JP2020153461A

JP2020153461A - 油圧ショベル

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Publication number: JP2020153461A
Application number: JP2019053782A
Authority: JP
Inventors: 康平小倉; Kohei Ogura; 小高　克明; Katsuaki Odaka; 克明小高; 征勲茅根; Masahiro Kayane; 賀裕白川; Yoshihiro Shirakawa
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2019-03-20
Filing date: 2019-03-20
Publication date: 2020-09-24
Anticipated expiration: 2039-03-20
Also published as: EP3832031A1; WO2020188920A1; JP7221101B2; US11891779B2; US20210348366A1; EP3832031B1; CN112601866B; KR102508281B1; EP3832031A4; CN112601866A; KR20210035857A

Abstract

【課題】負荷の異なる複数の油圧アクチュエータを同時に動作させる場合の油圧損失を低減することにより燃料消費量を抑制し、かつ作業効率を向上することができる油圧ショベルを提供する。【解決手段】油圧ショベル２００は、センタバイパスライン１２の最下流に配置されており、第２操作装置２６が操作された場合に、第２操作装置２６の操作量に応じて、センタバイパスライン１２を通過する圧油の流量を制限するセンタバイパス流量制御弁３１と、第１操作装置２５，２７および第２操作装置２６が同時に操作された場合に、第３方向切換弁２０のスプールストローク量が第２操作装置２６の操作量に応じて制御されている状態で、第２方向切換弁２１のスプールストローク量を第１操作装置２５，２７の操作量に応じて制限するスプールストローク制限装置３０，１００とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、油圧ショベルに関する。

油圧ショベルにはブーム、アーム、バケットとこれらを駆動するブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダなどの複数の油圧アクチュエータが搭載されている。一般に、油圧アクチュエータを駆動する圧油を吐出する油圧ポンプは油圧アクチュエータの数よりも少ないため、複数の油圧アクチュエータを同時に動作させる際には１つの油圧ポンプから吐出された圧油を複数の油圧アクチュエータに適切に分配する必要がある。このような油圧ショベルの従来技術を開示するものとして、例えば特許文献１，２がある。

特許文献１記載の油圧回路は、バイパスライン（パラレルライン）の第１のアーム用方向切換弁（アーム第２方向切換弁）の手前に絞りが設けられており、水平引き（ブーム上げとアーム引きの複合動作）のようなブームシリンダの負荷圧に対してアームシリンダの負荷圧が低い動作を行った場合であっても、第１のアーム用方向切換弁（アーム第２方向切換弁）に流入する圧油の流れを制限し、第１のブーム用方向切換弁（ブーム第１方向切換弁）に優先的に圧油が流れるように構成されている。

このように構成された特許文献１記載の油圧回路において、水平引き動作においてブーム上げ操作を徐々に小さくしてブームシリンダに流入する圧油を減少させた場合であっても、バイパスライン（パラレルライン）を通ってアームシリンダに流入する圧油の流量は絞りによって制限されたままであるため、絞りにおいて発生する油圧損失によって作業効率の悪化や燃料消費量の増加を招くおそれがあった。

一方、特許文献２記載の油圧回路は、特許文献１記載の油圧回路の問題点を解決すべく考案されたものであり、特許文献１記載の油圧回路におけるバイパスライン（パラレルライン）の絞りを取り除き、代わりに、アーム２速切換弁（アーム第２方向切換弁）とアーム操作レバー（アームパイロット弁）の手前に電磁比例減圧弁を設け、アーム２速切換弁（アーム第２方向切換弁）を可変開口絞りのように用いることにより、水平引き動作時に発生する油圧損失を低減している。

特開昭５８−１４６６３２号

特許５２１９６９１号

特許文献１記載の油圧回路においては、水平引き動作においてブーム上げ操作を徐々に小さくしてブームシリンダに流入する圧油を減少させた場合であっても、バイパスライン（パラレルライン）を通ってアームシリンダに流入する圧油の流量は絞りによって制限されたままであるため、絞りにおいて発生する油圧損失によって作業効率の悪化や燃料消費量の増加を招くおそれがあった。

一方、特許文献２記載の油圧回路においては、アーム２速切換弁（アーム第２方向切換弁）のスプールストローク量が一定量に制限されるため、水平引き動作中にアーム引き操作を大きくしていった場合であってもアーム２速切換弁（アーム第２方向切換弁）のセンタバイパス開口は閉じきらない。したがって、アーム２速切換弁（アーム第２方向切換弁）からアームシリンダに流入する圧油の量は増加しない。すなわち、特許文献２記載の油圧回路においては、油圧ポンプから吐出された圧油を有効に使い切ることができず、水平引き最大操作時のアーム引き速度が特許文献１記載の油圧回路に対して劣ってしまうという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、負荷の異なる複数の油圧アクチュエータを同時に動作させる場合の油圧損失を低減することにより燃料消費量を抑制し、かつ作業効率を向上することができる油圧ショベルを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、上部旋回体と下部走行体から成る本体と、前記本体に回動可能に連結されたブームと、前記ブームの先端部に回動可能に連結されたアームと、前記アームの先端部に回動可能に連結されたバケットと、第１油圧ポンプと、第２油圧ポンプと、前記第１油圧ポンプおよび前記第２油圧ポンプから圧油が供給され、前記ブームまたは前記バケットを駆動するブームシリンダまたはバケットシリンダと、前記第１油圧ポンプから圧油が供給され、前記アームを駆動するアームシリンダと、前記ブームシリンダまたは前記バケットシリンダの動作を指示する第１操作装置と、前記アームシリンダの動作を指示する第２操作装置と、前記第１操作装置の操作量に応じて前記第１油圧ポンプから前記ブームシリンダまたは前記バケットシリンダに供給される圧油の方向および流量を制御する第１方向切換弁と、前記第２操作装置の操作量に応じて前記第１油圧ポンプから前記アームシリンダに供給される圧油の方向および流量を制御する第２方向切換弁と、前記第２操作装置の操作量に応じて前記第２油圧ポンプから前記アームシリンダに供給される圧油の方向および流量を制御する第３方向切換弁とを備え、前記第１方向切換弁および前記第２方向切換弁は、前記第１油圧ポンプのセンタバイパスラインにタンデム接続され、かつ前記センタバイパスラインから分岐したパラレルラインにパラレル接続された油圧ショベルにおいて、前記センタバイパスラインの最下流に配置されており、前記第２操作装置が操作された場合に、前記第２操作装置の操作量に応じて、前記センタバイパスラインを通過する圧油の流量を制限するセンタバイパス流量制御弁と、前記第１操作装置および前記第２操作装置が同時に操作された場合に、前記第３方向切換弁のスプールストローク量が前記第２操作装置の操作量に応じて制御されている状態で、前記第２方向切換弁のスプールストローク量を前記第１操作装置の操作量に応じて制限するスプールストローク制限装置とを備えたものとする。

以上のように構成した本発明によれば、第２操作装置が操作された場合に、第２操作装置の操作量に応じて、第１油圧ポンプからセンタバイパスラインを通過する流量が制限され、第１操作装置および第２操作装置が同時に操作された場合に、第３方向切換弁のスプールストローク量が第２操作装置の操作量に応じて制御されている状態で、第２方向切換弁のスプールストローク量が第１操作装置の操作量に応じて制限されるため、負荷の異なる複数の油圧アクチュエータを同時に動作させる場合の油圧損失を低減することにより燃料消費量を抑制し、かつ作業効率を向上することが可能となる。

本発明によれば、負荷の異なる複数の油圧アクチュエータを同時に動作させる場合の油圧損失を低減することにより燃料消費量を抑制し、かつ作業効率を向上することが可能となる。

本発明の第１の実施例に係る油圧ショベルを示す側面図である。本発明の第１の実施例に係る油圧ショベルの油圧回路図である。本発明の第２の実施例に係る油圧ショベルの油圧回路図である。方向切換弁の開口特性を示す図である。センタバイパス流量制御弁の開口特性を示す図である。コントローラによる電磁比例減圧弁の指令値演算を示すブロック図である。アーム第２方向切換弁の目標メータイン開口面積の演算に使用する変換テーブルを示す図である。コントローラによる電磁比例減圧弁の指令値の演算フローを示す図である。特許文献１記載の油圧回路を示す図である。特許文献２記載の油圧回路を示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係る油圧ショベルについて、図面を参照して説明する。なお、各図中、同等の部材には同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。

以下、本発明の第１の実施例を図１〜図８に従って説明する。

図１は、本実施例に係る油圧ショベルを示す側面図である。図１において、油圧ショベル２００は、下部走行体２と、旋回自由に接続された上部旋回体１から成り、上部旋回体１には、ブーム３、アーム４、バケット５と、これらを駆動するブームシリンダ６、アームシリンダ７、バケットシリンダ８等の油圧シリンダが搭載されている。

図２は、油圧ショベル２００の油圧回路図である。本実施例では、ポジコン方式の油圧回路を例に説明する。図２において、可変容量型の油圧ポンプ９，１０は、発動機１１によって駆動される。第１油圧ポンプ９は、ブーム第１方向切換弁１８、バケット方向切換弁２２及びアーム第２方向切換弁２１に圧油を供給する。方向切換弁１８，２２，２１は、第１油圧ポンプ９のセンタバイパスライン１２によってタンデム接続されており、かつ、センタバイパスライン１２から分岐したパラレルライン１３によってパラレルに接続されている。第２油圧ポンプ１０は、ブーム第２方向切換弁１９及びアーム第１方向切換弁２０に圧油を供給する。方向切換弁１９，２０は、第２油圧ポンプ１０のセンタバイパスライン１４によってタンデム接続されており、かつ、センタバイパスライン１４から分岐したパラレルライン１５によってパラレルに接続されている。センタバイパスライン１２，１４は、最下流で作動油タンク５０に接続されており、油圧アクチュエータ６〜８が操作されていない時に油圧ポンプ９，１０から吐出された作動油を作動油タンク５０に排出することにより、ポンプ負荷を低く抑えることができる。方向切換弁１８〜２２とパラレルライン１３，１５との間には逆止弁２３が設けられており、油圧シリンダからパラレルラインに圧油が逆流するのを防いでいる。パラレルライン１３，１５にはリリーフ弁１６，１７が接続されており、油圧回路内の圧力が高くなり過ぎて油圧機器が破損するのを防いでいる。

方向切換弁１８〜２２はタンデムセンタ型スプール弁であり、パイロット弁２５〜２７から出力された２次圧によって作動する。パイロット弁２５〜２７は手動式の減圧弁であり、発動機１１によって駆動される固定容量型のパイロットポンプ２８から吐出された圧油をレバー操作量に応じて減圧し、２次圧として出力する。また、パイロットポンプ２８の吐出ライン４０にはパイロットリリーフ弁２９が設けられており、吐出ライン４０の圧力は一定に保たれる。パイロット弁２５〜２７の２次圧ポートと方向切換弁１８〜２２の操作圧ポートとを接続する油路上には、圧力センサ２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂが設けられており、各パイロット弁の２次圧を検知することができる。

センタバイパスライン１２の最下流には、センタバイパス流量制御弁３１が設けられている。センタバイパス流量制御弁３１の操作圧ポート３１ａは、パイロットライン４１を介してアームパイロット弁２６のアーム引き（アームクラウド）側の２次圧ポートに接続されている。これにより、センタバイパス流量制御弁３１の操作圧ポート３１ａには、アームパイロット弁２６のアーム引き側の２次圧が作用する。アーム第２方向切換弁２１のアーム引き側の操作圧ポート２１ａは、パイロットライン４２を介して電磁比例減圧弁３０の２次圧ポートに接続されている。電磁比例減圧弁３０の１次圧ポートは、パイロットライン４１を介してアームパイロット弁２６のアーム引き側の２次圧ポートに接続されている。電磁比例減圧弁３０により、操作圧ポート２１ａに作用する操作圧を制限することができる。

圧力センサ２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂ及び電磁比例減圧弁３０は、コントローラ１００に接続されており、コントローラ１００は圧力センサ２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂによって検知された操作圧に基づいて電磁比例減圧弁３０の２次圧を制御する。

図４に方向切換弁１８〜２２の開口特性を示す。図４（ａ）に示すように、方向切換弁１８〜２２は６ポート３位置のスプール弁であり、メータイン開口（ＰＣ）、メータアウト開口（ＣＴ）及びセンタバイパス開口（ＰＴ）の３つの開口を有している。各開口ＰＣ，ＣＴ，ＰＴは図４（ｂ）に示したような特性となっており、レバー操作量に応じてパイロット弁２５〜２７から出力される操作圧に応じて、最適な流量の圧油が油圧シリンダ６〜８に流入するように制御することができる。

図５にセンタバイパス流量制御弁３１の開口特性を示す。センタバイパス流量制御弁３１の開口特性ＣＢは、従来技術（図９に示す）におけるアーム第２方向切換弁２１のアーム引き動作時のＰＴ開口と同様の特性を有し、操作圧が増加するにしたがってセンタバイパス流量制御弁３１の開口面積が減少する特定となっている。より詳しくは、操作圧が低い領域において開口面積を最大開口面積から半分程度に絞るようにし、操作圧がそれに比べて高い領域では操作圧が高くなるにつれ徐々に開口面積が減少するものとしている。

コントローラ１００の作動について、図６〜図８に従って説明する。

図６は、コントローラ１００による電磁比例減圧弁３０の指令値演算を示すブロック図である。図６において、コントローラ１００は、アーム第２方向切換弁２１の目標メータイン開口（ＰＣ）面積を演算する開口面積演算部Ｃ０１と、開口面積演算部Ｃ０１で演算された開口面積のうち最小のものを選択する最小値選択部Ｄ０１と、ブーム上げ、バケット引き、バケット押しのいずれかの操作が実施されたかどうかを判定する動作判定部ＳＷ０１とを有する。

開口面積演算部Ｃ０１では、アーム引き操作圧ＰＩａｉ、ブーム上げ操作圧ＰＩｂｕ、バケット引き（バケットクラウド）操作圧ＰＩｂｉ及びバケット押し（バケットダンプ）操作圧ＰＩｂｏのそれぞれに対応する変換テーブルＴ０１〜Ｔ０４によって、各操作圧に応じたアーム第２方向切換弁２１の目標メータイン開口（ＰＣ）面積を演算する。

図７は、アーム第２方向切換弁２１の目標メータイン開口面積の演算に使用する変換テーブルを示す図である。

図７（ａ）に変換テーブルＴ０１の特性を示す。変換テーブルＴ０１では、アーム引き（アームクラウド）操作圧ＰＩａｉが一定の値（ＰＩ０）までは一定の開口面積Ａｏとなっており、アーム引き操作圧ＰＩａｉが一定の値ＰＩ０を超えると開口面積は増大してゆき、アーム引き操作圧ＰＩａｉが最大操作圧ＰＩｍａｘに達したときに最大開口面積Ａｍａｘとなるような特性となっている。なお、開口面積Ａｏは、例えば、従来技術（図９に示す）における絞り２４と同じ開口面積とすることによって、従来技術と同様のブーム上げ特性を得ることが出来る。

図７（ｂ）に変換テーブルＴ０２の特性を示す。図７（ｂ）において、実線で示した曲線は変換テーブルＴ０２の特性、一点鎖線で示した曲線（ＰＴｂｕ）はブーム第１方向切換弁１８のブーム上げ側のセンタバイパス開口（ＰＴ）特性を示している。変換テーブルＴ０２では、ブーム上げ操作圧ＰＩｂｕが一定の値（ＰＩｍｉｎ）以下の領域では最大開口Ａｍａｘとなっており、ブーム上げ操作圧ＰＩｂｕが増加して行き一定の値ＰＩｍｉｎを超えると開口面積は減少してゆき、傾斜部Ｘを経て曲線ＰＴｂｕ上の開口面積よりも目標メータイン開口面積の最小値Ａｂｕだけ大きな開口面積となっている。なお、傾斜部Ｘの形状はブーム第１方向切換弁１８のブーム上げ側のメータイン開口（ＰＣ）特性に応じて決定するものであり、曲線であっても良い。さらにブーム上げ操作圧ＰＩｂｕが増加し最大操作圧ＰＩｍａｘに達すると、開口面積Ａｂｕで一定となる。

図７（ｃ）に変換テーブルＴ０３の特性を示す。図７（ｃ）において、実線で示した曲線は変換テーブルＴ０３の特性、一点鎖線で示した曲線（ＰＴｂｉ）はバケット方向切換弁２２のバケット引き側のセンタバイパス開口（ＰＴ）特性を示している。変換テーブルＴ０３では、バケット引き操作圧ＰＩｂｉが一定の値（ＰＩｍｉｎ）以下の領域では最大開口面積Ａｍａｘとなっており、バケット引き操作圧ＰＩｂｉが増加して行き一定の値ＰＩｍｉｎを超えると開口面積は減少してゆき、曲線ＰＴｂｉ上の開口面積よりも目標メータイン開口面積の最小値Ａｂｉだけ大きな開口面積となっている。さらにバケット引き操作圧ＰＩｂｉが増加し最大操作圧ＰＩｍａｘに達すると、開口面積Ａｂｉで一定となる。

図７（ｄ）に変換テーブルＴ０４の特性を示す。図７（ｄ）において、実線で示した曲線は変換テーブルＴ０４の特性、一点鎖線で示した曲線（ＰＴｂｏ）はバケット方向切換弁２２のバケット押し側のセンタバイパス開口（ＰＴ）特性を示している。変換テーブルＴ０４では、バケット押し操作圧ＰＩｂｏが一定の値（ＰＩｍｉｎ）以下の領域では最大開口Ａｍａｘとなっており、バケット押し操作圧ＰＩｂｏが増加して行き一定の値ＰＩｍｉｎを超えると開口面積は減少してゆき、曲線ＰＴｂｏ上の開口面積よりも目標メータイン開口面積の最小値Ａｂｏだけ大きな開口面積となっている。さらにバケット押し操作圧ＰＩｂｏが増加し最大操作圧ＰＩｍａｘに達すると、開口面積Ａｂｏで一定となる。なお、変換テーブルＴ０２〜Ｔ０４における目標メータイン開口面積の最小値Ａｂｕ，Ａｂｉ，Ａｂｏは、変換テーブルＴ０１のおける目標メータイン開口面積の最小値Ａｏと同じ値に設定しても良いし、別の値を設定しても良い。

図６に戻り、動作判定部ＳＷ０１では、ブーム上げ操作圧ＰＩｂｕ、バケット引き操作圧ＰＩｂｉ及びバケット押し操作圧ＰＩｂｏのいずれかが判定値ＰＩｔｈ以上である場合、最小値選択部Ｄ０１の出力値を出力し、ブーム上げ操作圧ＰＩｂｕ、バケット引き操作圧ＰＩｂｉ及びバケット押し操作圧ＰＩｂｏのいずれも判定値ＰＩｔｈ未満の場合、最大開口面積Ａｍａｘを出力する。最大開口面積Ａｍａｘは、アーム第２方向切換弁２１のアーム引き操作時のＰＣ開口特性の最大開口面積以上の値に設定される。

変換テーブルＴ０５は、動作判定部Ｄ０１から出力された開口面積に対応する電磁比例減圧弁３０の２次圧の目標値を演算する。変換テーブルＴ０５の特性は、アーム第２方向切換弁２１のアーム引き操作時のメータイン開口（ＰＣ）特性の縦軸と横軸を入れ替えた特性になっている。変換テーブルＴ０６は、変換テーブルＴ０５から出力された目標圧力に対応する電磁比例減圧弁３０の駆動電流Ｉｒｄを演算し、電磁比例減圧弁３０へ駆動電流Ｉｒｄを出力する。変換テーブルＴ０６の特性は、電磁比例減圧弁３０の電流−圧力特性の縦軸と横軸を入れ替えた特性となる。

図８は、コントローラ１００による電磁比例減圧弁３０の指令値の演算フローを示す図であり、図６の演算ブロック図をフローチャートで示したものである。個々の演算については図６にて説明しているので、説明は省略する。

このように構成された本実施例の実際の作動について、場面を分けて説明する。

＜アーム引き単独動作を行う場合＞
オペレータがアームパイロット弁２６をアーム引き方向に操作すると、アームパイロット弁２６のアーム引き側２次圧ポートから操作量に応じたアーム引き操作圧ＰＩａｉが出力される。アーム引き操作圧ＰＩａｉはアーム第１方向切換弁２０のアーム引き側の操作圧ポート２０ａ、センタバイパス流量制御弁３１の操作圧ポート３１ａ及び電磁比例減圧弁３０の１次圧ポートに作用し、その圧力は圧力センサ２６ｂによって検知され、コントローラ１００に入力される。このとき、ブーム上げ操作圧ＰＩｂｕ、バケット引き操作圧ＰＩｂｉ及びバケット押し操作圧ＰＩｂｏはいずれもゼロであり、ＰＩｔｈ未満であるので、コントローラ１００は、ＳＷ０１において最大開口面積Ａｍａｘを出力する。従って、変換テーブルＴ０５によって演算される電磁比例減圧弁３０の２次圧の目標値は、アーム第２方向切換弁２１の最大ストローク時の操作圧と同等となるため、アーム第２方向切換弁２１のストローク量は制限されない。

この結果、アーム第１方向切換弁２０、アーム第２方向切換弁２１及びセンタバイパス流量制御弁３１はいずれもアーム引き操作圧ＰＩａｉに応じてストロークするので、油圧ポンプ９，１０から吐出された圧油はアーム第１方向切換弁２０及びアーム第２方向切換弁２１を通過してアームシリンダ７に流入する。これにより、アーム引き単独動作の場合はアーム第２方向切換弁２１のストローク量は制限されず、レバー操作通りにアーム４が動作する。

＜水平引き動作を行う場合（最大速度）＞
最大速度で水平引き動作を行う場合、オペレータはまずブームパイロット弁２５及びアームパイロット弁２６を最大に操作し、その後アームパイロット弁２６は最大操作のまま、バケット５の爪先が地面に沿うようにブームパイロット弁２５の操作量を徐々に減少させてゆく。このとき、ブーム用の方向切換弁１８，１９にはブームパイロット弁２５から出力されたブーム上げ操作圧ＰＩｂｕが作用し、アーム第１方向切換弁２０の操作圧ポート２０ａ、電磁比例減圧弁３０の１次圧ポート及びセンタバイパス流量制御弁３１の操作圧ポート３１ａには、アームパイロット弁２６から出力されたアーム引き操作圧ＰＩａｉが作用する。

コントローラ１００は、動作判定部ＳＷ０１においてブーム上げ操作が行われたと判定し、開口面積演算部Ｃ０１の処理を実行する。開口面積演算部Ｃ０１の変換テーブルＴ０１においては、アーム引き操作圧ＰＩａｉは最大操作圧ＰＩｍａｘであるので、変換テーブルＴ０１は最大開口面積Ａｍａｘを出力する。変換テーブルＴ０２においては、ブーム上げ操作圧ＰＩｂｕは最大操作量ＰＩｍａｘからゼロまで変化するので、ブーム上げ操作圧ＰＩｂｕに応じた開口面積Ａを出力する。変換テーブルＴ０３，Ｔ０４においては、バケット引き操作圧ＰＩｂｉ及びバケット押し操作圧ＰＩｂｏはいずれもゼロ（ＰＩｍｉｎ未満）であるので、変換テーブルＴ０３，Ｔ０４はいずれも最大開口面積Ａｍａｘを出力する。最小値選択部Ｄ０１において、変換テーブルＴ０１，Ｔ０３，Ｔ０４の出力はいずれも最大開口面積Ａｍａｘであるので、最小値選択部Ｄ０１では変換テーブルＴ０２の出力が常に出力される。従って、電磁比例減圧弁３０の２次圧は、アーム第２方向切換弁２１のアーム引き側メータイン開口（ＰＣ）が、変換テーブルＴ０２から出力された開口面積となるように制御される。

最大速度で水平引き動作を行う場合、アーム引き操作圧ＰＩａｉは最大操作量ＰＩｍａｘで一定に操作され、ブーム上げ操作圧ＰＩｂｕは、水平引き開始時は最大操作量ＰＩｍａｘに操作された後、徐々に減少して行き、アーム４が地面に対して鉛直になる時点で操作レバー（アームパイロット弁２６）が中立に操作されてゼロとなる。このとき、ブーム用の方向切換弁１８，１９はブーム上げ操作量ＰＩｂｕに従って作動し、アーム第１方向切換弁２０及びセンタバイパス流量制御弁３１は、最大ストローク状態となる。また、アーム第２方向切換弁２１のアーム引き側メータイン開口（ＰＣ）は、水平引き開始時は開口面積Ａｂｕであり、そこからブーム上げ操作圧ＰＩｂｕが減少するに従って徐々に増加し、アーム４が地面に対して鉛直となった時点で、操作レバー（アームパイロット弁２６）が中立に操作されてブーム上げ操作圧ＰＩｂｕがゼロとなると、最大開口面積（スプールストローク量制限なし）となる。

この結果、第１油圧ポンプ９から吐出された圧油は、水平引き開始時はほぼ全量がブームシリンダ６に流入するが、水平引き中盤以降ブーム上げ操作量ＰＩｂｕが減少すると、徐々にアームシリンダ７に流入する流量が増加して行き、水平引き終盤になりブーム上げ操作量ＰＩｂｕがゼロとなると、全量がアームシリンダ７に流入するようになる。一方、第２油圧ポンプ１０から吐出された圧油は、ブームシリンダ６の負荷圧に対してアームシリンダ７の負荷圧が小さいため、ほぼ全量がアームシリンダ７に流入する。

このように作動することによって、水平引き開始時はブームシリンダ６に優先的に圧油を供給してブーム上げ速度を確保し、水平引き中盤ではブーム上げ操作量の減少に応じてアームシリンダ７に流入する圧油の流量を滑らかに増加させ、水平引き終盤では変換テーブルＴ０２の傾斜部Ｘによって、ブーム上げ操作を終了するときに急激にアーム速度が増加するのを抑え、滑らかにアーム速度を増加させることが出来る。これにより、水平引き時の作業効率を向上するとともに絞りによる油圧損失を低減することが出来る。

＜水平引き動作を行う場合（中間速度）＞
中間速度で水平引きを行う場合、最大速度で水平引きを行う場合に対してアーム引き操作圧ＰＩａｉのみ異なる。ここで、中間速度で水平引きを行う場合のアーム引き操作圧ＰＩａｉが図７（ａ）のＰＩ０以下とした場合、変換テーブルＴ０１から出力される開口面積ＡはＡｏとなるので、アーム第２方向切換弁２１のアーム引き側メータイン開口（ＰＣ）面積は高々Ａｏに制限される。

その結果、中間速度で水平引き動作を行う場合は、第１油圧ポンプ９から吐出された圧油はほとんどブームシリンダ６に流入し、第２油圧ポンプ１０から吐出された圧油はほとんどアームシリンダ７に流入する。これにより、中間速度で水平引きを行う場合はブームシリンダに優先的に圧油を供給し、良好な作業性を実現することが出来る。

＜アーム引きとバケット引き又はバケット押しを同時に行う場合＞
アーム引きとバケット引き又はバケット押しを同時に行う場合については、上記水平引き時の作動におけるブーム上げ動作をバケット引き又はバケット押し動作に置き換えるだけであるので、説明は省略する。

以下、本実施例に係る油圧ショベル２００により得られる効果を従来技術と比較して説明する。

図９は特許文献１記載の油圧回路（比較例１）を示す図であり、図１０は特許文献２記載の油圧回路（比較例２）を示す図である。

図９に示す油圧回路では、パラレルライン１３のアーム第２方向切換弁２１の手前に絞り２４が設けられており、水平引き（ブーム上げとアーム引きの複合動作）のようなブームシリンダ６の負荷圧に対してアームシリンダ７の負荷圧が低い動作を行った場合であっても、アーム第２方向切換弁２１に流入する圧油の流れを制限し、ブーム第１方向切換弁１８に優先的に圧油が流れるように構成されている。

このように構成された油圧回路においては、水平引き動作においてブーム上げ操作を徐々に小さくしてブームシリンダ６に流入する圧油を減少させた場合であっても、パラレルライン１３を通ってアームシリンダ７に流入する圧油の流量は絞り２４によって制限されたままであるため、絞り２４において発生する油圧損失によって作業効率の悪化や燃料消費量の増加を招くおそれがあった。

一方、図１０に示す油圧回路は、特許文献１記載の油圧回路の問題点を解決すべく考案されたものである。図９に示す油圧回路との相違点は、パラレルライン１３の絞り２４を取り除き、代わりに、アーム第２方向切換弁２１とアームパイロット弁２６の手前に電磁比例減圧弁３０を設けることにより、アーム第２方向切換弁２１を可変開口絞りのように用い、水平引き動作時に発生する油圧損失を低減している点である。

図９に示す油圧回路においては、水平引きを最大速度（アーム引き操作最大）で行った場合、アーム第２方向切換弁２１のセンタバイパス開口は閉じているので、ブーム第１方向切換弁１８のセンタバイパス開口を通過した圧油はアーム第２方向切換弁２１からアームシリンダ７に流入しアーム引き速度を増加させる。

一方、図１０に示す油圧回路においては、アーム第２方向切換弁２１のスプールストローク量が一定量に制限されるため、水平引き動作中にアーム引き操作を大きくしていった場合であってもアーム第２方向切換弁２１のセンタバイパス開口は閉じきらない。したがって、アーム第２方向切換弁２１からアームシリンダ７に流入する圧油の量は増加しない。すなわち、図１０に示す油圧回路においては、油圧ポンプ９から吐出された圧油を有効に使い切ることができず、水平引き最大操作時のアーム引き速度が図９に示す油圧回路に対して劣ってしまうという問題がある。

これに対し、本実施例では、上部旋回体１と下部走行体２から成る本体と、前記本体に回動可能に連結されたブーム３と、ブーム３の先端部に回動可能に連結されたアーム４と、アーム４の先端部に回動可能に連結されたバケット５と、第１油圧ポンプ９と、第２油圧ポンプ１０と、第１油圧ポンプ９および第２油圧ポンプ１０から圧油が供給され、ブーム３またはバケット５を駆動するブームシリンダ６またはバケットシリンダ８と、第１油圧ポンプ９から圧油が供給され、アーム４を駆動するアームシリンダ７と、ブームシリンダ６またはバケットシリンダ８の動作を指示する第１操作装置２５，２７と、アームシリンダ７の動作を指示する第２操作装置２６と、第１操作装置２５，２７の操作量に応じて第１油圧ポンプ９からブームシリンダ６またはバケットシリンダ８に供給される圧油の方向および流量を制御する第１方向切換弁１８，２２と、第２操作装置２６の操作量に応じて第１油圧ポンプ９からアームシリンダ７に供給される圧油の方向および流量を制御する第２方向切換弁２１と、第２操作装置２６の操作量に応じて第２油圧ポンプ１０からアームシリンダ７に供給される圧油の方向および流量を制御する第３方向切換弁２０とを備え、第１方向切換弁１８，２２および第２方向切換弁２１は、第１油圧ポンプ９のセンタバイパスライン１２にタンデム接続され、かつセンタバイパスライン１２から分岐したパラレルライン１３にパラレル接続された油圧ショベル２００において、センタバイパスライン１２の最下流に配置されており、第２操作装置２６が操作された場合に、第２操作装置２６の操作量に応じて、センタバイパスライン１２を通過する圧油の流量を制限するセンタバイパス流量制御弁３１と、第１操作装置２５，２７および第２操作装置２６が同時に操作された場合に、第３方向切換弁２０のスプールストローク量が第２操作装置２６の操作量に応じて制御されている状態で、第２方向切換弁２１のスプールストローク量を第１操作装置２５，２７の操作量に応じて制限するスプールストローク制限装置３０，１００とを備える。

また、本実施例に係る油圧ショベル２００は、第１操作装置２５，２７は、第１操作装置２５，２７の操作量に応じてパイロットポンプ２８の吐出圧を減圧し、第１方向切換弁１８，２２の操作圧として出力するブームパイロット弁２５およびバケットパイロット弁２７を有し、第２操作装置２６は、第２操作装置２６の操作量に応じてパイロットポンプ２８の吐出圧を減圧し、第２方向切換弁２１および第３方向切換弁２０の操作圧として出力するアームパイロット弁２６を有する。

また、本実施例に係る油圧ショベル２００は、アームパイロット弁２６から出力されるアーム引き操作圧ＰＩａｉ、ブームパイロット弁２５から出力されるブーム上げ操作圧ＰＩｂｕ、バケットパイロット弁２７から出力されるバケット引き操作圧ＰＩｂｉ、およびバケットパイロット弁２７から出力されるバケット押し操作圧ＰＩｂｏを検出する圧力センサ２６ｂ，２５ａ，２７ａ，２７ｂを更に備え、スプールストローク制限装置３０，１００は、アームパイロット弁２６のアーム引き側の２次圧ポートに１次圧ポートが接続され、第２方向切換弁２１のアーム引き側の操作圧ポート２１ａに２次圧ポートが接続された第１電磁比例減圧弁３０と、アーム引き操作圧ＰＩａｉ、ブーム上げ操作圧ＰＩｂｕ、バケット引き操作圧ＰＩｂｉ、およびバケット押し操作圧ＰＩｂｏのそれぞれに基づいて決定した第２方向切換弁２１の目標メータイン開口面積のうち最も値の小さい目標メータイン開口面積に基づいて第１電磁比例減圧弁３０の２次圧を制御するコントローラと１００を有する。

以上のように構成した本実施例に係る油圧ショベル２００によれば、第２操作装置２６が操作された場合に、第２操作装置２６の操作量に応じて、センタバイパスライン１２を通過する流量が制限され、第１操作装置２５，２７および第２操作装置２６が同時に操作された場合に、第３方向切換弁２０のスプールストローク量が第２操作装置２６の操作量に応じて制御されている状態で、第２方向切換弁２１のスプールストローク量が第１操作装置２５，２７の操作量に応じて制限されるため、負荷の異なる複数の油圧アクチュエータ６〜８を同時に動作させる場合の油圧損失を低減することにより燃料消費量を抑制し、かつ作業効率を向上することが可能となる。

また、コントローラ１００は、ブーム上げ操作圧ＰＩｂｕ、バケット引き操作圧ＰＩｂｉ、およびバケット押し操作圧ＰＩｂｏの全てが所定の圧力ＰＩｔｈ以下の場合に、第１電磁比例減圧弁３０の目標開口面積を最大開口面積Ａｍａｘとする。これにより、水平引き動作以外でアームシリンダ７を駆動する際に、アーム第２方向切換弁２１のスプールストローク量が制限されないため、アームパイロット弁２６の操作量に応じて第１油圧ポンプ９からアームシリンダ７に圧油を供給することが可能となる。

また、コントローラ１００は、アーム引き操作圧ＰＩａｉ、ブーム上げ操作圧ＰＩｂｕ、バケット引き操作圧ＰＩｂｉ、およびバケット押し操作圧ＰＩｂｏのそれぞれに対応する第２方向切換弁２１の目標メータイン開口面積の最小値Ａｏ，Ａｂｕ，Ａｂｉ，Ａｂｏを個別に設定できる。これにより、実施する作業やオペレータの好みに応じてアーム第２方向切換弁２１のメータイン開口特性を微調整できるため、作業効率を向上することが可能となる。

図３は、本発明の第２の実施例に係る油圧ショベル２００の油圧回路を示したものである。以下、第１の実施例と異なる部分について説明する。

センタバイパス流量制御弁３１の操作圧ポート３１ａは、パイロットライン４３を介して電磁比例減圧弁３２の２次圧ポートに接続されている。センタバイパス流量制御弁３１の操作圧ポート３１ａには、電磁比例減圧弁３２から出力される２次圧が作用する。電磁比例減圧弁３２の１次圧ポートには、パイロットポンプ２８の吐出ライン４０が接続されており、パイロットポンプ２８から吐出された圧油が供給される。電磁比例減圧弁３２から出力される２次圧は、コントローラ１００によって制御される。コントローラ１００は、圧力センサ２６ｂが検知したアーム引き操作圧ＰＩａｉに基づいて、センタバイパス流量制御弁３１の開口特性が図５の開口特性ＣＢと一致するように電磁比例減圧弁３２の２次圧を制御する。

本実施例に係る油圧ショベル２００は、パイロットポンプ２８の吐出ライン４０に１次圧ポートが接続され、バイパス流量制御弁３１の操作圧ポート３１ａに２次圧ポートが接続された第２電磁比例減圧弁３２を更に備え、コントローラ１００は、図５に示された操作圧をアーム引き操作圧ＰＩａｉとした特性に基づいて第２電磁比例減圧弁３２の２次圧を制御する。

以上のように構成された本実施例に係る油圧ショベル２００によれば、第１の実施例と同様の効果を得られるだけでなく、センタバイパス流量制御弁３１を電磁比例減圧弁３２で駆動するようにしたことによって、実施する作業やオペレータの好みに応じてアーム引き操作時のセンタバイパス流量制御弁３１の開口特性を微調整することが可能となり、作業効率を向上することが可能となる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成の一部を加えることも可能であり、ある実施例の構成の一部を削除し、あるいは、他の実施例の一部と置き換えることも可能である。

１…上部旋回体（本体）、２…下部走行体（本体）、３…ブーム、４…アーム、５…バケット、６…ブームシリンダ、７…アームシリンダ、８…バケットシリンダ、９…第１油圧ポンプ、１０…第２油圧ポンプ、１１…発動機、１２…センタバイパスライン、１３…パラレルライン、１４…センタバイパスライン、１５…パラレルライン、１６，１７…リリーフ弁、１８…ブーム第１方向切換弁（第１方向切換弁）、１９…ブーム第２方向切換弁、２０…アーム第１方向切換弁（第３方向切換弁）、２０ａ…操作圧ポート、２１…アーム第２方向切換弁（第２方向切換弁）、２１ａ…操作圧ポート、２２…バケット方向切換弁（第１方向切換弁）、２３…逆止弁、２４…パラレル絞り、２５…ブームパイロット弁（第１操作装置）、２５ａ…圧力センサ、２５ｂ…圧力センサ、２６…アームパイロット弁（第２操作装置）、２６ａ…圧力センサ、２６ｂ…圧力センサ、２７…バケットパイロット弁（第１操作装置）、２７ａ…圧力センサ、２７ｂ…圧力センサ、２８…パイロットポンプ、２９…パイロットリリーフ弁、３０第１電磁比例減圧弁（スプールストローク制限装置）、３１…センタバイパス流量制御弁、３１ａ…操作圧ポート、３２…第２電磁比例減圧弁、４０…吐出ライン、４１〜４３…パイロットライン、５０…作動油タンク、１００…コントローラ（スプールストローク制限装置）、２００…油圧ショベル。

Claims

上部旋回体と下部走行体から成る本体と、
前記本体に回動可能に連結されたブームと、
前記ブームの先端部に回動可能に連結されたアームと、
前記アームの先端部に回動可能に連結されたバケットと、
第１油圧ポンプと、
第２油圧ポンプと、
前記第１油圧ポンプおよび前記第２油圧ポンプから圧油が供給され、前記ブームまたは前記バケットを駆動するブームシリンダまたはバケットシリンダと、
前記第１油圧ポンプから圧油が供給され、前記アームを駆動するアームシリンダと、
前記ブームシリンダまたは前記バケットシリンダの動作を指示する第１操作装置と、
前記アームシリンダの動作を指示する第２操作装置と、
前記第１操作装置の操作量に応じて前記第１油圧ポンプから前記ブームシリンダまたは前記バケットシリンダに供給される圧油の方向および流量を制御する第１方向切換弁と、
前記第２操作装置の操作量に応じて前記第１油圧ポンプから前記アームシリンダに供給される圧油の方向および流量を制御する第２方向切換弁と、
前記第２操作装置の操作量に応じて前記第２油圧ポンプから前記アームシリンダに供給される圧油の方向および流量を制御する第３方向切換弁とを備え、
前記第１方向切換弁および前記第２方向切換弁は、前記第１油圧ポンプのセンタバイパスラインにタンデム接続され、かつ前記センタバイパスラインから分岐したパラレルラインにパラレル接続された油圧ショベルにおいて、
前記センタバイパスラインの最下流に配置されており、前記第２操作装置が操作された場合に、前記第２操作装置の操作量に応じて、前記センタバイパスラインを通過する圧油の流量を制限するセンタバイパス流量制御弁と、
前記第１操作装置および前記第２操作装置が同時に操作された場合に、前記第３方向切換弁のスプールストローク量が前記第２操作装置の操作量に応じて制御されている状態で、前記第２方向切換弁のスプールストローク量を前記第１操作装置の操作量に応じて制限するスプールストローク制限装置とを備えた
ことを特徴とする油圧ショベル。
請求項１に記載の油圧ショベルにおいて、
パイロットポンプを更に備え、
前記第１操作装置は、前記第１操作装置の操作量に応じて前記パイロットポンプの吐出圧を減圧し、前記第１方向切換弁の操作圧として出力するブームパイロット弁およびバケットパイロット弁を有し、
前記第２操作装置は、前記第２操作装置の操作量に応じて前記パイロットポンプの吐出圧を減圧し、前記第２方向切換弁および前記第３方向切換弁の操作圧として出力するアームパイロット弁を有する
ことを特徴とする油圧ショベル。
請求項２に記載の油圧ショベルにおいて、
前記アームパイロット弁から出力されるアーム引き操作圧、前記ブームパイロット弁から出力されるブーム上げ操作圧、前記バケットパイロット弁から出力されるバケット引き操作圧、および前記バケットパイロット弁から出力されるバケット押し操作圧を検出する圧力センサを更に備え、
前記スプールストローク制限装置は、
前記アームパイロット弁のアーム引き側の２次圧ポートに１次圧ポートが接続され、前記第２方向切換弁のアーム引き側の操作圧ポートに２次圧ポートが接続された第１電磁比例減圧弁と、
前記アーム引き操作圧、前記ブーム上げ操作圧、前記バケット引き操作圧、および前記バケット押し操作圧のそれぞれに基づいて決定した前記第２方向切換弁の目標メータイン開口面積のうち最も値の小さい目標メータイン開口面積に基づいて前記第１電磁比例減圧弁の２次圧を制御するコントローラとを有する
ことを特徴とする油圧ショベル。
請求項３に記載の油圧ショベルにおいて、
前記パイロットポンプの吐出ラインに１次圧ポートが接続され、前記センタバイパス流量制御弁の操作圧ポートに２次圧ポートが接続された第２電磁比例減圧弁を更に備え、
前記コントローラは、前記アーム引き操作圧に基づいて前記第２電磁比例減圧弁の２次圧を制御する
ことを特徴とする油圧ショベル。
請求項３に記載の油圧ショベルにおいて、
前記コントローラは、前記ブーム上げ操作圧、前記バケット引き操作圧、および前記バケット押し操作圧の全てが所定の圧力以下の場合に、前記第１電磁比例減圧弁の目標開口面積を最大開口面積とする
ことを特徴とする油圧ショベル。
請求項３に記載の油圧ショベルにおいて、
前記コントローラは、前記アーム引き操作圧、前記ブーム上げ操作圧、前記バケット引き操作圧、および前記バケット押し操作圧のそれぞれに対応する前記第２方向切換弁の目標メータイン開口面積の最小値を個別に設定できる
ことを特徴とする油圧ショベル。