JP5124207B2 - 掘削機用オプション装置の油圧回路 - Google Patents

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Description

本発明は、掘削機にブレーカー、ハンマー、せん断機などのようなオプション装置を装着し作業することができる掘削機用オプション装置の油圧回路に関する。
さらに詳しくは、オプション装置の駆動時に生じる負荷量に関わらず、油圧ポンプからの流量をオプション装置に常時一定して供給することができ、様々な種類のオプション装置に要求される流量に合わせてそれぞれ調整することが可能な掘削機用オプション装置の油圧回路に関するものである。
図1及び図2に示されたように、従来技術による掘削機用オプション装置の油圧回路は、可変容量型油圧ポンプ26と、油圧ポンプ26に連結されるオプション装置24(ブレーカーなどをいう)と、油圧ポンプ26とオプション装置24との間の流路に設けられ、パイロット信号圧Piの印加時に切り換えられ、オプションポート22を介してオプション装置24に供給される作動油を制御する第1スプール15と、油圧ポンプ26と第1スプール15との間の流路に設けられ、第1スプール15の切換時、油圧ポンプ26からオプション装置24に供給される作動油を制御するポペット14と、ポペット14の背圧室17に弾性支持されるピストン13と、第1スプール15の入口側圧力と、第1スプール15の出口側圧力及び弁ばね5の弾性力をたした圧力との差により切り換えられ、切換時、背圧室17に連通する流路23を介して油圧ポンプ26からポペット14の背圧室17に供給される作動油を制御する第2スプール3とを備える。
また、前述したピストン13に形成され、第2スプール3の切換時、油圧ポンプ26からポペット14の背圧室17に供給される作動油を制御する第1オリフィス13aと、第2スプール3とピストン13の背圧室29との間の流路23に形成され、第2スプール3の切換時、油圧ポンプ26から背圧室29に供給される作動油を制御する第2オリフィス30と、第1スプール15とポペット14との間の流路に入口側が連通され、第2スプール3に出口側が連通される流路16に設けられ、油圧ポンプ26から吐き出され、第2スプール3を切り換えさせる作動油を制御する第3オリフィス31とを備える。
説明されていない符号19は、油圧ポンプ26の供給ライン20に連通し、第2スプール3を切り換えさせる信号圧を供給されるパイロット流路である。
以下で、従来技術によるオプション装置用油圧回路の使用例について述べる。
図1及び図2に示すように、油圧ポンプ26からの作動油は、供給ライン20とパイロット流路19に供給される。供給ライン20に供給される作動油によりポペット14を、図に於いて上向きに押し上げる。
ポペット14の背圧室17に供給された作動油は、ポペット14のオリフィス14aを通過し、チェンバー21に移動することから、ポペット14は上方に移動し、ピストン13に接触することになる(この際、弾性部材12は圧縮される)。したがって、供給ライン20の作動油は、チェンバー21に移動するようになる。
パイロット信号圧Piが第1スプール15の左側ポートに印加されると、第1スプール15が、図に於いて、右側方向に切り換えられる。チェンバー21に供給された作動油は、オプションポート22を通過し、オプション装置24に供給されることによって、オプション装置24を駆動せしめる。
この際、第1スプール15の切換により、チェンバー21とオプションポート22とが連通し、作動油がオプション装置24に供給されると、第2スプール3の通過前の圧力と、第2スプール3の通過後の圧力との間に圧力損失が生じる。
図1に示すように、第1スプール15の切換により上昇する圧力は、チェンバー21に連通した流路16に沿って第2スプール3の左側段に供給される。流路16端部に形成の第3オリフィス31を通過し、第2スプール3に供給される場合、第2スプール3を、図に於いて、右側方向に切り換えさせる(図2では、第2スプール3を左側方向に切り換えさせたものと示される)。この際、第2スプール3の受圧部断面積をA1と仮定すれば、第2スプール3を右側方向に切り換えさせる力は、A1×P1である。
オプションポート22における圧力は、パイロット流路18を通過し、第2スプール3の右側段に供給される。これにより、第2スプール3を、図に於いて、左側方向に切り換えさせる(図2では、第2スプール3が右側方向に切り換えられる)。この際、第2スプール3の受圧部断面積をA2と仮定すれば、第2スプール3を左側方向に切り換えさせる力は、((A2×P2)+F1)) (弁ばね5の弾性力をいう)である。
即ち、第2スプール3を初期状態(図面に示された状態をいう)に維持する条件は、(A1×P1)〈 ((A2×P2)+F1)であり、第2スプール3を、図に於いて、右側方向に切り換えさせる条件は、(A1×P1) 〉((A2×P2)+F1)である。
前述した第2スプール3を、図1に於いて、右側方向に切り換えさせる場合、流路16を介して作動油が第2スプール3の左側段に供給されることによって、第2スプール3が、図において、右側方向に切り換えられる。パイロット流路19に供給された作動油は、第2スプール3、貫通流路23を順次に通過した後、ピストン13の背圧室29に供給されることによって、ピストン13を、図において、下側方向に移動せしめる。弾性部材12により弾設されたポペット14が同時に下側方向に移動される。
前述したポペット14により供給ライン20とチェンバー21との間の流路が遮断される。流路16内の圧力が減少されることによって、第2スプール3を、図1に於いて、左側方向に移動せしめる。即ち、(A1×P1) 〈 ((A2×P2)+F1)の数式が成立する。
第2スプール3が、図に於いて、左側方向に移動する場合、パイロット流路19内の圧力が貫通流路23の方に供給されることが阻止される。ポペット14が、図において上向きに移動しながら、油圧ポンプ26からの作動油がチェンバー21、流路16を経て第2スプール3に供給される。即ち、(A1×P1) 〉((A2×P2)+F1)の数式が成立する。これにより、第2スプール18が、図において、右側方向に切り換えられる。
図4A、図4Bに示されたように、第2スプール3を切り換えさせる信号圧間に生じる圧力損失が、第2スプール3の繰り返し切換駆動により一定するようになる。
即ち、オプション装置24に供給される流量Qは、Q=(Cd×A×ΔP)であることがわかる。ここで、Qは流量、Cdは流量係数、A(スプールの開口面積)=常数(constant) 、ΔP=常数である(P1、P2の圧力損失をいう)。
前述したように、従来技術のオプション装置の流量制御弁構造では、オプション装置24に発生する負荷大小に関係なく、油圧ポンプ26からの作動油をオプション装置24に一定として供給することができる。
しかし、図3に示すように、オプション装置の初期制御区間でオプション装置に供給される流量が設定流量より過度に増加された後(図面に「a」と表される)、一定時間が経過してから流量が安定化となる。これにより、オプション装置の初期作動区間でオプション装置の異常作動を招き、セキュリティ上の問題が生じるようになる。
一方、オプション装置は、それを製作する会社ごとに該仕様が相違している。それゆえ、オプション装置の駆動時に必要とされる流量及び圧力が相違するにもかかわらず、油圧ポンプから様々な種類のオプション装置にそれぞれ供給される流量は制御できず、常時、同じ流量だけが供給される。
したがって、掘削機操作に経験の多いオペレータの場合でも、オプション装置を効率よく操作し得ないことから、作業性が劣るという問題を抱えている。
本発明の一実施例は、オプション装置に生じる負荷大小にかかわらず、流量をオプション装置に一定として供給し、操作性を向上させると共に、様々なオプション装置から要求される流量をそれぞれ調整することができる掘削機用オプション装置の油圧回路に関する。
また、本発明の一実施例は、オプション装置の初期制御区間で流量が過度に増加されることを防止し、オプション装置の初期作動に際し、安定性を確保し得るような掘削機用オプション装置の油圧回路に関する。
本発明の一実施例による掘削機用オプション装置の油圧回路は、可変容量型油圧ポンプと、
油圧ポンプに連結されるオプション装置と、
油圧ポンプとオプション装置との間の流路に設けられ、切換時、油圧ポンプからオプション装置に供給される流量を制御する第1スプールと、
油圧ポンプと第1スプールとの間の流路を開閉せしめるように設けられ、第1スプールの切換時、油圧ポンプからオプション装置に供給される流量を制御するポペット及びポペットの背圧室に弾性支持されるピストンと、
第1スプールとオプション装置との間の流路に設けられ、切換時、第1スプールを通過し、オプション装置に供給される作動油を制御するオプションスプールと、
第1スプール入口側の圧力と、第1スプール出口側の圧力及び弁ばねの弾性力をたした圧力との差により切り換えられ、切換時、油圧ポンプからポペットの背圧室に連通する貫通流路を介してポペットの背圧室に供給される流量を制御する第2スプールと、
ポペットに内設され、第2スプールの切換を介して油圧ポンプからの作動油によりピストン及びポペットを加圧する際、ポペットのオリフィスを通過する流量を調整する制御手段とを備え、
オプション装置の初期制御区間で、第2スプールの切換によりポペットの背圧室からオプション装置に供給される流量が制御手段により設定された流量以上に増加されることを防止する。
この際、前述した制御手段は、
ポペットのオリフィス入口側に取り付けられ、ポペットのオリフィスと連通するような貫通孔が形設されたシム(shim)と、ポペットのオリフィスに内設され、中央にオリフィスが貫通形成されたチェック弁とを含める。
前述したピストンに形成され、第2スプールの切換時、油圧ポンプから吐き出され、ポペットの背圧室に供給される作動油を制御する第1オリフィスと、
第2スプールとピストンの背圧室との間の流路に設けられ、第2スプール切換時、油圧ポンプからピストンの背圧室に供給される作動油を制御する第2オリフィスと、
第1スプールとポペットとの間の流路に入口側が連通され、第2スプールに出口側が連通される流路に設けられ、油圧ポンプから吐き出され、第2スプールを切り換えさせる作動油を制御する第3オリフィスとをさらに備える。
以上で述べたように、本発明の一実施例による掘削機用オプション装置の油圧回路は、次のような効果を奏する。
オプション装置の負荷大小に関係なく、オプション装置に流量が一定として供給されることから、オプション装置の作動速度が一定していて操作性を向上させると共に、様々なオプション装置から要求される流量をそれぞれ調整することができ、作業能率を著しく向上させることが可能となる。しかも、オプション装置の初期制御区間で流量が過度に増加されることを防止し、オプション装置の初期作動時、安定性を確保することが可能となる。
以下、本発明の望ましい一実施例を添付図面に基づいて説明するが、これは、本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者が発明を容易に実施しえる程度に詳しく説明するためのものであって、これにより本発明の技術的思想及び範疇に限られるものではない。
図5乃至図7に示すように、本発明の一実施例による掘削機用オプション装置の油圧回路は、可変容量型油圧ポンプ26と、油圧ポンプ26に連結されるオプション装置24(ハンマー、せん断機、ブレーカーなどをいう)と、油圧ポンプ26とオプション装置24との間の流路に設けられ、パイロット信号圧Piの供給により切り換えられる際、油圧ポンプ26からオプション装置24に供給される流量を制御する第1スプール15と、油圧ポンプ26と第1スプール15との間の流路20を開閉せしめるように設けられ、第1スプール15の切換時、油圧ポンプ26からオプション装置24に供給される流量を制御するポペット14と、ポペット14の背圧室17に弾性部材12(圧縮コイルばね)により弾性支持されるピストン13と、第1スプール15とオプション装置24との間の流路22に設けられ、パイロット信号圧(5pa4又は5pb4)の供給により切り換えられる際、第1スプール15を通過し、オプション装置24に供給される作動油を制御するオプションスプール25と、第1スプール15入口側の圧力と、第1スプール15出口側の圧力及び弁ばねの弾性力をたした圧力との差により切り換えられ、切換時、油圧ポンプ26からポペット14の背圧室17に連通する貫通流路23を介してポペット14の背圧室17に供給される流量を制御する第2スプール3と、ポペット14に内設され、第2スプール3の切換を介して油圧ポンプ26からの作動油によりピストン13及びポペット14を加圧する際、ポペット14のオリフィス14aを通過する流量を調整する制御手段とを備える。
ここで、前述したポペット14のオリフィス14a入口側に取り付けられ、ポペット14のオリフィス14aに連通する貫通孔14-3が中央に形成されたシム(shim)14cと、ポペット14のオリフィス14aに内設され、中央にオリフィス14-2が貫通形成されたチェック弁14bとを含める。
前述したピストン13に形成され、第2スプール3の切換時、油圧ポンプ26から吐き出され、ポペット14の背圧室17に供給される作動油を制御する第1オリフィス13aと、第2スプール3とピストン13の背圧室29との間の流路23に設けられ、第2スプール3の切換時、油圧ポンプ26からピストン13の背圧室29に供給される作動油を制御する第2オリフィス30と、第1スプール15とポペット14との間の流路に入口側が連通し、第2スプール3に出口側が連通する流路16に設けられ、油圧ポンプ26から吐き出され、第2スプール3を切り換えさせる作動油を制御する第3オリフィス31とをさらに備える。
ここで、図1に図示のものと重複されるものについては同一符号を付し、これらに対する詳しい説明は略する。
以下で、本発明の一実施例による掘削機用オプション装置の油圧回路の使用例を添付図面に基づいて説明する。
図7に示すように、前述した油圧ポンプ26からの作動油は、供給ライン20と、パイロット流路19とにそれぞれ供給される。供給ライン20に供給される作動油によりポペット14を、図に於いて、上向きに押し上げる。これと同時に、ポペット14のオリフィス14aに内設されたチェック弁14bを上向きに押し上げてシム14cの位置まで移動させる。
この時、ポペット14の背圧室17に供給された作動油は、ポペット14に内設されたチェック弁14bのオリフィス14-2を通過し、チェンバー21に移動する。これにより、ポペット14は上方へ移動し、ピストン13に接触するようになっている(ここで、弾性部材12は圧縮される)。
したがって、供給ライン20の作動油は、チェンバー21に移動する。ここで、チェンバー21に移動した作動油は、中立状態を保持する第1スプール15により流路が塞がれることから、オプション装置24には供給されない。
前述したオプションスプール25にパイロット信号圧5pa4が印加され、内部スプールが、図7に於いて、左側方向に切り換えられる。油圧ポンプ26から流路20-1に沿って移動する作動油は切り換えられたオプションスプール25により遮断され、油圧ポンプ26から流路22に沿って移動する作動油はオプションスプール25により流路5A4を経て、オプション装置24に供給される。
図6に示すように、パイロット信号圧Piが第1スプール15の左側ポートに印加される場合、第1スプール15が、図に於いて、右側方向に切り換えられる(図7では、第1スプール15が左側方向に切り換えられるものと示される)。チェンバー21に移動した作動油は、オプションポート22を通過し、オプション装置24に供給されることでオプション装置24を駆動させるようになっている。
即ち、パイロット信号圧Piにより第1スプール15が切り換えられる場合、第1スプール15の移動量によって第1スプール15に形成の可変ノッチ部27の断面積が可変する。これにより、第1スプール15を通過し、オプション装置24に供給される流量を制御することができる。
図6に示すように、油圧ポンプ26からの作動油が第1スプール15を経てオプションスプール25の方に移動する場合、第1スプール15の外周縁に形成の可変ノッチ部27によりチェンバー21とオプションポート22との間に圧力損失が生じる。この際、第1スプール15の切換により、チェンバー21からオプションポート22に移動する流量が増加する場合には圧力損失をも増加するようになる。
ここで、第1スプール15の切換により上昇する圧力の作動油は、チェンバー21に連通する流路16の第3オリフィス31を通過し、第2スプール3の左側段に供給される。これにより、第2スプール3を、図に於いて、右側方向に切り換えさせる(図7では、第2スプール3を左側方向に切り換えさせたものと示される)。
この際、第2スプール3の受圧部断面積をA1と仮定すれば、第2スプール3を右側方向に切り換えさせる力は、(A1×P1)である。
オプションポート22における圧力は、流路18を通過し、第2スプール3の右側段に供給される。これにより、第2スプール3を、図6に於いて、左側方向に切り換えさせる(図7では、第2スプール3が右側方向に切り換えられたものと示される)。この際、第2スプール3の受圧部断面積をA2と仮定すると、第2スプール3を左側方向に切り換えさせる力は、((A2×P2)+F1)(弁ばね5の弾性力をいう)である。
第2スプール3を切り換えさせない初期状態に保持する条件は、(A1×P1)〈 ((A2×P2)+F1)である。
反面、第2スプール3を、図6において、右側方向に切り換えさせる条件は、(A1×P1) 〉((A2×P2)+F1)である。
前述した第2スプール3を、図6に於いて、右側方向に切り換えさせる場合、供給ライン20と連通するパイロット流路19に供給の作動油は、第2スプール3、貫通流路23を順次に通過した後にピストン13の背圧室29に供給される。これにより、ピストン13を、図に於いて、下側方向に移動させる。弾性部材12により弾性支持されたポペット14も下側方向に移動される。
この際、第2スプール3が切り換えられ、油圧ポンプ26からの作動油によりピストン13を加圧する場合、背圧室17からポペット14のオリフィス14aを抜け出る流量をポペット14に内設のシム14cとチェック14bとにより減少せしめることができる。
即ち、背圧室17の作動油が、ポペット14のオリフィス14a入口側に取り付けられるシム14cに形成の貫通孔14-3と、ポペット14のオリフィス14aに内設されるチェック弁14bに形成のオリフィス14-2とを順次に通過するようになっている。
これにより、オプション装置24の初期作動時、背圧室17からの作動油がポペット14のオリフィス14aを抜け出る時間及びオリフィス14aを抜け出る流量を減少させることができる。
前述したポペット14の移動により供給ライン20とチェンバー21との間の流路が遮断される。流路16内の圧力が減少されることによって、第2スプール3を、図6に於いて、左側方向に移動せしめる。即ち、第2スプール3を、図6に於いて、左側方向に切り換えさせる条件は、(A1×P1)〈 ((A2×P2)+F1)の数式が成立する。
第2スプール3が、図に於いて、左側方向に移動する場合、パイロット流路19内の圧力が貫通流路23の方に供給されることが阻止される。これにより、ポペット14が、図において、上向きに移動されることによって、油圧ポンプ26からの作動油が供給ライン20、チェンバー21、流路16を経て第2スプール3の左側段に供給される。
即ち、第2スプール3を、図に於いて、右側方向に切り換えさせる条件は、(A1×P1) 〉((A2×P2)+F1)が成立する。これにより、第2スプール3が、図において、右側方向に切り換えられる。
したがって、第2スプール3の繰り返し切換動作が行われることによって、チェンバー21とオプションポート22との間に生じる圧力損失が一定となる。
図4A、図4Bに示すように、オプション装置24に供給される流量Qは、Q=Cd×A×ΔPであることがわかる。ここで、Qは流量、Cdは流量係数、A(スプールの開口面積)=常数 、ΔP=常数である(P1、P2の圧力損失をいう)。
前述した通り、掘削機にオプション装置24を装着し作業を行う場合、オプション装置24に生じる負荷大小に関わらず、油圧ポンプ26からの流量をオプション装置24に一定として供給することができる。様々なオプション装置に要求される流量をそれぞれ調整することができる。また、オプション装置24の初期作動区間でオプション装置24に供給される流量が設定流量より過度に増加されることが防がれる。
従来技術による掘削機用オプション装置の油圧回路における流量制御弁の断面図である。 従来技術による掘削機用オプション装置の油圧回路図である。 従来技術の掘削機用オプション装置を使用するに際し、初期制御区間で流量制御量が過度に増加することを示すグラフである。 掘削機用オプション装置の油圧回路で圧力対比流量変化量を示すグラフである。 掘削機用オプション装置の油圧回路で圧力対比流量変化量を示すグラフである。 本発明の一実施例による掘削機用オプション装置の油圧回路の要部図である。 本発明の一実施例による掘削機用オプション装置の油圧回路において流量制御弁の断面図である。 本発明の一実施例による掘削機用オプション装置の油圧回路図である。
符号の説明
3 第2スプール
5 弁ばね
12 弾性部材
13 ピストン
13a 第1オリフィス
14 ポペット
14a オリフィス
14b チェック弁
15 第1スプール
16 流路
17、29 背圧室
19 パイロット流路
20 供給ライン
24 オプション装置
25 オプションスプール
26 可変容量型油圧ポンプ
30 第2オリフィス
31 第3オリフィス

Claims (4)

  1. 可変容量型ポンプと、
    前記油圧ポンプに連結されるオプション装置と、
    前記油圧ポンプとオプション装置との間の流路に設けられ、切換時、油圧ポンプからオプション装置に供給される流量を制御する第1スプールと、
    前記油圧ポンプと第1スプールとの間の流路を開閉せしめるように設けられ、前記第1スプールの切換時、油圧ポンプからオプション装置に供給される流量を制御するポペット及び前記ポペットの背圧室に弾性支持されるピストンと、
    前記第1スプールとオプション装置との間の流路に設けられ、切換時、第1スプールを通過し、オプション装置に供給される作動油を制御するオプションスプールと、
    前記第1スプール入口側の圧力と、第1スプール出口側の圧力及び弁ばねの弾性力をたした圧力との差により切り換えられ、切換時、油圧ポンプから前記ポペットの背圧室に連通する貫通流路を介してポペットの背圧室に供給される流量を制御する第2スプール及び、
    前記ポペットに内設され、前記第2スプールの切換を介して前記油圧ポンプからの作動油によりピストン及びポペットを加圧する際、ポペットのオリフィスを通過する流量を調整する制御手段を備え、
    前記制御手段は、
    前記ポペットのオリフィス入口側に取り付けられ、前記ポペットのオリフィスと連通する貫通孔が形設されたシム(shim)及び、
    前記ポペットのオリフィスに内設され、中央にオリフィスが貫通形成されたチェック弁を含み、
    前記オプション装置の初期制御区間で、前記第2スプールの切換によりポペットの背圧室からオプション装置に供給される流量が前記制御手段により設定された流量以上に増加されることを防止することを特徴とする掘削機用オプション装置の油圧回路。
  2. 可変容量型ポンプと、
    前記油圧ポンプに連結されるオプション装置と、
    前記油圧ポンプとオプション装置との間の流路に設けられ、切換時、油圧ポンプからオプション装置に供給される流量を制御する第1スプールと、
    前記油圧ポンプと第1スプールとの間の流路を開閉せしめるように設けられ、前記第1スプールの切換時、油圧ポンプからオプション装置に供給される流量を制御するポペット及び前記ポペットの背圧室に弾性支持されるピストンと、
    前記第1スプールとオプション装置との間の流路に設けられ、切換時、第1スプールを通過し、オプション装置に供給される作動油を制御するオプションスプールと、
    前記第1スプール入口側の圧力と、第1スプール出口側の圧力及び弁ばねの弾性力をたした圧力との差により切り換えられ、切換時、油圧ポンプから前記ポペットの背圧室に連通する貫通流路を介してポペットの背圧室に供給される流量を制御する第2スプール及び、
    前記第1スプールとポペットとの間の流路に入口側が連通し、第2スプールに出口側が連通する流路に設けられ、油圧ポンプから吐き出され、第2スプールを切り換えさせる作動油を制御する第3オリフィスをさらに備え、
    前記ポペットに内設され、前記第2スプールの切換を介して前記油圧ポンプからの作動油によりピストン及びポペットを加圧する際、ポペットのオリフィスを通過する流量を調整する制御手段を備え、
    前記オプション装置の初期制御区間で、前記第2スプールの切換によりポペットの背圧室からオプション装置に供給される流量が前記制御手段により設定された流量以上に増加されることを防止することを特徴とする掘削機用オプション装置の油圧回路。
  3. 前記ピストンに形成され、前記第2スプールの切換時、油圧ポンプから吐き出され、前記ポペットの背圧室に供給される作動油を制御する第1オリフィスをさらに備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の掘削機用オプション装置の油圧回路。
  4. 前記第2スプールとピストンの背圧室との間の流路に設けられ、前記第2スプールの切換時、油圧ポンプからピストンの背圧室に供給される作動油を制御する第2オリフィスをさらに備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の掘削機用オプション装置の油圧回路。
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