JP2602695B2 - 油圧ショベルの油圧回路並びに油圧切換弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、油圧ショベルにおける合理的な油圧回路
と油圧切換弁に関するものである。

従来の技術 クローラ式油圧ショベル（以下油圧ショベルと称す）
の油圧回路として、従来から、一般に、２個のメインポ
ンプの吐出圧油を２個の油圧切換弁グループに個別に供
給し、それぞれの油圧切換弁グループを構成する走行用
および作業装置であるブーム用、アーム用、バケット
用、旋回用などの油圧切換弁を所定の油圧切換弁グルー
プに配属して同時操作性を具現していた。

一方、油圧ショベルの用途の多様化にともない、走査
のみを行う場合、主として、ブーム、アーム、バケット
および旋回などの作業装置の作動をする場合、それらの
作動を同時に複合的に行う場合、作業装置のうちの１つ
のみを作動する場合または複数の作業装置を同時に作動
する場合など、種々の作動状態が要求され、しかも、作
動するアクチュエータには常に２つのメインポンプの吐
出圧油を有効に利用することにより作業能率を向上させ
る配慮がなされる。特に、ブーム、アームの作動は強
力、迅速であること、同時操作時の独立性を保つこと、
走行中において作業装置を作動させたとき、走行の直進
性を保証するとともに、走行用の作業装置用のアクチュ
エータの独立性を保つことなどの目的で、２つのメイン
ポンプの吐出圧油を合流せしめたり、一方のメインポン
プは走行用専用に、他方のメインポンプは作業装置用に
と油圧経路を変更したり、油圧切換弁を増設し、異なる
油圧切換弁グループの油圧切換弁で得られる圧油を合流
させて１つのアクチュエータに供給したり、また、油圧
シリンダを伸長させる作動のときは、ロッド側油室から
の戻り油を再びヘッド側油室に再生利用して、その作動
速度を増大させる再生回路付の油圧切換弁を使用したり
している。

これらのことを油圧ショベルの油圧回路の一実施例で
ある第８図に基づいて説明するに、2,3はエンジン１に
よって駆動されるメインポンプ、４はメインポンプ2,3
と同時に駆動されるパイロットポンプ、71,72は左右の
クローラを駆動する走行用の油圧切換弁で、該弁はメイ
ンポンプ2,3で発生する吐出圧油管路の最上流側に設け
られ、それぞれの下流側に作業装置用の油圧切換弁73,7
4,75および76,77,78がおのおのパラレルに接続する如く
配置され、油圧切換弁グループH,Iを形成している。そ
うして、メインポンプ２の吐出圧油は走行直進弁79と油
圧切換弁71の流入口とに通じ、メインポンプ３の吐出圧
油は走行直進弁79を経て油圧切換弁72の流入口に接続す
る管路に通じている。

一方、パイロットポンプ４の吐出圧油は所定の圧力に
調圧されたうえ、油圧切換弁73,74,75,76,77,78を切換
えるパイロット圧発生用のリモートコントロール弁（図
示省略）の油圧源となるほかに、図示の如く、分岐管路
を形成し、それぞれ絞りを介して右方の油圧切換弁71,7
3,74,75と連動する副切換弁80,82,83,84および左方の油
圧切換弁72,76,77,78と連動する副切換弁81,85,86,87に
順次にタンデム接続しており、それぞれの端末のタンク
35に戻る。上記各油圧切換弁が中立位置にあるときは、
副切換弁80,81の内部油路は閉路し、副切換弁82,83,84,
85,86,87の内部油路は閉路しているが、油圧切換弁71,7
2が切換えられ、更に、他の油圧接換弁が正逆の何れか
に切換わると、副切換弁80,81の内部油路は開路し、副
切換弁82,83,84,85,86,87の内部油路は閉路するように
なっている。また、前記走行直進弁79は、通常、Ｊ位置
にあるので、メインポンプ２からの管路は該走行直進弁
79の流入口で閉路され、油圧切換弁71にのみ通じ、メイ
ンポンプ３からの管路は、走行直進弁79のＪ位置通路を
通り油圧切換弁72に通じているが、副切換弁80,81の下
流側管路の一方または両方の圧力が上昇すると、シャト
ル弁88で取出され、パイロット圧として走行直進弁79の
受信部に作用して該弁をＪ位置からＫ位置に切換えるの
で、メインポンプ２の吐出圧油は油圧切換弁71,72へ
と、その上流側から流入し、メインポンプ３の吐出圧油
は油圧切換弁73,74,75および76,77,78へと、チェック弁
を介して、同時に、パラレルに流入するとともに、Ｋ位
置通路にはメインポンプ2,3の吐出圧油を互いに補足し
合う絞り通路が設けてある。

従って、走行用の油圧切換弁71,72あるいは作業装置
用の油圧切換弁73,74,75,76,77,78のどちらか一方のみ
を操作したときは、走行直進弁79はＪ位置にあり、メイ
ンポンプ２の吐出圧油は油圧切換弁グループＨに、メイ
ンポンプ３の吐出圧油は油圧切換弁グループＩに、それ
ぞれ専用的に流入するので、走行時は直進し、油圧切換
弁グループH,Iのそれぞれに属する油圧切換弁を同時に
操作したときは、それに連なるアクチュエータは独立し
て作動する。

また、油圧切換弁71,72を操作し、更に同時に、油圧
切換弁73,74,75,76,77,78の何れか１個または複数個操
作したときは、当該油圧切換弁と連動する副切換弁、シ
ャトル弁88の作用により、走行直進弁79はＫ位置とな
り、メインポンプ２の吐出圧油は油圧切換弁71と72へ流
入し、メインポンプ３の吐出圧油は分流し、チェック弁
を経て油圧切換弁73,74,75へ、あるいは、油圧切換弁7
6,77,78へと流入するので、走行用のアクチュエータと
作業装置用のアクチュエータとは、それぞれの負荷の大
小にかかわらず独立して作動し、走行の直進性は保持さ
れ、しかも、メインポンプ2,3の吐出圧油は、各油圧切
換弁の開度、負荷の大小に応じてパイロット作動切換弁
79の絞り通路で補足がなされる。

なお、油圧切換弁71,72の操作中において、油圧切換
弁グループＨまたはＩの何れか一方に属する作業装置用
の油圧切換弁のみを操作したときは、その反対側の油圧
切換弁グループの管路端末に設けたカット弁15または14
の作用により、圧油がタンク35に流失することを防止し
ている。

更に、油圧ショベルにおける作業装置作動用のアクチ
ュエータとしては、ブーム、アーム、バケットの作動お
よび旋回などがあるが、定置的作業において、その作動
が特に強力、迅速を要求されるのはブーム上昇、アーム
作動であるが、この目的を達成するため、第８図の如き
油圧切換弁の配置のときは、油圧切換弁の操作によって
得られるメインポンプ2,3の吐出圧油を合流させてい
る。

例えば、アーム作動用として油圧切換弁73,78を、ブ
ーム作動用として油圧切換弁76,75を、バケット作動用
として油圧切換弁77を、旋回用として油圧切換弁74を使
用しているとすると、アーム或いはブームのそれぞれを
作動させるときには２つの油圧切換弁73,78或いは76,75
のパイロット油室に同時にパイロット圧を作用させ、得
られた圧油を合流させ、アーム作動用のアクチュエータ
或いはブーム作動用のアクチュエータへ供給し、その作
動速度を向上させている。

発明が解決しようとする課題 油圧ショベルの従来の油圧回路は、前述した如く、走
行中に作業装置を作動させることは勿論であるが、定置
作業時においても、ブーム、アーム、旋回などの作動を
同時に、しかも一定の割合の作動速度でもって作動させ
ることにより、好ましい作業成果が得られることが往々
にしてある。例えば、第９図に示す水平掘削作業におい
ては、アームシリンダ23を伸長させ、先端部に枢支した
バケット91を手前に引き寄せるとともに、ブームシリン
ダ26を伸縮させてバケット91の刃先を水平に移動させ、
水平掘削が終了すると、また元の姿勢に復帰させるとい
う動作を繰り返すのであるが、ブームシリンダ26の作業
装置を支持する側であるヘッド側油室には、常に高い負
荷圧力が発生しているので、第８図の如き油圧回路にお
いて、ブームシリンダ26を伸長させながらアームシリン
ダ23を伸縮させようにしても、メインポンプ2,3の吐出
圧油は負荷圧力の低いアームシリンダ23へ流入し勝ちと
なり、これを回避する運転操作は高度の熟練を要する。

この発明の課題は、２つの油圧切換弁グループに属す
る油圧切換弁を単独に操作すると該弁に連なるアクチュ
エータには２つのメインポンプの吐出圧油が合流し、ま
たは再生回路を経て流入し、上述のように、異なる油圧
切換弁グループに属する負荷圧力の異なるアクチュエー
タ用油圧切換弁を同時に操作したときにおいても、負荷
圧力の高い一方の油圧切換弁に連なるアクチュエータへ
は１個のメインポンプの吐出圧油が全量流入することを
保証し、他方の油圧切換弁に連なるアクチュエータの伸
長時には再生回路の働きにより作動速度の向上を図ると
ともに、その負荷圧力が所定の圧力を越えると再生機能
を解除することにより確実、強力かつ迅速な作業を実現
できる油圧回路と油圧切換弁を提供せんとするものであ
る。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するため、この発明は次のように手段
を講じた。すなわち、 イ．） 負荷圧力の低い油圧シリンダ用の油圧切換弁と
して、油圧シリンダのヘッド側油室に圧油を供給する通
常のスプール移動位置では、ロッド側の油室からの戻り
油を再生してヘッド側油室へ供給し、スプールが更に移
動すると再生機能を停止する再生回路付油圧切換弁を備
え、 ロ．） 該再生回路付油圧切換弁には、スプールをセン
タスプリングの付勢力に抗して、外部からの信号によ
り、正逆に移動させる１対の切換手段と、 ハ．） スプールの移動量を外部からの信号により規制
するストローク制限手段と、 ニ．） ストローク制限手段の作用力に抗してスプール
を移動させるストローク付加手段を、上記ストローク制
限手段に相対して設け、 ホ．） 上記切換手段には正逆の操作信号を、ストロー
ク制限手段には、該正逆の操作信号のうち、油圧シリン
ダのヘッド側油室に圧油が供給される側へスプールを移
動させる一方の信号を接続し、ストローク付加手段に
は、上記一方の信号を、主回路の圧力が所定の値を越え
ると作動するシーケンス弁を介して接続する。

作用 再生回路付油圧切換弁に信号を作用させ、油圧シリン
ダを伸長させると、その信号は同時にストローク制限手
段にも通じ、再生回路付油圧切換弁は再生回路状態とな
り、油圧シリンダの伸長速度は速くなる。油圧シリンダ
伸長中、その負荷圧力が所定の値以上に上昇すると、上
記信号はシーケンス弁を介してストローク付加手段にも
作用し再生回路付油圧切換弁のスプールを更に移動させ
るので、該弁の再生機能は停止し、油圧シリンダからの
戻り油は該弁を通り直接タンクに流入し、油圧シリンダ
は強力な作動力を発揮する。

実施例 この発明の実施例を第１図ないし第７図に基づいて説
明する。

先ず、第１図の油圧系統図において、１はメインポン
プ2,3、パイロットポンプ４を駆動するエンジン、5,8は
それぞれ走行モータユニット22,25用の、６はアームシ
リンダ23用の、９はブームシリンダ26用の、10はバケッ
トシリンダ27用の油圧切換弁で、メインポンプ２から管
路33で圧油の供給を受ける油圧切換弁5,6および旋回モ
ータユニット24への圧油供給システムが油圧切換弁グル
ープＡを形成し、メインポンプ３から管路34で圧油の供
給を受ける油圧切換弁8,9,10が他方の油圧切換弁グルー
プＢを形成し、油圧切換弁5,6および8,9,10の中立時セ
ンタバイパス通路を連通して、管路37,38があり、その
端末には、信号の作用により内部油路を閉路するカット
弁14,15がそれぞれ設けてあり、何れも戻り油用の管路3
9を経てタンク35に通じている。

11は従来技術の走行直進弁で、各油圧切換弁と連動す
る副切換弁とシャトル弁28の作用により油圧切換弁5,8
の操作中、すなわち、走行中に油圧切換弁グループA,B
に属する油圧切換弁5,8以外の操作をしても、走行の直
進性、各アクチュエータ作動との独立性を保つものであ
り、該走行直進弁11の出口ポートに接続した管路40は分
岐し、チェック弁31,32を備え、それぞれ油圧切換弁６
の上流側の、管路37から分岐する管路59に通じる管路60
と旋回モータユニット24への圧油供給管路63、並びに、
管路38から分岐し油圧切換弁９の上流側の管路61に通じ
る管路62と油圧切換弁10の上流側に通じる管路64とに接
続する分岐管路41並びに42を形成している。

12,13は外部信号により内部油路を開路する合流弁で
あり、該合流弁12の入口ポートは分岐管路41と管路36
で、出口ポートは管路43で管路61に接続し、合流弁13の
入口ポートは管路44で分岐管路42と、出口ポートは管路
45で管路59とそれぞれ接続している。

また、合流弁12の受信部には、油圧切換弁９操作用
（この実施例の油圧系統図ではブームシリンダ26を伸長
させる操作）のパイロット弁65からのパイロット管路52
を分岐したパイロット管路53が導いてあり、合流弁13の
受信部には油圧切換弁６操作用（アームシリンダ23を縮
小させる操作）のパイロット弁66からのパイロット管路
54を分岐したパイロット管路55が、シャトル弁16、パイ
ロット管路17を介して導いてある。また、上記パイロッ
ト管路53から分岐したパイロット管路58は、シャトル弁
30、パイロット管路51、シャトル弁７を介してカット弁
14の受信部へ、パイロット管路17から分岐したパイロッ
ト管路57は、シャトル弁29、パイロット管路50を介して
カット弁15の受信部へと接続してあるが、シャトル弁2
9,30は、それぞれ、従来技術の走行直進弁11切換用のパ
イロット圧とパイロット管路57,58のパイロット圧とを
選択的に取り出し、シャトル弁７は、旋回モータユニッ
ト24作動信号が発生するパイロット管路18とパイロット
管路51とのパイロット圧を選択的に取り出す機能を果た
す。

一方、油圧切換弁６には、その詳細構造は後述する
が、該弁の油圧切換弁スプールをセンタスプリング装置
の付勢力に抗して正逆に折換える切換手段であるパイロ
ット油室c,dと、パイロット油室ｄ側にあって、スプー
ルの一方向への移動量を規制するストローク制限手段で
ある油室ｆと、パイロット油室ｃ側にあってストローク
制限手段の作用力に抗してスプールを移動させるストロ
ーク付加手段である油室ｅとが設けてあり、油室ｆには
パイロット油室ｃに通じるパイロット弁66からのパイロ
ット管路19を分岐したパイロット管路20が接続してあ
り、油室ｅには、分岐管路41が所定以上の高圧になると
きのみ内部油路を開路するシーケンス弁46を介してパイ
ロット管路19に通じるパイロット管路21が接続してあ
り、該パイロット管路21は、また、シャトル弁16を介し
てパイロット管路17にも通じている。

第２図は油圧切換用のスプール47を正逆に移動させる
切換手段であるパイロット油室c,d、該スプール47を中
立位置に保持するセンタスプリング装置48、ストローク
制限手段67、ストローク付加手段68並びにシーケンス弁
46を有する油圧切換弁６の断面図であるが、スプール47
は、通常の油路切換用の環状溝の他に、供給通路69′か
らの圧油を再生して圧油通路37′を経て供給通路69へと
合流させる連通穴E,F、チェック弁Ｃおよび再生中に一
部の圧油をタンク通路39′へ流出させる連通口Ｇ、チェ
ック弁Ｄなどを備え中立時には第３図の如く連通穴F,G
は閉塞されている。ストローク制限手段67は第６図に示
す如く、パイロット油室ｄ側にあり、油室ｆに嵌挿され
たピストン49は、その肩部が油室ｆの底部段付部に接す
る位置まで左動可能で、その位置では、該ピストン49の
頂部とスプール47の端部との隙間はストロークｌとな
り、スプール47が右動し、更に付加力が加わると、ピス
トン49をストロークｍだけ右動させて、スプール47はス
トロークｌ′＝ｌ＋ｍまで移動できる。

ストローク付加手段68は第７図に示す如く、パイロッ
ト油室ｃ側にあり、油室ｅに嵌挿されたピストン56に加
わる油室ｅのパイロット圧によって生ずる付加力がスプ
ール47を右動させるようになっているとともに、シーケ
ンス弁46には所定の付勢力が設定されたスプリングで保
持されたピストン70と、油圧切換弁６への流入圧油の管
路41の圧油でピストン70を上記スプリングの設定力に抗
して移動させるピストン70′とが設けてあり、上記ピス
トン70が移動すると、その細径部を介してパイロット油
室ｃと油室ｅとが図示の如く、連通するようになってい
る。

また、スプール47は前述の通り再生機能を有する構成
となっており、該スプール47が第６図のストロークｌだ
け右動すると、圧油通路は第４図に示す様に、供給通路
69′は連通穴Ｅに、タンク通路39′は連通穴Ｇに通じ、
同時に、圧油通路37′はスプール47の細径部を介して供
給通路69に通じる再生回路状態となる。更に、スプール
47が第６図に示すストロークｌ′だけ右動すると第５図
に示す如く、連通穴F,Gは共に、油圧切換弁６の本体で
遮断され、共通通路69′とタンク通路39′とはスプール
47の細径部で連通して、再生機能を停止し、通常の油圧
切換弁の機能を発揮するような構造となっている。

以上の構成からなるこの発明に動作について以下説明
する。

パイロット弁66を一方に操作すると、パイロット管路
19に発生するパイロット圧は、パイロット油室ｃに作用
してスプール47を移動させると同時に、パイロット管路
20を通り油室ｆにも流入して、ストローク制限手段67の
ピストン49を左動させる。従って、スプール47はストロ
ークｌだけ右動し、油圧切換弁６の切換部は第４図に示
す再生機能発揮中の状態となるので、管路59を通って流
入するメインポンプ２の圧油は、圧油通路37′、供給通
路69を通りアームシリンダ23のヘッド側油室23aに流入
し、該アームシリンダ23を伸長させ、ロッド側油室23b
からの戻り油は、供給通路69′、連通穴Ｅを通り、その
一部は絞り通路、チェック弁Ｄ、連通穴Ｇを経てタンク
通路39′に流出していくが、大部分はチェック弁Ｃを押
開き連通穴Ｆを通って圧油通路37′に合流して再生機能
を果すので、アームシリンダ23の作動速度は更に増大す
る。この状態においては、メインポンプ３の吐出圧油は
独立して全量、管路38に流入するので、パイロット弁65
を操作して油圧切換弁９により、ブームシリンダ26を伸
長させると確実に作動する。なお、パイロット弁65の操
作により該弁のパイロット油室ｃに作用するパイロット
圧は、同時に合流弁12を開路し、カット弁14を閉路する
が、アームシリンダ23の負荷による管路59の圧力が、管
路38の圧力よりも低いので、メインポンプ２の吐出圧油
が管路38,61に合流することはない。

次いで、アームシリンダ23が伸長中において負荷が増
大し、管路59、すなわち、分岐管路41の圧力が上昇して
ブームシリンダ26を伸長させる作動圧力に近づくと、シ
ーケンス弁46のピストン70′に作用する力がピストン70
を保持しているスプリングの設定力を越えると、該シー
ケンス弁46は作動し、油圧切換弁６のパイロット油室ｃ
とストローク付加手段68の油室ｅとが連通してピストン
56にパイロット圧が作用するので、該ピストン56は、ス
トローク制限手段67のピストン49の作用力に抗してスプ
ール47を右動させ、その移動ストロークは第６図のｌ′
＝ｌ＋ｍとなり、油圧切換弁６の切換部は第５図の状態
となり再生機能は停止するので、アームシリンダ23は、
ロッド側油室23bによる抵抗もなく、強力な伸長力を発
揮する。このとき、合流弁12,13は共にそのパイロット
油室にパイロット管路、シャトル弁などを介してパイロ
ット圧が作用して開路し、カット弁14,15は閉路するの
で、メインポンプ2,3は、分岐管路41,42を介して油圧切
換弁6,9に吐出圧油を補足し合うようになるが、アーム
シリンダ23、ブームシリンダ26の負荷圧力がおおむね等
しいので、同時操作が継続される。また、アームシリン
ダ23、ブームシリンダ26以外のアクチュエータの作動は
従来の油圧ショベルと同様、専用のパイロット弁または
手動操作レバーを操作して行う。ブームシリンダ26を伸
長させるに十分な負荷圧力は作業装置の種類、作業形態
によっても異なるので、この負荷圧力に見合った付勢力
をシーケンス弁46のピストン70設定用のスプリングに保
持させ、または調整しておくことは勿論である。

以上の実施例においては、油圧ショベルのアームシリ
ンダ、ブームシリンダの作動関連においてのみ説明した
が、他の用途の作業機械の類似のアクチュエータを同時
に作動させ、そのときの負荷圧力に差のあるときにおい
ても合理的な速度と作動力を得ることができる。

発明の効果 ２つのメインポンプと作業装置用の油圧切換弁グルー
プのそれぞれに属する油圧切換弁を複数同時に操作し、
負荷圧力の高い油圧シリンダに確実な流入油量を保証
し、他の油圧シリンダを迅速に作動させようとすると
き、この発明にかかる油圧回路と再生回路付油圧切換弁
を使用すると、同時操作時において、負荷圧力の高い油
圧シリンダ用の油圧切換弁には一方のメインポンプの吐
出圧油が保証され、一方負荷圧力の低い油圧シリンダ用
の油圧切換弁には他方のメインポンプの吐出圧油が流入
し、再生回路によってその油圧シリンダを迅速に作動さ
せるが、その負荷圧力が所定の圧力を越えると自動的に
再生機能は停止し強力な作動力が得られるので、確実
で、能率のよい作業が、特別の熟練を有することなく遂
行できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の油圧回路を示す油圧系統図、第２図
はこの発明の再生回路付油圧切換弁の断面図、第３図，
第４図，第５図，第６図，第７図は第２図の作動状態、
詳細構造を示す要部断面図、第８図は従来の油圧ショベ
ルの実施例を示す油圧系統図、第９図は水平掘削作業中
の油圧ショベルの外観側面図である。 5,6,8,9,10……油圧切換弁 12,13……合流弁 14,15……カット弁 46……シーケンス弁 67……ストローク制限手段 68……ストローク付加手段

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２個のメインポンプと油圧切換弁グループ
   とからなる油圧作動回路のそれぞれの油圧切換弁グルー
   プに属する作業装置用油圧切換弁の同時操作時に、２個
   のメインポンプの吐出圧油が合流して供給される油圧回
   路において、外部からの信号により作動するスプールの
   切換手段と、ストローク制限手段と、ストローク付加手
   段を備えた再生回路付油圧切換弁に負荷圧力の低い油圧
   シリンダを接続し、上記切換手段には正逆の操作信号
   を、ストローク制限手段には該正逆の操作信号のうちの
   一方の信号を、ストローク付加手段には油圧シリンダの
   負荷圧力が所定の値を越えると作動するシーケンス弁を
   介して上記一方の信号を接続してなる油圧ショベルの油
   圧回路。
2. 【請求項２】２個のメインポンプと油圧切換弁グループ
   とからなる油圧作動回路のそれぞれの油圧切換弁グルー
   プに属する作業装置用油圧切換弁の同時操作時に、２個
   のメインポンプの吐出圧油が合流して供給される油圧回
   路における油圧切換弁であって、スプールが一方向に移
   動した位置では、これに連なる油圧シリンダからの戻り
   油を再生し、スプールがその方向に更に移動すると再生
   機能を停止する構造の油圧切換弁に、外部信号によりス
   プールを正逆に移動させる切換手段の受信部と、正逆の
   外部信号のうちの一方の信号によりスプールの移動量を
   制限するストローク制限手段の受信部と、ストローク制
   限手段の作用力に抗してスプールを移動させるストロー
   ク付加手段の受信部と、主回路圧力が所定値を越えると
   上記ストローク付加手段の作動方向と同じ方向にスプー
   ルを移動させる切換手段の受信部とを相互に連通させる
   シーケンス弁を備えたことを特徴とする油圧ショベルの
   油圧回路用の再生回路付油圧切換弁。