JP2015078714A - 油圧駆動システム - Google Patents

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Abstract

【課題】旋回単独操作またはそれに準じた操作のときに旋回加速時のエネルギーの無駄な消費を抑制することができる油圧駆動システムを提供する。
【解決手段】油圧駆動システム１Ａでは、第１および第２油圧ポンプ２１，２２に第１および第２マルチコントロールバルブ４Ａ，４Ｂが接続されている。第１および第２レギュレータ３Ａ，３Ｂは、第１および第２油圧ポンプ２１，２２の傾転角を、それらの吐出圧およびパワーシフト圧に応じてそれらが高くなるほど吐出流量が減少するように調整する。パワーシフト圧を設定する比例弁７２は、旋回用スプール４１のみが作動したとき、または旋回用スプール４１が作動し、かつ、第２マルチコントロールバルブ４Ｂに含まれる１つまたは複数のスプールが必要流量が少ない方向に作動したときに、パワーシフト圧が高くなって第１および第２油圧ポンプ２１，２２の吐出流量が減少するように制御される。
【選択図】図１

Description

本発明は、旋回油圧モータを具備する建設機械用の油圧駆動システムに関する。
油圧ショベルなどの建設機械では、一般に、エンジンにより駆動される油圧ポンプから種々の油圧アクチュエータに作動油が供給される。油圧ポンプとしては、斜板ポンプや斜軸ポンプのような可変容量型のポンプが用いられ、油圧ポンプの傾転角が変更されることによって油圧ポンプから吐出される作動油の流量が変更される。
油圧ポンプの傾転角は、一般に、レギュレータにより調整される。例えば、特許文献１には、１つのエンジンにより駆動される２つの油圧ポンプと、それらの油圧ポンプの傾転角を調整する２つのレギュレータを備えた油圧駆動システムが開示されている。この油圧駆動システムでは、エンジンの停止を防止するために、個々の油圧ポンプの馬力の合計がエンジンの出力を超えないように馬力制御が行われる。
具体的に、特許文献１では、各レギュレータに、当該レギュレータと連結された自己側油圧ポンプの吐出圧と、他方のレギュレータと連結された相手側油圧ポンプの吐出圧が導かれる。レギュレータは、自己側油圧ポンプおよび相手側油圧ポンプの吐出圧が高いほど自己側油圧ポンプの傾転角を大きくし、自己側油圧ポンプの吐出流量を増大させる。すなわち、２つの油圧ポンプの傾転角が常に同じ角度に保たれる。また、双方のレギュレータには、比例弁から制御圧が導かれ、制御圧が高いほど双方の油圧ポンプの傾転角が大きくされる。なお、当該技術分野では、自己側油圧ポンプおよび相手側油圧ポンプの吐出圧に基づく馬力制御を全馬力制御、制御圧に基づく馬力制御をパワーシフト制御と呼ぶこともある。
より詳しくは、各レギュレータは、自己側油圧ポンプに連結されたサーボシリンダと、サーボシリンダを制御するためのスプールと、自己側油圧ポンプおよび相手側油圧ポンプの吐出圧ならびに制御圧が高いほど自己側油圧ポンプの吐出流量を増大させる方向にスプールを押圧する馬力制御用ピストンを含む。
なお、特許文献１に開示された油圧駆動システムでは、油圧ショベルが対象となっており、一方の油圧ポンプからはコントロールバルブを介して旋回モータなどに作動油が供給され、他方の油圧ポンプからはコントロールバルブを介してバケットシリンダなどに作動油が供給される。
特開平１１−１０１１８３号公報
ところで、特許文献１に開示された油圧駆動システムにおいては、レギュレータの馬力制御用ピストンがスプールを押圧する方向を逆にすることが考えられる。換言すれば、各レギュレータを、自己側油圧ポンプおよび相手側油圧ポンプの吐出圧ならびに制御圧が高くなるほど自己側油圧ポンプの吐出流量を減少させるように構成する。このようにすれば、一方の油圧ポンプが無負荷のときに、他方の油圧ポンプの吐出流量を大きくできるというメリットがある。例えば、図９（ａ）に、一方の油圧ポンプの性能特性を、当該油圧ポンプおよび他方の油圧ポンプに同じ負荷がかかったときを実線Ａで示し、他方の油圧ポンプが無負荷の場合を一点鎖線Ｂで示す。上記のメリットは、例えば、バケット単独操作の場合に効果的である。
しかしながら、旋回単独操作の場合は、旋回油圧モータにより旋回される旋回体が旋回し始める初期に、上記のメリットによって増大された吐出流量が過大となる。これは、建設機械では旋回体の重量（厳密に言えば、イナーシャ）が大きいために、旋回加速時の初期には多くの流量は不要であるからである。旋回加速時に旋回モータに供給される余分な作動油は、旋回モータのリリーフ弁から逃される。このように、旋回単独操作の場合には、旋回加速時にエネルギーが無駄に消費されることになる。
そこで、本発明は、旋回単独操作またはそれに準じた操作のときに旋回加速時のエネルギーの無駄な消費を抑制することができる油圧駆動システムを提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明の油圧駆動システムは、旋回油圧モータを具備する建設機械用の油圧駆動システムであって、エンジンにより駆動されて傾転角に応じた流量の作動油を吐出する第１油圧ポンプおよび第２油圧ポンプと、前記第１油圧ポンプと接続された、前記旋回油圧モータを制御するための旋回用スプールを含む第１マルチコントロールバルブと、前記第２油圧ポンプと接続された第２マルチコントロールバルブと、前記第１油圧ポンプおよび前記第２油圧ポンプの吐出圧ならびにパワーシフト圧に応じて、それらが高くなるほど前記第１ポンプの吐出流量が減少するように前記第１油圧ポンプの傾転角を調整する第１レギュレータと、前記第２油圧ポンプおよび前記第１油圧ポンプの吐出圧ならびに前記パワーシフト圧に応じて、それらが高くなるほど前記第２ポンプの吐出流量が減少するように前記第２油圧ポンプの傾転角を調整する第２レギュレータと、前記第１レギュレータおよび前記第２レギュレータに導かれる前記パワーシフト圧を設定する比例弁と、前記旋回用スプールのみが作動したとき、または前記旋回用スプールが作動し、かつ、前記第２マルチコントロールバルブに含まれる１つまたは複数のスプールが必要流量が少ない方向に作動したときに、前記パワーシフト圧が高くなって前記第１油圧ポンプおよび前記第２油圧ポンプの吐出流量が減少するように前記比例弁を制御するコントローラと、を備える、ことを特徴とする。
上記の構成によれば、旋回単独操作またはそれに準じた操作のときには、第１油圧ポンプの吐出流量が減少するので、旋回加速時のエネルギーの無駄な消費を抑制することができる。
上記の油圧駆動システムは、前記旋回用スプールを含む監視用スプールを経由するように前記第１マルチコントロールバルブおよび前記第２マルチコントロールバルブに跨って延びるスプール作動検出ラインと、前記スプール作動検出ラインが遮断されたことを検出するための監視用圧力検出器と、前記旋回用スプールを作動させるパイロット回路のパイロット圧が立ったことを検出するための旋回用圧力検出器と、をさらに備え、前記旋回用スプールは、作動したときでも前記スプール作動検出ラインを遮断しないように構成されていてもよい。この構成によれば、簡単な構成で旋回単独操作を検出することができる。
あるいは、上記の油圧駆動システムは、前記旋回用スプールを含む監視用スプールを経由するように前記第１マルチコントロールバルブおよび前記第２マルチコントロールバルブに跨って延びるスプール作動検出ラインと、前記旋回用スプールを作動させるパイロット回路のパイロット圧が立ったことを検出するための旋回用圧力検出器と、前記旋回用スプール以外の前記監視用スプールを作動させるパイロット回路のいずれかにおいてパイロット圧が立ったことを検出するための非旋回用圧力検出器と、をさらに備え、前記旋回用スプールは、作動したときに前記スプール作動検出ラインを遮断するように構成されていてもよい。この構成によれば、通常の構造の旋回用スプールを用いて旋回単独操作を検出することができる。
前記建設機械は、バケット、アームおよびブームを備える油圧ショベルであり、前記第２マルチコントロールバルブは、前記監視用スプールとして、バケット用スプールとブーム用スプールを含み、前記バケット用スプールは、バケットアウトの方向に作動したときでも前記スプール作動検出ラインを遮断しないように構成されており、前記ブーム用スプールは、ブーム下げの方向に作動したときでも前記スプール作動検出ラインを遮断しないように構成されており、上記の油圧駆動システムは、前記バケット用スプールを作動させるパイロット回路におけるバケットアウト用ラインのパイロット圧が立ったことを検出するためのバケットアウト用圧力検出器と、前記ブーム用スプールを作動させるパイロット回路におけるブーム下げ用ラインのパイロット圧が立ったことを検出するためのブーム下げ用圧力検出器と、をさらに備えてもよい。この構成によれば、旋回操作だけでなく、必要流量が少ないバケットアウト操作およびブーム下げ操作も検出することができる。これにより、旋回とブーム下げの同時操作、旋回とバケットアウトの同時操作、旋回とブーム下げとバケットアウトの同時操作という頻繁に行われる操作のときに、旋回加速時のエネルギーの無駄な消費を抑制することができる。
前記建設機械は、バケット、アームおよびブームを備える油圧ショベルであり、上記の油圧駆動システムは、前記旋回用スプールを含む監視用スプールを経由するように前記第１マルチコントロールバルブおよび前記第２マルチコントロールバルブに跨って延びるスプール作動検出ラインをさらに備えてもよい。さらに、前記第１マルチコントロールバルブと前記第２マルチコントロールバルブのどちらかは、前記監視用スプールとして、アーム用スプールを含み、前記第２マルチコントロールバルブは、前記監視用スプールとして、バケット用スプールとブーム用スプールを含み、前記旋回用スプール、前記アーム用スプール、前記バケット用スプールおよび前記ブーム用スプールは、作動したときに前記スプール作動検出ラインを遮断するように構成されており、前記旋回用スプール、前記アーム用スプール、前記バケット用スプールおよび前記ブーム用スプールを作動させるパイロット回路のそれぞれには、当該パイロット回路のパイロット圧が立ったことを検出するための圧力検出器が設けられていてもよい。この構成によれば、既存の建設機械に組み込まれた油圧駆動システムを、本発明の油圧駆動システムに安価に改造することができる。
本発明によれば、旋回単独操作またはそれに準じた操作のときに旋回加速時のエネルギーの無駄な消費を抑制することができる。
本発明の第１実施形態に係る油圧駆動システムの全体的な油圧回路図である。 第１実施形態における第１および第２マルチコントロールバルブから油圧アクチュエータまでの油圧回路図である。 本発明の第２実施形態における旋回以外の操作を検出するための油圧回路図である。 第２実施形態における第１および第２マルチコントロールバルブから油圧アクチュエータまでの油圧回路図である。 本発明の第３実施形態に係る油圧駆動システムの全体的な油圧回路図である。 第３実施形態における第１および第２マルチコントロールバルブから油圧アクチュエータまでの油圧回路図である。 第３実施形態の変形例における旋回以外の操作を検出するための油圧回路図である。 本発明の第４実施形態に係る油圧駆動システムの全体的な油圧回路図である。 （ａ）は従来の油圧駆動システムにおける一方の油圧ポンプの性能特性を示すグラフであり、（ｂ）は第１実施形態における第１油圧ポンプの性能特性を示すグラフである。
（第１実施形態）
図１および図２に、本発明の第１実施形態に係る油圧駆動システム１Ａを示す。図１は、後述する第１および第２マルチコントロールバルブ４Ａ，４Ｂの内部構成を簡略的に示す油圧駆動システム１Ａの全体的な油圧回路図であり、図２は、第１および第２マルチコントロールバルブ４Ａ，４Ｂから油圧アクチュエータまでの油圧回路図である。
油圧駆動システム１Ａは、旋回油圧モータを具備する建設機械用のものである。本実施形態では、建設機械が油圧ショベルである。ただし、油圧駆動システム１Ａが対象とする建設機械は、必ずしも油圧ショベルである必要はなく、例えば油圧クレーンなどであってもよい。
例えば、自走式の油圧ショベルは、走行装置、走行装置に対して旋回する、運転室を含む本体、本体に対して俯仰するブーム、ブームの先端に揺動可能に連結されたアーム、アームの先端に揺動可能に連結されたバケット、を備える。すなわち、本体、ブーム、アームおよびバケットが、後述する旋回油圧モータ２４により旋回される旋回体である。船舶に搭載される油圧ショベルでは、本体が船体に旋回可能に支持される。
図２に示すように、油圧駆動システム１Ａは、油圧アクチュエータとして、旋回油圧モータ２４、バケットシリンダ２５、ブームシリンダ２６、アームシリンダ２７を備える。また、油圧駆動システム１Ａは、図１に示すように、それらの油圧アクチュエータに作動油を供給する第１油圧ポンプ２１および第２油圧ポンプ２２を備える。第１油圧ポンプ２１からは、第１マルチコントロールバルブ４Ａを介して旋回油圧モータ２４、ブームシリンダ２６およびアームシリンダ２７に作動油が供給され、第２油圧ポンプ２２からは、第２マルチコントロールバルブ４Ｂを介してバケットシリンダ２５、ブームシリンダ２６およびアームシリンダ２６に作動油が供給される。
より詳しくは、第１油圧ポンプ２１は、第１供給ライン１１により第１マルチコントロールバルブ４Ａと接続されている。また、第１マルチコントロールバルブ４Ａからは、当該第１マルチコントロールバルブ４Ａを通過した作動油をタンクに導く第１センターブリードライン１２が延びている。同様に、第２油圧ポンプ２２は、第２供給ライン１５により第２マルチコントロールバルブ４Ｂと接続されている。また、第２マルチコントロールバルブ４Ｂからは、当該第２マルチコントロールバルブ４Ｂを通過した作動油をタンクに導く第２センターブリードライン１６が延びている。
本実施形態では、第１油圧ポンプ２１の吐出流量および第２油圧ポンプ２２の吐出流量がネガティブコントロール（以下、「ネガコン」という）方式で制御される。すなわち、第１センターブリードライン１２に絞り１３が設けられているとともに、この絞り１３をバイパスする通路上にリリーフ弁１４が配置されている。同様に、第２センターブリードライン１６に絞り１７が設けられているとともに、この絞り１７をバイパスする通路上にリリーフ弁１８が配置されている。なお、リリーフ弁１４，１８及び絞り１３，１７は、それぞれ第１マルチコントロールバルブ４Ａおよび第２マルチコントロールバルブ４Ｂに組み込まれていてもよい。
第１マルチコントロールバルブ４Ａおよび第２マルチコントロールバルブ４Ｂは、複数のスプールを含むオープンセンター型のバルブである。すなわち、マルチコントロールバルブ（４Ａまたは４Ｂ）では、全てのスプールが中立位置にあるときに供給ライン（１１または１５）からセンターブリードライン（１２または１６）へ流れる作動油の量が制限されない一方、いずれかのスプールが作動して中立位置から移動すると、供給ライン（１１または１５）からセンターブリードライン（１２または１６）へ流れる作動油の量がそのスプールによって制限される。
より詳しくは、図２に示すように、第１マルチコントロールバルブ４Ａは、旋回油圧モータ２４を制御するための旋回用スプール４１を含み、第２マルチコントロールバルブ４Ｂは、バケットシリンダ２５を制御するためのバケット用スプール４４を含む。また、第１マルチコントロールバルブ４Ａおよび第２マルチコントロールバルブ４Ｂは、ブームシリンダ２６を制御するためのブーム用スプール４２，４５と、アームシリンダ２７を制御するためのアーム用スプール４３，４６をそれぞれ含む。第２マルチコントロールバルブ４Ｂのブーム用スプール４５は第１速度を、第１マルチコントロールバルブ４Ａのブーム用スプール４２は、ブーム用スプール４５と共に作動して、第１速度よりも速い第２速度を実現するためのものである。なお、ブーム用スプール４５とブームシリンダ２６の間のヘッド側ラインに合流する、ブーム用スプール４２からのライン上には逆止弁４７が配置されている。第１マルチコントロールバルブ４Ａのアーム用スプール４４は第１速度を、第２マルチコントロールバルブ４Ｂのアーム用スプール４６は、アーム用スプール４４と共に作動して、第１速度よりも速い第２速度を実現するためのものである。なお、ブーム第２速度用のブーム用スプール４２のみが２ポジションスプールであり、その他のスプールは３ポジションスプールである。
また、第１マルチコントロールバルブ４Ａおよび第２マルチコントロールバルブ４Ｂのそれぞれには、全てのスプールを横断して供給ライン（１１または１５）とセンターブリードライン（１２または１６）とを接続する中央通路４ａと、中央通路４ａから各スプールへ作動油を導くパラレル通路４ｂと、各スプール（ブーム用スプール４２を除く）からタンクへ作動油を導くタンク通路４ｃが形成されている。
なお、スプール４１〜４６の位置は特に限定されるものではなく、図２に示されている通りである必要はない。例えば、バケット用スプール４４がブーム用スプール４５の下流側であってアーム用スプール４６の上流側に配置されていてもよい。また、自走式の油圧ショベルの場合には、第１マルチコントロールバルブ４Ａおよび第２マルチコントロールバルブ４Ｂのそれぞれに、走行油圧モータを制御するための走行用スプールが含まれていてもよい。さらに、第１マルチコントロールバルブ４Ａ若しくは第２マルチコントロールバルブ４Ｂのいずれか一方、又はその両方に、オプション用スプールが１個又は複数個含まれていてもよい。
旋回用スプール４１を作動させる旋回パイロット回路６１は、旋回操作弁５１から旋回用スプール４１まで延びる右旋回ライン６１Ａおよび左旋回ライン６１Ｂを含み、バケット用スプール４４を作動させるバケットパイロット回路６３は、バケット操作弁５３からバケット用スプール４４まで延びるバケットイン用ライン６３Ａおよびバケットアウト用ライン６３Ｂを含む。また、ブーム用スプール４２，４５を作動させるブームパイロット回路６４は、ブーム操作弁５４からブーム用スプール４２，４５まで延びるブーム上げ用ライン６４Ａおよびブーム操作弁５４からブーム用スプール４５のみまで延びるブーム下げ用ライン６４Ｂを含み、アーム用スプール４３，４６を作動させるアームパイロット回路６２は、アーム操作弁５２からアーム用スプール４３，４６まで延びるアームイン用ライン６２Ａおよびアームアウト用ライン６２Ｂを含む。各操作弁５１〜５４は、操作レバーを含む。操作レバーが傾倒されると、パイロット回路（６１〜６４）における操作レバーが傾倒された方向のパイロットライン（６１Ａ〜６４Ｂ）にパイロット圧が立ち、スプール（４１〜４６）が作動する。
第１油圧ポンプ２１および第２油圧ポンプ２２は、エンジン１０により駆動されて、傾転角に応じた流量の作動油を吐出する。本実施形態では、第１油圧ポンプ２１および第２油圧ポンプ２２として、斜板２０の角度により傾転角が規定される斜板ポンプが採用されている。ただし、第１油圧ポンプ２１および第２油圧ポンプ２２は、斜軸の角度により傾転角が規定される斜軸ポンプであってもよい。
第１油圧ポンプ２１の傾転角は、第１レギュレータ３Ａにより調整され、第２油圧ポンプ２２の傾転角は、第２レギュレータ３Ｂにより調整される。油圧ポンプ（２１または２２）の傾転角が小さくなれば油圧ポンプの吐出流量が減少し、油圧ポンプの傾転角が大きくなれば油圧ポンプの吐出流量が増大する。
第１レギュレータ３Ａは、第１油圧ポンプ２１の斜板２０と連結されたサーボシリンダ３１と、サーボシリンダ３１を制御するためのスプール３２と、スプール３２を作動させるネガコン用ピストン３３および馬力制御用ピストン３４と、を含む。
サーボシリンダ３１の小径側受圧室は、第１供給ライン１１と連通している。スプール３２は、サーボシリンダ３１の大径側受圧室と第１供給ライン１１とを連通させるラインの開口面積を制御するとともに、大径側受圧室とタンクとを連通させるラインの開口面積を制御する。サーボシリンダ３１は、大径側受圧室が第１供給ライン１１とより大きな開口面積で連通すると第１油圧ポンプ２１の傾転角を小さくし、大径側受圧室がタンクとより大きな開口面積で連通すると第１油圧ポンプ２１の傾転を大きくする。ネガコン用ピストン３３および馬力制御用ピストン３４は、サーボシリンダ３１の大径側受圧室を第１供給ライン１１と連通させる方向、すなわち第１油圧ポンプ２１の吐出流量を減少させる方向にスプール３２を押圧する。
第１レギュレータ３Ａには、ネガコン用ピストン３３にスプール３２を押圧させるための受圧室が形成されている。ネガコン用ピストン３３の受圧室には、第１センターブリードライン１２における絞り１３の上流側の圧力である第１ネガコン圧Ｐｎ１が導かれる。第１ネガコン圧Ｐｎ１は、中央通路４ａに流れる作動油の、スプールによる制限度合によって定まり、第１ネガコン圧Ｐｎ１が大きくなればネガコン用ピストン３３が進出して第１油圧ポンプ２１の傾転角が小さくなり、第１ネガコン圧Ｐｎ１が小さくなればネガコン用ピストン３３が後退して第１油圧ポンプ２１の傾転角が大きくなる。
馬力制御用ピストン３４は、第１油圧ポンプ２１の吐出圧Ｐｄ１および第２油圧ポンプ２２の吐出圧Ｐｄ２ならびにパワーシフト圧Ｐｓに応じて、それらが高くなるほど第１油圧ポンプ２１の吐出流量を減少させるためのものである。具体的に、第１レギュレータ３Ａには、馬力制御用ピストン３４にスプール３２を押圧させるための３つの受圧室が形成されている。馬力制御用ピストン３４の３つの受圧室は、第１供給ライン１１、第２供給ライン１５および後述するパワーシフトライン７１Ａと接続されており、それらの受圧室には、それぞれ、第１油圧ポンプ２１の吐出圧Ｐｄ１、第２油圧ポンプ２２の吐出圧Ｐｄ２およびパワーシフト圧Ｐｓが導かれる。
なお、ネガコン用ピストン３３と馬力制御用ピストン３４は、そのうちの第１油圧ポンプ２１の吐出流量を制限する方（小さくする方）が優先してスプール３２を押圧するように構成される。
第２レギュレータ３Ｂの構成は、第１レギュレータ３Ａの構成と同様である。すなわち、第２レギュレータ３Ｂは、ネガコン用ピストン３３により、第２ネガコン圧Ｐｎ２に基づいて第２油圧ポンプ２２の傾転角を調整する。また、第２レギュレータ３Ｂは、馬力制御用ピストン３４により、第２油圧ポンプ２２の吐出圧Ｐｄ２および第１油圧ポンプ２１の吐出圧Ｐｄ１ならびにパワーシフト圧Ｐｓに応じて、それらが高くなるほど第２油圧ポンプ２２の吐出流量が減少するように第２油圧ポンプ２２の傾転角を調整する。
エンジン１０により駆動される補助ポンプ２３からの吐出圧は、パイロット圧供給ライン７１を通じて比例弁７２に一次圧として供給される。比例弁７２からの制御圧はパワーシフトライン７１Ａへ出力され、パワーシフトライン７１Ａからは、一対の分岐ラインが、第１レギュレータ３Ａおよび第２レギュレータ３Ｂにおける馬力制御用ピストン３４の受圧室の１つまで延びている。
比例弁７２は、第１レギュレータ３Ａおよび第２レギュレータ３Ｂに導かれるパワーシフト圧Ｐｓを設定するためのものである。
比例弁７２は、コントローラ８により制御される。コントローラ８は、演算装置や記憶装置などで構成される。本実施形態では、コントローラ８は、旋回用スプール４１のみが作動したときに、パワーシフト圧Ｐｓが高くなって第１油圧ポンプ２１および第２油圧ポンプ２２の吐出流量が減少するように比例弁７２を制御する。以下、その制御のための構成を説明する。
旋回用パイロット回路６１には、当該旋回パイロット回路６１（右旋回ライン６１Ａおよび左旋回ライン６１Ｂ）のパイロット圧が立ったこと、換言すれば旋回操作弁５１の操作レバーが傾倒されたことを検出するための旋回用圧力検出器８１が設けられている。旋回用圧力検出器８１は、右旋回ライン６１Ａおよび左旋回ライン６１Ｂのうちでパイロット圧が高い方のパイロット圧を選択的に検出できるように構成されている。本実施形態では、旋回用圧力検出器８１として圧力センサが用いられている。ただし、旋回用圧力検出器８１は、旋回パイロット回路６１にパイロット圧が立ったときにオンまたはオフとなる圧力スイッチであってもよい。
パイロット圧供給ライン７１からは、スプール作動検出ライン７３が分岐している。スプール作動検出ライン７３は、監視用スプール４０を経由するように第１マルチコントロールバルブ４Ａおよび第２マルチコントロールバルブ４Ｂに跨って延びており、タンクにつながっている。
本実施形態では、監視用スプール４０は、第１マルチコントロールバルブ４Ａの旋回用スプール４１と、第２マルチコントロールバルブ４Ｂのバケット用スプール４４、ブーム用スプール４５およびアーム用スプール４６である。ただし、スプール作動検出ライン７３が監視用スプール４０を経由する順番は特に限定されないことは言うまでもない。また、監視用スプール４０としては、第２マルチコントロールバルブ４Ｂのブーム用スプール４５およびアーム用スプール４６の代わりに、第１マルチコントロールバルブ４Ａのブーム用スプール４２およびアーム用スプール４３が採用されてもよい。さらに、第１マルチコントロールバルブ４Ａ又は第２マルチコントロールバルブ４Ｂがオプション用スプールを含む場合は、そのオプション用スプールが監視用スプール４０に含まれてもよい。
図２に示すように、旋回用スプール４１は、中立位置に位置するときでも作動したとき（中立位置から移動したとき）でも、スプール作動検出ライン７３を遮断しないように構成されている。一方、旋回用スプール以外の監視用スプール４０は、中立位置に位置するときにはスプール作動検出ライン７３を遮断しないが、作動したとき（中立位置から移動したとき）にスプール作動検出ライン７３を遮断するように構成されている。すなわち、スプール作動検出ライン７３は、旋回操作弁５１のみが操作されたときには遮断されないが、バケット操作弁５３、ブーム操作弁５４およびアーム操作弁５２のいずれかが操作されると遮断される。
スプール作動検出ライン７３の上流側の部分には、各スプールの作動状態によらず、パイロット圧供給ライン７１の圧力が低下しすぎないようにするための絞り７４が設けられている。また、スプール作動検出ライン７３には、絞り７４と第２マルチコントロールバルブ４Ｂの間に、スプール作動検出ライン７３が遮断されたことを検出するための監視用圧力検出器７５が設けられている。本実施形態では、監視用圧力検出器７５として圧力センサが用いられている。ただし、監視用圧力検出器７５は、スプール作動検出ライン７３が遮断されたときにオンまたはオフとなる圧力スイッチであってもよい。
コントローラ８は、旋回用圧力検出器８１および監視用圧力検出器７５により、旋回操作弁５１のみが操作されたと判定される場合は、パワーシフト圧Ｐｓが高くなるように比例弁７２を制御する。これにより、第１油圧ポンプ２１および第２油圧ポンプ２２の吐出流量が減少する。その結果、旋回加速時に旋回油圧モータ２４に供給される作動油の量を抑えて、エネルギーの無駄な消費を抑制することができる。なお、コントローラ８は、旋回の加速期間が過ぎれば、パワーシフト圧Ｐｓを元に戻すように比例弁７２を制御してもよい。
ここで、図９（ｂ）に、パワーシフト圧Ｐｓを上昇させたときの第１油圧ポンプ２１の性能特性を二点鎖線Ｃで示す。なお、図中の実線Ａは、図９（ａ）の実線Ａと同様に、パワーシフト圧Ｐｓが低い状況下での、双方の油圧ポンプ２１，２２に同じ負荷がかかったときの第１油圧ポンプ２１の性能特性を示す。図９（ｂ）と図９（ａ）の比較から、パワーシフト圧Ｐｓを上昇させることによって、旋回単独操作の場合に第１油圧ポンプ２１の吐出流量の増加が抑えられることが分かる。
しかも、本実施形態では、旋回パイロット回路６１に旋回用圧力検出器８１を設けているので、第１供給ライン１１に圧力検出器を設ける場合に比べて、安価な構成で上記の効果を得ることができる。また、本実施形態では、パワーシフト圧Ｐｓをレギュレータによる馬力制御に重畳して利用しているため、簡単な制御ロジックで、旋回単独操作の場合に第１油圧ポンプ２１の吐出流量の増加が抑えられるという効果を得ることができる。更に、旋回加速の後半に進むにつれて旋回モータ２４に作用する負荷圧力が低下し、旋回速度を上昇させるには多くの流量が必要になるが、本実施形態では、パワーシフト圧Ｐｓの作用によって旋回単独操作時の第１油圧ポンプ２１の吐出流量を一時的に減少させるものの、旋回加速の後半においては、第１油圧ポンプ２１の吐出圧Ｐｄ１の低下に伴い、上述するレギュレータによる馬力制御の作用によって、第１油圧ポンプ２１の吐出流量が自動的に増大する。これにより、旋回モータ２４には各旋回段階での負荷に応じた十分な流量の作動油が供給されるので、旋回時の操作フィーリングを損なうこともない。
さらには、旋回用スプール４１が作動してもスプール作動検出ライン７３を遮断しないように構成されているので、旋回パイロット回路６１とスプール作動検出ライン７３に圧力検出器を設けるだけで、旋回操作弁５１のみが操作されたことを検出できる。すなわち、簡単な構成で旋回単独操作を検出することができる。
＜変形例＞
スプール作動検出ライン７３は必ずしも旋回用スプール４１を経由する必要はなく、旋回用スプール４１に対するポート数を６としてもよい。この場合、スプール作動検出ライン７３が第２マルチコントロールバルブ４Ｂのみに設けられていてもよい。
（第２実施形態）
次に、図３および図４を参照して、本発明の第２実施形態に係る油圧駆動システムを説明する。なお、本実施形態ならびに後述する第３および第４実施形態において、第１実施形態と同一構成要素には同一符号を付し、重複した説明は省略する。
本実施形態では、図４に示すように、旋回用スプール４１が、作動したときにスプール作動検出ライン７３を遮断するように構成されている。すなわち、旋回操作弁５１、バケット操作弁５３、ブーム操作弁５４およびアーム操作弁５２（操作弁５１〜５４については図１参照）のいずれが操作されても、スプール作動検出ライン７３が遮断される。
このため、旋回操作弁５１のみが操作されたことを検出するための構成として、図３に示すように、旋回用スプール４１以外の監視用スプール４０を作動させるパイロット回路６２〜６４のいずれかにおいてパイロット圧が立ったことを検出するための非旋回用圧力検出器８２が設けられている。非旋回用圧力検出器８２は、パイロット回路６２〜６４の全てのパイロットライン（６２Ａ〜６４Ｂ）のうちでパイロット圧が最も高いもののパイロット圧を選択的に検出できるように構成されている。本実施形態では、非旋回用圧力検出器８２として圧力センサが用いられている。ただし、非旋回用圧力検出器８２は、パイロット回路６２〜６４のいずれかにおいてパイロット圧が立ったときにオンまたはオフとなる圧力スイッチであってもよい。
本実施形態でも、第１実施形態と同様に、コントローラ８が、旋回用スプール４１のみが作動したときに、パワーシフト圧Ｐｓが高くなって第１油圧ポンプ２１および第２油圧ポンプ２２の吐出流量が減少するように比例弁７２を制御する。これにより、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、本実施形態では、旋回用スプール４１が作動したときにスプール作動検出ライン７３を遮断するように構成されているので、通常の構造の旋回用スプールを用いて旋回単独操作を検出することができる。換言すれば、既存の建設機械に組み込まれた油圧駆動システムを、本実施形態の油圧駆動システムに安価に改造することができる。
（第３実施形態）
次に、図５および図６を参照して、本発明の第３実施形態に係る油圧駆動システム１Ｂを説明する。本実施形態では、旋回操作だけでなく、必要流量が少ないバケットアウト操作およびブーム下げ操作も検出することができる構成が採用されている。そして、コントローラ８は、旋回用スプール４１のみが作動したときだけでなく、旋回用スプール４１が作動し、かつ、バケット用スプール４４および／またはブーム用スプール４５が必要流量が少ない方向（バケットアウトおよび／またはブーム下げの方向）に作動したときも、パワーシフト圧Ｐｓが高くなって第１油圧ポンプ２１および第２油圧ポンプ２２の吐出流量が減少するように比例弁７２を制御する。
具体的には、図６に示すように、バケット用スプール４４が、バケットアウトの方向に作動したときでもスプール作動検出ライン７３を遮断しないように構成されている。また、バケットパイロット回路６３には、バケットアウト用ライン６３Ｂのパイロット圧が立ったことを検出するためのバケットアウト用圧力検出器８３が設けられている。本実施形態では、バケットアウト用圧力検出器８３として圧力センサが用いられている。ただし、バケットアウト用圧力検出器８３は、バケットアウト用ライン６３Ｂのパイロット圧が立ったときにオンまたはオフとなる圧力スイッチであってもよい。
さらには、ブーム用スプール４５が、ブーム下げの方向に作動したときでもスプール作動検出ライン７３を遮断しないように構成されている。また、ブームパイロット回路６４には、ブーム下げ用ライン６４Ｂのパイロット圧が立ったことを検出するためのブーム下げ用圧力検出器８４が設けられている。本実施形態では、ブーム下げ用圧力検出器８４として圧力センサが用いられている。ただし、ブーム下げ用圧力検出器８４は、ブーム下げ用ライン６４Ｂのパイロット圧が立ったときにオンまたはオフとなる圧力スイッチであってもよい。
そして、コントローラ８は、次の４つの場合に、パワーシフト圧Ｐｓが高くなるように比例弁７２を制御する。これにより、第１油圧ポンプ２１および第２油圧ポンプ２２の各々のポンプの吐出圧に対する吐出流量が減少する。その結果、旋回加速時に旋回油圧モータ２４に供給される作動油の量を抑えて、エネルギーの無駄な消費を抑制することができる。なお、コントローラ８は、旋回の加速期間が過ぎれば、パワーシフト圧Ｐｓを元に戻すように比例弁７２を制御してもよい。
上述した４つの場合の１つ目は、旋回用圧力検出器８１によるパイロット圧検出ならびに監視用圧力検出器７５、バケットアウト用圧力検出器８３およびブーム下げ用圧力検出器８４の非検出によって、旋回操作弁５１のみが操作されたと判定される場合である。２つ目は、旋回用圧力検出器８１およびバケットアウト用圧力検出器８３によるパイロット圧検出ならびに監視用圧力検出器７５およびブーム下げ用圧力検出器８４の非検出によって、旋回操作弁５１が操作され、かつ、バケット操作弁５３がバケットアウト方向に操作されたと判定される場合である。３つ目は、旋回用圧力検出器８１およびブーム下げ用圧力検出器８４によるパイロット圧検出ならびに監視用圧力検出器７５およびバケットアウト用圧力検出器８３の非検出によって、旋回操作弁５１が操作され、かつ、ブーム操作弁５４がブーム下げ方向に操作されたと判定される場合である。４つ目は、旋回用圧力検出器８１、バケットアウト用圧力検出器８３およびブーム下げ用圧力検出器８４によるパイロット圧検出ならびに監視用圧力検出器７５の非検出によって、旋回操作弁５１が操作され、かつ、バケット操作弁５３がバケットアウト方向に操作され、かつ、ブーム操作弁５４がブーム下げ方向に操作されたと判定される場合である。
本実施形態の構成によれば、旋回単独操作のときだけでなく、旋回とブーム下げの同時操作、旋回とバケットアウトの同時操作、旋回とブーム下げとバケットアウトの同時操作という頻繁に行われる操作のときにも、旋回加速時のエネルギーの無駄な消費を抑制することができる。
＜変形例＞
バケットアウト操作およびブーム下げ操作は、必ずしも双方が検出可能である必要はなく、いずれか一方が検出可能であってもよい。
また、第２実施形態のように、図７に示す非旋回用圧力検出器８２を採用すれば、旋回用スプール４１、バケット用スプール４４およびブーム用スプール４５を、図４に示すような通常の構造（作動したときにスプール作動検出ライン７３を遮断する構造）に変更することができる。この場合、本実施形態ではバケットアウト用圧力検出器８３およびブーム下げ用圧力検出器８４が設けられているため、図７に示すように、非旋回用圧力検出器８２が選択的にパイロット圧を検出するパイロットラインからブーム下げ用ライン６４Ｂおよびバケットアウト用ライン６３Ｂが除かれていてもよい。
（第４実施形態）
次に、図８を参照して、本発明の第４実施形態に係る油圧駆動システム１Ｃを説明する。本実施形態では、全ての監視用スプール４０が図４に示すような通常の構造（作動したときにスプール作動検出ライン７３を遮断する構造）を有している。
また、本実施形態では、第３実施形態で説明したバケットアウト用圧力検出器８３およびブーム下げ用圧力検出器８４に加えて、バケットパイロット回路６３のバケットイン用ライン６３Ａにバケットイン用圧力検出器８５が設けられ、ブームパイロット回路６４のブーム上げ用ライン６４Ａにブーム上げ用圧力検出器８６が設けられ、アームパイロット回路６２（アームイン用ライン６２Ａおよびアームアウト用ライン６２Ｂ）にアーム用圧力検出器８７が設けられている。バケットイン用圧力検出器８５は、バケットイン用ライン６３Ａのパイロット圧が立ったことを検出するためのものであり、ブーム上げ用圧力検出器８６は、ブーム上げ用ライン６４Ａのパイロット圧が立ったことを検出するためのものであり、アーム用圧力検出器８７は、アームパイロット回路６２（アームイン用ライン６２Ａおよびアームアウト用ライン６２Ｂ）のパイロット圧が立ったことを検出するためのものである。
本実施形態でも、第３実施形態と同様に、旋回操作だけでなく、必要流量が少ないバケットアウト操作およびブーム下げ操作も検出することができる。従って、本実施形態でも、第３実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態では、全ての操作弁５１〜５４のパイロット回路６１〜６４に圧力検出器が設けられているので、監視用スプール４０として、通常の構造の旋回用スプール４１、バケット用スプール４４、ブーム用スプール４５およびアーム用スプール４６を用いても、旋回単独操作を検出することができる。その結果、既存の建設機械に組み込まれた油圧駆動システムを、本実施形態の油圧駆動システムに安価に改造することができる。
なお、本実施形態では、第２マルチコントロールバルブ４Ｂのアーム用スプール４６が監視用スプール４０であるが、第１実施形態で説明したように、第１マルチコントロールバルブ４Ａのアーム用スプール４３が監視用スプール４０であってもよいことは言うまでもない。
また、旋回単独操作および旋回とブーム下げの同時操作のみを検出する場合には、バケットパイロット回路６３に、バケットアウト用圧力検出８３およびバケットイン用圧力検出８５の代わりに、バケットイン用ライン６３Ａおよびバケットアウト用ライン６３Ｂのうちでパイロット圧が高い方のパイロット圧を選択的に検出できるように構成された圧力検出器（図示せず）が設けられてもよい。同様に、旋回単独操作および旋回とバケットアウトの同時操作のみを検出する場合には、ブームパイロット回路６４に、ブーム下げ用圧力検出８４およびブーム上げ用圧力検出８６の代わりに、ブーム上げ用ライン６４Ａおよびブーム下げ用ライン６４Ｂのうちでパイロット圧が高い方のパイロット圧を選択的に検出できるように構成された圧力検出器（図示せず）が設けられてもよい。
（その他の実施形態）
前記第１実施形態ないし第４実施形態において、第１および第２油圧ポンプ１２，２２の吐出流量の制御方式は、必ずしもネガコン方式である必要はなく、ポジティブコントロール方式であってもよい。すなわち、第１および第２レギュレータ３Ａ，３Ｂはネガコン用ピストン３３の代わりにポジコン用ピストンを有してもよい。あるいは、流量制御を電気的に行う方式（いわゆる電気ポジコン）であってもよい。また、第１および第２油圧ポンプ２１，２２の吐出流量の制御方式は、ロードセンシング方式であってもよい。
本発明の油圧駆動システムは、種々の建設機械に対して有用である。
１Ａ〜１Ｃ 油圧駆動システム
２１ 第１油圧ポンプ
２２ 第２油圧ポンプ
２４ 旋回油圧モータ
３Ａ 第１レギュレータ
３Ｂ 第２レギュレータ
４Ａ 第１マルチコントロールバルブ
４Ｂ 第２マルチコントロールバルブ
４０ 監視用スプール
４１ 旋回用スプール
４４ バケット用スプール
４２，４５ ブーム用スプール
６１〜６４ パイロット回路
６３Ｂ バケットアウト用ライン
６４Ｂ ブーム下げ用ライン
７２ 比例弁
７３ スプール作動検出ライン
７５ 監視用圧力検出器
８ コントローラ
８１ 旋回用圧力検出器
８２ 非旋回用圧力検出器
８３ バケットアウト用圧力検出器
８４ ブーム下げ用圧力検出器

Claims (5)

  1. 旋回油圧モータを具備する建設機械用の油圧駆動システムであって、
    エンジンにより駆動されて傾転角に応じた流量の作動油を吐出する第１油圧ポンプおよび第２油圧ポンプと、
    前記第１油圧ポンプと接続された、前記旋回油圧モータを制御するための旋回用スプールを含む第１マルチコントロールバルブと、
    前記第２油圧ポンプと接続された第２マルチコントロールバルブと、
    前記第１油圧ポンプおよび前記第２油圧ポンプの吐出圧ならびにパワーシフト圧に応じて、それらが高くなるほど前記第１ポンプの吐出流量が減少するように前記第１油圧ポンプの傾転角を調整する第１レギュレータと、
    前記第２油圧ポンプおよび前記第１油圧ポンプの吐出圧ならびに前記パワーシフト圧に応じて、それらが高くなるほど前記第２ポンプの吐出流量が減少するように前記第２油圧ポンプの傾転角を調整する第２レギュレータと、
    前記第１レギュレータおよび前記第２レギュレータに導かれる前記パワーシフト圧を設定する比例弁と、
    前記旋回用スプールのみが作動したとき、または前記旋回用スプールが作動し、かつ、前記第２マルチコントロールバルブに含まれる１つまたは複数のスプールが必要流量が少ない方向に作動したときに、前記パワーシフト圧が高くなって前記第１油圧ポンプおよび前記第２油圧ポンプの吐出流量が減少するように前記比例弁を制御するコントローラと、
    を備える、油圧駆動システム。
  2. 前記旋回用スプールを含む監視用スプールを経由するように前記第１マルチコントロールバルブおよび前記第２マルチコントロールバルブに跨って延びるスプール作動検出ラインと、
    前記スプール作動検出ラインが遮断されたことを検出するための監視用圧力検出器と、
    前記旋回用スプールを作動させるパイロット回路のパイロット圧が立ったことを検出するための旋回用圧力検出器と、をさらに備え、
    前記旋回用スプールは、作動したときでも前記スプール作動検出ラインを遮断しないように構成されている、請求項１に記載の油圧駆動システム。
  3. 前記旋回用スプールを含む監視用スプールを経由するように前記第１マルチコントロールバルブおよび前記第２マルチコントロールバルブに跨って延びるスプール作動検出ラインと、
    前記旋回用スプールを作動させるパイロット回路のパイロット圧が立ったことを検出するための旋回用圧力検出器と、
    前記旋回用スプール以外の前記監視用スプールを作動させるパイロット回路のいずれかにおいてパイロット圧が立ったことを検出するための非旋回用圧力検出器と、をさらに備え、
    前記旋回用スプールは、作動したときに前記スプール作動検出ラインを遮断するように構成されている、請求項１に記載の油圧駆動システム。
  4. 前記建設機械は、バケット、アームおよびブームを備える油圧ショベルであり、
    前記第２マルチコントロールバルブは、前記監視用スプールとして、バケット用スプールとブーム用スプールを含み、
    前記バケット用スプールは、バケットアウトの方向に作動したときでも前記スプール作動検出ラインを遮断しないように構成されており、
    前記ブーム用スプールは、ブーム下げの方向に作動したときでも前記スプール作動検出ラインを遮断しないように構成されており、
    前記バケット用スプールを作動させるパイロット回路におけるバケットアウト用ラインのパイロット圧が立ったことを検出するためのバケットアウト用圧力検出器と、
    前記ブーム用スプールを作動させるパイロット回路におけるブーム下げ用ラインのパイロット圧が立ったことを検出するためのブーム下げ用圧力検出器と、
    をさらに備える、請求項２または３に記載の油圧駆動システム。
  5. 前記建設機械は、バケット、アームおよびブームを備える油圧ショベルであり、
    前記旋回用スプールを含む監視用スプールを経由するように前記第１マルチコントロールバルブおよび前記第２マルチコントロールバルブに跨って延びるスプール作動検出ラインをさらに備え、
    前記第１マルチコントロールバルブと前記第２マルチコントロールバルブのどちらかは、前記監視用スプールとして、アーム用スプールを含み、
    前記第２マルチコントロールバルブは、前記監視用スプールとして、バケット用スプールとブーム用スプールを含み、
    前記旋回用スプール、前記アーム用スプール、前記バケット用スプールおよび前記ブーム用スプールは、作動したときに前記スプール作動検出ラインを遮断するように構成されており、
    前記旋回用スプール、前記アーム用スプール、前記バケット用スプールおよび前記ブーム用スプールを作動させるパイロット回路のそれぞれには、当該パイロット回路のパイロット圧が立ったことを検出するための圧力検出器が設けられている、請求項１に記載の油圧駆動システム。
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