JP2007247727A - 蓄圧アキュムレータや増圧ブースタによる増力可能な建設土木機械 - Google Patents

Abstract

【課題】小型軽量で且つ大容量の蓄圧用低圧アキュムレータを採用し、更に高圧アキュムレータ又は増圧用ブースタを採用して、負荷増大時に増力機構の付いた作業性の良い建設土木機械を提供する。
【解決手段】低圧大容量のアキュムレータ５ａで油圧シリンダ１０を操作する。高負荷が必要な時は、蓄圧アキュムレータ５ｂや増圧ブースタ１３から、更に操作ノブ８を押して高圧切り替え弁９ｅを作動させるか、ブースタースイッチを押して切り替え弁９ａを作動させて、増力可能とする。増圧ブースター１３の場合は、増圧時以外の時に低圧アキュムレータ５ａの油でピストンをリターンさせてブースター始端まで戻しておく。ブースター押しボタンスイッチと圧力スイッチ２１を直列に入れて、誤動作防止に配慮する。ダブルストロークの操作ロッド１９では、ロッド自身が安全装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、負荷に応じてエンジンスロットルを切り替えたり、自動的にスロットルを開き回転数とトルクを増大させる油圧閉回路方式をやめて、蓄圧アキュムレータを採用して、油圧開回路を採用し、低騒音化と省エネルギ化を図った建設土木機械に関するものである。

更に、通常動作には低圧アキュムレータの油圧で作動し、負荷の増大時には高出力を要求されるので、オペレーターの要求に応じて、高圧アキュムレータから所要のシリンダに増力作業を可能とする建設土木機械に関している。

また、通常動作には低圧アキュムレータの油圧で作動し、負荷の増大時には高出力を要求されるので、オペレーターの操作要求に応じて、高圧ブースターから所要のシリンダーが増力作業を可能とする建設土木機械に関している。

オペレータ操作としては、操作ノブを更に押し込む操作方法で高圧アキュムレータの切り替え弁又はブースター用切り替え弁を作動させるか、又はブースタースイッチを押して電磁ソレノイドで高圧アキュムレータの電磁切替え弁又はブースター用電磁切り替え弁を作動させる事による方法で、増力作業を可能とする建設土木機械に関している。

従来の建設土木機械は、パラレル可変ピストン油圧ポンプとスライド又はロータリースプール方向制御弁を採用した油圧閉回路を直接原動機で回転駆動していた。

その為、高負荷時は原動機のスロットルを開き出力を上げるか、原動機のギアを変えてトルクの増大を図る必要があり、更に、能力以上の場合は作業不可能となっていた。

特に掘削作業や排土作業、巻き上げ作業時は、高出力を要求される為に、高回転となり、騒音や振動が激しく為らざるを得なかった。

近年、住民による振動騒音規制が強く求められており、一時その低騒音化の為のサイレンサー装着により、能力低下やエネルギ効率が低下した。

最近は、能力低下をエンジンの大型化でカバーし、低騒音化の為に低騒音型エンジンの開発や改良ポンプも採用し、低騒音型の建設土木機械も販売されている。

しかし、本質的に省エネルギーと低騒音化を根本的に新開発したものは無かった。

本発明は、より低騒音で省エネルギ、且つ作業性の良い建設土木機械を、安価で安全に提供する事を、目的としている。

本発明は、小型軽量で且つ大容量の蓄圧用低圧アキュムレータ（特願2006-062433に記載した繊維強化した析出硬化型ステンレスのアキュムレータ）を採用し、更に高圧アキュムレータ又は増圧用ブースタを採用して、負荷増大時に増力機構の付いた作業性の良い建設土木機械を提供する事を、主要な特徴とする。

特願2006-062433に記載した様に、低騒音化と省エネルギの為に建設用土木機械に蓄圧用アキュムレータを採用する場合、アキュムレータが大容量で且つ高圧力で疲労強度も満足させて必要なエネルギーを蓄積する為には、過大な重量となる事を避けるため、繊維強化した析出硬化型ステンレスのアキュムレータを採用する必要がある。

しかし、作業には移動や回転、ブームの傾斜変更等の軽負荷と掘削時や巻上げ時の様な重負荷があり、騒音や振動は特にこの重負荷時が一番発生する。

高圧アキュムレーターを高負荷時に合わせて設定すると、低負荷時には力が強すぎて早すぎたりする為に、流量調節弁を付けるか、方向制御弁を微妙に操作する必要が有り、オペレーターに無用な神経を使わせることになる。

高圧の油をアキュムレータに蓄積する為には、長時間の原動機の回転が必要であり、低負荷の作業に、高圧の油を流量調節弁で低下させて使用すると、流量調節弁の所では発熱等でエネルギーロスを生じて無駄である。

そこで、低負荷時には大容量低圧アキュムレータを使用し、高負荷作業時には高圧アキュムレータ又は増圧ブースタを使用すると、無駄なエネルギー蓄積が不要になる。

アキュムレータ専業Ｎ社のカタログでは、ポンプの小型化とＯＮ−ＯＦＦ運転で、騒音、作動液温度の低減が得られると同時に、熱交換器や電気設備（原動機）も小型化でき、一般的に少なくても２０％以上の省エネルギー化を計ることができます。

低騒音化の為に建設土木機械にアキュムレータを採用し、小型軽量化とコストダウンを計る。

そのアキュムレータを最高設定圧力を最大負荷時にあわせると、通常動作時に動作が速すぎたり操作が微妙になってしまい、流量調整弁を付けると発熱してエネルギーロスとなるし、高圧の油を大容量貯めるには時間が掛かり、操作性も悪い。

高負荷作業としては、パワーショベルでは特に掘削の時であり、土に食い込む時に最高負荷が発生する。

図１は、本発明装置の実施例１の油圧回路図であって、小容量高圧アキュムレータ５ｂと大容量低圧アキュムレータ５ａを並列に採用したもので、バネにより中央停止位置が決まっている手動スライド方向制御弁により、流量調節しながら油圧シリンダ１０の長さを伸ばしたり縮めたり任意操作が可能である。

油圧ロッド１２の先に掘削バケットがリンクで取り付けられている場合は、掘削作業の為にバケットの爪を手前に引く操作では、逆にシリンダ１０の中のロッド１２が伸びる必要がある。

この時、センタ保持機能により、ロック位置にいるセンタ保持機能付き手動スライド方向制御弁７は、オペレータにより操作ノブ８を図中左に押すと、操作ロッド押し付けバネ１８が有る為に、弁７を押してクロス配管になる。

すると、大容量低圧アキュムレータ５ａの低圧油はシリンダ１０の油圧システム１１を押し、シリンダ１０のロッド１２が伸びて、油圧ピストンのロッド側断面１６で押される油は、クロス配管と成った弁７を通りドレンタンク１に戻る。

掘削作業の途中で、硬い土壌や石に当たった場合は掘削力が負けて停止するので、オペレーターは操作ノブ８を更に図中左に押すと、押し付けバネ１８が縮んで更に操作ロッド１９が高圧アキュムレータの切り替え弁が、ロックからストレート状態になり、高圧の油が油圧シリンダ１０の油圧ピストン１１側に流れ込み、増力される。

高圧の油は、弁７のクロス部を通って低圧側の逆流防止弁４まで高圧となり、低圧アキュムレータまで逆流しない。

オペレータは、負荷が低減するとノブ８を図中左に戻す事で通常掘削となり、更に右にノブを戻す（バネで中立位置で停止。）とシリンダ１０はその位置で停止する。

次の動作や休憩時間でも、原動機は各アキュムレータが所定の圧力より低下したら油圧ポンプのリリーフ弁が閉まり蓄圧動作となり、常時作動できる状態に保たれる。

一般的にアキュムレータは大きくて縦置きが理想であり、且つＮ社のアキュムレータは上部だけで消耗品で重要保安部品のプラダの交換が簡易に行えるので、オペレータ席の後方や脇に、遮熱版を取付けて縦向き配置すると、保守点検整備に便利である。

図２は、本発明装置の実施例２の油圧回路図であって、小容量高圧アキュムレータ５ｂと大容量低圧アキュムレータ５ａを並列に採用したもので、実施例１と異なっているのは、オペレータ操作ノブ８に操作ロッド１９と操作ロッド押し付けバネ１８が無く、図示していない押しボタンスイッチが、ノブ８又は任意の場所に設置されており、圧力スイッチ２１と押しボタンスイッチと高圧キュムレータの電磁切り替え弁９ｆの電磁ソレノイド２０とが直列で電源に配線接続されており、操作ノブ８が左に押されててクロス状態でシリンダ１０の油圧ピストン１１側に低圧が掛かってている時だけ、高圧の油でブースト（増力）される構造となっている。

シリンダ一回の動作油糧に合わせると、ブースターという本来の使い方になる。

他の配管と操作は、図１と同じであり、機能も同等です。

図３は、本発明装置の実施例３の油圧回路図であって、大容量低圧アキュムレータ５ａと増圧用油圧ブースタ１３を並列に採用したもので、小型高圧アキュムレータが無い構造となっている。

増圧用油圧ブースタ１３は、高圧に耐える油圧シリンダで、軽量化のために繊維で周方向の強化を施しており、特願2006-062433に示している析出硬化型ステンレスが望ましい。

増圧用油圧ブースタ１３のピストン断面積１４は、ロッド側断面積１７の比Ｎ（例えば2）は、ブースタ１３の増圧力比Ｎに等しい。

従って、低圧アキュムレータ５ａの油を油圧ブースタ１３の１４側に送ると、Ｎ倍の圧力と１／Ｎの油吐出量が得られる。

増圧用油圧ブースタ１３の容量と、倍圧比を選択設計すれば、図１と同様に作業できるが、使用しない時はピストンを図で左側に戻す必要がある。

図３では、常時低圧アキュムレータ５ａにより、リターン用切り替え弁がスルーなのでブースターロッド側に油が供給されており、ピストンが常に左側端に戻っている。

図４は、本発明装置の実施例４の油圧回路図であって、大容量低圧アキュムレータ５ａと増圧用油圧ブースタ１３を並列に採用し、小型高圧アキュムレータが無い構造となっている。

図３と異なる点は、図２と同じブースター押しボタン方式であり、オペレータ操作ノブ８に操作ロッド１９と操作ロッド押し付けバネ１８が無く、圧力スイッチ２１と押しボタンスイッチとブースタ用電磁切り替え弁（連動）９ｃとリターン用電磁切り替え弁（連動）９ｄの各電磁ソレノイド２０とが直列で電源に配線接続されており、
同時に働くし、圧力スイッチ２１がインターロックして安全を確保している。

この様に、圧力スイッチ２１は操作ロッド１９とバネ１８と同様に、誤動作防止の役割を果たしていると同時にブースターの作用する方向（押す）も規定している。

従来の建設用土木機械は、原動機で直接ピストン油圧ボンプを駆動し、手動スライド弁を用いて、油圧シリンダを直接駆動するという油圧閉回路であり、高負荷時は最大エンジン負荷となり騒音も高かった。

第一次騒音規制の為に排気にサイレンサーを取り付けたつけただけでは、騒音は低下しても、最高出力の低下は防げないし、その出力低下に見合った原動機のランクアップと低騒音設計が現状の極低騒音型の建設土木機械です。

本発明では、特願2006-062433に示す技術を用いてコストダウンと軽量化を計り、更に操作性を改善し無駄を省いたので、極低騒音化と省エネを両立させることが可能となった。

この様に、本発明はアキュムレータを積載しただけで動けない程重くても、省エネですと言う様な楽しいアイデア倒れの発明ではありません。

高圧と低圧アキュムレーを併用し、手動追加操による増力装置の実施例を示した説明図である。（実施例１） 高圧と低圧アキュムレーを併用し、ブースタスイッチによるよる増力装置の実施例を示した説明図である。（実施例２） 低圧アキュムレータと増圧ブースターを併用し、手動追加操による増力装置の実施例を示した説明図である。（実施例３） 低圧アキュムレータと増圧ブースターを併用し、ブースタスイッチによる増力装置の実施例を示した説明図である。（実施例４）

符号の説明

１ ドレンタンク
２ 原動機
３ 原動機駆動可変容量油圧ポンプ
３ａ 低圧可変容量油圧ポンプ
３ｂ 高圧可変容量油圧ポンプ
４ 逆流防止弁
５ａ 低圧繊維強化アキュムレータ
５ｂ 高圧繊維強化アキュムレータ
６ａ 低圧設定用直動型アンロードリリーフ弁
６ｂ 高圧設定用直動型アンロードリリーフ弁
７ センタ保持機能付き手動スライド方向制御弁
８ オペレーター用操作ノブ
９ａ ブースタ用切替え弁（連動）
９ｂ リターン用切替え弁（連動）
９ｃ ブースタ用電磁切替え弁（連動）
９ｄ リターン用電磁切替え弁（連動）
９ｅ 高圧アキュムレータの切替え弁
９ｆ 高圧アキュムレータの電磁切替え弁
１０ 油圧シリンダ
１１ 油圧ピストン
１２ 油圧ロッド
１３ 増圧用油圧ブースタ
１４ 増圧ブースタピストン
１５ 増圧ブースタロッド
１６ 油圧ピストンのロッド側断面
１７ 増圧ブースタのロッド側断面
１８ 操作ロッド押し付けバネ
１９ 操作ロッド
２０ 電磁ソレノイド
２１ 圧力スイッチ

Claims (4)

1. 蓄圧アキュムレータを高圧用と低圧用に並列に配置し、通常使用時は低圧アキュムレータの手動操作切り替え弁で操作し、更に力が必要な時は、操作レバーを更に押すと高圧アキュムレータ切り替え弁が作動して、更に高圧アキュムレータの高油圧により負荷増加に応じて増力作業が可能な建設土木機械
2. 高圧アキュムレータを高圧用と低圧用に並列に配置し、通常使用時は低圧アキュムレータの手動操作切り替え弁で操作し、更に力が必要な時は、ブースタースイッチを押すと圧力スイッチと直列に配線された高圧アキュムレータ電磁切り替え弁が作動して、負荷増加に応じて増力作業が可能な建設土木機械
3. 低圧用の蓄圧アキュムレータと増圧用ブースタシリンダを並列に配置し、通常使用時は低圧アキュムレータの手動操作切り替え弁で操作し、リターン用切り替え弁からブースタのロッド側断面に油が供給されてストローク端まで戻しておき、更に増力が必要な時はオペレータ用操作ノブを更に押すと高圧ブースター切り替え弁が作動して、低圧用の蓄圧アキュムレータから増圧用油圧ブースタのピストン側断面に油を供給する事で、ロッド側断面にその断面積比に増圧した油圧を油圧シリンダに供給する事で、負荷増加に応じて増力作業が可能な建設土木機械
4. 低圧用の蓄圧アキュムレータと増圧用ブースタシリンダを並列に配置し、通常使用時は低圧アキュムレータの手動操作切り替え弁で操作し、ブースタースイッチが押されていない時は、リターン用切り替え弁からブースタのロッド側断面に油が供給されてストローク端まで戻しておき、更に増力が必要な時はブースタースイッチを押すと圧力スイッチと直列に配線された高圧ブースター切り替え弁が作動して、低圧用の蓄圧アキュムレータから増圧用油圧ブースタのピストン側断面に油を供給する事で、ロッド側断面にその断面積比に増圧した油圧を油圧シリンダに供給する事で、負荷増加に応じて増力作業が可能な建設土木機械
   

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