JP2015514942A - 建設機械用油圧システム - Google Patents

Abstract

【課題】圧力補償弁が備えられた油圧システムにおいて、旋回操作及び作業装置操作の複合作動の際、操作性を向上するための油圧システムを提供する。【解決手段】油圧ポンプと、作業装置用操作装置及び旋回用操作装置と、アクチュエータと、第１制御弁と、旋回モータと、第２制御弁と、逆止弁と、第１圧力補償弁と、第２圧力補償弁と、圧力センサと、最大負荷圧力センサと、作業装置操作量検出手段と、旋回操作量検出手段と、制御部と、を備え、第１圧力補償弁は、出口ポートの一方が第１制御弁のスプールを介して作業装置用アクチュエータに接続され、出口ポートの他方が最大のロードセンシング圧力ラインに接続され、第２圧力補償弁は、出口ポートの一方が第２制御弁のスプールを介して旋回モータに接続され、出口ポートの他方が最大のロードセンシング圧力ラインに接続されることなく、旋回モータの負荷圧力を検出する旋回負荷圧力センサに接続される。【選択図】図２

Description

本発明は、建設機械用油圧システムに係り、さらに詳しくは、圧力補償弁が備えられた油圧システムにおいて、旋回操作及び作業装置操作の複合作動に際して操作性を向上できるようにした建設機械用油圧システムに関する。

図１に示すように、従来の技術による建設機械用油圧システムは、
エンジン（図示せず）に接続される可変容量型油圧ポンプ１（以下、油圧ポンプと称する）と、
運転者による操作量に比例して操作信号をそれぞれ出力する作業装置用操作装置２及び旋回用操作装置３と、
油圧ポンプ１の吐出流路４に接続され、作業装置用操作装置２の操作により駆動される少なくとも一つ以上の作業装置用アクチュエータ５と、
吐出流路４から分岐された流路６に接続され、旋回用操作装置３の操作により駆動される旋回モータ７と、
吐出流路４に配設され、作業装置用操作装置２の操作により切り換えられるときにアクチュエータ５の起動、停止及び方向切換えを制御する少なくとも一つ以上の第１制御弁８と、
流路６に配設され、旋回用操作装置３の操作により切り換えられるときに旋回モータ７の起動、停止及び方向切換えを制御する第２制御弁９と、
作業装置用アクチュエータ５の負荷圧力（ｌｏａｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）を検出する流路ａと旋回モータ７の負荷圧力を検出する流路ｂを接続するが、これらの負荷圧力のうち最大の圧力（すなわち、最大のロードセンシング圧力のことをいう）を有するように流路ａ、ｂにそれぞれ配設される逆止弁２０、２１と、
吐出流路４の下流側に配設され、最大のロードセンシング圧力（ｍａｘ ｌｏａｄ ｓｅｎｓｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）と吐出流路４の下流側圧力との差分により開口量が制御される第１圧力補償弁１０と、
流路６の下流側に配設され、最大のロードセンシング圧力と流路６の下流側圧力との差分により開口量が制御される第２圧力補償弁１１と、
作業装置用操作装置２の操作量を検出する作業装置操作量検出手段１４と、旋回用操作装置３の操作量を検出する旋回操作量検出手段１５と、最大のロードセンシング圧力を検出する最大負荷圧力センサ１３及び油圧ポンプ１の吐出圧力を検出する圧力センサ１２による検出値がそれぞれ入力され、油圧ポンプ１の吐出流量を流量制御弁１７により制御するための制御信号を出力する制御部１６と、を備える。

上述したように、圧力補償弁（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ ｖａｌｖｅ）が配備され、且つ、ロードセンシング弁が適用される掘削機において、油圧ポンプ１の吐出圧力を検出する圧力センサ１２により検出された油圧ポンプ吐出圧力値と、最大のロードセンシング圧力を検出する最大負荷圧力センサ１３により検出された最大の負荷圧力値との差分がある設定値以上であるときに、流量制御弁１７により油圧ポンプ１の吐出流量を低減するように制御することができる。すなわち、制御部１６においては、上述した圧力差が大きいときに油圧ポンプ１の吐出流量を低減し、圧力差が小さいときに油圧ポンプ１の吐出流量を増大させるように制御する。

すなわち、作業装置用アクチュエータ５の負荷圧力が低いとき、旋回モータ７の負荷圧力が最大のロードセンシング圧力となり、第１及び第２圧力補償弁１０、１１により最大のロードセンシング圧力よりも小さな負荷圧力を有する第１圧力補償弁１０の開口面積を縮小させる。これにより、作業装置用アクチュエータ５及び旋回モータ７の最大のロードセンシング圧力に見合う圧力が形成されて複合操作性を確保することができる。

一方、旋回用操作装置３の操作により旋回モータ７を駆動し、これと同時に作業装置用操作装置２を操作する複合作動であるとき、旋回側の負荷圧力が相対的に非常に高くなる。これにより、作業装置に接続された第１圧力補償弁１０のスプールがほとんど閉止される方向に切り換えられるため、作業装置用アクチュエータ５に供給される流量が少なくなる。したがって、ブームなどの作業装置がほとんど駆動されず、複合操作性が低下するという問題点を有する。

本発明は、圧力補償弁が備えられた建設機械の作業装置及び旋回を操作して複合作動を行うに際して、操作性及び燃費を向上できるようにした建設機械用油圧システムを提供することを課題とする。

本発明の一実施形態による建設機械用油圧システムは、
エンジン（図示せず）に接続される可変容量型油圧ポンプと、
運転者による操作量に比例して操作信号をそれぞれ出力する作業装置用操作装置及び旋回用操作装置と、
油圧ポンプの吐出流路に接続され、作業装置用操作装置の操作により駆動される少なくとも一つ以上の作業装置用アクチュエータと、
吐出流路に配設され、作業装置用操作装置の操作により切り換えられるときにアクチュエータの起動、停止及び方向切換えを制御する第１制御弁と、
吐出流路から分岐された流路に接続され、旋回用操作装置の操作により駆動される旋回モータと、
流路に配設され、旋回用操作装置の操作により切り換えられるときに旋回モータの起動、停止及び方向切換えを制御する第２制御弁と、
作業装置用アクチュエータの負荷圧力を検出する流路に配設され、検出された負荷圧力のうち最大の圧力を有する逆止弁と、
吐出流路の下流側に配設され、最大のロードセンシング圧力と吐出流路の下流側の圧力との差分により開口量が制御される第１圧力補償弁と、
流路の下流側に配設され、最大のロードセンシング圧力と流路下流側の圧力との差分により開口量が制御される第２圧力補償弁と、
油圧ポンプの吐出圧力を検出する圧力センサと、
最大のロードセンシング圧力ラインの圧力を検出する最大負荷圧力センサと、
作業装置用操作装置の操作量を検出する作業装置操作量検出手段と、
旋回用操作装置の操作量を検出する旋回操作量検出手段と、
圧力センサ、最大負荷圧力センサ、作業装置操作量検出手段及び旋回操作量検出手段による検出値がそれぞれ入力され、油圧ポンプの吐出流量を流量制御弁により制御するために制御信号を出力する制御部と、
を備え、
第１圧力補償弁は、この出口ポートのうちのいずれか一方が第１制御弁のスプールを介して作業装置用アクチュエータに接続され、出口ポートのうちのいずれか他方が最大のロードセンシング圧力ラインに接続され、
第２圧力補償弁は、この出口ポートのうちのいずれか一方が第２制御弁のスプールを介して旋回モータに接続され、出口ポートのうちのいずれか他方が最大のロードセンシング圧力ラインに接続されることなく、旋回モータの負荷圧力を検出する旋回負荷圧力センサに接続される。

好適な実施形態によれば、上述した作業装置用操作装置及び旋回用操作装置が油圧式ジョイスティックであるとき、作業装置操作量検出手段及び旋回操作量検出手段は圧力センサからなる。

上述した作業装置用操作装置及び旋回用操作装置が電気式ジョイスティックであるとき、作業装置操作量検出手段及び旋回操作量検出手段はポテンショメータからなる。

上述した作業装置用操作装置及び旋回用操作装置が電気式ジョイスティックであるとき、作業装置操作量検出手段及び旋回操作量検出手段はホールセンサからなる。

上述した構成を有する本発明の実施形態による建設機械用油圧システムは、下記のメリットを有する。

旋回及び作業装置を操作して複合作動を行う際、操作性の改善により作業性を向上させることができ、油圧ポンプと作業装置の負荷圧力差が設定値を超えると油圧ポンプの吐出流量を低減して制御するので燃費を向上させることができる。

従来の技術による建設機械用油圧システムの油圧回路図である。 本発明の一実施形態による建設機械用油圧システムの油圧回路図である。

以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施形態について詳述するが、これは本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が発明を容易に実施できる程度に詳細に説明するためのものであり、これにより本発明の技術的な思想及び範疇が限定されることはない。

図２に示す本発明の一実施形態による建設機械用油圧システムは、
エンジン（図示せず）に接続される可変容量型油圧ポンプ１（以下、油圧ポンプと称する）と、
運転者による操作量に比例して操作信号をそれぞれ出力する作業装置用操作装置（ａｃｔｕａｔｏｒ ｊｏｙｓｔｉｃｋ）２及び旋回用操作装置（ｓｗｉｎｇ ｊｏｙｓｔｉｃｋ）３と、
油圧ポンプ１の吐出流路４に接続され、作業装置用操作装置２の操作により駆動される少なくとも一つ以上の作業装置用アクチュエータ５（図面には一つしか図示されていないが、ブーム、アームなどを駆動するそれぞれの油圧アクチュエータのことをいう）と、
吐出流路４に配設され、作業装置用操作装置２の操作により切り換えられるときにアクチュエータ５の起動、停止及び方向切換えを制御する少なくとも一つ以上の第１制御弁（作業装置用スプールのことをいう）８と、
吐出流路４から分岐された流路６に接続され、旋回用操作装置３の操作により駆動される旋回モータ（ｓｗｉｎｇ ｍｏｔｏｒ）７と、
流路６に配設され、旋回用操作装置３の操作により切り換えられるときに旋回モータ７の起動、停止及び方向切換えを制御する第２制御弁（旋回用スプールのことをいう）９と、
作業装置用アクチュエータ５の負荷圧力を検出する流路ａに配設され、検出された負荷圧力のうち最大の圧力を有する逆止弁２０と、
吐出流路４の下流側に配設され、最大のロードセンシング（ｍａｘ ｌｏａｄ ｓｅｎｓｉｎｇ）圧力と吐出流路４の下流側の圧力との差分により開口量が制御される第１圧力補償弁１０と、
流路６の下流側に配設され、最大のロードセンシング圧力と流路６下流側の圧力との差分により開口量が制御される第２圧力補償弁１１と、
油圧ポンプ１の吐出圧力を検出する圧力センサ１２と、
最大のロードセンシング圧力ライン１９の圧力を検出する最大負荷圧力センサ１３と、
作業装置用操作装置２の操作量を検出する作業装置操作量検出手段１４と、
旋回用操作装置３の操作量を検出する旋回操作量検出手段１５と、
油圧ポンプ１の吐出圧力を検出する圧力センサ１２、最大負荷圧力センサ１３、作業装置用操作装置２の操作量を検出する作業装置操作量検出手段１４及び旋回用操作装置３の操作量を検出する旋回操作量検出手段１５による検出値がそれぞれ入力され、油圧ポンプ１の吐出流量を流量制御弁１７により制御するために制御信号を出力する制御部１６と、
を備え、
第１圧力補償弁１０は、この出口ポートのうちのいずれか一方が第１制御弁８のスプールを介して作業装置用アクチュエータ５に接続され、出口ポートのうちのいずれか他方が最大のロードセンシング圧力ライン１９に接続され、
第２圧力補償弁１１は、この出口ポートのうちのいずれか一方が第２制御弁９のスプールを介して旋回モータ７に接続され、出口ポートのうちのいずれか他方が最大のロードセンシング圧力ライン１９に接続されることなく、旋回モータ７の負荷圧力を検出する旋回負荷圧力センサ１８に接続される。

上述した構成を有する油圧システムによれば、上述した制御部１６は旋回負荷圧力センサ１８により検出された旋回モータ７の負荷圧力値と、最大負荷圧力センサ１３により検出された最大のロードセンシング圧力値を比較して大きな方の圧力値を選択する。前記選択された圧力値と油圧ポンプ吐出圧力センサ１２により検出された圧力値との差分が設定値を超えると、油圧ポンプ１の吐出流量を低減するように制御するので燃費を向上させることができる。

一方、上述した作業装置用操作装置２及び旋回用操作装置３が油圧式ジョイスティックであるとき、作業装置操作量検出手段１４及び旋回操作量検出手段１５は圧力センサからなることができる。

上述した作業装置用操作装置２及び旋回用操作装置３が電気式ジョイスティックであるとき、作業装置操作量検出手段１４及び旋回操作量検出手段１５はポテンショメータからなることができる。

上述した作業装置用操作装置２及び旋回用操作装置３が電気式ジョイスティックであるとき、作業装置操作量検出手段１４及び旋回操作量検出手段１５はホールセンサからなることができる。

以下、添付図面に基づき、本発明の一実施形態による建設機械用油圧システムの使用例について詳細に説明する。

図２に示すように、運転者により旋回用操作装置３を操作して旋回モータ７を駆動し、これと同時に作業装置用操作装置２を操作してブームやアームの作業装置を操作する複合作動であるとき、旋回側の負荷圧力が相対的に非常に高く形成される。このとき、旋回側の負荷圧力を最大のロードセンシング圧力ライン１９に伝達する流路が遮断された状態であるため、旋回モータ７側に発生する過度な圧力が最大のロードセンシング圧力ライン１９に伝達されない。これにより、ブームなどの作業装置に接続される第１圧力補償弁１０のスプールが閉止されないため、油圧ポンプ１から吐出される作動油をブームなどの作業装置用アクチュエータ５に円滑に供給することができる。

したがって、掘削機の旋回操作に際してブームなどの作業装置を操作して複合作動を行うときであっても、複合操作性を向上させることができる。

一方、上述した旋回モータ７を駆動して単独で旋回操作を行うとき、旋回モータ７側に発生する圧力が最大のロードセンシング圧力ライン１９に伝達されないため、最大負荷圧力センサ１３により検出される最大のロードセンシング圧力ライン１９の圧力値は油圧タンクＴの圧力値に等しい。このとき、油圧ポンプ吐出圧力センサ１２により検出される圧力値は旋回モータ７の負荷圧力に等しく、最大負荷圧力センサ１３により検出される圧力値は油圧タンクＴの圧力値に等しい。これらの圧力値の差分が設定された圧力値を超えてしまう結果、制御部１６は油圧ポンプ流量制御弁１７を制御して油圧ポンプ１の吐出流量を低減する。これにより、単独で旋回操作を行うときに操作性が低下してしまう。

このように単独で旋回操作を行うときに操作性が低下することは、旋回モータ７の負荷圧力を検出する旋回負荷圧力センサ１８により解消することができる。旋回負荷圧力センサ１８が、旋回モータ７側の負荷圧力が最大のロードセンシング圧力ライン１９に伝達されないように遮断した流路に配設されている。これにより、旋回モータ７側に発生する負荷圧力を旋回負荷圧力センサ１８により検出して検出信号を制御部１６に転送する。このため、制御部１６は、旋回モータ７側の負荷圧力と最大負荷圧力センサ１３により検出される圧力値を比較して大きな方の圧力値を基準値として選択する。選択された圧力値と油圧ポンプ吐出圧力センサ１２により検出された圧力値との差分が設定値を超えると、油圧ポンプ１の吐出流量を低減するように制御するので、単独で旋回操作を行うときにも操作性を確保することができる。

上述したように、旋回操作に際してブームなどの作業装置を操作して複合作動を行うとき、旋回モータ７側に発生する負荷圧力が最大のロードセンシング圧力ライン１９に伝達されない。これにより、第１圧力補償弁１０のスプールが閉止されないため、油圧ポンプ１の作動油を作業装置用アクチュエータ５に円滑に供給することができる。

また、単独で旋回操作を行うとき、旋回負荷圧力センサ１８により検出される旋回モータ７側の負荷圧力と最大負荷圧力センサ１３により検出される最大のロードセンシング圧力ライン１９の圧力値のうち大きな方の値と、油圧ポンプ吐出圧力センサ１２により検出された圧力値との差分が設定値を超えるときにのみ油圧ポンプ１の吐出流量を低減するように制御する。これにより、単独の旋回操作により旋回モータ７側の負荷圧力と油圧ポンプ吐出圧力センサ１２により検出された圧力値との差分が設定値を超えないかぎり、油圧ポンプ１からの作動油を旋回モータ７側に円滑に供給することができる。

以上述べたように、本発明の実施形態による建設機械用油圧システムによれば、旋回操作及びブームなどの作業装置操作の複合作動に際して操作性を向上させることができる。油圧ポンプと作業装置の負荷圧力差が設定値を超える場合に油圧ポンプ吐出流量を低減して制御するため燃費を向上させることができる。

１ 可変容量型油圧ポンプ（油圧ポンプ）
２ 作業装置用操作装置
３ 旋回用操作装置
４ 吐出流路
５ 作業装置用アクチュエータ
６ 流路
７ 旋回モータ
８ 第１制御弁
９ 第２制御弁
１０ 第１圧力補償弁
１１ 第２圧力補償弁
１２ 油圧ポンプ吐出圧力センサ（圧力センサ）
１３ 最大負荷圧力センサ
１４ 作業装置操作量検出手段
１５ 旋回操作量検出手段
１６ 制御部
１７ 油圧ポンプ流量制御弁
１８ 旋回負荷圧力センサ
１９ 最大のロードセンシング圧力ライン

Claims (4)

1. エンジン（図示せず）に接続される可変容量型油圧ポンプと、
   運転者による操作量に比例して操作信号をそれぞれ出力する作業装置用操作装置及び旋回用操作装置と、
   前記油圧ポンプの吐出流路に接続され、前記作業装置用操作装置の操作により駆動される少なくとも一つ以上の作業装置用アクチュエータと、
   前記吐出流路に配設され、前記作業装置用操作装置の操作により切り換えられるときに前記アクチュエータの起動、停止及び方向切換えを制御する第１制御弁と、
   前記吐出流路から分岐された流路に接続され、前記旋回用操作装置の操作により駆動される旋回モータと、
   前記流路に配設され、前記旋回用操作装置の操作により切り換えられるときに前記旋回モータの起動、停止及び方向切換えを制御する第２制御弁と、
   前記作業装置用アクチュエータの負荷圧力を検出する流路に配設され、検出された負荷圧力のうち最大の圧力を有する逆止弁と、
   前記吐出流路の下流側に配設され、最大のロードセンシング圧力と前記吐出流路の下流側の圧力との差分により開口量が制御される第１圧力補償弁と、
   前記流路の下流側に配設され、最大のロードセンシング圧力と流路下流側の圧力との差分により開口量が制御される第２圧力補償弁と、
   前記油圧ポンプの吐出圧力を検出する圧力センサと、
   最大のロードセンシング圧力ラインの圧力を検出する最大負荷圧力センサと、
   前記作業装置用操作装置の操作量を検出する作業装置操作量検出手段と、
   前記旋回用操作装置の操作量を検出する旋回操作量検出手段と、
   前記圧力センサ、前記最大負荷圧力センサ、前記作業装置操作量検出手段及び前記旋回操作量検出手段による検出値がそれぞれ入力され、前記油圧ポンプの吐出流量を流量制御弁により制御するために制御信号を出力する制御部と、
   を備え、
   前記第１圧力補償弁は、この出口ポートのうちのいずれか一方が前記第１制御弁のスプールを介して前記作業装置用アクチュエータに接続され、出口ポートのうちのいずれか他方が前記最大のロードセンシング圧力ラインに接続され、
   前記第２圧力補償弁は、この出口ポートのうちのいずれか一方が前記第２制御弁のスプールを介して前記旋回モータに接続され、出口ポートのうちのいずれか他方が前記最大のロードセンシング圧力ラインに接続されることなく、前記旋回モータの負荷圧力を検出する旋回負荷圧力センサに接続される
   ことを特徴とする建設機械用油圧システム。
2. 前記作業装置用操作装置及び前記旋回用操作装置が油圧式ジョイスティックであるとき、前記作業装置操作量検出手段及び前記旋回操作量検出手段は圧力センサからなる
   ことを特徴とする請求項１に記載の建設機械用油圧システム。
3. 前記作業装置用操作装置及び前記旋回用操作装置が電気式ジョイスティックであるとき、前記作業装置操作量検出手段及び前記旋回操作量検出手段はポテンショメータからなる
   ことを特徴とする請求項１に記載の建設機械用油圧システム。
4. 前記作業装置用操作装置及び前記旋回用操作装置が電気式ジョイスティックであるとき、前記作業装置操作量検出手段及び前記旋回操作量検出手段はホールセンサからなる
   ことを特徴とする請求項１に記載の建設機械用油圧システム。