JP2006097854A - Hydraulic control circuit for construction machine - Google Patents
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Description
本発明は油圧ショベル等の建設機械において、複数の油圧アクチュエータを同時に操作する複合操作時に、特定のアクチュエータの供給流量を優先的に確保するようにした油圧制御回路に関するものである。 The present invention relates to a hydraulic control circuit that preferentially secures a supply flow rate of a specific actuator during a complex operation in which a plurality of hydraulic actuators are simultaneously operated in a construction machine such as a hydraulic excavator.
たとえば油圧ショベルにおいては、複数の油圧アクチュエータを共通の油圧ポンプで駆動する回路構成がとられる。 For example, a hydraulic excavator has a circuit configuration in which a plurality of hydraulic actuators are driven by a common hydraulic pump.
そして、作業中に、共通のポンプで駆動される複数のアクチュエータを同時に操作する複合操作が行なわれる場合がある。以下、代表的な例として、旋回しながらアーム引き操作を行う場合で説明する。 In some cases, a complex operation in which a plurality of actuators driven by a common pump are simultaneously operated is performed during work. Hereinafter, as a typical example, a case where an arm pulling operation is performed while turning will be described.
この旋回/アーム引きの複合操作時に、ポンプ吐出流量の多くが負荷の小さいアームシリンダに送られて旋回モータが流量不足となり、旋回速度が低下するという不都合が生じる。 At the time of this combined turning / arm pulling operation, most of the pump discharge flow rate is sent to the arm cylinder with a small load, the turning motor becomes insufficient in flow rate, and the turning speed is lowered.
この場合、オペレータがアーム引き操作量(コントロールバルブのスプールストローク)を抑えて旋回流量を増やす操作を行うことは可能であるが、操作が煩雑となる。 In this case, the operator can perform an operation of increasing the turning flow rate while suppressing the arm pulling operation amount (the spool stroke of the control valve), but the operation becomes complicated.
そこで、複合操作時に自動的にアームシリンダに対する供給流量を絞って旋回モータの流量を確保する旋回優先方式の回路構成がとられている。 Therefore, a circuit configuration of a swivel priority system is adopted in which the flow rate of the swivel motor is ensured by automatically reducing the flow rate supplied to the arm cylinder during the combined operation.
従来、この旋回優先方式の具体的な技術として、アームシリンダの作動を制御するコントロールバルブのメータイン側またはメータアウト側に流量制御弁を設け、複合操作時にこの流量制御弁によりアームシリンダ流量を絞って旋回モータに必要流量を確保する技術が公知である(特許文献1参照)。
ところが、上記公知技術によると、高圧・大流量の主回路に優先動作のためのバルブ(流量制御弁)を設けるため、このバルブとして高圧・大型の高価なものを使用しなければならない。このため、設備コストが高くつくという欠点があった。 However, according to the above known technique, a high-pressure / large flow rate main circuit is provided with a valve (flow rate control valve) for priority operation, so that a high pressure / large size expensive valve must be used. For this reason, there existed a fault that equipment cost was expensive.
なお、代替策として、非優先側であるアーム用コントロールバルブのアーム引き側パイロットラインに絞りを設け、旋回/アーム引きの複合操作時に、アーム引き側パイロット圧そのものを減圧してコントロールバルブに送ることにより、コントロールバルブのスプールストロークを本来の指令値よりも小さくすることが考えられる。 As an alternative, a throttle is provided on the arm pulling side pilot line of the non-priority arm control valve, and the pilot pressure on the arm pulling side itself is reduced and sent to the control valve during combined swing / arm pulling operation. Thus, it can be considered that the spool stroke of the control valve is made smaller than the original command value.
しかし、こうすると、優先動作のためのバルブは低圧・小型の安価なものですむが、弊害として、アーム引きパイロット圧が常に減圧されるため、複合操作でない通常操作時にアーム引き操作の応答性及び操作性が悪くなる。 However, in this case, the valve for the priority operation can be low pressure and small and inexpensive, but as an adverse effect, the arm pulling pilot pressure is always reduced, so the response of the arm pulling operation and the response during normal operation which is not combined operation Operability deteriorates.
そこで本発明は、複合操作時における優先動作のためのバルブとして低圧・小型の安価なバルブを使用してコストを安くでき、しかも非優先側の通常操作時の応答性及び操作性を悪化させるおそれがない建設機械の油圧制御回路を提供するものである。 Therefore, the present invention can reduce the cost by using a low-pressure and small-sized inexpensive valve as a valve for priority operation at the time of combined operation, and may deteriorate the responsiveness and operability during normal operation on the non-priority side. The present invention provides a hydraulic control circuit for a construction machine that does not have any.
請求項1の発明は、共通の油圧ポンプによって駆動される二つの油圧アクチュエータと、この両油圧アクチュエータの作動を個別に制御する二つの油圧パイロット式のコントロールバルブと、この両コントロールバルブの両側パイロットポートにパイロット圧を供給する二つのリモコン弁と、この両リモコン弁が同時に操作される複合操作時に一方の油圧アクチュエータを優先して作動させる優先手段とを備え、この優先手段は、非優先側のコントロールバルブの操作側のパイロットポートに、非優先側のリモコン弁の操作に基づくパイロット圧を供給すると同時に、このパイロット圧を減圧して得られた圧力を非操作側のパイロットポートに対抗圧力として供給し、この対抗圧力により非優先側のコントロールバルブのスプールストロークを減じるように構成したものである。 The invention of claim 1 includes two hydraulic actuators driven by a common hydraulic pump, two hydraulic pilot-type control valves that individually control the operation of both hydraulic actuators, and both pilot ports of the two control valves. Two remote control valves for supplying pilot pressure to the engine, and priority means for preferentially operating one hydraulic actuator during combined operation in which both remote control valves are operated simultaneously. A pilot pressure based on the operation of the non-priority remote control valve is supplied to the pilot port on the valve operation side, and at the same time, the pressure obtained by reducing the pilot pressure is supplied to the pilot port on the non-operation side as a counter pressure. This counter pressure causes the non-priority control valve spool stroke It is those, which is configured so as to reduce.
請求項2の発明は、請求項1の構成において、非優先側のコントロールバルブの操作側のパイロットラインに、非操作側のパイロットポートとタンクとに通じる優先手段としての減圧回路を分岐接続し、この減圧回路に、複合操作時に非優先側のパイロット圧を減圧して非操作側のパイロットポートに供給する減圧手段を設けたものである。 According to a second aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect, a decompression circuit as a priority means communicating with the pilot port and the tank on the non-operating side is branchedly connected to the pilot line on the operating side of the non-prioritized control valve, The decompression circuit is provided with decompression means for decompressing the non-priority side pilot pressure and supplying it to the non-operation side pilot port during the combined operation.
請求項3の発明は、請求項2の構成において、減圧手段として、複合操作時に開通する切換弁と、操作側のパイロット圧を減圧回路に導入する第1絞りと、導入されたパイロット圧を減圧する第2絞りとを設けたものである。 According to a third aspect of the present invention, in the configuration of the second aspect, as the pressure reducing means, a switching valve that is opened at the time of the composite operation, a first throttle that introduces the pilot pressure on the operation side into the pressure reducing circuit, and a pressure reduction of the introduced pilot pressure The second aperture is provided.
請求項4の発明は、請求項3の構成において、切換弁として、優先側のリモコン弁のパイロット圧によって開通位置に切換わる油圧パイロット式の切換弁を用いたものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the configuration of the third aspect, a hydraulic pilot type switching valve that switches to the open position by the pilot pressure of the priority-side remote control valve is used as the switching valve.
請求項5の発明は、請求項3または4の構成において、第2絞りに代えて、コントローラによって制御される電磁比例弁を用い、優先側及び非優先側のパイロット圧の少なくとも一方に応じて上記電磁比例弁の開度を制御するように構成したものである。 According to a fifth aspect of the present invention, in the configuration of the third or fourth aspect, an electromagnetic proportional valve controlled by a controller is used instead of the second throttle, and the above-described operation is performed according to at least one of the priority-side and non-priority-side pilot pressures. The opening degree of the electromagnetic proportional valve is controlled.
請求項6の発明は、請求項3乃至5のいずれかの構成において、切換弁及び第1絞りに代えて、コントローラによって制御される電磁比例弁を用い、優先側のパイロット圧に応じて上記電磁比例弁の開度を制御するように構成したものである。 According to a sixth aspect of the present invention, in the configuration of any one of the third to fifth aspects, an electromagnetic proportional valve controlled by a controller is used instead of the switching valve and the first throttle, and the electromagnetic wave is controlled according to the pilot pressure on the priority side. It is configured to control the opening degree of the proportional valve.
請求項7の発明は、請求項1乃至6のいずれかの構成において、優先手段は、共通の油圧ポンプによって駆動される二つの油圧アクチュエータとしての旋回モータとアームシリンダについて、旋回とアーム引きが同時に行われる複合操作時に、アーム用リモコン弁のアーム引き側パイロット圧をアーム用コントロールバルブのパイロットポートに供給すると同時に、このパイロット圧を減圧して得られた圧力をアーム押し側のパイロットポートに対抗圧力として供給し、この対抗圧力により、アーム用コントロールバルブのスプールストロークを減じるように構成したものである。 According to a seventh aspect of the present invention, in the configuration according to any one of the first to sixth aspects, the priority unit is configured to simultaneously rotate and pull the arm with respect to a swing motor and an arm cylinder as two hydraulic actuators driven by a common hydraulic pump. During combined operation, the arm pulling side pilot pressure of the arm remote control valve is supplied to the pilot port of the arm control valve and at the same time the pressure obtained by reducing this pilot pressure is counteracted to the pilot port on the arm pushing side The spool stroke of the arm control valve is reduced by this counter pressure.
本発明によると、特許文献1に記載された公知技術のように非優先側のアクチュエータのメータアウトまたはメータイン流量を絞って優先側アクチュエータの流量を確保するのではなく、非優先側のコントローバルブのストロークを減じる戻し制御により非優先側アクチュエータ(旋回/アーム引きの複合操作を対象とする請求項7ではアームシリンダ)の供給流量を減らす構成であるため、使用するバルブもパイロット圧に対応する低圧、小型のものですみ、コストを安くすることができる。
According to the present invention, the flow rate of the non-priority side control valve is not secured by restricting the meter-out or meter-in flow rate of the non-priority side actuator as in the known technique described in Patent Document 1, but ensuring the flow rate of the non-priority side actuator. Since the supply flow rate of the non-priority side actuator (the arm cylinder in
しかも、非優先側のパイロット圧を減圧して得られた圧力(請求項2〜6の発明では減圧回路の減圧手段によって得られた圧力)によってコントロールバルブの戻し制御を行うため、非優先側のパイロットラインに絞りを設け、パイロット圧そのものを落としてプールストロークを抑える構成とした場合のように、常に絞りが効いて、複合操作でない通常操作時の応答性及び操作性を悪化させるおそれがない。 Moreover, since the control valve return control is performed by the pressure obtained by reducing the pilot pressure on the non-priority side (the pressure obtained by the decompression means of the decompression circuit in the inventions of claims 2 to 6), As in the case where the pilot line is provided with a throttle and the pilot pressure itself is reduced to suppress the pool stroke, the throttle is always effective, and there is no possibility of deteriorating the responsiveness and operability during a normal operation that is not a complex operation.
この場合、請求項4の発明によると、複合操作時に優先側のパイロット圧により油圧パイロット式の切換弁を開通させて減圧作用を行う構成であるため、コントローラが不要で設備コストが安くてすむ。 In this case, according to the invention of claim 4, since the pressure reducing action is performed by opening the hydraulic pilot type switching valve with the pilot pressure on the priority side in the combined operation, the controller is unnecessary and the equipment cost can be reduced.
これに対し、請求項5の発明によると、電磁比例弁の開度、つまり対抗圧力を優先側、非優先側の少なくとも一方のパイロット圧に応じて制御するため、たとえば旋回/アーム引きの複合操作時に、旋回操作量(旋回要求流量)が大きければアーム用コントロールバルブのストロークをより小さくして旋回流量を多くする等、操作の実情に応じた細かな制御が可能となる。
On the other hand, according to the invention of
また、請求項6の発明によると、たとえば、旋回/アーム引きの複合操作時に、旋回操作量と減圧開始時期との関係を必要に応じて調整することができる。 Further, according to the sixth aspect of the present invention, for example, in the combined operation of turning / arm pulling, the relationship between the turning operation amount and the pressure reduction start time can be adjusted as necessary.
以下の実施形態においては、旋回/アーム引きの複合操作時に旋回優先の制御を行う回路構成をとっている。 In the following embodiments, a circuit configuration is adopted in which turning priority control is performed during a combined turning / arm pulling operation.
第1実施形態(図1参照)
図1において、1は優先側アクチュエータとしての旋回モータ、2は非優先側アクチュエータとしてのアームシリンダで、この旋回モータ1及びアームシリンダ2は、それぞれ油圧パイロット式の旋回用及びアーム用のコントロールバルブ3,4を介して油圧ポンプ5及びタンクTに接続され、このコントロールバルブ3,4によって個別に制御される。
1st Embodiment (refer FIG. 1)
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a swing motor as a priority actuator, 2 an arm cylinder as a non-priority actuator, and the swing motor 1 and the arm cylinder 2 are hydraulic pilot type swing and arm control valves 3, respectively. , 4 are connected to the
また、旋回用コントロールバルブ3の両側パイロットポート3a,3bはパイロットライン6,7を介して旋回用リモコン弁8の二次側に、アーム用コントロールバルブ4の両側(アーム引き側及びアーム押し側)パイロットポート4a,4bは、パイロットライン9,10を介してアーム用リモコン弁11の二次側にそれぞれ接続され、この両リモコン弁8,11により両コントロールバルブ3,4が操作される。
The
ここで、旋回/アーム引きの複合操作時には、旋回用リモコン弁8の左または右旋回操作と、アーム用リモコン弁11のアーム引き操作とが同時に行なわれる。 Here, during the combined swing / arm pull operation, the left or right swing operation of the swing remote control valve 8 and the arm pull operation of the arm remote control valve 11 are performed simultaneously.
これにより、旋回用コントロールバルブ3のスプールが図の左側または右側に、またアーム用コントロールバルブ4のスプールが図の右側に、それぞれリモコン弁操作量に応じたストロークで作動し、油圧ポンプ5の吐出油がこのバルブ開度に応じた配分で旋回モータ1及びアームシリンダ2のアーム引き側(シリンダ伸び側)に供給される。 As a result, the spool of the turning control valve 3 operates on the left or right side of the figure, and the spool of the arm control valve 4 operates on the right side of the figure with a stroke corresponding to the operation amount of the remote control valve. Oil is supplied to the swinging motor 1 and the arm pulling side (cylinder extending side) of the arm cylinder 2 in a distribution according to the valve opening.
この場合、アームシリンダ2の負荷が旋回モータ1の負荷よりも小さいため、旋回モータ1よりもアームシリンダ2に多くの流量が流れ、旋回速度が低くなってスムーズな複合操作ができなくなる。 In this case, since the load on the arm cylinder 2 is smaller than the load on the swing motor 1, a larger flow rate flows through the arm cylinder 2 than the swing motor 1, and the swing speed becomes lower, making it impossible to perform a smooth composite operation.
そこで、この制御回路においては、旋回/アーム引きの複合操作時に、旋回モータ1に優先的にポンプ吐出油を供給する優先手段として減圧回路12が設けられ、この減圧回路12により、アーム用コントロールバルブ4のスプールストロークを本来の指令値よりも減じる戻し制御を行うように構成されている。
Therefore, in this control circuit, a
減圧回路12は次のように構成されている。
The
アーム用コントロールバルブ4のアーム引き側パイロットライン9に分岐ライン13が分岐接続されている。
A
この分岐ライン13は、対抗圧力ライン14及びシャトル弁15を介してアーム用コントロールバルブ4のアーム押し側パイロットポート4bに接続されるとともに、タンクライン16を介してタンクTに接続されている。
The
また、分岐ライン13の最上流側に第1絞り17、その下流側に油圧パイロット式の切換弁18がそれぞれ設けられるとともに、タンクライン16に第2絞り19が設けられている。
In addition, a
切換弁18のパイロットポート18aは、切換弁操作ライン20及びシャトル弁21を介して旋回用コントロールバルブ3の両側パイロットライン6,7に接続され、同コントロールバルブ3の操作に基づく旋回パイロット圧Pisにより切換弁18が図のブロック位置イから開通位置ロに切換わるように構成されている。
The
この構成において、旋回/アーム引きの複合操作が行なわれると、旋回用及びアーム用両コントロールバルブ3,4が同時に作動すると同時に、旋回パイロット圧Pisによって切換弁17が開通位置ロに切換わる。
In this configuration, when the swing / arm pulling combined operation is performed, both the swing and arm control valves 3 and 4 are simultaneously operated, and at the same time, the
これにより、アーム引きパイロット圧Piaが分岐ライン13から減圧回路12に取出され、このパイロット圧Piaが第1及び第2両絞り16,18により減圧されてアーム押し側パイロットポート4bに対抗圧力Pir(<Pia)として加えられる。
As a result, the arm pulling pilot pressure Pia is taken out from the
従って、アーム用コントロールバルブ4の両側パイロットポート4a,4b間の差圧が減少するため、同コントロールバルブ4のスプールストロークがリモコン弁11による本来の指令値よりも小さい値に減じられる。
Accordingly, since the differential pressure between the
この戻し制御により、旋回/アーム引きの複合操作時に、旋回用コントロールバルブ3の通過流量、すなわち旋回モータ1の供給流量が必要なだけ確保される。 This return control ensures that the passing flow rate of the turning control valve 3, that is, the supply flow rate of the turning motor 1 is as much as necessary during the combined operation of turning / arm pulling.
このように、非優先側のアームシリンダ2のメータアウトまたはメータイン流量を絞って優先側の旋回モータ1の流量を確保するのではなく、減圧回路12により、アーム用コントローバルブ4のスプールストロークを減じる戻し制御を行ってアームシリンダ2の供給流量を減らす構成であるため、使用するバルブ(切換弁18及び第1、第2両絞り17,19)もアーム引きパイロット圧Piaに対応する低圧、小型のものですむ。このため、設備コストを安くすることができる。
In this way, rather than restricting the meter-out or meter-in flow rate of the non-priority side arm cylinder 2 to ensure the flow rate of the priority-side turning motor 1, the
しかも、非優先側であるアーム引きパイロット圧Piaを減圧して得られた対抗圧力Pirによってアーム用コントロールバルブ4の戻し制御を行うため、減圧作用は複合操作時のみに作用し、アーム引き単独操作時にはアーム用コントロールバルブ4はパイロット圧Piaのみによって通常通り制御される。 Moreover, since the return control of the arm control valve 4 is performed by the counter pressure Pir obtained by reducing the arm pulling pilot pressure Pia which is the non-priority side, the pressure reducing action only works during the combined operation, and the arm pulling single operation is performed. Sometimes the arm control valve 4 is controlled as usual only by the pilot pressure Pia.
このため、アーム引きパイロットライン9に絞りを設け、パイロット圧Piaそのものを減圧してスプールストロークを抑える構成とした場合のように、常に減圧作用が効いて、複合操作でない通常操作時にアーム引き操作の応答性及び操作性が悪くなるという弊害が生じない。
Therefore, the arm
また、複合操作時に優先側である旋回パイロット圧Pisにより切換弁18を開通させて減圧作用を行う構成であるため、電子制御を行う場合と違ってコントローラが不要となり、設備コストが安くてすむ。
Further, since the pressure reducing action is performed by opening the switching
第2実施形態(図2参照)
第2実施形態及び後述する第3実施形態においては、第1実施形態との相違点のみを説明する。
Second embodiment (see FIG. 2)
In the second embodiment and the third embodiment to be described later, only differences from the first embodiment will be described.
第2実施形態においては、減圧回路12のタンクライン16に設けられる減圧手段として、第1実施形態の第2絞り19に代えて電磁比例弁22が用いられている。
In the second embodiment, an electromagnetic
この電磁比例弁22は、図示しない圧力センサによって検出される旋回パイロット圧Pis及びアーム引きパイロット圧Piaに応じた指令信号に基づいて開度が制御され、この開度に応じて、アーム用コントロールバルブ4のアーム押し側パイロットポート4bに加えられる対抗圧力Pirが変化する。
The electromagnetic
具体的には、たとえば旋回用リモコン弁8の操作量が大きい(旋回パイロット圧Pisが高い)場合には、旋回モータ1の要求流量が多いとして、対抗圧力Pirが高くなるように電磁比例弁22の開度が制御される。これにより、アーム用コントロールバルブ4のスプールストロークの戻し量が多くなってアームシリンダ2への供給流量が減少(旋回モータ1への供給流量が増加)する。
Specifically, for example, when the operation amount of the turning remote control valve 8 is large (the turning pilot pressure Pis is high), the electromagnetic
また、アーム用リモコン弁11の操作量が小さい場合には、アームシリンダ2の供給流量が元々少なく、アーム用コントロールバルブ4の戻し量も少なくてよいことから、対抗圧力Pirが低くなるように電磁比例弁22の開度が制御される。
Further, when the operation amount of the arm remote control valve 11 is small, the supply flow rate of the arm cylinder 2 is originally small and the return amount of the arm control valve 4 may be small, so that the electromagnetic pressure Pir is reduced so that the counter pressure Pir is low. The opening degree of the
従って、この第2実施形態によると、操作の実情に応じた細かな旋回優先制御が可能となる。 Therefore, according to the second embodiment, fine turning priority control according to the actual situation of operation is possible.
第3実施形態(図3参照)
第3実施形態においては、第1、第2両実施形態において分岐ライン13に設けられた第1絞り17及び切換弁18に代えて電磁比例弁24が用いられている。
Third embodiment (see FIG. 3)
In the third embodiment, an electromagnetic
ここでは、タンクライン16に電磁比例弁22を用いる第2実施形態の構成を前提としている。
Here, the configuration of the second embodiment using the electromagnetic
分岐ライン13の電磁比例弁24は、旋回パイロット圧Pisに基づくコントローラ23からの指令信号によって開度が制御される。
The opening degree of the electromagnetic
具体的には、たとえば、予めコントローラ23に旋回操作量と同比例弁24の開度の関係が記憶され、旋回用リモコン弁8の操作量がある値以上となったときに電磁比例弁24に指令信号が送られて戻し制御が開始される。
Specifically, for example, the relationship between the turning operation amount and the opening degree of the
この構成によると、機械によって異なる旋回モータ1の容量や作業内容(たとえば複合操作時に求められる旋回速度)等に応じて戻し制御の開始時期等を調整することができる。 According to this configuration, it is possible to adjust the return control start timing and the like according to the capacity of the swing motor 1 and the work content (for example, the swing speed required at the time of composite operation), which differs depending on the machine.
なお、第2絞り19を用いる第1実施形態の構成において、第1絞り17に代えてこの電磁比例弁24を用いる構成をとってもよい。
In the configuration of the first embodiment using the
1 優先側アクチュエータとしての旋回モータ
2 非優先側アクチュエータとしてのアームシリンダ
3 優先側コントロールバルブとしての旋回用コントロールバルブ
4 非優先側コントロールバルブとしてのアーム用コントロールバルブ
4a 操作側パイロットポートとしてのアーム引き側パイロットポート
4b 非操作側パイロットポートとしてのアーム押し側パイロットポート
5 油圧ポンプ
6,7 旋回パイロットライン
8 旋回用リモコン弁
9 アーム用リモコン弁
9 アーム引き側パイロットライン
10 アーム押し側パイロットライン
11 アーム用リモコン弁
12 減圧回路(優先手段)
T タンク
17 第1絞り
18 切換弁
19 第2絞り
22 第2絞りに代わる電磁比例弁
23 コントローラ
24 第1絞り及び切換弁に代わる電磁比例弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Swing motor as priority side actuator 2 Arm cylinder as non-priority side actuator 3 Swing control valve as priority side control valve 4 Arm control valve as non-priority
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