JP2020200888A

JP2020200888A - 油圧駆動装置

Info

Publication number: JP2020200888A
Application number: JP2019108122A
Authority: JP
Inventors: 康治岡崎; Koji Okazaki
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2019-06-10
Filing date: 2019-06-10
Publication date: 2020-12-17

Abstract

【課題】「息継ぎ」現象を防止しつつ圧力損失を抑えることができる安価な油圧駆動装置を提供する。【解決手段】スプール８０Ａの位置に応じてアクチュエータ６からの戻り側のメイン回路１０の開口面積８６Ａ，８７Ａをコントロールするスプール弁８Ａと、スプールに作用して移動させる圧油を供給するパイロットライン２０と、パイロットラインに配置され、スプールに作用する圧油の出力圧ａを選択的に減圧する操作部９Ａとを有する油圧駆動装置１００であって、原動機３の回転数に応じて上下する差圧２１３を取り出す原動機回転検出弁２１と、パイロットラインに設けられ、前記差圧を導くことにより前記差圧に応じて設定圧を上下させる減圧弁２２とからなり、原動機の回転数に応じて出力圧ａを上下させる出力圧調整手段を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、主に油圧ショベルなどの作業機に使用される油圧駆動装置に関する。

油圧ショベルなどの掘削作業機では、主に前部にブームを上下揺動自在に設け、ブームの先端にアームをダンプやカキコミなどの上下揺動自在に装着し、このアームの先端にバケットを揺動自在に装着している。この掘削作業機においてブーム、アーム、バケットなどは、油圧シリンダーによって揺動動作する。これらの油圧シリンダーは油圧ポンプから供給される油圧によって駆動され、この油圧ポンプはエンジン等の原動機によって駆動される。

この種の油圧駆動装置は、主として建設機械や農業機械等に用いられ、複数のアクチュエータを同時に操作することを可能にするものが多い。これらの油圧駆動装置では、ブームやアームの自重降下や、バケットおよび当該バケットにかきこんだ土砂などの自重降下などの下降動作に対して、油圧ポンプの供給流量が追いつかないと、シリンダーへの圧油供給不足が生じ、各シリンダーの供給側が負圧になって、ブームやアーム等が瞬間的に停止する「息継ぎ」という現象が発生していた。この「息継ぎ」現象が発生すると、オペレータの意図どおりに操作できず、操作性が悪化するという問題があった。

「息継ぎ」現象の対策として、従来の油圧駆動装置では、各シリンダーからの圧油の戻り側の油圧回路に絞りを設けていた。ブームの下降動作やアームのカキコミ動作の際には、絞りによって戻り側に背圧を立て、シリンダーの速度を抑制し、「息継ぎ」現象を防止していた。

この絞りは、原動機が低回転で油圧ポンプの吐出流量が少ない場合でも「息継ぎ」現象を防止できるように、開口面積を小さく設定する必要がある。そのため、原動機が高回転になり油圧ポンプの吐出流量が多くなると、無駄な圧力損失が発生し、エネルギーロスを生じるという問題があった。

前記の問題点を解決するため、特許文献１の油圧駆動装置では、作業状態から、油圧ポンプ及びタンクとアクチュエータとの間に設ける切換弁であるスプール弁の開口面積が適度になるようコントローラからスプール弁へ信号を出すようにしている。この油圧駆動装置では、ブームやアームの下降動作状態になったときに、ポンプからの供給流量が不足する前兆をコントローラで予測し、不足しそうな場合にはポンプからの圧油をアクチュエータへ送る切換弁の開口面積が大きくなるようにストロークを調整し、「息継ぎ」を防止していた。

特許第５４３０５４８号公報

しかしながら、特許文献１の油圧駆動装置では、コントローラや、センサー等の信号及びコントローラからの電気信号をスプール弁の切換力となる油圧に変換する電磁比例減圧弁等が必要になるため、装置が複雑化し高価になってしまうという問題があった。

本発明は前記の問題点を解決するためになされたものであり、簡素な構成により、「息継ぎ」現象を防止しつつ、圧力損失を抑えることができる油圧駆動装置を提供することを課題とする。

本発明の油圧駆動装置は、原動機と、この原動機の動力により圧油を供給する油圧ポンプと、この油圧ポンプから供給される圧油により駆動するアクチュエータと、前記油圧ポンプから前記アクチュエータまでのメイン回路に設けられ、スプールの位置に応じて前記アクチュエータからの戻り側の前記メイン回路の開口面積をコントロールするスプール弁と、前記スプールに作用して移動させる圧油を供給するパイロットラインと、前記パイロットラインに配置され、前記スプールに作用する圧油の出力圧を選択的に減圧する操作部とを有する油圧駆動装置であって、
前記原動機の回転数に応じて上下する差圧を取り出す原動機回転検出弁と、前記パイロットラインに設けられ、前記差圧を導くことにより前記差圧に応じて設定圧を上下させる減圧弁とからなり、前記原動機の回転数に応じて前記出力圧を上下させる出力圧調整手段を有し、
前記操作部において前記アクチュエータを下降動作させる操作がなされると、前記出力圧調整手段によって、前記原動機の回転数に応じて前記スプールの戻り側の開口面積を増減させることを特徴とする。

本発明の油圧駆動装置によれば、簡素な構成により、「息継ぎ」現象を防止しつつ、高回転であっても無駄な圧力損失の発生を防止することができる。

本発明の一実施形態に係る油圧駆動装置を示す油圧回路図である。同油圧駆動装置のスプール弁を示す部分拡大図である。

以下、本発明の一実施形態にかかる油圧駆動装置について、図面を用いて説明する。図１に示す本実施形態の油圧駆動装置１００は、一例として、油圧ショベルに用いられる。油圧駆動装置１００は、圧油を供給する油圧ポンプ１と、この油圧ポンプ１を駆動するエンジンなどの原動機３と、それぞれ圧油により駆動されるアクチュエータであるブームシリンダー６とアームシリンダー７と、油圧ポンプ１の圧油をアクチュエータへ供給し、タンク１１へ戻すメイン回路１０と、メイン回路１０に設けられたコントロールバルブ４とを有する。コントロールバルブ４には、アクチュエータ操作用の切換弁であるスプール弁８Ａ，８Ｂが含まれる。

また、スプール弁８Ａ，８Ｂを操作するために、油圧駆動装置１００は、油圧ポンプ１に連結されて原動機３により駆動されるパイロットポンプ２と、パイロットポンプ２の圧油をスプール弁８Ａ，８Ｂへ供給するパイロットライン２０と、パイロットライン２０上に配置されたスプール弁８Ａ，８Ｂの操作部である操作用レバー９Ａ，９Ｂと、パイロットライン２０の油圧が所定の設定圧を超えることを防止するパイロットリリーフバルブ５とを有する。

スプール弁８Ａはブームシリンダー６を介して図示しないブームの操作に用いられ、スプール弁８Ｂはアームシリンダー７を介して図示しないアームの操作に用いられる。ブーム操作用レバー９Ａおよびアーム操作用レバー９Ｂは、それぞれ手動の減圧弁となっており、レバーの操作量に応じてパイロットライン２０の油圧を減圧する。操作用レバー９Ａ，９Ｂによって調整された出力圧ａ，ｂは、それぞれスプール弁８Ａ，８Ｂのスプール８０Ａ，８０Ｂに作用し、スプリング１２Ａ，１２Ｂのばね力とつりあう位置までスプール８０Ａ，８０Ｂを移動させる。

スプール弁８Ａ，８Ｂには、一例として図２においてスプール８０Ａ，８０Ｂの中央部がメイン回路１０に配置される停止位置８０３Ａ，８０３Ｂと、一例としてスプール８０Ａ，８０Ｂの右端部がメイン回路１０に配置される上昇動作位置８０４Ａ，８０４Ｂとが設けられている。

さらに、スプール弁８Ａ，８Ｂには、一例としてスプール８０Ａ，８０Ｂの左端部がメイン回路１０に配置される高回転下降動作位置８０１Ａ，８０１Ｂが設けられている。高回転下降動作位置８０１Ａ，８０１Ｂでは、各シリンダー６，７からの戻り側のメイン回路の開口面積を絞った絞り８６Ａ，８６Ｂが形成される。絞り８６Ａ，８６Ｂの開口面積は、原動機３の高回転時に「息継ぎ」現象を防止することができるが、必要以上に圧力損失を生じさせない大きさに設定される。この絞り８６Ａ，８６Ｂはスプール弁８Ａ，８Ｂの本体とスプール８０Ａ，８０Ｂとの間に形成されるため、スプール８０Ａ，８０Ｂが高回転下降動作位置８０１Ａ，８０１Ｂから停止位置８０３Ａ，８０３Ｂに移行するにつれて開口面積が縮小する可変絞りとなっている。

高回転下降動作位置８０１Ａ，８０１Ｂと中央の停止位置８０３Ａ，８０３Ｂとの間の低回転下降動作位置８０２Ａ，８０２Ｂでは、絞り８７Ａ，８７Ｂの開口面積が、高回転下降動作位置８０１Ａ，８０１Ｂの絞り８６Ａ，８６Ｂの開口面積よりも小さくなるため、原動機３の低回転時にも「息継ぎ」現象を防止することができる。

図１に示すように、本実施形態の油圧駆動装置は、原動機３の回転数に応じて出力圧ａ，ｂを上下させる出力圧調整手段として、原動機回転検出弁２１と、減圧弁２２とを備えている。原動機回転検出弁２１は、パイロットライン２０において、パイロットポンプ２からパイロットリリーフバルブ５までの間に配置されている。この原動機回転検出弁２１では、パイロットライン２０の圧油に固定絞り２１１を通過させ、固定絞り２１１の前後の圧をそれぞれ差圧減圧弁２１２に導き、原動機３の回転数に応じて変化するパイロットポンプ２の吐出流量を差圧２１３に変換する。差圧２１３は、原動機３の低回転時には低くなり、原動機３の高回転時には高くなる。例えば、原動機３の回転数が２倍になれば、差圧２１３は４倍になる。

また、パイロットリリーフバルブ５と操作用レバー９Ａ，９Ｂとの間には、減圧弁２２が設けられている。減圧弁２２のシリンダー２２１には、前述の差圧２１３が導かれ、差圧２１３に応じて減圧弁２２の圧力設定用ばね２２２のばね力が可変になる仕組みとなっている。すなわち、差圧２１３が低い場合には減圧弁２２の設定圧も低くなり、差圧２１３が高い場合には減圧弁２２の設定圧も高くなるように構成されている。

次に、本実施形態の油圧駆動装置１００における、アクチュエータの下降動作について説明する。まず、原動機３の高回転時には差圧２１３が高くなるので、減圧弁２２の設定圧が、パイロットリリーフバルブ５の設定圧と同等程度まで高くなる。このとき、ブームの下降動作やアームのカキコミ動作のために操作用レバー９Ａ，９Ｂをストローク端まで操作すると、出力圧ａ，ｂによって、スプール弁８Ａ，８Ｂのスプール８０Ａ，８０Ｂがスプリング１２Ａ，１２Ｂに抗して高回転下降動作位置８０１Ａ，８０１Ｂに移動する。

高回転下降動作位置８０１Ａ，８０１Ｂでは、シリンダー６，７からの圧油の戻り側のメイン回路に形成される絞り８６Ａ，８６Ｂによって、戻り側に背圧が立てられ、シリンダー６，７の速度を抑制し、「息継ぎ」現象を防止することができる。また、絞り８６Ａ，８６Ｂの開口面積は、原動機３の高回転時に「息継ぎ」を防止できる範囲で可能な限り大きく設定されるため、無駄な圧力損失を発生させることがない。

他方、原動機３の低回転時には差圧２１３が低くなるので、減圧弁２２の設定圧も低くなる。したがって、操作用レバー９Ａ，９Ｂの一次側圧力が減圧され、出力圧ａ，ｂが低くなる。このとき、ブームの下降動作やアームのカキコミ動作のために操作用レバー９Ａ，９Ｂをストローク端まで操作しても、スプール弁８Ａ，８Ｂのスプール８０Ａ，８０Ｂに作用する出力圧ａ，ｂが弱いため、スプール８０Ａ，８０Ｂは低回転下降動作位置８０２Ａ，８０２Ｂまでしかストロークしない。

低回転下降動作位置８０２Ａ，８０２Ｂでは、絞り８７Ａ，８７Ｂの開口面積が絞り８６Ａ，８６Ｂよりも小さくなるため、戻り側に大きな背圧が立てられ、シリンダー６，７の速度を抑制し、原動機３の低回転時であっても確実に「息継ぎ」現象を防止することができる。低回転下降動作位置８０２Ａ，８０２Ｂの絞り８７Ａ，８７Ｂの開口面積は、原動機３の回転数に合わせて連続的に変動しうる。

本実施形態の油圧駆動装置１００について、具体的な数値の一例を示す。原動機回転検出弁２１では、原動機３の低回転時１０００ｒｐｍで検出する差圧２１３が０．５ＭＰａとなるように設定する。この場合、原動機３の高回転時２０００ｒｐｍには差圧２１３が２ＭＰａとなる。差圧２１３を受ける減圧弁２２の設定圧を、高回転時で３〜３．５ＭＰａになるように設定すると、低回転時には１．５〜２ＭＰａとなる。スプール弁８Ａ，８Ｂのスプリング１２Ａ，１２Ｂは０．５〜３ＭＰａの範囲で設定する。

これにより、高回転時に操作用レバー９Ａ，９Ｂをストローク端まで操作すると、スプール８０Ａ，８０Ｂに作用する出力圧ａ，ｂが３〜３．５ＭＰａとなるため、スプール８０Ａ，８０Ｂの左端の位置である高回転下降動作位置８０１Ａ，８０１Ｂまで移動する。

他方、低回転時には、操作用レバー９Ａ，９Ｂをストローク端まで操作しても、スプール８０Ａ，８０Ｂに作用する出力圧ａ，ｂは１．５〜２ＭＰａしか供給されない。そのため、スプール８０Ａ，８０Ｂは、中央から左端までのハーフストロークの位置である低回転下降動作位置８０２Ａ，８０２Ｂに移動する。

このとき、低回転下降動作位置８０２Ａ，８０２Ｂの絞り８７Ａ，８７Ｂの開口面積が、高回転下降動作位置８０１Ａ，８０１Ｂの絞り８６Ａ，８６Ｂの開口面積の半分となるように設定することで、原動機３が高回転でも低回転でも無駄な圧力損失を発生させることなく、「息継ぎ」現象を防止することができる。

以上のように、本実施形態の油圧駆動装置１００によれば、簡素な構成により、原動機が高回転でも低回転でも「息継ぎ」現象を防止し、かつ、無駄な圧力損失を抑えることができる。特に、ミニショベルと呼ばれる機械質量６ｔ未満の小型の機械において、簡素な構成で「息継ぎ」現象を防止しつつ、無駄な圧力損失の発生を防止できる油圧駆動装置を提供することができるため、好適である。

なお、本実施形態の変形例として、独立したパイロットポンプ２を設ける代わりに、油圧ポンプ１から供給される圧油の一部をパイロットライン５に分流する構成としてもよい。また、原動機回転検出弁２１は、原動機３の回転に応じて上下する差圧を取り出すことができればよいため、パイロットライン２０に設ける代わりにメイン回路１０に設けてもよい。

１油圧ポンプ２パイロットポンプ
３原動機４コントロールバルブ
５パイロットリリーフバルブ６，７シリンダー
８Ａ，８Ｂスプール弁９Ａ，９Ｂ操作用レバー
１０メイン回路１１タンク
１２Ａ，１２Ｂスプリング２０パイロットライン
２１原動機回転検出弁２２減圧弁
８０Ａ，８０Ｂスプール８６Ａ，８６Ｂ，８７Ａ，８７Ｂ絞り
１００油圧駆動装置２１１固定絞り
２１２差圧減圧弁２１３差圧
２２１シリンダー２２２スプリング
８０１Ａ，８０１Ｂ高回転下降動作位置
８０２Ａ，８０２Ｂ低回転下降動作位置
８０３Ａ，８０３Ｂ停止位置８０４Ａ，８０４Ｂ上昇動作位置
ａ，ｂ出力圧

Claims

原動機と、この原動機の動力により圧油を供給する油圧ポンプと、この油圧ポンプから供給される圧油により駆動するアクチュエータと、前記油圧ポンプから前記アクチュエータまでのメイン回路に設けられ、スプールの位置に応じて前記アクチュエータからの戻り側の前記メイン回路の開口面積をコントロールするスプール弁と、前記スプールに作用して移動させる圧油を供給するパイロットラインと、前記パイロットラインに配置され、前記スプールに作用する圧油の出力圧を選択的に減圧する操作部とを有する油圧駆動装置であって、
前記原動機の回転数に応じて上下する差圧を取り出す原動機回転検出弁と、前記パイロットラインに設けられ、前記差圧を導くことにより前記差圧に応じて設定圧を上下させる減圧弁とからなり、前記原動機の回転数に応じて前記出力圧を上下させる出力圧調整手段を有し、
前記操作部において前記アクチュエータを下降動作させる操作がなされると、前記出力圧調整手段によって、前記原動機の回転数に応じて前記スプールの戻り側の開口面積を増減させることを特徴とする油圧駆動装置。