JP2001355604A - 建設機械の油圧回路 - Google Patents

建設機械の油圧回路

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 油圧シリンダ、油圧モータなどの油圧アクチ
ュエータの油圧室の真空現象を防止するために、方向切
換弁から油タンクへの戻り油路に背圧弁を設けその上流
の作動油を油圧室に供給するメークアップ手段を備えた
建設機械の油圧回路における、戻り油路の背圧が上昇す
ることによる、油圧馬力の損失増加、油圧アクチュエー
タの出力減少などの問題を除く。 【解決手段】 油圧室に接続されるメークアップ油路に
加圧された作動油を供給するメークアップ油圧源を、油
タンクへの戻り油路以外に設け、戻り油路の背圧弁を削
除する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、建設機械の油圧回
路、さらに詳しくは、油圧シリンダ、油圧モータなどの
油圧アクチュエータの油圧室の真空現象を防止するため
に油圧室に作動油を補給するメークアップ手段を備える
建設機械の油圧回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】図２を参照して説明すると、典型的な建
設機械である全体を番号２で示す油圧ショベルは、下部
走行体４と、下部走行体４上に水平方向に旋回自在に支
持された上部旋回体６と、上部旋回体６に上下方向に揺
動自在に装着された作業装置８とを備え、作業装置８
は、上部旋回体６に上下方向に揺動自在に支持されたブ
ーム１０、ブーム１０の先端に上下方向に揺動自在に連
結されたアーム１２、並びにアーム１２の先端に上下方
向に揺動自在に連結されたバケット１４を備えている。
そして、油圧アクチュエータとしての、下部走行体４と
上部旋回体６との間に介在された旋回モータ１６、上部
旋回体６とブーム１０との間に介在された左右一対のブ
ーム作動シリンダ１８、１８、ブーム１０とアーム１２
との間に介在されたアーム作動シリンダ２０、アーム１
２とバケット１４との間に介在されたバケット作動シリ
ンダ２２、並びに下部走行体４に設けられた左右一対の
走行モータ２４、２４を備えている。
【０００３】図３を参照して、上述の油圧アクチュエー
タを含む油圧回路における作動油の流れ及び油圧アクチ
ュエータの作動について説明する。これらの油圧アクチ
ュエータの各々は、エンジン２６によって駆動され圧油
を吐出する一対の油圧ポンプ２８ａ、２８ｂからなる油
圧ポンプ２８及び作動油のタンクである油タンク３０
に、複数個の方向切換弁を有する方向切換弁３２を介し
て連結されている。そして、油圧ポンプ２８と方向切換
弁３２とを結ぶ供給油路３４、方向切換弁３２と油タン
ク３０とを結ぶ戻り油路３６、方向切換弁３２と油圧ア
クチュエータの各々とを結ぶアクチュエータ油路３８が
備えられている。方向切換弁３２は、アーム用方向切換
弁３２ａ、旋回用方向切換弁３２ｂ、走行用方向切換弁
３２ｃ、３２ｃ、バケット用方向切換弁３２ｄ、並びに
ブーム用方向切換弁３２ｅを備えている。アクチュエー
タ油路３８は、アーム用方向切換弁３２ａとアーム作動
シリンダ２０とを結ぶ一対の油路３８ａ、３８ｂ、旋回
用方向切換弁３２ｂと旋回モータ１６とを結ぶ一対の油
路３８ｃ、３８ｄ、バケット用方向切換弁３２ｄとバケ
ット作動シリンダ２２とを結ぶ一対の油路３８ｅ、３８
ｆ、ブーム用方向切換弁３２ｅとブーム作動シリンダ１
８、１８とを結ぶ一対の油路３８ｇ、３８ｈを備えてい
る。走行モータ２４、２４については、その制御方法が
本発明に係るメークアップ油路を接続した油圧アクチュ
エータと異なるので、説明は省略する。
【０００４】方向切換弁３２を操作しない方向切換弁３
２が中立状態ときには、供給油路３４を流れる油圧ポン
プ２８の吐出油は、アクチュエータ油路３８には流れな
いで、方向切換弁３２から戻り油路３６を流れ油タンク
３０に戻る。方向切換弁３２のいずれかの切換弁、例え
ばアーム用方向切換弁３２ａをアーム作動シリンダ２０
を収縮させる方向に操作すると、油圧ポンプ２８の吐出
油はアーム作動シリンダ２０のロッド側の油路３８ｂに
流れ、ロッド側の油圧室２０ａに流入し、ヘッド側の油
圧室２０ｂの作動油はヘッド側の油路３８ａから方向切
換弁３２ａ、戻り油路３６を流れ、油タンク３０に戻
る。
【０００５】この油圧回路は、油圧アクチュエータの油
圧室に発生する真空現象を防止するための、真空状態の
油圧室に作動油を補給することができるように構成され
たメークアップ手段を備えている。油圧室の真空現象
は、例えば切換弁が操作されない中立状態において、保
持状態の油圧シリンダのロッドが負荷などの外力によっ
て動かされ、一方の油圧室の作動油がリリーフ弁により
解放された場合に、他方の油圧室に発生する。
【０００６】このメークアップ手段は、油圧アクチュエ
ータの油圧室の各々に油圧室の方向への流れのみを許容
する逆止弁４４を介し接続されたメークアップ油路４０
を備え、メークアップ油路４０の他端は、方向切換弁３
２と油タンク３０を結ぶ戻り油路３６の途中に設けられ
た例えば開弁圧力０．３〜０．４Ｍpaに設定された逆止
弁で形成される背圧弁４２の上流側に接続されている。
そして、加圧された作動油がメークアップ油路４０に供
給される。
【０００７】背圧弁４２の開弁圧力は、戻り油路３６を
流れる流量が後述するように油圧アクチュエータの作動
によって変動するので、常にメークアップ機能を働かせ
ることができるように、方向切換弁３２の中立時（方向
切換弁を操作していない時）の流量に合わせて設定され
ている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述したとおりの形態
の建設機械の油圧回路においては、油圧アクチュエータ
の作動にともなって、戻り油路３６を流れる流量が変動
する。例えば、アーム作動シリンダ２０を収縮作動させ
た場合、アーム作動シリンダ２０のロッド側の油圧室２
０ａに供給される油圧ポンプ２８からの流量に対し、ヘ
ッド側の油圧室２０ｂから流出する流量は、油圧室内の
ロッドの有無による油圧室の断面積比によって、例えば
２倍に増幅されて戻り油路３６を流れ油タンク３０に戻
る。戻り油路３６に流れる流量は、複数個の油圧アクチ
ュエータを同時に収縮作動させたときには、例えば１０
倍のように増加する。図３に示す油圧回路のアーム作動
シリンダ２０には、その作動速度を上げるために油圧ポ
ンプ２８ａ、２８ｂの２個のポンプ流量が流れるように
なっているので、アーム作動シリンダ２０の収縮作動の
みで戻り油路３６にポンプ４個分の流量が流れることに
なる。そして、戻り油路３６の流量が増加すると、背圧
弁４２の設定圧力はその圧力オーバライド特性によっ
て、また戻り油路３６そのものの圧力損失の増加によっ
て、見かけ上の設定圧力が例えば１．５Ｍpaのように上
昇する。
【０００９】したがって、従来の建設機械の油圧回路に
は、戻り油路３６を流れる流量の変動及び戻り油路３６
に設けられた背圧弁４２に起因して、次のとおりの解決
すべき問題がある。
【００１０】（１）油圧馬力の損失の増加：油圧アクチ
ュエータを作動させる場合の油圧アクチュエータに入力
する油圧馬力は、油圧アクチュエータの実際の出力に加
えてこの増加した戻り油路３６の背圧の分の圧力を上乗
せしたものとなるから、油圧ポンプを駆動するエンジン
出力をその分大きくする必要があり、馬力の損失、すな
わちエネルギーのロスになり、背圧が増加するほど油圧
馬力の損失が増加する。そして、発熱量も増加する。
【００１１】（２）油圧アクチュエータの出力の減少：
また、この戻り油路３６の背圧は作動中の油圧アクチュ
エータの作動油を排出する側の油圧室に作用するから、
油圧アクチュエータの出力が実質上減少する。例えばア
ーム作動シリンダ２０を作動させアーム１２を動かして
先端のバケット１４で土砂の掘削を行う場合、掘削力が
減少する。
【００１２】（３）戻り油路の配管の損傷：さらに、こ
の背圧の上昇は、耐圧力の比較的低い配管で構成される
戻り油路３６を損傷させる原因になる。したがって、耐
圧強度を有するコストの高い配管材料を戻り油路３６に
使わざるを得なくなる。
【００１３】本発明は上記事実に鑑みてなされたもの
で、その技術的課題は、油圧アクチュエータに作動油を
補給するメークアップ油路への作動油を、油圧アクチュ
エータの戻り油路以外から取り出すことができるように
して、戻り油路から背圧弁を削除し戻り油路の背圧の上
昇を抑えるようにした、建設機械の油圧回路を提供する
ことである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載された発
明は、油圧ポンプ及び油圧タンクに方向切換弁を介し選
択的に連結される油圧アクチュエータの油圧室にこの油
圧室の方向への流れのみを許容する逆止弁を介し接続さ
れたメークアップ油路と、このメークアップ油路に上記
の方向切換弁と油タンクとを結ぶ戻り油路以外に設けら
れ加圧された作動油を供給するメークアップ油圧源とを
備えている、ことを特徴とする建設機械の油圧回路であ
る。
【００１５】そして、メークアップ油路を戻り油路とは
別の所に設けた油圧源に接続して、従来の戻り油路に設
けた背圧弁を削除する。
【００１６】請求項２に記載された発明は、請求項１記
載の建設機械の油圧回路において、該メークアップ油圧
源が、該建設機械の熱交換器を冷却する冷却ファンの、
ファン駆動用油圧モータの作動油出口側油路に背圧弁を
設け、この油路の背圧弁の上流を分岐することにより形
成されているものである。
【００１７】そして、メークアップ油路に作動油を供給
する油圧源を、流量及びその変動の少ない安定した流量
の、冷却ファンの油圧回路に設けるようにする。
【００１８】請求項３に記載された発明は、請求項２記
載の建設機械の油圧回路において、該背圧弁が、開弁の
圧力を所定の圧力に設定可能な逆止弁によって形成され
ているものである。
【００１９】そして、従来の戻り油路に設けられていた
背圧弁と実質的に同じ背圧弁を冷却ファンの油路に移設
することで、メークアップ油圧源を容易に形成すること
ができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明に従って構成された
建設機械の油圧回路を、油圧ショベルにおける好適実施
形態を図示している添付図面を参照して、さらに詳細に
説明する。なお、図１において図３と実質的に同一の部
分は同一の符号で示されている。また、その説明は重複
を避けて必要な場合を除いて省略する。
【００２１】図１を参照して説明すると、油圧アクチュ
エータとしての、アーム作動シリンダ２０、旋回モータ
１６、バケット作動シリンダ２２、並びに一対のブーム
作動シリンダ１８、１８の各々の油圧室が、エンジン２
６により駆動される油圧ポンプ２８及び油タンク３０
に、複数個の方向切換弁を有する方向切換弁３２を介し
て接続されている。すなわち、油圧ポンプ２８と方向切
換弁３２とが供給油路３４により、方向切換弁３２と油
タンク３０とが戻り油路３６により、方向切換弁３２と
油圧アクチュエータの各々の油圧室とがアクチュエータ
油路３８によりそれぞれ連結されている。
【００２２】油圧アクチュエータ各々の油圧室には、油
圧室の方向への流れのみを許容する逆止弁４４を介して
接続されたメークアップ油路４６が接続され、メークア
ップ油路４６の他端は油圧ショベル２の冷却ファン回路
４８に形成されたメークアップ油圧源５０に接続されて
いる。
【００２３】このメークアップ油路４６は、図３に示す
従来のメークアップ油路４０と、作動油が供給される端
が戻り油路３６に接続されないでメークアップ油圧源５
０に接続されている以外、実質的に同じである。
【００２４】冷却ファン回路４８は、エンジン２６によ
り駆動され油タンク３０の作動油を吸い込み吐出する冷
却用油圧ポンプ５２と、油路５４によりこの油圧ポンプ
５２に連結されその吐出油によって駆動される冷却ファ
ン駆動用油圧モータ５６とを備え、油圧モータ５６の出
口側ポートが油路５８によって油タンク３０に接続され
ている。そして、油圧モータ５６によって駆動される冷
却ファン６０により生成される冷却風が、ラジエータ６
２、戻り油路３６に設けられたオイルクーラ６４などの
熱交換器に流される。
【００２５】メークアップ油圧源５０は、この油圧モー
タ５６の出口側の油路５８に背圧弁６６を設け、背圧弁
６６の上流を分岐することにより形成されている。背圧
弁６６は、開弁圧力を所定の圧力に設定可能な逆止弁に
よって形成されている。この設定圧力は冷却ファン回路
４８の流量に基づいて、例えば従来の背圧弁４２（図
３）と同じ０．３〜０．４Ｍpaに設定されている。そし
て、油路５８の分岐されたところにメークアップ油路４
６が接続されている。
【００２６】図１を参照して上述したとおりの建設機械
の油圧回路の作用を説明する。
【００２７】（１）メークアップ機能：油圧アクチュエ
ータの油圧室に真空状態が発生した場合には、冷却ファ
ン回路４８に形成された油圧源５０に接続されたメーク
アップ油路４６を介し作動油がその油圧室に供給され
る。この冷却ファン回路４８を流れる流量は安定してお
り従来の油圧アクチュエータの戻り油量のように大きく
変動しないので、安定した圧力の作動油が油圧アクチュ
エータの油圧室に確実に供給される。そして、油圧室の
真空状態が解消され、防止される。
【００２８】（２）油圧アクチュエータ戻り油路の背
圧：油圧アクチュエータの戻り油路３６には従来の油圧
回路のように背圧弁が設けられていない。したがって、
従来のように背圧弁の設定圧力及びそのオーバライドに
よる戻り油路３６の圧力上昇がないので、戻り油路３６
の背圧の大きな上昇を防止することができる。
【００２９】（３）油圧馬力の損失：したがって、油圧
シリンダなどの油圧アクチュエータを作動する場合に、
油圧アクチュエータに作用する背圧が小さくなるので、
油圧アクチュエータへの入力馬力を大きくする必要がな
くなり、油圧馬力の損失の増加を防止することができ
る。冷却ファン回路４８は従来の油圧アクチュエータの
回路に比べ格段に流量が少なく、また設定圧力の変動も
小さいので、冷却ファン回路４８における損失馬力は少
ない。
【００３０】（４）油圧アクチュエータの出力：また、
油圧アクチュエータの作動油を排出する側の油圧室に作
用する背圧が小さくなるので、油圧アクチュエータの出
力の減少、例えばアーム作動シリンダ２０の掘削力の減
少が防止される。
【００３１】（５）戻り油路の配管：さらに、油圧アク
チュエータの戻り油路３６の背圧の上昇が抑えられるの
で、配管の損傷が防止され、耐圧強度の高いコストの高
い配管材料を使う必要がなくなる。
【００３２】（６）背圧弁：背圧弁６６は、従来の背圧
弁４２（図３）を移設することによっても設けることが
できるが、冷却ファン回路４８を流れる流量は戻り油路
３６を流れる流量に比べて少ないので、背圧弁６６を小
形化することができ、背圧弁の入手を容易にしコストを
下げることができる。
【００３３】（７）建設機械の性能向上：また、戻り油
路３６の背圧が減少されることにより、建設機械の掘削
力などの作業力の向上、エネルギーロスの減少、作動油
の発熱減少、燃費の向上など、建設機械の性能を向上さ
せることができる。
【００３４】以上、本発明を実施の形態に基づいて詳細
に説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定される
ものではなく、例えば下記のように、本発明の範囲内に
おいてさまざまな変形あるいは修正ができるものであ
る。
【００３５】（１）メークアップ油圧源：本発明の実施
の形態においては、メークアップ油圧源は冷却ファン回
路４８に形成されているが、メークアップ油圧源はこの
回路に限定されるものではなく、他の適宜の油圧源を用
いてもよい。
【００３６】（２）油圧アクチュエータ：本発明の実施
の形態においては、建設機械としての油圧ショベルにお
ける油圧アクチュエータが例示されているが、油圧アク
チュエータの種類、個数などはこれに限定されるもので
はない。
【００３７】（３）メークアップ油路の逆止弁の配置位
置：本発明の実施の形態においては、メークアップ油路
４６と油圧アクチュエータの油圧室との間に介在される
逆止弁４４は、切換弁３２の中にまとめて示されている
が、この配設位置は切換弁３２に限定されるものでな
く、例えば旋回モータ１６においてはそれに備えられる
カウンタバランス弁などの所に、など油圧回路を構成す
る機器との関連で適宜に配置することができる。
【００３８】（４）メークアップ油路：本発明の実施の
形態においては、メークアップ油路４６は一本の油路に
よって示されているが、メークアップ油圧源５０から複
数本に分割して逆止弁４４の各々に接続するようにして
もよい。そして、上述のように油圧アクチュエータの所
に逆止弁４４が設けられるときにはその部分と配管で接
続してもよい。
【００３９】
【発明の効果】本発明に従って構成された建設機械の油
圧回路によれば油圧アクチュエータに作動油を補給する
メークアップ油路への作動油を、油圧アクチュエータの
戻り油路以外から取り出すことができるようにして、戻
り油路から背圧弁を削除し戻り油路の背圧の上昇を抑え
るようにした、建設機械の油圧回路が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って構成された、典型的な建設機械
である油圧ショベルの油圧回路図。
【図２】油圧ショベルの側面図。
【図３】従来の油圧ショベルの油圧回路図。
【符号の説明】
２：油圧ショベル（建設機械） １６：旋回モータ（油圧アクチュエータ） １８：ブーム作動シリンダ（油圧アクチュエータ） ２０：アーム作動シリンダ（油圧アクチュエータ） ２０ａ：油圧室 ２０ｂ：油圧室 ２２：バケット作動シリンダ（油圧アクチュエータ） ２８：油圧ポンプ ３０：油タンク ３２：方向切換弁 ３６：戻り油路 ４２：背圧弁 ４４：逆止弁 ４６：メークアップ油路 ５０：メークアップ油圧源 ５６：ファン駆動用油圧モータ ６０：冷却ファン ６６：背圧弁

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 油圧ポンプ及び油タンクに方向切換弁を
    介し選択的に連結される油圧アクチュエータの油圧室に
    この油圧室の方向への流れのみを許容する逆止弁を介し
    接続されたメークアップ油路と、このメークアップ油路
    に上記の方向切換弁と油タンクとを結ぶ戻り油路以外に
    設けられ加圧された作動油を供給するメークアップ油圧
    源とを備えている、ことを特徴とする建設機械の油圧回
    路。
  2. 【請求項２】 該メークアップ油圧源は、該建設機械の
    熱交換器を冷却する冷却ファンの、ファン駆動用油圧モ
    ータの作動油出口側油路に背圧弁を設け、この油路の背
    圧弁の上流を分岐することにより形成されている、請求
    項１記載の建設機械の油圧回路。
  3. 【請求項３】 該背圧弁は、開弁の圧力を所定の圧力に
    設定可能な逆止弁によって形成されている、請求項２記
    載の建設機械の油圧回路。
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