JP3961123B2 - 油圧作業機械の油圧回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は油圧ショベル等の油圧作業機械において二つの油圧ポンプの吐出油を必要に応じ合流させて大流量を要する油圧アクチュエータに供給するようにした油圧回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
本発明の好適例である油圧ショベルを例にとって従来の上記合流式の油圧回路とその問題点を説明する。
【0003】
油圧ショベルの場合、油圧アクチュエータとして、掘削アタッチメントを構成するブーム、アーム、バケットをそれぞれ駆動する油圧シリンダ(第1および第2両ブームシリンダ、第1および第2両アームシリンダ、バケットシリンダ)と、旋回用油圧モータ、それに左右の走行用油圧モータが用いられる。
【0004】
このアクチュエータ群は二つのグループに分けられ、この両グループのアクチュエータが基本的に別々の油圧ポンプによって駆動される。
【0005】
たとえば、
第1グループ: 左走行モータ、第1ブームシリンダ、第2アームシリンダ、バケットシリンダ
第2グループ: 右走行モータ、第1アームシリンダ、第2ブームシリンダ、旋回モータ
とし、第1グループが第1油圧ポンプによって、第2グループが第2油圧ポンプによってそれぞれ駆動される。
【0006】
また、油圧ショベルにおいては、バケットによる掘削/排土作用を高速で行う必要がある場合に、第2油圧ポンプの吐出油を第1油圧ポンプの吐出油に合流させてバケットシリンダに供給し、同シリンダを高速で作動させ得るように構成されている。
【0007】
このような油圧ショベルの油圧回路構成を図7によって具体的に説明する。
【0008】
同図においては、合流油を供給されるバケットシリンダBc以外のアクチュエータの図示を省略し、これらの作動を個別に制御するコントロールバルブのみを示している。
【0009】
1は可変容量形の第1油圧ポンプで、この第1油圧ポンプ1の吐出管路に油圧パイロット式の合流切換弁2が設けられ、この合流切換弁2の一方の出口ポートにタンクTに通じるセンターバイパスライン3が接続されている。
【0010】
このセンターバイパスライン3上に、上流側(図の下側)から順に、図示しないリモコン弁によって個別に操作される左走行モータ用、第1ブームシリンダ用、第2アームシリンダ用、バケットシリンダBc用の油圧パイロット式の各コントロールバルブ4,5,6,7が設けられるとともに、最下流側に油圧パイロット式のカット弁8が設けられている。
【0011】
また、このカット弁8のさらに下流側にネガティブコントロール手段としてのネガコン絞り9が設けられ、このネガコン絞り9の入口圧(以下、ネガコン圧という)Pn1がネガコンライン10を通して第1油圧ポンプ1のレギュレータ1aに導かれることによって同ポンプ1がネガティブコントロールされる。
【0012】
すなわち、ネガコン圧Pn1が低ければタンク流量(ネガコン絞り9を経てタンクTに戻る流量)が少なくてアクチュエータ所要流量が多いとしてポンプ吐出量を増加させ、逆にネガコン圧Pnが高ければ上記タンク流量が多くてアクチュエータ所要流量が少ないとしてポンプ吐出量を減少させる制御が行われる。
【0013】
合流切換弁2のもう一方の出口ポートには、油供給ライン11が接続されて、その先端がカット弁8の入口側でバイパスライン3に接続され、この油供給ライン11に、第1ブームシリンダ用、第2ブームシリンダ用、バケットシリンダ用の各コントロールバルブ5,6,7ごとに油を供給する分岐管路12,13,14が接続されるとともに、左走行モータ用コントロールバルブ4の下流側でセンターバイパスライン3と油供給ライン11が合流管路15によって接続されている。16は油供給ライン11に設けられた第1グループ用のリリーフ弁である。
【0014】
一方、第2グループについても基本回路は上記第1グループと同様に構成されている。
【0015】
すなわち、可変容量形の第2油圧ポンプ17の吐出管路にセンターバイパスライン18が接続され、このセンターバイパスライン18上に、上流側から順に、図示しないリモコン弁によって操作される右走行モータ用、第1アームシリンダ用、第2ブームシリンダ用、旋回モータ用の油圧パイロット式の各コントロールバルブ19,20,21,22が設けられるとともに、最下流側に、バイパスライン18をタンクTに対して連通させる合流解除位置aと、タンクTに対して遮断する合流位置bとの間で切換わる油圧パイロット式のカット弁23が設けられている。
【0016】
また、このカット弁23のさらに下流側にネガコン絞り24が設けられ、このネガコン絞り24の入口圧(ネガコン圧)Pn2がネガコンライン25を通して第2油圧ポンプ17のレギュレータ17aに導かれることにより、同ポンプ17が第1油圧ポンプ1同様にネガティブコントロールされる。
【0017】
センターバイパスライン18には、右走行モータ用コントロールバルブ19の下流側とカット弁23の上流側を短絡する形で油供給ライン26が並列に接続され、この油供給ライン26から、第1ブームシリンダ用、第2アームシリンダ用、旋回モータ用の各コントロールバルブ20,21,22ごとに油を供給する分岐管路27,28,29が接続されている。30は油供給ライン26に設けられた第2グループ用のリリーフ弁である。
【0018】
また、第2油圧ポンプ17の吐出管路には、右走行モータ用コントロールバルブ20よりも上流側で合流ライン31が分岐接続され、この合流ライン31が合流切換弁2の一方の入口ポートに接続されている。
【0019】
合流切換弁2は、合流解除(単流)位置aと、合流位置bとを有し、図の合流解除位置aでは第1油圧ポンプ1の吐出油のみがセンターバイパスライン3に供給される。
【0020】
バケットシリンダBc用のコントロールバルブ7を操作する図示しないバケット用リモコン弁からのリモコン圧Pbは、パイロットライン32または33を通して同コントロールバルブ7のパイロットポートに送られ、コントロールバルブ7を切換える。
【0021】
また、このリモコン圧Pbは、合流時(運転中、常時でもよいし、オペレータのスイッチ操作等による合流操作時のみでもよい)に、シャトル弁34を介して油圧パイロット式のハイドロ弁35のパイロットポートに導かれ、このハイドロ弁35が図の合流解除位置aから合流位置bに切換わる。
【0022】
すると、パイロット圧Piがハイドロ弁35、合流切換弁用パイロットライン36およびカット弁用パイロットライン37を通して合流切換弁2および第2グループ用のカット弁23の各パイロットポートに送られ、合流切換弁2およびカット弁23がそれぞれ合流位置bに切換わる。
【0023】
これにより、図7中破線で示すように、第2油圧ポンプ17の吐出油が合流ライン31、合流切換弁2、センターバイパスライン3、合流管路15を通って合流点Kで第1油圧ポンプ1の吐出油と合流し、バケットシリンダ用コントロールバルブ7経由でバケットシリンダBcに供給されてバケットが高速で作動する。
【0024】
なお、ハイドロ弁35は反対側にもパイロットポートを有し、上記合流中に第2グループの右走行モータ用コントロールバルブ19を除く各コントロールバルブ20,21,22の少なくとも一つ(ブーム、アームまたは旋回)が操作されたときに、そのリモコン圧PaまたはPtにより合流解除位置aに復帰して合流作用が停止するように構成されている。これにより、第2グループのアクチュエータの作動が保証される。
【0025】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の油圧回路構成によると、合流時に、常に、第2油圧ポンプ17の最大吐出量が第1油圧ポンプ1の吐出油と合流されるため、場合(機械や作業の種類、オペレータの好み等)によっては流量過剰となってバケットの作動が速くなり過ぎ、かえって操作性が悪くなる事態が発生していた。
【0026】
そこで本発明は、合流油量を適量に制御して、合流油を供給されるアクチュエータの操作性を良くすることができる油圧作業機械の油圧回路を提供するものである。
【0027】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、の油圧アクチュエータを第1および第2両グループに分け、上記第1グループを第1油圧ポンプによって、上記第2グループを第2油圧ポンプによってそれぞれ駆動し、かつ、合流位置と合流解除位置との間で切換わる合流制御弁を、合流指令信号に基づき合流位置に切換えることにより、上記第2油圧ポンプの吐出油を上記第1油圧ポンプの吐出油に合流させて、上記第1グループ中の特定の油圧アクチュエータに供給するように構成された油圧作業機械の油圧回路において、合流制御手段を具備し、この合流制御手段は、上記合流時に、上記特定油圧アクチュエータに対する指令速度に応じて、合流油量を、指令速度が高いほど増加させる方向に制御するとともに、合流中に第2グループ中の油圧アクチュエータが操作されたときに合流制御弁を合流解除位置に切換えて合流を解除するように構成されたものである。
【0028】
請求項2の発明は、請求項1の構成において、合流制御弁として油圧パイロット式切換弁が用いられ、合流制御手段が、特定油圧アクチュエータに対する指令速度を検出する指令速度検出手段と、この指令速度検出手段によって検出された指令速度に応じた信号を出力するコントローラと、このコントローラの出力信号に応じて合流制御弁を制御する電磁比例弁とを具備するものである。
【0029】
請求項3の発明は、請求項1または2の構成において、合流制御弁として、第1および第2両油圧ポンプの吐出油を合流させる合流ラインに、合流制御手段からの制御信号に基づいて合流位置と合流解除位置との間で切換わる合流切換弁が設けられるとともに、第2グループの各油圧アクチュエータを個別に制御するコントロールバルブを縦貫して設けられたバイパスラインの最下流に、バイパスラインをタンクに連通させる合流解除位置とタンクに対して遮断する合流位置との間で切換わるカット弁が設けられ、合流時に、上記合流制御手段により、上記合流切換弁およびカット弁がそれぞれ合流位置に向かって作動し、このときの合流切換弁およびカット弁の少なくとも一方の開度が制御されるように構成されたものである。
【0030】
請求項4の発明は、請求項1乃至3のいずれかの構成において、第1および第2両油圧ポンプとして可変容量ポンプが用いられるとともに、両油圧ポンプの吐出油量がそれぞれネガティブコントロール手段によって自動制御されるように構成され、合流制御手段が、合流時に、上記ネガティブコントロール手段に代わって第2油圧ポンプの吐出油量を制御し得るように構成されたものである。
【0031】
上記構成によると、合流時に、合流制御手段により、第2油圧ポンプの吐出油の合流油量が、特定アクチュエータ(合流油を供給されるアクチュエータ)に対する指令速度に応じて制御され、この合流油量が、指令速度が高いほど多く、低いほど少なくなるため、特定アクチュエータの速度の変化の仕方がオペレータの要求に適応したものとなる。
【0032】
このため、機械に応じて、あるいは作業の種類やオペレータの好み等に応じて、上記合流制御特性を設定しておくことにより、適正な速度でアクチュエータを作動させることが でき、操作性が良いものとなる。
【0033】
しかも、合流中に第2グループ中のアクチュエータが操作されたときには合流を解除し、第2グループのアクチュエータの作動を保証することができる。
【0034】
この場合、請求項3の構成によると、合流制御弁として合流切換弁とカット弁が用いられ、合流時にこれらの少なくとも一方の開度が制御されることによって合流油量が制御される。
【0035】
一方、請求項4の構成によると、ネガティブコントロール方式をとる油圧回路において、合流時に、第2油圧ポンプの吐出量が制御されることによって合流油量が制御される。
【0036】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図1〜図6によって説明する。
【0037】
第1実施形態(図1〜図3参照)
この第1実施形態において、図7に示す従来回路と同一部分には同一符号を付して示し、その重複説明を省略する。
【0038】
バケットシリンダBc用のコントロールバルブ7を制御する図示しないバケット用リモコン弁が操作されると、そのレバー操作量に比例したリモコン圧(以下、バケットリモコン圧という)Pbが、シャトル弁34に接続された圧力センサ(指令速度検出手段)38により検出されて、合流制御手段を構成するコントローラ39に向けて出力される(図2参照)。
【0039】
そして、コントローラ39から、検出されたリモコン圧Pbに比例した大きさの信号が電磁比例弁40に送られる(図3参照)。
【0040】
すると、同比例弁40がバケットリモコン圧Pbに応じた開度で開き、その開度に応じた二次圧が合流切換弁用パイロットライン41およびカット弁用パイロットライン42を通して合流切換弁2および第2グループ用のカット弁23の各パイロットポートに送られることにより、合流切換弁2およびカット弁23がそれぞれ合流位置bに向かって入力信号に応じたストロークで作動する。
【0041】
これにより、第2油圧ポンプ17の吐出油が合流ライン31、合流切換弁2、センターバイパスライン3、合流管路15を通って合流点Kで第1油圧ポンプ1の吐出油と合流し、バケットシリンダ用コントロールバルブ7経由でバケットシリンダBcに供給されてバケットが高速で作動する。
【0042】
この場合、上記のように合流切換弁2およびカット弁23がバケットリモコン弁の操作量に応じた量だけストローク作動し、バケットリモコン弁がフル操作されたときにのみ、第2油圧ポンプ17の吐出量の全量が第1油圧ポンプ1の吐出量に合流する。
【0043】
いいかえれば、リモコン弁のフル操作時以外は、カット弁23および合流切換弁2によって第2油圧ポンプ17からの合流油量が絞られる。
【0044】
このため、合流時に常に第2油圧ポンプ17の全吐出量が合流する構成をとった場合のように、機械や作業の種類、オペレータの好み等によっては合流油量が多過ぎてバケット作動が速くなり過ぎるという事態が発生するおそれがない。
【0045】
しかも、合流油量が、バケットリモコン圧Pb、すなわち、オペレータによるバケット指令速度に応じて制御され、指令速度が高いほど多く、低いほど少なくなるため、バケットシリンダBcの速度の変化の仕方がオペレータの要求に適応したものとなる。このため、操作性がより一層良いものとなる。
【0046】
なお、上記合流中に第2グループの右走行モータ用コントロールバルブ19を除く各コントロールバルブ20,21,22の少なくとも一つ(ブーム、アームまたは旋回)が操作されたときには、そのリモコン圧PaまたはPtがコントローラ39に入力されて電磁比例弁40に対する信号出力が停止し、アームまたは旋回動作が支障なく行われる。
【0047】
第2実施形態(図4〜図6参照)
第1実施形態との相違点のみを説明する。
【0048】
第2実施形態においては、合流時に第2油圧ポンプ17の吐出量を制御しうる構成をとっている。
【0049】
この第2実施形態の場合、合流切換弁2および第2グループのカット弁23は、第1実施形態の場合のような開度制御でなく、両位置a,b間で完全に切換わる位置制御が行われる。
【0050】
この位置制御、すなわち、合流時に合流切換弁2およびカット弁23を合流位置bに切換えるための電磁比例弁40とは別に、第2油圧ポンプ制御用の電磁比例弁43(以下、前者を第1比例弁、後者を第2比例弁という)が設けられ、コントローラ39からの出力信号がこの両比例弁40,43に同時に送られるようになっている。
【0051】
第2比例弁43は、図5に示すようにコントローラ出力(レバー操作量)と反比例して二次圧Pcが変化するように、すなわち、コントローラ出力が小さいほど二次圧が大きくなるように特性が設定されている。
【0052】
この第2比例弁43の二次圧Pcは第2油圧ポンプ制御ライン44に導かれ、この二次圧Pcと、ネガコンライン25に導かれたネガコン圧Pn2のうち高圧側がシャトル弁45により第2油圧ポンプ17のレギュレータ17aに導入されて同ポンプ17が制御される。
【0053】
従って、合流時には第2比例弁43の二次圧Pcがレギュレータ17aに導入される。
【0054】
ここで、上記二次圧Pcはレバー操作量(バケットリモコン圧Pb)と反比例し、レバー操作量が小さければこの二次圧Pcが高くて第2油圧ポンプ17の吐出量が少なく、レバー操作量の増加に従ってポンプ吐出量が増加する。
【0055】
図6中、Pc1はレバー操作量最大時(フルレバー時)の比例弁二次圧、Pc2はレバー操作量最小時(中立レバー時)の比例弁二次圧をそれぞれ示す。
【0056】
このような第2油圧ポンプ17の吐出量制御を行うことにより、合流時の第1グループの合計流量を適量に制御することができる。
【0057】
なお、図5の破線で示すように、コントローラ出力(レバー操作量)に対して比例弁二次圧Pcをある値以下には低下しないように設定し、これにより図6破線で示すように第2油圧ポンプ17の最大吐出量を制限するように特性を設定してもよい。
【0058】
また、第2実施形態において、第1実施形態の作用(合流切換弁2およびカット弁23の開度制御作用)を活かしつつ第2油圧ポンプ17の吐出量制御を行う構成をとってもよい。
【0059】
さらに、第1実施形態において、合流切換弁2とカット弁23の一方のみについて開度制御する構成をとってもよい。
【0060】
【発明の効果】
上記のように本発明によるときは、合流時に、合流制御手段により、第2油圧ポンプの吐出油の合流油量が、特定アクチュエータ(合流油を供給されるアクチュエータ)に対する指令速度に応じて制御され、この合流油量が、指令速度が高いほど多く、低いほど少なくなるため、特定アクチュエータの速度の変化の仕方がオペレータの要求に適応したものとなる。
【0061】
このため、機械に応じて、あるいは作業の種類やオペレータの好み等に応じて、上記合流制御特性を設定しておくことにより、適正な速度でアクチュエータを作動させることができ、操作性が良いものとなる。
【0062】
しかも、合流中に第2グループ中のアクチュエータが操作されたときには合流を解除し、第2グループのアクチュエータの作動を保証することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施形態にかかる油圧回路を示す図である。
【図2】 第1実施形態におけるバケットリモコン圧と圧力センサの出力の関係を示す図である。
【図3】 第1実施形態におけるコントローラ入力とコントローラ出力の関係を示す図である。
【図4】 本発明の第2実施形態にかかる油圧回路を示す図である。
【図5】 第2実施形態におけるコントローラ出力と比例弁二次圧の関係を示す図である。
【図6】 第2実施形態における比例弁二次圧と第2油圧ポンプの吐出量の関係を示す図である。
【図7】 従来の油圧回路を示す図である。
【符号の説明】
1 第1油圧ポンプ
17 第2油圧ポンプ
Bc 特定アクチュエータとしてのバケットシリンダ
7 バケットシリンダ制御用のコントロールバルブ
4,5,6 第1グループの他のアクチュエータ制御用のコントロールバルブ
3 第1グループのバイパスライン
19,20,21,22 第2グループの各アクチュエータ制御用のコントロールバルブ
18 第2グループのバイパスライン
2 合流制御弁としての油圧パイロット式合流切換弁
23 合流制御弁としての第2グループの油圧パイロット式カット弁
38 指令速度検出手段としての圧力センサ
39 合流制御手段を構成するコントローラ
40 合流制御手段を構成する電磁比例弁
43 合流制御手段を構成する第2油圧ポンプ制御用の電磁比例弁
9,24 ネガティブコントロール手段としてのネガコン絞り
Claims (4)
- 複数の油圧アクチュエータを第1および第2両グループに分け、上記第1グループを第1油圧ポンプによって、上記第2グループを第2油圧ポンプによってそれぞれ駆動し、かつ、合流位置と合流解除位置との間で切換わる合流制御弁を、合流指令信号に基づき合流位置に切換えることにより、上記第2油圧ポンプの吐出油を上記第1油圧ポンプの吐出油に合流させて、上記第1グループ中の特定の油圧アクチュエータに供給するように構成された油圧作業機械の油圧回路において、合流制御手段を具備し、この合流制御手段は、上記合流時に、上記特定油圧アクチュエータに対する指令速度に応じて、上記合流油量を、指令速度が高いほど増加させる方向に制御するとともに、合流中に第2グループ中の油圧アクチュエータが操作されたときに合流制御弁を合流解除位置に切換えて合流を解除するように構成されたことを特徴とする油圧作業機械の油圧回路。
- 請求項1記載の油圧作業機械の油圧回路において、合流制御弁として油圧パイロット式切換弁が用いられ、合流制御手段が、特定油圧アクチュエータに対する指令速度を検出する指令速度検出手段と、この指令速度検出手段によって検出された指令速度に応じた信号を出力するコントローラと、このコントローラの出力信号に応じて合流制御弁を制御する電磁比例弁とを具備することを特徴とする油圧作業機械の油圧回路。
- 請求項1または2記載の油圧作業機械の油圧回路において、合流制御弁として、第1および第2両油圧ポンプの吐出油を合流させる合流ラインに、合流制御手段からの制御信号に基づいて合流位置と合流解除位置との間で切換わる合流切換弁が設けられるとともに、第2グループの各油圧アクチュエータを個別に制御するコントロールバルブを縦貫して設けられたバイパスラインの最下流に、バイパスラインをタンクに連通させる合流解除位置とタンクに対して遮断する合流位置との間で切換わるカット弁が設けられ、合流時に、上記合流制御手段により、上記合流切換弁およびカット弁がそれぞれ合流位置に向かって作動し、このときの合流切換弁およびカット弁の少なくとも一方の開度が制御されるように構成されたことを特徴とする油圧作業機械の油圧回路。
- 請求項1乃至3のいずれかに記載の油圧作業機械の油圧回路において、第1および第2両油圧ポンプとして可変容量ポンプが用いられるとともに、両油圧ポンプの吐出油量がそれぞれネガティブコントロール手段によって自動制御されるように構成され、合流制御手段が、合流時に、上記ネガティブコントロール手段に代わって第2油圧ポンプの吐出油量を制御し得るように構成されたことを特徴とする油圧作業機械の油圧回路。
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