JP3625149B2

JP3625149B2 - 建設機械の油圧制御回路

Info

Publication number: JP3625149B2
Application number: JP09365799A
Authority: JP
Inventors: 浩田路
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd; Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd; Kobe Steel Ltd
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 1999-03-31
Publication date: 2005-03-02
Anticipated expiration: 2019-03-31
Also published as: JP2000282515A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は油圧ショベル等の建設機械に適用される油圧制御回路に関し、より詳しくは、電子制御でレバー操作量に応じたポンプ吐出量を制御する、いわゆる電子ポジティブコントロールシステム（以下、電子ポジコンシステムと呼ぶ）を搭載した油圧制御回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子ポジコンシステムが搭載された油圧ショベルでは、運転席内の油圧リモコン弁を操作することによりアクチュエータ制御用の制御弁を制御する一方、その油圧リモコン弁の操作量を圧力センサによって電気的に検出し、検出した値に基づいて電油弁（具体的には電磁比例減圧弁、電磁逆比例減圧弁、高速応答弁、サーボ弁等）を介して油圧ポンプの吐出量を制御するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような電子制御によりポンプ吐出量を制御する構成では電子制御系を構成する要素、例えばリモコンラインの圧力センサ、レバー操作量を検出するポテンショメータ、ハーネス、コントローラ或いは電油弁等が故障すると、油圧ポンプの吐出量を制御することが全く不可能になり、電子制御系を修理または交換するまで油圧ショベルを作動させることができず、その結果、現場作業が停止してしまうという問題がある。
【０００４】
このため、電子制御系の故障に備えてフェイルセイフ機能が働く冗長システムを予め備えておくことが要望されているが、安価で且つ確実に動作するような冗長システムは現状では実現されていない。
【０００５】
さらに、２ポンプ方式の油圧制御回路において例えばブームやアームの合流制御を行う構成では、一速側の油圧ポンプから吐出される圧油を制御する方向制御弁に対し、合流側すなわち二速側の油圧ポンプから吐出される圧油は遅れて増加させる必要がある。ところが電子制御系が故障した際にこのような合流制御をも可能にする冗長システムは実現が困難とされていた。
【０００６】
本発明は以上のような電子制御でポンプ吐出量を調整する建設機械における課題を考慮してなされたものであり、第一の目的は電子制御系が故障した場合であってもポンプ吐出量を制御することができる建設機械の油圧制御回路を提供することにあり、第二の目的は、電子制御系が故障した場合に、上記ポンプ吐出量の制御に加え合流制御をも可能にすることのできる建設機械の油圧制御回路を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の本発明は、油圧リモコン弁から出力されるリモコン圧をポンプ制御信号に変えるとともに該ポンプ制御信号に応じてポンプ制御弁を制御し可変容量型油圧ポンプの吐出量を電子制御する構成の建設機械の油圧制御回路において、リモコン圧を油圧ポンプ制御圧として導出するリモコン圧導出手段が設けられるとともに、ポンプ制御弁からレギュレータに通じる油路に選択弁が設けられ、前記リモコン圧導出手段は、前記油圧リモコン弁の数に対応して通路内に直列に配設されたピストンと、各ピストンを一方向に移動させるために前記ピストン毎に形成された油室と、遮断位置と連通位置を有し前記ピストンの移動量に比例して開弁する圧力制御弁とを有し、前記複数の油圧リモコン弁から出力されるリモコン圧が前記油室に導入されることにより前記ピストンが移動し、前記油圧リモコン弁から出力されるリモコン圧のうち、最も高位のリモコン圧を前記油圧ポンプ制御圧に設定する構成とされ、前記選択弁を、（a）一方が選択された場合はポンプ制御弁からレギュレータに通じる主油路を連通させ、（b）他方が選択された場合は主油路を遮断してリモコン圧導出手段とレギュレータとを連通させるように構成し、電子制御が故障した場合に油圧でポンプ吐出量を制御できるようにした建設機械の油圧制御回路である。
【０００８】
請求項２の本発明において、油圧制御回路が少なくとも第一及び第二の前記可変容量型油圧ポンプを有する場合、各ポンプ毎に選択弁を有し、第一の可変容量型油圧ポンプで作動するアクチュエータ群と第二の可変容量型油圧ポンプで作動するアクチュエータ群とにそれぞれリモコン圧導出手段を備え、第一のリモコン圧導出手段は第一の選択弁に、第二のリモコン圧導出手段は第二の選択弁に接続することが好ましい。
【０００９】
請求項３の本発明において、上記選択弁は、運転席に配置されオペレータによって操作される切換操作部によって作動するように構成することが好ましい。
【００１０】
請求項４の本発明は、上記選択弁がシャトル弁からなり、リモコン圧導出手段から導出される油圧ポンプ制御圧はポンプ制御弁から導出されるポンプ制御圧よりも低い値に設定されることで、前記ポンプ制御弁から前記レギュレータに通じる主油路を連通させ、電子制御が故障した場合にリモコン圧導出手段から導出される油圧ポンプ制御圧がポンプ制御弁から導出されるポンプ制御圧よりも高くなることにより自動的に前記主油路を遮断して前記リモコン圧導出手段と前記レギュレータとを連通させるように構成した建設機械の油圧制御回路である。
【００１１】
請求項５の本発明において、前記油圧リモコン弁の数に対応して直列に配設されたピストンを柱状のブロックに形成された通路内に収納し、そのブロックに油室と連通するポートを設け、該ポートにリモコン圧を検出する圧力センサを配列することが好ましい。
【００１２】
請求項６の本発明において、前記油圧リモコン弁の数に対応して直列に配設されたピストンのうち、合流制御に供せられるピストンについては他のピストンよりも小径に構成し、合流側圧油の供給を遅らせるように構成することが好ましい。
【００１３】
請求項１の本発明に従えば、選択弁によって他方の油路が選択されると、ポンプ制御弁からレギュレータに通じる油路が遮断されるとともにリモコン圧導出手段とレギュレータが連通する。それにより、リモコン圧に応じた油圧ポンプ制御圧がリモコン圧導出手段からレギュレータに与えられ、油圧でポンプ吐出量を制御することが可能になる。そして、油圧リモコン弁から出力されるリモコン圧のうち最も高いリモコン圧によってピストンが移動し、ピストン移動量に応じた油圧ポンプ制御圧が圧力制御弁から出力される。従って、高位選択されたリモコン圧によってポンプ吐出量を制御することができる。
【００１４】
請求項２の本発明に従えば、２ポンプ方式の油圧回路において電子制御系が故障した場合に油圧リモコン弁から出力されるリモコン圧で第一及び第二の可変容量型油圧ポンプの吐出量を制御することができる。
【００１５】
請求項３の本発明に従えば、運転席にて電子制御を代えてリモコン圧によるポンプ吐出量制御に切り換えることができる。
【００１６】
請求項４の本発明に従えば、リモコン圧導出手段から導出される油圧ポンプ制御圧はポンプ制御弁から導出されるポンプ制御圧よりも低い値に設定されているため、電子制御系が正常に機能しているときは、ポンプ制御弁から導出される制御圧が選択される。ところが、電子制御系が故障した場合にはポンプ制御弁側の制御圧が低下することにより、リモコン圧導出手段側の油圧ポンプ制御圧が選択され、それによりリモコン圧に応じた油圧ポンプ制御圧でポンプ吐出量を制御することが可能になる。
【００１７】
請求項５の本発明に従えば、リモコン圧導出手段を構成するブロックにリモコン圧を検出する圧力センサを取り付けることができるため、従来の圧力センサを整列するためのターミナルブロックが不要となるとともに、配線，配管が整頓されて見栄えが良くなり、しかもコストダウンが図れる。
【００１８】
請求項６の本発明に従えば、合流側ポンプの吐出油を遅れて増加させることができるため、電子制御系が故障した場合であっても合流制御を確実に行うことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示した第一の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係る建設機械の油圧制御回路の第一の実施形態を示したものであり、電子制御でレバー操作量に応じたポンプ吐出量を制御するいわゆる電子ポジコンシステムを搭載したものである。
【００２１】
同図において、エンジン１の駆動によって第一油圧ポンプ２、第二油圧ポンプ３及びパイロットポンプ４がそれぞれ作動する。第一及び第二油圧ポンプ２，３は可変容量形油圧ポンプであって、斜板２ａ，３ａの傾斜角変位に基づいて吐出流量が変化する斜板式アキシャルピストンポンプで構成されている。２ｂ，３ｂは斜板２ａ，３ａの傾斜角を制御するレギュレータである。
【００２２】
第一及び第二油圧ポンプ２，３から吐出される圧油は、図示しない方向制御弁に供給され、流量及び方向が制御された後、左右の走行モータ、旋回モータ、アームシリンダ、ブームシリンダ等の各アクチュエータに供給されるようになっている。また、パイロットポンプ４から吐出される制御圧はリモコン圧源Ｐａとして利用される。
【００２３】
上記レギュレータ２ｂ，３ｂはポンプ制御弁としての電磁比例弁５，６を介しコントローラ７によって制御されるようになっている。コントローラ７には図示しない各リモコン弁の操作量を電気的に検出している圧力センサＰ₁〜Ｐ₁₂が接続されており、コントローラ７はそれらの圧力センサＰ₁〜Ｐ₁₂から出力される操作量信号を処理し、レバー操作量に応じたポンプ制御信号を電磁比例減圧弁５，６にそれぞれ与え、電磁比例減圧弁５，６は、ポンプ制御信号に基づいて制御圧をレギュレータ２ｂまたは３ｂに導入する。すなわち、電磁比例弁５，６で電気信号を油圧信号に変換しレギュレータ２ｂ，３ｂの傾転角を調整している。
【００２４】
電磁比例弁５，６からレギュレータ２ｂ，３ｂに通じる主油路７ａ→７ｂ及び主油路８ａ→８ｂには、第一選択弁としての流路切換弁９及び第二選択弁としての流路切換弁１０がそれぞれ介設されている。
【００２５】
上記流路切換弁９は、通常、ア位置（一方）にあり電磁比例弁５からレギュレータ２ｂに通じる主油路７ａ→７ｂを連通させており、イ位置（他方）に切り換えられたときは主油路７ａ→７ｂを遮断して、後述するリモコン圧導出手段としてのリモコン圧ブロック１１に内蔵された切換弁１１ａの二次圧ポートとレギュレータ２ｂとを連通させるようになっている。
【００２６】
一方、上記流量制御弁１０は、通常、ア位置にあって電磁比例弁６からレギュレータ３ｂに通じる主油路８ａ→８ｂを連通させているが、イ位置に切り換えられたときは主油路８ａ→８ｂを遮断して、リモコン圧ブロック１１に内蔵された切換弁１１ｂの二次圧ポートとレギュレータ３ｂとを連通させるようになっている。
【００２７】
なお、上記流量制御弁９及び１０は、オペレータによって手動切換操作される冗長切換弁（切換操作部）１２によって流路が切り換えられる。すなわち電子制御系が故障した場合に、オペレータが冗長切換弁１２をア位置からイ位置に切り換えると、制御圧が流路切換弁９及び１０の受圧部に作用してリモコン圧ブロック１１側から導出される制御圧でレギュレータ２ｂ，３ｂを制御することができるようになる。
【００２８】
上記リモコン圧ブロック１１は、二つのピストン通路１１ｃ及び１１ｄを有し、一方のピストン通路１１ｃ内には、第一油圧ポンプ２で作動するアクチュエータの各リモコン弁に対応するピストン１１１〜１１６が直列に配設されており、他方のピストン通路１１ｄ内には、第二油圧ポンプ３で作動するアクチュエータの各リモコン弁に対応するピストン１１７〜１２２が直列に配設されている。
【００２９】
詳しくは、リモコン圧ブロック１１においてピストン１１１の入口ポート１１１ａにはブーム上げ用リモコン弁からの二次圧が導入され、出口ポート１１１ｂは制御弁に接続されている。同様に、ピストン１１２のポート１１２ａにはブーム下げ用リモコン弁からの二次圧が、ピストン１１３のポート１１３ａにはバケット掘削用リモコン弁からの二次圧が、ピストン１１４のポート１１４ａにはバケット解放用リモコン弁からの二次圧が、ピストン１１５のポート１１５ａには走行右前進用リモコン弁からの二次圧が、ピストン１１６のポート１１６ａには走行右後退用リモコン弁からの二次圧がそれぞれ導入されている。
【００３０】
従って、例えばブーム上げ操作について説明すると、リモコン弁が操作されて入口ポート１１１ａから油室１１１ｃにリモコン圧が導入されると、ピストン１１１が矢印Ａ方向に移動し、ピストン１１１の移動によって生じた推力は各ピストン１１２〜１１５を介して最前段のピストン１１６に伝達され、バネ１１ｅを介してピストン列の前方に設けられた切換弁１１ａを切り換える。
【００３１】
この切換弁１１ａは通常閉じているがピストン１１６の推力を受けて開弁し、制御圧を油路１３から流量制御弁９に導入する。
【００３２】
それにより、オペレータが冗長切換弁１２をア位置からイ位置に切り換えた状態では、リモコン圧ブロック１１の切換弁１１ａ，１１ｂから制御圧が導出されると、導出された制御圧は流路切換弁９のイ位置及び流路切換弁１０のイ位置を通じてレギュレータ２ｂ，３ｂに導入されることになる。
【００３３】
また、上記ピストン１１１〜１１６の各油室には第一油圧ポンプ２で作動するアクチュエータの各リモコン弁から導出されるリモコン圧が導入されているため、複合操作が行われた場合にはリモコン圧の高位選択が行われる。すなわち最も高いリモコン圧で移動するピストンがその下流側のピストンを連動させて移動させ最前段のピストン１１６のストローク量を支配することになる。それにより、最も高位のリモコン圧で切換弁１１ａが動作し油圧ポンプ制御圧として設定される。
【００３４】
なお、ピストン列１１７〜１２２が配設されている側についても上記と同様に動作して第二油圧ポンプ３で作動するアクチュエータの各リモコン弁から導出されるリモコン圧のうち、最も高いリモコン圧が作用するピストンが矢印Ａ方向に移動し最前段ピストン１２２に推力を伝達することになる。
【００３５】
また、ピストン１１１のさらに後段及びピストン１１７のさらに後段にはアーム合流制御時のリモコン圧で移動するピストン１２３及びブーム合流制御時のリモコン圧で移動するピストン１２４がそれぞれ配置されている。これらのピストン１２３，１２４は、一速側の油圧ポンプを制御するピストンの直径よりも小径に構成されており、所定の推力差を設けることで一速側の油圧ポンプの流量増加を、二速側油圧ポンプの吐出量増加に比べて遅らせることができるようになっている。すなわち、電子制御系が故障した場合であっても合流側の油圧ポンプの吐出油を遅れて増加させ確実に合流制御を行うことができるようになっている。
【００３６】
また、上記切換弁１１ａのスプールには、開閉方向にバネ１１ｅ及び１１ｆが対向配置されており、バネ１１ｅはピストン列１２３〜１１６で発生する推力を平均させて切換弁１１ａに与えるようになっており、バネ１１ｆは閉弁位置に復帰させるようになっている。
【００３７】
次に上記構成を有する油圧制御回路の動作について説明する。
【００３８】
電子制御系が正常に動作している場合は、流路切換弁９，１０はそれぞれア位置にあり、各リモコン弁のリモコン圧を検出している圧力センサＰ₁〜Ｐ₁₂からコントローラ７にリモコン圧信号が与えられる。コントローラ７は圧力センサＰ₁〜Ｐ₁₂から得られるリモコン圧信号に基づいてレギュレータ２ｂ，３ｂに対しポンプ制御信号を出力することができる。ところが、電子制御系が故障すると、今まで電気的に制御していたレギュレータ２ｂ，３ｂは機能しなくなる。
【００３９】
そこで、オペレータが冗長切換弁１２をア位置からイ位置に切り換えると、パイロットポンプ４からの制御圧が流路切換弁９の受圧部に作用し、主油路７ａ，７ｂが遮断されてイ位置に切り換えられる。
【００４０】
流路切換弁９がリモコン圧ブロック１１側に接続されることにより、圧力制御弁１１ａと流路切換弁９とを接続している油路１３に閉じ込められていた油が解放される。この状態で、例えばブーム上げ操作を行うとそのリモコン圧でピストン１１１が矢印Ａ方向に移動することができ、ピストン列を介して推力が最前段のピストン１１６に伝達され、圧力制御弁１１ａを開弁する。
【００４１】
それにより、油圧ポンプ制御圧がその切換弁１１ａを通じて流路切換弁９に導入され、レギュレータ２ｂに対しポンプ制御信号として与えられる。
【００４２】
また、図２は本発明の第二の実施形態を示したものである。なお、同図において、図１と同じ構成要素については同一符号を付してその説明を省略する。図２の構成が図１と異なる点は、流路切換弁９，１０をシャトル弁２０，２１で構成するとともに、冗長切換弁１２を削除したことにある。
【００４３】
図２に示す構成では、レギュレータ２ｂに通じる主油路７ｂに第一の選択弁としてのシャトル弁２０が設けられており、チェックボウルが移動する一方側には流路切換弁５が接続され、他方側には油路１４を介してリモコン圧ブロック１１が接続されている。
【００４４】
この構成では主油路７ａから高い圧力が供給されると、チェックボウルはａ側に押し付けられ、流路はｂからｃに流れ、一方、ａからの加圧がｂからの加圧よりも高い場合にはチェックボウルはｂ側に移動し、流路はａからｃに流れる。ただし、ａ側の圧力は常にｂの圧力よりも低く設定されているため、コントローラ７から電磁比例弁５を介して制御圧が導入されている限りは、コントローラ７からの指令でレギュレータ２ｂ，３ｂが制御されることになる。
【００４５】
ところが、コントローラ７が故障すると、ｂ側の圧力が低下するため流路は自動的にａからｃに通じる。従って、この構成では冗長切換弁１２を設けることなく、電子ポジコンシステムが故障した場合に、自動的にリモコン圧ブロック１１側からの制御圧を選択することができる。主油路８ａに設けられた第二の選択弁としてのシャトル弁２１についても、上記シャトル弁２０と同様に切り換え動作する。
【００４６】
なお、本発明の油圧制御回路で使用するリモコン圧ブロックにおいて、入口ポートから出口ポートに通じる油路から分岐路を分岐させ、その分岐路のポートに圧力センサＰ₁〜Ｐ₁₂を設けることができる。この場合、従来、圧力センサ群を装着するためにだけに必要であったセンサタワーを別途構築する必要がないため、コストダウンを図ることができる。
【００４７】
また、本発明において、ポンプ制御弁は上記実施形態に示した電磁比例弁に限らず、ポンプ制御信号をポンプ制御圧に変えることができるものであれば、電磁逆比例減圧弁、高速応答弁、サーボ弁等で構成することもできる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、請求項１の本発明によれば、電子制御系が故障した場合であってもポンプ吐出量をリモコン圧に基づいて制御することができる。そして、最大リモコン圧を抽出してポンプ吐出量を制御することができる。
【００４９】
請求項２の本発明に従えば、２ポンプ方式の油圧回路において電子制御系が故障した場合に、第一及び第二の可変容量型油圧ポンプの吐出量をリモコン圧に基づいて制御することができる。
【００５０】
請求項３の本発明に従えば、運転席にて電子ポジコン制御によるポンプ吐出量制御に代えてリモコン圧によるポンプ吐出量制御に切り換えることができる。
【００５１】
請求項４の本発明に従えば、電子制御系が故障した場合に電子制御によるポンプ吐出量制御を自動的にリモコン圧によるポンプ吐出量制御に切り換えることができる。
【００５２】
請求項５の本発明に従えば、従来の圧力センサを整列するためのターミナルブロックが不要となるとともに、配線，配管が整頓されて見栄えが良くなり、しかも油圧回路のコストダウンが図れる。
【００５３】
請求項６の本発明に従えば、電子制御系が故障した場合であっても合流側ポンプの吐出油を遅れて増加させ合流制御を確実に行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る建設機械の油圧制御回路の第一の実施形態である。
【図２】本発明に係る建設機械の油圧制御回路の第二の実施形態である。
【符号の説明】
１エンジン
２第一油圧ポンプ
３第二油圧ポンプ
４パイロットポンプ
５，６電磁比例弁
７コントローラ
９，１０流量制御弁
１１リモコン圧ブロック
１１ａ切換弁
１２冗長切換弁

Claims

油圧リモコン弁から出力されるリモコン圧をポンプ制御信号に変えるとともに該ポンプ制御信号に応じてポンプ制御弁を制御し可変容量型油圧ポンプの吐出量を電子制御する構成の建設機械の油圧制御回路において、
前記リモコン圧を油圧ポンプ制御圧として導出するリモコン圧導出手段が設けられるとともに、前記ポンプ制御弁からレギュレータに通じる油路に選択弁が設けられ、
前記リモコン圧導出手段は、前記油圧リモコン弁の数に対応して通路内に直列に配設されたピストンと、各ピストンを一方向に移動させるために前記ピストン毎に形成された油室と、遮断位置と連通位置を有し前記ピストンの移動量に比例して開弁する圧力制御弁とを有し、前記複数の油圧リモコン弁から出力されるリモコン圧が前記油室に導入されることにより前記ピストンが移動し、前記油圧リモコン弁から出力されるリモコン圧のうち、最も高位のリモコン圧を前記油圧ポンプ制御圧に設定する構成とされ、
前記選択弁を、（a）一方が選択された場合は前記ポンプ制御弁から前記レギュレータに通じる主油路を連通させ、（b）他方が選択された場合は前記主油路を遮断して前記リモコン圧導出手段と前記レギュレータとを連通させるように構成し、電子制御が故障した場合に油圧でポンプ吐出量を制御できるようにしたことを特徴とする建設機械の油圧制御回路。
少なくとも第一及び第二の前記可変容量型油圧ポンプを有するとともに各ポンプ毎に前記選択弁を有し、第一の可変容量型油圧ポンプで作動するアクチュエータ群と第二の可変容量型油圧ポンプで作動するアクチュエータ群とにそれぞれ前記リモコン圧導出手段が備えられ、第一のリモコン圧導出手段は前記第一の選択弁に、前記第二のリモコン圧導出手段は前記第二の選択弁に接続されている請求項１に記載の建設機械の油圧制御回路。
前記選択弁は、運転席に配置されオペレータによって操作される切換操作部によって作動するように構成されている請求項１又は２に記載の建設機械の油圧制御回路。
前記選択弁がシャトル弁からなり、前記リモコン圧導出手段から導出される油圧ポンプ制御圧は前記ポンプ制御弁から導出されるポンプ制御圧よりも低い値に設定されることで、前記ポンプ制御弁から前記レギュレータに通じる主油路を連通させ、電子制御が故障した場合に前記リモコン圧導出手段から導出される油圧ポンプ制御圧がポンプ制御弁から導出されるポンプ制御圧よりも高くなることにより自動的に前記主油路を遮断して前記リモコン圧導出手段と前記レギュレータとを連通させるように構成した請求項１〜３のいずれかに記載の建設機械の油圧制御回路。
前記油圧リモコン弁の数に対応して直列に配設されたピストンが柱状のブロックに形成された通路内に収納され、そのブロックに前記油室と連通するポートを設け、該ポートに前記リモコン圧を検出する圧力センサを配列してなる請求項１〜４のいずれかに記載の建設機械の油圧制御回路。
前記油圧リモコン弁の数に対応して直列に配設されたピストンのうち、合流制御に供せられるピストンについては他の前記ピストンよりも小径に構成され、合流側圧油の供給を遅らせるように構成した請求項１〜５のいずれかに記載の建設機械の油圧制御回路。