JP6089666B2 - 建設機械の油圧回路 - Google Patents

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Description

本発明は油圧ショベル等の建設機械の油圧回路に関するものである。
ショベルを例にとって背景技術を説明する。
ショベルは、図２に示すようにクローラ式の下部走行体上に上部旋回体２が地面に対して垂直となる軸Ｘのまわりに旋回自在に搭載され、この上部旋回体２に掘削作業等を行うフロントアタッチメント３が取付けられて構成される。
フロントアタッチメント３は、起伏(上げ下げ)自在なブーム４の先端にアーム５、このアーム５の先端にバケット６がそれぞれ左右方向の水平軸まわりに回動可能に取付けられて構成され、ブームシリンダ７によってブーム４の上げ、下げ、アームシリンダ８によってアーム５の押し／引き、バケットシリンダ９によってバケット６の掘削、ダンプの各動作が行われる。
また、他の油圧アクチュエータとして、下部走行体１を走行駆動する左右の走行モータと、上部旋回体２を旋回駆動する旋回モータ(いずれも図示省略)が設けられる。
各油圧アクチュエータとその油圧源としての油圧ポンプとはアクチュエータごとのコントロールバルブを介して接続され、このコントロールバルブにより各油圧アクチュエータに対する圧油の給排、すなわちアクチュエータ作動(油圧シリンダでは伸縮、モータでは正逆回転)が制御される。
各油圧アクチュエータを作動させるためのアクチュエータ回路のうち油圧シリンダ回路においては、シリンダの縮み操作時に、戻り側の圧力損失が大きくなるという問題がある。
アームシリンダ回路を例にとり図３によって説明する。
油圧ポンプ１０及びタンクＴとアームシリンダ８の間に図示しないリモコン弁によって切換操作される油圧パイロット式のコントロールバルブ１１が設けられる。
アームシリンダ８のヘッド側油室(ボトム側油室ともいう)８ａとコントロールバルブ１１とはヘッド側管路１２によって、ロッド側油室８bとコントロールバルブ１１とはロッド側管路１３によってそれぞれ接続される。
また、コントロールバルブ１１とタンクＴとを結ぶ戻り管路１４が設けられ、この戻り管路１４には一定の背圧を立てるための背圧弁(バネ付きチェック弁)１５とオイルクーラ１６が設けられる。
コントロールバルブ１１は、中立、アーム押し(シリンダ縮み)、アーム引き(シリンダ伸び)の各位置イ，ロ，ハの間で切換わり作動し、これによりアームシリンダ８に対する圧油の給排、すなわちアームシリンダ８の伸縮動作が制御される。
ここで、ヘッド側油室８ａの容積がロッド側油室８bのそれよりも大きいことから、同シリンダ縮み作動時に、ヘッド側油室８ａから戻り管路１４に大量の油が流れるため、背圧弁１５及びオイルクーラ１６による同管路１４での圧損が大きくなって動力ロスとなる。
とくにアーム押しはアーム自重で加勢されて高速で動くため、圧損がとりわけ大きくなる。
この点の対策として、特許文献１に示されているように、油圧シリンダの縮み操作時にヘッド側からの戻り油を二つのルートでタンクに戻す構成とするとともに、一方の戻り管路にリリーフ弁付きのクイックリターン回路を接続し、縮み側のフル操作時にヘッド側の戻り油の一部をクイックリターン回路を通るルートで直接タンクに戻すことにより戻り側の圧損を低減する技術が公知である。
特開２００２−３３９９０４号公報
しかし、上記公知技術によると、縮み側に二本の高圧配管やリリーフ弁等が必要となることから、回路構成が複雑で部品も多くなってコスト高となる。
しかも、リリーフ弁を開いてクイックリターンさせる構成であるため、リリーフ圧が立つ分、圧損の低減効果が低くなる。
そこで本発明は、油圧シリンダのヘッド側からの戻り油による圧損低減効果を高めることができ、しかも回路構成が簡単な建設機械の油圧回路を提供するものである。
上記課題を解決する手段として、本発明においては、油圧ポンプと、この油圧ポンプからの圧油によって伸縮作動する油圧シリンダと、上記油圧ポンプと油圧シリンダの間に設けられて油圧シリンダに対する油の給排を制御するコントロールバルブと、上記油圧シリンダのヘッド側油室と上記コントロールバルブとを結ぶヘッド側管路と、上記油圧シリンダのロッド側油室と上記コントロールバルブを結ぶロッド側管路と、上記コントロールバルブとタンクとを結ぶ戻り管路とを備え、上記戻り管路には背圧弁とオイルクーラが設けられた建設機械の油圧シリンダ回路において、上記戻り管路とは別に、上記コントロールバルブとタンクとを直結するタンク直通ラインを設け、上記油圧シリンダのヘッド側油室からの戻り油を上記コントロールバルブ及び上記タンク直通ラインを通るルートでタンクに直接戻し、上記油圧シリンダのロッド側油室からの戻り油は上記コントロールバルブ及び上記戻り管路を通るルートでタンクに戻すように構成したものである。
この構成によれば、油圧シリンダのヘッド側の戻り油は、常に、背圧弁及びオイルクーラの無いタンク直通ラインを通るルートでタンクに直接戻すため、シリンダ縮み操作時の戻り油による圧損低減効果を高めることができる。
しかも、タンク直通ラインという一本の低圧配管を追加するだけでよく、回路構成が簡単で必要部品も少なく、コストが安くてすむ。
さらに、この出願の第１の発明では、上記タンク直通ラインと上記ロッド側管路とを再生管路によって接続し、上記再生管路に、上記タンク直通ラインからロッド側管路に向かう油の流れのみを許容する再生チェック弁を設ける。
この構成によれば、油圧シリンダの単独操作時、つまり複合操作時のように他のアクチュエータ回路の戻り油をシリンダロッド側への再生に利用することができない場合にも、シリンダヘッド側からの戻り油をロッド側に回してキャビテーションの発生を防止することができる。
また、この出願の第２の発明においては、上記油圧シリンダを含む複数の油圧アクチュエータごとに上記コントロールバルブと戻り管路を設けるとともに、複数の上記戻り管路を共通のタンクラインを介してタンクに接続し、上記タンク直通ラインと上記タンクラインとを補給管路によって接続し、この補給管路に、上記タンク直通ラインからタンクラインに向かう油の流れのみを許容する補給チェック弁を設ける。
この構成によれば、タンク直通ラインを備えた油圧シリンダと他の油圧アクチュエータの複合操作時に、シリンダヘッド側の戻り油を他の油圧アクチュエータに補給することが可能となる。
本発明によると、油圧シリンダのヘッド側からの戻り油による圧損低減効果を高めることができ、しかも回路構成が簡単となる。
本発明の実施形態に係る油圧回路を示す回路図である。 本発明の適用対象である油圧ショベルの概略側面図である。 従来の油圧回路の構成を示す回路図である。
実施形態は、図２に示す油圧ショベルの油圧回路を適用対象としている。
図１に示すように、エンジンによって駆動される第１及び第２両油圧ポンプ(以下、単にポンプという)１７，１８を備え、第１ポンプ１７によって図２中のブーム、バケット両シリンダ７，９と右走行モータ１９が、第２ポンプ１８によってアームシリンダ８と左走行モータ２０と旋回モータ２１がそれぞれ駆動される。Ｔはタンクである。
各油圧アクチュエータ７〜９，１９〜２１は油圧パイロット式のコントロールバルブ２２〜２７によって作動制御され、各コントロールバルブ２２〜２７は図示しないリモコン弁によって操作される。
また、各コントロールバルブ２２〜２７ごとに戻り管路２８…が設けられるとともに、この各戻り管路２８…の戻り油を合流させるタンクライン２９が設けられ、各油圧アクチュエータ７〜９，１９〜２１からの戻り油が基本的にはこのタンクライン２９を通るルートでよってタンクＴに戻される。
なお、タンクライン２９は、第１ポンプ１７によって駆動されるアクチュエータグループと、第２ポンプ１８によって駆動されるアクチュエータグループに一本ずつ、計二本設けられ、この両タンクライン２９，２９がメインタンクライン３０を介してタンクＴに接続されている。
このメインタンクライン３０には、一定の背圧を立てるための背圧弁３１と、作動油冷却用のオイルクーラ３２が設けられている。
この油圧回路においては、アームシリンダ回路について、本来の戻り管路２８とは別に、アーム用コントロールバルブ２３とタンクＴを直結するするタンク直通ライン３３が設けられ、ロッド側油室８ｂからの戻り油はコントロールバルブ２３及び戻り管路２８、タンクライン２９、メインタンクライン３０を通る従来と同じルートでタンクＴに戻す一方、ヘッド側油室８ａからの戻り油はコントロールバルブ２３及びタンク直通ライン３３を通るルートでタンクＴに直接戻すように構成されている。
この点の構成を詳述する。
アーム用コントロールバルブ２３は、中立位置イと、アーム押し位置ロと、アーム引き位置ハを備え、アーム押し位置イでポンプ油をロッド側管路３４を介してアームシリンダ８のロッド側油室８ｂに、アーム引き位置ハでポンプ油をヘッド側管路３５を介して同ヘッド側油室８ａにそれぞれ供給するように構成されている。
一方、同コントロールバルブ２３には、戻り油をタンクＴに導くタンクポートとして第１及び第２両タンクポート３６，３７が設けられ、第１タンクポート３６に戻り管路２８、第２タンクポート３７にタンク直通ライン３３がそれぞれ接続されている。
また、タンク直通ライン３３とロッド側管路３４が再生管路３８によって接続されるとともに、タンク直通ライン３３とタンクライン２９が補給管路３９によって接続されている。
再生管路３８には、タンク直通ライン３３からロッド側管路３４に向かう油の流れのみを許容する再生チェック弁４０、補給管路３９にはタンク直通ライン３３からタンクライン２９に向かう油の流れのみを許容する補給チェック弁４１がそれぞれ設けられている。
なお、タンクライン２９とロッド側及びヘッド側両管路３４，３５との間にもチェック弁付きの補給管路４２，４３が設けられている。
この回路構成によると、アーム押し(アームシリンダ縮み)操作時におけるアームシリンダ８のヘッド側の戻り油は、常に、背圧弁３１及びオイルクーラ３２の無いタンク直通ライン３３を通るルートでタンクＴに直接戻るため、戻り油による圧損低減効果を高めることができる。
しかも、タンク直通ライン３３という一本の低圧配管を追加するだけでよいため、特許文献１記載の公知技術と比較して回路構成が遥かに簡単で必要部品も少なく、コストが安くてすむ。
一方、タンク直通ライン３３とロッド側管路３４とをチェック弁４０付きの再生管路３８によって接続しているため、アームシリンダ８の単独操作時、つまり複合操作時のように他のアクチュエータ回路の戻り油をシリンダロッド８ｂ側への再生に利用することができない場合にも、シリンダヘッド８ａ側からの戻り油をロッド８ｂ側に回してキャビテーションの発生を防止することができる。
さらに、タンク直通ライン３３とタンクライン２９とをチェック弁４１付きの補給管路３９によって接続しているため、アームシリンダ８と他の油圧アクチュエータの複合操作時に、シリンダヘッド８ａ側の戻り油を他の油圧アクチュエータに補給することが可能となる。
ところで、上記実施形態ではアームシリンダ回路についてタンク直通ライン３３を設ける構成を適用したが、アームシリンダ回路に代えて、あるいはアームシリンダ回路とともに他のシリンダ回路(バケットシリンダ回路、ブームシリンダ回路)についても同様の構成をとることもできる。
また、本発明は油圧ショベルに限らず、油圧ショベルを母体として構成される他の建設機械にも適用することができる。
７ ブームシリンダ
８ アームシリンダ
８ａ アームシリンダのヘッド側油室
８ａ 同、ロッド側油室
９ バケットシリンダ
１７，１８ 油圧ポンプ
１９ 右走行モータ
２０ 左走行モータ
２１ 旋回モータ
２３ アーム用コントロールバルブ
２２，２４〜２７ 他の油圧アクチュエータ用コントロールバルブ
２８ 戻り管路
２９ タンクライン
３０ メインタンクライン
３１ 背圧弁
３２ オイルクーラ
３３ タンク直通ライン
３４ ロッド側管路
３５ ヘッド側管路
３６ 第１タンクポート
３７ 第２タンクポート
Ｔ タンク
３８ 再生管路
３９ 補給管路
４０ 再生チェック弁
４１ 補給チェック弁

Claims (2)

  1. 油圧ポンプと、この油圧ポンプからの圧油によって伸縮作動する油圧シリンダと、上記油圧ポンプと油圧シリンダの間に設けられて油圧シリンダに対する油の給排を制御するコントロールバルブと、上記油圧シリンダのヘッド側油室と上記コントロールバルブとを結ぶヘッド側管路と、上記油圧シリンダのロッド側油室と上記コントロールバルブを結ぶロッド側管路と、上記コントロールバルブとタンクとを結ぶ戻り管路とを備え、上記戻り管路には背圧弁とオイルクーラが設けられた建設機械の油圧シリンダ回路において、上記戻り管路とは別に、上記コントロールバルブとタンクとを直結するタンク直通ラインを設け、上記油圧シリンダのヘッド側油室からの戻り油を上記コントロールバルブ及び上記タンク直通ラインを通るルートでタンクに直接戻し、上記油圧シリンダのロッド側油室からの戻り油は上記コントロールバルブ及び上記戻り管路を通るルートでタンクに戻すように構成し、上記タンク直通ラインと上記ロッド側管路とを再生管路によって接続し、上記再生管路に、上記タンク直通ラインからロッド側管路に向かう油の流れのみを許容する再生チェック弁を設けたことを特徴とする建設機械の油圧回路。
  2. 油圧ポンプと、この油圧ポンプからの圧油によって伸縮作動する油圧シリンダと、上記油圧ポンプと油圧シリンダの間に設けられて油圧シリンダに対する油の給排を制御するコントロールバルブと、上記油圧シリンダのヘッド側油室と上記コントロールバルブとを結ぶヘッド側管路と、上記油圧シリンダのロッド側油室と上記コントロールバルブを結ぶロッド側管路と、上記コントロールバルブとタンクとを結ぶ戻り管路とを備え、上記戻り管路には背圧弁とオイルクーラが設けられた建設機械の油圧シリンダ回路において、上記戻り管路とは別に、上記コントロールバルブとタンクとを直結するタンク直通ラインを設け、上記油圧シリンダのヘッド側油室からの戻り油を上記コントロールバルブ及び上記タンク直通ラインを通るルートでタンクに直接戻し、上記油圧シリンダのロッド側油室からの戻り油は上記コントロールバルブ及び上記戻り管路を通るルートでタンクに戻すように構成し、上記油圧シリンダを含む複数の油圧アクチュエータごとに上記コントロールバルブを設け、このコントロールバルブごとに戻り管路を設けるとともに、この各戻り管路を共通のタンクラインを介してタンクに接続し、上記タンク直通ラインと上記タンクラインとを補給管路によって接続し、この補給管路に、上記タンク直通ラインからタンクラインに向かう油の流れのみを許容する補給チェック弁を設けたことを特徴とする建設機械の油圧回路。
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