JP7198072B2 - 建設機械の油圧制御回路 - Google Patents
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Description
ところで、前述したような建設機械の従来の油圧制御回路に設けられるスプール弁は、油圧アクチュエータに対する作動油の給排方向を切換える方向切換制御と、油圧ポンプから油圧アクチュエータへの供給流量を制御する供給流量制御と、油圧アクチュエータから油タンクへの排出流量を制御する排出流量制御とを同時に行うように構成されているため、スプール弁の移動位置に対する供給用の開口面積と排出用の開口面積とが一意的に決まってしまう。さらに、省燃費化を図るべく油圧アクチュエータの一方の油室からの排出油を他方の油室に供給する再生を行う場合に、前記スプール弁によって再生流量制御も行うようにすると、スプール弁の移動位置に対する再生用の開口面積も一意的に決まってしまうことになる。このため、例えば、スティックシリンダを単独で駆動させる単独作業や他の油圧アクチュエータと同時に駆動させる複合作業、あるいは軽負荷作業や重負荷作業等の種々の作業内容に応じて供給流量と排出流量さらには再生流量の関係を変更させることができず、効率や操作性の向上の妨げになる。しかしながら、特に、前記スティックシリンダを伸縮させて行うスティックの操作は、油圧ショベルのような建設機械において頻度の高い操作であるとともに他の油圧アクチュエータとの複合操作も多いため、効率や操作性の向上が求められている。
そこで、前記特許文献1のものでは、スティックシリンダに対する油給排制御を行う第一、第二スプール弁の上流側に、該第一、第二スプール弁に供給する圧油の量を制御する制御弁が設けられている。この場合、制御弁によって第一、第二スプール弁に供給する圧油の量を変化させることで、スプール弁の移動位置が同じであっても作業内容等に応じて第一、第二スプール弁からスティックシリンダへの圧油供給量を変化させることが可能となる。
一方、油圧ポンプから油圧アクチュエータへの供給流量を制御する流量制御弁と、該流量制御弁の下流側に配され、油圧アクチュエータに対する作動油の給排方向を切換えるとともに油圧アクチュエータからの排出流量を制御する方向切換弁を設けて、油圧アクチュエータに対する供給流量制御と排出流量制御とを個別の弁で制御するようにした技術もある(例えば、特許文献2参照)。
一方、特許文献2のものは、油圧アクチュエータへの供給流量を制御するのは流量制御弁だけで、方向制御弁は供給流量制御を行わない構成のため特許文献1のような問題はないが、このものでは、スティックシリンダの油圧供給源として第一、第二の二つの油圧ポンプが設けられている一方で、スティックシリンダ用のスプール弁(方向切換弁)は一つしか設けられておらず、第一、第二油圧ポンプからの吐出油を流量制御弁で流量制御した後に合流させてスプール弁に供給する構成となっている。このため、前述した従来の回路、つまり、第一、第二油圧ポンプにそれぞれ接続されてスティックシリンダに対する油給排制御を行う第一、第二スプール弁を備えた回路をそのまま利用することはできず、第一、第二油圧ポンプからの合計流量に対応した新たなスプール弁が必要になるうえ、新たな回路構成のバルブユニットを製造しなければならず、コスト高の要因となるという問題がある。
さらに、前述した再生流量制御についても、別途再生用の専用バルブを用いることなく、スプール弁を利用して供給流量制御や排出流量制御とは独立した流量制御を行いたいという要望があり、これらに本発明の解決すべき課題がある。
請求項2の発明は、請求項1において、スティックシリンダの縮小時に、ポペット弁は、第一油圧ポンプからスティックシリンダのロッド側油室への供給流量を制御し、スティック用第一スプール弁は、スティックシリンダのヘッド側油室から油タンクへの排出流量を制御し、スティック用第二スプール弁は、第二油圧ポンプからスティックシリンダのロッド側油室への供給流量と、ヘッド側油室から油タンクへの排出流量とを制御する構成にしたことを特徴とする建設機械の油圧制御回路である。
請求項3の発明は、機体に上下動自在に支持されるブームと、該ブームの先端部に揺動自在に支持されるスティックとを備え、該スティックの揺動をスティックシリンダの伸縮作動に基づいて行うように構成するとともに、油圧供給源となる第一、第二油圧ポンプと、第一、第二油圧ポンプにそれぞれ接続され、スティックシリンダに対する油給排制御を行うスティック用第一、第二スプール弁とを備えてなる建設機械の油圧制御回路において、スティック用第一、第二スプール弁の上流側に、第一、第二油圧ポンプからスティック用第一、第二スプール弁への供給流量をそれぞれ制御する第一、第二ポペット弁を設ける一方、スティック用第一、第二スプール弁は第一、第二ポペット弁からの流量を増減することなくスティックシリンダに供給する構成にするとともに、スティックシリンダの伸長時に、前記第一、第二ポペット弁は、第一、第二油圧ポンプからスティックシリンダのヘッド側油室への供給流量をそれぞれ制御し、スティック用第一スプール弁は、スティックシリンダのロッド側油室からヘッド側油室への再生流量を制御し、スティック用第二スプール弁は、スティックシリンダのロッド側油室から油タンクへの排出流量を制御する構成にしたことを特徴とする建設機械の油圧制御回路である。
請求項4の発明は、請求項3において、スティックシリンダの縮小時に、第一、第二ポペット弁は、第一、第二油圧ポンプからスティックシリンダのロッド側油室への供給流量をそれぞれ制御し、スティック用第一スプール弁は、スティックシリンダのヘッド側油室から油タンクへの排出流量を制御し、スティック用第二スプール弁は、スティックシリンダのヘッド側油室から油タンクへの排出流量を制御する構成にしたことを特徴とする建設機械の油圧制御回路である。
請求項5の発明は、請求項1乃至4の何れか一項において、建設機械の油圧制御回路に、スティックシリンダの伸長時にロッド側油室及びヘッド側油室の圧力に基づいてロッド側油室からヘッド側油室への再生が可能であるか否かを判断する判断手段を設ける一方、スティック用第一スプール弁は、前記判断手段により再生不可能と判断された場合には、ロッド側油室から油タンクへの排出流量を制御する構成にしたことを特徴とする建設機械の油圧制御回路である。
請求項6の発明は、請求項1乃至5の何れか一項において、建設機械の油圧制御回路は、第一、第二油圧ポンプの吐出油を油タンクに流す第一、第二バイパス油路の流量をそれぞれ制御する第一、第二バイパス弁を備えることを特徴とする建設機械の油圧制御回路である。
請求項2の発明とすることにより、スティックシリンダの縮小時においても、スティック用第一、第二スプール弁を用いてスティックシリンダに対する供給流量制御と排出流量制御とを独立して制御できる。
請求項3の発明とすることにより、スティックシリンダの伸長時において、より精度の高い供給流量制御を行うことができる。
請求項4の発明とすることにより、スティックシリンダの縮小時においても、より精度の高い供給流量制御を行うことができる。
請求項5の発明とすることにより、スティックシリンダの伸長時に再生不可能となった場合に、スティックシリンダの作動速度が損なわれてしまうことを確実に回避できる。
請求項6の発明とすることにより、第一、第二油圧ポンプの吐出流量制御を精度良く行うことができる。
まず、本発明の第一の実施の形態について図1~図6に基づいて説明すると、図1は、本発明の建設機械の一例である油圧ショベル1を示す図であって、該油圧ショベル1は、クローラ式の下部走行体2、該下部走行体2の上方に旋回自在に支持される上部旋回体3、該上部旋回体3に装着されるフロント作業機4等の各部から構成されており、さらに該フロント作業機4は、基端部が上部旋回体3に上下揺動自在に支持されるブーム5、該ブーム5の先端部に前後揺動自在に支持されるスティック6、該スティック6の先端部に揺動自在に取付けられるバケット7等から構成されているとともに、油圧ショベル1には、前記ブーム5、スティック6、バケット7をそれぞれ揺動せしめるためのブームシリンダ8、スティックシリンダ9、バケットシリンダ10や、下部走行体2を走行せしめるための左右の走行モータ(図示せず)、上部旋回体3を旋回せしめるための旋回モータ(図示せず)等の各種油圧アクチュエータが備えられている。尚、油圧ショベル1の構成は後述する第二、第三の実施の形態においても同様であり、図1は第一~第三の実施の形態に共用する。また、以下の説明において、スティック先端部を機体に近づける方向へのスティック6の揺動をスティックイン(イン側への揺動)とし、スティック先端部を機体から遠ざける方向へのスティック6の揺動をスティックアウト(アウト側への揺動)とする。
尚、前記ブームシリンダ8およびスティックシリンダ9は大流量を必要とする油圧アクチュエータであるため、第一、第二の両方の油圧ポンプ11、12から圧油供給できるようにブーム用第一、第二スプール弁16、17、スティック用第一、第二スプール弁18、19が設けられている。また、前記図2において、21、22は第一ポンプ油路13に接続される左走行用スプール弁、バケット用スプール弁、23、24は第二ポンプ油路14に接続される右走行用スプール弁、旋回用スプール弁であって、これらスプール弁21~24は、それぞれ対応する操作具操作に応じて中立位置から作動位置に切換わって、対応する油圧アクチュエータ(左走行用モータ、バケットシリンダ10、右走行用モータ、旋回モータ)に対する油給排制御を行うが、これらのスプール弁21~24の詳細な説明は省略する。
尚、本実施の形態では、本発明の第一、第二バイパス油路として、各スプールのセンタバイパス通路を通る第一、第二センタバイパス油路が設けられており、その最下流に第一、第二パイパス弁が配設されているが、これらスプールの最上流に、第一、第二油圧ポンプの油を油タンクに流す第一、第二バイパス油路を設け、該第一、第二バイパス油路に第一、第二バイパス弁を配設することもできる。この場合には、各スプール弁に形成されるセンタバイパス通路を廃することができる。
まず、前記ブーム用第一スプール弁16は、下降側(縮小側)、上昇側(伸長側)のパイロットポート16b、16cを備えた三位置切換弁であって、両パイロットポート16b、16cにパイロット圧が入力されていない状態では、ブームシリンダ8への圧油給排を行わない中立位置Nに位置しているが、下降側パイロットポート16bにパイロット圧が入力されることにより下降側作動位置Vに切換わって、ブームシリンダ8のヘッド側油室8aからの排出油をロッド側油室8bに供給する再生用弁路16dを開く。また、上昇側パイロットポート16cにパイロット圧が入力されることにより上昇側作動位置Wに切換わって、第一油圧ポンプ11の吐出油をブームシリンダ8のヘッド側油室8aに供給するヘッド側供給用弁路16eを開き、かつ、ブームシリンダ8のロッド側油室8bからの排出油を油タンク15に流すロッド側排出用弁路16fを開くように構成されている。尚、前記再生用弁路16dには、ロッド側油室8bからヘッド側油室8aへの油の流れを阻止するチェック弁が設けられている。
つまり、ブーム用第一、第二スプール弁16、17が下降側作動位置Vに位置している状態では、ブーム用第一スプール弁16の再生用弁路16dによって、ヘッド側油室8aからロッド側油室8bへの再生流量が制御され、また、ブーム用第二スプール弁17のヘッド側排出用弁路17dによって、ヘッド側油室8aから油タンク15への排出流量が制御されるようになっている。一方、ブーム用第一、第二スプール弁16、17が上昇側作動位置Wに位置している状態では、ブーム用第一スプール弁16のヘッド側供給用弁路16eとロッド側排出用弁路16fとによって、第一油圧ポンプ11からヘッド側油室8aへの供給流量とロッド側油室8bから油タンク15への排出流量とが制御され、また、ブーム用第二スプール弁17のヘッド側供給用弁路17eによって、第二油圧ポンプ12からヘッド側油室8aへの供給流量が制御されるようになっている。
尚、ブーム5の上昇時において、ブーム用第一スプール弁16のヘッド側供給用弁路16eの開口面積とロッド側排出用弁路16fの開口面積との関係は、スプール変位量によって一意的に決まってしまうが、供給流量制御のみを行うブーム用第二スプール弁17のヘッド側供給用弁路17eの開口面積を、ブーム用第一スプール弁16からの供給流量(第一油圧ポンプ11からの供給流量)とブーム用第二スプール弁17からの供給流量(第二油圧ポンプ12からの供給流量)との合計流量がブームシリンダ8の要求する供給流量となるように増減制御することによって、ブームシリンダ8に対する供給流量制御と排出流量制御とを独立して制御できることになる。
まず、前記ポペット弁20は、チェック機能付きのメータリング可能なものであって、スティック用第一スプール弁18の上流側、つまり、第一油圧ポンプ11からスティック用第一スプール弁18への供給油路に配されている。そして、該ポペット弁20は、前記制御装置30からポペット弁用電磁弁29に出力される制御信号に基づいて該ポペット弁用電磁弁29から出力されるパイロット圧により作動して、第一油圧ポンプ11からスティック用第一スプール弁18への供給流量を制御する。該ポペット弁20からスティック用第一スプール弁18に供給される第一油圧ポンプ11の供給流量は、後述するように、スティック用第一スプール弁18によって増減されることなくそのままスティックシリンダ9に供給されるようになっている。
一方、第一スティック用スプール弁18の再生用弁路18e、ヘッド側排出用弁路18g、スティック用第二スプール弁19のヘッド側供給用弁路19d、ロッド側排出用弁路19e、ロッド側供給用弁路19f、ヘッド側排出用弁路19gの開口面積は、スプール変位量が大きくなるほど大きくなるように設定されている。そして、これらスプール変位に伴う各弁路18e、18g、19d、19e、19f、19gの開口面積の増減に応じて、スティックシリンダ9のロッド側油室9bからヘッド側油室9aへの再生流量、ヘッド側油室9aから油タンク15の排出流量、第二油圧ポンプ12からヘッド側油室9aへの供給流量、ロッド側油室9bから油タンク15の排出流量、第二油圧ポンプ12からロッド側油室9bへの供給流量、ヘッド側油室9aから油タンク15の排出流量が増減制御されるようになっている。
つまり、スティック用第一、第二スプール弁18、19がイン側作動位置Xに位置している状態では、ポペット弁20によって、第一油圧ポンプ11からヘッド側油室9aへの供給流量が制御され、スティック用第一スプール弁18の再生用弁路18eによって、ロッド側油室9bからヘッド側油室9aへの再生流量が制御され、また、スティック用第二スプール弁19のヘッド側供給油路19dとロッド側排出用弁路19eとによって、第二油圧ポンプ12からヘッド側油室9aへの供給流量とロッド側油室9bから油タンク15への排出流量とが制御されるようになっている。一方、スティック用第一、第二スプール弁18、19がアウト側作動位置Yに位置している状態では、ポペット弁20によって、第一油圧ポンプ11からロッド側油室9bへの供給流量が制御され、スティック用第一スプール弁18のヘッド側排出用弁路18gによって、ヘッド側油室9aから油タンク15への排出流量が制御され、また、スティック用第二スプール弁19のロッド側供給用弁路19fとヘッド側排出用弁路19gとによって、第二油圧ポンプ12からロッド側油室9bへの供給流量とヘッド側油室9aから油タンク15への排出流量とが制御されるようになっている。
尚、スティック6のイン側操作時において、スティック用第二スプール弁19のヘッド側供給用弁路19dの開口面積とロッド側排出用弁路19eの開口面積との関係は、スプール変位量によって一意的に決まってしまうが、供給流量制御のみを行うポペット弁20の開口面積を、ポペット弁20からの供給流量(第一油圧ポンプ11からの供給流量)とスティック用第二スプール弁19からの供給流量(第二油圧ポンプ12からの供給流量)との合計流量がスティックシリンダ9の要求する供給流量となるように増減制御することによって、スティックシリンダ9に対する供給流量制御と排出流量制御とを独立して制御できることになる。
尚、スティック6のアウト側操作時において、スティック用第二スプール弁19のロッド側供給用弁路19fの開口面積とヘッド側排出用弁路19gの開口面積との関係は、スプール変位量によって一意的に決まってしまうが、供給流量制御のみを行うポペット弁20の開口面積を、ポペット弁20からの供給流量(第一油圧ポンプ11からの供給流量)とスティック用第二スプール弁19からの供給流量(第二油圧ポンプ12からの供給流量)との合計流量がスティックシリンダ9の要求する供給流量となるように増減制御する、あるいは、排出流量制御のみを行うスティック用第一スプール弁18のヘッド側排出用弁路18gの開口面積を、スティック用第一スプール弁18からの排出流量とスティック用第二スプール弁19からの排出流量との合計流量がスティックシリンダ9に要求される排出流量となるように増減制御することによって、スティックシリンダ9に対する供給流量制御と排出流量制御とを独立して制御できることになる。
尚、第三の実施の形態のスティック用第一スプール弁54は、アウト側作動位置Yにおいては、第一の実施の形態のスティック用第一スプール弁18のアウト側作動位置Yと同様に、ポペット弁20から供給される第一油圧ポンプ11の吐出油をロッド側油室9bに供給するロッド側供給用弁路54fを開き、かつ、ヘッド側油室9aからの排出油を油タンク15に流すヘッド側排出用弁路54gを開くとともに、これらロッド側供給用弁路54f、ヘッド側排出用弁路54gの開口特性は、第一の実施の形態のスティック用第一スプール弁18のロッド側供給用弁路18f、ヘッド側排出用弁路18gの開口特性と同様に設定されている(図10(B)参照)。
また、前記第三の形態のものでは、スティック用第二スプール弁を、第一の実施の形態のスティック用第二スプール弁19と同様のものとしたが、第二の実施の形態のスティック用第二スプール弁53と同様のものとすることもできる。この場合には、スティック用第二スプール弁53の上流側に、第二の実施の形態と同様の第二ポペット弁52が配設されることになる。
9 スティックシリンダ
9a スティックシリンダのヘッド側油室
9b スティックシリンダのロッド側油室
11 第一油圧ポンプ
12 第二油圧ポンプ
15 油タンク
18 スティック用第一スプール弁
19 スティック用第二スプール弁
20 ポペット弁
25 第一バイパス弁
26 第二バイパス弁
27 第一センタバイパス油路
28 第二センタバイパス油路
30 制御装置
41 スティック用ヘッド側圧力センサ
42 スティック用ロッド側圧力センサ
52 第二ポペット弁
53 スティック用第二スプール弁
54 スティック用第一スプール弁
Claims (6)
- 機体に上下動自在に支持されるブームと、該ブームの先端部に揺動自在に支持されるスティックとを備え、該スティックの揺動をスティックシリンダの伸縮作動に基づいて行うように構成するとともに、油圧供給源となる第一、第二油圧ポンプと、第一、第二油圧ポンプにそれぞれ接続され、スティックシリンダに対する油給排制御を行うスティック用第一、第二スプール弁とを備えてなる建設機械の油圧制御回路において、スティック用第一スプール弁の上流側に、第一油圧ポンプからスティック用第一スプール弁への供給流量を制御するポペット弁を設ける一方、スティック用第一スプール弁はポペット弁からの流量を増減することなくスティックシリンダに供給する構成にするとともに、スティックシリンダの伸長時に、前記ポペット弁は、第一油圧ポンプからスティックシリンダのヘッド側油室への供給流量を制御し、スティック用第一スプール弁は、スティックシリンダのロッド側油室からヘッド側油室への再生流量を制御し、スティック用第二スプール弁は、第二油圧ポンプからスティックシリンダのヘッド側油室への供給流量と、ロッド側油室から油タンクへの排出流量とを制御する構成にしたことを特徴とする建設機械の油圧制御回路。
- 請求項1において、スティックシリンダの縮小時に、ポペット弁は、第一油圧ポンプからスティックシリンダのロッド側油室への供給流量を制御し、スティック用第一スプール弁は、スティックシリンダのヘッド側油室から油タンクへの排出流量を制御し、スティック用第二スプール弁は、第二油圧ポンプからスティックシリンダのロッド側油室への供給流量と、ヘッド側油室から油タンクへの排出流量とを制御する構成にしたことを特徴とする建設機械の油圧制御回路。
- 機体に上下動自在に支持されるブームと、該ブームの先端部に揺動自在に支持されるスティックとを備え、該スティックの揺動をスティックシリンダの伸縮作動に基づいて行うように構成するとともに、油圧供給源となる第一、第二油圧ポンプと、第一、第二油圧ポンプにそれぞれ接続され、スティックシリンダに対する油給排制御を行うスティック用第一、第二スプール弁とを備えてなる建設機械の油圧制御回路において、スティック用第一、第二スプール弁の上流側に、第一、第二油圧ポンプからスティック用第一、第二スプール弁への供給流量をそれぞれ制御する第一、第二ポペット弁を設ける一方、スティック用第一、第二スプール弁は第一、第二ポペット弁からの流量を増減することなくスティックシリンダに供給する構成にするとともに、スティックシリンダの伸長時に、前記第一、第二ポペット弁は、第一、第二油圧ポンプからスティックシリンダのヘッド側油室への供給流量をそれぞれ制御し、スティック用第一スプール弁は、スティックシリンダのロッド側油室からヘッド側油室への再生流量を制御し、スティック用第二スプール弁は、スティックシリンダのロッド側油室から油タンクへの排出流量を制御する構成にしたことを特徴とする建設機械の油圧制御回路。
- 請求項3において、スティックシリンダの縮小時に、第一、第二ポペット弁は、第一、第二油圧ポンプからスティックシリンダのロッド側油室への供給流量をそれぞれ制御し、スティック用第一スプール弁は、スティックシリンダのヘッド側油室から油タンクへの排出流量を制御し、スティック用第二スプール弁は、スティックシリンダのヘッド側油室から油タンクへの排出流量を制御する構成にしたことを特徴とする建設機械の油圧制御回路。
- 請求項1乃至4の何れか一項において、建設機械の油圧制御回路に、スティックシリンダの伸長時にロッド側油室及びヘッド側油室の圧力に基づいてロッド側油室からヘッド側油室への再生が可能であるか否かを判断する判断手段を設ける一方、スティック用第一スプール弁は、前記判断手段により再生不可能と判断された場合には、ロッド側油室から油タンクへの排出流量を制御する構成にしたことを特徴とする建設機械の油圧制御回路。
- 請求項1乃至5の何れか一項において、建設機械の油圧制御回路は、第一、第二油圧ポンプの吐出油を油タンクに流す第一、第二バイパス油路の流量をそれぞれ制御する第一、第二バイパス弁を備えることを特徴とする建設機械の油圧制御回路。
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