JP2022123323A - 油圧ショベル駆動システム - Google Patents

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Abstract

【課題】部品点数の少ない低コストかつシンプルな回路でアーム引き時の作動油の再生とアーム押し時の独立メータアウト制御とが可能な油圧ショベル駆動システムを提供する。【解決手段】油圧ショベル駆動システム１は、アーム制御弁３１およびアーム切換弁４１を含む。アーム切換弁４１は、ロッド側ライン４２によりアーム押し供給ライン３４と接続され、ヘッド側ライン４３によりアーム引き供給ライン３５と接続されている。アーム切換弁４１は、中立位置と、ロッド側ライン４２をヘッド側ライン４３および第２タンクライン４４と連通させる再生位置と、ヘッド側ライン４３をタンクライン４４と連通させるメータアウト制御位置との間で切り換えられるように構成されている。アーム切換弁４１には、前記再生位置で、ロッド側ライン４２からヘッド側ライン４３へ向かう流れを許容するチェック弁４５が組み込まれている。【選択図】図１

Description

本発明は、油圧ショベル駆動システムに関する。
一般に、油圧ショベルでは、旋回体に対して俯仰するブームの先端にアームが揺動可能に連結され、アームの先端にバケットが揺動可能に連結される。この油圧ショベルに搭載される駆動システムは、ブームを駆動するブームシリンダ、アームを駆動するアームシリンダおよびバケットを駆動するバケットシリンダなどを含み、これらの油圧アクチュエータには、ポンプから制御弁を介して作動油が供給される。
例えば、特許文献１には、油圧ショベルに組み込み可能な油圧システムが開示されている。この油圧システムでは、片ロッドの油圧シリンダがヘッド側ラインおよびロッド側ラインにより制御弁と接続され、制御弁がポンプラインによりポンプと接続されるとともにタンクラインによりタンクと接続されている。
特許文献１には、液圧システムが油圧ショベルに組み込まれる場合、油圧シリンダがアーム引き時に伸長し、アーム押し時に短縮するアームシリンダであってもよいことが記載されている。この場合、ヘッド側ラインがアーム引き供給ライン、ロッド側ラインがアーム押し供給ラインとなる。
また、特許文献１の液圧システムでは、シリンダの伸長時にロッド側ラインを通じて油圧シリンダから排出される作動油が、制御弁よりも油圧シリンダ側でヘッド側ラインへ供給される（いわゆる、再生）。油圧シリンダが油圧ショベルのアームシリンダである場合、アーム引き時に作動油の再生が行われる。
具体的には、ロッド側供給ラインが再生ラインによりヘッド側供給ラインと接続され、その再生ラインに再生弁が設けられている。また、再生ラインには、作動油の再生時にロッド側ラインからヘッド側ラインへ向かう流れは許容するがその逆の流れは禁止するチェック弁として機能する切換弁が設けられている。つまり、作動油の再生は、ヘッド側ラインの圧力がロッド側ラインの圧力よりも低いときに行われる。
特開２０１８－１０５３３４号公報
特許文献１の油圧システムの油圧シリンダが油圧ショベルのアームシリンダである場合、制御弁はアーム制御弁である。一般的に、油圧ショベルでは、アーム引き操作およびアーム押し操作のそれぞれに対し、アーム制御弁によりメータイン制御およびメータアウト制御が行われる。このような油圧ショベル駆動システムでは、アーム引き時に作動油の再生を行う一方、アーム押し時にメータイン制御とは独立してメータアウト制御を行いたいという要望がある。
そこで、本発明は、部品点数の少ない低コストかつシンプルな回路でアーム引き時の作動油の再生とアーム押し時の独立メータアウト制御とが可能な油圧ショベル駆動システムを提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明の油圧ショベル駆動システムは、アーム引き時に伸長し、アーム押し時に短縮するアームシリンダと、アーム引き供給ラインおよびアーム押し供給ラインにより前記アームシリンダと接続され、ポンプラインによりポンプと接続され、第１タンクラインによりタンクと接続されたアーム制御弁と、ロッド側ラインにより前記アーム押し供給ラインと接続され、ヘッド側ラインにより前記アーム引き供給ラインと接続され、第２タンクラインにより前記タンクと接続されたアーム切換弁と、を備え、前記アーム切換弁は、前記ロッド側ライン、前記ヘッド側ラインおよび前記第２タンクラインをブロックする中立位置と、前記ロッド側ラインを前記ヘッド側ラインおよび前記第２タンクラインと連通させる再生位置と、前記ヘッド側ラインを前記第２タンクラインと連通させるメータアウト制御位置との間で切り換えられるように構成されており、前記アーム切換弁には、前記再生位置で、前記ロッド側ラインから前記ヘッド側ラインへ向かう流れを許容するチェック弁が組み込まれている、ことを特徴とする。
上記の構成によれば、アーム引き時にアーム切換弁を再生位置に切り換えれば、アーム引き供給ラインの圧力がアーム押し供給ラインの圧力よりも低いときに作動油の再生を行うことができる。一方、アーム押し時にアーム切換弁をメータアウト制御位置に切り換えれば、アーム制御弁によるメータイン制御とは独立したメータアウト制御を行うことができる。従って、弁としてはチェック弁が組み込まれたアーム切換弁のみを用いた、部品点数の少ない低コストかつシンプルな回路で、アーム引き時の作動油の再生とアーム押し時の独立メータアウト制御とを行うことができる。
本発明によれば、部品点数の少ない低コストかつシンプルな回路でアーム引き時の作動油の再生とアーム押し時の独立メータアウト制御とが可能な油圧ショベル駆動システムが提供される。
本発明の一実施形態に係る油圧ショベル駆動システムの概略構成図である。 油圧ショベルの側面図である。
図１に、本発明の一実施形態に係る油圧ショベル駆動システム１を示し、図２に、その駆動システム１が搭載された油圧ショベル１０を示す。
図２に示す油圧ショベル１０は自走式であり、走行体１１を含む。また、油圧ショベル１０は、走行体１１に旋回可能に支持された旋回体１２と、旋回体１２に対して俯仰するブームを含む。ブームの先端にはアームが揺動可能に連結されており、アームの先端にはバケットが揺動可能に連結されている。旋回体１２には、運転席が設置されたキャビン１６が設けられている。なお、油圧ショベル１０は自走式でなくてもよい。
駆動システム１は、油圧アクチュエータとして、図２に示すブームシリンダ１３、アームシリンダ１４およびバケットシリンダ１５を含むとともに、図示しない旋回モータおよび一対の走行モータ（左走行モータおよび右走行モータ）を含む。ブームシリンダ１３はブームを俯仰させ、アームシリンダ１４はアームを揺動させ、バケットシリンダ１５はバケットを揺動させる。また、旋回モータは旋回体１２を旋回させ、左走行モータは走行体１１の左クローラを回転させ、右走行モータは走行体１１の右クローラを回転させる。
また、駆動システム１は、図１に示すように、上述した油圧アクチュエータへ作動油を供給するポンプ２１を含む。なお、図１では、図面の簡略化のために、ブームシリンダ１３およびアームシリンダ１４以外の油圧アクチュエータを省略する。
ポンプ２１は、傾転角が変更可能な可変容量型のポンプ（斜板ポンプまたは斜軸ポンプ）である。ポンプ２１の吐出流量は、電気ポジティブコントロール方式で制御されてもよいし、油圧ネガティブコントロール方式で制御されてもよい。あるいは、ポンプ２１の吐出流量はロードセンシング方式で制御されてもよい。
ポンプ２１とブームシリンダ１３との間にはブーム制御弁５１が介在し、ポンプ２１とアームシリンダ１４との間にはアーム制御弁３１が介在する。ブーム制御弁５１はポンプライン５２によりポンプ２１と接続され、アーム制御弁３１はポンプライン３２によりポンプ２１と接続されている。ポンプライン５２，３２の上流側部分は互いに合流して共通の流路となっている。
また、ブーム制御弁５１はタンクライン５３によりタンク２２と接続され、アーム制御弁３１はタンクライン３３によりタンク２２と接続されている。タンクライン５３，３３の下流側部分は互いに合流して共通の流路となっている。
ブーム制御弁５１は、ブーム上げ供給ライン５４およびブーム下げ供給ライン５５によりブームシリンダ１３と接続されている。ブームシリンダ１３は、ブーム上げ時に伸長し、ブーム下げ時に短縮する。
ブーム制御弁５１は、中立位置とブーム上げ位置（図１の右側位置）とブーム下げ位置（図１の左側位置）との間で切り換えられるように構成されている。例えば、ブーム制御弁５１は、スプール弁である。
中立位置では、ブーム制御弁５１が、ポンプライン５２、タンクライン５３、ブーム上げ供給ライン５４およびブーム下げ供給ライン５５の全てをブロックする。ブーム上げ位置では、ブーム制御弁５１が、ポンプライン５２をブーム上げ供給ライン５４と連通させるとともに、ブーム下げ供給ライン５５をタンクライン５３と連通させる。ブーム下げ位置では、ブーム制御弁５１が、ポンプライン５２をブーム下げ供給ライン５５と連通させるとともに、ブーム上げ供給ライン５４をタンクライン５３と連通させる。
本実施形態では、ブーム制御弁５１が、中立位置からブーム上げ位置へ切り換えるための第１パイロットポート５ａと、中立位置からブーム下げ位置へ切り換えるための第２パイロットポート５ｂを有する。ただし、第１および第２パイロットポート５ａ，５ｂの代わりに、スプールと連結された電動アクチュエータが採用されてもよい。
キャビン１６内にはブーム上げ操作またはブーム下げ操作を受けるブーム操作装置が配置され、そのブーム操作装置の操作量に応じたパイロット圧が第１パイロットポート５ａまたは第２パイロットポート５ｂに導入される。このため、ブーム上げ時もブーム下げ時も、メータイン側の開口面積およびメータアウト側の開口面積は、ブーム操作装置の操作量が大きくなるほど大きくなる。
アーム制御弁３１は、アーム引き供給ライン３５およびアーム押し供給ライン３４によりアームシリンダ１４と接続されている。アームシリンダ１４は、アームをキャビン１６に近づけるアーム引き時に伸長し、アームをキャビン１６から遠ざけるアーム押し時に短縮する。
アーム制御弁３１は、中立位置とアーム引き位置（図１の右側位置）とアーム押し位置（図１の左側位置）との間で切り換えられるように構成されている。例えば、アーム制御弁３１は、スプール弁である。
中立位置では、アーム制御弁３１が、ポンプライン３２、タンクライン３３、アーム引き供給ライン３５およびアーム押し供給ライン３４の全てをブロックする。アーム引き位置では、アーム制御弁３１が、ポンプライン３２をアーム引き供給ライン３５と連通させるとともに、アーム押し供給ライン３４をタンクライン３３と連通させる。アーム押し位置では、アーム制御弁３１が、ポンプライン３２をアーム押し供給ライン３４と連通させるとともに、アーム引き供給ライン３５をタンクライン３３と連通させる。
本実施形態では、アーム制御弁３１が、中立位置からアーム引き位置へ切り換えるための第１パイロットポート３ａと、中立位置からアーム押し位置へ切り換えるための第２パイロットポート３ｂを有する。ただし、第１および第２パイロットポート３ａ，３ｂの代わりに、スプールと連結された電動アクチュエータが採用されてもよい。
キャビン１６内にはアーム引き操作またはアーム押し操作を受けるアーム操作装置が配置され、そのアーム操作装置の操作量に応じたパイロット圧が第１パイロットポート３ａまたは第２パイロットポート３ｂに導入される。このため、アーム引き時もアーム押し時も、メータイン側の開口面積およびメータアウト側の開口面積は、ブーム操作装置の操作量が大きくなるほど大きくなる。
さらに、本実施形態では、アーム切換弁４１が採用されている。アーム切換弁４１は、ロッド側ライン４２によりアーム押し供給ライン３４と接続され、ヘッド側ライン４３によりアーム引き供給ライン３５と接続されている。さらに、アーム切換弁４１は、タンクライン４４によりタンク２２と接続されている。タンクライン４４の下流側部分は上述したタンクライン５３，３３の下流側部分と合流して共通の流路となっている。
アーム切換弁４１は、中立位置と再生位置（図１の左側位置）とメータアウト制御位置（図１の右側位置）との間で切り換えられるように構成されている。例えば、アーム切換弁４１は、スプール弁である。
中立位置では、アーム切換弁４１が、ロッド側ライン４２、ヘッド側ライン４３およびタンクライン４４の全てをブロックする。再生位置では、アーム切換弁４１が、ロッド側ライン４２をヘッド側ライン４３および第２タンクライン４４と連通させる。メータアウト制御位置では、アーム切換弁４１が、ヘッド側ライン４３をタンクライン４４と連通させるとともに、ロッド側ライン４２をブロックする。
本実施形態では、アーム切換弁４１が、中立位置から再生位置へ切り換えるための第１パイロットポート４ａと、中立位置からメータアウト制御位置へ切り換えるための第２パイロットポート４ｂを有する。ただし、第１および第２パイロットポート４ａ，４ｂの代わりに、スプールと連結された電動アクチュエータが採用されてもよい。
アーム引き時には、アーム操作装置の操作量に応じたパイロット圧が第１パイロットポート４ａに導入される。これにより、アーム切換弁４１が再生位置に切り換えられる。その結果、アーム押し供給ライン３４を通じてアームシリンダ１４から排出される作動油が、アーム制御弁３１よりもアームシリンダ１４側で、ロッド側ライン４２、アーム切換弁４１およびヘッド側ライン４３を通じてアーム引き供給ライン３５へ供給されて、作動油の再生が行われる。
なお、アーム切換弁４１におけるロッド側ライン４２とヘッド側ライン４３の間の開口面積は、アーム操作装置の操作量が大きくなるほど大きくなる。また、アーム切換弁４１におけるロッド側ライン４２とタンクライン４４の間の開口面積も、アーム操作装置の操作量が大きくなるほど大きくなる。
アーム切換弁４１には、再生位置で、ロッド側ライン４２からヘッド側ライン４３へ向かう流れは許容するがその逆の流れは禁止するチェック弁４５が組み込まれている。このため、アーム引き供給ライン３５の圧力がアーム押し供給ライン３４の圧力よりも高いときは作動油の再生が行われず、アーム引き供給ライン３５の圧力がアーム押し供給ライン３４の圧力よりも低いときに作動油の再生が行われる。
一方、アーム押し時には、アーム操作装置の操作量に応じたパイロット圧が第２パイロットポート４ｂに導入される。これにより、アーム切換弁４１がメータアウト制御位置に切り換えられる。その結果、アーム引き供給ライン３５を通じてアームシリンダ１４から排出される作動油が、アーム制御弁３１およびタンクライン３３を通じてだけでなく、ヘッド側ライン４３、アーム切換弁４１およびタンクライン４４を通じてもタンク２２へ流れ込む。
メータアウト制御位置におけるアーム切換弁４１におけるヘッド側ライン４３とタンクライン４４の間の開口面積は、アーム操作装置の操作量が大きくなるほど大きくなる。このため、アーム制御弁３１によるメータイン制御と、アーム切換弁４１によるメータアウト制御とを独立して行うことができる。なお、メータアウト制御位置におけるアーム切換弁４１のヘッド側ライン４３とタンクライン４４の間の開口面積は、アーム制御弁３１のアーム引き供給ライン３５とタンクライン３３の間の開口面積と等しくてもよいし、それよりも大きくても小さくてもよい。
以上説明したように、本実施形態の駆動システム１では、アーム引き時にアーム切換弁４１を再生位置に切り換えれば、アーム引き供給ライン３５の圧力がアーム押し供給ライン３４の圧力よりも低いときに作動油の再生を行うことができる。一方、アーム押し時にアーム切換弁４１をメータアウト制御位置に切り換えれば、アーム制御弁３１によるメータイン制御とは独立したメータアウト制御を行うことができる。従って、弁としてはチェック弁が組み込まれたアーム切換弁４１のみを用いた、部品点数の少ない低コストかつシンプルな回路で、アーム引き時の作動油の再生とアーム押し時の独立メータアウト制御とを行うことができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
（まとめ）
本発明の油圧ショベル駆動システムは、アーム引き時に伸長し、アーム押し時に短縮するアームシリンダと、アーム引き供給ラインおよびアーム押し供給ラインにより前記アームシリンダと接続され、ポンプラインによりポンプと接続され、第１タンクラインによりタンクと接続されたアーム制御弁と、ロッド側ラインにより前記アーム押し供給ラインと接続され、ヘッド側ラインにより前記アーム引き供給ラインと接続され、第２タンクラインにより前記タンクと接続されたアーム切換弁と、を備え、前記アーム切換弁は、前記ロッド側ライン、前記ヘッド側ラインおよび前記第２タンクラインをブロックする中立位置と、前記ロッド側ラインを前記ヘッド側ラインおよび前記第２タンクラインと連通させる再生位置と、前記ヘッド側ラインを前記第２タンクラインと連通させるメータアウト制御位置との間で切り換えられるように構成されており、前記アーム切換弁には、前記再生位置で、前記ロッド側ラインから前記ヘッド側ラインへ向かう流れを許容するチェック弁が組み込まれている、ことを特徴とする。
上記の構成によれば、アーム引き時にアーム切換弁を再生位置に切り換えれば、アーム引き供給ラインの圧力がアーム押し供給ラインの圧力よりも低いときに作動油の再生を行うことができる。一方、アーム押し時にアーム切換弁をメータアウト制御位置に切り換えれば、アーム制御弁によるメータイン制御とは独立したメータアウト制御を行うことができる。従って、弁としてはチェック弁が組み込まれたアーム切換弁のみを用いた、部品点数の少ない低コストかつシンプルな回路で、アーム引き時の作動油の再生とアーム押し時の独立メータアウト制御とを行うことができる。
例えば、前記アーム制御弁および前記アーム切換弁のそれぞれはスプール弁であってもよい。
１ 油圧ショベル駆動システム
１４ アームシリンダ
２１ ポンプ
２２ タンク
３１ アーム制御弁
３２ ポンプライン
３３ タンクライン（第１タンクライン）
３４ アーム押し供給ライン
３５ アーム引き供給ライン
４１ アーム切換弁
４２ ロッド側ライン
４３ ヘッド側ライン
４４ タンクライン（第２タンクライン）
４５ チェック弁

Claims (2)

  1. アーム引き時に伸長し、アーム押し時に短縮するアームシリンダと、
    アーム引き供給ラインおよびアーム押し供給ラインにより前記アームシリンダと接続され、ポンプラインによりポンプと接続され、第１タンクラインによりタンクと接続されたアーム制御弁と、
    ロッド側ラインにより前記アーム押し供給ラインと接続され、ヘッド側ラインにより前記アーム引き供給ラインと接続され、第２タンクラインにより前記タンクと接続されたアーム切換弁と、を備え、
    前記アーム切換弁は、
    前記ロッド側ライン、前記ヘッド側ラインおよび前記第２タンクラインをブロックする中立位置と、
    前記ロッド側ラインを前記ヘッド側ラインおよび前記第２タンクラインと連通させる再生位置と、
    前記ヘッド側ラインを前記第２タンクラインと連通させるメータアウト制御位置との間で切り換えられるように構成されており、
    前記アーム切換弁には、前記再生位置で、前記ロッド側ラインから前記ヘッド側ラインへ向かう流れを許容するチェック弁が組み込まれている、油圧ショベル駆動システム。
  2. 前記アーム制御弁および前記アーム切換弁のそれぞれはスプール弁である、請求項１に記載の油圧ショベル駆動システム。
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