JP2007002462A - 作業機械の油圧回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】 作業アタッチメントに取付けられる作業装置に応じて回路状態を切換える切換弁の異常に対してフェールセーフ機能を発揮する。
【解決手段】 回路状態を切換える切換弁１８を、油圧パイロット切換式の主弁１９と、これを制御する電磁弁２０とによって構成するとともに、主弁１９にサブスプール２２を設け、このサブスプール２２の出力ポート２２ｂから出力されせる圧力を圧力センサ２３で検出してコントローラ２１に入力する。コントローラ２１は、この入力によって検出される実際の回路状態と、モード切換スイッチ１７で選択されたオペレータの意図する回路状態とが不一致のときに、異常発生として表示器２４を作動させるように構成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は破砕機のように作業アタッチメントに二種類の作業装置(開閉式の圧砕装置とブレーカ)が選択的に取付けられる作業機械の油圧回路に関するものである。
たとえば建築物等を破砕するための破砕機において、用途に応じて作業装置を二種類のうちから選択して使用する場合がある。
図４,５に油圧ショベルを母体として構成される破砕機を例示している。
この破砕機は、クローラ走行式のベースマシン１に起伏、屈伸可能な作業アタッチメント２を装着し、この作業アタッチメント２の先端に、作業の内容に応じて、ニブラと称される開閉式の圧砕装置３(図４)、または振動式のブレーカ４(図５)を取付けて構成される。以下、圧砕装置３による作業を圧砕作業、ブレーカ４による作業をブレーカ作業という。
この場合、油圧アクチュエータは圧砕装置３とブレーカ４とで異なり、両アクチュエータに対する油の給排ルートも異ならせる必要があるため、取付けられる作業装置に応じて油圧回路を切換える必要がある。
図６はこの回路の切換えを手動で行う場合の構成を示し、(ａ)は圧砕作業時の回路状態、(ｂ)はブレーカ作業時の回路状態をそれぞれ示す。
図において、５はリモコン弁６によって操作される油圧パイロット切換式のコントロールバルブ、７は手動式の切換弁(三方弁)、８はアクチュエータ油圧源としての油圧ポンプ、Ｔはタンクで、コントロールバルブ５の操作時に、油圧ポンプ８からの油が圧砕シリンダ９またはブレーカシリンダ１０に送られてこれらが作動する。１１はリモコン弁６の一次油圧源である。
ここで、圧砕作業時には、図６(ａ)に示すように一般的な複動シリンダ回路と同様に、圧砕シリンダ９の入口側及び出口側がいずれもコントロールバルブ５を介して油圧ポンプ８、タンクＴに接続される。
これに対し、ブレーカ作業時には、コントロールバルブ５の絞り作用によってブレーカシリンダ１０のリターンラインに背圧が立つと、図５のブレーカ４の力が弱くなり、最悪、作動しなくなる。また、図示しないオイルクーラーに脈動を与えるため、オイルクーラーが破損するおそれがある。
そこで、ブレーカ作業時には、図６(ｂ)に示すように切換弁７が操作され、ブレーカシリンダ１０のリターンラインが直接タンクＴに接続される。
図７は、上記のような手動切換方式に代えて自動切換方式をとった従来の回路を示す。
この回路においては、図６の手動切換弁７に代えて、制御手段としてのコントローラ１２によって制御される切換弁１３が用いられる。
この切換弁１３は、圧砕作業位置ａとブレーカ作業位置ｂとの間で切換わる油圧パイロット切換式の主弁１４と、コントローラ１２からの電気信号に基づいて主弁１３を切換制御する電磁弁１５とによって構成される。
この電磁弁１５は、主弁１４のパイロットポート１４ａに対してパイロット油圧源１６からのパイロット圧を遮断する(同ポート１４ａをタンクＴに連通させる)圧砕作業位置イと、パイロットポート１４ａにパイロット圧を供給するブレーカ作業位置ロとを備えている。
この切換弁１３は、オペレータによるモード切換スイッチ１７の操作(作業選択)によって次のように作動する。
モード切換スイッチ１７が圧砕作業側に操作された状態では、コントローラ１２から電磁弁１５に電気信号が送られない。このため、電磁弁１５及び主弁１４はそれぞれ図示の圧砕作業位置イ,ａにある。
従って、図６(ａ)と同様に、圧砕シリンダ９の両側ラインがいずれもコントロールバルブ５を介して油圧ポンプ８及びタンクＴに接続された状態となる。
一方、モード切換スイッチ１７がブレーカ作業側に切換えられると、コントローラ１２からの電気信号によって電磁弁１５がブレーカ作業位置ロに切換わるため、主弁１４もブレーカ位置ｂに切換わる。
従って、図６(ｂ)と同様に、ブレーカシリンダ１０のリターンランがコントロールバルブ５を介さずにタンクＴに直接接続される。
このように、作業装置の種類に応じて切換弁によって回路状態を自動的に切換える技術は、特許文献１に示されている。
特開２００２−２９４７５８号公報
ところが、図７に示す従来の回路構成によると、たとえばコントローラ１２と電磁弁１５を結ぶ電気配線の断線やコントローラ１２の故障等といった切換弁１３の電気または油圧の制御系にフェールが発生し、オペレータの意図する回路状態と実際の回路状態が一致しない事態が生じる可能性があった。
こうなると、次のような問題が発生する。
(ｉ) 図５に示すブレーカ作業時に、オペレータがモード切換スイッチ１７によってブレーカ作業(ブレーカ作業時の回路状態)を選択しているにもかかわらず、実際の回路は図７に示す圧砕作業時の回路状態にあると、前記のようにリターンラインの背圧が高くなってブレーカ４の力が弱くなったり停止したりする。
(ｉｉ) 逆に、図４に示す圧砕作業時に、オペレータが圧砕作業(圧砕作業時の回路状態)を選択しているにもかかわらず実際の回路がブレーカ作業状態にあると、シリンダ両側ラインの一方がタンク直結となるため、往復作動すべき圧砕シリンダ９が片側しか作動しなくなる。
そこで本発明は、上記のような事態に対してフェールセーフ機能を発揮する作業機械の油圧回路を提供するものである。
具体的には、フェール状態が発生したときにその旨をオペレータに知らせ、または作業装置の作動を自動停止させることを目的とする。
請求項１の発明は、ベースマシンに装着された作業アタッチメントに、異なる油圧アクチュエータによって駆動される二種類の作業装置が選択的に取付けられ、オペレータの選択操作に基づく制御手段からの信号により切換弁が切換わり作動してアクチュエータ駆動回路を上記作業装置に応じた二種類の回路状態のうちから選択するように構成された作業機械の油圧回路において、実際の回路状態を検出する検出手段と、表示手段とを備え、上記制御手段は、上記検出手段によって検出された実際の回路状態と上記選択された回路状態とが不一致のときに上記表示手段を作動させるように構成されたものである。
請求項２の発明は、請求項１の構成において、切換弁は、油圧パイロット切換式の主弁と、制御手段からの電気信号に基づいて上記主弁に対してパイロット圧を供給する位置とパイロット圧を遮断する位置との間で切換わる電磁弁とによって構成され、検出手段は、上記主弁の切換わり状態を実際の回路状態として検出するように構成されたものである。
請求項３の発明は、請求項２の構成において、切換弁の主弁に、主弁の一方の位置で油圧源に接続される圧力ポートが設けられ、この圧力ポートに圧力センサが接続されて検出手段が構成されたものである。
請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかの構成において、油圧アクチュエータの作動を停止させる作動停止手段を備え、制御手段は、実際の回路状態と選択された回路状態が不一致のときに上記作動停止手段によって油圧アクチュエータの作動を停止させるように構成されたものである。
請求項５の発明は、請求項４の構成において、両作業装置の油圧アクチュエータの作動を制御する共通のコントロールバルブとして油圧パイロット切換式のコントロールバルブが設けられ、作動停止手段は、このコントロールバルブに対するパイロット圧の供給を停止させるように構成されたものである。
請求項６の発明は、ベースマシンに装着された作業アタッチメントに、異なる油圧アクチュエータによって駆動される二種類の作業装置が選択的に取付けられ、オペレータの選択操作に基づく制御手段からの信号により切換弁が切換わり作動してアクチュエータ駆動回路を上記作業装置に応じた二種類の回路状態のうちから選択するように構成され、かつ、次の要件を具備するものである。
(Ａ) 両作業装置の油圧アクチュエータの作動を制御する共通のコントロールバルブとして油圧パイロット切換式のコントロールバルブが設けられていること。
(Ｂ) 上記切換弁は、パイロット圧の供給／遮断により切換わって二種類の回路状態を作り出す油圧パイロット切換式の主弁と、制御手段からの電気信号により選択的に作動する第１及び第２両電磁弁とから成ること。
(Ｃ) この両電磁弁は、それぞれ作動時にパイロット油圧源に接続され、一方の電磁弁の作動時にパイロット油圧源からのパイロット圧が上記主弁に供給されるように構成されていること。
(Ｄ) 上記両電磁弁の作動時に、上記パイロット油圧源からのパイロット圧がコントロールバルブを操作するリモコン弁に一次圧として供給されるように構成されていること。
請求項１〜５の発明によると、オペレータの意図する回路状態と実際の回路状態とが一致しない事態が発生した場合に、表示手段が作動してオペレータに不一致を知らせることができる。従って、不一致を知ったオペレータが操作を停止することで、フェールセーフ機能が果たされる。
この場合、請求項２,３の発明によると、切換弁を構成する主弁の切換わり状態を実際の回路状態として検出するため、検出手段の構成が簡単ですむ。とくに請求項３の発明によると、主弁の圧力ポートに圧力が立ったか否かを圧力センサ等で検出するだけでよいため、検出手段が小型かつ低コストですみ、既設回路への組み込みも容易となる。
また、請求項４,５の発明によると、回路状態が不一致のときに、表示に加えて、作動停止手段(請求項５ではコントロールバルブに対するパイロット圧の供給を停止させる手段)によって油圧アクチュエータの作動を自動停止させるため、より確実なフェールセーフ機能を得ることができる。しかも、表示と自動停止が同時に行われることによってオペレータが回路状態の不一致(フェール発生)を確実に認識できるため、原因の把握と修復が容易となる。
一方、請求項６の発明によると、切換弁を構成する両電磁弁の作動時に、パイロット油圧源からのパイロット圧がこの電磁弁を介してリモコン弁に一次圧として供給される構成であるため、たとえば電磁弁と制御手段とを結ぶ電気配線の断線といった制御系に異常が発生し、これによって両電磁弁が作動しない事態が発生すると、リモコン弁への一次圧の供給が停止する。
従って、リモコン弁を操作してもコントロールバルブが作動しない(作動中であれば中立復帰する)ため、油圧アクチュエータの作動が自動的に停止し、この自動停止作用によってフェールセーフ機能が果たされる。
また、切換弁を構成する電磁弁を利用してリモコン弁の一次圧を遮断する構成であるため、たとえばリモコン弁の一次側に別途電磁式の遮断弁を設け、フェール発生を検出してこの遮断弁を作動させる構成をとった場合と比較して、構成が簡単となる。
以下の実施形態において、図７に示す従来回路と同一部分には同一符号を付して示し、その重複説明を省略する。
第１実施形態(図１参照)
第１実施形態において、切換弁１８は、圧砕作業位置ａとブレーカ作業位置ｂとの間で切換わる油圧パイロット切換式の主弁１９と、制御手段としてのコントローラ２１からの電気信号に基づいて主弁１９を切換制御する電磁弁２０とによって構成される。
この切換弁１８の基本的な構成と作用(回路状態切換作用)は図７の切換弁１３と同じである。
すなわち、電磁弁２０は、主弁１９のパイロットポート１９ａに対してパイロット油圧源１６からのパイロット圧を遮断する(同ポート１９ａをタンクＴに連通させる)圧砕作業位置イと、パイロットポート１９ａにパイロット圧を供給するブレーカ作業位置ロとを備え、モード切換スイッチ１７が圧砕作業側に操作された状態では、コントローラ２１から電磁弁２０に電気信号が送られない。このため、電磁弁２０及び主弁１９はそれぞれ図示の圧砕作業位置イ,ａにある。
従って、圧砕シリンダ９の両側ラインがいずれもコントロールバルブ５を介して油圧ポンプ８、タンクＴに接続された状態(圧砕作業用の回路状態)となる。
一方、モード切換スイッチ１７がブレーカ作業側に切換えられると、コントローラ２１からの電気信号によって電磁弁２０がブレーカ作業位置ロに切換わるため、主弁１９もブレーカ作業位置ｂに切換わる。
従って、ブレーカシリンダ１０のリターンラインがコントロールバルブ５を介さずにタンクＴに直接接続された状態(ブレーカ作業用の回路状態)となる。
第１実施形態においては、この切換弁１８の主弁１９に、主弁１９のスプール(メインスプール)と一体に移動するサブスプール２２が設けられている。
このサブスプール２２には、入力及び出力両ポート２２ａ,２２ｂとタンクポート２２ｃが設けられている。
入力ポート２２ａはパイロット油圧源１６に、タンクポート２２ｃはタンクＴにそれぞれ接続され、主弁１９が図示の圧砕作業位置ａからブレーカ作業位置ｂに切換わったときに、入力、出力両ポート２２ａ,２２ｂが連通して、パイロット油圧源１６の圧力が出力ポート２２ｂに導入される。
この出力ポート２２ｂには圧力センサ２３が接続され、この圧力センサ２３からの信号がコントローラ２１に入力される。
従って、出力ポート２２ｂに圧力が立っているか否かによって主弁１９が圧砕作業、ブレーカ作業両位置ａ,ｂのいずれにあるか、つまり実際の回路状態が検出される。
また、コントローラ２１には表示手段としての表示器(ランプ、ブザー等)２４が接続されている。
コントローラ２１は、実際の回路状態を表す圧力センサ２３からの信号と、オペレータの意図する回路状態を表すモード切換スイッチ１７の操作信号とを比較し、これらが不一致の場合、すなわち、オペレータが圧砕作業を選択しているのに回路がブレーカ回路になっている場合、またはその逆の場合に、表示器２４を作動させるように構成されている。
こうして、切換弁制御系の断線その他の異常発生時に、その旨がオペレータに表示される。従って、この表示に基づいてオペレータがコントロールバルブ５の操作を停止することにより、回路状態不一致に起因する種々のトラブルの発生を回避することができる。
なお、圧力センサ２３に代えて圧力スイッチを用いてもよい。
第２実施形態(図２参照)
第１実施形態では、回路状態が不一致のときにその旨を表示するのに対し、第２実施形態においては、異常発生時に圧砕シリンダ９またはブレーカシリンダ１０の作動を自動的に停止させるように構成されている。
すなわち、第２実施形態の切換弁２５は、油圧パイロット切換式の主弁１９と、モード切換スイッチ１７の操作に基づくコントローラ２８からの電気信号によって選択的に作動するブレーカ作業用及び圧砕作業用の第１及び第２両電磁弁２６,２７とによって構成される。
この両電磁弁２６,２７はそれぞれパイロット油圧源１６に接続され、このうち第１電磁弁２６の作動時にパイロット油圧源１６からのパイロット圧が主弁１９のパイロットポート１９ａに供給されて主弁１９が圧砕作業位置ａからブレーカ作業位置ｂに切換わるように構成されている。
また、両電磁弁２６,２７の作動時に、その出力ポートからパイロット圧が出力され、このパイロット圧がシャトル弁２９を介してコントロールバルブ操作用のリモコン弁６に一次圧として供給されるように構成されている。
この構成において、電磁弁２６,２７が正常に作動している状態では、作動側の電磁弁２６または２７を介してリモコン弁６に一次圧が供給されるため、このリモコン弁６の操作に応じてコントロールバルブ５が切換わり作動し、圧砕シリンダ９またはブレーカシリンダ１０が作動する。
これに対し、たとえば電磁弁２６,２７とコントローラ２８とを結ぶ電気配線の断線といった異常が発生し、これによって電磁弁２６,２７が作動しない事態が発生すると、リモコン弁６への一次圧の供給が停止する。
具体的には、たとえばモード切換スイッチ１７によってブレーカ作業が選択された状況で異常が発生すると、第１電磁弁２６が作動せず、同電磁弁２６からパイロット圧が出力されないため、リモコン弁６の一次圧が遮断される。
一方、圧砕作業が選択された状況で異常が発生した場合は、第２電磁弁２７が作動しないため、同様にリモコン弁６の一次圧が遮断される。
従って、リモコン弁６を操作してもコントロールバルブ５が作動しない(作動中であれば中立復帰する)ため、圧砕シリンダ９またはブレーカシリンダ１０の作動が自動的に停止し、これによってフェールセーフ機能が果たされる。
また、切換弁２５を構成する電磁弁２６,２７の作動を利用してリモコン弁６の一次圧を遮断する構成であるため、たとえばリモコン弁６の一次側に別途電磁式の遮断弁を設け、フェール発生を検出してこの遮断弁を作動させる構成をとった場合と比較して、構成が簡単となる。
第３実施形態(図３参照)
第３実施形態では、異常発生時に、第１実施形態の表示作用と第２実施形態の自動停止作用の双方を行う構成がとられている。
すなわち、第１実施形態の回路構成を前提として、リモコン弁６の一次側に電磁式の遮断弁３０が設けられ、回路状態が不一致のときに、表示器２４が作動すると同時に、コントローラ２１からの信号により遮断弁３０が作動してリモコン弁６の一次圧を遮断するように構成されている。
こうすれば、表示に加えて、油圧アクチュエータ(圧砕シリンダ９またはブレーカシリンダ１０)の作動を自動停止させるため、より確実なフェールセーフ機能を得ることができる。また、自動停止と表示が同時に行われることによってオペレータが回路状態の不一致(フェール発生)を確実に認識できるため、原因の把握と修復が容易となる。
ところで、上記各実施形態では、選択的に取付けられる二種類の作業装置として圧砕装置とブレーカの組み合わせを例示したが、異なる油圧アクチュエータで駆動されること、及びアクチュエータに応じて回路状態を切換える必要があることの二つの条件を満足する組み合わせであれば他に種々選択することができる。
本発明の第１実施形態を示す回路構成図である。 本発明の第２実施形態を示す回路構成図である。 本発明の第３実施形態を示す回路構成図である。 作業アタッチメントに開閉式の圧砕装置を取付けた破砕機の概略側面図である。 作業アタッチメントにブレーカを取付けた破砕機の概略側面図である。 回路の切換えを手動式の切換弁で行う回路構成を示し、(ａ)は圧砕作業時の回路状態、(ｂ)はブレーカ作業時の回路状態をそれぞれ示す図である。 回路の切換えを自動的に行う従来の回路構成を示す図である。
符号の説明
１ ベースマシン
２ 作業アタッチメント
３ 作業装置としての圧砕装置
４ 作業装置としてのブレーカ
５ コントロールバルブ
６ リモコン弁
８ 油圧ポンプ
９ 油圧アクチュエータとしての圧砕シリンダ
１０ 油圧アクチュエータとしてのブレーカシリンダ
１１ リモコン弁の一次油圧源
１６ パイロット油圧源
１７ 作業を選択するモード切換スイッチ
１８ 切換弁
１９ 切換弁の主弁
２０ 同電磁弁
２１ 制御手段としてのコントローラ
２２ 主弁のサブスプール
２２ａ サブスプールの入力ポート
２２ｂ 同出力ポート
２３ 圧力センサ
２４ 表示器
２５ 切換弁
２６ 切換弁の第１電磁弁
２７ 同第２電磁弁
２８ 制御手段としてのコントローラ
２９ 電磁弁の作動時にパイロット圧を取り出すシャトル弁
３０ ３０ コントロールバルブに対するパイロット圧の供給を停止させるための遮断弁

Claims (6)

  1. ベースマシンに装着された作業アタッチメントに、異なる油圧アクチュエータによって駆動される二種類の作業装置が選択的に取付けられ、オペレータの選択操作に基づく制御手段からの信号により切換弁が切換わり作動してアクチュエータ駆動回路を上記作業装置に応じた二種類の回路状態のうちから選択するように構成された作業機械の油圧回路において、実際の回路状態を検出する検出手段と、表示手段とを備え、上記制御手段は、上記検出手段によって検出された実際の回路状態と上記選択された回路状態とが不一致のときに上記表示手段を作動させるように構成されたことを特徴とする作業機械の油圧回路。
  2. 切換弁は、油圧パイロット切換式の主弁と、制御手段からの電気信号に基づいて上記主弁に対してパイロット圧を供給する位置とパイロット圧を遮断する位置との間で切換わる電磁弁とによって構成され、検出手段は、上記主弁の切換わり状態を実際の回路状態として検出するように構成されたことを特徴とする請求項１記載の作業機械の油圧回路。
  3. 切換弁の主弁に、主弁の一方の位置で油圧源に接続される圧力ポートが設けられ、検出手段は、この圧力ポートの圧力を実際の回路状態として検出するように構成されたことを特徴とする請求項２記載の作業機械の油圧回路。
  4. 油圧アクチュエータの作動を停止させる作動停止手段を備え、制御手段は、実際の回路状態と選択された回路状態が不一致のときに上記作動停止手段によって油圧アクチュエータの作動を停止させるように構成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の作業機械の油圧回路。
  5. 両作業装置の油圧アクチュエータの作動を制御する共通のコントロールバルブとして油圧パイロット切換式のコントロールバルブが設けられ、作動停止手段は、このコントロールバルブに対するパイロット圧の供給を停止させるように構成されたことを特徴とする請求項４記載の作業機械の油圧回路。
  6. ベースマシンに装着された作業アタッチメントに、異なる油圧アクチュエータによって駆動される二種類の作業装置が選択的に取付けられ、オペレータの選択操作に基づく制御手段からの信号により切換弁が切換わり作動してアクチュエータ駆動回路を上記作業装置に応じた二種類の回路状態のうちから選択するように構成され、かつ、次の要件を具備することを特徴とする作業機械の油圧回路。
    (Ａ) 両作業装置の油圧アクチュエータの作動を制御する共通のコントロールバルブとして油圧パイロット切換式のコントロールバルブが設けられていること。
    (Ｂ) 上記切換弁は、パイロット圧の供給／遮断により切換わって二種類の回路状態を作り出す油圧パイロット切換式の主弁と、制御手段からの電気信号により選択的に作動する第１及び第２両電磁弁とから成ること。
    (Ｃ) この両電磁弁は、それぞれ作動時にパイロット油圧源に接続され、一方の電磁弁の作動時にパイロット油圧源からのパイロット圧が上記主弁に供給されるように構成されていること。
    (Ｄ) 上記両電磁弁の作動時に、上記パイロット油圧源からのパイロット圧がコントロールバルブを操作するリモコン弁に一次圧として供給されるように構成されていること。
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