JP2006177397A - 油圧回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡素な構成で作動油のエネルギーを回収可能な油圧回路を提供する。
【解決手段】油圧回路100に、油圧シリンダ22と、駆動源15により駆動され、該油圧シリンダに作動油を圧送する油圧ポンプ31と、該油圧シリンダと該油圧ポンプとの間に配置され、該油圧シリンダの動作を切り換える動作切換弁32と、該動作切換弁を挟んで、該油圧ポンプの吐出ポート31a側の圧力と該油圧シリンダの給油ポート側の圧力との差を所定の値に調整する油圧調整機構37と、該油圧シリンダの排油ポートから該動作切換弁に戻された作動油を該油圧ポンプに供給する回生配管36と、を具備した。
【選択図】図2
【解決手段】油圧回路100に、油圧シリンダ22と、駆動源15により駆動され、該油圧シリンダに作動油を圧送する油圧ポンプ31と、該油圧シリンダと該油圧ポンプとの間に配置され、該油圧シリンダの動作を切り換える動作切換弁32と、該動作切換弁を挟んで、該油圧ポンプの吐出ポート31a側の圧力と該油圧シリンダの給油ポート側の圧力との差を所定の値に調整する油圧調整機構37と、該油圧シリンダの排油ポートから該動作切換弁に戻された作動油を該油圧ポンプに供給する回生配管36と、を具備した。
【選択図】図2
Description
本発明は、油圧回路の技術に関する。
より詳細には、油圧回路を循環する作動油のエネルギーを回生する技術に関する。
より詳細には、油圧回路を循環する作動油のエネルギーを回生する技術に関する。
従来、油圧シリンダと、駆動源により駆動され、該油圧シリンダに作動油を圧送する油圧ポンプと、該油圧シリンダと該油圧ポンプとの間に配置され、該油圧シリンダの動作を切り換える切換弁と、を具備する油圧回路は公知となっている。
このような油圧回路は、一般的には、油圧ポンプから圧送される作動油を切換弁により切り換えて油圧シリンダのボトム室またはロッド室のいずれかに供給し、油圧シリンダを伸長または収縮させるものである。また、このような油圧回路は、油圧シリンダのボトム室またはロッド室の一方に作動油が供給された結果、他方から排出される作動油は、戻り配管を経て一度作動油タンクに戻され、上記油圧ポンプは該作動油タンクから作動油を吸入する構成となっている。
また、いわゆる「ロードセンシング機能」を付与した油圧回路も公知となっている。
ここで、ロードセンシング機能とは、前記切換弁を挟んで、油圧ポンプの吐出ポート側の圧力と油圧アクチュエータの給油ポート側の圧力との差を所定の範囲内に調整することにより、油圧アクチュエータにかかる負荷の大きさに関わらず油圧アクチュエータに供給される作動油の流量を略一定に保持する(油圧アクチュエータの動作速度を略一定に保持する)機能を指す。
例えば、特許文献1に記載の如くである。
ここで、ロードセンシング機能とは、前記切換弁を挟んで、油圧ポンプの吐出ポート側の圧力と油圧アクチュエータの給油ポート側の圧力との差を所定の範囲内に調整することにより、油圧アクチュエータにかかる負荷の大きさに関わらず油圧アクチュエータに供給される作動油の流量を略一定に保持する(油圧アクチュエータの動作速度を略一定に保持する)機能を指す。
例えば、特許文献1に記載の如くである。
さらにまた、上記戻り配管の中途部に配置され、戻り配管を通過する作動油により駆動される油圧モータと、該油圧モータにより駆動される発電機と、該発電機と接続されたバッテリーと、を具備し、戻り配管を通過する作動油のエネルギー(運動エネルギーおよび位置エネルギー)を電気エネルギーとして回収する機能、いわゆる「エネルギー回生機能」を有する油圧回路も公知となっている。
例えば、特許文献2に記載の如くである。
特開2000−257712号公報
特開2001−207482号公報
例えば、特許文献2に記載の如くである。
しかし、油圧シリンダを駆動し、ロードセンシング機能を有する油圧回路において、エネルギー回生を行うものはなかった。
また、上記「エネルギー回生機能」を有する油圧回路は、該エネルギー回生機能を達成するために油圧モータ、発電機、バッテリー等を追加的に具備する必要があり、製造コストが増大するという問題がある。
また、油圧モータ、発電機、バッテリー等を追加的に具備する結果、油圧回路が複雑化・大型化するという問題がある。
また、上記「エネルギー回生機能」を有する油圧回路は、該エネルギー回生機能を達成するために油圧モータ、発電機、バッテリー等を追加的に具備する必要があり、製造コストが増大するという問題がある。
また、油圧モータ、発電機、バッテリー等を追加的に具備する結果、油圧回路が複雑化・大型化するという問題がある。
本発明は以上の如き問題に鑑み、簡素な構成で作動油のエネルギーを回収可能な油圧回路を提供するものである。
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
即ち、請求項1においては、
油圧シリンダと、
駆動源により駆動され、該油圧シリンダに作動油を圧送する油圧ポンプと、
該油圧シリンダと該油圧ポンプとの間に配置され、該油圧シリンダの動作を切り換える動作切換弁と、
該動作切換弁を挟んで、該油圧ポンプの吐出ポート側の圧力と該油圧シリンダの給油ポート側の圧力との差を所定の値に調整する油圧調整機構と、
該油圧シリンダの排油ポートから該動作切換弁に戻された作動油を該油圧ポンプに供給する回生配管と、
を具備するものである。
油圧シリンダと、
駆動源により駆動され、該油圧シリンダに作動油を圧送する油圧ポンプと、
該油圧シリンダと該油圧ポンプとの間に配置され、該油圧シリンダの動作を切り換える動作切換弁と、
該動作切換弁を挟んで、該油圧ポンプの吐出ポート側の圧力と該油圧シリンダの給油ポート側の圧力との差を所定の値に調整する油圧調整機構と、
該油圧シリンダの排油ポートから該動作切換弁に戻された作動油を該油圧ポンプに供給する回生配管と、
を具備するものである。
請求項2においては、
前記油圧シリンダが片側ロッド式の油圧シリンダであって、
該油圧シリンダと前記動作切換弁との間に配置され、該油圧シリンダのボトム室およびロッド室のうち圧力が低い方と、オイル補給回路またはオイル排出配管と、を連通する連通機構を具備するものである。
前記油圧シリンダが片側ロッド式の油圧シリンダであって、
該油圧シリンダと前記動作切換弁との間に配置され、該油圧シリンダのボトム室およびロッド室のうち圧力が低い方と、オイル補給回路またはオイル排出配管と、を連通する連通機構を具備するものである。
請求項3においては、
単数または複数の油圧アクチュエータと、
前記駆動源により駆動され、該油圧アクチュエータに作動油を圧送する第二の油圧ポンプと、
該油圧アクチュエータと該第二の油圧ポンプとの間に配置され、該油圧アクチュエータの動作を切り換える第二の動作切換弁と、
該第二の動作切換弁を挟んで、該第二の油圧ポンプの吐出ポート側の圧力と該油圧アクチュエータの給油ポート側の圧力との差を所定の値に調整する第二の油圧調整機構と、
該駆動源の負荷が所定の値以上となった場合に、前記油圧ポンプおよび該第二の油圧ポンプの吐出量を抑制する吐出量抑制機構と、
を具備するものである。
単数または複数の油圧アクチュエータと、
前記駆動源により駆動され、該油圧アクチュエータに作動油を圧送する第二の油圧ポンプと、
該油圧アクチュエータと該第二の油圧ポンプとの間に配置され、該油圧アクチュエータの動作を切り換える第二の動作切換弁と、
該第二の動作切換弁を挟んで、該第二の油圧ポンプの吐出ポート側の圧力と該油圧アクチュエータの給油ポート側の圧力との差を所定の値に調整する第二の油圧調整機構と、
該駆動源の負荷が所定の値以上となった場合に、前記油圧ポンプおよび該第二の油圧ポンプの吐出量を抑制する吐出量抑制機構と、
を具備するものである。
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
請求項1においては、簡素な構成で油圧シリンダから戻ってくる作動油のエネルギーを油圧ポンプの駆動力として回収することが可能である。
また、油圧ポンプから圧送される作動油により作動する油圧シリンダを、負荷の大きさに関わらず略一定の速度で作動させることが可能である。
また、油圧ポンプから圧送される作動油により作動する油圧シリンダを、負荷の大きさに関わらず略一定の速度で作動させることが可能である。
請求項2においては、油圧シリンダが片側ロッド式の油圧シリンダであっても、油圧回路における作動油の分布の不均衡を解消することが可能である。
請求項3においては、第二の油圧ポンプから圧送される作動油により作動する油圧アクチュエータを、負荷の大きさに関わらず略一定の速度で作動させることが可能であるとともに、駆動源の過負荷を防止することが可能である。
以下では、図1および図2を用いて本発明に係る油圧回路を具備する掘削作業車の実施例であるバックホー1の全体構成について説明する。
なお、本発明に係る油圧回路は、油圧シリンダその他の油圧アクチュエータに広く適用可能であって、その適用範囲が本実施例の如き掘削作業車に限定されるものではない。
なお、本発明に係る油圧回路は、油圧シリンダその他の油圧アクチュエータに広く適用可能であって、その適用範囲が本実施例の如き掘削作業車に限定されるものではない。
図1に示す如く、バックホー1は、主にクローラ式走行装置2、旋回フレーム3、キャビン4、作業機5等を具備している。
クローラ式走行装置2は、バックホー1の下部構造体を成す部材であり、左右一対のクローラ11・11(図1では機体左側のクローラ11のみ図示)が設けられている。
また、本実施例のクローラ式走行装置2の前部には、排土板12、および、該排土板12を上下方向に回動させるための油圧シリンダである排土板シリンダ13(図2に図示)、が設けられている。
また、本実施例のクローラ式走行装置2の前部には、排土板12、および、該排土板12を上下方向に回動させるための油圧シリンダである排土板シリンダ13(図2に図示)、が設けられている。
旋回フレーム3は、バックホー1の上部構造体を成す部材であり、旋回ベアリング14を介してクローラ式走行装置2の上部に旋回可能に取り付けられる。
旋回フレーム3には駆動源たるエンジン15(図2に図示)その他の部材が収容されるとともに、キャビン4および作業機5が設けられる。
旋回フレーム3には駆動源たるエンジン15(図2に図示)その他の部材が収容されるとともに、キャビン4および作業機5が設けられる。
キャビン4は旋回フレーム3の上部に設けられる。キャビン4はバックホー1の操作を行う作業者を風雨や直射日光から保護するものであり、その内部には作業者が着座する座席や、バックホー1の種々の操作に係るレバー群(図示せず)が設けられる。
作業機5は、主にバケット16、アーム17、ブーム18、ブームブラケット19、バケットシリンダ20、アームシリンダ21、ブームシリンダ22等を具備し、バックホー1の旋回フレーム3の前部に設けられる。
バケット16は作業機5の先端部を成す掘削作業用のアタッチメントであり、その基部がアーム17の先端部に回動可能に枢着される。
アーム17は作業機5の構造体を成す棒状の部材であり、その基部がブーム18の先端部に回動可能に枢着される。
ブーム18は作業機5の構造体を成す部材であり、ブーム18は中途部で機体前方に屈曲した形状を成し、その基部はブームブラケット19に回動可能に枢着される。
ブームブラケット19は作業機5の基部を成す部材であり、その後端部が旋回フレーム3の前端部に回動可能に枢着される。
また、図示せぬスイングシリンダのロッド端部がブームブラケット19の右側部に回動可能に枢着され、シリンダ側端部が旋回フレーム3に回動可能に枢着される。該スイングシリンダは、作業機5を旋回フレーム3に対して左右に回動させるための油圧シリンダである。
また、図示せぬスイングシリンダのロッド端部がブームブラケット19の右側部に回動可能に枢着され、シリンダ側端部が旋回フレーム3に回動可能に枢着される。該スイングシリンダは、作業機5を旋回フレーム3に対して左右に回動させるための油圧シリンダである。
バケットシリンダ20は、バケット16をアーム17に対して回動させるための油圧シリンダである。
バケットシリンダ20のシリンダ端部は、アーム17の基部に設けられたブラケット17aに回動可能に枢着される。また、バケットシリンダ20のロッド端部は、リンク23およびロッド24を介してバケット16に回動可能に枢着される。
バケットシリンダ20のシリンダ端部は、アーム17の基部に設けられたブラケット17aに回動可能に枢着される。また、バケットシリンダ20のロッド端部は、リンク23およびロッド24を介してバケット16に回動可能に枢着される。
アームシリンダ21は、アーム17をブーム18に対して回動させるための油圧シリンダである。
アームシリンダ21のシリンダ端部は、ブーム18の中途部かつキャビン4に対向する面に設けられたブラケット18aに回動可能に枢着される。また、アームシリンダ21のロッド端部は、ブラケット17aに回動可能に枢着される。
アームシリンダ21のシリンダ端部は、ブーム18の中途部かつキャビン4に対向する面に設けられたブラケット18aに回動可能に枢着される。また、アームシリンダ21のロッド端部は、ブラケット17aに回動可能に枢着される。
ブームシリンダ22は、ブーム18を旋回フレーム3(より厳密には、ブームブラケット19)に対して回動させるための油圧シリンダである。
ブームシリンダ22のシリンダ端部は、ブームブラケット19の前端部に回動可能に枢着される。また、ブームシリンダ22のロッド端部は、ブーム18の中途部かつ前記ブラケット18aが設けられた面の反対側の面等に設けられたブラケット18bに回動可能に枢着される。
ブームシリンダ22のシリンダ端部は、ブームブラケット19の前端部に回動可能に枢着される。また、ブームシリンダ22のロッド端部は、ブーム18の中途部かつ前記ブラケット18aが設けられた面の反対側の面等に設けられたブラケット18bに回動可能に枢着される。
以下では、図2を用いて本発明に係る油圧回路の実施例である油圧回路100の構成について説明する。
油圧回路100は、図1に示すバックホー1に具備される油圧回路であり、図2に示す如く、主にブームシリンダ22、油圧ポンプ31、動作切換弁32、送り配管33、配管34、配管35、回生配管36、油圧調整機構37、オイル補給回路47、連通機構55、等を具備する。
ブームシリンダ22は、前述の如くブーム18を旋回フレーム3(より厳密には、ブームブラケット19)に対して回動させるための油圧シリンダである。
本発明のロードセンシング機能を備える回生可能な油圧回路について、ブームシリンダ22を用いて説明する。
ブームシリンダ22は内部に空間が形成されたシリンダと、該シリンダの一端からシリンダの内部に挿入されたシリンダロッドと、該シリンダロッドの一端に固設され、シリンダ内部に配置されるピストンと、を具備する。
該シリンダの内部の空間は、シリンダロッドの一端に設けられ、シリンダの内周面に気密的かつ摺動可能に当接するピストンによりボトム室とロッド室の二つに区画される。
ここで、ボトム室はシリンダの基部、すなわち、シリンダロッドが突出していない方の端部側の空間であり、ロッド室はシリンダの先端部、すなわち、シリンダロッドが突出している方の端部側の空間を指す。
本発明のロードセンシング機能を備える回生可能な油圧回路について、ブームシリンダ22を用いて説明する。
ブームシリンダ22は内部に空間が形成されたシリンダと、該シリンダの一端からシリンダの内部に挿入されたシリンダロッドと、該シリンダロッドの一端に固設され、シリンダ内部に配置されるピストンと、を具備する。
該シリンダの内部の空間は、シリンダロッドの一端に設けられ、シリンダの内周面に気密的かつ摺動可能に当接するピストンによりボトム室とロッド室の二つに区画される。
ここで、ボトム室はシリンダの基部、すなわち、シリンダロッドが突出していない方の端部側の空間であり、ロッド室はシリンダの先端部、すなわち、シリンダロッドが突出している方の端部側の空間を指す。
ブームシリンダ22のシリンダの外周面には、それぞれ、ボトム室と外部とを連通する開口部であるシリンダポート22a、およびロッド室と外部とを連通する開口部であるシリンダポート22bが設けられる。
ここで、ブームシリンダ22が伸長する場合には、ボトム室に作動油が供給され、ロッド室から作動油が排出されるので、ボトム室側のシリンダポート22aが給油ポート、ロッド室側のシリンダポート22bが排油ポートとなる。
また、ブームシリンダ22が収縮する場合には、ロッド室に作動油が供給され、ボトム室から作動油が排出されるので、ロッド室側のシリンダポート22bが給油ポート、ボトム室側のシリンダポート22aが排油ポートとなる。
ここで、ブームシリンダ22が伸長する場合には、ボトム室に作動油が供給され、ロッド室から作動油が排出されるので、ボトム室側のシリンダポート22aが給油ポート、ロッド室側のシリンダポート22bが排油ポートとなる。
また、ブームシリンダ22が収縮する場合には、ロッド室に作動油が供給され、ボトム室から作動油が排出されるので、ロッド室側のシリンダポート22bが給油ポート、ボトム室側のシリンダポート22aが排油ポートとなる。
なお、本実施例のブームシリンダ22は、シリンダの一端からロッドが突出している形式の油圧シリンダ、すなわち「片側ロッド式の油圧シリンダ」であるが、本発明の油圧回路はシリンダの両端からロッドが突出している形式の油圧シリンダ、すなわち「両側ロッド式の油圧シリンダ」に対しても適用可能である。
油圧ポンプ31はブームシリンダ22に作動油を圧送するものである。油圧ポンプ31は駆動源たるエンジン15により駆動される。
本実施例の油圧ポンプ31には、作動油を吐出する開口部である吐出ポート31aと、作動油を吸入する開口部である吸入ポート31bとが設けられる。
また、油圧ポンプ31はいわゆる斜板式のアキシャルピストンポンプであり、ケースに揺動可能に取り付けられた斜板31cの板面と回転軸15aの軸線方向との成す角度を変更することにより、回転軸15aを一回転させたときの作動油の吐出量、ひいては単位時間当たりの作動油の吐出量を変更することができる。
なお、本出願における「駆動源」は、電気式のモータ等、油圧ポンプ31を駆動可能であればエンジン以外の他の構成としても良い。
また、本実施例の油圧ポンプ31はアキシャルピストンポンプであるが、回転軸15aを一回転させたときの作動油の吐出量を変更可能とする可変容量型のポンプであれば他の構成でも良い。
本実施例の油圧ポンプ31には、作動油を吐出する開口部である吐出ポート31aと、作動油を吸入する開口部である吸入ポート31bとが設けられる。
また、油圧ポンプ31はいわゆる斜板式のアキシャルピストンポンプであり、ケースに揺動可能に取り付けられた斜板31cの板面と回転軸15aの軸線方向との成す角度を変更することにより、回転軸15aを一回転させたときの作動油の吐出量、ひいては単位時間当たりの作動油の吐出量を変更することができる。
なお、本出願における「駆動源」は、電気式のモータ等、油圧ポンプ31を駆動可能であればエンジン以外の他の構成としても良い。
また、本実施例の油圧ポンプ31はアキシャルピストンポンプであるが、回転軸15aを一回転させたときの作動油の吐出量を変更可能とする可変容量型のポンプであれば他の構成でも良い。
動作切換弁32は、ブームシリンダ22と油圧ポンプ31との間に配置され、油圧ポンプ31からブームシリンダ22に圧送される作動油の流路を切り換えることにより、ブームシリンダ22の動作を切り換える切換弁である。
本実施例の動作切換弁32は、一次側のポート32a・32bと二次側のポート32c・32dの計4つのポートを具備し、内部に設けられたスプールを摺動させることにより動作切換弁32の内部を通過する作動油の流路を変更して、(A)ポート32aとポート32bとを連通し、ポート32cおよびポート32dを閉塞した「中立状態」と、(B)ポート32aとポート32cとを連通し、ポート32bとポート32dとを連通した「シリンダ伸長状態」と、(C)ポート32aとポート32dとを連通し、ポート32bとポート32cとを連通した「シリンダ収縮状態」と、を切り換えることが可能である。
送り配管33は、油圧ポンプ31の吐出ポート31aと、動作切換弁32のポート32aと、を接続する配管である。油圧ポンプ31から圧送される作動油は、送り配管33を経て動作切換弁32に供給される。
配管34は、動作切換弁32のポート32cと、ブームシリンダ22のボトム室側のシリンダポート22aと、を接続する配管である。
配管35は、動作切換弁32のポート32dと、ブームシリンダ22のロッド室側のシリンダポート22bと、を接続する配管である。
回生配管36は、ブームシリンダ22の排油ポートから動作切換弁32に戻された作動油を油圧ポンプ31に供給する配管である。
配管34は、動作切換弁32のポート32cと、ブームシリンダ22のボトム室側のシリンダポート22aと、を接続する配管である。
配管35は、動作切換弁32のポート32dと、ブームシリンダ22のロッド室側のシリンダポート22bと、を接続する配管である。
回生配管36は、ブームシリンダ22の排油ポートから動作切換弁32に戻された作動油を油圧ポンプ31に供給する配管である。
動作切換弁32が(A)の「中立状態」のとき、ポート32aとポート32bとが連通され、油圧ポンプ31から圧送される作動油は、送り配管33、動作切換弁32、回生配管36を経て油圧ポンプ31に供給される。
また、ポート32cおよびポート32dは閉塞され、ブームシリンダ22のボトム室およびロッド室に充填された作動油は閉じ込められる。
結果として、ブームシリンダ22のシリンダロッドがシリンダに対して所定の突出量で固定され、ブームシリンダ22が所定の長さで保持される。
また、ポート32cおよびポート32dは閉塞され、ブームシリンダ22のボトム室およびロッド室に充填された作動油は閉じ込められる。
結果として、ブームシリンダ22のシリンダロッドがシリンダに対して所定の突出量で固定され、ブームシリンダ22が所定の長さで保持される。
動作切換弁32が(B)の「シリンダ伸長状態」のとき、ポート32aとポート32cとが連通され、油圧ポンプ31から圧送される作動油は、送り配管33、動作切換弁32、配管34を経てブームシリンダ22のボトム室に供給される。
また、ポート32bとポート32dとが連通され、ブームシリンダ22のロッド室に充填されている作動油は、配管35、動作切換弁32、回生配管36を経て油圧ポンプ31に供給される。
結果として、ブームシリンダ22のシリンダロッドがシリンダから突出し、ブームシリンダ22は伸長する。
また、ポート32bとポート32dとが連通され、ブームシリンダ22のロッド室に充填されている作動油は、配管35、動作切換弁32、回生配管36を経て油圧ポンプ31に供給される。
結果として、ブームシリンダ22のシリンダロッドがシリンダから突出し、ブームシリンダ22は伸長する。
動作切換弁32が(C)の「シリンダ収縮状態」のとき、ポート32aとポート32dとが連通され、油圧ポンプ31から圧送される作動油は、送り配管33、動作切換弁32、配管35を経てブームシリンダ22のロッド室に供給される。
また、ポート32bとポート32cとが連通され、ブームシリンダ22のボトム室に充填されている作動油は、配管34、動作切換弁32、回生配管36を経て油圧ポンプ31に供給される。
結果として、ブームシリンダ22のシリンダロッドがシリンダに没入し、ブームシリンダ22は収縮する。
また、ポート32bとポート32cとが連通され、ブームシリンダ22のボトム室に充填されている作動油は、配管34、動作切換弁32、回生配管36を経て油圧ポンプ31に供給される。
結果として、ブームシリンダ22のシリンダロッドがシリンダに没入し、ブームシリンダ22は収縮する。
以下では、図2を用いて油圧調整機構37の構成について説明する。
油圧調整機構37は、動作切換弁32を挟んで、油圧ポンプ31の吐出ポート31a側の圧力P1と、ブームシリンダ22の給油ポート側の圧力P2と、の差ΔPを所定の値に調整するものである。
本実施例の油圧調整機構37は、油圧調整弁38、配管39、パイロット配管40、パイロット配管41、調整シリンダ42、配管43、戻り配管44、戻り配管45等を具備する。
油圧調整機構37は、動作切換弁32を挟んで、油圧ポンプ31の吐出ポート31a側の圧力P1と、ブームシリンダ22の給油ポート側の圧力P2と、の差ΔPを所定の値に調整するものである。
本実施例の油圧調整機構37は、油圧調整弁38、配管39、パイロット配管40、パイロット配管41、調整シリンダ42、配管43、戻り配管44、戻り配管45等を具備する。
油圧調整弁38は、動作切換弁32を挟んで、油圧ポンプ31の吐出ポート31a側の圧力(換言すれば、送り配管33の圧力)と、ブームシリンダ22の給油ポート側の圧力(換言すれば、ブームシリンダ22の伸長時における配管34、または、ブームシリンダ22の収縮時における配管35)と、の差に基づいて内部を通過する作動油の流路を切り換えるパイロット式の切換弁である。
本実施例の油圧調整弁38は3つのポート38a・38b・38cを具備し、内部に設けられたスプールを摺動させることにより油圧調整弁38の内部の作動油の流路を変更して、(a)ポート38aとポート38bとを連通し、ポート38cを閉塞する「状態A」と、(b)ポート38aとポート38cとを連通し、ポート38bを閉塞する「状態B」と、を切り換えることが可能である。
また、油圧調整弁38のスプールの両端には、それぞれパイロット配管40、パイロット配管41が接続される。
また、油圧調整弁38のスプールの両端には、それぞれパイロット配管40、パイロット配管41が接続される。
配管39は、油圧調整弁38のポート38bと、送り配管33の中途部と、を接続する配管である。
パイロット配管40は、油圧調整弁38のスプール操作部の一端と、送り配管33の中途部と、を接続する配管である。
従って、パイロット配管40の圧力(より厳密には、パイロット配管40内の作動油の圧力)は、送り配管33の圧力、ひいては油圧ポンプ31の吐出ポート31a側の圧力P1と略同じである。
従って、パイロット配管40の圧力(より厳密には、パイロット配管40内の作動油の圧力)は、送り配管33の圧力、ひいては油圧ポンプ31の吐出ポート31a側の圧力P1と略同じである。
パイロット配管41は、油圧調整弁38のスプール操作部の他端と、動作切換弁32の内部においてポート32aと他のポート(ポート32b、ポート32cまたはポート32d)とを連通する経路の中途部と、を接続する配管である。
従って、パイロット配管41の圧力(より厳密には、パイロット配管41内の作動油の圧力)は、動作切換弁32が(B)のシリンダ伸長状態にあるときは、配管34の圧力、(C)のシリンダ収縮状態にあるときは、配管35の圧力、ひいてはブームシリンダ22の給油ポート側の圧力P2と略同じである。
また、パイロット配管41の圧力は、動作切換弁32が(A)の中立状態にあるときは、回生配管36の圧力、ひいては油圧ポンプ31の吸入ポート31b側の圧力と略同じである。
従って、パイロット配管41の圧力(より厳密には、パイロット配管41内の作動油の圧力)は、動作切換弁32が(B)のシリンダ伸長状態にあるときは、配管34の圧力、(C)のシリンダ収縮状態にあるときは、配管35の圧力、ひいてはブームシリンダ22の給油ポート側の圧力P2と略同じである。
また、パイロット配管41の圧力は、動作切換弁32が(A)の中立状態にあるときは、回生配管36の圧力、ひいては油圧ポンプ31の吸入ポート31b側の圧力と略同じである。
調整シリンダ42は単動式の油圧シリンダであり、バネ42aによりシリンダロッド42bがシリンダに挿入する方向に付勢される。調整シリンダ42のシリンダの外周面には、ボトム室と外部とを連通する開口部であるシリンダポート42cが設けられる。
シリンダロッド42bの先端部は、油圧ポンプ31の斜板31cと接続され、調整シリンダ42の伸長・収縮により油圧ポンプ31の斜板31cの板面と回転軸15aの軸線方向との成す角度が変化する。
シリンダロッド42bの先端部は、油圧ポンプ31の斜板31cと接続され、調整シリンダ42の伸長・収縮により油圧ポンプ31の斜板31cの板面と回転軸15aの軸線方向との成す角度が変化する。
配管43は、油圧調整弁38のポート38aと、調整シリンダ42のシリンダポート42cとを接続する配管である。
戻り配管44は、油圧調整弁38のポート38cと、戻り配管45の中途部とを接続する配管である。
戻り配管45は、その一端が後述する動作切換弁ユニット132に接続され、他端が作動油タンク46の内部に配置される配管である。作動油タンク46は作動油を貯溜する容器である。
以下では、図2を用いて油圧調整機構37の動作について説明する。
油圧調整弁38の内部に設けられたスプール操作部の一端にはパイロット配管40が接続され、スプール操作部の他端にはパイロット配管41が接続されており、パイロット配管40およびパイロット配管41の圧力差に基づいて該スプールが摺動する。また、バネ38dは、該スプールを、パイロット配管41の圧力によりスプールが摺動する方向と同じ方向に付勢している。
油圧調整弁38の内部に設けられたスプール操作部の一端にはパイロット配管40が接続され、スプール操作部の他端にはパイロット配管41が接続されており、パイロット配管40およびパイロット配管41の圧力差に基づいて該スプールが摺動する。また、バネ38dは、該スプールを、パイロット配管41の圧力によりスプールが摺動する方向と同じ方向に付勢している。
油圧ポンプ31の吐出ポート31a側の圧力P1と、ブームシリンダ22の給油ポート側の圧力P2との差ΔP(=P1−P2)が、「所定の値」よりも大きくなると、パイロット配管40の圧力によりスプールを押す力が、バネ38dおよびパイロット配管41の圧力によりスプールを押す力よりも大きくなる。そして、油圧調整弁38の内部に設けられたスプールは(a)の「状態A」となる方向に摺動する。
油圧ポンプ31の吐出ポート31a側の圧力P1と、ブームシリンダ22の給油ポート側の圧力P2との差ΔP(=P1−P2)が、「所定の値」よりも小さくなると、パイロット配管40の圧力によりスプールを押す力が、バネ38dおよびパイロット配管41の圧力によりスプールを押す力よりも小さくなる。そして、油圧調整弁38の内部に設けられたスプールは(b)の「状態B」となる方向に摺動する。
このように、バネ38dによりスプールを押す力は、上記「所定の値」に対応する。
従って、該バネ38dのバネ定数を調整することにより、「所定の値」を調整することが可能である。
従って、該バネ38dのバネ定数を調整することにより、「所定の値」を調整することが可能である。
油圧調整弁38が(a)の「状態A」のとき、ポート38aとポート38bとが連通され、送り配管33内の作動油の一部が、配管39、油圧調整弁38、配管43を経て調整シリンダ42のボトム室に供給される。
その結果、調整シリンダ42は伸長し、油圧ポンプ31の斜板31cは、その板面が回転軸15aの軸線方向に対して直交する方向、すなわち油圧ポンプ31の単位時間当たりの作動油の吐出量を小さくする方向、に回動する。
そして、油圧ポンプ31の単位時間当たりの作動油の吐出量を小さくすると、油圧ポンプ31の吐出ポート31a側の圧力P1とブームシリンダ22の給油ポート側の圧力P2との差ΔPは小さくなる。
その結果、調整シリンダ42は伸長し、油圧ポンプ31の斜板31cは、その板面が回転軸15aの軸線方向に対して直交する方向、すなわち油圧ポンプ31の単位時間当たりの作動油の吐出量を小さくする方向、に回動する。
そして、油圧ポンプ31の単位時間当たりの作動油の吐出量を小さくすると、油圧ポンプ31の吐出ポート31a側の圧力P1とブームシリンダ22の給油ポート側の圧力P2との差ΔPは小さくなる。
油圧調整弁38が(b)の「状態B」のとき、ポート38aとポート38cとが連通され、調整シリンダ42のボトム室に充填された作動油が、配管43、油圧調整弁38、戻り配管44、戻り配管45を経て作動油タンク46に戻される。
その結果、調整シリンダ42は収縮し、油圧ポンプ31の斜板31cは、その板面が回転軸15aの軸線方向に対して平行となる方向、すなわち油圧ポンプ31の単位時間当たりの作動油の吐出量を大きくする方向、に回動する。
そして、油圧ポンプ31の単位時間当たりの作動油の吐出量を大きくすると、油圧ポンプ31の吐出ポート31a側の圧力P1とブームシリンダ22の給油ポート側の圧力P2との差ΔPは大きくなる。
その結果、調整シリンダ42は収縮し、油圧ポンプ31の斜板31cは、その板面が回転軸15aの軸線方向に対して平行となる方向、すなわち油圧ポンプ31の単位時間当たりの作動油の吐出量を大きくする方向、に回動する。
そして、油圧ポンプ31の単位時間当たりの作動油の吐出量を大きくすると、油圧ポンプ31の吐出ポート31a側の圧力P1とブームシリンダ22の給油ポート側の圧力P2との差ΔPは大きくなる。
以上の如く油圧調整機構37が動作することにより、油圧ポンプ31の吐出ポート31a側の圧力P1とブームシリンダ22の給油ポート側の圧力P2との差ΔPは、所定の値に調整される。
ブームシリンダ22の伸長または収縮の速度は、ブームシリンダ22のボトム室またはロッド室に供給される作動油の流量Qに比例する。そして、作動油の圧送経路(本実施例の場合、油圧ポンプ31から動作切換弁32を経てブームシリンダ22のボトム室またはロッド室までの経路)の中途部にいわゆる「絞り」が設けられ、該絞りの上流側と下流側で圧力の差ΔPが生じているときは、以下の式(1)が成立する。
Q=α×A×(ΔP/ρ)0.5 式(1)
ここで、αは係数、Aは「絞り」部分の断面積、ρは作動油の密度である。
上記式(1)のうち、αは油圧回路100に固有の定数であり、ρは使用される作動油の種類に固有の定数である。
Q=α×A×(ΔP/ρ)0.5 式(1)
ここで、αは係数、Aは「絞り」部分の断面積、ρは作動油の密度である。
上記式(1)のうち、αは油圧回路100に固有の定数であり、ρは使用される作動油の種類に固有の定数である。
なお、油圧調整機構37の構成は本実施例に限定されるものではなく、動作切換弁32を挟んで、油圧ポンプ31の吐出ポート31a側の圧力P1と、ブームシリンダ22の給油ポート側の圧力P2と、の差ΔPを所定の値に調整可能であれば、別の構成でも良い。
以下では、図2を用いてオイル補給回路47の構成について説明する。
オイル補給回路47は、油圧回路100の内部を循環する作動油の不足分を補給するものである。
オイル補給回路47は、油圧回路100の内部を循環する作動油の不足分を補給するものである。
図2に示す如く、オイル補給回路47は主に油圧ポンプ48、吸入配管49、配管50、配管51、配管52、チェック弁53、チェック弁54等を具備する。
油圧ポンプ48はオイル補給回路47内の作動油を圧送するものである。油圧ポンプ48は駆動源たるエンジン15により駆動される。
油圧ポンプ48には、作動油を吐出する開口部である吐出ポート48aと、作動油を吸入する開口部である吸入ポート48bとが設けられる。
油圧ポンプ48には、作動油を吐出する開口部である吐出ポート48aと、作動油を吸入する開口部である吸入ポート48bとが設けられる。
吸入配管49は、その一端が油圧ポンプ48の吸入ポート48bに接続され、他端が作動油タンク46の内部に配置される配管である。
配管50は、その一端が油圧ポンプ48の吐出ポート48aに接続され、他端が配管51の一端および配管52の一端に接続される配管である。
配管51は、その一端が配管50の他端に接続され、他端が配管34の中途部に接続される配管である。
配管52は、その一端が配管50の他端に接続され、他端が配管35の中途部に接続される配管である。
チェック弁53は、配管51の中途部に設けられ、チェック弁53を挟んで油圧ポンプ48の吐出ポート48a側の圧力がブームシリンダ22のシリンダポート22a側の圧力より高い場合のみ開く弁である。
チェック弁54は、配管52の中途部に設けられ、チェック弁54を挟んで油圧ポンプ48の吐出ポート48a側の圧力がブームシリンダ22のシリンダポート22b側の圧力より高い場合のみ開く弁である。
以下では、図2を用いてオイル補給回路47の動作について説明する。
油圧回路100の内部を循環する作動油が不足すると、通常はブームシリンダ22のシリンダポート22a側の圧力またはシリンダポート22b側の圧力(配管34の圧力または配管35の圧力)が低くなる。
一方、チェック弁53・54を挟んで油圧ポンプ48の吐出ポート48a側の圧力は、油圧ポンプ48が作動油を圧送することにより所定の値に保持される(実際には、配管50の中途部に所定の圧力で開くリリーフ弁と、該リリーフ弁から排出された作動油を作動油タンク46に戻す配管を設けている)。
油圧回路100の内部を循環する作動油が不足すると、通常はブームシリンダ22のシリンダポート22a側の圧力またはシリンダポート22b側の圧力(配管34の圧力または配管35の圧力)が低くなる。
一方、チェック弁53・54を挟んで油圧ポンプ48の吐出ポート48a側の圧力は、油圧ポンプ48が作動油を圧送することにより所定の値に保持される(実際には、配管50の中途部に所定の圧力で開くリリーフ弁と、該リリーフ弁から排出された作動油を作動油タンク46に戻す配管を設けている)。
従って、ブームシリンダ22のシリンダポート22a側の圧力が該所定の値以下になると、チェック弁53が開き、作動油タンク46に貯溜された作動油が、吸入配管49、油圧ポンプ48、配管50、配管51を経て配管34に補給される。
同様に、ブームシリンダ22のシリンダポート22b側の圧力が該所定の値以下になると、チェック弁54が開き、作動油タンク46に貯溜された作動油が、吸入配管49、油圧ポンプ48、配管50、配管52を経て配管35に補給される。
なお、油圧回路100の内部を循環する作動油が不足する状況が起こる理由としては、ブームシリンダ22が片側ロッド式の油圧シリンダであるために、シリンダロッドの摺動量が同じでも、シリンダポート22aを通過する作動油の量とシリンダポート22bを通過する作動油の量と、が異なるためである。
なお、オイル補給回路47の構成は本実施例に限定されるものではなく、油圧回路100の内部を循環する作動油の不足分を補給可能であれば、別の構成でも良い。
以下では、図2を用いて連通機構55の構成について説明する。
連通機構55は、ブームシリンダ22と動作切換弁32との間に配置され、該ボトム室および該ロッド室のうち圧力が低い方と、オイル排出配管56と、を連通するものである。ここで、オイル排出配管56は、その一端が連通機構55と接続され、他端が作動油タンク46の内部に配置される配管である。
連通機構55は、主に、連通切換弁57、配管58、配管59、パイロット配管60、パイロット配管61等を具備する。
連通機構55は、ブームシリンダ22と動作切換弁32との間に配置され、該ボトム室および該ロッド室のうち圧力が低い方と、オイル排出配管56と、を連通するものである。ここで、オイル排出配管56は、その一端が連通機構55と接続され、他端が作動油タンク46の内部に配置される配管である。
連通機構55は、主に、連通切換弁57、配管58、配管59、パイロット配管60、パイロット配管61等を具備する。
連通切換弁57は、ブームシリンダ22のボトム室の圧力とロッド室の圧力とに基づいて、内部の作動油の流路を切り換えるパイロット式の切換弁である。
本実施例の連通切換弁57は3つのポート57a・57b・57cを具備し、内部に設けられたスプールを摺動させることにより連通切換弁57内部の作動油の流路を変更して、(α)ポート57a・57b・57cをいずれも閉塞する「閉塞状態」と、(β)ポート57aとポート57bとを連通し、ポート57cを閉塞する「ボトム室開放状態」と、(γ)ポート57aとポート57cとを連通し、ポート57bを閉塞する「ロッド室開放状態」と、を切り換えることが可能である。
連通切換弁57のスプールの両端にはそれぞれパイロット配管60、パイロット配管61が接続される。
連通切換弁57のスプールの両端にはそれぞれパイロット配管60、パイロット配管61が接続される。
配管58は、ポート57bと、配管34の中途部と、を接続する配管である。また、配管59は、ポート57cと、配管35の中途部と、を接続する配管である。
パイロット配管60は連通切換弁57のスプール操作部の一端と、配管34とを接続する配管である。
従って、パイロット配管60の圧力は、配管34の圧力、ひいてはブームシリンダ22のボトム室の圧力と略同じである。
従って、パイロット配管60の圧力は、配管34の圧力、ひいてはブームシリンダ22のボトム室の圧力と略同じである。
パイロット配管61は連通切換弁57のスプール操作部の他端と、配管35とを接続する配管である。
従って、パイロット配管61の圧力は、配管35の圧力、ひいてはブームシリンダ22のロッド室の圧力と略同じである。
従って、パイロット配管61の圧力は、配管35の圧力、ひいてはブームシリンダ22のロッド室の圧力と略同じである。
ブームシリンダ22のボトム室の圧力とロッド室の圧力とが略同じのとき、連通切換弁57は(α)の閉塞状態となる。
本実施例において、ブームシリンダ22のボトム室の圧力とロッド室の圧力とが略同じ状態が起こるケースとしては、作業機5に負荷がかかっておらず、ブームシリンダ22が停止している状態が挙げられる。
本実施例において、ブームシリンダ22のボトム室の圧力とロッド室の圧力とが略同じ状態が起こるケースとしては、作業機5に負荷がかかっておらず、ブームシリンダ22が停止している状態が挙げられる。
ブームシリンダ22のボトム室の圧力がロッド室の圧力よりも低いときは、連通切換弁57は(β)のボトム室開放状態となり、ブームシリンダ22のボトム室に充填されている作動油は、配管34、配管58、連通切換弁57、オイル排出配管56を経て作動油タンク46に戻される。
このブームシリンダ22のボトム室の圧力がロッド室の圧力よりも低い状態が起こるケースとしては、例えば、通常の掘削作業において、バケット16で溝を掘り起こしたり、山を崩したりするときにブームシリンダ22を収縮させる場合であり、図7に示すように切り換えられて、ボトム室に充填されている作動油は、連通切換弁57やオイル排出配管56を経て作動油タンク46に戻される。
または、図3に示すように、段差から降ろすときや、メンテナンス作業するためにバケットを側方へ回転させて片側のクローラを持ち上げた状態から降ろす場合において、ブームシリンダ22を伸長させる場合があり、この場合図8に示すように、ロッド側室から排出される作動油量よりもボトム側室に入る量が多くなるため、配管50、チェックバルブ53、配管51、配管34を介してボトム室に不足分が補給される。
このブームシリンダ22のボトム室の圧力がロッド室の圧力よりも低い状態が起こるケースとしては、例えば、通常の掘削作業において、バケット16で溝を掘り起こしたり、山を崩したりするときにブームシリンダ22を収縮させる場合であり、図7に示すように切り換えられて、ボトム室に充填されている作動油は、連通切換弁57やオイル排出配管56を経て作動油タンク46に戻される。
または、図3に示すように、段差から降ろすときや、メンテナンス作業するためにバケットを側方へ回転させて片側のクローラを持ち上げた状態から降ろす場合において、ブームシリンダ22を伸長させる場合があり、この場合図8に示すように、ロッド側室から排出される作動油量よりもボトム側室に入る量が多くなるため、配管50、チェックバルブ53、配管51、配管34を介してボトム室に不足分が補給される。
ブームシリンダ22のロッド室の圧力がボトム室の圧力よりも低いとき、連通切換弁57は(γ)のロッド室開放状態となり、ブームシリンダ22のロッド室に充填されている作動油は、配管35、配管59、連通切換弁57、オイル排出配管56を経て作動油タンク46に戻される。
このブームシリンダ22のロッド室の圧力がボトム室の圧力よりも低くなるケースとしては、例えば、通常の掘削作業において、持ち上げるためにブームシリンダ22が伸長される場合、図9に示すように、ロッド側室から排出される作動油量だけではボトム室への流入量が不足するため、配管50、チェックバルブ54、配管52を介して配管35に不足分が補給される。
あるいは、ブーム18を下降させるためにブームシリンダ22を収縮させる場合等では、図10に示すように連通切換弁57が切り換えられて、配管35、配管59、連通切換弁57、配管56を介して余剰分が排出される。
このブームシリンダ22のロッド室の圧力がボトム室の圧力よりも低くなるケースとしては、例えば、通常の掘削作業において、持ち上げるためにブームシリンダ22が伸長される場合、図9に示すように、ロッド側室から排出される作動油量だけではボトム室への流入量が不足するため、配管50、チェックバルブ54、配管52を介して配管35に不足分が補給される。
あるいは、ブーム18を下降させるためにブームシリンダ22を収縮させる場合等では、図10に示すように連通切換弁57が切り換えられて、配管35、配管59、連通切換弁57、配管56を介して余剰分が排出される。
以上の如く連通機構55が動作することは、以下の如き効果を奏する。
すなわち、ブームシリンダ22は片側ロッド式の油圧シリンダであるため、ブームシリンダ22のシリンダロッドの摺動量が同じでも、シリンダポート22aを通過する作動油の量とシリンダポート22bを通過する作動油の量と、が異なる。一方、作動油は非圧縮性流体(流体の密度が時間、場所によらず一定な流体)であるため、油圧ポンプ31の動作中のある時刻における作動油の吐出量と吸入量は略同じである。
従って、従来の油圧回路の如く油圧シリンダから排出された作動油を一度作動油タンクに戻し、該作動油タンクから油圧ポンプが作動油を吸入する場合には特に問題とはならないが、本実施例の如く、ブームシリンダ22から排出された作動油を作動油タンクに戻さず、回生配管36により直接供給する場合には油圧回路100の内部で作動油の分布流量の不均衡が生じ、結果として、油圧回路100の内部の圧力の不均衡を増長することとなる。
本実施例の場合、油圧回路100に連通機構55を具備していることから、油圧回路100の内部を循環する作動油の一部を油圧回路100の外部に排出して、また53、54から不足分を補給することにより、油圧回路100の内部における作動油の分布流量の不均衡を解消することが可能である。
従って、従来の油圧回路の如く油圧シリンダから排出された作動油を一度作動油タンクに戻し、該作動油タンクから油圧ポンプが作動油を吸入する場合には特に問題とはならないが、本実施例の如く、ブームシリンダ22から排出された作動油を作動油タンクに戻さず、回生配管36により直接供給する場合には油圧回路100の内部で作動油の分布流量の不均衡が生じ、結果として、油圧回路100の内部の圧力の不均衡を増長することとなる。
本実施例の場合、油圧回路100に連通機構55を具備していることから、油圧回路100の内部を循環する作動油の一部を油圧回路100の外部に排出して、また53、54から不足分を補給することにより、油圧回路100の内部における作動油の分布流量の不均衡を解消することが可能である。
なお、連通機構55の構成は本実施例に限定されるものではなく、ブームシリンダ22と動作切換弁32との間に配置され、該ボトム室および該ロッド室のうち圧力が低い方と、オイル補給回路47またはオイル排出配管56と、を連通可能であれば、別の構成でも良い。
また、図11に示す如く、通常の吐出ポートと吸入ポートの他に第三のポートを具備し、吸入ポートおよび該第三のポートから吸入した作動油を合わせて吐出ポートから吐出する、または、吸入ポートから吸入した作動油を吐出ポートと第三のポートから分けて吐出することが可能な、いわゆる非対称形の油圧ポンプ231を油圧回路100に具備した場合には、連通機構55を省略することが可能である。
以上の如く、本実施例の油圧回路100は、
ブームシリンダ22と、
エンジン15により駆動され、ブームシリンダ22に作動油を圧送する油圧ポンプ31と、
ブームシリンダ22と油圧ポンプ31との間に配置され、ブームシリンダ22の動作を切り換える動作切換弁32と、
動作切換弁32を挟んで、油圧ポンプ31の吐出ポート31a側の圧力P1とブームシリンダ22の給油ポート側の圧力P2との差を所定の値に調整する油圧調整機構37と、
ブームシリンダ22の排油ポートから動作切換弁32に戻された作動油を油圧ポンプ31に供給する回生配管36と、
を具備するものである。
このように構成することにより、油圧ポンプ31には、ブームシリンダ22により「圧送された」作動油が、回生配管36を経て供給されることとなる。
この結果、油圧ポンプ31は、前記の高圧の作動油によってモータとして機能し、後述する油圧回路200の油圧アクチュエータ13、20、21、62、63、64に作動油を供給する油圧ポンプ131の駆動を一部又は全部負担する。
従って、油圧回路100及び200の油圧ポンプ31、131を同一のエンジンで駆動する場合に、油圧ポンプ31のモータ作動により、油圧ポンプ131の駆動負荷が軽減されるので、エンジンの全体的な仕事量を低減でき、燃費が改善される。
すなわち、簡素な構成でブームシリンダ22から戻ってくる作動油のエネルギー(運動エネルギー、位置エネルギー)の一部を油圧ポンプの駆動力として回収することが可能である。
また、油圧回路100は、油圧ポンプ31から圧送される作動油により作動する油圧シリンダを、負荷の大きさに関わらず略一定の速度で作動させることが可能である。
ブームシリンダ22と、
エンジン15により駆動され、ブームシリンダ22に作動油を圧送する油圧ポンプ31と、
ブームシリンダ22と油圧ポンプ31との間に配置され、ブームシリンダ22の動作を切り換える動作切換弁32と、
動作切換弁32を挟んで、油圧ポンプ31の吐出ポート31a側の圧力P1とブームシリンダ22の給油ポート側の圧力P2との差を所定の値に調整する油圧調整機構37と、
ブームシリンダ22の排油ポートから動作切換弁32に戻された作動油を油圧ポンプ31に供給する回生配管36と、
を具備するものである。
このように構成することにより、油圧ポンプ31には、ブームシリンダ22により「圧送された」作動油が、回生配管36を経て供給されることとなる。
この結果、油圧ポンプ31は、前記の高圧の作動油によってモータとして機能し、後述する油圧回路200の油圧アクチュエータ13、20、21、62、63、64に作動油を供給する油圧ポンプ131の駆動を一部又は全部負担する。
従って、油圧回路100及び200の油圧ポンプ31、131を同一のエンジンで駆動する場合に、油圧ポンプ31のモータ作動により、油圧ポンプ131の駆動負荷が軽減されるので、エンジンの全体的な仕事量を低減でき、燃費が改善される。
すなわち、簡素な構成でブームシリンダ22から戻ってくる作動油のエネルギー(運動エネルギー、位置エネルギー)の一部を油圧ポンプの駆動力として回収することが可能である。
また、油圧回路100は、油圧ポンプ31から圧送される作動油により作動する油圧シリンダを、負荷の大きさに関わらず略一定の速度で作動させることが可能である。
また、本実施例の油圧回路100は、
ブームシリンダ22が片側ロッド式の油圧シリンダであって、
ブームシリンダ22と動作切換弁32との間に配置され、該ボトム室および該ロッド室のうち圧力が低い方と、オイル排出配管56と、を連通する連通機構を具備するものである。
このように構成することにより、ブームシリンダ22が片側ロッド式の油圧シリンダであっても、油圧回路100における作動油の流量の不均衡を解消することが可能である。
ブームシリンダ22が片側ロッド式の油圧シリンダであって、
ブームシリンダ22と動作切換弁32との間に配置され、該ボトム室および該ロッド室のうち圧力が低い方と、オイル排出配管56と、を連通する連通機構を具備するものである。
このように構成することにより、ブームシリンダ22が片側ロッド式の油圧シリンダであっても、油圧回路100における作動油の流量の不均衡を解消することが可能である。
以下では、図2を用いて油圧回路200の構成について説明する。
油圧回路200は、油圧回路100と同じくバックホー1に具備される油圧回路であり、図2に示す如く、主に排土板シリンダ13、バケットシリンダ20、アームシリンダ21、旋回モータ62、左走行モータ63、右走行モータ64、油圧ポンプ131、吸入配管136a・136b、動作切換弁ユニット132、送り配管133、配管134a・134b・134c・134d・134e・134f、配管135a・135b・135c・135d・135e・135f、油圧調整機構137、吐出量抑制機構70等を具備する。
ここで、排土板シリンダ13、バケットシリンダ20、アームシリンダ21等の油圧シリンダ、および、旋回モータ62、左走行モータ63、右走行モータ64等の油圧モータは、いずれも油圧により作動するものであり、本出願における「油圧アクチュエータ」に含まれる。
油圧回路200は、油圧回路100と同じくバックホー1に具備される油圧回路であり、図2に示す如く、主に排土板シリンダ13、バケットシリンダ20、アームシリンダ21、旋回モータ62、左走行モータ63、右走行モータ64、油圧ポンプ131、吸入配管136a・136b、動作切換弁ユニット132、送り配管133、配管134a・134b・134c・134d・134e・134f、配管135a・135b・135c・135d・135e・135f、油圧調整機構137、吐出量抑制機構70等を具備する。
ここで、排土板シリンダ13、バケットシリンダ20、アームシリンダ21等の油圧シリンダ、および、旋回モータ62、左走行モータ63、右走行モータ64等の油圧モータは、いずれも油圧により作動するものであり、本出願における「油圧アクチュエータ」に含まれる。
排土板シリンダ13は、前述の如く排土板12を上下方向に回動させるための油圧シリンダである。
排土板シリンダ13のシリンダの外周面には、それぞれ、ボトム室と外部とを連通する開口部であるシリンダポート13a、およびロッド室と外部とを連通する開口部であるシリンダポート13bが設けられる。
排土板シリンダ13のシリンダの外周面には、それぞれ、ボトム室と外部とを連通する開口部であるシリンダポート13a、およびロッド室と外部とを連通する開口部であるシリンダポート13bが設けられる。
バケットシリンダ20は、前述の如くバケット16をアーム17に対して回動させるための油圧シリンダである。
バケットシリンダ20のシリンダの外周面には、それぞれ、ボトム室と外部とを連通する開口部であるシリンダポート20a、およびロッド室と外部とを連通する開口部であるシリンダポート20bが設けられる。
バケットシリンダ20のシリンダの外周面には、それぞれ、ボトム室と外部とを連通する開口部であるシリンダポート20a、およびロッド室と外部とを連通する開口部であるシリンダポート20bが設けられる。
アームシリンダ21は、前述の如くアーム17をブーム18に対して回動させるための油圧シリンダである。
アームシリンダ21のシリンダの外周面には、それぞれ、ボトム室と外部とを連通する開口部であるシリンダポート21a、およびロッド室と外部とを連通する開口部であるシリンダポート21bが設けられる。
アームシリンダ21のシリンダの外周面には、それぞれ、ボトム室と外部とを連通する開口部であるシリンダポート21a、およびロッド室と外部とを連通する開口部であるシリンダポート21bが設けられる。
旋回モータ62は、クローラ式走行装置2に対して旋回フレーム3を旋回させる油圧モータである。
旋回モータ62には二つのポート62a・62bが設けられており、いずれのポートから作動油を供給するかを変更することにより、旋回フレーム3の旋回方向を変更することが可能である。
旋回モータ62には二つのポート62a・62bが設けられており、いずれのポートから作動油を供給するかを変更することにより、旋回フレーム3の旋回方向を変更することが可能である。
左走行モータ63は、クローラ式走行装置2に設けられ、バックホー1の機体左側のクローラ11を回転駆動する油圧モータである。
左走行モータ63には二つのポート63a・63bが設けられており、いずれのポートから作動油を供給するかを変更することにより、バックホー1の機体左側のクローラ11の回転方向を変更することが可能である。
左走行モータ63には二つのポート63a・63bが設けられており、いずれのポートから作動油を供給するかを変更することにより、バックホー1の機体左側のクローラ11の回転方向を変更することが可能である。
右走行モータ64は、クローラ式走行装置2に設けられ、バックホー1の機体右側のクローラ11を回転駆動する油圧モータである。
右走行モータ64には二つのポート64a・64bが設けられており、いずれのポートから作動油を供給するかを変更することにより、バックホー1の機体右側のクローラ11の回転方向を変更することが可能である。
右走行モータ64には二つのポート64a・64bが設けられており、いずれのポートから作動油を供給するかを変更することにより、バックホー1の機体右側のクローラ11の回転方向を変更することが可能である。
油圧ポンプ131は排土板シリンダ13、バケットシリンダ20、アームシリンダ21、旋回モータ62、左走行モータ63および右走行モータ64に作動油を圧送するものである。油圧ポンプ31は駆動源たるエンジン15により駆動される。
本実施例の油圧ポンプ131には、作動油を吐出する開口部である吐出ポート131aと、作動油を吸入する開口部である吸入ポート131bとが設けられる。
また、油圧ポンプ131はいわゆる斜板式のアキシャルピストンポンプであり、ケースに揺動可能に取り付けられた斜板131cの板面と回転軸15aの軸線方向との成す角度を変更することにより、回転軸15aを一回転させたときの作動油の吐出量、ひいては単位時間当たりの作動油の吐出量を変更することができる。
なお、本実施例の油圧ポンプ131はアキシャルピストンポンプであるが、回転軸15aを一回転させたときの作動油の吐出量を変更可能する可変容量型のポンプであれば他の構成でも良い。
本実施例の油圧ポンプ131には、作動油を吐出する開口部である吐出ポート131aと、作動油を吸入する開口部である吸入ポート131bとが設けられる。
また、油圧ポンプ131はいわゆる斜板式のアキシャルピストンポンプであり、ケースに揺動可能に取り付けられた斜板131cの板面と回転軸15aの軸線方向との成す角度を変更することにより、回転軸15aを一回転させたときの作動油の吐出量、ひいては単位時間当たりの作動油の吐出量を変更することができる。
なお、本実施例の油圧ポンプ131はアキシャルピストンポンプであるが、回転軸15aを一回転させたときの作動油の吐出量を変更可能する可変容量型のポンプであれば他の構成でも良い。
吸入配管136aは、その一端が油圧ポンプ131の吸入ポート131bに接続され、他端が吸入配管136bの中途部に接続される配管である。
吸入配管136bは、その一端が後述する油圧ポンプ71の吸入ポート71bに接続され、他端が作動油タンク46の内部に配置される配管である。
吸入配管136bは、その一端が後述する油圧ポンプ71の吸入ポート71bに接続され、他端が作動油タンク46の内部に配置される配管である。
動作切換弁ユニット132は、本実施例の場合は、前記動作切換弁32と略同じ構成の動作切換弁201・202・203・204・205・206の集合体であり、それぞれ排土板シリンダ13、バケットシリンダ20、アームシリンダ21、旋回モータ62、左走行モータ63および右走行モータ64の動作を切り換える。
動作切換弁201・202・203・204・205・206の内部にそれぞれ設けられたスプールの摺動量の調整は、作業者がキャビン4の内部に設けられたレバー(図示せず)を操作することにより行われる。
動作切換弁201・202・203・204・205・206の内部にそれぞれ設けられたスプールの摺動量の調整は、作業者がキャビン4の内部に設けられたレバー(図示せず)を操作することにより行われる。
送り配管133は、その一端が油圧ポンプ131の吐出ポート131aに接続され、他端が分岐してそれぞれ動作切換弁201・202・203・204・205・206に接続される配管である。
油圧ポンプ131から圧送される作動油は、送り配管133を経て動作切換弁ユニット132を構成する動作切換弁201・202・203・204・205・206に供給される。
油圧ポンプ131から圧送される作動油は、送り配管133を経て動作切換弁ユニット132を構成する動作切換弁201・202・203・204・205・206に供給される。
配管134aは、動作切換弁201と、排土板シリンダ13のボトム室側のシリンダポート13aと、を接続する配管である。
配管135aは、動作切換弁201と、排土板シリンダ13のロッド室側のシリンダポート13bと、を接続する配管である。
配管134bは、動作切換弁202と、バケットシリンダ20のボトム室側のシリンダポート20aと、を接続する配管である。
配管135bは、動作切換弁202と、バケットシリンダ20のロッド室側のシリンダポート20bと、を接続する配管である。
配管134cは、動作切換弁203と、アームシリンダ21のボトム室側のシリンダポート21aと、を接続する配管である。
配管135cは、動作切換弁203と、アームシリンダ21のロッド室側のシリンダポート21bと、を接続する配管である。
配管134dは、動作切換弁204と、旋回モータ62の一方のポート62aと、を接続する配管である。
配管135dは、動作切換弁204と、旋回モータ62の他方のポート62bと、を接続する配管である。
配管134eは、動作切換弁205と、左走行モータ63の一方のポート63aと、を接続する配管である。
配管135eは、動作切換弁205と、左走行モータ63の他方のポート63bと、を接続する配管である。
配管134fは、動作切換弁206と、左走行モータ64の一方のポート64aと、を接続する配管である。
配管135fは、動作切換弁206と、左走行モータ64の他方のポート64bと、を接続する配管である。
配管135aは、動作切換弁201と、排土板シリンダ13のロッド室側のシリンダポート13bと、を接続する配管である。
配管134bは、動作切換弁202と、バケットシリンダ20のボトム室側のシリンダポート20aと、を接続する配管である。
配管135bは、動作切換弁202と、バケットシリンダ20のロッド室側のシリンダポート20bと、を接続する配管である。
配管134cは、動作切換弁203と、アームシリンダ21のボトム室側のシリンダポート21aと、を接続する配管である。
配管135cは、動作切換弁203と、アームシリンダ21のロッド室側のシリンダポート21bと、を接続する配管である。
配管134dは、動作切換弁204と、旋回モータ62の一方のポート62aと、を接続する配管である。
配管135dは、動作切換弁204と、旋回モータ62の他方のポート62bと、を接続する配管である。
配管134eは、動作切換弁205と、左走行モータ63の一方のポート63aと、を接続する配管である。
配管135eは、動作切換弁205と、左走行モータ63の他方のポート63bと、を接続する配管である。
配管134fは、動作切換弁206と、左走行モータ64の一方のポート64aと、を接続する配管である。
配管135fは、動作切換弁206と、左走行モータ64の他方のポート64bと、を接続する配管である。
戻り配管45は、前述の如くその一端が動作切換弁ユニット132(より厳密には、動作切換弁201・202・203・204・205・206)に接続され、他端が作動油タンク46の内部に配置される配管である。
油圧ポンプ131から圧送される作動油は、送り配管を経て動作切換弁ユニット132を構成する動作切換弁201・202・203・204・205・206にそれぞれ供給される。
以下では、動作切換弁201の状態と排土板シリンダ13の動作との関係について説明する。
動作切換弁201は「中立状態」のとき、動作切換弁201の内部で送り配管133と戻り配管45とを連通し、配管134aおよび配管135aの動作切換弁201側の端部を閉塞する。
そのため、油圧ポンプ131が作動油タンク46から吸入配管136b、吸入配管136aを経て吸入し、圧送する作動油は、送り配管133、動作切換弁201、戻り配管45を経て作動油タンク46に戻される。また、排土板シリンダ13のボトム室およびロッド室に充填された作動油は閉じ込められる。
結果として、排土板シリンダ13のシリンダロッドがシリンダに対して所定の突出量で固定され、排土板シリンダ13が所定の長さで保持される。
そのため、油圧ポンプ131が作動油タンク46から吸入配管136b、吸入配管136aを経て吸入し、圧送する作動油は、送り配管133、動作切換弁201、戻り配管45を経て作動油タンク46に戻される。また、排土板シリンダ13のボトム室およびロッド室に充填された作動油は閉じ込められる。
結果として、排土板シリンダ13のシリンダロッドがシリンダに対して所定の突出量で固定され、排土板シリンダ13が所定の長さで保持される。
動作切換弁201は「シリンダ伸長状態」のとき、動作切換弁201の内部で送り配管133と配管134aとを連通し、配管135aと戻り配管45とを連通する。
そのため、油圧ポンプ131が作動油タンク46から吸入配管136b、吸入配管136aを経て吸入し、圧送する作動油は、送り配管133、動作切換弁201、配管134aを経て排土板シリンダ13のボトム室に供給される。また、排土板シリンダ13のロッド室に充填されている作動油は、配管135a、動作切換弁201、戻り配管45を経て作動油タンク46に戻される。
結果として、排土板シリンダ13のシリンダロッドがシリンダから突出し、排土板シリンダ13は伸長する。
そのため、油圧ポンプ131が作動油タンク46から吸入配管136b、吸入配管136aを経て吸入し、圧送する作動油は、送り配管133、動作切換弁201、配管134aを経て排土板シリンダ13のボトム室に供給される。また、排土板シリンダ13のロッド室に充填されている作動油は、配管135a、動作切換弁201、戻り配管45を経て作動油タンク46に戻される。
結果として、排土板シリンダ13のシリンダロッドがシリンダから突出し、排土板シリンダ13は伸長する。
動作切換弁201は「シリンダ収縮状態」のとき、動作切換弁201の内部で送り配管133と配管135aとを連通し、配管134aと戻り配管45とを連通する。
そのため、油圧ポンプ131が作動油タンク46から吸入配管136b、吸入配管136aを経て吸入し、圧送する作動油は、送り配管133、動作切換弁201、配管135aを経て排土板シリンダ13のロッド室に供給される。また、排土板シリンダ13のボトム室に充填されている作動油は、配管134a、動作切換弁201、戻り配管45を経て作動油タンク46に戻される。
結果として、排土板シリンダ13のシリンダロッドがシリンダに没入し、排土板シリンダ13は収縮する。
そのため、油圧ポンプ131が作動油タンク46から吸入配管136b、吸入配管136aを経て吸入し、圧送する作動油は、送り配管133、動作切換弁201、配管135aを経て排土板シリンダ13のロッド室に供給される。また、排土板シリンダ13のボトム室に充填されている作動油は、配管134a、動作切換弁201、戻り配管45を経て作動油タンク46に戻される。
結果として、排土板シリンダ13のシリンダロッドがシリンダに没入し、排土板シリンダ13は収縮する。
動作切換弁202の状態とバケットシリンダ20の動作との関係、および動作切換弁203の状態とアームシリンダ21の動作との関係は、上記動作切換弁201の状態と排土板シリンダ13の動作との関係と略同じである。
以下では、動作切換弁204の状態と旋回モータ62の動作との関係について説明する。
動作切換弁204は「中立状態」のとき、動作切換弁204の内部で送り配管133と戻り配管45とを連通し、配管134dおよび配管135dの動作切換弁204側の端部を閉塞する。
そのため、油圧ポンプ131が作動油タンク46から吸入配管136b、吸入配管136aを経て吸入し、圧送する作動油は、送り配管133、動作切換弁204、戻り配管45を経て作動油タンク46に戻される。また、旋回モータ62の内部に充填された作動油は閉じ込められる。
結果として、旋回モータ62の回転軸が固定され、旋回フレーム3はクローラ式走行装置2に対して所定の旋回角度で保持される。
そのため、油圧ポンプ131が作動油タンク46から吸入配管136b、吸入配管136aを経て吸入し、圧送する作動油は、送り配管133、動作切換弁204、戻り配管45を経て作動油タンク46に戻される。また、旋回モータ62の内部に充填された作動油は閉じ込められる。
結果として、旋回モータ62の回転軸が固定され、旋回フレーム3はクローラ式走行装置2に対して所定の旋回角度で保持される。
動作切換弁204は「左旋回状態」のとき、動作切換弁204の内部で送り配管133と配管134dとを連通し、配管135dと戻り配管45とを連通する。
そのため、油圧ポンプ131が作動油タンク46から吸入配管136b、吸入配管136aを経て吸入し、圧送する作動油は、送り配管133、動作切換弁204、配管134dを経てポート62aから旋回モータ62に供給される。また、ポート62bから旋回モータ62の外部に排出される作動油は、配管135d、動作切換弁204、戻り配管45を経て作動油タンク46に戻される。
結果として、旋回モータ62は、旋回フレーム3をクローラ式走行装置2に対して左旋回(平面視で反時計回りに回転)させる。
そのため、油圧ポンプ131が作動油タンク46から吸入配管136b、吸入配管136aを経て吸入し、圧送する作動油は、送り配管133、動作切換弁204、配管134dを経てポート62aから旋回モータ62に供給される。また、ポート62bから旋回モータ62の外部に排出される作動油は、配管135d、動作切換弁204、戻り配管45を経て作動油タンク46に戻される。
結果として、旋回モータ62は、旋回フレーム3をクローラ式走行装置2に対して左旋回(平面視で反時計回りに回転)させる。
動作切換弁204は「右旋回状態」のとき、動作切換弁204の内部で送り配管133と配管135dとを連通し、配管134dと戻り配管45とを連通する。
そのため、油圧ポンプ131が作動油タンク46から吸入配管136b、吸入配管136aを経て吸入し、圧送する作動油は、送り配管133、動作切換弁204、配管135dを経てポート62bから旋回モータ62に供給される。また、ポート62aから旋回モータ62の外部に排出される作動油は、配管134d、動作切換弁204、戻り配管45を経て作動油タンク46に戻される。
結果として、旋回モータ62は、旋回フレーム3をクローラ式走行装置2に対して右旋回(平面視で時計回りに回転)させる。
そのため、油圧ポンプ131が作動油タンク46から吸入配管136b、吸入配管136aを経て吸入し、圧送する作動油は、送り配管133、動作切換弁204、配管135dを経てポート62bから旋回モータ62に供給される。また、ポート62aから旋回モータ62の外部に排出される作動油は、配管134d、動作切換弁204、戻り配管45を経て作動油タンク46に戻される。
結果として、旋回モータ62は、旋回フレーム3をクローラ式走行装置2に対して右旋回(平面視で時計回りに回転)させる。
動作切換弁205の状態と左走行モータ63の動作との関係、および動作切換弁206の状態と右走行モータ64の動作との関係は、上記動作切換弁204の状態と旋回モータ62の動作との関係と略同じである。
以下では、図2を用いて油圧調整機構137の構成について説明する。
本実施例の油圧調整機構137は、油圧調整弁138、配管139、パイロット配管140、パイロット配管141、調整シリンダ142、配管143、戻り配管44a等を具備する。各部の構成およびその動作は、基本的には上記油圧調整機構37と略同じである。
本実施例の油圧調整機構137が油圧調整機構137と異なる点は、油圧調整機構137は、計六個の動作切換弁201・202・203・204・205・206の集合体たる動作切換弁ユニット132に対して、一個の油圧調整弁138で対応することである。
より具体的には、パイロット配管141の圧力は、排土板シリンダ13、バケットシリンダ20、アームシリンダ21、旋回モータ62、左走行モータ63および右走行モータ64の給油ポート側の圧力のうち、最も高圧のものと略同じとなる。
従って、油圧調整機構137は、動作切換弁ユニット132を挟んで油圧ポンプ131の吐出ポート131a側の圧力と、排土板シリンダ13、バケットシリンダ20、アームシリンダ21、旋回モータ62、左走行モータ63および右走行モータ64の給油ポート側の圧力のうち最も高圧のものとの差を所定の値に調整する。
本実施例の油圧調整機構137は、油圧調整弁138、配管139、パイロット配管140、パイロット配管141、調整シリンダ142、配管143、戻り配管44a等を具備する。各部の構成およびその動作は、基本的には上記油圧調整機構37と略同じである。
本実施例の油圧調整機構137が油圧調整機構137と異なる点は、油圧調整機構137は、計六個の動作切換弁201・202・203・204・205・206の集合体たる動作切換弁ユニット132に対して、一個の油圧調整弁138で対応することである。
より具体的には、パイロット配管141の圧力は、排土板シリンダ13、バケットシリンダ20、アームシリンダ21、旋回モータ62、左走行モータ63および右走行モータ64の給油ポート側の圧力のうち、最も高圧のものと略同じとなる。
従って、油圧調整機構137は、動作切換弁ユニット132を挟んで油圧ポンプ131の吐出ポート131a側の圧力と、排土板シリンダ13、バケットシリンダ20、アームシリンダ21、旋回モータ62、左走行モータ63および右走行モータ64の給油ポート側の圧力のうち最も高圧のものとの差を所定の値に調整する。
以下では、図2、図4、図5および図6を用いて吐出量抑制機構70について説明する。
吐出量抑制機構70は駆動源たるエンジン15の負荷が所定の値以上となった場合に、該エンジン15により駆動される油圧ポンプ(本実施例の場合、特にエンジン15の負荷に大きく寄与している油圧ポンプ31および油圧ポンプ131)の吐出量を抑制するものである。
本実施例の吐出量抑制機構70は、主に油圧ポンプ71、圧力調整弁72、配管73、配管74、パイロット配管75、制御装置76、配線77、配線78等を具備する。
以下では、図2、図4、図5および図6を用いて吐出量抑制機構70の構成について説明する。
油圧ポンプ71は、駆動源たるエンジン15により駆動され、作動油を圧送する。
油圧ポンプ71には、作動油を吐出する開口部である吐出ポート71aと、作動油を吸入する開口部である吸入ポート71bとが設けられる。吸入ポート71bには、吸入配管136bの一端が接続される。
油圧ポンプ71には、作動油を吐出する開口部である吐出ポート71aと、作動油を吸入する開口部である吸入ポート71bとが設けられる。吸入ポート71bには、吸入配管136bの一端が接続される。
圧力調整弁72は、後述する制御手段76からの信号に基づいて回路75の油圧を制御するソレノイド式の電磁比例弁である。
圧力調整弁72は2つのポート72a・72bを具備し、制御手段76の指令信号によって内部に設けられたスプールを摺動させ圧力調整弁72の内部を通過する作動油の流路面積を変更して、回路75の油圧を調整する。
圧力調整弁72は、通常時(後述する制御手段76からの信号がないとき)には回路75に油圧を付加しないようにバネ72cによりその内部のスプールが閉塞状態に付勢されている。
圧力調整弁72は2つのポート72a・72bを具備し、制御手段76の指令信号によって内部に設けられたスプールを摺動させ圧力調整弁72の内部を通過する作動油の流路面積を変更して、回路75の油圧を調整する。
圧力調整弁72は、通常時(後述する制御手段76からの信号がないとき)には回路75に油圧を付加しないようにバネ72cによりその内部のスプールが閉塞状態に付勢されている。
配管73は、その一端が油圧ポンプ71の吐出ポート71aに接続され、他端が図示せぬ他の油圧アクチュエータ等に接続される配管である。
配管74は、配管73の中途部と、圧力調整弁72のポート72aと、を接続する配管である。
配管74は、配管73の中途部と、圧力調整弁72のポート72aと、を接続する配管である。
パイロット配管75は、その一端が圧力調整弁72のポート72bに接続され、中途部で分岐して、他端がそれぞれ、油圧調整弁38および油圧調整弁138のスプールの端部のうち、パイロット配管75の圧力によりスプールを押す力が、該スプールを(a)の「圧力差抑制状態」とする方向に押す方の端部と接続される配管である。
制御装置76は、エンジン15の負荷に基づいて圧力調整弁72に信号を出力するものであり、より具体的にはCPU、ROM、及びRAM等がバスで接続される構成であっても良く、あるいは、ワンチップのLSI等からなる構成であっても良い。または、単に過負荷を検知したときのみ出力するセンサとしてもよい。
また、制御装置76は、バックホー1の他の構成部材を制御するための他の制御装置に該制御装置76の機能を具備することにより、省略することも可能である。
また、制御装置76は、バックホー1の他の構成部材を制御するための他の制御装置に該制御装置76の機能を具備することにより、省略することも可能である。
配線77は、エンジン15、より厳密には、エンジン15に設けられたエンジン負荷検出手段と制御装置76と、を接続する配線である。
配線78は、制御装置76と、圧力調整弁72、より厳密には圧力調整弁72のスプールを摺動させるソレノイドと、を接続する配線である。
なお、配線77は、油圧ポンプ31及び131の吐出圧力又は流量を検出するために斜板の傾斜角度等を検出するものであっても良い。
配線78は、制御装置76と、圧力調整弁72、より厳密には圧力調整弁72のスプールを摺動させるソレノイドと、を接続する配線である。
なお、配線77は、油圧ポンプ31及び131の吐出圧力又は流量を検出するために斜板の傾斜角度等を検出するものであっても良い。
以下では、図4、図5および図6を用いてエンジン15の負荷率の算出方法の実施例について説明する。
図4は、エンジン15の回転数n(rpm)とエンジン15のトルクT(N・m)との関係を示す図である。
図4中のT=Tmax(n)は、ある回転数におけるエンジン15の最大トルクを示す関数である。また、T=Tidl(n)は、ある回転数におけるエンジン15の負荷をかけない状態(本実施例の場合、油圧ポンプ31および油圧ポンプ131の斜板31c・131cの板面をいずれも回転軸15aに直交させた状態)のトルクを示す関数である。
ここで、エンジン15の回転数がnのときのエンジン15のトルクがTact(n)である場合に、エンジン15の負荷率Y(%)は、以下の式(2)で表される。
Y(n)={(Tact(n)−Tidl(n))/(Tmax(n)−Tidl(n))}×100 式(2)
また、エンジン15への過負荷を防止するために、限界負荷率Ylim(%)を用いて、限界トルクTlim(n)を設定する。ここで、Tlim(n)={Tidle(n)+(Tmax(n)−Tidl(n))×Ylim/100}が成立する。
図4は、エンジン15の回転数n(rpm)とエンジン15のトルクT(N・m)との関係を示す図である。
図4中のT=Tmax(n)は、ある回転数におけるエンジン15の最大トルクを示す関数である。また、T=Tidl(n)は、ある回転数におけるエンジン15の負荷をかけない状態(本実施例の場合、油圧ポンプ31および油圧ポンプ131の斜板31c・131cの板面をいずれも回転軸15aに直交させた状態)のトルクを示す関数である。
ここで、エンジン15の回転数がnのときのエンジン15のトルクがTact(n)である場合に、エンジン15の負荷率Y(%)は、以下の式(2)で表される。
Y(n)={(Tact(n)−Tidl(n))/(Tmax(n)−Tidl(n))}×100 式(2)
また、エンジン15への過負荷を防止するために、限界負荷率Ylim(%)を用いて、限界トルクTlim(n)を設定する。ここで、Tlim(n)={Tidle(n)+(Tmax(n)−Tidl(n))×Ylim/100}が成立する。
エンジン15のトルクは直接センサ等で検出することも可能であるが、本実施例においては、エンジン15をディーゼルエンジンとして、該ディーゼルエンジンに設けられた燃料噴射ポンプにおいて燃料の噴射量を調整するラックの位置R(mm)を検出し、これをトルクに代わる指標として用いて負荷率Z(%)を算出している。
図5に示す如く、ラックの位置Rは、エンジン15に設けられた燃料噴射ポンプが一回に噴射する燃料の量、ひいては、エンジン15のトルクT(図4参照)と相関があり、回転数nとの関係が互いに類似する。
図5に示す如く、ラックの位置Rは、エンジン15に設けられた燃料噴射ポンプが一回に噴射する燃料の量、ひいては、エンジン15のトルクT(図4参照)と相関があり、回転数nとの関係が互いに類似する。
図5は、エンジン15の回転数n(rpm)とエンジン15のラック位置R(mm)との関係を示す図である。
図5中のR=Rmax(n)は、ある回転数におけるエンジン15の最大ラック位置を示す関数である。また、R=Ridl(n)は、ある回転数におけるエンジン15の負荷をかけていない状態(本実施例の場合、油圧ポンプ31および油圧ポンプ131の斜板31c・131cの板面をいずれも回転軸15aに直交させた状態)のラック位置を示す関数である。
ここで、エンジン15の回転数がnのときのエンジン15のラック位置がRact(n)である場合に、エンジン15の負荷率Z(%)は、以下の式(3)で表される。
Z(n)={(Ract(n)−Ridl(n))/(Rmax(n)−Ridl(n))}×100 式(3)
また、エンジン15への過負荷を防止するために、限界負荷率Zlim(%)を用いて、限界ラック位置Zlim(n)を設定する。ここで、Rlim(n)={Ridle(n)+(Rmax(n)−Ridl(n))×Zlim/100}が成立する。
図5中のR=Rmax(n)は、ある回転数におけるエンジン15の最大ラック位置を示す関数である。また、R=Ridl(n)は、ある回転数におけるエンジン15の負荷をかけていない状態(本実施例の場合、油圧ポンプ31および油圧ポンプ131の斜板31c・131cの板面をいずれも回転軸15aに直交させた状態)のラック位置を示す関数である。
ここで、エンジン15の回転数がnのときのエンジン15のラック位置がRact(n)である場合に、エンジン15の負荷率Z(%)は、以下の式(3)で表される。
Z(n)={(Ract(n)−Ridl(n))/(Rmax(n)−Ridl(n))}×100 式(3)
また、エンジン15への過負荷を防止するために、限界負荷率Zlim(%)を用いて、限界ラック位置Zlim(n)を設定する。ここで、Rlim(n)={Ridle(n)+(Rmax(n)−Ridl(n))×Zlim/100}が成立する。
以下では、図2、図4、図5および図6を用いて吐出量抑制機構70の動作ついて説明する。
本実施例では、エンジン15のラック位置R(mm)を検出する位置センサ、およびエンジン15の回転数を検出するエンジン回転数センサ、をエンジン負荷検出手段として用いている。
制御装置76は、該エンジン負荷検出手段により検出されたエンジン15の回転数nおよびラック位置R(n)に基づき負荷率Z(n)を算出する。そして、Z(n)がZlim(n)以上である、すなわち、エンジン15のラック位置R(n)が限界ラック位置Rlim(n)以上である(図5中の斜線を施した領域にある)場合には、エンジン15が過負荷の状態であると判断して、圧力調整弁72に信号を出力する。
制御装置76は、該エンジン負荷検出手段により検出されたエンジン15の回転数nおよびラック位置R(n)に基づき負荷率Z(n)を算出する。そして、Z(n)がZlim(n)以上である、すなわち、エンジン15のラック位置R(n)が限界ラック位置Rlim(n)以上である(図5中の斜線を施した領域にある)場合には、エンジン15が過負荷の状態であると判断して、圧力調整弁72に信号を出力する。
その結果、図2に示す如く、油圧ポンプ71が作動油タンク46から吸入配管136bを経て吸入し、圧送する作動油は、配管73、配管74、圧力調整弁72、パイロット配管75を経て油圧調整弁38および油圧調整弁138のスプール操作部の一端に到達し、該スプールはいずれも(a)の「状態A」とする方向に押され、油圧ポンプ31および油圧ポンプ131の作動油の吐出量が抑制される(吐出量が減少する)。
そして、油圧ポンプ31および油圧ポンプ131の作動油の吐出量が抑制されると、エンジン15の負荷が軽減される。
そして、油圧ポンプ31および油圧ポンプ131の作動油の吐出量が抑制されると、エンジン15の負荷が軽減される。
なお、制御装置76は、{Z(n)−Zlim}が大きいほど、過負荷の度合いが大きいものとして、圧力調整弁72の開度を大きくするように信号を出力する。その結果、図6に示す如く、制御圧力、すなわちパイロット配管75の圧力が大きくなる。
また、本実施例では、エンジン15の限界負荷率Zlimを回転数nの値に関わらず一定としたが、これに限定されず、エンジンの回転数nに応じて変化させても良い。
例えば、エンジン回転数が小さい領域ではエンストが発生し易いため、エンジン回転数が大きい領域よりも限界負荷率を小さく設定することが挙げられる。
例えば、エンジン回転数が小さい領域ではエンストが発生し易いため、エンジン回転数が大きい領域よりも限界負荷率を小さく設定することが挙げられる。
以上の如く、本実施例の油圧回路200は、
複数の油圧アクチュエータである排土板シリンダ13、バケットシリンダ20、アームシリンダ21、旋回モータ62、左走行モータ63、右走行モータ64と、
エンジン15により駆動され、該油圧アクチュエータに作動油を圧送する油圧ポンプ131と、
該油圧アクチュエータと油圧ポンプ131との間に配置され、該油圧アクチュエータの動作を切り換える動作切換弁201・202・203・204・205・206と、
動作切換弁201・202・203・204・205・206を挟んで、油圧ポンプ131の吐出ポート側の圧力と該油圧アクチュエータの給油ポート側の圧力との差を所定の値に調整する油圧調整機構137と、
エンジン15の負荷が所定の値以上となった場合に、油圧ポンプ31および油圧ポンプ131の吐出量を抑制する吐出量抑制機構70と、
を具備するものである。
このように構成することにより、油圧ポンプ131から圧送される作動油により作動する油圧アクチュエータについても、負荷の大きさに関わらず略一定の速度で作動させることが可能であるとともに、エンジン15の過負荷を防止することが可能である。
複数の油圧アクチュエータである排土板シリンダ13、バケットシリンダ20、アームシリンダ21、旋回モータ62、左走行モータ63、右走行モータ64と、
エンジン15により駆動され、該油圧アクチュエータに作動油を圧送する油圧ポンプ131と、
該油圧アクチュエータと油圧ポンプ131との間に配置され、該油圧アクチュエータの動作を切り換える動作切換弁201・202・203・204・205・206と、
動作切換弁201・202・203・204・205・206を挟んで、油圧ポンプ131の吐出ポート側の圧力と該油圧アクチュエータの給油ポート側の圧力との差を所定の値に調整する油圧調整機構137と、
エンジン15の負荷が所定の値以上となった場合に、油圧ポンプ31および油圧ポンプ131の吐出量を抑制する吐出量抑制機構70と、
を具備するものである。
このように構成することにより、油圧ポンプ131から圧送される作動油により作動する油圧アクチュエータについても、負荷の大きさに関わらず略一定の速度で作動させることが可能であるとともに、エンジン15の過負荷を防止することが可能である。
なお、本実施例では、油圧アクチュエータを複数としたが、単数でも良い。
また、複数の油圧アクチュエータに対して、一個の油圧ポンプ131で作動油を圧送する構成としたが、各油圧アクチュエータにそれぞれ対応する油圧ポンプを具備する構成としても良い。
さらに、複数の油圧アクチュエータに対して、一個の油圧調整機構137で油圧を調整する構成としたが、各油圧アクチュエータにそれぞれ対応する油圧調整機構を具備する構成としても良い。
さらにまた、油圧回路200について、動作切換弁201・202・203・204・205・206から排出される作動油を戻り配管45を経て作動油タンク46に作動油を戻す構成とせずに、回生配管を経て油圧ポンプ131に直接供給する構成とすることもできる。
また、複数の油圧アクチュエータに対して、一個の油圧ポンプ131で作動油を圧送する構成としたが、各油圧アクチュエータにそれぞれ対応する油圧ポンプを具備する構成としても良い。
さらに、複数の油圧アクチュエータに対して、一個の油圧調整機構137で油圧を調整する構成としたが、各油圧アクチュエータにそれぞれ対応する油圧調整機構を具備する構成としても良い。
さらにまた、油圧回路200について、動作切換弁201・202・203・204・205・206から排出される作動油を戻り配管45を経て作動油タンク46に作動油を戻す構成とせずに、回生配管を経て油圧ポンプ131に直接供給する構成とすることもできる。
15 エンジン(駆動源)
22 ブームシリンダ(油圧シリンダ)
31 油圧ポンプ
32 動作切換弁
36 回生配管
37 油圧調整機構
100 油圧回路
22 ブームシリンダ(油圧シリンダ)
31 油圧ポンプ
32 動作切換弁
36 回生配管
37 油圧調整機構
100 油圧回路
Claims (3)
- 油圧シリンダと、
駆動源により駆動され、該油圧シリンダに作動油を圧送する油圧ポンプと、
該油圧シリンダと該油圧ポンプとの間に配置され、該油圧シリンダの動作を切り換える動作切換弁と、
該動作切換弁を挟んで、該油圧ポンプの吐出ポート側の圧力と該油圧シリンダの給油ポート側の圧力との差を所定の値に調整する油圧調整機構と、
該油圧シリンダの排油ポートから該動作切換弁に戻された作動油を該油圧ポンプに供給する回生配管と、
を具備することを特徴とする油圧回路。 - 前記油圧シリンダが片側ロッド式の油圧シリンダであって、
該油圧シリンダと前記動作切換弁との間に配置され、該油圧シリンダのボトム室およびロッド室のうち圧力が低い方と、オイル補給回路またはオイル排出配管と、を連通する連通機構を具備することを特徴とする請求項1に記載の油圧回路。 - 単数または複数の油圧アクチュエータと、
前記駆動源により駆動され、該油圧アクチュエータに作動油を圧送する第二の油圧ポンプと、
該油圧アクチュエータと該第二の油圧ポンプとの間に配置され、該油圧アクチュエータの動作を切り換える第二の動作切換弁と、
該第二の動作切換弁を挟んで、該第二の油圧ポンプの吐出ポート側の圧力と該油圧アクチュエータの給油ポート側の圧力との差を所定の値に調整する第二の油圧調整機構と、
該駆動源の負荷が所定の値以上となった場合に、前記油圧ポンプおよび該第二の油圧ポンプの吐出量を抑制する吐出量抑制機構と、
を具備することを特徴とする請求項2に記載の油圧回路。
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