JP2011149509A - 建設機械の油圧回路及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】油圧が急激に変動することを抑制すること。
【解決手段】コントロールバルブ１０３の作動位置が連通位置Ｘ２から中立位置Ｘ１に戻された場合、コントローラ２０４が、供給路１０７内の油圧の低下に応じてアンロードバルブ１２３から排出される圧油の流量を増加させるようにアンロードバルブ１２３の流量を制御する。これにより、アンロードバルブ１２３において油圧が急激に低下することを抑制できるので、キャビテーションによってアンロードバルブ１２３が摩耗、若しくは破損することを抑制できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、建設機械の油圧回路及びその制御方法に関する。

建設機械の油圧回路は、可変容量型の油圧ポンプ（以下、油圧ポンプと略記）の容量を制御する方式の違いによって、オープンセンタ方式の油圧回路とクローズドセンタ方式の油圧回路とに大別される。オープンセンタ方式の油圧回路とは、油圧シリンダへの圧油の供給方向を切り替える方向制御弁の作動位置が中立位置にある時に、油圧ポンプから吐出される圧油をタンクに排出する中立回路を備え、この中立回路を流れる圧油の流量に基づいて油圧ポンプの容量を制御するものである。一方、クローズドセンタ方式の油圧回路とは、上述の中立回路を備えずに油圧シリンダの負荷圧に基づいて油圧ポンプの容量を制御するものである。

クローズドセンタ方式の油圧回路は、方向制御弁の作動位置が中立位置にある時に油圧ポンプから吐出される圧油をタンクに排出する中立回路を備えていない。しかし、建設機械の油圧回路に使用される油圧ポンプは、圧油を全く吐出しない零容量に制御できるものが無いわけではないが、容量を増やす動作を早くする等の目的のために、最低流量の圧油を常に吐出しているものとなっているのが通例である。このため、クローズドセンタ方式の油圧回路には、方向制御弁の作動位置が中立位置にある時に油圧ポンプから吐出される圧油をタンクに排出するためのアンロードバルブが設けられている（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−２０９４０９号公報

ところで、従来のクローズドセンタ方式の油圧回路では、作業機レバーが操作されているのにも係わらず油圧シリンダのストローク量が変動しない場合、油圧ポンプから吐出された圧油が供給路内を流れなくなるために、供給路内の油圧は高圧状態になる。そして、このような状態において作業機レバーの操作位置が中立位置に戻された場合、つまり方向制御弁の作動位置が中立位置に戻された場合、従来のクローズドセンタ方式の油圧回路では、アンロードバルブが閉状態から開状態に切り替わることによって、高圧状態の圧油がアンロードバルブを介してタンクに排出される。

しかしながら、従来のクローズドセンタ方式の油圧回路では、アンロードバルブは、方向制御弁の作動位置が中立位置に戻されたタイミングで瞬時に閉状態から開状態に切り替わるために、油圧が高圧状態から急激に低下することによって、キャビテーションが発生する恐れがあった。キャビテーションの発生は、それが発生した管路（油圧ポンプから方向制御弁までの管路等）やアンロードバルブの摩耗、若しくは破損を招く可能性がある。このため、供給路内の油圧が高圧状態にある時に方向制御弁の作動位置が中立位置に戻された場合に生じる急激な油圧変動を抑制することによって、それが発生した管路やアンロードバルブの摩耗や破損を抑制可能なクローズドセンタ方式の油圧回路の提供が望まれている。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、供給路内の油圧が高圧状態にある時に方向制御弁の作動位置が中立位置に戻された場合の急激な油圧変動を抑制可能な建設機械の油圧回路及びその制御方法を提供することにある。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る建設機械の油圧回路は、油圧ポンプと、供給路を介して油圧ポンプから供給された圧油によって駆動するアクチュエータと、供給路に設けられ、油圧ポンプからアクチュエータへの圧油の供給を停止する中立位置と、油圧ポンプからアクチュエータへ圧油を供給する連通位置と、の間で作動位置が切り替えられるクローズドセンタ型の方向制御弁と、アクチュエータと方向制御弁との間の供給路に設けられ、前記供給路内の圧油を排出可能なアンロードバルブと、方向制御弁の作動位置が連通位置から中立位置に切り替えられた場合、アンロードバルブから排出される圧油の流量が増加するように、アンロードバルブから排出される圧油の流量を制御する制御手段と、を備える。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る建設機械の油圧回路の制御方法は、油圧ポンプと、供給路を介して油圧ポンプから供給された圧油によって駆動するアクチュエータと、供給路に設けられ、油圧ポンプからアクチュエータへの圧油の供給を停止する中立位置と、油圧ポンプからアクチュエータへ圧油を供給する連通位置と、の間で作動位置が切り替えられるクローズドセンタ型の方向制御弁と、前記供給路内の圧油を排出可能なアンロードバルブと、を備える建設機械の油圧回路の制御方法であって、方向制御弁の作動位置が連通位置から中立位置に切り替えられた場合、アンロードバルブから排出される圧油の流量が増加するように、アンロードバルブから排出される圧油の流量を制御するステップを含む。

本発明に係る建設機械の油圧回路及びその制御方法によれば、方向制御弁の作動位置が連通位置から中立位置に切り替えられた場合、アンロードバルブから排出される圧油の流量を増加させるので、油圧が急激に変動することを抑制できる。

図１は、本発明の一実施形態であるホイールローダの全体構成を示す側面概略構成図である。 図２は、図１に示すホイールローダの油圧回路の構成を示す回路図である。 図３は、リフトシリンダがストロークエンド位置にある時の油圧回路の状態を示す回路図である。 図４は、本発明の一実施形態である油圧変動抑制処理の流れを示すフローチャートである。 図５は、図４に示す油圧変動抑制処理に伴う電磁弁の開閉状態、ボトム圧、パイロット圧、及び供給路内の油圧の変化を示すタイミングチャートである。 図６は、スローリターンバルブによってパイロット圧を制御した場合のパイロット圧の時間変化を示すである。 図７は、図２に示す油圧回路の一変形例の構成を示す回路図である。 図８は、図７に示す油圧回路において油圧変動抑制処理を実行する際のアンロードバルブの開閉状態、ボトム圧、及び供給路内の油圧の変化を示すタイミングチャートである。 図９は、図２に示す油圧回路の一変形例の構成を示す回路図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態であるホイールローダの構成について説明する。

〔ホイールローダの全体構成〕
始めに、図１を参照して、本発明の一実施形態であるホイールローダの全体構成について説明する。

図１は、本発明の一実施形態であるホイールローダの全体構成を示す側面概略構成図である。図１に示すように、本発明の一実施形態であるホイールローダ１は、作業機２，フレーム部３，及び車体４を備える。

作業機２は、リフトアーム５を備える。リフトアーム５は、基端部を揺動自在にしてフレーム部３に取り付けられている。フレーム部３とリフトアーム５とは、一対のリフトシリンダ６によって連結されている。リフトアーム５は、オペレータによる作業機レバーの操作に応じてリフトシリンダ６が伸縮することによって、揺動する。また、リフトアーム５には、先端部にバケット７が、略中央部にベルクランク８が揺動自在に取り付けられている。

ベルクランク８の一端部とフレーム部３とは、チルトシリンダ９によって連結されている。ベルクランク８の他端部とバケット７とは、チルトロッド１０によって連結されている。バケット７は、オペレータによる作業機レバーの操作に応じてチルトシリンダ９が伸縮することによって、揺動する。

車体４には、ホイールローダ１を走行させるための走行装置と、走行装置に駆動出力を供給するエンジン１１とが搭載されている。走行装置は、ＰＴＯ機構１３，図示しないトルクコンバータ，前後進切替及び複数段の変速段切替が可能な変速機１４，分配機１５，及び前輪１６と後輪１７とを駆動する減速機１８を備える。エンジン１１の駆動出力は、ＰＴＯ機構１３，図示しないトルクコンバータ，及び変速機１４を順に介して分配機１５に伝達され、分配機１５によって前輪１６及び後輪１７側の減速機１８に分配される。減速機１８は、分配機１５によって分配されたエンジン１１の駆動出力を駆動輪（前輪１６及び後輪１７）に伝達する。

車体４には、また、図示しないコントロールバルブを介してリフトシリンダ６とチルトシリンダ９とに作動油を供給する可変容量型の油圧ポンプ２０が搭載されている。油圧ポンプ２０は、ＰＴＯ機構１３を介してエンジン１１に連結され、エンジン１１の駆動出力の一部を使って駆動される。車体４の上部には、運転室２１が設けられている。運転室２１内には、運転者によって操作される変速機シフトレバー，アクセルペダル，ブレーキペダル，及び作業機２を操作するための作業機レバー等を含む運転操作装置２２が設けられている。運転者は、運転操作装置２２を操作することにより、ホイールローダ１の前後進切替，走行速度の調節，及び作業機２の操作を行うことができる。

〔油圧回路の構成〕
次に、図２を参照して、ホイールローダ１の油圧回路の構成について説明する。

図２は、ホイールローダ１の油圧回路の構成を示す回路図である。図２に示すように、油圧回路１００は、油圧ポンプ２０と、作動油タンク１０１と、コントロールバルブ１０３と、を備える。

油圧ポンプ２０の容量制御ピストン２０ｂには、シャトル弁１０４を介して斜板制御バルブ１０５が接続されている。斜板制御バルブ１０５は、電気制御バルブ１０６による制御に従って、容量制御ピストン２０ｂに供給する圧油の流量を制御する。容量制御ピストン２０ｂは、斜板制御バルブ１０５から供給された圧油に従って油圧ポンプ２０の斜板２０ａの傾斜角を最大傾斜角と最小傾斜角との間で制御することによって、油圧ポンプ２０の容量を制御する。

油圧ポンプ２０の吐出口とコントロールバルブ１０３とは、チェック弁１０７を介して供給路１０８によって接続されている。チェック弁１０７は、コントロールバルブ１０３側から油圧ポンプ２０側への圧油の流れを規制する。コントロールバルブ１０３は、４ポート３位置のクローズドセンタ方式の方向制御弁により構成されている。コントロールバルブ１０３の第１ポートは、供給路１０８に接続され、第２ポートは、作動油タンク１０１に連通している。コントロールバルブ１０３の第３ポートは、供給路１０９を介してリフトシリンダ６のボトム室６ａに接続され、第４ポートは、供給路１１０を介してリフトシリンダ６のヘッド室６ｂに接続されている。

コントロールバルブ１０３は、作動位置が中立位置Ｘ１にある時には、油圧ポンプ２０からリフトシリンダ６への圧油の供給を停止する。コントロールバルブ１０３は、作動位置が連通位置Ｘ２にある時には、供給路１０９を介して油圧ポンプ２０から吐出された圧油をリフトシリンダ６のボトム室６ａに供給する。コントロールバルブ１０３は、作動位置が連通位置Ｘ３にある時には、供給路１１０を介して油圧ポンプ２０から吐出された圧油をリフトシリンダ６のヘッド室６ｂに供給する。なお、実際の油圧回路においては、リフトシリンダ６とチルトシリンダ９とにそれぞれ別個のコントロールバルブが接続され、これらのコントロールバルブが並列に油圧ポンプ２０に接続されているが、図２では、説明を簡単にするためにリフトシリンダ６についてのみ図示している。

供給路１０９及び供給路１１０にはそれぞれ、パイロットチェック弁１１１及びパイロットチェック弁１１２が設けられている。パイロットチェック弁１１１は、コントロールバルブ１０３側からリフトシリンダ６のボトム室６ａ側への圧油の流れを常時許容する。また、パイロットチェック弁１１１は、パイロット油路１１３によって導入された供給路１１０内の油圧が所定圧以上である場合、リフトシリンダ６のボトム室６ａ側からの圧油の通過を許容する。パイロットチェック弁１１２は、コントロールバルブ１０３側からリフトシリンダ６のヘッド室６ｂ側への圧油の流れを常時許容する。また、パイロットチェック弁１１２は、パイロット油路１１４によって導入された供給路１０９内の油圧が所定圧以上である場合、リフトシリンダ６のヘッド室６ｂ側からの圧油の通過を許容する。

供給路１０９には、コントロールバルブ１０３とパイロットチェック弁１１１との間にて排出路１１５が接続され、供給路１１０には、コントロールバルブ１０３とパイロットチェック弁１１２との間にて排出路１１６が接続されている。排出路１１５は、チェック弁１１７と検圧用絞り１１８とを介して作動油タンク１０１に連通している。チェック弁１１７は、作動油タンク１０１側から供給路１０９側への圧油の流れを規制する。検圧用絞り１１８は、リフトシリンダ６の負荷圧に応じた流量（例えば作業機レバーのフル操作時に１〜２［Ｌ／ｍｉｎ］）の圧油を作動油タンク１０１に排出する。排出路１１６は、チェック弁１１９と検出用絞り１２０とを介して作動油タンク１０１に連通している。チェック弁１１９は、作動油タンク１０１側から供給路１１０側への圧油の流れを規制する。検圧用絞り１２０は、リフトシリンダ６の負荷圧に応じた流量（例えば作業機レバーのフル操作時に１〜２［Ｌ／ｍｉｎ］）の圧油を作動油タンク１０１に排出する。

チェック弁１１７と検圧用絞り１１８との間の排出路１１５には、パイロット油路１２１が接続されている。パイロット油路１２１は、検圧用絞り１１８の前後差圧をリフトシリンダ６のボトム室６ａ側の負荷圧（以下、ボトム圧と略記）Ｐ１として取り出す。チェック弁１１９と検圧用絞り１２０との間の排出路１１６には、パイロット油路１２２が接続されている。パイロット油路１２２は、検圧用絞り１２０の前後差圧をリフトシリンダ６のヘッド室６ｂ側の負荷圧（以下、ヘッド圧と略記）Ｐ２として取り出す。

パイロット油路１２１及びパイロット油路１２２はそれぞれ、シャトル弁１２３の一端側及び他端側に接続されている。シャトル弁１２３は、パイロット油路１２１によって取り出されたボトム圧Ｐ１とパイロット油路１２２によって取り出されたヘッド圧Ｐ２とのうちで圧力が高い方をパイロット圧としてパイロット油路１２８に導入する。

ところで、供給路１０８には、排出路１２４が接続されている。排出路１２４には、ＬＳバルブ１２５とアンロードバルブ１２６が接続されている。ＬＳバルブ１２５は、シャトル弁１０４を介して油圧ポンプ２０の容量制御ピストン２０ｂに接続されている。ＬＳバルブ１２５は、パイロット油路１２８によって導入されたパイロット圧とパイロット油路１２７によって導入された供給路１０８内の油圧（ポンプ吐出圧）Ｐｐとの差圧が所定圧に保持されるように、容量制御ピストン２０ｂを介して油圧ポンプ２０の容量を制御する。アンロードバルブ１２６は、パイロット油路１２８によって導入されたパイロット圧とパイロット油路１２９によって導入された供給路１０８内の油圧Ｐｐとの差圧が所定圧ΔＰ（例えば２０［ｋｇ／ｃｍ^２］）以上である場合、油圧ポンプ２０から吐出された圧油を作動油タンク１０１に排出する。

供給路１０８には、バイパス管路１３０が接続されている。バイパス管路１３０は、リリーフバルブ１３１を介して作動油タンク１０１に連通している。リリーフバルブ１３１は、供給路１０８内の油圧が所定のリリーフ圧力（例えば３２０［ｋｇ／ｃｍ^２］）以上である場合に開状態となり、油圧ポンプ２０から吐出された圧油を作動油タンク１０１に排出する。リリーフバルブ１３１を設けることによって、供給路１０８における異常圧力上昇を防止し、供給路１０８内の油圧を所定のリリーフ圧力以下に保持することができる。

パイロット油路１２８には、電磁弁１３２が設けられている。電磁弁１３２は、コントローラ２０４によってその開度が電気的に制御されることにより、パイロット油路１２８によってアンロードバルブ１２６に導入されるパイロット圧Ｐｍの大きさを調整する。本実施形態では、電磁弁１３２の開度は、通常時はコントローラ２０４によって全開状態に制御され、シャトル弁１２３によって選択された圧力がパイロット圧Ｐｍとしてアンロードバルブ１２６に導入される。

油圧回路１００は、制御系として、圧力センサ２０１と、ストロークセンサ２０２と、作業機レバーセンサ２０３と、コントローラ２０４と、を備える。圧力センサ２０１は、供給路１０８内の油圧Ｐｐを検出し、検出された油圧の大きさを示す電気信号をコントローラ２０４に入力する。圧力センサ２０１は、本発明に係る油圧検出手段として機能する。ストローク位置センサ２０２は、ホールＩＣ等の磁力センサにより構成され、リフトシリンダ６のストローク量を示す電気信号をコントローラ２０４に入力する。ストローク位置検出センサ２０２は、本発明に係るストローク量検出手段として機能する。作業機レバーセンサ２０３は、リフトシリンダ６を動作させるための作業機レバー２０５の操作位置を検出し、検出された操作位置を示す電気信号をコントローラ２０４に入力する。作業機レバーセンサ２０３は、本発明に係る作業機レバー操作位置検出手段として機能する。

コントローラ２０４は、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ，入出力回路等を含むマイクロコンピュータによって実現される。マイクロコンピュータ内のＣＰＵは、ＲＯＭ内に格納されている制御プログラムをＲＡＭ内にロードし、ＲＡＭ内にロードされた制御プログラムを実行することによって、圧力センサ２０１，ストロークセンサ２０２，及び作業機レバーセンサ２０３から入力される電気信号に従って、油圧ポンプ２０，コントロールバルブ１０３，電気制御バルブ１０６，及び電磁弁１３２の動作を制御する。コントローラ２０４は、本発明に係る制御手段として機能する。

なお、コントローラ２０４のＲＯＭ内に格納される制御プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ，フレキシブルディスク，ＣＤ−Ｒ，ＤＶＤ等のコンピュータが読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。また、ＲＯＭ内に格納されている制御プログラムは、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることによって提供するように構成してもよい。また、ＲＯＭ内に格納されている制御プログラムをインターネット等の電気通信回線を介して提供又は配布するように構成してもよい。

〔油圧回路の動作〕
次に、図２を参照して、油圧回路１００の動作について説明する。

オペレータが作業機レバー２０５を中立位置から上昇方向に操作した場合、コントローラ２０４は、コントロールバルブ１０３の作動位置を中立位置Ｘ１から連通位置Ｘ２に切り替える。作動位置が連通位置Ｘ２に切り替えられると、コントロールバルブ１０３は、供給路１０９を介して油圧ポンプ２０が吐出した圧油をリフトシリンダ６のボトム室６ａに供給する。また、この時、リフトシリンダ６のヘッド室６ｂ内の圧油は、ボトム室６ａへの圧油の供給に応じて供給路１１０を介して作動油タンク１０１に排出される。これにより、リフトシリンダ６のピストン６ｃは矢印Ａ方向に伸長し、リフトアーム５は上昇する。

また逆に、オペレータが作業機レバー２０５を中立位置から下降方向に操作した場合、コントローラ２０４は、コントロールバルブ１０３の作動位置を中立位置Ｘ１から連通位置Ｘ３に切り替える。作動位置が連通位置Ｘ３に切り替えられると、コントロールバルブ１０３は、供給路１１０を介して油圧ポンプ２０が吐出した圧油をリフトシリンダ６のヘッド室６ｂに供給する。また、この時、リフトシリンダ６のボトム室６ａ内の圧油は、ヘッド室６ｂへの圧油の供給に応じて供給路１０９を介して作動油タンク１０１に排出される。これにより、リフトシリンダ６のピストン６ｃは矢印Ｂ方向に縮退し、リフトアーム５は下降する。

そして、オペレータが作業機レバー２０５を中立位置に戻した場合、コントローラ２０４は、コントロールバルブ１０３の作動位置を連通位置Ｘ２又は連通位置Ｘ３から中立位置Ｘ１に切り替える。コントロールバルブ１０３の作動位置が中立位置Ｘ１に切り替えられると、コントロールバルブ１０３は、リフトシリンダ６への圧油の供給を停止する。これにより、リフトシリンダ６の油圧はパイロットチェック弁１１１，１１２によって固定され、リフトアーム５の位置は現在位置に保持される。また、パイロットチェック弁１１１とコントロールバルブ１０３との間の供給路１０９内にある圧油とパイロットチェック弁１１２とコントロールバルブ１０３との間の供給路１１０内にある圧油とはそれぞれ、排出路１１５及び排出路１１６を介して作動油タンク１０１に排出される。これにより、アンロードバルブ１２６に導入されるパイロット圧Ｐｍはゼロとなる。従来のアンロードバルブを用いた油圧回路では、パイロット圧がゼロとなったときに、閉状態から開状態に切り替わり、供給路１０８内の圧油はアンロードバルブ１２６を介して作動油タンク１０１に排出される。

〔油圧変動抑制処理〕
このような構成を有する油圧回路１００では、図３に示すように、コントロールバルブ１０３の作動位置が連通位置Ｘ２にあり、且つ、リフトシリンダ６のピストン６ｃがストロークエンド位置にある場合、供給路１０８，１０９内の油圧はリリーフ圧に保持される。そして、このような状態においてコントロールバルブ１０３の作動位置が中立位置Ｘ１に戻された場合には、ボトム圧Ｐ１及びパイロット圧Ｐｍが急速にゼロとなることによって、供給路１０８及び排出路１２４内の高圧状態の圧油がアンロードバルブ１２６を介して作動油タンク１０１に一気に排出されるために、急激な油圧変動によってキャビテーションが発生し、発生元の管路やアンロードバルブ１２６が摩耗、若しくは破損する可能性がある。

そこで、この油圧回路１００では、コントロールバルブ１０３の作動位置が連通位置Ｘ２にあり、且つ、供給路１０８，１０９内の油圧がリリーフ圧である場合において、コントロールバルブ１０３の作動位置が中立位置Ｘ１に戻された場合、コントローラ２０４が、以下に示す油圧変動抑制処理を実行することによって、急激な油圧変動を抑え、キャビテーションが発生することを抑制する。以下、図４に示すフローチャートを参照して、コントローラ２０４による油圧変動抑制処理の流れについて説明する。

図４は、コントローラ２０４による油圧変動抑制処理の流れを示すフローチャートである。図４に示す油圧変動抑制処理は、ホイールローダ１のイグニッションスイッチがオフ状態からオン状態に切り替えられたタイミングで開始となり、ステップＳ１の処理に進む。なおこの油圧変動抑制処理は、ホイールローダ１のイグニッションスイッチがオン状態である間、所定の制御周期（例えば１０［ｍｓｅｃ］）毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１の処理では、コントローラ２０４が、作業機レバーセンサ２０３から入力される電気信号に基づいて、作業機レバー２０５が操作されているか否かを判別する。判別の結果、作業機レバー２０５が操作されている場合、コントローラ２０４は、油圧変動抑制処理をステップＳ２の処理に進める。一方、作業機レバー２０５が操作されていない場合には、コントローラ２０４は、油圧変動抑制処理を終了する。

ステップＳ２の処理では、コントローラ２０４が、ストロークセンサ２０２から入力される電気信号に基づいて、リフトシリンダ６のストローク量に変動があるか否かを判別する。判別の結果、リフトシリンダ６のストローク量に変動がある場合、コントローラ２０４は、供給路１０８内の油圧はリリーフ圧になっていないと判断し、油圧変動抑制処理を終了する。一方、リフトシリンダ６のストローク量に変動がない場合には、コントローラ２０４は、供給路１０８内の油圧がリリーフ圧になっていると判断し、油圧変動抑制処理をステップＳ３の処理に進める。

本実施形態では、コントローラ２０４は、作業機レバー２０５が操作状態にあり、且つ、リフトシリンダ６のストローク量に変動がない場合、供給路１０８内の油圧がリリーフ圧になっていると判断したが、圧力センサ２０１から入力される電気信号に基づいて供給路１０８内の油圧がリリーフ圧になっているか否かを判別してもよい。また、リフトシリンダ６のストローク量に変動がない場合としては、リフトシリンダ６がストロークエンド位置にある場合以外に、作業負荷によってリフトシリンダ６のピストン６ｃが停止している場合が考えられる。

ステップＳ３の処理では、コントローラ２０４が、作業機レバーセンサ２０３から入力される電気信号に基づいて、作業機レバー２０５の操作位置が中立位置に切り替わったか否かを判別する。判別の結果、作業機レバー２０５の操作位置が中立位置に切り替わった場合、コントローラ２０４は、急激な油圧変動によってキャビテーションが発生する可能性があると判断し、油圧変動抑制処理をステップＳ４の処理に進める。一方、作業機レバー２０５の操作位置が中立位置に切り替わっていない場合には、コントローラ２０４は、急激な油圧変動によってキャビテーションが発生する可能性はないと判断し、油圧変動抑制処理を終了する。

ステップＳ４の処理では、コントローラ２０４が、供給路１０８内の油圧の低下に応じてアンロードバルブ１２６から排出される圧油の流量が増加するようにアンロードバルブ１２６を緩やかに開放させることによって、急激な油圧変動を抑制しながら供給路１０８内の圧油を作動油タンク１０１に排出する。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、油圧変動抑制処理は終了する。

ここで、図５に示すタイミングチャートを参照して、この油圧変動抑制処理についてさらに詳しく説明する。図５は、油圧変動抑制処理に伴う電磁弁１３２の開閉状態、ボトム圧Ｐ１、パイロット圧Ｐｍ、及び供給路１０８内の油圧Ｐｐの変化を示すタイミングチャートである。

図５（ａ）に示すように、時間Ｔ＝Ｔ１においてコントロールバルブ１０３の作動位置が中立位置Ｘ１から連通位置Ｘ２に切り替えられると、図５（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示すように、ボトム圧Ｐ１、パイロット圧Ｐｍ、及び供給路１０８内の油圧Ｐｐは上昇する。そして、リフトシリンダ６のピストン６ｃがストロークエンド位置に達すると、ボトム圧Ｐ１、パイロット圧Ｐｍ、及び供給路１０８内の油圧Ｐｐはリリーフ圧に保持される。

次に、ボトム圧Ｐ１、パイロット圧Ｐｍ、及び供給路１０８内の油圧Ｐｐがリリーフ圧に保持されている状態にある時に、図５（ａ）に示すように、時間Ｔ＝Ｔ２においてコントロールバルブ１０３の作動位置が連通位置Ｘ２から中立位置Ｘ１に切り替えられると、コントローラ２０４は、図５（ｂ）に示すように、電磁弁１３２の開度を全閉状態近くまで絞った後、コントロールバルブ１０３の作動位置が中立位置Ｘ１に切り替えられてからの経過時間に応じて電磁弁１３２の開度を増加させる。

このような電磁弁１３２の開度制御によれば、図５（ｃ）に示すように、ボトム圧Ｐ１は時間Ｔ＝Ｔ２において急激に低下するのに対して、図５（ｄ）に示すように、アンロードバルブ１２６に導入されるパイロット圧Ｐｍは緩やかに低下するようになる。そして、アンロードバルブ１２６は、パイロット圧Ｐｍと供給路１０８内の油圧Ｐｐとの差圧が所定圧ΔＰ以上になった時間Ｔ＝Ｔ３において供給路１０８及び排出路１２４内の圧油の排出を開始し、アンロードバルブ１２６から排出される圧油の流量は、電磁弁１３２の開度の増加に応じて緩やかに増加する。これにより、図５（ｅ）に示すように、供給路１０８内の油圧Ｐｐは緩やかに低下するようになり、油圧の急激な変動によってキャビテーションが発生することを抑制できる。

なお、コントローラ２０４は、圧力センサ２０１により検出された供給路１０８内の油圧Ｐｐが所定圧以下になったタイミングで、アンロードバルブ１２６を全開状態にしても急激な油圧変動が発生する可能性はないと判断し、アンロードバルブ１２６を直ちに全開状態に制御するようにしてもよい。また、コントローラ２０４は、時間Ｔ＝Ｔ２において電磁弁１３２の開度を全閉状態近くまで絞ったが、電磁弁１３２を完全に閉じてもよい。

以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態となる油圧変動抑制処理では、コントロールバルブ１０３の作動位置が連通位置Ｘ２にあり、且つ、供給路１０８内の油圧がリリーフ圧である場合において、コントロールバルブ１０３の作動位置が中立位置Ｘ１に戻された場合、コントローラ２０４が、電磁弁１３２の開度を全閉状態近くまで絞った後、コントロールバルブ１０３の作動位置が中立位置Ｘ１に切り替えられてからの経過時間に応じて電磁弁１３２の開度を増加させることにより、アンロードバルブ１２６に導入されるパイロット圧Ｐｍを緩やかに低下させる。そして、アンロードバルブ１２６は、パイロット圧Ｐｍと供給路１０８内の油圧Ｐｐとの差圧が所定圧ΔＰ以上になったタイミングで供給路１０８及び排出路１２４内の圧油の排出を開始し、アンロードバルブ１２６から排出される圧油の流量は電磁弁１３２の開度の増加に応じて緩やかに増加する。従って、このような油圧変動抑制処理によれば、アンロードバルブ１２６において油圧が急激に低下することを抑制できるので、キャビテーションによって供給路１０８及び排出路１２４やアンロードバルブ１２６が摩耗、若しくは破損することを抑制できる。

なお、アンロードバルブ１２６に導入されるパイロット圧Ｐｍを緩やかに低下させるために、パイロット油路１２８に電磁弁１３２ではなくスローリターンバルブを設ける方法も考えられる。しかしながら、スローリターンバルブを設けた時には、以下のような不具合が発生する可能性がある。すなわち、スローリターンバルブは、図６に示すように、前後差圧Ｐが高圧Ｐ_Ｃである場合には、緩やかに開放状態となることによって、パイロット圧Ｐｍを緩やかに低下させることができる。

しかしながら、前後差圧が低圧Ｐ_Ａである場合には、スローリターンバルブは、一旦高圧状態Ｐ_Ｂを経由した後に開放状態となる可能性がある。従って、スローリターンバルブを設けた時には、供給路１０８内の圧油が低圧状態でない場合において、作業機レバー２０５の操作位置が中立位置に戻された場合、高圧状態Ｐ_Ｂを経由する時間Ｔ_Ｂ−Ｔ_Ａ分だけ供給路１０８内の圧油を速やかに作動油タンク１０１に排出することができない。また、パイロット圧Ｐｍが一旦高圧状態Ｐ_Ｂになることによって油圧脈動が生じる可能性もある。従って、油圧制御の応答性の低下や油圧脈動の発生を抑制するために、パイロット油路１２８には、スローリターンバルブではなく電磁弁１３２を設けることが望ましい。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。例えば、本実施形態では、アンロードバルブ１２６にパイロット圧を導入するパイロット油路１２８に電磁弁１３２を設けることによって、アンロードバルブ１２６から排出される圧油の流量を制御したが、図７に示すように、アンロードバルブ１２６を電磁弁により構成し、コントローラ２０４がアンロードバルブ１２６自体の開度を直接的に制御することによりアンロードバルブ１２６から排出される圧油の流量を制御するようにしても良い。このような構成によれば、パイロット油路１２８に電磁弁１３２を設ける必要がないので、油圧回路の構成を簡素化することができる。

但し、アンロードバルブ１２６を電磁弁により構成した場合には、コントローラ２０４は、油圧変動抑制処理の際にアンロードバルブ１２６の開度を以下のように制御する。以下、図８を参照して、アンロードバルブ１２６を電磁弁により構成した場合におけるアンロードバルブ１２６の開度制御について説明する。

図８は、油圧変動抑制処理に伴うアンロードバルブ１２６の開閉状態、ボトム圧Ｐ１、及び供給路１０８内の油圧Ｐｐの変化を示すタイミングチャートである。図８（ａ）に示すように、時間Ｔ＝Ｔ１においてコントロールバルブ１０３の作動位置が中立位置Ｘ１から連通位置Ｘ２に切り替えられると、コントローラ２０４は、図８（ｂ）に示すように、アンロードバルブ１２６を全開状態から全閉状態に制御する。これにより、図８（ｃ）、（ｄ）に示すように、ボトム圧Ｐ１及び供給路１０８内の油圧Ｐｐは上昇し、リフトシリンダ６のピストン６ｃがストロークエンド位置に達すると、ボトム圧Ｐ１及び供給路１０８内の油圧Ｐｐはリリーフ圧に保持される。

次に、ボトム圧Ｐ１及び供給路１０８内の油圧Ｐｐがリリーフ圧に保持されている状態にある時に、図８（ａ）に示すように、時間Ｔ＝Ｔ２においてコントロールバルブ１０３の作動位置が連通位置Ｘ２から中立位置Ｘ１に切り替えられると、コントローラ２０４は、図８（ｂ）に示すように、圧力センサ２０１によって検出される供給路１０８内の油圧Ｐｐに応じてアンロードバルブ１２６の開度を増加させる。このようなアンロードバルブ１２６の開度制御によれば、図８（ｃ）に示すように、ボトム圧Ｐ１は時間Ｔ＝Ｔ２において急激に低下するのに対して、図８（ｄ）に示すように、供給路１０８内の油圧Ｐｐは緩やかに低下するようになるので、油圧の急激な変動によってキャビテーションが発生することを抑制できる。

なお、コントローラ２０４は、供給路１０８内の油圧Ｐｐに応じてアンロードバルブ１２６の開度を増加させたが、コントロールバルブ１０３の作動位置が中立位置Ｘ１に切り替えられてからの経過時間に応じてアンロードバルブ１２６の開度を増加させてもよい。また、コントローラ２０４は、圧力センサ２０１により検出された供給路１０８内の油圧Ｐｐが所定圧以下になったタイミングで、アンロードバルブ１２６を全開状態にしても急激な油圧変動が発生する可能性はないと判断し、アンロードバルブ１２６を直ちに全開状態に制御するようにしてもよい。

また、本実施形態では、リリーフバルブ１３１を設けることによって供給路１０８を流れる油圧を所定のリリーフ圧力以下に保持したが、アンロードバルブ１２６の開度を制御することによって供給路１０８内の油圧を所定のリリーフ圧力以下に保持するようにしてもよい。このような構成によれば、図９に示すように、パイパス管路１３０やリリーフバルブ１３１を設ける必要がなくなるので、油圧回路の構成をより簡素化することができる。また、本実施形態は、本発明をリフトシリンダ６の油圧回路に適用したものであるが、本発明は本実施形態に限定されることはなく、チルトシリンダ９の油圧回路に対しても適用することができる。また、本実施形態の油圧変動抑制処理は、供給路１０８，１０９内の油圧がリリーフ圧（高圧）である状態におけるものであるが、油圧変動抑制処理を実行する条件は供給路１０８，１０９内の油圧がリリーフ圧である時に限定されることはなく、供給路１０８，１０９内の油圧が中程度の圧力以上である時や供給路１０８，１０９内の油圧に関係なく油圧変動抑制処理を実行してもよい。このように、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例、及び運用技術等は、全て本発明の範疇に含まれる。

本発明は、方向制御弁の作動位置が中立位置にある時に油圧ポンプから吐出される圧油をタンクに排出するアンロードバルブを備える建設機械の油圧回路に適用することができる。

１ ホイールローダ
６ リフトシリンダ
６ａ ボトム室
６ｂ ヘッド室
６ｃ ピストン
２０ 油圧ポンプ
１００ 油圧ポンプ
１０１ 作動油タンク
１０３ コントロールバルブ
１０８，１０９，１１０ 供給路
１１５，１１６，１２４ 排出路
１１８，１２０ 検圧用絞り
１１３，１１４，１２１，１２２，１２７，１２８，１２９ パイロット油路
１２５ ＬＳバルブ
１２６ アンロードバルブ
１３２ 電磁弁
２０１ 圧力センサ
２０２ ストロークセンサ
２０３ 作業機レバーセンサ
２０４ コントローラ
２０５ 作業機レバー

Claims (9)

1. 油圧ポンプと、
   供給路を介して前記油圧ポンプから供給された圧油によって駆動するアクチュエータと、
   前記供給路に設けられ、前記油圧ポンプから前記アクチュエータへの圧油の供給を停止する中立位置と、前記油圧ポンプから前記アクチュエータへ圧油を供給する連通位置と、の間で作動位置が切り替えられるクローズドセンタ型の方向制御弁と、
   前記供給路内の圧油を排出可能なアンロードバルブと、
   前記方向制御弁の作動位置が連通位置から中立位置に切り替えられた場合、前記アンロードバルブから排出される圧油の流量が増加するように、前記アンロードバルブから排出される圧油の流量を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする建設機械の油圧回路。
2. 前記アクチュエータと前記方向制御弁との間の前記供給路に設けられ、検圧用絞りを介して検圧用絞りの前後差圧に応じた流量の圧油を排出する排出路と、
   前記検圧用絞りの前後差圧をパイロット圧として取り出すパイロット油路と、
   前記パイロット油路に設けられ、前記アンロードバルブに導入される前記パイロット圧を制御する電磁制御弁と、
   を備え、
   前記アンロードバルブは、前記供給路内の油圧と前記パイロット油圧から取り出されたパイロット圧との差圧が所定圧以上である場合、前記供給路内の圧油を排出し、
   前記制御手段は、前記電磁制御弁の開度を制御することによって前記油圧検出手段によって検出された前記供給路内の油圧の減少又は前記方向制御弁の作動位置が中立位置に切り替えられてからの経過時間に応じて前記電磁制御弁の開度を増加させることにより、前記アンロードバルブから排出される圧油の流量を制御す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。
3. 前記アンロードバルブは電磁制御弁により構成され、前記制御手段は、前記油圧検出手段によって検出された前記供給路内の油圧の減少又は前記方向制御弁の作動位置が中立位置に切り替えられてからの経過時間に応じて前記電磁制御弁の開度を増加させることにより、前記アンロードバルブから排出される圧油の流量を制御す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。
4. 前記制御手段は、前記方向制御弁の作動位置が連通位置にあり、且つ、前記供給路内の油圧が高圧である状態から該方向制御弁の作動位置が中立位置に切り替えられた場合、前記アンロードバルブから排出される圧油の流量が増加するように、前記アンロードバルブから排出される圧油の流量を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項３のうち、いずれか１項に記載の建設機械の油圧回路。
5. 前記アクチュエータのストローク量を検出するストローク量検出手段を備え、前記制御手段は、前記ストローク量検出手段により検出されたストローク量に変動がない場合、前記供給路内の油圧が高圧状態であると判定することを特徴とする請求項４に記載の建設機械の油圧回路。
6. 前記アクチュエータのストローク量を検出するストローク量検出手段を備え、前記制御手段は、前記ストローク量検出手段によって検出されたストローク量に基づいてアクチュエータがストロークエンド位置にあるか否かを判別し、アクチュエータがストロークエンド位置にあると判別された場合、前記供給路内の油圧が高圧状態にあると判定することを特徴とする請求項４に記載の建設機械の油圧回路。
7. 前記アクチュエータにより駆動される作業機を操作する作業機レバーの操作位置を検出する作業機レバー操作位置検出手段を備え、前記制御手段は、作業機レバー操作位置検出手段によって検出された作業機レバーの操作位置に基づいて、前記方向制御弁の作動位置を検出することを特徴とする請求項１乃至請求項６のうち、いずれか１項に記載の建設機械の油圧回路。
8. 前記制御手段は、前記方向制御弁の作動位置が連通位置にある時に前記供給路内の油圧が所定のリリーフ圧力以上になった場合、前記アンロードバルブの開度を制御することによって前記供給路内の圧油をタンクに排出することを特徴とする請求項１乃至請求項７のうち、いずれか１項に記載の建設機械の油圧回路。
9. 油圧ポンプと、供給路を介して前記油圧ポンプから供給された圧油によって駆動するアクチュエータと、前記供給路に設けられ、前記油圧ポンプから前記アクチュエータへの圧油の供給を停止する中立位置と、前記油圧ポンプから前記アクチュエータへ圧油を供給する連通位置と、の間で作動位置が切り替えられるクローズドセンタ型の方向制御弁と、前記供給路内の圧油を排出可能なアンロードバルブと、を備える建設機械の油圧回路の制御方法であって、
   前記方向制御弁の作動位置が連通位置から中立位置に切り替えられた場合、前記アンロードバルブから排出される圧油の流量が増加するように、前記アンロードバルブから排出される圧油の流量を制御するステップを含むこと
   を特徴とする建設機械の油圧回路の制御方法。

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