JP2012036908A

JP2012036908A - 建設機械の油圧回路

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Publication number: JP2012036908A
Application number: JP2010174361A
Authority: JP
Inventors: Yoshimi Saotome; 吉美早乙女; Shota Oguma; 尚太小熊
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2010-08-03
Filing date: 2010-08-03
Publication date: 2012-02-23
Anticipated expiration: 2030-08-03
Also published as: JP5429098B2

Abstract

【課題】３回路／３ポンプ方式をとる油圧回路において、ブーム上げ操作が行われた場合に、第３ポンプのポンプ圧を確保してブーム上げ性能(複合操作時にはプラス旋回加速性能)を改善する。
【解決手段】両走行時に他のアクチュエータ操作が行われた場合に、合流弁２２によって第３ポンプ油を第１及び第２両回路Ａ，Ｂに合流させる構成を前提として、両走行操作とは無関係にブーム上げ操作が行われた場合に、合流弁２２を第３の位置ハに切換え、第３ポンプ１５から吐出される第３ポンプ油をアンロード通路２３とパラレル通路２４とを通じて、ブームシリンダ６が属する第１回路Ａに合流させ、アームシリンダ７が属する第２回路Ｂに対しては遮断するように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は油圧ショベルのように下部走行体と上部旋回体と作業アタッチメントとから成る建設機械の油圧回路に関するものである。

油圧ショベルを例にとって背景技術を説明する。

油圧ショベルは、図３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が地面に対して鉛直な軸Ｘの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、及びこれらを作動させるブーム、アーム、バケット各シリンダ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、他の油圧アクチュエータとして、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、及び上部旋回体２を旋回駆動する旋回モータ１２(いずれも図示省略)が設けられる。

この油圧ショベルにおいて、特許文献１に示されているように、旋回動作と他のアクチュエータ動作との独立性を確保するために、回路全体を、
ｉ. 左右両側走行モータのうち一方の走行モータとブームシリンダとが属する第１回路と、
ｉｉ. 他方の走行モータとアームシリンダとが属する第２回路と、
ｉｉｉ. 旋回モータが属する第３回路と
に分け、この三つの回路を別ポンプ(第１〜第３ポンプ)で駆動する３回路／３ポンプ方式をとるものが公知である。

また、この公知技術においては、走行直進性を確保するために、第１及び第２両回路をそれぞれ走行モータがポンプ油の流れの最上流側に配置された走行優先回路として構成し、両側走行モータが同士に駆動される両走行操作が行われたときに、第１及び第２両ポンプ油を走行モータに優先的に供給する一方、第３ポンプから第３回路に向けて吐出される第３ポンプ油を合流弁を介して第１及び第２両回路(走行以外のアクチュエータ)に合流させる構成をとっている。

これにより、走行直進性を保ちながら、他のアクチュエータの動作を確保できるようにしている。

この場合、第２回路のアームシリンダが非操作状態であると、同シリンダ用のコントロールバルブが中立位置にあってそのブリードオフ通路がタンクに連通しているため、第３ポンプ油が第２回路を通じてタンクに流れてしまい、ポンプ圧が十分には上昇しない。

このため、他のアクチュエータ動作、たとえばブーム上げ、旋回等の動作が遅くなるが、走行しながらの動作であるため問題とならず、むしろ安全上好ましい。

一方、両走行操作の有無にかかわらず、ブーム上げ操作されたときにも、上記両走行／他のアクチュエータ操作時と同様に、第３ポンプ油を合流弁を介して第１及び第２両回路に合流させるようにしている。

特許第４１３７４３１号

公知技術によると、上記のように両走行／他のアクチュエータ操作時と、両走行操作とは無関係なブーム上げ操作時の双方で、旋回用の第３ポンプ油を第１回路(ブームシリンダ)及び第２回路(アームシリンダ)に合流させる構成をとっているため、ブーム上げ操作時に第２回路のアームシリンダが非操作状態であると、同シリンダ用のコントロールバルブが中立位置にあってそのブリードオフ通路がタンクに連通しているため、第３ポンプ油が第２回路を通じてタンクに流れてしまい、ポンプ圧が十分には上昇しない。

なお、対策として第２回路への合流通路に絞りを設けることによってポンプ圧を上げるようにしているが、限界がある。

従って、ブーム上げ圧力が低くなってブーム上げ性能が悪くなる。

また、ブーム上げ／旋回時には、ブーム上げ性能に加えて、旋回加速圧力が上がらないことで旋回加速性能が極端に悪くなっていた。

このため、バケットに土砂を積み込んでダンプする場合等にサイクルタイムが長くなり、作業能率が著しく低下するという問題が生じていた。

なお、ブーム上げ操作時に第３ポンプ油を合流弁とは別の経路で第１回路に合流させるように回路を組むことは可能である。

しかし、こうすると各回路のつなぎが複雑になること、専用の弁が必要になることから回路構成が複雑化するとともにコストアップとなる弊害が生じるため得策でない。

そこで本発明は、上記３回路／３ポンプ方式をとり、かつ、合流弁により両走行時に第３ポンプ油を第１及び第２両回路に合流させる構成を前提として、合流作用を上記合流弁でのみ行う回路構成をとりながら、ブーム上げ操作(ブーム上げ／旋回の複合操作を含む)が行われた場合に、第３ポンプのポンプ圧を確保してブーム上げ性能(複合操作時にはプラス旋回加速性能)を改善することができる建設機械の油圧回路を提供するものである。

請求項１の発明は、次の(Ａ)〜(Ｇ)のすべての要件を具備するものである。

(Ａ) 左右両側の走行モータによって走行駆動される下部走行体と、この下部走行体上に旋回自在に搭載され旋回モータによって旋回駆動される上部旋回体と、この上部旋回体に取付けられた作業アタッチメントを有すること。

(Ｂ) この作業アタッチメントは、油圧アクチュエータとしてブームシリンダによって作動するブームと、アームシリンダによって作動するアームとを有すること。

(Ｃ) 油圧アクチュエータ回路として、上記左右両側走行モータのうち一方の走行モータと上記ブームシリンダとが属する第１回路と、他方の走行モータと上記アームシリンダとが属する第２回路と、上記旋回モータが属する第３回路とを備え、各回路は油圧アクチュエータごとに作動を制御するコントロールバルブを有すること。

(Ｄ) 油圧源として、上記第１回路用の第１ポンプと、上記第２回路用の第２ポンプと、上記第３回路用の第３ポンプとを有すること。

(Ｅ) 上記第１及び第２両回路は、それぞれ走行モータが最上流側に配置された走行優先回路として構成されていること。

(Ｆ) 上記第３ポンプから上記第３回路に向けて吐出される第３ポンプ油を上記第１及び第２両回路に合流させる合流弁を有すること。

(Ｇ) 上記合流弁は、上記第３ポンプ油を上記第２回路を通じてアンロードする第１の位置と、左右両側の走行モータが同時に駆動される両走行操作が行われかつ他の油圧アクチュエータ操作が行われたときに上記第３ポンプ油を上記第１及び第２両回路に合流させる第２の位置と、ブーム上げ操作が行われたときに第３ポンプ油を上記第１回路に合流させ第２回路に対しては遮断する第３の位置とを有すること。

請求項２の発明は、請求項１の構成において、上記合流弁の第３の位置において、上記第３ポンプのポンプ圧が上記第１回路の圧力よりも高くなるように、第３ポンプ油を第１回路に合流させる通路に絞りが設けられたものである。

本発明によると、両走行時に他のアクチュエータ操作が行われた場合に、合流弁により第３ポンプ油を第１及び第２両回路に合流させる一方、両走行操作とは無関係にブーム上げ操作(ブーム上げ／旋回の複合操作を含む)が行われた場合には、第３ポンプ油を第１回路には合流させるが第２回路に対しては遮断する構成としたから、ブーム上げ操作時(ブーム上げ／旋回操作時を含む)に第３ポンプのポンプ圧を確保し、ブーム上げ性能(ブーム上げ／旋回操作時にはプラス旋回加速性能)を高めて作業能率を向上させることができる。

しかも、両走行時に第３ポンプ油を第１及び第２両回路に合流させるための合流弁に第３の位置を追加することによって上記合流／遮断作用を行う構成であるため、新たな弁と回路を追加する場合のような回路構成の複雑化とコストアップを回避することができる。

この場合、請求項２の発明によると、合流弁の第３の位置において、第３ポンプのポンプ圧が第１回路の圧力(ブーム圧力)よりも高くなるように、第３ポンプ油を第１回路に供給する通路に絞りを設けたから、ブーム上げ／旋回時の旋回圧力を高めて旋回加速性能をさらに向上させることができる。

本発明の実施形態を示す油圧回路図である。同回路に設けられた合流弁の拡大図である。本発明の適用対象である油圧ショベルの概略側面図である。

実施形態では油圧ショベルを適用対象としている。

第１実施形態に係る油圧回路においては、図１に示すように油圧アクチュエータ回路として、左走行モータ１０とブームシリンダ６とバケットシリンダ８とが属する第１回路Ａと、右走行モータ１１とアームシリンダ７とが属する第２回路Ｂと、旋回モータ１２のみが属する第３回路Ｃとを備えるとともに、油圧源として、第１回路Ａ用の第１ポンプ１３と、第２回路Ｂ用の第２ポンプ１４と、第３回路Ｃ用の第３ポンプ１５とが設けられている。

各回路Ａ，Ｂ，Ｃには、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スプール弁であるコントロールバルブ(方向切換弁)が設けられている。

すなわち、第１回路Ａには、ブームシリンダ用、バケットシリンダ用、左走行モータ用の各コントロールバルブ１６，１７，１８、第２回路Ｂにはアームシリンダ用と右走行モータ用の両コントロールバルブ１９，２０、第３回路Ｃには旋回モータ用のコントロールバルブ２１がそれぞれ設けられている。

ここで、第１及び第２両回路Ａ，Ｂは、図示のように走行用コントロールバルブ１８，２０がポンプ油の流れの最上流側に位置する走行優先回路として構成され、走行操作時に第１ポンプ１３から吐出された第１ポンプ油が左走行モータ１０に、第２ポンプ１４から吐出された第２ポンプ油が右走行モータ１１にそれぞれ優先的に供給される。

従って、両走行モータ１０，１１が同時に駆動される両走行時に、ポンプ流量を両走行モータ１０，１１に全量供給する操作が行われた場合、第１、第２両回路Ａ，Ｂにおける走行モータ以外の油圧アクチュエータにはポンプ流量が供給されない。

そこで、両走行時に他のアクチュエータ動作を確保する手段として合流弁２２が設けられ、両走行時に、第３ポンプ１５から第３回路Ｃ(旋回モータ１２)に向けて吐出される第３ポンプ油を、第１、第２両回路Ａ，Ｂに、第３回路Ｃとタンデムまたはパラレルな流れによって合流させるように構成されている。

合流弁２２を拡大して示す図２を併用して詳述する。

合流弁２２は、片側に第１及び第２両パイロットポート２２ａ，２２ｂを持ち、導入されるパイロット圧により第１、第２、第３の各位置イ，ロ，ハ間で切換わる三位置油圧パイロット切換弁として構成されている。

この合流弁２２の入力ポートは、第３ポンプ１５に対し、旋回用コントロールバルブ２１のブリードオフ通路を通るアンロード通路２３、及び同コントロールバルブ２１を迂回するパラレル通路２４に接続されている。

一方、出力ポートは、第１、第２両回路Ａ，Ｂに合流ライン(以下、第１合流ライン、第２合流ラインという)２５，２６を介して接続されている。

合流弁２２の第１パイロットポート２２ａは第１パイロットライン２７を介してパイロット油圧源２８に、第２パイロットポート２２ｂは第２パイロットライン２９を介してブームシリンダ用コントロールバルブ１６のブーム上げパイロットライン３０にそれぞれ接続されている。

また、旋回モータ用コントロールバルブ２１以外の各コントロールバルブ１６〜２０は、サイドバイパス部１６ａ，１７ａ，１８ａ，１９ａ，２０ａを備えたサイドバイパス付き切換弁として構成され、このサイドバイパス部同士が接続されてサイドバイパスライン３１が構成されている。

このサイドバイパスライン３１の一端は合流弁２２の第１パイロットライン２７に、他端はタンクＴに通じるタンクライン３２にそれぞれ接続され、コントロールバルブ１６〜２０の操作状況に応じてこのサイドバイパスライン３１が開通／遮断されることにより、合流弁２２の第１パイロットポート２２ａに対してパイロット圧(一次圧)が遮断／導入される。

この操作状況と、サイドバイパスライン３１の開通／遮断、合流弁２２の位置の関係は次のようになる。

ｉ. 両走行操作のみが行われたとき
サイドバイパスライン３１がタンクライン３２に接続され、油圧源２８からのパイロット圧はタンクＴに落ちるため、合流弁２２の第１パイロットポート２２ａにはパイロット圧が作用せず、合流弁２２は中立の第１の位置イにある。

ｉｉ. 両走行操作と他のアクチュエータ操作が行われたとき
サイドバイパスライン３１が、操作されたコントロールバルブのサイドバイパス部によってタンクライン３２から遮断されるため、油圧源２８からのパイロット圧が合流弁２２の第１パイロットポート２２ａに導入され、合流弁２２が第２の位置ロに切換わる。

ｉｉｉ. 両走行操作とは無関係にブーム上げ操作が行われたとき
ブーム上げ操作が行われることによってブーム上げパイロット圧が合流弁２２の第２パイロットポート２２ｂに加えられるため、合流弁２２が第３の位置ハに切換わる。

この合流弁２２の第１〜第３各位置イ，ロ，ハでの第３ポンプ油の流れの状況は次のようになる。

(Ｉ) 第１の位置イ
この位置イでは、パラレル通路２４はブロックされ、アンロード通路２３のみが有効となって、第３ポンプ油が第１、第２両合流ライン２５，２６を通じて第１、第２両回路Ａ，Ｂに合流可能な状態となる。

但し、このときアーム非操作であれば、第２合流ライン２６がアームシリンダ用コントロールバルブ１９のブリードオフ通路を通じてタンクＴにつながるため、第３ポンプ１５のポンプ圧が上昇せず、第１回路Ａのアクチュエータ操作があってもアクチュエータ(ブーム、バケット両シリンダ６，８)は動かない。

(ＩＩ) 第２の位置ロ
この第２の位置ロでは、第３ポンプ油が、アンロード通路２３及びパラレル通路２４を通り、第１、第２両合流ライン２５，２６を介して第１、第２両回路Ａ，Ｂに流れる。

これにより、両走行時に走行以外のアクチュエータ動作を確保することができる。

なお、このときアーム非操作状態であっても第３ポンプ１５のポンプ圧が立つように、合流弁２２の第２回路Ｃへの合流通路に絞り３３(図２参照)が設けられている。

(ＩＩＩ) 第３の位置ハ
この第３の位置ハでは、第３ポンプ油が、アンロード通路２３及びパラレル通路２４を通り、第１合流ライン２５を通じて第１回路Ａのみに合流し、第２回路Ｂに対しては遮断される。

この回路状態では、第３ポンプ１５のポンプ圧低下がなく、十分なブーム上げ圧力、及びブーム上げ／旋回時の旋回加速圧力が確保される。

ここで、第３ポンプ１５のポンプ圧が第１回路Ａの圧力(ブーム圧力)よりも高くなるように、第３ポンプ油を第１回路Ａに合流させる通路に絞り３４(図２参照)が設けられ、これによって旋回加速性能とブーム上げ性能のバランスを調整している。

上記のようにこの油圧回路においては、合流弁２２により、両走行時に他のアクチュエータ操作が行われた場合に、第３ポンプ油を第１及び第２両回路Ａ，Ｂに合流させる構成を前提として、両走行操作とは無関係にブーム上げ操作(ブーム上げ／旋回の複合操作を含む)が行われた場合には、第３ポンプ油を第１回路Ａには合流させるが第２回路Ｂに対しては遮断する構成としたから、ブーム上げ操作時、またはブーム上げ／旋回の複合操作時に第３ポンプ１５のポンプ圧(ブーム上げ圧力、旋回加速圧力)を確保し、前者の場合はブーム上げ性能、後者の場合はブーム上げ性能と旋回加速性能の双方を高めることができる。

このため、たとえばバケットに土砂を積み込んだ後、ブーム上げ操作、またはブーム上げ／旋回の複合操作を行う場合に、ブーム上げ、旋回を速やかに行ってサイクルタイムを短縮し、作業能率を改善することができる。

しかも、両走行時に第３ポンプ油を第１及び第２両回路Ａ，Ｂに合流させるための合流弁２２に第３の位置ハを追加することによって上記合流／遮断作用を行う構成であるため、新たな弁と回路を追加する場合のような回路構成の複雑化とコストアップを回避することができる。

この場合、合流弁２２の第３の位置ハにおいて、第３ポンプ油を第１回路Ａに供給する通路に絞り３４を設けることによって第３ポンプ１５のポンプ圧を第１回路Ａの圧力(ブーム圧力)よりも高くなるようにしたから、ブーム上げ／旋回時の旋回圧力を高めて旋回加速性能をさらに向上させることができる。

ところで、第２回路Ｂに他のアクチュエータ(たとえば予備のサービスアクチュエータ)をパラレルに追加してもよい。

また、本発明は油圧ショベルに限らず、油圧ショベルを母体として、バケットに代えてブレーカや開閉式の圧砕装置を取付けて構成される破砕機や解体機等にも適用することができる。

１下部走行体
２上部旋回体
３ブーム
４アーム
５バケット
６ブームシリンダ
７アームシリンダ
８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旋回モータ
Ａ第１回路
Ｂ第２回路
Ｃ第３回路
１３第１ポンプ
１４第２ポンプ
１５第３ポンプ
１６〜２１コントロールバルブ
２２合流弁
２３第３ポンプ油を第１回路または第２回路に合流させるためのアンロード通路
２４第３ポンプ油を第１回路または第２回路に合流させるためのパラレル通路
２５第３ポンプ油を第１回路に合流させる第１合流ライン
２６第３ポンプ油を第２回路に合流させる第２合流ライン
Ｔタンク

Claims

次の(Ａ)〜(Ｇ)のすべての要件を具備することを特徴とする建設機械の油圧回路。
(Ａ) 左右両側の走行モータによって走行駆動される下部走行体と、この下部走行体上に旋回自在に搭載され旋回モータによって旋回駆動される上部旋回体と、この上部旋回体に取付けられた作業アタッチメントを有すること。
(Ｂ) この作業アタッチメントは、油圧アクチュエータとしてブームシリンダによって作動するブームと、アームシリンダによって作動するアームとを有すること。
(Ｃ) 油圧アクチュエータ回路として、上記左右両側走行モータのうち一方の走行モータと上記ブームシリンダとが属する第１回路と、他方の走行モータと上記アームシリンダとが属する第２回路と、上記旋回モータが属する第３回路とを備え、各回路は油圧アクチュエータごとに作動を制御するコントロールバルブを有すること。
(Ｄ) 油圧源として、上記第１回路用の第１ポンプと、上記第２回路用の第２ポンプと、上記第３回路用の第３ポンプとを有すること。
(Ｅ) 上記第１及び第２両回路は、それぞれ走行モータが最上流側に配置された走行優先回路として構成されていること。
(Ｆ) 上記第３ポンプから上記第３回路に向けて吐出される第３ポンプ油を上記第１及び第２両回路に合流させる合流弁を有すること。
(Ｇ) 上記合流弁は、上記第３ポンプ油を上記第２回路を通じてアンロードする第１の位置と、左右両側の走行モータが同時に駆動される両走行操作が行われかつ他の油圧アクチュエータ操作が行われたときに上記第３ポンプ油を上記第１及び第２両回路に合流させる第２の位置と、ブーム上げ操作が行われたときに第３ポンプ油を上記第１回路に合流させ第２回路に対しては遮断する第３の位置とを有すること。
上記合流弁の第３の位置において、上記第３ポンプのポンプ圧が上記第１回路の圧力よりも高くなるように、第３ポンプ油を第１回路に合流させる通路に絞り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回路。