WO2019167890A1 - 建設機械の油圧システム - Google Patents

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WO2019167890A1
WO2019167890A1 PCT/JP2019/007092 JP2019007092W WO2019167890A1 WO 2019167890 A1 WO2019167890 A1 WO 2019167890A1 JP 2019007092 W JP2019007092 W JP 2019007092W WO 2019167890 A1 WO2019167890 A1 WO 2019167890A1
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WO
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operation signal
valve
set value
bypass passage
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PCT/JP2019/007092
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English (en)
French (fr)
Inventor
哲弘 近藤
直希 畑
Original Assignee
川崎重工業株式会社
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    • F15B2211/862—Control during or prevention of abnormal conditions the abnormal condition being electric or electronic failure
    • F15B2211/8626—Electronic controller failure, e.g. software, EMV, electromagnetic interference

Definitions

  • the present invention relates to a hydraulic system for construction machinery.
  • Patent Document 1 discloses a hydraulic system 100 for a hydraulic excavator as shown in FIG.
  • the hydraulic system 100 includes a first pump 111 that supplies hydraulic oil to a first group of hydraulic actuators such as a boom cylinder, and a second pump that supplies hydraulic oil to a second group of hydraulic actuators such as an arm cylinder. 112 is included.
  • a first center bypass line 121 extends from the first pump 111 to the tank, and a plurality of control valves 131 are disposed on the first center bypass line 121.
  • a second center bypass line 122 extends from the second pump 112 to the tank, and a plurality of controls 132 are disposed on the second center bypass line 122.
  • Each of the control valves 131 and 132 controls the supply flow rate of hydraulic oil to the corresponding hydraulic actuator according to the operation amount of the corresponding operation device 170. More specifically, each of the control valves 131 and 132 has a center bypass passage that forms part of the center bypass line (121 or 122), and the center bypass passage increases as the operation amount of the corresponding operation device 170 increases. The opening area is gradually reduced.
  • An unload line (also referred to as a bleed off-line) 151 branches from the first center bypass line 121 on the upstream side of all the control valves 131, and the unload valve (also referred to as a bleed-off valve) is connected to the unload line 151. ) 161 is provided. Further, the first center bypass line 121 is provided with bypass cut valves 141 on the downstream side of all the control valves 131.
  • an unload line 152 branches from the second center bypass line 122 upstream of all the control valves 132, and an unload valve 162 is provided in the unload line 152. Further, the second center bypass line 122 is provided with bypass cut valves 142 on the downstream side of all the control valves 132.
  • the unload valves 161 and 162 and the bypass cut valves 141 and 142 are controlled by the control device 190 via the electromagnetic proportional valves 181 and 182. Under normal conditions, the unload valves 161 and 162 operate between the unload position A and the block position B with the bypass cut valves 141 and 142 positioned at the block position B.
  • the control device 190 controls each unload valve (161 or 162) so that the opening area of the unload valve is the operation amount of the operation device 170 for the first group of hydraulic actuators or the operation device 170 for the second group of hydraulic actuators. Control is performed so that it becomes smaller as becomes larger. That is, at the normal time, the unload flow rate (bleed flow rate) is electrically controlled.
  • the unload valves 161 and 162 are switched to the fail safe position C, the unload lines 151 and 152 are closed, and the bypass cut valves 141 and 142 are The center bypass lines 121 and 122 are opened by switching to the fail-safe position A.
  • the supply flow rate of the hydraulic oil to the corresponding hydraulic actuator is controlled.
  • an object of the present invention is to provide a hydraulic system for a construction machine capable of realizing electrical control of the unload flow rate at normal times and fail safe with an inexpensive configuration.
  • a hydraulic system for a construction machine receives at least one hydraulic actuator, a pump for supplying hydraulic oil to the hydraulic actuator, and an operation for moving the hydraulic actuator.
  • Control at least one operating device that outputs an operation signal corresponding to the operation amount, a center bypass line extending from the pump to the tank, and a supply flow rate of hydraulic oil to the hydraulic actuator disposed on the center bypass line
  • At least one control valve having a bypass passage forming a part of the center bypass line and operating in response to an operation signal output from the operation device; and downstream of the control valve In the center bypass line, the opening area that maximizes the opening area at the normal position.
  • the opening area of the unloading valve decreases, and the opening area of the unloading valve when the operation signal reaches the first set value.
  • a control device that controls the unload valve so that is zero the control valve has an opening area of the bypass passage while the operation signal rises from a predetermined value to the first set value.
  • the opening area of the bypass passage becomes 1 / of the maximum opening area of the bypass passage when the opening area of the unloading valve is larger than the opening value of the unloading valve and the operation signal becomes equal to or larger than a second setting value larger than the first setting value. It is configured to be 4 or less.
  • the opening area of the bypass passage of the control valve is larger than the opening area of the unload valve while the operation signal output from the operating device rises from the predetermined value to the first set value.
  • the unload flow rate can be electrically controlled using an unload valve located on the downstream side.
  • the unload valve is maintained at the maximum opening area, but when the operation signal exceeds the second set value, the control valve
  • the opening area of the bypass passage becomes smaller, and the discharge pressure of the pump, which is the pressure on the upstream side of the bypass passage, becomes correspondingly high. Therefore, the hydraulic actuator can be moved by supplying hydraulic oil to the hydraulic actuator.
  • electrical control of the unload flow rate during normal operation and fail-safe can be realized with an inexpensive configuration of one unload valve for one pump.
  • the opening area of the bypass passage may be zero when the operation signal is equal to or greater than the second set value. According to this configuration, when the operation signal becomes equal to or higher than the second set value at the time of failure such as a breakage of the electrical system related to the unload valve or a partial failure of the control device, the unload valve passes through the unload valve. Since there is no hydraulic oil flowing into the tank, energy can be saved.
  • the opening area of the bypass passage may be 1/100 or more and 1/4 or less of the maximum opening area of the bypass passage when the operation signal is equal to or greater than the second set value. According to this configuration, a wide adjustment range of the opening area of the unload valve can be ensured.
  • the opening area of the bypass passage may be maintained at a maximum while the operation signal increases from zero to the first set value. According to this configuration, the change characteristic of the opening area of the unload valve can be set relatively freely.
  • the opening area of the bypass passage may gradually decrease while the operation signal increases from zero to the second set value.
  • a relatively small area of the operation signal if the operation device has an operation lever, the operation lever is neutral
  • the hydraulic actuator can be moved even in the near area. In other words, the operation signal range in which the hydraulic actuator can be moved can be brought closer to a normal state.
  • the change characteristic of the opening area of the bypass passage and the opening area of the unload valve is a bent line that bends at a predetermined value, and the opening area of the bypass passage at the predetermined value is equal to that of the unload valve at the predetermined value. It may be 1.05 to 6 times the opening area. According to this configuration, the effect that the hydraulic actuator can be moved even in a region where the operation signal is relatively small can be more reliably obtained for various hydraulic actuators.
  • FIG. 10 is a graph showing a relationship between an operation signal output from an operating device, an opening area of an unload valve, and an opening area of a bypass passage of a control valve in still another modified example. It is a schematic block diagram of the hydraulic system of the conventional hydraulic shovel.
  • FIG. 1 shows a hydraulic system 1 for a construction machine according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows a construction machine 10 on which the hydraulic system 1 is mounted.
  • the construction machine 10 shown in FIG. 2 is a hydraulic excavator
  • the present invention is also applicable to other construction machines such as a hydraulic crane.
  • the construction machine 10 shown in FIG. 2 is self-propelled and includes a traveling body 11. Further, the construction machine 10 includes a revolving body 12 that is turnably supported by the traveling body 11, and a boom that rises up and down with respect to the revolving body 12. An arm is swingably connected to the tip of the boom, and a bucket is swingably connected to the tip of the arm.
  • the revolving body 12 is provided with a cabin 16 in which a driver's seat is installed. The construction machine 10 may not be self-propelled.
  • the hydraulic system 1 includes a boom cylinder 13, an arm cylinder 14 and a bucket cylinder 15 shown in FIG. 2 as a hydraulic actuator, and also includes a pair of left and right traveling motors and a turning motor (not shown).
  • the boom cylinder 13 raises and lowers the boom, the arm cylinder 14 swings the arm, and the bucket cylinder 15 swings the bucket.
  • the hydraulic system 1 includes a main pump 22 that supplies hydraulic oil to the hydraulic actuator described above.
  • hydraulic actuators other than the boom cylinder 13 and the arm cylinder 14 are omitted for simplification of the drawing.
  • the main pump 22 is driven by the engine 21. However, the main pump 22 may be driven by an electric motor.
  • the engine 21 also drives the sub pump 24.
  • a plurality of main pumps 22 may be provided as in the conventional hydraulic system 100 shown in FIG.
  • the main pump 22 is a variable displacement pump (swash plate pump or oblique shaft pump) whose tilt angle can be changed.
  • the tilt angle of the main pump 22 is adjusted by the regulator 23.
  • the discharge flow rate of the main pump 22 is controlled by an electric positive control method.
  • the regulator 23 operates by an electrical signal.
  • the regulator 23 may electrically change the hydraulic pressure acting on the servo piston connected to the swash plate of the main pump 22.
  • An electric actuator connected to the swash plate may be used.
  • the discharge flow rate of the main pump 22 may be controlled by a hydraulic negative control method.
  • the regulator 23 is operated by hydraulic pressure.
  • the discharge flow rate of the main pump 22 may be controlled by a load sensing method.
  • the center bypass line 31 extends from the main pump 22 to the tank.
  • a plurality of control valves 4 including a boom control valve 41 and an arm control valve 42 are arranged on the center bypass line 31.
  • the control valves 4 other than the boom control valve 41 and the arm control valve 42 are omitted for simplification of the drawing.
  • All the control valves 4 are connected to the main pump 22 by a supply line 32 and are connected to a tank by a tank line 33.
  • the upstream portion of the supply line 32 and the upstream portion of the center bypass line 31 form a common flow path.
  • Each control valve 4 is connected to a corresponding hydraulic actuator by a pair of supply / discharge lines.
  • the boom control valve 41 is connected to the boom cylinder 13 by a pair of supply / discharge lines 13a and 13b
  • the arm control valve 42 is connected to the arm cylinder 14 by a pair of supply / discharge lines 14a and 14b.
  • Each control valve 4 controls the supply flow rate of hydraulic oil to the corresponding hydraulic actuator.
  • a plurality of operation devices 5 including a boom operation device 51 and an arm operation device 52 are disposed in the cabin 16.
  • Each operation device 5 includes an operation unit (operation lever or foot pedal) that receives an operation for moving the corresponding hydraulic actuator, and outputs an operation signal corresponding to the operation amount of the operation unit.
  • Each control valve 4 operates according to an operation signal output from the corresponding operation device 5.
  • the boom operation device 51 outputs a boom raising operation signal corresponding to the tilt angle of the operation lever when the operation lever is tilted in the boom raising direction, and the operation lever when the operation lever is tilted in the boom lowering direction.
  • a boom lowering operation signal corresponding to the tilt angle is output.
  • the arm operating device 52 outputs an arm pulling operation signal corresponding to the tilting angle of the operating lever when the operating lever is tilted in the arm pulling direction, and the operating lever when the operating lever is tilted in the arm pushing direction.
  • the arm push operation signal according to the tilt angle is output.
  • each control valve 4 has a pair of pilot ports
  • each operation device 5 is a pilot operation valve that outputs a pilot pressure as an operation signal.
  • each operating device 5 is connected to the pilot port of the corresponding control valve 4 by a pair of pilot lines.
  • the boom operation device 51 is connected to the pilot port of the boom control valve 41 by a pair of pilot lines 61 and 62
  • the arm operation device 52 is connected to the pilot port of the arm control valve 42 by a pair of pilot lines 63 and 64.
  • each operation device 5 may be an electric joystick that outputs an electric signal as an operation signal.
  • an electromagnetic proportional valve may be connected to the pilot port of each control valve 4, or each control valve 4 may be an electromagnetic pilot type.
  • each control valve 4 is controlled by a control device 8 described later via the electromagnetic proportional valve, and when each control valve 4 is an electromagnetic pilot type, Each control valve 4 is directly controlled by the control device 8.
  • Each of the pair of pilot lines between each operation device 5 and the pilot port of the corresponding control valve 4 is provided with a pressure sensor 9 that detects a pilot pressure as an operation signal.
  • the pressure sensor 9 is electrically connected to the control device 8. However, in FIG. 1, only a part of the signal lines is drawn for simplification of the drawing.
  • the control device 8 controls the regulator 23 so that the discharge flow rate of the main pump 22 increases as the operation signal output from each operation device 5 increases.
  • the control device 8 is a computer having a memory such as a ROM or a RAM and a CPU, and a program stored in the ROM is executed by the CPU.
  • an unload valve 71 is provided in the center bypass line 31 on the downstream side of all the control valves 4.
  • the unload valve 71 is a normally open type on-off valve, and the opening area Au is maximized at the normal position. More specifically, the unload valve 71 has a pilot port, and the opening area Au of the unload valve 71 decreases as the pilot pressure guided to the pilot port increases.
  • the pilot port of the unload valve 71 is connected to an electromagnetic proportional valve 73 by a secondary pressure line 72, and the electromagnetic proportional valve 73 is connected to the auxiliary pump 24 by a primary pressure line 74.
  • the electromagnetic proportional valve 73 is a direct proportional type in which the command current and the secondary pressure have a positive correlation.
  • the pressure in the primary pressure line 74 discharge pressure of the sub pump 24 is kept constant by a relief valve (not shown).
  • the unload valve 71 is controlled by the control device 8 via the electromagnetic proportional valve 73. Specifically, as shown in FIG. 3, the control device 8 controls the unload valve 71 so that the opening area Au of the unload valve 71 decreases as the operation signal output from each operation device 5 increases. .
  • the opening area Au of the unload valve 71 becomes zero when the operation signal becomes the first set value ⁇ 1.
  • the first set value ⁇ 1 is set within a range of 50 to 95% of the maximum value ⁇ m of the operation signal.
  • the change characteristic of the opening area Au of the unload valve 71 is a straight line having a constant slope.
  • the change characteristic of the opening area Au of the unload valve 71 may be a broken line as shown by a one-dot chain line in FIG. 3 or a curved line.
  • the change characteristic of the opening area Au of the unload valve 71 may be set so that the opening area is kept maximum as long as the operation signal is small, as indicated by a two-dot chain line in FIG.
  • the change characteristic of the opening area Au of the unload valve 71 may vary depending on the type of operation signal.
  • the opening area Au of the unload valve 71 when the boom is raised may be smaller than the opening area Au of the unload valve 71 when the arm is pulled.
  • Each control valve 4 has a bypass passage 4a constituting a part of the center bypass line 31 (see FIG. 1). As shown in FIG. 3, each control valve 4 has an opening area As of the bypass passage 4a that is an unload valve while the operation signal output from the corresponding operation device 5 rises from the predetermined value ⁇ a to the first set value ⁇ 1. It is configured to be larger than the opening area Au of 71. Further, each control valve 4 has an opening area As of the bypass passage 4a when the operation signal output from the corresponding operation device 5 becomes equal to or larger than the second set value ⁇ 2 larger than the first set value ⁇ 1. The maximum opening area Asm of 4a is set to 1 ⁇ 4 or less.
  • the opening area As of the bypass passage 4a may gradually decrease or may be constant.
  • the second set value ⁇ 2 is set within a range of 53 to 98% of the maximum value ⁇ m of the operation signal.
  • the opening area As of the bypass passage 4a is kept at the maximum while the operation signal rises from zero to the second set value ⁇ 2.
  • the range in which the opening area As of the bypass passage 4a is kept at a maximum may be from zero to the first set value ⁇ 1, and as shown in FIG. 4, the opening area As of the bypass passage 4a It may begin to decrease when it becomes slightly larger than one set value ⁇ 1.
  • the maximum opening area Asm of the bypass passage 4 a of each control valve 4 is smaller than the maximum opening area of the unload valve 71. For this reason, the predetermined value ⁇ a is larger than zero.
  • the maximum opening area Asm of the bypass passage 4a of each control valve 4 may be equal to or larger than the maximum opening area of the unload valve 71. In this case, the predetermined value ⁇ a is zero.
  • the opening area As of the bypass passage 4a becomes 1/100 or more and 1 ⁇ 4 or less of the maximum opening area Asm of the bypass passage 4a.
  • the opening area As of the bypass passage 4a may be zero when the operation signal becomes equal to or larger than the second set value ⁇ 2.
  • the unloading flow rate can be electrically controlled using the unloading valves 71 located on the downstream side of all the control valves 4.
  • the unload valve 71 is maintained at the maximum opening area, but the operation signal output from each operation device 5 is the second.
  • the opening area As of the bypass passage 4a of each control valve 4 is kept at a maximum while the operation signal output from the corresponding operation device 5 rises from zero to the first set value ⁇ 1. Therefore, the change characteristic of the opening area Au of the unload valve 71 can be set relatively freely as shown by the one-dot chain line and the two-dot chain line in FIG.
  • the opening area As of the bypass passage 4a of each control valve 4 may be zero when the operation signal output from the corresponding operation device 5 becomes equal to or larger than the second set value ⁇ 2.
  • it passes through the unload valve 71 when the operation signal becomes equal to or greater than the second set value ⁇ 2 in the event of a failure such as a disconnection of the electrical system related to the unload valve 71 or a partial failure of the control device.
  • a failure such as a disconnection of the electrical system related to the unload valve 71 or a partial failure of the control device.
  • the first set value ⁇ 1 cannot be made very close to the second set value ⁇ 2 in consideration of manufacturing errors of the unload valve 71 and the like.
  • the opening area As of the bypass passage 4a is 1/100 or more of the maximum opening area Asm of the bypass passage 4a. If it is below, the first set value ⁇ 1 can be brought close to the second set value ⁇ 2, and a wide adjustment range of the opening area Au of the unload valve 71 can be secured.
  • the opening area As of the bypass passage 4a of each control valve 4 gradually decreases while the operation signal output from the corresponding operation device 5 increases from zero to the second set value ⁇ 2. May be.
  • a relatively small region of the operation signal if the operation device 5 has an operation lever, the operation lever is neutral.
  • the hydraulic actuator can be moved even in an area close to. In other words, the operation signal range in which the hydraulic actuator can be moved can be brought closer to a normal state.
  • the change characteristic of the opening area Au of the unload valve 71 and the change characteristic of the opening area As of the bypass passage 4a are broken lines that bend at a predetermined value ⁇ b.
  • the predetermined value ⁇ b substantially coincides with the operation signal when the meter-in passage of the control valve 4 starts to open.
  • the opening area Asb of the bypass passage 4a at the predetermined value ⁇ b is 1.05 to 6 times the opening area Au of the unload valve 71 at the predetermined value ⁇ b. According to this configuration, the effect that the hydraulic actuator can be moved even in a region where the operation signal is relatively small can be more reliably obtained for various hydraulic actuators.
  • the opening area As of the bypass passage 4a when the operation signal becomes equal to or larger than the second set value ⁇ 2 is zero.
  • the opening area As of the bypass passage 4a when ⁇ 2 or more may be 1/100 or more and 1 ⁇ 4 or less of the maximum opening area Asm of the bypass passage 4a. Even if the opening area As of the bypass passage 4a when the operation signal becomes equal to or larger than the second set value ⁇ 2 is zero or not, the same effect as described above can be obtained.
  • the change characteristics of the opening area Au from the predetermined value ⁇ b to the first set value ⁇ 1 have different slopes. May be composed of a plurality of straight lines. With such a polygonal line shape, unnecessary pressure loss in the center bypass line 31 is prevented during the unloading described above, and the control gain of the unload valve 71 is lowered when the meter-in passage begins to open. The feature that it can be done (the increase in the opening area Au with respect to the operation signal can be reduced) can be further utilized.

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Abstract

建設機械の油圧システムは、油圧アクチュエータへ作動油を供給するポンプと、ポンプからタンクまで延びるセンターバイパスライン上に配置された、バイパス通路を有する制御弁と、制御弁の下流側でセンターバイパスラインに設けられたアンロード弁と、アンロード弁を制御する制御装置と、を備え、制御弁は、操作装置から出力される操作信号が所定値から第１設定値まで上昇する間はバイパス通路の開口面積がアンロード弁の開口面積よりも大きく、操作信号が第１設定値よりも大きな第２設定値以上となったときにバイパス通路の開口面積が当該バイパス通路の最大開口面積の１／４以下となるように構成されている。

Description

建設機械の油圧システム
　本発明は、建設機械の油圧システムに関する。
　油圧ショベルや油圧クレーンのような建設機械では、油圧システムによって各部が駆動される。例えば、特許文献１には、図７に示すような油圧ショベルの油圧システム１００が開示されている。
　具体的に、油圧システム１００は、ブームシリンダなどの第１グループの油圧アクチュエータへ作動油を供給する第１ポンプ１１１と、アームシリンダなどの第２グループの油圧アクチュエータへ作動油を供給する第２ポンプ１１２を含む。第１ポンプ１１１からタンクまでは第１センターバイパスライン１２１が延びており、この第１センターバイパスライン１２１上に複数の制御弁１３１が配置されている。同様に、第２ポンプ１１２からタンクまでは第２センターバイパスライン１２２が延びており、この第２センターバイパスライン１２２上に複数の制御１３２が配置されている。
　制御弁１３１，１３２のそれぞれは、対応する操作装置１７０の操作量に応じて、対応する油圧アクチュエータへの作動油の供給流量を制御する。より詳しくは、制御弁１３１，１３２のそれぞれは、センターバイパスライン（１２１または１２２）の一部を構成するセンターバイパス通路を有しており、対応する操作装置１７０の操作量が大きくなるほどセンターバイパス通路の開口面積が徐々に小さくなるように構成されている。
　また、第１センターバイパスライン１２１からは全ての制御弁１３１の上流側でアンロードライン（ブリードオフラインともいう）１５１が分岐しており、このアンロードライン１５１にアンロード弁（ブリードオフ弁ともいう）１６１が設けられている。さらに、第１センターバイパスライン１２１には、全ての制御弁１３１の下流側にバイパスカット弁１４１が設けられている。
　同様に、第２センターバイパスライン１２２からは全ての制御弁１３２の上流側でアンロードライン１５２が分岐しており、このアンロードライン１５２にアンロード弁１６２が設けられている。さらに、第２センターバイパスライン１２２には、全ての制御弁１３２の下流側にバイパスカット弁１４２が設けられている。
　アンロード弁１６１，１６２およびバイパスカット弁１４１，１４２は、電磁比例弁１８１，１８２を介して制御装置１９０により制御される。正常時には、バイパスカット弁１４１，１４２がブロック位置Ｂに位置した状態で、アンロード弁１６１，１６２がアンロード位置Ａとブロック位置Ｂとの間で作動する。制御装置１９０は、各アンロード弁（１６１または１６２）を、当該アンロード弁の開口面積が第１グループの油圧アクチュエータ用の操作装置１７０または第２グループの油圧アクチュエータ用の操作装置１７０の操作量が大きくなるほど小さくなるように制御する。すなわち、正常時には、アンロード流量（ブリード流量）が電気的に制御される。
　一方、電気系統の寸断や制御装置１９０の故障などのフェール時には、アンロード弁１６１，１６２がフェールセーフ位置Ｃに切り換えられてアンロードライン１５１，１５２が閉じられるとともに、バイパスカット弁１４１，１４２がフェールセーフ位置Ａに切り換えられてセンターバイパスライン１２１，１２２が開かれる。これにより、フェール時にも、各操作装置１７０の操作量に応じて、対応する油圧アクチュエータへの作動油の供給流量が制御される。
特許第４２３２７８４号公報
　しかしながら、図７に示す油圧システム１００では、フェールセーフのために１つのポンプに対して２つの弁（アンロード弁とバイパスカット弁）が必要であり、コストが高い。
　そこで、本発明は、正常時のアンロード流量の電気的な制御とフェールセーフを安価な構成で実現することができる建設機械の油圧システムを提供することを目的とする。
　前記課題を解決するために、本発明の建設機械の油圧システムは、少なくとも１つの油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータへ作動油を供給するポンプと、前記油圧アクチュエータを可動させるための操作を受け、その操作量に応じた操作信号を出力する少なくとも１つの操作装置と、前記ポンプからタンクまで延びるセンターバイパスラインと、前記センターバイパスライン上に配置された、前記油圧アクチュエータへの作動油の供給流量を制御する少なくとも１つの制御弁であって、前記センターバイパスラインの一部を構成するバイパス通路を有し、前記操作装置から出力される操作信号に応じて作動する制御弁と、前記制御弁の下流側で前記センターバイパスラインに設けられた、ノーマル位置で開口面積が最大となるアンロード弁と、前記操作装置から出力される操作信号が大きくなるにつれて前記アンロード弁の開口面積が小さくなり、かつ、前記操作信号が第１設定値となったときに前記アンロード弁の開口面積がゼロとなるように前記アンロード弁を制御する制御装置と、を備え、前記制御弁は、前記操作信号が所定値から前記第１設定値まで上昇する間は前記バイパス通路の開口面積が前記アンロード弁の開口面積よりも大きくなり、前記操作信号が前記第１設定値よりも大きな第２設定値以上となったときに前記バイパス通路の開口面積が当該バイパス通路の最大開口面積の１／４以下となるように構成されている、ことを特徴とする。
　上記の構成によれば、操作装置から出力される操作信号が所定値から第１設定値まで上昇する間は制御弁のバイパス通路の開口面積がアンロード弁の開口面積よりも大きいので、制御弁の下流側に位置するアンロード弁を用いて、アンロード流量を電気的に制御することができる。一方、アンロード弁に関する電気系統の寸断や制御装置の部分的な故障などのフェール時には、アンロード弁は最大開口面積に維持されるものの、操作信号が第２設定値以上となったときには制御弁のバイパス通路の開口面積が小さくなってバイパス通路の上流側の圧力であるポンプの吐出圧が相応に高い状態となる。従って、油圧アクチュエータへ作動油を供給して油圧アクチュエータを可動させることができる。しかも、正常時のアンロード流量の電気的な制御とフェールセーフを、１つのポンプに対して１つのアンロード弁という安価な構成で実現することができる。
　前記操作信号が前記第２設定値以上となったときに前記バイパス通路の開口面積がゼロとなってもよい。この構成によれば、アンロード弁に関する電気系統の寸断や制御装置の部分的な故障などのフェール時であって操作信号が第２設定値以上となったときに、アンロード弁を通過してタンクへ流れ込む作動油が無くなるので、エネルギを節約することができる。
　前記操作信号が前記第２設定値以上となったときに前記バイパス通路の開口面積が当該バイパス通路の最大開口面積の１／１００以上１／４以下となってもよい。この構成によれば、アンロード弁の開口面積の調整範囲を広く確保することができる。
　前記操作信号がゼロから前記第１設定値まで上昇する間は前記バイパス通路の開口面積が最大に保たれてもよい。この構成によれば、アンロード弁の開口面積の変化特性を比較的に自由に設定することができる。
　前記操作信号がゼロから前記第２設定値まで上昇する間は前記バイパス通路の開口面積が徐々に低下してもよい。この構成によれば、アンロード弁に関する電気系統の寸断や制御装置の部分的な故障などのフェール時には、操作信号の比較的に小さい領域（操作装置が操作レバーを有する場合、操作レバーが中立に近い領域）でも油圧アクチュエータを可動させることができる。換言すれば、油圧アクチュエータを可動させることが可能な操作信号範囲を、より正常状態に近づけることができる。
　前記バイパス通路の開口面積および前記アンロード弁の開口面積の変化特性は、所定値で折れ曲がる折れ線となっており、前記所定値における前記バイパス通路の開口面積は、前記所定値における前記アンロード弁の開口面積の１．０５～６倍であってもよい。この構成によれば、上述した操作信号の比較的に小さい領域でも油圧アクチュエータを可動させることができるという効果を、様々な油圧アクチュエータに対してより確実に得ることができる。
　本発明によれば、正常時のアンロード流量の電気的な制御とフェールセーフを安価な構成で実現することができる。
本発明の一実施形態に係る建設機械の油圧システムの概略構成図である。 建設機械の一例である油圧ショベルの側面図である。 前記実施形態における、操作装置から出力される操作信号とアンロード弁の開口面積および制御弁のバイパス通路の開口面積との関係を示すグラフである。 変形例における、操作装置から出力される操作信号とアンロード弁の開口面積および制御弁のバイパス通路の開口面積との関係を示すグラフである。 別の変形例における、操作装置から出力される操作信号とアンロード弁の開口面積および制御弁のバイパス通路の開口面積との関係を示すグラフである。 さらに別の変形例における、操作装置から出力される操作信号とアンロード弁の開口面積および制御弁のバイパス通路の開口面積との関係を示すグラフである。 従来の油圧ショベルの油圧システムの概略構成図である。
　図１に、本発明の一実施形態に係る建設機械の油圧システム１を示し、図２に、その油圧システム１が搭載された建設機械１０を示す。図２に示す建設機械１０は油圧ショベルであるが、本発明は油圧クレーンなどの他の建設機械にも適用可能である。
　図２に示す建設機械１０は自走式であり、走行体１１を含む。また、建設機械１０は、走行体１１に旋回可能に支持された旋回体１２と、旋回体１２に対して俯仰するブームを含む。ブームの先端には、アームが揺動可能に連結されており、アームの先端には、バケットが揺動可能に連結されている。旋回体１２には、運転席が設置されたキャビン１６が設けられている。なお、建設機械１０は自走式でなくてもよい。
　油圧システム１は、油圧アクチュエータとして、図２に示すブームシリンダ１３、アームシリンダ１４およびバケットシリンダ１５を含むとともに、図示しない左右一対の走行モータおよび旋回モータを含む。ブームシリンダ１３はブームを俯仰させ、アームシリンダ１４はアームを揺動させ、バケットシリンダ１５はバケットを揺動させる。
　また、油圧システム１は、図１に示すように、上述した油圧アクチュエータへ作動油を供給する主ポンプ２２を含む。なお、図１では、図面の簡略化のために、ブームシリンダ１３およびアームシリンダ１４以外の油圧アクチュエータを省略している。
　主ポンプ２２は、エンジン２１により駆動される。ただし、主ポンプ２２は電動機によって駆動されてもよい。また、エンジン２１は、副ポンプ２４も駆動する。主ポンプ２２は、図７に示す従来の油圧システム１００と同様に、複数設けられてもよい。
　主ポンプ２２は、傾転角が変更可能な可変容量型のポンプ（斜板ポンプまたは斜軸ポンプ）である。主ポンプ２２の傾転角はレギュレータ２３により調整される。
　本実施形態では、主ポンプ２２の吐出流量が電気ポジティブコントロール方式で制御される。このため、レギュレータ２３は、電気信号により作動する。例えば、レギュレータ２３は、主ポンプ２２が斜板ポンプである場合、主ポンプ２２の斜板と連結されたサーボピストンに作用する油圧を電気的に変更するものであってもよいし、主ポンプ２２の斜板と連結された電動アクチュエータであってもよい。
　ただし、主ポンプ２２の吐出流量は油圧ネガティブコントロール方式で制御されてもよい。この場合、レギュレータ２３は油圧により作動する。あるいは、主ポンプ２２の吐出流量はロードセンシング方式で制御されてもよい。
　主ポンプ２２からはセンターバイパスライン３１がタンクまで延びている。このセンターバイパスライン３１上には、ブーム制御弁４１およびアーム制御弁４２を含む複数の制御弁４が配置されている。なお、図１では、図面の簡略化のために、ブーム制御弁４１およびアーム制御弁４２以外の制御弁４を省略している。
　全ての制御弁４は、供給ライン３２により主ポンプ２２と接続されているとともに、タンクライン３３によりタンクと接続されている。なお、供給ライン３２の上流側部分とセンターバイパスライン３１の上流側部分は共通の流路となっている。また、各制御弁４は、一対の給排ラインにより対応する油圧アクチュエータと接続されている。例えば、ブーム制御弁４１は一対の給排ライン１３ａ，１３ｂによりブームシリンダ１３と接続されており、アーム制御弁４２は一対の給排ライン１４ａ，１４ｂによりアームシリンダ１４と接続されている。そして、各制御弁４は、対応する油圧アクチュエータへの作動油の供給流量を制御する。
　キャビン１６内には、ブーム操作装置５１およびアーム操作装置５２を含む複数の操作装置５が配置されている。各操作装置５は、対応する油圧アクチュエータを可動させるための操作を受ける操作部（操作レバーまたはフットペダル）を含み、操作部の操作量に応じた操作信号を出力する。各制御弁４は、対応する操作装置５から出力される操作信号に応じて作動する。
　例えば、ブーム操作装置５１は、操作レバーがブーム上げ方向に傾倒されたときに操作レバーの傾倒角に応じたブーム上げ操作信号を出力し、操作レバーがブーム下げ方向に傾倒されたときに操作レバーの傾倒角に応じたブーム下げ操作信号を出力する。また、アーム操作装置５２は、操作レバーがアーム引き方向に傾倒されたときに操作レバーの傾倒角に応じたアーム引き操作信号を出力し、操作レバーがアーム押し方向に傾倒されたときに操作レバーの傾倒角に応じたアーム押し操作信号を出力する。
　本実施形態では、各制御弁４が一対のパイロットポートを有するとともに、各操作装置５が操作信号としてパイロット圧を出力するパイロット操作弁である。このため、各操作装置５は、一対のパイロットラインにより対応する制御弁４のパイロットポートと接続されている。例えば、ブーム操作装置５１は一対のパイロットライン６１，６２によりブーム制御弁４１のパイロットポートと接続されており、アーム操作装置５２は一対のパイロットライン６３，６４によりアーム制御弁４２のパイロットポートと接続されている。
　ただし、各操作装置５は、操作信号として電気信号を出力する電気ジョイスティックであってもよい。この場合、各制御弁４のパイロットポートにそれぞれ電磁比例弁が接続されてもよいし、各制御弁４が電磁パイロット式であってもよい。各制御弁４のパイロットポートにそれぞれ電磁比例弁が接続される場合は各制御弁４が電磁比例弁を介して後述する制御装置８により制御され、各制御弁４が電磁パイロット式である場合は各制御弁４が直接的に制御装置８により制御される。
　各操作装置５と対応する制御弁４のパイロットポートとの間の一対のパイロットラインのそれぞれには、操作信号であるパイロット圧を検出する圧力センサ９が設けられている。圧力センサ９は、制御装置８と電気的に接続されている。ただし、図１では、図面の簡略化のために一部の信号線のみを描いている。
　制御装置８は、各操作装置５から出力される操作信号が大きくなるほど主ポンプ２２の吐出流量が増大するようにレギュレータ２３を制御する。例えば、制御装置８は、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリとＣＰＵを有するコンピュータであり、ＲＯＭに記憶されたプログラムがＣＰＵにより実行される。
　さらに、センターバイパスライン３１には、全ての制御弁４の下流側にアンロード弁７１が設けられている。アンロード弁７１はノーマルオープンタイプの開閉弁であり、ノーマル位置で開口面積Ａｕが最大となる。より詳しくは、アンロード弁７１はパイロットポートを有し、パイロットポートに導かれるパイロット圧が高くなるほどアンロード弁７１の開口面積Ａｕが小さくなる。
　アンロード弁７１のパイロットポートは、二次圧ライン７２により電磁比例弁７３と接続されており、電磁比例弁７３は一次圧ライン７４により副ポンプ２４と接続されている。電磁比例弁７３は、指令電流と二次圧が正の相関を示す正比例型である。なお、一次圧ライン７４の圧力（副ポンプ２４の吐出圧）は、図略のリリーフ弁により一定に保たれる。
　アンロード弁７１は、電磁比例弁７３を介して制御装置８により制御される。具体的に、制御装置８は、図３に示すように、各操作装置５から出力される操作信号が大きくなるにつれてアンロード弁７１の開口面積Ａｕが小さくなるようにアンロード弁７１を制御する。アンロード弁７１の開口面積Ａｕは、操作信号が第１設定値θ１となったときにゼロとなる。例えば、第１設定値θ１は、操作信号の最大値θｍの５０～９５％の範囲内で設定される。
　本実施形態では、アンロード弁７１の開口面積Ａｕの変化特性が一定の傾きの直線である。ただし、アンロード弁７１の開口面積Ａｕの変化特性は、図３中に一点鎖線で示すような折れ線であってもよいし、曲線であってもよい。あるいは、アンロード弁７１の開口面積Ａｕの変化特性は、図３中に二点鎖線で示すように、操作信号が小さいうちは開口面積が最大に保たれるように設定されてもよい。
　なお、アンロード弁７１の開口面積Ａｕの変化特性は、操作信号の種類によって異なってもよい。例えば、ブーム上げのときのアンロード弁７１の開口面積Ａｕは、アーム引きのときのアンロード弁７１の開口面積Ａｕよりも小さくてもよい。
　各制御弁４は、センターバイパスライン３１の一部を構成するバイパス通路４ａを有している（図１参照）。図３に示すように、各制御弁４は、対応する操作装置５から出力される操作信号が所定値θａから第１設定値θ１まで上昇する間はバイパス通路４ａの開口面積Ａｓがアンロード弁７１の開口面積Ａｕよりも大きくなるように構成されている。さらに、各制御弁４は、対応する操作装置５から出力される操作信号が第１設定値θ１よりも大きな第２設定値θ２以上となったときにバイパス通路４ａの開口面積Ａｓが当該バイパス通路４ａの最大開口面積Ａｓｍの１／４以下となるように構成されている。
　操作信号が第２設定値θ２から最大値θｍまで上昇する間は、バイパス通路４ａの開口面積Ａｓは徐々に低下してもよいし、一定であってもよい。例えば、第２設定値θ２は、操作信号の最大値θｍの５３～９８％の範囲内で設定される。
　本実施形態では、操作信号がゼロから第２設定値θ２まで上昇する間はバイパス通路４ａの開口面積Ａｓが最大に保たれる。ただし、バイパス通路４ａの開口面積Ａｓが最大に保たれる範囲はゼロから第１設定値θ１までであればよく、図４に示すように、バイパス通路４ａの開口面積Ａｓは、操作信号が第１設定値θ１よりも少し大きくなった時点から低下し始めてもよい。
　また、本実施形態では、各制御弁４のバイパス通路４ａの最大開口面積Ａｓｍがアンロード弁７１の最大開口面積よりも小さい。このため、所定値θａがゼロよりも大きくなっている。ただし、各制御弁４のバイパス通路４ａの最大開口面積Ａｓｍは、アンロード弁７１の最大開口面積と等しくてもこれよりも大きくてもよい。この場合、所定値θａはゼロとなる。
　さらに、本実施形態では、操作信号が第２設定値θ２以上となったときにバイパス通路４ａの開口面積Ａｓが当該バイパス通路４ａの最大開口面積Ａｓｍの１／１００以上１／４以下となる。ただし、バイパス通路４ａの開口面積Ａｓは、操作信号が第２設定値θ２以上となったときにゼロとなってもよい。
　以上説明したように、本実施形態の油圧システム１では、各操作装置５から出力される操作信号が所定値θａから第１設定値θ１まで上昇する間は対応する制御弁４のバイパス通路４ａの開口面積Ａｓがアンロード弁７１の開口面積Ａｕよりも大きいので、全ての制御弁４の下流側に位置するアンロード弁７１を用いて、アンロード流量を電気的に制御することができる。一方、アンロード弁に関する電気系統の寸断や制御装置の部分的な故障などのフェール時には、アンロード弁７１は最大開口面積に維持されるものの、各操作装置５から出力される操作信号が第２設定値θ２以上となったときには対応する制御弁４のバイパス通路４ａの開口面積Ａｓが小さくなってバイパス通路４ａの上流側の圧力である主ポンプ２２の吐出圧が相応に高い状態となる。従って、対応する油圧アクチュエータへ作動油を供給して油圧アクチュエータを可動させることができる。しかも、正常時のアンロード流量の電気的な制御とフェールセーフを、１つの主ポンプ２２に対して１つのアンロード弁７１という安価な構成で実現することができる。
　さらに、本実施形態では、各制御弁４のバイパス通路４ａの開口面積Ａｓが、対応する操作装置５から出力される操作信号がゼロから第１設定値θ１まで上昇する間は最大に保たれるので、図３中に一点鎖線および二点鎖線で示すように、アンロード弁７１の開口面積Ａｕの変化特性を比較的に自由に設定することができる。
　なお、各操作装置５が電気ジョイスティックである場合は、例えば、アンロード弁は正常に機能しないが制御弁は正常に機能するときにフェールセーフを図ることができる。
　（変形例）
　本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
　例えば、各制御弁４のバイパス通路４ａの開口面積Ａｓは、対応する操作装置５から出力される操作信号が第２設定値θ２以上となったときにゼロとなってもよい。この場合には、アンロード弁７１に関する電気系統の寸断や制御装置の部分的な故障などのフェール時であって操作信号が第２設定値θ２以上となったときに、アンロード弁７１を通過してタンクへ流れ込む作動油が無くなるので、エネルギを節約することができる。ただし、このような効果が得られる一方で、アンロード弁７１の製作誤差などを考慮すると、第１設定値θ１を第２設定値θ２にあまり近づけることができない。これに対し、前記実施形態のように、操作信号が第２設定値θ２以上となったときにバイパス通路４ａの開口面積Ａｓが当該バイパス通路４ａの最大開口面積Ａｓｍの１／１００以上１／４以下であれば、第１設定値θ１を第２設定値θ２に近づけることができ、アンロード弁７１の開口面積Ａｕの調整範囲を広く確保することができる。
　また、図５に示すように、各制御弁４のバイパス通路４ａの開口面積Ａｓは、対応する操作装置５から出力される操作信号がゼロから第２設定値θ２まで上昇する間は徐々に低下してもよい。この構成によれば、アンロード弁に関する電気系統の寸断や制御装置の部分的な故障などのフェール時には、操作信号の比較的に小さい領域（操作装置５が操作レバーを有する場合、操作レバーが中立に近い領域）でも油圧アクチュエータを可動させることができる。換言すれば、油圧アクチュエータを可動させることが可能な操作信号範囲を、より正常状態に近づけることができる。
　図５に示す例では、アンロード弁７１の開口面積Ａｕの変化特性およびバイパス通路４ａの開口面積Ａｓの変化特性が所定値θｂで折れ曲がる折れ線となっている。例えば、所定値θｂは、制御弁４のメータイン通路が開口し始めるときの操作信号とほぼ一致する。このような折れ線形状であれば、アンロードの際にはセンターバイパスライン３１の無駄な圧力損失を防いだ上で、メータイン通路が開口し始めたときにアンロード弁７１の制御ゲインを低くできる（操作信号に対する開口面積Ａｕの増加を小さくできる）。
　例えば、所定値θｂにおけるバイパス通路４ａの開口面積Ａｓｂは、所定値θｂにおけるアンロード弁７１の開口面積Ａｕの１．０５～６倍である。この構成によれば、上述した操作信号の比較的に小さい領域でも油圧アクチュエータを可動させることができるという効果を、様々な油圧アクチュエータに対してより確実に得ることができる。
　また、図５に示す例では、操作信号が第２設定値θ２以上となったときのバイパス通路４ａの開口面積Ａｓがゼロであるが、図６に示すように、操作信号が第２設定値θ２以上となったときのバイパス通路４ａの開口面積Ａｓは、当該バイパス通路４ａの最大開口面積Ａｓｍの１／１００以上１／４以下であってもよい。操作信号が第２設定値θ２以上となったときのバイパス通路４ａの開口面積Ａｓがゼロである場合でもゼロでない場合でも、上述したのと同様の効果を得ることができる。
　さらに、図５に示すようにアンロード弁７１の開口面積Ａｕの減少率が所定値θｂで変化する場合は、所定値θｂから第１設定値θ１までの開口面積Ａｕの変化特性は、異なる勾配を持つ複数の直線で構成されてもよい。このような折れ線形状であれば、上述したアンロードの際にはセンターバイパスライン３１の無駄な圧力損失を防いだ上で、メータイン通路が開口し始めたときにアンロード弁７１の制御ゲインを低くできる（操作信号に対する開口面積Ａｕの増加を小さくできる）という特徴をより活かすことができる。
　１　　油圧システム
　１０　建設機械
　１３　ブームシリンダ（油圧アクチュエータ）
　１４　アームシリンダ（油圧アクチュエータ）
　２２　主ポンプ
　４　　制御弁
　４ａ　バイパス通路
　５　　操作装置
　７１　アンロード弁
　８　　制御装置
 

Claims (6)

  1. 　少なくとも１つの油圧アクチュエータと、
    　前記油圧アクチュエータへ作動油を供給するポンプと、
    　前記油圧アクチュエータを可動させるための操作を受け、その操作量に応じた操作信号を出力する少なくとも１つの操作装置と、
    　前記ポンプからタンクまで延びるセンターバイパスラインと、
    　前記センターバイパスライン上に配置された、前記油圧アクチュエータへの作動油の供給流量を制御する少なくとも１つの制御弁であって、前記センターバイパスラインの一部を構成するバイパス通路を有し、前記操作装置から出力される操作信号に応じて作動する制御弁と、
    　前記制御弁の下流側で前記センターバイパスラインに設けられた、ノーマル位置で開口面積が最大となるアンロード弁と、
    　前記操作装置から出力される操作信号が大きくなるにつれて前記アンロード弁の開口面積が小さくなり、かつ、前記操作信号が第１設定値となったときに前記アンロード弁の開口面積がゼロとなるように前記アンロード弁を制御する制御装置と、を備え、
    　前記制御弁は、前記操作信号が所定値から前記第１設定値まで上昇する間は前記バイパス通路の開口面積が前記アンロード弁の開口面積よりも大きくなり、前記操作信号が前記第１設定値よりも大きな第２設定値以上となったときに前記バイパス通路の開口面積が当該バイパス通路の最大開口面積の１／４以下となるように構成されている、建設機械の油圧システム。
  2. 　前記操作信号が前記第２設定値以上となったときに前記バイパス通路の開口面積がゼロとなる、請求項１に記載の建設機械の油圧システム。
  3. 　前記操作信号が前記第２設定値以上となったときに前記バイパス通路の開口面積が当該バイパス通路の最大開口面積の１／１００以上１／４以下となる、請求項１に記載の建設機械の油圧システム。
  4. 　前記操作信号がゼロから前記第１設定値まで上昇する間は前記バイパス通路の開口面積が最大に保たれる、請求項１～３の何れか一項に記載の建設機械の油圧システム。
  5. 　前記操作信号がゼロから前記第２設定値まで上昇する間は前記バイパス通路の開口面積が徐々に低下する、請求項１～３の何れか一項に記載の建設機械の油圧システム。
  6. 　前記バイパス通路の開口面積および前記アンロード弁の開口面積の変化特性は、所定値で折れ曲がる折れ線となっており、
    　前記所定値における前記バイパス通路の開口面積は、前記所定値における前記アンロード弁の開口面積の１．０５～６倍である、請求項５に記載の建設機械の油圧システム。
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