JP2010156135A

JP2010156135A - 建設機械の油圧制御装置

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Publication number: JP2010156135A
Application number: JP2008334551A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Oka; 秀和岡
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2010-07-15
Anticipated expiration: 2028-12-26
Also published as: JP5293176B2

Abstract

【課題】走行操作と作業操作を同時に行う走行複合操作を片走行複合操作と両走行複合操作とに分け、片走行複合操作時の走行モータの過回転を防止する。
【解決手段】走行複合操作のうち両走行複合操作時には、第１ポンプ１９によって作業アクチュエータ６,７,８,１２を駆動し、第２ポンプ２０によって両走行モータ１０,１１を駆動しながら、第１ポンプ１９の吐出油の一部を連通路３０によって走行側に供給する第２の圧油供給状態とし、片走行複合操作時には、第２の圧油供給状態から連通路３０を閉じ、第１ポンプ１９の吐出油を走行モータ１０，１１に、第２ポンプ２０の吐出油を作業アクチュエータ６,７,８,１２にそれぞれ独立して供給する第３の圧油供給状態とする構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は油圧ショベル等の建設機械の油圧制御装置に関するものである。

油圧ショベルは、図５に示すように、クローラ式の下部走行体１上に上部旋回体２が縦軸まわりに旋回自在に搭載され、この上部旋回体２に、ブーム３、アーム４、バケット５、それにブーム起伏用、アーム作動用、バケット作動用の各シリンダ６,７,８から成る作業(掘削)アタッチメント９が装着されて構成される。

また、下部走行体１（左右のクローラ）を走行駆動する左右の走行モータ１０,１１、及び上部旋回体２を旋回駆動する旋回モータ１２(図６参照)が設けられている。

図６は油圧ショベルの油圧制御装置の全体構成を示す。

油圧アクチュエータ群は、右走行モータ１１、バケットシリンダ８、ブームシリンダ６を備えた第１グループＧ１と、左走行モータ１０、旋回モータ１２、アームシリンダ７を備えた第２グループＧ２とに分けられている。

この両グループＧ１,Ｇ２の各油圧アクチュエータは、それぞれ走行モータ１１,１０を最上流側にしてセンターバイパスラインＣＢ１,ＣＢ２によりタンデムに接続される一方、走行モータ以外の各油圧アクチュエータ(作業アクチュエータという)６,７,８,１２については、センターバイパスラインＣＢ１,ＣＢ２とは別に設けられた圧油供給管路Ｌ１,Ｌ２にパラレルに接続されている。Ｔはタンクである。

また、油圧アクチュエータごとに、作動を制御する油圧パイロット式のコントロールバルブ１３〜１８と、これらを切換操作する操作手段としてのリモコン弁(図示しない)が設けられている。

一方、油圧アクチュエータ群に対する圧油供給源として第１、第２両ポンプ１９,２０が設けられ、この両ポンプ１９,２０の吐出油が油圧パイロット式の走行直進弁(以下、通称に従って走直弁という)２１を介して両グループＧ１,Ｇ２に供給される。

走直弁２１は、ファンクションとして第１及び第２の位置イ，ロを備え、かつ、二つのポンプポートＰ１,Ｐ２と、二つのアクチュエータポートＡ,Ｂを備えた二位置４ポート切換弁として構成され、コントローラ２２からの指令に基づく電磁比例式の走直比例弁２３の二次圧によって切換制御される。

コントローラ２２には、各リモコン弁の操作量に応じた操作信号(たとえばリモコン弁の二次圧を検出する圧力センサからの信号)が入力され、走行操作（走行モータ１０，１１の操作）と、作業操作(作業アクチュエータ６,７,８,１２の操作)が別々に行なわれる単独操作時には、走直弁２１が図示の第１の位置イとなる。

この状態では、第１ポンプ１９の吐出油が右走行モータ１１を含む第１グループＧ１に、第２ポンプ２０の吐出油が左走行モータ１０を含む第２グループＧ２にそれぞれ独立して供給される(この状態を第１の圧油供給状態という)。

一方、走行操作と作業操作が同時に行なわれる走行複合操作時には、走直弁２１が第１の位置イから第２の位置ロに切換えられる。

この状態では、第１ポンプ１９の吐出油が両走行モータ１０,１１以外の油圧アクチュエータ６,７,８,１２に供給される一方、第２ポンプ２０の吐出油が両走行モータ１０,１１に分配供給される(この状態を第２の圧油供給状態という)。

この第２の圧油供給状態で、両走行モータ１０,１１が共通の第２ポンプ２０によって駆動されるため、左右同量ずつ走行操作されれば両走行モータ１０，１１に同量の油が供給されてこれらが同速で回転する。すなわち、走行直進性が確保される。

この場合、両走行モータ１０,１１に対する圧油供給量が第１の圧油供給状態と比べて半減するため、速度も半減(急減速)してショックが発生する。

そこで、このショックを緩和する手段として、走行直進弁２１に、第２の位置ロで開く連通路２４を設け、第２の圧油供給状態で両ポンプ１９,２０のポンプラインをこの連通路２４で連通させることにより、第１ポンプ１９の吐出油の一部を走行側に送る(合流させる)ように構成している(特許文献１参照)。
特開２０００−１７６９３号公報

走行複合操作には、両走行モータ１０，１１を同時に作動させる両走行複合操作と、一方の走行モータのみを作動させる片走行複合操作の二通りがある。

ところが、上記公知技術によると、走行複合操作時には、上記片走行と両走行の別に関係なく両ポンプ吐出油を連通路２４で合流させる構成をとっているため、次の弊害が生じていた。

(Ｉ)同時操作される作業アクチュエータがブームシリンダのような油圧シリンダである場合に、片走行複合操作時に油圧シリンダがストロークエンドに達すると、連通路２４を介して一方の走行モータに２ポンプ分の流量が流れ込むため、同モータが過回転となる。

(ＩＩ)クローラシューに付着した泥を落とすために、作業アタッチメントで片側走行体(クローラ)を持ち上げた状態で空転させる場合がある。この泥落し操作中に、機体の姿勢調整等のために作業アクチュエータを作動させると、形式上は走行複合操作となり、軽負荷側である空転中の走行モータ１０または１１にほぼ２ポンプ分の流量が流入して過回転となる。

そこで本発明は、片走行複合操作と両走行複合操作とを分け、片走行複合操作時の走行モータの過回転を確実に防止することができるで建設機械の油圧制御装置を提供するものである。

請求項１の発明は、下部走行体上に搭載された上部旋回体に作業アタッチメントが装着され、左右の走行モータと、この両走行モータ以外の作業アクチュエータとを備えた油圧アクチュエータ群が、左右いずれか一方の走行モータを含む第１グループと、他方の走行モータを含む第２グループとに分けられるとともに、エンジンによって駆動される油圧源としての第１及び第２両ポンプと、上記両走行モータ及び作業アクチュエータの操作量に応じてポンプ吐出油の流路を切換える走行直進弁と、上記走行モータ及び作業アクチュエータの操作状態を示す操作信号に基づいて上記走行直進弁を切換制御する制御手段とが設けられ、この制御手段により、
（Ａ）走行操作と走行操作以外の操作である作業操作を別々に行う単独操作時には、上記第１及び第２両グループに別々のポンプの吐出油を独立して供給する第１の圧油供給状態とし、
（Ｂ）走行操作と作業操作を同時に行う複合操作のうち、両走行モータが同時に操作される両走行複合操作時には、一方のポンプの吐出油を上記両走行モータに、他方のポンプの吐出油を上記作業アクチュエータにそれぞれ供給しながら、上記他方のポンプの吐出油を連通路によって走行モータに供給する第２の圧油供給状態とし、
（Ｃ）上記複合操作のうち、左右いずれか一方の走行モータのみが操作される片走行複合操作時には、上記連通路を閉じて、一方のポンプの吐出油を上記走行モータに、他方のポンプの吐出油を上記作業アクチュエータにそれぞれ独立して供給する第３の圧油供給状態とする
ように構成されたものである。

請求項２の発明は、請求項１の構成において、上記走行直進弁は、上記第１の圧油供給状態を作り出す第１の位置と、上記第２の圧油供給状態を作り出す第２の位置と、上記第３の圧油供給状態を作り出す第３の位置とを備え、上記第２の位置で開く連通路が設けられたものである。

請求項３の発明は、請求項１または２の構成において、制御手段は、両走行モータの操作量の差に基づいて片走行と両走行を判別し、上記操作量の差に応じて上記連通路の開口面積が連続的に変化するように上記走行直進弁を第２の位置と第３の位置との間で切換えるように構成されたものである。

本発明によると、単独操作時と走行複合操作時とに応じて前記第１及び第２の両圧油供給状態の間で切換えるという基本的な作用を確保しながら、走行複合操作のうち片走行複合操作時には、第２の圧油供給状態から連通路を閉じ、一方のポンプ吐出油を走行モータに、他方の吐出油を作業アクチュエータにそれぞれ独立して供給する第３の圧油供給状態とする構成としたから、片走行複合操作中の油圧シリンダのストロークエンドや、クローラの泥落し操作中の作業アクチュエータの作動による走行モータの過回転を確実に防止することができる。

この場合、請求項２の発明によると、第１〜第３各圧油供給状態の切換えをすべて走行直進弁の操作のみによって行うことができるため、別の切換弁を付加する必要がなく、コストダウンとなる。

一方、請求項３の発明によると、片走行と両走行の別によって連通路を全閉／全開させるのではなく、両走行モータの操作量の差に応じて連通路の開口面積を連続的に変化させるため、切換えによるショックがない。

本発明の実施形態を図１〜図４によって説明する。

第１実施形態（図１〜図３参照）
実施形態において、
(ｉ) 油圧アクチュエータ群を、右走行モータ１１、バケットシリンダ８、ブームシリンダ６を備えた第１グループＧ１と、左走行モータ１０、旋回モータ１２、アームシリンダ７を備えた第２グループＧ２とに分け、第１及び第２両ポンプ１９,２０の吐出油を走直弁２５を介して両グループＧ１,Ｇ２に供給する点、
(ｉｉ) コントローラ２６からの制御信号によって走直比例弁２６を制御し、この走直比例弁２６により走直弁２５を制御する点、
（ｉｉｉ）コントローラ２６には、各リモコン弁の操作量に応じた操作信号（たとえばリモコン弁の二次圧であるパイロット圧Ｐｉを検出する圧力センサからの信号。以下、この例で説明する）が入力され、この操作信号に基づいて走直弁２５のスプールの位置が制御される点
は、図６に示す従来装置と同じである。

第１実施形態において、走直弁２５は第１〜第３位置イ，ロ，ハを備え、かつ、二つのポンプポートＰ１,Ｐ２と、二つのアクチュエータポートＡ,Ｂを備えた三位置４ポート切換弁として構成されている。

この走直弁２５は、第１の位置イにおいてポンプポートＰ１とアクチュエータポートＢとを連通させ、ポンプポートＰ２とアクチュエータポートＡとを連通させる第１通路２８，２８と、第２及び第３の両位置ロ，ハにおいてポンプポートＰ１とアクチュエータポートＡとを連通させ、ポンプポートＰ２とアクチュエータポートＢとを連通させる第２通路２９，２９と、第２の位置ロにおいて第２通路２９，２９同士を連通させる連通路３０とを備え、走直弁２５のスプールストロークに応じてこれら各通路２８，２９，３０の開口面積が変化する。

ここで、走行操作と作業操作が別々に行われる単独操作時には走直弁２５が図示の第１の位置イとなる。

この第１の位置イでは、従来技術と同様に、第１グループＧ１が第１ポンプ１９によって、第２グループＧ２が第２ポンプ２０によってそれぞれ駆動される第１の圧油供給状態となる。

一方、走行操作と作業操作が同時に行われる走行複合操作時には、走直弁２５が第２の位置ロまたは第３の位置ハに切換わる。

すなわち、走行複合操作のうち、一方の走行モータ１０または１１のみが回転する片走行複合操作時には第３の位置ハとなり、両走行モータ１０，１１が同時に回転する両走行複合操作時には第２の位置ロとなる。

この点を詳述する。

図２には、走直比例弁２６から走直弁２５に加えられる走直弁指令値（パイロット圧）と、上記各通路２８〜３０のうち第２通路２９，２９と連通路３０の開口面積の関係を示している。

図示のように、第２通路２９，２９の開口面積は走直弁指令値Ｐｔｂの増加に応じてほぼ比例的に増加する。

これに対し連通路３０の開口面積は、走直弁指令値Ｐｔｂの増加に応じて減少し、最終的に０（全閉）となる。

この装置においては、次のように、両走行複合操作時と片走行複合操作の別に応じて走直弁指令値Ｐｔｂの上限値を異ならせるように構成されている。

Ｉ．両走行複合操作時には、走直弁指令値Ｐｔｂを、最大値Ｐｔｂ２よりも小さいＰｔｂ１とする。
この指令値Ｐｔｂ１では連通路３０の開口面積がＡｔｂ１となる。このＡｔｂ１は、走行減速ショックの発生しない流量が得られる面積とする。

ＩＩ．片走行複合操作時には、走直弁指令値Ｐｔｂをその最大値Ｐｔｂ２までとする。この片走行時指令値Ｐｔｂ２では連通路３０は全閉（開口面積０）となる。

この点の作用を含めたこの装置の作用を図３のフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ１で、左右走行パイロット圧（走行指令値）と、作業パイロット圧（作業アクチュエータ用リモコン弁のパイロット圧）が入力され、ステップＳ２で走行複合操作か否かが判定される。

ここでＹＥＳ（走行複合操作）となると、ステップＳ３で左右の走行パイロット圧ＬＰｉ，ＲＰｉの差ΔＰｉｔが計算され、ステップＳ４で、この差圧ΔＰｉｔと走直弁指令値Ｐｔｂとの関係について予め定めたマップに基づいて走直弁指令値を求める。

このマップは、差圧ΔＰｉｔが設定値ΔＰｉｔ１までは走直弁指令値をＰｔｂ１とし、設定値ΔＰｉｔ１を超えると、差圧増加に応じて走直弁指令値を最大値Ｐｔｂ２まで連続的かつ比例的に変化させる。

このマップに基づき、差圧が小さくなる両走行複合操作時には、走直弁指令値がＰｔｂ１となり、連通路３０が図２中の面積Ａｔｂ１で開口する。

一方、差圧が大きくなる片走行複合操作時には、走直弁指令値が差圧の増加に応じてその最大値Ｐｔｂ２まで増加し、連通路３０の開口面積が０まで減少する。

続くステップＳ５では、作業パイロット圧ＰｉＡＴＴに応じた最終指令値Ｐｔを求め、ステップＳ６でこの最終指令値Ｐｔを走直比例弁２６経由で走直弁２５に出力する。

ここで、両走行複合操作時には最終指令値ＰｔはＰｔｂ１まで、片走行複合操作時にはＰｔｂ２までそれぞれ比例的に変化する。

この最終指令値に応じて走直弁２５がストローク作動し、両走行複合操作時には第２の位置ロ、片走行複合操作時には第３の位置ハとなる。

第２の位置ロでは、作業アクチュエータ６,７,８,１２が第１ポンプ１９によって、両走行モータ１０,１１が第２ポンプ２０によってそれぞれ駆動されるとともに、第１ポンプ１９の吐出油の一部が連通路３０を介して両走行モータ１０，１１に供給される。すなわち、第２の圧油供給状態となる。

一方、第３の位置ハでは、連通路３０が閉じられ、第１ポンプ吐出油が作業アクチュエータ６,７,８,１２に、第２ポンプ吐出油が走行モータ１０，１１にそれぞれ供給される第３の圧油供給状態となる。

このように、片走行複合操作時には、第２ポンプ２０の吐出油のみを作動中の走行モータ１０または１１に供給する第３の圧油供給状態とするため、片走行複合操作中に作業アクチュエータである油圧シリンダがストロークエンドしたり、一方のクローラシューの泥落し操作中に作業アクチュエータが作動したりしても、走行モータ１０または１１には１ポンプ分の流量しか供給されない。このため、走行モータ１０または１１の過回転を確実に防止することができる。

この場合、第３の圧油供給状態を含む全圧油供給状態の切換えをすべて走直弁２５の操作のみによって行うことができるため、別の切換弁を付加する必要がなく、コストダウンとなる。

一方、片走行と両走行の別によって連通路３０を全閉／全開させるのではなく、図３中のステップＳ４のマップに示すように走行操作量の差に応じて連通路３０の開口面積を連続的に変化させるため、切換えによるショックがない。

また、操作信号に基づくコントローラ２７からの電気指令信号により走直比例弁２６経由で走直弁２５をストローク作動させる電気制御方式をとっているため、油圧回路構成が簡単となるとともに、制御の自由度が高いものとなる。

第２実施形態（図４参照）
第１実施形態では上記のように電気制御方式を採用したのに対し、第２実施形態では油圧制御方式をとっている。他の点は第１実施形態と同じである。

図４は走直弁２５に指令信号としてのパイロット圧を送る指令回路の構成を示す。

この回路は、右走行用リモコン弁のパイロット圧（右走行パイロット圧）により作動して第１グループＧ１の作業パイロット圧を出力する油圧パイロット式の第１切換弁３１と、左走行用リモコン弁のパイロット圧（右走行パイロット圧）により作動して第２グループの作業パイロット圧を出力する油圧パイロット式の第２切換弁３２と、両切換弁３１，３２から出力されるパイロット圧を高位選択するシャトル弁３３と、両走行パイロット圧により作動して上記高位選択されたパイロット圧を出力する油圧パイロット式の三位置切換弁であるセレクタバルブ３４とから成り、このセレクタバルブ３４の出力である作業パイロット圧が図１の走直弁２５に加えられる。

セレクタバルブ３４は、中立位置ａと両側作動位置ｂ，ｃとを有し、両走行複合操作時には、両走行パイロット圧が両側パイロットポートに加えられることによって中立位置ａとなる。

この中立位置ａで、第１、第２両グループの作業パイロット圧の高位選択値のうちさらに高位のもの（選択パイロット圧という）が入力され、絞り３５，３６のバランスによって決まるパイロット圧（図２のＰｔｂ１）が走直弁２５に送られる。

一方、片走行複合操作時には、セレクタバルブ３４の一方のパイロットポートのみに走行パイロット圧が加えられることによってセレクタバルブ３４が作動位置ｂまたはｃに切換わる。

この作動位置ｂまたはｃでは、走行側のグループＧ１またはＧ２から高位選択された作業パイロット圧が選択パイロット圧としてそのままセレクタバルブ３４を介して走直弁２５に加えられる。このため、走直弁２５がフルストロークし、第３の位置ハにセットされる。

この第２実施形態によっても、第１実施形態と基本的に同じ作用効果を得ることができる。

また、油圧制御方式であるため、断線、短絡等の電気的トラブルがなく、動作の確実性が高いものとなる。

本発明の第１実施形態にかかる油圧制御装置の回路構成図である。同装置による走直弁指令値と通路開口面積の関係を示す図である。同装置の作用を説明するためのフローチャートである。本発明の第２実施形態にかかる油圧制御装置の指令回路を示す回路図である。本発明の適用例である油圧ショベルの概略側面図である。従来の油圧制御装置の回路構成図である。

符号の説明

１下部走行体
２上部旋回体
Ｇ１第１グループ
Ｇ２第２グループ
Ｌ１，Ｌ２圧油供給管路
６作業アクチュエータとしてのブームシリンダ
７同アームシリンダ
８同バケットシリンダ
９作業アタッチメント
１０左走行モータ
１１右走行モータ
１２作業アクチュエータとしての旋回モータ
１９第１ポンプ
２０第２ポンプ
２５走直弁（走行直進弁）
２６走直比例弁
２７コントローラ（制御手段）
２８走直弁の第１通路
２９同第２通路
３０連通路
３１，３２切換弁
３３シャトル弁
３４セレクタバルブ

Claims

下部走行体上に搭載された上部旋回体に作業アタッチメントが装着され、左右の走行モータと、この両走行モータ以外の作業アクチュエータとを備えた油圧アクチュエータ群が、左右いずれか一方の走行モータを含む第１グループと、他方の走行モータを含む第２グループとに分けられるとともに、エンジンによって駆動される油圧源としての第１及び第２両ポンプと、上記両走行モータ及び作業アクチュエータの操作量に応じてポンプ吐出油の流路を切換える走行直進弁と、上記走行モータ及び作業アクチュエータの操作状態を示す操作信号に基づいて上記走行直進弁を切換制御する制御手段とが設けられ、この制御手段により、
（Ａ）走行操作と走行操作以外の操作である作業操作を別々に行う単独操作時には、上記第１及び第２両グループに別々のポンプの吐出油を独立して供給する第１の圧油供給状態とし、
（Ｂ）走行操作と作業操作を同時に行う複合操作のうち、両走行モータが同時に操作される両走行複合操作時には、一方のポンプの吐出油を上記両走行モータに、他方のポンプの吐出油を上記作業アクチュエータにそれぞれ供給しながら、上記他方のポンプの吐出油を連通路によって走行モータに供給する第２の圧油供給状態とし、
（Ｃ）上記複合操作のうち、左右いずれか一方の走行モータのみが操作される片走行複合操作時には、上記連通路を閉じて、一方のポンプの吐出油を上記走行モータに、他方のポンプの吐出油を上記作業アクチュエータにそれぞれ独立して供給する第３の圧油供給状態とする
ように構成されたことを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
上記走行直進弁は、上記第１の圧油供給状態を作り出す第１の位置と、上記第２の圧油供給状態を作り出す第２の位置と、上記第３の圧油供給状態を作り出す第３の位置とを備え、上記第２の位置で開く連通路が設けられたことを特徴とする請求項１記載の建設機械の油圧制御装置。
制御手段は、両走行モータの操作量の差に基づいて片走行と両走行を判別し、上記操作量の差に応じて上記連通路の開口面積が連続的に変化するように上記走行直進弁を第２の位置と第３の位置との間で切換えるように構成されたことを特徴とする請求項１または２記載の建設機械の油圧制御装置。