JP2009058096A - 流体制御回路 - Google Patents

Abstract

【課題】旋回操作中にツール操作をしても、旋回加速による旋回ショックが発生するおそれを防止できる流体制御回路を提供する。
【解決手段】第１の可変容量型ポンプ11-1から第１のツール用バイパスコントロール弁16-1を経てツール用アクチュエータ9aに作動油を供給するとともに、第２の可変容量型ポンプ11-2から第２のツール用バイパスコントロール弁16-2および旋回用コントロール弁18を経てツール用アクチュエータ9aおよび旋回用アクチュエータ3mに作動油をそれぞれ供給可能に構成する。制御手段34は、旋回操作中にツール用アクチュエータ9aを連動操作した場合、第１の可変容量型ポンプ11-1からツール用アクチュエータ9aへ作動油を供給するように、第１のツール用バイパスコントロール弁16-1をツール操作量に応じて制御するとともに、旋回側の第２のツール用バイパスコントロール弁16-2を中立位置に制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ツール用アクチュエータおよび旋回用アクチュエータを備えた流体制御回路に関する。

建設機械の作業アタッチメント（すなわちツール）における爪の開閉と、アタッチメント本体の旋回とを、共用の油圧系統によりシーケンスバルブを用いて順次操作する油圧回路がある（例えば、特許文献１参照）。

一方、センタバイパスラインからネガティブコントロール圧を可変容量型ポンプにフィードバックするオープンセンタ・ネガコンシステムを採用している回路において、旋回用アクチュエータとツール用アクチュエータとを同一ポンプからの作動油で作動すると、旋回操作時にツールを連動操作する場合に、ツールの作動圧すなわちポンプ圧が高いと、旋回加速による旋回ショックが発生する問題がある。

その理由は、旋回用コントロール弁およびツール用コントロール弁のスプールはレバー操作量に応じて移動し、開口面積が決められており、同じレバー操作量すなわち開口面積が同じであれば、圧力が高いとアクチュエータに流れる油量が増加し、アクチュエータの作動速度が増加することとなっている。また、スプールが移動することによりセンタバイパスラインが閉じられ、ネガティブコントロール圧が低下することにより可変容量型ポンプのポンプ吐出量が増加し、アクチュエータの作動速度を加速させている。
特開２０００−２７２３９号公報（第１頁、図１）

このように、従来のオープンセンタ・ネガコンシステムでは、旋回用アクチュエータとツール用アクチュエータとを同一ポンプで駆動しているため、旋回操作中にツールを操作すると、ツール作動圧が定常旋回圧より高い場合、旋回側ポンプ（アイドルポンプ）の吐出圧はツール作動圧となる。その時、旋回レバー操作量が一定で、この操作量により決定される旋回スプールの変位量が一定でも、旋回側ポンプ（アイドルポンプ）の吐出圧が上昇することで、旋回速度が旋回途中で加速し、旋回ショックが発生している。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、旋回操作中にツール操作をしても、旋回加速による旋回ショックが発生するおそれを防止できる流体制御回路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、第１の可変容量型ポンプに作動流体供給ラインとともに設けられたセンタバイパスラインよりネガティブコントロールラインを経てネガティブコントロール圧をフィードバックする第１の作動流体供給回路と、第１の作動流体供給回路に設けられ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第１の可変容量型ポンプから作動流体供給ラインを経て供給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第１のツール用バイパスコントロール弁と、第２の可変容量型ポンプに作動流体供給ラインとともに設けられたセンタバイパスラインよりネガティブコントロールラインを経てネガティブコントロール圧をフィードバックする第２の作動流体供給回路と、第２の作動流体供給回路に設けられ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第２の可変容量型ポンプから作動流体供給ラインを経て供給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第２のツール用バイパスコントロール弁と、第２の作動流体供給回路に設けられ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第２の可変容量型ポンプから作動流体供給ラインを経て供給された作動流体を旋回操作量に応じて旋回用アクチュエータに供給する旋回用コントロール弁と、旋回操作中にツール操作がなされた場合に第１のツール用バイパスコントロール弁をツール操作量に応じて制御するとともに第２のツール用バイパスコントロール弁を中立位置に制御する制御信号を出力する制御手段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いて、第１の作動流体供給回路に設けられ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第１の可変容量型ポンプから作動流体供給ラインを経て供給された作動流体をブーム操作量に応じてブーム用アクチュエータに供給するブーム用コントロール弁を備え、制御手段は、旋回停止時に、第２のツール用バイパスコントロール弁をツール操作量に応じて制御するとともに、ブーム用コントロール弁をブーム操作量に応じて制御する機能を備えたものである。

請求項１に記載された発明によれば、第１の可変容量型ポンプから第１のツール用バイパスコントロール弁を経てツール用アクチュエータに作動流体を供給するとともに、第２の可変容量型ポンプから第２のツール用バイパスコントロール弁および旋回用コントロール弁を経てツール用アクチュエータおよび旋回用アクチュエータに作動流体をそれぞれ供給する構成において、旋回操作中にツールを連動操作した場合、制御手段が、第１の可変容量型ポンプからツール用アクチュエータへ作動流体を供給するように第１および第２のツール用バイパスコントロール弁を制御するので、第１の作動流体供給回路のネガティブコントロール機能により第１の可変容量型ポンプの吐出流量が増加しても、第２の作動流体供給回路のネガティブコントロール機能は変化せず、旋回用アクチュエータに作動流体を供給する第２の可変容量型ポンプの吐出流量は変動しないので、旋回速度が旋回途中で上がる旋回加速を防止でき、旋回加速による旋回ショックの発生も防止できる。

請求項２に記載された発明によれば、旋回操作がされていない状態でツールを操作した場合は、制御手段が、第１の可変容量型ポンプからブーム用コントロール弁を経てブーム用アクチュエータに作動流体を供給するとともに、旋回側の第２の可変容量型ポンプから第２のツール用バイパスコントロール弁を経てツール用アクチュエータに作動流体を供給するので、第１の作動流体供給回路のネガティブコントロール機能と、第２の作動流体供給回路のネガティブコントロール機能とを切離して、ツール操作の干渉を受けずにブーム用アクチュエータの微操作を良好に行なうことができる。

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、左右部に走行用アクチュエータ1mを有する下部走行体１に対し、旋回軸受部２を介して、旋回用アクチュエータ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、旋回・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。

油圧回路は、図１において右側に示された第１の作動流体供給回路10-1と、左側に示された第２の作動流体供給回路10-2とに大別される。

第１の作動流体供給回路10-1は、第１の可変容量型ポンプ（エンジンに直結されたドライブポンプ）11-1の吐出ライン12-1に、第１のセンタバイパスライン13-1と、走行直進弁14を経た第１の作動流体供給ライン15-1とが設けられ、これらのセンタバイパスライン13-1と作動流体供給ライン15-1とに、第１のツール用バイパスコントロール弁16-1と、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。

第２の作動流体供給回路10-2は、第２の可変容量型ポンプ（エンジンにドライブポンプを介して連結されたアイドルポンプ）11-2の吐出ライン12-2に、第２のセンタバイパスライン13-2と、走行直進弁14を経た第２の作動流体供給ライン15-2とが設けられ、これらのセンタバイパスライン13-2と作動流体供給ライン15-2とに、旋回用コントロール弁18と、第２のツール用バイパスコントロール弁16-2とが、それぞれ接続されている。

第１の作動流体供給回路10-1に設けられた第１のツール用バイパスコントロール弁16-1および第２の作動流体供給回路10-2に設けられた第２のツール用バイパスコントロール弁16-2は、それぞれが、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第１および第２の可変容量型ポンプ11-1，11-2から吐出されたそれぞれの作動油をツールレバー操作量に応じてツール制御弁22に出力するスプール弁であり、このツール制御弁22により方向制御および流量制御された作動油をツール用アクチュエータ9aに供給する。

第１の作動流体供給回路10-1に設けられた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第１の可変容量型ポンプ11-1から第１の作動流体供給ライン15-1を経て供給された作動油をブームレバー操作量に応じて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。

第２の作動流体供給回路10-2に設けられた旋回用コントロール弁18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18bを内部に備え、また非中立位置では第２の可変容量型ポンプ11-2から第２の作動流体供給ライン15-2を経て供給された作動油を旋回レバー操作量に応じて旋回用アクチュエータ3mに供給するスプール弁である。

ツール用バイパスコントロール弁16-1，16-2からの出力ライン21-1，21-2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16-1，16-2から出力された作動油をツールレバー操作方向およびツールレバー操作量に応じて方向制御および流量制御し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13-1，13-2の下流部は、圧力設定弁すなわちリリーフ弁23-1，23-2および絞り24-1，24-2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23-1，23-2および絞り24-1，24-2の直前からネガティブコントロールライン26-1，26-2が分岐され、チェック弁27-1，27-2を介して、可変容量型ポンプ11-1，11-2の斜板28-1，28-2を制御するレギュレータ29-1，29-2に接続されている。

可変容量型ポンプ11-1，11-2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、作動油貯留用のタンク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29-1，29-2に作用するネガティブコントロールライン26-1，26-2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16-1，16-2、ブーム用コントロール弁17および旋回用コントロール弁18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16-1，16-2、ブーム用コントロール弁17およびおよび旋回用コントロール弁18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，18b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29-1，29-2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16-1，16-2、ブーム用コントロール弁17およびおよび旋回用コントロール弁18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，18b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29-1，29-2は、ポンプ容量を小さく制御する。

このように、第１の作動流体供給回路10-1は、第１の可変容量型ポンプ11-1に作動流体供給ライン15-1とともに設けられたセンタバイパスライン13-1よりネガティブコントロールライン26-1を経てネガティブコントロール圧をフィードバックし、また、第２の作動流体供給回路10-2は、第２の可変容量型ポンプ11-2に作動流体供給ライン15-2とともに設けられたセンタバイパスライン13-2よりネガティブコントロールライン26-2を経てネガティブコントロール圧をフィードバックする。

ツール用アクチュエータ9aを操作するツールレバー31、旋回用アクチュエータ3mを操作する旋回レバー32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33などが、制御手段34の入力部に接続され、この制御手段34の出力部には、走行直進弁14、ツール用バイパスコントロール弁16-1，16-2、ブーム用コントロール弁17、旋回用コントロール弁18、ツール制御弁22およびレギュレータ29-1，29-2などが接続されている。図１には、ツール用バイパスコントロール弁16-1，16-2に対する配設のみを示す。

この制御手段34は、ツールレバー操作量、旋回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16-1，16-2、旋回用コントロール弁18およびブーム用コントロール弁17を制御する制御信号を出力するもので、演算回路と、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34は、旋回用コントロール弁18に操作信号を出力している旋回操作中にツール操作がなされた場合は、第１のツール用バイパスコントロール弁16-1をツール操作量に応じて制御するとともに第２のツール用バイパスコントロール弁16-2を中立位置に制御する制御信号を出力する機能を備えている。

また、制御手段34は、旋回停止時に、第１のツール用バイパスコントロール弁16-1を中立位置に戻して第２のツール用バイパスコントロール弁16-2のみをツール操作量に応じて制御するとともに、ブーム用コントロール弁17をブーム操作量に応じて制御する機能を備えている。

図２に示されるように、旋回レバー操作量の絶対値を演算する絶対値演算部41と、ツールレバー操作量の絶対値を演算する絶対値演算部42とが、旋回レバー操作量の絶対値によってオンとなる操作位置とオフとなる操作位置とをヒステリシス特性で判定するオン/オフ判定部43と、ツールレバー操作量の絶対値によってオンとなる操作位置とオフとなる操作位置とをヒステリシス特性で判定するオン/オフ判定部44とに接続され、これらのオン/オフ判定部43，44が、旋回レバー操作とツールレバー操作のどちらが先に操作されたかを判別する判別器45に接続されている。この判別器45はモード設定器46に接続されている。

このモード設定器46は、図３に示されるように第１のツール用バイパスコントロール弁16-1を操作するとともに第２のツール用バイパスコントロール弁16-2を非操作にするP1モードと、第２のツール用バイパスコントロール弁16-2を操作するとともに第１のツール用バイパスコントロール弁16-1を非操作にするP2モードと、第１および第２のツール用バイパスコントロール弁16-1，16-2を同時に操作する２ポンプモードとを設定するもので、判別器45から、旋回操作中にツール操作がされたことを検知する「１」が出力されると、P2モードまたは２ポンプモードに設定された場合であっても、図３に示されるように強制的にP1モードに設定し直す機能も有している。

このモード設定器46は、さらに２つのパイロット圧信号設定器47，48に接続されている。これらのパイロット圧信号設定器47，48は、パイロット圧信号決定器49で決定されたツールレバー操作量に応じたパイロット圧信号か、または０を出力する。

パイロット圧信号設定器47は、P2モードのときは０を、P1モードおよび２ポンプモードのときはパイロット圧信号決定器49で決定されたパイロット圧信号を、第１のツール用バイパスコントロール弁16-1に出力する。

パイロット圧信号設定器48は、P1モードのときは０を、P2モードおよび２ポンプモードのときはパイロット圧信号決定器49で決定されたパイロット圧信号を、第２のツール用バイパスコントロール弁16-2に出力する。

次に、この実施の形態の作用効果を説明する。

旋回レバー操作が、ツールレバー操作より先の場合またはツールレバー操作と同時の場合は、判別器45から「１」が出力され、モード設定器46により強制的にP1モードが設定されるので、パイロット圧信号設定器47は、パイロット圧信号決定器49で決定されたパイロット圧信号を、第１のツール用バイパスコントロール弁16-1に出力し、また、パイロット圧信号設定器48は、０を第２のツール用バイパスコントロール弁16-2に出力する。すなわち、第２のツール用バイパスコントロール弁16-2に操作信号を出力しない。

すなわち、旋回操作中にツールを連動操作した場合、第１の可変容量型ポンプ（ドライブポンプ）11-1から第１のツール用バイパスコントロール弁16-1を経てツール用アクチュエータ9aへ作動油を供給するので、旋回側の第２の可変容量型ポンプ（アイドルポンプ）11-2の吐出圧は変動せず、旋回用アクチュエータ3mの旋回速度が途中で急上昇する旋回加速を防止できるとともに、旋回ショックの発生も防止できる。言い換えると、ツール操作より旋回操作が先に行われている場合は、ツール用アクチュエータ9aを旋回側ポンプ（アイドルポンプ）と別のドライブポンプ側で駆動させるようにして、旋回操作とツール操作の連動操作における干渉を防止できる。

一方、旋回操作がされていない状態でツール用アクチュエータ9aを操作する場合、または旋回操作がツール操作より後に行われる場合は、旋回側の第２の可変容量型ポンプ（アイドルポンプ）11-2から第２のツール用バイパスコントロール弁16-2を経て供給された作動油によりツール用アクチュエータ9aを作動させるので、第１の可変容量型ポンプ（ドライブポンプ）11-1からブーム用コントロール弁17を経てブーム用アクチュエータ7aへ作動油を供給させるブーム操作、特にブーム微操作と、ツール操作との連動操作時における干渉を防止できる。

このように、第１の可変容量型ポンプ11-1から第１のツール用バイパスコントロール弁16-1を経てツール用アクチュエータ9aに作動油を供給するとともに、第２の可変容量型ポンプ11-2から第２のツール用バイパスコントロール弁16-2および旋回用コントロール弁18を経てツール用アクチュエータ9aおよび旋回用アクチュエータ3mに作動油をそれぞれ供給する構成において、旋回操作中にツール用アクチュエータ9aを連動操作した場合、制御手段34が、第１の可変容量型ポンプ11-1からツール用アクチュエータ9aへ作動油を供給するように第１および第２のツール用バイパスコントロール弁16-1，16-2を制御するので、第１の作動流体供給回路10-1のネガティブコントロール機能により第１の可変容量型ポンプ11-1の吐出流量が増加しても、第２の作動流体供給回路10-2のネガティブコントロール機能は変化せず、旋回用アクチュエータ3mに作動油を供給する第２の可変容量型ポンプ11-2の吐出流量は変動しないので、旋回速度が旋回途中で上がる旋回加速を防止でき、旋回加速による旋回ショックの発生も防止できる。

また、旋回操作がされていない状態でツール用アクチュエータ9aを操作した場合は、制御手段34が、第１の可変容量型ポンプ11-1からブーム用コントロール弁17を経てブーム用アクチュエータ7aに作動油を供給するとともに、旋回側の第２の可変容量型ポンプ11-2から第２のツール用バイパスコントロール弁16-2を経てツール用アクチュエータ9aに作動油を供給するので、第１の作動流体供給回路10-1のネガティブコントロール機能と、第２の作動流体供給回路10-2のネガティブコントロール機能とを切離して、ツール操作の干渉を受けずにブーム用アクチュエータ7aの微操作を良好に行なうことができる。

そして、下部走行体１に対し上部旋回体３を旋回させる旋回操作中にツール９を連動操作しても旋回加速および旋回ショックの発生を防止できる作業機械Ａを提供できる。

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、定置式の旋回型作業機械における油圧制御回路にも利用可能である。

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手段の構成を示すブロック図である。 同上流体制御回路のモード設定例を説明する説明図である。 同上流体制御回路を備えた作業機械の側面図である。

符号の説明

3m 旋回用アクチュエータ
7a ブーム用アクチュエータ
9a ツール用アクチュエータ
10 流体制御回路
10-1 第１の作動流体供給回路
10-2 第２の作動流体供給回路
11-1 第１の可変容量型ポンプ
11-2 第２の可変容量型ポンプ
13-1，13-2 センタバイパスライン
15-1，15-2 作動流体供給ライン
16-1 第１のツール用バイパスコントロール弁
16-2 第２のツール用バイパスコントロール弁
16b バイパス通路
17 ブーム用コントロール弁
17b バイパス通路
18 旋回用コントロール弁
18b バイパス通路
26-1，26-2 ネガティブコントロールライン
34 制御手段

Claims (2)

1. 第１の可変容量型ポンプに作動流体供給ラインとともに設けられたセンタバイパスラインよりネガティブコントロールラインを経てネガティブコントロール圧をフィードバックする第１の作動流体供給回路と、
   第１の作動流体供給回路に設けられ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第１の可変容量型ポンプから作動流体供給ラインを経て供給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第１のツール用バイパスコントロール弁と、
   第２の可変容量型ポンプに作動流体供給ラインとともに設けられたセンタバイパスラインよりネガティブコントロールラインを経てネガティブコントロール圧をフィードバックする第２の作動流体供給回路と、
   第２の作動流体供給回路に設けられ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第２の可変容量型ポンプから作動流体供給ラインを経て供給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第２のツール用バイパスコントロール弁と、
   第２の作動流体供給回路に設けられ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第２の可変容量型ポンプから作動流体供給ラインを経て供給された作動流体を旋回操作量に応じて旋回用アクチュエータに供給する旋回用コントロール弁と、
   旋回操作中にツール操作がなされた場合に第１のツール用バイパスコントロール弁をツール操作量に応じて制御するとともに第２のツール用バイパスコントロール弁を中立位置に制御する制御信号を出力する制御手段と
   を具備したことを特徴とする流体制御回路。
2. 第１の作動流体供給回路に設けられ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第１の可変容量型ポンプから作動流体供給ラインを経て供給された作動流体をブーム操作量に応じてブーム用アクチュエータに供給するブーム用コントロール弁を備え、
   制御手段は、旋回停止時に、第２のツール用バイパスコントロール弁をツール操作量に応じて制御するとともに、ブーム用コントロール弁をブーム操作量に応じて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。

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