JP3418050B2 - 建機の油圧回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バックホウ等の建
機の油圧回路構造に係り、詳しくは、負荷に見合った分
だけの油圧動力をポンプ吐出させる負荷制御、所謂ロー
ドセンシングシステムを採るものにおいて、操作性を向
上させるべくエンジン回転数を落とせば作業装置の駆動
速度も遅くなるようにする技術の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記技術としては、特開平７‐３４４８
９号公報に示されたアフターオリフィス構造の油圧回路
のように、各圧力補償弁の開通圧を可変設定する電磁弁
と、エンジン回転数を検出する回転計とを制御装置で連
係することにより、ロードセンシングシステムを採らな
い従来機種のように、エンジン回転数の増減に応じて掘
削作業装置の駆動速度も増減するものが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ロードセンシングシス
テム（以下、ＬＳ／Ｓと略称する）を採用してもアクセ
ル操作で走行速度を落とせるので、幅寄せするとか倉庫
への出し入れといった低速走行も容易に行えて使い勝手
が良いものである。しかしながら、場合によっては低速
状態での走行速度がその割には少し速いように思われる
ことがあった。例えば、歩み板を用いてトラックの荷台
にバックホウを積み降しする場合には、慎重を期すべく
極低速で走行するためにエンジン回転数は最低回転とな
るアイドリング状態にするが、それでもまだ走行速度が
速いのである。それでは、アイドリング状態で望みの極
低速が得られるように設定すると、今度は作業中におけ
るエンジン回転数ダウンに対する作業装置の駆動速度ダ
ウンが大になり過ぎて使い難いことが判った。本発明の
目的は、作業中におけるアクセル操作とエンジン回転数
変化を適切な関係としながらも、アイドリング付近では
十分遅い極低速が得られるようにする点にある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

〔構成〕第１発明は、（イ）油圧アクチュエータと、可
変容量型の油圧ポンプと、アクチュエータへの圧油供給
経路に対する絞り弁を内装した制御弁と、油圧ポンプの
単位時間当たりの吐出量を可変設定する流量調節機構と
を備え、絞り弁に対する圧油供給下手側部分に連通する
第１油路と、制御弁の圧油供給ポートに連通する第２油
路との差圧を所定値に維持するように流量調節機構を操
作する負荷制御手段を備え、（ロ）エンジン回転数を検
出する回転数検出手段と、絞り弁の絞り量又は差圧を変
更調節可能な調節手段とを設け、エンジン回転数が高く
なると油圧アクチュエータの駆動速度が速くなり、エン
ジン回転数が低くなると油圧アクチュエータの駆動速度
が遅くなるように、回転数検出手段と調節手段とを連係
する速度制御手段を備え、かつ、（ハ）速度制御手段
は、エンジン回転数の低下に伴う油圧アクチュエータの
駆動速度の低下の割合が、所定のエンジン回転数以上の
高速回転領域よりも、該所定のエンジン回転数未満の低
速領域の方が大となるように設定されている、ことを特
徴とする。

【０００５】第２発明は、前記（イ），（ロ）の構成を
備えるとともに、（ニ）速度制御手段は、エンジン回転
数の低下に伴う油圧アクチュエータの駆動速度の低下の
割合が、エンジン回転数が低いほど大となるように設定
される、ことを特徴とする。

【０００６】〔作用〕請求項１の構成によれば、所定エ
ンジン回転数以下になると、エンジン回転数の低下に伴
う作業速度の低下割合が増大するものであるから、エン
ジン回転数とアクチュエータ駆動速度の低下との関係グ
ラフとしては、図７に示す線型で一義的な関係にあった
従来の直線関係が、図４に示すように、例えばアイドリ
ングより少し上の回転数（１５００ｒｐｍ）で上向きに
凸となる折線関係にできる。従って、エンジン回転数を
アイドリング等の極低速回転に設定すれば、油圧アクチ
ュエータの駆動速度を十分に落とすことができ、前述し
た歩み板を用いてのトラック荷台への積み降し作業を、
極低速走行によって操作し易い状態で確実に行うことが
できるようになるとともに、所定回転数以上におけるエ
ンジン回転数と作業速度との関係を適切な状態に設定す
ることも可能になる。

【０００７】つまり、元々ＬＳ／Ｓではポンプ吐出量に
余裕がある状態では、エンジン回転数を下げてもアクチ
ュエータ速度は落ちない特質があり、作業能率は落とさ
ずに作業環境改善で静かに作業したい場合に好適なもの
である。従って、所定回転数以上の回転数領域でのアク
チュエータ速度の低下割合を抑えながら、所定回転数以
下の領域では前記低下割合を大きくすることに意義があ
る。

【０００８】請求項２の構成によれば、エンジン回転数
とアクチュエータ駆動速度の低下との関係グラフとして
は、図５に示すように、非線型（曲線）関係となる。こ
の場合でも、エンジン回転数をアイドリング等の極低速
回転に設定すれば、油圧アクチュエータの駆動速度を十
分に落とすことができ、かつ、作業中におけるエンジン
回転数と作業速度との適切な関係を設定することができ
るようになる。そしてその変化は無段階的なものとな
り、円滑な操作性が得られる。

【０００９】〔効果〕その結果、請求項１又は２記載の
いずれの油圧回路でも、制御装置の変更というソフト上
での簡単な改造により、油圧アクチュエータのアイドリ
ング付近での極低速駆動と通常の回転域での良好な作業
速度とが両立できる、より合理的なエンジン回転数対応
型のＬＳ／Ｓを提供することができた。

【００１０】又、請求項２に記載の油圧回路では、上記
効果に加え、回転数変化率の明確な境が無くなり、より
操作感覚に優れる利点がある。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を、
建機の一例であるバックホウの場合について、図面に基
づいて説明する。図１にバックホウが示され、１は掘削
作業装置、２は旋回台、３は走行機台、４はクローラ走
行装置、２８はドーザであり、掘削作業装置１は、ブー
ム５、アーム６、バケット７等を備えて構成されてい
る。

【００１２】図２に油圧回路の概略が示され、ドーザシ
リンダ用制御弁２９、バケットシリンダ７ｃ用制御弁３
０、左走行モータ３１用制御弁３２、ブームシリンダ５
ｃ用制御弁９、アームシリンダ６ｃ用制御弁１０、右走
行モータ３３用制御弁３４、旋回モータ用制御弁３５、
スイングシリンダ３６用制御弁３７、サービス用制御弁
３８の各制御弁に対して、負荷圧よりも僅かに高い圧力
でもって吐出される可変容量型の油圧ポンプ８を備えた
ＬＳ／Ｓが採用されている。又、騒音や省エネルギーの
点で好ましいオートアイドルシステム（ＡＩ／Ｓ）も採
入れてあり、以下に説明する。

【００１３】図２における仮想線で囲まれたブームシリ
ンダ５ｃとアームシリンダ６ｃとに関する部分を抜粋し
た主要部の原理回路図が図３に示され、８はエンジン１
９で駆動される前述した可変容量型の油圧ポンプ、１３
は油圧ポンプ８の単位時間当たりの吐出油量を可変設定
する流量調節機構である。流量調節機構１３は、メイン
ポンプ８の吐出圧で作動する馬力制御シリンダ１３Ａ
と、調節ポンプ１８で駆動される流量制御シリンダ１３
Ｂとで構成されている。又、調節シリンダ１３に対する
圧力補償型の流量制御弁１４が設けてある。

【００１４】９はブーム用制御弁、１０はアーム用制御
弁、１１はブーム用で１２はアーム用の各コンペンセー
タ（圧力補償弁）であり、両制御弁９，１０における供
給側油路に絞り弁９ｓ，１０ｓが装備されている。尚、
ブーム用及びアーム用の制御弁９，１０以外の各制御弁
２９，３０，３２，３４，３５，３７，３８の構造は、
その操作構造を除き、全てブーム用及びアーム用の制御
弁９，１０と基本的には同様のものである。

【００１５】各コンペンセータ１１，１２は、各供給側
絞り弁９ｓ，１０ｓに対する圧油供給下手側に位置し、
かつ、各アクチュエータ５ｃ，６ｃに対する圧油供給上
手側に配置されている。そして、各コンペンセータ１
１，１２に対する圧油供給下手側であり、かつ、各アク
チュエータ５ｃ，６ｃに対する圧油供給上手側部分と各
コンペンセータ１１，１２のバネ側油室とを連通する低
圧側油路１１ｔ，１２ｔを設けてある。

【００１６】各コンペンセータ１１，１２に対する圧油
供給上手側であり、かつ、各供給側油路の絞り弁９ｓ，
１０ｓに対する圧油供給下手側部分と、各コンペンセー
タ１１，１２の反バネ側油室とを連通する高圧側油路１
１ｋ，１２ｋを設けてある。各コンペンセータ１１，１
２に、流路断絶側に付勢する圧縮バネ１７が備えられた
定差減圧弁に構成され、これによってアフターオリフィ
ス型のロードセンシング回路を構成してある。

【００１７】流量制御弁１４のバネ側油室１４ｘと各供
給側絞り弁９ｓ，１０ｓに対する圧油供給下手側部分と
を連通する第１低圧側油路１４ｔを設けてあり、後述す
る高速応答弁２８を介して各低圧側油路１１ｔ，１２ｔ
と第１低圧側油路１４ｔとが連通されている。各制御弁
９，１０の圧油供給ポート９ｐ，１０ｐに連通される第
２油路１５と、圧力調節弁１４の反バネ側油室とを専用
の接続油路１６で連通してある。又、流量制御弁１４の
切換わり時における調節シリンダ１３に対する圧は、油
圧ポンプ８とともにエンジン駆動される専用の調節ポン
プ１８で賄うように構成してある。つまり、第１油路１
４ｔと、制御弁９，１０の各圧油供給ポート９ｐ，１０
ｐに連通する第２油路１５との差圧を所定値に維持する
ように調節シリンダ１３を操作する流量制御弁１４を設
けて負荷制御手段Ａが構成されている。

【００１８】そして、エンジン回転数を人為操作によっ
て調節設定するアクセルレバー２４の操作量を電気的に
検出する第１ポテンショメータ２５と、ガバナー２０の
ガバナレバー２１を駆動操作するギヤードモータ２２
と、ブームシリンダ５ｃ等の油圧アクチュエータが作動
しているか否かを検出する作動検出手段２３とを備え、
油圧アクチュエータの停止時にはエンジン回転数をアイ
ドリング側に変更操作するとともに、油圧アクチュエー
タの作動時にはエンジン回転数をアクセルレバー２４に
よる設定値に操作するように、第１ポテンショメータ２
５とギヤードモータ２２とを連係するアクセル制御手段
Ｄを備えてある。すなわち、アクセル制御手段Ｄは、ガ
バナレバー２１の操作位置を検出するフィードバック用
の第２ポテンショメータ２７、ギヤードモータ２２、前
述した第１低圧側油路（第１油路に相当）１４ｔの圧を
検出する圧力センサ２３、及び、第１ポテンショメータ
２５を連係するものとして制御装置２６に備えてある。

【００１９】つまり、アイドリング位置ｉにあるハンド
アクセルレバー２４を操作して、作業状態におけるエン
ジン回転数（通常はフルアクセル位置ｍにセットするこ
とが多い）を設定し、作業状態であればその設定回転数
が維持され、非作業時（無負荷時）にはアクセルレバー
２１が位置ｍにセットされたままとしながらエンジン回
転数をアイドリング状態に落とすのである。この場合で
は、圧力センサ２３によって作動検出手段が構成されて
いる。

【００２０】又、絞り弁９ｓ，１０ｓの絞り量を変更調
節可能な調節手段Ｂを設け、エンジン回転数が高められ
るとブームシリンダ５ｃや走行用油圧モータ３１，３３
等の油圧アクチュエータの駆動速度が速くなり、エンジ
ン回転数が低められると油圧アクチュエータの駆動速度
が遅くなるように、第２ポテンショメータ（回転数検出
手段の一例）２７と調節手段Ｂとを連係する速度制御手
段Ｅを制御装置２６に備えてある。

【００２１】調節手段Ｂは、各コンペンセータ１１，１
２がわの各低圧油路１１ｔ，１２ｔと第１低圧油路１４
ｔとを電磁高速応答弁２８を介して接続させることから
構成されている。そして、電磁高速応答弁２８は、通常
位置ｂでは各低圧側油路１４ｔ，１１ｔ，１２ｔを連通
し、高圧位置ａではコンペンセータがわの両低圧側油路
１１ｔ，１２ｔと高圧がわの第２油路１５とが連通油路
２１ａによって連通される２位置切換弁構造に構成され
ている。

【００２２】電磁高速応答弁２８の作動によってコンペ
ンセータ１１，１２の低圧側油路１１ｔ，１２ｔに作用
する油圧をアクチュエータ５ｃ，３１等の負荷圧とポン
プの吐出圧との中間値に設定できて、コンペンセータ１
１，１２による差圧維持作用によってコンペンセータ１
１，１２への供給圧を、電磁高速応答弁２８が通常位置
ｂにある場合よりも高めるようになる。すると、第１低
圧側油路１４ｔと油圧ポンプ１８の吐出圧との差圧を一
定に維持する機能上、コンペンセータ１１，１２の上手
側にある絞り弁９ｓ，１０ｓでの差圧低めるように、す
なわち絞り弁９ｓ，１０ｓの絞り量を小さく、つまりは
制御弁９，１０の開度を小さくするように制御され、そ
の結果、アクチュエータ５ｃ，３１等への供給油量が減
じられて駆動速度が遅くなるのである。この作用は、負
荷圧とポンプ差圧との差圧に基づく制御構造上、負荷が
変動しても維持される。

【００２３】逆に、コンペンセータ１１，１２への供給
圧を低くすると、絞り弁９ｓ，１０ｓでの差圧高めるよ
うに、すなわち絞り弁９ｓ，１０ｓの絞り量を大きく、
すなわち制御弁９，１０の開度を大きくするように制御
され、アクチュエータ５ｃ，６ｃへの供給油量が増大し
て駆動速度が速くなる。

【００２４】そして、エンジン１９の回転数を検出する
第２ポテンショメータ２７と、電磁高速応答弁２８と、
間欠作動時間のデューティー比を可変調節する設定器３
９と、自動制御モードと手動制御モードとの切換スイッ
チ４０とを制御装置２６に接続して、コンペンセータ１
１，１２での分圧を変更設定するように構成されてい
る。つまり、前記分圧の変更によって、絞り弁９ｓ，１
０ｓの開度を変更調節可能な状態に調節手段Ｂが構成さ
れているのである。調節手段Ｂは、高圧位置ａに復帰付
勢される電磁高速応答弁２８を油圧ポンプ１８の吐出油
路である高圧油路に接続させる通常位置ｂに操作するた
めの通電を間欠的に行う間欠作動と、その間欠時間を可
変設定可能な間欠制御を行う機能を有している。

【００２５】又、速度制御手段Ｅは、エンジン回転数の
低下に伴う油圧アクチュエータ５ｃ，３１等の駆動速度
の低下の割合が、所定のエンジン回転数以上の高速回転
領域よりも、該所定のエンジン回転数未満の低速領域の
方が大となるように設定されている。すなわち、図４に
示す走行用油圧モータ３１，３３の駆動速度比とエンジ
ン回転数との関係グラフのように、１５００ｒｐｍ（所
定エンジン回転数）を境としてそれよりも高速回転領域
でのラインｘの傾きより、１５００ｒｐｍより低速回転
領域でのラインｙの傾きの方が急勾配に設定されてい
る。

【００２６】具体的には、２５００ｒｐｍで走行用油圧
モータ３１，３３の駆動速度が最大の１００％に、か
つ、１５００ｒｐｍで６０％となるようにラインｘが設
定されるとともに、その１５００ｒｐｍで６０％のポイ
ントと１０００ｒｐｍ（アイドリング）で２５％となる
点を結んでラインｙが設定されている。因みに、ライン
ｘを延長すると、アイドリングの１００ｒｐｍでは４０
％になる。一例として、最大操作時の走行速度が時速2.
70kmであるときのアイドリング時の走行速度を、従来の
時速1.08kmから時速0.68kmに落とすことができた。

【００２７】速度制御手段Ｅの作用を説明すれば、先
ず、切換スイッチ４０を自動制御モードに操作して、電
磁高速応答弁２８への通電を間欠的に行わせるととも
に、その間欠時間の１サイクル中における通電時間割
合、すなわちデューティー比をエンジン１９の回転数が
低いと小となるように連係される状態とする。これによ
り、掘削作業中に旋回速度を遅くしたいといった場合に
はアクセルレバー２４を操作してエンジン回転数を低く
すれば良く、逆に駆動速度を速くしたい場合にはエンジ
ン回転数を高くすれば良い。

【００２８】アクチュエータの駆動速度を意図的に変更
したい場合には、切換スイッチ４０を手動操作モードに
操作して、第２ポテンショメータ２７と制御装置２６と
の連係を絶つ。すると、デューティー比が設定器３９に
よって決定される状態になり、その設定器３９の人為操
作によってコンペンセータ１１，１２への供給圧を、ア
クチュエータ５ｃ，３１等の負荷圧とポンプ吐出圧との
間の任意の値に設定でき、アクチュエータ５ｃ，３１等
の駆動速度をエンジン回転数とは無関係に調節すること
ができる。又、図示しないが、所定回転数の調節を行う
調節器や、ラインｘやラインｙの傾きを変更又は一致で
きる調節器等を付加して、操作自由度を増すようにして
も良い。

【００２９】〔別実施形態〕速度制御手段Ｅを、エンジ
ン回転数の低下に伴う油圧アクチュエータ５ｃ，３１等
の駆動速度の低下の割合が、エンジン回転数が低いほど
大となるように設定されるように構成しても良い。つま
り、図５に示す走行用油圧モータ３１，３３の駆動速度
比とエンジン回転数との関係グラフのように、２５００
ｒｐｍで走行用油圧モータ３１，３３の駆動速度が最大
の１００％となるポイントと、１５００ｒｐｍで６０％
となるポイントと、１０００ｒｐｍ（アイドリング）で
２５％となるポイントとの３点を円滑にむすぶ円弧線の
ラインＺが形成される。

【００３０】上述した本実施形態に比べて、１５００ｒ
ｐｍでのグラフ上のピークが無くなり、エンジン回転数
の低下（増加）に伴う走行用油圧モータ３１，３３の駆
動速度低下（増加）の割合が無段階に変化することで、
より円滑な操作性を実現させている。又、上記円弧線の
ラインＺの１０００ｒｐｍ時での速度比を１５％や３０
％等に変更設定できる調節器や、円弧の曲率を変更設定
できる調節器を付加しても良い。尚、この場合でも、最
高速度が時速2.70kmであり、かつ、アイドリングでは時
速0.68kmに設定されている。

【００３１】図６に示すように、高速応答弁２８の代わ
りに、差圧を決定する流量制御弁１４の復帰バネ１４ｂ
の強さを可変調節する電動シリンダ４１を設け、その調
節操作具４２と共に制御装置２６に接続して調節手段Ｂ
を構成するものでも良い。油圧アクチュエータは、ブー
ムシリンダ５ｃや走行用油圧モータ３１，３３の他、ド
ーザシリンダや旋回用油圧もータでも良い。

【００３２】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】バックホウの側面図

【図２】油圧回路の概略全体図

【図３】オートアイドル付きロードセンシングの原理を
示す部分油圧回路図

【図４】エンジン回転数とアクチュエータ駆動速度比と
の関係グラフその１

【図５】エンジン回転数とアクチュエータ駆動速度比と
の関係グラフその２

【図６】調節手段の別構造を示す部分油圧回路図

【図７】従来のエンジン回転数とアクチュエータ駆動速
度比との関係グラフ

【符号の説明】

５ｃ 油圧アクチュエータ ８ 油圧ポンプ ９ 制御弁 ９ｓ 絞り弁 ９ｐ 圧油供給ポート １３ 流量調節機構 １４ｔ 第１油路 １５ 第２油路 ２７ 調節手段 Ａ 負荷制御手段 Ｂ 調節手段 Ｅ 速度制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02F 9/22 F15B 11/00 - 11/22

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 油圧アクチュエータ（５ｃ）と、可変容
   量型の油圧ポンプ（８）と、前記アクチュエータ（５
   ｃ）への圧油供給経路に対する絞り弁（９ｓ）を内装し
   た制御弁（９）と、前記油圧ポンプ（８）の単位時間当
   たりの吐出量を可変設定する流量調節機構（１３）とを
   備え、前記絞り弁（９ｓ）に対する圧油供給下手側部分
   に連通する第１油路（１４ｔ）と、前記制御弁（９）の
   圧油供給ポート（９ｐ）に連通する第２油路（１５）と
   の差圧を所定値に維持するように前記流量調節機構（１
   ３）を操作する負荷制御手段（Ａ）を備え、 エンジン回転数を検出する回転数検出手段（２７）と、
   前記絞り弁（９ｓ）の絞り量又は前記差圧を変更調節可
   能な調節手段（Ｂ）とを設け、エンジン回転数が高くな
   ると前記油圧アクチュエータ（５ｃ）の駆動速度が速く
   なり、エンジン回転数が低くなると前記油圧アクチュエ
   ータ（５ｃ）の駆動速度が遅くなるように、前記回転数
   検出手段（２７）と前記調節手段（Ｂ）とを連係する速
   度制御手段（Ｅ）を備え、かつ、この速度制御手段
   （Ｅ）は、エンジン回転数の低下に伴う前記油圧アクチ
   ュエータ（５ｃ）の駆動速度の低下の割合が、所定のエ
   ンジン回転数以上の高速回転領域よりも、該所定のエン
   ジン回転数未満の低速領域の方が大となるように設定さ
   れている建機の油圧回路。
2. 【請求項２】 油圧アクチュエータ（５ｃ）と、可変容
   量型の油圧ポンプ（８）と、前記アクチュエータ（５
   ｃ）への圧油供給経路に対する絞り弁（９ｓ）を内装し
   た制御弁（９）と、前記油圧ポンプ（８）の単位時間当
   たりの吐出量を可変設定する流量調節機構（１３）とを
   備え、前記絞り弁（９ｓ）に対する圧油供給下手側部分
   に連通する第１油路（１４ｔ）と、前記制御弁（９）の
   圧油供給ポート（９ｐ）に連通する第２油路（１５）と
   の差圧を所定値に維持するように前記流量調節機構（１
   ３）を操作する負荷制御手段（Ａ）を備え、 エンジン回転数を検出する回転数検出手段（２７）と、
   前記絞り弁（９ｓ）の絞り量又は前記差圧を変更調節可
   能な調節手段（Ｂ）とを設け、エンジン回転数が高くな
   ると前記油圧アクチュエータ（５ｃ）の駆動速度が速く
   なり、エンジン回転数が低くなると前記油圧アクチュエ
   ータ（５ｃ）の駆動速度が遅くなるように、前記回転数
   検出手段（２７）と前記調節手段（Ｂ）とを連係する速
   度制御手段（Ｅ）を備え、かつ、この速度制御手段
   （Ｅ）は、エンジン回転数の低下に伴う前記油圧アクチ
   ュエータ（５ｃ）の駆動速度の低下の割合が、エンジン
   回転数が低いほど大となるように設定されている建機の
   油圧回路。