JP2009024393A - 流体制御回路および作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】ツール用アクチュエータとその他のアクチュエータとの連動操作性を簡単な回路構成で向上させることができる流体制御回路を提供する。
【解決手段】ツールレバー操作量およびブームレバー操作量に応じてツール用バイパスコントロール弁16、ブーム用コントロール弁17およびツール制御弁22を制御する制御信号を出力する制御手段33を設置する。この制御手段33は、ツール単独操作時はツールレバー操作量に対するツール用バイパスコントロール弁16への制御信号を、最大操作量でツール用バイパスコントロール弁16を最大ストロークさせるように制御する特性の単動テーブル34と、ブーム・ツール連動操作時はツール操作量に対するツール用バイパスコントロール弁16への制御信号を、最大操作量でツール単独操作時より絞るように制御する特性の連動テーブル35とを具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、ツール用アクチュエータおよび他のアクチュエータを備えた流体制御回路、およびこの流体制御回路を搭載した作業機械に関する。

油圧ショベルのフロント作業装置にバケットに替えてツールを装着した作業機械では、ツールレバー操作量に応じてコントロールバルブのスプールを制御し、ポンプからツール用アクチュエータへ供給される油量を制御し、ツール用アクチュエータの流量を設定すると、ポンプが出力する流量の上限がツール用アクチュエータの設定流量となるように制御するものがある。

ツールレバー操作量対スプール開口特性は１対１であるため、ツール用アクチュエータとブーム上げなどのツール用アクチュエータより作動圧の高い他のアクチュエータとを連動操作すると、ツール圧がブーム上げ圧より低いため、ポンプから流れる油の多くはツール用アクチュエータに流れ込んでしまい、ブームが上がりにくくなり、十分な連動操作性が得られない。また、ブーム上げ操作中にツール用アクチュエータを操作すると、ブームが急減速するので、ショックも発生する。

また、ツール用アクチュエータの流量を設定すると、ポンプが出力する流量の上限値がツール用アクチュエータの設定流量となるため、ツール用アクチュエータとその他のアクチュエータとを連動操作しても、ポンプからはツール用アクチュエータに必要な流量しか出力されないため、ポンプの能力を十分に発揮できないとともに、十分な連動操作性が得られない。

これに対して、複数の流体圧アクチュエータを連動操作する際の連動操作性を改善した流体圧回路の制御装置がある（例えば特許文献１参照）。

これは、電磁式のアタッチメント切換弁とネガティブ制御用リリーフ弁との間のセンタバイパスライン上に、コントローラからの電気信号によって切換わる電磁式のバイパス絞り可変調整弁を設け、ポンプライン上と、アーム用スプールおよびアタッチメント用スプールの出力側の各ライン上に、それぞれポンプ圧センサおよび負荷圧センサを設け、そして、コントローラは、アーム用スプールおよびアタッチメント用スプールをストローク制御して、それらの各Ｐ−Ｃ可変絞り面積を制御するとともに、バイパス絞り可変調整弁を制御して、それらのスプールストロークにおけるバイパス可変絞り面積の合成値を、適切なポンプ信号圧が得られるように補正するものである。
特開２００６−１４４８５１号公報（第１頁、図１）

このような流体圧回路は、センタバイパスライン上のバイパス絞り可変調整弁、ポンプライン上のポンプ圧センサ、各出力ライン上の負荷圧センサを必要とし、流体圧回路およびその制御装置の回路構成が複雑になる。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、ツール用アクチュエータとその他のアクチュエータとの連動操作性を簡単な回路構成で向上させることができる流体制御回路および作業機械を提供することを目的とする。

請求項１に記載された発明は、中立位置で作動流体を上流側から下流側へバイパスさせるバイパス通路を内部に備えるとともにポンプから吐出された作動流体をツール操作量に応じて出力するツール用バイパスコントロール弁と、ツール用バイパスコントロール弁から出力された作動流体をツール操作量に応じてツール用アクチュエータに供給するツール制御弁と、中立位置で作動流体を上流側から下流側へバイパスさせるバイパス通路を内部に備えるとともに前記ポンプから吐出された作動流体を他の操作量に応じて他のアクチュエータに供給する他のコントロール弁と、ツール操作量および他の操作量に応じてツール用バイパスコントロール弁、他のコントロール弁およびツール制御弁を制御する制御信号を出力する制御手段とを具備し、制御手段は、ツール単独操作時はツール操作量に対するツール用バイパスコントロール弁への制御信号を、最大操作量でツール用バイパスコントロール弁を最大ストロークさせるように制御する特性の単動テーブルと、ツール用アクチュエータと他のアクチュエータとの連動操作時はツール操作量に対するツール用バイパスコントロール弁への制御信号を、最大操作量でツール単独操作時より絞るように制御する特性の連動テーブルとを具備した流体制御回路である。

請求項２に記載された発明は、請求項１記載の流体制御回路におけるポンプを、可変容量型ポンプとし、ツール用バイパスコントロール弁および他のコントロール弁内の各バイパス通路を経て発生したネガティブコントロール圧が小さいほどポンプ容量を大きく制御するレギュレータを備え、制御手段は、ツール単独操作時はツール操作量に応じたツール要求流量でレギュレータを制限し、連動操作時はレギュレータを最大流量まで出力可能に制御する機能を備えたものである。

請求項３に記載された発明は、機体と、機体に上下動可能に搭載されたブーム、ブームにアームを介して設けられたツール、ツールを作動するツール用アクチュエータ、およびブームを上下動するブーム用アクチュエータを備えた作業装置と、作業装置のツール用アクチュエータおよびブーム用アクチュエータに対して設けられた請求項１または２記載の流体制御回路とを具備し、流体制御回路は、機体にポンプとともに搭載された作動流体貯留用のタンクを備えた作業機械である。

請求項１に記載された発明によれば、ツール単独操作時は、制御手段の単動テーブルにより、ツール操作量に対するツール用バイパスコントロール弁への制御信号が最大操作量でツール用バイパスコントロール弁を最大ストロークさせることができるので、単独操作のツール用アクチュエータに十分な作動流量を供給でき、また、ツール用アクチュエータと他のアクチュエータとの連動操作時は、制御手段の連動テーブルにより、ツール操作量に対するツール用バイパスコントロール弁への制御信号が最大操作量でツール単独操作時より絞られるので、作動圧の低いツール用アクチュエータのみに作動流体が流れ込むことを防止でき、ツール用アクチュエータとその他のアクチュエータとの連動操作性を、単動テーブルを連動テーブルへ切換える簡単な回路構成で向上させることができる。

請求項２に記載された発明によれば、制御手段が、ツール単独操作時はツール操作量に応じたツール要求流量でレギュレータを制限するが、連動操作時は可変容量型ポンプのレギュレータを最大流量まで出力可能に制御するので、ポンプの流量制限を行なうことなく、可変容量型ポンプの能力を十分に発揮でき、ツール用アクチュエータとその他のアクチュエータとの連動操作性を、十分なポンプ流量により向上させることができる。

請求項３に記載された発明によれば、ツール用アクチュエータとブーム用アクチュエータとの連動操作性を、簡単な回路構成の流体制御回路で向上させることができ、ツールを操作をしながらブーム上げ操作を円滑にできる作業機械を提供できる。

以下、本発明を、図１乃至図４に示された一実施の形態を参照しながら詳細に説明する。

図４は、本発明に係る作業機械Ａを示し、左右部に流体圧アクチュエータとしての走行モータ1mを有する下部走行体１に対し、旋回軸受部２を介して、流体圧アクチュエータとしての旋回モータ3mにより旋回可能な上部旋回体３が設けられ、この上部旋回体３上に動力部４およびキャブ５が搭載されて、機体Ｂが構成されている。

この機体Ｂに作業装置６が搭載されている。この作業装置６は、上部旋回体３にブーム７の基端が上下方向回動自在に軸支され、このブーム７の先端にアーム８が回動自在に軸支され、このアーム８の先端にツール９がバケットに替えて回動自在に軸支され、そして、ブーム７はブーム用アクチュエータ7aにより上下方向に回動すなわち上下動され、アーム８はアーム用アクチュエータ8aにより回動され、ツール９はツール用アクチュエータ9aにより作動され、バケット用アクチュエータ9bにより回動される。

図１は、作業機械Ａに搭載された、ブーム・ツール連動回路に特徴を有する流体制御回路10を示す。この流体制御回路10において、作動流体は油を用いて作動油とし、流体圧は油圧とする。

この図１に示された流体制御回路10において、ポンプとしての可変容量型ポンプ11の吐出ライン12に、センタバイパスライン13と、走行直進弁14を経た作動油供給ライン15とが設けられ、これらのセンタバイパスライン13中と作動油供給ライン15とに、ツール用バイパスコントロール弁16と、他のコントロール弁としてのブーム用コントロール弁17とが、それぞれ接続されている。

ツール用バイパスコントロール弁16は、中立位置で作動油を上流側から下流側へバイパスさせるバイパス通路16bを内部に備え、また非中立位置では可変容量型ポンプ11から吐出された作動油をツールレバー操作量に応じて出力するスプール弁である。

ブーム用コントロール弁17は、中立位置で作動油を上流側から下流側へバイパスさせるバイパス通路17bを内部に備え、また非中立位置では前記可変容量型ポンプ11から吐出された作動油を他の操作量としてのブームレバー操作量に応じて他のアクチュエータとしてのブーム用アクチュエータ7aに供給するスプール弁である。

このブーム用アクチュエータ7aのシリンダヘッド側には、第２のブーム用コントロール弁（図示せず）からも作動油の供給が可能である。

ツール用バイパスコントロール弁16からの出力ライン21は、ツール制御弁22の入力ポートに接続され、このツール制御弁22は、ツール用バイパスコントロール弁16から出力された作動油をツールレバー操作量に応じてツール用アクチュエータ9aに供給する機能を備えている。

センタバイパスライン13の下流部は、圧力設定弁すなわちリリーフ弁23および絞り24を介して作動油貯留用のタンク25に接続され、リリーフ弁23および絞り24の直前からネガティブコントロールライン26が分岐され、チェック弁27を介して、可変容量型ポンプ11の斜板28を制御するレギュレータ29に接続されている。

可変容量型ポンプ11は、機体Ｂの上部旋回体３上にエンジン（図示せず）とともに搭載されてエンジンにより駆動され、タンク25は、上部旋回体３上のポンプ近傍に搭載され、ポンプ吸込口に作動油を供給する。

レギュレータ29に作用するネガティブコントロールライン26のネガティブコントロール圧は、ツール用バイパスコントロール弁16およびブーム用コントロール弁17の各スプールストローク量に応じて変動する。

すなわち、ツール用バイパスコントロール弁16およびブーム用コントロール弁17のスプールストローク量が大きいほど、これらの弁内の各バイパス通路16b，17bを経て発生するネガティブコントロール圧は小さくなり、このネガティブコントロール圧が小さいほど、レギュレータ29は、ポンプ容量を大きく制御する。

逆に、ツール用バイパスコントロール弁16およびブーム用コントロール弁17のスプールストローク量が小さく、中立位置に近いほど、これらの弁内の各バイパス通路16b，17bを経て発生するネガティブコントロール圧が大きくなり、このネガティブコントロール圧が大きいほど、レギュレータ29は、ポンプ容量を小さく制御する。

ツール用アクチュエータ9aを操作するツールレバー31およびブーム用アクチュエータ7aを操作するブームレバー32が、制御手段33の入力部に接続され、この制御手段33の出力部に、ツール用バイパスコントロール弁16、ブーム用コントロール弁17、ツール制御弁22およびレギュレータ29が接続されている。

この制御手段33は、ツールレバー操作量およびブームレバー操作量に応じて、ツール用バイパスコントロール弁16、ブーム用コントロール弁17およびツール制御弁22を制御する制御信号を出力するもので、演算回路と、データテーブルなどを記憶する記憶回路とを備えた所謂コントローラに加えて、必要であれば最終出力部に電気信号をパイロット圧信号に変換する電磁比例弁などの電油変換弁（図示せず）を備えている。

制御手段33は、ツール単独操作時はツールレバー操作量に対するツール用バイパスコントロール弁16への制御信号（電気信号またはパイロット圧信号）を、最大操作量でツール用バイパスコントロール弁16を最大ストロークさせるように制御する特性の単動テーブル34を具備し、また、ツール用アクチュエータ9aとブーム用アクチュエータ7aとの連動操作時はツールレバー操作量に対するツール用バイパスコントロール弁16への制御信号（電気信号またはパイロット圧信号）を、最大操作量でツール単独操作時より絞るように制御する特性の連動テーブル35を具備し、また、単動テーブル34および連動テーブル35のいずれか一方を選択する選択部36を具備している。

制御手段33は、ツール用アクチュエータ9aを一方向に作動するツールレバー操作量と流量との関係を決定するツールレバー操作量・流量特性決定部37と、流量と圧力との関係を決定する流量・圧力特性決定部38とを具備している。さらに、ツール用アクチュエータ9aを他方向に作動するツールレバー操作量・流量特性および流量・圧力特性も具備しているが、図示は省略する。

制御手段33は、ブームレバー操作量とブーム用コントロール弁17へのブーム上げ制御信号（電気信号またはパイロット圧信号）との関係を決定するブーム上げ特性決定部39と、ブーム下げ制御信号との関係を決定するブーム下げ特性決定部（図示せず）とを備えている。

制御手段33は、ツール単独操作時はツールレバー操作量・流量特性決定部37より得られたツールレバー操作量に応じたツール要求流量でレギュレータ29を制限する流量制限機能と、連動操作時はレギュレータ29を最大流量設定器41で設定された最大流量まで出力可能に制御する機能と、これらの機能の一方を選択する選択部42とを備えている。最大流量設定器41は、ツールレバー操作量・流量特性決定部37による流量制限機能を解除して、可変容量型ポンプ11に最大流量を吐出させることができる。

次に、この図１に示された実施の形態の作用を、図２に示されたフローチャートを参照しながら説明する。

（ステップS1）
単動テーブル34および連動テーブル35により、ツールレバー操作量対スプール開口特性を２通り用意し、ツールレバー単独操作時か、ツールレバー・ブームレバー連動操作時かを判断する。

（ステップS2）
ツール単独操作時は、選択部36により、フルレバー操作でスプールが最大ストロークする単動テーブル34を選択する。

（ステップS3）
このツール単独操作時は、選択部42によりツールレバー操作量・流量特性決定部37を選択することで、可変容量型ポンプ11が出力する流量を、ツール要求流量で制限し、必要な流量のみ吐出させる。

（ステップS4）
ポンプ流量が取合いとなる同一ポンプでのツールレバー・ブームレバー連動操作時は、選択部36により連動テーブル35を選択することで、ツール用バイパスコントロール弁16のスプールストロークを単独操作時より絞ることで、ツール制御弁22を経てツール用アクチュエータ9aに供給される流量を制限するので、高負荷のブーム用アクチュエータ7aにも必要な流量を供給でき、ブーム上げ動作を確保できる。

（ステップS5）
この同一ポンプでの連動操作時は、選択部42により最大流量設定器41を選択することで、可変容量型ポンプ11が出力できる最大流量を、最大流量設定器41の最大流量に設定して、ツールレバー操作量・流量特性決定部37による流量制限を行わない。

次に、図３は、ツール用バイパスコントロール弁16のヒステリシスを考慮し、ツール単動からツール・ブーム連動となるときは、ブーム単動からツール・ブーム連動となるときの指令値よりも小さくする制御例を示す。

（ステップS6）
ツール単動からツール・ブーム連動になるのか、ブーム単動からツール・ブーム連動になるのかを判断する。

（ステップS7）
例えば、ブームレバー操作中にツールレバー31を１００％まで操作する場合は、ツール用バイパスコントロール弁16の指令値を０からＸkPaに上げる。

（ステップS8）
一方、ツールレバー31を１００％操作した状態で、ブームレバー32を操作すると、ツール用バイパスコントロール弁16の指令値を、例えば４０００kPaから（Ｘ−α）kPaに下げる。ツール用バイパスコントロール弁16の指令値を下げる場合は、ステップS7の上げる場合よりαkPa低くすることで、ヒステリシスの影響を少なくする。

次に、この実施の形態の効果を説明する。

ツール単独操作時は、制御手段33の単動テーブル34により、ツール操作量に対するツール用バイパスコントロール弁16への制御信号が最大操作量でツール用バイパスコントロール弁16を最大ストロークさせることができるので、単独操作のツール用アクチュエータ9aに十分な作動流量を供給できる。

一方、ツール用アクチュエータ9aとブーム用アクチュエータ7aとの連動操作時は、制御手段33の連動テーブル35により、ツール操作量に対するツール用バイパスコントロール弁16への制御信号が最大操作量でツール単独操作時より絞られるので、作動圧の低いツール用アクチュエータ9aのみに作動流体が流れ込むことを防止でき、しかも、従来のバイパス絞り可変調整弁、ポンプ圧センサおよび負荷圧センサを必要とせず、ツール用アクチュエータ9aとブーム用アクチュエータ7aとの連動操作性を、単動テーブル34を連動テーブル35へ切換える簡単な回路構成で向上させることができる。

すなわち、ツール用アクチュエータ9aとブーム用アクチュエータ7aの連動時、負荷の軽いツール用アクチュエータ9aヘ流れる流量が連動テーブル35により絞られるので、負荷の重いブーム用アクチュエータ7aにも必要な油量を供給することができるようになる。さらに、負荷の重いブーム用アクチュエータ7aのブーム上げ操作中にツール用アクチュエータ9aを入れても、ツール用アクチュエータ9aに流れ込む流量はツール用アクチュエータ9aに必要最小限の流量しか流れないので、連動時のバランスを調整でき、スムーズな動きに調整することができる。

また、制御手段33が、ツール単独操作時はツール操作量に応じたツール要求流量でレギュレータ29を制限するが、連動操作時は可変容量型ポンプ11のレギュレータ29を最大流量まで出力可能に制御するので、可変容量型ポンプ11の流量制限を行なうことなく、可変容量型ポンプ11の能力を十分に発揮でき、ツール用アクチュエータ9aとブーム用アクチュエータ7aとの連動操作性を、十分なポンプ流量により向上させることができる。

そして、ツール用アクチュエータ9aとブーム用アクチュエータ7aとの連動操作性を、簡単な回路構成の流体制御回路10で向上させることができ、ツール９を操作をしながらブーム７の上げ操作を円滑にできる作業機械Ａを提供できる。

なお、ツール用バイパスコントロール弁16、ブーム用コントロール弁17およびツール制御弁22が電磁式弁である場合は、制御手段33の演算回路から出力された電気信号を直接入力しても良いが、パイロット操作式弁である場合は、制御手段33の演算回路から出力された電気信号を電磁比例弁（図示せず）によりパイロット圧に変換して、各パイロット操作式弁に作用させると良い。

本発明は、油圧ショベルなどの移動式の作業機械Ａだけでなく、定置式の作業機械およびその油圧を制御する油圧制御回路などに利用可能である。

本発明に係る流体制御回路の一実施の形態を示す回路図である。 同上流体制御回路の制御例を示すフローチャートである。 同上流体制御回路のツール用指令値の決定例を示すフローチャートである。 本発明に係る作業機械の側面図である。

符号の説明

Ａ 作業機械
Ｂ 機体
６ 作業装置
７ ブーム
7a 他のアクチュエータとしてのブーム用アクチュエータ
８ アーム
９ ツール
9a ツール用アクチュエータ
10 流体制御回路
11 ポンプとしての可変容量型ポンプ
16 ツール用バイパスコントロール弁
16b バイパス通路
17 他のコントロール弁としてのブーム用コントロール弁
17b バイパス通路
22 ツール制御弁
25 タンク
29 レギュレータ
33 制御手段
34 単動テーブル
35 連動テーブル

Claims (3)

1. 中立位置で作動流体を上流側から下流側へバイパスさせるバイパス通路を内部に備えるとともにポンプから吐出された作動流体をツール操作量に応じて出力するツール用バイパスコントロール弁と、
   ツール用バイパスコントロール弁から出力された作動流体をツール操作量に応じてツール用アクチュエータに供給するツール制御弁と、
   中立位置で作動流体を上流側から下流側へバイパスさせるバイパス通路を内部に備えるとともに前記ポンプから吐出された作動流体を他の操作量に応じて他のアクチュエータに供給する他のコントロール弁と、
   ツール操作量および他の操作量に応じてツール用バイパスコントロール弁、他のコントロール弁およびツール制御弁を制御する制御信号を出力する制御手段とを具備し、
   制御手段は、
   ツール単独操作時はツール操作量に対するツール用バイパスコントロール弁への制御信号を、最大操作量でツール用バイパスコントロール弁を最大ストロークさせるように制御する特性の単動テーブルと、
   ツール用アクチュエータと他のアクチュエータとの連動操作時はツール操作量に対するツール用バイパスコントロール弁への制御信号を、最大操作量でツール単独操作時より絞るように制御する特性の連動テーブルと
   を具備したことを特徴とする流体制御回路。
2. ポンプは、可変容量型ポンプであり、
   ツール用バイパスコントロール弁および他のコントロール弁内の各バイパス通路を経て発生したネガティブコントロール圧が小さいほどポンプ容量を大きく制御するレギュレータを備え、
   制御手段は、
   ツール単独操作時はツール操作量に応じたツール要求流量でレギュレータを制限し、連動操作時はレギュレータを最大流量まで出力可能に制御する機能を備えた
   ことを特徴とする請求項１記載の流体制御回路。
3. 機体と、
   機体に上下動可能に搭載されたブーム、ブームにアームを介して設けられたツール、ツールを作動するツール用アクチュエータ、およびブームを上下動するブーム用アクチュエータを備えた作業装置と、
   作業装置のツール用アクチュエータおよびブーム用アクチュエータに対して設けられた請求項１または２記載の流体制御回路とを具備し、
   流体制御回路は、機体にポンプとともに搭載された作動流体貯留用のタンクを備えた
   ことを特徴とする作業機械。

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