JP2005195131A

JP2005195131A - 建設機械

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Publication number: JP2005195131A
Application number: JP2004003762A
Authority: JP
Inventors: Naoki Sugano; 直紀菅野; Etsujiro Imanishi; 悦二郎今西; Takao Nanjo; 孝夫南條; Hiroshi Taji; 浩田路; Hidekazu Oka; 秀和岡; Akihiko Asakage; 明彦浅蔭
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2004-01-09
Filing date: 2004-01-09
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2024-01-09
Also published as: JP4114609B2

Abstract

【課題】簡単な回路構成で特定の油圧アクチュエータの操作時にキャビテーションを防止することができるとともに、背圧を効果的に発生することができる建設機械を提供する。
【解決手段】複数の油圧アクチュエータ1〜4と、各油圧アクチュエータを操作するための操作レバー26,27と、各油圧アクチュエータからの戻り油をタンクに戻す戻り油路15と、この戻り油路に設けられ戻り油の一部を特定の油圧アクチュエータ2,4に再供給する再生ライン18,20と、この再生ラインによって油圧アクチュエータに再供給される再生流量を制御する流量制御弁24と、この流量制御弁を制御するコントローラ25とを備え、このコントローラ25は、特定の油圧アクチュエータを操作する操作レバー26,27が操作された場合に、操作量が大きいほど再生流量を増加させるとともに、操作停止時に遅延時間を置いて再生流量を減少させる方向に流量制御弁24を制御するように構成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は油圧ショベル等の建設機械に関するものである。

下部走行体上に上部旋回体を旋回自在に搭載した油圧ショベルでは、旋回操作を行っている操作レバーを急に中立位置に戻して旋回動作を停止させると、上部旋回体の慣性が大きいためにアクチュエータの必要とする要求流量に対してコントロールバルブメータインより供給される圧油の流量が不足し、メータイン配管でキャビテーションを発生する場合がある。

そこで、コントロールバルブより排出された圧油をタンクに戻すリターン配管に背圧チェック弁を設けてそのリターン配管内に背圧を発生させるとともに、このリターン配管と旋回メータイン配管をメークアップ配管で連通させ、旋回減速時にはそのリターン配管で生じた背圧を圧源として旋回メータイン配管に圧油を供給し、それにより、キャビテーションを防止することが従来から行われている。

上記キャビテーションは、旋回停止操作時以外にも例えば、負荷が作用している状態でエンジンをローアイドルとし且つアーム引き操作を行った場合にも発生し、また、バケットを地面に接しながらアーム引きを行なう場合において、アームが鉛直姿勢より手前側に移動した時にブームシリンダに引張り荷重が加わることによってブームシリンダのヘッド側にキャビテーションを起こす場合もある。

ところが、上記した従来のキャビテーション防止回路では、メークアップを必要としない場合でも常に背圧チェック弁によりリターン配管に背圧を発生させているため、旋回停止やアーム引き以外の操作で背圧を立てる必要がない場合であっても常に背圧チェック弁による圧損が生じエネルギー効率が悪化するという問題がある。

そこで、キャビテーションを防止するとともに背圧回路部でのエネルギーロスを低減する手段として、旋回速度を検出する回転数センサを設けるとともにリターン配管に可変絞り弁を設け、この回転数センサによって検出された回転数に応じてコントローラが上記可変絞り弁の開度を制御するようにした油圧制御回路が知られている（例えば特許文献１参照）。
特許第3113500号公報（第(4)頁、図１）

しかしながら、上記した油圧制御回路では回転数センサ、具体的にはポテンショメータによって計測した回転数に基づいて可変絞り弁の開度を調節するようにしているため、旋回速度が変動すると誤動作を起こすという問題がある。また、回転数センサによって計測した回転数を微分することによって旋回速度を求める演算処理でノイズの影響を受けやすく減速の判定精度が低くなるという問題もある。

また、上記したようにキャビテーションは旋回モータによる旋回動作に限らず、油圧シリンダによるアーム引き操作においても発生するが、上記従来のキャビテーション防止回路ではアーム引き時に発生するキャビテーションを防止することができない。

本発明は以上のような従来のキャビテーション防止回路における課題を考慮してなされたものであり、簡単な回路構成で、メークアップを必要とする特定の油圧アクチュエータの操作についてキャビテーションを防止することができ、特定の油圧アクチュエータ以外の操作では背圧チェック弁による圧損をなくし、しかも背圧を効果的に発生することができる建設機械を提供するものである。

本発明は、複数の油圧アクチュエータと、各油圧アクチュエータを操作するための操作手段と、各油圧アクチュエータからの戻り油をタンクに戻す戻り油路と、この戻り油路に設けられ戻り油の一部を特定の油圧アクチュエータに再供給する再生ラインと、この再生ラインによって上記油圧アクチュエータに再供給される再生流量を制御する流量制御弁と、この流量制御弁を制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、特定の油圧アクチュエータを操作する操作手段が操作された場合に、操作量が大きいほど再生流量を増加させるとともに、操作停止時に遅延時間を置いて再生流量を減少させる方向に流量制御弁を制御するように構成されている建設機械である。

本発明に従えば、特定の油圧アクチュエータが操作されると、油圧アクチュエータからの戻り油路に背圧が発生し、再生ラインを通じてその特定の油圧アクチュエータの駆動側に圧油が供給されキャビテーションが防止される。また、特定の油圧アクチュエータが停止するまでの期間は再生ラインを通じて圧油が供給されるため、キャビテーションを効果的に防止することができる。また、特定の油圧アクチュエータが操作されない場合は、流量制御弁について例えば絞りの開度を小さくして再生流量を増加する制御が行われず、戻り油路における圧損の発生が解消される。

本発明において、タンクラインに上記流量制御弁を設け、制御手段はこの流量制御弁の開度を増加させることによって再生流量を減少させるように構成することができる。

本発明において、タンクラインに背圧弁と、この背圧弁をバイパスするバイパスラインとを設け、このバイパスラインに流量制御弁を設けることができる。

本発明において、上記操作手段としてのリモコン弁から導出されるパイロット圧を検出する圧力センサを備え、その圧力センサによって検出されるパイロット圧を受けて制御手段が流量制御弁を制御するように構成することができる。

本発明において、上記流量制御弁として油圧パイロット弁が設けられる一方、操作手段としてのリモコン弁の操作により特定の油圧アクチュエータの作動を制御する油圧パイロット式のコントロールバルブを有し、このコントロールバルブのパイロットラインから流量制御パイロットラインを分岐させ、この流量制御パイロットラインにスローリターン弁を設けることにより制御手段を構成することができる。

この構成ではコントローラを必要とせず、コントロールバルブを制御するパイロット信号を利用して再生流量を制御することができるため、回路をシンプルにすることができる。

本発明の建設機械は、下部走行体と、この下部走行体上に搭載された上部旋回体と、この上部旋回体に設けられたブーム付きのフロントアタッチメントとを具備し、上記特定の油圧アクチュエータとして上部旋回体を旋回させる旋回モータと、フロントアタッチメントのブームを起伏させるブームシリンダの少なくともいずれか一方を有する建設機械に上記構成を備えたものである。

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、特定の油圧アクチュエータが操作されると、油圧アクチュエータからの戻り油路に背圧が発生し、再生ラインを通じてその特定の油圧アクチュエータの駆動側に圧油が供給されキャビテーションが防止される。このとき、特定の油圧アクチュエータが停止するまでの期間は再生ラインを通じて圧油が供給されるため、キャビテーションを効果的に防止することができる。

また、特定の油圧アクチュエータが操作されない場合は、流量制御弁について例えば絞りの開度を小さくして再生流量を増加する制御が行われず、戻り油路における圧損の発生が解消される。

以下、図面に示した実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。

図１は本発明の建設機械として油圧ショベルを例に取り、その油圧制御回路を示したものである。

同図において、１は油圧ショベルのフロントアタッチメントを構成しているアームを駆動するためのアームシリンダであり、２はブームを起伏させる特定の油圧アクチュエータとしてのブームシリンダであり、３はバケットを駆動するためのバケットシリンダである。

４は上部旋回体を旋回させる特定の油圧アクチュエータとしての旋回用油圧モータ（以下、旋回モータと略称する）である。なお、上記各シリンダ１〜３および旋回モータ４を総称する場合は油圧アクチュエータと呼ぶ。

５および６はその油圧アクチュエータに圧油を供給する第一油圧ポンプおよび第二油圧ポンプである。

第一油圧ポンプ５から吐出される圧油はコントロールバルブ７および８で方向および流量が制御されアーム駆動用シリンダ１と旋回モータ４にそれぞれ供給される。

第二油圧ポンプ６から吐出される圧油はコントロールバルブ９および１０で方向および流量が制御されブームシリンダ２とバケットシリンダ３にそれぞれ供給される。

１１〜１５はリターンライン（戻り油路）であり、各油圧アクチュエータより排出された作動油をタンク１６に戻すようになっている。

１７はリターンライン１５を流れる作動油を冷却するためのオイルクーラである。１８は第一のメークアップライン（再生ライン）であり、旋回モータ４用の配管１９の圧力が低下した場合に、リターンライン１５の戻り油の一部を供給することでキャビテーションを防止するようになっている。

２０は第二のメークアップライン（再生ライン）であり、ブームシリンダ２用の配管２１の圧力が低下した場合にリターンライン１５の戻り油の一部を供給することでキャビテーションを防止するようになっている。

２２は、リターンライン１５におけるメークアップライン合流点１５ａより下流側に設けられた背圧チェック弁であり、メークアップライン１８，２０を通じて戻り油を供給するために上記リターンライン１５に背圧を発生させるようになっている。

２３は背圧チェック弁２２と並列に設けられたバイパスチェック弁であり、背圧チェック弁２２の流量が増加した場合に戻り油をバイパスさせるようになっている。

２４は電磁切換弁であり、背圧チェック弁２２をバイパスしてタンク１６に連通する連通位置ａと遮断位置ｂとを有し、その切り換え動作は後述するコントローラ（制御手段）２５によって制御されるようになっている。なお、上記電磁切換弁２４は流量制御弁として機能する。

また、２６は旋回操作レバーであり、２７はアーム操作レバーである。

旋回操作レバー２６は旋回操作リモコン弁２８に接続されており、また、アーム操作レバー２７はアーム操作リモコン弁２９に接続されており、それぞれ操作レバーの操作量に応じてパイロット圧を発生させるようになっている。なお、上記操作レバー２６，２７およびリモコン弁２８，２９は操作手段として機能する。

旋回操作リモコン弁２８から導出されるパイロットライン３０はコントロールバルブ８のパイロットポートに接続され、アーム操作リモコン弁２９から導出されるパイロットライン３１はコントロールバルブ７のパイロットポートに接続される。

３２は旋回操作用のパイロット圧（操作圧）を検出する圧力センサであり、３３はアーム操作用のパイロット圧（操作圧）を検出する圧力センサである。各圧力センサ３２，３３は操作検出手段として機能する。

各圧力センサ３２，３３によって検出され、信号出力されたパイロット圧信号Ｓ１，Ｓ２はコントローラ２５に与えられる。

次に、コントローラ２５の制御動作について説明する。

(ａ)旋回操作
旋回操作レバー２６を入れると、旋回操作リモコン弁２８によりパイロット圧Ｐ１が発生し、このパイロット圧Ｐ１によってコントロールバルブ８が制御され、流量と方向が制御された作動油が供給されることによって旋回モータ４が駆動する。

このとき、圧力センサ３２によってそのパイロット圧が検出され、検出されたパイロット圧信号Ｓ１はコントローラ２５に与えられる。

パイロット圧信号Ｓ１を受けたコントローラ２５は、電磁切換弁２４を閉位置ｂに切り換える。

旋回モータ４から排出された作動油は、背圧チェック弁２２を通じ、流量が多い場合にはバイパスチェック弁２３を通じても流れ、その結果、背圧チェック弁２２，２３の抵抗によりリターンライン１５に背圧（リターン背圧）が発生する。

この状態で旋回モータ４のメータイン配管内圧力がそのリターン背圧以下となると、旋回用メークアップライン１８にメークアップ流量が発生し、旋回モータ４のメータイン側に供給されるため、メータイン配管内においてキャビテーションが発生することを防止する。

図２はその旋回操作において急減速を行った場合を示している。

同図(ａ)の縦軸は旋回操作レバー２６の操作量（パイロット圧信号Ｓ１）を示し、(ｂ)は旋回モータ４の旋回速度を示し、(ｃ)は電磁切換弁２４に指令する切換弁信号を示し、(ｄ)はメークアップライン１８を流れるメークアップ流量を示し、(ａ)〜(ｄ)の横軸はそれぞれ時間を示している。

図２(ａ)において、操作中の旋回操作レバー２６を時間Ｔ２からＴ３で急速に中立に戻した場合、上部旋回体の慣性が大きいために、旋回モータ４の回転は直ちに停止せず同図(ｂ)に示すように、時間Ｔ４まで旋回動作が行われる。

このような場合、本実施形態では旋回操作リモコン弁２８からのパイロット圧信号Ｓ１が、ゼロに減少した場合であっても、図２(ｃ)に示すように、電磁切換弁２４に指令する切換弁信号は依然、閉信号が出力されており電磁切換弁２４が開くのは旋回速度がゼロになった後のＴ５のタイミングとなる。すなわち、遮断位置ｂに切り換られている電磁切換弁２４は直ちに開かず、遅延をもって連通位置ａに切り換えられる。

この結果、旋回モータ４が回転している間はたとえ旋回操作レバー２６が中立位置に戻されたとしても電磁切換弁２４は一定期間閉じた状態となり、旋回モータ４が慣性で回転しているＴ４までの期間は、常にメークアップが行われキャビテーションを防止することが可能となる。

(ｂ)アーム引き操作
また、アーム操作レバー２７を入れた場合においても、アーム操作リモコン弁２９により発生したパイロット圧Ｐ２はパイロット圧センサ３３により検出され、パイロット圧信号Ｓ２としてコントローラ２５に与えられる。

この場合もコントローラ２５は電磁切換弁２４をｂ位置に切り換えて閉じ状態とし、リターンライン１５に背圧を発生させる。この状態でブームシリンダ２のヘッド側配管２１の圧力が低下しリターン背圧以下となると、ブーム用メークアップライン２０にメークアップ流量が発生し、それにより、ブームシリンダ２のヘッド側配管においてキャビテーションの発生することが防止される。

掘削作業においてアーム引き操作を行う場合、例えば、バケットを地面に接しながらアームを引き込む場合に、アームが鉛直位置より手前側に移動するとブームに対して持ち上げ方向の荷重が作用し、ブームシリンダ２に引っ張り荷重が作用することになる。

従来の油圧制御回路ではこの状態でブームシリンダ２のヘッド側にキャビテーションが発生していたが、本実施形態ではアーム引き操作が行われたことをパイロット圧センサ３３で検出した場合に、電磁切換弁２４をｂ位置に切り換えてタンク１６に連通する油路（連通位置ａ）を閉じるように制御するため、キャビテーションの発生を防止することができる。

このアーム引き操作においても上記した旋回操作と同様に、アーム引き操作を急停止させた場合に、コントローラ２５は遮断位置ｂに切り換られている電磁切換弁２４を直ちに開かず、遅延をもって連通位置ａに切り換えるため、ブームシリンダ２のヘッド側で発生するキャビテーションを確実に防止することができる。

(ｃ)旋回、アーム引き操作以外の操作
また、旋回操作レバー２６あるいはアーム操作レバー２７が入っていない場合は、パイロット圧Ｐ１，Ｐ２のいずれも発生せず、コントローラ２５は切換弁２４を連通位置ａのまま開いた状態とする。

この結果、油圧アクチュエータから排出された戻り油は、そのほとんどが背圧チェック弁２２より抵抗の少ない切換弁２４の連通位置ａを流れる。それにより、メークアップを必要としない場合には、背圧チェック弁２２による圧損がなくなり、背圧チェック弁によって常時、背圧を発生させる従来回路のようにエネルギー効率が悪化するという問題を解消することができる。

なお、上記第一の実施形態では、電磁切換弁２４の通常位置が連通位置ａにあり、コントローラ２５からの信号に応じて遮断位置ｂに切換制御する例について説明したが、電磁切換弁２４の通常位置を遮断位置ｂとしてもよい。この場合には、コントローラ２５による電磁切換弁２４の位置制御により上述した第一の実施形態と同様の制御が行えるのはもちろんのこと、例えばコントローラ２５と電磁切換弁２４とを接続している信号線の断線等によって電磁切換弁２４の制御が不能になったとしても、電磁切換弁２４は遮断位置ｂで固定されるため、背圧チェック弁２２、バイパスチェック弁２３が機能し得る状態となり、修理するまでの間、少なくともキャビテーションの発生を防止しつつ作業を続行することが可能であり、機械を停止させなくても済む。

図３は本発明の第二の実施形態を示したものである。

なお、同図において図１と同じ構成要素については同一符号を付してその説明を省略する。

図３において、４０は旋回用パイロットライン３０から、４１はアーム操作用パイロットライン３１からそれぞれ分岐された流量制御パイロットラインであり、４２は上記流量制御パイロットライン４０および４１の高圧側を選択するシャトル弁である。

４３はこのシャトル弁４２と油圧パイロット式の切換弁４４とを連通する油圧信号ラインであり、４５はその油圧信号ライン４３に設けられたスローリターン弁である。

次にこの第二実施形態の油圧制御装置の動作について説明する。

旋回操作レバー２６あるいはアーム操作レバー２７が入れられた場合、旋回リモコン弁２８、あるいはアームリモコン弁２９によりパイロット圧が発生し、そのパイロット圧のうちの高圧側がシャトル弁４２によって選択され、一つの流量制御パイロットライン４３に導かれる。この結果、切換弁４４が遮断位置ｂに切り換わり、油圧アクチュエータから排出された戻り油は背圧チェック弁２２を流れ、もしくは背圧チェック弁２２とバイパスチェック弁２３の両方に流れ、それにより、背圧チェック弁２２，２３の抵抗によりリターンライン１５に背圧が発生する。

この状態で旋回モータ４のメータイン配管内圧力がリターン背圧以下となると、旋回用メークアップライン１８にメークアップ流量が発生して旋回モータ４のメータイン側に供給され、メータイン配管内でキャビテーションが発生するのを防止する。

アーム引き操作を行うべくアーム操作レバー２７を入れた場合においても、上記と同じ動作によりリターンライン１５に背圧が発生する。その結果、ブームシリンダ２のヘッド側配管２１の圧力が低下しこのリターン背圧以下となった場合には、ブーム用メークアップライン２０にメークアップ流量が発生し、ブームシリンダヘッド側配管でキャビテーションが発生するのを防止する。

一方、旋回操作レバー２６またはアーム操作レバー２７が中立に戻された場合は、旋回用リモコン弁２８、アーム用リモコン弁２９により発生していたパイロット圧が開放され切換弁４４は連通位置ａに切り換わる。

切換弁４４が連通位置ａに切り換わってタンク１６と連通すると、油圧アクチュエータから排出された戻り油のほとんどは背圧チェック弁２２より抵抗の少ないその連通位置ａを通じてタンク１６に流れる。この結果、メークアップを必要としない場合には、背圧チェック弁２２による圧損がなくなる。

また、旋回操作において急減速を行なうと、旋回操作レバー２６を中立位置に戻しても上部旋回体の慣性が大きいために、旋回モータ４の回転は直ちには停止しない。このような場合でも、第二の実施形態では、パイロット圧がゼロになっても、すなわち、流量制御パイロットライン４３に信号圧が立たなくなってもスローリターン弁４５の作用により、そのスローリターン弁４５下流側の配管４６内の圧力は緩やかに低下することになる。

その結果、旋回操作レバー２６を急に中立位置に戻しても切換弁４４は直ちに開かずに遅延を持って開くため、旋回モータ４が回転している間は切換弁４４の閉状態が維持され、旋回モータ４が回転している間は常にメークアップが行われてキャビテーションを防止することができる。アーム操作レバー２７を急に中立位置に戻した場合も同様に、キャビテーションが防止される。

なお、上記実施形態では油圧ショベルを例に取り説明したが、本発明の建設機械は、複数の油圧アクチュエータを有し、特定の油圧アクチュエータにメークアップラインを備えた任意の建設機械に適用することができる。

また、上記実施形態では特定の油圧アクチュエータとして旋回モータとブームシリンダを例に取り説明したが、特定の油圧アクチュエータをアームシリンダ、バケットシリンダとする場合もある。

例えば、アーム引き操作においてアームシリンダのヘッド側にキャビテーションが起こる場合にはアームシリンダのヘッド側にメークアップラインを接続し、バケット掘削においてバケットシリンダのヘッド側にキャビテーションが起こる場合にはバケットシリンダのヘッド側にメークアップラインを接続する。また、ブームの自重降下によってブームロッド側にキャビテーションが起こる場合にはブームシリンダのロッド側にメークアップラインを接続する。

本発明に係る建設機械の第一の実施形態を示した油圧回路である。図１の油圧回路の動作を説明するものであり、(ａ)は操作レバー操作量を、(ｂ)は旋回速度を、(ｃ)は切換弁信号を、(ｄ)はメークアップ流量をそれぞれ示したグラフである。本発明に係る建設機械の第二の実施形態を示した油圧回路である。

符号の説明

１アームシリンダ
２ブームシリンダ
３バケットシリンダ
４旋回モータ
５第一油圧ポンプ
６第二油圧ポンプ
７〜１０コントロールバルブ
１１〜１５リターンライン
１６タンク
１８メークアップライン
２０第二のメークアップライン
２２背圧チェック弁
２３バイパスチェック弁
２４電磁切換弁
２５コントローラ
２６旋回操作レバー
２７アーム操作レバー
２８旋回操作用リモコン弁
２９アーム操作用リモコン弁
３０，３１パイロットライン
３２，３３圧力センサ
４４切換弁

Claims

複数の油圧アクチュエータと、各油圧アクチュエータを操作するための操作手段と、各油圧アクチュエータからの戻り油をタンクに戻す戻り油路と、この戻り油路に設けられ戻り油の一部を特定の油圧アクチュエータに再供給する再生ラインと、この再生ラインによって上記油圧アクチュエータに再供給される再生流量を制御する流量制御弁と、この流量制御弁を制御する制御手段とを備え、
上記制御手段は、上記特定の油圧アクチュエータを操作する操作手段が操作された場合に、操作量が大きいほど再生流量を増加させるとともに、操作停止時に遅延時間を置いて再生流量を減少させる方向に上記流量制御弁を制御するように構成されていることを特徴とする建設機械。
タンクラインに上記流量制御弁が設けられ、上記制御手段はこの流量制御弁の開度を増加させることによって再生流量を減少させるように構成されている請求項１記載の建設機械。
タンクラインに背圧弁と、この背圧弁をバイパスするバイパスラインとが設けられ、このバイパスラインに上記流量制御弁が設けられている請求項２記載の建設機械。
上記操作手段としてのリモコン弁から導出されるパイロット圧を検出する圧力センサが備えられ、その圧力センサによって検出されるパイロット圧を受けて上記制御手段は上記流量制御弁を制御するように構成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の建設機械。
上記流量制御弁として油圧パイロット弁が設けられる一方、上記操作手段としてのリモコン弁の操作により上記特定の油圧アクチュエータの作動を制御する油圧パイロット式のコントロールバルブを有し、このコントロールバルブのパイロットラインから流量制御パイロットラインが分岐され、この流量制御パイロットラインにスローリターン弁を設けることにより上記制御手段が構成されている請求項１記載の建設機械。
下部走行体と、この下部走行体上に搭載された上部旋回体と、この上部旋回体に設けられたブーム付きのフロントアタッチメントとを具備し、上記特定の油圧アクチュエータとして上記上部旋回体を旋回させる旋回モータと、上記フロントアタッチメントのブームを起伏させるブームシリンダの少なくともいずれか一方を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の建設機械。