JP2023183040A - 建設機械の油圧回路 - Google Patents

Abstract

【課題】作動油の温度が過剰に上昇するのを抑制するとともに、オイルクーラの損傷を防止可能な油圧回路を提供する。【解決手段】油圧回路２は、油圧ポンプ４からワークツール６への作動油の供給を制御する制御弁８と、制御弁８と作動油タンク１２とを接続する第１戻り管路２０と、第１戻り管路２０に配置されたオイルクーラ２４と、第１戻り管路２０から分岐してオイルクーラ２４を経由せずに作動油タンク１２に延びる第２戻り管路２６と、管路１８から分岐して電磁開閉弁３２を経由して第１戻り管路２０まで延びる第３戻り管路３０と、操作装置３４から出力された信号に基づいて制御弁８および電磁開閉弁３２を開放させるコントローラ３６と、作動油温度センサ３８とを備える。コントローラ３６は、温度センサ３８によって検出された温度が所定値未満の場合に、オイルクーラ２４を通過する作動油量を減少させる。【選択図】図２

Description

本発明は、油圧ハンマー等のワークツールを備える建設機械の油圧回路に関する。

建設機械の代表例である油圧ショベルは、下部走行体と、下部走行体に旋回自在に支持された上部旋回体と、上部旋回体に装着されたフロント作業機とを備える。油圧ショベルのフロント作業機は、上部旋回体に揺動自在に連結されたブームと、ブームの先端に揺動自在に連結されたアームとを含む。

油圧ショベルにおいては、ワークツールとして掘削作業用のバケットがアームの先端に装着されているものが多いが、バケット以外にも様々なワークツールがアームの先端に装着され得る。バケット以外のワークツールとしては、たとえば、コンクリートや岩石等を破砕するための油圧ハンマー（油圧ブレーカ）がある。

ワークツールとして油圧ハンマーを使用する際、油圧ハンマーの所要能力を発揮させるためには、油圧ハンマーの背圧を所定値未満にしなければならない。そこで、制御弁を経由しないで、ワークツールから作動油タンクに作動油を戻す回路が採用されることがある（たとえば特許文献１参照。）。

特開平８－１２８０７６号公報

しかしながら、油圧ハンマーからの戻り油がオイルクーラを通らない構成であると、油圧ハンマーの作動中に作動油の温度が過剰に上昇するおそれがある。一方、油圧ハンマーからの戻り油がオイルクーラを通るようになっていると、作動油の温度が低く作動油の粘度が高くなっている場合に、オイルクーラの上流側の圧力が上昇し、オイルクーラが損傷してしまうという問題がある。

本発明の課題は、作動油の温度が過剰に上昇するのを抑制するとともに、オイルクーラの損傷を防止することができる建設機械の油圧回路を提供することである。

本発明によれば、上記課題を解決する以下の建設機械の油圧回路が提供される。すなわち、
「建設機械の油圧回路であって、
可変容量形の油圧ポンプと、
前記油圧ポンプが吐出した作動油によって作動するワークツールと、
前記油圧ポンプから前記ワークツールへの作動油の供給を制御する制御弁と、
前記制御弁と前記ワークツールとを接続する一対の管路と、
前記制御弁と作動油タンクとを接続する第１戻り管路と、
前記第１戻り管路に配置された第１チェック弁と、
前記第１チェック弁よりも下流側の前記第１戻り管路に配置されたオイルクーラと、
前記第１戻り管路から分岐して前記オイルクーラを経由せずに前記作動油タンクに延びる第２戻り管路と、
前記第２戻り管路に配置された第２チェック弁と、
前記一対の管路の一方から分岐して前記第１チェック弁と前記オイルクーラとの間の前記第１戻り管路まで延びる第３戻り管路と、
前記第３戻り管路に配置された電磁開閉弁と、
前記ワークツールを作動させるための信号を出力する操作装置と、
前記操作装置から出力された信号に基づいて、前記制御弁および前記電磁開閉弁を開放させるコントローラと、
前記コントローラに電気的に接続され作動油の温度を検出する温度センサとを備え、
前記コントローラは、前記温度センサによって検出された温度が所定値未満の場合に、前記オイルクーラを通過する作動油量を減少させる建設機械の油圧回路」が提供される。

好ましくは、前記コントローラは、前記温度センサによって検出された温度が所定値未満の場合における前記制御弁の開口面積を、前記温度センサによって検出された温度が前記所定値以上の場合における前記制御弁の開口面積よりも大きくする。

前記コントローラは、前記温度センサによって検出された温度が低くなるにしたがって前記制御弁の開口面積を次第に大きくするのが望ましい。

前記コントローラは、前記温度センサによって検出された温度が所定値未満の場合における前記油圧ポンプの吐出量を、前記温度センサによって検出された温度が前記所定値以上の場合における前記油圧ポンプの吐出量よりも少なくしてもよい。

前記コントローラは、前記温度センサによって検出された温度が低くなるにしたがって前記油圧ポンプの吐出量を次第に少なくするのが好適である。

本発明の建設機械の油圧回路においては、操作装置から信号が出力されると、制御弁とともに電磁開閉弁が開放され、ワークツールから排出された作動油が電磁開閉弁およびオイルクーラを通って作動油タンクに戻るので、作動油の温度が過剰に上昇するのを抑制することができる。

また、本発明の建設機械の油圧回路においては、温度センサによって検出された温度が所定値未満の場合に、オイルクーラを通過する作動油量を減少させるので、オイルクーラ上流側の過剰な圧力上昇を抑制し、オイルクーラの損傷を防止することができる。

本発明に従って構成された建設機械の油圧回路を示す回路図。 ワークツールが作動する場合の作動油の流れを付加した回路図。 温度センサによって検出された作動油の温度と、制御弁の開口面積との関係を示すグラフ。 温度センサによって検出された作動油の温度と、油圧ポンプの吐出量との関係を示すグラフ。

以下、本発明の建設機械の油圧回路の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

（油圧回路２）
図１に示す建設機械の油圧回路２は、たとえば、油圧ショベルに搭載され得る。油圧回路２は、可変容量形の油圧ポンプ４と、油圧ポンプ４が吐出した作動油によって作動するワークツール６と、油圧ポンプ４からワークツール６への作動油の供給を制御する制御弁８とを備える。

（油圧ポンプ４）
油圧ポンプ４は、エンジンまたは電動モータ等の駆動源１０によって駆動され、作動油タンク１２から作動油を吸い込んでポンプ管路１４に吐出するようになっている。図１に示すとおり、ポンプ管路１４は、油圧ポンプ４と制御弁８とを接続する管路である。図示の実施形態では、１個の油圧ポンプ４が示されているが、油圧ポンプ４は２個以上設けられていてもよい。

（ワークツール６）
ワークツール６と制御弁８とは、一対の管路１６、１８によって接続されている。図１には、ワークツール６として単動ワークツール（たとえば、油圧ハンマー）が示されており、単動ワークツールにおいては、一対の管路１６、１８の一方（図示の例では、管路１６）を、ワークツール６に作動油を供給するための供給管路としてのみ使用し、一対の管路１６、１８の他方（図示の例では、管路１８）を、ワークツール６から作動油を排出するための排出管路としてのみ使用する。

ワークツール６は、上記単動ワークツールに限定されることはなく、複動ワークツールであってもよい。複動ワークツールにおいては、一対の管路１６、１８を交互に供給管路として使用するとともに、一対の管路１６、１８を交互に排出管路として使用する。複動ワークツールとしては、たとえば、木材等を掴むためのグラップルを挙げることができる。

図１には、ワークツール６として、ワークツール６の可動部を作動させる油圧モータが示されているが、ワークツール６の可動部を作動させる油圧アクチュエータは、油圧シリンダであってもよい。

（制御弁８）
図示の実施形態の制御弁８は、油圧ポンプ４からワークツール６に通じる油路を閉じるとともに、ワークツール６から作動油タンク１２に通じ油路を閉じる閉位置８ａと、ポンプ管路１４と管路１６とを連通するとともに、管路１８と第１戻り管路２０（制御弁８と作動油タンク１２とを接続する管路）とを連通する第１開位置８ｂと、ポンプ管路１４と管路１８とを連通するとともに、管路１６と第１戻り管路２０とを連通する第２開位置８ｃとを有する。

なお、単動ワークツールが装着された場合には、閉位置８ａと、第１・第２開位置８ｂ、８ｃのいずれか一方とが使用され、複動ワークツールが装着された場合には、閉位置８ａと、第１・第２開位置８ｂ、８ｃの双方とが使用される。

（第１チェック弁２２、オイルクーラ２４）
制御弁８と作動油タンク１２とを接続する第１戻り管路２０には、第１チェック弁２２と、オイルクーラ２４とが配置されている。第１チェック弁２２は、制御弁８側から作動油タンク１２側への流れを許容し、作動油タンク１２側から制御弁８側への流れを阻止するようになっている。オイルクーラ２４は、第１チェック弁２２よりも下流側（作動油タンク１２側）に設けられている。

（第２チェック弁２８）
油圧回路２には、第１戻り管路２０から分岐してオイルクーラ２４を経由せずに作動油タンク１２に延びる第２戻り管路２６が設けられている。第２戻り管路２６には、第２チェック弁２８が配置されており、第２チェック弁２８は、第１チェック弁２２と同様に、制御弁８側から作動油タンク１２側への流れを許容し、作動油タンク１２側から制御弁８側への流れを阻止するようになっている。

（電磁開閉弁３２）
また、油圧回路２には、管路１８（単動ワークツールが装着された場合に排出管路としてのみ使用される管路）から分岐して第１戻り管路２０まで延びる第３戻り管路３０が設けられている。第３戻り管路３０は、第１チェック弁２２とオイルクーラ２４との間の第１戻り管路２０に接続されている。第３戻り管路３０には、電磁開閉弁３２が設けられている。

図１に示す例では、ワークツール６が単動ワークツールであるため、排出管路としてのみ使用される管路１８から第３戻り管路３０が延びているが、ワークツール６が複動ワークツールである場合には、さらに、管路１６から分岐して第１戻り管路２０まで延びる第４戻り管路（図示していない。）が設けられていてもよい。第４戻り管路は、第３戻り管路３０と同じように、第１チェック弁２２とオイルクーラ２４との間の第１戻り管路２０に接続され、第４戻り管路には電磁開閉弁が配置され得る。

図１に示すとおり、油圧回路２は、さらに、ワークツール６を作動させるための信号を出力する操作装置３４と、操作装置３４から出力された信号に基づいて、制御弁８および電磁開閉弁３２を開放させるコントローラ３６と、作動油の温度を検出する温度センサ３８とを備える。

（操作装置３４）
操作装置３４は、操作量が増大するにしたがって電気信号の出力強度が高くなる入力機器（たとえば、ジョイスティック、スライドスイッチ）を有する構成でよい。操作装置３４は、ワークツール６を作動させるための信号のほか、ワークツール６以外の他の油圧アクチュエータを作動させるための信号を出力してもよい。

（コントローラ３６）
コントローラ３６は、処理装置および記憶装置を有するコンピュータから構成されている。図１に示すとおり、コントローラ３６には、油圧ポンプ４、制御弁８、操作装置３４および温度センサ３８が電気的に接続されている。図示していないが、コントローラ３６には、電磁開閉弁３２も電気的に接続されている。

そして、コントローラ３６においては、操作装置３４および温度センサ３８から出力された信号に応じて、油圧ポンプ４の容量を制御するとともに、制御弁８および電磁開閉弁３２を開放させるようになっている。

（温度センサ３８）
温度センサ３８は、作動油タンク１２に付設されており、温度センサ３８によって検出された作動油の温度は、コントローラ３６に送信される。

図示の実施形態の油圧回路２は、管路１６から分岐して作動油タンク１２まで延びる第１リリーフ管路４０と、管路１８から分岐して作動油タンク１２まで延びる第２リリーフ管路４２と、第１リリーフ管路４０に配置された第１リリーフ弁４４と、第２リリーフ管路４２に配置された第２リリーフ弁４６とを含んでいる。

さらに、油圧回路２は、第１リリーフ管路４０に付設された第１補充管路４８と、第１補充管路４８に配置された第１補充チェック弁５０と、第２リリーフ管路４２に付設された第２補充管路５２と、第２補充管路５２に配置された第２補充チェック弁５４とを有する。

第１補充管路４８は、第１リリーフ弁４４を迂回する形で第１リリーフ管路４０に接続されており、第１補充チェック弁５０および第１リリーフ弁４４は並列に配置されている。第１補充チェック弁５０は、作動油タンク１２側から管路１６への流れを許容し、管路１６から作動油タンク１２側への流れを阻止するようになっている。

第２補充管路５２は、第１補充管路４８と同じように、第２リリーフ弁４６を迂回する形で第２リリーフ管路４２に接続されており、第２補充チェック弁５４および第２リリーフ弁４６は並列に配置されている。第２補充チェック弁５４は、作動油タンク１２側から管路１８への流れを許容し、管路１８から作動油タンク１２側への流れを阻止する。

そして、管路１６、１８内に負圧が生じた際には、第１・第２補充チェック弁５０、５４が開いて、管路１６、１８内に作動油が補充されるため、キャビテーションの発生が防止される。

（油圧回路２の動作）
次に、上述したとおりの油圧回路２の動作について説明する。

操作装置３４が操作されていない場合には、操作装置３４からコントローラ３６に信号が出力されない。この場合には、コントローラ３６から制御弁８に開放指令が出力されず、制御弁８は閉位置８ａに位置づけられる。このため、油圧ポンプ４の吐出油がワークツール６に流入せず、ワークツール６は作動しない。また、コントローラ３６から電磁開閉弁３２にも開放指令は出力されず、電磁開閉弁３２の閉塞状態が維持される。

操作装置３４が操作された場合には、操作装置３４からコントローラ３６に信号が出力される。そうすると、コントローラ３６は、制御弁８を作動させ、油圧ポンプ４からワークツール６に通じる油路を開放させる。

図示の実施形態では図２に示すように、コントローラ３６は、制御弁８を第１開位置８ｂに位置づけ、ポンプ管路１４と管路１６とを連通させるとともに、管路１８と第１戻り管路２０とを連通させる。これによって、油圧ポンプ４の吐出油がワークツール６に供給され、ワークツール６が作動する。このとき、温度センサ３８によって検出された作動油の温度が所定値以上の場合には、制御弁８の開口面積が所定面積Ａ（図３参照。）に制御され、油圧ポンプ４の吐出量が所定吐出量Ｑ（図４参照。）となるように調整される。

また、コントローラ３６は、操作装置３４からコントローラ３６に信号が出力された場合に電磁開閉弁３２を開放させる。このときの電磁開閉弁３２の開口面積は、第３戻り管路３０を通過する経路（図２において矢印Ｆ１で示す経路）の抵抗が、管路１８、制御弁８、第１戻り管路２０および第２戻り管路２６を通過する経路の抵抗（図２において破線矢印Ｆ２で示す経路）よりも低くなるように、設定されている。

したがって、ワークツール６から排出された作動油の多くは、第３戻り管路３０（経路Ｆ１）を通り、オイルクーラ２４において冷却されてから作動油タンク１２に戻るので、作動油の温度が過剰に上昇するのが抑制される。

なお、操作装置３４からコントローラ３６に信号が出力されている際には、管路１８と第１戻り管路２０とが制御弁８によって連通しているため、作動油の一部は、経路Ｆ２を通って作動油タンク１２に戻るようになっていてもよい。

上記のとおり、操作装置３４からコントローラ３６に信号が出力されると、コントローラ３６は、制御弁８および電磁開閉弁３２を開放させる。ただし、作動油の温度が低く作動油の粘度が高いときには、オイルクーラ２４の上流側の圧力が上昇してオイルクーラ２４が損傷するおそれがあることから、コントローラ３６は、温度センサ３８によって検出された作動油の温度が所定値未満である場合に、オイルクーラ２４を通過する作動油量（経路Ｆ１を通過する作動油量）を減少させる。

具体的には、コントローラ３６は、温度センサ３８によって検出された温度が所定値未満の場合における制御弁８の開口面積を、温度センサ３８によって検出された温度が所定値以上の場合における制御弁８の開口面積（所定面積Ａ）よりも大きくする。

そうすると、経路Ｆ２の抵抗が下がり、経路Ｆ２を通過して作動油タンク１２に戻る作動油量が増加するので、オイルクーラ２４を通過する経路Ｆ１の作動油量が減少する。したがって、オイルクーラ２４の上流側の過剰な圧力上昇を抑制し、オイルクーラ２４の損傷を防止することができる。

図３に示すように、コントローラ３６は、温度センサ３８によって検出された作動油の温度が低くなるにしたがって、制御弁８の開口面積を次第に大きくするようになっているのが望ましい。作動油の温度が低く作動油の粘度が高いほど、オイルクーラ２４の上流側の圧力が上昇しやすいところ、作動油の温度が低くなるにしたがって制御弁８の開口面積を次第に大きくすることで、オイルクーラ２４の上流側の過剰な圧力上昇を効果的に抑制することができる。

オイルクーラ２４を通過する作動油量を減少させる制御として、制御弁８の開口制御を説明したが、コントローラ３６は、制御弁８の開口制御以外の制御を実行してもよい。たとえば、コントローラ３６は、温度センサ３８によって検出された温度が所定値未満の場合における油圧ポンプ４の吐出量を、温度センサ３８によって検出された温度が所定値以上の場合における油圧ポンプ４の吐出量よりも少なくしてもよい。

これによって、オイルクーラ２４を通過する経路Ｆ１の作動油量も減少するので、オイルクーラ２４の上流側の過剰な圧力上昇を抑制し、オイルクーラ２４の損傷を防止することができる。

さらに、図４に示すように、コントローラ３６は、温度センサ３８によって検出された作動油の温度が低くなるにしたがって、油圧ポンプ４の吐出量を次第に少なくするのが好適である。これによって、作動油の温度が低く作動油の粘度が高いほど、オイルクーラ２４を通過する経路Ｆ１の作動油量が減少するので、オイルクーラ２４の上流側の過剰な圧力上昇を効果的に抑制することができる。

このような油圧ポンプ４の吐出量制御は、上述の制御弁８の開口面積制御とともに実行可能である。また、油圧ポンプ４の吐出量制御に係る温度の所定値ｔ２（図４参照。）は、制御弁８の開口面積制御に係る温度の所定値ｔ１（図３参照。）と同一であってもよく、異なる温度（たとえば、ｔ２＞ｔ１）であってもよい。

以上のとおりであり、図示の実施形態の油圧回路２においては、操作装置３４から信号が出力されると、制御弁８とともに電磁開閉弁３２が開放され、ワークツール６から排出された作動油が電磁開閉弁３２およびオイルクーラ２４を通って作動油タンク１２に戻るので、作動油の温度が過剰に上昇するのを抑制することができる。

また、油圧回路２においては、温度センサ３８によって検出された温度が所定値未満の場合に、オイルクーラ２４を通過する作動油量を減少させるので、オイルクーラ２４の上流側の過剰な圧力上昇を抑制し、オイルクーラ２４の損傷を防止することができる。

なお、上述の説明においては、操作装置３４の操作量によらず、温度センサ３８によって検出された温度が所定値以上であれば、制御弁８の開口面積が所定面積Ａに制御される例を説明したが、操作装置３４に加えられる操作量に応じて、制御弁８の開口面積が変動するようになっていてもよい。このような条件下において、作動油の温度が所定値未満の場合における制御弁８の開口面積は、作動油の温度が所定値以上であって操作装置３４の操作量が同一の場合における制御弁８の開口面積よりも大きくなるように制御される。

また、上述の説明においては、操作装置３４の操作量によらず、温度センサ３８によって検出された温度が所定値以上であれば、油圧ポンプ４の吐出量が所定吐出量Ｑとなるように調整される例を説明したが、操作装置３４に加えられる操作量に応じて、油圧ポンプ４の吐出量が変動するようになっていてもよい。この場合には、作動油の温度が所定値未満の場合における油圧ポンプ４の吐出量は、作動油の温度が所定値以上であって操作装置３４の操作量が同一の場合における油圧ポンプ４の吐出量よりも少なくなるように制御される。

２：油圧回路
４：油圧ポンプ
６：ワークツール
８：制御弁
１２：作動油タンク
１６：管路
１８：管路
２０：第１戻り管路
２２：第１チェック弁
２４：オイルクーラ
２６：第２戻り管路
２８：第２チェック弁
３０：第３戻り管路
３２：電磁開閉弁
３４：操作装置
３６：コントローラ
３８：温度センサ

Claims (5)

1. 建設機械の油圧回路であって、
   可変容量形の油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプが吐出した作動油によって作動するワークツールと、
   前記油圧ポンプから前記ワークツールへの作動油の供給を制御する制御弁と、
   前記制御弁と前記ワークツールとを接続する一対の管路と、
   前記制御弁と作動油タンクとを接続する第１戻り管路と、
   前記第１戻り管路に配置された第１チェック弁と、
   前記第１チェック弁よりも下流側の前記第１戻り管路に配置されたオイルクーラと、
   前記第１戻り管路から分岐して前記オイルクーラを経由せずに前記作動油タンクに延びる第２戻り管路と、
   前記第２戻り管路に配置された第２チェック弁と、
   前記一対の管路の一方から分岐して前記第１チェック弁と前記オイルクーラとの間の前記第１戻り管路まで延びる第３戻り管路と、
   前記第３戻り管路に配置された電磁開閉弁と、
   前記ワークツールを作動させるための信号を出力する操作装置と、
   前記操作装置から出力された信号に基づいて、前記制御弁および前記電磁開閉弁を開放させるコントローラと、
   前記コントローラに電気的に接続され作動油の温度を検出する温度センサとを備え、
   前記コントローラは、前記温度センサによって検出された温度が所定値未満の場合に、前記オイルクーラを通過する作動油量を減少させる建設機械の油圧回路。
2. 前記コントローラは、前記温度センサによって検出された温度が所定値未満の場合における前記制御弁の開口面積を、前記温度センサによって検出された温度が前記所定値以上の場合における前記制御弁の開口面積よりも大きくする、請求項１に記載の建設機械の油圧回路。
3. 前記コントローラは、前記温度センサによって検出された温度が低くなるにしたがって前記制御弁の開口面積を次第に大きくする、請求項２に記載の建設機械の油圧回路。
4. 前記コントローラは、前記温度センサによって検出された温度が所定値未満の場合における前記油圧ポンプの吐出量を、前記温度センサによって検出された温度が前記所定値以上の場合における前記油圧ポンプの吐出量よりも少なくする、請求項１に記載の建設機械の油圧回路。
5. 前記コントローラは、前記温度センサによって検出された温度が低くなるにしたがって前記油圧ポンプの吐出量を次第に少なくする、請求項４に記載の建設機械の油圧回路。

Images