JP2007120004A - 作業機械の油圧制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アーム引きと旋回の複合操作時に適正な旋回速度を確保する。
【解決手段】旋回モータ１２とアームシリンダ７が第１及び第２油圧ポンプ２４,２５の合流油によって駆動される回路構成とされ、かつ、走行直進弁２６とカット弁３０が設けられた構成を前提として、アーム引きと旋回の複合操作時に、走行直進弁２６とカット弁３０を制御するとともに、第２油圧ポンプ２５の吐出量を制御することにより、両ポンプ２４,２５の合流量をアームシリンダ７のストロークに応じて漸減させ、旋回速度が上がり過ぎないようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は油圧ショベル等の作業機械においてアーム引きと旋回の複合操作時の制御内容を改良した油圧制御装置に関するものである。

油圧ショベルを例にとって説明する。

油圧ショベルは、図４に示すように、クローラ式の下部走行体１上に上部旋回体２が縦軸まわりに旋回自在に搭載され、この上部旋回体２に、ブーム３、アーム４、バケット５、それにこれらを駆動するブーム、アーム、バケット各シリンダ６,７,８から成る作業(掘削)アタッチメント９が装着されて構成される。

また、他の油圧アクチュエータとして、下部走行体１を走行駆動する左右の走行モータと、上部旋回体２を旋回駆動する旋回モータ(いずれも図示しない)が設けられている。

この油圧ショベルにおいては、アームシリンダ７と旋回モ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。

この構成において、土砂を運搬車に積み込んだ後、アーム４を引きながら旋回して掘削ポイントに戻る場合のように、アーム引きと旋回の複合操作が行なわれる場合がある。

この場合、アームシリンダ７と旋回モータを同時に作動させるために必要流量が増加し、一つの油圧ポンプでは賄い切れなくなる。

そこで、この旋回／アーム引きの複合操作時に、この両者用の油圧ポンプの吐出油に別の油圧ポンプの吐出油を合流させることによって必要流量を確保する技術が公知である(特許文献１参照)。

なお、この複合操作時に、旋回モータ側が起動のために作動圧が高くなることから、ポンプ吐出油が作動圧の低いアームシリンダ側に集中して旋回モータ側が流量不足となることを防止するために、たとえば特許文献１に示されているように、アームシリンダのメータアウト側に絞りを設けて作動圧を高める等の旋回優先策がとられる。
特開平２００１−２９５８０４号公報

ところが、上記公知技術によると、定常旋回に入って旋回モータの作動圧が下がると、旋回モータ側の流量が増加するため、旋回速度が上がる。さらに、アームシリンダがストロークエンドに達すると全流量が旋回モータに流れ、旋回速度がほぼ倍速まで上がってしまい、操作性、作業効率が悪くなるという問題があった。

そこで本発明は、アーム引きと旋回の複合操作時における上記現象の発生を防止し、適正な旋回速度を確保することができる作業機械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、下部走行体上に搭載された上部旋回体にブーム及びアームを備えた作業アタッチメントが装着され、上記アームを駆動するアームシリンダと、上部旋回体を旋回駆動する旋回モータとが第１及び第２油圧ポンプのうち一方の油圧ポンプに、他の油圧アクチュエータが他方の油圧ポンプにそれぞれ接続された作業機械の油圧制御装置において、上記両油圧ポンプの吐出油を合流させる状態とこの合流を停止させる状態との間で作動する合流制御弁と、この合流制御弁の作動を制御する制御手段と、アームシリンダ及び旋回モータの少なくとも一方について合流を解除すべき作動状態を検出する作動状態検出手段とを具備し、上記制御手段は、アーム引きと旋回の複合操作時に、上記合流制御弁により、両油圧ポンプの吐出油を合流させてアームシリンダ及び旋回モータに供給する合流操作を行った後、上記作動状態検出手段によって検出された作動状態に基づいて合流を解除する合流解除操作を行う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、制御手段は、複合操作時の合流解除操作として、検出される作動状態の変化に応じて合流量を最小値に向けて漸減させ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、作動状態検出手段として、アームシリンダのストロークを検出するストローク検出手段を備え、制御手段は、複合操作時の合流解除操作として、アームシリンダのストロークの増加に応じて合流量を漸減させるように構成されたものである。

請求項４の発明は、請求項２の構成において、作動状態検出手段として、旋回速度を検出する旋回速度検出手段を備え、制御手段は、複合操作時の合流解除操作として、旋回速度の増加に応じて合流量を漸減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１乃至４のいずれかの構成において、左右いずれか一方の走行モータとそのコントロールバルブを含む第１グループが他方の油圧ポンプとしての第１油圧ポンプに、アームシリンダ、旋回モータ及び他方の走行モータとそのコントロールバルブを含む第２グループが一方の油圧ポンプとしての第２油圧ポンプに、それぞれ走行用コントロールバルブを最上流側としてセンターバイパスライン及び圧油供給ラインによって接続されるとともに、両油圧ポンプのポンプラインに走行直進弁、両センターバイパスラインの最下流側にセンターバイパスラインを開閉するカット弁がそれぞれ設けられ、走行と他の操作が同時に行われる走行複合操作時に、第２油圧ポンプの吐出油を上記走行直進弁によって左右の走行モータに分配する一方、同一グループ内の複数のコントロールバルブが同時操作される複合操作時に、上記走行直進弁及びカット弁により両油圧ポンプの吐出油を合流させて上記複数の油圧アクチュエータに供給するように構成され、制御手段は、アーム引きと旋回を同時に行う複合操作時に、走行直進弁及びカット弁を合流制御弁として合流操作及び合流解除操作を行うように構成されたものである。

請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれかの構成において、制御手段は、アーム引きと旋回の複合操作時に、合流操作としてアーム引きまたは旋回の操作量に応じて他方の油圧ポンプの吐出量を増加させ、合流解除操作としてこのポンプ吐出量を減少させるように構成されたものである。

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、アーム引き及び旋回の少なくとも一方の操作量を検出する操作量検出手段が設けられ、制御手段は、上記操作量検出手段によって検出された操作量と、作動状態検出手段によって検出された作動状態のうちの低位選択に基づいて合流解除操作を行うように構成されたものである。

本発明によると、アーム引きと旋回の複合操作時に、第１及び第２両油圧ポンプの吐出油を合流させてアームシリンダ及び旋回モータに供給する構成を前提として、アームシリンダまたは旋回モータについて合流を解除すべき作動状態(請求項３ではアームシリンダのストローク、請求項４では旋回速度)を検出し、これに基づいて合流解除操作を行うため、複合操作時に旋回速度の上がり過ぎを防止して良好な操作性と作業効率を確保することができる。

この場合、請求項２〜４の発明によると、合流解除操作として、合流をいきなり停止させるのではなく、検出される作動状態の変化に応じて合流量を漸減させるため、旋回速度が急変するおそれがなく、より良好な操作性を得ることができる。

また、請求項５の発明によると、とくに油圧ショベルにおいて元々設けられた走行直進弁及びカット弁を合流制御弁として利用するため、専用の合流制御弁を増設する必要がない。このため、回路構成が簡単かつ低コストですむとともに、既存の機械への適用が容易となる。

請求項６の発明によると、合流させる側の油圧ポンプの吐出量を、合流操作として増加させ、合流解除操作として減少させるため、合流及び合流解除の実効を高めることができる。すなわち、複合操作開始時には十分な合流量を確保し、合流解除時には旋回速度の上がり過ぎを効果的に防止することができる。

請求項７の発明によると、作動状態と、アーム引きまたは旋回の操作量のうちの低位選択に基づいて合流解除操作を行うため、より的確な制御を行うことができる。

本発明の実施形態を図１〜図３によって説明する。

以下の実施形態では油圧ショベルを適用対象として例にとっている。

図１にこの油圧制御装置の全体構成を示す。

この油圧ショベルにおいては、油圧アクチュエータとして、ブーム、アーム、バケット各シリンダ６,７,８のほか、左右の走行モータ１０,１１と旋回モータ１２とを具備している。

この油圧アクチュエータ群、及びこれらを個別に制御する油圧パイロット式のコントロールバルブ群は、第１及び第２の二つのグループＧ１,Ｇ２に分けられている。

図左側の第１グループＧ１は右走行モータ１１、バケットシリンダ８、ブームシリンダ６、及びこれらのコントロールバルブ１３,１４,１５から成っている。

図右側の第２グループＧ２は左走行モータ１０、旋回モータ１２、アームシリンダ７、及びこれらのコントロールバルブ１６,１７,１８から成っている。

この両グループＧ１,Ｇ２の各コントロールバルブ１３〜１５,１６〜１８は、それぞれ走行モータ用コントロールバルブ１３,１６を最上流側にしてセンターバイパスラインＣ１,Ｃ２によりタンデムに接続される一方、走行用以外の各コントロールバルブ１４,１５,１７,１８については、センターバイパスラインＣ１,Ｃ２とは別に設けられた圧油供給ラインＬにパラレルに接続されている。Ｔはタンクである。

また、コントロールバルブごとにリモコン弁が設けられるとともに、このリモコン弁のパイロット圧をコントロールバルブ操作量として検出する圧力センサが設けられている。但し、ここではアーム用及び旋回用の両リモコン弁１９,２０と、これらのパイロット圧を検出する圧力センサ２１,２２,２３のみを図示し、他は図示省略している。

一方、油圧アクチュエータ群に対する圧油供給源として第１、第２両ポンプ２４,２５が設けられ、この両ポンプ２４,２５の吐出油が油圧パイロット式の走行直進弁(以下、一般的な略称に従って走直弁という)２６を介して、または直接、両グループＧ１,Ｇ２に供給される。

走直弁２６は、単独操作位置イと複合操作位置ロとを有し、かつ、二つのポンプポートＰ１,Ｐ２と、二つのアクチュエータポートＡ,Ｂを備えた二位置４ポート切換弁として構成され、両油圧ポンプ２４,２５のポンプラインＰＬ１,ＰＬ２に接続されている。

この走直弁２６は、コントローラ２７からの指令に基づく電磁比例式の切換制御弁２８の二次圧によって切換制御される。２９は切換制御弁２８の一次油圧源である。

コントローラ２７には、各リモコン弁の操作量に応じた操作信号(圧力センサ２１〜２３等からの信号)が入力され、走行操作と、それ以外の操作(作業操作)が別々に行なわれる単独操作時には走直弁２６が図示の単独操作位置イとなる。

この状態では、第１ポンプ２４の吐出油が、走直弁２６の通路Ｐ１−Ｂを通って第１グループＧ１に、第２ポンプ２５の吐出油が直接、第２グループＧ２にそれぞれ供給される。

一方、走行操作と作業操作が同時に行なわれる走行複合操作時には、走直弁２６がコントローラ２７からの信号に基づいて単独操作位置イから複合操作位置ロに切換えられる。

この状態では、第１ポンプ２４の吐出油が走直弁２６の通路Ｐ１−Ａ、及び圧油供給ラインＬを通って両走行モータ１０,１１以外の油圧アクチュエータ６,７,８,１２にパラレルに供給される一方、第２ポンプ２５の吐出油が両走行モータ１０,１１に分配供給される。

この状態で、両走行モータ１０,１１が共通の第２ポンプ２５によって駆動されるため、左右同量ずつ走行操作されれば両走行モータ１０，１１に同量の油が供給されてこれらが同速で回転する。すなわち、走行直進性が確保される。

また、走直弁２６は、同一グループに属する走行モータ１０,１１以外の複数の油圧アクチュエータが同時に操作される複合操作時にも複合操作位置ロに切換えられる。

この状態で、両油圧ポンプ２４,２５の吐出油が合流点Ｏで合流し、この合流作用により複数の油圧アクチュエータが同時に作動するのに必要な流量が確保される。

ところで、走直弁２６が複合操作位置ロにセットされた状態で、上記のように第２油圧ポンプ２５の吐出油が両グループＧ１,Ｇ２のセンターバイパスラインＣ１,Ｃ２に分配されるため、両グループＧ１,Ｇ２の一方のアクチュエータ作動時に、他方のセンターバイパスラインＣ１またはＣ２がタンクＴに通じたままだとポンプ吐出油がすべてアンロードされてしまい、アクチュエータが作動しない事態が発生する。

そこで、両センターバイパスラインＣ１,Ｃ２の最下流側に、同ラインＣ１,Ｃ２を必要に応じてカットするための油圧パイロット式のカット弁３０,３１が設けられている。

このカット弁３０,３１は、コントローラ２７からの信号に基づいて電磁式の比例弁３２(カット弁３１用の比例弁は図示省略している)から送られるパイロット圧により、図示のようにセンターバイパスラインＣ１をタンクＴに連通させるアンロード位置イと、タンクＴに対して遮断するブロック位置ロとの間で切換わり作動する。

この両カット弁３０,３１のうち第１グループＧ１側のカット弁３０は、第２グループＧ２側のいずれかのコントロールバルブの操作時に、また第２グループＧ２側のカット弁３１は第１グループＧ１側のいずれかのコントロールバルブの操作時に、それぞれブロック位置ロに切換わる。

この作用により、両グループＧ１,Ｇ２のアクチュエータ作動が確保される。

両油圧ポンプ２４,２５には、ポンプレギュレータとしての電磁式の比例弁３３,３４が設けられ、両油圧ポンプ２４,２５の吐出量がこの比例弁３３,３４を通じてコントローラ２７によって制御される。

一方、この制御装置においては、アームシリンダ７のストロークを検出する作動状態検出手段としてのアームシリンダストロークセンサ３５が設けられ、アーム引きと旋回の複合操作時に、アームシリンダ７のストロークに応じて第１油圧ポンプ２４のポンプ吐出量と、走直弁２６、それに第１グループＧ１のカット弁３０がそれぞれコントローラ２７によって制御される。

このアーム引き／旋回の複合操作時におけるコントローラ２７の制御内容を次に説明する。

合流操作
複合操作によるリモコン弁１９,２０のパイロット圧(操作量)は圧力センサ２１〜２３によってコントローラ２７に取り込まれ、低位選択される。

図２は、低位選択されたこのパイロット圧と、コントローラ２７から走直弁２６用の切換制御弁２８、カット弁３０用の比例弁３２、第１油圧ポンプ２４用の比例弁３３にそれぞれ送られる指令値との関係を示す。

図示のようにパイロット圧の増加に応じて指令値が最大値Ｂに向かって増加し、この最大値で、走直弁２６については複合操作位置ロへのスプール移動量、カット弁３０についてはブロック位置ロへの移動量(開度)、第１油圧ポンプ２４については吐出量がそれぞれ最大となる。

この制御により、アーム引きまたは旋回の操作量が最大となると両ポンプ２４,２５の合流量が最大となり、複合操作に必要な流量が十分確保される。

合流解除操作
図３はアームシリンダストロークと、図２の最大指令値Ｂとの関係を示し、アームシリンダ７のストロークが設定値Ｓ１に達した後、増加するに連れて、最大指令値Ｂが漸減し、最大ストローク(ストロークエンド)Ｓ２で最小となる。

なお、上記設定値Ｓ１は、たとえば定常旋回に達するストロークとして設定される。

従って、複合操作開始後、アームシリンダ７のストロークの設定値Ｓ１からの増加に連れて合流量が漸減し、ストロークエンドで合流停止となる。

以上の制御により、複合操作開始後に合流量が最大となり、アームシリンダ７が設定値Ｓ１を超えて伸長するに連れて合流量が徐々に減少するため、定常旋回に達した後に旋回が加速され、あるいはアームシリンダ７のストロークエンドで旋回が倍速にまで上がってしまう現象を防止して良好な操作性と作業効率を確保することができる。

この場合、合流解除操作として、合流をいきなり停止させるのではなく、検出されるアームシリンダストロークの変化に応じて合流量を漸減させるため、旋回の速度が急変するおそれがなく、より良好な操作性を得ることができる。

また、油圧ショベルに元々装備された走直弁２６及びカット弁３０を合流制御弁として利用するため、専用の合流制御弁を増設する必要がない。このため、回路構成が簡単かつ低コストですむとともに、既存の機械への適用が容易となる。

さらに、合流させる側の油圧ポンプ(第１油圧ポンプ２４)の吐出量を、合流操作として増加させ、合流解除操作として減少させるため、合流及び合流解除の実効を高めることができる。すなわち、複合操作開始時には十分な合流量を確保し、合流解除時には旋回速度の上がり過ぎを効果的に防止することができる。

他の実施形態
(１) 上記実施形態では、アームシリンダ７のストロークを検出し、このストロークの増加に応じて合流量を漸減させる構成としたが、アームシリンダストロークセンサ３５に代えて図１中に二点鎖線で示す旋回速度センサ３６を設け、旋回速度の増加に応じて合流量を漸減させる構成をとってもよい。

あるいは、アームシリンダストロークと旋回速度の双方を検出して低位選択し、この選択された値に基づいて合流解除操作を行うようにしてもよい。

あるいはまた、図２に示すアーム引きと旋回のうちの低位選択されたパイロット圧(操作量)による指令値と、作動状態(アームシリンダストロークまたは旋回速度)による指令値のうち低位側の指令値に基づいて合流解除操作を行うように構成してもよい。こうすれば、より的確な制御を行うことができる。

(２) 上記実施形態では、油圧ショベルの油圧回路に元々装備された走直弁２６及びカット弁３０を合流制御弁として利用するようにしたが、これらとは別に専用の合流制御弁を設け、この合流制御弁によって上記実施形態同様の合流操作及び合流解除操作を行うようにしてもよい。

(３) 本発明は油圧ショベルに限らず、ブームとアームを備えた作業アタッチメントを有し、アームと旋回の複合操作が行われる作業機械に広く適用することができる。

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。 同装置による合流操作時のアーム引きまたは旋回のパイロット圧と走直弁等に対する指令値との関係を示す図である。 同装置による合流解除操作時のアームシリンダのストロークと走直弁に対する最大指令値との関係を示す図である。 油圧ショベルの概略側面図である。

符号の説明

１ 下部走行体
２ 上部旋回体
３ ブーム
４ アーム
５ バケット
６ ブームシリンダ
７ アームシリンダ
８ バケットシリンダ
９ 作業アタッチメント
１０,１１ 左右の走行モータ
１２ 旋回モータ
１３〜１８ コントロールバルブ
Ｇ１ 第１グループ
Ｇ２ 第２グループ
Ｃ１,Ｃ２ センターバイパスライン
Ｌ 圧油供給ライン
１９ アーム用リモコン弁
２０ 旋回用リモコン弁
２１〜２３ リモコン弁のパイロット圧(操作量)を検出する操作量検出手段としての圧力センサ
２４ 第１油圧ポンプ
２５ 第２油圧ポンプ
ＰＬ１,ＰＬ２ ポンプライン
２６ 合流制御弁を構成する走直弁
３０ 同カット弁
３３,３４ ポンプレギュレータとしての比例弁
３５ アームシリンダストロークセンサ
３６ 旋回速度センサ

Claims (7)

1. 下部走行体上に搭載された上部旋回体にブーム及びアームを備えた作業アタッチメントが装着され、上記アームを駆動するアームシリンダと、上部旋回体を旋回駆動する旋回モータとが第１及び第２油圧ポンプのうち一方の油圧ポンプに、他の油圧アクチュエータが他方の油圧ポンプにそれぞれ接続された作業機械の油圧制御装置において、上記両油圧ポンプの吐出油を合流させる状態とこの合流を停止させる状態との間で作動する合流制御弁と、この合流制御弁の作動を制御する制御手段と、アームシリンダ及び旋回モータの少なくとも一方について合流を解除すべき作動状態を検出する作動状態検出手段とを具備し、上記制御手段は、アーム引きと旋回の複合操作時に、上記合流制御弁により、両油圧ポンプの吐出油を合流させてアームシリンダ及び旋回モータに供給する合流操作を行った後、上記作動状態検出手段によって検出された作動状態に基づいて合流を解除する合流解除操作を行うように構成されたことを特徴とする作業機械の油圧制御装置。
2. 請求項１記載の作業機械の油圧制御装置において、制御手段は、複合操作時の合流解除操作として、検出される作動状態の変化に応じて合流量を最小値に向けて漸減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制御装置。
3. 請求項２記載の作業機械の油圧制御装置において、作動状態検出手段として、アームシリンダのストロークを検出するストローク検出手段を備え、制御手段は、複合操作時の合流解除操作として、アームシリンダのストロークの増加に応じて合流量を漸減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制御装置。
4. 請求項２記載の作業機械の油圧制御装置において、作動状態検出手段として、旋回速度を検出する旋回速度検出手段を備え、制御手段は、複合操作時の合流解除操作として、旋回速度の増加に応じて合流量を漸減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制御装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の作業機械の油圧制御装置において、左右いずれか一方の走行モータとそのコントロールバルブを含む第１グループが他方の油圧ポンプとしての第１油圧ポンプに、アームシリンダ、旋回モータ及び他方の走行モータとそのコントロールバルブを含む第２グループが一方の油圧ポンプとしての第２油圧ポンプに、それぞれ走行用コントロールバルブを最上流側としてセンターバイパスライン及び圧油供給ラインによって接続されるとともに、両油圧ポンプのポンプラインに走行直進弁、両センターバイパスラインの最下流側にセンターバイパスラインを開閉するカット弁がそれぞれ設けられ、走行と他の操作が同時に行われる走行複合操作時に、第２油圧ポンプの吐出油を上記走行直進弁によって左右の走行モータに分配する一方、同一グループ内の複数のコントロールバルブが同時操作される複合操作時に、上記走行直進弁及びカット弁により両油圧ポンプの吐出油を合流させて上記複数の油圧アクチュエータに供給するように構成され、制御手段は、アーム引きと旋回を同時に行う複合操作時に、走行直進弁及びカット弁を合流制御弁として合流操作及び合流解除操作を行うように構成されたことを特徴とする作業機械の油圧制御装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の作業機械の油圧制御装置において、制御手段は、アーム引きと旋回の複合操作時に、合流操作としてアーム引きまたは旋回の操作量に応じて他方の油圧ポンプの吐出量を増加させ、合流解除操作としてこのポンプ吐出量を減少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制御装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の作業機械の油圧制御装置において、アーム引き及び旋回の少なくとも一方の操作量を検出する操作量検出手段が設けられ、制御手段は、上記操作量検出手段によって検出された操作量と、作動状態検出手段によって検出された作動状態のうちの低位選択に基づいて合流解除操作を行うように構成されたことを特徴とする作業機械の油圧制御装置。

Images