JP2008045575A

JP2008045575A - 油圧ショベルの油圧駆動装置

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Publication number: JP2008045575A
Application number: JP2006218882A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Sonoda; 光夫園田; Takatoshi Oki; 孝利大木; Koichi Shibata; 浩一柴田; Shohei Ryu; 小平龍; Masami Ochiai; 正巳落合
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2006-08-10
Filing date: 2006-08-10
Publication date: 2008-02-28

Abstract

【課題】ブームシリンダを含む複数のシリンダ間の負荷圧の差に伴う圧力損失を生じさせることなく、複数のシリンダの複合操作を実施させることができる油圧ショベルの油圧駆動装置の提供。
【解決手段】ブームシリンダ６、アームシリンダ７、及びバケットシリンダ８と、ブームシリンダ６のみに圧油を供給する第１油圧ポンプ３と、アームシリンダ７及びバケットシリンダ８に圧油を供給する第２油圧ポンプ４と、ブームシリンダ６及びアームシリンダ７に圧油を供給可能な補助ポンプを兼ねるとともに、ブームシリンダ６及びアームシリンダ７の戻り圧によって駆動する油圧モータとして作動する油圧ポンプ・モータ１３と、この油圧ポンプ・モータ１３を駆動する原動機を兼ねる発電機１４と、この発電機１４によって生じた電気エネルギを貯えるバッテリ１５とを備えた構成にしてある。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブームシリンダ、アームシリンダ、及びバケットシリンダと、これらのシリンダに圧油を供給する油圧ポンプとを備えた油圧ショベルの油圧駆動装置に関する。

この種の従来技術として、例えば特許文献１に示されるものがある。この従来技術は、ブームを駆動するブームシリンダ、アームを駆動するアームシリンダ、及びバケットを駆動するバケットシリンダと、これらのシリンダに圧油を供給する１つの油圧ポンプとを備え、油圧ポンプの圧油をブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダのそれぞれに供給して掘削作業等を実施するようになっている。
特許第３６０４０９４号公報

上述した従来技術において、掘削作業が実施される場合、ブームシリンダと、アームシリンダ、バケットシリンダとの複合操作が実施されるが、掘削作業に際し、アームシリンダ、バケットシリンダが高い負荷圧に、ブームシリンダが低い負荷圧になりやすい。油圧ポンプから吐出され圧油は、低い負荷圧側に流れる傾向にあるので、このようなブームシリンダとアームシリンダ等との複合操作時には、ブームシリンダを制御するブーム用方向制御弁の絞り量を大きくし、ブームシリンダ側へ圧油が流れ過ぎない制御が行なわれる。すなわち、従来技術にあっては、シリンダ間の負荷圧の差を吸収するための絞り操作が必要であり、この絞り操作に伴って圧力損失が生じ、エネルギの無駄が発生してしまう問題があった。

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、ブームシリンダを含む複数のシリンダ間の負荷圧の差に伴う圧力損失を生じさせることなく、複数のシリンダの複合操作を実施させることができる油圧ショベルの油圧駆動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、ブームシリンダ、アームシリンダ、及びバケットシリンダと、これらのシリンダに圧油を供給する油圧ポンプとを備えた油圧ショベルの油圧駆動装置において、上記油圧ポンプが、上記ブームシリンダのみに圧油を供給する第１油圧ポンプと、上記アームシリンダ及び上記バケットシリンダのうちの少なくとも一方に圧油を供給する第２油圧ポンプとを含むことを特徴としている。

このように構成した本発明は、ブームシリンダと、アームシリンダまたはバケットシリンダとの複合操作に際し、ブームシリンダは第１油圧ポンプの圧油のみによって駆動し、アームシリンダまたはバケットシリンダは第２油圧ポンプの圧油によって駆動するので、ブームシリンダが比較的低い負荷圧、アームシリンダまたはバケットシリンダが高い負荷圧であって、アームシリンダまたはバケットシリンダの負荷圧と、ブームシリンダの負荷圧との間に圧力差があっても、このような負荷圧の差に影響を受けることなく、ブームシリンダと、アームシリンダまたはバケットシリンダとの複合操作を実施できる。すなわち、ブームシリンダと、アームシリンダまたはバケットシリンダとの負荷圧の差に伴う圧力損失を生じさせることなく、ブームシリンダを含む複数のシリンダの複合操作を実施させることができる。これにより、ブームシリンダ、アームシリンダ、及びバケットシリンダが含まれる油圧回路の圧力損失を少なくすることができる。

また、本発明は上記発明において、上記ブームシリンダ及び上記アームシリンダの少なくとも一方に圧油を供給可能な補助ポンプと、この補助ポンプを駆動する電動機と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、ブームシリンダに圧油を供給する第１油圧ポンプ、アームシリンダまたはバケットシリンダに圧油を供給する第２油圧ポンプを補助ポンプによって支援させることができ、これによって第１油圧ポンプ及び第２油圧ポンプの不必要な大型化を抑えることができる。

また、本発明は上記発明において、上記ブームシリンダ及び上記アームシリンダの少なくとも一方の戻り圧により駆動される油圧モータと、この油圧モータによって駆動される発電機と、この発電機によって生じた電気エネルギを貯えるバッテリと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、通常では捨てられてしまうブームシリンダまたはアームシリンダの戻り圧を、電気エネルギを貯えるために活用させることができる。

また、本発明は上記発明において、上記油圧モータが、上記ブームシリンダ及び上記アームシリンダの少なくとも一方に圧油を供給可能な補助ポンプを兼ねる油圧ポンプ・モータから成るとともに、上記発電機が上記バッテリの出力電圧によって駆動され、上記油圧ポンプ・モータを駆動する原動機を兼ねることを特徴としている。このように構成した本発明は、機器の数を最少限に抑え、機器の設置スペースを小さく抑えることができる。

本発明は、ブームシリンダのみに圧油を供給する第１油圧ポンプと、アームシリンダ及びバケットシリンダのうちの少なくとも一方に圧油を供給する第２油圧ポンプとを備えたことから、従来のようなブームシリンダを含む複数のシリンダ間の負荷圧の差に伴う圧力損失を生じさせることなく、複数のシリンダの複合操作を実施させることができ、これらの複数のシリンダが含まれる油圧回路の圧力損失を従来に比べて少なくすることができ、従来生じがちであったエネルギの無駄を抑えることができる。

以下，本発明に係る油圧ショベルの油圧駆動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、本発明に係る油圧ショベルの油圧駆動装置の一実施形態を示す油圧回路図である。この図１に示すように、本実施形態に係る油圧ショベルの油圧駆動装置は、エンジン１と、このエンジン１に接続された動力伝達ギヤ２と、この動力伝達ギヤ２によって駆動される第１油圧ポンプ３、第２油圧ポンプ４、及び発電機５とを備えている。

また、図示しないブームを駆動するブームシリンダ６と、図示しないアームを駆動するアームシリンダ７と、図示しないバケットを駆動するバケットシリンダ８と、図示しない旋回体を駆動する旋回モータ９とを備えている。上述した第１油圧ポンプ３から吐出される圧油は、ブームシリンダ６のみに供給可能になっている。第２油圧ポンプ４から吐出される圧油は、アームシリンダ７またはバケットシリンダ８に供給可能になっており、旋回モータ９は発電機５によって駆動される。

第１油圧ポンプ３とブームシリンダ６との間には、ブームシリンダ６に供給される圧油の流れを制御するブーム用方向制御弁１０を配置してあり、第２油圧ポンプ４とアームシリンダ７との間には、アームシリンダ７に供給される圧油の流れを制御するアーム用方向制御弁１１を配置してあり、第２油圧ポンプ４とバケットシリンダ８との間には、バケットシリンダ８に供給される圧油の流れを制御するバケット用方向制御弁１２を配置してある。

また、ブームシリンダ６及びアームシリンダ７の戻り圧により駆動される油圧モータ、例えば油圧ポンプ・モータ１３と、この油圧ポンプ・モータ１３により駆動される発電機１４と、この発電機１４によって生じた電気エネルギを貯えるバッテリ１５とを備えている。上述した油圧ポンプ・モータ１３は、ブームシリンダ６及びアームシリンダ７に圧油を供給可能な補助ポンプを兼ねている。また、上述した発電機１４はバッテリ１５からの出力電圧により油圧ポンプ・モータ１４を駆動する原動機を兼ねている。バッテリ１５の出力電圧は、旋回モータ９にも供給可能になっている。

また、油圧ポンプ・モータ１３と、ブームシリンダ６のボトム室とを接続する油路を断接する切換弁１６と、油圧ポンプ・モータ１３とアームシリンダ７のロッド室とを接続する油路を断接する切換弁１７と、油圧ポンプ・モータ１３とアームシリンダ７のボトム室とを接続する油路を断接する切換弁１８と、ブーム用方向制御弁１０とブームシリンダ６のボトム室とを接続する油路を断接する切換弁１９とを備えている。

このように構成した本実施形態は、エンジン１を駆動させると、動力伝達ギヤ２を介して第１油圧ポンプ３、第２油圧ポンプ４、及び発電機５が駆動し、第１油圧ポンプ３の圧油がブーム用方向制御弁１０に供給され、第２油圧ポンプ４の圧油がアーム用方向制御弁１１及びバケット用方向制御弁１２に供給され、発電機５によって旋回モータ９が駆動する。また、バッテリ１５の出力電圧により発電機１４が電動機として駆動され、これによって油圧ポンプ・モータ１３が駆動する。

ここで例えば、切換弁１６，１７，１８を閉位置に保持し、切換弁１９を開位置に保持した状態において、掘削作業を実施するために、ブーム用方向制御弁１０、アーム用方向制御弁１１、及びバケット用方向制御弁１２を切り換え操作すると、第１油圧ポンプ３の圧油がブームシリンダ６に供給され、第２油圧ポンプ４の圧油がアームシリンダ７及びバケットシリンダ８に供給され、図示しないブーム、アーム、バケットが駆動して、所望の掘削作業を実施することができる。

このような掘削作業中に、ブームシリンダ６、アームシリンダ７の作動速度を速くしたい場合には、例えば切換弁１６，１８を開位置に切り換えることが行なわれる。これにより、補助ポンプとして作動する油圧ポンプ・モータ１３から吐出される圧油が、切換弁１６を介して第１油圧ポンプ３から吐出される圧油に合流してブームシリンダ６のボトム室に供給され、また、油圧ポンプ・モータ１３から吐出される圧油が、切換弁１８を介してアームシリンダ７のボトム室に供給され、ブームシリンダ６、アームシリンダ７を伸張させる動作を速くすることができる。切換弁１７を開位置に切り換えた場合も同様である。

また、例えば切換弁１６が開位置に保たれ、切換弁１９が閉位置に切り換えられた状態で、ブーム下げが行なわれると、ブームシリンダ６のボトム室の圧油が切換弁１６を介して油圧ポンプ・モータ１３に供給され、この油圧ポンプ・モータ１３がモータとして作動する。したがって、この油圧ポンプ・モータ１３によって発電機１４が回転駆動され、生じた電気エネルギがバッテリ１５に貯えられる。

このように構成した本実施形態は、掘削作業を行なうためのブームシリンダ６と、アームシリンダ７と、バケットシリンダ８との複合操作に際し、ブームシリンダ６は第１油圧ポンプ３の圧油のみによって駆動し、あるいは第１油圧ポンプ３と油圧ポンプ・モータ１３から吐出される圧油との合流によって駆動し、また、アームシリンダ７、バケットシリンダ８は第２油圧ポンプ４の圧油によって駆動し、あるいは第２油圧ポンプ３と油圧ポンプ・モータ１３から吐出される圧油との合流によって駆動するので、ブームシリンダ６が比較的低い負荷圧、アームシリンダ７、バケットシリンダ８が高い負荷圧であって、アームシリンダ７、バケットシリンダ８の負荷圧と、ブームシリンダ６の負荷圧との間に圧力差があっても、このような負荷圧の差に影響を受けることなく、ブームシリンダ６、アームシリンダ７、及びバケットシリンダ８の複合操作を実施できる。すなわち、アームシリンダ７、バケットシリンダ８と、ブームシリンダ６の負荷圧の差に伴う圧力損失を生じさせることなく、ブームシリンダ６と、アームシリンダ７、バケットシリンダ８との複合操作を実施できる。これにより、ブームシリンダ６、アームシリンダ７、バケットシリンダ８が含まれる油圧回路の圧力損失を少なくすることができ、エネルギの無駄を抑えることができる。

また、通常は捨てられるブームシリンダ６、アームシリンダ７の戻り圧を切換弁１６，１７，１８を介して油圧ポンプ・モータ１３に導き、この油圧ポンプ・モータ１３をモータとして作動させ、発電機１４を駆動して、生じた電気エネルギをバッテリ１５に貯えるようにしたことから、上述の戻り圧を電気エネルギを貯えるために活用させることができ、これによってもエネルギの無駄を少なくすることができる。

また、油圧ポンプ・モータ１３が補助ポンプを兼ね、発電機１４が電動機を兼ねた構成にしてあることから、機器の数を減らすことができて製作費を低減できるとともに、機器の設置スペースを小さく抑えて機器の配置設計の自由度を大きくすることができる。

なお、上記実施形態は、第２油圧ポンプ４から吐出する圧油によってアームシリンダ７、バケットシリンダ８を駆動する構成にしてあるが、第２油圧ポンプ４から吐出される圧油によってアームシリンダ７のみを、あるいはバケットシリンダ８のみを駆動する構成にしてもよい。

また、上記では、油圧ポンプ・モータ１３がブームシリンダ６及びアームシリンダ７に圧油を供給可能な構成にしてあるが、ブームシリンダ６のみに圧油を供給可能な構成、あるいはアームシリンダ７のみに圧油を供給可能な構成にしてもよい。

また、上記では、油圧ポンプ・モータ１３が、ブームシリンダ６、アームシリンダ７に圧油を供給可能な補助ポンプを兼ねた構成にしてあるが、配置スペースに余裕がある場合などにあっては、油圧ポンプ・モータ１３に代えて補助ポンプを設け、この補助ポンプを電動機で駆動する構成にしてもよい。この場合には、ブームシリンダ６、またはアームシリンダ７の戻り圧によって作動する油圧モータと、この油圧モータによって駆動され、生じた電気エネルギをバッテリ１５に貯えさせる、原動機を兼ねない発電機を設けるようにするとよい。

また、上記では、旋回体を駆動する旋回モータ９を発電機５によって駆動する原動機によって構成してあるが、このような発電機５によって駆動する原動機から成る旋回モータ９に代えて、油圧によって駆動する旋回モータを設けるとともに、この旋回モータの減速時に流れる圧油によって駆動する油圧モータを設け、この油圧モータによって駆動され、生じた電気エネルギをバッテリ１５に貯えさせる発電機を設ける構成としてもよい。

本発明に係る油圧ショベルの油圧駆動装置の一実施形態を示す油圧回路図である。

符号の説明

１エンジン
２動力伝達ギヤ
３第１油圧ポンプ
４第２油圧ポンプ
５発電機
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旋回モータ
１０ブーム用方向制御弁
１１アーム用方向制御弁
１２バケット用方向制御弁
１３油圧ポンプ・モータ（補助ポンプ）
１４発電機（原動機）
１５バッテリ
１６切換弁
１７切換弁
１８切換弁
１９切換弁

Claims

ブームシリンダ、アームシリンダ、及びバケットシリンダと、これらのシリンダに圧油を供給する油圧ポンプとを備えた油圧ショベルの油圧駆動装置において、
上記油圧ポンプが、上記ブームシリンダのみに圧油を供給する第１油圧ポンプと、上記アームシリンダ及び上記バケットシリンダのうちの少なくとも一方に圧油を供給する第２油圧ポンプとを含むことを特徴とする油圧ショベルの油圧駆動装置。
上記請求項１記載の発明において、
上記ブームシリンダ及び上記アームシリンダの少なくとも一方に圧油を供給可能な補助ポンプと、この補助ポンプを駆動する電動機とを備えたことを特徴とする油圧ショベルの油圧駆動装置。
上記請求項１記載の発明において、
上記ブームシリンダ及び上記アームシリンダの少なくとも一方の戻り圧により駆動される油圧モータと、この油圧モータによって駆動される発電機と、この発電機によって生じた電気エネルギを貯えるバッテリとを備えたことを特徴とする油圧ショベルの油圧駆動装置。
上記請求項３記載の発明において、
上記油圧モータが、上記ブームシリンダ及び上記アームシリンダの少なくとも一方に圧油を供給可能な補助ポンプを兼ねる油圧ポンプ・モータから成るとともに、上記発電機が上記バッテリの出力電圧によって駆動され、上記油圧ポンプ・モータを駆動させる原動機を兼ねることを特徴とする油圧ショベルの油圧駆動装置。