JP2014009566A

JP2014009566A - 建設機械の油圧制御装置

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Publication number: JP2014009566A
Application number: JP2012149046A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Takeshita; 達也武下
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2012-07-03
Filing date: 2012-07-03
Publication date: 2014-01-20
Anticipated expiration: 2032-07-03
Also published as: JP5974684B2

Abstract

【課題】既存の回路構成をそのまま検査に活用して走行異常の原因を特定できるようにする。
【解決手段】検査スイッチ３３のオン操作時に、コントローラ２８からの信号により流路切換弁２７を第２位置ロに切換えて、第２ポンプ２６で両走行モータ１０，１１を駆動する第２回路状態とし、この状態で両走行モータ１０，１１を交互に走行空転させる。また、センターバイパスラインＣ１，Ｃ２のカット弁２９，３０を、駆動される走行モータに応じて閉じるとともに、第２ポンプ２６の吐出流量を走行操作量に応じて制御することにより、両走行モータ１０，１１または両ポンプ２５，２６のいずれに異常が発生したかを特定するようにした。
【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を備え、この下部走行体が左右のクローラ式の走行装置によって走行駆動される建設機械の油圧制御装置に関するものである。

油圧ショベルを例にとって背景技術を説明する。

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が地面に対して鉛直となる軸Ｘのまわりに旋回自在に搭載され、この上部旋回体２に作業アタッチメントＡＴが装着されて構成される。

作業アタッチメントＡＴは、起伏自在なブーム３と、このブーム３の先端に取付けられたアーム４と、このアーム４の先端に取付けられたバケット５、それにこれらを作動させるブーム、アーム、バケット各シリンダ（油圧シリンダ）６，７,８によって構成される。

下部走行体１は、クローラ式の左右の走行装置(片側のみ図示)９を備え、両走行装置９がそれぞれ走行モータ(第１、第２走行モータ)によって駆動される。

また、他の油圧アクチュエータとして、上部旋回体２を旋回駆動する旋回モータ(図示しない)が設けられている。

この油圧ショベルにおいては、全油圧アクチュエータ、及び各油圧アクチュエータを個別に制御する全コントロールバルブを二つのグループに分け、両グループのアクチュエータ群を可変容量型の別々の油圧ポンプ(第１及び第２ポンプ)で駆動する構成をとるのが一般的である。

この場合、走行しながら旋回する等の走行操作を含む複合操作時(走行複合操作時)に、左右の走行モータに同量の油を供給して同速で駆動する必要があるため、左右の走行モータを別グループに分け、走行複合操作時以外は両走行モータを別ポンプで駆動する一方、走行複合操作時に同一ポンプの吐出油を両走行モータに分配供給する構成がとられる。

従って、走行複合操作時とそれ以外とで両油圧ポンプからの油の流路を切換える必要があるため、両油圧ポンプのポンプラインに、操作に基づく制御手段からの信号によって切換制御される流路切換弁(所謂「走行直進弁」)が設けられている。

この流路切換弁は、走行複合操作時以外は中立の第１位置となり、この第１位置で、第１ポンプの吐出油が第１グループに、第２ポンプの吐出油が第２グループにそれぞれ供給される第１回路状態となる。

そして、走行複合操作時に流路切換弁が第２位置に切換わり、この第２位置で、第１ポンプの吐出油が上記両走行モータ以外の油圧アクチュエータに、第２ポンプの吐出油が両走行モータにそれぞれ供給される第２回路状態となる。

一方、第１グループのコントロールバルブ群が第１センターバイパスラインによって、第２グループのコントロールバルブ群が第２センターバイパスラインによってそれぞれタンデムに接続されるとともに、第１及び第２両センターバイパスラインの最下流側に同ラインを必要に応じて閉じるための第１及び第２カット弁が設けられている。

このような回路構成をとる油圧ショベルにおいて、現場で走行装置９の動きに異常が疑われる場合、通常、作業アタッチメント３を地面に突いて片側走行装置９を浮かせ、この状態で走行モータを空転させる「走行空転」を行うことによって駆動状況(モータ回転数等)を確認する。

しかし、この方法によって走行異常が確認されても、その原因が走行モータとポンプのいずれによるものかは特定できない。

そこで、ポンプの吐出配管を組み替えて原因を探る手法がとられているが、配管の組み換えに時間と労力を要する上に、配管へのゴミの侵入や油漏れ等のリスクが発生し、さらに配管の組み換えを可能とするための配管設計が必要となって設計の自由度が狭くなる。

一方、この問題を解決する手段として、特許文献１に示されているように、両ポンプラインに検査用の切換弁を新たに設け、この切換弁の操作により、ポンプ吐出油の供給先を両走行モータ間で任意に切換え得るようにした技術が公知である。

この公知技術によると、両走行モータの駆動源となるポンプを任意に選択できるため、配管の組み換え無しで異常原因を特定することが可能となる。

特開２００５−３４４８１８号公報

しかし、公知技術のように大流量が流れるポンプラインに大型の切換弁を追加するとなると、配管構成が複雑化して配管のレイアウトが難しくなるとともに大幅なコストアップを招くため実機への適用が現実には困難となる。

そこで本発明は、既存の回路構成をそのまま検査に活用して走行異常の原因を特定することができる建設機械の油圧制御装置を提供するものである。

上記課題を解決する手段として、本発明においては、次の(Ｉ)〜(ＶＩＩ)のすべての要件を具備するものである。

(Ｉ) 左右の走行装置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搭載された上部旋回体と、この上部旋回体に装着された作業アタッチメントと、上記左右の走行装置の駆動源となる第１及び第２両走行モータを含む複数の油圧アクチュエータと、この各油圧アクチュエータの作動を個別に制御する複数のコントロールバルブとを具備すること。

(ＩＩ) 上記油圧アクチュエータ群及びコントロールバルブ群が、上記両走行モータのうち一方の走行モータ及び同モータ用のコントロールバルブを含む第１グループと、他方の走行モータ及び同モータ用のコントロールバルブを含む第２グループとに分けられていること。

(ＩＩＩ) 上記グループ分けされた油圧アクチュエータ群の油圧源としての可変容量型の第１及び第２両ポンプと、この両ポンプから吐出された油の供給先を切換える流路切換弁が設けられ、この流路切換弁により、上記第１ポンプの吐出油を上記第１グループに、上記第２ポンプの吐出油を上記第２グループにそれぞれ供給する第１回路状態と、上記第１ポンプの吐出油を上記両走行モータ以外の油圧アクチュエータに、第２ポンプの吐出油を両走行モータにそれぞれ供給する第２回路状態とに切換え得るように構成されていること。

(ＩＶ) 上記第１グループのコントロールバルブ群が第１センターバイパスラインによって、上記第２グループのコントロールバルブ群が第２センターバイパスラインによってそれぞれタンデムに接続されるとともに、上記第１及び第２両センターバイパスラインの最下流側に、同バイパスラインをタンクに連通させるアンロード位置と、タンクに対して遮断するブロック位置との間で切換わり作動する第１及び第２カット弁が設けられていること。

(Ｖ) 上記コントロールバルブの操作に応じて上記第１及び第２両ポンプの吐出流量、上記流路切換弁及びカット弁の切換えを制御する制御手段を有すること。

(ＶＩ) 走行異常の検査時に操作される検査スイッチを有すること。

(ＶＩＩ) 上記制御手段は、上記検査スイッチが操作された場合に、上記第２回路状態となるように上記流路切換弁を切換え、かつ、上記第１及び第２両カット弁のうち、駆動される走行モータが属する一方のグループのカット弁を上記アンロード位置に、他方のグループのカット弁を上記ブロック位置にそれぞれセットするとともに、上記両走行モータ用のコントロールバルブの操作に応じて上記第２ポンプの吐出流量を制御するように構成されていること。

この構成によれば、既存の回路構成を前提として、流路切換弁をそのまま走行検査用の切換弁として兼用し、かつ、制御手段による流路切換弁、カット弁、ポンプの制御内容を走行検査にも対応可能なものに変更するだけでよいため、配管の組み換えが不要であることはもとより、回路構成の複雑化も大幅なコストアップも招くことなく、走行異常の原因を容易かつ迅速に特定することができる。

本発明において、表示手段を設け、上記制御手段は、上記両走行モータを空転させたときの作動圧に基づいて異常の有無を判定し、異常発生を上記表示手段に表示させるように構成するのが望ましい(請求項２)。

この構成によれば、「走行空転」による検査時に、走行モータの回転数異常として表れる以外の異常を検出し、かつ表示することができる。このため、検査の精度、信頼性を高めることができる。

本発明によると、現状の回路構成をそのまま検査に活用して走行異常の原因を特定することができる。

本発明の実施形態にかかる油圧ショベルの油圧制御装置の回路構成図である。走行検査のために流路切換弁及びカット弁を切換えた状態の回路構成図である。実施形態の作用を説明するためのフローチャートである。検査パターンの１〜４の状況と結論を示す表である。油圧ショベルの概略側面図である。

実施形態は油圧ショベルを適用対象としている。

この油圧ショベルにおいては、図１に示すように、油圧アクチュエータとしてブーム、アーム、バケット各シリンダ６,７,８と、右走行用の第１、及び左走行用の第２両走行モータ１０,１１と旋回モータ１２とを具備している。

この油圧アクチュエータ群、及びこれらを個別に制御する油圧パイロット式のコントロールバルブ群は、第１及び第２の二つのグループＧ１,Ｇ２に分けられている。

図右側の第１グループＧ１は第２走行モータ１１、バケットシリンダ８、ブームシリンダ６、及びこれらを個別に制御する油圧パイロット切換弁であるコントロールバルブ１３,１４,１５から成っている。

図左側の第２グループＧ２は第１走行モータ１０、旋回モータ１２、アームシリンダ７、及びこれらを個別に制御する油圧パイロット切換弁であるコントロールバルブ１６,１７,１８から成っている。

この両グループＧ１,Ｇ２の各コントロールバルブ１３〜１５,１６〜１８は、それぞれ走行モータ用コントロールバルブ１３,１６を最上流側にしてセンターバイパスラインＣ１,Ｃ２によりタンデムに接続される一方、走行用以外の各コントロールバルブ１４,１５,１７,１８については、センターバイパスラインＣ１,Ｃ２とは別に設けられた第１及び第２両圧油供給ラインＬ１，Ｌ２にパラレルに接続されている。図１中、Ｔはタンクである。

また、コントロールバルブごとにリモコン弁が設けられるとともに、このリモコン弁のパイロット圧をコントロールバルブ操作量として検出する圧力センサが設けられている。

但し、ここでは図の簡素化のために、両走行モータ用の第１及び第２両走行リモコン弁１９，２０と、他のコントロールバルブの代表としての一つのリモコン弁２１と、これらのパイロット圧を検出する圧力センサ２２〜２４のみを図示している。

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２５,２６が設けられ、この両ポンプ２５,２６の吐出油が、電磁切換弁である流路切換弁(所謂「走行直進弁」)２７を介して、または直接、両グループＧ１,Ｇ２に供給される。

流路切換弁２７は、中立の第１位置イと、第２位置ロを有し、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、両ポンプポートＰ１，Ｐ２がポンプラインＰＬ１,ＰＬ２に接続されている。

この流路切換弁２７は、制御手段としてのコントローラ２８によって切換制御される。

なお、流路切換弁２７として油圧パイロット切換弁を用い、コントローラ２８により電磁比例式の切換制御弁を介して制御する構成をとることもできる。

コントローラ２８には、各リモコン弁の操作量に応じた操作信号(圧力センサ２２〜２４からの信号)が入力され、走行操作と、それ以外の操作(作業操作)が別々に行なわれる通常時には流路切換弁２７が図示の第１位置イにセットされる。

この状態では、第１ポンプ２５の吐出油が第１グループＧ１に、第２ポンプ２６の吐出油が第２グループＧ２にそれぞれ供給される。すなわち、第１回路状態となる。

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、流路切換弁２７がコントローラ２８からの信号に基づいて第１位置イから第２位置ロに切換わる。

この状態では、第１ポンプ２５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にパラレルに供給される一方、第２ポンプ２６の吐出油が両走行モータ１０,１１に分配供給される。すなわち、第２回路状態となる。

この第２回路状態で、両走行モータ１０,１１が共通の第２ポンプ２６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。

ところで、流路切換弁２７が第２位置ロにセットされた第２回路状態で、第２油圧ポンプ２５の吐出油が両グループＧ１,Ｇ２のセンターバイパスラインＣ１,Ｃ２に分配されるため、両グループＧ１,Ｇ２の一方のアクチュエータ作動時に、他方のセンターバイパスラインＣ１またはＣ２がタンクＴに通じたままだとポンプ吐出油がすべてアンロードされてしまい、アクチュエータが作動しない事態が発生する。

そこで、両センターバイパスラインＣ１,Ｃ２の最下流側に、同ラインＣ１,Ｃ２を必要に応じて閉じるための油圧パイロット式の第１、第２カット弁２９，３０が設けられている。

このカット弁２９，３０は、コントローラ２８からの信号により、図示のようにセンターバイパスラインＣ１，Ｃ２をタンクＴに連通させるアンロード位置イと、タンクＴに対して遮断するブロック位置ロとの間で切換わり作動する。

この両カット弁２９，３０のうち第１グループＧ１側の第１カット弁２９は、第２グループＧ２側のいずれかのコントロールバルブの操作時に、また第２グループＧ２側の第２カット弁３０は第１グループＧ１側のいずれかのコントロールバルブの操作時に、それぞれブロック位置ロに切換わる。

この作用により、両グループＧ１,Ｇ２のアクチュエータ作動が確保される。

第１、第２両ポンプ２５,２６には、ポンプレギュレータ３１,３２が設けられ、両ポンプ２５,２６の吐出流量がこのポンプレギュレータ３１，３２を通じてコントローラ２８によって制御される。

一方、この制御装置においては、前記のように走行異常が疑われる場合に、異常確認とその原因特定のために行う検査時に使用される検査スイッチ３３がコントローラ２８に接続され、この検査スイッチ３３のオン操作に基づき、コントローラ２８から、流路切換弁２７に第２位置ロへの切換信号と、検査対象と反対側グループのカット弁２９または３０に対するブロック位置ロへの切換信号、それに走行リモコン弁１９，２０の操作に応じて第２ポンプ２６の吐出流量を変化させる信号がそれぞれ出力される。

また、検査時に発生する走行モータ１０，１１の作動圧を第２ポンプ２６の吐出圧として検出する圧力センサ３４と、コントローラ２８からの信号に基づいて異常発生を文字や画像、音等で表示する表示器３５が設けられている。

検査は、前記のように図１の作業アタッチメントＡＴを地面に突いて片側走行装置９を浮かせ、次のように検査スイッチ３３をオン操作しない第１回路状態と、同スイッチ３３をオン操作した第２回路状態の双方で、浮かせた側の走行モータ１０または１１を駆動する(「走行空転」させる)ことによって行われる。

(ｉ) 図１に示す第１回路状態(検査スイッチ３３オフ)での検査
流路切換弁２７が第１位置イにセットされた第１回路状態で、両走行モータ１０，１１を交互に「走行空転」させ、図５の走行装置９の動き(回転数、回転状況)を目視で観測する。すなわち、従来と同じ方法での検査が行われる。

この場合、検査スイッチ３３のオフに関係なく、コントローラ２８は作業時と同様に機能し、走行モータ１０，１１の操作に応じたポンプ２５，２６の傾転制御等を行う。

(ｉｉ) 図２に示す第２回路状態(検査スイッチ３３オン)での検査
検査スイッチ３３をオン操作して流路切換弁２７を第２位置ロに切換えることによって第２回路状態とし、この状態で上記同様、両走行モータ１０，１１を交互に「走行空転」させて走行装置９の動きを観測するとともに、走行モータ作動圧(第２ポンプ２６の吐出圧)に基づいて異常を判定し、表示器３５に表示させる。

この検査時におけるコントローラ２８による制御内容を図３のフローチャートによって説明する。

ステップＳ１で検査スイッチ３３がオン操作されたか否かが判断され、ＮＯの場合は制御信号は出力されずに第１回路状態のままとなり(ステップＳ２)、この状態で上記(ｉ)の検査が行われる。

これに対し、ＹＥＳ(検査スイッチ３３がオン操作された)の場合は、上記(ｉｉ)の検査のための制御が開始され、まず、ステップＳ３で流路切換弁２７を第２位置ロに切換えて第２回路状態とする。

続くステップＳ４では、第１走行モータ１０が操作されたか否か((第１走行モータ用のリモコン弁１９が操作されたか否か)が判断される。

ここでＹＥＳ(第１走行モータ操作)の場合は、ステップＳ５で、第１カット弁２９をアンロード位置イに保持したまま第２カット弁３０をブロック位置ロに切換える。

これにより、第２ポンプ２６からの吐出油が第２センターバイパスラインＣ２を通ってアンロードされることが防止される。

この後、ステップＳ６において第２ポンプ２６の傾転(吐出流量)を走行操作量に応じて上げる。これにより、第１走行モータ１０が走行操作量に応じた回転数で駆動される。

続くステップＳ７では第２ポンプ圧Ｐａと、正常圧として予め設定された設定圧Ｐｂの差ΔＰを演算し、ステップＳ８でこの差圧ΔＰが予め設定された基準値ΔＰｓを超えているか否かを判断する。

ここでΔＰ＞ΔＰｓであれば、異常発生として表示器３５にその旨を表示した後、ステップＳ１に戻り、ΔＰ≦ΔＰｓであれば異常ではないとしてそのままステップＳ１に戻る。

一方、ステップＳ４でＮＯ(第２走行モータ操作)の場合は、ステップＳ１０で第２カット弁３０をアンロード位置イに保持したまま第１カット弁２９をブロック位置ロに切換えた上でステップＳ６に移行する。

図４は、上記(ｉ)(ｉｉ)の検査による両走行モータ１０，１１の状況(パターン１〜４)と、これから導かれる結論を表に示したものである。

たとえば、パターン１において、第１回路状態での検査、つまり上記(ｉ)の検査によって第１走行モータ１０が「異常」、第２走行モータ１１が「正常」と判断される一方、第２回路状態での検査、つまり上記(ｉｉ)の検査によって逆に、第１走行モータ１０が「正常」、第２走行モータ１１が「異常」と判断された場合は、第１ポンプ２５が「異常」であると結論付けられる。

このように、既存の回路構成を前提として、流路切換弁２７をそのまま走行検査用の切換弁として兼用し、かつ、コントローラ２８による流路切換弁２７、カット弁２９，３０、第２ポンプ２６の制御内容を走行検査にも対応可能なものに変更するだけでよいため、配管の組み換えが不要であることはもとより、回路構成の複雑化も大幅なコストアップも招くことなく、走行異常の原因を容易かつ迅速に特定することができる。

また、第２回路状態での検査時に、走行モータ１０，１１の回転数異常として表れる以外の異常を走行作動圧(ポンプ圧)によって検出し、かつ表示器３５に表示することができる。このため、検査の精度、信頼性を高めることができる。

ところで、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構成される破砕機、解体機等の他の建設機械にも上記同様に適用することができる。

１下部走行体
２上部旋回体
ＡＴ作業アタッチメント
Ｇ１第１グループ
Ｇ２第２グループ
Ｃ１，Ｃ２センターバイパスライン
６油圧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走行装置
１０第１走行モータ
１１第２走行モータ
１２油圧アクチュエータとしての旋回モータ
１３〜１８コントロールバルブ
２５第１ポンプ
２６第２ポンプ
２７流路切換弁
２８制御手段としてのコントローラ
Ｇ１第１グループ
Ｇ２第２グループ
Ｃ１，Ｃ２センターバイパスライン
２９，３０カット弁
３１，３２ポンプレギュレータ
３３検査スイッチ
３５表示器

Claims

次の(Ｉ)〜(ＶＩＩ)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制御装置。
(Ｉ) 左右の走行装置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搭載された上部旋回体と、この上部旋回体に装着された作業アタッチメントと、上記左右の走行装置の駆動源となる第１及び第２両走行モータを含む複数の油圧アクチュエータと、この各油圧アクチュエータの作動を個別に制御する複数のコントロールバルブとを具備すること。
(ＩＩ) 上記油圧アクチュエータ群及びコントロールバルブ群が、上記両走行モータのうち一方の走行モータ及び同モータ用のコントロールバルブを含む第１グループと、他方の走行モータ及び同モータ用のコントロールバルブを含む第２グループとに分けられていること。
(ＩＩＩ) 上記グループ分けされた油圧アクチュエータ群の油圧源としての可変容量型の第１及び第２両ポンプと、この両ポンプから吐出された油の供給先を切換える流路切換弁が設けられ、この流路切換弁により、上記第１ポンプの吐出油を上記第１グループに、上記第２ポンプの吐出油を上記第２グループにそれぞれ供給する第１回路状態と、上記第１ポンプの吐出油を上記両走行モータ以外の油圧アクチュエータに、第２ポンプの吐出油を両走行モータにそれぞれ供給する第２回路状態とに切換え得るように構成されていること。
(ＩＶ) 上記第１グループのコントロールバルブ群が第１センターバイパスラインによって、上記第２グループのコントロールバルブ群が第２センターバイパスラインによってそれぞれタンデムに接続されるとともに、上記第１及び第２両センターバイパスラインの最下流側に、同バイパスラインをタンクに連通させるアンロード位置と、タンクに対して遮断するブロック位置との間で切換わり作動する第１及び第２カット弁が設けられていること。
(Ｖ) 上記コントロールバルブの操作に応じて上記第１及び第２両ポンプの吐出流量、上記流路切換弁及びカット弁の切換えを制御する制御手段を有すること。
(ＶＩ) 走行異常の検査時に操作される検査スイッチを有すること。
(ＶＩＩ) 上記制御手段は、上記検査スイッチが操作された場合に、上記第２回路状態となるように上記流路切換弁を切換え、かつ、上記第１及び第２両カット弁のうち、駆動される走行モータが属する一方のグループのカット弁を上記アンロード位置に、他方のグループのカット弁を上記ブロック位置にそれぞれセットするとともに、上記両走行モータ用のコントロールバルブの操作に応じて上記第２ポンプの吐出流量を制御するように構成されていること。
表示手段を設け、上記制御手段は、上記両走行モータを空転させたときの作動圧に基づいて異常の有無を判定し、異常発生を上記表示手段に表示させるように構成し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。