JP6220131B2 - 油圧制御システムとその油圧制御システムを搭載した建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、油圧ショベル等の建設機械に搭載する油圧制御システムとそれを搭載した建設機械に係るもので、整地作業を容易としてかつ他のホースや油圧制御弁等の付帯部品を必要とすることなく、安全性にも配慮し、容易にフロート機能を付加できる油圧制御システムとそれを搭載した建設機械に関する。

フロート機能は、油圧ショベル等の建設機械を用いて均一な整地作業を行う場合に、建設機械のブームの下降時にブームシリンダのロッド側ポートとヘッド側ポートの両流路を互いに連通させ、作動油を油圧タンクに帰還させる機能である。

この機能によりブームが自重のみにより下降し、前記建設機械のアームの操作により各油圧シリンダに一定な低負荷を形成し、該当作業の地面の形状に従ってブームを上下方向に移動させ、整地作業を容易に行うようにする。また、油圧ポンプから吐き出される作動油を他の作業装置で使用することができるから、省エネルギーとなる。

例えば、特許文献１では、「油圧ポンプから吐き出される作動油を使用せずにブームを自重により下降させながら、均平整地作業を行える」ようにするために、「第１、２油圧ポンプ１，２及びパイロットポンプ３と、操作レバー８と、フロート機能を選択するフロート機能スイッチとアームシリンダ、スイング装置及び走行装置と、ブームシリンダ５，５ａ、バケットシリンダ及び走行装置と、これらの起動、停止及び方向切換を制御するメインコントロールバルブ４と、フロート機能スイッチのオンの作動時に切り換えられるソレノイド弁７と、フロート機能スイッチがオンの状態でブームをダウン操作するときに切り換えられ、ブームシリンダ５，５ａのラージチェンバー側とスモールチェンバー側の両流路を連通させ、作動油を油圧タンク２４に帰還させるフロートバルブ９と、フロートバルブ９内に装着され、ブームの急下降を防止するホールディング用ロジックポペットとを含む」ことについての提案がなされている。

すなわち、方向切換弁等の主油圧制御弁以外に、補助油圧制御弁を設け、さらに、それぞれを接続する油圧配管を設ける提案となっている。

特開２０１１−２０９２号公報

ところで、特許文献１は配管内及び補助油圧制御弁内の圧力損失があり、効率低下を招くと共に建設機械の機器レイアウトも複雑となり、機器のメンテナンスに対して大きな支障が生じ、また、製造コストやメンテナンスコストにも課題を生じることとなる。

本発明は、上記問題を解決させる為になされたものであって、方向切換弁等の主油圧制御弁以外に、補助油圧制御弁を設けることなく、その結果、配管内及び補助油圧制御弁内の圧力損失が無く、効率低下が生じないと共に建設機械の機器レイアウトも複雑とならない油圧制御システムとそれを搭載した建設機械を提供することを目的とする。

前記の課題を解決するために、本発明に係る油圧制御システムは、建設機械のブームやアームに対し、第一ポンプ用スプールと第二ポンプ用の合流用スプールと各スプールに対してシリンダ保護用の安全弁を備える油圧制御システムにおいて、第一ポンプ用のブームシリンダヘッド側接続ポートに安全弁と外部信号により操作可能なパイロットチェック弁を有するとともに、第一ポンプ用のブームシリンダロッド側接続ポートと制御弁内部で接続される第二ポンプ用の合流スプール側にもパイロットチェック弁を有する油圧制御システムであって、
前記各パイロットチェック弁は、外部信号が無いとき、前記各ブームシリンダ接続ポートからの圧油はタンクと遮断し、外部信号があるとき、前記ブームシリンダヘッド側接続ポートと前記ブームシリンダロッド側接続ポートの両流路は互いに連通され、前記各ブームシリンダ接続ポートからの圧油は前記タンクに連通されるとともに、前記タンクの圧力が前記各ブームシリンダ接続ポートより高いとき、前記タンクからの圧油は前記各ブームシリンダ接続ポートへ連通することを特徴とする。

また、本発明に係る油圧制御システムは、前記各パイロットチェック弁は、外部信号を受けるピストンと、前記ピストンと対向し前記各ブームシリンダ接続ポートと前記タンクとを遮断するポペットとを備え、前記ピストンと対向し接続するポペットの接続部の面積が、前記ピストンの面積より小さいことを特徴とする。

さらに、本発明に係る建設機械は、本発明に係る油圧制御システムを搭載する。

本発明に係る建設機械によれば、建設機械のブームやアームに対し、第一ポンプ用スプールと第二ポンプ用の合流用スプールと各スプールに対してシリンダ保護用の安全弁を備える油圧制御システムにおいて、第一ポンプ用のブームシリンダヘッド側接続ポートに安全弁と外部信号により操作可能なパイロットチェック弁を有するとともに、第一ポンプ用のブームシリンダロッド側接続ポートと制御弁内部で接続される第二ポンプ用の合流スプール側にもパイロットチェック弁を有することにより、方向切換弁等の主油圧制御弁以外に、補助油圧制御弁を設けることなく、その結果、配管内及び補助油圧制御弁内の圧力損失が無く、効率低下が生じないと共に建設機械の機器レイアウトも複雑とならない油圧制御システムとそれを搭載した建設機械を提供することができる。

本発明に係る油圧制御システムの実施例１における油圧回路図である。 本発明に係る油圧制御システムの実施例２における油圧回路図である。 一般的な建設機械の構成図であって、整地作業の掘削時のアームの動作を示すものである。 本発明に係る油圧制御システムの実施例１におけるパイロットチェック弁の横断面図である。

図１乃至４を用いて、本発明に係る油圧制御システムの構成について２つの実施例を通して説明する。

図１に、本発明に係る油圧制御システムの実施例１における油圧回路図を示す。本発明に係る油圧制御弁は、第一のポンプ１と、第二のポンプ６と、図示せぬパイロットポンプと、図示せぬ操作量に比例して操作信号を出力する操作レバーとを備える。

第一のポンプ１の吐出流路である高圧通路２には、ブームシリンダと、前記操作レバーの操作によるパイロットポンプからのパイロット信号圧によって切り換えられ、切り替え時に第一のポンプ１からブーム装置と、アーム装置等に供給される作動油を制御する第一ポンプ用ブームスプール３と、アームシリンダに合流通路３３、３４を介して連結される第一ポンプ用アーム合流スプール３０が設けられる。

また、第二のポンプ６の吐出流路である高圧通路７には、アームシリンダと、前記操作レバーの操作によるパイロットポンプからのパイロット信号圧によって切り換えられ、切り替え時に第二のポンプ６からブーム装置と、アーム装置等に供給される作動油を制御する第二ポンプ用アーム合流スプール１０と、ブームシリンダに合流通路９、３２を介して連結される第二ポンプ用ブーム合流スプール８が設けられる。

第一ポンプ用ブームスプール３および第二ポンプ用ブーム合流スプール８には、ブームシリンダヘッド側ポート４とブームシリンダロッド側ポート５を有するブームシリンダが連結され、その合流通路９に第一ポンプ用ブームスプール３とブームシリンダヘッド側ポート４との間にパイロットチェック弁１７と安全弁１８が設けられる。ブームシリンダヘッド側ポート４は合流通路９を介して、第一ポンプ用ブームスプール３および第二ポンプ用ブーム合流スプール８と連結する。

一方、第一ポンプ用アーム合流スプール３０と第二ポンプ用アーム合流スプール１０とがアームシリンダヘッド側ポート１１とアームシリンダロッド側ポート１２を有するアームシリンダと連結される。

ブームシリンダロッド側ポート５は、合流通路３２を介して、第一ポンプ用ブームスプール３および第二ポンプ用ブーム合流スプール８と連結する。合流通路９と合流通路３２は、それぞれ安全弁１８を介してタンク１５と連結される。

さらに、合流通路９と合流通路３２は、パイロットチェック弁１７と連結され、これらは、ソレノイド切換弁１６に連結される。

以上の構成に対して、図１に示される本発明に係る油圧制御システムの動作について説明する。

第一のポンプ１から高圧通路２を通り、第一ポンプ用ブームスプール３を介し、ブームシリンダヘッド側ポート４、又、第一ポンプ用ブームスプール３を反対側に切換える事によって、ブームシリンダロッド側ポート５に作動油が供給される。第二のポンプ６から高圧通路７を通り、第二ポンプ用ブーム合流スプール８を通り、制御弁内部の合流通路９を介しブームシリンダヘッド側ポート４に作動油が供給され、又、第二ポンプ用ブーム合流スプール８を反対側に切換えた場合にはブームシリンダロッド側ポート５に供給されない油圧回路になっている。制御弁内部の合流通路３２は排出に使用する。ブームシリンダヘッド側ポート４、アームシリンダロッド側ポート１２にはリーク低減弁３１が具備されている。

次にアームについて説明する。第二のポンプ６から高圧通路７を通り、第二ポンプ用アーム合流スプール１０を介し、アームシリンダヘッド側ポート１１、反対側に切換えた場合、アームシリンダロッド側ポート１２に作動油が供給される。又、第一のポンプ１から高圧通路２を通り第一ポンプ用アーム合流スプール３０を介し、制御弁内部の合流通路３４を通り、アームシリンダヘッド側ポート１１、反対側に切換えた場合、制御弁内部の合流通路３３を通り、アームシリンダロッド側ポート１２に作動油が供給される。各スプールは供給と同時にシリンダからの排出を同時に行うが、図１の実施例では第一ポンプ用ブームスプール３は両側切換時、第二ポンプ用ブーム合流スプール８は供給のみ、メインポペット２１は両側切換時、第一ポンプ用アーム合流スプール３０はアームシリンダヘッド側ポート１１からの排出のみを行う。

図２に、本発明に係る油圧制御システムの実施例２における油圧回路図を示す。特に実施例１と異なる点について説明する。図１との大きな差異は、合流通路９に連結されるパイロットチェック弁３６の位置である。実施例１では、パイロットチェック弁１７は第一ポンプ用ブームスプール３よりもブームシリンダヘッド側ポート４側に設けられているのに対して、実施例２では、パイロットチェック弁３６を第二ポンプ用ブーム合流スプール８よりもブームシリンダヘッド側ポート４から離れた位置に設けられている。

以上の構成に対して、本発明に係る油圧制御システムの実施例２の動作として、大型油圧ショベルの場合にブームシリンダヘッド側ポート４は第二ポンプ用ブーム合流スプール８から配管を介し作動油を供給可能となっている。第一ポンプ用ブームスプール３は両側切換時、第二ポンプ用ブーム合流スプール８はブームシリンダヘッド側ポート４の排出のみを行う。第二ポンプ用アーム合流スプール１０は両側切換時、第一ポンプ用アーム合流スプール３０はアームシリンダヘッド側ポート１１からの排出のみを行う。
（パイロットチェック弁について）

図４にソレノイド切換弁１６からの外部信号により操作可能なパイロットチェック弁１７の構造及び作動を示す。これは一例として、安全弁と同じ油圧制御弁のハウジングポケットに取り付けられる構造としている。外部信号（油圧信号）はピストン１９で受ける。

ピストン１９に外部信号が無い場合は、シリンダ接続ポート２０からの圧油はメインポペット２１の背圧室２２に入り、更にスリーブ２３に内装されるチェック弁２４を通り、更に通路２５を介して、ポペット２６の背圧室２７に入る。背圧室２７はポペット２６で閉じられている。その結果メインポペット２１は、メインポペット２１の面積差｛ａｌ（通路２９の面積）−ａ２（シリンダ接続ポート２０の面積）｝に比例した油圧によってスリーブ３７に押し付けられ、タンク１５とは連通しない。一方、油圧ショベルはシリンダが負圧になるのを避ける為に、安全弁にもタンク１５からシリンダ接続ポート２０への作動油の供給（メイクアップ機能）を有している。従って、本パイロットチェック弁１７も同機能を有している。

その機能について説明する。タンク１５の圧力が高くなった場合、背圧室２２とシリンダ接続ポート２０の圧力は同じであり、タンク１５の圧力＞シリンダ接続ポート２０圧力となる。従って、以下の式で示される。

この式でタンク１５の圧力が高い場合には作動油はシリンダ接続ポート２０へ供給される。

次に、ピストン１９に外部信号が無い場合と有る場合について説明をする。上記同様、ピストン１９に外部信号が無い場合は、シリンダ接続ポート２０からの圧油はメインポペット２１の背圧室２２に入り、更にスリーブ２３に内装されるチェック弁２４を通り、更に通路２５を介して、ポペット２６の背圧室２７に入る。

一方、ピストン１９に外部信号がある場合は、外部信号（油圧信号）によりピストン１９は紙面右方に移動し、背圧室２７の圧力はスリーブ２８、２９を通りタンク１５に連通する。従って、メインポペット２１の背圧室２２の圧力はタンク１５の圧力と概ね同等となり、面積差に抗してメインポペット２１は開きタンク１５と連通する。外部信号が有る場合にタンク１５の圧力が高くなった場合でもタンク１５の圧力はチェック弁２４において背圧室２２への流入は妨げられ、上記同様、タンク１５の作動油はシリンダ接続ポート２０へ供給される。

更に、ブーム１４が上げられた状態でフロート機能に切換った場合には、ブームシリンダヘッド側ポート４が急にタンク１５に連通する為、ブーム１４が急に下降することになり安全性を欠く事になる。ブーム１４が上げられた状態ではブームシリンダヘッド側４の圧力は通常（土砂が無い場合）１０〜ｌ４ＭＰａ程度になることが分かっている。又、ブーム１４が地面に着いている場合はブームシリンダヘッド側４の油圧が低い状態になる。従ってシリンダ接続ポート２０からの圧油はポペット２６の背圧室２７に入り、フロート機能に切換わる外部信号の圧力はピストン１９とポペット２６の面積比Ａ１/Ａ２で決まることになる。低い圧力の外部信号で切換るようにしておくことで、ブーム１４が地面に着いているかを判断可能である。この面積比Ａ１/Ａ２を、適正に決める事で、安全性の高いフロート機能を付加できる油圧制御システムを提供する事ができる。

１ 第一のポンプ
２ 高圧通路
３ 第一ポンプ用ブームスプール
４ ブームシリンダヘッド側ポート
５ ブームシリンダロッド側ポート
６ 第二のポンプ
７ 高圧通路
８ 第二ポンプ用ブーム合流スプール
９ 合流通路
１０ 第二ポンプ用アーム合流スプール
１１ アームシリンダヘッド側ポート
１２ アームシリンダロッド側ポート
１４ ブーム
１５ タンク
１６ ソレノイド切換弁
１７ パイロットチェック弁
１８ 安全弁
１９ ピストン
２０ シリンダ接続ポート
２１ メインポペット
２２ 背圧室
２３ スリーブ
２４ チェック弁
２５ 通路
２６ ポペット
２７ 背圧室
２８、２９ スリーブ
３０ 第一ポンプ用アーム合流スプール
３１ リーク低減弁
３２ 合流通路
３３ 合流通路
３４ 合流通路
３６ パイロットチェック弁

Claims (3)

1. 建設機械のブームやアームに対し、第一ポンプ用スプールと第二ポンプ用の合流用スプールと各スプールに対してシリンダ保護用の安全弁を備える油圧制御システムにおいて、第一ポンプ用のブームシリンダヘッド側接続ポートに安全弁と外部信号により操作可能なパイロットチェック弁を有するとともに、第一ポンプ用のブームシリンダロッド側接続ポートと制御弁内部で接続される第二ポンプ用の合流スプール側にもパイロットチェック弁を有する油圧制御システムであって、
   前記各パイロットチェック弁は、外部信号が無いとき、前記各ブームシリンダ接続ポートからの圧油はタンクと遮断し、外部信号があるとき、前記ブームシリンダヘッド側接続ポートと前記ブームシリンダロッド側接続ポートの両流路は互いに連通され、前記各ブームシリンダ接続ポートからの圧油は前記タンクに連通されるとともに、前記タンクの圧力が前記各ブームシリンダ接続ポートより高いとき、前記タンクからの圧油は前記各ブームシリンダ接続ポートへ連通することを特徴とする油圧制御システム。
2. 前記各パイロットチェック弁は、外部信号を受けるピストンと、前記ピストンと対向し前記各ブームシリンダ接続ポートと前記タンクとを遮断するポペットとを備え、前記ピストンと対向し接続するポペットの接続部の面積が、前記ピストンの面積より小さいことを特徴とする請求項１に記載の油圧制御システム。
3. 請求項１または２に記載の油圧制御システムを搭載する建設機械。

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