JP2009256904A - 作業機械の油圧制御回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】作業機械の油圧制御回路に関し、簡素な構成で、アタッチメントに要求される作動油流量を正確に供給するとともに、他の油圧アクチュエータとの連動性を向上させる。
【解決手段】アタッチメント用アクチュエータ20aと油圧ポンプ11とを接続する第一油圧回路L1上に、開度を変更可能な電磁可変絞り弁1を介装する。また、第一油圧回路L1におけるコントロールバルブ6a,6bの上流側に、アタッチメント圧力補償弁3a,3bを介装する。さらに、アタッチメント圧力補償弁3a,3bよりも上流側からブリードオフ回路L5を分岐形成し、二つのリリーフ弁4a,4bとそれらの間の作動油圧を検出する圧力センサ5を設ける。
圧力センサ5で検出された作動油圧に応じて電磁可変絞り弁の開度を制御することにより、ブリードオフ回路L5からのブリードオフ量が一定となるように流量を制御する。
【選択図】図2
【解決手段】アタッチメント用アクチュエータ20aと油圧ポンプ11とを接続する第一油圧回路L1上に、開度を変更可能な電磁可変絞り弁1を介装する。また、第一油圧回路L1におけるコントロールバルブ6a,6bの上流側に、アタッチメント圧力補償弁3a,3bを介装する。さらに、アタッチメント圧力補償弁3a,3bよりも上流側からブリードオフ回路L5を分岐形成し、二つのリリーフ弁4a,4bとそれらの間の作動油圧を検出する圧力センサ5を設ける。
圧力センサ5で検出された作動油圧に応じて電磁可変絞り弁の開度を制御することにより、ブリードオフ回路L5からのブリードオフ量が一定となるように流量を制御する。
【選択図】図2
Description
本発明は、回転式のカッターやグラップル等の複数のアクチュエータを備えたアタッチメントを装着する作業機械に用いて好適な油圧制御回路に関する。
従来、油圧ショベルのフロント作業機に取り付けられるアタッチメントの油圧駆動回路を他のアクチュエータの油圧駆動回路とは別個に用意して、各回路へ分配される作動油流量を適宜制御する技術が知られている。
例えば特許文献1には、油圧ポンプから吐出された作動油を圧力補償型分流弁で分流させ、履帯を駆動するための走行回路とアタッチメント用の独立アタッチメント回路とに供給する構成を備えた作業機械の油圧回路が開示されている。この技術では、圧力補償型分流弁において、独立アタッチメント回路側へ供給される作動油圧PA1,PA2と走行回路側へ供給される作動油圧PB1,PB2との差圧を一定値に保つことにより、油圧ポンプの吐出圧にかかわらず安定した分流が可能となっている。
例えば特許文献1には、油圧ポンプから吐出された作動油を圧力補償型分流弁で分流させ、履帯を駆動するための走行回路とアタッチメント用の独立アタッチメント回路とに供給する構成を備えた作業機械の油圧回路が開示されている。この技術では、圧力補償型分流弁において、独立アタッチメント回路側へ供給される作動油圧PA1,PA2と走行回路側へ供給される作動油圧PB1,PB2との差圧を一定値に保つことにより、油圧ポンプの吐出圧にかかわらず安定した分流が可能となっている。
一般に、このような独立アタッチメント回路の内部にはコントロール弁が介装されており、このコントロール弁の開度を開閉制御することによってアタッチメントの駆動に係るアクチュエータへ供給される作動油流量が調節されている。例えば、油圧ブレーカや圧砕機等のアタッチメントを装着した場合には、これらを駆動する油圧モータが必要とする作動油流量が得られるように、コントロール弁の開度が適宜制御されるようになっている。
特開2000−73409号公報
しかしながら、回転式のカッターやグラップル等の複数のアクチュエータを備えたアタッチメントの場合、作業状況に応じてそれぞれのアクチュエータが要求する作動油流量が変動するため、コントロール弁のみの制御では必ずしも十分な作動油流量を確保することができない。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、簡素な構成で、アタッチメントに要求される作動油流量を正確に供給するとともに、他のアクチュエータとの連動性を向上させることができるようにした、作業機械の油圧制御回路を提供することを目的とする。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、簡素な構成で、アタッチメントに要求される作動油流量を正確に供給するとともに、他のアクチュエータとの連動性を向上させることができるようにした、作業機械の油圧制御回路を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1記載の本発明の作業機械の油圧制御回路は、作業機械のフロント作業機を駆動せしめるフロント用アクチュエータ及び該フロント作業機に装着されるアタッチメントを駆動せしめるアタッチメント用アクチュエータの駆動源となる油圧ポンプを備えた作業機械の油圧制御回路において、該アタッチメント用アクチュエータと該油圧ポンプとを接続する第一油圧回路と、該第一油圧回路上に介装され、開度を変更可能に形成された電磁可変絞り弁と、該第一油圧回路上における該電磁可変絞り弁の上流側と該フロント用アクチュエータとを接続する第二油圧回路と、該第一油圧回路及び該第二油圧回路の双方に介装され、該第一油圧回路及び該第二油圧回路の差圧を保持して該アタッチメント用アクチュエータへ供給される一定の作動油流量を確保する圧力補償スプールを有する圧力補償弁と、該第一油圧回路における該電磁可変絞り弁の下流側と該圧力補償スプールの一端側とを接続して、該第一油圧回路への作動油流量を増加させる方向へ該圧力補償スプールを駆動する第三油圧回路と、該第二油圧回路における該可変絞り弁の上流側と該圧力補償スプールの他端側とを接続して、該第二油圧回路への作動油流量を増加させる方向へ該圧力補償スプールを駆動する第四油圧回路と、該第一油圧回路上において該圧力補償弁の下流側に介装され、該アタッチメント用アクチュエータへ供給される作動油流量及び流通方向を制御する第一コントロール弁と、該第一油圧回路上において該第一コントロール弁の上流側に介装され、該アタッチメント用アクチュエータへ供給される作動油流量を一定に保持するアタッチメント圧力補償弁と、該第一油圧回路上における該アタッチメント圧力補償弁の上流側と作動油タンクとを連通する第五油圧回路(ブリードオフ回路)と、該第五油圧回路上に介装されて、該第一油圧回路を流通する作動油のうちの余剰分をブリードオフする第一リリーフ弁と、該第五油圧回路上における該第一リリーフ弁の下流側に介装された第二リリーフ弁と、該第五油圧回路上における該第一リリーフ弁と該第二リリーフ弁との間の作動油圧を検出する流出圧検出手段と、該流出圧検出手段で検出された該作動油圧に応じて該電磁可変絞り弁の該開度を制御する制御手段とを備えたことを特徴としている。
なお、油圧回路上における油圧ポンプ側が上流側であり、アクチュエータ側又は作動油タンク側が下流側である。
また、請求項2記載の本発明の作業機械の油圧制御回路は、請求項1記載の構成に加えて、該制御手段が、該流出圧検出手段で検出された該作動油圧が大きいほど該電磁可変絞り弁の該開度を小さく制御することを特徴としている。
また、請求項2記載の本発明の作業機械の油圧制御回路は、請求項1記載の構成に加えて、該制御手段が、該流出圧検出手段で検出された該作動油圧が大きいほど該電磁可変絞り弁の該開度を小さく制御することを特徴としている。
また、請求項3記載の本発明の作業機械の油圧制御回路は、請求項1又は2記載の構成に加えて、該第三油圧回路と該作動油タンクとを接続する第六油圧回路と、該第六油圧回路上に介装された電磁切換弁とをさらに備えたことを特徴としている。
また、請求項4記載の本発明の作業機械の油圧制御回路は、請求項3記載の構成に加えて、該第二油圧回路上に介装され、該フロント用アクチュエータへ供給される作動油流量及び流通方向を制御する第二コントロール弁と、該第二コントロール弁の下流側の作動油圧を該油圧ポンプへ導くネガコン回路と、該ネガコン回路に介装され、作動油流路を開閉自在に形成された第二電磁切換弁と、該油圧ポンプへ導入されるネガコン圧を任意に変更するネガコン圧変更手段とをさらに備えたことを特徴としている。
また、請求項4記載の本発明の作業機械の油圧制御回路は、請求項3記載の構成に加えて、該第二油圧回路上に介装され、該フロント用アクチュエータへ供給される作動油流量及び流通方向を制御する第二コントロール弁と、該第二コントロール弁の下流側の作動油圧を該油圧ポンプへ導くネガコン回路と、該ネガコン回路に介装され、作動油流路を開閉自在に形成された第二電磁切換弁と、該油圧ポンプへ導入されるネガコン圧を任意に変更するネガコン圧変更手段とをさらに備えたことを特徴としている。
また、請求項5記載の本発明の作業機械の油圧制御回路は、請求項4記載の構成に加えて、操作者による該アタッチメント用アクチュエータへの第一操作量を検出する第一操作量検出手段をさらに備え、該制御手段が、該流出圧検出手段で検出された該作動油圧を所定指令圧に制御するのに要する第一制御量と、該第一操作量検出手段で検出された該第一操作量に応じた大きさの第二制御量とを加算するとともに、その加算値が大きいほど該電磁可変絞り弁の該開度を大きく制御することを特徴としている。
また、請求項6記載の本発明の作業機械の油圧制御回路は、請求項5記載の構成に加えて、該操作者による該フロント用アクチュエータへの第二操作量を検出する第二操作量検出手段とをさらに備え、該制御手段が、該第二操作量検出手段で検出された該第二操作量に応じた大きさの第三制御量に該第一制御量及び該第二制御量を加算するとともに、その加算値が大きいほどネガコン圧を小さく変更するように該ネガコン圧変更手段を制御することを特徴としている。
請求項7記載の本発明の作業機械の油圧制御回路は、作業機械のフロント作業機を駆動せしめるフロント用アクチュエータ及び該フロント作業機に装着されるアタッチメントを駆動せしめるアタッチメント用アクチュエータの駆動源となる油圧ポンプを備えた作業機械の油圧制御回路において、該アタッチメント用アクチュエータと該油圧ポンプとを接続する第一油圧回路上に介装され、開度を変更可能に形成された電磁可変絞り弁と、該第一油圧回路上において該電磁可変絞り弁の下流側に介装され、該アタッチメント用アクチュエータへ供給される作動油流量及び流通方向を制御する第一コントロール弁と、該第一油圧回路上において該第一コントロール弁の上流側に介装され、該アタッチメント用アクチュエータへ供給される作動油流量を一定に保持するアタッチメント圧力補償弁と、該第一油圧回路上における該アタッチメント圧力補償弁の上流側と作動油タンクとを連通する第五油圧回路と、該第五油圧回路上に介装されて、該第一油圧回路を流通する作動油のうちの余剰分をブリードオフする第一リリーフ弁と、該第五油圧回路上における該第一リリーフ弁の下流側に介装された第二リリーフ弁と、該第五油圧回路上における該第一リリーフ弁と該第二リリーフ弁との間の作動油圧を検出する流出圧検出手段と、該流出圧検出手段で検出された該作動油圧に応じて該電磁可変絞り弁の該開度を制御する制御手段とを備えたことを特徴としている。
本発明の作業機械の油圧制御回路(請求項1,7)によれば、第一油圧回路側(すなわち、アタッチメントの優先回路側)において、第一コントロール弁の上流側にアタッチメント圧力補償弁を設けることで、第五油圧回路に余剰分の作動油のみを流出させることができる。これにより、第五油圧回路の圧力を計測することで余剰分の作動油量を定量的に把握することが可能となる。したがって、余剰分の作動油圧に応じて、第一油圧回路(優先回路)側への作動油の分配量を制御することができる。
さらに、たとえアタッチメント用アクチュエータが複数設けられている油圧回路であっても、それらのアクチュエータ全体での余剰分の作動油量を把握することが可能となるため、それらのアクチュエータ全体に過不足なく作動油を供給することができる。
特に、本発明の作業機械の油圧制御回路(請求項1)によれば、圧力補償弁の働きにより、アタッチメントの作動時には第一油圧回路側に一定の作動油流量が確保することができ、アタッチメントとフロント作業機との連動操作性を高めることができる。
特に、本発明の作業機械の油圧制御回路(請求項1)によれば、圧力補償弁の働きにより、アタッチメントの作動時には第一油圧回路側に一定の作動油流量が確保することができ、アタッチメントとフロント作業機との連動操作性を高めることができる。
また、本発明の作業機械の油圧制御回路(請求項2)によれば、余剰分の作動油圧が高いほど電磁可変絞り弁の開度が絞られるため、第一油圧回路側の作動油流量が減少することになり、結果として余剰としてブリードオフされる作動油流量を減少させることができる。したがって、アタッチメントへ供給される作動油圧にかかわらず、アタッチメントが必要としている適切な量の作動油を供給することができる。
また、本発明の作業機械の油圧制御回路(請求項3)によれば、第六油圧回路上の電磁切換弁を開放することで圧力補償弁における圧力補償作用が停止するため、アタッチメントへの作動油流量を減少させることが可能となる。これにより、フロント作業機の単動時における作業効率を向上させることができる。また、ポンプ流量を有効に活用することができ、油圧エネルギの浪費を抑えることができる。
また、本発明の作業機械の油圧制御回路(請求項4)によれば、フロント用アクチュエータのみの作動時には、ネガコン圧を油圧ポンプへ導入して、アクチュエータの作動に必要十分な作動油流量を確保することができる。また、アタッチメント用アクチュエータの作動時には、モータの動作に必要十分な作動油流量を任意に設定することができ、作業性を高めることができる。
また、本発明の作業機械の油圧制御回路(請求項5)によれば、第五油圧回路に流出した余剰分の作動油圧に係る制御量と第一操作量に係る制御量とを加算することにより、アタッチメント用アクチュエータへの操作量の大きさにかかわらず、第五油圧回路に流れる作動油流量を一定にすることができる。
また、本発明の作業機械の油圧制御回路(請求項6)によれば、第一操作量,第二操作量及び第三操作量の加算値に基づいてネガコン圧を制御することにより、アタッチメント用アクチュエータ及びフロント用アクチュエータの連動操作時であっても、各アクチュエータに要求される作動油流量を確実に確保することができ、連動操作性を向上させることができる。
また、本発明の作業機械の油圧制御回路(請求項6)によれば、第一操作量,第二操作量及び第三操作量の加算値に基づいてネガコン圧を制御することにより、アタッチメント用アクチュエータ及びフロント用アクチュエータの連動操作時であっても、各アクチュエータに要求される作動油流量を確実に確保することができ、連動操作性を向上させることができる。
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
図1〜図4は、本発明の一実施形態に係る油圧制御回路を説明するためのものであり、図1は本油圧制御回路が適用された油圧ショベルの全体構成を示す側面図、図2は本油圧制御回路の全体構成を示す制御ブロック及び油圧回路図、図3は本油圧制御回路におけるフロント作業機用の操作レバーに係る油圧回路図、図4は本油圧制御回路に係るコントローラの制御ブロック図である。
図1〜図4は、本発明の一実施形態に係る油圧制御回路を説明するためのものであり、図1は本油圧制御回路が適用された油圧ショベルの全体構成を示す側面図、図2は本油圧制御回路の全体構成を示す制御ブロック及び油圧回路図、図3は本油圧制御回路におけるフロント作業機用の操作レバーに係る油圧回路図、図4は本油圧制御回路に係るコントローラの制御ブロック図である。
[1.油圧ショベル構成]
本実施形態の油圧制御回路は、図1に示す油圧ショベル40の油圧回路として適用されている。この油圧ショベル40は、クローラ式の油圧走行装置を装備した下部走行体42と、旋回装置を介して下部走行体42の上に旋回自在に搭載された上部旋回体41とを備えて構成される。上部旋回体41の前端部には、フロント作業機としてのブーム44及びアーム45が枢支され、さらにその先端には回転式グラップルカッター(アタッチメント)47が取り付けられている。また、これらのフロント作業機の側方にはキャブ43が設けられている。
本実施形態の油圧制御回路は、図1に示す油圧ショベル40の油圧回路として適用されている。この油圧ショベル40は、クローラ式の油圧走行装置を装備した下部走行体42と、旋回装置を介して下部走行体42の上に旋回自在に搭載された上部旋回体41とを備えて構成される。上部旋回体41の前端部には、フロント作業機としてのブーム44及びアーム45が枢支され、さらにその先端には回転式グラップルカッター(アタッチメント)47が取り付けられている。また、これらのフロント作業機の側方にはキャブ43が設けられている。
上部旋回体41のフレームとブーム44との間には、ブーム44を上下方向へ揺動する油圧駆動式のブームシリンダ(フロント用アクチュエータの一つ)44aが介装されている。このブーム44は、ブームシリンダ44aの伸縮によって上部旋回体41に対して起伏自在に設けられている。同様に、図1中に示されたアームシリンダ45a,バケットシリンダ46aはそれぞれ、アーム44,回転式グラップルカッター47の姿勢を動かすための油圧アクチュエータである。
回転式グラップルカッター47には、アタッチメント用アクチュエータとしての油圧モータ20a及び油圧シリンダ20bが内蔵されている。油圧モータ20aは刃先を回転駆動するアクチュエータであり、油圧シリンダ20bは刃先を開閉駆動するアクチュエータである。本発明に係る油圧制御回路は、上記のフロント用アクチュエータ44a,45a,46aやアタッチメント用アクチュエータ20a,20bを駆動するための油圧回路である。
また、これらのフロント作業機の車体左側には、操作者が搭乗するキャブ43が設けられている。キャブ43の内部には、フロント用アクチュエータ44a,45a,46aやアタッチメント用アクチュエータ20a,20bをはじめとして、油圧ショベル20の走行装置,旋回装置といった各装置の操作レバー,各種操作スイッチが配設されている。
[2.油圧回路構成]
図2に、本油圧制御回路が適用された油圧回路を模式的に示す。この図2では、ブーム44及び回転式グラップルカッター47の駆動に係る油圧回路の概略構成が示されており、他のアクチュエータに係る油圧回路に関しては記載を省略している。また、ここでは油圧ポンプ11が単一である場合を想定して、簡略化された油圧回路構成を説明する。
本油圧回路はおもに、第一油圧回路L1,第二油圧回路L2,これらの二系統の油圧回路へ供給される作動油量を配分するための優先回路30,及びネガコン回路L7を備えて構成される。
図2に、本油圧制御回路が適用された油圧回路を模式的に示す。この図2では、ブーム44及び回転式グラップルカッター47の駆動に係る油圧回路の概略構成が示されており、他のアクチュエータに係る油圧回路に関しては記載を省略している。また、ここでは油圧ポンプ11が単一である場合を想定して、簡略化された油圧回路構成を説明する。
本油圧回路はおもに、第一油圧回路L1,第二油圧回路L2,これらの二系統の油圧回路へ供給される作動油量を配分するための優先回路30,及びネガコン回路L7を備えて構成される。
[2−1.第一油圧回路L1]
第一油圧回路L1は、油圧ポンプ11からアタッチメント用アクチュエータ20a,20bへの作動油流路を接続する回路である。油圧ポンプ11は、レギュレータ12が併設された容量可変式のポンプであり、エンジン13によって駆動されている。
第一油圧回路L1は、油圧ポンプ11からアタッチメント用アクチュエータ20a,20bへの作動油流路を接続する回路である。油圧ポンプ11は、レギュレータ12が併設された容量可変式のポンプであり、エンジン13によって駆動されている。
図2に示すように、第一油圧回路L1上における油圧ポンプ11と各アタッチメント用アクチュエータ20a,20bとの間には、第一油圧回路L1を通ってきた作動油の流通方向及び流量を調整するコントロールバルブ(第一コントロール弁)6a,6bが介装されている。これらのコントロールバルブ6a,6bは、ステム(流量制御スプール)の位置を複数の位置に切り替えて作動油の流通方向及び流量を可変制御できる制御弁として構成されている。各コントロールバルブ6a,6bのスプール位置や開度は、アタッチメント用操作レバー(第一操作量検出手段)21a,21bの操作量に応じて制御されている。
例えば、図2中に示すように、油圧モータ20a側のコントロールバルブ6aは、油圧モータ20aの作動時にスプール位置がS1又はS3に駆動され、一方、油圧モータ20aの非作動時にはスプール位置が中立位置のS2に駆動されるようになっている。
第一油圧回路L1上における各コントロールバルブ6a,6bの上流側には、アタッチメント圧力補償弁3a,3bが介装されている。これらのアタッチメント圧力補償弁3a,3bには、内蔵されたスプールを駆動するためのパイロット回路が二本用意されており、第一油圧回路L1上の作動油圧の大きさにかかわらず、アタッチメント用アクチュエータ20a,20bへ供給される作動油流量を一定に保持することができるようになっている。
第一油圧回路L1上における各コントロールバルブ6a,6bの上流側には、アタッチメント圧力補償弁3a,3bが介装されている。これらのアタッチメント圧力補償弁3a,3bには、内蔵されたスプールを駆動するためのパイロット回路が二本用意されており、第一油圧回路L1上の作動油圧の大きさにかかわらず、アタッチメント用アクチュエータ20a,20bへ供給される作動油流量を一定に保持することができるようになっている。
コントロールバルブ6aの上流側に介装されたアタッチメント圧力補償弁3aについて詳述する。図2に示すように、スプールの一端にはアタッチメント圧力補償弁3aの下流側の作動油圧が導入されている。一方、スプールの他端には、コントロールバルブ6aのスプール位置がS1又はS3であるときに、アタッチメント圧力補償弁3aの下流側の作動油圧を減圧した作動油圧が導入されている。
したがって、アタッチメント圧力補償弁3aの上流側における作動油圧が変動したとしても、スプール位置が自動的にバランスを保つように移動し、アタッチメント圧力補償弁3aの下流側の作動油流量が一定に保たれる。つまり、アタッチメント圧力補償弁3a,3bの働きによって、第一油圧回路L1に導入された作動油のうち、アタッチメント用アクチュエータ20a,20bに必要な作動油流量が確保されることになる。
なお、アタッチメント用操作レバー21a,21bの各操作量は、後述するコントローラ10へ入力されるようになっている。
なお、アタッチメント用操作レバー21a,21bの各操作量は、後述するコントローラ10へ入力されるようになっている。
[2−2.ブリードオフ回路L5]
また、油圧ポンプ11及び各アタッチメント用アクチュエータ20a,20b間の回路には、タンク(作動油タンク)15へと分岐した二本の油圧回路が形成されている。一方は、ブリードオフ回路(第五油圧回路)L5であり、他方はリリーフ回路L8である。リリーフ回路L8には、第一油圧回路L1内の作動油圧の上限値を設定するリリーフ弁4cが介装されている。
また、油圧ポンプ11及び各アタッチメント用アクチュエータ20a,20b間の回路には、タンク(作動油タンク)15へと分岐した二本の油圧回路が形成されている。一方は、ブリードオフ回路(第五油圧回路)L5であり、他方はリリーフ回路L8である。リリーフ回路L8には、第一油圧回路L1内の作動油圧の上限値を設定するリリーフ弁4cが介装されている。
ブリードオフ回路L5は、リリーフ回路L8と平行して、第一油圧回路L1上における各アタッチメント用アクチュエータ20a,20bの上流側と作動油タンク15とを連通する回路である。このブリードオフ回路L5上には、第一油圧回路L1を流通する作動油のうちの余剰分をブリードオフする第一リリーフ弁4a及び第二リリーフ弁4bが介装されている。
第一リリーフ弁4aは、その解放圧が可変型のリリーフ弁である。ここでは、スプールの一端に第一リリーフ弁4aの上流圧が導入され、スプールの他端にアタッチメント圧力補償弁3a,3bの下流側の作動油圧を減圧した作動油圧が導入されている。なお、スプールの他端に接続されるパイロット回路は、アタッチメント圧力補償弁3a,3bのスプールの他端に接続されたパイロット回路と共通になっている。本実施形態では、図2に示すように、アタッチメント圧力補償弁3aの下流側の作動油圧を減圧した作動油圧と、アタッチメント圧力補償弁3bの下流側の作動油圧を減圧した作動油圧とのうち、高圧の作動油圧がシャトル弁19で選択されて、第一リリーフ弁4aのスプール他端へと導入されるようになっている。
第二リリーフ弁4bのリリーフ圧は、第一リリーフ弁4aよりも低圧となるように設定されている。さらに、第一リリーフ弁4a及び第二リリーフ弁4bの間には、圧力センサ(流出圧検出手段)5が介装されている。
つまり、第一リリーフ弁4aの働きによって、第一油圧回路L1に導入された作動油のうち、アタッチメント用アクチュエータ20a,20bに余剰となる作動油がブリードオフ回路L5から流出することになる。また、第二リリーフ弁4b及び圧力センサ5の働きによって、その流出量が第一リリーフ弁4a及び第二リリーフ弁4b間の作動油圧の変動として検出されることになる。
つまり、第一リリーフ弁4aの働きによって、第一油圧回路L1に導入された作動油のうち、アタッチメント用アクチュエータ20a,20bに余剰となる作動油がブリードオフ回路L5から流出することになる。また、第二リリーフ弁4b及び圧力センサ5の働きによって、その流出量が第一リリーフ弁4a及び第二リリーフ弁4b間の作動油圧の変動として検出されることになる。
[2−3.第二油圧回路L2]
第二油圧回路L2は、油圧ポンプ11からブームシリンダ44aへの作動油流路を接続する回路である。この第二油圧回路L2上には、第一油圧回路L1と同様にコントロールバルブ(第二コントロール弁)6cが介装されており、ここでブームシリンダ44aへ供給される作動油流量及び流通方向が調節されるようになっている。コントロールバルブ6cのスプール位置は、ブーム用操作レバーの操作量に応じて制御されている。
第二油圧回路L2は、油圧ポンプ11からブームシリンダ44aへの作動油流路を接続する回路である。この第二油圧回路L2上には、第一油圧回路L1と同様にコントロールバルブ(第二コントロール弁)6cが介装されており、ここでブームシリンダ44aへ供給される作動油流量及び流通方向が調節されるようになっている。コントロールバルブ6cのスプール位置は、ブーム用操作レバーの操作量に応じて制御されている。
コントロールバルブ6cとタンク15とを連結する回路上には、第二油圧回路L2の作動油圧の上限値を設定するリリーフ弁4dが介装されている。また、コントロールバルブ6cとリリーフ弁4dとの間の油圧回路上から分岐して、ネガコン回路L7が形成されている。
[2−4.ネガコン回路L7]
ネガコン回路L7は、油圧ポンプ11のレギュレータ12におけるネガティブコントロール用の回路である。ネガティブコントロールでは、ネガコン回路L7の作動油圧の高低に対応するように油圧ポンプ11での吐出流量を減少又は増加させて、油圧ポンプ11の出力を一定に保たせている。以下、ネガコン回路L7を介してレギュレータ12へ導入される作動油圧のことをネガコン圧とも呼ぶ。
ネガコン回路L7は、油圧ポンプ11のレギュレータ12におけるネガティブコントロール用の回路である。ネガティブコントロールでは、ネガコン回路L7の作動油圧の高低に対応するように油圧ポンプ11での吐出流量を減少又は増加させて、油圧ポンプ11の出力を一定に保たせている。以下、ネガコン回路L7を介してレギュレータ12へ導入される作動油圧のことをネガコン圧とも呼ぶ。
ネガコン回路L7上には、電磁切換弁(第二電磁切換弁)7,電磁比例減圧弁8及びシャトル弁17が設けられている。電磁切換弁7は、後述するコントローラ10によって制御される二位置切換弁であり、第二油圧回路L2側の作動油圧の導入及び遮断を担うものである。一方、電磁比例減圧弁8は、コントローラ10によって制御される比例減圧弁であり、パイロットポンプ14から供給される作動油をネガコン回路L7へ導入することによって強制的にネガコン圧を変更するものである。
電磁比例減圧弁8がオン(励磁状態)になると、パイロットポンプ14から供給される作動油が下流側へ流通するようになっている。また、電磁比例減圧弁8は、開度調整により下流側の作動油圧を任意に設定することができるようになっている。なお、図2に示すように、電磁比例減圧弁8はタンク15にも接続されており、オフ(非励磁状態)のときにはその二次圧が最低圧(タンク圧)に設定されるようになっている。一方、電磁比例減圧弁8がオン(励磁状態)のときには、二次圧を任意の圧力に調節できるようになっている。
シャトル弁17は、第二油圧回路L2側からの回路とパイロットポンプ14側からの回路との接続部分に介装された選択弁である。これらの回路のうちの高圧側がシャトル弁17で自動的に選択されて、油圧ポンプ11のレギュレータ12へと接続されるようになっている。
これらのパイロットポンプ14,シャトル弁17及び電磁比例減圧弁8は、油圧ポンプ11へ導入されるネガコン圧を任意に変更するネガコン圧変更手段18として機能している。なお、レギュレータ12とは公知のポンプ容量可変手段であり、ネガコン圧が高いほど油圧ポンプ11の吐出流量を減少させるように、また、ネガコン圧が低いほど吐出流量を増加させるように、斜板制御を実施するものである。
これらのパイロットポンプ14,シャトル弁17及び電磁比例減圧弁8は、油圧ポンプ11へ導入されるネガコン圧を任意に変更するネガコン圧変更手段18として機能している。なお、レギュレータ12とは公知のポンプ容量可変手段であり、ネガコン圧が高いほど油圧ポンプ11の吐出流量を減少させるように、また、ネガコン圧が低いほど吐出流量を増加させるように、斜板制御を実施するものである。
[2−5.優先回路]
続いて、優先回路30の構成を詳述する。優先回路30は、油圧ポンプ11から供給される作動油の流量を第一油圧回路L1と第二油圧回路L2とに配分するための回路である。図2に示すように、油圧ポンプ11から導かれた作動油の供給ラインは、優先回路30の内部で第一油圧回路L1と第二油圧回路L2とに分岐形成されている。
続いて、優先回路30の構成を詳述する。優先回路30は、油圧ポンプ11から供給される作動油の流量を第一油圧回路L1と第二油圧回路L2とに配分するための回路である。図2に示すように、油圧ポンプ11から導かれた作動油の供給ラインは、優先回路30の内部で第一油圧回路L1と第二油圧回路L2とに分岐形成されている。
この優先回路30は、電磁可変絞り弁1,圧力補償弁2及び電磁切換弁9を備えて構成されている。なお、複数種類の弁が一体に組み合わされたバルブユニットとして優先回路30を形成してもよい。
電磁可変絞り弁1は、図2に示すように、第一油圧回路L1上に介装された流量調節弁であり、絞りの大きさ(開度)を任意に変更できるようになっている。この電磁可変絞り弁1の絞りの大きさは、後述するコントローラ10によって制御されるようになっており、圧力センサ5で検出されたブリードオフ回路L5の作動油圧の大きさに応じて開度が制御されるようになっている。
電磁可変絞り弁1は、図2に示すように、第一油圧回路L1上に介装された流量調節弁であり、絞りの大きさ(開度)を任意に変更できるようになっている。この電磁可変絞り弁1の絞りの大きさは、後述するコントローラ10によって制御されるようになっており、圧力センサ5で検出されたブリードオフ回路L5の作動油圧の大きさに応じて開度が制御されるようになっている。
例えば、ブリードオフ回路L5の作動油圧が大きいほど、電磁可変絞り弁1の開度が小さく絞られるようになっている。これにより、第一油圧回路L1からブリードオフされる作動油量が多いほど、電磁可変絞り弁1の上流側と下流側との間の差圧が大きくなる。
第二油圧回路L2は、第一油圧回路L1における電磁可変絞り弁1よりも上流側で分岐している。電磁可変絞り弁1の上流側には油圧ポンプ11による作動油の吐出圧がそのまま作用している。一方、電磁可変絞り弁1の下流側には圧力補償弁2が接続されている。
第二油圧回路L2は、第一油圧回路L1における電磁可変絞り弁1よりも上流側で分岐している。電磁可変絞り弁1の上流側には油圧ポンプ11による作動油の吐出圧がそのまま作用している。一方、電磁可変絞り弁1の下流側には圧力補償弁2が接続されている。
圧力補償弁2は、第一油圧回路L1及び第二油圧回路L2に跨って介装された弁であり、双方の回路の作動油流量を同時に制御するものである。図2に示すように、圧力補償弁2の内部には、第一流路2a及び第二流路2bの二系統の流路が形成されており、それぞれの流路開度が単一のスプール(圧力補償スプール)の移動によって同時に変更されるよう構成されている。ここでは、第一流路2aが第一油圧回路L1上に介装され、第二流路2bが第二油圧回路L2上に介装されている。
圧力補償弁2のスプールを駆動するためのパイロット回路は、二本用意されている。第三油圧回路L3と第四油圧回路L4である。まず、圧力補償弁2のスプールのうち、スプールの摺動方向における第一流路2aが形成された側の一端には、電磁可変絞り弁1の下流側の作動油を導く第三油圧回路L3が接続されている。図2に示すように、第三油圧回路L3上にはオリフィス16が介装されている。一方、スプールの他端(スプールの摺動方向における第二流路2bが形成された側の一端)には、電磁可変絞り弁1の上流側の作動油を導く第四油圧回路L4が接続されている。
このように二本のパイロット回路を設けることにより、圧力補償弁2のスプールが、第一流路2aの上流側と下流側との差圧を一定に保持する位置に制御されている。したがって、第一流路2a側の流量は油圧ポンプ11の吐出圧にかかわらず一定に制御され、残りの流量が第二流路2b側に流れることになる。つまり、圧力補償弁2は、アタッチメント用アクチュエータ20a,20b側へ供給される一定の作動油流量を確保する圧力補償スプールを有しているといえる。
なお、この第三油圧回路L3内の作動油は、第一流路2a側の作動油流量を増加させつつ第二流路2b側の作動油流量を減少させる方向へスプールを移動させるように作用している。また、第四油圧回路L4内の作動油は、第二流路2b側の作動油流量を増加させつつ第一流路2a側の作動油流量を減少させる方向へスプールを移動させるように作用している。例えば、油圧ポンプ11の吐出圧が上昇した場合には、第一流路2aにおける作動油の流速が上昇するが、これに応じて上昇する第四油圧回路L4内の作動油圧に押されてスプールが図2中左方向へ移動し、弁開度が絞られるため、第一流路2aの下流側の作動油流量は変化しないことになる。
また、第三油圧回路L3におけるオリフィス16の下流側には、タンク15へと接続される第六油圧回路L6が設けられている。この第六油圧回路L6上には電磁切換弁9が介装されている。
電磁切換弁9は、コントローラ10によって制御される二位置切換弁である。電磁切換弁9がオンのときには第六油圧回路L6が遮断されるため、上述のように第三油圧回路L3を介して圧力補償弁2のスプールの一端に電磁可変絞り弁1の下流側の作動油圧が作用する。一方、電磁切換弁9がオフになると、第六油圧回路L6がタンク15へ開放(リリーフ)されて、第三油圧回路L3内の作動油圧がタンク圧まで低下するようになっている。
電磁切換弁9は、コントローラ10によって制御される二位置切換弁である。電磁切換弁9がオンのときには第六油圧回路L6が遮断されるため、上述のように第三油圧回路L3を介して圧力補償弁2のスプールの一端に電磁可変絞り弁1の下流側の作動油圧が作用する。一方、電磁切換弁9がオフになると、第六油圧回路L6がタンク15へ開放(リリーフ)されて、第三油圧回路L3内の作動油圧がタンク圧まで低下するようになっている。
つまり、電磁切換弁9をオフにすると、電磁可変絞り弁1の絞り開度の状態にかかわらず、圧力補償弁2のスプールが図2中左方向へ移動して、第一流路2aが完全に閉鎖されるとともに第二流路2bが完全に開放されるようになっている。電磁切換弁9は、圧力補償弁2における圧力補償制御を強制的に停止させるように機能する。また、電磁切換弁9がオンの状態でのみ、電磁可変絞り弁1による流量調節が働くことになる。
[3.フロント操作レバー]
図3は、ブーム44及びアーム45の操作レバーの油圧回路図である。各リモコン弁23a〜23dは、レバー操作量に応じた大きさのパイロット圧をフロント作業機のコントロールバルブ(例えば、ブームシリンダ44a用のコントロールバルブ6cやアームシリンダ用のコントロールバルブ等)に伝達するようになっている。また、各リモコン弁23a〜23dにはシャトル弁24a〜24dが設けられており、二次圧の高圧選択が行われている。さらに、シャトル弁24a〜24dで選択されたパイロット圧の導入回路は、図3に示すように、シャトル弁24e〜24gを介してトーナメント型に接続されている。これにより、最も上位のシャトル弁24gで選択されたパイロット圧は、ブーム44及びアーム45のレバー操作のうち、操作量が一番大きいものに対応する大きさのパイロット圧となる。このパイロット圧は、圧力センサ(第二操作量検出手段)22で検出されて、コントローラ10へ入力されるようになっている。
図3は、ブーム44及びアーム45の操作レバーの油圧回路図である。各リモコン弁23a〜23dは、レバー操作量に応じた大きさのパイロット圧をフロント作業機のコントロールバルブ(例えば、ブームシリンダ44a用のコントロールバルブ6cやアームシリンダ用のコントロールバルブ等)に伝達するようになっている。また、各リモコン弁23a〜23dにはシャトル弁24a〜24dが設けられており、二次圧の高圧選択が行われている。さらに、シャトル弁24a〜24dで選択されたパイロット圧の導入回路は、図3に示すように、シャトル弁24e〜24gを介してトーナメント型に接続されている。これにより、最も上位のシャトル弁24gで選択されたパイロット圧は、ブーム44及びアーム45のレバー操作のうち、操作量が一番大きいものに対応する大きさのパイロット圧となる。このパイロット圧は、圧力センサ(第二操作量検出手段)22で検出されて、コントローラ10へ入力されるようになっている。
[4.制御構成]
図2に示すように、本油圧ショベル40には、電磁可変絞り弁1,電磁比例減圧弁8及び電磁切換弁7,9の弁開度を制御するコントローラ(制御手段)10が設けられている。コントローラ10は、マイクロコンピュータで構成された電子制御装置であり、周知のマイクロプロセッサやROM,RAM等を集積したLSIデバイスとして提供されている。前述の通り、コントローラ10には、アタッチメント用操作レバー21a,21bの各操作量と圧力センサ5,22で検出された作動油圧とが入力されている。これらの入力情報に基づき、コントローラ10は以下のような制御を実施する。
図2に示すように、本油圧ショベル40には、電磁可変絞り弁1,電磁比例減圧弁8及び電磁切換弁7,9の弁開度を制御するコントローラ(制御手段)10が設けられている。コントローラ10は、マイクロコンピュータで構成された電子制御装置であり、周知のマイクロプロセッサやROM,RAM等を集積したLSIデバイスとして提供されている。前述の通り、コントローラ10には、アタッチメント用操作レバー21a,21bの各操作量と圧力センサ5,22で検出された作動油圧とが入力されている。これらの入力情報に基づき、コントローラ10は以下のような制御を実施する。
[4−1.電磁切換弁9の制御]
コントローラ10は、アタッチメント用操作レバー21a,21bの何れかの操作量が検出されている場合に電磁切換弁9をオン(遮断)に制御する。つまり、実際に回転式グラップルカッター47が作動している状態でのみ、圧力補償弁2で第一油圧回路L1側の圧力補償がなされることになる。
コントローラ10は、アタッチメント用操作レバー21a,21bの何れかの操作量が検出されている場合に電磁切換弁9をオン(遮断)に制御する。つまり、実際に回転式グラップルカッター47が作動している状態でのみ、圧力補償弁2で第一油圧回路L1側の圧力補償がなされることになる。
一方、アタッチメント用操作レバー21a,21bの何れもが操作されていない場合には電磁切換弁9をオフ(流通)に制御する。これにより、ブーム44の単動時には第一油圧回路L1側に介装された第一流路2aの作動油流通が遮断される。回転式グラップルカッター47が作動していない状態では常時、第一油圧回路L1が遮断されることになる。
[4−2.電磁切換弁7の制御]
また、コントローラ10は、アタッチメント用操作レバー21a,21bの何れかの操作量が検出されている場合に電磁切換弁7をオン(遮断)に制御する。一方、アタッチメント用操作レバー21a,21bの何れもが操作されていない場合には電磁切換弁7をオフ(流通)に制御する。つまり、ブーム44の単動時にのみ、通常のネガティブコントロールに係る第二油圧回路L2の作動油圧がネガコン回路L7内へ導入されることになる。また、回転式グラップルカッター47の作動時には、第二油圧回路L2側からの作動油圧が遮断されるため、後述する電磁比例減圧弁8の制御に応じてネガコン回路L7のネガコン圧が強制的に変更されることになる。
また、コントローラ10は、アタッチメント用操作レバー21a,21bの何れかの操作量が検出されている場合に電磁切換弁7をオン(遮断)に制御する。一方、アタッチメント用操作レバー21a,21bの何れもが操作されていない場合には電磁切換弁7をオフ(流通)に制御する。つまり、ブーム44の単動時にのみ、通常のネガティブコントロールに係る第二油圧回路L2の作動油圧がネガコン回路L7内へ導入されることになる。また、回転式グラップルカッター47の作動時には、第二油圧回路L2側からの作動油圧が遮断されるため、後述する電磁比例減圧弁8の制御に応じてネガコン回路L7のネガコン圧が強制的に変更されることになる。
[4−3.電磁可変絞り弁1の制御]
コントローラ10は、アタッチメント用操作レバー21a,21bの何れもが操作されていない場合に、電磁可変絞り弁1をオフに制御する。つまり、ブーム44の単動時には電磁可変絞り弁1が閉鎖されて第一油圧回路L1側の作動油流通が遮断される。これにより、油圧ポンプ11から吐出される作動油の全流量が第二油圧回路L2側へ供給されることになる。
コントローラ10は、アタッチメント用操作レバー21a,21bの何れもが操作されていない場合に、電磁可変絞り弁1をオフに制御する。つまり、ブーム44の単動時には電磁可変絞り弁1が閉鎖されて第一油圧回路L1側の作動油流通が遮断される。これにより、油圧ポンプ11から吐出される作動油の全流量が第二油圧回路L2側へ供給されることになる。
一方、アタッチメント用操作レバー21a,21bの何れかが操作されている場合には、図4に図示された演算により、電磁可変絞り弁1の開度を設定して制御を実施する。この図4には、電磁可変絞り弁1及び電磁比例減圧弁8の開度制御に係る制御ブロックが示されている。
コントローラ10は、指令圧設定器31,PI制御器33,流量設定器36〜38,信号変換器35,39,減算器32及び加算器34a〜34cを備えて構成されている。指令圧設定器31には、ブリードオフ回路L5の目標圧力が設定されている。この目標圧力の大きさは任意に設定可能であるが、できるだけゼロに近い小さい値に設定すれば、ブリードオフ回路L5から流出する作動油量も少なくて済む。
コントローラ10は、指令圧設定器31,PI制御器33,流量設定器36〜38,信号変換器35,39,減算器32及び加算器34a〜34cを備えて構成されている。指令圧設定器31には、ブリードオフ回路L5の目標圧力が設定されている。この目標圧力の大きさは任意に設定可能であるが、できるだけゼロに近い小さい値に設定すれば、ブリードオフ回路L5から流出する作動油量も少なくて済む。
減算器32は、圧力センサ5で検出された作動油圧をブリードオフ回路L5の目標圧力から減算してPI制御器33へと出力するものである。これにより、PI制御器33では、ブリードオフ回路L5の実際の作動油圧を目標圧力に近づけるための制御量が算出される。
また、流量設定器36,37は、アタッチメント用操作レバー21a,21bの操作量に応じた流量指令値をそれぞれ設定する。これらの流量設定器36,37で設定された流量設定値は、加算器34aで合算され、さらに加算器34bにおいてPI制御器33の制御量と加算される。一方、信号変換器35は加算器34bからの出力を電磁可変絞り弁1の駆動信号に変換し、その開度を制御する。
また、流量設定器36,37は、アタッチメント用操作レバー21a,21bの操作量に応じた流量指令値をそれぞれ設定する。これらの流量設定器36,37で設定された流量設定値は、加算器34aで合算され、さらに加算器34bにおいてPI制御器33の制御量と加算される。一方、信号変換器35は加算器34bからの出力を電磁可変絞り弁1の駆動信号に変換し、その開度を制御する。
つまり、コントローラ10は、ブリードオフ回路L5の作動油圧を目標圧力にするための第一制御量と、アタッチメント用操作レバー21a,21bの操作量に応じた大きさの第二制御量とを加算し、その加算値が大きいほど電磁可変絞り弁1の開度を大きく制御するようになっている。
[4−4.電磁比例減圧弁8の制御]
コントローラ10は、アタッチメント用操作レバー21a,21bの何れもが操作されていない場合に、電磁比例減圧弁8をオフに制御する。つまり、ブーム44の単動時には電磁比例減圧弁8の二次圧が最低圧(タンク圧)に設定されるため、シャトル弁17において第二油圧回路L2側の作動油圧がネガコン圧として選択される。したがって、油圧ポンプ11は第二コントロール弁6cのネガコン圧で制御されることになる。
コントローラ10は、アタッチメント用操作レバー21a,21bの何れもが操作されていない場合に、電磁比例減圧弁8をオフに制御する。つまり、ブーム44の単動時には電磁比例減圧弁8の二次圧が最低圧(タンク圧)に設定されるため、シャトル弁17において第二油圧回路L2側の作動油圧がネガコン圧として選択される。したがって、油圧ポンプ11は第二コントロール弁6cのネガコン圧で制御されることになる。
一方、アタッチメント用操作レバー21a,21bの何れかの操作量が検出されている場合には、図4に示す演算により、電磁比例減圧弁8の開度を設定して制御を実施する。
まず、流量設定器38は、圧力センサ22で検出されたパイロット圧に応じた流量指令値を設定する。また、加算器34cは、前述の加算器34bによる出力と流量設定器38で設定された流量指令値とを加算する。そして、信号変換器39が加算器34cの出力を電磁比例減圧弁8の駆動信号に変換し、その開度を制御する。信号変換器39では、流量指令値が大きいほど電磁比例減圧弁8の開度が小さくなるように、その制御量が設定されるようになっている。
まず、流量設定器38は、圧力センサ22で検出されたパイロット圧に応じた流量指令値を設定する。また、加算器34cは、前述の加算器34bによる出力と流量設定器38で設定された流量指令値とを加算する。そして、信号変換器39が加算器34cの出力を電磁比例減圧弁8の駆動信号に変換し、その開度を制御する。信号変換器39では、流量指令値が大きいほど電磁比例減圧弁8の開度が小さくなるように、その制御量が設定されるようになっている。
つまり、コントローラ10は、ブリードオフ回路L5の作動油圧を目標圧力にするための第一制御量と、アタッチメント用操作レバー21a,21bの操作量に応じた大きさの第二制御量と、フロント作業機側の操作量に応じた大きさの第三制御量とを加算し、その加算値が大きいほどネガコン圧を小さく変更するように制御を実施している。
本発明に係るコントローラ10での制御内容をまとめると以下の通りとなる。
本発明に係るコントローラ10での制御内容をまとめると以下の通りとなる。
[5.作用]
上記のような構成により、本油圧制御回路は以下のように作用する。
[5−1.フロントの単動操作時]
ブーム44の単動操作時には、電磁切換弁9がオフに制御され、第六油圧回路L6及び第三油圧回路L3がタンク15へと開放される。そのため、圧力補償弁2のスプールが図2中左方向へ移動し、第一流路2aが完全に閉鎖される。つまり、第一流路2a側の作動油流量がゼロになり、油圧ポンプ11の全流量が第二油圧回路L2側へ供給されることになる。したがって、油圧ポンプ11の全出力をブームシリンダ44aの駆動に割り当てることができる。
上記のような構成により、本油圧制御回路は以下のように作用する。
[5−1.フロントの単動操作時]
ブーム44の単動操作時には、電磁切換弁9がオフに制御され、第六油圧回路L6及び第三油圧回路L3がタンク15へと開放される。そのため、圧力補償弁2のスプールが図2中左方向へ移動し、第一流路2aが完全に閉鎖される。つまり、第一流路2a側の作動油流量がゼロになり、油圧ポンプ11の全流量が第二油圧回路L2側へ供給されることになる。したがって、油圧ポンプ11の全出力をブームシリンダ44aの駆動に割り当てることができる。
また、コントローラ10によって電磁比例弁7がオフに制御されるため、ネガコン回路L7には第二油圧回路L2の作動油圧が導かれることになる。一方、電磁比例減圧弁8もオフに制御されるため、電磁比例減圧弁8の二次圧はタンク圧となる。したがって、シャトル弁17では第二油圧回路L2の作動油圧がネガコン圧として選択されることになり、通常のネガコン制御を実施することができる。
[5−2.アタッチメントの単動操作時]
アタッチメント用操作レバー21a,21bの何れかの操作量が検出される回転式グラップルカッター47の単動操作時には、電磁切換弁7,9がともにオンに制御され、第六油圧回路L6が遮断される。これにより、第三油圧回路L3が圧力補償弁2の一方のパイロット回路として機能する。第三油圧回路L3の作動油圧は、オリフィス16を経て導入される圧力であるため、油圧ポンプ11の吐出圧よりも減圧された大きさとなっている。一方、圧力補償弁2の他方のパイロット圧には、第四油圧回路L4を介して油圧ポンプ11の吐出圧が導入される。
アタッチメント用操作レバー21a,21bの何れかの操作量が検出される回転式グラップルカッター47の単動操作時には、電磁切換弁7,9がともにオンに制御され、第六油圧回路L6が遮断される。これにより、第三油圧回路L3が圧力補償弁2の一方のパイロット回路として機能する。第三油圧回路L3の作動油圧は、オリフィス16を経て導入される圧力であるため、油圧ポンプ11の吐出圧よりも減圧された大きさとなっている。一方、圧力補償弁2の他方のパイロット圧には、第四油圧回路L4を介して油圧ポンプ11の吐出圧が導入される。
これにより、第一流路2aの上流側と下流側との差圧が一定に保持されるため、アタッチメント用アクチュエータ20a,20bへ供給される一定の作動油流量を確保することができる。例えば、回転式グラップルカッター47の油圧モータ20a及び油圧シリンダ20bへ供給される作動油の合計流量は、油圧ポンプ11の吐出圧が変動したとしても一定量となる。
一方、電磁可変絞り弁1の開度は、ブリードオフ回路L5作動油圧が目標圧力となるように制御される。つまり、ブリードオフ回路L5からブリードオフする作動油流量が一定となるように電磁可変絞り弁1の開度が絞られた状態で、圧力補償弁2における圧力補償制御がなされることになる。
また、アタッチメントの単動操作時には圧力センサ22で検出されるパイロット圧がゼロである。そのため、コントローラ10内の流量設定器38で設定される流量指令値もゼロとなり、加算器34cの出力は加算器34bの出力と同一の値となる。これにより、電磁比例減圧弁8の開度は、アタッチメントを駆動するのに必要なポンプ流量を与えるネガコン圧が得られるように調整される。
また、アタッチメントの単動操作時には圧力センサ22で検出されるパイロット圧がゼロである。そのため、コントローラ10内の流量設定器38で設定される流量指令値もゼロとなり、加算器34cの出力は加算器34bの出力と同一の値となる。これにより、電磁比例減圧弁8の開度は、アタッチメントを駆動するのに必要なポンプ流量を与えるネガコン圧が得られるように調整される。
つまり、油圧ポンプ11の吐出流量が、レギュレータ12によって油圧モータ20a及び油圧シリンダ20bの駆動に必要十分な適量に制御されることになる。したがって、第二流路2b側の作動油流量を少なくすることができ、エネルギーロスを抑えることができる。
[5−3.フロント及びアタッチメントの連動操作時]
ブーム44及び回転式グラップルカッター47の連動操作時には、アタッチメントの単動操作時と同様に、電磁切換弁7,9がともにオンに制御され、圧力補償弁2における圧力補償制御がなされる。また、電磁可変絞り弁1では、ブリードオフ回路L5から流れ出る作動油量が一定となるように開度が制御される。
ブーム44及び回転式グラップルカッター47の連動操作時には、アタッチメントの単動操作時と同様に、電磁切換弁7,9がともにオンに制御され、圧力補償弁2における圧力補償制御がなされる。また、電磁可変絞り弁1では、ブリードオフ回路L5から流れ出る作動油量が一定となるように開度が制御される。
一方、コントローラ10内の流量設定器38では、圧力センサ22で検出されたパイロット圧に応じて、流量指令値が設定される。また、加算器34cの出力は、アタッチメント側のアクチュエータに要求される作動油流量とフロント側のアクチュエータに要求される作動油流量とが加算された値となる。これにより、電磁比例減圧弁8の開度は、アタッチメントとフロントとをともに駆動するのに必要なポンプ流量を与えるネガコン圧が得られるように調整される。
つまり、油圧ポンプ11の吐出流量が、レギュレータ12によってブームシリンダ44a,油圧モータ20a及び油圧シリンダ20bの駆動に必要十分な適量に制御されることになる。したがって、第一油圧回路L1側にも第二油圧回路L2側にも過不足なく作動油を供給することができ、ブーム44と回転式グラップルカッター47との連動性を向上させることができる。
[6.効果]
本油圧制御回路によれば、ブリードオフ回路L5の作動油圧に応じて電磁可変絞り弁1の開度を制御することにより、第一油圧回路L1側に複数のアクチュエータ(例えば、油圧モータ20aや油圧シリンダ20b)が設けられている場合であっても、それらをフロント側のアクチュエータよりも優先して同時に駆動することができる。
本油圧制御回路によれば、ブリードオフ回路L5の作動油圧に応じて電磁可変絞り弁1の開度を制御することにより、第一油圧回路L1側に複数のアクチュエータ(例えば、油圧モータ20aや油圧シリンダ20b)が設けられている場合であっても、それらをフロント側のアクチュエータよりも優先して同時に駆動することができる。
すなわち、仮に複数のアクチュエータの何れかに供給される作動油流量が足りなければブリードオフ回路L5に作動油が流出しないため、圧力センサ5で検出される作動油圧は指令圧設定器31に設定されている目標圧力を下回ることになる。その結果、ブリードオフ回路L5から一定量ブリードオフするように電磁可変絞り弁1の開度が開かれるため、第一油圧回路で作動油が不足することがない。一方、電磁可変絞り弁1の開度は、ブリードオフ回路L5からのブリードオフ量が一定となるように制御されるため、過剰にブリードオフすることもない。
このように、各コントロールバルブ6a,6bの上流側にアタッチメント圧力補償弁3a,3bを設けることにより、ブリードオフ回路L5に余剰分の作動油のみを流出させることができる。そして、この余剰分の作動油圧を計測することにより、余剰分の作動油量を正確かつ定量的に把握することができる。これにより、余剰分の作動油圧に応じて第一油圧回路(優先回路)側への作動油の分配量を制御することができるため、無駄な流量がなくなり、エネルギーロスを最小限に留めることができ、ひいては燃費を向上させることができる。
また、アタッチメント用アクチュエータが複数設けられている場合であっても、それらのアクチュエータ全体での余剰分の作動油量を把握することが可能となるため、それらのアクチュエータ全体に過不足なく作動油を供給することができる。
また、圧力補償弁2を備えたことにより、第一油圧回路L1側へ配分される作動油流量を確保しつつ残りの作動油を第二油圧回路L2側へ供給することができ、アタッチメント用アクチュエータ20a,20b及びブームシリンダ44aの連動性を高めることができる。例えば、回転式グラップルカッター47が回転と停止とを繰り返すような不具合が生じることがない。
また、圧力補償弁2を備えたことにより、第一油圧回路L1側へ配分される作動油流量を確保しつつ残りの作動油を第二油圧回路L2側へ供給することができ、アタッチメント用アクチュエータ20a,20b及びブームシリンダ44aの連動性を高めることができる。例えば、回転式グラップルカッター47が回転と停止とを繰り返すような不具合が生じることがない。
また、フロント作業機の作動状態に応じて電磁切換弁9をオン/オフ制御することにより、圧力補償弁2の圧力補償スプールを駆動して、作動油の配分を制御することができる。すなわち、電磁切換弁9を閉鎖することで油圧モータ20a及び油圧シリンダ20bへの作動油流量を確保し、あるいは電磁切換弁9を開放することで作動油供給を遮断することができる。例えば、ブームの単動操作時(換言すれば、アタッチメントの非作動時)にはアタッチメント側への作動油の流通を遮断することができ、ポンプ流量を有効に活用することができる。
このように、油圧装置の作動状態に応じた供給制御によりエネルギーロスを抑制することができ、燃費低減に貢献することができる。また、簡素な構成で作動油の配分が可能となり、コストを削減することができる。
[7.その他]
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、上述の実施形態ではブーム44及び回転式グラップルカッター47の駆動に係る油圧回路が例示されているが、本発明の油圧制御回路は、アタッチメントとその他の油圧アクチュエータとを備えた油圧回路に広く適用可能である。すなわち、ブームシリンダ44a以外の油圧シリンダ45a,46aや上部旋回体21の旋回装置、下部走行体22の走行装置等のアクチュエータを駆動する油圧回路を具備した油圧回路に適用してもよい。また、回転式グラップルカッター47だけでなくブレーカやマグネット等、油圧モータで駆動される各種油圧装置をアタッチメントとして具備した油圧回路に適用することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、上述の実施形態ではブーム44及び回転式グラップルカッター47の駆動に係る油圧回路が例示されているが、本発明の油圧制御回路は、アタッチメントとその他の油圧アクチュエータとを備えた油圧回路に広く適用可能である。すなわち、ブームシリンダ44a以外の油圧シリンダ45a,46aや上部旋回体21の旋回装置、下部走行体22の走行装置等のアクチュエータを駆動する油圧回路を具備した油圧回路に適用してもよい。また、回転式グラップルカッター47だけでなくブレーカやマグネット等、油圧モータで駆動される各種油圧装置をアタッチメントとして具備した油圧回路に適用することができる。
また、上述の実施形態では、メインポンプ(油圧ポンプ11)が一個の場合の油圧回路が示されているが、メインポンプの個数はこれに限定されず、二個以上であってもよい。同様に、第一油圧回路L1や第二油圧回路L2上に介装されるコントロールバルブの数に関しても、複数連のものとしてもよい。
また、上述の実施形態では、アタッチメント用アクチュエータとして、油圧モータ20a及び油圧シリンダ20bを備えたものが例示されているが、アタッチメント用アクチュエータが一つの場合であっても適用が可能である。例えば、図2中の油圧シリンダ20b,コントロールバルブ6b,アタッチメント圧力補償弁3b,シャトル弁19を取り除いた形状の回路構成としてもよい。このような構成においても、余剰分の作動油量を正確かつ定量的に把握することができ、第一油圧回路L1側及び第二油圧回路L2側への作動油の分配量を制御することができ、エネルギーロスを最小限に留めることができる。
また、上述の実施形態では、アタッチメント用アクチュエータとして、油圧モータ20a及び油圧シリンダ20bを備えたものが例示されているが、アタッチメント用アクチュエータが一つの場合であっても適用が可能である。例えば、図2中の油圧シリンダ20b,コントロールバルブ6b,アタッチメント圧力補償弁3b,シャトル弁19を取り除いた形状の回路構成としてもよい。このような構成においても、余剰分の作動油量を正確かつ定量的に把握することができ、第一油圧回路L1側及び第二油圧回路L2側への作動油の分配量を制御することができ、エネルギーロスを最小限に留めることができる。
なお、上述の実施形態における優先回路30や圧力補償弁2に関しても必須ではなく、少なくとも、ブリードオフ回路L5の作動油圧に応じて電磁可変絞り弁1の開度を制御するものであればよい。これらの構成により、第一油圧回路L1側への作動油流量を過不足なく確保することが可能となる。
また、上述の実施形態では、ネガコン回路L7から導入されるネガコン圧を利用した油圧ポンプ11の出力制御が行われているが、ネガコン回路L7に係る構成は省略することが可能である。同様に、電磁切換弁7,9及び電磁比例減圧弁8の制御に関して、上述の実施形態ではコントローラ10を介した制御が行われているが、このような電子制御の代わりに、物理的に電磁切換弁7,9及び電磁比例減圧弁8を開閉する機構を備えた構成とすることも考えられる。少なくとも、上記の表1に記載されたような対応関係で各弁の開度が制御されるようなものであればよい。
また、上述の実施形態では、ネガコン回路L7から導入されるネガコン圧を利用した油圧ポンプ11の出力制御が行われているが、ネガコン回路L7に係る構成は省略することが可能である。同様に、電磁切換弁7,9及び電磁比例減圧弁8の制御に関して、上述の実施形態ではコントローラ10を介した制御が行われているが、このような電子制御の代わりに、物理的に電磁切換弁7,9及び電磁比例減圧弁8を開閉する機構を備えた構成とすることも考えられる。少なくとも、上記の表1に記載されたような対応関係で各弁の開度が制御されるようなものであればよい。
また、図4に示されたコントローラ10での制御内容に関しても、これに限定されるものではない。例えば、電磁可変絞り弁1は、圧力センサ5で検出された作動油圧が大きいほど、弁の開度を小さく制御されるような特性となっていればよい。また、電磁比例減圧弁8に関しては、フロントやアタッチメントで要求されている作動油流量が大きいほど、ネガコン圧が小さくなるように制御されていればよい。ただしこれは、ネガコン圧を利用して油圧ポンプ11のレギュレータ12を制御する場合に限られる。したがって、直接レギュレータ11を制御することが可能な場合には、フロントやアタッチメントで要求されている作動油流量が大きいほど、油圧ポンプ11から吐出される作動油流量が増加するように制御すればよい。
また、上述の実施形態では、本発明を油圧ショベル20の油圧回路に適用したものを例示したが、本発明の適用対象はこれに限定されず、ブルドーザやホイールローダ,油圧式クレーン等様々な作業機械の油圧回路に適用することが可能である。
1 電磁可変絞り弁
2 圧力補償弁
3a,3b アタッチメント圧力補償弁
4a 第一リリーフ弁
4b 第二リリーフ弁
4c,4d リリーフ弁
5 圧力センサ(流出圧検出手段)
6a,6b コントロールバルブ(第一コントロール弁)
6c コントロールバルブ(第二コントロール弁)
7 第二電磁切換弁
8 電磁比例減圧弁
9 電磁切換弁
10 コントローラ(制御手段)
11 油圧ポンプ
12 レギュレータ
13 エンジン
14 パイロットポンプ
15 作動油タンク
16 オリフィス
17,19 シャトル弁
18 ネガコン圧変更手段
20a 油圧モータ(アタッチメント用アクチュエータの一つ)
20b 油圧シリンダ(アタッチメント用アクチュエータの一つ)
21a,21b アタッチメント用操作レバー(第一操作量検出手段)
22 圧力センサ(第二操作量検出手段)
23a〜23d リモコン弁
24a〜24g シャトル弁
31 指令圧設定器
32 減算器
33 PI制御器
34a,34b,34c 加算器
35,39 信号変換器
36〜38 流量設定器
40 油圧ショベル
41 上部旋回体
42 下部走行体
43 キャブ
44 ブーム
44a ブームシリンダ(フロント用アクチュエータの一つ)
45 アーム
45a アームシリンダ(フロント用アクチュエータの一つ)
46a バケットシリンダ(フロント用アクチュエータの一つ)
47 回転式グラップルカッター(アタッチメント)
L1 第一油圧回路
L2 第二油圧回路
L3 第三油圧回路
L4 第四油圧回路
L5 ブリードオフ回路(第五油圧回路)
L6 第六油圧回路
L7 ネガコン回路
L8 リリーフ回路
2 圧力補償弁
3a,3b アタッチメント圧力補償弁
4a 第一リリーフ弁
4b 第二リリーフ弁
4c,4d リリーフ弁
5 圧力センサ(流出圧検出手段)
6a,6b コントロールバルブ(第一コントロール弁)
6c コントロールバルブ(第二コントロール弁)
7 第二電磁切換弁
8 電磁比例減圧弁
9 電磁切換弁
10 コントローラ(制御手段)
11 油圧ポンプ
12 レギュレータ
13 エンジン
14 パイロットポンプ
15 作動油タンク
16 オリフィス
17,19 シャトル弁
18 ネガコン圧変更手段
20a 油圧モータ(アタッチメント用アクチュエータの一つ)
20b 油圧シリンダ(アタッチメント用アクチュエータの一つ)
21a,21b アタッチメント用操作レバー(第一操作量検出手段)
22 圧力センサ(第二操作量検出手段)
23a〜23d リモコン弁
24a〜24g シャトル弁
31 指令圧設定器
32 減算器
33 PI制御器
34a,34b,34c 加算器
35,39 信号変換器
36〜38 流量設定器
40 油圧ショベル
41 上部旋回体
42 下部走行体
43 キャブ
44 ブーム
44a ブームシリンダ(フロント用アクチュエータの一つ)
45 アーム
45a アームシリンダ(フロント用アクチュエータの一つ)
46a バケットシリンダ(フロント用アクチュエータの一つ)
47 回転式グラップルカッター(アタッチメント)
L1 第一油圧回路
L2 第二油圧回路
L3 第三油圧回路
L4 第四油圧回路
L5 ブリードオフ回路(第五油圧回路)
L6 第六油圧回路
L7 ネガコン回路
L8 リリーフ回路
Claims (7)
- 作業機械のフロント作業機を駆動せしめるフロント用アクチュエータ及び該フロント作業機に装着されるアタッチメントを駆動せしめるアタッチメント用アクチュエータの駆動源となる油圧ポンプを備えた作業機械の油圧制御回路において、
該アタッチメント用アクチュエータと該油圧ポンプとを接続する第一油圧回路と、
該第一油圧回路上に介装され、開度を変更可能に形成された電磁可変絞り弁と、
該第一油圧回路上における該電磁可変絞り弁の上流側と該フロント用アクチュエータとを接続する第二油圧回路と、
該第一油圧回路及び該第二油圧回路の双方に介装され、該第一油圧回路及び該第二油圧回路の差圧を保持して該アタッチメント用アクチュエータへ供給される一定の作動油流量を確保する圧力補償スプールを有する圧力補償弁と、
該第一油圧回路における該電磁可変絞り弁の下流側と該圧力補償スプールの一端側とを接続して、該第一油圧回路への作動油流量を増加させる方向へ該圧力補償スプールを駆動する第三油圧回路と、
該第二油圧回路における該可変絞り弁の上流側と該圧力補償スプールの他端側とを接続して、該第二油圧回路への作動油流量を増加させる方向へ該圧力補償スプールを駆動する第四油圧回路と、
該第一油圧回路上において該圧力補償弁の下流側に介装され、該アタッチメント用アクチュエータへ供給される作動油流量及び流通方向を制御する第一コントロール弁と、
該第一油圧回路上において該第一コントロール弁の上流側に介装され、該アタッチメント用アクチュエータへ供給される作動油流量を一定に保持するアタッチメント圧力補償弁と、
該第一油圧回路上における該アタッチメント圧力補償弁の上流側と作動油タンクとを連通する第五油圧回路と、
該第五油圧回路上に介装されて、該第一油圧回路を流通する作動油のうちの余剰分をブリードオフする第一リリーフ弁と、
該第五油圧回路上における該第一リリーフ弁の下流側に介装された第二リリーフ弁と、
該第五油圧回路上における該第一リリーフ弁と該第二リリーフ弁との間の作動油圧を検出する流出圧検出手段と、
該流出圧検出手段で検出された該作動油圧に応じて該電磁可変絞り弁の該開度を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする、作業機械の油圧制御回路。 - 該制御手段が、該流出圧検出手段で検出された該作動油圧が大きいほど該電磁可変絞り弁の該開度を小さく制御する
ことを特徴とする、請求項1記載の作業機械の油圧制御回路。 - 該第三油圧回路と該作動油タンクとを接続する第六油圧回路と、
該第六油圧回路上に介装された電磁切換弁と
をさらに備えたことを特徴とする、請求項1又は2記載の作業機械の油圧制御回路。 - 該第二油圧回路上に介装され、該フロント用アクチュエータへ供給される作動油流量及び流通方向を制御する第二コントロール弁と、
該第二コントロール弁の下流側の作動油圧を該油圧ポンプへ導くネガコン回路と、
該ネガコン回路に介装され、作動油流路を開閉自在に形成された第二電磁切換弁と、
該油圧ポンプへ導入されるネガコン圧を任意に変更するネガコン圧変更手段と
をさらに備え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回路。 - 操作者による該アタッチメント用アクチュエータへの第一操作量を検出する第一操作量検出手段をさらに備え、
該制御手段が、該流出圧検出手段で検出された該作動油圧を所定指令圧に制御するのに要する第一制御量と、該第一操作量検出手段で検出された該第一操作量に応じた大きさの第二制御量とを加算するとともに、その加算値が大きいほど該電磁可変絞り弁の該開度を大きく制御する
ことを特徴とする、請求項4記載の作業機械の油圧制御回路。 - 該操作者による該フロント用アクチュエータへの第二操作量を検出する第二操作量検出手段とをさらに備え、
該制御手段が、該第二操作量検出手段で検出された該第二操作量に応じた大きさの第三制御量に該第一制御量及び該第二制御量を加算するとともに、その加算値が大きいほどネガコン圧を小さく変更するように該ネガコン圧変更手段を制御する
ことを特徴とする、請求項5記載の作業機械の油圧制御回路。 - 作業機械のフロント作業機を駆動せしめるフロント用アクチュエータ及び該フロント作業機に装着されるアタッチメントを駆動せしめるアタッチメント用アクチュエータの駆動源となる油圧ポンプを備えた作業機械の油圧制御回路において、
該アタッチメント用アクチュエータと該油圧ポンプとを接続する第一油圧回路上に介装され、開度を変更可能に形成された電磁可変絞り弁と、
該第一油圧回路上において該電磁可変絞り弁の下流側に介装され、該アタッチメント用アクチュエータへ供給される作動油流量及び流通方向を制御する第一コントロール弁と、
該第一油圧回路上において該第一コントロール弁の上流側に介装され、該アタッチメント用アクチュエータへ供給される作動油流量を一定に保持するアタッチメント圧力補償弁と、
該第一油圧回路上における該アタッチメント圧力補償弁の上流側と作動油タンクとを連通する第五油圧回路と、
該第五油圧回路上に介装されて、該第一油圧回路を流通する作動油のうちの余剰分をブリードオフする第一リリーフ弁と、
該第五油圧回路上における該第一リリーフ弁の下流側に介装された第二リリーフ弁と、
該第五油圧回路上における該第一リリーフ弁と該第二リリーフ弁との間の作動油圧を検出する流出圧検出手段と、
該流出圧検出手段で検出された該作動油圧に応じて該電磁可変絞り弁の該開度を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする、作業機械の油圧制御回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008104785A JP2009256904A (ja) | 2008-04-14 | 2008-04-14 | 作業機械の油圧制御回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008104785A JP2009256904A (ja) | 2008-04-14 | 2008-04-14 | 作業機械の油圧制御回路 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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ID=41384657
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2009256904A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108005974A (zh) * | 2017-12-27 | 2018-05-08 | 中船重工中南装备有限责任公司 | 一种钻车的履带调平控制系统及调节控制方法 |
CN108421736A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-08-21 | 福州大学 | 基于金属橡胶的一种多功能清理器 |
CN112639300A (zh) * | 2018-09-28 | 2021-04-09 | 日立建机株式会社 | 工程机械 |
-
2008
- 2008-04-14 JP JP2008104785A patent/JP2009256904A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108005974A (zh) * | 2017-12-27 | 2018-05-08 | 中船重工中南装备有限责任公司 | 一种钻车的履带调平控制系统及调节控制方法 |
CN108005974B (zh) * | 2017-12-27 | 2023-06-30 | 中船重工中南装备有限责任公司 | 一种钻车的履带调平控制系统及调节控制方法 |
CN108421736A (zh) * | 2018-04-24 | 2018-08-21 | 福州大学 | 基于金属橡胶的一种多功能清理器 |
CN108421736B (zh) * | 2018-04-24 | 2023-12-15 | 福州大学 | 基于金属橡胶的一种多功能清理器 |
CN112639300A (zh) * | 2018-09-28 | 2021-04-09 | 日立建机株式会社 | 工程机械 |
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