JP2016141194A - 油圧回路構造及び作業車両 - Google Patents

Abstract

【課題】閉塞回路内の油圧の上昇を抑制した油圧回路構造を提供する。
【解決手段】油圧回路構造は、給排油路６１〜６４に対する作動油の流出入を許容する第１状態、及び給排油路６３、６４に対する作動油の流出入を規制する第２状態に状態変化が可能なステアモードバルブ４７と、ステアモードバルブ４７が第２状態のときに給排油路６３、６４からの作動油の流出を阻止するダブルパイロットチェックバルブ７３と、給排油路６４内の油圧の上昇によって作動油を蓄圧し、給排油路６４内の油圧の低下によって作動油を排出するアキュームレータ５１と、給排油路６４側の油圧がアキュームレータ５１の油圧より所定圧以上高いときに、給排油路６４側からアキュームレータ５１側へ作動油を流通させるリリーフバルブ５２と、アキュームレータ５１側から給排油路６４側への作動油の流通を許容し且つ逆流を阻止するチェックバルブ５３とを備える。
【選択図】図２

Description

この発明は、油圧式ステアリング装置における油圧回路構造に関する。

従来より、クレーン車等の自走可能な作業車両には、油圧式のステアリング装置を有するものがある。例えば特許文献１には、前輪側シリンダ及び後輪側シリンダへの油圧の給排を切替弁によって制御することで、操向状態を切り替え可能なステアリング装置が開示されている。

特許文献１に記載のステアリング装置は、作動油を供給するポンプと前輪側シリンダ及び後輪側シリンダとの間に配置した切替弁によって、ポンプから前輪側シリンダ及び後輪側シリンダの両方に作動油を供給することによって四輪操向或いはクラブ操向を実現し、ポンプから前輪側シリンダ及び後輪側シリンダの一方にのみ作動油を供給することによって前輪操向或いは後輪操向を実現する。

特許第５２８４０４６号公報

上記構成のステアリング装置を備えた作業車両を前輪操向させる場合、当該作業車両の直進性を確保するために、後輪側シリンダと切替弁との間に介装されたチェック弁によって、当該油圧回路を閉塞（以下、このような油圧回路を「閉塞回路」と表記することがある。）する。このため、油温の上昇等による作動油の膨張によって閉塞回路内の油圧が過度に上昇すると、当該閉塞回路を構成する機器が損傷する可能性がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、四輪操向及び前輪操向を切り替え可能なステアリング装置に採用される油圧回路において、チェック弁で閉塞された閉塞回路内の油圧の過度の上昇を抑制した油圧回路構造を提供することにある。

(1) 本発明に係る油圧回路構造は、左右の前輪を操向させる前輪側シリンダ部と、左右の後輪を操向させる後輪側シリンダ部と、上記前輪側シリンダ部に対して給排される作動油が流通する第１給排油路と、上記後輪側シリンダ部に対して給排される作動油が流通する第２給排油路と、上記第１給排油路及び上記第２給排油路に対する作動油の流出入を許容する第１状態、及び上記第１給排油路に対する作動油の流出入を許容し且つ上記第２給排油路に対する作動油の流出入を規制する第２状態に状態変化が可能な切替弁と、上記後輪側シリンダ及び上記切替弁の間において上記第２給排油路に接続されており、上記切替弁が上記第２状態のときに上記第２給排油路から上記切替弁への作動油の流出を阻止するチェック弁と、上記第２給排油路から分岐した分岐油路と、上記分岐油路に接続されており、上記第２給排油路内の油圧の上昇によって流入した作動油を蓄圧し、上記第２給排油路内の油圧の低下によって蓄圧した作動油を上記第２給排油路へ排出するアキュームレータと、上記分岐油路に接続されており、上記第２給排油路側の油圧が上記アキュームレータの油圧より所定圧以上高いときに、上記第２給排油路側から上記アキュームレータ側へ作動油を流通させる過圧防止弁と、上記過圧防止弁と並列に上記分岐油路に接続されており、上記アキュームレータ側から上記第２給排油路側への作動油の流通を許容し且つ逆流を阻止する逆止弁とを備える。

上記構成によれば、前輪操向時にチェック弁で閉塞された後輪側シリンダ部及び第２給排油路を含む閉塞回路において、油温の上昇による油圧上昇に伴って第２給排油路内の作動油がアキュームレータに蓄圧され、油温の低下による油圧低下に伴ってアキュームレータに蓄圧された作動油が第２給排油路に戻されて、第２給排油路の作動油不足が補填される。その結果、閉塞回路内の油圧が過度に上昇することを抑制できる。

(2) 本発明に係る作業車両は、左右の前輪と、左右の後輪と、上記記載の油圧回路構造とを備える。

上記構成の油圧回路構造を採用した作業車両によれば、温度変化の激しい環境で使用されたとしても、チェック弁で閉塞された閉塞回路を構成する機器の損傷を抑制することができる。なお、前輪及び後輪それぞれは、一軸に限定されず、多軸であってもよい。

本発明によれば、油温の上昇による閉塞回路内の油圧上昇に伴って第２給排油路内の作動油がアキュームレータに蓄圧され、油温の低下による閉塞回路内の油圧低下に伴ってアキュームレータに蓄圧された作動油が第２給排油路に戻されて第２給排油路の作動油不足を補填できるので、閉塞回路内の油圧が過度に上昇することを抑制できる。

図１は、本実施形態に係るラフテレーンクレーン１０の概略図である。 図２は、本実施形態に係るステアリング装置４０の油圧系統図である。 図３は、ステアモードバルブ４７の油圧系統図であって、（Ａ）は第１状態を、（Ｂ）は第２状態を示す。

以下、本発明の好ましい実施形態が、適宜図面が参照されつつ説明される。なお、本実施形態は、本発明の一態様にすぎず、本発明の要旨を変更しない範囲で実施態様が変更されてもよいことは言うまでもない。

［ラフテレーンクレーン１０］
本実施形態に係るラフテレーンクレーン１０は、図１に示されるように、下部走行体２０と、上部作業体３０とを主に備える。ラフテレーンクレーン１０は、下部走行体２０によって目的地まで走行し、当該目的地で上部作業体３０に所定の動作をさせるものである。ラフテレーンクレーン１０は、作業車両の一例である。但し、作業車両の具体例はラフテレーンクレーン１０に限定されず、例えばオールテレーンクレーン等のホイール式クレーンであればよい。

［下部走行体２０］
下部走行体２０は、左右一対の前輪２１と、左右一対の後輪２２とを有する（図１では、右側のみを図示）。前輪２１及び後輪２２は、トランスミッション（図示省略）を介して伝達されるエンジン（図示省略）の駆動力によって回転される。また、前輪２１及び後輪２２は、後述するステアリング装置４０によって操向される。

また、下部走行体２０は、アウトリガ２３、２４を有する。アウトリガ２３、２４は、下部走行体２０から左右方向に張り出した位置において地面に接地する張出状態と、地面から離間した状態で下部走行体２０に格納される格納状態とに状態変化が可能である。上部作業体３０の動作時にアウトリガ２３、２４を張出状態とすることにより、ラフテレーンクレーン１０の姿勢が安定する。一方、アウトリガ２３、２４は、下部走行体２０の走行時に格納状態とされる。

［上部作業体３０］
上部作業体３０は、旋回ベアリング３１を介して下部走行体２０に旋回可能に支持されている。上部作業体３０は、伸縮ブーム３２と、フック３３と、キャビン３４とを主に備える。伸縮ブーム３２は、起伏シリンダ３５によって起伏され、伸縮シリンダ（図示省略）によって伸縮される。フック３３は、伸縮ブーム３２の先端に吊り下げられており、ウインチ（図示省略）によって昇降される。キャビン３４は、下部走行体２０及び上部作業体３０を操作するための操作部（図示省略）を有する。

［ステアリング装置４０］
ステアリング装置４０は、図２に示されるように、シリンダ４１、４２、４３、４４と、油圧ポンプ４５と、ステアリングユニット４６と、ステアモードバルブ４７と、油圧調整回路５０とを主に備える。ステアリング装置４０は、キャビン３４に設置されたステアリングホイール（図示省略）を通じてユーザから受け付けたステアリング操作に基づいて、前輪２１、及び／又は、後輪２２を操向させるための装置である。ステアリング装置４０の油圧回路は、油圧回路構造の一例である。

シリンダ４１は、左の前輪２１を操向させる。シリンダ４２は、右の前輪２１を操向させる。シリンダ４１、４２は、給排油路６１、６２を介して接続されたステアモードバルブ４７によって、連動して伸縮される。給排油路６１は、シリンダ４１の縮小油室と、シリンダ４２の伸長油室とに並列に接続されている。また、給排油路６２は、シリンダ４１の伸長油室と、シリンダ４２の縮小油室とに並列に接続されている。シリンダ４１、４２は、前輪側シリンダ部の一例である。給排油路６１、６２は、シリンダ４１、４２に対して給排される作動油が流通する第１給排油路の一例である。

シリンダ４３は、左の後輪２２を操向させる。シリンダ４４は、右の後輪２２を操向させる。シリンダ４３、４４は、給排油路６３、６４を介して接続されたステアモードバルブ４７によって、連動して伸縮される。給排油路６３は、シリンダ４３の縮小油室と、シリンダ４４の伸長油室とに並列に接続されている。また、給排油路６４は、シリンダ４３の伸長油室と、シリンダ４４の縮小油室とに並列に接続されている。シリンダ４３、４４は、後輪側シリンダ部の一例である。給排油路６３、６４は、シリンダ４３、４４に対して給排される作動油が流通する第２給排油路の一例である。

さらに、給排油路６３、６４には、ダブルパイロットチェックバルブ７３が介装されている。ダブルパイロットチェックバルブ７３は、ステアモードバルブ４７が第１状態のときに、給排油路６３、６４の一方を通じてバルブ４９から供給された作動油をシリンダ４３、４４側に流通させ、給排油路６３、６４の他方を通じてシリンダ４３、４４から排出された作動油をバルブ４９側に流通させる。一方、ダブルパイロットチェックバルブ７３は、ステアモードバルブ４７が第２状態のとき、換言すれば、バルブ４９を中立位置（後述する位置ｃ）のときに、シリンダ４３、４４側からバルブ４９側への作動油の流出を阻止する。これにより、ステアモードバルブ４７が第２状態のときに、シリンダ４３、４４からの作動油の流出がブロックされる。ダブルパイロットチェックバルブ７３は、後輪側シリンダ部及び第２給排油路を含む油圧回路を閉塞する前述のチェック弁に相当する。

油圧ポンプ４５は、タンク（図示省略）に貯留された作動油をステアモードバルブ４７を通じてシリンダ４１〜４４に供給する。油圧ポンプ４５は、エンジンＥの駆動力が伝達されることによって駆動される。油圧ポンプ４５は、ステアリングユニット４６及び油路６５、７０を介してステアモードバルブ４７と接続されている。ステアリングユニット４６は、ユーザによって操作されたステアリングホイールの操作方向及び操作量に基づいて、油圧ポンプ４６から供給される作動油の供給方向及び流量を制御する。

ステアモードバルブ４７は、バルブ４８、４９を備える。ステアモードバルブ４７は、シリンダ４１〜４４とポンプ４５との接続状態を切り替えることによって、前輪２１及び後輪２２を逆向きに操向させる四輪操向と、前輪２１及び後輪２２を同じ向きに操向させるクラブ操向と、前輪２１のみを操向させる前輪操向と、後輪２２のみを操向させる後輪操向とを切り替える。ステアモードバルブ４７は、切替弁の一例である。

バルブ４８は、図３に示されるように、４ポート（ｊ、ｋ、ｍ、ｎ）２位置（位置ａ、位置ｂ）の切換式の電磁弁である。ポートｊには油路６９が接続され、ポートｋには油路６６が接続され、ポートｍには油路７０が接続され、ポートｎには油路７１が接続されている。また、図２に示されるように、油路６９は外部接続用のポートＢ１を介して給排油路６２に接続され、油路７１はポートＡ１を介して給排油路６１に接続されている。

バルブ４９は、図３に示されるように、４ポート（ｄ、ｅ、ｆ、ｇ）３位置（位置ａ、位置ｂ、位置ｃ）の切換式の電磁弁である。ポートｄには油路６５が接続され、ポートｅには油路６６が接続され、ポートｆには油路６７が接続され、ポートｇには油路６８が接続されている。また、図２に示されるように、油路６７は外部接続用のポートＡ２を介して給排油路６４に接続され、油路６８はポートＢ２を介して給排油路６３に接続されている。

［油圧調整回路５０］
油圧調整回路５０は、図２に示されるように、アキュームレータ５１と、リリーフバルブ５２と、チェックバルブ５３とを主に備える。油圧調整回路５０は、ダブルパイロットチェックバルブ７３で閉塞された給排油路６４内の油圧の過度の上昇を抑制するための油圧回路である。油圧調整回路５０は、給排油路６４から分岐された分岐油路７２に接続されている。但し、分岐油路７２は、給排油路６３から分岐されていてもよいし、給排油路６３、６４の両方から分岐されていてもよい。

アキュームレータ５１は、分岐油路７２に接続されている。アキュームレータ５１は、窒素ガス等の気体が封入された第１室５１Ａと、分岐油路７２に連通された第２室５１Ｂと、第１室５１Ａ及び第２室５１Ｂを隔てる弾性膜５１Ｃとを有する周知の構成を採用できる。アキュームレータ５１は、分岐油路７２内の油圧が上昇したことに応じて、窒素ガスを圧縮して第２室５１Ｂに流入した作動油を蓄圧する。また、アキュームレータ５１は、分岐油路７２内の油圧が低下したことに応じて、窒素ガスの膨張によって第２室５１Ｂから押し出された作動油を分岐油路７２へ戻す。

リリーフバルブ５２は、給排油路６４とアキュームレータ５１との間において、分岐油路７２に接続されている。リリーフバルブ５２は、給排油路６４側の油圧がアキュームレータ５１の油圧より所定圧以上高くなったことに応じて、給排油路６４側からアキュームレータ５１側へ作動油を流通させる。リリーフバルブ５２は、過圧防止弁の一例である。

チェックバルブ５３は、給排油路６４とアキュームレータ５１との間において、リリーフバルブ５２と並列に分岐油路７２に接続されている。チェックバルブ５３は、アキュームレータ５１側から給排油路６４側への作動油の流通を許容し且つ逆流を阻止する。チェックバルブ５３は、逆止弁の一例である。

［ステアリング装置４０の動作］
次に、ステアリング装置４０の動作を説明する。ステアリング装置４０は、ステアモードバルブ４７が図３（Ａ）に示される状態のときに四輪操向を実現し、ステアモードバルブ４７が図３（Ｂ）に示される状態のときに前輪操向を実現する。ステアリング装置４０の状態は、例えば、キャビン３４に設置された切替スイッチ等を通じてユーザによって切り替えられる。また、図示は省略するが、バルブ４８を位置ａとし、バルブ４９を位置ｃとすることによって、クラブ操向が実現される。また、バルブ４８を位置ｂとし、バルブ４９を位置ａ又は位置ｂとすることによって、後輪操向が実現される。

まず、図３（Ａ）に示されるステアモードバルブ４７において、バルブ４８は位置ａであり、バルブ４９は位置ａである。このステアモードバルブ４７は、全ての給排油路６１〜６４（すなわち、全てのシリンダ４１〜４４）に対する作動油の流出入を許容する。図３（Ａ）に示されるステアモードバルブ４７の状態は、四輪操向を実現する第１状態の一例である。

図３（Ａ）に示されるステアモードバルブ４７は、ポンプ４５からステアリングユニット４６で供給方向及び流量が制御されて油路６５に供給された作動油を、バルブ４９、油路６８、給排油路６３を通じて、シリンダ４３の縮小油室及びシリンダ４４の伸長油室に供給する。また、これに伴ってシリンダ４３の伸長油室及びシリンダ４４の縮小油室から排出された作動油は、給排油路６４、油路６７、バルブ４９、油路６６、バルブ４８、油路７１、及び給排油路６１を通じて、シリンダ４１の縮小油室及びシリンダ４２の伸長油室に供給される。さらに、これに伴ってシリンダ４１の伸長油室及びシリンダ４２の縮小油室から排出された作動油は、給排油路６２、油路６９、バルブ４８、油路７０、及びステアリングユニット４６を通じて、タンクに排出される。その結果、前輪２１が右操向され、後輪２２が左操向される。

また、図３（Ａ）に示されるステアモードバルブ４７は、ポンプ４５からステアリングユニット４６で供給方向及び流量が制御されて油路７０に供給された作動油を、バルブ４８、油路６９、及び給排油路６２を通じて、シリンダ４１の伸長油室及びシリンダ４２の縮小油室に供給する。これに伴ってシリンダ４１の縮小油室及びシリンダ４２の伸長油室から排出された作動油は、給排油路６１、油路７１、バルブ４８、油路６６、バルブ４９、油路６７、及び給排油路６４を通じて、シリンダ４３の伸長油室及びシリンダ４４の縮小油室に供給される。さらに、これに伴ってシリンダ４３の縮小油室及びシリンダ４４の伸長油室から排出された作動油は、給排油路６３、油路６８、バルブ４９、油路６５、及びステアリングユニット４６を通じて、タンクに排出される。その結果、前輪２１が左操向され、後輪２２が右操向される。

次に、図３（Ｂ）に示されるステアモードバルブ４７において、バルブ４８は位置ａであり、バルブ４９は位置ｃである。このステアモードバルブ４７は、給排油路６１、６２（すなわち、シリンダ４１、４２）に対する作動油の流出入を許容し、給排油路６３、６４（すなわち、シリンダ４３、４４）に対する作動油の流出入を規制する。図３（Ｂ）に示されるステアモードバルブ４７の状態は、前輪操向を実現する第２状態の一例である。

図３（Ｂ）に示されるステアモードバルブ４７は、ポンプ４５からステアリングユニット４６で供給方向及び流量が制御されて油路６５に供給された作動油を、バルブ４９、油路６６、バルブ４８、油路７１、及び給排油路６１を通じて、シリンダ４１の縮小油室及びシリンダ４２の伸長油室に供給する。また、これに伴ってシリンダ４１の伸長油室及びシリンダ４２の縮小油室から排出された作動油は、給排油路６２、油路６９、バルブ４８、油路７０、及びステアリングユニット４６を通じて、タンクに排出される。その結果、前輪２１が右操向される。

また、図３（Ｂ）に示されるステアモードバルブ４７は、ステアリングユニット４６で供給方向及び流量が制御されて油路７０に供給された作動油を、バルブ４８、油路６９、及び給排油路６２を通じて、シリンダ４１の伸長油室及びシリンダ４２の縮小油室に供給する。また、これに伴ってシリンダ４１の縮小油室及びシリンダ４２の伸長油室から排出された作動油は、給排油路６１、油路７１、バルブ４８、油路６６、バルブ４９、油路６５、及びステアリングユニット４６を通じて、タンクに排出される。その結果、前輪２１が左操向される。

一方、ステアモードバルブ４７を図３（Ｂ）に示される第２状態にすると、ダブルパイロットチェックバルブ７３が閉弁して、シリンダ４３、４４、給排油路６３、６４、及び油圧調整回路５０で構成される油圧回路を閉塞する。その結果、当該閉塞回路からの作動油の流出が阻止されるので、後輪２２は操向されない。また、油圧調整回路５０は、油温の上昇等による当該閉塞回路内の油圧の過度な上昇を抑制するために、以下のように動作する。

まず、油温の上昇による閉塞回路内の油圧上昇に伴って、リリーフバルブ５２の両端で給排油路６４側の油圧がアキュームレータ５１の油圧より所定圧以上高くなると、給排油路６４側の作動油がリリーフバルブ５２を通過してアキュームレータ５１に蓄圧される。すなわち、シリンダ４３の伸長油室、シリンダ４４の縮小油室、及び給排油路６４内の作動油の一部は、分岐油路７２及びリリーフバルブ５２を通じてアキュームレータ５１に蓄圧される。その結果、シリンダ４３の伸長油室、シリンダ４４の縮小油室、及び給排油路６４内の油圧が低下する。

また、シリンダ４３の伸長油室から作動油が排出されたことに応じて、シリンダ４３のピストンが伸長油室側に移動する。同様に、シリンダ４４の縮小油室から作動油が排出されたことに応じて、シリンダ４４のピストンが縮小油室側に移動する。その結果、シリンダ４３の縮小油室、シリンダ４４の伸長油室、及び給排油路６３内の油圧も低下する。すなわち、アキュームレータ５１に蓄圧された作動油の分だけ、ダブルパイロットチェックバルブ７３で閉塞された閉塞回路全体の油圧が低下する。

一方、油温の低下による閉塞回路内の油圧低下に伴って、チェックバルブ５３の両端でアキュームレータ５１の油圧が給排油路６４側の油圧より高くなったことに応じて、アキュームレータ５１に蓄圧された作動油は、分岐油路７２及びチェックバルブ５３を通じて、給排油路６４、シリンダ４３の伸長油室、及びシリンダ４４の縮小油室に戻される。すなわち、ダブルパイロットチェックバルブ７３で閉塞された閉塞回路に作動油が補填される。

また、シリンダ４３の伸長油室に作動油が戻されたことに応じて、シリンダ４３のピストンが縮小油室側に移動する。同様に、シリンダ４４の縮小油室に作動油が戻されたことに応じて、シリンダ４４のピストンが伸長油室側に移動する。その結果、一対の後輪２２の操向状態が元に戻る。

［本実施形態の作用効果］
上記の実施形態に係るステアリング装置４０によれば、前輪操向時にダブルパイロットチェックバルブ７３で閉塞されるシリンダ４３、４４及び給排油路６４を含む閉塞回路において、油温の上昇による油圧上昇に伴って当該閉塞回路内の作動油がアキュームレータ５１に蓄圧され、油温の低下による油圧低下に伴ってアキュームレータ５１に蓄圧された作動油が当該閉塞回路に戻されて、閉塞回路内の作動油不足が補填される。その結果、閉塞回路内の油圧が過度に上昇することを抑制できる。

なお、このような油圧の調整は、リリーフバルブ５２の開弁圧（所謂、クラッキング圧）を適切に設定しておくことによって、自動的に行われる。すなわち、センサの検出結果に基づいてモータを駆動させる等の積極的な制御を必要としない。また、油圧調整回路５０による油圧の調整によって、後輪２２が操向される。しかしながら、後輪２２の操向量は僅かであるので、下部走行体２０の走行時に油圧調整回路５０が働いたとしても、直進性に大きな影響を及ぼさない。

さらに、上記構成のステアリング装置４０をラフテレーンクレーン１０に適用することによって、当該ラフテレーンクレーン１０が温度変化の激しい環境で使用されたとしても、油圧回路を構成する機器の損傷を抑制することができる。

１０・・・ラフテレーンクレーン
２１・・・前輪
２２・・・後輪
４０・・・ステアリング装置
４１，４２，４３，４４ シリンダ
４７・・・ステアモードバルブ
５１・・・アキュームレータ
５２・・・リリーフバルブ
５３・・・チェックバルブ
６１，６２，６３，６４・・・給排油路

Claims (2)

1. 左右の前輪を操向させる前輪側シリンダ部と、
   左右の後輪を操向させる後輪側シリンダ部と、
   上記前輪側シリンダ部に対して給排される作動油が流通する第１給排油路と、
   上記後輪側シリンダ部に対して給排される作動油が流通する第２給排油路と、
   上記第１給排油路及び上記第２給排油路に対する作動油の流出入を許容する第１状態、及び上記第１給排油路に対する作動油の流出入を許容し且つ上記第２給排油路に対する作動油の流出入を規制する第２状態に状態変化が可能な切替弁と、
   上記後輪側シリンダ及び上記切替弁の間において上記第２給排油路に接続されており、上記切替弁が上記第２状態のときに上記第２給排油路から上記切替弁への作動油の流出を阻止するチェック弁と、
   上記第２給排油路から分岐した分岐油路と、
   上記分岐油路に接続されており、上記第２給排油路内の油圧の上昇によって流入した作動油を蓄圧し、上記第２給排油路内の油圧の低下によって蓄圧した作動油を上記第２給排油路へ排出するアキュームレータと、
   上記分岐油路に接続されており、上記第２給排油路側の油圧が上記アキュームレータの油圧より所定圧以上高いときに、上記第２給排油路側から上記アキュームレータ側へ作動油を流通させる過圧防止弁と、
   上記過圧防止弁と並列に上記分岐油路に接続されており、上記アキュームレータ側から上記第２給排油路側への作動油の流通を許容し且つ逆流を阻止する逆止弁と、を備える油圧回路構造。
2. 左右の前輪と、
   左右の後輪と、
   請求項１に記載の油圧回路構造と、を備える作業車両。

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