JP2007092789A - 建設機械の油圧制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構造物の重力によってアクチュエータが作動する際に、アクチュエータにかかる負荷の大小に拘わらずこのアクチュエータの作動速度を、操作装置の操作レバーの操作量に応じた一義的な作動速度とすることができる。
【解決手段】油圧ポンプ２と、タンク８と、ブームシリンダ６と、ブーム用方向制御弁７と、ブーム用操作装置１２とを備え、ブーム用方向制御弁７は、ブーム５０等の所定の構造物の重力によってブームシリンダ６が収縮する際に、油圧ポンプ２からブームシリンダ６への圧油供給路を遮断するものから成り、ブーム５０等の構造物の重力によってブームシリンダ６が収縮する際にこのブームシリンダ６のボトム室の油をタンク８に戻す主管路１３であって、ブームシリンダ６とブーム用方向制御弁７との間に位置する部分に、この主管路１３の圧力に応じて作動する圧力補償弁１４を配置した構成にしてある。
【選択図】図１

Description

本発明は、油圧ショベル等の建設機械に装備され、所定の構造物の重力によって作動するブームシリンダ等のアクチュエータを備えた建設機械の油圧制御装置に関する。

この種の従来技術として、例えば油圧ショベルに備えられるものがある。この従来技術は、油圧ポンプと、タンクと、油圧ポンプから吐出される圧油によって作動し、所定の構造物を駆動するアクチュエータ例えばブームシリンダと、このブームシリンダの作動を制御する方向制御弁すなわちブーム用方向制御弁と、このブーム用方向制御弁を切り換え操作するブーム用操作装置とを備えている。

上述したブーム用方向制御弁は、ブームシリンダが構造物、すなわちブーム等の重力によって作動する際に油圧ポンプからブームシリンダへの圧油供給路を遮断するものからなっている。また、このブーム用方向制御弁は、ブーム等の重力によって作動する際にブームシリンダのボトム室からの油をタンクに戻す通路に、ブームシリンダの収縮速度を制御するメータアウト絞りを備えている。

なお、上述した従来技術とは必ずしも対応しないが、特許文献１に、所定の構造物の重力によって作動し得るアクチュエータとしてアームシリンダが示されている。ただし、この特許文献１に示される技術は、所定の構造物の重力を介してアームシリンダが作動する際でも、油圧ポンプからアームシリンダへの圧油供給路を連通させる構成になっている。
特開平５−３０２６０４号公報

図３，４は従来技術における問題点を説明する図である。例えば上述したブームシリンダを有する油圧ショベルでは、次に述べるような問題がある。

図３に示す油圧ショベルでは、ブーム５０の下げ動作時にブームシリンダ６に、ブーム５０、アーム５１、バケット５２等の所定の構造物の重力がかかり、図４に示す油圧ショベルの応用機、すなわち上述のバケット５２に代えてコンクリート等を破砕可能な破砕機５３を取り付けた応用機では、ブーム５０の下げ動作時にブームシリンダ６に、ブーム５０、アーム５１、破砕機５３等の所定の構造物の重力がかかる。

しかし、図３の（ａ）図に示すように、アーム５１、バケット５２を巻き込んだ姿勢でブーム５０の下げ動作を実施する場合と、同図３の（ｂ）図に示すように、アーム５１、バケット５２を伸ばした姿勢でブーム５０の下げ動作を実施する場合とでは、ブームシリンダ６にかかる負荷の大きさが異なる。図３の（ｂ）図の場合は、図３の（ａ）図の場合に比べて負荷が大きくなる。

また、図３に示すようにアーム５１の先端にバケット５２が取り付けられる場合のブーム５０の下げ動作時と、図４に示すようにアーム５１の先端に、バケット５２に比べて重量の重い破砕機５３が取り付けられる場合のブーム５０の下げ動作時とでは、ブームシリンダ６にかかる負荷の大きさは異なる。

さらに、図４の（ａ）図に示すようにブームシリンダ６を伸長させた状態と、図４の（ｂ）図に示すようにブームシリンダ６を収縮させた状態とでは、ブームシリンダ６にかかる負荷の大きさが異なる。

このように、油圧ショベルの作業姿勢の相違に伴って、あるいはアーム５１の先端に取り付けられる作業具の重量の相違に伴って、ブームシリンダ６にかかる負荷の大きさが現実には異なっている。このために、ブーム５０の下げ動作時に、ブーム用操作装置の操作レバーを或る位置に保持することによってブーム用方向制御弁に含まれるメータアウト絞りの開口面積を一定に保ち、一定のブームシリンダ６の収縮速度にしようとしても、このブームシリンダ６にかかる上述したような負荷の変化に伴って、このブームシリンダ６の収縮速度が変化してしまう。したがって従来技術にあっては、ブーム用操作装置の操作レバーを操作するオペレータは、ブームシリンダ６の収縮速度を所望の一定速度にするために、操作レバーを絶えず動かして操作量を調整しなければならなかった。すなわち、従来技術は、重力によってブームシリンダ６を作動させようとするときの操作レバーの操作が煩雑であり、操作性の向上を見込めなかった。これに伴って、オペレータに疲労感を与えやすい問題もあった。

なお、上述では構造物の重力によって作動するアクチュエータの一例としてブームシリンダ６を挙げたが、アームシリンダ等であっても同様な問題を生じる。

本発明は、上述した従来技術における実状からなされたもので、その目的は、構造物の重力によってアクチュエータが作動する際に、アクチュエータにかかる負荷の大小に拘わらずこのアクチュエータの作動速度を、操作装置の操作レバーの操作量に応じた一義的な作動速度とすることができる建設機械の油圧制御装置を提供することにある。

この目的を達成するために、本発明は、油圧ポンプと、タンクと、上記油圧ポンプから吐出される圧油によって作動し、所定の構造物を駆動するアクチュエータと、このアクチュエータの作動を制御する方向制御弁と、この方向制御弁を切り換え操作する操作装置とを備え、上記方向制御弁は、上記所定の構造物の重力によって上記アクチュエータが作動する際に、上記油圧ポンプから上記アクチュエータへの圧油供給路を遮断するものから成る建設機械の油圧制御装置において、上記所定の構造物の重力によって上記アクチュエータが作動する際にこのアクチュエータの油を上記タンクに戻す主管路に、この主管路の圧力に応じて作動する圧力補償弁を備えたことを特徴としている。

このように構成した本発明は、所定の構造物の重力によってアクチュエータが作動し、アクチュエータの油が方向制御弁を介してタンクに戻される際、アクチュエータにかかる負荷の変化に相応する主管路の圧力に応じて圧力補償弁が作動し、方向制御弁の開口面積が一定となるように保持した状態ではタンクに戻される油の量は一定量となる。したがって、アクチュエータの作動速度は、方向制御弁の開口面積に依存する速度となる。すなわち、アクチュエータの作動速度を、操作レバーの操作量に応じた一義的な作動速度とすることができる。これにより、所定の構造物の重力によってアクチュエータが作動する際に、操作レバーを頻繁に操作する必要がなくなり、操作レバーを或る位置に静止保持することで、アクチュエータの作動速度を所望の一定速度とすることができる。

また、本発明は、上記発明において、上記主管路のうちの上記アクチュエータと上記方向制御弁との間に位置する部分に、上記油圧ポンプ方向への圧油の流れを阻止する逆止弁と、上記圧力補償弁とを互いに並列に配置したことを特徴としている。

また、本発明は、上記発明において、上記アクチュエータから上記タンクへの油の流れに際して上記方向制御弁の上流側を形成する上記主管路の部分の圧力を、上記圧力補償弁の一方の制御部に導く制御管路と、上記方向制御弁の下流側を形成する上記主管路の部分の圧力を、上記一方の制御部と対向する上記圧力補償弁の他方の制御部に導く制御管路とを備えたことを特徴としている。

また、本発明は、上記発明において、上記アクチュエータから上記タンクへの油の流れに際して上記方向制御弁の上流側を形成する上記主管路の部分の圧力を、上記圧力補償弁の一方の制御部に導く制御管路を備えるとともに、上記制御管路によって導かれる上記主管路の圧力に応じた力に対抗する力を与えるばねを、上記一方の制御部と対向する上記圧力補償弁の他方の制御部に備えたことを特徴としている。

また、本発明は、上記発明において、上記アクチュエータがブームシリンダであり、上記主管路が上記ブームシリンダのボトム室と上記タンクとを連絡する管路であることを特徴としている。

本発明は、所定の構造物の重力によってアクチュエータが作動する際にこのアクチュエータの油をタンクに戻す主管路に、アクチュエータにかかる負荷に相応する主管路の圧力に応じて作動する圧力補償弁を備えたことにより、方向制御弁の開口面積が一定となるように保持した状態ではタンクに戻される油の量は一定になる。したがって、構造物の重力によってアクチュエータが作動する際に、アクチュエータにかかる負荷の大小にかかわらずこのアクチュエータの作動速度を、操作装置の操作レバーの操作量に応じた一義的な作動速度とすることができる。これにより、従来のように頻繁に操作レバーを操作することなくアクチュエータの作動速度を所望の一定速度とすることができ、従来に比べて操作レバーの操作性を向上させることができる。また、これに伴って操作レバーの操作に伴うオペレータの疲労感を従来よりも軽減させることができる。

以下，本発明に係る建設機械の油圧制御装置を実施するための最良の形態を図に基づいて説明する。

図１は本発明に係る建設機械の油圧制御装置の一実施形態を示す油圧回路図である。本実施形態は、建設機械、例えば図３に示したような油圧ショベルに装備されるものである。この図１に示すように、本実施形態は、原動機すなわちエンジン１と、このエンジン１によって駆動される油圧ポンプ２及びパイロットポンプ３と、タンク８と、油圧ポンプ２から吐出される圧油によって作動し、ブーム５０等の所定の構造物を駆動するアクチュエータ、例えばブームシリンダ６と、このブームシリンダ６の作動を制御するブーム用方向制御弁７と、このブーム用方向制御弁７を切り換え操作するブーム用操作装置１２とを備えている。

上述したパイロットポンプ３の吐出管路１１には、この吐出管路１１のパイロット一次圧の大きさを規定するパイロットリリーフ弁１０を配置してある。また、吐出管路１１にブーム用方向制御弁７を制御するブーム用操作装置１２を接続させてある。このブーム用操作装置１２の操作レバー１２ａを例えば同図１の右方向へ傾けると、このブーム用操作装置１２に含まれる図示しないパイロット弁が作動して、発生したパイロット圧Ｂｕがブーム用方向制御弁７の同図１の左側の制御部に与えられる。これによりブーム用方向制御弁７は左位置に切り換えられる。また、操作レバー１２ａを同図１の左方向へ傾けると、図示しないパイロット弁が作動して、発生したパイロット圧Ｂｄがブーム用方向制御弁７の同図１の右側の制御部に与えられる。これによりブーム用方向制御弁７は右位置に切り換えられる。

なお、ブーム用方向制御弁７は、同図１に示す中立位置において、油圧ポンプ２の吐出管路４と、タンク８に連通するセンタバイパス通路５とが連通し、油圧ポンプ２からブームシリンダ６への圧油供給路、すなわち、油圧ポンプ２方向への油の流れを阻止する逆止弁９を含む圧油供給路は遮断される。また、ブームシリンダ６とタンク８との間も遮断される。

同図１の左位置にブーム用方向制御弁７が切り換えられると、センタバイパス通路５が遮断され、油圧ポンプ２の吐出管路４が、逆止弁９を介してブームシリンダ６のボトム室に接続される主管路１３に連通し、ブームシリンダ６のロッド室に接続される主管路１３ａがタンク８に連通する。

また、同図１の右位置にブーム用方向制御弁７が切り換えられると、油圧ポンプ２の吐出管路４とセンタバイパス通路５とが接続され、逆止弁９を含む圧油供給路が遮断され、再生回路１７を介して主管路１３と主管路１３ａとが連通するとともに、主管路１３とタンク８とがメータアウト絞り１６を介して連通する。

本実施形態は特に、ブーム５０等の所定の構造物の重力によってブームシリンダ６が収縮する際に、ブームシリンダ６のボトム室の油をタンク８に戻す主管路１３に、この主管路１３の圧力に応じて作動する圧力補償弁１４を備えている。例えば、ブームシリンダ６のボトム室とブーム用方向制御弁７との間に位置する主管路１３の部分に、油圧ポンプ２方向への圧油の流れを阻止する逆止弁１５と、圧力補償弁１４とを互いに並列に配置してある。

また例えば、ブームシリンダ６のボトム室からタンク８への油の流れに際してブーム用方向制御弁７の上流側を形成する主管路１３の部分の圧力Ｐｍｏを、圧力補償弁１４の一方の制御部すなわち同図１の右側の制御部に導く制御管路１４ａと、ブーム用方向制御弁７の下流側を形成する主管路の部分の圧力Ｐｏｕｔを、上述の一方の制御部と対向する圧力補償弁１４の他方の制御部すなわち同図１の左側の制御部に導く制御管路１４ｂとを備えている。

このように構成した本実施形態の動作について説明する。

［ブーム上げ動作］
ブーム用操作装置１２の操作レバー１２ａを、図１の右方向へ傾けると、パイロットポンプ３から吐出されるパイロット一次圧が操作レバー１２ａの操作量に応じたパイロット圧Ｂｕとして出力され、ブーム用方向制御弁７の図１の左側の制御部に与えられる。これにより、ブーム用方向制御弁７は図１の左位置に切り換えられる。したがって、センタバイパス通路５は遮断され、油圧ポンプ２と主管路１３とが連通し、主管路１３ａとタンク８とが連通する。これによって、油圧ポンプ２の圧油が、吐出管路４、逆止弁９、ブーム用方向制御弁７の左位置、主管路１３、逆止弁１５を介してブームシリンダ６のボトム室に供給され、ブームシリンダ６のロッド室の圧油が、主管路１３ａ、ブーム用方向制御弁７の左位置を介してタンク８に戻され、ブームシリンダ６が伸長する。これによりブーム上げが実施される。

［ブーム下げ動作］
ブーム用操作装置１２の操作レバー１２ａを、図１の左方向へ傾けると、操作レバー１２ａの操作量に応じたパイロット圧Ｂｄがブーム用方向制御弁７の図１の右側の制御部に与えられる。これにより、ブーム用方向制御弁７は図１の右位置に切り換えられる。したがって、センタバイパス通路５を介して油圧ポンプ２の吐出管路４とタンク８とが接続され、油圧ポンプ２の圧油がタンク８に戻される。また、逆止弁９を含む圧油供給路が遮断され、再生回路１７を介して主管路１３と主管路１３ａとが連通するとともに、主管路１３とタンク８とがメータアウト絞り１６を介して連通する。これにより、ブーム５０等の構造物の重力によってブームシリンダ６のボトム室の油は、主管路１３、圧力補償弁１４に導かれ、さらにブーム用方向制御弁７の右位置に導かれ、その一部が再生回路１７、主管路１３ａを介してブームシリンダ６のロッド室に供給され、残りがメータアウト絞り１６を介してタンク８に戻され、メータアウト絞り１６の開口面積に応じた下げ速度でブーム下げが実施される。

このとき、この油圧ショベルの例えば作業姿勢の変化に伴うブームシリンダ６にかかる負荷の変化に相応する主管路１３の圧力、すなわち制御管路１４ａによって導かれる制御圧Ｐｍｏと、制御管路１４ｂによって導かれる制御圧Ｐｏｕｔとの差圧に応じて圧力補償弁１４が作動する。ブームシリンダ６のボトム室から、主管路１３に流れた油は、上述のように圧力補償弁１４で制御され、これによりブーム用方向制御弁７に流入する油の量が一定となるように制御される。つまり、ブームシリンダ６にかかる負荷が大きいときには主管路１３の圧力が高くなって上述した差圧が大きくなり、これにより圧力補償弁１４の開口量が小さくなるように制御され、負荷が小さいときには主管路１３の圧力が低くなって上述した差圧が小さくなり、これにより圧力補償弁１４の開口量が大きくなるように制御される。これによって、ブーム用方向制御弁７に流入する油の量が一定となり、ブーム用方向制御弁７の右位置のメータアウト絞り１６の開口面積が一定に保持されている状態では、このブーム用方向制御弁７を経てタンク８に戻される油の量は一定量となる。

したがって、ブームシリンダ６の作動速度、すなわち収縮速度は、ブーム用方向制御弁６のメータアウト絞り１６の開口面積に依存する速度となる。すなわち、ブームシリンダ６の収縮速度を、操作レバー１２ａの操作量に応じた一義的な収縮速度とすることができる。

このように構成した本実施形態によれば、ブーム５０等の所定の構造物の重力によってブームシリンダ６が収縮し、ブーム下げが実施される際には、操作レバー１２ａを頻繁に操作する必要がなくなり、操作レバー１２ａを図１の左方向へ傾けた或る位置に静止保持することで、ブームシリンダ６の作動速度を所望の一定速度とすることができ、操作レバー１２ａの操作性を向上させることができる。また、これに伴って操作レバー１２ａの操作に伴うオペレータの疲労感を軽減させることができる。

図２は本発明の別の実施形態を示す油圧回路図である。この別の実施形態も基本的には、上述した図１に示した実施形態と同様に、ブーム用方向制御弁７とブームシリンダ６のボトム室とを連絡する主管路１３の部分に、逆止弁１５と圧力補償弁１４とを互いに並列に配置した構成にしてある。特に、この別の実施形態は、ブーム用方向制御弁７の下流側の上述した図１に示す制御圧Ｐｏｕｔに相応する圧力が一定の場合、あるいはこの圧力がほとんど変動しない場合に有効であり、制御管路１４ａによって導かれる主管路１３の圧力に応じた力に対抗する力を与えるばね１４ｃを、圧力補償弁１４の右側の制御部と対向する圧力補償弁１４の左側の制御部に備えた構成にしてある。その他の構成は、上述した図１に示した実施形態と同等である。

このように構成した別の実施形態は、ブーム下げ動作に際し、この油圧ショベルの例えば作業姿勢の変化に伴うブームシリンダ６にかかる負荷の変化に相応する制御管路１４ａによって導かれる制御圧Ｐｍｏに応じた力と、ばね１４ｃのばね力との力の差に応じて圧力補償弁１４が作動し、ブーム用方向制御弁７に流入する油の量が一定となる。したがって、この別の実施形態も、ブーム用方向制御弁７のメータアウト絞り１６の開口面積が一定に保持されている状態では、このブーム用方向制御弁７のメータアウト絞り１６を経てタンク８に戻される油の量は一定量となり、ブームシリンダ６の収縮速度はブーム用方向制御弁６のメータアウト絞り１６の開口面積に依存する速度となり、上述した図１に示す実施形態と同等の効果が得られる。

なお、上記の各実施形態では、ブーム用方向制御弁７とブームシリンダ６との間の主管路１３部分に圧力補償弁１４を配置した構成にしてあるが、ブーム用方向制御弁７とタンク８との間の主管路の部分に圧力補償弁１４を配置した構成にしてもよい。ただし、この場合には、ブーム上げ動作時に圧力補償弁１４の圧力補償機能を無効にさせて、この圧力補償弁１４を強制的に全開状態とする手段を併せて備えることが好ましい。

また、上記の各実施形態では、所定の構造物の重力によって作動するアクチュエータとしてブームシリンダ６を挙げたが、本発明の対象とするアクチュエータは、このようなブームシリンダ６に限定されるものでなく、アームシリンダ等であってもよい。

本発明に係る建設機械の油圧制御装置の一実施形態を示す油圧回路図である。 本発明の別の実施形態を示す油圧回路図である。 従来技術における問題点を説明する図である。 従来技術における問題点を説明する図である。

符号の説明

２ 油圧ポンプ
６ ブームシリンダ（アクチュエータ）
７ ブーム用方向制御弁
８ タンク
１２ ブーム用操作装置
１２ａ 操作レバー
１３ 主管路
１３ａ 主管路
１４ 圧力補償弁
１４ａ 制御管路
１４ｂ 制御管路
１４ｃ ばね
１５ 逆止弁
１６ メータアウト絞り
５０ ブーム

Claims (5)

1. 油圧ポンプと、タンクと、上記油圧ポンプから吐出される圧油によって作動し、所定の構造物を駆動するアクチュエータと、このアクチュエータの作動を制御する方向制御弁と、この方向制御弁を切り換え操作する操作装置とを備え、
   上記方向制御弁は、上記所定の構造物の重力によって上記アクチュエータが作動する際に、上記油圧ポンプから上記アクチュエータへの圧油供給路を遮断するものから成る建設機械の油圧制御装置において、
   上記所定の構造物の重力によって上記アクチュエータが作動する際にこのアクチュエータの油を上記タンクに戻す主管路に、この主管路の圧力に応じて作動する圧力補償弁を備えたことを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
2. 上記請求項１記載の発明において、
   上記主管路のうちの上記アクチュエータと上記方向制御弁との間に位置する部分に、上記油圧ポンプ方向への圧油の流れを阻止する逆止弁と、上記圧力補償弁とを互いに並列に配置したことを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
3. 上記請求項２記載の発明において、
   上記アクチュエータから上記タンクへの油の流れに際して上記方向制御弁の上流側を形成する上記主管路の部分の圧力を、上記圧力補償弁の一方の制御部に導く制御管路と、
   上記方向制御弁の下流側を形成する上記主管路の部分の圧力を、上記一方の制御部と対向する上記圧力補償弁の他方の制御部に導く制御管路とを備えたことを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
4. 上記請求項２記載の発明において、
   上記アクチュエータから上記タンクへの油の流れに際して上記方向制御弁の上流側を形成する上記主管路の部分の圧力を、上記圧力補償弁の一方の制御部に導く制御管路を備えるとともに、
   上記制御管路によって導かれる上記主管路の圧力に応じた力に対抗する力を与えるばねを、上記一方の制御部と対向する上記圧力補償弁の他方の制御部に備えたことを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
5. 上記請求項１〜４のいずれか１項記載の発明において、
   上記アクチュエータがブームシリンダであり、上記主管路が上記ブームシリンダのボトム室と上記タンクとを連絡する管路であることを特徴とする建設機械の油圧制御装置。

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