JP4380643B2 - 作業機械の油圧制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は油圧ショベル等の作業機械の油圧制御装置に関するものである。
油圧ショベルを例にとって背景技術を説明する。
油圧ショベルは、図５に示すように、クローラ式の下部走行体１上に上部旋回体２が縦軸まわりに旋回自在に搭載され、この上部旋回体２に、ブーム３、アーム４、バケット５、それにブーム起伏用、アーム作動用、バケット作動用の各シリンダ６,７,８から成る作業(掘削)アタッチメント９が装着されて構成される。
また、下部走行体１を走行駆動する左右の走行モータ１０,１１、及び上部旋回体２を旋回駆動する旋回モータ１２(図６参照)が設けられている。
図６は油圧ショベルの油圧制御装置の全体構成を示す。
油圧アクチュエータ群は、右走行モータ１１、バケットシリンダ８、ブームシリンダ６を備えた第１グループＧ１と、左走行モータ１０、旋回モータ１２、アームシリンダ７を備えた第２グループＧ２とに分けられている。
この両グループＧ１,Ｇ２の各油圧アクチュエータは、それぞれ走行モータ１１,１０を最上流側にしてセンターバイパスラインＣＢ１,ＣＢ２によりタンデムに接続される一方、走行モータ以外の各油圧アクチュエータ(以下、作業アクチュエータという)６,７,８,１２については、センターバイパスラインＣＢ１,ＣＢ２とは別に設けられた圧油供給管路Ｌ１,Ｌ２にパラレルに接続されている。Ｔはタンクである。
また、油圧アクチュエータごとに、作動を制御する油圧パイロット式のコントロールバルブ１３〜１８と、これらを切換操作する操作手段としてのリモコン弁(図示しない)が設けられている。
一方、油圧アクチュエータ群に対する圧油供給源として第１、第２両ポンプ１９,２０が設けられ、この両ポンプ１９,２０の吐出油が油圧パイロット式の走行直進弁２１を介して両グループＧ１,Ｇ２に供給される。
走行直進弁２１は、ファンクションとして中立位置Ａと走行直進位置ロとを有し、かつ、二つのポンプポートＰ１,Ｐ２と、二つのアクチュエータポートａ,ｂを備えた二位置４ポート切換弁として構成され、コントローラ２２からの指令に基づく電磁比例式の走直比例弁２３の二次圧によって切換制御される。
コントローラ２２には、各リモコン弁の操作量に応じた操作信号(たとえばリモコン弁の二次圧を検出する圧力センサからの信号)が入力され、走行操作と、作業操作(作業アクチュエータ６,７,８,１２の操作)が別々に行なわれる単独操作時には走行直進弁２１が図示の中立位置イとなる。
この状態では、第１ポンプ１９の吐出油が、走行直進弁２１の通路Ｐ１−ｂを通って第１グループＧ１に、第２ポンプ２０の吐出油が直接、第２グループＧ２にそれぞれ供給される(この状態を第１圧油供給状態という)。
一方、走行操作と作業操作が同時に行なわれる複合操作時には、走行直進弁２１が中立位置イから走行直進位置ロに切換えられる。
この状態では、第１ポンプ１９の吐出油が圧油供給管路Ｌ１、及び走行直進弁２１の通路Ｐ１−ａから圧油供給管路Ｌ１を通って両走行モータ１０,１１以外の油圧アクチュエータ６,７,８,１２に供給される一方、第２ポンプ２０の吐出油が両走行モータ１０,１１に分配供給される(この状態を第２圧油供給状態という)。
この第２圧油供給状態で、両走行モータ１０,１１が共通の第２ポンプ２０によって駆動されるため、左右同量ずつ走行操作されれば両走行モータ１０，１１に同量の油が供給されてこれらが同速で回転する。すなわち、走行直進性が確保される。
この場合、両走行モータ１０,１１に対する圧油供給量が第１圧油供給状態と比べて半減するため、速度も半減(急減速)してショックが発生する。
そこで、このショックを緩和する手段として、走行直進弁２１に連通路２４を設け、第２圧油供給状態で両ポンプ１９,２０のポンプラインをこの連通路２４で連通させることにより、第１ポンプ１９の吐出油の一部を走行側に送るように構成している(特許文献１参照)。
特開２０００−１７６９３号公報
ところが、連通路２４を設けたことにより、次の弊害が生じていた。
複数のアクチュエータを共通のポンプで駆動する構成をとると、作動圧の高い方に油が流れにくくなるという圧力干渉が生じることはよく知られている。
ここで、従来の構成によると、連通路２４の開口量は、一般には固定であり、その通過流量はポンプ吐出量とアクチュエータの作動圧とによって決まる。
この場合、ポンプ吐出量が十分多ければ目立った問題とはならないが、ローアイドル時のようにエンジン回転数が低いときには、ポンプ吐出量が少なくなり、アクチュエータに供給される流量も著しく減少するため、エンジン低速回転状態での複合操作時に上記圧力干渉の影響が高まり、ブーム上げ操作のように走行よりも負荷(作動圧)が高い作業操作が不調に陥る(動きが極端に緩慢になったり動かなくなったりする)現象が発生していた。
なお、特許文献１には、２つのポンプの吐出圧を検出し、その差が一定以上になると、連通路を絞る技術が開示されている。しかし、この技術は、ポンプ吐出圧の差によって起こる圧力干渉を防止するものであり、前記エンジン回転数の変化によって発生する圧力干渉には直接には対応できない。
そこで本発明は、エンジン回転数の低下に起因する複合操作時の圧力干渉(アクチュエータ動作の不調)を確実に防止することができる作業機械の油圧制御装置を提供するものである。
請求項１の発明は、下部走行体上に搭載された上部旋回体に作業アタッチメントが装着され、左右の走行モータと、この走行モータ以外の作業アクチュエータとを備えた油圧アクチュエータ群が、左右いずれか一方の走行モータを含む第１グループと、他方の走行モータを含む第２グループとに分けられるとともに、エンジンによって駆動される油圧源としての第１及び第２両ポンプと、ポンプ吐出油の流路を切換える走行直進弁とが設けられ、この走行直進弁は、走行操作と走行操作以外の操作である作業操作を別々に行う単独操作時には中立位置にあって上記第１及び第２両グループに別々のポンプの吐出油を供給し、走行操作と作業操作を同時に行う複合操作時には走行直進位置に切換わって上記両走行モータと作業アクチュエータに別々のポンプの吐出油を供給するように構成され、かつ、上記走行直進弁が中立位置から走行直進位置に切換わる過程で両ポンプのポンプラインを連通路によって連通させるように構成された作業機械の油圧制御装置において、複合操作時に上記連通路の開口量をエンジン回転数に応じて低回転数側で小さくする開口制御を行う制御手段を具備するものである。
請求項２の発明は、請求項１の構成において、走行直進弁は、中立位置と走行直進位置との間に、連通路が形成される中間位置を備え、制御手段は、この走行直進弁の位置を制御することによって開口制御を行うように構成されたものである。
請求項３の発明は、請求項１または２の構成において、走行直進弁の外部に連通弁が設けられ、制御手段はこの連通弁を連通路として開口制御を行うように構成されたものである。
請求項４の発明は、請求項１乃至３の構成において、制御手段は、エンジン回転数が設定回転数未満のときに開口制御を行うように構成されたものである。
本発明によると、両ポンプのポンプラインを連通させる連通路(請求項２では走行直進弁に設けられた連通路、請求項３では走行直進弁の外部に設けられた連通弁)の開口量をエンジン回転数に応じて、低回転数側で小さくなる開口制御を行うように構成したから、エンジン回転数が低い状態での複合操作時に、ブーム上げ等の作業操作が極端に緩慢になったりできなくなったりする圧力干渉を確実に防止することができる。
この場合、請求項２の発明によると、走行直進弁の位置制御によって走行直進弁そのものの連通路の開口量を制御するため、外部に連通弁を設けてこれを開口制御する構成をとった場合等と比較して、コストが安く、スペース的にも有利となる。
また、請求項４の発明によると、エンジン回転数が設定回転数未満のときに開口制御を行うため、設定回転数を、複合操作時の圧力干渉(作業アクチュエータの不調)が発生し始める回転数として設定しておけば、それ以上の回転数では連通路を設けたことによる本来の機能(スムーズな走行)を確保することができる。
実施形態を示す図１において、図６に示す従来の油圧制御装置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。
図１に示す実施形態において、
(ｉ) 油圧アクチュエータ群を、右走行モータ１１、バケットシリンダ８、ブームシリンダ６を備えた第１グループＧ１と、左走行モータ１０、旋回モータ１２、アームシリンダ７を備えた第２グループＧ２とに分け、第１及び第２両ポンプ１９,２０の吐出油を走行直進弁２５を介して両グループＧ１,Ｇ２に供給する点、
(ｉｉ) コントローラ２６からの制御信号によって走直比例弁２３を制御し、この走直比例弁２３により走行直進弁２５を制御する点
は、図６に示す従来装置と同じである。
走行直進弁２５は、中立位置Ａと走行直進位置Ｃとを有し、かつ、２つのポンプポートＰ１,Ｐ２と、２つのアクチュエータポートａ,ｂとが設けられている。
コントローラ２６には、各リモコン弁の操作量に応じた操作信号が入力され、走行操作と作業操作が別々に行われる単独操作時には走行直進弁２５が図示の中立位置Ａとなる。
この中立位置Ａでは第１グループＧ１が第１ポンプ１９によって、第２グループＧ２が第２ポンプ２０によってそれぞれ駆動される第１圧油供給状態となる。
一方、走行操作と作業操作が同時に行われる複合操作時に走行直進位置Ｃに切換わると、作業アクチュエータ６,７,８,１２が第１ポンプ１９によって、両走行モータ１０,１１が第２ポンプ２０によってそれぞれ駆動される第２圧油供給状態となる。
走行直進弁２５には、中立位置Ａと走行直進位置Ｃとの間に中間位置Ｂが設けられるとともに、中間位置Ｂで両ポンプラインを連通させる連通路２７が設けられ、複合操作時に両ポンプ１９,２０のポンプラインがこの連通路２７で連通する。
この状態で、第１ポンプ１９の吐出油の一部が走行側に送られ、複合操作開始時の走行の急減速が防止される。
コントローラ２６には、操作信号に加えて、エンジン回転数を検出する図示しない回転数センサからの信号(エンジン回転数信号)が入力され、複合操作時に、エンジン回転数に応じて連通路２７の開口量が制御される。
この点の作用を図２のフローチャートを併用して説明する。
ステップＳ１で、操作信号に基づいて複合操作か否かが判別され、ＮＯ(単独操作)のときはステップＳ２で走行直進弁２５が中立位置Ａにセットされて第１圧油供給状態となる。
一方、ステップＳ１でＹＥＳ、すなわち複合操作のときには、そのときのエンジン回転数Ｎｒと、予め設定されたエンジン回転数(設定エンジン回転数)Ｎｓとが比較される。
設定エンジン回転数Ｎsは、両ポンプ１９,２０の吐出量が十分多くて、実際上、圧力干渉の問題が起こらないエンジン回転数の下限値、いいかえればそれ以下に低下すれば圧力干渉が発生する回転数として設定され、ここでＹＥＳ(Ｎr≧Ｎs)のときは、圧力干渉の問題が起こらないとしてステップＳ４で走行直進弁２５が中間位置Ｂにセットされる。
これにより、連通路２７が開き、第１ポンプ１９の吐出油の一部が走行側に送られて走行急減速が防止される。
これに対し、ステップＳ３でＮＯ(Ｎr＜Ｎｓ)のときは、圧力干渉が発生するおそれがあるとして走行直進弁２５が走行直進位置Ｃに切換えられる。
この場合、実際には、走直比例弁２３の出力は作業アクチュエータの操作量(リモコン弁の二次圧)に比例して変化し、この比例弁出力に応じて走行直進弁２５がストローク作動する構成がとられるため、この操作量に対する比例弁出力の変化の仕方(傾き)を、エンジン回転数Ｎrが設定回転数Ｎs以上か未満かに応じ変えることとなる。
図３は作業アクチュエータの操作量と走直比例弁２３の出力(＝走行直進弁２５のストローク)の関係を示し、エンジン回転数Ｎrが設定回転数Ｎs以上のときは、実線で示すように操作量の増加に対して走行直進弁２５が最大で中間位置Ｂ(連通路２７の開口量が最大)までストローク作動するように比例弁出力が増加する。
一方、エンジン回転数Ｎrが設定回転数Ｎs未満のときは、破線で示すように操作量の増加に対して走行直進弁２５が最大で走行直進位置Ｃ(連通路開口量が０)までストローク作動するように比例弁出力が増加する。
この制御により、エンジン回転数Ｎrが設定回転数Ｎs未満のときは、連通路２７が絞られる(最小で０となる)ため、複合操作時に、作動圧の高い作業アクチュエータの動き(たとえばブーム上げ)が極端に緩慢になったり停止したりするおそれがなくなる。すなわち、エンジン回転数が低い状態での圧力干渉を確実に防止することができる。
しかも、エンジン回転数Ｎrが設定回転数Ｎs未満のときに開口制御を行うため、前記のように設定回転数Ｎsを、複合操作時の圧力干渉が発生し始める回転数として設定しておけば、それ以上の回転数では連通路２７を設けたことによる本来の機能(スムーズな走行)を確保することができる。
また、走行直進弁２５の位置制御によって走行直進弁２５そのものの連通路２７の開口量を制御するため、外部に連通弁を設けてこれを開口制御する構成をとった場合等と比較して、コストが安く、スペース的にも有利となる。
ただし、本発明の他の実施形態として、図４に示すように走行直進弁２８を中立位置Ａと走行直進位置Ｃとの間で切換わり作動する構成とするとともに、この走行直進弁２８の外部において両ポンプラインを連通／遮断する連通弁２９を設け、複合操作時にこの連通弁２９の開口量を、第１実施形態と同様に、エンジン回転数に応じて制御する構成をとってもよい。
この構成によっても、複合操作時に、エンジン回転数が低い状態での圧力干渉を防止するという所期の目的は達成することができる。
また、上記実施形態では、エンジン回転数Ｎrが設定回転数Ｎs未満のときに連通路開口量を絞る開口制御を行う構成をとったが、エンジン回転数の低下に比例して連通路開口量を漸減させる構成をとってもよい。
この場合、開口量漸減制御は全回転数域で行うようにしてもよいし、ある回転数以下の回転数域のみで行わせるようにしてもよい。
本発明の実施形態にかかる油圧制御装置の全体構成を示す図である。 同装置の作用を説明するためのフローチャートである。 同装置における作業アクチュエータの操作量と走直比例弁出力の関係を示す図である。 本発明の他の実施形態にかかる油圧制御装置の全体構成を示す図である。 油圧ショベルの概略側面図である。 従来の油圧制御装置の全体構成を示す図である。
符号の説明
１ 下部走行体
２ 上部旋回体
Ｇ１ 第１グループ
Ｇ２ 第２グループ
６ 作業アクチュエータとしてのブームシリンダ
７ 同アームシリンダ
８ 同バケットシリンダ
９ 作業アタッチメント
１０,１１ 走行モータ
１２ 作業アクチュエータとしての旋回モータ
１９ 第１ポンプ
２０ 第２ポンプ
２３ 走直比例弁
２５ 走行直進弁
Ａ 中立位置
Ｂ 中間位置
Ｃ 走行直進位置
２６ 制御手段としてのコントローラ
２７ 連通路
２８ 走行直進弁
２９ 連通弁

Claims (4)

  1. 下部走行体上に搭載された上部旋回体に作業アタッチメントが装着され、左右の走行モータと、この走行モータ以外の作業アクチュエータとを備えた油圧アクチュエータ群が、左右いずれか一方の走行モータを含む第１グループと、他方の走行モータを含む第２グループとに分けられるとともに、エンジンによって駆動される油圧源としての第１及び第２両ポンプと、ポンプ吐出油の流路を切換える走行直進弁とが設けられ、この走行直進弁は、走行操作と走行操作以外の操作である作業操作を別々に行う単独操作時には中立位置にあって上記第１及び第２両グループに別々のポンプの吐出油を供給し、走行操作と作業操作を同時に行う複合操作時には走行直進位置に切換わって上記両走行モータと作業アクチュエータに別々のポンプの吐出油を供給するように構成され、かつ、上記走行直進弁が中立位置から走行直進位置に切換わる過程で両ポンプのポンプラインを連通路によって連通させるように構成された作業機械の油圧制御装置において、複合操作時に上記連通路の開口量をエンジン回転数に応じて低回転数側で小さくする開口制御を行う制御手段を具備することを特徴とする作業機械の油圧制御装置。
  2. 走行直進弁は、中立位置と走行直進位置との間に、連通路が形成される中間位置を備え、制御手段は、この走行直進弁の位置を制御することによって開口制御を行うように構成されたことを特徴とする請求項１記載の作業機械の油圧制御装置。
  3. 走行直進弁の外部に連通弁が設けられ、制御手段はこの連通弁を連通路として開口制御を行うように構成されたことを特徴とする請求項１または２記載の作業機械の油圧制御装置。
  4. 制御手段は、エンジン回転数が設定回転数未満のときに開口制御を行うように構成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の作業機械の油圧制御装置。
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