JP2007023606A - 油圧ショベルの油圧制御装置 - Google Patents

油圧ショベルの油圧制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 アーム引き操作と、たとえばブーム上げまたはバケット掘削の操作が同時に行なわれる複合操作時に、タンデム回路での余分な発熱、及びアーム速度の低下を抑えることができ、しかもこの目的を低コストで実現する。
【解決手段】 第１油圧ポンプ７を油圧源とする第１グループＧ１内でアーム用コントロールバルブ１２を最下流側に配置するとともに、その入口側に絞り２０を設けて、ブーム上げまたはバケット掘削を優先する回路構成をとる。これを前提として、複合操作時に、コントローラ３５により、アーム引き操作量によって決まる第１油圧ポンプ７の吐出量の上限値を、ブーム上げまたはバケット掘削の操作量に応じて制限するとともに、アームシリンダ５の伸長側に対する油の再生率をブーム上げまたはバケット掘削の操作量に応じて増加させるようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は油圧アクチュエータ群の油圧源として二つの油圧ポンプを備えた２ポンプ方式をとる油圧ショベルの油圧制御装置に関するものである。
油圧ショベルの作業アタッチメントは、図５に示すようにブーム１、アーム２、バケット３と、これらを駆動するブーム、アーム、バケット各シリンダ４,５,６とによって構成され、ブーム１の上げ／下げ、アーム２の押し(上向き回動)／引き(下向き回動)、バケットの掘削(すくい)／戻しの各動作によって掘削、積み込み等の各種作業が行われる。
このブーム、アーム、バケット各シリンダ４〜６を含む油圧ショベルの油圧回路を図６に示す。
ここでは、図示しないエンジンによって駆動される二つの油圧ポンプ(第１及び第２両油圧ポンプ)７,８を備え、第１油圧ポンプ７でブーム、アーム、バケット各シリンダ４,５,６、第２油圧ポンプ８でブーム、アーム両シリンダ４,５と旋回モータ９を駆動する回路を例示している。
各油圧アクチュエータの作動を制御するコントロールバルブは、第１油圧ポンプ７を油圧源とするブーム用第１、バケット用、アーム用第２の各コントロールバルブ１０,１１,１２から成る第１グループＧ１と、ブーム用第２、旋回用、アーム用第１の各コントロールバルブ１３,１４,１５から成る第２グループＧ２とに分けられている。
この両グループＧ１,Ｇ２の各コントロールバルブは、油圧ポンプ７,８に対して、それぞれのセンターバイパス通路を直列に接続するタンデム回路１６,１７と、それぞれのポンプポート同士を並列に接続するパラレル回路１８,１９とによって接続されている。
この場合、アーム引きと、ブーム上げまたはバケット掘削の複合操作時(以下、アーム引き／ブーム上げ等の複合操作時という)に、ポンプ吐出油が、相対的に軽負荷側のアームシリンダ５のみに供給されることのないように、
(ｉ) 両グループＧ１,Ｇ２においてアーム用コントロールバルブ１２,１５がポンプ７,８に対して最下流側に配置され、
(ｉｉ) 第１グループＧ１のパラレル回路１８におけるアーム用第２コントロールバルブ１２の入口側に絞り２０が設けられている。
これにより、アーム引き／ブーム上げ等の複合操作時に、第１油圧ポンプ７の吐出油が優先的にブームシリンダ４またはバケットシリンダ６に供給され、同シリンダ４,６の作動が確保される。
なお、このとき第２油圧ポンプ８の吐出油が、第２グループＧ２のパラレル回路１９及び第１アーム用コントロールバルブ１５経由でアームシリンダ５に送られるため、アームシリンダ５の必要流量が確保される。
２１,２２,２３はブーム用、バケット用、アーム用の各リモコン弁で、この各リモコン弁２１〜２３によってブーム用、バケット用、アーム用各コントロールバルブ１０,１３,１１,１２,１５が制御される。
なお、本発明では相対的に作動圧の低いアーム引きと、これよりも作動圧の高いアクチュエータ操作(図６の回路ではブーム上げまたはバケット掘削)の複合操作時のみを問題としているため、図の簡略化の観点から、主旨と無関係な旋回用リモコン弁の図示を省略するとともに、各リモコン弁２１〜２３とコントロールバルブ１０,１３,１１,１２,１５とを結ぶパイロットラインのうち、ブーム上げ、バケット掘削、アーム引きの各パイロットライン２４,２５,２６のみを図示している。
２７,２８は両ポンプ７,８の吐出圧(ポンプ圧)を検出するポンプ圧センサで、この両センサ２７,２８からのポンプ圧信号がコントローラ２９に送られ、このコントローラ２９からポンプレギュレータとしての比例弁３０,３１にポンプ吐出量を制御するための制御信号が送られる。
すなわち、エンスト防止のためにポンプ圧に応じてポンプ吐出量を制御する馬力制御が行われる。
図６中、Ｔはタンクである。
この構成において、アーム引きを含む複合操作時(アーム引きとブーム上げの場合で説明する)に、両油圧ポンプ７,８の吐出油が、ブーム用コントロールバルブ１０,１３を介してブームシリンダ４の伸び側に供給される一方、アーム用コントロールバルブ１２,１５を介してアームシリンダ５の伸び側に供給される。
このとき、第１油圧ポンプ７の吐出油が、第１グループＧ１のタンデム回路１６の上流側において、ブーム用コントロールバルブ１０のセンターバイパス通路によって絞られるため、この部分で余分な発熱が発生するという問題があった。
また、このバイパス通路での絞り作用によってポンプ圧力が上がり、これをもとに第１油圧ポンプ７だけでなく第２油圧ポンプ８にも馬力制御が働いて回路全体の流量が減少する。
この結果、アームシリンダ５に供給される油量が減少するため、アーム２の作動速度が遅くなるという問題もあった。
この点の対策として、ブーム用コントロールバルブ１０のセンターバイパス通路での絞り作用を緩めるために同通路の開口を大きくすることが考えられる。
ところが、こうするとアーム引き／ブーム上げの複合操作時に、軽負荷側であるアームシリンダ５側に油を多くとられ、ブームシリンダ４が作動しなくなる。つまり、タンデム回路１６の上流側にブーム用コントロールバルブ１０、最下流側にアーム用コントロールバルブ１２を配置した意味がなくなる。
一方、パラレル回路１８の絞り２０に代えて流量制御弁を設け、複合操作時にパラレル回路１８経由でアームシリンダ５に送られる油量を増加させる技術が公知である(特許文献１参照)。
特開平９−１７７１３９号公報
この公知技術によると、複合操作時に、パラレル回路１８経由でアームシリンダ５に送られる油量が増加することでアームシリンダ５の作動速度を速くできる一方、タンデム回路１６を通る油量が減少することで余分な発熱を抑えることが可能となる。
しかし、パラレル回路１８に、絞り２０よりも格段に高価な流量制御弁を設けるため、その制御系も必要となることと合わせて大幅なコストアップとなる。
また、回路中に新たに流量制御弁を組み込まなければならないため、既存の機械には適用困難であるという問題があった。
そこで本発明は、アーム用コントロールバルブによるアーム引き操作と、同一グループ内の他のコントロールバルブの操作が同時に行なわれる複合操作時に、タンデム回路での余分な発熱、及びアーム速度の低下を抑えることができ、しかもこの目的を低コストで実現できるとともに、既存の機械にも容易に適用することができる油圧ショベルの油圧制御装置を提供するものである。
請求項１の発明は、作業アタッチメントを構成するブーム、アーム、バケットと、これらを駆動するブーム、アーム、バケット各シリンダを含む複数の油圧アクチュエータと、この油圧アクチュエータごとに作動を制御する複数のコントロールバルブとが設けられ、このコントロールバルブ群のうちアーム用コントロールバルブとして、共通の操作手段によって操作される第１及び第２両アーム用コントロールバルブを備え、このコントロールバルブ群は、一方のアーム用コントロールバルブを含む第１グループと、他方のアーム用コントロールバルブを含む第２グループとに分けられて第１及び第２両油圧ポンプに別々に接続され、第１及び第２両グループのそれぞれについて、各コントロールバルブが油圧ポンプに対してアーム用コントロールバルブを最下流側として、それぞれのセンターバイパス通路同士を接続するタンデム回路と、それぞれのポンプポート同士を並列に接続するパラレル回路とによって接続されるとともに、第１グループの上記パラレル回路におけるアーム用コントロールバルブの入口側に、ポンプ吐出油を同グループ内の他のコントロールバルブに優先的に供給するための絞りが設けられ、かつ、上記アーム用コントロールバルブの操作量に応じてポンプ吐出量を制御する制御手段が設けられた油圧ショベルの油圧制御装置において、上記第１グループでのアーム用コントロールバルブのアーム引き操作と他のコントロールバルブの操作とが同時に行なわれる複合操作時に、上記制御手段により、上記アーム引き操作量によって決まる第１油圧ポンプの吐出量の上限値を、他のコントロールバルブの操作量に応じて、この操作量が大きくなるほど小さくなる方向に制限するように構成したものである。
請求項２の発明は、請求項１の構成において、アームシリンダの縮小側の油の一部を伸長側に戻す再生回路と、この再生回路を通る再生流量を制御する再生弁とが設けられ、制御手段は、複合操作時に、上記再生弁を、他のコントロールバルブの操作量に応じて、この操作量が大きいほど再生率が増加する方向に制御するように構成したものである。
請求項３の発明は、請求項１または２の構成において、第１グループ内の他のコントロールバルブとしてブーム用コントロールバルブとバケット用コントロールバルブとが設けられ、制御手段は、アーム引きとブーム上げまたはバケット掘削の複合操作時に、ブーム上げまたはバケット掘削の操作量に応じて第１油圧ポンプの吐出量の上限値を制限するように構成したものである。
本発明によると、第１グループでのアーム用コントロールバルブと他のコントロールバルブとが同時に操作される複合操作時(請求項３ではアーム引き／ブーム上げまたはバケット掘削の複合操作時)に、アーム引き操作量によって決まるポンプ吐出量の上限値を他のコントロールバルブ操作量に応じて制限するため、第１グループにおけるタンデム回路上流側のセンターバイパス通路を通る流量を減らして、同通路の絞りによる発熱を抑えることができる。
この場合、他のコントロールバルブの操作量が大きくなる(センターバイパス通路の開口が小さくなる)ほど流量が減るため、発熱防止の点でさらに有効となる。
ところで、アーム引き／ブーム上げまたはバケット掘削の複合操作は、通常、アームを速く引きながらブームまたはバケットをゆっくり作動させる操作となる。従って、アーム引き操作量が大きいため、第１油圧ポンプの吐出量が多くなって上記バイパス通路での発熱が起こり易くなる。この点、請求項３の発明によると、アーム引き／ブーム上げまたはバケット掘削の複合操作時に上記制御を行うため、発熱防止の実効がとくに高いものとなる。
また、上記制御によるポンプ吐出量の減少によってポンプ圧の上昇が抑制され、馬力制御による第２油圧ポンプの吐出量の減少も抑えられるため、アーム速度の低下を抑えることができる。
しかも、ポンプ制御のみによって上記作用を得ることができ、特許文献１に記載された公知技術のように余分な弁を追加する必要もない。このため、発熱及びアーム速度の低下を抑えるという所期の目的を低コストで実現することができるとともに、既存の機械にも容易に適用することができる。
但し、上記構成のみでは、アームシリンダへの供給油量の減少、これによるアーム速度の低下は免れないため、ブームまたはバケットをゆっくり作動させながらアームを速く引く、という複合操作本来の機能が十分に確保できないおそれがある。
この点、請求項２の発明によると、上記複合操作時に、アームシリンダの縮小側から伸長側に油を再供給する再生回路の再生率を、ブーム上げまたはバケット掘削の操作量に応じて増加させる構成としたから、第１油圧ポンプの吐出量の上限値が減少することに対抗して再生油量を増加させることができる。
これにより、アームシリンダに必要な流量を確保してアーム引き速度を十分速くし、良好な操作性を確保することができる。
本発明の実施形態を図１〜図４によって説明する。
図１に実施形態にかかる油圧ショベルの油圧制御装置の回路構成を示す。この実施形態の回路において、図６に示す従来の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。
この回路においては、従来回路と同様に、第１及び第２両油圧ポンプ７,８を備え、第１油圧ポンプ７が、ブーム用第１、バケット用、アーム用第２各コントロールバルブ１０〜１２から成る第１グループＧ１に、第２油圧ポンプ８が、ブーム用第２、旋回用、アーム用第１各コントロールバルブ１３〜１５から成る第２グループＧ２に、それぞれタンデム回路１６,１７及びパラレル回路１８,１９によって接続されている。
この場合、両グループＧ１,Ｇ２において、アーム用コントロールバルブ１２,１５がタンデム回路１６,１７の最下流側に配置される点、第１グループＧ１のパラレル回路１８におけるアーム用第２コントロールバルブ１２の入口側に絞り２０が設けられている点は図６の回路と同じである。
この実施形態回路においては、ブーム上げ、バケット掘削、アーム引きの各パイロットライン２４,２５,２６にパイロット圧センサ３２,３３,３４が設けられ、それぞれのパイロット圧、つまりブーム上げ、バケット掘削、アーム引きの各操作量がこれら各パイロット圧センサ３２〜３４で検出され、制御手段としてのコントローラ３５に送られる。
コントローラ３５は、予め設定・記憶された図２,３の特性マップに基づき、検出された各操作量に応じて比例弁３０,３１を通じて両油圧ポンプ７,８の吐出量を制御する。
図２はアーム引きパイロット圧(操作量)と、これによって変化する第１油圧ポンプ７の吐出量Ｑ１の関係を示し、アーム引きパイロット圧の増加に比例して同ポンプ吐出量Ｑ１が上限値Ｑ１Ａまで増加する。図２中のａはポンプ吐出量Ｑ１が変化しない操作初期のパイロット圧区間である。
図３は、アーム引き／ブーム上げまたはバケット掘削の複合操作時に、ブーム上げまたはバケット掘削のパイロット圧(操作量。以下、バケット上げ等パイロット圧という)と、図２のポンプ吐出量の上限値Ｑ１Ａとの関係を示す。
同図のように、ブーム上げ等パイロット圧が０から一定の値ｂまでの区間ｃを除いて、ブーム上げ等パイロット圧の増加に比例して上限値Ｑ１Ａが減少するように設定されている。
この設定に基づき、コントローラ３５により、アーム引き／ブーム上げまたはバケット掘削の複合操作時に、アーム引き操作量によって決まる第１油圧ポンプ７の吐出量の上限値Ｑ１Ａを、ブーム上げ等パイロット圧の増加に応じて減少させる制御が行われる。
この制御により、第１グループＧ１におけるタンデム回路１６の上流側(ブーム用第１コントロールバルブ１０またはバケット用コントロールバルブ１１)のセンターバイパス通路を通る流量が減少するため、同通路の絞り作用によって発生する発熱を抑えることができる。
この場合、ブーム上げまたはバケット掘削の操作量が大きくなる(センターバイパス通路の開口が小さくなる)ほど上限値Ｑ１Ａが小さくなり、第１グループＧ１の流量が減るため、発熱防止の点でさらに有効となる。
また、アーム引き／ブーム上げまたはバケット掘削の複合操作時には、前記のようにアームを速く引きながらブームまたはバケットをゆっくり作動させるのが一般的であるため、上記制御を行わないと、大きなアーム引き操作量に応じて第１油圧ポンプ７の吐出量が多くなって上記バイパス通路での発熱が起こり易くなる。この点から、アーム引き／ブーム上げまたはバケット掘削の複合操作時に上記制御を行うことにより、発熱防止の実効がとくに高いものとなる。
一方、上記制御によるポンプ吐出量の減少によって第１油圧ポンプ７のポンプ圧の上昇が抑制され、馬力制御による第２油圧ポンプ８の吐出量の減少、すなわち、同ポンプ８からアームシリンダ５に供給される油量の減少を抑制することができる。このため、複合操作時のアーム速度の低下を抑えることができる。
しかも、第１油圧ポンプ７の制御のみによって上記作用を得ることができるため、特許文献１に記載された公知技術のように余分な弁(絞り２０に変わる流量制御弁)を追加する必要もない。このため、発熱及びアーム速度の低下を抑えるという所期の目的を低コストで実現することができるとともに、既存の機械にも容易に適用することができる。
但し、上記のように第１油圧ポンプ７の吐出量の上限値を制限する制御によって同ポンプ７からアームシリンダ５に供給される油量が減少することは免れない。また、ブーム上げまたはバケット掘削の操作量が増加するほどこの傾向が強くなり、同時に第２油圧ポンプ８からのアームシリンダ供給油量も減少する。このため、このままではアーム速度の低下は避けられない。
そこでこの実施形態においては、アームシリンダ５の縮小側から伸長側に油を再供給する再生回路３６と、この再生回路３６を通る再生流量を制御する再生弁３７とが設けられている。
再生弁３７は、電磁式の流量制御弁として構成され、コントローラ３５により、複合操作時に図４に示すようにブーム上げまたはバケット掘削のパイロット圧(操作量)に応じて、この操作量が大きいほど再生率が増加する方向に制御される。
この制御により、前記した第１油圧ポンプ７の吐出量の上限値が減少することに対抗して再生油量を増加させることができるため、アームシリンダ５に必要な流量を確保してアーム引き速度を十分速くすることができる。
なお、図６に示す従来回路では、説明の簡略化のために図示していないが、アームシリンダ用の再生弁そのものは油圧ショベルの油圧回路において従来から用いられており、実施形態回路においては、コントローラ３５による再生弁３７の制御プログラムを上記の内容に変更するだけでよい。すなわち、従来回路との比較において再生弁３７によるコストアップのおそれは殆どない。
本発明の実施形態にかかる油圧制御装置の回路構成図である。 同装置におけるアーム引きパイロット圧と、第１油圧ポンプの吐出量との関係を示す図である。 同装置におけるブーム上げまたはバケット掘削のパイロット圧と、第１油圧ポンプの吐出量の上限値との関係を示す図である。 同装置におけるブーム上げまたはバケット掘削のパイロット圧と、アームシリンダに対する油の再生率との関係を示す図である。 油圧ショベルの作業アタッチメントの側面図である。 従来装置の回路構成図である。
符号の説明
１ ブーム
２ アーム
３ バケット
４ ブームシリンダ
５ アームシリンダ
６ バケットシリンダ
７ 第１油圧ポンプ
８ 第２油圧ポンプ
Ｇ１ 第１グループ
Ｇ２ 第２グループ
１０,１３ ブーム用コントロールバルブ
１１ バケット用コントロールバルブ
１２,１５ アーム用コントロールバルブ
１６,１７ タンデム回路
１８,１９ パラレル回路
２０ 絞り
２１,２２,２３ リモコン弁
２７,２８ ポンプセンサ
３０,３１ ポンプ吐出量を制御するための比例弁
３２,３３,３４ パイロット圧センサ
３５ 制御手段としてのコントローラ
３６ 再生回路
３７ 再生弁

Claims (3)

  1. 作業アタッチメントを構成するブーム、アーム、バケットと、これらを駆動するブーム、アーム、バケット各シリンダを含む複数の油圧アクチュエータと、この油圧アクチュエータごとに作動を制御する複数のコントロールバルブとが設けられ、このコントロールバルブ群のうちアーム用コントロールバルブとして、共通の操作手段によって操作される第１及び第２両アーム用コントロールバルブを備え、このコントロールバルブ群は、一方のアーム用コントロールバルブを含む第１グループと、他方のアーム用コントロールバルブを含む第２グループとに分けられて第１及び第２両油圧ポンプに別々に接続され、第１及び第２両グループのそれぞれについて、各コントロールバルブが油圧ポンプに対してアーム用コントロールバルブを最下流側として、それぞれのセンターバイパス通路同士を接続するタンデム回路と、それぞれのポンプポート同士を並列に接続するパラレル回路とによって接続されるとともに、第１グループの上記パラレル回路におけるアーム用コントロールバルブの入口側に、ポンプ吐出油を同グループ内の他のコントロールバルブに優先的に供給するための絞りが設けられ、かつ、上記アーム用コントロールバルブの操作量に応じてポンプ吐出量を制御する制御手段が設けられた油圧ショベルの油圧制御装置において、上記第１グループでのアーム用コントロールバルブのアーム引き操作と他のコントロールバルブの操作とが同時に行なわれる複合操作時に、上記制御手段により、上記アーム引き操作量によって決まる第１油圧ポンプの吐出量の上限値を、他のコントロールバルブの操作量に応じて、この操作量が大きくなるほど小さくなる方向に制限するように構成したことを特徴とする油圧ショベルの油圧制御装置。
  2. 請求項１記載の油圧ショベルの油圧制御装置において、アームシリンダの縮小側の油の一部を伸長側に戻す再生回路と、この再生回路を通る再生流量を制御する再生弁とが設けられ、制御手段は、複合操作時に、上記再生弁を、他のコントロールバルブの操作量に応じて、この操作量が大きいほど再生率が増加する方向に制御するように構成したことを特徴とする油圧ショベルの油圧制御装置。
  3. 請求項１または２記載の油圧ショベルの油圧制御装置において、第１グループ内の他のコントロールバルブとしてブーム用コントロールバルブとバケット用コントロールバルブとが設けられ、制御手段は、アーム引きとブーム上げまたはバケット掘削の複合操作時に、ブーム上げまたはバケット掘削の操作量に応じて第１油圧ポンプの吐出量の上限値を制限するように構成したことを特徴とする油圧ショベルの油圧制御装置。
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