JP2004278678A - 作業機の油圧回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】アーム用の方向切換弁14を駆動したときにアームシリンダ4に対し、第1の油圧ポンプ1から吐出される圧油が供給されるとともに、第2の油圧ポンプ2から吐出される圧油が供給されるように合流用の方向切換弁13を設け、油圧ポンプ1,2の吐出圧を圧力検出器101,102により検出し、圧力検出器101,102によって検出された圧力のうち低圧側の圧力に応じて再生切換弁6の開口面積を制御することにより、アームシリンダ4の負荷圧が低いときには、アームシリンダ4と他のアクチュエータ3,4との複合動作時にアームシリンダ4に対し再生を行うことができる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、作業機として例えば油圧ショベルのブーム、アーム、旋回体等の作業体を駆動する際、油圧アクチュエータから吐出されタンクへと戻される圧油を作業体の速度向上のために再利用する油圧再生装置を備えた作業機の油圧回路に係り、特に、再生対象となる特定のアクチュエータと他のアクチュエータとが1つの油圧ポンプにパラレル接続された油圧回路にあって、複合操作を行った場合でも、他のアクチュエータの負荷による再生流量への影響を排除できる作業機の油圧回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の作業機の油圧回路として、油圧ショベルを対象に、アーム用の油圧シリンダと旋回用の油圧モータとが1つの油圧ポンプに対し互いにパラレル接続され、アーム用の油圧シリンダに対し再生を行う技術がある(例えば、下記特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
国際公開番号 WO94/13959
この従来技術に設けられる油圧再生装置は、アームシリンダへの圧油の流れを制御するアーム用方向切換弁のタンクポートとタンクとを接続するタンク側管路と、ポンプポートと油圧ポンプとを接続するポンプ側管路とを連絡する管路中に、タンク側管路内の圧力がポンプ側管路内の圧力より高いときにタンク側管路からポンプ側管路への圧油の流入を許容する逆止弁と、タンク側管路に設けた可変絞り弁とを備えている。また、油圧ポンプの吐出圧を検出する圧力検出器と、この圧力検出器からの圧力信号を入力し、この圧力信号に応じて駆動信号を出力する制御装置と、この制御装置からの駆動信号に基づきパイロットポンプからのパイロット一次圧を減圧し可変絞り弁の制御信号としてパイロットニ次圧を生成する減圧弁とを備えている。
【0004】
以上のように構成した従来技術では、旋回モータ及びアームシリンダに作用する負荷が小さくポンプ吐出圧が低いときには、制御装置は減圧弁に対しパイロット圧が高圧となるように駆動信号を出力し、可変絞り弁は高圧のパイロット圧により開口面積が小さくなり、タンク側管路が絞られた状態となる。このため、アームシリンダから排出された圧油が可変絞り弁により絞られタンク側管路が高圧となり、アームシリンダからの排出油の多くが逆止弁を介しポンプ側管路に再生流量として流入し、ポンプから吐出された圧油と合流して再びアームシリンダに供給される。一方、アームシリンダあるいは旋回モータの負荷が大きくなり、ポンプ吐出圧が高くなると、制御装置が減圧弁に対しパイロット圧が低圧となる駆動信号を出力し、これにより可変絞り弁の開口面積が大きくなる。このためタンク側管路内の圧力はほぼタンク圧と等しくなり、再生流量はほぼ0となるが、アームシリンダの排出側の圧力が低圧となるため、アームシリンダの推力を確保することができる。
このように、上記従来技術によれば、アームシリンダ及び旋回モータの負荷が小さくポンプ吐出圧が低い状態では、再生流量が多くなり、アームシリンダの速度を速めることができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術では例えばアームによる掘削動作と旋回動作とを同時に操作すると、起動時の旋回負荷が大きくポンプの吐出圧が非常に高くなり、制御装置が可変絞り弁の開口面積を大きくするように減圧弁に対し駆動信号を出力する。上述したように、可変絞り弁の開口面積が大きくなるとタンク側管路内の圧力は、ほぼタンク圧と等しい低圧となり、アームシリンダに作用する負荷が小さい場合であっても再生流量がほぼ0となり、アーム速度を速くすることができない。
【0006】
このように上記従来技術では、アームの負荷が小さいにも関らず、アーム単独操作時と、旋回との複合操作時とでアームの動作速度が異なり、操作性の面で改善すべき余地が残されている。
【0007】
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、再生を行う特定のアクチュエータに対し2つの油圧ポンプから圧油の供給を行うようにし、2つの油圧ポンプの吐出圧から特定のアクチュエータに作用する負荷の大小を判断することにより、複合操作時に特定のアクチュエータの負荷が小さい場合には再生流量を確保できる油圧再生装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、特定のアクチュエータを含む複数のアクチュエータに対し圧油の供給を行う第1の油圧ポンプと、この第1の油圧ポンプに対しそれぞれパラレルに接続され前記複数のアクチュエータへの圧油の流れを制御する特定の方向切換弁を含む複数の方向切換弁と、前記複数のアクチュエータとは別のアクチュエータに対し圧油の供給を行う第2の油圧ポンプと、この第2の油圧ポンプから供給される圧油の流れを制御する別の方向切換弁と、前記特定の方向切換弁のタンクポートとタンクとを結ぶ管路上に設けた絞り手段、及び、前記特定の方向切換弁のタンク側流路とポンプ側流路とを連絡する流路上に設けられ、前記タンク側流路の圧力が前記ポンプ側流路の圧力よりも高いときにタンク側流路からポンプ側流路への圧油の流入を許容する逆止弁とから形成される油圧再生装置とを備えた作業機の油圧回路において、前記特定の方向切換弁を駆動したときに前記第2の油圧ポンプから吐出される圧油を前記特定のアクチュエータへと導くための合流手段を設け、前記油圧再生装置を形成する前記絞り手段を制御信号に応じてその開口面積を変化させる可変絞り手段とし、この可変絞り手段への前記制御信号を生成する制御信号発生手段と、前記第1の油圧ポンプの吐出圧を検出する第1の圧力検出手段と、前記第2の油圧ポンプの吐出圧を検出する第2の圧力検出手段と、前記第1及び第2の圧力検出手段からの圧力信号を入力し、所定の演算処理を実行し前記制御信号発生手段に対し駆動信号を出力する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【0009】
以上のように構成した本発明では、特定の方向切換弁を操作すると特定のアクチュエータには第1の油圧ポンプから吐出された圧油と、合流手段を介し第2の油圧ポンプから吐出された圧油とが供給される。また、特定のアクチュエータから排出された圧油は、特定の方向切換弁のタンクポートを介し可変絞り手段に導かれる。この可変絞り手段に導かれる流量が増加するにつれてタンク側流路の圧力が高くなり、このタンク側流路の圧力がポンプ側流路の圧力よりも高くなると逆止弁を介してタンク側流路の圧油がポンプ側流路に再生流量として流入し、特定のアクチュエータの速度が速くなる。
【0010】
一方、特定のアクチュエータの負荷の変化に伴い、第1の油圧ポンプ及び第2の油圧ポンプの吐出圧が変化すると、この圧力の変化は、第1の圧力検出手段及び第2の圧力検出手段によって検出され、制御手段に入力される。制御手段では、所定の演算処理を実行し、入力した圧力信号に応じた駆動信号を生成し、制御信号発生手段に出力する。制御信号発生手段は、その駆動信号に応じて制御信号を生成し、可変絞り手段に出力する。可変絞り手段は、この制御信号に応じてタンクにつながる管路を絞り、タンク側流路からポンプ側流路に戻る再生流量を制御する。
【0011】
ここで、制御手段による所定の演算処理は任意に設定可能であり、例えば、入力した第1の油圧ポンプの圧力信号と第2の油圧ポンプの圧力信号のうち、いずれか小さい方の圧力を選択するようにし、かつ、圧力が高くなるにしたがい可変絞り手段の開口面積が大きくなるように、圧力信号と駆動信号との関係を設定することができる。これにより、第1又は第2の油圧ポンプの吐出圧が低いときには特定のアクチュエータの負荷が小さいものと判断し、可変絞り手段の開口面積を小さくし、これにより再生流量を多くし、特定のアクチュエータの速度を速くすることができる。一方、第1及び第2の油圧ポンプの吐出圧が高いときには、特定のアクチュエータに作用する負荷が大きいものと判断し、可変絞り手段の開口面積を大きくし、タンク側流路、すなわち特定のアクチュエータの排出側の圧力を低圧にすることで、アクチュエータの推力を確保することができる。
【0012】
また、第1の油圧ポンプから圧油が供給される複数のアクチュエータのうち、特定のアクチュエータと他のアクチュエータとが複合操作されたとき、他のアクチュエータの負荷が大きく第1の油圧ポンプの吐出圧が高くなった場合であっても、特定のアクチュエータの負荷が小さければ第2の油圧ポンプの吐出圧が低くなり、制御装置は再生流量を多くするよう制御信号発生手段に対し、駆動信号を出力する。
【0013】
したがって、複合操作を行っても特定のアクチュエータの負荷が小さい場合には多量の再生流量を確保でき、特定のアクチュエータ速度を速くすることができる。これにより、単独操作及び複合操作、いずれの場合にも特定のアクチュエータの動作速度をほぼ同じにすることができ、良好な操作性を得ることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による作業機の油圧回路の実施形態を図に基づき説明する。本実施の形態は、作業機として図示しない油圧ショベルを対象に適用したものであり、図1〜図4は第1の実施形態の説明図、図1は全体油圧回路図、図2は制御装置のブロック図、図3及び図4はアーム単独操作時及びアームと旋回との複合操作時におけるポンプ吐出圧と可変絞り手段としての再生切換弁の開口面積及び再生流量との関係を示す図である。
【0015】
図1に示すように、この第1の実施形態では、不図示の油圧ショベルを形成するアームを駆動するためのアームシリンダ4と、旋回体を駆動するための旋回モータ5と、ブームを駆動するためのブームシリンダ3と、主にアームシリンダ4及び旋回モータ5に対し圧油の供給を行う第1の油圧ポンプとして可変容量型の油圧ポンプ1と、この油圧ポンプ1から吐出されアームシリンダ4又は旋回モータ5へ供給される圧油の流れを制御するアーム用の方向切換弁14及び旋回用の方向切換弁15と、主にブームシリンダ3に対し圧油の供給を行う第2の油圧ポンプとして可変容量型の油圧ポンプ2と、この油圧ポンプ2から吐出されブームシリンダ3へ供給される圧油の流れを制御するブーム用の方向切換弁11とを備えている。また、アーム用の方向切換弁14が操作装置22により操作されたとき、油圧ポンプ2から吐出された圧油を油圧ポンプ1から吐出された圧油と合流してアームシリンダ4へ供給する合流手段としての方向切換弁13と、ブーム用の方向切換弁11が操作装置21により操作されたとき、油圧ポンプ1から吐出された圧油を油圧ポンプ2から吐出された圧油と合流してブームシリンダ3へ供給する方向切換弁12とを設けている。
【0016】
方向切換弁12,14,15は、油圧ポンプ1とタンク9とを連絡するセンタバイパスライン1Aが貫通するセンタバイパス型の弁であり、これらの方向切換弁12,14,15は油圧ポンプ1の吐出管路10A及びポンプライン10Bを介して互いにパラレルに接続されている。また、方向切換弁11,13は、油圧ポンプ2とタンク9とを連絡するセンタバイパスライン2Aが貫通するセンタバイパス型の弁であり、これらの方向切換弁11,13は油圧ポンプ2の吐出ライン20A及びポンプライン20Bを介して互いにパラレルに接続されている。
【0017】
旋回用の方向切換弁15は、操作レバー装置23により生成されるパイロット圧Pi5,Pi6により作動し、アーム用の方向切換弁14及び方向切換弁13は操作レバー装置22により生成されるパイロット圧Pi3,Pi4により作動し、ブーム用の方向切換弁11,12は操作レバー装置21により生成されるパイロット圧Pi1,Pi2により作動する。ここで、アーム用の操作レバー装置22を操作すると、方向切換弁14及び方向切換弁13のスプールが移動し、後述する第2ライン10Cあるいはポンプライン10Bを介し油圧ポンプ1からの圧油がアームシリンダ4に供給されるとともに、油圧ポンプ2からの圧油がポンプライン20B、方向切換弁13、管路41又は42を介しアームシリンダ4に供給される。また、ブーム用の操作レバー装置21を操作すると、方向切換弁11及び方向切換弁12のスプールが移動し、油圧ポンプ2からの圧油が方向切換弁11を介しブームシリンダ3に供給されるとともに、油圧ポンプ1からの圧油がポンプライン10B、方向切換弁12、管路43又は管路44を介しブームシリンダ3に供給される。なお、方向切換弁11,14,15は、方向切換弁14に代表させて図示するように、スプールの移動量に応じて絞り量が設定されるメータイン可変絞り14aとメータアウト可変絞り14bとを有している。
【0018】
アーム用の方向切換弁14のタンクポート31は、排出ラインである第1ライン34を介してタンク9に接続され、ポンプポート32はフィーダラインである第2ライン10C及び逆止弁19、絞り30を介しポンプライン10Bに接続されている。なお、逆止弁19は、第2ライン10Cからポンプライン10Bへの圧油の逆流を防止するために設けられる。また、絞り30は、旋回とアームとが同時に操作されたときに、負荷の大きな旋回モータ5と旋回モータ5に比べ負荷が小さくなりがちなアームシリンダ4のそれぞれに油圧ポンプ1から吐出された圧油が供給されるように設けられている。
【0019】
以上のように構成された油圧ショベルの油圧回路に本実施形態による油圧再生装置が設けられている。この油圧再生装置は、第1ライン34に設置した可変絞り手段としての再生切換弁6と、この再生切換弁6よりも上流側でアームシリンダ4のボトム側とを連絡する再生用の第3ライン35と、方向切換弁14内に設けられ第1ライン34からアームシリンダ4のボトム側へ流入する圧油の流れのみを許容する逆止弁7とを備えている。
再生切換弁6は、可変絞り6aを形成するスプール6bと、制御信号としてのパイロット圧Pxが導かれ、スプール6bを閉弁方向に駆動する油圧駆動部6cと、スプール6bを開弁方向に付勢するばね6dとを有し、油圧駆動部6cに導入されるパイロット圧Pxとばね6dによる付勢力とが釣り合う位置で可変絞り6aの開口面積が設定される。
【0020】
また、油圧ポンプ1及び油圧ポンプ2の吐出圧を検出する圧力検出器101,102と、パイロットポンプ50から吐出されたパイロット一次圧を減圧し再生切換弁6へのパイロット圧Pxを生成する制御信号発生手段としての電磁比例弁40と、圧力検出器101,102からの圧力信号S1、S2を入力し、この圧力信号に応じた駆動信号を生成し、電磁比例弁40に出力する制御手段100とを備えている。
【0021】
制御装置100は、図2に示すように、予め設定された油圧ポンプ1の吐出圧と再生切換弁6の目標開口面積との関係に基づき、入力された油圧ポンプ1の圧力信号S1に応じた目標開口面積を算出する第1演算部81と、予め設定された油圧ポンプ2の吐出圧と再生切換弁6の目標開口面積との関係に基づき、入力された油圧ポンプ2の圧力信号S2に応じた目標開口面積を算出する第2演算部82と、第1演算部81及び第2演算部82によって算出された再生切換弁6の目標開口面積のうち小さい方の値を選択する第3演算部86と、この第3演算部86から出力された目標開口面積に対する電磁比例弁40への駆動信号としての駆動電流iを出力する第4演算部89とを備えている。第1演算部81及び第2演算部82には、油圧ポンプ1及び油圧ポンプ2の吐出圧が低圧の所定圧P0までは目標開口面積が最小となるように設定し、所定の高圧P1にかけ徐々に目標開口面積を増加させるように設定している。また、第4演算部89には、目標開口面積が増加するにしたがい電磁比例弁40への駆動電流iが減少するように設定されている。
【0022】
以上のように構成した本実施形態による作業機の油圧回路では、例えば操作レバー装置22を操作し、パイロット圧Pi4を発生させ、方向切換弁13,14が切換えられたとき、油圧ポンプ1から吐出された圧油は、吐出管路10A、逆止弁8、第2ライン10Cを介しポンプポート32を経てアームシリンダ4のボトム側へ流入する。また、油圧ポンプ2から吐出された圧油も吐出管路20A、センタバイパス管路2Aあるいはポンプライン20B、方向切換弁13、管路41を介し、アームシリンダ4のボトム側に供給される。
【0023】
このようなアームシリンダ4の駆動に際し、例えばアームが鉛直下向きの姿勢でアームを単独操作した場合には、アームシリンダ4に加わる負荷がほぼ無負荷状態と同等となり、アームシリンダ4のボトム側圧力が極めて低くなるため、油圧ポンプ1及び油圧ポンプ2の吐出圧も極めて低い圧力となる。このため、各圧力検出器101,102から制御装置100に入力される圧力信号S1,S2はいずれも低圧信号となり、第3演算部86から出力される目標開口面積も最小値に近い値となる。第4演算部89は、入力した目標開口面積に対応する電磁比例弁40への駆動電流iとして最大値に近い電流値を算出する。電磁比例弁40は、この駆動電流iを入力すると、弁位置を40aから40bに移行させ、ほぼ最大開口面積となりパイロット一次圧と同等のパイロット圧Pxを再生切換弁6に導入する。再生切換弁6は、このパイロット圧Pxによりスプール6bが絞り方向に移動し開口面積がほぼ最小となるため、アームシリンダ4のロッド側から排出された圧油が再生切換弁6により絞られ、第1ライン34内の圧力が高くなる。そして、この第1ライン34内の圧力が第2ライン10Cの圧力よりも高くなったときに、タンクポート31から第1ライン34に流出する戻り油の一部が再生流量として第三ライン35、再生ポート33、逆止弁7を介し油圧ポンプ1からの圧油に合流してアームシリンダ4のボトム側に供給される。これにより、アームシリンダ4の移動速度が速くなる。
【0024】
このときの、油圧ポンプ1,2と再生流量との関係を図3に示す。同図3に示すように、アーム用の操作レバー装置22を操作し方向切換弁13,14が開口するにつれ、アームシリンダ4の負荷により油圧ポンプ1,2の圧力が増加する。上述したようにアームの姿勢がほぼ鉛直下向きの状態ではアームシリンダ4の負荷が小さく、油圧ポンプ1,2の吐出圧も低圧となる。この間は、再生切換弁6の開口面積がほぼ最小となり、アームシリンダ4のロッド側から排出される圧油が絞られ第1ライン34内の圧力が高くなり、再生流量が増加する。その後、アームシリンダ4のロッドが伸張し、アームの姿勢が変化するにつれアームシリンダ4の負荷が大きくなり、油圧ポンプ1,2の吐出圧が高くなると、制御装置100から電磁比例弁40へ出力される駆動電流iが減じられ、再生切換弁6の開口面積が大きくなる。このため、第1ライン34内の圧力が低下し、再生流量が少なくなる。ただし、この状態では、アームシリンダ4のロッド側の圧力も低くなるため、アームシリンダ4の推力は確保されることになる。
【0025】
一方、アーム用の操作レバー装置22を操作しパイロット圧Pi4を発生させると同時に、旋回用の操作レバー装置23を操作したときには、油圧ポンプ1から吐出した圧油が吐出管路10A、方向切換弁15を介し旋回モータ5に供給され、さらに、油圧ポンプ1から吐出した圧油はポンプライン10B、逆止弁19、絞り30、第2ライン10C、ポンプポート32を経て、アームシリンダ4のボトム側に供給される。その際、特に旋回操作直後には旋回モータ5に大きな負荷が作用し、旋回モータ5の圧力がアームシリンダ4のボトム側の圧力に比べ高くなるが、絞り30の作用により両アクチュエータ4,5に油圧ポンプ1からの圧油が供給される。また、油圧ポンプ2から吐出された圧油は、上記同様方向切換弁13を介し、アームシリンダ4のボトム側に供給される。
【0026】
ここで、上述したように旋回モータ5には大きな負荷が作用するため、油圧ポンプ1の吐出圧は高圧となるが、アームシリンダ4の負荷が小さい場合には、油圧ポンプ2の吐出圧が低圧となり、圧力検出器101からは高圧信号S1が、圧力検出器102からは低圧信号S2が制御装置100に入力される。第1演算部81では、高圧信号S1に応じ目標開口面積が大きな値となり、第2演算部82では、低圧信号S2に応じ目標開口面積が小さい値となり、第3演算部86により両信号のうち小さい方の信号が選択される。第4演算部89では、目標開口面積として小さい値に対応する大きな駆動電流iが算出される。すなわち、制御装置100からは、低圧信号S2に応じた大きな駆動電流iが電磁比例弁40に対し出力される。このため、上記同様再生切換弁6の開口面積が小さくなり、第1ライン34からの再生流量が増加する。
【0027】
このときの状況を、図4に示す。上述したように旋回モータ5の負荷が大きいため、油圧ポンプ1の吐出圧は高くなるが、アームシリンダ4の負荷が小さいため油圧ポンプ2の吐出圧は低圧となる。このとき再生切換弁6は、低圧の油圧ポンプ2の吐出圧に基づき実線(イ)で示すようにその開口面積が小さく制御され、これに伴い実線(ハ)で示すように再生流量が増加する。
【0028】
なお、上述した従来技術による制御の場合には、破線(ロ),(ニ)に示すように、高圧の油圧ポンプ1の吐出圧に応じて再生切換弁が制御されるため、油圧ポンプ1の吐出圧が高圧の状態を保持している間は、再生流量がほぼ0となる。
【0029】
したがって、本実施形態によれば、旋回とアームとの複合操作を行ってもアームシリンダ4の負荷が小さい場合には、アームシリンダ4のボトム側に対し多量の再生流量を確保でき、アームシリンダ4の動作速度を速くすることができる。これにより、アーム単独操作時及び旋回との複合操作時のいずれの場合にもアームシリンダ4に対し再生を行うことができ、良好な操作性を得ることができる。これに伴い、作業効率も向上する。なお、合流用の方向切換弁12,13の絞り量を予め調整しておくことにより、アームとブームとの複合操作時においても同様の効果を得ることができる。
【0030】
次に、図5〜図8を用い本発明による第2の実施形態について説明する。この第2の実施形態は、2つの油圧ポンプ1,2からの圧油が合流してアームシリンダ4に供給されることから、アーム単独操作時に油圧再生を行うと必要以上にアームの駆動速度が速くなりすぎることがあるため、他のアクチュエータとの複合操作時にアームの負荷圧が低いときだけ再生を実行させることを意図したものである。図5は、この第2の実施形態による全体油圧回路図、図6は制御装置のブロック図、図7及び図8はポンプ吐出圧及び操作パイロット圧と再生切換弁の開口面積及び再生流量との関係を示す図である。
【0031】
この第2の実施形態では、図5に示すように各アクチュエータ3,4,5を操作する操作レバー装置21,22,23から出力されるパイロット圧を検出する操作量検出手段としてのパイロット圧検出器103,104,105を設け、これらのパイロット圧検出器103,104,105からのパイロット圧信号S3,S4,S5が制御装置100Aに入力される。そして、制御装置100Aは、油圧ポンプ1,2の圧力信号S1,S2に加え、パイロット圧信号S3,S4,S5に基づき後述する演算処理を実行する。なお、パイロット圧検出器103は、ブームシリンダ3のボトム側への圧油の供給を指示するパイロット圧Pi1を検出するように、パイロット圧検出器104は、アームシリンダ4のボトム側への圧油の供給を指示するパイロット圧Pi4を検出するように、パイロット圧検出器105は、旋回モータ5駆動用のパイロット圧Pi5とPi6のうち高圧側のパイロット圧をシャトル弁60を介し検出するように設けられている。
【0032】
また、制御装置100Aは、図6に示すように上述した第1の実施形態に用いた第1演算部81、第2演算部82、第3演算部86、第4演算部89に加え、予め設定されたブームシリンダ3駆動用のパイロット圧Pi1と再生切換弁6の目標開口面積との関係に基づき、入力されたパイロット圧信号S3に応じた目標開口面積を算出する第5演算部83と、予め設定された旋回モータ5駆動用のパイロット圧Pi5又はPi6と再生切換弁6の目標開口面積との関係に基づき、入力されたパイロット圧信号S5に応じた目標開口面積を算出する第6演算部84と、第5演算部83と第6演算部84により算出された目標開口面積のうち小さい方の開口面積を選択する第7演算部85と、予め設定されたアームシリンダ4駆動用のパイロット圧Pi4と再生切換弁6の目標開口面積との関係に基づき、入力されたパイロット圧信号S4に応じた目標開口面積を算出する第8演算部87と、第3演算部86と第7演算部85と第8演算部87によって算出された目標開口面積のうち最大の開口面積を選択する第9演算部88とを備えている。
【0033】
以上のように構成した第2の実施形態では、アームシリンダ4のみを伸張方向に、すなわちアームシリンダ4のボトム側に圧油を供給するように操作レバー装置22を図示右方向に操作すると、パイロット圧Pi4が方向切換弁13,14に供給され、このパイロット圧Pi4がパイロット圧検出器104により検出される。このパイロット圧信号S4が制御装置100Aに入力されると第8演算部87では、このパイロット圧信号S4に応じた再生切換弁6の目標開口面積を算出する。また、アームシリンダ4の駆動に伴い、油圧ポンプ1,2の吐出圧が高くなると、第1演算部81及び第2演算部82ではポンプ吐出圧信号S1,S2に基づき目標開口面積を算出し、第3演算部86からは第1演算部81と第2演算部82から出力される目標開口面積のうち小さい方の開口面積が出力される。ここで、アーム用の操作レバー装置22のみが操作されている場合には、ブーム駆動用のパイロット圧Pi1、旋回駆動用のパイロット圧Pi5又はPi6はほぼタンク圧となり、第5演算部83、第6演算部84では目標開口面積が最大値となるため、第7演算部85から出力される目標開口面積は最大値となる。ところで、第9演算部88は、第3演算部86、第7演算部85、第8演算部87によって算出された目標開口面積のうち最も大きい値が選択されるようになっており、アーム単独操作の場合には、パイロット圧信号S4及び油圧ポンプ1,2の吐出圧信号S1,S2に基づく目標開口面積の如何に関らず、最大の目標開口面積が選択され、第4演算部89からは最大開口面積に応じた最小の駆動電流iが出力される。この最小の駆動電流iが電磁比例弁40に入力されると、電磁比例弁40から出力されるパイロット圧Pxはほぼタンク圧に等しい低圧となり、再生切換弁6が最大開口面積を保持する。したがって、第1ライン34がほぼタンク圧に等しくなり、第1ライン34からアームシリンダ4のボトム側への再生流量はほぼ0となる。
【0034】
このときの油圧ポンプ1,2と再生流量との関係を図7に示す。同図7に示すように、アーム用の操作レバー装置22を操作し方向切換弁13,14が開口するにつれ、アームシリンダ4の負荷により油圧ポンプ1,2の圧力が増加する。しかし、第9演算部88から出力される目標開口面積はほぼ最大値となるため、再生切換弁6の開口面積は最大値となる。したがって、アームシリンダ4から排出された圧油のほとんどがタンク9に流出し、再生流量はほぼ0となる。
【0035】
このように、この第2の実施形態では、アーム単独操作時にはアームシリンダ4への圧油の再生が行われることがない。
【0036】
一方、アームとブーム又は旋回とが同時に操作された場合には、第5演算部83又は第6演算部84のいずれかから出力される目標開口面積が最小となり、第7演算部85から出力される目標開口面積も最小値となる。これに対し、アーム用の操作レバー装置22の操作によってパイロット圧信号S4が高圧となり、第8演算部87からは小さい目標開口面積が出力される。また、第3演算部86からは油圧ポンプ1又は油圧ポンプ2の吐出圧のうち低い方の圧力に応じた目標開口面積が出力されるため、アームシリンダ4の負荷圧が低い場合には、油圧ポンプ1又は油圧ポンプ2のいずれかの吐出圧が低くなり、第3演算部86から出力される目標開口面積は小さい値となる。このため、第3演算部86、第7演算部85、第8演算部87から出力される目標開口面積は小さい値となり、第9演算部88からは、目標開口面積が小さい値として出力され、第4演算部89から大きな駆動電流iが出力される。電磁比例弁40は、この電流iを入力すると、高圧のパイロット圧Pxを再生切換弁6に導出し、再生切換弁6の開口面積が小さくなる。このため、アームシリンダ4のロッド側から排出される圧油が絞られ、第1ライン34内の圧力が高くなり、再生流量が増加する。
【0037】
このときの油圧ポンプ1,2と再生流量との関係を図8に示す。同図8に示すように、アーム用の操作レバー装置22及びブーム用の操作レバー装置21を操作すると、アームシリンダ4及びブームシリンダ3の負荷により油圧ポンプ1,2の圧力が増加する。ここで、アームシリンダ4の負荷圧が低い場合には、少なくとも油圧ポンプ1の吐出圧が低圧となり、第9演算部88から出力される目標開口面積はほぼ最小値となるため、再生切換弁6の開口面積が最小値となる。このため、アームシリンダ4のロッド側から排出される圧油が絞られ、第1ライン34内の圧力が高くなり、再生流量が増加する。
【0038】
したがって、この第2の実施形態によれば、アームの単独操作時には油圧の再生は行われることがなく、アームの速度が過度に速くなりすぎることがない。これに対し、旋回又はブームとの複合操作時に、アームシリンダ4の負荷圧が低い場合には、再生流量が増加するため、アーム単独操作時とほぼ同等の速度を確保することができ、従来に比べ操作性が向上し、結果として作業効率が向上する。
【0039】
次に、図9を用い本発明による第3の実施形態について説明する。この第3の実施形態は、制御装置を用いることなく純油圧的に上述した第1の実施形態とほぼ同様の作用・効果を得ることを意図したものである。
【0040】
図9は第3の実施形態における全体油圧回路を示す図であり、油圧ポンプ1,2の吐出圧のうち低圧側の圧力を選択出力する低圧選択弁200と、この低圧選択弁200からの圧力に基づきパイロット一次圧を減圧する減圧弁201を設けている。低圧選択弁200と減圧弁201を設けたこと、制御装置100及び圧力検出器101,102を排除したこと以外は、上述した第1の実施形態における油圧回路構成と同じ構成となっている。
【0041】
以上のように構成した第3の実施形態では、操作レバー装置22を操作し、アームを駆動したときに、油圧ポンプ1及び油圧ポンプ2の吐出圧のうち低圧側の圧力が低圧選択弁200により減圧弁201の油室201cに導かれる。減圧弁201は、低圧選択弁200により導かれた圧力信号Pに応じてその弁位置が制御され、パイロットポンプ50からのパイロット一次圧を減圧し再生切換弁6の油圧駆動部6cに導入する。したがって、低圧選択弁200から導かれる圧力Pが低圧の場合には、減圧弁201からのパイロット圧Pxは比較的高圧となり、再生切換弁6の開口面積が小さくなり、上述した第1の実施形態同様第1ライン34からアームシリンダ4のボトム側への再生流量が多くなる。逆に、低圧選択弁200から導かれる圧力Pが高圧の場合には、減圧弁201からのパイロット圧Pxは比較的低圧となり、再生切換弁6の開口面積が大きくなり、再生流量が少なくなる。
【0042】
したがって、この第3の実施形態によっても、第1の実施形態同様に、旋回とアームとの複合操作を行ってもアームシリンダ4の負荷が小さい場合には、アームシリンダ4のボトム側に対し多量の再生流量を確保でき、アームシリンダ4の動作速度を速くすることができる。これにより、アーム単独操作時及び旋回との複合操作時のいずれの場合にもアームシリンダ4に対し再生を行うことができ、良好な操作性を得ることができる。これに伴い、作業効率も向上する。
【0043】
なお、この第3の実施形態では、低圧選択弁200によって導かれた圧力に基づき減圧弁201によってパイロット一次圧を減圧し、再生切換弁6にパイロット圧Pxを導くようにしたが、直接低圧選択弁200から出力された圧力により再生切換弁6を制御するようにしても良い。
【0044】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、特定のアクチュエータと他のアクチュエータとの複合操作時に、特定のアクチュエータの負荷が小さい場合には特定のアクチュエータから排出された圧油が再び特定のアクチュエータの駆動用の圧油として用いられるため、特定のアクチュエータの単独操作時と他のアクチュエータとの複合操作時とで、ほぼ同等の速度を確保することができ、従来に比べ操作性が向上し、結果として作業効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による第1の実施形態の全体油圧回路図である。
【図2】第1の実施形態における制御装置のブロック図である。
【図3】第1の実施形態におけるアーム単独操作時のポンプ吐出圧と再生流量との関係を示す図である。
【図4】第1の実施形態におけるアームと旋回との複合操作操作時のポンプ吐出圧と再生流量との関係を示す図である。
【図5】本発明による第2の実施形態の全体油圧回路図である。
【図6】第2の実施形態における制御装置のブロック図である。
【図7】第2の実施の形態におけるアーム単独操作時のポンプ吐出圧と再生流量との関係を示す図である。
【図8】第2の実施の形態におけるアームとブームとの複合操作操作時のポンプ吐出圧と再生流量との関係を示す図である。
【図9】本発明による第3の実施形態の全体油圧回路図である。
【符号の説明】
1 油圧ポンプ(第1の油圧ポンプ)
2 油圧ポンプ(第2の油圧ポンプ)
3 ブームシリンダ(別のアクチュエータ)
4 アームシリンダ(特定のアクチュエータ)
5 旋回モータ(アクチュエータ)
6 再生切換弁(可変絞り手段)
7 逆止弁
9 タンク
11 ブーム用の方向切換弁(別の方向切換弁)
12 方向切換弁(合流手段)
14 アーム用の方向切換弁(特定の方向切換弁)
15 旋回用の方向切換弁
21 ブーム用の操作レバー装置(操作手段)
22 アーム用の操作レバー装置(操作手段)
23 旋回用の操作レバー装置(操作手段)
31 タンクポート
32 ポンプポート
33 再生ポート
34 第1ライン(タンク側管路)
35 第3ライン
40 電磁比例弁(制御信号発生手段,減圧弁)
50 パイロットポンプ
100,100A 制御装置(制御手段)
101 圧力検出器(第1の圧力検出手段)
102 圧力検出器(第2の圧力検出手段)
103,104,105 パイロット圧検出器(操作量検出手段)
200 低圧選択弁(低圧選択手段)
201 減圧弁(制御信号発生手段)
Claims (5)
- 特定のアクチュエータを含む複数のアクチュエータに対し圧油の供給を行う第1の油圧ポンプと、この第1の油圧ポンプに対しそれぞれパラレルに接続され前記複数のアクチュエータへの圧油の流れを制御する特定の方向切換弁を含む複数の方向切換弁と、前記複数のアクチュエータとは別のアクチュエータに対し圧油の供給を行う第2の油圧ポンプと、この第2の油圧ポンプから供給される圧油の流れを制御する別の方向切換弁と、前記特定の方向切換弁のタンクポートとタンクとを結ぶ管路上に設けた絞り手段、及び、前記特定の方向切換弁のタンク側流路とポンプ側流路とを連絡する流路上に設けられ、前記タンク側流路の圧力が前記ポンプ側流路の圧力よりも高いときにタンク側流路からポンプ側流路への圧油の流入を許容する逆止弁とから形成される油圧再生装置とを備えた作業機の油圧回路において、
前記特定の方向切換弁を駆動したときに前記第2の油圧ポンプから吐出される圧油を前記特定のアクチュエータへと導くための合流手段を設け、
前記油圧再生装置を形成する前記絞り手段を制御信号に応じてその開口面積を変化させる可変絞り手段とし、この可変絞り手段への前記制御信号を生成する制御信号発生手段と、前記第1の油圧ポンプの吐出圧を検出する第1の圧力検出手段と、前記第2の油圧ポンプの吐出圧を検出する第2の圧力検出手段と、前記第1及び第2の圧力検出手段からの圧力信号を入力し、所定の演算処理を実行し前記制御信号発生手段に対し駆動信号を出力する制御手段とを備えたことを特徴とする作業機の油圧回路。 - 前記複数の方向切換弁及び前記別の方向切換弁にそれぞれ対応して設けられ、各方向切換弁を操作する操作手段の操作量を検出する操作量検出手段を設け、前記制御手段が前記操作量検出手段からの検出信号を入力し、前記第1及び第2のポンプ吐出圧に加え前記操作手段の操作量に応じて前記所定の演算処理を実行することを特徴とする請求項1に記載の作業機の油圧回路。
- 前記制御信号がパイロット油圧であり、前記制御信号発生手段が前記制御手段からの駆動信号に応じてパイロットポンプから吐出されるパイロット一次圧を減圧し前記制御信号としてのパイロット二次圧を生成する減圧弁であることを特徴とする請求項1又は2に記載の作業機の油圧回路。
- 特定のアクチュエータを含む複数のアクチュエータに対し圧油の供給を行う第1の油圧ポンプと、この第1の油圧ポンプに対しそれぞれパラレルに接続され前記複数のアクチュエータへの圧油の流れを制御する特定の方向切換弁を含む複数の方向切換弁と、前記複数のアクチュエータとは別のアクチュエータに対し圧油の供給を行う第2の油圧ポンプと、この第2の油圧ポンプから供給される圧油の流れを制御する別の方向切換弁と、前記特定の方向切換弁のタンクポートとタンクとを結ぶ管路上に設けた絞り手段、及び、前記特定の方向切換弁のタンク側流路とポンプ側流路とを連絡する流路上に設けられ、前記タンク側流路の圧力が前記ポンプ側流路の圧力よりも高いときにタンク側流路からポンプ側流路への圧油の流入を許容する逆止弁とから形成される油圧再生装置とを備えた作業機の油圧回路において、
前記特定の方向切換弁を駆動したときに前記第2の油圧ポンプから吐出される圧油を前記特定のアクチュエータへと導くための合流手段と、
前記第1の油圧ポンプの吐出圧と前記第2の油圧ポンプの吐出圧とのうち低圧側の圧力を選択する低圧選択手段とを設けるとともに、
前記油圧再生装置を形成する前記絞り手段を前記低圧選択手段から出力される圧力信号に基づきその開口面積を変化させる可変絞り手段としたことを特徴とする作業機の油圧回路。 - 前記作業機が油圧ショベルであり、前記特定のアクチュエータがアームを駆動するアーム用油圧シリンダであり、前記複数のアクチュエータが旋回用油圧モータを含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の作業機の油圧回路。
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