WO2012114654A1

WO2012114654A1 - 作業アタッチメントを備えた建設機械

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Publication number: WO2012114654A1
Application number: PCT/JP2012/000612
Authority: WO
Inventors: 秀和岡
Original assignee: コベルコ建機株式会社
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2012-01-31
Publication date: 2012-08-30
Also published as: EP2679735A4; US9394666B2; EP2679735B1; CN103392044B; US20130330160A1; CN103392044A; JP5764968B2; JP2012172491A; EP2679735A1

Abstract

ブームシリンダのロッド側圧力を不都合なく逃がすことが可能な建設機械が提供される。この建設機械は、油圧ポンプ１４、ブーム、ブームシリンダ６及びその他の供給対象シリンダを含む作業アタッチメント、ブームシリンダ６及び供給対象シリンダのための第１及び第２操作装置１０，１１、第１及び第２コントロールバルブ１２，１３、流量制限部１６及びアンチキャビテーション回路１７を含み、供給対象シリンダは、ブームシリンダ６よりも先端側の例えばアームシリンダ７であってブームシリンダ６とともに油圧ポンプ１４からの作動油の供給を受け、この供給対象シリンダの伸長を伴う作業時の反力がブームシリンダ６のロッド側圧力を上昇させてヘッド側圧力を低下させる。流量制限部１６は、ブームシリンダ６のロッド側圧力がヘッド側圧力よりも高い状況でのブーム上げ操作時のみに、油圧ポンプ１４からブームシリンダ６のヘッド側油室６ａに供給される流量を制限する。アンチキャビテーション回路１７は、タンクＴ内の作動油をヘッド側油室６ａに補給する。

Description

作業アタッチメントを備えた建設機械

　本発明は、油圧ショベルのような、作業アタッチメントを備えた建設機械に関するものである。

　作業アタッチメントを備えた建設機械であって、前記作業アタッチメントがブームと、アームと、作業装置と、ブームを駆動するためのブームシリンダと、アームを駆動するためのアームシリンダと、作業装置を駆動するための作業用シリンダとを有するものでは、当該作業アタッチメントに作業時の反力が当該ブームシリンダを伸長させる方向に作用し、これにより当該ブームシリンダのロッド側油室の圧力（以下、ロッド側圧力という）が高く、ヘッド側油室の圧力（以下、ヘッド側圧力という）が低くなる場合がある。

　これを図５に示す代表的な油圧ショベルの場合で説明する。この油圧ショベルは、クローラ式の下部走行体１と、この下部走行体１上に地面に対して鉛直な軸のまわりに旋回自在に搭載された上部旋回体２とを具備し、上部旋回体２に作業アタッチメント９が装着される。作業アタッチメント９は、ブーム３、アーム４、作業装置であるバケット５、ブーム３を駆動するブームシリンダ６、アーム４を駆動するアームシリンダ７、バケット５を駆動するバケットシリンダ８を有し、ブーム３の上げ／下げ、アーム４の押し／引きすなわち上向き回動／下向き回動、バケット５の掘削（すくい）／戻しの各単独または複合操作によって掘削、積み込み、均し等の各種作業が行われる。

　図６は、ブームシリンダ６及びアームシリンダ７を駆動するための従来の油圧回路を示す。この油圧回路は、ブームシリンダ６及びアームシリンダ７をそれぞれ操作するためのブーム用リモコン弁１０及びアーム用リモコン弁１１と、これらのリモコン弁１０，１１が出力するパイロット圧を受けて作動する油圧パイロット式の切換弁であるブームコントロールバルブ１２及びアームコントロールバルブ１３と、これらのコントロールバルブ１２，１３をそれぞれ介して前記ブームシリンダ６及びアームシリンダ７に接続される油圧ポンプ１４及びタンクＴと、を有する。

　ブームシリンダ６用のコントロールバルブであるブームコントロールバルブ１２は、中立位置１２ｎ、ブーム上げ位置１２ａ及びブーム下げ位置１２ｂを有し、これらの位置の間で切換わり作動することによりブームシリンダ６に対する圧油の給排の制御を可能にする。同様に、アームシリンダ７用のコントロールバルブであるアームコントロールバルブ１３は、中立位置１３ｎ、アーム引き位置１３ａ及びアーム押し位置１３ｂを有し、これらの位置の間で切換わり作動することによりアームシリンダ７に対する圧油の給排の制御を可能にする。ブームシリンダ６は、ヘッド側（伸長側）油室６ａ及びロッド側油室６ｂを有し、アームシリンダ７は、ヘッド側（伸長側）油室７ａ及びロッド側油室７ｂを有する。

　この油圧ショベルにおいて、前記アーム４のアーム引き動作のみによる掘削作業時には、作業アタッチメント９に作用する掘削反力が、アームシリンダ７に係る回路内を高圧にするとともに、ブーム３に対して上向き（ブームシリンダ６を伸長させる方向）に作用して当該ブームシリンダ６のロッド側圧力すなわちロッド側油室６ｂ内の圧力を高くし、ヘッド側圧力すなわちヘッド側油室６ａ内の圧力を低くする。このような掘削反力は、車体が持ち上がった状態にして掘削作業の継続を不可能にする。

　このような事態を回避するため、通常は、ブームシリンダ６のロッド側圧力を逃がすためにブーム上げ操作を行い、当該ロッド側油室６ｂの油をブームコントロールバルブ１２を経由してタンクＴに逃がすことが行われる。すなわち、アーム引き／ブーム上げの複合操作が行われる。この操作は、前記ロッド側圧力を下げ、これにより前記ブームシリンダ６が前記掘削反力を支えることを可能にし、掘削作業の継続を可能にする。

　ところが、前記ブームコントロールバルブ１２がブーム上げ位置１２ａ側に操作されると、同バルブ１２のメータアウト開口が開くと同時にメータイン開口が開き、低圧となったブームシリンダ６のヘッド側油室６ａに油圧ポンプ１４の吐出油が流れ込むこと、すなわち、本来、油を必要としないブームシリンダ６に前記吐出油が供給されるのを許容してしまう。このことは、回路のエネルギー損失となるだけでなく、同じ吐出油によって駆動されるアームシリンダ７（バケットシリンダ８等の他の油圧シリンダが油圧ポンプ１４に接続されている場合は当該他の油圧シリンダも含む。）への当該吐出油の供給量を減らしてアーム４などの動力を低減させ、これにより作業効率を低下させる。

　このようなブームシリンダ６のロッド側圧力の上昇及びヘッド側圧力の低下は、アーム引き／ブーム上げの複合操作時だけでなく、バケット５のすくいと、これによる掘削反力を逃がすためのブーム上げの複合操作時にも生じる。また、油圧ショベルにおける掘削作業時に限らず、たとえばアーム４の先端にバケット５に代えて「ニブラ」と称される開閉式の圧砕装置を取付けた解体機による解体作業時にも、作業時の反力がブームシリンダ６に伸長方向に作用することにより前記ロッド側圧力の上昇及び前記ヘッド側圧力の低下を招く。

　この問題の解決策として、特許文献１は、前記のような掘削反力によるブームシリンダのロッド側圧力の上昇及びへッド側圧力の低下の状況で、そのロッド側圧力をアームシリンダのヘッド側油室に逃がす技術を開示する。しかし、この技術は、ブームシリンダのロッド側圧力をアームシリンダのヘッド側圧力として利用できる圧力まで高めるために、当該ブームシリンダのロッド側油室からタンクに戻る通路を絞ることを含むので、水平引き等の作業のためにブームシリンダを伸長させる時に前記ブームシリンダに余分なロッド側圧力を生じさせて圧力損失を増大させるという弊害が生じる。

ＷＯ２００４／００５７２７

　本発明は、ブーム、ブームシリンダ及びその他の油圧シリンダを含む作業アタッチメントを備えた建設機械であって、ブーム上げ操作により作業用アタッチメントに作用する反力が前記ブームシリンダのロッド側圧力を上昇させかつヘッド側圧力を低下させる時に、著しい圧力損失を招くことなく前記ロッド側圧力を逃がしながら前記ブームシリンダのヘッド側油室への油圧ポンプの吐出油の供給を抑えて前記他の油圧シリンダへの必要流量を確保することができるものを提供することを目的とする。

　本発明が提供する建設機械は、下部走行体と、この下部走行体に旋回自在に搭載される上部旋回体と、作動油を貯留するタンクと、このタンク内の作動油を吐出する油圧ポンプと、前記上部旋回体に装着される作業アタッチメントであって、ブーム、このブームの先端に取付けられたアーム、このアームの先端に取付けられる作業装置、前記ブームを駆動するブームシリンダ、前記アームを駆動するアームシリンダ、及び前記作業装置を駆動する作業用シリンダを有し、前記ブームシリンダよりも作業アタッチメントの先端側に位置する前記アームシリンダ及び前記作業用シリンダのうちの少なくとも一方のシリンダは、前記ブームシリンダとともに前記油圧ポンプからの作動油の供給を受ける供給対象シリンダであって、この供給対象シリンダの伸長を伴う作業時に当該作業用アタッチメントが受ける反力が前記ブームを上げる方向に作用して前記ブームシリンダのロッド側圧力を上昇させるとともにヘッド側圧力を低下させる作業アタッチメントと、前記ブームシリンダを動かすために操作される第１操作装置と、前記供給対象シリンダを動かすために操作される第２操作装置と、前記第１操作装置の操作に応じて作動することにより前記ブームシリンダの動きを制御する第１コントロールバルブと、前記第２操作装置の操作に応じて作動することにより前記供給対象シリンダの動きを制御する第２コントロールバルブと、前前記ブームシリンダのロッド側圧力がヘッド側圧力よりも高い状況で当該ブームを上げる操作が行われている時のみに、前記油圧ポンプから前記ブームシリンダのヘッド側油室に供給される流量を制限する流量制限部と、前記タンク内の作動油を前記ブームシリンダのヘッド側油室に補給するためのアンチキャビテーション回路と、を備える。

本発明の第１実施形態に係る油圧回路を示す図である。本発明の第２実施形態に係る油圧回路を示す図である。本発明の第３実施形態に係る油圧回路を示す図である。前記第３実施形態に係るコントローラが行う演算制御動作を示すフローチャートである。本発明の適用対象の例である油圧ショベルの概略側面図である。油圧ショベルに搭載される従来の油圧回路を示す図である。

　本発明のそれぞれの実施の形態を、図面を参照しながら説明する。これらの実施の形態は、いずれも、図５に示すような油圧ショベル、すなわち、下部走行体１と、上部旋回体２と、作業アタッチメントとを備えて、当該作業アタッチメントがブーム３と、このブーム３の先端に取付けられたアーム４と、このアーム４の先端に取付けられる作業装置であるバケット５と、前記ブーム３を駆動するブームシリンダ６と、前記アームを駆動するアームシリンダ７と、前記バケット５を駆動する作業用シリンダであるバケットシリンダ８と、を有するものを適用対象とし、これに第１～第３の実施の形態にそれぞれ対応する図１～図３に示すような油圧回路が搭載されたものである。これらの実施の形態は、背景技術で説明した、アーム引き／ブーム上げの複合操作による掘削作業時の制御を例にとって説明される。

　図１～図３に示す油圧回路は、図６に示す油圧回路と同様に、互いに共通する次の構成を有する。

（Ａ）各回路は、図５に示すブーム３及びアーム４を動かすために操作されるブーム用リモコン弁１０及びアーム用リモコン弁１１と、ブームシリンダ６及びアームシリンダ７への圧油の給排をそれぞれ制御することによりブーム３及びアーム４の動きをそれぞれ制御するためのブームコントロールバルブ１２及びアームコントロールバルブ１３と、作動油を貯留するタンクＴと、タンクＴ内の作動油を吐出する油圧ポンプ１４と、を含み、ブームシリンダ６及びアームシリンダ７は、それぞれ前記ブームコントロールバルブ１２及び前記アームコントロールバルブ１３を介して共通の油圧ポンプ１４及びタンクＴに接続される。すなわち、前記アームシリンダ７は、前記ブームシリンダ６とともに共通の油圧ポンプ１４からの作動油の供給を受ける「供給対象シリンダ」に相当し、ブーム用リモコン弁１０及びアーム用リモコン弁１１はそれぞれ第１操作装置及び第２操作装置を構成し、前記ブームコントロールバルブ１２及び前記アームコントロールバルブ１３はそれぞれ第１コントロールバルブ及び第２コントロールバルブに相当する。

（Ｂ）前記各リモコン弁１０，１１は、操作レバーを有し、この操作レバーの操作に対応したパイロット圧を各コントロールバルブ１２，１３に出力する。各コントロールバルブ１２，１３は、油圧パイロット式の切換弁からなり、これらに入力されるパイロット圧に応じて作動する。具体的に、ブームコントロールバルブ１２は、第１のパイロットポート１２１及び第２のパイロットポート１２２を有し、前記第１のパイロットポート１２１にパイロット圧が入力されることにより、油圧ポンプ１４が吐出する作動油をブームシリンダ６には導入せずにアームコントロールバルブ１３に送る中立位置１２ｎから、前記作動油をブームシリンダ６のヘッド側油室６ａに導入して当該ブームシリンダ６のロッド側油室６ｂを前記タンクＴに接続するブーム上げ位置１２ａに切換えられ、逆に、前記第２のパイロットポート１２２にパイロット圧が入力されることにより、前記中立位置１２ｎから、前記作動油を前記ロッド側油室６ｂに導入して前記ヘッド側油室６ａを前記タンクＴに接続するブーム下げ位置１２ｂに切換えられる。また、アームコントロールバルブ１３は、第１のパイロットポート１３１及び第２のパイロットポート１３２を有し、前記第１のパイロットポート１３１にパイロット圧が入力されることにより、油圧ポンプ１４が吐出する作動油をアームシリンダ７には導入せずにそのままタンクＴに導く中立位置１３ｎから、前記作動油をアームシリンダ７のヘッド側油室７ａに導入して当該アームシリンダ７のロッド側油室７ｂを前記タンクＴに接続するアーム引き位置１３ａに切換えられ、逆に、前記第２のパイロットポート１３２にパイロット圧が入力されることにより、前記中立位置１３ｎから、前記作動油を前記ロッド側油室７ｂに導入して前記ヘッド側油室７ａを前記タンクＴに接続するアーム押し位置１３ｂに切換えられる。

　次に、図１に示す第１実施形態に係る油圧回路の特徴を説明する。

　この第１実施形態に係る油圧回路は、前記の各構成要素に加え、流量制御弁１６と、アンチキャビテーション回路１７とをさらに備える。

　前記流量制御弁１６は、油圧パイロット式の切換弁からなり、前記油圧ポンプ１４と前記ブームシリンダ６のヘッド側油室６ａとを結ぶヘッド側供給管路１５に設けられ、最大の開口面積を有する全開位置１６ｂと、この全開位置１６ｂでの開口面積よりも小さい開口面積を有する絞り位置（この実施の形態では最小の開口面積を有する最絞り位置）１６ａとの間で作動する。前記全開位置１６ｂは、前記ヘッド側油室６ａから前記油圧ポンプ１４への作動油の逆流を阻止する逆止弁の要素を含む。

　具体的に、この流量制御弁１６は、第１のパイロットポート１６１及び第２のパイロットポート１６２を有する。第１のパイロットポート１６１には、ブーム用リモコン弁１０から出力されるブーム上げパイロット圧Ｐｉとブームシリンダ６のロッド側圧力ＰＲとが導入されて前記流量制御弁１６のスプールを前記絞り位置１６ａに向けて付勢するように作用する。第２のパイロットポート１６２には、ブームシリンダ６のヘッド側圧力ＰＨが導入されて前記スプールを前記全開位置１６ｂに向けて付勢する。従って、この流量制御弁１６は、ブームシリンダ６のロッド側圧力すなわちロッド側油室６ｂ内の圧力がヘッド側圧力すなわちヘッド側油室６ａ内の圧力よりも高い状況でブーム上げ操作が行われた時（すなわちロッド側圧力逃がし操作時）にのみ絞り位置１６ａに切換えられ、他のケースでは全開位置１６ｂに保持される。

　前記アンチキャビテーション回路１７は、タンクＴ内の作動油をヘッド側油室６ａに補給するために前記ブームシリンダ６のヘッド側油室６ａと前記タンクＴとの間に設けられる。具体的には、アンチキャビテーション回路１７は、前記ヘッド側油室６ａと前記タンクＴとを接続する管路と、この管路の途中に設けられて前記タンクＴへの作動油の流入を防ぐチェック弁とを含む。なお、このアンチキャビテーション回路１７に類する回路は、通常、ブームシリンダ６のロッド側油室６ｂ及びアームシリンダ７の両側油室７ａ，７ｂについても設けられるが、図１では省略されている。

　この回路では、ロッド側圧力逃がし操作時に流量制御弁１６が絞り位置１６ａに切換えられて油圧ポンプ１４からブームシリンダ６のヘッド側油室６ａに供給される油を制限（ブロックも含む。）し、これにより、油圧ポンプ１４が吐出する作動油がもっぱら、あるいは十分に大きな比率でアームシリンダ７に供給されることを可能にする。このことは、当該アームシリンダ７による掘削動力を増やして作業効率を高める。具体的に、前記ロッド側圧力逃がし操作時、すなわち、ブームシリンダ６のロッド側圧力すなわちロッド側油室６ｂ内の圧力がヘッド側圧力すなわちヘッド側油室６ａ内の圧力よりも高い状況でブームコントロールバルブ１２がブーム上げ位置１２ａに切換えられると、流量制御弁１６の第１のパイロットポート１６１に入力されるパイロット圧、すなわちブーム用リモコン弁１０から出力されるブーム上げ用パイロット圧Ｐｉと前記ロッド側油室６ｂ内の圧力ＰＲとの合成圧力と、第２のパイロットポート１６２に入力される前記ヘッド側油室６ａ内の圧力ＰＨとの差が十分に大きくなり、その圧力差によって前記流量制御弁１６が前記絞り位置１６ａに切換えられる。この絞り位置１６ａでの作動油の流量の制限が、油圧ポンプ１４から吐出される作動油のうちアームシリンダ７に導かれる作動油の比率を十分に高める。

　しかも、この第１実施形態に係る回路では、リモコン弁１０からのブーム上げパイロット圧Ｐｉとブームシリンダ６のロッド側圧力ＰＲ及びヘッド側圧力ＰＨという回路の圧力のみを利用して流量制御弁１６を作動させることにより流量制限作用を得ることができる。つまり、純油圧制御が可能であるため、回路の簡素化及びコストの低減が実現可能である。

　一方、ブームシリンダ６のヘッド側油室６ａの圧力は負圧となるが、アンチキャビテーション回路１７がタンクＴ内の作動油を前記ヘッド側油室６ａに供給することによりキャビテーションの発生を抑止することができる。

　次に、図２に示す第２実施形態に係る油圧回路の特徴を説明する。

　この第２実施形態は、前記第１実施形態に係る効果に加え、ブームシリンダ６のヘッド側油室６ａが負圧になるのをより確実に防ぐことを実現する。具体的に、前記第１実施形態では、ブームシリンダ６のヘッド側油室６ａへの油の供給がアンチキャビテーション回路１７によるタンクＴ内の作動油の吸い上げ作用のみに依存するため、ヘッド側油室６ａが負圧になるおそれが残るが、第２実施形態に係る回路では、これを解消するための連通弁１９をさらに備える。

　前記連通弁１９は、前記流量制御弁１６と同様に油圧パイロット式の切換弁により構成され、第１のパイロットポート１９１と第２のパイロットポート１９２と、を有する。この連通弁１９は、ブームコントロールバルブ１２とタンクＴとを結ぶタンク通路１８に設けられるとともに、連通路２０を介して前記ブームシリンダ６のヘッド側油室６ａに接続され、連通路２０には前記ヘッド側油室６ａから前記連通弁９への作動油の逆流を阻止するチェック弁２１が設けられている。

　連通弁１９は、前記タンク通路１８を途中で遮断して前記ブームコントロールバルブ１２を前記連通路２０を介してブームシリンダ６のヘッド側油室６ａに連通するヘッド側連通位置１９ａと、前記タンク通路１８を開通するタンク位置１９ｂとを有する。前記第１パイロットポート１９１にはブーム用リモコン弁１０から出力されるブーム上げ用パイロット圧Ｐｉと前記ブームシリンダ６のロッド側圧力ＰＲとが導入されて前記連通弁１９のスプールを前記ヘッド側連通位置１９ａに向けて付勢するように作用する。前記第２パイロットポート１９２には前記ブームシリンダ６のヘッド側圧力ＰＨが導入されて前記スプールを前記タンク位置１９ｂに向けてスプールを付勢するように作用する。つまり、この連通弁１９は、ロッド側圧力逃がし操作時にのみヘッド側連通位置１９ａに切換えられ、これにより、ブームシリンダ６のヘッド側油室６ａからの戻り油を前記タンク通路１８の上流側部分及び前記連通路２０を通じてヘッド側油室６ａに供給すなわち再生する。

　この回路では、ロッド側圧力逃がし操作時に連通弁１９がヘッド側連通位置１９ａに切換えられてブームシリンダ６のロッド側油室６ｂからヘッド側油室６ａへの作動油の補給すなわち再生を可能にするため、この補給と前記アンチキャビテーション回路１７によるタンクＴ内の作動油の吸い上げによる補給とが相俟って前記ブームシリンダ６のヘッド側のキャビテーション防止効果が高められる。具体的に、前記ロッド側圧力逃がし操作時、すなわち、ブームシリンダ６のロッド側圧力すなわちロッド側油室６ｂ内の圧力がヘッド側圧力すなわちヘッド側油室６ａ内の圧力よりも高い状況でブームコントロールバルブ１２がブーム上げ位置１２ａに切換えられると、連通弁１９の第１のパイロットポート１９１に入力されるパイロット圧、すなわちブーム用リモコン弁１０から出力されるブーム上げ用パイロット圧Ｐｉと前記ロッド側油室６ｂ内の圧力ＰＲとの合成圧力と、第２のパイロットポート１９２に入力される前記ヘッド側油室６ａ内の圧力ＰＨとの差が十分に大きくなり、その圧力差によって前記連通弁１９が前記ヘッド側連通位置１９ａに切換えられて前記ブームコントロールバルブ１２と前記ヘッド側油室６ａとを連通する。この連通による前記ヘッド側油室６ａへの作動油の補給（再生）が、キャビテーション防止効果を有効に高める。

　次に、図３に示す第３実施形態に係る油圧回路の特徴を説明する。

　この第３実施形態は、前記第２実施形態よりもさらに確実にヘッド側油室６ａが負圧になるのを防ぐことを実現する。前記第２実施形態では、ヘッド側油室６ａが負圧になるのを防ぐために、ブームシリンダ６のロッド側油室６ｂからヘッド側油室６ａへの作動油の補給すなわち再生が行われるが、両油室６ａ，６ｂにはピストンロッドによる面積差があるため、ロッド側油室６ｂからの再生流量のみではヘッド側油室６ａへの流量が不足し、この不足分はアンチキャビテーション回路１７による吸込みによって補われなければならない。この吸込みによる補給の割合が大きいほど、ヘッド側油室６ａが負圧になる可能性は高くなる。そこで、第３実施形態に係る回路は、前記ロッド側油室６ｂからヘッド側油室６ａへの再生流量の不足分を、油圧ポンプ１４から流量制御弁１６を経由する作動油で補うように当該流量制御弁１６の開口面積（絞り度合い）を制御する機能を有する。

　具体的に、この第３実施形態に係る回路は、前記第２実施形態に係る流量制御弁１６に代えて流量制御弁１６’を備えるとともに、当該第２実施形態に含まれる構成要素に加え、ブームシリンダ６のヘッド側圧力ＰＨ、ロッド側圧力ＰＲ、油圧ポンプ１４の吐出圧であるポンプ圧ＰＰ、ブーム上げ操作の操作量に対応するブーム上げ用パイロット圧Ｐｉをそれぞれ検出する検出器である圧力センサ２２，２３，２４，２５と、これらの圧力センサ２２～２５が出力する信号に基づいて前記流量制御弁１６’の開口面積を制御するコントローラ２６と、このコントローラ２６による流量制御弁１６’の操作を可能にする比例弁（電磁比例減圧弁）２７と、を備える。

　前記流量制御弁１６’は、第１及び第２実施形態におけるそれと同じく絞り位置１６ａ及び全開位置１６ｂを有するが、パイロットポートとして単一のパイロットポート１６３のみを有し、このパイロットポート１６３に前記比例弁２７が接続されている。この比例弁２７は図略のパイロット油圧源と前記パイロットポート１６３との間に介在し、当該比例弁２７の二次圧すなわち前記パイロットポート１６３に入力されるパイロット圧が前記コントローラ２６から出力される制御信号によって操作される。当該二次圧すなわちパイロット圧は、前記流量制御弁１６’のスプールを前記絞り位置１６ａに向けて付勢するように作用し、当該パイロット圧に応じて前記流量制御弁１６’での開口面積が変化する。すなわち、コントローラ２６と比例弁２７は、各圧力センサ２２～２５によって検出された各圧力ＰＨ，ＰＲ，ＰＰ，Ｐｉに基づいて流量制御弁１６’の開口面積を調整することにより流量を制御する流量制御装置を構成する。

　次に、前記コントローラ２６が行う具体的な演算制御動作を図４のフローチャートを用いて説明する。

　ステップＳ１でブームヘッド側圧力ＰＨ、同ロッド側圧力ＰＲ、ブーム上げパイロット圧Ｐｉ、ポンプ圧ＰＰが検出される。

　ステップＳ２で、コントローラ２６は、演算（１）：ブームコントロールバルブ１２のブーム上げ位置１２ａでのメータイン開口面積Ａｉｎ及びメータアウト開口面積Ａｏｕｔの演算、を行う。この演算１は、例えば、コントローラ２６が予めブーム上げパイロット圧Ｐｉと前記両開口面積Ａｉｎ，Ａｏｕｔとの関係についてのマップを記憶しておくことにより行われることが可能である。また、この演算動作は、下記のステップＳ３でＹＥＳの場合にのみ行われてもよい。

　コントローラ２６は、ステップＳ３では、ブーム上げ操作があり、かつ、ロッド側圧力ＰＲ＞ヘッド側圧力ＰＨという条件を満たすか否かを判定し、ＹＥＳの場合すなわちロッド側圧力逃がし操作時である場合に、ステップＳ４に移行する。

　コントローラ２６は、ステップＳ４では、前記ステップＳ２での演算（１）に加えて次の演算（２）～（６）を行う。

　演算（２）：ステップＳ２で求めたメータアウト開口面積Ａｏｕｔとブームシリンダ６のヘッド側圧力ＰＨ及びロッド側圧力ＰＲとから、ブームシリンダ６のロッド側油室６ｂからヘッド側油室６ａに再生可能な作動油の流量Ｑｒを次式で演算する。

　　Ｑｒ＝ＣＡｏｕｔ√（ＰＲ－ＰＨ）　　　（Ｃは流量係数）

　演算（３）：ブームシリンダ６のロッド側油室６ｂから流出する作動油の流量と、シリンダ面積比（ＡＨ／ＡＲ）とに基づき、ヘッド側油室６ａへの必要供給流量Ｑｈを次式で演算する。

　　Ｑｈ＝Ｑｒ×ＡＨ／ＡＲ

　演算（４）：ブームシリンダヘッド側にキャビテーションを発生させないために油圧ポンプ１４からヘッド側油室６ａに供給する必要がある作動油の流量である必要供給流量ＱＰを次式で演算する。

　　ＱＰ＝Ｑｈ－Ｑｒ

　演算（５）：検出されたポンプ圧ＰＰ及びヘッド側圧力ＰＨから、油圧ポンプ１４からブームシリンダヘッド側油室６ａに前記流量ＱＰを供給するために必要な総メータイン開口面積Ａ０を次式で演算する。

　　Ａ０＝Ｑｈ／Ｃ√（ＰＰ－ＰＨ）

　演算（６）：前記総メータイン開口面積Ａ０、すなわち、ブームコントロールバルブ１２のメータイン開口面積Ａｉｎと流量制御弁１６’の開口面積との合成開口面積、を適正に制限するために必要な流量制御弁１６’の必要開口面積Ａａを次式で演算する。

　　Ａａ＝√〔（１／（１／Ａ０^２－１／Ａｉｎ^２）〕

　コントローラ２６は、ステップＳ５で、前記開口面積Ａａが得られるように比例弁２７に電流値を指令する。

　一方、コントローラ２６は、ステップＳ３でＮＯの場合、すなわちロッド側圧力逃がし操作時でない場合、ステップＳ６に移行し、流量制御弁１６’の開口面積を最大にするように、すなわち流量制御弁１６’を全開位置１６ｂにするように比例弁２７に電流値を指令する。この制御は、ロッド側圧力逃がし操作時にブームシリンダ６のヘッド側にキャビテーション回避のために必要な流量を供給することを可能にし、これにより、ヘッド側のキャビテーションをより確実に防止することを可能にする。但し、油圧ポンプ１４から吐出される作動油の一部がブームシリンダ６のヘッド側油室６ａに供給される分だけ、油圧ポンプ１４からアームシリンダ７に供給される作動油の流量は減少する。

　すなわち、前記流量制御装置（この実施の形態ではコントローラ２６及び比例弁２７）は、前記ブームシリンダ６のロッド側圧力がヘッド側圧力よりも高い状況でのブーム上げ操作時に前記演算（１）～（６）を行う演算部と、実際の流量制御弁１６’における開口面積を前記演算部により演算された必要開口面積Ａａに近づけるように当該流量制御弁１６’を操作する流量操作部と、を有する。

　なお、前記コントローラ２６の演算部は、前記ブームコントロールバルブ１２での開口面積Ａｉｎ，Ａｏｕｔ及び前記流量制御弁１６’での開口面積Ａａを演算するものに限定されない。例えば、油圧ポンプ１４からヘッド側室６ａに供給すべき流量と、適所に設けられた流量センサにより検出された前記ブームコントロールバルブ１２での流量とに基づいて、流量制御弁１６’で制限すべき目標流量を演算するものでもよい。この場合、当該コントローラ２６の流量操作部は、前記演算部が演算した目標流量が得られるように前記流量制御弁１６’の開口面積を（例えば当該流量制御弁１６’の前後差圧に基づいて）フィードバック制御するものでもよい。

　また、以上説明した実施形態は、ブームシリンダ６のロッド側圧力が高くてヘッド側圧力が低い状況でブーム上げ操作を行う最も一般的なケースであるアーム／ブーム複合操作による掘削時を例にしたもの、換言すれば、アームシリンダ７がブームシリンダ６とともに油圧ポンプ１４からの作動油の供給を受ける供給対象シリンダであって、この供給対象シリンダであるアームシリンダ７の伸長を伴う作業時に作業用アタッチメントが受ける反力がブーム３を上げる方向に作用して前記ブームシリンダ６のロッド側圧力６ｂを上昇させるとともにヘッド側圧力６ａを低下させる態様に該当するものであるが、本発明は、これに限られない。本発明は、その他、バケット／ブーム複合操作による掘削時や、作業装置として圧砕装置を取付けた解体機による解体作業時等、作業アタッチメントが受ける反力がそのブームシリンダを伸長させる方向に作用することによりロッド側圧力が高くヘッド側圧力が低くなる状況でブーム上げ操作が行われるような作業時に広く適用することができる。すなわち、本発明に係る「供給対象シリンダ」は、図５に示されるバケットシリンダ５や、前記圧砕装置などのその他の作業装置を駆動するための作業装置用シリンダであってもよい。

　以上のように、本発明によれば、ブーム、ブームシリンダ及びその他の油圧シリンダを含む作業アタッチメントを備えた建設機械であって、ブーム上げ操作により作業用アタッチメントに作用する反力が前記ブームシリンダのロッド側圧力を上昇させかつヘッド側圧力を低下させる時に、著しい圧力損失を招くことなく前記ロッド側圧力を逃がしながら前記ブームシリンダのヘッド側油室への油圧ポンプの吐出油の供給を抑えて前記他の油圧シリンダへの必要流量を確保することができるものが提供される。

　本発明が提供する建設機械は、下部走行体と、この下部走行体に旋回自在に搭載される上部旋回体と、作動油を貯留するタンクと、このタンク内の作動油を吐出する油圧ポンプと、前記上部旋回体に装着される作業アタッチメントであって、ブーム、このブームの先端に取付けられたアーム、このアームの先端に取付けられる作業装置、前記ブームを駆動するブームシリンダ、前記アームを駆動するアームシリンダ、及び前記作業装置を駆動する作業用シリンダを有し、前記ブームシリンダよりも作業アタッチメントの先端側に位置する前記アームシリンダ及び前記作業用シリンダのうちの少なくとも一方のシリンダは、前記ブームシリンダとともに前記油圧ポンプからの作動油の供給を受ける供給対象シリンダであって、この供給対象シリンダの伸長を伴う作業時に当該作業用アタッチメントが受ける反力が前記ブームを上げる方向に作用して前記ブームシリンダのロッド側圧力を上昇させるとともにヘッド側圧力を低下させる作業アタッチメントと、前記ブームを動かすために操作される第１操作装置と、前記供給対象シリンダを動かすために操作される第２操作装置と、前記第１操作装置の操作に応じて作動することにより前記ブームシリンダの動きを制御する第１コントロールバルブと、前記第２操作装置の操作に応じて作動することにより前記供給対象シリンダの動きを制御する第２コントロールバルブと、前記ブームシリンダのロッド側圧力がヘッド側圧力よりも高い状況で当該ブームを上げる操作が行われている時のみに、前記油圧ポンプから前記ブームシリンダのヘッド側油室に供給される流量を制限する流量制限部と、前記タンク内の作動油を前記ブームシリンダのヘッド側油室に補給するためのアンチキャビテーション回路と、を備える。

　この建設機械によれば、前記供給対象シリンダを伸長させる操作（例えばアームを手前側に引く操作）に伴って作業アタッチメントが受ける反力がブームシリンダのロッド側圧力を高めてヘッド側圧力を下げるような状況でブームを上げ方向に操作してそのロッド側圧力を逃がす時（以下、ロッド側圧力逃がし操作時という）に、流量制限部が油圧ポンプからブームシリンダのヘッド側に供給される作動油の流量を制限し、これにより、当該作動油が前記供給対象シリンダ（例えばアームシリンダ）に供給されることを可能にする。このことは、当該供給対象シリンダに十分な流量を供給して動力を確保し、作業効率を高めることを可能にする。しかも、当該流量制限部はロッド側圧力逃がし操作時のみ前記流量の制限を行い、それ以外では行わないから、前記の従来技術のように他のブーム作業時に余分なロッド側圧力が立つという弊害を招かない。

　本発明の好適な例として、前記第１及び第２操作装置は、それぞれ、操作部材を有してこの操作部材の操作に応じたパイロット圧を出力するリモコン弁により構成され、前記第１及び第２コントロールバルブは、それぞれ、前記第１及び第２操作装置を構成するリモコン弁から出力されるパイロット圧に応じて作動する油圧パイロット式の切換弁により構成されることができる。この場合、前記流量制限部は、前記油圧ポンプとブームシリンダのヘッド側油室とを結ぶヘッド側供給管路に設けられて開口面積が最大である全開位置とこの全開位置よりも開口面積の小さい絞り位置とを有する油圧パイロット式の流量制御弁を含み、この流量制御弁は、前記第１操作装置を構成するリモコン弁から出力されるブーム上げ用パイロット圧と前記ブームシリンダのロッド側圧力が導入される第１のパイロットポートと、前記ブームシリンダのヘッド側圧力が導入される第２のパイロットポートと、を有し、ブームシリンダのロッド側圧力がヘッド側圧力よりも高い状況でブームを上げる操作が行われた時のみに、前記両パイロットポートに導入される圧力の差によって前記絞り位置に切換えられるものが、望ましい。この流量制限弁の使用は、前記第１操作装置を構成するリモコン弁からのブーム上げパイロット圧とブームシリンダのロッド側圧力及びヘッド側圧力という回路の圧力のみを利用して流量制限及びその解除の切換を行うこと、すなわち純油圧制御を可能にし、これにより回路の構成の簡素化及び低コスト化を実現可能にする。

　本発明に係る建設機械は、さらに、前記ブームシリンダのロッド側圧力がヘッド側圧力よりも高い状況でのブーム上げ操作時に、ブームシリンダのロッド側油室からの戻り油を当該ブームシリンダのヘッド側油室に供給するための再生回路を備えることが、より好ましい。この再生回路は、前記ブームシリンダのヘッド側油室への油の供給を、前記アンチキャビテーション回路によるタンク内の作動油の吸い上げだけでなく、ロッド側からの戻り油をヘッド側に利用すなわち再生することによっても行うことを可能にし、これにより、前記ブームシリンダのヘッド側圧力が負圧になることを抑止することができる。

　この再生回路を具備する建設機械では、さらに、前記ブームシリンダのヘッド側圧力及びロッド側圧力、前記油圧ポンプの吐出圧、前記第１操作装置の操作量をそれぞれ検出する検出器と、前記流量制限部において制限される流量を変化させる流量制御装置と、をさらに備え、この流量制御装置は、前記ブームシリンダのロッド側圧力がヘッド側圧力よりも高い状況でのブーム上げ操作時に、前記ブームシリンダのロッド側油室からヘッド側油室へ再生することが可能な作動油の流量を演算することと、前記ブームシリンダのロッド側油室から流出する作動油の流量に基づき、当該ブームシリンダの面積比に応じてヘッド側油室に供給すべき必要流量を演算することと、キャビテーション防止のために前記油圧ポンプからブームシリンダのヘッド側油室に供給すべき必要ポンプ流量を演算することと、この必要ポンプ流量のうちの前記流量制限部における流量またはこれに相当するパラメータを演算することと、その演算された流量または演算されたパラメータに相当する流量が得られるように前記流量制限部を操作することと、を行うものであることが、望ましい。当該検出器及び流量制御装置は、ブームシリンダのヘッド側にキャビテーション回避のために必要な流量を確保してキャビテーションの発生を確実に防止することを可能にする。

Claims

　建設機械であって、
　下部走行体と、
　この下部走行体に旋回自在に搭載される上部旋回体と、
　作動油を貯留するタンクと、
　このタンク内の作動油を吐出する油圧ポンプと、
　前記上部旋回体に装着される作業アタッチメントであって、ブーム、このブームの先端に取付けられたアーム、このアームの先端に取付けられる作業装置、前記ブームを駆動するブームシリンダ、前記アームを駆動するアームシリンダ、及び前記作業装置を駆動する作業用シリンダを有し、前記ブームシリンダよりも作業アタッチメントの先端側に位置する前記アームシリンダ及び前記作業用シリンダのうちの少なくとも一方のシリンダは、前記ブームシリンダとともに前記油圧ポンプからの作動油の供給を受ける供給対象シリンダであって、この供給対象シリンダの伸長を伴う作業時に当該作業用アタッチメントが受ける反力が前記ブームを上げる方向に作用して前記ブームシリンダのロッド側圧力を上昇させるとともにヘッド側圧力を低下させる作業アタッチメントと、
　前記ブームシリンダを動かすために操作される第１操作装置と、
　前記供給対象シリンダを動かすために操作される第２操作装置と、
　前記第１操作装置の操作に応じて作動することにより前記ブームシリンダの動きを制御する第１コントロールバルブと、
　前記第２操作装置の操作に応じて作動することにより前記供給対象シリンダの動きを制御する第２コントロールバルブと、
　前記ブームシリンダのロッド側圧力がヘッド側圧力よりも高い状況で当該ブームを上げる操作が行われている時のみに、前記油圧ポンプから前記ブームシリンダのヘッド側油室に供給される流量を制限する流量制限部と、
　前記タンク内の作動油を前記ブームシリンダのヘッド側油室に補給するためのアンチキャビテーション回路と、を備える。
　請求項１記載の建設機械であって、前記供給対象シリンダは前記アームシリンダであり、前記流量制限部は、前記アームシリンダを伸長させるアーム引き操作と、このアーム引き操作での作業時の反力によるブームシリンダのロッド側圧力を逃がすためのブーム上げ操作とが同時に行われる複合操作時に、前記油圧ポンプから前記ブームシリンダのヘッド側油室に供給される流量を制限する。
　請求項１または２記載の建設機械であって、前記第１操作装置および前記第２操作装置は、それぞれ、操作部材を有してこの操作部材の操作に応じたパイロット圧を出力するリモコン弁により構成され、前記第１コントロールバルブ及び前記第２コントロールバルブは、それぞれ、前記第１操作装置及び前記第２操作装置を構成するリモコン弁から出力されるパイロット圧に応じて作動する油圧パイロット式の切換弁により構成され、前記流量制限部は、前記油圧ポンプとブームシリンダのヘッド側油室とを結ぶヘッド側供給管路に設けられて、開口面積が最大である全開位置とこの全開位置よりも開口面積の小さい絞り位置とを有する油圧パイロット式の流量制御弁を含み、この流量制御弁は、前記第１操作装置を構成するリモコン弁から出力されるブーム上げ用パイロット圧と前記ブームシリンダのロッド側圧力が導入される第１のパイロットポートと、前記ブームシリンダのヘッド側圧力が導入される第２のパイロットポートと、を有し、ブームシリンダのロッド側圧力がヘッド側圧力よりも高い状況でブームを上げる操作が行われた時のみに、前記両パイロットポートに導入される圧力の差によって前記絞り位置に切換えられる。
　請求項１～３のいずれかに記載の建設機械であって、前記ブームシリンダのロッド側圧力がヘッド側圧力よりも高い状況でのブーム上げ操作時に、ブームシリンダのロッド側油室からの戻り油を当該ブームシリンダのヘッド側油室に供給するための再生回路をさらに備える。
　請求項４記載の建設機械であって、前記ブームシリンダのヘッド側圧力及びロッド側圧力、前記油圧ポンプの吐出圧、前記第１操作装置の操作量をそれぞれ検出する検出器と、前記流量制限部において制限される流量を変化させる流量制御装置と、をさらに備え、この流量制御装置は、前記ブームシリンダのロッド側圧力がヘッド側圧力よりも高い状況でのブーム上げ操作時に、前記ブームシリンダのロッド側油室からヘッド側油室へ再生することが可能な作動油の流量を演算することと、前記ブームシリンダのロッド側油室から流出する作動油の流量に基づき、当該ブームシリンダの面積比に応じてヘッド側油室に供給すべき必要流量を演算することと、キャビテーション防止のために前記油圧ポンプからブームシリンダのヘッド側油室に供給すべき必要ポンプ流量を演算することと、この必要ポンプ流量のうちの前記流量制限部における流量またはこれに相当するパラメータを演算することと、その演算された流量または演算されたパラメータに相当する流量が得られるように前記流量制限部を操作することと、を行う。