JP2008261373A - 作業機械の油圧制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】旋回／アーム引きの複合操作時に他のアクチュエータ動作が加わった場合にアーム動作を補償する。
【解決手段】アームシリンダ７のメータイン側に油圧パイロット式の流量制御弁である旋回優先弁１５を設け、旋回／アーム引きの複合操作時に、旋回パイロット圧で旋回優先弁１５を作動させることによりアームシリンダ７のメータイン流量を絞って旋回動作を優先させる。これを前提として、旋回優先弁１５のパイロットライン１６に切換弁２０を設け、旋回／アーム引きにブーム下げ動作が加わったときにこの切換弁２０を切換えて旋回優先弁１５の絞り作用を解除し、旋回優先機能をキャンセルするようにした。
【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、旋回優先機能を備えた油圧制御装置に関するものである。

油圧ショベルは、図３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Ｏ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（図示しない）と、上部旋回体２を旋回駆動する旋回モータ１０が設けられている。

この油圧ショベルにおいて、たとえば土砂を運搬車に積み込んだ後、アーム４を引き（アームシリンダ７を伸長させ）ながら旋回して掘削ポイントに戻るための旋回／アーム引き複合操作が多用される。

この場合、アーム４は自由落下方向の動きとなるため、アームシリンダ７の作動圧が旋回モータ１０のそれよりも低くなる。このため、ポンプ吐出油の多くがアームシリンダ７に送られて旋回モータ１０が流量不足となり、旋回速度が著しく低下して作業能率及び操作性が悪化するという不都合が生じる。

そこで従来、アームシリンダ７の作動を制御するコントロールバルブのメータイン側及びメータアウト側の一方または双方（メータインの場合で説明する）に流量制御弁である旋回優先弁を設け、旋回／アーム引き複合操作時にこの旋回優先弁によりアームシリンダ７のメータイン流量を絞って作動圧を上げ、旋回モータへの供給流量（旋回動作）を確保する旋回優先策をとる技術が公知である(特許文献１参照)。

この公知の回路構成を図４によって説明する。

なお、油圧ショベルにおいては、一般に、全油圧アクチュエータを二つのグループに分け、両グループのアクチュエータ群を別々の油圧ポンプ(第１及び第２油圧ポンプ)で駆動する一方、上記旋回／アーム引き複合操作時等の複合操作時に両ポンプの吐出油を合流させる構成をとるのが一般的である。但し、ここでは説明を分かり易くするために、一つの油圧ポンプで全アクチュエータを駆動する回路構成として説明する。

また、同様の理由により、図４には油圧アクチュエータとしてブーム、アーム両シリンダ６,７と旋回モータ１０のみを示す。

アクチュエータ群に対する共通の圧油供給源として油圧ポンプ１１が設けられ、この油圧ポンプ１１からの吐出油が、図示しないリモコン弁によって個別に操作される旋回用、ブーム用、アーム用各コントロールバルブ（油圧パイロット切換弁）１２,１３,１４を介して旋回モータ１０、ブームシリンダ６、アームシリンダ７に供給される。Ｔはタンクである。

アーム用コントロールバルブ１４のメータイン側に、油圧パイロット式の流量制御弁である旋回優先弁１５が設けられている。

この旋回優先弁１５のパイロットポート１５ａは、旋回優先パイロットライン１６及びシャトル弁１７を介して旋回用コントロールバルブ１２の両側パイロットライン１８,１９に接続され、同コントロールバルブ１２の動作時、つまり旋回動作時に、旋回優先弁１５が図示の全開位置イから絞り位置ロに切換わる。

これにより、旋回／アーム引きの複合操作時にアームシリンダ７のメータイン流量が絞られて同シリンダ７の作動圧が高くなり、旋回モータ１０の作動が確保される。つまり、旋回優先機能が働く。

この状態では、アームシリンダ流量は旋回優先機能がない場合と比較して減少するが、とくにアーム引き動作では必要流量が少ないため、アーム４の動きに支障はない。

但し、図示の回路では、アーム引きと、これよりは作動圧が高くなるアーム押しの区別をしない構成をとっているため、旋回／アーム押しの複合操作時にも旋回優先機能が働くことでアーム押しの動きが少し悪くなる。
特開２００１−２９５８０４号公報

ところが、このような旋回優先機能を備えた回路構成において、弊害として、旋回／アーム引きの複合操作時、つまりアームシリンダ７の作動圧が高くなった状態で、他のアクチュエータ動作（たとえばブーム下げ動作、バケット動作）が加わると、この追加されたアクチュエータの作動圧が相対的に低いことから、これらにさらに油をとられてアームシリンダ流量が不足する。これにより、アーム引きの動きが停止またはそれに近い状態にまで極端に悪化するため、アタッチメント全体の動きが悪くなって作業能率が極端に低下するという問題が生じていた。

そこで本発明は、旋回／アーム引きの複合操作に他のアクチュエータ動作が加わった場合にアーム引き動作を補償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、上部旋回体の旋回動作を行わせる旋回モータ、及びアームの押し引き動作を行わせるアームシリンダを含む複数の油圧アクチュエータと、油圧源としての油圧ポンプと、上記油圧アクチュエータの作動を個別に制御する複数のコントロールバルブと、旋回優先弁とを備え、旋回動作とアーム引き動作が同時に行われる旋回／アーム引き複合操作時に、上記旋回優先弁の作用により旋回動作を優先させる旋回優先機能が実行されるように構成された作業機械の油圧制御装置において、旋回優先制限手段を備え、この旋回優先制限手段は、上記旋回／アーム引き複合操作に、他の油圧アクチュエータの動作が追加される特定複合操作時に、上記旋回優先機能を制限する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、旋回優先制限手段は、旋回動作とアーム押し動作が同時に行われる旋回／アーム押し複合操作時には旋回優先機能を制限す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１または２の構成において、旋回優先弁は、アームシリンダのメータイン流量及びメータアウト流量の少なくとも一方を絞る流量制御弁として構成され、旋回優先制限手段は、特定複合操作時にこの旋回優先弁の絞り作用を解除または低下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３の構成において、旋回優先弁は、入力されるパイロット圧に応じて開度が変化する油圧パイロット式の流量制御弁として構成され、旋回優先制限手段は、この旋回優先弁のパイロット圧を制御す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４の構成において、旋回優先制限手段として、旋回優先弁のパイロットラインに、外部からの操作信号によって切換わる切換弁が設けられ、この切換弁は、旋回優先弁のパイロットラインをパイロット圧源に接続する旋回優先位置と、タンクに接続する旋回優先制限位置との間で切換わるように構成されたものである。

請求項６の発明は、請求項４の構成において、旋回優先制限手段として、旋回優先弁のパイロットラインに、これをタンクに連通させるタンクラインが分岐接続されるとともに、このタンクラインに、外部からの操作信号によって切換わる切換弁が設けられ、この切換弁は、旋回優先弁のパイロットラインをタンクに対してブロックする旋回優先位置と、タンクに連通させる旋回優先制限位置との間で切換わ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５または６の構成において、旋回用コントロールバルブとして油圧パイロット弁が用いられ、切換弁が旋回優先位置に切換わった状態で、上記旋回用コントロールバルブのパイロット圧が旋回優先弁のパイロットポートに供給されるように構成されたものである。

請求項８の発明は、請求項５〜７のいずれかの構成において、追加操作される油圧アクチュエータ用のコントロールバルブ、及び切換弁としてそれぞれ油圧パイロット弁が用いられ、切換弁のパイロットラインが、上記追加操作される油圧アクチュエータ用コントロールバルブのパイロットラインに接続されたものである。

本発明によると、旋回／アーム引きの複合操作時に旋回優先弁の作用（請求項３〜７では流量制御弁の絞り作用）によって旋回動作を優先させることを前提として、旋回／アーム引きの複合操作に他のアクチュエータ動作が加わる特定複合操作時に、旋回優先機能を制限（解除または低下）させる構成としたから、アームシリンダの流量不足がなくなり、アーム引き動作を確保することができる。

ところで、前記のようにアーム引きとアーム押しを区別しない構成をとると、区別するための回路が不要となるため回路構成が簡略化される半面、旋回／アーム押しの複合操作時（旋回／アーム引きの複合操作中にアーム引きがアーム押しに変わったときを含む）であっても旋回優先機能が働くため、アーム押しの動きが悪くなる。

この点、請求項２の発明によると、旋回／アーム押しの複合操作時には旋回優先機能を制限する構成としたから、アーム押しの良好な動作を確保することができる。

また、請求項７の発明によると、油圧パイロット式の旋回優先弁のパイロット圧を切換弁で制御することによって旋回優先機能を制限する構成を前提として、旋回用コントロールバルブのパイロット圧を利用して旋回優先弁を作動させる構成としたから、別のパイロット圧源や余分な制御手段が不要となり、しかも旋回優先動作とその制限動作が旋回操作と連動して確実に行われる。

一方、請求項８の発明によると、追加操作される油圧アクチュエータ用のコントロールバルブのパイロット圧によって切換弁を制御する構成としたから、切換弁用のパイロット圧源、及び追加操作を検出してパイロット圧を切換弁に供給するための制御手段が不要となるとともに、特定複合操作時に旋回優先を制限する機能が確実に行われる。

本発明の実施形態を図１,２によって説明する。

以下の実施形態では、説明を分かり易くするために、背景技術の説明に合わせて一つの油圧ポンプで全アクチュエータを駆動する回路構成としている。また、油圧アクチュエータとしてブーム、アーム両シリンダ６,７と旋回モータ１０のみを示す。

図１において、図４に示す公知技術と同一部分には同一符号を付して示し、その重複説明を省略する。

第１実施形態（図１参照）
（ｉ）アーム用コントロールバルブ１４のメータイン側に、油圧パイロット式の流量制御弁である旋回優先弁１５が設けられる点、
（ｉｉ）この旋回優先弁１５のパイロットポート１５ａが、旋回優先パイロットライン１６及びシャトル弁１７を介して旋回用コントロールバルブ１２の両側パイロットライン１８,１９に接続される点、
（ｉｉｉ）同コントロールバルブ１２の操作時（旋回動作時）に、旋回優先弁１５が図示の全開位置イから絞り位置ロに切換わることにより、旋回／アーム引きの複合操作時にアームシリンダ７のメータイン流量が絞られて同シリンダ７の作動圧が高くなり、旋回モータ１０の作動が確保される（旋回優先機能が働く）点
の基本構成は図４の公知技術と同じである。

この装置においては、旋回優先弁１５のパイロットポート１５ａとシャトル弁１７とを結ぶ旋回優先パイロットライン１６に油圧パイロット式の切換弁２０が設けられている。

この切換弁２０は、旋回優先パイロットライン１６を開通させて旋回パイロット圧を旋回優先弁１５のパイロットポート１５ａに導く旋回優先位置イと、パイロットポート１５ａをタンクＴに連通させる旋回優先制限位置ロとを有し、そのパイロットポート２０ａにパイロット圧が導入されないときは図示の旋回優先位置イにセットされる。

この状態で、旋回／アーム引き操作時に旋回パイロット圧が旋回優先弁１５のパイロットポート１５ａに供給されて同制御弁１５が全開位置イから絞り位置ロに切換わり、絞り作用（旋回優先機能）が働く。

切換弁２０のパイロットポート２０ａに接続されたパイロットライン２１は、ブーム用コントロールバルブ１３のブーム上げ側及び下げ側両パイロットライン２２,２３のうちブーム下げ側パイロットライン２３に接続され、ブーム下げ操作が行われたときに切換弁２０が旋回優先位置イから旋回優先制限位置ロに切換わるように構成されている。

従って、旋回／アーム引きの複合操作中にブーム下げ動作が加わると、切換弁２０が旋回優先制限位置ロに切換わることによって旋回優先弁１５が全開位置イに戻るため、旋回優先機能がキャンセルされる。

これにより、アームシリンダ７の必要流量が確保され、特定複合操作時のアーム引き及びブーム下げの両動作がスムーズに行われる。

なお、このとき作動圧の高い旋回モータ１０の供給流量が減少し、旋回動作が遅くなるが、図３のアーム４の動きが停止またはそれに近い状態となるよりはアタッチメント９全体の動きとしては望ましいものとなる。

また、この実施形態の回路構成によると、油圧パイロット式の旋回優先弁１５のパイロット圧を切換弁２０で制御することによって旋回優先機能を働かせ、または制限する構成を前提として、旋回用コントロールバルブ１２のパイロット圧を利用して旋回優先弁１５を作動させる構成としたから、旋回優先弁専用のパイロット圧源を設ける必要も、余分な制御手段を追加する必要もない。しかも、旋回優先動作とその制限動作が旋回操作と連動して確実に行われる。

さらに、追加操作であるブーム下げのパイロット圧によって切換弁２０を制御する構成としたから、切換弁用のパイロット圧源、及び追加操作を検出してパイロット圧を切換弁２０に供給するための制御手段が不要となる。また、特定複合操作時に旋回優先を制限する機能が確実に行われる。

第２実施形態（図２参照）
第１実施形態との相違点のみを説明する。

第１実施形態の回路構成によると、前記のようにアーム引きとアーム押しを区別していないため、この区別するための回路が不要となることで回路構成が簡略化される。その半面、旋回／アーム押しの複合操作時（旋回／アーム引きの複合操作中にアーム引きがアーム押しに変わったときを含む）であっても旋回優先機能が働く。このため、アーム引きよりは作動圧が高くなるアーム押しの動きが悪くなる。

第２実施形態においてはこの点の対策が講じられている。

すなわち、旋回優先弁１５のパイロットポート１５ａとシャトル弁１７とを結ぶ旋回優先パイロットライン１６に、これをタンクＴに連通させるタンクライン２４が分岐接続され、このタンクライン２４に油圧パイロット式の切換弁２５が設けられている。

この切換弁２５は、旋回優先パイロットライン１６をタンクＴに対してブロックする旋回優先位置イと、タンクＴに連通させる旋回優先制限位置ロとを有し、そのパイロットポート２５ａにパイロット圧が導入されたときに図示の旋回優先位置イから旋回優先制限位置ロに切換わる。

切換弁２５のパイロットポート２５ａは、パイロットライン２６及びシャトル弁２７を介してブーム下げ側パイロットライン２３とアーム押し側パイロットライン２８（２９はアーム引き側パイロットラインである）に接続されている。

この構成によると、旋回／アーム引き複合操作時に旋回優先となり、旋回／アーム引き／ブーム下げの特定複合操作時に旋回優先解除となる一方、旋回／アーム押しの複合操作時（旋回／アーム引きの複合操作中にアーム引きがアーム押しに変わったときを含む）に、アーム押し側パイロット圧が切換弁２５に加えられて同切換弁２５が旋回優先制限位置ロに切換わるため、旋回パイロット圧がタンクＴに落とされることで旋回優先弁１５が全開位置イにセットされる。つまり、旋回／アーム引き／ブーム下げの特定複合操作時と同様に旋回優先機能がキャンセルされる。これにより、アーム押しの良好な動作を確保することができる。

この状態で、旋回用コントロールバルブ１２のパイロットライン１８,１９がタンクＴに連通することから、同バルブ１２のパイロット圧を確保するために、旋回優先パイロットライン１６におけるタンクライン２４との分岐点よりも上流側に絞り３０が設けられている。

なお、優先パイロットライン１６がタンクＴに連通し、切換弁２５は、アーム押しとブーム下げの少なくとも一方の動作によって旋回優先制限位置ロに切換わるため、旋回／アーム押し／ブーム下げの複合操作時にも旋回優先機能がキャンセルされることはいうまでもない。

他の実施形態
（１） 上記第１及び第２両実施形態では、旋回優先弁１５によってアームシリンダ７のメータイン流量を絞る構成をとったが、メータアウト流量、または双方の流量を絞る構成をとってもよい。

（２） 上記両実施形態では、特定複合操作時に旋回優先弁１５を絞り位置ロから全開位置イに切換えることによって旋回優先機能を『解除』する構成としたが、同制御弁１５に供給されるパイロット圧を低下させることによって旋回優先機能を『低下』させる構成をとってもよい。

（３） 上記両実施形態では、旋回／アーム引き複合操作時に旋回パイロット圧によって旋回優先弁１５を絞り位置ロに切換える構成をとったが、旋回操作をセンサで検出し、コントローラからの信号に基づく電磁弁の作動によって別のパイロット圧源からのパイロット圧で旋回優先弁１５を絞り位置ロに切換える構成をとってもよい。

（４） 同様に、特定複合操作時に、切換弁２０,２５を旋回優先制限位置ロに切換える手段として、ブーム下げ操作をセンサで検出し、コントローラからの信号に基づく電磁弁の作動によって別のパイロット圧源からのパイロット圧で切換弁２０,２５を旋回優先制限位置ロに切換える構成をとってもよい。

（５） 上記両実施形態では、旋回／アーム引き複合操作にブーム下げ操作が加わったときを特定複合操作時として旋回優先機能を制限する構成をとったが、ブーム下げとバケット操作の一方または双方が加わったときを特定複合操作時として旋回優先機能を制限する構成をとってもよい。

（６） 本発明は油圧ショベルに限らず、油圧ショベルを母体として構成される破砕機や解体機等の他の作業機械にも適用することができる。

本発明の第１実施形態を示す回路構成図である。 本発明の第２実施形態を示す回路構成図である。 油圧ショベルの概略側面図である。 従来の回路構成図である。

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
１０ 旋回モータ
１１ 油圧ポンプ
１２ 旋回用コントロールバルブ
１３ ブーム用コントロールバルブ
１４ アーム用コントロールバルブ
１５ 旋回優先弁
１５ａ パイロットポート
１６ 旋回優先パイロットライン
１７ シャトル弁
２０ 切換弁
２１ 切換弁のパイロットライン
２３ ブーム下げ側パイロットライン
２４ タンクライン
２５ 切換弁
２６ 切換弁のパイロットライン
２７ シャトル弁
２８ アーム押し側パイロットライン

Claims (8)

1. 上部旋回体の旋回動作を行わせる旋回モータ、及びアームの押し引き動作を行わせるアームシリンダを含む複数の油圧アクチュエータと、油圧源としての油圧ポンプと、上記油圧アクチュエータの作動を個別に制御する複数のコントロールバルブと、旋回優先弁とを備え、旋回動作とアーム引き動作が同時に行われる旋回／アーム引き複合操作時に、上記旋回優先弁の作用により旋回動作を優先させる旋回優先機能が実行されるように構成された作業機械の油圧制御装置において、旋回優先制限手段を備え、この旋回優先制限手段は、上記旋回／アーム引き複合操作に、他の油圧アクチュエータの動作が追加される特定複合操作時に、上記旋回優先機能を制限す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。
2. 旋回優先制限手段は、旋回動作とアーム押し動作が同時に行われる旋回／アーム押し複合操作時には旋回優先機能を制限するように構成されたことを特徴とする請求項１記載の作業機械の油圧制御装置。
3. 旋回優先弁は、アームシリンダのメータイン流量及びメータアウト流量の少なくとも一方を絞る流量制御弁として構成され、旋回優先制限手段は、特定複合操作時にこの旋回優先弁の絞り作用を解除または低下させるように構成されたことを特徴とする請求項１または２記載の作業機械の油圧制御装置。
4. 旋回優先弁は、入力されるパイロット圧に応じて開度が変化する油圧パイロット式の流量制御弁として構成され、旋回優先制限手段は、この旋回優先弁のパイロット圧を制御するように構成されたことを特徴とする請求項３記載の作業機械の油圧制御装置。
5. 旋回優先制限手段として、旋回優先弁のパイロットラインに、外部からの操作信号によって切換わる切換弁が設けられ、この切換弁は、旋回優先弁のパイロットラインをパイロット圧源に接続する旋回優先位置と、タンクに接続する旋回優先制限位置との間で切換わるように構成されたことを特徴とする請求項４記載の作業機械の油圧制御装置。
6. 旋回優先制限手段として、旋回優先弁のパイロットラインに、これをタンクに連通させるタンクラインが分岐接続されるとともに、このタンクラインに、外部からの操作信号によって切換わる切換弁が設けられ、この切換弁は、旋回優先弁のパイロットラインをタンクに対してブロックする旋回優先位置と、タンクに連通させる旋回優先制限位置との間で切換わるように構成されたことを特徴とする請求項４記載の作業機械の油圧制御装置。
7. 旋回用コントロールバルブとして油圧パイロット弁が用いられ、切換弁が旋回優先位置に切換わった状態で、上記旋回用コントロールバルブのパイロット圧が旋回優先弁のパイロットポートに供給されるように構成されたことを特徴とする請求項５または６記載の作業機械の油圧制御装置。
8. 追加操作される油圧アクチュエータ用のコントロールバルブ、及び切換弁としてそれぞれ油圧パイロット弁が用いられ、切換弁のパイロットラインが、上記追加操作される油圧アクチュエータ用コントロールバルブのパイロットラインに接続されたことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の作業機械の油圧制御装置。

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