JP2009103227A

JP2009103227A - 作業機の油圧制御装置

Info

Publication number: JP2009103227A
Application number: JP2007275749A
Authority: JP
Inventors: Masato Nagao; 正人長尾; Naoto Kawabuchi; 直人川淵; Hisafumi Yoshida; 尚史吉田
Original assignee: Tadano Ltd
Current assignee: Tadano Ltd
Priority date: 2007-10-23
Filing date: 2007-10-23
Publication date: 2009-05-14
Anticipated expiration: 2027-10-23
Also published as: JP5041959B2

Abstract

【課題】リモートコントロール弁とポンプレギュレータが遠く離れた作業機であってもポジティブコントロール制御を可能にし、ポジティブコントロールにより作業機の作業待機状態における燃費を向上して環境に対する負荷を軽減すること。
【解決手段】移動体の上に旋回台を有し、前記旋回台の上に作業装置と運転室を備え、前記移動体に備えられた駆動装置によって駆動される油圧ポンプの油圧で、前記作業装置に備えられた油圧アクチュエータを前記運転室からの制御信号で動作させる旋回式作業機であって、前記制御信号が前記油圧アクチェータの動作待機状態の時、油圧ポンプの吐出量を最小吐出量に制御するポジティブコントロール制御を行う制御装置を備え、前記運転室からの制御信号が旋回台のスイベルジョイントを経由して油圧ポンプに送られるように構成した。
【選択図】図1

Description

本発明は、移動体の上に旋回台を有し、前記旋回台の上に作業機を備える旋回式作業機の油圧制御装置に関するものである。

従来の作業機として以下のようなものが知られている。この従来の作業機は左右のクローラを駆動するための２つの油圧モータを動かす２連の可変容量型油圧ポンプを備えており、２つの油圧モータには油圧モータの回転方向を切換えるパイロット方式方向切換弁が接続され、前記パイロット方式切換弁はリモートコントロール弁とパイロット管路で接続されている。さらに、前記可変容量型油圧ポンプにはポンプの吐出量を制御するポンプレギュレータが接続され、ポンプレギュレータはリモートコントロール弁とポジティブコントロール管路で接続されている。

ここで、運転者がリモートコントロール弁の操作レバーを動かすことによりパイロット管路に圧力を供給してパイロット方式方向切換弁を切換えると同時に、操作レバーの傾動に応じた圧力をポジティブコントロール管路を介してポンプレギュレータに供給し、可変容量型ポンプの吐出量を制御するように構成されている（例えば特許文献１参照）。
特公平８−１４２８１

しかしながら、この従来の作業機のポジティブコントロール制御をラフテレーンクレーン等の作業機に適用しようとした場合、エンジンの回転軸に取付けられた可変容量型ポンプと運転席が旋回台のスイベルジョイントを隔てて遠く離れているため、リモートコントロール弁とポンプレギュレータに至るパイロット管路が長くなり、操作レバーの操作に対してポンプ吐出量の制御が遅れるという問題があった。

そこで、本発明は、上述した問題を解決してリモートコントロール弁とポンプレギュレータが遠く離れた作業機であってもポジティブコントロール制御を可能にし、ポジティブコントロールにより作業機の作業待機状態における燃料消費を削減して環境に対する負荷を軽減しようとするものである。

前記の目的を達成するため、本発明請求項１の旋回式作業機の油圧制御装置は、移動体の上に旋回台を有し、前記旋回台の上に作業装置と運転室を備え、前記移動体に備えられた駆動装置によって駆動される油圧ポンプの油圧で、前記作業装置に備えられた油圧アクチュエータを前記運転室からの制御信号で動作させる旋回式作業機であって、前記制御信号が前記油圧アクチュエータの動作待機状態の時、油圧ポンプの吐出量を最小吐出量に制御するポジティブコントロール制御を行う制御装置を備え、前記運転室からの制御信号が旋回台のスイベルジョイントを経由して油圧ポンプに送られることを特徴とするものである。

また、請求項２の発明は、走行用エンジンが搭載された車両部と前記車両部に旋回自在に搭載され、作業装置と運転室が配置された旋回台部と、前記走行用エンジンにより駆動され、前記作業装置の油圧アクチュエータに圧油を供給する可変容量型油圧ポンプと、前記旋回台部に配置され、前記可変容量型油圧ポンプから旋回台のスイベルジョイントを経由して前記油圧アクチュエータへ圧油を供給するポンプ油路に介装された油圧パイロット式切換弁と、前記運転室の操作レバーにより操作され、前記油圧パイロット式切換弁を切換えるパイロット圧を発生するリモートコントロール弁と、前記リモートコントロール弁から前記スイベルジョイントを経由して前記可変油圧ポンプのレギュレータにポジティブコントロール用パイロット圧を伝達するポジティブコントロールパイロット管路と、車両部の前記ポジティブコントロールパイロット管路に昇温した圧油を供給する昇温圧油供給手段と、を備えたことを特徴とするものである。

また、請求項３の発明は、複数のリモートコントロール弁のパイロット圧がシャトル弁により高圧選択されて伝達される１本のポジティブコントロールパイロット管路と、１本のポジティブコントロールパイロット管路のポジティブコントロールパイロット圧同時にそれぞれのレギュレータにその圧力が伝達される２個１組の可変容量型油圧ポンプと、を備えたことを特徴とする請求項２に記載の旋回式作業機の油圧制御装置である。

また、請求項４の発明は、走行用エンジンが搭載された車両部と、前記車両部に旋回自在に搭載され、作業装置と運転室が配置された旋回台部と、前記走行用エンジンにより駆動され、前記作業装置の油圧アクチュエータに圧油を供給する可変容量型油圧ポンプと、前記旋回台部に配置され、前記可変容量型ポンプから旋回台のスイベルジョイントを経由して前記油圧アクチュエータへ圧油を供給するポンプ油路に介装された電磁比例式切換弁と、前記運転室の操作レバーにより操作され、前記電磁比例式切換弁を切換える操作信号を発生する操作信号発生手段と、前記操作信号発生手段から前記スイベルジョイントを経由して前記可変油圧ポンプのレギュレータにポジティブコントロール用電気信号を伝達するポジティブコントロール信号経路と、を備えたことを特徴とする旋回式作業機の油圧制御装置である。

請求項１の発明では、旋回台に備えられた運転室からの制御信号で、移動体に備えられた油圧ポンプの吐出量を最小吐出量に制御するポジティブコントロール制御を行うときに、前記運転室からの制御信号が旋回台のスイベルジョイントを経由して油圧ポンプに送られることで、旋回台を備えた作業機においてもポジティブコントロール制御を可能にし、油圧ポンプの駆動エネルギーを低減して環境性能を向上することができる。

請求項２の発明では、前記制御信号を、運転室の操作レバーによって操作される操作バルブからのパイロット信号とし、旋回台のスイベルジョイントを経由して可変容量型油圧ポンプのレギュレータに送信するポジティブコントロールパイロット管路によって送信することにより、ポジティブコントロール制御を可能にし、ポジティブコントロールパイロット管路を昇温することによって動作レスポンスを向上できる。

請求項３の発明では、２個１組の可変容量型ポンプの吐出量を１本のポジティブコントロール管路のパイロット信号により制御することにより、ポジティブコントロール管路の総管路長を短くして昇温に要する時間を短縮できるとともに構成が簡単にできる。

請求項４の発明では、前記制御信号を、運転室の操作レバーによって操作される操作バルブからの電気信号とし、旋回台のスイベルジョイントを経由して可変容量型油圧ポンプのレギュレータに送信するポジティブコントロール信号経路によって送信することにより、ポジティブコントロール制御を可能にすると共に、動作レスポンスを向上することできる。

第１の実施形態
本願発明の第１の実施形態に係る作業機について図面に基づいて説明する。図３は本願発明の第１の実施形態に係る作業機の側面図である。

図３において、１はラフテレーンクレーン（旋回式作業機）であり、前記ラフテレーンクレーン１は車体（車両部）５の上に旋回台２を備え、前記旋回台２の上に運転室３とクレーン装置（作業装置）４を備えている。前記車体５にはエンジン（駆動装置）６を備え、前記エンジン６はラフテレーンクレーン１を走行させると共に可変容量型油圧ポンプ７を駆動する。ラフテレーンクレーン１には、例えばクレーン装置４のブーム８を起伏させるための油圧シリンダ（油圧アクチュエータ）９や伸縮させるための図示しない油圧シリンダ等のアクチュエータが複数備えられており、これらのアクチュエータは前記可変容量型油圧ポンプ７から作動油を供給することにより駆動される。前記運転室３には、前記アクチュエータを操作するための操作レバー１０が備えられおり、前記操作レバー１０の操作量に応じて前記アクチュエータが操作できるように構成されている。

図１には、前記ラフテレーンクレーン１のアクチュエータを操作するための油圧回路を示す。図１において、２０は油圧パイロット式切換弁を示し、エンジン６によって駆動される可変容量型油圧ポンプ７a、７ｂからの作動油を前記油圧パイロット式切換弁２０によって切換制御することによりアクチュエータ３２の操作が行われる。ここで、アクチュエータ３２は前記複数のアクチュエータを代表して示しており、また、前記油圧パイロット式切換弁は、前記複数のアクチュエータを操作するため旋回台側に備えられている。前記油圧パイロット式切換弁２０の切換は、リモートコントロール弁２１によって、パイロット油圧源３１からの油圧を前記操作レバー１０の操作量に応じた圧力に減圧し、パイロット圧として前記パイロット式切換弁に印加することにより行われる。また、この操作レバーの操作量に応じた圧力は、シャトル弁２２を介して複数の操作レバーの操作量に対応した複数のパイロット圧のうち最も高い圧力がポジティブコントロールパイロット管路２３に印加され、前記可変容量型油圧ポンプ７a、７bのレギュレータ１２a、１２ｂを制御するように構成されている。

この制御回路によるポジティブコントロール制御によって、操作レバーの操作量に応じた可変容量型ポンプ７a、７ｂの吐出量制御を行うことができる。特に、操作レバーが中立の時にポンプの吐出量を制限することにより、アクチュエータの待機状態でエンジンの負荷を低減し、クレーン作業時の燃料消費量を低減することができる。

ここで、ポジティブコントロールによるラフテレーンクレーンの燃料消費量低減効果について述べる。前述のように、アクチュエータ３２は、油圧パイロット式切換弁２０によって操作されるが、前記パイロット式切換弁２０には前記可変容量型ポンプ７a、７ｂが吐出した作動油が常に供給され、複数のアクチュエータの操作量に対応してアクチュエータに作動油を供給し、アクチュエータの操作に使用しなかった余剰の作動油は車両のタンク３０へ循環するように構成している。

前述のように油圧パイロット式切換弁２０は旋回台２側に備えられ、可変容量型油圧ポンプ７a、７bとタンク３０は車体５側に備えられているため、前記作動油を循環する経路はその距離が長く圧力損失も大きくなる。ここで、従来技術である低馬力制御では、複数のアクチュエータの操作量が全て中立の状態であったとしても、図４に示すようにポンプの吐出流量が一定であるため、待機中の損失流量は大きくなり、前記圧力損失による消費場力も大きくなる。さらに、ラフテレーンクレーン等の作業車の場合、アクチュエータを動作させている時間に対して、作業を待機している時間の方が長く、従来の技術では待機中のポンプの消費馬力は無視できないものとなる。

そこで、本願発明の第１の実施形態に係る作業機では、ポジティブコントロールにより待機中のポンプの吐出量を制限することにより、クレーン作業時の燃料消費量を低減することができるようにした。なお、作業待機中の吐出量を必要最小量に制限して、油圧経路中の作動油がアクチュエータの起動に必要な最低限の状態（例えば、起動に必要な油圧が満たされた状態）を保つと作業再開時の起動がスムーズに行えるが、燃料消費量低減のためには作業待機中のポンプの吐出量をゼロにすることも効果的である。

ところで、ラフテレーンクレーン１は、前述のように運転席３が車体５の上に旋回台２を介して配置される共に、運転席３内にアクチュエータの操作レバー１０があり、車体側に可変容量型油圧ポンプ７a、７ｂが配置されているため、操作レバーから可変容量型油圧ポンプまでのポジティブコントロールパイロット管路２３は旋回台２のスイベルジョイント１３を介して配置されるようになり、従来の作業機におけるポジティブコントロールパイロット管路に比べ管路長が長くなる。パイロット管路長が長くなると、操作レバーの操作に対する可変容量型油圧ポンプの吐出量制御の応答遅れが生じ、特に作動油の温度が低い場合には作動油の粘度が高くなるために応答遅れが顕著になる。

このため、本実施形態では、作動油の粘度が高くならないように作動油を暖める油圧回路を構成した。２４は第２のポンプであり、前記可変容量型油圧ポンプ７a、７ｂとは別のポンプである。この第２ポンプは前記可変容量型油圧ポンプ７a、７ｂに比べ容量が小さなものとなっている。この第２のポンプ２４から吐出された作動油は減圧弁２６で所定圧に減圧された後、絞り２８、チェック弁２９を経由してポジティブコントロールパイロット管路２３に供給される。供給された作動油はポジティブコントロールパイロット管路２３を逆流し、シャトル弁２２を経由してリモコン弁２１に到達した後、リモコン弁２１からドレン管路３３を経由してタンク３０に戻る。ここで、リモコン弁２１が操作されると、パイロット油圧源３１から供給される作動油がレバー１０の操作量に応じて減圧されてパイロット圧となり、シャトル弁２２を介して複数のパイロット圧のうち最も高いパイロット圧がポジティブコントロールパイロット管路２３に印加される。ポジティブコントロールパイロット管路２３に印加された圧力は、前述の通り、可変容量型油圧ポンプ７a、７bのレギュレータ１２a、１２bに印加され、バルブ操作量に応じた吐出量の制御が行われる。

ここで、第２のポンプ２４から吐出される作動油は、作業機内を循環する作動油のタンク３０から供給されるものであるためエンジンの暖機運転により温度が上昇している。またポジティブコントロールパイロット管路に供給される経路には、前述の通り、減圧弁２６、２７、絞り２８、逆止弁２９が存在するため、これらの圧力損失によっても作動油の温度が上昇するように構成されている。したがって、ポジティブコントロールパイロット管路２３内の作動油の温度は、作業機の始動直後より常時温度が上昇するように構成されており、作動油の粘度を低くしてポジティブコントロール制御の応答性が確保できるようになっている。なお、前記作動油を暖める油圧回路に流れる作動油は、前述の通り吐出量の小さい第２ポンプ２４により供給されるものであるので、ポジティブコントロールパイロット管路２３を暖める際に消費されるエネルギーも小さなものとなっている。

また、作業機には前述のように複数のアクチュエータがあり、この複数のアクチュエータを操作するためにリモートコントロール弁も複数あるが、前述のように、この複数のリモートコントロール弁からポジティブコントロールパイロット管路２３に印加される圧油は、各アクチュエータの油圧パイロット式切換弁に印加されるパイロット圧のうち最も高い一つのパイロット圧がシャトル弁２２を介して印加されるようになっている。そして、この一つのパイロット圧で２つの可変容量型油圧ポンプ７a、７ｂをポジティブコントロール制御するようにしたので、２つの可変容量型ポンプ７a、７bが各アクチュエータに供給する吐出量のうち必要最低限の吐出量を確保できると共に、１本の管路として構成を簡単にすることができる。さらに、１本の管路とすることにより総管路長が短くなるので、管路内の作動油の温度上昇を早く行うことができる。

第２の実施形態
第２の実施形態は第１の実施形態に対して、各アクチュエータの操作レバーの操作に対応した可変容量型油圧ポンプ７a、７ｂのレギュレータ１２a、１２ｂの制御を、ポジティブコントロールパイロット管路を用いずに電気信号により行うようにしたものである。

図２は本願発明の第２の実施形態に係る作業機の油圧回路図である。アクチュエータ３２は操作レバー１０の操作信号をコントローラ（操作信号発生手段）４１を介して電磁比例式切換弁４０に送信することにより操作される。また、操作レバー１０の操作信号はコントローラ４１によって、複数の操作レバーの操作量の中で最も大きな操作量に対応する操作信号が選択され、ポジティブコントロール信号経路４２を通り電磁比例式減圧弁４３に送信される。ここでポジティブコントロール信号経路４２はコントローラ４１からスイベルジョイント１３を隔てて電磁比例式減圧弁４３まで至る長距離に配置されている。

電磁比例式減圧弁４３には、第２ポンプ２４からの圧油が油圧管路４４を経由して印加されており、前記ポジティブコントロール信号経路４２から送信された操作信号に応じて前記第２ポンプ２４からの圧油が減圧されパイロット圧としてレギュレータ１２a、１２bに供給される。これにより、操作レバー１０の操作に応じて可変容量型ポンプ７a、７bの吐出量が制御され、ポジティブコントロール制御が行われる。ここで、可変容量型ポンプ７a、７ｂの吐出量は電気信号により制御されるので、ポジティブコントロール信号経路４２が長距離であってもポジティブコントロール制御に動作遅れが生じることはない。

なお、前記電磁比例式減圧弁４３からレギュレータ１２a、１２ｂに印加されるパイロット圧による制御は、電磁比例式減圧弁４３からレギュレータ１２a、１２ｂまでの距離が短いために動作遅れを生じることはない。また、前述の通り前記第２のポンプ２４から吐出される作動油は、作業機内を循環する作動油のタンク３０から供給されるものであるため所定の温度が保たれており、これによっても前記パイロット圧による制御に動作遅れが支障が生じないように構成されている。

以上説明してきたように、本願発明の構成により、可変容量型油圧ポンプとアクチュエータの操作レバーを旋回台のスイベルジョイントを隔てて備えるラフテレーンクレーン等の作業機において、動作レスポンスに優れたポジティブコントロール制御を行うことができ、クレーン操作等の作業待機中における消費エネルギーを低減することができる。

本願発明の第１の実施形態に係る作業機の油圧回路図である。本願発明の第２の実施形態に係る作業機の油圧回路図である。本願発明の第１の実施形態に係る作業機の側面図である。本願発明の効果に係る説明図である。

符号の説明

１：旋回式作業機
２：旋回台
３：運転室
４：作業装置
５：車両部
６：駆動装置
７：油圧ポンプ
７a：可変容量型油圧ポンプ
７b：可変容量型油圧ポンプ
９：油圧アクチュエータ
１０：操作レバー
１２a：レギュレータ
１２b：レギュレータ
１３：スイベルジョイント
２０：油圧パイロット式切換弁
２１：リモートコントロール弁
２２：シャトル弁
２３：ポジティブコントロールパイロット管路
２４：第２ポンプ
２６：減圧弁
２８：絞り
２９：逆止弁
３１：パイロット油圧源
３０：作動油タンク
３２：油圧アクチュエータ
４０：電磁比例式切換弁
４１：操作信号発生手段
４２：ポジティブコントロール信号経路
４３：電磁比例式減圧弁

Claims

移動体の上に旋回台を有し、前記旋回台の上に作業装置と運転室を備え、前記移動体に備えられた駆動装置によって駆動される油圧ポンプの油圧で、前記作業装置に備えられた油圧アクチュエータを前記運転室からの制御信号で動作させる旋回式作業機であって、前記制御信号が前記油圧アクチェータの動作待機状態の時、油圧ポンプの吐出量を最小吐出量に制御するポジティブコントロール制御を行う制御装置を備え、前記運転室からの制御信号が旋回台のスイベルジョイントを経由して油圧ポンプに送られることを特徴とする旋回式作業機の油圧制御装置。
走行用エンジンが搭載された車両部と前記車両部に旋回自在に搭載され、作業装置と運転室が配置された旋回台部と、前記走行用エンジンにより駆動され、前記作業装置の油圧アクチェータに圧油を供給する可変容量型油圧ポンプと、前記旋回台部に配置され、前記可変容量型油圧ポンプから旋回台のスイベルジョイントを経由して前記油圧アクチュエータへ圧油を供給するポンプ油路に介装された油圧パイロット式切換弁と、前記運転室の操作レバーにより操作され、前記油圧パイロット式切換弁を切換えるパイロット圧を発生するリモートコントロール弁と、前記リモートコントロール弁から前記スイベルジョイントを経由して前記可変油圧ポンプのレギュレータにポジティブコントロール用パイロット圧を伝達するポジティブコントロールパイロット管路と、車両部の前記ポジティブコントロールパイロット管路に昇温した圧油を供給する昇温圧油供給手段と、を備えたことを特徴とする旋回式作業機の油圧制御装置。
複数のリモートコントロール弁のパイロット圧がシャトル弁により高圧選択されて伝達される１本のポジティブコントロールパイロット管路と、１本のポジティブコントロールパイロット管路のポジティブコントロールパイロット圧が同時にそれぞれのレギュレータにその圧力が伝達される２個１組の可変容量型油圧ポンプと、を備えたことを特徴とする請求項２に記載の旋回式作業機の油圧制御装置。
走行用エンジンが搭載された車両部と、前記車両部に旋回自在に搭載され、作業装置と運転室が配置された旋回台部と、前記走行用エンジンにより駆動され、前記作業装置の油圧アクチュエータに圧油を供給する可変容量型油圧ポンプと、前記旋回台部に配置され、前記可変容量型ポンプから旋回台のスイベルジョイントを経由して前記油圧アクチェータへ圧油を供給するポンプ油路に介装された電磁比例式切換弁と、前記運転室の操作レバーにより操作され、前記電磁比例式切換弁を切換える操作信号を発生する操作信号発生手段と、前記操作信号発生手段から前記スイベルジョイントを経由して前記可変油圧ポンプのレギュレータにポジティブコントロール用電気信号を伝達するポジティブコントロール信号経路と、を備えたことを特徴とする旋回式作業機の油圧制御装置。