JP2010196266A

JP2010196266A - 建設機械の油圧回路における圧力検出システム

Info

Publication number: JP2010196266A
Application number: JP2009039268A
Authority: JP
Inventors: Atsunobu Doi; 敦亘土井
Original assignee: Caterpillar Japan Ltd
Current assignee: Caterpillar Japan Ltd
Priority date: 2009-02-23
Filing date: 2009-02-23
Publication date: 2010-09-09

Abstract

【課題】操作具操作に基づいて二つのパイロットラインのうち何れか一方に択一的にパイロット圧を出力するパイロット圧出力手段を備えた建設機械において、出力されたパイロット圧の圧力を検出するにあたり、圧力センサの数を減らして、コストダウンを図る。
【解決手段】パイロット圧の圧力を検出する圧力検出手段を、下降側パイロットライン１８へのパイロット圧出力の有無を検出する圧力スイッチ２０と、下降側、上昇側パイロットライン１８、１９のうち高圧側の圧力を選択するシャトル弁２１と、該シャトル弁２１により選択された高圧側の圧力を検出する圧力センサ２２とを用いて構成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、油圧ショベル等の建設機械の油圧回路における圧力検出システムの技術分野に関するものである。

一般に、油圧ショベル等の建設機械においては、ブームを上下動せしめるブームシリンダや、スティックを揺動せしめるスティックシリンダ、バケットを揺動せしめるバケットシリンダ、或いは上部旋回体を旋回せしめる旋回モータ等の各種油圧アクチュエータが設けられると共に、これら油圧アクチュエータに対する油給排制御を行なうコントロールバルブは、各油圧アクチュエータ用操作具の操作に基づいてパイロットバルブから出力されるパイロット圧により切換えられるように構成されている。例えば、ブームシリンダに対する油給排制御を行なうブーム用コントロールバルブは、ブーム用操作レバーが操作されることに基づいてパイロットバルブから出力されるパイロット圧により切換わるが、この場合、パイロットバルブとブーム用コントロールバルブとの間は、上昇用、下降用の各パイロットラインを介して接続されると共に、ブーム用操作レバーが上昇側或いは下降側に操作されることに基づいてパイロットバルブから上昇側或いは下降側のパイロットラインに択一的にパイロット圧油が出力され、これによりブーム用コントロールバルブは、ブーム上昇用の油給排制御を行なう上昇側位置、或いはブーム下降用の油給排制御を行なう下降側位置に切換わるように構成されている。この様な建設機械の油圧回路において、従来、パイロットバルブからパイロットラインに出力されるパイロット圧の圧力を検出し、該パイロット圧の検出値に基づいて、操作性や作業効率を向上するべく、油圧シリンダからの排出流量を制御する排出用バルブや、油圧シリンダの一方の油室から他方の油室への再生油量を制御する再生用バルブ等の種々のバルブの制御を行なう技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２２７５０１号公報

ところで、前記従来のものでは、パイロットバルブからパイロットラインに出力されるパイロット圧の圧力を検出するにあたり、操作具操作に基づいて択一的にパイロット圧が出力される両方のパイロットラインにそれぞれ圧力センサが設けられている。しかるに、圧力センサは高価なものであって、特に、油圧ショベルのように複数のパイロットバルブが設けられているものにおいては、コスト低減のためになるべく圧力センサの使用数を減らすことが要求されており、ここに本発明の解決すべき課題がある。

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、操作具操作に基づいて第一、第二パイロットラインのうち何れか一方のパイロットラインに択一的にパイロット圧を出力するパイロット圧出力手段を備えてなる建設機械の油圧回路において、前記パイロット圧出力手段から出力されたパイロット圧の圧力を検出する圧力検出手段を、第一パイロットラインへのパイロット圧出力の有無を検出する圧力スイッチと、第一、第二パイロットラインのうち高圧側の圧力を選択するシャトル弁と、該シャトル弁により選択された高圧側の圧力を検出する圧力センサとを用いて構成する一方、該圧力センサにより検出された圧力を、前記圧力スイッチにより第一パイロットラインへのパイロット圧出力が検出された場合には第一パイロットラインへの出力パイロット圧と判断し、圧力スイッチにより第一パイロットラインへのパイロット圧出力が検出されない場合には第二パイロットラインへの出力パイロット圧と判断する制御部を設けたことを特徴とする建設機械の油圧回路における圧力検出システムである。
請求項２の発明は、建設機械は、下部走行体に旋回自在に支持される上部旋回体に、ブーム、スティック、バケットを備えたフロント作業機を装着してなる油圧ショベルであり、パイロット圧出力手段は、ブーム用操作レバーの操作に基づいてパイロット圧を出力するブーム用パイロットバルブ、或いは、スティック用操作レバーの操作に基づいてパイロット圧を出力するスティック用パイロットバルブ、或いは、バケット用操作レバーの操作に基づいてパイロット圧を出力するバケット用パイロットバルブ、或いは、旋回用操作レバーの操作に基づいてパイロット圧を出力する旋回用パイロットバルブであることを特徴とする請求項１に記載の建設機械の油圧回路における圧力検出システムである。

請求項１の発明とすることにより、第一、第二パイロットラインに出力されたパイロット圧の圧力を検出するための圧力センサとしては、両方のパイロットラインで一つの圧力センサがあれば良いことになり、而して、高価な圧力センサの使用数の削減を確実に達成できることになって、コスト低減に寄与できる。
請求項２の発明とすることにより、油圧ショベルに設けられたブーム用、スティック用、バケット用、或いは旋回用パイロットバルブから出力されるパイロット圧を検出する場合に、圧力センサの使用数を削減することができる。

油圧ショベルの側面図である。ブームシリンダの油圧回路図である。制御部の制御を示すブロック図である。（Ａ）はブーム用操作レバーのレバー操作量とブーム用パイロットバルブの出力パイロット圧との関係を示すグラフ図、（Ｂ）は特殊作業モードスイッチがＯＮの場合の圧力センサの検出値と下降側、上昇側電磁比例減圧弁の出力圧との関係を示すグラフ図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１において、１は油圧ショベルであって、該油圧ショベル１は、クローラ式の下部走行体２、該下部走行体２に旋回自在に支持される上部旋回体３、該上部旋回体３に装着されるフロント作業機４から構成され、さらに該フロント作業機４は、上部旋回体３に基端部が上下揺動自在に支持されるブーム５、該ブーム５の先端部に前後揺動自在に支持されるスティック６、該スティック６の先端部に揺動自在に取付けられるバケット７等を備えて構成されている。さらに、油圧ショベル１には、前記ブーム５、スティック６、バケット７をそれぞれ揺動せしめるためのブームシリンダ８、スティックシリンダ９、バケットシリンダ１０や、上部旋回体３を旋回せしめる旋回モータ１１等の各種油圧アクチュエータが設けられている。

前記ブームシリンダ８の油圧回路について、図２に基づいて説明すると、１２はブームシリンダ８の油圧供給源である油圧ポンプ、１３はパイロット油圧源であるパイロットポンプ、１４は油タンク、１５はブームシリンダ８に対する油給排制御を行なうブーム用コントロールバルブである。

前記ブーム用コントロールバルブ１５は、下降側、上昇側の各パイロットポート１５ａ、１５ｂを有した三位置切換弁であって、両パイロットポート１５ａ、１５ｂにパイロット圧が入力されていない状態では、ブームシリンダ８に対する油給排を行なわない中立位置Ｎに位置しているが、下降側パイロットポート１５ａにパイロット圧が入力されることにより、油圧ポンプ１２の圧油をブームシリンダ８のロッド側油室８ａに供給する一方、ヘッド側油室８ｂからの排出油を油タンク１４に流す下降側位置Ｘに切換わり、また、上昇側パイロットポート１５ｂにパイロット圧が入力されることにより、油圧ポンプ１２の圧油をヘッド側油室８ｂに供給する一方、ロッド側油室８ａからの排出油を油タンク１４に流す上昇側位置Ｙに切換わるように構成されている。尚、該ブーム用コントロールバルブ１５のスプールの移動量は、下降側、上昇側パイロットポート１５ａ、１５ｂに入力されるパイロット圧の増減に対応して増減すると共に、該スプールの移動量の増減に応じて、ブームシリンダ８のロッド側、ヘッド側油室８ａ、８ｂに対する油排出流量が増減制御されるようになっている。

さらに、１６はブーム用操作レバー（本発明の請求項１の操作具に相当する）１７の操作に基づいてパイロット圧を出力するブーム用パイロットバルブ（本発明の請求項１のパイロット圧出力手段に相当する）であって、該ブーム用パイロットバルブ１６と前記ブーム用コントロールバルブ１５の下降側、上昇側パイロットポート１５ａ、１５ｂとは、下降側、上昇側パイロットライン（本発明の第一、第二パイロットラインに相当する）１８、１９を介してそれぞれ接続されている。そして、このブーム用パイロットバルブ１６は、ブーム用操作レバー１７が下降側或いは上昇側に操作されることに基づいて、前記下降側或いは上昇側パイロットライン１８或いは１９の何れか一方に択一的にパイロット圧を出力するように構成されている。つまり、ブーム用操作レバー１７が下降側に操作された場合には、ブーム用パイロットバルブ１６から下降側パイロットライン１８にパイロット圧が出力され、これによりブーム用コントロールバルブ１５の下降側パイロットポート１５ａにパイロット圧が供給される一方、ブーム用操作レバー１７が上昇側に操作された場合には、ブーム用パイロットバルブ１６から上昇側パイロットライン１９にパイロット圧が出力され、これによりブーム用コントロールバルブ１５の上昇側パイロットポート１５ｂにパイロット圧が供給されるようになっている。尚、前記ブーム用パイロットバルブ１６から出力されるパイロット圧の圧力は、図４（Ａ）に示す如く、ブーム用操作レバー１７のレバー操作量に対応して増減するように制御される。

一方、２０は前記下降側パイロットライン１８に接続される圧力スイッチであって、該圧力スイッチ２０は、前記ブーム用パイロットバルブ１６から下降側パイロットライン１８にパイロット圧が出力されていない状態ではＯＦＦで、パイロット圧が出力されることによりＯＮに切換るように構成されている。而して、該圧力スイッチ２０のＯＮ／ＯＦＦによって、パイロットバルブ１６から下降側パイロットライン１８へのパイロット圧出力の有無が検出される構成になっている。

また、２１はシャトル弁であって、該シャトル弁２１は、前記下降側パイロットライン１８の圧力と上昇側パイロットライン１９の圧力とのうち高圧側の圧力を選択する。そして、該シャトル弁２１により選択された高圧側の圧力は、圧力センサ２２により検出されるようになっている。尚、本発明の圧力検出手段は、前記圧力スイッチ２０とシャトル弁２１と圧力センサ２２とによって構成されている。

一方、２３、２４は前記下降側、上昇側パイロットライン１８、１９にそれぞれ配される下降側、上昇側電磁比例減圧弁であって、これら下降側、上昇側電磁比例減圧弁２３、２４は、後述する制御部２５から出力される制御信号に基づいて、前記パイロットバルブ１６から出力されるパイロット圧を減圧してブーム用コントロールバルブ１５の下降側、上昇側パイロットポート１５ａ、１５ｂに供給するように構成されている。尚、前記圧力スイッチ２０及び圧力センサ２２は、これら下降側、上昇側電磁比例減圧弁２３、２４の上流側（ブーム用パイロットバルブ１６側）に配されている。

前記制御部２５は、マイクロコンピュータ等を用いて構成されるものであって、入力側に、前記圧力スイッチ２０、圧力センサ２２、及び特殊作業モードスイッチ２６が接続される一方、出力側には、前記下降側、上昇側電磁比例減圧弁２３、２４が接続されている。ここで、前記特殊作業モードスイッチ２６は、油圧ショベル１の行なう作業内容に応じてオペレータが操作するスイッチであって、本実施の形態では、例えば油圧ショベル１を用いてクレーン作業を行なう場合等、作業速度を遅くすることが要求される特殊な作業の場合にオペレータがＯＮ操作するように設定されている。

次いで、前記制御部２５の行なう制御について説明すると、制御部２３は、まず、前記圧力スイッチ２０および圧力センサ２２からの入力信号に基づいて、ブーム用パイロットバルブ１６から上昇側、下降側パイロットライン１８、１９に出力されたパイロット圧の圧力を求める。

前記上昇側、下降側パイロットライン１８、１９への出力パイロット圧を求める制御について、図３のブロック図に基づいて説明すると、制御部２５は、まず、圧力スイッチ２０から入力されるＯＮ／ＯＦＦ信号、及び圧力センサ２２の検出値を、第一、第二切換スイッチ２７、２８に入力する。

前記第一切換スイッチ２７は、圧力スイッチ２０からＯＮ信号が入力された場合には、圧力センサ２２から入力される検出値を、ブーム用パイロットバルブ１６から下降側パイロットライン１８への出力パイロット圧として出力する。一方、圧力スイッチ２０からＯＦＦ信号が入力された場合には、下降側パイロットライン１８への出力パイロット圧を「０」として出力する。

また、第二切換スイッチ２８は、圧力スイッチ２０からＯＮ信号が入力された場合には、ブーム用パイロットバルブ１６から上昇側パイロットライン１９への出力パイロット圧を「０」として出力する。一方、圧力スイッチ２０からＯＦＦ信号が入力された場合には、圧力センサ２２から入力される検出値を、ブーム用パイロットバルブ１６から上昇側パイロットライン１９への出力パイロット圧として出力する。

つまり、制御部２５は、第一圧力スイッチ２０からＯＮ信号が入力された場合には、ブーム用パイロットバルブ１６から下降側パイロットライン１８にパイロット圧が出力されていると判断すると共に、圧力センサ２２により検出された圧力を、下降側パイロットライン１８への出力パイロット圧と判断する。一方、圧力スイッチ２０からＯＦＦ信号が入力された場合には、ブーム用パイロットバルブ１６から上昇側パイロットライン１９にパイロット圧が出力されていると判断すると共に、圧力センサ２２により検出された圧力を、上昇側パイロットライン１９への出力パイロット圧と判断する。尚、ブーム用パイロットバルブ１６から下降側、上昇側の何れのパイロットライン１８、１９にもパイロット圧が出力されていない場合には、圧力スイッチ２０からＯＦＦ信号が入力されると共に、圧力センサ２２の検出値は「０（タンク圧）」となる。而して、圧力スイッチ２０と圧力センサ２２とによって、下降側、上昇側の何れのパイロットライン１８にパイロット圧が出力されかの判断、及び該出力されたパイロット圧を検出できるようになっている。

さらに、制御部２５は、前記圧力スイッチ２０及び圧力センサ２２からの入力信号に基づいて求められた上昇側、下降側パイロットライン１８、１９への出力パイロット圧と、特殊作業モードスイッチ２６からの入力信号とに基づいて、前記下降側、上昇側電磁比例減圧弁２３、２４に対する制御を行なう。

つまり、特殊作業モードスイッチ２６がＯＦＦの場合には、制御部２５は、下降側、上昇側電磁比例減圧弁２３、２４に対して、減圧の制御信号を出力しない。これにより、パイロットバルブ１６から下降側、上昇側パイロットライン１８、１９に出力されたパイロット圧は、下降側、上昇側電磁比例減圧弁２３、２４によって減圧されることなくそのままブーム用コントロールバルブ１５の下降側、上昇側パイロットポート１５ａ、１５ｂに供給される。而して、ブーム用コントロールバルブ１５の下降側、上昇側パイロットポート１５ａ、１５ｂには、ブーム用操作レバーの操作量に応じた圧力のパイロット圧が供給されることになって、ブームシリンダ８はブーム用操作レバー１６の操作量に応じた速度で伸縮作動することになる。

一方、特殊作業モードスイッチ２６がＯＮの場合には、制御部２５は、下降側、上昇側電磁比例減圧弁２３、２４に対して、入力された圧力を減圧して出力するように制御信号を出力する。この場合、下降側、上昇側電磁比例減圧弁２３、２４の出力圧は、図４（Ｂ）に示すように、圧力センサ２２の検出値に応じて決まるように設定されている。これにより、パイロットバルブ１６から下降側、上昇側パイロットライン１８、１９に出力されたパイロット圧は、下降側、上昇側電磁比例減圧弁２３、２４によって減圧されてからブーム用コントロールバルブ１５の下降側、上昇側パイロットポート１５ａ、１５ｂに供給されるようになっている。而して、ブーム用コントロールバルブ１５の下降側、上昇側パイロットポート１５ａ、１５ｂには、ブーム用操作レバーの操作量に応じたパイロット圧よりも低圧のパイロット圧が供給されることになり、これにより、前述した特殊作業モードスイッチ２６がＯＦＦの場合と比して、同じレバー操作量であってもブームシリンダ８の作動速度が遅くなる、つまり、ブーム５の上下動をゆっくりと行うことができるようになっている。

叙述の如く構成された本形態において、ブーム用パイロットバルブ１６は、ブーム用操作レバー１７の操作に基づいて、下降側、上昇側のパイロットライン１８、１９のうち何れか一方のパイロットライン１８或いは１９に択一的にパイロット圧を出力することになるが、該ブーム用パイロットバルブ１６から出力されたパイロット圧の圧力を検出する圧力検出手段として、下降側パイロットライン１８へのパイロット圧出力の有無を検出する圧力スイッチ２０と、下降側、上昇側パイロットライン１８、１９のうち高圧側の圧力を選択するシャトル弁２１と、該シャトル弁２１により選択された高圧側の圧力を検出する圧力センサ２２とが設けられていると共に、制御部２５は、前記圧力センサ２２により検出された圧力を、圧力スイッチ２０により下降側パイロットライン１８へのパイロット圧出力が検出された場合には下降側パイロットライン１８への出力パイロット圧と判断し、圧力スイッチ２０により下降側第一パイロットライン１８へのパイロット圧出力が検出されない場合には上昇側パイロットライン１９への出力パイロット圧と判断することになる。

この結果、下降側、上昇側パイロットライン１８、１９に出力されたパイロット圧の圧力を検出するための圧力センサ２２としては、両方のパイロットライン１８、１９で一つの圧力センサ２２があれば良いことになり、而して、高価な圧力センサ２２の使用数の削減を確実に達成できることになって、コスト低減に寄与できる。尚、圧力スイッチ２０およびシャトル弁２１は、圧力センサ２２に比して格段に安価であるため、圧力検出手段全体としてのコスト低減を達成できることになる。

尚、本発明は上記実施の形態に限定されないことは勿論であって、上記実施の形態では、圧力スイッチ２０が下降側パイロットライン１８に接続されているが、上昇側パイロットライン１９に接続される構成であっても、勿論良い。この場合には、圧力スイッチ２０がＯＮの場合には上昇側パイロットライン１９にパイロット圧が出力されたと判断される一方、圧力スイッチ２０がＯＦＦの場合には下降側パイロットライン１８にパイロット圧が出力されたと判断される。
また、上記実施の形態では、ブーム用パイロットバルブから出力されたパイロット圧を検出する場合について説明したが、油圧ショベルは、操作具操作に基づいて第一、第二パイロットラインのうち何れか一方のパイロットラインに択一的にパイロット圧を出力するパイロット圧出力手段として、前記ブーム用パイロットバルブの他に、スティック用操作レバーの操作に基づいてパイロット圧を出力するスティック用パイロットバルブや、バケット用操作レバーの操作に基づいてパイロット圧を出力するバケット用パイロットバルブ、或いは旋回用操作レバーの操作に基づいてパイロット圧を出力する旋回用パイロットバルブ等を備えており、これらスティック用パイロットバルブ、バケット用パイロットバルブ、旋回用パイロットバルブから出力されるパイロット圧を検出する場合にも、本発明を実施できることは勿論である。そして、油圧ショベルのように複数のパイロット圧出力手段が設けられている建設機械においては、特に、圧力センサの使用数の削減に大きく貢献できることになって、有用である。
さらに、上記実施の形態では、制御部は、パイロット圧の検出値に基づいて、下降側、上昇側パイロットラインに配される下降側、上昇側電磁比例減圧弁の制御を行なう構成になっているが、本発明は、これに限定されることなく、例えば、油圧シリンダからの排出流量を制御する排出用バルブや、油圧シリンダの一方の油室から他方の油室への再生を行なう再生用バルブの制御、或いは、油圧アクチュエータの油圧供給源になるポンプの吐出流量制御、或いは、油圧アクチュエータの油圧供給源として二つのポンプが設けられている場合の各々のポンプから油圧アクチュエータへの油供給制御等、各種バルブやポンプの制御をパイロット圧の検出値に基づいて行なう場合に利用することができる。
さらにまた、本発明は、油圧ショベルに限定されることなく、クレーンやホイールロ−ダ等、操作具操作に基づいて第一、第二パイロットラインのうち何れか一方のパイロットラインに択一的にパイロット圧を出力するパイロット圧出力手段が設けられた各種建設機械において、パイロット圧の圧力を検出する場合に実施できる。

本発明は、油圧ショベル等の建設機械において、操作具操作に基づいて出力されるパイロット圧の圧力を検出し、該検出値に基づいてバルブやポンプの制御を行なう場合に利用することができる。

１６ブーム用パイロットバルブ
１７ブーム用操作レバー
１８下降側パイロットライン
１９上昇側パイロットライン
２０圧力スイッチ
２１シャトル弁
２２圧力センサ
２５制御部

Claims

操作具操作に基づいて第一、第二パイロットラインのうち何れか一方のパイロットラインに択一的にパイロット圧を出力するパイロット圧出力手段を備えてなる建設機械の油圧回路において、前記パイロット圧出力手段から出力されたパイロット圧の圧力を検出する圧力検出手段を、第一パイロットラインへのパイロット圧出力の有無を検出する圧力スイッチと、第一、第二パイロットラインのうち高圧側の圧力を選択するシャトル弁と、該シャトル弁により選択された高圧側の圧力を検出する圧力センサとを用いて構成する一方、該圧力センサにより検出された圧力を、前記圧力スイッチにより第一パイロットラインへのパイロット圧出力が検出された場合には第一パイロットラインへの出力パイロット圧と判断し、圧力スイッチにより第一パイロットラインへのパイロット圧出力が検出されない場合には第二パイロットラインへの出力パイロット圧と判断する制御部を設けたことを特徴とする建設機械の油圧回路における圧力検出システム。
建設機械は、下部走行体に旋回自在に支持される上部旋回体に、ブーム、スティック、バケットを備えたフロント作業機を装着してなる油圧ショベルであり、パイロット圧出力手段は、ブーム用操作レバーの操作に基づいてパイロット圧を出力するブーム用パイロットバルブ、或いは、スティック用操作レバーの操作に基づいてパイロット圧を出力するスティック用パイロットバルブ、或いは、バケット用操作レバーの操作に基づいてパイロット圧を出力するバケット用パイロットバルブ、或いは、旋回用操作レバーの操作に基づいてパイロット圧を出力する旋回用パイロットバルブであることを特徴とする請求項１に記載の建設機械の油圧回路における圧力検出システム。