JP2014173616A - 作業機械の圧損低減回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】アクチュエータから方向切換弁への戻り油の圧力損失を、簡単な構成で、製造コストの増加を抑え、設置スペースを実質上不要にして、低減する。
【解決手段】圧損低減回路が、方向切換弁2の、アクチュエータ油路10とタンク油路14との間に、コントローラ8の信号によって開閉される、方向切換弁2にねじ込み取付けられたバイパス弁16を備え、コントローラ8は、アクチュエータ油路10にアクチュエータ4からの戻り油を流すときの切換スプール2aの操作信号に応じてバイパス弁16を開放し、アクチュエータ油路10とタンク油路14とを連通させ、戻り油を切換スプール2aとバイパス弁16に分岐して圧損を低減する。
【選択図】図1
【解決手段】圧損低減回路が、方向切換弁2の、アクチュエータ油路10とタンク油路14との間に、コントローラ8の信号によって開閉される、方向切換弁2にねじ込み取付けられたバイパス弁16を備え、コントローラ8は、アクチュエータ油路10にアクチュエータ4からの戻り油を流すときの切換スプール2aの操作信号に応じてバイパス弁16を開放し、アクチュエータ油路10とタンク油路14とを連通させ、戻り油を切換スプール2aとバイパス弁16に分岐して圧損を低減する。
【選択図】図1
Description
本発明は、油圧アクチュエータから方向切換弁に戻る作動油の圧損低減回路に関する。
作業機械、例えば代表例である油圧ショベルは、作業を行うためにシリンダのようなアクチュエータを多数備えている。アクチュエータは、オペレータが操作する方向切換弁によって給排されるポンプの吐出油により作動される。
ポンプの吐出油を、方向切換弁を介してシリンダのロッド側に供給し、ヘッド側の排出油を方向切換弁に戻す場合、戻りの油量は、シリンダのロッド側とヘッド側の断面積の違いから、単位時間当たりの供給油量に対する戻り油量は増幅され増加する。また、シリンダに加わる負荷重量によって戻り油が押し出されるような場合も、油量は増加する。
この増量の増加により方向切換弁の切換スプールを通る戻り油の圧力損失は増加する。したがって、多くのシリンダを頻繁に作動させ作業を行う作業機械においては、アクチュエータの作動速度が低下する、作業能率が悪化する、圧損を補足するための供給側の圧力増による燃費が悪化する、などの問題がある。
この圧損問題を改善する圧損低減回路が開発されている(例えば、特許文献1参照)。図5(特許文献1の図1の該当部分を抜粋して要部に符号を付したもの)を参照して説明する。
方向切換弁50と、シリンダ52のヘッド側52aおよびロッド側52bとはそれぞれ配管54,56によって、またタンク58とは配管60によってつながっている。ヘッド側の配管54はバイパス配管62、またロッド側の配管56はバイパス配管64により、それぞれタンク58に連通可能に分岐されている。バイパス配管62,64それぞれには電磁式可変リリーフ弁66が設けられている。配管54,56の一方をシリンダ52からの戻り油側に制御したとき、コントローラ68は、その配管54または56の電磁式可変リリーフ弁66を低負荷連通状態に制御し、戻り油を方向切換弁50とタンク58に分岐して方向切換弁50に流れる油量を減らし、圧損を低減させる。
上述したとおりの形態の従来の圧損低減回路には、次のとおりの改善の望まれている課題がある。
すなわち、方向切換弁とシリンダをつなぐ配管にタンクにつながるバイパス配管および電磁式可変リリーフ弁を追加するので、製造コストが増加する、設置スペースが必要、などの問題がある。
本発明は上記事実に鑑みてなされたもので、その技術的課題は、アクチュエータから方向切換弁への戻り油の圧力損失を、簡単な構成で、製造コストの増加を抑え、設置スペースを実質上不要にして、低減できる作業機械の圧損低減回路を提供することである。
本発明によれば上記技術的課題を解決する作業機械の圧損低減回路として、切換スプールを介してアクチュエータにポンプの吐出油を給排する方向切換弁と、コントローラと、を備え、該方向切換弁は、給排する吐出油をアクチュエータにつなぐ一対のアクチュエータ油路と、切換スプールを介したアクチュエータからの戻り油をタンクにつなぐタンク油路と、少なくとも一方のアクチュエータ油路とタンク油路との間に設けられ該コントローラの信号によって開閉される、方向切換弁の弁体にねじ込み取付けられたバイパス弁と、を備え、該コントローラは、バイパス弁を、バイパス弁付きのアクチュエータ油路にアクチュエータからの戻り油を流すときの切換スプールを操作する操作信号に応じて開放し、このアクチュエータ油路とタンク油路とを連通させ、戻り油をバイパス弁に分岐して戻り油の圧損を低減する、ことを特徴とする作業機械の圧損低減回路が提供される。
好適には、該バイパス弁は、ポペット式流量調整弁であり、該操作信号のないときにはポペットによって閉じられ、操作信号のあるときには操作信号の大小に応じて流量を増減し、アクチュエータ油路とタンク油路とを連通させる。
他の好適な形態においては、該バイパス弁は、可変リリーフ弁であり、該操作信号のないときには所定の圧力に設定され、操作信号のあるときには操作信号の大小に応じて設定圧を下げ、アクチュエータ油路とタンク油路とを連通させる。
そして、作業機械は油圧ショベルであり、アクチュエータは、バケットシリンダおよびアームシリンダであり、該バイパス弁付きのアクチュエータ油路が、それぞれのヘッド側につながっている。
本発明に従って構成された作業機械の圧損低減回路は、方向切換弁の、アクチュエータ油路とタンク油路との間に、コントローラの信号によって開閉される、方向切換弁の弁体にねじ込み取付けられたバイパス弁を備え、コントローラは、バイパス弁を備えたアクチュエータ油路にアクチュエータからの戻り油を流すときの切換スプールの操作信号に応じてバイパス弁を開放し、アクチュエータ油路とタンク油路とを連通させる。
したがって、アクチュエータからの戻り油は、方向切換弁の、スプールとバイパス弁の両方に分岐されるので、また方向制御弁とシリンダをつなぐ配管にバイパス配管および電磁式可変リリーフ弁を設けないので、アクチュエータから方向切換弁への戻り油の圧力損失を、簡単な構成で、製造コストの増加を抑え、設置スペースを実質上不要にして、低減できる。
以下、本発明に従って構成された作業機械の圧損低減回路について、好適実施形態を図示している添付図面を参照して、さらに詳細に説明する。
先ず図6を参照して、圧損低減回路が適用される作業機械の代表例である油圧ショベルについて説明する。油圧ショベル70は、下部走行体72と上部旋回体74を備え、多数の油圧アクチュエータを有する作業腕装置76が上部旋回体74に取付けられている。
作業腕装置76は、上部旋回体74に上下方向に揺動自在に取付けられたブーム76aと、ブーム76aの先端に上下方向に揺動自在に取付けられたアーム76bと、アーム76bの先端に上下方向に揺動自在に取付けられたバケット76cを備え、アクチュエータである、ブーム76aを揺動させるブームシリンダ76d、アーム76bを揺動させるアームシリンダ76eおよびバケット76cを揺動させるバケットシリンダ76fを備えている。
油圧ショベル70の代表的な作業であるバケット76cを用いた作業を能率よく行うには、アームシリンダ76eおよびバケットシリンダ76fの迅速な伸縮作動が要求され、バケット76cを開ける(動きを矢印Xで示す)、アーム76bを押出す(矢印Yで示す)際の作動速度を遅くするシリンダのヘッド側からの戻り油の圧損を低減する、圧損低減回路が備えられている。
図1および図2、主として図1を参照して説明する。圧損低減回路は、切換スプール2aを介してシリンダ4にポンプ6の吐出油を給排する方向切換弁2と、コントローラ8を備えている。
方向切換弁2は、それ自体に、給排する吐出油をシリンダ4につなぐ一対のアクチュエータ油路である、ヘッド側4aにつなぐヘッド側油路10およびロッド側4bにつなぐロッド側油路12と、切換スプール2aを介したシリンダ4からの戻り油をタンク13につなぐタンク油路14と、一方のアクチュエータ油路であるヘッド側油路10と、タンク油路14との間に設けられコントローラ8の信号によって開閉される、方向切換弁2の弁体2bにねじ込み取付けられたバイパス弁16を備えている。
方向切換弁2は、バイパス弁16以外は、「シリンダ伸長」・「中立」・「シリンダ収縮」の三位置を備えた周知の電磁式方向切換弁である。切換スプール2aはオペレータが操作するレバー22の操作に応じたコントローラ8からの操作信号の大きさに応じて「中立」位置からそれぞれの位置に移動切換えられる。
方向切換弁2は、センタバイパス油路24およびパラレル供給油路26を備えている。センタバイパス油路24は、ポンプ6の吐出油路28に接続し、切換スプール2a「中立」(図示の位置)のときにはそれを通過してタンク13につながり、ポンプ6とヘッド側油路10およびロッド側油路12との連通は閉じている。パラレル供給油路26は、ポンプ6の吐出油路28に接続し、切換スプール「中立」のときには切換スプール2aよって閉じられ、切換スプール2aを「シリンダ伸長」あるいは「シリンダ収縮」位置に切換えると、吐出油は切換スプール2aを介してヘッド側油路10あるいはロッド側油路12につながり、シリンダ4からの戻り油はタンク油路14につながる。
コントローラ8は、バイパス弁16を、バイパス弁付きのアクチュエータ油路であるヘッド側油路10にシリンダ4からの戻り油を流すとき(シリンダ収縮)の切換スプール2aを操作する操作レバー22の操作信号に応じて開放し、ヘッド側油路10とタンク油路14とを連通させる。
バイパス弁16は、ポペット式流量調整弁18、さらに詳しくは電磁比例流量調整弁であり、弁体2bの雌ねじ穴にねじ込み取付けられている。
ポペット式流量調整弁18は、コントローラ8からの電気信号である操作信号の大小に比例して流量を増減させる。操作信号のないときにはポペット18aによってアクチュエータ油路10からタンク油路14への連通を閉じ、操作信号のあるときにはアクチュエータ油路10とタンク油路14を信号に応じた流量で連通させる。
すなわち、ポペット式流量調整弁18は、方向切換弁2の切換スプール2aを「中立」位置から完全に「シリンダ収縮」位置に移動切換えるまでの操作レバー22の操作量に基づいたコントローラ8からの操作信号に応じて流量を調整し、タンク油路14への流れを可能にし、スプール2aが「中立」位置あるいはヘッド側4aに圧油を供給する「シリンダ伸長」位置のときには、ヘッド側油路10からタンク油路14への流れをポペット18によって止める。
ポペット式流量調整弁18としては、「カートリッジ式電子比例流量制御弁、ポペットタイプ、ねじ込み式」のような名称で市販されている製品を利用することができる。したがって、詳細な構造の説明は省略する。
次に、図2とともに図3、主として図3を参照して、バイパス弁16の他の例である可変リリーフ弁20を用いた圧損低減回路について説明する。図3は、可変リリーフ弁20以外は図2と同じであるので、同じ符号を付してその説明は省略する。
可変リリーフ弁20は、周知の電磁比例リリーフ弁であり、弁体2bの雌ねじ穴にねじ込み取付けられている。
可変リリーフ弁20には、操作レバー22の操作信号に応じた設定圧力を調整するための電気信号がコントローラ8から入力され、操作レバー22の操作信号の大小に応じて圧力が増減される。操作信号のないときには設定した高圧によってアクチュエータ油路10からタンク油路14への連通を閉じ、操作信号のあるときには操作信号の大小に応じて圧力を下げてアクチュエータ油路10とタンク油路14とを連通させる。
すなわち、可変リリーフ弁20は、方向切換弁2の切換スプール2aを「中立」位置から完全に「シリンダ収縮」位置に移動切換えるまでの操作レバー22の操作量に基づいたコントローラ8からの操作信号に応じて圧力を調整して下げ、タンク油路14への流れを可能にし、スプール2a「中立」位置あるいはヘッド側4aに圧油を供給する「シリンダ伸長」位置のときには、ヘッド側油路10からタンク油路14への流れを高圧の設定圧によって止める。
可変リリーフ弁20の圧力設定について図4を参して説明する。圧力設定は、作業機械におけるアクチュエータの使用形態、圧損の状況などに応じて適宜に設定することができる。
例えば、図4に特性線Aで示すように、操作信号Sのないときの最大圧力Pmaxから、最大操作信号Smax時の最小圧力P0に、連続した直線によって設定し、ヘッド側油路10に戻り油のない操作信号Sのないときにはヘッド側油路10とタンク油路14の連通を高圧力Pmaxによって閉じ、操作信号Sの大きさに応じて戻り油が多くなるにつれ、設定圧力Pを下げヘッド側油路10からタンク油路14への流れを多くする。
図4に特性線Bで示すように、操作信号Sのないときの最大圧力Pmaxから、例えば操作信号Sが最大操作信号Smaxの半分のSmax/2まではPmax、操作信号SがSmax/2を超え最大操作信号Smaxまでは最小圧力P0の2段に設定し、操作信号Sが0からSmax/2になるまではヘッド側油路10とタンク油路14の連通を高圧力Pmaxによって閉じ、操作信号SがSmax/2を超え戻り流量が増えた状態においては、設定圧力Pを最小圧力P0に下げてヘッド側油路10からタンク油路14に戻り油を流すようにする。
上述したとおりの作業機械の圧損低減回路の作用効果について説明する。
本発明に係る作業機械の圧損低減回路は、方向切換弁2の、アクチュエータ油路10とタンク油路14との間に、コントローラ8の信号によって開閉される、方向切換弁2の弁体2bにねじ込み取付けられたバイパス弁16を備え、コントローラ8は、バイパス弁16を備えたアクチュエータ油路10にアクチュエータ4からの戻り油を流すときの切換スプール2aの操作信号に応じてバイパス弁16を開放し、アクチュエータ油路10とタンク油路14とを連通させる。
したがって、アクチュエータ4からの戻り油は、方向切換弁2の、スプール2aとバイパス弁16の両方に分岐されてタンク13に流れる。そして、方向制御弁2とアクチュエータ4をつなぐ配管にバイパス配管および電磁式可変リリーフ弁を設けないので、アクチュエータ4から方向切換弁2への戻り油の圧力損失を、簡単な構成で、少ない部品で、容易な組立で、製造コストの増加を抑え、設置スペースを実質上不要にし、低減することができる。
さらに、バイパス弁16(ポペット式流量調整弁18、可変リリーフ弁20)の設定によって、操作レバー22の操作量が小さい微操作でアクチュエータ4からの戻り油量が少ないときには、バイパス弁16を通る流量を小さく、あるいは流量を止めれば、方向切換弁2のスプール2aによってアクチュエータ4を微作動させるように制御できる。
本発明に係る作業機械の圧損低減回路のバイパス弁16は、ポペット式流量調整弁18であり、操作信号のないときにはポペット18aによって閉じられ、操作信号のあるときには操作信号の大小に応じて流量を増減し、アクチュエータ油路10とタンク油路14とを連通させる。
したがって、ポペット式流量調整弁18は、バイパス弁として流量を調整するとともに、シリンダ4の伸長時あるいはシリンダ4を作動させない保持時の、シリンダ4ヘッド側4aの作動圧あるいはブロック圧を確実にポペット18aによって閉じ、タンク油路14へ流れるのを確実に防止する。
また、このポペット式流量調整弁18は、シリンダ4伸長時あるいはシリンダ4を作動させない保持時に、外部負荷などによってシリンダ4が伸長されるような場合、ヘッド側4aにタンク油路14側から作動油を補充する弁としても作用することができる。
作業機械の圧損低減回路のバイパス弁16の他の実施例は、可変リリーフ弁20であり、操作信号のないときには所定の圧力に設定され、操作信号のあるときには操作信号の大小に応じて設定圧を下げ、アクチュエータ油路とタンク油路とを連通させる。
したがって、可変リリーフ弁20は、バイパス弁として流量を調整するとともに、シリンダ4伸長時あるいはシリンダ4を作動させない保持時の、シリンダ4ヘッド側4aの作動圧あるいはブロック圧を所定の圧力によってリリーフ弁させることができ、さらに圧力設定に応じてタンク油路14へ流れを連続的に、あるいは段階的に調整できる。
本発明に係る作業機械の圧損低減回路の作業機械は油圧ショベルであり、アクチュエータは、バケットシリンダおよびアームシリンダである。
したがって、作業機械の油圧ショベルの代表的な作業であるアームシリンダおよびバケットシリンダを用いたバケット作業を、圧損を低減し、迅速に、能率よく行うことができる。
以上、本発明を実施例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、例えば下記のように、本発明の範囲内においてさまざまな変形あるいは修正ができるものである。
本発明の実施例においては、バイパス弁16は、一対のアクチュエータ油路10,12の一方のヘッド側油路10に備えられたが、作業機械の形態に応じて他方のロッド側油路12、あるいは両方に備えてもよい。
本発明の実施例におけるバイパス弁16は、ポペット式流量調整弁18、他の例は可変リリーフ弁20であるが、他の適宜の開閉弁、例えばオンオフ切換弁を用いてもよい。
本発明の実施例における方向切換弁2は、電磁式方向切換弁であるが、方向切換弁は油圧パイロット式方向切換弁あるいは手動式方向切換弁であってもよい。
2:方向切換弁
2a:切換スプール
4:シリンダ(アクチュエータ)
6:ポンプ
8:コントローラ
10:ヘッド側油路(アクチュエータ油路)
12:ロッド側油路(アクチュエータ油路)
13:タンク
14:タンク油路
16:バイパス弁
18:ポペット式流量調整弁(バイパス弁)
20:可変リリーフ弁(バイパス弁)
70:油圧ショベル(作業機械)
76e:アームシリンダ(アクチュエータ)
76f:バケットシリンダ(アクチュエータ)
2a:切換スプール
4:シリンダ(アクチュエータ)
6:ポンプ
8:コントローラ
10:ヘッド側油路(アクチュエータ油路)
12:ロッド側油路(アクチュエータ油路)
13:タンク
14:タンク油路
16:バイパス弁
18:ポペット式流量調整弁(バイパス弁)
20:可変リリーフ弁(バイパス弁)
70:油圧ショベル(作業機械)
76e:アームシリンダ(アクチュエータ)
76f:バケットシリンダ(アクチュエータ)
Claims (4)
- 切換スプールを介してアクチュエータにポンプの吐出油を給排する方向切換弁と、コントローラと、を備え、
該方向切換弁は、
給排する吐出油をアクチュエータにつなぐ一対のアクチュエータ油路と、
切換スプールを介したアクチュエータからの戻り油をタンクにつなぐタンク油路と、
少なくとも一方のアクチュエータ油路とタンク油路との間に設けられ該コントローラの信号によって開閉される、方向切換弁の弁体にねじ込み取付けられたバイパス弁と、を備え、
該コントローラは、
バイパス弁を、バイパス弁付きのアクチュエータ油路にアクチュエータからの戻り油を流すときの切換スプールを操作する操作信号に応じて開放し、このアクチュエータ油路とタンク油路とを連通させ、
戻り油をバイパス弁に分岐して戻り油の圧損を低減する、
ことを特徴とする作業機械の圧損低減回路。 - 該バイパス弁が、
ポペット式流量調整弁であり、
該操作信号のないときにはポペットによって閉じられ、操作信号のあるときには操作信号の大小に応じて流量を増減し、アクチュエータ油路とタンク油路とを連通させる、
ことを特徴とする請求項1記載の作業機械の圧損低減回路。 - 該バイパス弁が、
可変リリーフ弁であり、
該操作信号のないときには所定の圧力に設定され、操作信号のあるときには操作信号の大小に応じて設定圧を下げ、アクチュエータ油路とタンク油路とを連通させる、
ことを特徴とする請求項1記載の作業機械の圧損低減回路。 - 作業機械が油圧ショベルであり、
アクチュエータが、バケットシリンダおよびアームシリンダであり、
該バイパス弁付きのアクチュエータ油路が、それぞれのヘッド側につながっている、
ことを特徴とする請求項1から3までのいずれかに記載の作業機械の圧損低減回路。
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