JP2014074433A - 建設機械の油圧回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】戻り油を油圧アクチュエータに再供給する油路に配置された再生弁の上流側と下流側との差圧を算出し、算出した差圧に基づいて再生弁の開度を制御することができる建設機械の油圧回路を提供すること。
【解決手段】複数の油圧アクチュエータの動作を制御する建設機械の油圧回路であって、一の油圧アクチュエータに供給される圧油の第１の駆動圧及び他の油圧アクチュエータに供給される圧油の第２の駆動圧を検出する検出手段２３と、一の油圧アクチュエータからの戻り油を再供給する再生回路２４と、油圧ポンプ、検出手段及び再生回路を制御する制御手段３０とを有し、再生回路は、戻り油を再供給する油路に再生弁２４Ｖｔｈを備え、制御手段は、第１の駆動圧と第２の駆動圧との負荷圧差に基づいて再生弁の上流側の油圧と下流側の油圧との差圧を算出する差圧算出部を備え、算出した差圧に基づいて再生弁の開度を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、建設機械の油圧回路に関する。
建設機械には、負荷の変動に依存しない操作性を確保するために、油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）からの戻り油を油圧シリンダに再供給する再生回路を備えるものがある（例えば特許文献１）。また、建設機械には、例えばアーム閉じ操作とブーム上げ操作とを同時に行う場合（複合操作時）に、低負荷側のアームの操作性を確保するために、ブーム上げ操作量に応じて、アーム用シリンダの駆動側に戻り油を再供給するものがある（例えば特許文献２）。
特開２００４−７６９０４号公報 特開２００７−２３６０６号公報
特許文献１に開示されている技術では、一の油圧アクチュエータに戻り油を再供給するために、一の油圧アクチュエータの負荷圧に応じて、再生回路の再生弁の開度を変化する。このため、特許文献１に開示されている技術では、２つ以上の油圧アクチュエータを操作する複合操作時に、油圧アクチュエータの動作速度を確保することができない場合があった。
また、特許文献２に開示されている技術では、複合操作性を確保するために、油路の最下流側に配置した方向制御弁（例えばアーム用コントロールバルブ）の入口側に絞りを設けている。このため、特許文献２に開示されている技術では、複合操作時に油圧ポンプから吐出された圧油の圧力損失が増加する場合があった。
本発明は、このような事情の下に為され、複数の油圧アクチュエータの動作を制御する建設機械の油圧回路であって、戻り油を油圧アクチュエータ（油圧シリンダ）に再供給する油路に配置された再生弁の上流側と下流側との差圧を算出し、算出した差圧に基づいて再生弁の開度を制御することができる建設機械の油圧回路を提供することを課題とする。
本発明の一の態様によれば、油圧ポンプから吐出された圧油を用いて、複数の油圧アクチュエータの動作を制御する建設機械の油圧回路であって、前記複数の油圧アクチュエータのうちの一の油圧アクチュエータに供給される圧油の第１の駆動圧及び他の油圧アクチュエータに供給される圧油の第２の駆動圧を検出する検出手段と、前記一の油圧アクチュエータからの戻り油を該一の油圧アクチュエータに再供給する再生回路と、前記建設機械に入力される操作量に応じて、前記油圧ポンプ、前記検出手段及び前記再生回路を制御する制御手段とを有し、前記再生回路は、前記戻り油を前記一の油圧アクチュエータに再供給する油路に再生弁を備え、前記制御手段は、前記検出手段が検出した前記第１の駆動圧と前記第２の駆動圧との負荷圧差に基づいて前記再生弁の上流側の油圧と下流側の油圧との差圧を算出する差圧算出部を備え、前記差圧算出部が算出した前記差圧に基づいて前記再生弁の開度を制御する、ことを特徴とする建設機械の油圧回路が提供される。また、前記制御手段は、前記一の油圧アクチュエータに供給される圧油の流量を更に用いて、前記再生弁の開度を制御する、ことを特徴とする建設機械の油圧回路が提供される。更に、前記再生回路は、前記戻り油をタンクに排出する流量制御弁を更に備え、前記制御手段は、前記流量制御弁の開口面積を変化させることによって、前記タンクに排出する前記戻り油の流量を制御すること、又は、前記流量制御弁を全閉にした後に、前記再生弁の開度を制御すること、を特徴とする建設機械の油圧回路が提供される。
また、本発明の他の態様によれば、油圧ポンプから吐出された圧油を用いて、複数の油圧アクチュエータの動作を制御する建設機械の油圧回路であって、前記複数の油圧アクチュエータのうちの一の油圧アクチュエータに供給される圧油の第１の駆動圧及び他の油圧アクチュエータに供給される圧油の第２の駆動圧を検出する検出手段と、前記一の油圧アクチュエータからの戻り油を該一の油圧アクチュエータに再供給する再生回路と、前記建設機械に入力される操作量に応じて、前記油圧ポンプ、前記検出手段及び前記再生回路を制御する制御手段とを有し、前記再生回路は、前記戻り油を前記一の油圧アクチュエータに再供給する油路に再生弁を備え、前記制御手段は、前記検出手段が検出した前記第１の駆動圧と前記第２の駆動圧との負荷圧差に基づいて前記再生弁の上流側の油圧と下流側の油圧との差圧を算出する差圧算出部を備え、前記差圧算出部が算出した前記差圧に基づいて前記再生弁の開度を制御する、ことを特徴とする建設機械の油圧回路において、前記再生弁は、入力される電気信号又はパイロット圧に応じて開度を変化する比例弁であり、前記制御手段は、前記再生弁に入力する前記電気信号又は前記パイロット圧を制御することによって、該再生弁の開度を制御する、ことを特徴とする建設機械の油圧回路が提供される。また、前記第１の駆動圧は、前記第２の駆動圧より低圧である、ことを特徴とする建設機械の油圧回路が提供される。更に、前記制御手段は、前記建設機械の動作状態を判断する動作判断部を更に備え、前記検出手段は、前記一の油圧アクチュエータの油圧シリンダのボトム圧及びロッド圧を更に検出し、前記動作判断部は、前記検出手段が検出した前記ボトム圧及び前記ロッド圧を用いて、前記動作状態を判断する、ことを特徴とする建設機械の油圧回路が提供される。
更に、本発明のその他の態様によれば、油圧ポンプから吐出された圧油を用いて、複数の油圧アクチュエータの動作を制御する建設機械の油圧回路であって、前記複数の油圧アクチュエータのうちの一の油圧アクチュエータに供給される圧油の第１の駆動圧及び他の油圧アクチュエータに供給される圧油の第２の駆動圧を検出する検出手段と、前記一の油圧アクチュエータからの戻り油を該一の油圧アクチュエータに再供給する再生回路と、前記建設機械に入力される操作量に応じて、前記油圧ポンプ、前記検出手段及び前記再生回路を制御する制御手段とを有し、前記再生回路は、前記戻り油を前記一の油圧アクチュエータに再供給する油路に再生弁を備え、前記制御手段は、前記検出手段が検出した前記第１の駆動圧と前記第２の駆動圧との負荷圧差に基づいて前記再生弁の上流側の油圧と下流側の油圧との差圧を算出する差圧算出部を備え、前記差圧算出部が算出した前記差圧に基づいて前記再生弁の開度を制御する、ことを特徴とする建設機械の油圧回路において、前記制御手段は、前記建設機械の動作状態を判断する動作判断部を更に備え、前記一の油圧アクチュエータとして前記建設機械のアームの動作を制御し、前記検出手段は、前記アームに配置された油圧シリンダのボトム圧及びロッド圧を検出し、前記動作判断部は、前記ボトム圧と該ボトム圧の受圧面積との積及び前記ロッド圧と該ロッド圧の受圧面積との積を夫々算出し、算出した前記ボトム圧に関する積が前記ロッド圧に関する積を超える場合に掘削状態であると判断し、それ以外の場合に自重降下状態であると判断する、ことを特徴とする建設機械の油圧回路が提供される。また、前記差圧算出部は、前記動作判断部が前記掘削状態であると判断した場合に前記アームの掘削圧を更に用いて前記差圧を算出し、前記動作判断部が前記自重降下状態であると判断した場合に前記アームの保持圧を更に用いて前記差圧を算出する、ことを特徴とする建設機械の油圧回路が提供される。更に、前記制御手段は、前記再生弁の開度を制御することによって、前記他の油圧アクチュエータより前記一の油圧アクチュエータの動作を優先すること、又は、前記一の油圧アクチュエータより前記他の油圧アクチュエータの動作を優先すること、を特徴とする建設機械の油圧回路が提供される。
本発明に係る建設機械の油圧回路によれば、複数の油圧アクチュエータの動作を制御する建設機械の油圧回路であって、戻り油を油圧アクチュエータに再供給する油路に配置された再生弁の上流側と下流側との差圧を算出し、算出した差圧に基づいて再生弁の開度を制御することができる。
本発明の実施形態に係る建設機械の一例を説明する概略外観図である。 本発明の実施形態に係る建設機械の油圧回路の一例を説明する概略油圧回路図である。 本発明の実施例に係る建設機械の油圧回路の動作の一例を説明するフローチャート図である。 本発明の実施例に係る建設機械の動作の一例を説明する概略外観図である。 本発明の実施例に係る建設機械の油圧回路（再生回路）の変形例を説明する油圧回路図である。
添付の図面を参照しながら、本発明の限定的でない例示の実施形態について説明する。なお、添付の全図面の中の記載で、同一又は対応する部材又は部品には、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面は、部材もしくは部品間の相対比を示すことを目的としない。したがって、具体的な寸法は、以下の限定的でない実施形態に照らし、当業者により決定することができる。
以後に、本実施形態に係る油圧回路２０（後述）を備える建設機械１００を用いて、本発明を説明する。なお、本発明は、本実施形態以外でも、再生回路を備える建設機械であって、制御弁（再生弁、比例弁、流量制御弁など）を用いて油圧アクチュエータからの戻り油を油圧アクチュエータに再供給するものであれば、いずれのものにも用いることができる。また、本発明を用いることができる建設機械には、油圧ショベル、クレーン車、ブルドーザ、ホイールローダ及びダンプトラック、並びに、杭打ち機、杭抜き機、ウォータージェット、泥排水処理設備、グラウトミキサ、深礎工用機械及びせん孔機械などが含まれる。
（建設機械の構成）
本発明を用いることができる建設機械１００の概略構成を、図１を用いて説明する。ここで、建設機械とは、本実施形態では、油圧アクチュエータを用いて、所望の作業を実施する機械である。
図１に示すように、建設機械１００は、油圧アクチュエータとして、上部旋回体１０Ｕｐに基端部を軸支されたブーム１１と、ブーム１１の先端に軸支されたアーム１２と、アーム１２の先端に軸支されたバケット１３とを備える。
建設機械１００は、ブーム１１のブームシリンダ１１ｃに作動油（圧油）を供給することによって、ブームシリンダ１１ｃを長手方向に伸縮する。このとき、ブーム１１は、ブームシリンダ１１ｃの伸縮によって、上下方向に駆動される。また、建設機械１００は、オペレータ（運転者、作業者）の操作レバー（例えば後述する第２の操作レバー２５ｂ（図２））の操作量（及び操作方向）に応じて制御されるブーム用方向制御弁（例えば第２の方向制御弁２１ｂ（図２））によって、ブームシリンダ１１ｃ（例えば第２の油圧シリンダ２２ｂ（図２））に供給される作動油を制御する。この結果、建設機械１００は、オペレータの操作レバーの操作量等に応じて、所望の作業を実施する。
また、建設機械１００は、ブーム１１の場合と同様に、アームシリンダ１２ｃ及びバケットシリンダ１３ｃの伸縮によって、アーム１２及びバケット１３を駆動する。建設機械１００は、ブームシリンダ１１ｃの場合と同様に、アーム用方向制御弁（例えば第１の方向制御弁２１ａ（図２））及びバケット用方向制御弁によって、アームシリンダ１２ｃ（例えば第１の油圧シリンダ２２ａ（図２））及びバケットシリンダ１３ｃに供給される作動油を制御する。
更に、建設機械１００は、下部走行体１０Ｄｗに設けられた走行用油圧モータにより駆動されるクローラを用いて、建設機械１００本体の走行（前後左右の移動）を行い、また、下部走行体１０Ｄｗと上部旋回体１０Ｕｐの間に介装される旋回装置を用いて、上部旋回体１０Ｕｐの旋回動作を行う。
本発明を用いることができる建設機械１００は、油圧ポンプから吐出された圧油（作動油）を用いて、複数の油圧アクチュエータの動作を制御する油圧回路２０（後述）を備える。以下に、本発明の実施形態に係る建設機械１００の油圧回路２０を説明する。
（建設機械の油圧回路）
本発明の実施形態に係る建設機械１００の油圧回路２０を、図２を用いて説明する。ここで、図２に記載した実線は、油路（圧油の通路）を示す。また、／／を付加している実線は、電気制御系を示す。
なお、本発明を適用することができる油圧回路は、図２に示すものに限定されない。すなわち、戻り油を再生（再供給）する再生回路（油路）を備え、複数の油圧アクチュエータの動作を制御する油圧回路であれば、いずれの油圧回路にも本発明を適用することができる。また、図２に示す油圧回路２０は２個の油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）を備えるが、本発明は３個以上の油圧シリンダを備える油圧回路に適用してもよい。更に、図２に示す油圧回路２０は１個の油圧ポンプを備えるが、本発明は２個以上の油圧ポンプに用いられる油圧回路に適用してもよい。
図２に示すように、建設機械１００の油圧回路２０は、実施形態では、図示しない動力源（原動機、エンジン、モータなど）の出力軸に機械的に接続された油圧ポンプＰｍｐと、油圧ポンプＰｍｐから吐出された圧油を供給される２個の方向制御弁２１と、方向制御弁２１を経由して圧油（作動油）を供給される２つの油圧シリンダ２２とを有する。また、油圧回路２０は、油圧シリンダ２２に供給される圧油の圧力（以下、「駆動圧」という。）を検出する検出手段２３と、油圧シリンダ２２（油圧アクチュエータ）からの戻り油を油圧シリンダ２２に再供給する再生回路２４とを有する。更に、油圧回路２０は、オペレータが操作レバー２５を用いて入力する操作量（及び操作方向）に基づいて、油圧ポンプＰｍｐ、検出手段２３及び再生回路２４などを制御する制御手段３０（コントローラ３０Ｃ）を有する。
本実施形態に係る油圧回路２０は、油圧ポンプＰｍｐから吐出した圧油を分流して、第１の方向制御弁２１ａ及び第２の方向制御弁２１ｂに供給（入力）する。また、油圧回路２０は、方向制御弁２１の動作を制御することによって、方向制御弁２１から油圧シリンダ２２に供給（入力）する圧油（作動油）の流量及び方向を制御する。更に、油圧回路２０は、本実施形態では、再生回路２４を用いて、第１の油圧シリンダ２２ａ（油圧アクチュエータ）からの戻り油を第１の油圧シリンダ２２ａに再供給する（再生する）ことができる。なお、本発明を適用することができる油圧回路は、第２の油圧シリンダ２２ｂからの戻り油を第２の油圧シリンダ２２に再供給する構成としてもよい。
方向制御弁２１は、油圧シリンダ２２に作動油（圧油）を供給するものである。方向制御弁２１は、本実施形態では、第１の方向制御弁２１ａ及び第２の方向制御弁２１ｂを備える。方向制御弁２１は、本実施形態では、第１の方向制御弁２１ａの動作を制御することによって、第１の方向制御弁２１ａから第１の油圧シリンダ２２ａに供給（入力）する圧油（作動油）の流量及び流れ方向を制御する。また、方向制御弁２１は、第２の方向制御弁２１ｂの動作を制御することによって、第２の方向制御弁２１ｂから第２の油圧シリンダ２２ｂに供給（入力）する圧油（作動油）の流量及び流れ方向を制御する。
ここで、方向制御弁２１（のスプールの形状等）は、例えば油圧シリンダ２２に圧油（作動油）を供給するための内部通路及び油圧シリンダ２２からの戻り油をタンクＴｎｋに排出するための内部通路を備える。方向制御弁２１は、入力されたリモコン圧（不図示）に応じて方向制御弁２１のスプール位置を切り替えられ、その内部通路の経路を変化される。すなわち、方向制御弁２１は、オペレータが操作した操作レバー２５の操作量に応じたリモコン圧を入力されて、油圧シリンダ２２に供給する圧油（作動油）の流量（操作量）及び流れ方向（操作方向）を変化される。なお、本発明に用いることができる方向制御弁２１のスプールの形状等は図２に示すものに限定されるものではない。
油圧シリンダ２２は、油圧アクチュエータを駆動するものである。油圧シリンダ２２は、本実施形態では、第１の油圧シリンダ２２ａ及び第２の油圧シリンダ２２ｂを含む。油圧シリンダ２２（第１の油圧シリンダ２２ａ等）は、方向制御弁２１から供給された作動油（圧油）を用いて、長手方向に伸縮する。これにより、油圧シリンダ２２は、油圧アクチュエータ（例えばブーム１１、アーム１２及びバケット１３（図１））を駆動する。油圧シリンダ２２に供給された圧油（作動油）は、戻り油としてタンク等に排出、又は、後述する再生回路２４を用いて再度油圧シリンダ２２に供給（再生）される。
なお、油圧シリンダ２２は、シリンダ容器とピストン等で構成することができる。油圧シリンダ２２は、ボトム側（ヘッド側、押し側）のチャンバ及びロッド側（引き側）のチャンバに作動油を供給される。油圧シリンダ２２は、ボトム側に作動油を供給された場合に、内蔵するピストン等を押し方向に移動し、長手方向に伸張する。また、油圧シリンダ２２は、ロッド側に作動油を供給された場合に、内蔵するピストン等を引き方向に移動し、長手方向に縮小する。
検出手段２３は、圧油の圧力を検出する手段である。検出手段２３は、本実施形態では、第１の油圧シリンダ２２ａに供給する圧油（作動油）の圧力（以下、「第１の駆動圧」という。）を検出する第１の圧力センサ２３ａ１、２３ａ２と、第２の油圧シリンダ２２ｂに供給する圧油（作動油）の圧力（以下、「第２の駆動圧」という。）を検出する第２の圧力センサ２３ｂ１、２３ｂ２とを備える。検出手段２３は、複数の油圧アクチュエータ（油圧シリンダ２２）に夫々供給される圧油の圧力を夫々検出することができる。
ここで、検出手段２３は、油圧シリンダ２２のボトム側の圧力（以下、「ボトム圧Ｐｃｂ」という。）及びロッド側の圧力（以下、「ロッド圧Ｐｃｒ」という。）を検出することができる。具体的には、図２に示すように、検出手段２３は、第１の圧力センサ２３ａ１を用いて、第１の油圧シリンダ２２ａのロッド圧Ｐｃｒを検出することができる。また、検出手段２３は、第１の圧力センサ２３ａ２を用いて、第１の油圧シリンダ２２ａのボトム圧Ｐｃｂを検出することができる。更に、検出手段２３は、同様に、第２の圧力センサ２３ｂ１及び２３ｂ２を用いて、第２の油圧シリンダ２２ｂのロッド圧Ｐｃｒ及びボトム圧Ｐｃｂを検出することができる。
再生回路２４は、油圧シリンダ２２（油圧アクチュエータ）からの戻り油を再生するものである。再生回路２４は、本実施形態では、第１の油圧シリンダ２２ａからの戻り油を第１の油圧シリンダ２２ａに再供給（再生）する。再生回路２４は、戻り油を再供給する油路に再生弁２４Ｖｔｈを備える。ここで、再生弁２４Ｖｔｈは、入力される電気信号又はパイロット圧に応じて開度を変化する比例弁を用いることができる。
また、再生回路２４は、戻り油をタンクＴｎｋに排出する流量制御弁（メータアウト弁）２４Ｖｃｑを更に備える。ここで、流量制御弁２４Ｖｃｑは、その開口面積を変化することによって、タンクＴｎｋに排出する戻り油の流量を変化させることができる。また、流量制御弁２４Ｖｃｑは、本実施形態では、その開口面積が最大となるアンロード位置と、開口面積がゼロとなるブロック位置とを備えてもよい。
更に、再生回路２４は、再生弁２４Ｖｔｈの開度及び流量制御弁２４Ｖｃｑの開口面積を油圧シリンダ２２（油圧アクチュエータ）の負荷に応じて変化してもよい。これにより、再生回路２４は、油圧シリンダ２２（油圧アクチュエータ）の負荷に応じた流量及び圧力で戻り油を再供給することができる。
制御手段３０は、建設機械１００全体の動作を制御する手段である。制御手段３０は、建設機械１００の操作レバー２５によって入力される操作量（及び操作方向）に応じて、油圧ポンプＰｍｐ、検出手段２３及び再生回路２４などを制御する。制御手段３０は、本実施形態では、建設機械１００の動作を制御するために搭載されているコントローラ３０Ｃ（図２）を用いる。
ここで、コントローラ３０Ｃは、建設機械１００の各構成に動作を指示し、各構成の動作を制御するものである。コントローラ３０Ｃは、ＣＰＵ及びメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭなど）等を含む演算処理装置で構成することができる。
本実施形態に係る制御手段３０は、再生弁の上流側の油圧と下流側の油圧との差圧（以下、「差圧Ｐｖ」という。）を算出する差圧算出部３１（不図示）を備える。制御手段３０は、差圧算出部３１が算出した差圧Ｐｖに基づいて、再生弁２４Ｖｔｈに入力する電気信号又はパイロット圧を制御することによって、再生弁２４Ｖｔｈの開度を制御する。また、制御手段３０は、油圧シリンダ２２（油圧アクチュエータ）に供給される圧油の流量を更に用いて、再生弁２４Ｖｔｈの開度を制御してもよい。更に、制御手段３０は、流量制御弁２４Ｖｃｑの開口面積を変化させることによって、タンクＴｎｋに排出する戻り油の流量を制御する。制御手段３０は、例えば流量制御弁２４Ｖｃｑを全閉（ブロック位置）にした後に、再生弁２４Ｖｔｈの開度を制御することができる。
差圧算出部３１は、本実施形態では、検出手段２３が検出した第１の駆動圧と第２の駆動圧との負荷圧差に基づいて、再生弁の上流側の油圧と下流側の油圧との差圧Ｐｖを算出する。差圧算出部３１は、建設機械１００の動作に関する情報（例えば掘削圧、保持圧）を更に用いて、再生弁の差圧Ｐｖを算出することができる。また、差圧算出部３１は、建設機械１００に予め記憶されている数式、表又は図などを用いて、再生弁の差圧Ｐｖを算出（特定、選択など）してもよい。なお、差圧算出部３１は、コントローラ３０Ｃ等に搭載されたＣＰＵ及びメモリなどを用いて、差圧Ｐｖを算出してもよい。
本発明の実施形態に係る建設機械１００の油圧回路２０によれば、再生回路２４を用いて、建設機械１００の複数の油圧アクチュエータを同時に操作する場合（以下、「複合操作時」という。）に、低負荷側の油圧アクチュエータの操作性を確保するために低負荷側の油圧アクチュエータに戻り油を再供給することができる。油圧回路２０によれば、例えばアーム１２（図１）の閉じ操作とブーム１１（図１）の上げ操作とを同時に行う複合操作時に、低負荷側のアーム１２の操作性を確保するために、アーム１２の油圧シリンダ２２ａ（図２）の駆動側（例えばボトム側）に戻り油を再供給することができる。これにより、油圧回路２０によれば、複合操作時の低負荷側の操作性を確保することができる。
また、本実施形態に係る油圧回路２０によれば、制御手段３０を用いて、再生弁２４Ｖｔｈの開度を制御する前に流量制御弁２４Ｖｃｑの開口面積を制御することができる。制御手段３０は、例えば再生弁２４Ｖｔｈの開度を制御する前に流量制御弁２４Ｖｃｑをブロック位置に設定することができる。これにより、油圧回路２０によれば、再生弁２４Ｖｔｈに戻り油を全量供給（入力）することができる。すなわち、油圧回路２０によれば、流量制御弁２４Ｖｃｑを用いて、タンクＴｎｋに戻り油を排出しないで、戻り油を全量再生することができる。
更に、本実施形態に係る油圧回路２０によれば、再生弁２４Ｖｔｈ及び流量制御弁２４Ｖｃｑ等を用いて戻り油を全量再生することができるので、油圧シリンダ２２から排出された圧油（戻り油）を有効利用することができる。すなわち、油圧回路２０によれば、再生回路２４を用いて戻り油を再生することができるので、建設機械１００の動作に必要な油圧ポンプＰｍｐの吐出流量（圧油の流量）を低減することができる。これにより、油圧回路２０によれば、油圧ポンプＰｍｐの吐出流量（圧油の流量）を低減することができるので、吐出流量に関する損失（例えば差圧×流量）を低減することができる。
更に、本発明の実施形態に係る建設機械１００の油圧回路２０（制御手段３０）は、下記（１）又は（２）の場合に、戻り油を再生しない動作を実施してもよい。
（１）掘削圧が最大圧力（駆動圧）の半分程度の場合で、それ以上の掘削力が必要なとき。
（２）負荷圧差が掘削圧より小さい場合で、チェック弁Ｖｃｈ等が再生された戻り油の流れを阻害するとき。
なお、本実施形態に係る油圧回路２０（制御手段３０）は、メータアウト開口（流量制御弁２４Ｖｃｑ）を閉位置から開位置に切り換え、上記（１）では十分な開口として損失を減らし、上記（２）では負荷圧差相当の圧力損失を発生させて複合動作を確保してもよい。
以上により、本発明の実施形態に係る建設機械１００の油圧回路２０によれば、複数の油圧アクチュエータの動作を制御する場合に、再生回路２４に配置された再生弁２４Ｖｔｈの上流側と下流側との差圧Ｐｖを算出し、算出した差圧Ｐｖに基づいて再生弁２４Ｖｔｈの開度を制御することができる。また、本実施形態に係る油圧回路２０によれば、算出した差圧Ｐｖに基づいて再生弁２４Ｖｔｈの開度を制御することができるので、複合操作時に、低負荷側の油圧アクチュエータの操作性を確保するために、低負荷側の油圧アクチュエータに戻り油を再供給することができる。すなわち、本実施形態に係る油圧回路２０によれば、複合操作時の低負荷側の操作性を確保することができる。また、本実施形態に係る油圧回路２０によれば、複合操作時の油圧ポンプＰｍｐの吐出流量（圧油の流量）を低減することができるので、吐出流量に関する損失を低減することができる。
また、本実施形態に係る油圧回路２０によれば、複合操作時の油圧ポンプＰｍｐの吐出流量を低減することができるので、複合操作時に高負荷側の油圧アクチュエータの操作性を確保するために低負荷側の上流側に絞りを設ける（例えばメータイン開口を絞る）場合と比較して、油圧回路内で発生する圧力損失を低減することができる。
更に、本実施形態に係る油圧回路２０によれば、戻り油の再生を行う場合（再生弁２４Ｖｔｈの開度を制御する場合）、及び、メータアウト開口を制御する場合（流量制御弁２４Ｖｃｑの開口面積を制御する場合）のいずれの場合でも、低負荷側を高負荷側と同等の圧力にすることができる。また、本実施形態に係る油圧回路２０によれば、再生弁２４Ｖｔｈの開度及び流量制御弁２４Ｖｃｑの開口面積を制御することによって、低負荷側の油圧アクチュエータ又は高負荷側の油圧アクチュエータを優先して動作することができる。
実施形態に係る油圧回路２０を含む建設機械１１０の実施例を用いて、本発明を説明する。
（建設機械の構成）及び（建設機械の油圧回路）
本実施例に係る建設機械１１０の構成及び油圧回路２０を図１及び図２に示す。なお、本実施例に係る建設機械１１０の構成等は実施形態に係る建設機械１００の構成等と基本的に同様ため、異なる部分を主に説明する。
本実施例に係る建設機械１１０の制御手段３０は、建設機械１１０の動作状態を判断する動作判断部３２（不図示）を更に備える。ここで、動作判断部３２は、本実施例では、複数の油圧アクチュエータのうちのアーム１２の動作を判断する。なお、本発明を用いることができる動作判断部３２は、アーム１２以外の油圧アクチュエータの動作を判断するものでもよい。
具体的には、動作判断部３２（制御手段３０）は、先ず、検出手段２３が検出したアーム１２に対応する油圧シリンダ（例えば図２の第１の油圧シリンダ２２ａ）のボトム圧Ｐｃｂ及びロッド圧Ｐｃｒの検出結果を取得する。次に、動作判断部３２は、取得した「ボトム圧Ｐｃｂ」と「ボトム圧Ｐｃｂの受圧面積Ａｃｂ」との「積Ｆｃｂ」及び「ロッド圧Ｐｃｒ」と「ロッド圧Ｐｃｒの受圧面積Ａｃｒ」との「積Ｆｃｒ」を夫々算出する。次いで、動作判断部３２は、算出した「ボトム圧に関する積Ｆｃｂ」が「ロッド圧に関する積Ｆｃｒ」を超える場合に、アーム１２（建設機械１１０）が「掘削状態」であると判断することができる。また、動作判断部３２は、算出した「ボトム圧に関する積Ｆｃｂ」が「ロッド圧に関する積Ｆｃｒ」以下の場合に、アーム１２が「自重降下状態」であると判断することができる。
本実施例に係る制御手段３０の差圧算出部３１は、動作判断部３２が「掘削状態」であると判断した場合に、アーム１２の掘削圧を更に用いて、差圧Ｐｖを算出することができる。また、差圧算出部３１は、動作判断部３２が「自重降下状態」であると判断した場合に、アーム１２の保持圧を更に用いて、差圧Ｐｖを算出することができる。なお、差圧算出部３１が差圧Ｐｖを算出する動作は、後述する（戻り油を再生する動作）で説明する。
（戻り油を再生する動作）
本発明の実施例に係る建設機械１１０の油圧回路２０が戻り油を再生する動作を、図３及び図４を用いて説明する。ここで、以下の説明において、複合動作とは、図４に示すように、アーム１２の閉じ方向Ｍａの動作とブーム１１の上げ方向Ｍｂの動作とを同時に行う場合である。なお、本発明を適用することができる複合動作は、上記の動作に限定されるものではない。
図３に示すように、建設機械１１０は、ステップＳ３０１において、制御手段３０等を用いて、複合動作を開始する。開始後、建設機械１１０は、ステップＳ３０２に進む。
ステップＳ３０２において、建設機械１１０は、制御手段３０を用いて、油圧ポンプＰｍｐの吐出流量を制御する。その後、建設機械１１０は、ステップＳ３０３に進む。ここで、制御手段３０は、オペレータが操作レバー２５を用いて入力した操作量及び操作方向に基づいて、油圧ポンプＰｍｐの吐出流量を制御することができる。また、制御手段３０は、予め建設機械１１０に記憶されている制御マップ等を更に用いて、オペレータによって入力された操作量及び操作方向に基づいて、油圧ポンプＰｍｐの吐出流量を制御してもよい。
次に、ステップＳ３０３において、建設機械１１０は、検出手段２３を用いて、駆動圧を検出する。検出後、建設機械１１０は、ステップＳ３０４に進む。ここで、検出手段２３は、第１の圧力センサ２３ａ１、２３ａ２及び第２の圧力センサ２３ｂ１、２３ｂ２（図２）などを用いて、第１の駆動圧Ｐｄ１及び第２の駆動圧Ｐｄ２を検出することができる。
次いで、ステップＳ３０４において、建設機械１１０は、制御手段３０を用いて、検出手段２３が検出した駆動圧に基づいて、負荷圧差Ｐｍを算出する。算出後、建設機械１１０は、ステップＳ３０５に進む。ここで、制御手段３０は、ステップＳ３０３で検出手段２３が検出した第１の駆動圧Ｐｄ１及び第２の駆動圧Ｐｄ２を用いて、負荷圧差Ｐｍを算出することができる。制御手段３０は、例えば次式を用いて、負荷圧差Ｐｍを算出してもよい。
（数１）
Ｐｍ＝Ｐｄ１−Ｐｄ２
ステップＳ３０５において、建設機械１１０は、検出手段２３を用いて、再生回路に接続された油圧シリンダ２２のボトム圧Ｐｃｂ及びロッド圧Ｐｃｒを検出する。検出後、建設機械１１０は、ステップＳ３０６に進む。具体的には、検出手段２３は、第１の圧力センサ２３ａ１、２３ａ２を用いて、第１の油圧シリンダ２２ａのボトム圧Ｐｃｂ及びロッド圧Ｐｃｒを検出することができる。
ステップＳ３０６において、建設機械１１０は、制御手段３０の動作判断部３２を用いて、建設機械１１０の動作状態を判断する。ここで、建設機械１１０は、動作判断部３２が「自重降下状態」であると判断した場合には、ステップＳ３０７Ａに進む。建設機械１１０は、動作判断部３２が「掘削状態」であると判断した場合には、ステップＳ３０７Ｂに進む。
ステップＳ３０７Ａにおいて、建設機械１１０は、制御手段３０の差圧算出部３１を用いて、再生弁２４Ｖｔｈの上流側と下流側の差圧Ｐｖを算出する。算出後、建設機械１１０は、ステップＳ３０８に進む。ここで、差圧算出部３１は、例えば次式を用いて、差圧Ｐｖを算出することができる。なお、数２のＰｓｐは、本実施例では、アーム１２の保持圧である。
（数２）
Ｐｖ＝Ｐｍ−Ｐｓｐ＋Ｐｍ×２
例えば保持圧Ｐｓｐを４ＭＰａ、負荷圧差Ｐｍを５ＭＰａ及びシリンダの受圧面積をボトム側がロッド側の２倍とすると、差圧Ｐｖは−９ＭＰａとなる。
一方、ステップＳ３０７Ｂにおいて、建設機械１１０は、差圧算出部３１を用いて、再生弁２４Ｖｔｈの上流側と下流側の差圧Ｐｖを算出する。算出後、建設機械１１０は、ステップＳ３０８に進む。ここで、差圧算出部３１は、例えば次式を用いて、差圧Ｐｖを算出することができる。なお、数３のＰｄｇは、本実施例では、アーム１２の掘削圧である。
（数３）
Ｐｖ＝Ｐｍ＋Ｐｄｇ−Ｐｍ×２
例えば掘削圧Ｐｄｇを４ＭＰａ、負荷圧差Ｐｍを５ＭＰａ及びシリンダの受圧面積をボトム側がロッド側の２倍とすると、差圧Ｐｖは−１ＭＰａとなる。
ステップＳ３０８において、建設機械１１０は、制御手段３０を用いて、再生弁２４Ｖｔｈ及び流量制御弁２４Ｖｃｑの動作を制御する。その後、建設機械１１０は、ステップＳ３０９に進む。ここで、制御手段３０は、ステップＳ３０７Ａ又はステップＳ３０７Ｂで算出した差圧Ｐｖに基づいて、再生弁２４Ｖｔｈの開度を制御する。また、制御手段３０は、本実施例では、再生弁２４Ｖｔｈの開度を制御する前に、流量制御弁２４Ｖｃｑを全閉する。これにより、建設機械１１０（油圧回路２０）は、戻り油を油圧アクチュエータ（油圧シリンダ２２）に再供給（全量再生）することができる。
ここで、制御手段３０は、例えば次式（オリフィスの式）を用いて、差圧Ｐｖに対応する開口Ａを算出することができる。なお、数４のＱは圧油の流量、ｋは再生弁２４Ｖｔｈの開口の形状に対応する流量係数及びΔＰはステップＳ３０７Ａ又はステップＳ３０７Ｂで算出した差圧Ｐｖの絶対値である。
（数４）
Ａ＝Ｑ／（ｋ・ΔＰ１／２）
次に、ステップＳ３０９において、建設機械１１０は、制御手段３０を用いて、複合動作を終了するか否かを判断する。建設機械１１０は、複合動作を終了しない場合（動作を継続する場合）には、ステップＳ３０２に戻る。建設機械１１０は、複合動作を終了する場合には、図中のＥＮＤに進み、戻り油を再生する動作を終了する。
以上により、本実施例に係る建設機械１１０の油圧回路２０によれば、実施形態に係る建設機械１００の油圧回路２０と同様の効果を得ることができる。
また、本実施例に係る油圧回路２０によれば、算出した差圧Ｐｖに基づいて再生弁２４Ｖｔｈの開度を制御することができるので、アーム１２の閉じ動作とブーム１１の上げ動作を同時に行う複合操作時に、低負荷側のアーム１２の閉じ動作の操作性を確保するために、アーム１２（アーム用油圧シリンダ）に戻り油を再供給することができる。すなわち、本実施例に係る油圧回路２０によれば、複合操作時の低負荷側の油圧アクチュエータの操作性を確保することができる。また、本実施例に係る油圧回路２０によれば、低負荷の掘削動作の場合で、負荷圧差Ｐｍが掘削圧Ｐｄｇより高いときに、上記と同様の効果を得ることができる。更に、本実施例に係る油圧回路２０によれば、再生弁２４Ｖｔｈの開度及び流量制御弁２４Ｖｃｑの開口面積を制御することによって、低負荷側の動作（例えばアーム閉じ）又は高負荷側の動作（例えばブーム上げ）を優先して動作することができる。
（変形例１）
実施例１に係る建設機械１１０の油圧回路２０の変形例１を用いて、本発明を説明する。なお、本変形例に係る油圧回路の構成は実施例１に係る油圧回路２０の構成と同様の部分があるため、異なる部分を主に説明する。
（建設機械の油圧回路）
本変形例に係る油圧回路の再生回路を図５（ａ）に示す。
図５（ａ）に示すように、本変形例に係る油圧回路は、再生弁２４Ｖｔｈを方向制御弁２１ａと油圧シリンダ２２ａのボトム側との間の油路に配置している。また、本変形例に係る油圧回路は、保持弁Ｖｓｐを方向制御弁２１ａと油圧シリンダ２２ａのロッド側との間の油路に配置している。
ここで、保持弁Ｖｓｐとは、本変形例では、制御手段３０（コントローラ３０Ｃ）によって制御されるポペット弁である。保持弁Ｖｓｐは、アーム１２の閉じ方向の動作を制限する。すなわち、保持弁Ｖｓｐは、アーム１２の油圧シリンダ２２ａのロッド側のチャンバから流出する圧油の流れを遮断することによって、アーム１２が予定していない閉じ動作を実施することを防止する。
以上の構成により、本変形例に係る油圧回路によれば、実施例１に係る建設機械１１０の油圧回路２０と同様の効果を得ることができる。
（変形例２）
実施例１に係る建設機械１１０の油圧回路２０の変形例２を用いて、本発明を説明する。なお、本変形例に係る油圧回路の構成は実施例１に係る油圧回路２０の構成と同様の部分があるため、異なる部分を主に説明する。
（建設機械の油圧回路）
本変形例に係る油圧回路の再生回路を図５（ｂ）に示す。
図５（ｂ）に示すように、本変形例に係る油圧回路は、再生弁２４Ｖｔｈを方向制御弁２１ａと油圧シリンダ２２ａとの間の２つの油路をバイパスする油路に配置している。また、本変形例に係る油圧回路は、保持弁Ｖｓｐを方向制御弁２１ａと油圧シリンダ２２ａのロッド側との間の油路に配置している。更に、本変形例に係る油圧回路は、流量制御弁２４Ｖｃｑを方向制御弁２１ａと保持弁Ｖｓｐとの間の油路に配置している。なお、本変形例の再生回路は、保持弁５８と流量制御弁２４Ｖｃｑとを一体的に形成してもよい。
以上の構成により、本変形例に係る油圧回路によれば、実施例１及び変形例１に係る建設機械１１０の油圧回路２０と同様の効果を得ることができる。
以上、建設機械の油圧回路を含む本発明の好ましい実施形態及び実施例について説明したが、本発明は、上述した実施形態又は実施例に制限されるものではない。また、本発明は、添付の特許請求の範囲に照らし、種々に変形又は変更することが可能である。
１００ ： 建設機械
１０ ： 油圧アクチュエータ
１１ ： ブーム， １１ｃ ： ブームシリンダ
１２ ： アーム， １２ｃ ： アームシリンダ
１３ ： バケット， １３ｃ ： バケットシリンダ
２０ ： 油圧回路
２１ ： 方向制御弁（コントロールバルブ）
２１ａ ： 第１の方向制御弁， ２１ｂ ： 第２の方向制御弁
２２ ： 油圧シリンダ
２２ａ ： 第１の油圧シリンダ，２２ｂ ： 第２の油圧シリンダ
２３ ： 検出手段
２３ａ１，２３ａ２：第１の圧力センサ， ２３ｂ１，２３ｂ２：第２の圧力センサ
２４ ： 再生回路
２４Ｖｔｈ：再生弁（比例弁）
２４Ｖｃｑ：メータアウト弁（流量制御弁）
２５ ： 操作レバー
２５ａ ： 第１の操作レバー， ２５ｂ ： 第２の操作レバー
３０ ： 制御手段， ３０Ｃ ： コントローラ
３１ ： 差圧算出部
３２ ： 動作判断部
Ｐｍｐ ： 油圧ポンプ
Ｔｎｋ ： 作動油タンク（タンク）
Ｖｃｈ ： 逆止弁（ロードチェック）
Ｖｓｐ ： 保持弁
Ｐｄ１，Ｐｄ２： 駆動圧
Ｐｍ ： 負荷圧差
Ｐｖ ： 差圧
Ｐｃｂ ： ボトム圧
Ｐｃｒ ： ロッド圧
Ｐｓｐ ： 保持圧
Ｐｄｇ ： 掘削圧

Claims (10)

  1. 油圧ポンプから吐出された圧油を用いて、複数の油圧アクチュエータの動作を制御する建設機械の油圧回路であって、
    前記複数の油圧アクチュエータのうちの一の油圧アクチュエータに供給される圧油の第１の駆動圧及び他の油圧アクチュエータに供給される圧油の第２の駆動圧を検出する検出手段と、
    前記一の油圧アクチュエータからの戻り油を該一の油圧アクチュエータに再供給する再生回路と、
    前記建設機械に入力される操作量に応じて、前記油圧ポンプ、前記検出手段及び前記再生回路を制御する制御手段と
    を有し、
    前記再生回路は、前記戻り油を前記一の油圧アクチュエータに再供給する油路に再生弁を備え、
    前記制御手段は、前記検出手段が検出した前記第１の駆動圧と前記第２の駆動圧との負荷圧差に基づいて前記再生弁の上流側の油圧と下流側の油圧との差圧を算出する差圧算出部を備え、前記差圧算出部が算出した前記差圧に基づいて前記再生弁の開度を制御する、
    ことを特徴とする建設機械の油圧回路。
  2. 前記制御手段は、前記一の油圧アクチュエータに供給される圧油の流量を更に用いて、前記再生弁の開度を制御する、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. 前記再生回路は、前記戻り油をタンクに排出する流量制御弁を更に備え、
    前記制御手段は、前記流量制御弁の開口面積を変化させることによって、前記タンクに排出する前記戻り油の流量を制御する、
    ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の建設機械の油圧回路。
  4. 前記制御手段は、前記流量制御弁を全閉にした後に、前記再生弁の開度を制御する、ことを特徴とする請求項３に記載の建設機械の油圧回路。
  5. 前記再生弁は、入力される電気信号又はパイロット圧に応じて開度を変化する比例弁であり、
    前記制御手段は、前記再生弁に入力する前記電気信号又は前記パイロット圧を制御することによって、該再生弁の開度を制御する、
    ことを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の建設機械の油圧回路。
  6. 前記第１の駆動圧は、前記第２の駆動圧より低圧である、ことを特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の建設機械の油圧回路。
  7. 前記制御手段は、前記建設機械の動作状態を判断する動作判断部を更に備え、
    前記検出手段は、前記一の油圧アクチュエータの油圧シリンダのボトム圧及びロッド圧を更に検出し、
    前記動作判断部は、前記検出手段が検出した前記ボトム圧及び前記ロッド圧を用いて、前記動作状態を判断する、
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の建設機械の油圧回路。
  8. 前記制御手段は、前記建設機械の動作状態を判断する動作判断部を更に備え、前記一の油圧アクチュエータとして前記建設機械のアームの動作を制御し、
    前記検出手段は、前記アームに配置された油圧シリンダのボトム圧及びロッド圧を検出し、
    前記動作判断部は、前記ボトム圧と該ボトム圧の受圧面積との積及び前記ロッド圧と該ロッド圧の受圧面積との積を夫々算出し、算出した前記ボトム圧に関する積が前記ロッド圧に関する積を超える場合に掘削状態であると判断し、それ以外の場合に自重降下状態であると判断する、
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の建設機械の油圧回路。
  9. 前記差圧算出部は、前記動作判断部が前記掘削状態であると判断した場合に前記アームの掘削圧を更に用いて前記差圧を算出し、前記動作判断部が前記自重降下状態であると判断した場合に前記アームの保持圧を更に用いて前記差圧を算出する、
    ことを特徴とする請求項８に記載の建設機械の油圧回路。
  10. 前記制御手段は、前記再生弁の開度を制御することによって、前記他の油圧アクチュエータより前記一の油圧アクチュエータの動作を優先すること、又は、前記一の油圧アクチュエータより前記他の油圧アクチュエータの動作を優先すること、を特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の建設機械の油圧回路。
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