JP2021088896A - 建設機械の油圧回路 - Google Patents

Abstract

【課題】良好なエネルギ効率を達成した上で、油圧シリンダの縮小時の失速状態及びキャビテーションを回避し、油圧シリンダへの外力による油圧機器の破損を防止できる建設機械の油圧回路を提供する。【解決手段】ブームシリンダ14,15の下げ操作時に、電気レバー93のレバー角度が小の微操作域では、メータアウト制御弁67,68を最小開口面積とし、レバー角度応じたコントロール弁31〜33のメータアウト開口面積及びメータイン開口面積に基づき、油圧シリンダ14,15のヘッド室及びロッド室への作動油の給排を制御する。一方、レバー角度が大のハーフ〜フル操作域では、コントロール弁31〜33のメータアウト開口面積及びメータイン開口面積を最大値まで増加させ、レバー角度に応じたメータアウト制御弁67,68の開口面積に基づきヘッド室からの作動油の排出を制御し、レバー角度に応じた油圧ポンプ22〜24の吐出流量に基づきロッド室への作動油の供給を制御する。【選択図】図３

Description

本発明は、建設機械の油圧回路に関する。

この種の建設機械、例えば油圧ショベルは、クローラを備えた下部走行体上に旋回装置を介して上部旋回体が設けられ、上部旋回体には多関節型の作業フロントが備えられている。作業フロントを構成するブーム、アーム及びバケットはそれぞれ油圧シリンダにより駆動され、これらの油圧シリンダを作動させるための油圧回路には、エンジンにより駆動されるメイン油圧ポンプ及びパイロット油圧ポンプが備えられている。オペレータの操作に応じて電磁比例弁が切り換えられ、それに応じてパイロット油圧ポンプからの作動油の圧力がパイロット圧としてコントロール弁に入力され、コントロール弁によりメイン油圧ポンプからの作動油が切り換えられて油圧アクチュエータが作動する。

コントロール弁のスプール特性を如何に設定するかは非常に重要な事項であり、例えばブームの微操作を容易にするためにコントロール弁のメータアウト開口面積の最小値を小さく設定すると、大流量時に絞り過ぎの状態になってエネルギ損失が増えてしまう。また、逆にメータアウト開口面積の最小値を大きく設定した場合には、ブーム下げ操作の際に問題が生じる。即ち、ブームの下げ操作時には、重力によりブームシリンダを縮小させてヘッド室内の作動油をコントロール弁のメータアウト開口部を経てタンク側に排出しており、このときにメータアウト開口部で生じる絞り作用によりブームを所期の下げ速度に制御している。しかしながら、コントロール弁のヘッド室内の作動油は掘削物やブームを含めた作業フロントの重量を受けて圧力上昇しているため、メータアウトの開口面積の最小値を大きく設定すると十分な絞り作用が得られなくなり、下げ速度を制御できずに所謂油圧シリンダの失速状態に陥ってしまう。

この問題を鑑みて特許文献１では、油圧シリンダのヘッド室とコントロール弁との間にメータアウト制御弁を設け、ブーム下げ操作時には、コントロール弁をオン・オフ的に駆動してブームシリンダの作動方向のみを制御している。そして、メータイン制御は油圧ポンプの吐出流量制御で行うことにより、過剰な絞りに起因するエネルギ損失の増加を防止し、メータアウト制御はメータアウト制御弁で行うことにより、油圧シリンダの失速を防止している。

一方、特許文献２には、ブームの下げ操作時に発生するキャビテーション対策が開示されている。超大型ショベルでは、ブームの下げ操作時にブームシリンダのヘッド側から排出される流量が過大であるため、コントロール弁のメータアウト絞りでキャビテーションが発生してエロージョン（壊食）を起こす場合がある。その対策として、ブームシリンダのヘッド側からの作動油をスローリターン弁の絞りを経てコントロール弁に戻すことにより、メータアウト絞りを直列多段化してキャビテーションを防止している。
また、ブームシリンダのヘッド側からの作動油を再生弁を経てロッド側に供給しており、これによりブームの自重落下エネルギの一部を再生してエネルギ効率を高めている。ロッド側への供給分だけコントロール弁のメータアウト開口部の通過流量が減少するため、キャビテーション防止にも貢献する。

特許第４１０６８９２号明細書 特開２０１５−４３７８号公報

しかしながら、特許文献１では、再生弁を備えていないためエネルギ効率が悪い上に、ヘッド側から排出される全ての作動油がメータアウト制御弁及びコントロール弁のメータアウト開口部を通過するため、キャビテーションの発生リスクが高いという問題がある。また、メータアウト制御弁が作動していない閉弁時にはヘッド側の圧力の逃げ場がないことから、ブームシリンダに縮小方向の外力が作用したときに、過大な圧力によりシリンダや配管・ホース等の油圧機器が破損する虞がある。

特許文献２では、キャビテーション防止のためにコントロール弁のメータアウト開口面積を縮小すると、メータインの開口面積も縮小してしまう。従って、油圧ポンプからコントロール弁のメータイン開口部を経てブームシリンダのロッド側に作動油を供給する際にメータイン損失が発生し、エネルギ効率の点で改良の余地があった。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、良好なエネルギ効率を達成した上で、重力を受けて油圧シリンダが縮小方向に作動する状況下での失速状態及びキャビテーションに起因するエロージョンを回避できると共に、油圧シリンダに縮小方向の外力が作用したときの油圧機器の破損を防止することができる建設機械の油圧回路を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の建設機械の油圧回路は、多関節型の作業装置を構成する複数の構造体の何れかに連結され、前記構造体を昇降する油圧シリンダと、操作部材の操作に対応して油圧ポンプからの作動油を前記油圧シリンダのヘッド室及びロッド室に給排して、前記油圧シリンダに前記構造体を昇降させるコントロール弁と、前記コントロール弁により前記油圧シリンダのヘッド室から作動油が排出され前記ロッド室に作動油が供給される前記構造体の下げ操作の際に、前記ヘッド室からの作動油の排出速度を調整するメータアウト制御弁と、前記構造体の下げ操作の際に、前記ヘッド室から排出される作動油の一部を前記ロッド室に供給して再生する再生弁と、前記コントロール弁、メータアウト制御弁及び再生弁を駆動制御する制御部とを備えた建設機械の油圧回路において、前記メータアウト制御弁は、最小開口面積に相当する位置と全開に相当する位置との間で開度調整され、前記構造体の下げ操作の際に、前記操作部材の操作量が小の第１の操作領域では、前記メータアウト制御弁が最小開口面積に相当する位置に保持され、前記操作部材の操作量に対応して増減する前記コントロール弁のメータアウト開口面積に基づき前記油圧シリンダのヘッド室からの作動油の排出が制御されると共に、前記操作部材の操作量に対応して増減する前記コントロール弁のメータイン開口面積に基づき前記ロッド室への作動油の供給が制御され、一方、前記操作部材の操作量が大の第２の操作領域では、前記コントロール弁のメータアウト開口面積及びメータイン開口面積がそれぞれ前記第１の操作領域における値からステップ的に増加され、前記操作部材の操作量に対応して増減する前記メータアウト制御弁の開口面積に基づき前記油圧シリンダのヘッド室からの作動油の排出が制御されると共に、前記操作部材の操作量に対応して増減する前記油圧ポンプの吐出流量に基づき前記ロッド室への作動油の供給が制御されるように構成されていることを特徴とする。

本発明の建設機械の油圧回路によれば、良好なエネルギ効率を達成した上で、重力を受けて油圧シリンダが縮小方向に作動する状況下での失速状態及びキャビテーションに起因するエロージョンを回避できると共に、油圧シリンダに縮小方向の外力が作用したときの油圧機器の破損を防止することができる。

実施形態の油圧ショベルを示す側面図である。 油圧ショベルに搭載された第１，２ブームシリンダを駆動するための油圧回路を示す図である。 第１，２ブームシリンダを縮小させるときの第１〜３コントロール弁及び第１，２メータアウト制御弁のスプール特性を示す図である。 第１，２ブームシリンダを縮小させるときの第１〜３コントロール弁及び第１，２メータアウト制御弁のメインスプールの受圧特性を示す図である。 第１，２ブームシリンダを縮小させるときの第１〜３メイン油圧ポンプの吐出流量特性を示す図である。 ジャッキアップ時の油圧ショベルを示す側面図である。 コントローラにより実行されるジャッキアップ判定ルーチンを示すフローチャートである。

以下、本発明を鉱山等で稼働する超大型油圧ショベルの油圧回路に具体化した一実施形態を説明する。
図１は本実施形態の油圧ショベルを示す側面図である。
油圧ショベル１の下部走行体２にはクローラ３が備えられ、クローラ３は図示しない走行用油圧モータにより駆動されて油圧ショベル１を走行させる。下部走行体２上には旋回装置４を介して上部旋回体５が設けられ、旋回装置４の図示しない旋回用油圧モータにより駆動されて上部旋回体５が旋回する。上部旋回体５の旋回フレーム６上の前部にはオペレータが搭乗する運転室７が設けられ、運転室７の後側には建屋８が設けられ、建屋８の後部にはカウンタウエイト９が固定されている。

上部旋回体５の運転室７の右側には多関節型の作業フロント１０（本発明の作業装置に相当）が前方に向けて取り付けられ、作業フロント１０はブーム１１（本発明の構造体に相当）、アーム１２（本発明の構造体に相当）及びバケット１３（本発明の構造体、作業具に相当）から構成されている。ブーム１１には左右一対の第１，２ブームシリンダ１４，１５（本発明の油圧シリンダに相当）が連結され、アーム１２にはアームシリンダ１６が連結され、バケット１３にはバケットシリンダ１７が連結され、それぞれ対応する油圧シリンダ１４〜１７により角度変更される。

後述するように建屋８内には、エンジンにより駆動される油圧ポンプ等の油圧回路を構成する各種油圧機器が搭載され、運転室７内には、各種操作装置（代表として図２に電気レバー９３を示す）が設けられている。操作装置がオペレータにより操作されると、油圧ポンプから吐出された作動油の流路や流量が切り換えられて走行用及び旋回用油圧モータや各油圧シリンダ１４〜１７等に供給され、これらの油圧アクチュエータが作動する。

図２は油圧ショベル１に搭載された第１，２ブームシリンダ１４，１５を駆動するための油圧回路１８を示す図である。以下、同図に基づき油圧回路１８の構成を説明するが、アームシリンダ１６或いはバケットシリンダ１７についても同様の油圧回路が適用される。

油圧回路１８には、第１，２ブームシリンダ１４，１５への作動油の給排を制御する第１〜３コントロールユニット１９〜２１が設けられている。コントロールユニット１９〜２１には、図示しないエンジンにより駆動される可変容量型の第１〜３メイン油圧ポンプ２２〜２４が設けられ、各メイン油圧ポンプ２２〜２４はレギュレータ２５〜２７によりそれぞれの傾転角、ひいては作動油の吐出量が調整される。第１〜３メインポンプ２２〜２４の吐出側にはそれぞれポンプ管路２８〜３０を介して第１〜３コントロール弁３１〜３３が接続され、各コントロール弁３１〜３３はブリードオフ管路３４〜３６及びリターン管路３７〜３９を介してそれぞれ作動油タンク４０に接続されている。

第１，２ブームシリンダ１４，１５のヘッド室１４ａ，１５ａはヘッド室接続管路４２を介して互いに接続され、ロッド室１４ｂ，１５ｂはロッド室接続管路４３を介して互いに接続されている。第１〜３コントロール弁３１〜３３にはそれぞれヘッド側管路４４〜４６の一端が接続され、第１，３コントロール弁３１，３３のヘッド側管路４４，４６の他端がヘッド室接続管路４２に接続されると共に、これらのヘッド側管路４４，４６を互いに接続する第１連通管路４７に第２コントロール弁３２のヘッド側管路４５の他端が接続されている。また、第２，３コントロール弁３２，３３にはそれぞれロッド側管路４８，４９の一端が接続され、各ロッド側管路４８，４９の他端はロッド室接続管路４３にそれぞれ接続されている。

各ヘッド側管路４４〜４６はそれぞれリリーフ管路５０〜５２を介して作動油タンク４０に接続され、各リリーフ管路５０〜５２にはリリーフ弁５３〜５５及び逆止弁５６〜５８が介装されている。各ロッド側管路４８，４９はそれぞれリリーフ管路５９，６０を介して作動油タンク４０に接続され、各リリーフ管路５９，６０にはリリーフ弁６１，６２及び逆止弁６３，６４が介装されている。

ヘッド室接続管路４２と第１連通管路４７との間の箇所において、第１，３コントロール弁３１，３３から延設されたヘッド側管路４４，４６は第２連通管路６５を介して互いに接続されている。ヘッド室接続管路４２と第２連通管路６５とは逆止弁６６を介して接続され、この逆止弁６６は、第２連通管路６５からヘッド室接続管路４２への作動油の流通を許容し、逆の流通を阻止するようになっている。そして各ヘッド側管路４４，４６には、逆止弁６６に対して並列関係になるように第１，２メータアウト制御弁６７，６８がそれぞれ介装されている。また、第２連通管路６５とロッド室接続管路４３とは再生管路６９を介して接続され、再生管路６９には再生弁７０及び逆止弁７１が介装されている。この逆止弁７１は、第２連通管路６５からロッド室接続管路４３への作動油の流通を許容し、逆の流通を阻止するようになっている。

第１，２メータアウト制御弁６７，６８の受圧室６７ａ，６８ａには後述するメータアウト制御用電磁比例弁８１からパイロット圧が入力され、それに応じて各メータアウト制御弁６７，６８の開度が調整される。本実施形態のメータアウト制御弁６７，６８は全閉には切り換えられず、最小開口面積に相当するＸ位置と、全開に相当するＹ位置との間で開度調整される。再生弁７０の受圧室７０ａには後述する再生制御用電磁比例弁８２からパイロット圧が入力され、それに応じて再生弁７０が全閉に相当するＸ位置と全開に相当するＹ位置との間で切り換えられる。第１〜３コントロール弁３１〜３３の一対の受圧室３１ａ,３１ｂ〜３３ａ,３３ｂには後述する第１〜３ブーム制御用電磁比例弁７５〜８０からそれぞれパイロット圧が入力され、それに応じて各コントロール弁３１〜３３がＮ位置、Ｘ位置、Ｙ位置の間で切り換えられる。これらメータアウト制御弁６７，６８、再生弁７０及びコントロール弁３１〜３３の作動状態については後述する。

複数の電磁比例弁により構成される電磁比例弁ユニット７３には、図示しないエンジンにより駆動されるパイロット油圧ポンプ７４が設けられている。電磁比例弁ユニット７３は、第１〜３ブーム制御用電磁比例弁７５〜８０、メータアウト制御用電磁比例弁８１、及び再生制御用電磁比例弁８２からなる。各電磁比例弁７５〜８２は、ポンプ管路１１３を介してパイロット油圧ポンプ７４の吐出側にそれぞれ接続されると共に、リターン管路１１４を介して作動油タンク４０とそれぞれ接続され、ポンプ管路１１３とリターン管路１１４との間にはリリーフ弁１１５が介装されている。

第１〜３ブーム制御用電磁比例弁７５〜８０は、パイロット管路８３〜８８を介して第１〜３コントロール弁３１〜３３の一対の受圧室３１ａ,３１ｂ〜３３ａ,３３ｂにそれぞれ接続されている。メータアウト制御用電磁比例弁８１は、パイロット管路９０を介して第１，２メータアウト制御弁６７，６８の受圧室６７ａ，６８ａにそれぞれ接続され、再生制御用電磁比例弁８２は、パイロット管路９１を介して再生弁７０の受圧室７０ａに接続されている。

非励磁時の各電磁比例弁７５〜８２は図示されているＸ位置に保持され、パイロット油圧ポンプ７４からの作動油を遮断している。何れかの電磁比例弁７５〜８２のソレノイド７５ａ〜８２ａに後述するコントローラ９２から駆動信号が入力されると、その電磁比例弁７５〜８２が図示とは逆のＹ位置に切り換えられて作動油を通過させる。これにより、切り換えられた電磁比例弁７５〜８２に接続されているコントロール弁３１〜３３、メータアウト制御弁６７，６８、或いは再生弁７０の受圧室３１ａ,３１ｂ〜３３ａ,３３ｂ, ６７ａ,６８ａ,７０ａにパイロット圧が入力される。

油圧回路１８を制御するコントローラ９２（本発明の制御部に相当）は、図示しない入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等により構成されている。

コントローラ９２の入力側には、ブーム１１を昇降操作するための電気レバー９３（本発明の操作部材に相当）、第１，２ブームシリンダ１４，１５のストロークを検出するストロークセンサ９４，９５、第１〜３メイン油圧ポンプ２２〜２４の傾転角を検出する角度センサ９７〜９９、各メイン油圧ポンプ２２〜２４の吐出圧力をそれぞれ検出するポンプ吐出圧力センサ１００〜１０２、ヘッド側管路４６内の作動油の圧力（ヘッド室の圧力でもある）を検出するヘッド側圧力センサ１０３、ロッド側管路４９内の作動油の圧力を検出するロッド側圧力センサ１０４、各電磁比例弁７５〜８２からのパイロット圧を検出するパイロット圧力センサ１０５〜１１２等の各種センサ・スイッチ類が接続され、コントローラ９２に電気レバー９３の操作状況やセンサ検出情報等が入力される。

また、コントローラ９２の出力側には、第１〜３メイン油圧ポンプ２２〜２４の傾転角を調整するレギュレータ２５〜２７、第１〜３ブーム制御用電磁比例弁７５〜８０、メータアウト制御用電磁比例弁８１及び再生制御用電磁比例弁８２の各ソレノイド７５ａ〜８２ａ等の各種デバイス類が接続され、コントローラ９２からの駆動信号に基づき作動する。なお、図２では、各センサからコントローラ９２への信号線を省略している。

油圧ショベル１の稼働中には、コントローラ９２の制御に基づき第１〜３メイン油圧ポンプ２２〜２４及びパイロット油圧ポンプ７４が作動して作動油を吐出している。電気レバー９３が非操作状態のときにはコントローラ９２からは駆動信号が出力されず、各電磁比例弁７５〜８２がＸ位置に保持される。結果として各受圧室３１ａ,３１ｂ〜３３ａ,３３ｂ,６７ａ,６８ａ,７０ａにパイロット圧が入力されず、第１〜３コントロール弁３１〜３３はＮ位置に保持され、第１，２メータアウト制御弁６７，６８は最小開口面積に相当するＸ位置に保持され、再生弁７０は全閉に相当するＸ位置に保持される。

第１〜３メイン油圧ポンプ２２〜２４からの作動油は、第１〜３コントロール弁３１〜３３のブリードオフ開口部を経てブリードオフ管路３４〜３６から作動油タンク４０に戻され、第１，２ブームシリンダ１４，１５のヘッド室１４ａ，１５ａ及びロッド室１４ｂ，１５ｂが遮断されてブーム１１が現在の位置に保持される。

電気レバー９３がブーム上げ方向に操作されると、コントローラ９２からの駆動信号が電磁比例弁７５,７７,７９のソレノイド７５ａ,７７ａ,７９ａに入力されて、各電磁比例弁７５,７７,７９がＹ位置に切り換えられる。第１〜３コントロール弁３１〜３３の受圧室３１ａ,３２ａ,３３ａにはパイロット圧が入力され、各コントロール弁３１〜３３がＸ位置に切り換えられる。第１〜３メイン油圧ポンプ２２〜２４からの作動油は、対応するコントロール弁３１〜３３のメータイン開口部からヘッド側管路４４〜４６、第２連通管路６５、逆止弁６６、及びヘッド室接続管路４２を経て第１，２ブームシリンダ１４，１５のヘッド室１４ａ，１５ａに供給される。

これと並行してロッド室１４ｂ，１５ｂの作動油がロッド室接続管路４３、ロッド側管路４８，４９、第２，３コントロール弁３２，３３のメータアウト開口部、及びリターン管路３８，３９を経て作動油タンク４０に戻される。このため、第１，２ブームシリンダ１４，１５が伸張してブーム１１を上昇させる。

電気レバー９３がブーム下げ方向に操作されると、コントローラ９２からの駆動信号が電磁比例弁７６,７８,８０,８１,８２のソレノイド７６ａ,７８ａ,８０ａ,８１ａ,８２ａに入力されて、各電磁比例弁７６,７８,８０,８１,８２がＹ位置に切り換えられる。これにより、第１〜３コントロール弁３１〜３３の受圧室３１ｂ,３２ｂ,３３ｂ、第１，２メータアウト制御弁６７，６８の受圧室６７ａ，６８ａ、再生弁７０の受圧室７０ａにそれぞれパイロット圧が入力される。

各コントロール弁３１〜３３はＹ位置に切り換えられ、第２，３メイン油圧ポンプ２３，２４からの作動油が第２，３コントロール弁３２，３３のメータイン開口部からロッド側管路４８，４９及びロッド室接続管路４３を経て第１，２ブームシリンダ１４，１５のロッド室１４ｂ，１５ｂに供給される。これと並行して第１，２メータアウト制御弁６７，６８の開度が増加方向（Ｙ位置側）に調整され、第１，２ブームシリンダ１４，１５のヘッド室１４ａ，１５ａの作動油が各メータアウト制御弁６７，６８からヘッド側管路４４〜４６、第１〜３コントロール弁３１〜３３のメータアウト開口部及びリターン管路３７〜３９を経て作動油タンク４０に戻される。このため、第１，２ブームシリンダ１４，１５が縮小してブーム１１を下降させる。

また、再生弁７０が全開に相当するＹ位置に切り換えられ、第１，２メータアウト制御弁６７，６８を通過した作動油の一部が逆止弁７１、再生弁７０及びロッド室接続管路４３を経て第１，２ブームシリンダ１４，１５のロッド室１４ｂ，１５ｂに供給される。これにより、ブームの自重落下エネルギの一部が再生される。

図３は第１，２ブームシリンダ１４，１５を縮小させるときの第１〜３コントロール弁３１〜３３及び第１，２メータアウト制御弁６７，６８のスプール特性を示す図であり、横軸はスプール変位量を示し、縦軸は開口面積を示している。
図３に破線で示すように第１，２メータアウト制御弁６７，６８の開口面積は、スプール変位量が０からポイントａまでの領域で最小開口面積に保たれ、ポイントａを超えると一定の変化率で増加してポイントｐで最大値に達する特性になっている。以下、ポイントａを境界としてスプール変化量が小の領域を微操作域（本発明の第１の操作領域に相当）と称し、大の領域をハーフ〜フル操作域（本発明の第２の操作領域に相当）と称する。

第１〜３コントロール弁３１〜３３は、ブリードオフ開口部、メータイン開口部及びメータアウト開口部を有する。図３に実線で示すようにブリードオフ開口面積は、スプール変位量が０から増加すると最大値から一定の変化率で低下し、微操作域内のポイントｂで変化率を縮小させてより緩やかに低下し、ハーフ〜フル操作域内のポイントｃで０まで低下する。メータアウト開口面積は、微操作域内のスプール変位量が０からポイントｄまでの領域で０に保たれ、ポイントｄを超えると一定の変化率で増加してポイントｍで最大値に達する。メータイン開口面積は、メータアウト開口面積と同じくポイントｄまでは０に保たれ、ポイントｄを超えると一定の変化率で増加し、ハーフ〜フル操作域内のポイントｅで変化率を拡大させ、メータアウト開口面積よりも急激に増加してポイントｏで最大値に達する。

図４は第１，２ブームシリンダ１４，１５を縮小させるときの第１〜３コントロール弁３１〜３３及び第１，２メータアウト制御弁６７，６８のメインスプールの受圧特性を示す図であり、横軸は電気レバーの操作角度（以下、レバー角度と称する）を示し、縦軸はメインスプールの変位量を示している。メインスプールの変位量は、ブーム制御用電磁比例弁７５〜８０のソレノイド７５ａ〜８０ａに流される電流値でもある。

図４に破線で示すように第１，２メータアウト制御弁６７，６８のスプール変位量は、レバー角度が０からポイントｆまでは０に保たれ、このスプール変位量=０の領域が微操作域に相当する。ハーフ〜フル操作域では、スプール変位量が一定の変化率で増加した後にポイントｇでステップ的に最大値まで増加し、その後はレバー角度に関わらず最大値に保たれる。

図４に実線で示すように第１〜３コントロール弁３１〜３３のスプール変位量は、レバー角度が０からポイントｈまでは所定値に保たれ、微操作域内のポイントｈを超えると一定の変化率で増加する。レバー角度がハーフ〜フル操作域との境界のポイントｉに達すると、スプール変位量はステップ的に最大値まで増加し、その後はレバー角度に関わらず最大値に保たれる。

図５は第１，２ブームシリンダ１４，１５を縮小させるときの第１〜３メイン油圧ポンプ２２〜２４の吐出流量特性を示す図であり、横軸のレバー角度は図４と対応し、縦軸はポンプ吐出流量を示している。
図５に示すように第１〜３メイン油圧ポンプの吐出流量は、微操作域内では所定値に保たれ、レバー角度がハーフ〜フル操作域との境界のポイントｊに達すると、一定の変化率で増加してポイントｋで最大値に達し、その後はレバー角度に関わらず最大値に保たれる。

以上のようなコントロール弁３１〜３３、メータアウト制御弁６７，６８及びメイン油圧ポンプ２２〜２４の特性に基づき、電気レバー９３がブーム下げ方向に操作されたときには、以下のようにブームシリンダ１４，１５が駆動制御される。

まず微操作域内での制御状況を説明する。レバー角度が０から増加すると、図４に示すように第１〜３コントロール弁３１〜３３のスプール変位量はポイントｈに相当する値までステップ的に増加し、ポイントｈを超えるとレバー角度の増加と共に増加してポイントｉに達する。このため、図３において第１〜３コントロール弁３１〜３３のブリードオフ開口面積は、最大値からポイントｈに相当するスプール変位量までステップ的に急減し、メータアウト開口面積及びメータイン開口面積は、ポイントｄを超えた時点から一定の変化率で増加する。

図３に示すように微操作域内では、レバー角度に関わらず第１，２メータアウト制御弁６７，６８が最小開口面積に保たれ、図５に示すように、第１〜３メイン油圧ポンプ２２〜２４の吐出流量が所定値に保たれている。このため、第１，２ブームシリンダ１４，１５のロッド室１４ｂ，１５ｂへの作動油の供給及びヘッド室１４ａ，１５ａからの作動油の排出は、メータアウト開口面積及びメータイン開口面積の増減に応じて行われる。それぞれの開口面積は小さくて十分な絞り作用を奏し、且つ開口面積の変化率（図３中の特性線の傾斜）が小であるため、ロッド室１４ｂ，１５ｂやヘッド室１４ａ，１５ａへの作動油の給排、ひいてはブーム１１を下降させるときの電気レバー９３による微操作を容易に行うことができる。

また、メータアウト開口面積及びメータイン開口面積が十分な絞り作用を奏することは、ブーム１１の下げ速度を確実に制御できることにもつながり、この微操作域におけるブームシリンダ１４，１５の失速状態を回避することができる。

一方、第１，２メータアウト制御弁６７，６８が最小開口面積に保たれている状態は、第１，２ブームシリンダ１４，１５のヘッド室１４ａ，１５ａ内が第１，２メータアウト制御弁６７，６８の僅かな開口箇所を介して作動油タンク４０側と連通していることを意味する。従って、下降中のブームシリンダ１４，１５に縮小方向の外力が作用した場合には、ヘッド室１４ａ，１５ａ内の作動油が各メータアウト制御弁６７，６８を経て作動油タンク４０に逃がされることから、過大な圧力によりブームシリンダ１４，１５や配管・ホース等の油圧機器が破損する事態を未然に防止することができる。

次いで、ハーフ〜フル操作域内での制御状況を説明する。図４に示すようにハーフ〜フル操作域に移行したポイントｉの時点で、第１〜３コントロール弁３１〜３３のスプール変位量がステップ的に最大値まで増加する。このため図３においてメータアウト開口面積は、ポイントｌから最大値のポイントｍまでステップ的に増加し、メータイン開口面積はポイントｎから最大値のポイントｏまでステップ的に増加するため、結果としてハーフ〜フル操作域内ではそれぞれ最大値に保たれる。従って、メータアウト開口面積及びメータイン開口面積は、微操作域とハーフ〜フル操作域との間でオン・オフ的に駆動されることになる。

一方、図５に示すように第１〜３メイン油圧ポンプ３１〜３３の吐出流量は、レバー角度の増加と共に増加してポイントｋに達する。また図４に示すように、レバー角度の増加と共に第１，２メータアウト制御弁６７，６８のスプール変位量が増加し、図３に示すように、スプール変位量の増加と共に開口面積が増加して最大値のポイントｐに達する。

結果としてハーフ〜フル操作域内において、第１，２ブームシリンダ１４，１５のヘッド室１４ａ，１５ａからの作動油の排出は、レバー角度に応じて増減する第１，２メータアウト制御弁６７，６８の開口面積により制御される。より詳しく述べると、第１〜３コントロール弁３１〜３３のメータアウト開口面積を最大値に保ちながら、レバー角度に応じて第１，２メータアウト制御弁６７，６８の開口面積を増減することにより、ヘッド室１４ａ，１５ａからの作動油の排出速度を調整している。

このため第１，２ブームシリンダ１４，１５の作動速度、ひいてはブームの下げ速度を適切に制御でき、このハーフ〜フル操作域内においてもブームシリンダ１４，１５の失速状態を回避することができる。また、結果として各コントロール弁３１〜３３と各メータアウト制御弁６７，６８とでそれぞれ絞り作用が得られ、油圧回路１８全体でのメータアウト絞りが直列多段化されるため、キャビテーションに起因するエロージョンを回避することができる。

また、第１，２ブームシリンダ１４，１５のロッド室１４ｂ，１５ｂへの作動油の供給は、各コントロール弁３１〜３３のメータイン開口面積を最大値に保った状態で、レバー角度に応じて増減するメイン油圧ポンプ２２〜２４の吐出流量により制御される。各コントロール弁３１〜３３のメータイン開口面積を最大値に保つことにより、メータイン損失は最小限に抑制され、良好なエネルギ効率を実現することができる。

一方、ブーム下げ操作中の再生弁７０は、微小操作域からハーフ〜フル操作域までの全ての領域で全開に相当するＹ位置に保持される。これにより、第１，２メータアウト制御弁６７，６８を通過した作動油の一部が第１，２ブームシリンダ１４，１５のロッド室１４ｂ，１５ｂに供給される。従って、ブーム１１の自重落下エネルギの一部を再生してエネルギ効率をより向上できると共に、ロッド側への供給分だけコントロール弁３１〜３３のメータアウト絞りの通過流量が減少するため、キャビテーション防止にも貢献する。

ところで、油圧ショベル１の下部走行体２やクローラ３等の点検には、図６に示すように、作業フロント１０のバケット１３を接地させて車体をジャッキアップさせた状態で実施される場合がある。このときにもブーム１１は下げ操作され、バケット１３の接地後にもブーム１１の下げ操作が継続されて車体を目的の高さまでジャッキアップするが、バケット１３が接地した後はブームシリンダ１４，１５のヘッド室とロッド室との油圧が逆転する。即ち、接地前には、掘削物やブーム１１を含めた作業フロント１０の重量を受けてヘッド室が圧力上昇し、第１，２メータアウト制御弁６７，６８によりヘッド室１４ａ，１５ａからの作動油の排出速度を調整することで適切なブーム下げ速度を実現している。

これに対して接地後には、接地前よりもヘッド室の圧力は低下するが、車体の重量に抗して第２，３メイン油圧ポンプ２３，２４からの作動油がロッド室に供給されることから、ロッド室の圧力が上昇する。この状態においてヘッド室からの作動油の排出速度をメータアウト制御弁６７，６８で調整することは、ロッド室への作動油の供給の妨げになり、ジャッキアップ完了までの所要時間が長引くと共に、第２，３メイン油圧ポンプ２３，２４の駆動ロスの要因にもなる。そこで、このような不具合の対策を別例として以下に説明する。

図７はコントローラ９２により実行されるジャッキアップ判定ルーチンを示すフローチャートであり、当該ルーチンを実行するときのコントローラ９２が本発明のジャッキアップ判定部として機能する。
まずステップ１で、油圧ショベル１のジャッキアップを示すジャッキアップフラグがONされているか否かを判定し、ジャッキアップ中でないことを示すOFFのときにはＮo（否定）の判定を下してステップ２に移行する。ステップ２ではブームの下げ操作が行われているか否かを判定し、Ｎoのときには一旦ルーチンを終了する。ステップ２の判定がＹes（肯定）になると、ステップ３に移行して予め設定されたジャッキアップ条件が成立しているか否かを判定する。

この別例では、ヘッド側圧力センサ１０３により1MPa以下のヘッド室の圧力が0.5sec継続して検出されることがジャッキアップ条件として設定されている。なおジャッキアップ条件は、これに限るものではなく、例えばロッド室の圧力が所定値を超えた状態が所定時間継続した状態としてもよい。

ステップ３の判定がＮoのとき、即ちブーム下げ操作中であるが、未だバケット１３が接地せずにジャッキアップしていない状態では、一旦ルーチンを終了する。ジャッキアップ条件の成立によりステップ３でＹesの判定を下した場合には、ステップ４でジャッキアップフラグをONした後に、一旦ルーチンを終了する。なお、ジャッキアップまで至らない通常のブーム１１の下げ操作では、ジャッキアップ条件が成立せず、ジャッキアップフラグがOFF状態に保たれる。

一方、このようにしてジャッキアップフラグがONされた後には、ステップ１の判定がＹesになるためステップ５に移行してブーム１１の下げ操作が行われているか否かを判定し、ブームの下げ操作が継続中のときには、Ｙesの判定を下してルーチンを終了する。そして、ブーム１１の下げ操作が終了してステップ５の判定がＮoになると、ステップ６に移行してジャッキアップフラグをOFFする。

以上の処理により、油圧ショベル１のジャッキアップ中にジャッキアップフラグがONされ、このときに限ってコントローラ９２は、図４の特性とは関係なく第１，２メータアウト制御弁６７，６８を全開に制御する。従って、ブーム下げ操作によりバケット１３が接地すると、各メータアウト制御弁６７，６８が全開にされてブームシリンダ１４，１５のヘッド室の圧力が低下し、第２，３メイン油圧ポンプ２３，２４からの作動油がロッド室に円滑に供給される。これにより迅速にジャッキアップを完了できると共に、メイン油圧ポンプ２３，２４の駆動ロスを低減することができる。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、第１，２ブームシリンダ１４，１５を駆動するための油圧回路１８として具体化したが、アームシリンダ１６やバケットシリンダ１７の油圧回路に適用してもよい。

１ 油圧ショベル（建設機械）
１０ 作業フロント（作業装置）
１１ ブーム（構造体）
１２ アーム（構造体）
１３ バケット（構造体、作業具）
１４，１５ ブームシリンダ（油圧シリンダ）
２２ 第１メイン油圧ポンプ
２３ 第２メイン油圧ポンプ
２４ 第３メイン油圧ポンプ
３１ 第１コントロール弁
３２ 第２コントロール弁
３３ 第３コントロール弁
６７ 第１メータアウト制御弁
６８ 第２メータアウト制御弁
７０ 再生弁
９２ コントローラ（制御部、ジャッキアップ判定部）
９３ 電気レバー（操作部材）

Claims (2)

1. 多関節型の作業装置を構成する複数の構造体の何れかに連結され、前記構造体を昇降する油圧シリンダと、
   操作部材の操作に対応して油圧ポンプからの作動油を前記油圧シリンダのヘッド室及びロッド室に給排して、前記油圧シリンダに前記構造体を昇降させるコントロール弁と、
   前記コントロール弁により前記油圧シリンダのヘッド室から作動油が排出され前記ロッド室に作動油が供給される前記構造体の下げ操作の際に、前記ヘッド室からの作動油の排出速度を調整するメータアウト制御弁と、
   前記構造体の下げ操作の際に、前記ヘッド室から排出される作動油の一部を前記ロッド室に供給して再生する再生弁と、
   前記コントロール弁、メータアウト制御弁及び再生弁を駆動制御する制御部と
   を備えた建設機械の油圧回路において、
   前記メータアウト制御弁は、最小開口面積に相当する位置と全開に相当する位置との間で開度調整され、
   前記構造体の下げ操作の際に、前記操作部材の操作量が小の第１の操作領域では、前記メータアウト制御弁が最小開口面積に相当する位置に保持され、前記操作部材の操作量に対応して増減する前記コントロール弁のメータアウト開口面積に基づき前記油圧シリンダのヘッド室からの作動油の排出が制御されると共に、前記操作部材の操作量に対応して増減する前記コントロール弁のメータイン開口面積に基づき前記ロッド室への作動油の供給が制御され、一方、前記操作部材の操作量が大の第２の操作領域では、前記コントロール弁のメータアウト開口面積及びメータイン開口面積がそれぞれ前記第１の操作領域における値からステップ的に増加され、前記操作部材の操作量に対応して増減する前記メータアウト制御弁の開口面積に基づき前記油圧シリンダのヘッド室からの作動油の排出が制御されると共に、前記操作部材の操作量に対応して増減する前記油圧ポンプの吐出流量に基づき前記ロッド室への作動油の供給が制御されるように構成されている
   ことを特徴とする建設機械の油圧回路。
2. 前記作業装置は、前記構造体としてブーム、アーム及び作業具を連結してなる作業フロントであり、
   前記油圧シリンダは、前記ブームを昇降するブームシリンダであり、
   前記ブームの下げ操作により前記作業具を接地させて車体をジャッキアップした状態を判定するジャッキアップ判定部をさらに備え、
   前記制御部は、前記ジャッキアップ判定部によりジャッキアップ状態が判定されたときに前記メータアウト制御弁を全開にするように構成されている
   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。

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