JP2002181004A - 掘削旋回作業車のブームシリンダ用切換弁 - Google Patents

掘削旋回作業車のブームシリンダ用切換弁

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ブームを下げ操作したとき、本来自由落下で
良くパワーは必要としないが、他のアクチュエータとの
速度バランスをとるため、どうしてもポンプ流量が過剰
となり、更に操作性をよくしようとしてパワーロスを招
いていた。 【解決手段】 掘削旋回作業車のブームシリンダ用切換
弁５１のブーム下げ位置において、ボトム側シリンダポ
ートＣＢとタンクポートＴ２をつなぐ第一油路４１、ポ
ンプポートＰ２とロッド側シリンダポートＣＲをつなぐ
第二油路４２、ポンプポートＰ１とタンクポートＴ１を
つなぐ第三油路４３に、それぞれ第一絞り６１・第二絞
り６２・第三絞り６３を設け、第一絞りは作業機が自重
で下降する程度の絞りとし、第二絞りはボトム側よりも
圧力が大きくならない程度の絞りとした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、掘削旋回作業車の
作業機のブームを回動操作する切換バルブを改良して、
油圧ポンプのパワーロスを低減するための技術に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、掘削旋回作業車の作業機となるブ
ーム、アーム、及びバケット等を回動操作するために、
運転席に操作レバーを設け、該操作レバーは切換弁のス
プールに直接またはパイロットバルブを介して連結さ
れ、該スプールを摺動させることによって、切換弁が切
り換わる構成としている。そして、ブームシリンダ２３
に於ける切換弁は図１４に示すように、６ポート３位置
切り換えのパイロット式切換弁で構成されている。そし
て操作レバーを中立から下げ側に回動したときに、この
切換弁のスプールが、中立からフルストロークに至る過
程で、３つの油路の面積を徐々に変化させて、速度コン
トロールを行なっている。
【０００３】この面積は図１２に示す如くであり、中立
位置では第一ポンプポートＰ１とタンクポートＴ１をつ
なぐ第三油路４３は連通状態となっており、ブームシリ
ンダのボトム側シリンダポート（以下ボトムポート）Ｃ
Ｂとロッド側シリンダポート（以下ロッドポート）ＣＲ
と第二ポンプポートＰ２と第二タンクポートＴ２はブロ
ックされて作動油は流れないようにしている。そして、
中立から下げ側にスプールを摺動させると、第三油路４
３の面積（ｃ）は回動初期の段階で急激に絞られて、そ
の後徐々に絞られて下げフルストローク位置で閉じられ
る。ボトムポートＣＢと第二タンクポートＴ２をつなぐ
第一油路４１の面積（ａ）は徐々に開けられて、ある程
度絞った状態でフルストロークとなる。第二ポンプポー
トＰ２とロッドポートＣＲをつなぐ第二油路４２の面積
（ｃ）は徐々に開けられて、フルストローク手前で急激
に開けられ、その開口面積は第一油路４１よりも大きく
している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、図１３に示
すように、下げ操作を行なったとき、ｔ１〜ｔ２は加速
しながら先ず自重によって下降し始めるが、第二油路か
らの送油量が増加すると、下げ途中で送油圧の上昇が追
いつき、その追いついた時点（ｔ３）から急に下げ速度
が加速されショックが生じるという不具合があった。そ
こで、急加速を緩和するために、第一油路は第二油路よ
りも絞り込む構成としていた。しかし、その結果，シリ
ンダボトム圧が上昇し、それに伴って、シリンダロッド
圧、ポンプ圧が上昇し、大きなパワーロスとなってい
た。
【０００５】また、パワーロスを低減する技術として、
特開平１０−８９３１７号の技術があるが、この技術
は、ブーム下げ時にポンプ吐出量を減少させるようにし
ており、タンク側へドレンする油路の圧力を検知して可
変油圧ポンプの吐出量を変更するようにしていた。しか
し、回路が複雑となり、高価な個片油圧ポンプを使用す
る必要があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、以上のような
課題を解決すべく、次のような手段を採用するものであ
る。まず、請求項１においては、掘削旋回作業車のブー
ムシリンダ用切換弁のブーム下げ位置において、ボトム
側シリンダポートとタンクポートをつなぐ第一油路、ポ
ンプポートとロッド側シリンダポートをつなぐ第二油
路、ポンプポートとタンクポートをつなぐ第三油路に、
それぞれ第一絞り・第二絞り・第三絞りを設け、第一絞
りは作業機が自重で下降する程度の絞りとし、第二絞り
はボトム側よりも圧力が大きくならない程度の絞りとし
た。
【０００７】また、請求項２においては、前記第三油路
に設けた第三絞りのフルストローク位置に於ける絞り量
を、エンジンのアイドル回転でジャッキアップ可能な絞
り量とした。
【０００８】また、請求項３においては、前記第三油路
につながるタンク油路にブリード量切換弁を設けた。
【０００９】また、請求項４においては、前記ブリード
量切換弁を、ブーム用方向切換弁のスプール内に設け
た。
【００１０】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態につい
て、添付の図面に従って説明する。図１は本発明に係る
切換弁を装備した掘削旋回作業車の全体側面図、図２は
本発明の油圧駆動装置の油圧回路図、図３はブーム用方
向切換弁の拡大油圧回路図、図４は下げストロークとポ
ート間の油路面積の関係を示す図、図５は下げ操作時間
と油圧の関係を示す図、図６はジャッキアップの状態を
示す図、図７はブリード量切換弁をタンク油路に設けた
実施例の油圧回路図、図８はブリード量切換弁をブーム
用方向切換弁のスプールに設けた油圧回路図、図９はブ
リード量切換弁をブーム用方向切換弁のスプールに設け
た断面図、図１０は同じく下げ途中の状態を示す断面
図、図１１は同じく下げフルストローク時の断面図であ
る。
【００１１】まず、本発明に係る掘削旋回作業車の概略
構成を説明する。図１に示す如く、旋回作業車は、クロ
ーラ式走行装置１の上部中央に垂直方向に軸心を有する
旋回台軸受７を介して旋回フレーム８を旋回可能に支持
しており、該クローラ式走行装置１の前後一端部には、
ブレード１０を上下回動自在に配設している。旋回フレ
ーム８の後部上にはエンジン等を被覆するボンネット９
が配設され、該ボンネット９の前部に運転部を収納する
キャビン２２が配置されている。
【００１２】旋回フレーム８の前端部には作業機２が装
着されており、該作業機２はブームブラケット１２が旋
回フレーム８の前端部に左右回動自在に取り付けられ、
該ブームブラケット１２にはブーム６の下端部が前後回
動自在に支持されている。該ブーム６は途中部で前方に
屈曲しており、側面視において略「く」字状に形成され
ている。該ブーム６の他端部にはアーム５が回動自在に
支持され、該アーム５の先端部には作業用アタッチメン
トとしてのバケット４が回動自在に支持されている。
【００１３】また、ブームブラケット１２とブーム６の
途中部前面に設けられたブームシリンダブラケット２５
との間にブームシリンダ２３が介装され、ブーム６の途
中部背面に設けられるアームシリンダボトムブラケット
２６とアーム５基端部に設けられるバケットシリンダブ
ラケット２７との間にアームシリンダ２９が介装され、
該バケットシリンダブラケット２７とバケット４に連結
されるステー１１との間にバケットシリンダ２４が介装
されている。
【００１４】こうして、前記ブーム６はブームシリンダ
２３により回動され、アーム５はアームシリンダ２９に
より回動され、バケット４はバケットシリンダ２４によ
り回動される。該ブームシリンダ２３、アームシリンダ
２９、及びバケットシリンダ２４は油圧シリンダで構成
され、各シリンダ２３・２９・２４はキャビン２２内に
配置した操作レバーの操作により、その下方に配置した
切換弁を切り換えて、油圧ポンプからの圧油を供給する
ことにより伸縮駆動される。
【００１５】また、前記旋回フレーム８の側部には、ス
イングシリンダ１７が配置されて、その基部が旋回フレ
ーム８に枢支され、該スイングシリンダ１７のシリンダ
ロッドの先端はブームブラケット１２に接続されてお
り、スイングシリンダ１７により、ブームブラケット１
２を旋回フレーム８に対して左右に回動でき、作業機２
を左右回動できるようにしている。
【００１６】また、旋回フレーム８は旋回台軸受７の上
部に設けた油圧モータ１３（図２）の作動によって３６
０度左右旋回可能としており、前記ブレード１０は排土
板の後部とクローラ式走行装置１のトラックフレーム３
との間に介装したブレードシリンダ１４の作動によって
昇降可能としている。更に、該トラックフレーム３の前
後一側に配置した駆動スプロケットの内側には走行油圧
モータ１５Ｒ・１５Ｌが配置されて、クローラ式走行装
置１を走行駆動可能としている。
【００１７】このように、油圧アクチュエータとなる油
圧シリンダや油圧モータを配置した掘削旋回作業車にお
ける油圧回路について、図２より説明する。まず、ボン
ネット９内に収納されたエンジンの出力軸に第一油圧ポ
ンプ９１と第二油圧ポンプ９２と第三油圧ポートＰ３が
並列に連動連結されて駆動される。該第一油圧ポンプ９
１と第二油圧ポンプ９２の出力油路には油圧ポンプの駆
動により開くようにする切換弁２０が設けられ、第一油
圧ポンプ９１の出力側の第一センタ油路３１に、出力油
圧を設定するリリーフ弁３５が並列接続され、左右一側
（本実施例では右側）の走行油圧モータ１５Ｒへの送油
を切換える走行モータ用方向切換弁５０Ｒと、ブームシ
リンダ２３への送油を切り換えるブーム用方向切換弁５
１と、バケットシリンダ２４への送油を切り換えるバケ
ット用方向切換弁５２が、タンデム接続されている。
【００１８】また、第二油圧ポンプ９２の出力油路に第
二センタ油路３２が接続され、該第二センタ油路３２
に、出力油圧を設定するリリーフ弁３６が並列接続さ
れ、左右他側（本実施例では左側）の走行油圧モータ１
５Ｌへの送油を切換える走行モータ用方向切換弁５０Ｌ
と、スイング用方向切換弁５８とアーム用方向切換弁５
５とＰＴＯ用方向切換弁５６がタンデム接続されてい
る。また、旋回用方向切換弁５４とブレード用方向切換
弁５３が第三油圧ポンプ９３の出力油路にタンデム接続
されている。３７は出力油圧を設定するリリーフ弁であ
る。
【００１９】次に本発明の要部であるブームシリンダ２
３の伸縮を制御するブーム用方向切換弁５１の構成を説
明する。図３に示すように、ブーム用方向切換弁５１が
中立位置のときには、第一ポンプポートＰ１と第一タン
クポートＴ１の間の油路は連通され、ボトムポートＣＢ
とロッドポートＣＲと第二ポンプポートＰ２と第二タン
クポートＴ２はブロックされて作動油は流れないように
している。
【００２０】また、下げ側の切換弁５１において、ボト
ムポートＣＢと第二タンクポートＴ２をつなぐ第一油路
４１には第一絞り６１が設けられ、第二ポンプポートＰ
２とロッドポートＣＲをつなぐ第二油路４２には第二絞
り６２が設けられ、第一ポンプポートＰ１と第一タンク
ポートＴ１をつなぐ第三油路４３には第三絞り６３が設
けられている。
【００２１】そして、ブーム用方向切換弁５１の中立か
らフル下げ位置までの下げ過程におけるそれぞれの油路
４１・４２・４３に設けた絞りの開口面積は次のように
設定されている。即ち、図４に示すように、先ず、第一
油路４１の絞り６１の面積変化は、（ａ２）に示すよう
に、徐々に開かれ作業機２の自重により落下するときの
速度が適性となるように設定される。この面積は、本発
明では油圧による押し込みをなくすように設定するため
従来よりも開口面積は大きく設定している。例えば、フ
ルストローク位置における開口面積を比較すると、従来
の開口面積をＳ１（図１２）、本実施例の開口面積をＳ
２とすると、Ｓ１＜Ｓ２としている。
【００２２】次に、第二油路４２に設ける絞り６２は、
図５に示す一点鎖線（ｂ１）の如く、ブーム下げ動作中
に、ロッド側圧が上がらないようにし、好ましくは、ロ
ッド側圧が上がらない限界となるように設定する。開口
面積は徐々に開き、第一油路４１の開口面積よりは小さ
くしている（ｂ２）。従来はｂ＞ａに対し、本実施例で
はａ２＞ｂ２としている。第三油路４３はストローク初
期のｋ１位置からｋ２位置までは、急降下しないように
面積を絞り、フルストローク位置においてはポンプ出口
圧が過度に上昇しないようにブリードできるように開口
面積をＳ３に設定している。
【００２３】また、このフルストローク位置におけるブ
リード圧は、ジャッキアップできる圧となるように設定
する。即ち、図６で示すように、クローラ式走行装置１
の点検や整備等を行なう時に、ブーム６がクローラ式走
行装置１の進行方向に対して側方位置となるように、上
部旋回体を旋回させた状態で、ブーム６を下げ動作とし
て、片方のクローラを持ち上げるようにする。これをジ
ャッキアップと呼ぶ。この場合フルストローク位置での
ブリードが大き過ぎると、ロッド側圧力が上がらずジャ
ッキアップができなくなる。一方、この第三油路４３の
ブリードを大きくすればするほど、ポンプ圧（ｃ１）は
下がり、省エネ効果は高いが、ジャッキアップをできる
ようにするためには、ある程度ブリードを制限する必要
がある。そこで本発明では、フルストローク位置でのブ
リード量をエンジンがローアイドルで、ジャッキアップ
可能な限界量に設定している。
【００２４】このように構成し、開口面積を設定するこ
とによって、ポンプ出口圧（図５）はｃ１で示すよう
に、従来の出口圧ｃ０（図１３）に比べて下げることが
できて、パワーロスを低減できるのである。また、ブー
ム下げ加速中においても急加速となるショックがなくな
り、操作性も向上できるのである。そして、ジャッキア
ップも可能となる。
【００２５】また、図７に示すように、第一タンクポー
トＰ１の二次側の第三絞り６３につながるタンク油路４
６にブリード量切換弁３４を設けてパワーロスを低減す
る構成とすることもできる。即ち、ブリード量切換弁３
４は２ポート２位置切換弁で構成され、該ブリード量切
換弁３４のスプール操作部はパイロット油路４４を介し
てロッドポートＣＲにつながる二次側の油路に接続され
ている。そして、ブリード量切換弁３４がノーマル位置
では連通状態とし、ロッド側圧が上がってブリード量切
換弁３４が切り換えられた状態では絞り６４によってブ
リード量が減少し、ポンプ圧が上がりジャッキアップで
きるようにしている。そして、図４の二点鎖線（ｃ
２’）に示す如く、絞り６３の開口面積は、ブリード量
切換弁３４を設けない場合よりも大きくしている。
【００２６】こうして、ブリード量が多くなるため、図
５のｃ３のように、ポンプ圧を下げることができ、パワ
ーロスを大幅に減少することができるのである。そし
て、ジャッキアップを行なうときには、ロッド側の油圧
が高くなるため、パイロット油路４４を介してブリード
量切換弁３４のスプールを摺動させて、ブリード量を制
限してジャッキアップを可能とするのである。
【００２７】また、前記ブリード量切換弁３４はブーム
用方向切換弁５１に内蔵する構成とすることも可能であ
る。即ち、図８、図９に示すように、ブーム用方向切換
弁５１のスプール７０の軸心位置に弁穴７０ａを穿設
し、該弁穴７０ａ内にブリード量切換弁３４の弁体７１
と、該弁体７１を付勢するスプリング７２を挿入して、
固定ボルト７３を螺装して弁穴７０ａを閉じる構成とし
ている。また、前記スプール７０の側面から弁穴７０ａ
へ貫通する油路孔７４・７５・７６が設けられている。
【００２８】このような構成において、ブーム用方向切
換弁５１が中立の場合には、図９の状態であり、ポンプ
ポートＰからタンクポートＴに圧油が流れており、弁体
７１はスプリング７２の付勢力によって付勢されて油路
７４と油路７５の間は閉じている。
【００２９】ブーム用方向切換弁５１を下げ方向に切り
換えると、図１０に示すように、スプール７０は紙面左
方へ摺動され、第一ポンプポートＰ１から第一タンクポ
ートＴ１へ油路６３を介して流れるとともに、ポンプ圧
が上昇して油路孔７５からの圧油によって弁体７１がス
プリング７２の付勢力に抗して右方へ摺動する。この摺
動によって面積が増加したと同様の効果が得られ、図４
に於ける二点鎖線（ｃ２’）と略同様となり、ブリード
量は増加する。
【００３０】そして、ジャッキアップを行なうときに
は、作業機２の自重による落下が停止し、ポンプ圧ｃ１
とロッド圧ｂ１が略同じ圧となると、図１１の如く、ス
プリング７２の付勢力によって弁体７１は閉じ方向に摺
動し、油路孔７５からの油の流れは停止され、ブリード
量が制限されてロッド圧によってブーム６が下げられて
ジャッキアップができるようになるのである。
【００３１】
【発明の効果】本発明は、掘削旋回作業車の油圧回路を
以上のように構成したので、次のような効果を奏する。
まず、請求項１の如く、掘削旋回作業車のブームシリン
ダ用切換弁のブーム下げ位置において、ボトム側シリン
ダポートとタンクポートをつなぐ第一油路、ポンプポー
トとロッド側シリンダポートをつなぐ第二油路、ポンプ
ポートとタンクポートをつなぐ第三油路に、それぞれ第
一絞り・第二絞り・第三絞りを設け、第一絞りは作業機
が自重で下降する程度の絞りとし、第二絞りはボトム側
よりも圧力が大きくならない程度の絞りとしたので、ブ
ームを下げ操作したときに、作業機の自重による下降に
加えて下げ用油圧がかからなくなり、下げ時にショック
が発生することがなく操作性を向上することができると
同時に、パワーロスを低減できるようになった。また、
このパワーロスの低減をブームシリンダ用切換弁の絞り
面積の設定を変更するだけの構成で実現でき、安価に実
現できる。
【００３２】そして、請求項２の如く、前記第三油路に
設けた第三絞りのフルストローク位置に於ける絞り量
を、エンジンのアイドル回転でジャッキアップ可能な絞
り量としたので、パワーロスを低減を実現しつつ、省エ
ネルギーでジャッキアップでき、メンテナンス性を悪化
させることがない。
【００３３】また、請求項３の如く、前記第三油路につ
ながるタンク油路にブリード量切換弁を設けたので、ブ
ームを操作したときの作業に合わせて、作業者が操作す
ることなく自動的にブリード量を変えることができ、省
エネを実現できる。
【００３４】更に、請求項４の如く、前記ブリード量切
換弁を、ブーム用方向切換弁のスプール内に設けたの
で、ブームを操作したときの作業に合わせて、作業者が
操作することなく自動的にブリード量を変えることがで
き、省エネを実現できるとともに、スプールを付け替え
るだけで容易に仕様変更ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る切換弁を装備した掘削旋回作業車
の全体側面図である。
【図２】本発明の油圧駆動装置の油圧回路図である。
【図３】ブーム用方向切換弁の拡大油圧回路図である。
【図４】下げストロークとポート間の油路面積の関係を
示す図である。
【図５】下げ操作時間と油圧の関係を示す図である。
【図６】ジャッキアップの状態を示す図である。
【図７】ブリード量切換弁をタンク油路に設けた実施例
の油圧回路図である。
【図８】ブリード量切換弁をブーム用方向切換弁のスプ
ールに設けた油圧回路図である。
【図９】ブリード量切換弁をブーム用方向切換弁のスプ
ールに設けた断面図である。
【図１０】同じく下げ途中の状態を示す断面図である。
【図１１】同じく下げフルストローク時の断面図であ
る。
【図１２】従来の下げストロークとポート間の油路面積
の関係を示す図である。
【図１３】従来の下げ操作時間と油圧の関係を示す図で
ある。
【図１４】従来のブーム用方向切換弁の油圧回路図であ
る。
【符号の説明】
Ｐ１ ポンプポート Ｐ２ ポンプポート Ｔ１ タンクポート Ｔ２ タンクポート ＣＢ ボトム側シリンダポート ＣＲ ロッド側シリンダポート １ クローラ式走行装置 ６ ブーム ３４ ブリード量切換弁 ４１ 第一油路４１ ４２ 第二油路 ４３ 第三油路 ５１ ブームシリンダ用切換弁 ６１ 第一絞り ６２ 第二絞り ６３ 第三絞り ７０ スプール

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 掘削旋回作業車のブームシリンダ用切換
    弁のブーム下げ位置において、ボトム側シリンダポート
    とタンクポートをつなぐ第一油路、ポンプポートとロッ
    ド側シリンダポートをつなぐ第二油路、ポンプポートと
    タンクポートをつなぐ第三油路に、それぞれ第一絞り・
    第二絞り・第三絞りを設け、第一絞りは作業機が自重で
    下降する程度の絞りとし、第二絞りはボトム側よりも圧
    力が大きくならない程度の絞りとしたことを特徴とする
    掘削旋回作業車のブームシリンダ用切換弁。
  2. 【請求項２】 前記第三油路に設けた第三絞りのフルス
    トローク位置に於ける絞り量を、エンジンのアイドル回
    転でジャッキアップ可能な絞り量としたことを特徴とす
    る請求項１に記載の掘削旋回作業車のブームシリンダ用
    切換弁。
  3. 【請求項３】 前記第三油路につながるタンク油路にブ
    リード量切換弁を設けたことを特徴とする請求項１記載
    の掘削旋回作業車のブームシリンダ用切換弁。
  4. 【請求項４】 前記ブリード量切換弁を、ブーム用方向
    切換弁のスプール内に設けたことを特徴とする請求項１
    に記載の掘削旋回作業車のブームシリンダ用切換弁。
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