JP4298674B2 - 建設機械の油圧駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、フロント作業機を駆動する油圧シリンダと、この油圧シリンダを駆動するための圧油を発生する油圧ポンプと、この油圧ポンプから油圧シリンダへ供給される圧油の流れや流量を切り換える方向制御弁と、油圧ポンプの吐出側管路に供給される圧油の最大圧力を制限する可変型リリーフ弁と、この可変型リリーフ弁のリリーフ圧を制御するリリーフ圧制御手段とを備えた建設機械の油圧駆動装置に関する。

油圧ショベル等の建設機械は、操作レバーやペダル等の操作手段の操作によりクローラやホイールで走行する車体と、この車体に設置され操作手段の操作により掘削作業等、種々の作業を行うフロント作業機とを設けて構成される。このフロント作業機は、油圧ショベルを例にとると、垂直方向に回動するように駆動される作業具としてのアーム、ブーム及びバケットを有する。こうしたフロント作業機を油圧駆動するための装置である建設機械の油圧駆動装置は、前記のような各作業具をそれぞれ駆動するための油圧アクチュエータとしての油圧シリンダと、これらの油圧シリンダを駆動するための圧油を発生する油圧ポンプと、この油圧ポンプから各油圧シリンダへ供給される圧油の流れや流量をそれぞれ切り換えて油圧シリンダの運動を制御する方向制御弁とを備えている。

こうした建設機械の油圧駆動装置では、油圧ポンプの吐出側管路にリリーフ弁を設けてその吐出側管路の圧油の最大圧力を制限しており、油圧駆動装置は、この最大圧力に十分に耐え得るように設計している。この吐出側管路の圧油の最大圧力は、フロント作業機を駆動する油圧シリンダの駆動力を規定し、その最大圧力を大きくするようにリリーフ弁のリリーフ圧を設定すれば、それだけ油圧シリンダの駆動力を大きくすることができる。しかしながら、リリーフ弁のリリーフ圧を設定する場合、油圧駆動装置を経済的に製作したり、これの耐久性の低下を防止したりする等の観点から、そのリリーフ圧を徒に大きく設定するようなことは行っておらず、油圧シリンダからフロント作業機の作業具へ伝達される掘削作業に有効な力（以下「掘削力」という。）等、当該作業に有効な力（以下「作業力」という。）を見据えながら、頻度の多い作業を行うのに好適な作業力が油圧シリンダから得られるようにリリーフ圧すなわち吐出側管路の圧油の最大圧力を設定している。

こうした方法で吐出側管路の圧油の最大圧力を設定すれば、大抵の作業は、支障なく行うことができるが、その圧油の最大圧力をこうした方法で設定したのでは、油圧シリンダの駆動力が不足する場合が作業内容によって時には生じる。例えば、油圧ショベルにおいて、深掘り掘削（深い溝を掘る掘削）や法面下部掘削（傾斜地の上部側から下部側の遠くを掘る掘削）を行う場合がこれに当たる。これらの掘削を行う場合には、アーム用の油圧シリンダを縮めてアームを前方に限界近くにまで伸ばすが、油圧ショベルのフロント作業機では、油圧シリンダが縮小してそのストロークが最小値に近付くにつれ、油圧シリンダからアームへ掘削力として伝達される力は減少する。

また、油圧ショベルにおいて、溝等の車体側の側壁を掘削する抱え込み掘削（立てた状態のアームを操作しつつバケットを車体側に引き寄せるようにして行う掘削）を行う場合にも同様の問題が生じる。すなわち、この抱え込み掘削を行う場合には、アーム用の油圧シリンダを、そのストロークが最大値に近付くように伸ばすが、油圧シリンダが伸長してそのストロークが最大値に近付くにつれ、油圧シリンダからアームへ掘削力として伝達される力は減少する。以上のように、アーム用の油圧シリンダのストロークが最小値付近及び最大値付近になったときには、フロント作業機の掘削力が減少し、とりわけ最小値付近になったときには、その掘削力の減少が著しく、掘削作業を円滑に行うことができなくなる。以上、一例として、油圧ショベルのアーム用の油圧シリンダに関する問題について述べたが、バケット用の油圧シリンダや油圧ショベル以外の他の建設機械の油圧シリンダについても、作業内容によっては同様の問題が生じ得る。

こうした問題に対応して、建設機械の油圧駆動装置には、油圧ポンプの吐出側管路に供給される圧油の最大圧力を制限する可変型リリーフ弁と、この可変型リリーフ弁のリリーフ圧を制御するリリーフ圧制御手段とを設け、必要に応じてリリーフ圧操作手段を操作することにより、可変型リリーフ弁のリリーフ圧をリリーフ圧制御手段を通じて基準の設定値よりも上昇させ得るようにしたものがある。こうした手段を採用することにより、必要に応じて油圧ポンプの吐出側管路の油圧を高めて前記油圧シリンダの駆動力を増大させ、これにより、フロント作業機の作業力を強化することができる。こうした手段は、必要なときにだけ一時的に機能させるものであるから、リリーフ圧を基準の設定値より上昇させても、油圧駆動装置が実質上ダメージを受けるようなことはない。この種の建設機械の油圧駆動装置は、例えば、特許文献１に開示されている。

この特許文献１に記載の建設機械の油圧駆動装置は、前記可変型リリーフ弁や前記リリーフ圧制御手段と関連して、リリーフ圧制御手段からの電気信号により切り換えられ、パイロット油圧源から可変型リリーフ弁へ送られる油圧パイロット圧を調整してそのリリーフ圧を増減させる電磁弁と、この電磁弁を切り換えるための指示信号をオンオフ操作によりリリーフ圧制御手段に対して出力して可変型リリーフ弁のリリーフ圧を増減させるリリーフ圧操作手段としての増圧指示スイッチとを備えている。この増圧指示スイッチは、標準状態においてオフ操作された状態になっており、必要時にだけ手動によりオン操作される。この従来の建設機械の油圧駆動装置は、こうした手段を備えているので、前記の深掘り掘削や抱え込み掘削を行う場合等、油圧シリンダストロークの最小値付近や最大値付近で大きな作業力をフロント作業機に付与することが必要になったときに、オペレータは、増圧指示スイッチをオン操作することにより、油圧シリンダの駆動力を増大させてフロント作業機の作業力を強化することが可能となる。
特開２００１ー３３０００１号公報（第２−３頁、図７−８）

しかしながら、この特許文献１に記載の従来の建設機械の油圧駆動装置では、こうした油圧シリンダストロークの最小値付近や最大値付近で大きな作業力をフロント作業機に付与することが必要な作業を適宜実施する場合に、油圧シリンダの駆動力を増強する必要があるか否かをオペレータが逐一判断して増圧指示スイッチをオン操作することを要するため、フロント作業機の操作がきわめて煩雑である。また、こうして増圧指示スイッチをオン操作した後、油圧シリンダの駆動力を増強する必要がなくなったときには、油圧駆動装置等に無益な負担をかけて寿命の低下を招かないようにするため、増圧指示スイッチを速やかにオフ操作する必要がある。やはり、このときにも、オペレータが増圧指示スイッチを操作することを要して、フロント作業機の操作が煩わしい。

本発明は、こうした従来の技術の問題を解決するために創作されたものであって、その技術課題は、オペレータがリリーフ圧操作手段を操作しないでも、油圧シリンダの駆動力をストロークの最小値付近又は最大値付近で増強して、フロント作業機に付与する作業力を強化することができる建設機械の油圧駆動装置を提供することにある。

本発明は、こうした技術課題を達成するため、「フロント作業機を駆動する油圧シリンダと、この油圧シリンダを駆動するための圧油を発生する油圧ポンプと、この油圧ポンプから油圧シリンダへ供給される圧油の流れや流量を切り換える方向制御弁と、油圧ポンプの吐出側管路に供給される圧油を逃がしてその圧油の最大圧力を制限する可変型リリーフ弁と、この可変型リリーフ弁のリリーフ圧を制御するリリーフ圧制御手段とを備えた建設機械の油圧駆動装置」を構成する場合に次のとおり構成した。

油圧シリンダのストロークを検出するためのストローク検出手段と、油圧シリンダのストロークの最小値側及び最大値側の少なくとも一方の側に設定した油圧シリンダのストロークに係る設定範囲を記憶するストローク記憶手段とを設け、ストローク検出手段での油圧シリンダのストロークの検出値がストローク記憶手段に記憶されている油圧シリンダのストロークに係る設定範囲内にあるときに、リリーフ圧を上昇させるよう可変型リリーフ弁をリリーフ圧制御手段により制御するように構成した。

建設機械の油圧駆動装置は、油圧シリンダのストロークの最小値付近又は最大値付近で大きな掘削力等の作業力を必要とする作業を行うときに、油圧シリンダからフロント作業機に付与される作業力が不足しがちになる。本発明の建設機械の油圧駆動装置は、前記のように構成しているので、油圧シリンダのストロークの最小値側及び最大値側の少なくとも一方の側に設定された設定範囲内に油圧シリンダのストロークがあるときに、リリーフ圧制御手段が可変型リリーフ弁を通じてリリーフ圧を上昇させるように制御する。その結果、油圧シリンダを駆動する過程で、油圧シリンダのストロークが前記設定範囲内になると、従来の技術のようにオペレータがリリーフ圧操作手段を操作するようなことはしないでも、油圧シリンダの駆動力が増強され、これに伴って、油圧シリンダからフロント作業機に付与される作業力も増大する。

したがって、当該建設機械のフロント作業機について、油圧シリンダのストロークの最小値付近又は最大値付近で大きな作業力を要する作業の内容を見据えながら、ストローク記憶手段に記憶させる油圧シリンダのストロークに係る設定範囲をその作業の内容に適うよう事前に検討して設定すれば、油圧シリンダから付与される作業力が不足しがちな油圧シリンダのストロークの最小値付近又は最大値付近でその作業を円滑に実施できるように油圧シリンダの駆動力をリリーフ圧制御手段により増強することができる。このように、本建設機械の油圧駆動装置では、オペレータがリリーフ圧操作手段を操作しないでも、油圧シリンダの駆動力をストロークの最小値付近又は最大値付近で増強して、フロント作業機に付与する作業力を強化することができる。

以下の説明から明らかなように、本発明は、「フロント作業機を駆動する油圧シリンダと、この油圧シリンダを駆動するための圧油を発生する油圧ポンプと、この油圧ポンプから油圧シリンダへ供給される圧油の流れや流量を切り換える方向制御弁と、油圧ポンプの吐出側管路に供給される圧油を逃がしてその圧油の最大圧力を制限する可変型リリーフ弁と、この可変型リリーフ弁のリリーフ圧を制御するリリーフ圧制御手段とを備えた建設機械の油圧駆動装置」を構成する場合に、前記の〔課題を解決するための手段〕の項に示したように構成しているので、本発明の建設機械の油圧駆動装置によれば、オペレータがリリーフ圧操作手段を操作しないでも、油圧シリンダの駆動力をストロークの最小値付近又は最大値付近で増強して、フロント作業機に付与する作業力を強化することができる。その結果、油圧シリンダストロークの最小値付近や最大値付近で大きな作業力を要する作業を実施する場合に、従来よりもオペレータの作業負担を軽減することができ、油圧シリンダの駆動力の適切なる増強を確実に行うことができる。

以下、本発明が実際上どのように具体化されるのかを図１乃至図５を用いて説明することにより、本発明を実施するための望ましい形態を明らかにする。

図１は、本発明の建設機械の油圧駆動装置を設置するための建設機械の一例を示す斜視図、図２は、本発明を具体化して構成した建設機械の油圧駆動装置に関する油圧回路図、図３は、図１の建設機械におけるアームシリンダのストロークとこのアームシリンダから付与される掘削力との関係を示す概念図、図４は、図２の建設機械の油圧駆動装置における制御装置の構成要素を示すブロック図、図５は、図１の建設機械におけるバケットシリンダのストロークとこのバケットシリンダから付与される掘削力との関係を示す概念図である。なお、ここでは、建設機械が自走式の油圧ショベルである場合を例にして、以下の説明をする。

本発明の建設機械の油圧駆動装置は、すでに述べた従来の建設機械の油圧駆動装置と同様、フロント作業機を駆動する油圧シリンダと、この油圧シリンダを駆動するための圧油を発生する油圧ポンプと、この油圧ポンプから油圧シリンダへ供給される圧油の流れや流量を切り換える方向制御弁と、油圧ポンプの吐出側管路に供給される圧油を逃がしてその圧油の最大圧力を制限する可変型リリーフ弁と、この可変型リリーフ弁のリリーフ圧を制御するリリーフ圧制御手段とを備えている。

まず、図１に基づき、本発明の建設機械の油圧駆動装置を設置するための建設機械の一例である自走式の油圧ショベルについて概説する。

１は上部旋回体２を設置するための基台となり作業現場を走行することが可能な下部走行体、２はこの下部走行体１上に旋回可能に搭載された旋回フレームとこの旋回フレームの上部に設置された諸装置とからなる上部旋回体、２ａは油圧ショベルの操縦を行うための、前記旋回フレーム上に設置された運転室、３は後端部が上部旋回体２の前部に垂直方向に回動可能に軸着されて設置されたブーム、４は後端部がこのブーム３の前端部に垂直方向に回動可能に軸着されたアーム、５はこのアーム４の前端部に垂直方向に回動可能にかつ着脱可能に軸着されたバケットである。なお、符号ａは、アーム４の後端部をブーム３の前端部に回動可能に軸着するためのピンであり、符号ｂは、アーム４の後端部をアームシリンダ７の前端部に軸着するためのピンであって、これらは、後の説明の便のために特に付けたものである。

自走式の油圧ショベルは、大別すると、フロント作業機と、このフロント作業機を設置するための、後述する油圧ポンプ１０及び制御装置５０等の油圧駆動・制御用の機器や運転室２ａ等の諸装置を備えた走行可能な車体とで構成され、この車体は、下部走行体１と上部旋回体２とで構成される。フロント作業機は、作業具としてのブーム３、アーム４及びバケット５を設けて構成され、これらの作業具をそれぞれ駆動して各作業具に掘削力等の作業力を付与するための、後述するブームシリンダ６、アームシリンダ７及びバケットシリンダ８が付設されている。このフロント作業機は、主としてバケット５により土砂の掘削作業や積載作業等を行うが、バケット５に代えて、アタッチメントとしてのアースドリルや破砕機等の作業具をバケットシリンダ６等の油圧シリンダに取り付けることにより、それ以外の種々の作業を行うこともできる。

６は伸縮させてブーム３を垂直方向に回動（傾動）させるように駆動するブームシリンダ、７は伸縮させてアーム４を回動（揺動）させるように駆動するアームシリンダ、８は伸縮させてバケット５を回動させるように駆動するバケットシリンダ、９ａは一端部がバケットシリンダ８の前端部に回動可能に軸着され他端部がアーム４に回動可能に軸着される第１の駆動用リンク、９ｂは一端部がバケットシリンダ８の前端部に第１の駆動用リンク９ａと同軸に回動可能に軸着され他端部がバケット５に回動可能に軸着される第２の駆動用リンク、４１はアームシリンダ７のストロークを検出するためのアームシリンダストロークセンサである。

フロント作業機で地山をする際、主としてアームシリンダ７及びバケットシリンダ８を伸長方向に駆動することにより、バケット５を地山に食い込ませて掘削する。その場合、アームシリンダ７については、ブーム３へのアーム４の軸着部としてのピンａ及びアームシリンダ７へのアーム４の軸着部としてのピンｂを結ぶ線分と、アームシリンダ７の推力方向（アームシリンダ７の軸線）とのなす角αが直角のときに、アーム４の掘削力が最大となる。また、バケットシリンダ８については、バケットシリンダ８の推力方向（バケットシリンダ８の軸線）と第１の駆動用リンク９ａとのなす角βが直角のときに、バケット５の掘削力が最大となる。一方、後述するように、アームシリンダ７のストロークが最小のときにアーム４の掘削力は最小となり、バケットシリンダ８のストロークが最大のときにバケット５の掘削力が最小となる。

本発明に係る建設機械の油圧駆動装置に関する油圧回路の一例を図２に基づいて説明する。この油圧回路は、アームシリンダ７の駆動力をストロークの最小値付近又は最大値付近で増強してアーム４の作業力を強化する例を説明するためのものであるので、バケットシリンダ８、バケット用の方向制御弁及びバケット用の操作用の操作装置の図示は、省略している。

１０はブームシリンダ６やアームシリンダ７等の油圧ショベルの既述の各種油圧アクチュエータを駆動するための圧油を発生する可変容量型の油圧ポンプ、１１はこの油圧ポンプ１０の吐出側管路１４に供給される圧油を逃がしてその圧油の最大圧力を制限する可変型リリーフ弁としてのメインリリーフ弁、１２は油圧パイロット圧を発生するためのパイロット用油圧源としてのパイロットポンプ、１３は制御装置５０により上位置又は下位置に切り換えられてメインリリーフ弁１１のリリーフ圧を増減させる働きをする比例電磁弁、１４は油圧ポンプ１０の吐出側の圧油を各種油圧アクチュエータに供給するための主管路をなす油圧ポンプ１０の吐出側管路、１５はパイロットポンプ１２で発生した油圧パイロット圧を送り出すためのパイロット圧送出路、１６はこのパイロット圧送出路１５に送り出された油圧パイロット圧をメインリリーフ弁１１の信号受け部に導くためのパイロット圧導入路である。

メインリリーフ弁１１のリーフ圧は、フロント作業機を駆動する油圧シリンダの駆動力を規定し、この油圧シリンダの駆動力から、頻度の多い作業を行うのに好適な作業力が得られるように設定されている。通常時には、こうして設定された基準の設定値にメインリリーフ弁１１のリーフ圧を設定してフロント作業機で作業を行う。比例電磁弁１３は、制御装置５０からの電気信号により上位置及び下位置の何れかに切り換えられ、通常時には、図２に図示の下位置に切り換えられている。このとき、比例電磁弁１３は、パイロット圧送出路１５のパイロット圧導入路１６への連通を遮断していて、パイロットポンプ１２の油圧パイロット圧は、メインリリーフ弁１１の信号受け部に送られておらず、メインリリーフ弁１１のリーフ圧は、基準の設定値に設定されている。

また、この比例電磁弁１３は、後述するように、アームシリンダ７のストロークが最小値付近又は最大値付近の設定範囲内になると、制御装置５０からの電気信号により上位置に切り換えられる。このとき、比例電磁弁１３は、パイロット圧送出路１５をパイロット圧導入路１６に連通させてパイロットポンプ１２の油圧パイロット圧をパイロット圧導入路１６に導く。その場合、比例電磁弁１３は、制御装置５０からの電気信号の出力値に応じて開口量が調節され、これにより、比例電磁弁１３からパイロット圧導入路１６に導かれる油圧パイロット圧の出力値が調整される。その結果、比例電磁弁１３で圧力調整された油圧パイロット圧の出力値によりメインリリーフ弁１１が制御されて、リーフ圧が制御される。図示はしていないが、パイロットポンプ１２の油圧パイロット圧は、方向制御弁２０，２１を切り換えるためのパイロット信号を生成するため、後述する操作装置３０，３１のパイロット弁３０ａ，３１ａにも導かれるようになっている。

２０は油圧ポンプ１０からブームシリンダ６へ供給される圧油の流れや流量を切り換えて同シリンダ６の運動を制御するブーム用の方向制御弁、２１は油圧ポンプ１０からアームシリンダ７へ供給される圧油の流れや流量を切り換えて同シリンダ７の運動を制御するアーム用の方向制御弁、３０は操作レバー３０ｂの操作によりブーム用の方向制御弁２０を切り換え操作するためのパイロット信号を出力するブーム操作用の操作装置、３１は操作レバー３１ｂの操作によりアーム用の方向制御弁２１を切り換え操作するためのパイロット信号を出力するアーム操作用の操作装置、４０は油圧ポンプ１０の吐出圧Ｐを検出するためのポンプ吐出圧センサ、４１は既述のアームシリンダストロークセンサ、５０はメインリリーフ弁１１のリリーフ圧を制御するリリーフ圧制御手段としての、後に詳述する制御装置、６０はオペレータが操作することにより比例電磁弁１３を切り換えるための指示信号を制御装置５０に対し出力してメインリリーフ弁１１のリリーフ圧を増減させるリリーフ圧操作手段としての圧力指示スイッチである。

ブーム用の方向制御弁２０及びアーム用の方向制御弁２１は、操作レバーの操作により左位置に切り換えられたときに、それぞれ、油圧ポンプ１０の圧油をブームシリンダ６及びアームシリンダ７の各ロッド側に供給するとともに、これらの各ボトム側の圧油を作動油タンクに排出し、これにより、両シリンダ６，７を縮小させることができる。また、右位置に切り換えられたときには、それぞれ、油圧ポンプ１０の圧油をブームシリンダ６及びアームシリンダ７の各ボトム側に供給するとともに、これらのロッド側の圧油を作動油タンクに排出し、これにより、両シリンダ６，７を伸長させることができる。その場合、操作レバーの操作量に応じて開口量が調節され、これにより、両シリンダ６，７の伸縮する速度を制御することができる。

アーム操作用の操作装置３１は、油圧パイロット圧を出力するパイロット弁３１ａ（一対の減圧弁）と、傾動操作されパイロット弁３１ａから傾動量に応じた油圧パイロット圧を出力させる操作レバー３１ｂとを設けて構成されている。操作用の操作装置３０も、同様のパイロット弁３０ａと同様の操作レバー３０ｂとを設けて構成されている。ポンプ吐出圧センサ４０及びアームシリンダストロークセンサ４１でそれぞれ検出された油圧ポンプ１０の吐出圧Ｐ及びアームシリンダストロークは、制御装置５０に入力され、後述するメインリリーフ弁１１の制御のために使用される。本建設機械の油圧駆動装置は、制御装置５０に最大の特徴があり、圧力指示スイッチ６０は、本発明にとって不可欠のものではないので、この圧力指示スイッチ６０は、適宜省略することができる。

そこで、図３及び図４に基づき、制御装置５０の仕組みについて説明する。

まず、この制御装置５０の基本的な仕組みについて説明する。図３は、アームシリンダストロークとアームシリンダ７からアーム４に付与される掘削力との関係を概略的に示したものである。図３によれば、このアーム４の掘削力は、アームシリンダストロークがその最大値（１００％）の約６０％のときに最大（掘削力１）となり、アームシリンダストロークが０％（最小値）のときに最小（掘削力０．５）となって、掘削力が最大のときの半分程度と大幅に低下する。また、アーム４の掘削力は、アームシリンダストロークが１００％（最大値）のときに、掘削力が最大のときの８割弱となってかなり低下する。

既述の深掘り掘削や法面下部掘削を行う場合には、図１に点線で示すようにアームシリンダ７を縮めてアーム４を前方に限界近くにまで伸ばすが、このとき、図３に示すようにアーム４の掘削力が大幅に低下するため、掘削作業を円滑に行うことができなくなって作業能率の低下を招く。また、既述の抱え込み掘削を行う場合には、図１に実線で示すように、アームシリンダ７を伸ばしてアーム４を立てた状態にしながら、アームシリンダストロークを最大値に近付けるようにアームシリンダ７を伸ばしてバケット５を車体側に引き寄せるようにしながら掘削するが、このときには、図３に示すようにアーム４の掘削力がかなり低下して不足気味になる。

本建設機械の油圧駆動装置では、こうした問題を解消するため、アーム４の掘削力が不足しがちなアームシリンダストロークの最小値側及び最大値側に、メインリリーフ弁１１のリリーフ圧を増圧するときのアームシリンダストロークに係る設定範囲を設定し、制御装置５０のストローク記憶手段に記憶させるようにしている。そして、制御装置５０では、アームシリンダストロークセンサ４１でのアームシリンダストロークの検出値がこのストローク記憶手段に記憶されているアームシリンダストロークに係る設定範囲内にあるときに、指令電圧を比例電磁弁１３に出力してこれを上位置に切り換えることにより、所定の値の油圧パイロット圧をメインリリーフ弁１１に送ってリリーフ圧を設定値だけ上昇させるようメインリリーフ弁１１を制御するように構成している。

本建設機械の油圧駆動装置では、このようにアームシリンダストロークが設定範囲内にあるときに、制御装置５０によりメインリリーフ弁１１のリリーフ圧を上昇させるようにしているので、アームシリンダ７を伸縮する過程で、アームシリンダストロークが設定範囲内になると、アームシリンダ７の駆動力が増強され、これに伴って、アームシリンダ７からアーム４に付与される掘削力も増大する。したがって、従来の技術のようにオペレータが増圧指示スイッチのようなリリーフ圧操作手段を操作するようなことはしないでも、アームシリンダ７の駆動力をストロークの最小値付近及び最大値付近で増強して、アーム４の掘削力を強化することができる。

次に、制御装置５０の具体的な仕組みを図４に基づいて説明する。同図において、１０１はメインリリーフ弁１１のリリーフ圧を増圧するときのアームシリンダストロークの設定範囲とこの設定範囲において増圧するリリーフ圧の増圧量とを記憶するストローク記憶手段を付設した第１の演算手段、１０２はメインリリーフ弁１１のリリーフ圧を増圧するときの油圧ポンプ１０の吐出圧Ｐの設定範囲とこの設定範囲において増圧するリリーフ圧の増圧量とを記憶するポンプ吐出圧記憶手段を付設した第２の演算手段、１０３は比例電磁弁１３に出力する指令電圧をリリーフ圧の増圧量に対応して記憶する指令電圧記憶手段を付設した第３の演算手段、１０４は第１の演算手段１０１及び第２の演算手段１０２から出力される各増圧量のうちの低い方の増圧量を選択する第１の増圧量選択手段、１０５は第２の演算手段１０２及び圧力指定スイッチ６０から出力される各増圧量のうちの低い方の増圧量を選択する第２の増圧量選択手段、１０６は第１の増圧量選択手段１０４及び第２の増圧量選択手段１０５で選択される各増圧量のうちの高い方の増圧量を選択する第３の増圧量選択手段である。

第１の演算手段１０１及び第２の演算手段１０２には、それぞれアームシリンダストロークセンサ４１及びポンプ吐出圧センサ４０の検出結果が入力される。第１の演算手段１０１におけるストローク記憶手段及び第２の演算手段１０２におけるポンプ吐出圧記憶手段には、アームシリンダストローク及び油圧ポンプ１０の吐出圧Ｐに対応してそれぞれ設定されたメインリリーフ弁１１のリリーフ圧の増圧量がテーブルとして記憶され、第３の演算手段１０３における指令電圧記憶手段には、メインリリーフ弁１１のリリーフ圧の増圧量に対応して出力する指令電圧がテーブルとして記憶されている。

前述したように、アームシリンダストロークが０％のときにアーム４の掘削力が最小となって大幅に低下することから、第１の演算手段１０１におけるストローク記憶手段のテーブルでは、アームシリンダストロークが０％のときに、メインリリーフ弁１１のリリーフ圧を最大増圧量（１００％の増圧量）まで増圧するようにしている。一方、アームシリンダストロークが１００％のときには、アーム４の掘削力はかなり低下するするものの、０％のときほどは低下しないので、メインリリーフ弁１１のリリーフ圧を最大増圧量の半分程度にしか増圧するようにしていない。

第２の演算手段１０２におけるポンプ吐出圧記憶手段のテーブルでは、油圧ポンプ１０の吐出圧Ｐが設定値Ｐ１に達しない限り、メインリリーフ弁１１のリリーフ圧を増圧することを許容せず、吐出圧Ｐが設定値Ｐ１にまで達したときに、そのリリーフ圧を急激に増圧して最大増圧量まで増圧することを許容するようにしている。この設定値Ｐ１は、例えば、メインリリーフ弁１１の通常時のリリーフ圧よりも１０％〜２０％程度低い値に設定し、油圧ポンプ１０の吐出圧Ｐが設定値Ｐ１に達していないときには、アームシリンダ７の駆動力に余裕があるものとみる。したがって、設定値Ｐ１は、アームシリンダ７の駆動力に余裕があるか否かを判定するための尺度となる値に設定する。

第３の演算手段１０３における指令電圧記憶手段のテーブルでは、最終的に確定したメインリリーフ弁１１のリリーフ圧の増圧量に正比例した電圧値が指令電圧として比例電磁弁１３に出力されるようにしている。制御装置５０は、以上述べた各演算手段１０１，１０２，１０３と各増圧量選択手段１０４，１０５，１０６とを設けて構成されている。図４中、圧力指示スイッチ６０は、オフ操作されているときにメインリリーフ弁１１のリリーフ圧の増圧量を０％にし、オン操作されたときにその増圧量を１００％にするように構成されている。

制御装置５０の作用について説明する。フロント作業機で掘削作業を開始すると、アームシリンダストロークセンサ４１からアームシリンダストロークに係る検出値が第１の演算手段１０１に入力され、ポンプ吐出圧センサ４０から油圧ポンプ１０の吐出圧Ｐに係る検出値が第２の演算手段１０２に入力される。そうすると、第１の演算手段１０１では、アームシリンダストロークセンサ４１の検出値がストローク記憶手段に記憶されているアームシリンダストロークの設定範囲にあるか否かを判断する。その結果、その検出値が設定範囲内にあると判断したときには、ストローク記憶手段のテーブルに従ってメインリリーフ弁１１のリリーフ圧に関する増圧量の値を出力し、設定範囲内にないと判断したときには、そのリリーフ圧の増圧は行わず、増圧量０％の値を出力する。

一方、第２の演算手段１０２では、ポンプ吐出圧センサ４０の検出値がポンプ吐出圧記憶手段に記憶されている油圧ポンプ１０の吐出圧Ｐに係る設定値Ｐ１に達しているか否かを判断する。その結果、その検出値が設定値Ｐ１に達していると判断したときには、ポンプ吐出圧記憶手段のテーブルに従ってメインリリーフ弁１１のリリーフ圧に関する増圧量の値を出力し、設定値Ｐ１に達していないと判断したときには、増圧量０％の値を出力する。第１の増圧量選択手段１０４では、こうして第１の演算手段１０１及び第２の演算手段１０２からそれぞれ出力される増圧量の値のうちの低い方の値Ｐｎ１を選択する。

この第１の増圧量選択手段１０４で行うこうした処理は、油圧ポンプ１０の吐出圧Ｐが設定値Ｐ１に達していないのに、アームシリンダストロークの最小値側や最大値側でメインリリーフ弁１１のリリーフ圧を増圧することを禁止するようにしたものである。こうした処理を行うことにより、アームシリンダ７がアーム４に付与し得る掘削力が不足していないにもかかわらず、リリーフ圧をアームシリンダストロークの最小値側や最大値側で画一的に増圧する無駄な制御をなくすことができる。

第２の増圧量選択手段１０５では、第２の演算手段１０２及び圧力指定スイッチ６０からそれぞれ出力される増圧量の値のうちの低い方の値Ｐｎ２を選択する。したがって、圧力指定スイッチ６０をオン操作してメインリリーフ弁１１のリリーフ圧を１００％の増圧量に増圧しようとしても、第２の演算手段１０２から出力される増圧量の値が１００％でない限り、圧力指定スイッチ６０のオン操作は機能しない。こうした処理を行うことにより、第１の増圧量選択手段１０４での処理と同様、アームシリンダ７の駆動力が不足していないにもかかわらずリリーフ圧を増圧する無駄な制御をなくすことができる。なお、圧力指定スイッチ６０は、副次的に設けられたものであって、オペレータが必要としなければ、操作しなくても済む。

以上のように、第１の増圧量選択手段１０４及び第２の増圧量選択手段１０５からは、メインリリーフ弁１１のリリーフ圧に関する増圧量について、実際に必要とする増圧量の値Ｐｎ１，Ｐｎ２だけが選別されて出力され、第３の増圧量選択手段１０６では、こうして出力された増圧量の値Ｐｎ１，Ｐｎ２のうちの高い方の値Ｐｘを選択する。この増圧量の値Ｐｘは、第３の演算手段１０３に入力され、この第３の演算手段１０３からは、同増圧量の値Ｐｘに見合った指令電圧が比例電磁弁１３に出力されてメインリリーフ弁１１のリリーフ圧を必要量だけ上昇させるように制御する。また、このリリーフ圧を上昇させる必要がなくなると、リリーフ圧が通常時のリリーフ圧に自動的に戻される。

以上、本発明に係る建設機械の油圧駆動装置について、アームシリンダ７の駆動力をストロークの最小値付近又は最大値付近で増強する例を説明したが、次に、バケットシリンダ８の駆動力をストロークの最大値付近で増強する実施形態について概説する。

図５は、バケットシリンダストロークと、バケットシリンダ８からバケット５に付与される掘削力との関係を概略的に示したものである。この図５によれば、このバケット５の掘削力は、バケットシリンダストロークがその最大値（１００％）の約３０％のときに最大（掘削力１）となり、バケットシリンダストロークが最大値のときに最小（掘削力０．３強）となって、掘削力が最大のときの１／３程度と大幅に低下する。また、バケットシリンダストロークが０％（最小値）のときには、バケット５の掘削力は、最大のときの９割弱であって、それほどは低下しない。したがって、バケットシリンダ８については、深掘り掘削等、作業の内容によってはバケットシリンダストロークの最大値側でバケット５の掘削力が不足する。

バケットシリンダ８について、こうした問題を解消するためには、バケット５の掘削力が不足するバケットシリンダストロークの最大値側に、メインリリーフ弁１１のリリーフ圧を増圧するときのバケットシリンダストロークに係る設定範囲を設定し、制御装置５０のストローク記憶手段に記憶させる。そして、制御装置５０では、バケットシリンダストロークがこのストローク記憶手段に記憶されているバケットシリンダストロークに係る設定範囲内にあるときに、リリーフ圧を設定値だけ上昇させるようメインリリーフ弁１１を制御装置５０で制御するように構成すればよい。また、こうした建設機械の油圧駆動装置を具体化する場合には、すでに述べた図４の例に準じて具体化すればよい。

以上述べた技術内容は、フロント作業機を駆動する油圧シリンダを備えた建設機械であれば、油圧ショベル以外の建設機械の油圧駆動装置にも適用することができ、これにより、リリーフ圧操作手段の操作を要することなく油圧シリンダの駆動力を増強することができる。すなわち、当該建設機械のフロント作業機について、油圧シリンダストロークの最小値付近又は最大値付近で大きな掘削力を要する作業の内容を見据えながら、ストローク記憶手段に記憶させる油圧シリンダストロークに係る設定範囲をその作業の内容に適うよう事前に検討して設定すれば、掘削力が不足しがちな油圧シリンダストロークの最小値付近又は最大値付近でその作業を円滑に実施できるように、油圧シリンダの駆動力をリリーフ圧制御手段としての制御装置５０により適宜自動的に増強することができる。

このように、本発明に係る建設機械の油圧駆動装置では、オペレータがリリーフ圧操作手段を操作しないでも、油圧シリンダの駆動力をストロークの最小値付近又は最大値付近で増強して、フロント作業機に付与する作業力を強化することができる。その結果、油圧シリンダストロークの最小値付近や最大値付近で大きな作業力を要する作業を実施する場合に、従来よりもオペレータの作業負担を軽減することができ、油圧シリンダの駆動力の適切なる増強を確実に行うことができる。

本発明の建設機械の油圧駆動装置を設置するための建設機械の一例を示す斜視図である。 本発明を具体化して構成した建設機械の油圧駆動装置に関する油圧回路図である。 図１の建設機械におけるアームシリンダのストロークとこのアームシリンダから付与される掘削力との関係を示す概念図である。 図２の建設機械の油圧駆動装置における制御装置の構成要素を示すブロック図である。 図１の建設機械におけるバケットシリンダのストロークとこのバケットシリンダから付与される掘削力との関係を示す概念図である。

符号の説明

１ 下部走行体
２ 上部旋回体
３ ブーム
４ アーム
５ バケット
６ ブームシリンダ
７ アームシリンダ
８ バケットシリンダ
９ａ 第１の駆動用リンク
９ｂ 第２の駆動用リンク
１０ 油圧ポンプ
１１ メインリリーフ弁
１２ パイロットポンプ
１３ 比例電磁弁
１４ 吐出側管路
２０ ブーム用の方向制御弁
２１ アーム用の方向制御弁
３０ ブーム操作用の操作装置
３１ アーム操作用の操作装置
４０ ポンプ吐出圧センサ
４１ アームシリンダストロークセンサ
５０ 制御装置
１０１ 第１の演算手段
１０２ 第２の演算手段
１０３ 第３の演算手段
１０４ 第１の増圧量選択手段
１０５ 第２の増圧量選択手段
１０６ 第３の増圧量選択手段

Claims (1)

1. フロント作業機を駆動する油圧シリンダと、この油圧シリンダを駆動するための圧油を発生する油圧ポンプと、この油圧ポンプから油圧シリンダへ供給される圧油の流れや流量を切り換える方向制御弁と、油圧ポンプの吐出側管路に供給される圧油を逃がしてその圧油の最大圧力を制限する可変型リリーフ弁と、この可変型リリーフ弁のリリーフ圧を制御するリリーフ圧制御手段とを備えた建設機械の油圧駆動装置において、油圧シリンダのストロークを検出するためのストローク検出手段と、油圧シリンダのストロークの最小値側及び最大値側の少なくとも一方の側に設定した油圧シリンダのストロークに係る設定範囲を記憶するストローク記憶手段とを設け、ストローク検出手段での油圧シリンダのストロークの検出値がストローク記憶手段に記憶されている油圧シリンダのストロークに係る設定範囲内にあるときに、リリーフ圧を上昇させるよう可変型リリーフ弁をリリーフ圧制御手段により制御するように構成したことを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。

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