JP2010047984A - 油圧ショベルの油圧回路 - Google Patents

Abstract

【課題】安定したブーム上げ動作を確保しつつバケットの作業速度をアップさせ、且つ、ヒートバランス及び燃費を向上させる。
【解決手段】油圧ポンプ２に連通するセンタバイパス油路１１にバケット切換弁１４とブーム切換弁１５をタンデム接続し、且つ、該センタバイパス油路１１から分岐するパラレル油路１３にバケット切換弁１４とブーム切換弁１５とをパラレル接続して成る油圧ショベルの油圧回路において、バケット切換弁１４とパラレル油路１３とを接続するフィーダ油路３２に流量制御手段３０を設け、流量制御手段３０は、バケットシリンダ２８の負荷圧が低い時にはフィーダ油路３２の流量を制限し、且つ、バケットシリンダ２８の負荷圧が高い時にはフィーダ油路３２を開放させるように構成した。
【選択図】図２

Description

本発明は油圧ショベルの油圧回路に関するものであり、特に、ブームとバケットとの複合操作時における作業能率を向上させる油圧ショベルの油圧回路に関するものである。

油圧ショベルにはブーム、アーム及びバケットと、これらを駆動するブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダを含む油圧回路が搭載されている。そして、ネガティブコントロール（以下、「ネガコン」という。）方式の油圧回路においては、２つの油圧ポンプを備え、各油圧ポンプのセンタバイパス油路の最下流にネガコン絞りを設けてネガコン圧を発生させ、該ネガコン圧をポンプレギュレータに作用させることにより、前記油圧ポンプの吐出流量をネガティブ制御できるように構成されている。

図５は此種油圧ショベルの油圧回路の従来例を示す。１及び２は夫々可変容量型の第１及び油圧ポンプ１，２であって、各油圧ポンプ１，２のセンタバイパス油路１０，１１の上流側は油タンク３に接続されている。又、各センタバイパス油路１０，１１からはパラレル油路１２，１３が夫々分岐している。

更に、各センタバイパス油路１０，１１の途中には夫々複数の方向切換弁が接続されている。即ち、センタバイパス油路１０にはブーム切換弁１７とアーム１速切換弁１８がタンデム接続され、且つ、センタバイパス油路１１にはバケット切換弁１４とブーム切換弁１５とアーム２速切換弁１６がタンデム接続されている。

又、センタバイパス油路１０，１１におけるアーム切換弁（１速、２速）１８，１６の上流側には夫々ネガコン絞り８，９が設けられていると共に、各ネガコン絞り８，９に生じるネガコン圧は、ネガコン圧回路６，７を介してポンプレギュレータ４，５にフィードバックされている。そして、該ポンプレギュレータ４，５は前記ネガコン圧に基づき傾転角を調整することにより、各油圧ポンプ１，２の吐出量を制御するように構成されている。

そして、バケット操作レバー２８をバケット閉じ側に操作すると、当該操作信号がバケット操作パイロットライン２９を介してバケット切換弁１４のバケット閉じパイロットポートに入力されて、該バケット切換弁１４をバケット閉じ位置（イ）に切り換える。このため、バケット切換弁１４の各流出口ポートはバケットシリンダ１９に接続される。

また、ブーム操作レバー２２をブーム上げ側に操作すると、当該操作信号がブーム操作パイロットライン２４を介して前記ブーム切換弁１５，１７のブーム上げパイロットポートに入力されて、各ブーム切換弁１５，１７をブーム上げ位置（イ）に切り換える。このため、前記ブーム切換弁１５，１７の各流出口ポートはブームシリンダ２０に接続される。

更に、アーム操作レバー２３をアーム水平引き側に操作すると、その操作信号がアーム操作パイロットライン２６，２５を介してアーム切換弁１６，１８のアーム水平引きパイロットポートに入力されて、該アーム切換弁１６，１８をアーム水平引き位置（イ）に切り換える。このため、該アーム切換弁１６，１８の各流出口ポートはアームシリンダ２１に接続される（例えば特許文献１,２参照）。
特開昭５８−１４６６３２号公報 特許第２８９２９３９号公報

上記特許文献１記載の従来技術において、図６に示す如く、バケット４６で砂等を掬う場合、或いは、単純にバケット閉じ、アーム水平引き、ブーム上げの複合操作（同時操作）を行う場合は、前記油圧シリンダ駆動用の切換弁１４〜１８の全てが作動位置（イ）に切り換わる。この場合、アーム４５は自重落下し、且つ、バケット４６は自重落下若しくは低負荷の状態となるが、ブーム４４には作業機械全体の荷重が作用して高負荷の状態となる。

このため、前記複合操作を行うと、ブーム４４の負荷圧はアーム４５の負荷圧及びバケット４６の負荷圧よりも高くなる。また、油圧ポンプ１の吐出油の殆どは、パラレル油路１２を介して負荷圧の低いアームシリンダ２１側に流れるようになる。一方、油圧ポンプ２の吐出油は、パラレル油路１３を介して負荷圧の低いバケットシリンダ１９側に流れるようになる。

従って、前記複合操作時には、各油圧ポンプ１，２の吐出油の殆どが前記パラレル油路１２，１３を介して低負荷状態のアームシリンダ２１及びバケットシリンダ１９に供給されるため、ブームシリンダ２０を作動させる吐出油の供給量が不足する。その結果、ブーム上げ操作を行っているにも関わらず、ブーム上げ動作が行われ難いという不具合が生じる。

ここで、かかる不具合を回避するには、例えばバケットシリンダ１９の負荷圧を上昇させるべく、バケット切換弁１４をフルストローク操作したときでも、バケットスプールのＣＴポート開口を絞ったままにするために、バケットスプール開口特性を図７に示す如く設定することが考えられる。

しかしながら、バケットスプールのＣＴポート開口を絞ったままに設定すると、バケットシリンダ１９への作動油の供給流量が不足するために、バケット４６の単独動作時に掘削力が低下するだけでなく、絞りによる作動油の発熱によってヒートバランスが崩れるとともに、エンジン消費馬力が増加して燃費性能の悪化を招く。

又、上記不具合を解消するため、パラレル回路１３から分岐してバケット切換弁１４のＰＣポートに連通するフィーダ油路３２の途中に可変絞りを設けることにより、ブーム上げ操作の検出時に、該可変絞りによりフィーダ油路３２を絞り込んで、バケットシリンダ１９への作動油の供給流量を制限する技術も提案されている（特許文献２参照）。

しかし、この場合は、例えばブーム４４の負荷圧よりもバケット４６の負荷圧が高くなったときでも、ブーム上げ操作を行っている限りは、上記フィーダ油路３２は絞られた状態のままとなる。その結果、フィーダ油路３２の回路圧が不用意に上昇してバケット４６の作業速度が低下したり、或いは、エンジン消費馬力が増加して燃費性能の悪化を招く恐れがある。

そこで、安定したブーム上げ動作を確保しつつバケットの作業速度をアップさせ、且つ、ヒートバランス及び燃費を向上させるために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、油圧ポンプに連通するセンタバイパス油路にバケット切換弁とブーム切換弁をタンデム接続し、且つ、該センタバイパス油路から分岐するパラレル油路に前記バケット切換弁と前記ブーム切換弁とをパラレル接続して成る油圧ショベルの油圧回路において、前記バケット切換弁と前記パラレル油路とを接続するフィーダ油路に流量制御手段を設け、該流量制御手段は、バケットシリンダの負荷圧が低い時には前記フィーダ油路の流量を制限し、且つ、前記バケットシリンダの負荷圧が高い時には前記フィーダ油路を開放させるように構成したことを特徴とする油圧ショベルの油圧回路を提供する。

この構成によれば、バケット閉じとブーム上げの複合操作を行った場合、バケットシリンダの負荷圧が低いときはフィーダ油路の流量が制限されるので、バケットシリンダ側に向かう作動油の流量が減少し、その分だけブームシリンダに向かう作動油の流量が増加する。又、バケットシリンダの負荷圧が高くなると、前記フィーダ油路が開放されるので、バケットシリンダ側に向かう作動油の流量が増加する。

請求項２記載の発明は、上記流量制御手段が３パターン切換え型可変絞りであって、該３パターン切換え型可変絞りは、上記バケットシリンダの負荷圧が極く低い時には上記フィーダ油路を開放し、前記バケットシリンダの負荷圧が通常圧である時には前記フィーダ油路の流量を制限し、更に、前記バケットシリンダの負荷圧が高い場合には前記フィーダ油路を開放するように構成したことを特徴とする請求項１記載の油圧ショベルの油圧回路を提供する。

この構成によれば、バケット単独で空中にて閉じ動作を行う場合、バケットシリンダの負荷圧が極く低い時にはフィーダ油路が開放されるので、バケットシリンダへの作動油の供給流量が十分確保される。又、前記バケットシリンダの負荷圧が通常圧である時にはフィーダ油路の流量が制限されるので、バケットシリンダ側に流れる作動油が減少する。更に、バケットシリンダの負荷圧が高くなると、フィーダ油路が開放されるので、フィーダ油路における作動油の圧損が殆ど無くなる。

請求項３記載の発明は、上記バケット切換弁のスプールストローク開口特性は、スプールストロークが長くなるに伴い前記ＣＴポートの開口面積の増加度合が漸次大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項１又は２記載の油圧ショベルの油圧回路を提供する。

この構成によれば、例えばバケットによる掘削作業の際に、バケットシリンダの負荷圧が上昇すると、スプールストロークが長くなるに伴いバケット切換弁のＣＴポートの開口面積の増加度合が大きくなる。依って、スプールストロークが長くなっても、バケットシリンダに所要量の作動油が円滑に流れて、回路圧が不用意に上昇することもない。

請求項１記載の発明は、バケット閉じとブーム上げの複合操作を行った場合、バケットシリンダの負荷圧が低い時は、バケットシリンダ側に向かう作動油の流量が減少して、ブームシリンダに向かう作動油の流量が増加するので、ブーム上げ動作を安定して行うことができる。

又、バケットシリンダの負荷圧が高くなると、該バケットシリンダに供給される作動油の流量が増加するので、バケットによる掘削力が増大すると共にバケットの作業速度がアップする。更に、従来例のようにフィーダ油路が不用意に絞られないので、余計な発熱が無くなりヒートバランス性能が向上し、且つ、エンジン消費馬力が減少して燃費性能を向上させることができる。

請求項２記載の発明は、バケットシリンダの負荷圧が極く低い時には該バケットシリンダに十分量の作動油を供給できるので、請求項１記載の発明の効果に加えて、バケット単独の空中での閉じ動作を安定して行うことができる。又、バケットシリンダの負荷圧が高くなると、フィーダ油路が開放されて作動油の圧損が殆ど無くなるので、エネルギ損失を極力防止することができる。

請求項３記載の発明は、バケットによる掘削作業時に、バケットシリンダの負荷圧が上昇しても、バケットシリンダに所要量の作動油が円滑に流れるので、請求項１又は２記載の発明の効果に加えて、回路圧を不用意に上昇させることなく、掘削作業を一層効率良く行うことができる。

本発明は、安定したブーム上げ動作を確保しつつバケットの作業速度をアップさせ、且つ、ヒートバランス及び燃費を向上させるという目的を達成するために、油圧ポンプに連通するセンタバイパス油路にバケット切換弁とブーム切換弁をタンデム接続し、且つ、該センタバイパス油路から分岐するパラレル油路に前記バケット切換弁と前記ブーム切換弁とをパラレル接続して成る油圧ショベルの油圧回路において、前記バケット切換弁と前記パラレル油路とを接続するフィーダ油路に流量制御手段を設け、該流量制御手段は、バケットシリンダの負荷圧が低い時には前記フィーダ油路の流量を制限し、且つ、前記バケットシリンダの負荷圧が高い時には前記フィーダ油路を開放させるように構成したことにより実現した。

以下、本発明の好適な一実施例を図１乃至図３に従って説明する。図１は本実施例に係る油圧ショベル４０を示す側面図である。同図に示すように、下部走行体４１上には旋回機構４２を介して上部旋回体４３が搭載され、又、該上部旋回体４３にはブーム４４、アーム４５及びバケット４６と、これらを駆動するブームシリンダ２０、アームシリンダ２１及びバケットシリンダ１９等の油圧シリンダ並びにキャビン４７が搭載されている。

図２は前記油圧ショベル４０の油圧回路を示す。本実施例は、ネガコン方式の油圧回路に適用したものであって、可変容量型の第１及び油圧ポンプ１，２を備え、各油圧ポンプ１，２のセンタバイパス油路１０，１１の最下流にネガコン絞り８，９を設けてネガコン圧を発生させ、該ネガコン圧をポンプレギュレータ４，５に作用させることにより、各油圧ポンプ１，２の吐出流量をネガティブ制御できるようにしたものである。尚、図５に示した従来例と同一の構成部分には、それと同一の符号を付してその説明を省略する。

同図に示すように、パラレル油路１３から分岐するフィーダ油路３２はバケット切換弁１４のＰＣポートに接続され、フィーダ油路３２の途中には、流量制御手段である可変絞り３０が設けられている。また、可変絞り３０のパイロットポートは、バケットシリンダ負荷圧パイロットライン３１を介してバケットシリンダ１９のボトム側油室１９Ｂに接続されている。このため、バケットシリンダ１９のボトム側油室１９Ｂの負荷圧（ボトム圧）が可変絞り３０のパイロットポートに作用し、該負荷圧に基づいて可変絞り３０が動作してフィーダ油路３２の流量を制御できるように構成されている。

本実施例では、可変絞り３０による流量制御は次のように設定されている。即ち、バケットシリンダ１９の負荷圧が設定値よりも低いとき（通常の圧力時）、可変絞り３０はノーマル位置に保持される。このため、フィーダ油路３２は可変絞り３０により絞られるので、フィーダ油路３２の流量が制限された状態に設定される。そして、バケットシリンダ１９の負荷圧が設定値よりも高くなると、可変絞り３０がオフセット位置に切り換わるため、フィーダ油路３２は開放された状態に設定される。

更に、本発明に係るバケットスプール開口特性、即ち、スプールストロークＬと開口面積Ｓとの関係を示すグラフは、図３中の破線ＣＴで示す如く、従来例に比べてＣＴポート開口特性のグラフの傾きが漸次増大するように設定されている。このため、本発明に係るバケット切換弁１４は、スプールストロークが長くなるに伴い、ＣＴポートの開口面積の増加度合（増加速度）が次第に大きくなる。

バケットスプール開口特性を上記の如く設定することで、バケットシリンダ１９の負荷圧が低いときには、フィーダ油路３２の開口面積が絞り込まれるので、フィーダ油路３２を含む回路圧が効果的に上昇する。そのため、バケット閉じ、アーム引き及びブーム上げの３つを同時に操作しても、油圧ポンプ２から吐出油がブームシリンダ２０に十分供給されるため、安定したブーム上げ動作が常に確保される。

一方、バケット４６単独による掘削時において、バケットシリンダ１９の負荷圧が設定値以上に上昇すると、可変絞り３０がオフセット位置に切り換わるため、フィーダ油路３２は開放状態に設定される。依って、フィーダ油路３２の圧力が低下するので、従来例のようにフィーダ油路３２の回路圧が不用意に上昇することが抑止される。

従って、掘削時におけるバケット４６の作業速度がアップするのみならず、エンジン消費馬力が低減して燃費性能が著しく向上する。又、従来例の如くフィーダ油路３２に発熱が生じないので、ヒートバランスが良好に維持される。

次に、本発明の他の実施例を図４に基づいて説明する。尚、バケット切換弁のＣＴポートにおけるスプールストローク開口特性は、図３中の破線ＣＴで示したように、スプールストロークが長くなるに伴い、ＣＴポートの開口面積の増加度合が大きくなるように設定されている。

本実施例においても、バケットシリンダ１９の負荷圧が低いときは、ブームシリンダ２０に作動油を所要量供給できるようにするために、フィーダ油路３２を絞り込んで回路圧を上昇させている。しかし、バケット４６単独で空中にて閉じ動作を行ったときは、バケットシリンダ１９の負荷圧が低くなる。この結果、バケット切換弁１４のＣＴポートにおけるスプールストローク開口特性の設定の仕方如何では、特にバケット４６のフルストローク操作時には、フィーダ油路３２が必要以上に絞り込まれるため、フィーダ油路３２の作動油の供給流量が不足してキャビテーションを発生させる危険がある。

そこで、本実施例では、フィーダ油路３２に設けられる流量制御手段として３パターン切り換え可能な可変絞り３３を採択し、これにより、作動油の供給不足によるキャビテーションの発生を防止できるように構成している。

同図に示すように、フィーダ油路３２の途中には３パターン切換え型可変絞り３３が設けられ、また、３パターン切換え型可変絞り３３のパイロットポートは、パイロットライン３１を介してバケットシリンダ１９のボトム側油室１９Ｂに接続されている。このため、バケットシリンダ１９のボトム側油室１９Ｂの負荷圧が３パターン切換え型可変絞り３３のパイロットポートに作用し、そして、該負荷圧に基づいて３パターン切換え型可変絞り３３が切換え動作してフィーダ油路３２の流量を制御できるように構成されている。

３パターン切換え型可変絞り３３は、バケットシリンダ１９の負荷圧（ボトム油圧）に応じて油室（イ）（ロ）又は（ハ）のいずれか１つが選択される。即ち、バケットシリンダ１９の負荷圧が大気圧近くまで低下した場合は油室（イ）が選択され、また、ブーム上げ圧を１０ＭＰａ程度の中間圧まで上昇させたい場合は油室（ロ）が選択され、更に、バケットシリンダ１９の負荷圧が１０ＭＰａ程度以上に上昇した場合は油室（ハ）が選択される。

このように本実施例では、バケットシリンダ１９の負荷圧に応じて、３パターン切換え型可変絞り３３の油室（イ）（ロ）又は（ハ）の１つが選択されることにより、前記実施例と同等若しくはそれ以上の効果が奏される。例えばバケット４６単独で空中にて閉じ動作を行った場合、バケットシリンダ１９の負荷圧が極く低いときは、油室（イ）を選択してフィーダ油路３２を開放することにより、バケットシリンダ１９へ供給される作動油が増加するので、バケット閉じ動作を安定して行える。

又、ブーム上げ圧を中間圧（１０ＭＰａ程度）まで上昇させたい場合は、前記油室（ロ）を選択することにより、ブームシリンダ１５に供給される作動油が増加するので、ブーム上げ動作を安定して行える。更に、バケットシリンダ１９の負荷圧が設定値以上に上昇したときは、前記油室（ハ）を選択してフィーダ油路３２を開放するので、作動油の圧損を無くしてエネルギ損失が極力防止される。

上記の如く本発明によると、バケット閉じ及びブーム上げの複合操作を行った場合、バケットシリンダ１９の負荷圧が低いときは前記フィーダ油路３２が絞られるので、バケットシリンダ１９側に向かう作動油の流量が減少して、それに応じてブームシリンダ１５に向かう作動油の流量が増加して、安定したブーム上げ動作が確保される。

又、バケットシリンダ１９の負荷圧が高くなると、前記フィーダ油路３２が開放されるので、バケットシリンダ１９に向かう作動油の流量が増加する。従って、バケット４６による掘削力を増大すると共に作業速度がアップし、加えて、従来例のようにフィーダ油路３２が不用意に絞られないので、余計な発熱が無くなりヒートバランス性能も向上し、且つ、エンジン消費馬力が減少して燃費性能が向上する。

更に又、バケット４６により掘削作業の際に操作する場合、バケットシリンダ１９の負荷圧が上昇すると、バケット切換弁１４のスプールストロークが長くなるに伴い、バケット切換弁のＣＴポートの開口面積の増加度合が大きくなる。その結果、バケットシリンダ１９に所要量の作動油が円滑に流れ、回路圧が不用意に上昇することなく、掘削時の作業効率が一層向上する。

尚、上記実施例では、油圧回路によりバケットシリンダの負荷圧を流量制御手段（可変絞り３０,３３）のパイロットポートに作用させて前記フィーダ油路の流量を制御するようにしたが、流量制御手段としては電気信号にて作動する電磁比例弁等を採択することも可能である。

この場合は、バケットシリンダの負荷圧を圧力センサ等の検出手段で検出して、該検出結果をコントローラで判断して電磁比例弁等の動作制御を行うことにより、前記フィーダ油路の流量を適時に変更することができる。又、上記実施例ではネガティブコントロール方式の油圧回路について説明したが、本発明はポジティブコントロール方式の油圧回路に適用してもよい。

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

本発明に係る一実施例を示し、油圧ショベルの側面図。 一実施例に係る油圧ショベルの油圧回路を示す構成図。 一実施例に係るバケットスプール開口特性を示すグラフ。 本発明の他の実施例に係る油圧ショベルの油圧回路を示す構成図。 従来例に係る油圧ショベルの油圧回路を示す構成図。 油圧ショベルのバケットで砂等をすくう時の状態を示す要部説明図。 従来例に係るバケットスプール開口特性を示すグラフ。

符号の説明

１ 油圧ポンプ
２ 油圧ポンプ
１０ センタバイパス油路
１１ センタバイパス油路
１２ パラレル油路
１３ パラレル油路
１４ バケット切換弁
１５ ブーム切換弁
１６ アーム２速切換弁
１７ ブーム切換弁
１８ アーム１速切換弁
１９ バケットシリンダ
２０ ブームシリンダ
２１ アームシリンダ
２２ ブーム操作レバー
２３ アーム操作レバー
２４ ブーム操作パイロットライン
２８ バケット操作レバー
２９ バケット操作パイロットライン
３０ 可変絞り（流量制御手段）
３２ フィーダ油路
３３ ３パターン切換え型可変絞り（流量制御手段）
４０ 油圧ショベル
４４ ブーム
４５ アーム
４６ バケット

Claims (3)

1. 油圧ポンプに連通するセンタバイパス油路にバケット切換弁とブーム切換弁をタンデム接続し、且つ、該センタバイパス油路から分岐するパラレル油路に前記バケット切換弁と前記ブーム切換弁とをパラレル接続して成る油圧ショベルの油圧回路において、前記バケット切換弁と前記パラレル油路とを接続するフィーダ油路に流量制御手段を設け、該流量制御手段は、バケットシリンダの負荷圧が低い時には前記フィーダ油路の流量を制限し、且つ、前記バケットシリンダの負荷圧が高い時には前記フィーダ油路を開放させるように構成したことを特徴とする油圧ショベルの油圧回路。
2. 上記流量制御手段が３パターン切換え型可変絞りであって、該３パターン切換え型可変絞りは、上記バケットシリンダの負荷圧が極く低い時には上記フィーダ油路を開放し、前記バケットシリンダの負荷圧が通常圧である時には前記フィーダ油路の流量を制限し、更に、前記バケットシリンダの負荷圧が高い場合には前記フィーダ油路を開放するように構成したことを特徴とする請求項１記載の油圧ショベルの油圧回路。
3. 上記バケット切換弁のスプールストローク開口特性は、スプールストロークが長くなるに伴い前記バケット切換弁のＣＴポートの開口面積の増加度合が漸次大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項１又は２記載の油圧ショベルの油圧回路。

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