JPH0734489A - 建機の油圧回路構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ロードセンシンングシステムにおいて、エン
ジン回転を落とせば作業装置の駆動速度も遅くなるよう
にして操作性を向上させる。 【構成】 ブームや旋回用等のアクチュエータの負荷と
ポンプ吐出圧との差圧を一定に維持するロードセンシン
グ制御を行うバックホウにおいて、各制御弁内の絞り弁
に対する圧油供給下手側であり、かつ、アクチュエータ
に対する圧油供給上手側に圧力補償弁Ｇを配備してアフ
ターオリフィス構造を採る。圧力補償弁Ｇのバネ側油路
Ｇｔに作用してバネ側油室Ｇｘの分圧を調節する弁機構
Ｂを、バネ側油路Ｇｔに作用する電磁高速応答弁２１
と、その間欠作動時間のデューティー比を可変設定可能
な間欠制御装置１８とで構成し、エンジン回転数の増減
に同調してアクチュエータの駆動速度を増減させる制御
を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バックホウ等の建機の
油圧回路構造に係り、詳しくは、負荷の圧力を検出し、
負荷の必要とするだけの油圧動力をポンプに吐出させる
制御、所謂ロードセンシングを行うようにした油圧回路
構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の油圧回路としては、先に出願し
た特願平５−９６７４号に示されるアフターオリフィス
型のものがある。つまり、制御弁内の絞りの圧油供給下
手側に圧力補償弁を配置してある構造であり、複数のア
クチュエータを同時駆動したときの合計要求流量が油圧
ポンプの最大吐出流量を上回る場合でも、特別な回路を
必要とすることなく制御弁内の絞りの開度に比例した流
量比が現出される利点（アンチサチュレーション機能）
がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ロードセンシングシス
テムを使わない一般的なバックホウにおいて、壁際でゆ
っくりと旋回する等作業装置の駆動速度を遅める場合に
は、エンジン回転数を落とす操作を行うのが一般的であ
る。しかしながら、負荷圧とポンプ圧との差圧を一定に
維持制御するロードセンシングでは、エンジン回転数が
低下してポンプ吐出量が減っても、該ポンプ吐出量がア
クチュエータの要求流量よりも上回る範囲内であれば、
アクチュエータの設定駆動速度が維持されるように機能
する。このため、従来機種の操縦に慣れた作業者がロー
ドセンシングシステムを備えた建機を操縦すると、エン
ジン回転数を落としても作業装置の駆動速度が落ちない
ことに感覚が追いつかず、作業能率上好ましくないこと
が予測される。本発明の目的は、ロードセンシングシス
テムを採用しながら、エンジン回転を落とせば作業装置
の駆動速度も遅くなる、といった具合に、アクチュエー
タの駆動速度を調節できるようにして、より操作性を向
上させたロードセンシング用の油圧回路を得る点にあ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的の達成のために
本発明は、(1) 油圧アクチュエータと、これに圧油を供
給する可変容量型の油圧ポンプと、油圧ポンプから吐出
される圧油の供給方向を制御してアクチュエータに供給
する制御弁と、この制御弁に内装されてアクチュエータ
への圧油供給経路に対して絞り作用する絞り弁と、油圧
ポンプの単位時間当たりの吐出油量を可変設定する流量
調節機構とを備え、この流量調節機構を、絞り弁に対す
る圧油供給下手側部分に連通する油路と、制御弁の圧油
供給ポートに連通する油路との差圧に基づいて油圧ポン
プに調節作用する状態に構成してある点と、(2) 絞り弁
に対する圧油供給下手側であり、かつ、アクチュエータ
に対する圧油供給上手側に圧力補償弁を配備し、この圧
力補償弁に対する圧油供給下手側であり、かつ、前記ア
クチュエータに対する圧油供給上手側部分と圧力補償弁
のバネ側油室とを連通する第２油路、及び圧力補償弁の
バネ側油室に対向する反バネ側油室と、圧力補償弁に対
する圧油供給上手側であり、かつ、絞り弁に対する圧油
供給下手側とを連通する第１油路を夫々設ける点と、
(3) ２油路に作用してバネ側油室に付与される圧を調節
可能な弁機構を設けてある点と、を備えてあることを特
徴とするものである。

【０００５】そして、弁機構を、圧力補償弁のバネ側油
室に作用する２位置切換型の電磁高速応答弁と、これを
間欠作動させ、かつ、その間欠時間を可変設定可能な間
欠制御装置とで構成してあると好都合である。

【０００６】又、電磁高速応答弁に、アクチュエータの
負荷圧を圧力補償弁のバネ側油室に供給する通常位置
と、アクチュエータの負荷圧よりも高い油圧を圧力補償
弁のバネ側油室に供給する高圧位置とを設け、エンジン
の回転数が高いと電磁高速応答弁の間欠作動を司るデュ
ーティー比が大になり、エンジンの回転数が低いとデュ
ーティー比が小になる状態に、エンジン回転数を検出す
る回転検出手段と間欠制御装置とを連係してあるもので
も良い。

【０００７】又、弁機構を、アクチュエータの負荷圧と
油圧ポンプの吐出圧とから、これら負荷圧と吐出圧の中
間圧を現出させて圧力補償弁のバネ側油室に付与する状
態に構成すれば好都合である。

【０００８】

【作用】請求項１の構成では、特徴構成(1),(2) によ
り、前提構成であるアフターオリフィス構造のロードセ
ンシング用油圧回路が形成されることになり、ロードセ
ンシングでは、制御基準である設定差圧、すなわち、ア
クチュエータの負荷圧とポンプ圧との差圧を設定値に維
持するものである。ところで、上記アフターオリフィス
構造では、設定された負荷圧とポンプ圧との差圧は、 (a) 絞り弁での圧損 (b) 圧力補償弁での圧損 とに分配され（実際には極僅かではあるが、差圧経路で
の管路抵抗による圧損も含まれる）、 (a)の圧損は、設
定差圧− (b)の圧損で求められる。しかして、上記特徴
構成(3) すなわち第２油路に作用して圧力補償弁のバネ
側油室に付与される圧を調節可能な弁機構を設けること
により、圧力補償弁への要求圧を、弁機構を持たない場
合に比べて高めたり低めたりすることができる。する
と、アクチュエータの要求総流量がポンプの最大吐出流
量以下である場合においては、(a) の圧損＋(b) の圧損
＝一定であるから、(a) の圧損が低められたり高められ
たりされて、その絞り抵抗を現出するように制御弁の開
度が自動的に調節されるようになり、その結果、アクチ
ュエータへの供給油量が増減されて駆動速度を増減調節
できるようになるのである。これにより、例えば、狭い
場所では圧力補償弁での分圧〔差圧における (b)の圧損
割合〕を高めることで (a)の圧損を低くし、制御弁の開
度を狭めて旋回速度を遅くするとか、エンジン回転数の
変動に応じてブームシリンダの駆動速度を変える、とい
った具合にロードセンシングシステムを採りながらアク
チュエータの駆動速度を調節設定できるようになる。

【０００９】請求項２の構成では、上記分圧の変更作用
を高速電磁応答弁を間欠作動させる電気式の制御手段に
よって現出させるものである。

【００１０】請求項３の構成では、エンジン回転数の増
減に合わせて制御弁の開度が同調して増減するから、エ
ンジン回転数が高くなると作業装置の駆動速度が速くな
るとともに、エンジン回転数が低下すると作業装置の駆
動速度も遅くなるよう自動的に制御されることになる。
これにより、ロードセンシング制御を行う建機を操縦し
た場合に、エンジン回転数を落とせば作業装置の駆動速
度も落ちるので、従来機種の操縦に慣れた作業者でも感
覚が狂うことなく操作できるようになる。

【００１１】ところで、アクチュエータの駆動速度を遅
くするには、前述したように圧力補償弁のバネ側油室へ
付与する圧を負荷圧よりも高くすれば良いのであるが、
実際の作業中では負荷圧が絶えず変動しており、その変
動に応じて一定の差圧をバネ側油室へ付与する必要があ
る。しかして、請求項４の構成では、負荷圧との差圧が
一定に維持される（アクチュエータの要求総流量がポン
プの最大吐出流量以下の場合）ポンプ圧を利用するもの
であるから、作業中の負荷変動に同調してポンプ圧も変
動し、弁機構で設定された圧の調節作用を負荷変動に拘
らずに維持することができるようになる。

【００１２】

【発明の効果】その結果、請求項１及び２記載の油圧回
路では、作業装置の駆動速度を所定値に維持できるロー
ドセンシングシステムを採用しながら、作業の種類に応
じて、或いは、エンジン回転数に見合った作業装置の駆
動速度を変更できるようになり、より便利で操作性に優
れるものとして提供できた。請求項３記載の油圧回路で
は、エンジン回転数と作業装置の駆動速度とを操縦感覚
に即するよう自動的に同調させることができ、より便利
で操作性に優れ、かつ、使い勝手も向上し得るようにな
った。又、請求項４記載の油圧回路では、負荷圧とポン
プ圧との差圧を一定に維持するロードセンシング機能の
利用により、特別な回路等を必要とすることなく負荷変
動に拘らずに変更した駆動速度を維持できる弁機構を提
供できた。

【００１３】

【実施例】以下に、本発明の実施例を、建機の一例であ
るバックホウの場合について図面に基づいて説明する。
図５にバックホウが示され、１は掘削作業装置、２は旋
回台、３は走行機台、４はクローラ走行装置であり、掘
削作業装置１は、ブーム５、アーム６、バケット７を備
えて構成されている。このバックホウでは、ブームシリ
ンダ５ｃ、アームシリンダ６ｃ、バケットシリンダ７
ｃ、並びに図示しない走行用油圧モータやスイングシリ
ンダ等のアクチュエータを駆動させるための油圧回路に
ロードセンシングシステムを用いており、以下に示す原
理図を基にその回路を説明する。

【００１４】図１にブームシリンダ５ｃとアームシリン
ダ６ｃに関する回路を抜粋した原理回路図を示してあ
り、８はエンジンＥｎで駆動される可変容量型の油圧ポ
ンプ、Ａは油圧ポンプ８の単位時間当たりの吐出油量を
可変設定する流量調節機構である。流量調節機構Ａは、
油圧ポンプ８の斜板の角度を変更して単位時間当たりの
吐出量を調節する調節シリンダ１３と、調節シリンダ１
３に対する圧力補償型の調節弁１４とで構成されてい
る。９はブーム用制御弁、１０はアーム用制御弁、１１
はブーム用コンペンセータ（圧力補償弁）、１２はアー
ム用コンペンセータであり、両制御弁９，１０における
供給側油路には絞り弁９ｓ，１０ｓが装備されている。

【００１５】各コンペンセータ１１，１２は、各絞り弁
９ｓ，１０ｓに対する圧油供給下手側であり、かつ、各
アクチュエータ５ｃ，６ｃに対する圧油供給上手側に配
備されている。そして、各コンペンセータ１１，１２に
対する圧油供給下手側であり、かつ、各アクチュエータ
５ｃ，６ｃに対する圧油供給上手側部分と各コンペンセ
ータ１１，１２のバネ側油室１１ｘ，１２ｘとを連通す
る低圧側油路（第２油路Ｇｔに相当）１１ｔ，１２ｔ、
及び各コンペンセータ１１，１２のバネ側油室１１ｘ，
１２ｘに対向する反バネ側油室１１ｙ，１２ｙと、各コ
ンペンセータ１１，１２に対する圧油供給上手側であ
り、かつ、各絞り弁９ｓ，１０ｓに対する圧油供給下手
側とを連通する高圧側油路（第１油路Ｇｋに相当）１１
ｋ，１２ｋを夫々設けてある。これにより、アフターオ
リフィス型のロードセンシング回路を構成してある。

【００１６】調節弁１４のバネ側油室１４ｘと各絞り弁
９ｓ，１０ｓに対する圧油供給下手側部分とを連通する
第１低圧側油路１４ｔを設けてある。つまり、コンペン
セータ１１，１２がわの各低圧側油路１１ｔ，１２ｔと
第１低圧側油路１４ｔとを電磁高速応答弁２１を介して
接続させてある。又、各制御弁９，１０の圧油供給ポー
ト（圧油供給ポートＰに相当）９ｐ，１０ｐに連絡され
る連通油路１５と、圧力調節弁１４のバネ側油室１４ｘ
に対向する反バネ側油室１４ｙとを専用の接続油路１６
で連通してある。

【００１７】電磁高速応答弁２１は、通常位置ｂでは各
低圧側油路１４ｔ，１１ｔ，１２ｔとを連通し、高圧位
置ａではコンペンセータがわの両低圧側油路１１ｔ，１
２ｔと高圧がわの連通油路１５とが連通油路２１ａによ
って連通される。従って、電磁高速応答弁２１の作動に
よってコンペンセータ１１，１２の低圧側油路１１ｔ，
１２ｔに作用する油圧をアクチュエータ５ｃ，６ｃの負
荷圧とポンプの吐出圧との中間値に設定できて、コンペ
ンセータ１１，１２による差圧維持作用によってコンペ
ンセータ１１，１２への供給圧を、電磁高速応答弁２１
が通常位置ｂにある場合よりも高めるようになる。する
と、第１低圧側油路１４ｔと油圧ポンプ８の吐出圧との
差圧を一定に維持する機能上、コンペンセータ１１，１
２の上手側にある絞り弁９ｓ，１０ｓでの差圧を低める
ように、すなわち制御弁９，１０の開度を小さくするよ
うに制御され、その結果、アクチュエータ５ｃ，６ｃへ
の供給油量が減じられて駆動速度が遅くなるのである。
この作用は、負荷圧とポンプ圧との差圧に基づく制御構
造上、負荷が変動しても維持される。

【００１８】そして、エンジンＥｎの回転数を検出する
回転計（回転検出手段に相当）１７と、前記電磁高速応
答弁２１と、間欠作動時間のデューティー比を可変調節
する設定器１９と、自動制御モードと手動制御モードと
の切換スイッチ２０とを間欠制御装置１８に接続して圧
力補償弁１１，１２での分圧を変更設定する調節制御装
置Ｃを構成してある。間欠制御装置１８は、高圧位置ａ
に復帰付勢される電磁高速応答弁２１を油圧ポンプ８の
吐出油路である高圧油路に接続させる通常位置ｂに操作
するための通電を間欠的に行う間欠作動と、その間欠時
間を可変設定可能な間欠制御を行う機能を有している。
尚、ここでは、電磁高速応答弁２１と間欠制御装置１８
とで弁機構Ｂが構成されている。

【００１９】調節制御装置Ｃの作用を説明すると、先
ず、切換スイッチ２０を自動制御モードに操作すると、
これによって電磁高速応答弁２１への通電を間欠的に行
うとともに、その間欠時間の１サイクル中における通電
時間割合、すなわちデューティー比をエンジンＥｎの回
転数が高いと大にするとともに、エンジンＥｎの回転数
が低いと小にする状態に、回転計１７と間欠制御装置１
８とが連係されるようになる。これにより、掘削作業中
に旋回速度を遅くしたいといった具合に、アクチュエー
タの駆動速度を遅くしたい場合にはエンジン回転数を低
めれば良く、駆動速度を速めたい場合にはエンジン回転
数を高くすれば良い。

【００２０】次に、アクチュエータの駆動速度を意図的
に変更したい場合には、切換スイッチ２０を手動制御モ
ードに操作する。すると、回転計１７との連係が絶たれ
るとともに、デューティー比が設定器１９によって決定
される制御状態になり、該設定器１９の調節によってコ
ンペンセータ１１，１２への供給圧を、アクチュエータ
５ｃ，６ｃの負荷圧とポンプの吐出圧との間の任意の値
に設定でき、アクチュエータ５ｃ，６ｃの駆動速度をエ
ンジン回転数とは無関係に調節することができる。

【００２１】尚、特許請求の範囲の項においては、ブー
ムシリンダ５ｃやアームシリンダ６ｃ等を総称して油圧
駆動型のアクチュエータＤ、ブーム用制御弁９やアーム
用制御弁１０等を総称して制御弁Ｅ、各制御弁内の絞り
弁９ｓ，１０ｓ等を総称して絞り弁Ｆ、各圧力補償弁１
１，１２等を総称して圧力補償弁Ｇと夫々表現するもの
である。

【００２２】〔別実施例〕 (イ) 図１の仮想線で示すように、各第２油路１１ｔ，１
２ｔに絞り２２，２３を追加設定し、急激な負荷変動に
起因したハンチング現象を防止できるようにすれば好都
合である。

【００２３】(ロ) 本実施例における電磁高速応答弁２１
を、図２に示すように手動操作式の切換弁２８に置換え
て弁機構Ｂを構成しても良い。この場合では、連通油路
２１ａの圧を、この圧とアクチュエータの負荷圧との間
の適当な中間圧に下げるための減圧用絞り２７を装備す
る。

【００２４】(ハ) 図３に示すように、図２の切換弁２８
を電磁高速応答弁２９に構成し、本実施例と同様にデュ
ーティー比を可変させる間欠制御を行うようにしたもの
でも良い。

【００２５】(ニ) 本実施例では、２個の制御弁９，１０
に対して単一の弁機構Ｂを装備したものとして説明した
が、各制御弁毎に弁機構Ｂを配置させる等、必要となる
制御弁毎に合わせて複数個設けて個別に制御するように
したものでも良い。すなわち、エンジン回転数に同調さ
せない場合や、エンジン回転数は最大にセットした状態
で旋回速度だけ遅くする場合に好都合である。又、エン
ジン回転数を最大にセットした状態で、ブームを上昇さ
せながら旋回してダンプトラックに土砂を積込むとき
に、旋回角度が９０度ではブームを素早く上昇し、旋回
角度が１８０度ではブームを緩速で上昇させるといった
具合に、作業状況に応じて旋回操作とブーム上昇操作と
のマッチングを決める場合にも好都合である。

【００２６】(ホ) 本実施例における設定器１９は、有段
階に切換えるものでも、無段階に切換えるもののいずれ
でも良い。

【００２７】(ヘ) 図４に示すように、ブーム用の第２油
路１１ｔとにおける絞り２２とコンペンセータ１１との
間の部分と連通油路１５との間に、第２電磁高速応答弁
２６と絞り２５とを直列に接続し、かつ、第２電磁高速
応答弁２６とそれ専用の設定器２４とを間欠制御装置１
８に接続した調節制御機構Ｃでも良い。この場合では、
第１設定器１９で両コンペンセータ１１，１２全体の分
圧を調節し、第２設定器２４ではブーム用シリンダ５ｃ
に対する基準差圧のみを、さらに変更設定することが可
能になる。

【００２８】(ト) 又、アクチュエータ５ｃ，６ｃの負荷
圧からコンペンセータ１１，１２を閉じ位置に付勢する
バネ圧を減じた値よりも大きい圧であれば、例えば、連
通油路２１ａをドレン油路に接続する等して電磁高速応
答弁２１の作動でコンペンセータ１１，１２への供給圧
を減じられるようにし、アクチュエータ５ｃ，６ｃの駆
動速度を速める、ということも理論上可能である。

【００２９】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】ロードセンシングの原理を示す部分油圧回路図

【図２】弁機構の第１別構造を示す部分油圧回路図

【図３】弁機構の第２別構造を示す部分油圧回路図

【図４】弁機構の第３別構造を示す部分油圧回路図

【図５】バックホウの側面図

【符号の説明】

８ 可変容量型油圧ポンプ １４ｔ 油路 １５ 油路 １７ 回転検出手段 １８ 間欠制御装置 ２１ 電磁高速応答弁 Ａ 油圧調節機構 Ｂ 弁機構 Ｄ 供給ポート Ｅ 出手段 Ｆ 絞り弁 Ｇ 圧力補償弁 Ｇｋ 第１油路 Ｇｔ 第２油路 Ｇｘ バネ側油室 Ｇｙ 反バネ側油室 Ｐ 供給ポート Ｅｎ エンジン ａ 高圧位置 ｂ 通常位置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 油圧アクチュエータ（Ｄ）と、これに圧
   油を供給する可変容量型の油圧ポンプ（８）と、該油圧
   ポンプ（８）から吐出される圧油の供給方向を制御して
   前記アクチュエータ（Ｄ）に供給する制御弁（Ｅ）と、
   この制御弁（Ｅ）に内装されて前記アクチュエータ
   （Ｄ）への圧油供給経路に対して絞り作用する絞り弁
   （Ｆ）と、前記油圧ポンプ（８）の単位時間当たりの吐
   出油量を可変設定する流量調節機構（Ａ）とを備え、 この流量調節機構（Ａ）を、前記絞り弁（Ｆ）に対する
   圧油供給下手側部分に連通する油路（１４ｔ）と、前記
   制御弁（Ｅ）の圧油供給ポート（Ｐ）に連通する油路
   （１５）との差圧に基づいて前記油圧ポンプ（８）に調
   節作用する状態に構成し、 前記絞り弁（Ｆ）に対する圧油供給下手側であり、か
   つ、前記アクチュエータ（Ｄ）に対する圧油供給上手側
   に圧力補償弁（Ｇ）を配備し、この圧力補償弁（Ｇ）に
   対する圧油供給下手側であり、かつ、前記アクチュエー
   タ（Ｄ）に対する圧油供給上手側部分と前記圧力補償弁
   （Ｇ）のバネ側油室（Ｇｘ）とを連通する第２油路（Ｇ
   ｔ）、及び前記圧力補償弁（Ｇ）の前記バネ側油室（Ｇ
   ｘ）に対向する反バネ側油室（Ｇｙ）と、該圧力補償弁
   （Ｇ）に対する圧油供給上手側であり、かつ、前記絞り
   弁（Ｆ）に対する圧油供給下手側とを連通する第１油路
   （Ｇｋ）を夫々設けるとともに、 前記第２油路（Ｇｔ）に作用して前記バネ側油室（Ｇ
   ｘ）に付与される圧を調節可能な弁機構（Ｂ）を設けて
   ある建機の油圧回路構造。
2. 【請求項２】 前記弁機構（Ｂ）を、前記バネ側油室
   （Ｇｘ）に作用する２位置切換型の電磁高速応答弁（２
   １）と、これを間欠作動させ、かつ、その間欠時間を可
   変設定可能な間欠制御装置（１８）とで構成してある請
   求項１記載の建機の油圧回路構造。
3. 【請求項３】 前記電磁高速応答弁（２１）に、前記ア
   クチュエータ（Ｄ）の負荷圧を前記バネ側油室（Ｇｘ）
   に供給する通常位置（ｂ）と、前記アクチュエータ
   （Ｄ）の負荷圧よりも高い油圧を前記バネ側油室（Ｇ
   ｘ）に供給する高圧位置（ａ）とを設け、エンジン（Ｅ
   ｎ）の回転数が高いと前記電磁高速応答弁（２１）の間
   欠作動を司るデューティー比が大になり、前記エンジン
   （Ｅｎ）の回転数が低いと前記デューティー比が小にな
   る状態に、エンジン回転数を検出する回転検出手段（１
   ７）と前記間欠制御装置（１８）とを連係してある請求
   項２記載の建機の油圧回路構造。
4. 【請求項４】 前記弁機構（Ｂ）を、前記アクチュエー
   タ（Ｄ）の負荷圧と前記油圧ポンプ（８）の吐出圧とか
   ら、これら負荷圧と吐出圧の中間圧を現出させて前記バ
   ネ側油室（Ｇｘ）に付与する状態に構成してある請求項
   １〜３のいづれか一つに記載の建機の油圧回路構造。