JP2010112475A - 作業機械の油圧駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】重量物下降時の油圧アクチュエータの微操作をハンチングを生じさせずに実現でき、重量物上昇時の負荷補償性を考慮した油圧アクチュエータの微操作も実現できる。
【解決手段】重量物８を昇降させるアームシリンダ３の微操作を可能にする微操作回路Ｂは、アームシリンダ３に圧油を供給可能な補助ポンプ１０２と、この補助ポンプ１０２からアームシリンダ３への圧油を制御するオンオフ式方向切換弁１０４と、補助ポンプ１０２を駆動する電動モータ１０１と、アームシリンダ３の微操作を検出する圧力センサ７ａ，７ｂと、この圧力センサ７ａ，７ｂの信号に応じて、電動モータ１０１を駆動し、オンオフ式方向切換弁１０４を切換えるコントローラ１０７と、重量物８の下降時にアームシリンダ３からオンオフ式方向切換弁１０４を経て油を戻す戻り管路８０に背圧を立てるリリーフ弁１０５とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、建設機械等の作業機械に備えられ、重量物を昇降させる油圧アクチュエータの微操作性を考慮した作業機械の油圧駆動装置に関する。

目標物を確実に把持し、位置決めするハンドリング機は、微操作領域での動作が重要である。ハンドリング機は、例えば油圧ショベルにおいてはバケットに代えてアームに取り付けるものであり、目標物を把持したハンドリング機、及びアームを含む重量物を下降する動作の時、重量物の自重等の影響で指令値よりも速い速度で、重量物を下降させる油圧アクチュエータが動作し、また前述の重量物を上昇させる動作の時、重量物の重量の影響により、重量物を上昇させる油圧アクチュエータが指令値通りに動作しないといった現象が発生する。このような現象をなくすために、目標物の負荷変動にかかわらず操作装置の操作量に応じた油圧アクチュエータの動作を可能にする負荷補償性が重要になる。

前述した重量物の影響で指令値よりも速い速度で油圧アクチュエータが動作してしまう問題を解決する技術として、特許文献１に示されるように、ウインチ回路において油圧アクチュエータ、例えば油圧モータの圧油の戻り側の回路にカウンタバランス弁を設ける技術が開示されている。この従来技術では、圧油のタンクへの戻り側に背圧を立てることで、重量物の下降時の負荷補償性を確保し、油圧モータの動作速度を安定させて重量物の影響による急激な落下を防いでいる。
特許第３２９４１８３号公報

しかし、上述した特許文献１に示されるカウンタバランス弁は、重量物の影響で指令値よりも速い動作で下降してしまう現象を防ぐためのものであり、重量物を上昇させる際の負荷補償性は考慮されてない。またカウンタバランス弁は、微操作領域ではハンチングを生じるものであり、このため良好な微操作性を確保し難い問題がある。

本発明は、上述した従来技術における実状からなされたもので、その目的は、重量物を下降させる際の油圧アクチュエータの微操作を、ハンチングを生じさせることなく実現できるとともに、重量物を上昇させる際の負荷補償性を考慮した油圧アクチュエータの微操作を実現させることができる作業機械の油圧駆動装置を提供することにある。

この目的を達成するために本発明は、エンジンと、このエンジンによって駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプに接続された作動油タンクと、前記油圧ポンプから吐出される圧油によって動作し、重量物を昇降させる油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータに供給される圧油の流れを制御する油圧パイロット式切換弁と、この油圧パイロット式切換弁を切換操作する操作装置とを備えた作業機械の油圧駆動装置において、前記油圧アクチュエータの微操作を可能にする微操作回路を備え、この微操作回路は、前記作動油タンクに接続され、前記油圧アクチュエータに圧油を供給可能な補助ポンプと、この補助ポンプから前記油圧アクチュエータに供給される圧油の流れを制御する電磁切換弁と、前記補助ポンプを駆動する電動モータと、前記油圧アクチュエータが微操作されたことを検出する微操作検出部と、この微操作検出部における微操作の検出に応じて、前記電動モータを駆動するとともに前記電磁切換弁を切換える制御信号を出力するコントローラと、前記重量物を下降させる際に前記油圧アクチュエータから前記電磁切換弁を経て前記作動油タンクに油を戻す戻り管路に背圧を立てるリリーフ弁とを含むことを特徴としている。

このように構成した本発明は、重量物を下降させるために油圧アクチュエータを、例えば微操作するときには、油圧アクチュエータから電磁切換弁を経て作動油を戻す戻り管路に設置したリリーフ弁によって背圧が立ち、これによってハンチングを生じさせることなく、また油圧アクチュエータにかかる負荷変動にかかわりなく油圧アクチュエータの動作速度を操作装置の操作量に応じた所定の速度に保持でき、この油圧アクチュエータの良好な微操作性を確保できる。

また、重量物を上昇させるために油圧アクチュエータを、例えば微操作するときには微操作回路の微操作検出部における微操作の検出に応じてコントローラから電動モータ及び電磁切換弁に制御信号が出力される。これにより、電磁切換弁が切換えられるとともに、補助ポンプが駆動し、この補助ポンプから吐出される圧油が電磁切換弁を介して油圧アクチュエータに供給され、油圧アクチュエータにかかる負荷変動にかかわりなく油圧アクチュエータの動作速度を操作装置の操作量に応じた所定の速度に保持でき、油圧アクチュエータの良好な微操作性を確保できる。すなわち、本発明は、重量物を下降させる際の油圧アクチュエータの微操作を、ハンチングを生じさせることなく実現できるとともに、重量物を上昇させる際の負荷補償性を考慮した油圧アクチュエータの微操作も実現させることができる。

また本発明は、前記発明において前記微操作検出部は、前記操作装置が検出されたことを検出し、前記コントローラに信号を出力する圧力センサから成り、前記コントローラは、前記操作装置の操作量と、前記補助ポンプの吐出量との相関関係が設定される関数設定部を有し、この関数設定部に前記操作装置の操作量の微操作領域を含ませてあり、前記圧力センサから出力される信号が、前記微操作領域内の前記操作装置の操作量に相当するものであるとき、前記コントローラは微操作に相応する制御信号を前記電動モータ及び前記電磁切換弁に出力することを特徴としている。

また本発明は、前記発明において重量物は、目標物の位置決めに活用されるハンドリング機と、このハンドリング機によって把持される前記目標物と、前記ハンドリング機を保持し、上下方向に回動可能なフロント作業部材とを含むことを特徴としている。

本発明は、油圧アクチュエータの微操作を可能にする微操作回路、すなわち、作動油タンクに接続され、重量物を昇降させる油圧アクチュエータに圧油を供給可能な補助ポンプと、この補助ポンプから油圧アクチュエータに供給される圧油の流れを制御する電磁切換弁と、補助ポンプを駆動する電動モータと、油圧アクチュエータが微操作されたことを検出する微操作検出部と、この微操作検出部における微操作の検出に応じて、電動モータを駆動するとともに電磁切換弁を切換える制御信号を出力するコントローラと、重量物を下降させる際に油圧アクチュエータから電磁切換弁を経て作動油タンクに油を戻す戻り管路に背圧を立てるリリーフ弁とを含む微操作回路を備えたことから、重量物を下降させる際の油圧アクチュエータの微操作を、ハンチングを生じさせることなく実現できるとともに、重量物を上昇させる際の負荷補償性を考慮した油圧アクチュエータの微操作を実現させることができ、これにより重量物を昇降させる油圧アクチュエータの従来よりも優れた微操作性を確保できる。この油圧アクチュエータによって作動する重量物を昇降させる操作装置の操作量に応じた精度の高い位置決め制御、及び速度制御を実現させることができる。

以下、本発明に係る作業機械の油圧駆動装置の最良の実施形態を図に基づいて説明する。

図１は本発明の作業機械の油圧駆動装置の一実施形態を示す油圧回路図、図２は本実施形態に備えられるコントローラで設定される操作装置のレバー操作量と補助ポンプの吐出流量との関係を示す図である。

図１に示すように、本実施形態に係る油圧駆動装置は、例えば図示しない油圧ショベルに備えられているバケットに代えて目標物を把持可能なハンドリング機を取り付けた作業機械に設けられるものであり、主回路Ａと微操作回路Ｂとを備えている。

主回路Ａは、エンジン１と、このエンジン１によって駆動される主油圧ポンプ２と、この主油圧ポンプ２に接続された作動油タンク５と、主油圧ポンプ２から吐出される圧油によって動作し、重量物、すなわち図示しないハンドリング機と、このハンドリング機によって把持される目標物と、ハンドリング機を支持するアームの重量を含む重量物８を昇降させる油圧アクチュエータ、例えばアームシリンダ３とを備えている。また、主油圧ポンプ２から主管路７０または主管路７１を介してアームシリンダ３に供給される圧油の流れを制御する油圧パイロット式切換弁、すなわちアーム用方向制御弁４と、このアーム用方向制御弁４を切換え操作する操作レバー６ａを有する操作装置６とを備えている。

微操作回路Ｂは、作動油タンク５に接続され、重量物８を昇降させるアームシリンダ３に圧油を供給可能な補助ポンプ１０２と、この補助ポンプ１０２からアームシリンダ３に供給される圧油の流れを制御する電磁切換弁、すなわちオンオフ式方向切換弁１０４と、補助ポンプ１０２を駆動する電動モータ１０１とを備えている。また、アームシリンダ３が微操作されたことを検出する微操作検出部、例えば操作装置６が微操作されたことを検出する圧力センサ７ａ，７ｂと、これらの圧力センサ７ａ，７ｂの検出信号に応じて、電動モータ１０１を駆動させるとともにオンオフ式方向切換弁１０４を切換える制御信号を出力するコントローラ１０７とを備えている。また、重量物８を下降させる際、アームシリンダ３からオンオフ式方向切換弁１０４を経て作動油タンク５に油を戻す戻り管路、すなわち管路８０に背圧を立てるリリーフ弁１０５と、リリーフ弁１０５に並設され、補助ポンプ１０２からアームシリンダ３方向への流れを許容し、逆方向の流れを阻止するチェック弁１０６とを備えている。

前述したコントローラ１０７は、図２に示すように、操作装置６の操作レバー６ａの操作量と、補助ポンプ１０２の吐出流量との相関関係である流量特性５２が設定される関数設定部を有し、この関数設定部に操作装置６の操作レバー６ａの操作量の微操作領域を含ませてある。同図２において、ａは不感帯、ｂは微操作領域、ｃは通常操作領域を示している。なお、操作レバー６ａの操作量が不感帯ａ及び微操作領域ｂに含まれる時には、アーム用方向制御弁４が中立位置４ｂから切換位置４ａ，４ｃに切換わらないように、このアーム用方向制御弁４に備えられるばね力が予め設定されている。

また、圧力センサ７ａ，７ｂから出力される信号が、図２に示す微操作領域ｂ内のレバー操作量に相当するものであるとき、コントローラ１０７はアームシリンダ３の微操作に相当する制御信号を電動モータ１０１及び、オンオフ式方向切換弁１０４に出力するようになっている。

図３〜６は本実施形態の動作を説明する図で、図３はアームシリンダに保持される重量物の下降時における微操作を示す油圧回路図、図４はアームシリンダに保持される重量物の下降時における通常操作を示す油圧回路図、図５はアームシリンダに保持される重量物の上昇時における微操作を示す油圧回路図、図６はアームシリンダに保持される重量物の上昇時における通常操作を示す油圧回路図、図７は本実施形態で得られる特性を示す図で、（ａ）図は主回路Ａの特性を示す図、（ｂ）図は主回路Ａと微操作回路Ｂの合流特性を示す図である。

このように構成した本実施形態は、前述した図１に示すように、操作装置６が中立の時は、アーム用方向制御弁４は中立位置４ｂに保たれ、アームシリンダ３に圧油が供給されず、このアームシリンダ３は動作しない。微操作回路Ｂのオンオフ式方向切換弁１０４も中立位置１０４ｂに保たれ、圧力センサ７ａ，７ｂからコントローラ１０７に電動モータ１０１を回転させる信号は入力されず電動モータ１０１は回転しないので、アームシリンダ３は動作しない。

このように操作装置６が中立に保たれている状態から、重量物８を下降させるために、図３に示すように操作装置６の操作レバー６ａの操作量を小さくした微操作が行われたときには、主回路Ａのアーム用方向制御弁４はばねの力によって中立位置４ｂに保たれるので主油圧ポンプ２からの圧油はアームシリンダ３へ供給されない。微操作回路Ｂにおいては操作装置６の操作レバー６ａの操作量、すなわち操作圧が圧力センサ７ａによって読み取られ、コントローラ１０７に入力される。これにより、このコントローラ１０７の関数設定部で設定された図２の微操作領域ｂにおける吐出流量に相応する制御信号がオンオフ式方向切換弁１０４に出力され、このオンオフ式方向切換弁１０４が切換位置１０４ａに切換わり、操作レバー６ａの操作量に応じた電動モータ１０１の回転数によって補助ポンプ１０２が動作する。この補助ポンプ１０２からの圧油は、管路８１を介してアームシリンダ３のロッド側に供給され、重量物８を下降させるようにアームシリンダ３が動作する。このアームシリンダ３からの戻り圧油は、作動油タンク５への回路、すなわち管路８０上に設置したリリーフ弁１０５にて、圧油が設定した背圧に達するとリリーフ弁１０５が開通し、アーム用方向制御弁１０４の切換位置１０４ａを通り、作動油タンク５へ流れる。このようにリリーフ弁１０５に背圧を立てることで、重量物８の落下を防止し、重量物８の下降時における負荷補償性を有するアームシリンダ３の微操作が可能となる。

また、前述のように重量物を下降させる場合において、図４に示すように操作レバー６ａの操作量を大きくした通常操作時には、主回路Ａのアーム用方向制御弁４が切換位置４ａに切換わり、操作レバー６ａの操作量に応じた開口面積になる。また、エンジン１によって駆動している主油圧ポンプ２から主回路７１を介して供給される圧油と、管路８１を介して供給される圧油とが、すなわち操作レバー６ａの操作圧が圧力センサ７ａによって読み取られ、コントローラ１０７に入力されて操作量に応じた電動モータ１０１の回転数によって補助ポンプ１０２から吐出され、管路８１を介して供給される圧油とが、アーム用方向制御弁４とアームシリンダ３の間で合流し、主回路Ａと微操作回路Ｂとでアームシリンダ３を動作させる。このとき、主回路Ａのレバー操作量に対する主油圧ポンプ２の流量は、図７（ａ）図の流量特性５０で示されるものとなる。また、主回路Ａと微操作回路Ｂとの合流された流量は、図７の（ｂ）図の流量特性５３で示されたものになる。アームシリンダ３の作動油タンク５へ戻る圧油は、微操作回路Ｂのリリーフ弁１０５の回路には背圧が立っているので流れず、圧力の低い主回路Ａの主管路７０、アーム用方向制御弁４の切換位置４ａを通り、作動油タンク５へと流れる。

また、前述とは逆に重量物８を上昇させるために、図５に示すように操作装置６の操作レバー６ａの操作量を小さくした微操作が行われたときには、主回路Ａのアーム用方向制御弁４はばねの力によって中立位置４ｂに保たれ、このアーム用方向制御弁４を介しての圧油はアームシリンダ３へ供給されない。また操作レバー６ａの操作量、すなわち操作圧が圧力センサ７ｂによって読み取られ、微操作回路Ｂのコントローラ１０７に入力される。これにより、図２の関係によりオンオフ式方向切換弁１０４が切換位置１０４ｃに切換わり、操作レバー６ａの操作量に応じた電動モータ１０１の回転数によって補助ポンプ１０２が動作し、この補助ポンプ１０２からの圧油がチェック弁１０６、管路８０を介してアームシリンダ３のボトム側に供給され、重量物８を上昇させるようにアームシリンダ３が動作する。アームシリンダ３からの戻り圧油は管路８１、オンオフ式方向切換弁１０４の切換位置１０４ｃを通り作動油タンク５へ流れる。重量物８を上昇させるのに充分な容量を有する電動モータ１０１と、目標とする作業内容を満足する圧油を吐出できる容量を有する補助ポンプ１０２を予め選定しておくことにより、重量物８の上昇時における負荷補償性を有するアームシリンダ３の微操作が可能となる。

また、前述のように重量物を上昇させる場合において、図６に示すように操作レバー６ａの操作量を大きくした通常操作時には、主回路Aのアーム用方向制御弁４が切換位置４ｃに切換わり、操作レバー６ａの操作量に応じた開口面積になる。また、エンジン１によって駆動している主油圧ポンプ２から主回路７０を介して供給される圧油と、管路８０を介して供給される圧油とが、すなわち操作レバー６ａの操作圧が圧力センサ７ｂによって読み取られ、コントローラ１０７に入力されて操作量に応じた電動モータ１０１の回転数によって補助ポンプ１０２から吐出され、チェック弁１０６、管路８０を介して供給される圧油とが、アーム用方向制御弁４とアームシリンダ３の間で合流し、主回路Ａと微操作回路Ｂとでアームシリンダ３を動作させる。このとき、主回路Ａのレバー操作量に対する主油圧ポンプ２の流量は、図７（ａ）図の流量特性５１で示されるものとなる。また、主回路Ａと微操作回路Ｂとの合流された流量は、図７の（ｂ）図の流量特性５４で示されたものになる。アームシリンダ３の作動油タンク５へ戻る圧油は、微操作回路Ｂの管路８１、オンオフ式方向切換弁１０４と、主回路Ａの主管路７１、アーム用方向制御弁４をそれぞれ通り、作動油タンク５へと流れる。ただし、図７の（ａ）図の流量特性５０、５１間の変化に示すように、主回路Ａは重量物８の大きさによって負荷が変動し、その影響で操作レバー6ｃの操作量通りに流量が吐出されない。すなわち、この場合の負荷補償性は確保されない。しかし、本実施形態は微操作領域ｂにおける負荷補償性を重要視しているため、通常操作領域ｃにおける負荷補償性は特に問題とされていない。

このように構成した本実施形態によれば、重量物８を下降させるためにアームシリンダ３を微操作するときは、アームシリンダ３からオンオフ式方向切換弁１０４を経て作動油タンク５に戻す戻り管路、すなわち管路８０に設置したリリーフ弁１０５によって背圧が立ち、これによってハンチングを生じさせることなく、またアームシリンダ３の重量物８の負荷変動にかかわりなく、アームシリンダ３の動作速度を操作装置６の操作レバー６ａの操作量、すなわち圧力センサ７ａの信号に応じた所定の速度に保持でき、このアームシリンダ３の良好な微操作性を確保できる。

また重量物８を上昇させるためにアームシリンダ３を微操作するときは、微操作回路Ｂの圧力センサ７ｂによる微操作の検出に応じてコントローラ１０７から出力される信号により、電動モータ１０１が駆動し、オンオフ式方向切換弁１０４が切換えられ、電動モータ１０１により補助ポンプ１０２が駆動し、この補助ポンプ１０２から吐出される圧油がオンオフ式方向切換弁１０４を介してアームシリンダ３に供給され、アームシリンダ３によって上昇する重量物８の負荷変動にかかわりなく、アームシリンダ３の動作速度を操作装置６の操作レバー６ａの操作量、すなわち圧力センサ７ｂの信号に応じた所定の速度に保持でき、アームシリンダ３の良好な微操作性を確保できる。

すなわち、本実施形態は、重量物８を下降させる際のアームシリンダ３の微操作を、ハンチングを生じさせることなく実現できるとともに、重量物８を上昇させる際の負荷補償性を考慮したアームシリンダ３の微操作を実現させることができる。これによりアームシリンダ３の優れた微操作性を確保でき、このアームシリンダ３によって作動する重量物８を昇降させる操作装置６の操作レバー６ａの操作量に応じた精度の高い位置決め制御、及び速度制御を実現させることができる。

なお、上記実施形態では、アームシリンダ３が微操作されたことを検出する微操作検出部として、圧力センサ７ａ，７ｂを設けた構成にしてあるが、操作装置６が電気レバー装置であって、電気レバーの回動角を検出するポテンショメータを備えたものにあっては、微操作検出部をポテンショメータによって構成し、このポテンショメータから微操作に相応する電気レバーの操作量、すなわち操作角度をコントローラ１０７に出力するようにしてもよい。

また、上記では油圧アクチュエータとしてアームシリンダ３を設けた構成にしてあるが、本発明は、このように油圧アクチュエータがアームシリンダ３であることには限らず、ブームを作動させるブームシリンダであってもよく、また、ウインチ回路に備えられる油圧モータであってもよい。

また、上記では重量物８が、アームの先端に取り付けられたハンドリング機を含む構成にしてあるが、このようなハンドリング機に代えて別のアタッチメントを設けてもよく、また、重量物８がアームの先端に取り付けられたバケットを含む構成であってもよい。

本発明の作業機械の油圧駆動装置の一実施形態を示す油圧回路である。 本実施形態に備えられるコントローラで設定される操作装置のレバー操作量と補助ポンプの吐出流量との関係を示す図である。 本実施形態の動作を説明する図で、アームシリンダに保持される重量物の下降時における微操作を示す油圧回路図である。 本実施形態の動作を説明する図で、アームシリンダに保持される重量物の下降時における通常操作を示す油圧回路図である。 本実施形態の動作を説明する図で、アームシリンダに保持される重量物の上昇時における微操作を示す油圧回路図である。 本実施形態の動作を説明する図で、アームシリンダに保持される重量物の上昇時における通常操作を示す油圧回路図である。 本実施形態で得られる特性を示す図で、(a)図は主回路Aの特性を示す図、(b)図は主回路Aと微操作回路Bの合流特性を示す図である。

符号の説明

Ａ 主回路
Ｂ 微操作回路
１ エンジン
２ 主油圧ポンプ
３ アームシリンダ（油圧アクチュエータ）
４ アーム用方向制御弁（油圧パイロット式切換弁）
５ 作動油タンク
６ 操作装置
６ａ 操作レバー
７ａ 圧力センサ（微操作検出部）
７ｂ 圧力センサ（微操作検出部）
８ 重量物
７０ 主管路
７１ 主管路
８０ 管路
８１ 管路
１０１ 電動モータ
１０２ 補助ポンプ
１０４ オンオフ式方向切換弁（電磁切換弁）
１０５ リリーフ弁
１０７ コントローラ

Claims (3)

1. エンジンと、このエンジンによって駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプに接続された作動油タンクと、前記油圧ポンプから吐出される圧油によって動作し、重量物を昇降させる油圧アクチュエータと、前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータに供給される圧油の流れを制御する油圧パイロット式切換弁と、この油圧パイロット式切換弁を切換操作する操作装置とを備えた作業機械の油圧駆動装置において、
   前記油圧アクチュエータの微操作を可能にする微操作回路を備え、
   この微操作回路は、
   前記作動油タンクに接続され、前記油圧アクチュエータに圧油を供給可能な補助ポンプと、
   この補助ポンプから前記油圧アクチュエータに供給される圧油の流れを制御する電磁切換弁と、
   前記補助ポンプを駆動する電動モータと、
   前記油圧アクチュエータが微操作されたことを検出する微操作検出部と、
   この微操作検出部における微操作の検出に応じて、前記電動モータを駆動するとともに前記電磁切換弁を切換える制御信号を出力するコントローラと、
   前記重量物を下降させる際に前記油圧アクチュエータから前記電磁切換弁を経て前記作動油タンクに油を戻す戻り管路に背圧を立てるリリーフ弁とを含むことを特徴とする作業機械の油圧駆動装置
2. 請求項１に記載の作業機械の油圧駆動装置において、
   前記微操作検出部は、前記操作装置が操作されたことを検出し、前記コントローラに信号を出力する圧力センサから成り、
   前記コントローラは、前記操作装置の操作量と、前記補助ポンプの吐出量との相関関係が設定される関数設定部を有し、この関数設定部に前記操作装置の操作量の微操作領域を含ませてあり、
   前記圧力センサから出力される信号が、前記微操作領域内の前記操作装置の操作量に相当するものであるとき、前記コントローラは、微操作に相応する制御信号を前記電動モータ及び前記電磁切換弁に出力することを特徴とする作業機械の油圧駆動装置。
3. 請求項１または２に記載の作業機械の油圧駆動装置において、
   前記重量物は、目標物の位置決めに活用されるハンドリング機と、このハンドリング機によって把持される前記目標物と、前記ハンドリング機を保持し、上下方向に回動可能なフロント作業部材とを含むことを特徴とする作業機械の油圧駆動装置。

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