JP2008025593A - アキュムレータを備えた作業機械の油圧回路 - Google Patents

Abstract

【課題】ブラダ形のアキュムレータを備えた作業機械の油圧回路において、アキュムレータから油タンクに油を排出する場合に、ブラダが急激に膨張してポペット弁に噛み込まれたり、急激に膨張したブラダとシェルの間に油の一部が取り残されてしまうことを防止する。
【解決手段】アキュムレータ３６から油タンク１１に至る排出油路４９と、該排出油路４９を開閉するタンクチェックバルブ５０とを設ける一方、該タンクチェックバルブ５０の下流側にオリフィス７０を設けて、アキュムレータ３６から油タンク１１への排出油の流量を規制するように構成した。
【選択図】図３

Description

本発明は、ブラダ型のアキュムレータを備えてなる作業機械の油圧回路の技術分野に属するものである。

近年、環境問題の観点から、油圧ショベルやクレーン等の作業機械においても省エネルギー化や排ガス低減化が図られており、そこで、例えば、昇降する作業部の有する位置エネルギーをアキュムレータに蓄圧して再利用できるようにした技術が示されている（例えば、特許文献１参照。）。
ところで、前記特許文献１のように作業部の位置エネルギーを油圧エネルギーとして蓄圧するべく作業機械にアキュムレータを設ける場合、アキュムレータとしては、例えば、エネルギー蓄積用として適したブラダ型のアキュムレータが用いられるが、この様なアキュムレータは、油が蓄圧されたままの状態で長期間放置されると、ブラダ内に封入されたガスが徐々に油に溶け出していってガス量が減少してしまい、次に使用するときに新たにガスを注入しないとアキュムレータとして充分に機能しないことがある。このため、アキュムレータが搭載された作業機械を長期間使用しない場合には、アキュムレータに蓄圧された圧油を抜いておくことが望ましい。また、アキュムレータや該アキュムレータに接続される配管やバルブのメンテナンスを行うような場合には、アキュムレータから油を抜く必要がある。
そこで、長期間使用しない場合やメンテナンス時等に、アキュムレータの蓄圧油を油タンクに排出できるように構成することが提案されるが、この場合に、アキュムレータから油が急速に排出されると、ブラダ内に封入されたガスの相対圧力が急上昇してブラダが急激に膨張し、図７に示すように、急激に膨張したブラダ６６が、アキュムレータ３６のポート（油出入口）６８ａに設けられるポペット弁６９に噛み込まれて破損してしまう惧れがある。また、ブラダが急激に膨張したときに、アキュムレータのシェルとブラダの間に油の一部が取り残されてしまうことがあり、該取り残された油にブラダ内のガスが徐々に溶け出していって、前述したようにアキュムレータの機能が低下してしまう惧れが生じる。
一方、アキュムレータが大きく膨らんだときに、シェルとブラダの間に取り残された油を排出するべく、シェルの内面側に残液逃し溝を設けると共に、該残液逃し溝とポートとを連通する残液逃し穴を設けた技術が提唱されている（例えば、特許文献２参照。）。また、前述したようなエネルギー蓄圧用ではなく圧力変動吸収用のアキュムレータではあるが、ブラダの過大変形を防止するためのスプリングを、シェルとブラダの間に設けた技術も提唱されている。
特許第２５８２３１０号公報 実開平６−７８６０１号公報 特開平１１−８２４０１号公報

しかるに、前記特許文献２および特許文献３のものは、何れもアキュムレータ自体を改良する技術であるから、汎用のアキュムレータをそのまま用いることはできないことになって、コスト高になるという問題があり、ここに本発明が解決しようとする課題がある。

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、油圧エネルギーを蓄圧するブラダ型のアキュムレータを備えてなる作業機械の油圧回路において、前記アキュムレータから油タンクに至る排出油路と、該排出油路を開閉する排出用バルブとを設ける一方、該排出用バルブの下流側に、アキュムレータから油タンクへの排出油の流量を規制する絞りを設けたことを特徴とするアキュムレータを備えた作業機械の油圧回路である。
そして、この様にすることにより、排出油路に設けられた絞りによって、アキュムレータから油タンクへの排出油の流量が規制されることになり、而して、油タンクへの油排出時に、アキュムレータのブラダが急激に膨張してポペット弁に噛み込まれたり、あるいは急激に膨張したブラダとシェルとの間に油の一部が取り残されてしまうような不具合を、確実に回避することができる。しかも、前記絞りは、排出油路を開閉する排出用バルブの下流側に配されているから、該絞りが、油タンクへの油排出時以外のときにアキュムレータに給排される油の流れの抵抗となって損失を生じる惧れがない。さらにこのものは、排出油路に絞りを設けただけの簡単な構成であるから、安価且つ容易に実施できる。

次に、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１において、１は作業機械の一例である油圧ショベルであって、該油圧ショベル１は、クローラ式の下部走行体２、該下部走行体２の上方に旋回自在に支持される上部旋回体３、該上部旋回体３のフロントに装着される作業部４等の各部から構成され、さらに該作業部４は、基端部が上部旋回体３に上下揺動自在に支持されるブーム５、該ブーム５の先端部に前後揺動自在に支持されるアーム６、該アーム６の先端部に取付けられるバケット７等から構成されている。

８は前記ブーム５を上下揺動せしめるべく伸縮作動する左右一対のブームシリンダであって、該ブームシリンダ８は、ヘッド側油室８ａの圧力によって作業部４の重量を保持すると共に、該ヘッド側油室８ａへの圧油供給およびロッド側油室８ｂからの油排出により伸長してブーム５を上昇せしめ、また、ロッド側油室８ｂへの圧油供給およびヘッド側油室８ａからの油排出により縮小してブーム５を下降せしめるように構成されている。そして、前記ブーム５の上昇に伴い、作業部４の有する位置エネルギーが増加するが、該位置エネルギーは、後述する油圧制御システムによって、ブーム５の下降時に油圧エネルギーに変換されてアキュムレータ３６に蓄圧される一方、該アキュムレータ３６に蓄圧された油圧エネルギーは、ブーム５の上昇時に利用されるようになっている。

次いで、前記油圧制御システムについて、図２、図３の回路図に基づいて説明するが、これらの図面において、９、１０は油圧ショベル１に搭載のエンジンＥにポンプドライブギア部Ｇを介して連結される第一、第二メインポンプであって、これら第一、第二メインポンプ９、１０は、油タンク１１から作動油を吸込んで第一、第二ポンプ油路１２、１３に吐出するように構成されている。尚、図２、図３中、丸付きの数字は結合子記号であって、対応する丸付き数字同士が接続される。

１４、１５は前記第一、第二メインポンプ９、１０の吐出流量制御を行う第一、第二レギュレータであって、該第一、第二レギュレータ１４、１５は、後述するコントローラ１６によって制御されるメインポンプ制御用電磁比例減圧弁１７からの制御信号圧を受けて、エンジン回転数と作業負荷に対応したポンプ出力にするべく作動すると共に、第一、第二メインポンプ９、１０の吐出圧力を受けて定馬力制御を行う。さらに第一、第二レギュレータ１４、１５は、後述する第一、第二コントロールバルブ１８、１９のスプールの移動ストロークに対応してポンプ流量を増減せしめるネガティブコントロール流量制御も行うように構成されている。

一方、前記第一、第二コントロールバルブ１８、１９は、第一、第二ポンプ油路１２、１３にそれぞれ接続される方向切換弁であって、これら第一、第二コントロールバルブ１８、１９は、第一、第二メインポンプ９、１０の吐出油をブームシリンダ８に供給するべく作動する。尚、前記第一、第二メインポンプ９、１０は、ブームシリンダ８だけでなく、油圧ショベル１に設けられる他の複数の油圧アクチュエータ（図示しないが、走行モータ、旋回モータ、アームシリンダ、バケットシリンダ等）の圧油供給源となると共に、第一、第二ポンプ油路１２、１３には他の油圧アクチュエータ用のコントロールバルブも接続されるが、これらについては省略する。

前記第一コントロールバルブ１８は、上昇側、下降側パイロットポート１８ａ、１８ｂを備えたスプール弁で構成されており、そして、両パイロットポート１８ａ、１８ｂにパイロット圧が入力されていない状態では、ブームシリンダ８に対する油給排を行わない中立位置Ｎに位置しているが、上昇側パイロットポート１８ａにパイロット圧が入力されることにより、第一メインポンプ９の圧油をシリンダヘッド側油路２０を経由してブームシリンダ８のヘッド側油室８ａに供給する一方、ロッド側油室８ｂからシリンダロッド側油路２１に排出された油をリターン油路２２を経由して油タンク１１に流す上昇側位置Ｘに切換わる。また、下降側パイロットポート１８ｂにパイロット圧が入力されることにより、ヘッド側油室８ａからシリンダヘッド側油路２０に排出された油を、再生用弁路１８ｃを経由してシリンダロッド側油路２１からロッド側油室８ｂに供給する下降側位置Ｙに切換るように構成されている。尚、前記シリンダヘッド側油路２０は、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａに油を給排するべくヘッド側油室８ａに接続される油路であり、シリンダロッド側油路２１は、ブームシリンダ８のロッド側油室８ｂに油を給排するべくロッド側油室８ｂに接続される油路である。

ここで、前記下降側位置Ｙの第一コントロールバルブ１８に設けられる再生用弁路１８ｃは、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａとロッド側油室８ｂとを連通する弁路であって、該再生用弁路１８ｃには、ヘッド側油室８ａからロッド側油室８ｂへの油の流れは許容するが逆方向の流れは阻止するチェック弁１８ｄと、絞り１８ｅとが配されている。而して、前述したように、第一コントロールバルブ１８が下降側位置Ｙのとき、ヘッド側油室８ａから排出された油は、再生用弁路１８ｃを介してロッド側油室８ｂに供給されるが、その流量は、再生用弁路１８ｃに配された絞り１８ｅの開口特性（該絞り１８ｅの開口特性は、第一コントロールバルブ１８のスプール移動ストロークに応じて設定される）と、ヘッド側油室８ａとロッド側油室８ｂの差圧とによって変化するようになっている。

一方、第二コントロールバルブ１９は、上昇側パイロットポート１９ａを備えたスプール弁で構成されており、そして、上昇側パイロットポート１９ａにパイロット圧が入力されていない状態では、ブームシリンダ８に対する油給排を行わない中立位置Ｎに位置しているが、上昇側パイロットポート１９ａにパイロット圧が入力されることにより、第二メインポンプ１０の圧油をシリンダヘッド側油路２０を経由してブームシリンダ８のヘッド側油室８ａに供給する上昇側位置Ｘに切換るように構成されている。

また、２３、２４、２５は第一上昇側、第一下降側、第二上昇側電磁比例減圧弁であって、これら各電磁比例減圧弁２３、２４、２５は、コントローラ１６からの制御信号に基づいて、前記第一コントロールバルブ１８の上昇側パイロットポート１８ａ、下降側パイロットポート１８ａ、第二コントロールバルブ１９の上昇側パイロットポート１９ａにそれぞれパイロット圧を出力するべく作動する。そして、これら第一上昇側、第一下降側、第二上昇側電磁比例減圧弁２３、２４、２５から出力されるパイロット圧の圧力の増減に対応して第一、第二コントロールバルブ１８、１９のスプールの移動ストロークが増減するようになっており、これによって、第一、第二コントロールバルブ１８、１９からブームシリンダ８への給排油の流量制御がなされるように構成されている。尚、図２、図３中、２６はパイロット油圧源となるパイロットポンプである。

さらに、第一、第二コントロールバルブ１８、１９には、第一、第二メインポンプ９、１０の圧油を第一、第二ネガティブコントロールバルブ２７、２８を介して油タンク１１に流すセンタバイパス弁路１８ｆ、１９ｂが形成されている。該センタバイパス弁路１８ｆ、１９ｂの開口量は、第一、第二コントロールバルブ１８、１９が中立位置Ｎのときに最も大きく、上昇側位置Ｘに切換わったスプールの移動ストロークが大きくなるほど小さくなるように制御されるが、下降側位置Ｙの第一コントロールバルブ１８のセンタバイパス弁路１８ｆは、スプールの移動ストロークに拠らず大きな開口を維持する特性を有しており、これにより、下降側位置Ｙの第一コントロールバルブ１８のセンタバイパス弁路１８ｆの通過流量は、中立位置Ｎのときの通過流量から変化しないように設定されている。そして、上記センタバイパス弁路１８ｆ、１９ｂの通過流量は、ネガティブコントロール制御信号として前記第一、第二レギュレータ１４、１５に入力されて、センタバイパス弁路１８ｆ、１９ｂの通過流量が少なくなるほど第一、第二メインポンプ９、１０の吐出流量が増加する、所謂ネガティブコントロール流量制御が行われるようになっている。ここで、前述したように、第一コントロールバルブ１８のセンタバイパス弁路１８ｆの通過流量は、下降側位置Ｙに切換わっても中立位置Ｎのときと変化せず、而して、第一コントロールバルブ１８が下降側位置Ｙのときの第一メインポンプ９の吐出流量は、ネガティブコントロール流量制御によって最小となるように制御されるようになっている。

また、２９は前記シリンダヘッド側油路２０に配されるドリフト低減弁、３０はコントローラ１６からのＯＮ信号に基づいてＯＦＦ位置ＮからＯＮ位置Ｘに切換わるドリフト低減弁用電磁切換弁であって、上記ドリフト低減弁２９は、前記第一、第二コントロールバルブ１８、１９および後述する第三コントロールバルブ３７からブームシリンダ８のヘッド側油室８ａへの油の流れは常時許容するが、逆方向の流れは、ドリフト低減弁用電磁切換弁３０がＯＦＦ位置Ｎのときには阻止し、ＯＮ位置Ｘのときのみ許容するように構成されている。

一方、３２は専用ポンプであって、このものもポンプドライブギア部Ｇを介してエンジンＥに連結されているが、該専用ポンプ３２は、サクション油路３３から供給される油を吸込んで専用ポンプ油路３４に吐出すると共に、専用ポンプ３２の吐出流量制御は、コントローラ１６から出力される制御信号に基づいて作動する専用ポンプ用レギュレータ３５によって行われるように構成されている。

ここで、前記サクション油路３３には、後述するように、アキュムレータ３６の蓄圧油あるいはブームシリンダ８のヘッド側油室８ａからの排出油が供給されるようになっており、而して、専用ポンプ３２は、アキュムレータ３６の蓄圧油あるいはブームシリンダ８のヘッド側油室８ａからの排出油を吸込んで、専用ポンプ油路３４に吐出するようになっている。

３７は前記専用ポンプ油路３４に接続される第三コントロールバルブであって、該第三コントロールバルブ３７は、コントローラ１６からの制御信号に基づいて、専用ポンプ３２から吐出される圧油を、ブームシリンダ８に供給するべく作動する。

前記第三コントロールバルブ３７について詳細に説明すると、該第三コントロールバルブ３７は、コントローラ１６からの制御信号が入力される第三上昇側、第三下降側電油変換弁３８、３９の作動に基づいてスプールが移動する方向切換弁であって、両電油変換弁３８、３９に作動信号が入力されていない状態では、ブームシリンダ８に対する油給排を行わない中立位置Ｎに位置しているが、第三上昇側電油変換弁３８に作動信号が入力されることにより、専用ポンプ３２の吐出油をシリンダヘッド側油路２０を経由してブームシリンダ８のヘッド側油室８ａに供給する一方、ロッド側油室８ｂからシリンダロッド側油路２１に排出された油をリターン油路２２を経由して油タンク１１に流す上昇側位置Ｘに切換わる。また、第三下降側電油変換弁３９に作動の制御信号が入力されることにより、専用ポンプ３２の吐出油をシリンダロッド側油路２１を経由してブームシリンダ８のロッド側油室８ｂに供給する下降側位置Ｙに切換るように構成されている。

前記第三コントロールバルブ３７のスプールの移動ストロークは、コントローラ１６から第三上昇側、第三下降側電油変換弁３８、３９に入力される作動信号の信号値によって増減制御されるようになっており、そして該スプールの移動ストロークの増減制御によって、第三コントロールバルブ３７からブームシリンダ８への給排油の流量制御がなされるように構成されている。

さらに、４０は前記シリンダヘッド側油路２０から分岐形成される回収油路であって、該回収油路４０には、回収用バルブ４１が配されていると共に、該回収用バルブ４１の下流側の接続部Ｃにおいて、後述するアキュムレータ油路４２と前記サクション油路３３と排出油路４９とに接続されている。さらに、回収油路４０には、シリンダヘッド側油路２０から接続部Ｃ側への油の流れは許容するが、逆方向の流れは阻止するチェック弁４３が配されている。而して、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａからシリンダヘッド側油路２０に排出された油を、回収油路４０を経由して、アキュムレータ油路４２およびサクション油路３３に供給することができるようになっている。

前記回収用バルブ４１は、コントローラ１６からの制御信号が入力される回収用電油変換弁４４の作動に基づいてスプールが移動する開閉弁であって、回収用電油変換弁４４に作動信号が入力されていない状態では、回収油路４０を閉じる閉位置Ｎに位置しているが、回収用電油変換弁４４に作動信号が入力されることにより、回収油路４０を開く開位置Ｘに切換わるように構成されている。

前記回収用バルブ４１のスプールの移動ストロークは、コントローラ１６から回収用電油変換弁４４に入力される作動信号の信号値によって増減制御されるようになっており、そして、該スプールの移動ストロークの増減制御によって、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａから回収油路４０を経由してアキュムレータ油路４２およびサクション油路３３に流れる油の流量制御がなされるように構成されている。

一方、アキュムレータ油路４２は、前記接続部Ｃからアキュムレータチェックバルブ４５を経由してアキュムレータ３６に至る油路であって、該アキュムレータ油路４２の最高圧力は、アキュムレータ油路４２に接続されるリリーフ弁４６によって制限されている。

前記アキュムレータ３６は、油圧エネルギー蓄積用として最適なブラダ型のものが用いられているが、このものは、図６に示す如く、断面略長円形状で両端側に開口６５ａ、６５ｂが開設されたシェル６５と、該シェル６５に内蔵されるブラダ６６と、シェル６５の一端側開口６５ａに組付けられ、ブラダ６６内にガス（本実施の形態では、窒素ガス）を給排する給気弁６７と、シェル６５の他端側開口６５ｂに組み付けられ、油の出入口となるポート６８ａが形成されたポートボディ６８と、ブラダ６６がポート６８ａから外部にはみ出してしまうことを防止するべく上記ポート６８ａ内に組付けられるポペット弁６９等を備えており、そして、ブラダ６６内に封入されたガスの圧力と、ポート６８ａからシェル６５内に流入、流出する油の圧力とのバランスによってブラダ６６が縮んだり膨らんだりするように構成されている。

また、前記アキュムレータチェックバルブ４５は、アキュムレータ３６に対する油の給排制御を行うバルブであって、ポペット弁４７と、コントローラ１６から出力されるＯＮ信号に基づいてＯＦＦ位置ＮからＯＮ位置Ｘに切換わるアキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁４８とを用いて構成されている。そして、上記ポペット弁４７は、回収油路４０からアキュムレータ３６への油の流れは、アキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁４８がＯＦＦ位置Ｎ、ＯＮ位置Ｘの何れであっても許容するが、アキュムレータ３６からサクション油路３３および排出油路４９への油の流れは、アキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁４８がＯＦＦ位置Ｎに位置しているときには阻止し、ＯＮ位置Ｘに位置しているときのみ許容するように構成されている。尚、回収油路４０からアキュムレータ３６への油の流れは、前述したようにアキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁４８がＯＦＦ位置Ｎ、ＯＮ位置Ｘの何れであっても許容されるが、アキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁４８がＯＮ位置Ｘに位置している状態では、アキュムレータ油路４２の圧力がポペット弁４７のバネ室４７ａに導入されないため、殆ど圧力損失のない状態で回収油路４０からアキュムレータ３６に油を流すことができる。

さらに、排出油路４９は、前記接続部Ｃから油タンク１１に至る油路であって、アキュムレータ３６は、前記アキュムレータチェックバルブ４５を介して排出油路４９に接続されると共に、排出油路４９を介してアキュムレータ３６の蓄圧油を油タンク１１に排出することができるようになってるが、該排出油路４９には、タンクチェックバルブ（本発明の排出用バルブに相当する）５０が配されている。

前記タンクチェックバルブ５０は、排出油路４９を開閉するポペット弁５１と、コントローラ１６から出力されるＯＮ信号に基づいてＯＦＦ位置ＮからＯＮ位置Ｘに切換わるタンクチェックバルブ用電磁切換弁５２とを用いて構成されている。そして、上記ポペット弁５１は、タンクチェックバルブ用電磁切換弁５２がＯＦＦ位置Ｎに位置している状態では、該タンクチェックバルブ用電磁切換弁５２を介してタンクチェックバルブ５０の上流側圧力がポペット弁５１のバネ室５１ａに導入されることで、排出油路４９から油タンク１１への油の流れを阻止する、つまり排出油路４９を閉じる閉状態になっているが、タンクチェックバルブ用電磁切換弁５２がＯＮ位置Ｘに切換わることにより、上記バネ室５１ａが油タンク１１に連通し、これにより排出油路４９から油タンク１１への油の流れを許容する、つまり排出油路４９を開く開状態に切換るように構成されている。

さらに、排出油路４９には、前記タンクチェックバルブ５０の下流側にオリフィス（本発明の絞りに相当する）７０が配設されている。そして、該オリフィス７０によって、アキュムレータ３６から排出油路４９を経由して油タンク１１に排出される排出油の流量を規制できるようになっており、これによって、アキュムレータ３６から急速に圧油が排出されてブラダ６６が急激に膨らんでしまうことを防止できるようになっている。

一方、前記コントローラ１６は、マイクロコンピュータ等を用いて構成されるものであって、図４のブロック図に示すごとく、図示しないブーム用操作レバーの操作方向および操作量を検出するブーム操作検出手段５３、第一メインポンプ９の吐出圧を検出するべく第一ポンプ油路１２に接続される第一吐出側圧力センサ５４、第二メインポンプ１０の吐出圧を検出するべく第二吐出側ポンプ油路１３に接続される第二吐出側圧力センサ５５、専用ポンプ３２の吐出圧を検出するべく専用ポンプ油路３４に接続される第三吐出側圧力センサ５６、専用ポンプ３２の吸入側の圧力を検出するべくサクション油路３３に接続される吸入側圧力センサ５７、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａの圧力を検出するべくシリンダヘッド側油路２０に接続されるシリンダヘッド側圧力センサ５８、ブームシリンダ８のロッド側油室８ｂの圧力を検出するべくシリンダロッド側油路２１に接続されるシリンダロッド側圧力センサ５９、アキュムレータ３６の圧力を検出するべくアキュムレータ油路４２に接続されるアキュムレータ用圧力センサ６０、エンジンＥを始動、停止するべく操作されるエンジンキースイッチ６２、後述するアキュムレータ排出スイッチ６３等からの信号を入力し、これら入力信号に基づいて、前述のメインポンプ制御用電磁比例減圧弁１７、第一上昇側電磁比例減圧弁２３、第一下降側電磁比例減圧弁２４、第二上昇側電磁比例減圧弁２５、ドリフト低減弁用電磁切換弁３０、専用ポンプ用レギュレータ３５、第三上昇側電油変換弁３８、第三下降側電油変換弁３９、回収用電油変換弁４４、アキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁４８、タンクチェックバルブ用電磁切換弁５２等に制御信号を出力する。

ここで、６１はコントローラ１６に設けられる蓄圧状態演算部であって、該蓄圧状態演算部６１は、アキュムレータ用圧力センサ６０から入力されるアキュムレータ油路４２の圧力に基づいて、現在のアキュムレータ３６の蓄圧状態を演算する。該蓄圧状態（％）は、例えば、アキュムレータ油路４２の圧力が、アキュムレータ３６のプレチャージ圧（蓄圧開始設定圧）と等しければ０％、アキュムレータ３６に充分に蓄圧されているとして予め設定される設定圧力以上ならば１００％、プレチャージ圧と設定圧力とのあいだならば、アキュムレータ油路４２の圧力が大きくなるほどパーセンテイジが高くなるように演算される。さらに、６４はコントローラ１６に設けられるアキュムレータ排出制御部であって、該アキュムレータ排出制御部６４で行われるアキュムレータ排出制御については後述する。

次いで、ブーム用操作レバーがブーム上昇側に操作された場合、つまりブーム操作検出手段５３からブーム上昇側操作の検出信号が入力された場合のコントローラ１６の制御について説明する。この場合、前記蓄圧状態演算部６１によって演算されるアキュムレータ３６の蓄圧状態によってコントローラ１６の制御が異なるため、まず、蓄圧状態１００％、つまりアキュムレータ３６に充分に蓄圧されている場合について説明する。

アキュムレータ３６の蓄圧状態１００％でブーム上昇側に操作された場合、コントローラ１６は、第二上昇側電磁比例減圧弁２５に対し、第二コントロールバルブ１９の上昇側パイロットポート１９ａにパイロット圧を出力するように制御信号を出力する。これにより第二コントロールバルブ１９が上昇側位置Ｘに切換わり、而して、第二メインポンプ１０の吐出油が、上昇側位置Ｘの第二コントロールバルブ１９を経由してシリンダヘッド側油路２０に流れて、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａに供給される。

さらにコントローラ１６は、専用ポンプ用レギュレータ３５に対し、専用ポンプ３２の吐出流量制御の指令を出力すると共に、第三上昇側電油変換弁３８に対して作動信号を出力する。これにより第三コントロールバルブ３７が上昇側位置Ｘに切換わり、而して、専用ポンプ３２の吐出油が上昇側位置Ｘの第三コントロールバルブ３７を経由してシリンダヘッド側油路２０に流れ、該シリンダヘッド側油路２０において前述した第二メインポンプ１０の吐出油と合流して、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａに供給される。一方、ブームシリンダ８のロッド側油室８ｂの油は、上昇側位置Ｘの第三コントロールバルブ３７を経由して油タンク１１に排出される。

さらにコントローラ１６は、アキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁４８に対し、ＯＮ位置Ｘに切換わるようＯＮ信号を出力する。これにより、アキュムレータチェックバルブ４５は、アキュムレータ油路４２からサクション油路３３への油の流れを許容する状態になる。而して、アキュムレータ３６に蓄圧された圧油がサクション油路３３を経由して、専用ポンプ３２の吸入側に供給される。

また、蓄圧状態１００％でブーム用操作レバーがブーム上昇側に操作された場合、コントローラ１６から第一上昇側、第一下降側電磁比例減圧弁２３、２４にパイロット圧出力の制御信号は出力されず、第一コントロールバルブ１８は中立位置Ｎに保持される。これにより、第一メインポンプ９の吐出油はブームシリンダ８に供給されない。

さらに、コントローラ１６から回収用電油変換弁４４に作動信号は出力されず、回収用バルブ４１は、回収油路４０を閉じる閉位置Ｎに位置している。これにより、前述した第二コントロールバルブ１９および第三コントロールバルブ３７からの供給圧油がアキュムレータ油路４２およびサクション油路３３に流れることなく、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａに供給されるようになっている。

また、コントローラ１６からタンクチェックバルブ用電磁切換弁５２にＯＮ信号は出力されず、タンクチェックバルブ５０は排出油路４９を閉じる閉状態になっている。これにより、アキュムレータ３６の蓄圧油が排出油路４９から油タンク１１に排出されることなく、前述したように、サクション油路３３を経由して専用ポンプ３２の吸入側に供給されるようになっている。

次いで、アキュムレータ３６の蓄圧状態が０％でブーム上昇側に操作された場合について説明するが、この場合、第二上昇側電磁比例減圧弁２５、アキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁４８、回収用電油変換弁４４、タンクチェックバルブ用電磁切換弁５２に対しては、前述した蓄圧状態１００％でブーム上昇側に操作された場合と同様の制御がなされる。

さらにコントローラ１６は、蓄圧状態が０％でブーム上昇側に操作された場合、第一上昇側電磁比例減圧弁２３に対し、第一コントロールバルブ１８の上昇側パイロットポート１８ａにパイロット圧を出力するように制御信号を出力する。これにより第一コントロールバルブ１８が上昇側位置Ｘに切換わり、而して、第一メインポンプ９の吐出油が、上昇側位置Ｘの第一コントロールバルブ１８を経由してシリンダヘッド側油路２０に流れ、該シリンダヘッド側油路２０において第二メインポンプ１０の圧油と合流して、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａに供給される。一方、ブームシリンダ８のロッド側油室８ｂの油は、上昇側位置Ｘの第一コントロールバルブ１８を経由して油タンク１１に排出される。

さらにコントローラ１６は、専用ポンプ用レギュレータ３５に対し、専用ポンプ３２の吐出流量をゼロにする、つまり専用ポンプ３２の圧油供給を停止するように制御指令を出力する。また、コントローラ１６から第三上昇側、第三下降側電油変換弁３８、３９には作動指令は出力されず、第三コントロールバルブ３７は中立位置Ｎに保持される。これにより、専用ポンプ３２からブームシリンダ８のヘッド側油室８ａには圧油供給されないようになっている。

一方、アキュムレータ３６の蓄圧状態が０％〜１００％のあいだ（但し、０％および１００％は含まず）のときにブーム上昇側に操作された場合、コントローラ１６は、第一上昇側電磁比例減圧弁２３および第三上昇側電油変換弁３８に制御信号を出力して、第一コントロールバルブ１８および第三コントロールバルブ３７を上昇側位置Ｘに切換え、これにより、専用ポンプ３２からの供給圧油および第一メインポンプ９からの供給圧油が合流してブームシリンダ８のヘッド側油室８ａに供給されるように制御するが、この場合、アキュムレータ３６の蓄圧状態が少なくなるにつれて、専用ポンプ３２からヘッド側油室８ａへの供給流量が減少する一方、第一メインポンプ９からの供給流量が増加するように制御すると共に、専用ポンプ３２からの供給流量と第一メインポンプ９からの供給流量とを足して一ポンプ分の流量となるように制御する。

さらに、蓄圧状態が０％〜１００％のあいだのときも、第二上昇側電磁比例減圧弁２５、アキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁４８、回収用電油変換弁４４、タンクチェックバルブ用電磁切換弁５２に対しては、前述した蓄圧状態１００％でブーム上昇側に操作された場合と同様の制御がなされる。

而して、ブーム５の上昇時に、アキュムレータ３６の蓄圧状態が１００％のときは、専用ポンプ３２から供給される一ポンプ分の流量と第二メインポンプ１０から供給される一ポンプ分の流量とが合流してブームシリンダ８のヘッド側油室８ａに供給され、また、アキュムレータ３６の蓄圧状態が０％のときは、専用ポンプ３２から圧油供給されない代わりに第一メインポンプ９から供給される一ポンプ分の流量と、第二メインポンプ９から供給される一ポンプ分の流量とが合流してヘッド側油室８ａに供給され、さらにアキュムレータ３６の蓄圧状態が０％〜１００％のあいだのときは、専用ポンプ３２および第一メインポンプ９から供給される足して一ポンプ分の流量と、第二メインポンプ１０から供給される一ポンプ分の流量とが合流してヘッド側油室８ａに供給されることになる。もって、ブーム５の上昇時には、アキュムレータ３６の蓄圧状態に関わらず、常に二ポンプ分の流量をヘッド側油室８ａに供給できることになって、作業部４の重量負荷に抗するブーム５の上昇であっても、ブーム用操作レバーの操作量に対応する所望の速度でブーム５を上昇せしめることができることになるが、この場合、上記専用ポンプ３２は、アキュムレータ３６に蓄圧された高圧の圧油を吸い込んで吐出するため、吸入側と吐出側との差圧が小さく、第一、第二メインポンプ９、１０と比して大幅に少ない所要動力で圧油供給を行うことができる。

次に、ブーム用操作レバーがブーム下降側に操作された場合、つまりブーム操作検出手段５３からブーム下降側操作の検出信号が入力された場合のコントローラ１６の制御について説明する。この場合は、アキュムレータ３６の蓄圧状態によらずコントローラ１６の制御は同一となる。

つまり、ブーム用操作レバーがブーム下降側に操作された場合、コントローラ１６は、メインポンプ制御用電磁比例減圧弁１７に対し、ポンプ出力を低減せしめるよう制御信号を出力すると共に、第一下降側電磁比例減圧弁２４に対し、第一コントロールバルブ１８の下降側パイロットポート１８ｂにパイロット圧を出力するように制御信号を出力する。これにより、第一コントロールバルブ１８が下降側位置Ｙに切換わり、而して、該下降側位置Ｙの再生用弁路１８ｃを経由して、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａからの排出油がロッド側油室８ｂに供給されると共に、前述したように、下降側位置Ｙのセンタバイパス弁路１８ｆの通過流量は変化しないため、第一メインポンプ９の吐出流量は、ネガティブコントロール流量制御によって最小となるように制御される。
尚、第二コントロールバルブ１９は、ブーム５の下降時には中立位置Ｎに保持され、而して、ブームシリンダ８に対する油給排を行わないと共に、第二メインポンプ１０の吐出流量も、ネガティブコントロール流量制御によって最小となるように制御される。

さらにコントローラ１６は、専用ポンプ用レギュレータ３５に対し、専用ポンプ３２の吐出流量制御の指令を出力すると共に、第三下降側電油変換弁３９に対して作動信号を出力する。これにより第三コントロールバルブ３７が下降側位置Ｙに切換わり、而して、専用ポンプ３２の吐出油が下降側位置Ｙの第三コントロールバルブ３７を経由してシリンダロッド側油路２１に流れて、ブームシリンダ８のロッド側油室８ｂに供給される。

さらにコントローラ１６は、ドリフト低減弁用電磁比例減圧弁３０に対し、ＯＮ位置Ｘに切換わるようＯＮ信号を出力する。これにより、ドリフト低減弁２９は、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａからの油排出を許容する状態になる。

さらにコントローラ１６は、回収用電油変換弁４４に対し作動信号を出力する。これにより回収用バルブ４１が、回収油路４０を開く開位置Ｘに切換わり、而して、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａから排出された油は、回収油路４０を経由してアキュムレータ油路４２およびサクション油路３３に流れて、アキュムレータ３６に蓄圧されると共に、専用ポンプ３２の吸入側に供給されるようになっているが、さらにこのとき、コントローラ１６は、アキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁４８に対し、ＯＮ位置Ｘに切換るようＯＮ信号を出力する。これにより、殆ど圧力損失のない状態で回収油路４０からアキュムレータ油路４２に油を流すことができるようになっている。

また、コントローラ１６からタンクチェックバルブ用電磁切換弁５２にＯＮ信号は出力されず、タンクチェックバルブ５０は排出油路４９を閉じる閉状態になっている。これにより、前記ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａから回収油路４０に流れた油が、排出油路４９を経由して油タンク１１に排出されることなく、アキュムレータ油路４２およびサクション油路３３に供給されるようになっている。

而して、ブーム５の下降時には、専用ポンプ３２からの圧油がブームシリンダ８のロッド側油室８ｂに供給されることになるが、この場合、上記専用ポンプ３２は、ヘッド側油室８ａから排出された高圧の圧油を吸込んで吐出するため、吸入側と吐出側との差圧が小さく、第一メインポンプ９と比して大幅に少ない所要動力で圧油供給を行うことができる。

一方、ブーム５の下降時に、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａから排出される油は、作業部４の有する位置エネルギーにより高圧となっていると共に、ピストン８ｃに作用する受圧面積の関係からロッド側油室８ｂへの供給量に対して略２倍の排出量となるが、該ヘッド側油室８ａからの排出油は、専用ポンプ３２の吸入側に供給されて、前述したように専用ポンプ３２からロッド側油室８ｂに供給されると共に、アキュムレータ３６に蓄圧される。そして、該アキュムレータ３６に蓄圧された圧油は、前述したように、ブーム５の上昇時に専用ポンプ３２からヘッド側油室８ａに供給されることになる。而して、作業部４の有する位置エネルギーを、無駄にすることなく回収、再利用できるようになっている。
尚、ブーム５の下降時に、ヘッド側油室８ａからの排出油のうち一部は、第一コントロールバルブ１８の再生用弁路１８ｃを経由してロッド側油室８ｂに供給される。

次いで、前記アキュムレータ排出制御部６４で行うアキュムレータ排出制御について、図５に示す制御ブロック図に基づいて説明する。
アキュムレータ排出制御部６４は、アキュムレータ排出スイッチ６３から「ＯＦＦ」から「ＯＮ」への切換信号が入力された場合、あるいはエンジンキースイッチ６２から「ＯＮ」から「ＯＦＦ」への切換信号が入力された場合に、アキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁４８およびタンクチェックバルブ用電磁切換弁５２に対し、ＯＮ位置Ｘに切換るようＯＮ信号を出力する。これにより、アキュムレータチェックバルブ４５は、アキュムレータ３６から排出油路４９への油の流れを許容する状態になると共に、タンクチェックバルブ５０は、排出油路４９を開く開状態に切換わり、而して、アキュムレータ３６の蓄圧油が、排出油路４９を経由して油タンク１１に排出される。つまり、アキュムレータ排出スイッチ６３が「ＯＮ」操作された場合、あるいはエンジンキースイッチ６２が「ＯＦＦ」操作された場合の何れであっても、アキュムレータ３６の蓄圧油が排出油路４９を経由して油タンク１１に排出されるようになっているが、この場合、前述したように、排出油路４８にはオリフィス７０が設けられていて、アキュムレータ３６からの排出油の流量を規制できるようになっている。

ここで、前記アキュムレータ排出スイッチ６３は、アキュムレータ３６のメンテナンスを行う場合等、アキュムレータ３６の蓄圧油を油タンク１１に排出したいときに、オペレータが任意に操作する操作スイッチである。

また、本実施の形態では、エンジンキースイッチ６２が「ＯＦＦ」操作された後も、コントローラ１６やアキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁４８、タンクチェックバルブ用電磁切換弁５２の電気系統には通電されており、前述したアキュムレータ排出制御を行うことができるようになっているが、エンジンキースイッチ６２が「ＯＦＦ」操作された場合のアキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁４８およびタンクチェックバルブ用電磁切換弁５２へのＯＮ信号の出力は、アキュムレータ３６の蓄圧油を排出するのに必要な所定時間（該所定時間は、アキュムレータ３６の容量等に対応して適宜設定される）経過後に停止されるように設定されている。また、アキュムレータ排出スイッチ６３が「ＯＮ」操作された場合のアキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁４８およびタンクチェックバルブ用電磁切換弁５２へのＯＮ信号の出力は、アキュムレータ排出スイッチ６３が「ＯＦＦ」操作されることにより停止されるようになっている。
尚、本実施の形態では、アキュムレータチェックバルブ用電磁切換弁４８およびタンクチェックバルブ用電磁切換弁５２は、ソレノイド４８ａ、５２ａの非通電状態ではＯＦＦ位置Ｎに位置しており、コントローラ１６からのＯＮ信号に基づいてソレノイド４８ａ、５２ａに通電されることでＯＮ位置Ｘに切換わる構成になっているが、ソレノイド４８ａ、５２ａの通電状態でＯＦＦ位置Ｎに位置し、非通電でＯＮ位置Ｘに切換わる構成の電磁切換弁を用いることも、勿論できる。

叙述の如く構成された本形態において、作業部４の有する位置エネルギーは、ブーム５の下降時に油圧エネルギーに変換されてアキュムレータ３６に蓄圧される一方、該アキュムレータ３６に蓄圧された油は、ブーム５の上昇時に専用ポンプ３２を介してブームシリンダ８に供給されることになり、而して、作業部４の有する位置エネルギーを有効に回収、再利用できることになって、省エネルギー化に大きく貢献できることになるが、さらにこのものでは、アキュムレータ３６から油タンク１１に至る排出油路４９と、該排出油路４９を開閉するタンクチェックバルブ５０とが設けられていると共に、該タンクチェックバルブ５０の下流側には、アキュムレータ３６から油タンク１１への排出油の流量を規制するオリフィス７０が設けられている。そして、エンジンキースイッチ６２を「ＯＦＦ」操作した場合、あるいはアキュムレータ排出スイッチ６３を「ＯＮ」操作した場合には、コントローラ１６に設けられたアキュムレータ排出制御部６４からの出力信号に基づいて前記タンクチェックバルブ５０が排出油路４９を開き、これによりアキュムレータ３６に蓄圧された油は、排出油路４９に配設されたオリフィス７０を経由して油タンク１１に排出されることになる。

この結果、油圧ショベル１の作業終了時にエンジンキースイッチ６２を「ＯＦＦ」操作すると、自動的にアキュムレータ３６の蓄圧油が油タンク１１に排出されて、長期保管に適した状態となり、而して、油圧ショベル１を長期間使用しない場合であっても、アキュムレータ３６に油が蓄圧されたまま長期間放置されてガス量が減少してしまうような不具合を、確実に回避することができる。また、アキュムレータ３６のメンテナンスを行うような場合には、オペレータが任意にアキュムレータ排出スイッチ６３を「ＯＮ」操作することで、アキュムレータ３６の蓄圧油を油タンク１１に排出することができることになるが、さらにこのものでは、排出油路４９に配されたオリフィス７０によって、アキュムレータ３６から油タンク１１への排出油の流量が規制され、これにより、アキュムレータ３６から油が急速に排出されてブラダ６６が急激に膨張してしまうことを防止できることになる。

而して、アキュムレータ３６から油タンク１１への油排出時に、ブラダ６６が急激に膨張してポペット弁６９に噛み込まれたり、あるいは急激に膨張したブラダ６６とシェル６５との間に油の一部が取り残されてしまうような不具合を確実に回避できることになって、アキュムレータ３６の破損や機能低下の防止に大きく貢献できる。

しかも、前記オリフィス７０は、排出油路４９を開閉するタンクチェックバルブ５０の下流側に設けられているから、該オリフィス７０が、油タンク１１への油排出時を除いてアキュムレータ３６に給排される油の流れ、つまり、ブームシリンダ８のヘッド側油室８ａから排出されてアキュムレータ３６に蓄圧される油の流れ、あるいはアキュムレータ３６から専用ポンプ３２の吸入側に至る油の流れの抵抗となることがなく、而して、油タンク１１への油排出時以外のときにオリフィス７０がアキュムレータ３６に給排される油の流れの抵抗となって損失を生じる惧れを、回避できる。

さらにこのものは、排出油路４９にオリフィス７０を配設しただけの簡単な構成であるから、安価且つ容易に実施することができる。

尚、本発明は上記実施の形態に限定されないことは勿論であって、上記実施の形態では、油圧ショベルのブームシリンダの油圧制御システムを例にとって説明したが、本発明は、油圧エネルギーを蓄圧するブラダ型のアキュムレータを備えた各種作業機械の油圧回路に実施することができる。

油圧ショベルの側面図である。 油圧制御システムの回路図である。 油圧制御システムの回路図である。 コントローラの入出力を示すブロック図である。 アキュムレータ排出制御を示す制御ブロック図である。 アキュムレータの断面図である。 急激に膨張したブラダがポペット弁に噛み込まれた状態を示す説明図である。

符号の説明

１１ 油タンク
３６ アキュムレータ
４９ 排出油路
５０ タンクチェックバルブ
７０ オリフィス

Claims (1)

1. 油圧エネルギーを蓄圧するブラダ型のアキュムレータを備えてなる作業機械の油圧回路において、前記アキュムレータから油タンクに至る排出油路と、該排出油路を開閉する排出用バルブとを設ける一方、該排出用バルブの下流側に、アキュムレータから油タンクへの排出油の流量を規制する絞りを設けたことを特徴とするアキュムレータを備えた作業機械の油圧回路。

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