JP2013221527A

JP2013221527A - 油圧駆動作業機

Info

Publication number: JP2013221527A
Application number: JP2012091216A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Ishii; 石井　　正裕
Original assignee: Tadano Ltd
Current assignee: Tadano Ltd
Priority date: 2012-04-12
Filing date: 2012-04-12
Publication date: 2013-10-28

Abstract

【課題】油温上昇を抑制できる油圧駆動作業機を提供する。
【解決手段】油圧アクチュエータ１１に作動油を供給する油圧ポンプ１２と、油圧ポンプ１２の吐出流量を制御する制御手段１８と、作動油の油温を検出する温度センサ１９とを備える油圧駆動作業機である。制御手段１８は、温度センサ１９で検出した油温の上昇に従い油圧ポンプ１２の吐出流量を減少させる。油圧回路の配管抵抗による作動油の発熱量が減少し、油温上昇を抑制できる。油圧駆動作業機による作業を継続できるので、作業効率の低下を抑制できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、油圧駆動作業機に関する。さらに詳しくは、移動式クレーンや高所作業車などの油圧駆動作業機に関する。

一般に、移動式クレーンや高所作業車などの油圧駆動作業機は、オイルタンクの容量が少ないうえ、ロータリージョイントなどの配管抵抗が高いため、油温が上昇しやすいという性質を有する。特に、近年では駆動速度の高速化のため、油圧ポンプの吐出量を多くする傾向があり、より油温が上昇しやすくなっている。油温が上昇し非常に高温になると、油圧回路を構成するホース類が溶けたり、油圧ポンプのシール類が破損したりするなど不具合が生じる恐れがある。

このような問題に対し、油圧駆動作業機にオイルクーラが取り付けられる場合がある（例えば特許文献１）。
オイルクーラを取り付けることにより油温上昇を緩和できるが、オイルクーラは高価であり、設置場所も必要であることから、特に積載形トラッククレーンなどの小型の油圧駆動作業機には不向きである。

また、油温上昇を検知して油圧駆動作業機の動作を停止させる技術も知られている。
しかし、油圧駆動作業機の動作を完全に停止させると、作業効率が低下するという問題がある。

特開２００５−２４０９３５号公報

本発明は上記事情に鑑み、油温上昇を抑制できる油圧駆動作業機を提供することを目的とする。

第１発明の油圧駆動作業機は、油圧アクチュエータと、該油圧アクチュエータに作動油を供給する油圧ポンプと、該油圧ポンプの吐出流量を制御する制御手段と、前記作動油の油温を検出する温度センサと、を備え、前記制御手段は、前記温度センサで検出した油温の上昇に従い、前記油圧ポンプの吐出流量を減少させることを特徴とする。第１発明には、油圧ポンプの吐出流量を段階的に減少させる発明も、無段階で減少させる発明も含まれる。
第２発明の油圧駆動作業機は、第１発明において、前記制御手段は、前記温度センサで検出した油温が閾値を超えたときに、前記油圧ポンプの吐出流量を減少させることを特徴とする。第２発明には、油圧ポンプの吐出流量を段階的に減少させる発明が含まれる。
第３発明の油圧駆動作業機は、第２発明において、前記制御手段は、複数段階の閾値を記憶しており、前記温度センサで検出した油温が各段階の前記閾値を超えるたびに、前記油圧ポンプの吐出流量を減少させることを特徴とする。

第１発明によれば、油温の上昇に従い油圧ポンプの吐出流量を減少させるので、油圧回路の配管抵抗による作動油の発熱量が減少し、油温上昇を抑制できる。そのため、油圧駆動作業機の不具合を防止できる。また、駆動速度は通常の状態よりも遅くなるものの油圧駆動作業機による作業を継続できるので、作業効率の低下を抑制できる。
第２発明によれば、油圧ポンプの吐出流量を段階的に減少させるので、駆動速度が段階的に遅くなり、作業員に対して油温上昇を明確に警告できる。
第３発明によれば、油圧ポンプの吐出流量を段階的に減少させるので、油温がそれほど高くない場合には吐出流量を維持して油圧駆動作業機の駆動速度を維持でき、さらに油温が上昇した場合には吐出流量を減少させて油温上昇を抑制できる。

本発明の第１実施形態に係る積載形トラッククレーンの油圧回路図である。第１実施形態における油圧ポンプの吐出流量の変化を示すグラフである。第２実施形態における油圧ポンプの吐出流量の変化を示すグラフである。第３実施形態における油圧ポンプの吐出流量の変化を示すグラフである。油温の時間変化を示すグラフである。

（原理）
まず、本発明の原理について説明する。
本願発明者は、特定の油圧作業機械において、油圧ポンプの吐出流量と作動油の油温との関係について試験をした結果、以下の知見を得た。
すなわち、図５に示すように、油圧ポンプの吐出流量が多い場合（例えば60L/min）に比べて、少ない場合（例えば38L/min）の方が油温の上昇幅が小さくなる。これは、油圧ポンプの吐出流量が少ない方が油圧回路の配管抵抗が低くなるため、作動油の発熱量が減少するためであると考えられる。

また、ある吐出流量における油温の時間変化に注目すると、駆動直後は時間の経過とともに油温が上昇するが、ある温度に達するとそれ以上は上昇しない。例えば、油圧ポンプの吐出流量を38L/minとした場合、油温は時間の経過とともに上昇して外気温+50℃に漸近するが、その温度以上には上昇しない。これは、ある温度で作動油の発熱量と放熱量とがつり合うためであると考えられる。

以上の知見より、本願発明者は、油圧ポンプの吐出流量を減少させれば、作動油の放熱量が発熱量を上回り、油圧駆動作業機による作業を継続しても油温が下降することを見出し、本発明を考案した。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本発明に係る油圧駆動作業機は、積載形トラッククレーンなどの移動式クレーン、高所作業車などであるが、これらに限られるものではなく、あらゆる作業機が含まれる。
以下では、積載形トラッククレーンを例に説明する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る積載形トラッククレーン１は、汎用トラックの運転室と荷台との間の車両フレームに小型クレーンが搭載されたものである。なお、他の形態として荷台の後方の車両フレームに小型クレーンが搭載されたリア架装のものや、荷台の内側に小型クレーンが搭載されたものもある。

図１に示すように、積載形トラッククレーン１の小型クレーンの油圧回路１０は、複数の油圧アクチュエータ１１（１１ａ〜１１ｄ）と、それら油圧アクチュエータ１１に作動油を供給する油圧ポンプ１２と、油圧アクチュエータ１１と油圧ポンプ１２との間に介装された油圧バルブユニット１３とを備えている。

油圧アクチュエータ１１は、小型クレーンのブームを伸縮させるブーム伸縮用油圧シリンダ、ブームを起伏させるブーム起伏用油圧シリンダ、フックを巻上巻下するウインチ用油圧モータ、ポストを旋回させる旋回用油圧モータ、アウトリガを伸縮させるアウトリガ用油圧シリンダなどである。

油圧ポンプ１２は、オイルタンク１４に貯留された作動油を吸入し、その作動油をポンプ油路１５を介して油圧バルブユニット１３に供給する。

油圧バルブユニット１３は、各油圧アクチュエータ１１ａ〜１１ｄへの作動油の供給排出を制御する複数の切換制御弁１３ａ〜１３ｄで構成されている。各切換制御弁１３ａ〜１３ｄは３位置６ポートの切換制御弁であり、その中立位置で連通し切換位置で遮断されるキャリーオーバ油路を有している。各切換制御弁１３ａ〜１３ｄのキャリーオーバ油路を直列に連通して油圧ポンプ１２から供給された作動油をオイルタンク１４に還流させるように構成されている。また、各切換制御弁１３ａ〜１３ｅは、それぞれＰポートがポンプ油路１５に接続され、Ｔポートがオイルタンク１４に接続されている。さらに、各切換制御弁１３ａ〜１３ｅの一対の制御ポートは、対応する油圧アクチュエータ１１ａ〜１１ｅに接続されている。

油圧ポンプ１２にはエンジンや電動モータなどの駆動手段１６が接続されており、この駆動手段１６により駆動される。また、駆動手段１６にはエンジンコントロールユニットやインバータなどの回転数制御手段１７が接続されており、この回転数制御手段１７により駆動手段１６の回転数が制御されている。さらに、回転数制御手段１７には駆動手段１６の回転数を指示する制御手段１８が接続されている。

そのため、制御手段１８の指示に従って、回転数制御手段１７が駆動手段１６の回転数を制御し、それにより油圧ポンプ１２の回転数が制御される。一般に、油圧ポンプはその回転数に比例して吐出流量が増減する。そのため、制御手段１８により油圧ポンプ１２の吐出流量を制御できる。

オイルタンク１４には、オイルタンク１４に貯留された作動油の油温を検出する温度センサ１９が設けられている。この温度センサ１９は、制御手段１８に接続されており、検出した油温を制御手段１８に入力するように構成されている。

図２に示すように、制御手段１８には、３段階の閾値（閾値Ｉ、閾値II、閾値III）と、それに対応する油圧ポンプ１２の吐出流量（流量Ｉ、流量III、流量III）とが記憶されている。例えば、閾値Ｉ（70℃）に対して流量Ｉ（50L/min）、閾値II（80℃）に対して流量II（40L/min）、閾値III（100℃）に対して流量III（20L/min）が記憶されている。また、制御手段１８には、油温が高くない通常の状態における油圧ポンプ１２の吐出流量（通常流量）が記憶されている。なお、最終段階の閾値（閾値III）に対して流量IIIを0L/minとし、油圧ポンプ１２を停止させるように設定してもよい。

制御手段１８は、温度センサ１９で検出した油温が各段階の閾値（閾値Ｉ、閾値II、閾値III）を超えるたびに、油圧ポンプ１２の吐出流量を減少させる。
具体的には、制御手段１８は、通常の状態では吐出流量を通常流量とし、油温が上昇して閾値Ｉを超えると吐出流量を流量Ｉに減少させ、さらに油温が上昇して閾値IIを超えると吐出流量を流量IIに減少させ、さらに油温が上昇して閾値IIIを超えると吐出流量を流量IIIに減少させる。

逆に、制御手段１８は、温度センサ１９で検出した油温が各段階の閾値（閾値Ｉ、閾値II、閾値III）を下回るたびに、油圧ポンプ１２の吐出流量を増加させる。
具体的には、制御手段１８は、油温が閾値IIIを超えている状態では吐出流量を流量IIIとし、油温が下降して閾値IIIを下回ると吐出流量を流量IIに増加させ、さらに油温が下降して閾値IIを下回ると吐出流量を流量Ｉに増加させ、さらに油温が下降して閾値Ｉを下回ると吐出流量を通常流量に増加させる。このように、制御手段１８は油圧ポンプ１２の吐出流量を段階的に変化させる。

以上のように、油圧ポンプ１２の吐出流量を減少させれば、油圧回路１０の配管抵抗による作動油の発熱量が減少する。そうすると、作動油の放熱量が発熱量を上回り、油圧駆動作業機による作業を継続しても油温が下降する。ここで、作動油は、油圧回路１０を構成する部材のうち、配管やオイルタンク１４など外気にさらされた部分を通過する際に放熱される。このように、油温上昇を抑制できるので、油圧回路１０を構成するホース類が溶けたり、油圧ポンプ１２のシール類が破損したりするなど不具合を防止できる。

また、油圧ポンプ１２を停止させることなく油温上昇を抑制できるので、駆動速度は油温が高くない通常の状態よりも遅くなるものの油圧駆動作業機による作業を継続できる。そのため、作業効率の低下を抑制できる。

さらに、油圧ポンプ１２の吐出流量を段階的に減少させるので、油圧駆動作業機の駆動速度が段階的に遅くなり、作業員に対して油温上昇を明確に警告できる。そうすると、作業者に油温上昇を抑えるような操作を促すことができる。

なお、温度センサ１９の取り付け位置は、オイルタンク１４内であれば特に限定されない。前述のごとく、作動油は油圧回路１０の配管抵抗により油温が上昇し、外気にさらされたオイルタンク１４において放熱する。そのためオイルタンク１４のうち油圧回路１０を循環した作動油が戻される作動油戻口の近傍に温度センサ１９を設ければ、油圧回路１０の配管抵抗により上昇した直後の油温を検出できる。すなわち、油温が一番高い位置で油温を検出できる。そして、この油温を基に油圧ポンプの吐出流量を減少させることで、より油圧駆動作業機の不具合を防止できる。また、オイルタンク１４のうち油圧回路１０に作動油を供給する作動油出口の近傍に温度センサ１９を設ければ、オイルタンク１４で放熱した後の油温を検出できる。すなわち、油圧回路１０に供給される作動油の油温を直接検出できる。そして、この油温を基に油圧ポンプの吐出流量を減少させることで、油圧駆動作業機の不具合を防止しつつ、油圧駆動作業機の駆動速度を極力維持できる。

また、本実施形態では閾値を３段階としたが、これより少なくてもよいし、多くてもよい。また、閾値を１つのみとしてもよい。ただし、閾値を複数段階として油圧ポンプ１２の吐出流量を段階的に減少させた方が、油温がそれほど高くない場合（例えば閾値Ｉと閾値IIとの間の場合）にはある程度の吐出流量を維持して油圧駆動作業機の駆動速度を維持できる。また、油温が上昇した場合（例えば閾値IIIを超えた場合）には吐出流量を減少させて油温上昇を抑制できる。このように駆動速度と油温上昇の抑制を両立できるので好ましい。

（第２実施形態）
上記実施形態では、油温が上昇した際に油圧ポンプ１２の吐出流量を減少させる閾値と、油温が下降した際に油圧ポンプ１２の吐出流量を増加させる閾値とを同じ閾値（閾値Ｉ、閾値II、閾値III）としたが、これを別の閾値にしてもよい。
例えば、図３に示すように、油温が上昇した際に油圧ポンプ１２の吐出流量を減少させる閾値を閾値Ｉ、閾値II、閾値IIIとし、油温が下降した際に油圧ポンプ１２の吐出流量を増加させる閾値を閾値Ｉ’、閾値II’、閾値III’としてもよい。この場合、閾値Ｉ’を閾値Ｉよりも低く、閾値II’を閾値IIよりも低く、閾値III’を閾値IIIよりも低くすることで、吐出流量の変化にヒステリシスを持たせることができる。

このように吐出流量の変化にヒステリシスをもたせることで、油温が閾値近傍である場合に、油圧ポンプ１２の吐出流量が頻繁に増加、減少を繰り返するのを防止できる。これにより、油圧駆動作業機の操作性を向上させることができる。

（第３実施形態）
上記実施形態では、油圧ポンプ１２の吐出流量を段階的に変化させたが、これを無段階で変化させてもよい。
例えば、図４に示すように、油温が閾値以下の場合は油圧ポンプ１２の吐出流量を通常流量とし、油温が閾値以上の場合は、油温の上昇に従い油圧ポンプ１２の吐出流量を無段階で減少させてもよい。この際、曲線状に減少させてもよいし、直線状に減少させてもよい。
このように制御しても、油圧回路の配管抵抗による作動油の発熱量が減少し、油温上昇を抑制できる。

（その他の実施形態）
油圧アクチュエータ１１を操作するレバーなどの操作手段の操作量などに従って油圧ポンプ１２の吐出流量を増減させる場合にも本発明を適用することができる。この場合には、制御手段１８は、温度センサ１９で検出した油温の上昇に従い、段階的または無段階で油圧ポンプ１２の吐出流量の上限値を減少させ、操作手段の操作量などに従って、その上限値を超えない範囲で油圧ポンプ１２の吐出流量を制御する。例えば、操作手段の操作量を検出し、その操作量に従い油圧ポンプ１２の吐出流量を増減させる。その際、吐出流量が油温により定まる吐出流量の上限値を超えないように規制する。

油圧ポンプの吐出流量の制御は、油圧回路の構成により種々の方法が考えられる。
例えば、油圧ポンプとして可変容量ポンプを使用する場合には、可変容量ポンプの吐出流量を制御すればよい。また、２ポンプ合流駆動の場合には、合流バルブにより、一方のポンプのみの吐出流量とするか、両方のポンプを合わせた吐出流量とするかを切り替えることで吐出流量を制御すればよい。

１積載形トラッククレーン
１０油圧回路
１１油圧アクチュエータ
１２油圧ポンプ
１３油圧バルブユニット
１４オイルタンク
１５ポンプ油路
１６駆動手段
１７回転数制御手段
１８制御手段
１９温度センサ

Claims

油圧アクチュエータと、
該油圧アクチュエータに作動油を供給する油圧ポンプと、
該油圧ポンプの吐出流量を制御する制御手段と、
前記作動油の油温を検出する温度センサと、を備え、
前記制御手段は、前記温度センサで検出した油温の上昇に従い、前記油圧ポンプの吐出流量を減少させる
ことを特徴とする油圧駆動作業機。
前記制御手段は、前記温度センサで検出した油温が閾値を超えたときに、前記油圧ポンプの吐出流量を減少させる
ことを特徴とする請求項１記載の油圧駆動作業機。
前記制御手段は、
複数段階の閾値を記憶しており、
前記温度センサで検出した油温が各段階の前記閾値を超えるたびに、前記油圧ポンプの吐出流量を減少させる
ことを特徴とする請求項２記載の油圧駆動作業機。