JP2006009278A

JP2006009278A - 建設機械の作動流体供給システム

Info

Publication number: JP2006009278A
Application number: JP2004184105A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Masuzawa; 淳増沢
Original assignee: Caterpillar Mitsubishi Ltd; Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd
Current assignee: Caterpillar Japan Ltd; Caterpillar Mitsubishi Ltd
Priority date: 2004-06-22
Filing date: 2004-06-22
Publication date: 2006-01-12

Abstract

【課題】建設機械の作動流体供給システムにおいて、コストダウン及び省スペース化を可能にするとともに、作動流体の流通時における動力損失を低減することができるようにする。
【解決手段】上部旋回体を旋回させるための旋回回路１１ｃと、旋回回路１１ｃに作動油を供給する旋回ポンプ１０ｃとをそなえた、建設機械の作動流体供給システムにおいて、クーリングユニット１２に冷却風を流通させる冷却ファン１７の駆動用の流体圧アクチュエータ１６と、旋回回路１１ｃを通過した作動油を旋回ポンプ１０ｃへと戻すリターンラインＬ_Rと、リターンラインＬ_Rに並列に設けられ旋回回路１１ｃを通過した作動流体を流体圧アクチュエータ１６へと供給するためのサブラインＬ_Sと、該作動油のサブラインＬ_Sへの流量を調整する流量調整手段１５とがそなえられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、建設機械の所定機器に作動流体を供給する、建設機械の作動流体供給システムに関する。

今日、油圧ショベル，ホイールローダ等の走行式の建設機械やクレーン等の定置式の建設機械等、種々の建設機械が建設現場，港湾，工場内等の様々な分野において用いられている。
建設機械は、ダム，トンネル，河川，道路等における岩石の掘削やビル，建築物の取り壊し等、一般に厳しい環境下で使用されるが、このような環境下ではエンジンや油圧ポンプ等の機器類に加わる負荷が高く、エンジン温度の上昇や作動油の油温の上昇を招きやすい。

このため、これらの建設機械には、ラジエータやオイルクーラなどの熱交換器及び冷却ファンなどからなる冷却装置がそなえられており、冷却ファンの作動により取り込まれた外気（冷却風）によって、ラジエータを流れるエンジン冷却水やオイルクーラを流れる作動油が冷却される。
冷却ファンは、例えば油圧モータ（ファンモータ）により駆動されるが、このようなファンモータには、作業装置の油圧シリンダなどへ作動油を送給する油圧ポンプ（メインポンプ）とは別の専用の油圧ポンプ（クーリングポンプ）から油圧が供給される（例えば特許文献１参照）。

図３は、建設機械の油圧供給システムを示す模式的な系統図である。この油圧供給システムには、パイロット回路１１ａ、メイン回路１１ｂ及び旋回回路１１ｃがそなえられている。そして、これらの各回路へ作動油を供給する油圧ポンプとして、パイロットポンプ１０ａ，メインポンプ１０ｂ−１，１０ｂ−２及び旋回ポンプ１０ｃがエンジンＥに接続されている。なお、これらの油圧ポンプはギアボックスＧを介してエンジンＥに接続されており、エンジンＥの駆動ラインがこのギアボックスＧにおいて、メインポンプ１０ｂ−１，１０ｂ−２の系列と、パイロットポンプ１０ａ及び旋回ポンプ１０ｃの系列との二系統に分岐するようになっている。

パイロット回路１１ａには、後述する旋回ポンプ１０ｃに対してタンデムに、ギアボックスＧを介してエンジンＥへ接続されたパイロットポンプ１０ａから、作動油が供給される。パイロットポンプ１０ａに供給された作動油は、所定圧力（パイロット圧力）に調圧された後、メイン回路１１ｂ及び旋回回路１１ｃを制御するのに使用される。
メイン回路１１ｂには、互いにタンデムに連結されたエンジン駆動の各メインポンプ１０ｂ−１，１０ｂ−２から作動油が供給される。メイン回路１１ｂに供給された作動油は、メイン回路１１ｂ内においてコントロールバルブ（図示略）を介して作業装置の油圧シリンダなどへと供給される。そして、油圧シリンダなどの作動に使用され昇温した作動油は、オイルクーラ１２へと送られ、このオイルクーラ１２により冷却された後、オイルタンク１３に一旦回収され、図示しないラインを介してポンプ１０ａ〜１０ｄの何れかにより吸引される。

旋回回路１１ｃには、メインポンプ１０ｂ−１，１０ｂ−２とはパラレルにエンジンＥに連結された旋回ポンプ１０ｃから作動油が供給される。旋回回路１１ｃに供給された作動油は、旋回回路１１ｃ内においてコントロールバルブ（図示略）を介して旋回モータへと供給され、上部旋回体を旋回させるのに使用される。旋回モータの作動に使用され昇温した作動油は、メイン回路１１ｂへ送られた作動油と同様に、オイルクーラ１２へと送られ、このオイルクーラ１２により冷却された後、オイルタンク１３に一旦回収される。

また、この油圧供給システムには、上記オイルクーラ１２や図示しないラジエータに冷却風を供給する冷却ファンを作動させるためのクーリングラインが設けられている。つまり、上記旋回ポンプ１０ｃ，パイロットポンプ１０ａに対してタンデムに、ギアボックスＧを介してエンジンＥに接続されたクーリングポンプ１０ｄから、冷却ファン１７を駆動する油圧モータ（ファンモータ）１６に作動油が供給されるようになっているのである。これにより、ファンモータ１６を介して冷却ファン１７が駆動される結果、冷却風によりオイルクーラ１２ひいては作動油が冷却される。なお、ファンモータ１６を通過した作動油は、オイルクーラ１２を通過後の作動油に合流する。

また、オイルクーラ１２を保護するために、チェックバルブ１４がオイルクーラ１２と並列に設けられており、油圧が所定圧力以上になるとこのチェックバルブ１４が開いて作動油が逃がされることとなる。
特開平１０−６８１４２号公報

しかしながら、上述した図３に示すような従来技術には以下のような課題がある。
つまり、パイロットポンプ１０ａ、メインポンプ１０ｂ−１，１０ｂ−２、旋回ポンプ１０ｃ及びクーリングポンプ１０ｄの４種の油圧ポンプが必要となるため、これらのポンプを設置するためのスペースを建設機械の上部旋回体に確保する必要があり、上部旋回体にそなえられる各種機器のレイアウト上の制約を生じさせることになる。

また、各油圧ポンプはギアボックスなどを介して駆動されるため、設置されたポンプ台数が多いほど、油圧ポンプの作動に必要な動力とは別にポンプ損失やギア損失などとして不要にエンジン出力が消費されて、エンジンの有効出力が低下してしまう。
本発明はこのような課題に鑑み創案されたもので、コストダウン及び省スペース化を可能にするとともに、作動流体の流通時における動力損失を低減することができるようにした、建設機械の作動流体供給システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載の本発明の建設機械の作動流体供給システムは、上部旋回体を旋回させるための旋回回路と、該旋回回路に作動油を供給する旋回ポンプとをそなえた、建設機械の作動流体供給システムにおいて、クーリングユニットに冷却風を流通させる冷却ファンの駆動用の流体圧アクチュエータと、該旋回回路を通過した作動油を該旋回ポンプへと戻すリターンラインと、該リターンラインに並列に設けられ該旋回回路を通過した作動油を該流体圧アクチュエータへと供給するためのサブラインと、該作動油の該サブラインへの流量を調整する流量調整手段とがそなえられたことを特徴としている。

請求項２記載の本発明の建設機械の作動流体供給システムは、請求項１記載の建設機械の作動流体供給システムにおいて、該クーリングユニットとして該作動流体を冷却する作動流体冷却手段がそなえられ、該作動流体冷却手段により冷却された該作動流体の温度を検出する作動流体温度検出手段と、該流量調整手段の作動を制御する制御手段とをそなえ、該制御手段が、該作動流体温度検出手段の検出結果に基づき、該作動流体温度が高いほど該サブラインへの該作動流体の流量が増加するように、該流量調整手段の作動を制御することを特徴としている。

本発明の建設機械の作動流体供給システムによれば、旋回ポンプから吐出された作動流体を冷却ファン駆動用の流体圧アクチュエータに供給するサブラインが、旋回回路を通過した作動油を旋回ポンプへと戻すリターンラインに並列に設けられるとともに、サブラインへの流量を調整する流量調整手段がそなえられているので、上記の旋回ポンプにより単独で、旋回回路及び冷却ファン駆動用の流体圧アクチュエータに作動油流体を供給でき、冷却ファンの駆動専用のポンプ（クーリングポンプ）が不要となる。

したがって、ポンプの数量が削減される分、コストダウン及び省スペース化を図ることが可能となるとともに、エンジン出力のポンプ損失が減少する分、作動流体の流通時における動力損失を低減することが可能となる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
なお、従来技術の説明として既に説明した部品については同一の符号を付しその説明を省略する。
また、以下の実施形態では、本発明を建設機械として油圧ショベルに適用した例を説明するが、本発明は、油圧ショベルに限定されず、ホイールローダ，クレーンなどの種々の建設機械に適用しうるものである。

本発明の一実施形態にかかる建設機械は、図１，図２に示すように、下部走行体１と、下部走行体１の上側に旋回可能に配設された上部旋回体２と、上部旋回体２に設けられ種々の作業を行う作業装置３との３つの部分で構成されている。このうち上部旋回体２には、その前部にキャビン２Ａが配置されるとともに、キャビン２Ａの後方にある建屋カバー２Ｂ内に、エンジンＥ，ギアボックスＧ，作動油（作動流体）を圧送するの各種油圧ポンプ１０ａ，１０ｂ−１，１０ｂ−２，１０ｃ，エンジン冷却水を冷却するためのラジエータ（クーリングユニット），上記作動油を冷却するためのオイルクーラ（クーリングユニット，作動流体冷却手段）１２，及びこれらのラジエータとオイルクーラ１２とに冷却風を流通させるための冷却ファン１７が設置され、その後部にカウンタウェイト２Ｃが配置されている。

さて、本実施形態の作動油供給システム（建設機械の作動流体供給システム）について、図１を参照して説明する。この作動油供給システムには、パイロット回路１１ａ、メイン回路１１ｂ及び旋回回路１１ｃがそなえられている。
パイロット回路１１ａには、旋回ポンプ１０ｃに対してタンデムに、ギアボックスＧを介してエンジンＥへ接続された、パイロットポンプ１０ａから作動油が供給される。

メイン回路１１ｂには、互いにタンデムに連結されたエンジン駆動の各メインポンプ１０ｂ−１，１０ｂ−２からそれぞれ作動油（作動流体）が供給され、メイン回路１１ｂでの使用により昇温した作動油は、オイルクーラ１２により冷却され、オイルタンク１３に回収されるようになっている。オイルタンク１３に回収された作動油は、図示しないラインを介して、パイロットポンプ１０ａ、メインポンプ１０ｂ−１，１０ｂ−２及び旋回ポンプ１０ｃにより適宜吸引される。

旋回回路１１ｃには、メインポンプ１０ｂ−１，１０ｂ−２とはパラレルに、ギアボックスＧを介してエンジンＥに連結された旋回ポンプ１０ｃから作動油が供給されるようになっている。旋回回路１１ｃで昇温した作動油は、リターンラインＬ_Rを介して、メイン回路１１ｂ通過後の昇温した作動油と合流し、オイルクーラ１２により冷却された後、一旦タンク１３に収容されるようになっている。

そして、本作動油供給システムには、上記リターンラインＬ_Rの所定箇所Ｐ_INとＰ_OUTとを接続して、上記所定箇所Ｐ_INを作動油の入口とするとともに上記所定箇所Ｐ_OUTを作動油の出口とするサブラインＬ_Sがそなえられている。つまり、上記リターンラインＬ_Rに対し並列に接続されるようにして、サブラインＬ_Sが設けられているのである。このサブラインＬ_Sには冷却ファン１７及び冷却ファン１７を駆動するファンモータ（流体圧アクチュエータ）１６が介装されており、サブラインＬ_Sへ供給された作動油によってファンモータ１６が駆動されて、冷却ファン１７が回転作動するようになっている。

また、旋回回路１１ｃのリターンラインＬ_Rにおける所定箇所Ｐ_IN，Ｐ_OUTの相互間には、フローコントローラ（流量調整手段）１５が介装されており、本作動油供給システムには、このフローコントローラ１５の開度を制御する制御装置（制御手段）２０がそなえられている。
また、オイルクーラ１２を通過後の（例えば、オイルタンク１３へ収容された）作動油（オイルクーラ１２により冷却された作動油）の油温を検出する油温センサ（作動流体温度検出手段）２１が、タンク１３の内部に設置されている。この油温センサ２１からの検出信号は、上記制御装置２０に出力されるようになっており、制御装置２０は、油温センサ２１からの検出信号に基づきフローコントローラ１５の開度を制御するようになっている。つまり、油温が高いほど、フローコントローラ１５の開度を下げて、サブラインＬ_Sを流れる油量即ちファンモータ１６へ流れる油量を増量するようになっている。これにより、ファンモータ１６ひいては冷却ファン１７の出力が増大し、冷却風量が増加して、オイルクーラ１２による作動油の冷却が強化されるようになっている。

本発明の一実施形態としての建設機械の作動油供給システムは、上述したように構成されているので、図３に示す従来技術では必要であった冷却ファン１７を駆動するためのファンポンプ（クーリングポンプ）１０ｄが不要となり、油圧ポンプ数を削減でき、コストダウンを図ることができる。
また、ファンポンプ１０ｄが不要となることで、ファンポンプ１０ｄによるポンプ損失が削減され、システム全体のエネルギー効率を向上させることができる。

また、ポンプの数量が削減される分、そのスペースが不要となり、上部旋回体２に備えられる各種機器のレイアウトの自由度を向上させることが可能となる。
さらに、例えばエンジンＥの冷態始動時のように油温が特に低い時には、フローコントローラ１５を全開にしてサブラインＬ_Sへの作動油流量を最小にして暖機回路を構成することができ、エンジンＥ始動後に油温を所定温度まで早期に上昇させることが可能となる。

上記の作動油供給システムにおいて、冷却ファン１７駆動用のファンモータ１６に作動油を供給するサブラインＬ_Sが、旋回回路１１ｃを通過した作動油をタンク１３へと戻すリターンラインＬ_Rに並列に設けられる構成となっているのは、以下の理由による。
例えば、サブラインＬ_Sを、メイン回路１１ｂのリターンライン（メイン回路１１ｂとタンクとを繋ぐライン）に並列に接続することを考えた場合、サブラインＬ_sに介装されたファンモータ１６の作動によってサブラインＬ_Sの下流側の作動油圧が上昇するため、メイン回路１１ｂのリターンラインの作動油圧（すなわち、メイン回路１１ｂの背圧）も上昇してしまう。そのため、メイン回路１１ｂの設計圧を大きくする必要が生じ、作動油配管の厚肉化などによってコストが増加するおそれがある。

とりわけ、メイン回路１１ｂ上には作業装置３の各種油圧シリンダが備えられており、メイン回路１１ｂの設計圧は比較的高く（例えば、作業装置３をフル稼働させた状態を想定した最大作動油圧に）設定されているため、メイン回路１１ｂのリターンラインと並列にサブラインＬ_Sを接続することによってさらに設計圧が上昇すると、コスト増加の影響が大きくなってしまう。

これに対し、旋回回路１１ｃの設計圧は、旋回回路１１ｃ上に設けられた旋回モータを回転させる作動油圧であって、メイン回路１１ｂの設計圧と比較すると一般に低く設定されている。そのため、サブラインＬ_Sを旋回回路１１ｃのリターンラインＬ_Rに並列に接続した場合、たとえサブラインＬ_Sの下流側の作動油圧が上昇したとしても、メイン回路１１ｂのリターンラインの設計圧は、メイン回路１１ｂのリターンラインと並列にサブラインＬ_Sを接続した場合と比較するとそれほど上昇しない。したがって、メイン回路１１ｂの設計圧に与える影響が小さく、コスト増加の影響も小さくなるのである。

本発明の建設機械の作動油供給システムは、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
例えば、上記実施形態では、流量調整手段として開度を連続的に変更できるフローコントローラ１５を使用したが、フローコントローラ１５の代わりに、オンオフ制御又はデューティ制御される電磁弁を流量調整手段として使用しても良い。

また、上記実施形態では、リターンラインＬ_RとサブラインＬ_Sとの流量を調整する流量調整手段を、リターンラインＬ_Rに介装した１つのフローコントローラ１５により構成したが、サブラインＬ_Sにもフローコントローラを設け、リターンラインＬ_Rのフローコントローラ１５とサブラインＬ_Sのフローコントローラとから流量調整手段を構成してもよい。

また、上記の実施形態には、フローコントローラ１５の開度を制御する制御装置２０がそなえられているが、例えば、オペレータの操作によってフローコントローラ１５の開度が制御されるような構成も考えられる。この場合、本作動油供給システムは、制御手段としての制御装置２０をそなえることなく上記効果を奏するものとなる。
また、フローコントローラ１５の開度が予め設定された所定開度でリターンラインＬ_Rを開放して作動油の流量を制御するように構成することも考えられる。この場合、本作動油供給システムはより簡素な構成で上記効果を奏するものとなる。

なお、上記の実施形態は、作動油を油圧アクチュエータへ供給する作動油供給システムにおける本発明の適用例について詳述したものであるが、本発明は作動油以外の各種流体を供給するシステム（一般的な作動流体システム）に適用することができる。

本発明の一実施形態にかかる建設機械の作動油供給システムの構造を示す模式的な油圧系統図である。本発明の一実施形態にかかる建設機械の全体構成を示す模式的な側面図である。従来の建設機械の作動油供給システムの構造を示す模式的な油圧系統図である。

符号の説明

１０ｃ旋回ポンプ
１１ｃ旋回回路
１２オイルクーラ（作動流体冷却手段）
１５フローコントローラ（流量調整手段）
１６ファンモータ（流体圧アクチュエータ）
１７冷却ファン
２０制御装置（制御手段）
２１油温センサ（作動流体温度検出手段）
Ｌ_R 旋回回路のリターンライン
Ｌ_S サブライン

Claims

上部旋回体を旋回させるための旋回回路と、該旋回回路に作動油を供給する旋回ポンプとをそなえた、建設機械の作動流体供給システムにおいて、
クーリングユニットに冷却風を流通させる冷却ファンの駆動用の流体圧アクチュエータと、
該旋回回路を通過した作動油を該旋回ポンプへと戻すリターンラインと、
該リターンラインに並列に設けられ該旋回回路を通過した作動油を該流体圧アクチュエータへと供給するためのサブラインと、
該作動油の該サブラインへの流量を調整する流量調整手段とがそなえられた
ことを特徴とする、建設機械の作動流体供給システム。
該クーリングユニットとして該作動流体を冷却する作動流体冷却手段がそなえられ、
該作動流体冷却手段により冷却された該作動流体の温度を検出する作動流体温度検出手段と、
該流量調整手段の作動を制御する制御手段とをそなえ、
該制御手段が、該作動流体温度検出手段の検出結果に基づき、該作動流体温度が高いほど該サブラインへの該作動流体の流量が増加するように、該流量調整手段の作動を制御する
ことを特徴とする、請求項１記載の建設機械の作動流体供給システム。