JP2000087916A

JP2000087916A - シリンダストロークエンドショック低減回路（２）

Info

Publication number: JP2000087916A
Application number: JP10257855A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tsukamoto; 浩之塚本
Original assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1998-09-11
Filing date: 1998-09-11
Publication date: 2000-03-28

Abstract

(57)【要約】【課題】ピストンが高速で移動する場合も、低速で移
動する場合にも簡単な制御装置を付加するだけで衝撃を
緩和できる回路を提供することを課題としている。【解決手段】油圧シリンダの方向切換弁のパイロット
ポートと該方向切換弁のリモコン弁の出力ポートとの間
を接続する油路に電磁弁を設け、該電磁弁のソレノイド
をコントローラの出力側に接続し、前記油圧検出器の出
力を該コントローラの入力側に接続し、該コントローラ
は負荷圧の急上昇又は所定圧以上の負荷圧を検出したと
きは、該方向切換弁を中立位置またはその近辺位置に復
帰するように前記電磁弁を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、油圧ショベル等
の建設機械におけるシリンダストロークエンドのショッ
ク低減回路の技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】油圧ショベル等に使用される油圧シリン
ダにおいてはピストンがストロークエンドに近ずくと負
荷圧が急激に上昇し、油圧シリンダに衝撃が発生する。
この衝撃緩和のために油圧シリンダにクッション構造を
設けたり、制御装置を付加する等の技術が従来から採用
されている。

【０００３】図３は従来装置のクッション構造の１例
（以下、従来装置１という）を示す。図３（Ａ）におい
て、従来装置１は、ピストン５１のヘッド側に突起部５
２を設け、一方、シリンダ５５には突起部５２が嵌合す
る小室５６を設けて、かつ、突起部５２の先端面と後端
側面に通じる油路５３を設け、油路５３にオリフィス５
４を設けた構造を採用している。

【０００４】ピストン５１が矢印Ａの方向に移動し、図
３（Ｂ）のように、突起部５２の先端が小室５６に挿入
し始めた瞬間（図のａ点）から小室５６内の圧油はオリ
フィス５４を通過して流出される。従って、小室５６内
の圧力は図３（Ｃ）に示すように急上昇し、これによっ
てピストン５１が減速し、ストロークエンドにおける衝
撃が緩和される。

【０００５】しかし、負荷圧が大きくなり、ピストン５
１の移動速度が大きくなると、小室５６内の圧油は更に
高圧となるため、ピストン５１がストロークエンドに達
する前に、小室内の高圧油はオリフィス５４を通過し、
間隙５７を通ってポート５８より流出してしまい、更に
衝撃が大きくなるという不都合が生じる。また、オリフ
ィス５４の開口を小さくすると、負荷圧が小さくピスト
ンの速度が遅い場合はクッションの役割を果たせず衝撃
が緩和されないという不都合が生じる。

【０００６】図４は、公開特許公報第平９−９５９８０
号に開示されている例で、制御装置を付加した従来例
（以下、従来装置２という）を示す。従来装置２は、図
５に示すような作業姿勢Ａ又はＢで作業機６０を停止さ
せる場合にブームシリンダ又はアームシリンダのストロ
ークエンドにおける速度が大きいと大きな衝撃力が車体
に与えられ、車体が揺らぎ、傾斜地盤における作業時に
は安定性の点で問題が生じる。図４に示す回路はこれを
防止することを目的にしている。なお、従来装置２では
油圧シリンダに上記したクッション構造を設けていな
い。

【０００７】図４において、可変容量油圧ポンプ６１の
油路６２には一群の方向切換弁６３が接続され、その下
流にはポンプ制御弁６４が接続され、油タンクに接続さ
れている。また、別の可変容量油圧ポンプ６５の油路６
６には一群の方向切換弁６３が接続され、その下流には
ポンプ制御弁６７が接続され、油タンクに接続されてい
る。ブーム用方向切換弁６８の出力ポートにブームシリ
ンダ６９が接続され、アーム用方向切換弁７０の出力ポ
ートにアームシリンダ７１が接続されている。ポンプ制
御弁６４、６７の上流には分岐路により流量センサ７
２、７３が接続されており、これらの流量センサ７２、
７３によって測定された流量信号ＱＮＡ、ＱＮＢがコン
トローラ７５に入力される。

【０００８】また、可変容量油圧ポンプ６１、６５の吐
出量を制御するレギュレータ７６、７７の制御ポートは
油路７８、７９によりパイロットポンプ８０に接続され
ている。さらに、油路７８、７９には圧力制御弁８１、
８２が設けられ、圧力制御弁８１、８２のソレノイドは
コントローラ７５に接続され、コントローラ７５からの
出力信号ＰＮＡ、ＰＮＢによって制御される構成になっ
ている。

【０００９】コントローラ７５は流量信号ＱＮＡ、ＱＮ
Ｂから作業機６０が作業姿勢Ａ又はＢ（５図）に接近し
ているかどうかを判断し、該姿勢に接近しているときは
作業姿勢Ａ又はＢになる少し前に制御信号ＰＮＡ、ＰＮ
Ｂを出力し、ブームシリンダ６９、アームシリンダ７１
の作動速度を減速し、作業機６０が上記作業姿勢で停止
したときの衝撃力を緩和するように制御する。

【００１０】従来装置２ではセンサ７２、７３により流
量ＱＮＡ、ＱＮＢを算出し、さらに流量ＱＮＡ、ＱＮＢ
から作業機６０の作業姿勢が停止姿勢Ａ又はＢに接近し
ているかどうかを判断するために、制御信号ＰＮＡ、Ｐ
ＮＢを出力するまでのプログラムが複雑になるだけでな
く、その為の演算を作業中絶えず短いサイクルで繰り返
し行う必要がある。従って、コントローラに専用のコン
ピュータを設けるか処理の大部分をこの演算処理に割く
必要があり、不都合があった。しかも、ピストンの作動
速度が速くなると、さらに高速な演算処理を必要とし、
制御が困難になるという不都合があった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記で説明したよう
に、従来装置１では、移動速度が速い場合は、ピストン
がストロークエンドに達しない内に、小室内の高圧油は
オリフィスを通過し、流出してしまい、更に衝撃が大き
くなるという不都合が生じ、また、オリフィスの開口を
小さくするとピストンの速度が遅い場合はクッションの
役割をせず衝撃が緩和されないという不都合が生じ課題
であった。従来装置２では、プログラムが複雑になり、
複雑な演算を作業中常時短いサイクルで繰り返し行う必
要があるためコントローラに高速の演算処理を必要と
し、しかも、ピストンの作動速度が速くなると、さらに
高速な演算処理が必要となり、制御が困難になるという
不都合が生じ課題であった。

【００１２】この発明は、上述のような背景の下になさ
れたもので、ピストンが高速で移動する場合も、低速で
移動する場合にも簡単な制御装置を付加するだけで衝撃
を緩和できる回路を提供することを課題としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は以下の手段を採用している。即ち、請求項１
記載の発明は、建設機械等の油圧回路において、油圧シ
リンダの負荷圧を検出する油圧検出器を該油圧回路の適
宜の油路に設け、該油圧シリンダの方向切換弁のパイロ
ットポートと該方向切換弁のリモコン弁の出力ポートと
の間を接続する油路に電磁弁を設け、該電磁弁のソレノ
イドをコントローラの出力側に接続し、前記油圧検出器
の出力を該コントローラの入力側に接続し、該コントロ
ーラは負荷圧の急上昇又は所定圧以上の負荷圧を検出し
たときは、該方向切換弁を中立位置またはその近辺位置
に復帰するように前記電磁弁を制御することを特徴とし
ている。

【００１４】請求項２記載の発明は、請求項１に記載の
発明において、前記油圧シリンダを操作するリモコン弁
の入／切の操作を検出する操作検出器を設け、該操作検
出器の出力を前記コントローラの入力端に接続すると共
に、前記コントローラは前記負荷圧の急上昇又は前記所
定圧以上の負荷圧を検出し、かつ、該リモコン弁の入操
作を検出したときは該方向切換弁を中立位置又はその近
辺位置に復帰するように前記電磁弁を制御することを特
徴としている。

【００１５】請求項３記載の発明は、請求項１又は請求
項２に記載の発明において、前記電磁弁を電磁減圧弁又
は電磁比例減圧弁としたことを特徴としている。

【００１６】

【発明の実施形態】図１は本発明の第１実施形態の回路
図を示し、図２は第２実施形態の回路図を示す。以下、
図面を参照してこの発明の実施形態について説明する。

【００１７】第１実施形態図１において、油圧ポンプ１の出力油路２に走行モータ
用方向切換弁３、油圧シリンダ用方向切換弁４を含む一
群の方向切換弁が接続され、下流は絞り１６を介して油
タンクＴに接続されている。方向切換弁４の１次側ポー
トには油路２及び油タンクＴに接続され、２次側ポート
は油圧シリンダ５に接続されている。油圧シリンダ５は
ストロークエンドにおけるショックを緩和するためにピ
ストン６のヘッド側には円柱状突起６ａが設けられ、突
起６ａと嵌合してショックを吸収するための小室７がシ
リンダ５に設けられている。

【００１８】また、小室７内の高圧を徐々に逃がすため
のオリフィス８が突起６の先端と側部を連通する油路９
に設けられている。この衝撃緩和装置は従来装置１で述
べたように普通のピストン速度の衝撃緩和手段としては
十分に機能を果たすように構成されている。

【００１９】方向切換弁４のパイロットポート４ｃ、４
ｄは油路１０ａ、１０ｂにより、リモコン弁１１に接続
されている。さらに、油路１０ａ、１０ｂには電磁比例
減圧弁１２、１３を設け、電磁比例減圧弁１２、１３の
ソレノイドをコントローラ１５の出力側に接続されてい
る。コントローラ１５の入力側には油路２の作動油圧
（油圧シリンダ５が作動しているときは作動油圧はシリ
ンダ５の負荷圧に等しい）を検出する圧力センサ１７の
出力端を接続する。

【００２０】コントローラ１５は圧力センサ１７の出力
端からの計測圧力データに基づき負荷圧又は負荷圧の上
昇速度を検出し、該負荷圧（又は負荷圧上昇速度）が所
定の負荷圧Ｐｓ（又は所定の上昇速度）以上のときは電
磁比例減圧弁１２、１３のソレノイドに制御電流を出力
し、方向切換弁４のパイロットポートに４ｃ、４ｄに作
用する油圧を減少させ、切換方向弁４を略中立位置に戻
す制御を行う。

【００２１】第１実施形態は以上の様な構成であり、以
下、方向切換弁４が状態ｂにあり、ピストン６が右方向
へ移動している場合について説明する。ピストン６がス
トロークエンドに達していない状態では油路２の油圧は
低圧であり、コントローラ１５の制御電流はゼロで電磁
比例減圧弁１２、１３は減圧作用をしていない。この場
合はパイロットポート４ｃ、４ｄにはリモコン弁の出力
油圧がそのまま作用する。

【００２２】次にピストン１７がストロークエンドに接
近し、図３（Ｃ）に示すように、油路２の油圧が急激に
上昇し始め、所定の圧力Ｐｓ（又は所定の圧力上昇速
度）に達するとコントローラ１５は制御電流を出力す
る。電磁比例減圧弁１２、１３は油路１０ａ、１０ｂの
流路抵抗を増大させ、パイロットポート４ｃ、４ｄに作
用する油圧が減少する。従って、方向切換弁４はばね力
により中立状態又は中立付近まで復帰し、油圧シリンダ
５のロッド側に流入していた油流量は急減する。従っ
て、負荷圧（ロッド側圧）も急減する。これにより、ピ
ストン６の移動速度は急減し、油圧シリンダ１６に設け
られている衝撃緩和装置により衝撃が緩和される。

【００２３】なお、所定の圧力Ｐｓ（又は所定の圧力上
昇速度）は図３（Ｃ）に示すストロークと負荷圧力の関
係等から定めることができる。また、制御電流は電磁比
例減圧弁１２、１３に同じ大きさの電流を流してもよい
し、異なる大きさの電流でもよい。さらに、制御電流は
連続的な一定電流である必要はない。パルス電流でもよ
いし、インパルス電流のように最初だけ大きな電流でも
よい。

【００２４】以上に説明したように、第１実施形態にお
いては衝撃緩和手段が二重設けられており、ピストン速
度が高速の場合にも衝撃が緩和できる。しかも、上記し
たように圧力センサと簡易な制御装置で実施可能であ
り、ストロークセンサ等の高価なセンサも必要もなく、
複雑な演算も必要としない。また、従来使用されている
装置に圧力センサ等を追加するだけで容易に実施できる
という効果もある。

【００２５】第２実施形態図２は第２実施形態の構成を示す図である。第１実施形
態と同じ構成要素には同じ番号を付してある。図２から
分かるように第１実施形態とほぼ同じ構成である。以
下、異なる点に重点をおいて説明する。図２において、
方向切換弁４のパイロットポートに接続されているリモ
コン弁２０の出力油路１０ａ、１０ｂ間にシャトル弁１
８を設け、シャトル弁の出力ポートに圧力スイッチ１９
を接続し、圧力スイッチの信号出力端はコントローラ２
５の入力側に接続する。

【００２６】コントローラ２５は圧力センサ１７からの
信号により負荷圧力（又は負荷圧力上昇速度）を検出
し、かつ圧力スイッチ１９からオン・オフ信号を検出す
る。負荷圧力（又は負荷圧力上昇速度）が所定圧力（又
は所定速度）以上で、オン信号を検出したときに電磁比
例減圧１２、１３に制御電流を出力し、油路１０ａ、１
０ｂの流路抵抗を増大させ、方向切換弁４はばね力によ
り中立状態又は中立付近まで復帰させる。

【００２７】第２実施形態は以上のような構成であり、
以下の点で第１実施形態と作用が異なる。即ち、第２実
施形態では特定のリモコン弁２０を操作しているときの
み、即ち、特定の油圧シリンダの負荷圧が所定圧力又は
負荷圧の上昇速度が所定速度以上になればコントローラ
２５は制御電流を出力し、方向切換弁４を中立状態又は
中立付近まで復帰させ、負荷圧を急減させる。上記以外
の場合はコントローラ２５の制御電流はゼロである。

【００２８】第２実施形態は特定のリモコン弁を操作し
たときのみ第１実施形態で述べた効果が得られ、それ以
外の場合は従来装置１と同じ衝撃緩和の効果が得られ
る。なお、第２実施形態では、リモコン弁２０の操作を
圧力スイッチで検出しているがこれに限られず、操作の
入／切を検出する手段であれば他の手段を用いてもよ
い。

【００２９】以上、この発明の実施形態、実施例を図面
により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限
られるがものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範
囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。例え
ば、実施形態における電磁比例減圧弁は電磁減圧弁又は
電磁遮断弁でもよい。また、負荷圧を急減させる方法は
連続的に行ってもよいし、いわゆる急ブレーキを踏むと
きのダブルクラッチのように短時間の動作を複数回行う
方法でもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の構成に
よれば、衝撃緩和手段が二重設けられており、ピストン
速度が高速の場合にも衝撃が緩和できるという効果があ
り、しかも、圧力センサと簡易な制御装置で実施可能で
あり、ストロークセンサ等の高価なセンサも必要もな
く、複雑な演算も必要せず低コストで実施できるという
効果がある。また、従来装置に追加することが容易であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の回路構成を示す。

【図２】本発明の実施形態２の回路構成を示す

【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は従来装置の構造と機能を示
す。

【図４】別の従来装置の回路構成を示す。

【図５】図４の従来装置の衝撃を緩和したい停止状態
を示す。

【符号の説明】

１油圧ポンプ３、４方向切換弁５油圧シリンダ６ピストン６ａ円柱突起７小室８オリフィス１１リモコン弁１２、１３電磁比例減圧弁１５、２５コントローラ１６油圧シリンダ１７圧力センサ１８オリフィス１９圧力スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2D003 AA01 CA06 DA03 DA04 DB02 EA01 3H081 AA02 AA03 BB02 CC15 FF16 FF19 FF26 FF27 GG03 GG21 HH01 3H089 AA34 AA46 AA60 AA64 BB06 CC01 DB47 DB49 EE01 EE15 EE31 FF07 GG02 JJ02 3J069 DD11 EE01 EE51 EE61

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】建設機械等の油圧回路において、油圧シ
リンダの負荷圧を検出する油圧検出器を該油圧回路の適
宜の油路に設け、該油圧シリンダの方向切換弁のパイロ
ットポートと該方向切換弁のリモコン弁の出力ポートと
の間を接続する油路に電磁弁を設け、該電磁弁のソレノ
イドをコントローラの出力側に接続し、前記油圧検出器
の出力を該コントローラの入力側に接続し、該コントロ
ーラは負荷圧の急上昇又は所定圧以上の負荷圧を検出し
たときは、該方向切換弁を中立位置またはその近辺位置
に復帰するように前記電磁弁を制御することを特徴とす
るシリンダストロークエンドショック低減回路。
【請求項２】前記回路において、更に、前記油圧シリ
ンダを操作するリモコン弁の入／切の操作を検出する操
作検出器を設け、該操作検出器の出力を前記コントロー
ラの入力端に接続すると共に、前記コントローラは前記
負荷圧の急上昇又は前記所定圧以上の負荷圧を検出し、
かつ、該リモコン弁の入操作を検出したときは該方向切
換弁を中立位置又はその近辺位置に復帰するように前記
電磁弁を制御することを特徴とする請求項１に記載のシ
リンダストロークエンドショック低減回路。
【請求項３】前記電磁弁を電磁減圧弁又は電磁比例減
圧弁としたことを特徴とする請求項１又は請求項２の何
れか１に記載のシリンダストロークエンドショック低減
回路。