JP3784254B2 - バックホウ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フロント装置に圧油を供給するポンプの吐出流量を、作業負荷に基づいて制御するロードセンシングシステムを装備したバックホウに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記バックホウにおいては、ポンプ駆動トルクはエンジン出力の最大トルクよりも少ない目（例えば８０パーセント）に設定して、負荷に対して余裕をもたせるのが一般的となっている。
【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を装備したバックホウでは、ほとんどの作業においてロードセンシングシステムが機能することで力強い作業を効率よく行うことができるのであるが、旋回しながらのフロント装置の振り上げ作動時に旋回速度が低下しがちになるものであった。
【０００４】
本発明は、このような複合作動を行う場合の速度低下を回避できるようにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１に係る発明の構成、作用および効果〕
【０００６】
（構成） 請求項１に係る発明は、フロント装置に圧油を供給するポンプの吐出流量を、作業負荷に基づいて制御するロードセンシングシステムを装備したバックホウにおいて、
前記ロードセンシングシステムを、前記ポンプの吐出流量を制御する流量補償用ピストンと、前記流量補償用ピストンの作動を前記可変容量型の油圧ポンプの吐出圧と最高負荷 圧との差を設定値に維持するように自動変更する流量制御部とによって構成するとともに、
前記流量補償用ピストンによる流量減少方向への制御動作とは逆向きに作用して、前記流量補償用ピストンによる可変容量型の油圧ポンプの吐出圧と最高負荷圧との差を設定値に維持する制御流量よりも多くなるように油圧ポンプの吐出流量を変更するための流量増量用ピストンを備え、
この流量増量用ピストンを、旋回台の旋回作動の検知に基づいて油圧ポンプの吐出流量を増量制御するように構成してあることを特徴とする。
【０００７】
（作用） 上記構成によると、旋回台を旋回作動させると、ポンプの吐出流量が自動的に増量制御されるので、フロント装置の振り上げと旋回が同時に行われた場合でも、トルク不足によって旋回速度が低下するのがポンプの吐出流量増大によって補われ、速度低下が抑制される。
【０００８】
（効果） 従って、請求項１に係る発明によると、フロント装置のみを使っての掘削作業や移動走行においては、ロードセンシングシステが有効に機能してエンジン動力を効率良く使っての作業が行えるとともに、フロント装置の振り上げと旋回との同時作動のような負荷の高い作業においては、トルク不足による作動速度の低下を抑制して、円滑な作業を行うことが可能となった。
【０００９】
〔請求項２に係る発明の構成、作用および効果〕
【００１０】
（構成） 請求項２に係る発明は、請求項１の発明において、旋回用の制御バルブを油圧パイロット式に構成するとともに、この旋回用の制御バルブに供給されるパイロット圧を前記流量増量用ピストンに供給してポンプの吐出流量を増量制御するよう構成してある。
【００１１】
（作用） 上記構成によると、旋回用の制御バルブへのパイロット圧の印加で旋回作動を簡単に検知することができるとともに、このパイロット圧そのものがポンプの吐出流量を増量制御する操作圧として機能する。
【００１２】
（効果） 従って、請求項２に係る発明によると、請求項１の発明を簡単な構成で実施することが可能となる。
【００１３】
〔請求項３に係る発明の構成、作用および効果〕
【００１４】
（構成） 請求項３に係る発明は、請求項１の発明において、旋回用の制御バルブを油圧パイロット式に構成するとともに、この旋回用の制御バルブに供給されるパイロット圧でパイロット式の切換えバルブを切換えて、パイロットポンプからのパイロット圧を前記切換えバルブを介してポンプの流量増量用ピストンに供給してポンプの吐出流量を増量制御するよう構成してある。
【００１５】
（作用） 上記構成によると、旋回用の制御バルブへのパイロット圧の印加で旋回作動を簡単に検知することができるとともに、このパイロット圧で切換えバルブを切換え作動させ、パイロットポンプからのパイロット圧をポンプの流量制御用アクチュエータに供給し、吐出流量を増量制御する。
【００１６】
（効果） 従って、請求項３に係る発明によると、パイロットポンプからの所定圧のパイロット圧で吐出流量を増量制御することができ、安定した流量増量を行うことができ、請求項１の発明の上記効果を助長する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１に、バックホウの全体側面図が示されている。このバックホウは、左右一対のクローラ型走行装置１Ｌ，１Ｒを装備した走行機台２の上部に、エンジン３および運転部４が装備された旋回台５が縦軸心Ｘ1 周りに全旋回可能に搭載され、この旋回台５の前部に、ブーム６、アーム７、および、バケット８を順次連結してなるフロント装置９が装備されるとともに、走行機台２の前部にドーザ作業用の排土板１０が装備されている。
【００１８】
左右の走行装置１Ｌ，１Ｒは、それぞれ走行用油圧モータＭＬ，ＭＲによって正逆転駆動されるとともに、旋回台３は旋回用油圧モータＭＴによって左右に旋回駆動されるようになっている。フロント装置９のブーム６、アーム７、および、バケット８は、それぞれブームシリンダＣ１、アームシリンダＣ２、および、バケットシリンダＣ３によって駆動されるとともに、フロント装置９全体がスイングシリンダＣ４によって、旋回台３に対して縦軸心Ｘ2 周りに左右に揺動駆動されるようになっている。また、排土板１０は、ドーザシリンダＣ５によって上下駆動されるようになっている。
【００１９】
図２に、上記した各種の油圧アクチュエータを駆動する油圧回路の全体が、また、図３にその概略がそれぞれ示されている。図において、Ｖ1 は旋回用の制御バルブ、Ｖ2 は左走行用の制御バルブ、Ｖ3 は右走行用の制御バルブ、Ｖ4 はドーザ用の制御バルブ、Ｖ5 はアーム用の制御バルブ、Ｖ6 はブーム用の制御バルブ、Ｖ7 はバケット用の制御バルブ、Ｖ8 はスイング用の制御バルブ、Ｖ9 は補助作業用の制御バルブであり、左右の走行用の制御バルブＶ2 ，Ｖ3 は運転座席１１前方の操縦塔１２に配備された左右の走行レバー１３によってそれぞれ直接にスプールを切換え操作する人為操作式のものが採用されるとともに、ドーザ用、スイング用、および、補助作業用の各制御バルブＶ4 ，Ｖ8 ，Ｖ9 はレバー操作やペダル操作によって直接にスプールを操作する人為操作式のものが採用され、また、旋回用、アーム用、ブーム用、および、バケット用の各制御バルブＶ1 ，Ｖ5 ，Ｖ6 ，Ｖ7 は、油圧パイロット操作式のものが採用され、操縦塔１２に十字操作可能に配備された左右一対の作業用レバー１４によって操作されるパイロットバルブＰＶ1 ，ＰＶ2 から供給されるパイロット圧によって、レバー操作量に応じた開度に操作されるようになっている。なお、前記制御バルブＶ1 〜Ｖ9 のバルブブロック群は、インレット用ブロックＢ1 、アウトレット用ブロックＢ2 とともに並列されて互いに連結されて内部油路によって接続されている。
【００２０】
作業用の主ポンプＰ1 と、パイロット圧供給用のパイロットポンプＰ2 とを備えた圧油供給部１５がエンジン３によって駆動されるようになっている。このポンプＰ1 は、斜板の角度変更によって吐出量を変更可能な可変容量型のものが使用されており、その吐出油が油路ａを介してインレットブロックＢ1 に供給されたのち、各制御バルブＶ1 〜Ｖ9 に供給される。また、パイロットポンプＰ2 は、定容量のギヤポンプが使用されており、その吐出圧が油路ｂを介してアンロード部１９に供給されたのち、パイロットバルブＰＶ1 ，ＰＶ2 の一次側油路ｃにパイロット元圧として供給されている。
【００２１】
図４に示すように、アンロード部１９は、レバーロック用のアンロードバルブＶ10と、高速走行切換え用のアンロードバルブＶ11とが並列配備されている。アンロードバルブＶ10は、運転部４への乗降通路を横切って開閉する牽制レバー２７に電気的に連係されており、牽制レバー２７を振り上げて乗降通路を開放した状態では、図示のようにアンロード位置の付勢保持され、パイロットバルブＰＶ1 ，ＰＶ2 の一次側油路ｃがドレンされて、作業用レバー１４を操作しても制御バルブＶ1 ，Ｖ5 ，Ｖ6 ，Ｖ7 を切換え操作することができない状態、つまり、レバーロック状態がもたらされる。また、作業者が運転座席１１に搭乗した後、乗降通路を横切る位置にまで牽制レバー２７を降ろすと、これが電気的に検出されて図示と逆の位置に切換えられ、パイロットバルブＰＶ1 ，ＰＶ2 の一次側油路ｃへのパイロット元圧の供給が行われ、制御バルブＶ1 ，Ｖ5 ，Ｖ6 ，Ｖ7 の切換え操作が可能となる。
【００２２】
また、パイロットバルブＰＶ1 ，ＰＶ2 の一次側油路ｃは、旋回用モータＭＴに備えたネガティブ・ブレーキＮＢの解除用の油路ｅにも連通されており、レバーロック用のアンロードバルブＶ10がアンロード位置にあるレバーロック時には、ネガティブ・ブレーキＮＢの解除用油路ｅがドレンされるので、旋回台５も旋回不能にロックされることになる。
【００２３】
また、高速走行切換え用のアンロードバルブＶ11は、移動走行の際に走行用モータＭＬ，ＭＲを高速状態に切換えるためのものであり、常態では図示のようにアンロード位置にある。左右の走行用モータＭＬ，ＭＲは、の斜板角の変更によって高低２段の変速が可能なアキシャルプランジャ型の可変容量モータが利用されており、モータケーシングに組込んだシリンダ２８Ｌ，２８Ｒに圧油を供給することで「高速」が、また、シリンダ２８Ｌ，２８Ｒから排油することで「低速」がもたらされるよう構成されている。そして、シリンダ２８Ｌ，２８Ｒを作動制御する流路切換えバルブＶ12，Ｖ13の操作用パイロット油路ｆがアンロードバルブＶ１１に連通接続されている。
【００２４】
これによると、通常は、アンロードバルブＶ11は図示のアンロード位置に付勢保持されており、パイロット油路ｆがドレンされることで流路切換えバルブＶ12，Ｖ13は図示した「低速」にある。そして、操縦塔１２の横側下部に配備した増速ペダル２９を踏み込み操作すると、これが電気的に検出されてアンロードバルブＶ11が逆位置に切換えられ、パイロット油路ｆに圧が立って流路切換えバルブＶ12，Ｖ13が図示の位置から逆位置に切換えられる。流路切換えバルブＶ12，Ｖ13が逆位置に切換えられた状態では、モータ駆動用の高圧側油路の油圧によってシリンダ２８Ｌ，２８Ｒが駆動されて、モータ斜板が高速位置に操作されるのである。
【００２５】
ポンプＰ1 は、ロードセンシングシステムによって吐出流量が制御されるようになっており、その流量制御部１６が圧油供給部１５に隣接して備えられている。流量制御部１６には流量補償用バルブＶ14が装備されるとともに、圧油供給部１５には、ポンプＰ1 を流量調節するための流量補償用ピストンＡｃが備えられ、流量補償用バルブＶ14によって流量補償用ピストンＡｃが作動制御されるようになっている。そして、ポンプＰ1 の吐出圧ＰPSと、各セクションにおける負荷検出ラインのうちの最高負加圧を取出した制御信号圧ＰLSとが、それぞれインレットブロックＢ1 から導出された信号ラインＬ1 ，Ｌ2 を介して流量補償用バルブＶ14に印加されるようになっており、周知のように、吐出圧ＰPSと制御信号圧ＰLSとの差が設定値（制御差圧）に維持されるように、流量補償用ピストンＡｃを介してポンプＰ1 の吐出流量が制御される。
【００２６】
ロードセンシングシステムは、作業負荷圧に応じてポンプ吐出量を制御して、負荷に必要とされる油圧動力をポンプから吐出させることで、動力の節約と操作性を向上することができるシステムであり、この例では、各制御バルブＶ1 〜Ｖ9 のスプールの後にそれぞれ圧力補償弁ＣＶが接続されたアフターオリフィス型のロードセンシングシステムが利用されている。
【００２７】
なお、この例では、ロードセンシングシステムのアンロードバルブＶ15と主リリーフバルブＶ16が、インレット用ブロックＢ1 に組込まれている。また、流量制御部１６における流量補償用バルブＶ14に設定される制御差圧は、図４中に示すように、バネ１７と差圧ピストン１８とによって与えられるようになっており、エンジン３の回転速度が高くなってパイロットポンプＰ2 の吐出量が多いなると、差圧ピストン１８によって与えられる制御差圧成分が大きくなって、ポンプＰ1 の流量が多い目に制御され、逆に、エンジン３の回転速度が低くなってパイロットポンプＰ2 の吐出量が少なくなると、差圧ピストン１８によって与えられる制御差圧成分が小さくなって、ポンプＰ1 の流量が少ない目に制御されるのである。
【００２８】
ロードセンシングシステムにおいては、ポンプケーシング内に空気が混入していると、斜板制御時に異音の発生、等の不具合がもたらされるので、製造ラインにおいて十分なエアー抜きを行っておく必要がある。この場合、図８に示すように、ポンプケーシング３１の上部に設けたドレンポート３２からホース３３を上方に延出し、製造ラインにおいて作動油を回路中に入れている間は、ホース３３の上端を規定の油面より高い位置まで延出して開放しておくことで、自然にエアーがホース３３から抜けてゆく。そして、規定の油面まで作動油が入ると、ホース３３の上端にクイックカプラ式にプラグ３４を装着して開口を閉塞したうえで、エンジンルームの内部に立設されるアーチ形のフレーム３５にホース３３の上端を支持しておくとよい。あるいは、図９に示すように、ポンプケーシング３１のドレンポー３２トと吸入部３６とをホース３７で連通接続しておけば、ポンプケーシング内のエアーはポンプＰ1 の運転に伴って勝手に吸い出されて圧油とともに油圧回路に供給され、その後、ドレン油と共にタンクに戻されてしまうことになる。
【００２９】
また、このバックホウでは、エンジン３のアクセル装置を自動的に操作するオートアイドリング制御システムが備えられている。すなわち、図３に示すように、エンジン３のガバナ２１は、電磁ソレノイドやモータなどの電気アクチュエータ２２によって操作されるようになっており、この電気アクチュエータ２２を作動制御する制御装置２３に、搭乗運転部４に備えたポテンショメータ利用のアクセル設定器２４と、バルブ作動検出用パイロット油路ｇの圧を検知する圧力スイッチ２５とが接続されている。
【００３０】
バルブ作動検出用パイロット油路ｇは、制御バルブＶ1 〜Ｖ9 の各スプールに直列に連通されてその下流が排油路ｄに連通接続されるとともに、バルブ作動検出用パイロット油路ｇの上流は、パイロットポンプＰ2 の油路ｂから分岐導出された油路ｈに絞りｓを介して接続されている。従って、制御バルブＶ1 〜Ｖ9 の全てが中立にある状態では、バルブ作動検出用パイロット油路ｇは排油路ｄに連通されて、その圧力がほとんど零にまで低下するとともに、制御バルブＶ1 〜Ｖ9 のうちのいずれか一つでも操作されると、バルブ作動検出用パイロット油路ｇの排油路ｄへの連通が断たれて、油路ｇの圧力がパイロットポンプＰ2 の元圧近くにまで上昇することになり、このバルブ作動検出用パイロット油路ｇに圧が立っているか否かを圧力スイッチ２５で検知することで、制御バルブが操作されているかどうかを判別している。
【００３１】
従って、運転者がアクセル設定器２４を作業用の高速位置に設定した状態において、制御バルブＶ1 〜Ｖ9 の全てが中立にあると、バルブ作動検出用パイロット油路ｇ圧油が排油路ｄに流出して大きく低下するために、圧力スイッチ２５は感圧作動することがなく、この状態では、ガバナ２１は予め設定されているアイドリング位置にまで電気アクチュエータ２２によって自動的にアクセルダウン制御される。そして、作業が開始されて制御バルブＶ1 〜Ｖ9 のうちのいずれか一つでも操作されると、バルブ作動検出用パイロット油路ｇ圧が立ち、これが圧力スイッチ２５で検知される。圧力スイッチ２５が感圧作動すると、ガバナ２１はアクセル設定器２４で設定された高速位置まで電気アクチュエータ２２によって自動的にアクセルアップ制御される。つまり、フロント作業および走行が行われていない非作業時には、エンジン３の回転数を自動的に所定のアイドリング回転にまで落として騒音の低減および燃費の向上を図り、フロント作業あるいは走行が行われるとエンジン３の回転速度を設定した回転数にまで自動的に上げて、必要な油圧動力を供給してフロント作業あるいは走行を効率よく行うことができるようになっているのである。
【００３２】
また、このバックホウにおいては、旋回台５が旋回作動されることに連動してポンプＰ1 の吐出流量を増量する制御が行われるようになている。つまり、図５に示すように、旋回用の制御バルブＶ1 を操作するパイロット油路ｉ，ｊのいずれかの圧を取出す油路ｋが形成されるとともに、この油路ｋが、ポンプＰ1 の斜板に作用する流量増量用ピストンＡｉに接続されている。この流量増量用ピストンＡｉは、前記流量補償用ピストンＡｃと反対側から作用するものであり、旋回台５の旋回操作がなされて、油路ｋにパイロット圧が立つとポンプＰ1 の吐出流量を増量する。
【００３３】
〔別実施形態〕
（1)図６に示すように、旋回用の制御バルブＶ1 におけるパイロット油路ｉ，ｊのみならず、ドーザ用の制御バルブＶ4 におけるパイロット油路ｍ，ｎの圧を取出し、油路ｋ介して流量増量用ピストンＡｉに供給するように構成することで、旋回台５の旋回操作のみならず、排土板１０の昇降操作が行われても、ポンプＰ1 の吐出流量を増量することができる。
（2)図７に示すように、旋回用の制御バルブＶ1 におけるパイロット油路ｉ，ｊのいずれかに圧が立つと切換えられるパイロット式の切換えバルブＶ17を備え、この切換えバルブの切換え作動によって、パイロットポンプＰ2 の油路ｂから導いたパイロット圧を油路ｑを介して流量増量用ピストンＡｉに供給するように構成して、旋回台５の旋回操作がなされると、所定値のパイロット圧で流量増量用ピストンＡｉを作動させてポンプＰ1 の吐出流量を的確に増量することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 バックホウの全体側面図
【図２】 全体の油圧回路図
【図３】 全体の油圧回路図の概略図
【図４】 走行および旋回セクションの油圧回路図
【図５】 圧油供給部および流量制御部の詳細を示す回路図
【図６】 別の実施形態における圧油供給部および流量制御部の詳細を示す回路図
【図７】 さらに別の実施形態における圧油供給部および流量制御部の詳細を示す回路図
【図８】 ポンプケーシングのエアー抜き構造の一例を示す側面図
【図９】 ポンプケーシングのエアー抜き構造の他の例を示す側面図
【符号の説明】
９ フロント装置
Ｐ1 ポンプ
Ｖ1 旋回用の制御バルブ
Ｖ17 切換えバルブ
Ａｉ 流量増量用ピストン

Claims (3)

1. フロント装置に圧油を供給するポンプの吐出流量を、作業負荷に基づいて制御するロードセンシングシステムを装備したバックホウにおいて、
   前記ロードセンシングシステムを、前記ポンプの吐出流量を制御する流量補償用ピストンと、前記流量補償用ピストンの作動を前記可変容量型の油圧ポンプの吐出圧と最高負荷圧との差を設定値に維持するように自動変更する流量制御部とによって構成するとともに、
   前記流量補償用ピストンによる流量減少方向への制御動作とは逆向きに作用して、前記流量補償用ピストンによる可変容量型の油圧ポンプの吐出圧と最高負荷圧との差を設定値に維持する制御流量よりも多くなるように油圧ポンプの吐出流量を変更するための流量増量用ピストンを備え、
   この流量増量用ピストンを、旋回台の旋回作動の検知に基づいて油圧ポンプの吐出流量を増量制御するように構成してあることを特徴とするバックホウ。
2. 旋回用の制御バルブを油圧パイロット式に構成するとともに、この旋回用の制御バルブに供給されるパイロット圧を前記流量増量用ピストンに供給してポンプの吐出流量を増量制御するよう構成してある請求項１記載のバックホウ。
3. 旋回用の制御バルブを油圧パイロット式に構成するとともに、この旋回用の制御バルブに供給されるパイロット圧でパイロット式の切換えバルブを切換えて、パイロットポンプからのパイロット圧を前記切換えバルブを介してポンプの流量増量用ピストンに供給してポンプの吐出流量を増量制御するよう構成してある請求項１記載のバックホウ。

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