JP5802338B2 - 建設機械用作業装置の駆動制御システム - Google Patents

Description

本発明は、建設機械用作業装置の駆動制御システムに係り、さらに詳しくは、作動圧力が異なる作業装置を同時に操作するとき（例えば、掘削機のブームとバケットなどの作業装置とを同時に駆動させることをいう）、並列（ｐａｒａｌｌｅｌ）流路と直列（ｔａｎｄｅｍ）流路とを同時に使用できるように流量を制御して制御弁内の圧力ロスを低減させるようにした建設機械用作業装置の駆動制御システムに関する。

図１に示すように、従来の技術による建設機械用ブーム駆動制御システムは、
エンジン１と、
エンジン１に接続される可変容量型第１及び第２油圧ポンプ２、３（以下、「第１及び第２油圧ポンプ」と称する）並びにパイロットポンプ４と、
第１油圧ポンプ２の第１センターバイパス通路５に配設されて並列流路５ａにそれぞれ接続され、旋回モータ６の駆動を制御する旋回制御弁７と、アームシリンダ８の駆動を制御するアーム制御弁９と、左側走行モータ１０の駆動を制御する走行制御弁１１と、
第２油圧ポンプ３の第２センターバイパス通路１２に配設されて並列流路１２ａにそれぞれ接続され、ブームシリンダ１３の駆動を制御するブーム制御弁１４と、バケットシリンダ１５の駆動を制御するバケット制御弁１６と、右側走行モータ１７の駆動を制御する走行制御弁１８と、
操作量に対応する制御信号を出力する圧力発生装置１９、２０と、を備える。

上述した圧力発生装置１９が中立位置に置かれているとき、第２油圧ポンプ３から吐き出される作動油は第２センターバイパス通路１２及び戻り流路２１を通過して油圧タンクＴに戻る。

ブームを上昇させるために圧力発生装置１９を操作するとき、パイロットポンプ４からのパイロット信号圧が圧力発生装置１９を経てブーム制御弁１４に供給される。これにより、ブーム制御弁１４がブーム上昇位置に切り換えられる（図中の左側方向に切り換えられる）ため、第２油圧ポンプ３から吐き出される作動油はロードチェック弁２２及びブーム制御弁１４を経てブームシリンダ１３の大チャンバに供給される。これと同時に、ブームシリンダ１３の小チャンバから流出する作動油はブーム制御弁１４を経て油圧タンクＴに戻る。したがって、ブームシリンダ１３が伸張駆動するのでブームを上昇させることができる。

一方、ブームを下降するために圧力発生装置１９をブームダウン位置に操作するとき、パイロットポンプ４からのパイロット信号圧が圧力発生装置１９を経て、ブーム制御弁１４を図中の右側方向に切り換える。このため、第２油圧ポンプ３から吐き出される作動油は、ブーム制御弁１４を経てブームシリンダ１３の小チャンバに供給される。これと同時に、ブームシリンダ１３の大チャンバから流出する作動油は、ブーム制御弁１４及び背圧チェック弁２３を経て油圧タンクＴに戻る。したがって、ブームシリンダ１３が収縮駆動されるのでブームを下降することができる。

このとき、上述した背圧チェック弁２３には弁ばねが取り付けられることにより、流量が通過すると所定の圧力が形成される。なお、ブーム制御弁１４には再生ラインが配設されることにより、ブームダウン時にブームシリンダ１３の大チャンバから流出する流量を小チャンバに再生することができる。

上述したようにブームをダウンさせるとき、ブームが自重によってダウンするため低圧力が働くことになる。一方、ブームダウン作動と相対的に高い圧力が求められる作業装置（例えば、バケットをいう）の作動を同時に操作する場合、ブームとバケットの同時操作性を維持するためにブーム下降側制御スプール（ブーム制御弁１４をいう）の流量流入口側に絞り装置（ｔｈｒｏｔｔｌｅ ｄｅｖｉｃｅ）を配設する。

一方、ブームを上昇させる圧力に比べて、相対的に低圧で作動する各作業装置の並列流路に絞り装置を配設することにより、ブーム上昇と他の作業装置の同時操作性を実現することが可能になる。

また、上述したブーム制御弁１４と並列に接続されるバケット制御弁１６及び走行制御弁１８には、第２センターバイパス通路１２を介して直列流路が形成されている。すなわち、バケットシリンダ１５の駆動を単独で制御するとき、第２油圧ポンプ３からの作動油は並列流路１２ａ及び直列流路を介して流れ込むことにより、並列流路１２ａにのみ通過させるときに発生する過度な圧力ロスを低減することが可能になる。

一方、ブーム下降操作とバケットなどの作業装置の操作を同時に行うとき、ブーム下降側制御スプールによって第２センターバイパス通路１２が閉止され、バケットシリンダ１５への作動油の供給通路は、並列流路１２ａのみとなる。この場合、並列流路１２ａに配設される有線制御弁によって十分な流路を確保することができないため過大な圧力ロスを招き、エネルギーロスにつながるという問題点がある。

さらに、上述した並列流路１２ａの絞り装置２４として可変制御弁（図２参照）を配設することもあるが、このような絞り装置２４も流路を十分に確保するのに制限があるのが現状である。

本発明は、ブームダウン作動とバケット駆動のように作動圧力が異なる作業装置を同時に操作するとき、並列流路及び直列流路を介してバケット制御弁に作動油を流れ込ませて制御弁の内部に発生する不要な圧力ロスを低減することにより、エネルギーロスを低減させて油圧システムの効率を増大させるようにした建設機械用作業装置の駆動制御システムを提供することにその目的がある。

本発明の実施形態による建設機械用作業装置の駆動制御システムは、
エンジンと、
エンジンに接続される可変容量型第１及び第２油圧ポンプ並びにパイロットポンプと、
第１油圧ポンプの第１センターバイパス通路に配設されて並列流路にそれぞれ接続され、旋回モータの駆動を制御する旋回制御弁と、アームシリンダの駆動を制御するアーム制御弁と、左側走行モータの駆動を制御する走行制御弁と、
第２油圧ポンプの第２センターバイパス通路に配設されて並列流路にそれぞれ接続され、ブームシリンダの駆動を制御するブーム制御弁と、バケットシリンダの駆動を制御するバケット制御弁と、右側走行モータの駆動を制御する走行制御弁と、
操作量に対応する制御信号を出力する圧力発生装置と、
ブーム制御弁のブーム下降側制御スプールに形成され、圧力発生装置の操作によりブームをダウンさせるようにブーム制御弁を切り換えるときにも、第２センターバイパス通路を閉止することなく開放状態を維持するブリード流路（ｂｌｅｅｄ ｆｌｏｗ ｐａｔｈ）と、
第２センターバイパス通路の最下流側に配設され、ブーム制御弁を切り換える制御信号圧によって切り換えられるセンターバイパス切換弁と、を備えて、
ブームダウン作動と相対的に作動圧力の高い作業装置の作動とを同時に操作するとき、第２油圧ポンプからの作動油が第２センターバイパス通路に接続される並列流路及び直列流路を介してバケット制御弁に流れ込む。

本発明の好適な実施形態によれば、上述した作業装置はバケットであり、作業装置を制御する制御弁はバケット制御弁である。

上述したように構成される本発明の実施形態による建設機械用作業装置の駆動制御システムは、下記のメリットを有する。

ブームダウン作動とバケット駆動のように作動圧力が異なる作業装置を同時に操作するとき、作動油が並列流路と直列流路を介してバケット制御弁に流れ込むようにして直列流路に沿って通過する流量に見合う分だけ流路を確保することができる）制御弁の内部に発生する圧力ロスを低減してエネルギーロスを減らすことができる。

従来の技術による建設機械用作業装置の駆動制御システムの油圧回路図である。 従来の技術による建設機械用作業装置の駆動制御システムに適用される絞り装置である優先制御弁の要部抜粋拡大図である。 本発明の一実施形態による建設機械用作業装置の駆動制御システムの油圧回路図である。 図３に示す油圧回路図のブーム制御弁のブリード流路の拡大図である。

以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施形態について詳述するが、これは本発明が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できる程度に詳細に説明するためのものであり、これにより本発明の技術的な思想及び範疇が限定されることはない。

図３及び図４に示す本発明の一実施形態による建設機械用作業装置の駆動制御システムは、
エンジン１と、
エンジン１に接続される可変容量型第１及び第２油圧ポンプ（以下、「第１及び第２油圧ポンプ」と称する。）２、３並びにパイロットポンプ４と、
第１油圧ポンプ２の第１センターバイパス通路５に配設されて並列流路５ａにそれぞれ接続され、旋回モータ６の駆動を制御する旋回制御弁７と、アームシリンダ８の駆動を制御するアーム制御弁９と、左側走行モータ１０の駆動を制御する走行制御弁１１と、
第２油圧ポンプ３の第２センターバイパス通路１２に配設されて並列流路１２ａにそれぞれ接続され、ブームシリンダ１３の駆動を制御するブーム制御弁１４ａと、バケットシリンダ１５の駆動を制御するバケット制御弁１６と、右側走行モータ１７の駆動を制御する走行制御弁１８と、
操作量に対応する制御信号を出力する圧力発生装置１９、２０と、
ブーム制御弁１４ａのブーム下降側制御スプールに形成され、圧力発生装置１９の操作によりブームをダウンさせるようにブーム制御弁１４ａを切り換えるときにも第２センターバイパス通路１２を閉止することなく開放状態を維持するブリード流路２５と、
第２センターバイパス通路１２の最下流側に配設され、ブーム制御弁１４ａを切り換える制御信号圧によって切り換えられるセンターバイパス切換弁２６と、を備えて、
ブームダウン作動と相対的に作動圧力の高い作業装置（例えば、バケットをいう）の作動を同時に操作するとき、第２油圧ポンプ３からの作動油が第２センターバイパス通路１２に接続される並列流路１２ａ及び直列流路を介してバケット制御弁１６に流れ込む。

このとき、上述したブーム制御弁１４ａのブーム下降側制御スプールに形成され、ブームをダウンさせるようにブーム制御弁１４ａを切り換えても、第２センターバイパス通路１２を閉止することなく開放状態を維持するブリード流路２５と、第２センターバイパス通路１２の最下流側に配設され、ブーム制御弁１４ａを切り換える制御信号圧によって切り換えられるセンターバイパス切換弁２６を除く構成は、図１に示す建設機械用作業装置の駆動制御システムの構成と同様であるため、これらの構成および作動についての詳細な説明は省略し、重複する構成要素には同じ図面符号を付する。

以下、添付図面に基づき、本発明の一実施形態による建設機械用作業装置の駆動制御システムの使用例について詳細に説明する。

図３及び図４に示すように、ブームダウン作動とバケット駆動でのように作動圧力が異なる作業装置を同時に操作するとき、上述した圧力発生装置１９の操作によって、パイロットポンプ４からのパイロット信号圧が圧力発生装置１９を経て、ブーム制御弁１４ａを図中の右側方向に切り換える。このため、第２油圧ポンプ３から吐き出される作動油は、ロードチェック弁２２（図1参照）及びブーム制御弁１４ａを経てブームシリンダ１３の小チャンバに供給される。これと同時に、ブームシリンダ１３の大チャンバから流出する作動油は、ブーム制御弁１４ａ及び背圧チェック弁２３を経て油圧タンクＴに戻る。したがって、ブームシリンダ１３が収縮駆動されるのでブームを下降させることができる。

このとき、上述した背圧チェック弁２３によって発生した圧力に起因して、ブームシリンダ１３の大チャンバから流出する一部の流量は、ブーム下降側制御スプール（ブーム制御弁１４ａをいう）に形成された再生ラインを介してブームシリンダ１３の小チャンバに再生される。

一方、第２油圧ポンプ３から吐き出される作動油は、第２センターバイパス通路１２、ブーム制御弁１４ａのブーム下降側制御スプールに形成されたブリード流路２５を通過して、バケット制御弁１６の入口側に供給される。このため、バケット制御弁１６のロードチェック弁２７を介してバケット制御弁１６のスプール通路に接続される。一方、並列流路１２ａに配設される優先制御弁を経た流量が、ロードチェック弁２７を経た流量と合流されてバケット制御弁１６のスプールに流れ込む。

このため、作動圧力が異なるブームとバケットを同時に操作するときに、第２油圧ポンプ３からの流量が並列流路１２ａを介してバケット制御弁１６のスプールに流れ込む。これと同時に、第２油圧ポンプ３からの流量が第２センターバイパス通路１２を介してもバケット制御弁１６のスプールに流れ込む。これにより、第２センターバイパス通路１２を通過してバケット制御弁１６のスプールに流れ込む流量に見合う分だけ圧力ロスが低減される（このような圧力ロスの減少は走行制御弁１８にも同様に適用可能である）。

以上述べたように、本発明の一実施形態による建設機械用作業装置の駆動制御システムによれば、ブームダウン作動とバケット駆動のように作動圧力が異なる作業装置を同時に操作するとき、並列流路と直列流路を介してバケット制御弁に作動油が流れ込むようにして制御弁の内部に発生する圧力ロスを低減させて、油圧システムの効率を増大させることができる。なお、操作量は、運転者による図示しないジョイスティックの操作によって制御信号を出力する。また、各種制御弁は図示しない制御器によって制御される。

１ エンジン
２ 可変容量型第１油圧ポンプ（第１油圧ポンプ）
３ 可変容量型第２油圧ポンプ（第２油圧ポンプ）
４ パイロットポンプ
５ 第１センターバイパス通路
５ａ 並列流路
６ 旋回モータ
７ 旋回制御弁
８ アームシリンダ
９ アーム制御弁
１０ 左側走行モータ
１１、１８ 走行制御弁
１３ ブームシリンダ
１２ 第２センターバイパス通路
１２ａ 並列流路
１３ ブームシリンダ
１４ （従来の）ブーム制御弁
１４ａ （本発明の）ブーム制御弁
１５ バケットシリンダ
１６ バケット制御弁
１７ 右側走行モータ
１９、２０ 圧力発生装置
２１ 戻り流路
２２ ロードチェック弁
２３ 背圧チェック弁
２４ 絞り装置
２５ ブリード流路
２６ センターバイパス切換弁
Ｔ 油圧タンク

Claims (2)

1. エンジンと、
   前記エンジンに接続される可変容量型第１及び第２油圧ポンプ並びにパイロットポンプと、
   前記第１油圧ポンプの第１センターバイパス通路に配設されて並列流路にそれぞれ接続され、旋回モータの駆動を制御する旋回制御弁と、アームシリンダの駆動を制御するアーム制御弁と、左側走行モータの駆動を制御する走行制御弁と、
   前記第２油圧ポンプの第２センターバイパス通路に配設されて並列流路にそれぞれ接続され、ブームシリンダの駆動を制御するブーム制御弁と、バケットシリンダの駆動を制御するバケット制御弁と、右側走行モータの駆動を制御する走行制御弁と、
   操作量に対応する制御信号を出力する圧力発生装置と、
   前記ブーム制御弁のブーム下降側制御スプールに形成され、前記圧力発生装置の操作によりブームをダウンさせるように前記ブーム制御弁を切り換えるとき、前記第２センターバイパス通路を閉止することなく開放状態を維持するブリード流路と、
   前記第２センターバイパス通路の最下流側に配設され、前記ブーム制御弁を切り換える制御信号圧によって切り換えられるセンターバイパス切換弁と、を備えて、
   ブームダウン作動と相対的に作動圧力の高い作業装置の作動とを同時に操作するとき、前記第２油圧ポンプからの作動油が前記第２センターバイパス通路に接続される前記並列流路及び直列流路を介して前記バケット制御弁に流れ込むことを特徴とする建設機械用作業装置の駆動制御システム。
2. 前記作業装置はバケットであり、前記作業装置を制御する制御弁は前記バケット制御弁であることを特徴とする請求項１に記載の建設機械用作業装置の駆動制御システム。

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