第２油圧ポンプの圧油を供給・回収し、油圧旋回モータを制御する旋回制御弁と、旋回制御弁と旋回モータとを連結する旋回流路上に設けられ、合流弁の切換時に、共に切り換えられることによって、旋回モータのうちの少なくとも何れかの一つに供給される圧油を遮断すると同時に、遮断された旋回モータの流入口と流出口とを連通させる遮断弁とを含む。

合流弁は、パイロット信号圧により切り換えられ、遮断弁も、合流弁に供給されるパイロット信号圧により切り換えられることが好ましい。

また、これを変形し、合流弁は電気信号により切り換えられ、且つ、遮断弁も、合流弁に供給される電気信号により切り換えられることが好ましい。

また、これを変形し、遮断弁を、手動操作により切換可能となるように構成し得る。

望ましくは、本発明による建設機械油圧回路は、作業装置シリンダを駆動するための作業制御弁を含む第１バルブグループと、旋回装置を駆動する複数の旋回油圧モータに旋回流路を介して連結され、旋回モータに供給される圧油を制御する旋回制御弁を含む第２バルブグループと、第２バルブグループと第１バルブグループとの間に設けられ、パイロット信号により切り換えられると、第２バルブグループの圧油の一部を作業装置シリンダ側に合流させる合流弁及び、旋回流路上に設けられ、合流弁に入力されるパイロット信号により切り換えられ、旋回モータの一部に供給できる圧油を遮断し、遮断された旋回モータの流入口と流出口とを連結する遮断弁を含む。

前述したような本発明の建設機械の油圧回路によれば、ブームなどのような作業装置と旋回装置とを同時に操作する時、旋回速度を下げ、作業装置の速度を増加させることができるため、複合動作を容易に行える効果を奏する。

以下、本発明の望ましい実施例を添付図面に基づいて、本発明による建設機械の油圧回路の構成及び作用をより詳しく説明する。

図４は、本発明の一実施例による建設機械の油圧回路図であり、図５は、本発明の一実施例による建設機械の油圧回路により駆動される旋回装置を示す斜視図である。

本発明の一実施例による建設機械の油圧回路は、第１油圧ポンプ１１と、第２油圧ポンプ２１とにより吐出される圧油により作動する第１バルブグループ１０と、第２バルブグループ２０とを含む。第１バルブグループ１０は、第１油圧ポンプ１１に連結された第１並列流路１２上に配設される複数の制御弁からなり、第２バルブグループ２０は、第２油圧ポンプ２１に連結される第２並列流路２２上に配設される複数の制御弁からなる。

建設機械の油圧回路は、第１油圧ポンプ１１の圧油を制御し、作業装置シリンダ２を駆動する作業制御弁１３と、第２並列流路２２上に設けられる合流弁２３と、第２並列流路２２上に設けられる旋回制御弁３０と、旋回流路３６上に設けられる遮断弁４０とから成される。作業制御弁１３は、第１バルブグループ１０に含まれるが、旋回制御弁３０と合流弁２３とは、第２バルブグループ２０に含まれる。

作業制御弁１３は、第１並列流路１２上に設けられ、第１油圧ポンプ１１の圧油を作業機流路１４、１５を介して作業装置シリンダ２に供給し、排出される圧油を回収し、油圧タンクに排出することによって、作業装置シリンダ２を駆動する。そこで、作業装置シリンダ２は、図１のブームシリンダ２のような作業装置用シリンダを例に取ったのである。作業制御弁１３は、パイロット信号Ｐ０により切り換えられるように構成される。

合流弁２３は、第２並列流路２２上に設けられ、第２油圧ポンプ２１の圧油を作業機流路１４、１５に合流させる機能を奏する。合流弁２３は、パイロット信号Ｐ１により切り換えられるように構成される。

旋回制御弁３０は、第２並列流路２２上に設けられ、旋回流路３５、３６を介して複数の油圧旋回モータ３１、３２に連結される。旋回制御弁３０は、旋回用パイロット信号Ｐｓにより切り換えられるように構成される。旋回制御弁３０が、パイロット信号Ｐｓにより切換位置ｅ又はｆへ移動することによって、第２油圧ポンプ２１の圧油が旋回モータ３１、３２に供給できるため、旋回モータ３１、３２の正方向又は逆方向駆動が行われる。

遮断弁４０は、旋回モータ３２に連結される旋回流路３６上に設けられ、合流弁２３に入力される同一のパイロット信号Ｐ１により切り換えられるように構成される。パイロット信号Ｐ１が遮断弁４０に入力されると、遮断弁は位置ｈへ移動し、旋回モータ３２に供給される圧油を遮断すると共に、旋回モータ３２の流入口３７と流出口３８とを連通させる機能を奏する。

作業制御弁１３と、合流弁２３と、旋回制御弁３０と、遮断弁４０とに入力されるパイロット信号Ｐ１、Ｐ０、Ｐｓは、採択されるバルブの形態によって、パイロット信号圧が用いられることもあり、且つ、電気信号が用いられることもある。

図５を参照すれば、旋回装置６の旋回ベアリング３９は、旋回モータ３１、３２の軸に結合されたピニオンギヤ３３、３４に噛合され、旋回モータ３１、３２が回転すれば、ピニオンギヤ３３、３４が旋回モータの反力により旋回ベアリング３９の内側ギヤに沿って移動することから、旋回装置６の駆動が行われる。

前述した構成からなる建設機械における油圧回路の作動を説明すると、以下の通りである。

作業装置シリンダ２は、作業制御弁１３にパイロット信号Ｐ０が入力され、作業制御弁１３が切換位置ａ又はｂへ移動されることによって、駆動できる。作業制御弁１３が切換位置ａに移動すると、第１油圧ポンプ１１の圧油は作業装置シリンダ２のラージチェンバー２ａに供給でき、スモールチェンバー２ｂの圧油は、油圧タンクに回収できる。また、作業制御弁１３が切換位置ｂに移動すると、第１油圧ポンプ１１の圧油は作業装置シリンダ２のスモールチェンバー２ｂに供給でき、ラージチェンバー２ａの圧油は油圧タンクに回収できる。

第２油圧ポンプ２１に連結される第２並列流路２２上に設けられる合流弁２３は、作業装置シリンダ２に負荷が大きく作用する際、パイロット信号Ｐ１により切換位置ｃ又はｄへ移動する。合流弁２３が切換位置ｃ又はｄに移動すると、第２油圧ポンプ２１の圧油が作業機流路１４、１５を介して作業制御弁１３の方向に合流できる。このような合流弁２３の作用により作業装置シリンダ２に供給される圧油量が増加でき、大きい負荷が作用する作業を円滑に行うことができる。

第２油圧ポンプに連結される第２並列流路２２上に設けられる旋回制御弁３０は、旋回制御用パイロット信号Ｐｓにより切換位置ｅ又はｆへ移動し、切換位置ｅ又はｆに移動した状態では、第２油圧ポンプ２１の圧油を旋回流路３５、３６を介して旋回モータ３１、３２に供給し、旋回モータ３１、３２から排出される圧油を油圧タンクへ回収する機能を奏する。

作業装置シリンダ２と旋回モータ３１、３２とが同時に駆動され、旋回動作とブーム上げ動作とが同時に行われる複合動作を行う際、合流弁２３が作動できると、遮断弁４０も作動でき、旋回モータ３２に供給される圧油が遮断できる。複合動作のために、作業制御弁１３と旋回制御弁３０とが同時に作動できるうちに、パイロット信号Ｐ１が合流弁２３に入力され、合流が成される時には、同様なパイロット信号Ｐ１が遮断弁４０にも入力できるため、遮断弁４０は切換位置ｈへ移動することになる。

切換位置ｈへ移動した遮断弁４０は、旋回モータ３２に供給できる第２油圧ポンプの圧油を遮断して、流入口３７と流出口３８とを連通させるため、旋回モータ３２は、ピニオンギヤ３４が回転すると、自由に回転し得る状態となる。従って、平常時には、二つの旋回モータ３１、３２により行われていた旋回動作が、今は一つの旋回モータ３１により行われる。

この際、一つの旋回モータ３１のみ作動するため、トルクが二分の一に低減し、旋回動作は少ない駆動力により行われる。トルクが二分の一になると、加速度もまた二分の一となるので、旋回装置の旋回スピードは上がらない。従って、旋回動作に必要となる油量は約４分の一になる。

遮断弁４０の作動により、旋回動作のための油量は、旋回モータ一個分となり、且つ、旋回スピードも落ちるため、旋回動作に用いられる油量は少なくなる。それによって、余剰となった圧油が、作業装置シリンダの方に供給されるので、ブーム上げ速度が増加する。このような本発明の建設機械油圧回路の作動状態によれば、ブーム上げ速度は増加されると共に、旋回速度は遅くなり、速度のバランスが保持できるため、採取した土砂をダンプトラックに積込むなどの複合動作に非常に好適となる。

本発明の一実施例では、遮断弁が合流弁に入力されるパイロット信号により作動できるように構成したが、遮断弁が手動操作により作動できるように変形させ得る。従って、オペレータがブーム上げと旋回動作とを同時に行う複合操作を実施しながら、遮断弁を手動で操作することによって、一部の旋回モータに供給できる圧油を遮断すると、合流弁により合流機能が作動できても、建設機械の安定的な旋回動作を確保し得る。

本発明は、特許請求範囲で請求する請求の要旨から外れることなく、当該技術分野で通常の知識を有する者により多様に変形実施し得るため、本発明の技術保護範囲は、前述した特定の望ましい実施例に限定されるものではない。

一般の掘削機を示す側面図である。 ブーム上げ及び旋回装置の複合動作を説明する概略図である。 ブーム上げ及び旋回装置の複合動作を行ううちに生じ得る問題点を説明する概略図である。 本発明の一実施例による建設機械の油圧回路図である。 本発明の一実施例による建設機械の油圧回路により駆動される旋回装置を示した斜視図である。

符号の説明

２ａ ：ラージチェンバー
２ｂ ：スモールチェンバー
２ ：作業装置シリンダ
６ ：旋回装置
１０ ：第１バルブグールプ
１１ ：第１油圧ポンプ
１２ ：第１並列流路
Ｐ１、Ｐ０、Ｐｓ：パイロット信号
１３ ：作業制御弁
１４、１５ ：作業機流路
２０ ：第２バルブグールプ
２１ ：第２油圧ポンプ
２２ ：第２並列流路
２３ ：合流バルブ
３０ ：旋回制御弁
３１、３２ ：油圧旋回モータ
３３、３４ ：ピニオンギヤ
３５、３６ ：旋回流路
３７ ：流入口
３８ ：流出口
３９ ：旋回ベアリング
４０ ：遮断弁

Claims (5)

1. 第１油圧ポンプの圧油を作業機流路を介して供給・回収し、作業装置シリンダを制御する作業制御弁と、
   第２油圧ポンプに連結された並列流路上に設けられ、切り換えることにより前記第２油圧ポンプの圧油を前記作業機流路に合流させる合流弁と、
   前記並列流路上に設けられ、旋回装置を駆動する複数の油圧旋回モータに前記第２油圧ポンプの圧油を供給・回収し、前記油圧旋回モータを制御する旋回制御弁及び、
   前記旋回制御弁と前記旋回モータとを連結する旋回流路上に設けられ、前記合流弁が切り換えられる際、共に切り換えられることによって、前記旋回モータのうちの少なくとも何れかの一つに供給される圧油を遮断すると共に、遮断された旋回モータの流入口と流出口とを連通させる遮断弁を含む建設機械の油圧回路。
2. 前記合流弁は、パイロット信号圧により切り換えられ、前記遮断弁も前記合流弁に供給できる前記パイロット信号圧により切り換えられることを特徴とする請求項１に記載の建設機械の油圧回路。
3. 前記合流弁は、電気信号により切り換えられ、前記遮断弁も前記合流弁に供給される前記電気信号により切り換えられることを特徴とする請求項１に記載の建設機械の油圧回路。
4. 前記遮断弁は、手動操作により切り換え可能であることを特徴とする請求項１に記載の建設機械の油圧回路。
5. 作業装置シリンダを駆動するための作業制御弁を含む第１バルブグループと、
   旋回装置を駆動する複数の旋回油圧モータに旋回流路を介して連結でき、前記旋回モータに供給される圧油を制御する旋回制御弁を含む第２バルブグループと、
   前記第２バルブグループと前記第１バルブグループとの間に設けられ、パイロット信号により切り換えられると、前記第２バルブグループの圧油の一部を前記作業装置シリンダ側に合流させる合流弁及び、
   前記旋回流路上に設けられ、前記合流弁に入力される前記パイロット信号により切り換えられると、前記旋回モータの一部に供給できる圧油を遮断し、遮断された旋回モータの流入口と流出口とを連結する遮断弁を含む建設機械の油圧回路。

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