JP2678755B2 - 建設機械の油圧回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は油圧式建設機械における油圧ポンプの特性
を、作業種類に応じて変更させ、より効果的な操作性向
上の実現を目的とした油圧回路に関する。 従来の技術 建設機械の作業装置には巾広い変動負荷が加わり、間
歇作業、長時間運転のほか、その作動は緩急、粗密の両
面が要求されるので、運転操作性の良好であることが必
須条件となる。 このような過酷な条件に対応するため、一般的には可
変吐出形の油圧ポンプを備え、その吐出油量を自動的に
あるいは運転者の意志により制御して、変動負荷に耐
え、作業装置の作動立上がり加速度を緩やかにして機体
に衝撃を与えないようにしたり、一時作動中断時におけ
る無用の圧油供給を回避している。その手段の１つとし
て従来から採用されて来た制御方式にネガティブコント
ロール方式（以下ネガコン方式と称す。）がある。 第６図は油圧式建設機械の代表例として油圧ショベル
に用いられるネガコン方式の油圧ポンプと１群の油圧切
換弁群からなる１グループのみの油圧系統図を示し、実
用機においては複数の油圧ポンプと複数の油圧切換弁群
とからなる複数グループの油圧系統により、作業装置作
動用アクチュエータの独立性を実現している。 図において１はメインポンプでその吐出圧油は管路６
を通って油圧切換弁群３に流入し、この油圧切換弁群３
には各種のアクチュエータA,B,C,Dなどの専用油圧切換
弁がある。これらの油圧切換弁がすべて中立のとき、す
なわち、アクチュエータA,B,C,Dなどを何れも停止させ
ているときは、管路６を通って流入する圧油の全量は油
圧切換弁のセンタバイパス通路、管路７、フートリリー
フ弁４、管路８を通りタンク13に戻る。このフートリリ
ーフ弁４は低圧に設定されたリリーフ弁ａと絞りｂとの
併列に組合わせて構成されているため、フートリリーフ
弁４を通過しようとする油量が増大するにつれ、通過抵
抗が増大するが、リリーフ弁ａのリリーフ特性以上には
ならない。 さらに、リリーフ弁ａおよび絞りｂの上流側の圧油は
管路９によりメインポンプ１の吐出油量を制御する働き
をする流量調整弁５′の受信部ｃに導いてある。この受
信部ｃ近辺の要部構造は第７図にその断面を示す如く、
図の14′は受信部本体、15はメインポンプ１の吐出油量
を増減させるレバー、16はレバー15の回動量を規制する
スプール、18はスプール16とスプリング受19の間に保持
され、スプール16にばね力を与えるネガコンスプリン
グ、24はスプリング受19を介してネガコンスプリング18
の初期付勢力を設定する調整ねじで、調整後はロックナ
ット25で固定される。 上記構成からなるネガコン方式の作動について説明す
るに、先ず、アクチュエータA,B,C,D用の油圧切換弁が
すべて中立位置にあると、管路６の圧油は全量センタバ
イパス通路、管路７を経てフートリリーフ弁４に流入す
るが、その油量は多く、１部は絞りｂを通過し、さらに
残部の圧油は、リリーフ弁ａを開路し、合流して管路８
を通りタンク13に流入するが、この間における絞りｂ、
リリーフ弁ａの作用により、フートリリーフ弁４の上流
側の圧力は、その通過流量に応じた変化をする。この上
流側の油圧はパイロット圧となって管路９を経て流量調
整弁５′の受信部ｃのポートｇに導かれているので、ス
プール16は上記パイロット圧により、ネガコンスプリン
グ18の付勢力に抗して移動し、その移動量に比例してメ
インポンプ１の吐出油量を減量させる方向にレバー15を
回動させる。 次いで、１または複数のアクチュエータを作動させる
ため、その油圧切換弁を切換ると、切換量の程度に応じ
て管路６からの圧油は油圧切換弁を通りアクチュエータ
を作動させ、そのアクチュエータからの戻り油は管路８
を通り直接タンク13に戻るので、管路７を通、フートリ
リーフ弁４に流入する油量は油圧切換弁の切換量に応じ
て減少し、リリーフ弁ａを閉路し、絞りｂの絞り効果も
低減するので管路９のパイロット圧も低下していく。こ
のパイロット圧の変化状況を線図で示したものが第９図
である、横軸に管路７からフートリリーフ弁４に流入し
て該弁を通過しようとする油量ｑを、縦軸にそのときの
通過抵抗であるパイロット圧Piをとり示したもので、通
過油量ｑが０からq₃までは絞りｂのみを通り、その間の
通過油量に応じてパイロット圧PiがPi₃まで変化し、更
に通過油量_ｑが増量し_qmに近づくにつれ、絞りｂのみな
らずリリーフ弁ａも開口をはじめ、パイロット圧PiはPi
₁,Pi₂,Pi₃へと圧力が上昇するがPi_mを越えることはな
い。 このように、すべての油圧切換弁が中立位置にあると
きは、パイロット圧PiはPi₃以上となるが、油圧切換弁
の１または複数個が切換えられ、フートリリーフ弁４を
通過する油量ｑが減量するに従い、パイロット圧Piは低
下し、このパイロット圧Piが管路9,ポートｇを経てスプ
ール16に作用するので、スプール16の作用力は低下し、
ネガコンスプリング18の付勢力にはもはや抗し切れず、
スプール16は左方に移動する。その結果、レバー15はメ
インポンプ１の吐出油量を増大させる方向に回動するの
で、当初は最小であった吐出油量は次第に増量してい
く。従って、当該アクチュエータは、その作動立上がり
時は緩やかな加速度で衝撃も少なく、油圧切換弁の操作
量に応じて加速される。 第８図は上記のメインポンプ１の吐出油量Qdとパイロ
ット圧Piとの関係を示す線図で縦軸に前者、横軸に後者
をとったときの特性である。すなわち、パイロット圧Pi
が高圧のPi₂以上のとき吐出油量Qdは最小のQd₂である
が、パイロット圧PiがPi₂からPi₁に低下していくと吐出
油量QdはQd₂からQd₁へと増量していくが、最低吐出油量
はQd₂,最高吐出油量Qd₁に設定してある。 なお、油圧式建設機械、とりわけ、油圧ショベルにお
いては、装着する先端工具も多岐にわたり、掘削・積込
以外の用途、例えば、整地、法面作業、クレーン作業な
どにも使用されることが多く、強大な作動力、迅速な作
動速度のほか、中低速の作動速度も要求され、むしろ高
速作業は危険をともなうこともある。 このような作業にも１台の機械で対応するため、油圧
ポンプの吐出油量特性を複数段階に自由に選択する装置
を備えているものがある。この装置は第７図について説
明すると、スプール16の右端部に対応して受信部本体1
4′に、図の左右方向に摺動可能のプランジャ17を設
け、該プランジャ17の左端面と受信部本体14′の内壁と
の間で形成される油室に、外部からの信号圧油を管路1
2、ポートｆを経て導いてあり、これに圧力信号が作用
するとプランジャ17は図示の制限隙間ｌだけ右方に摺動
して、スプール16が左方に移動し得る量を減じるので、
レバー15のか回動範囲もそれだけ小さくなり、さきに述
べたネガコン方式による吐出油量制限には関係なく、メ
インポンプ１からの最大吐出油量は、いかなる場合に
も、第８図のQd₃以上にはならないようにしている。 発明が解決しようとする問題点 油圧式建設機械は、先にも述べたように、特殊作業工
具の開発にともない多岐にわたる作業に使用されるのみ
ならず、その経済効果を大にするため、１台の機械であ
らゆる作業工具に適した性能が得られること、しかも、
従来は手作業であった工種をも機械化していくことが求
められるため、従来の如く、単なるネガコン方式のみと
か、油圧回路を形成する油圧ポンプの最大吐出油量を制
限する方法による微操作性の改良では対応し切らないと
いう問題がある。 この発明は微操作性能改善のため、上記従来の方式に
加え、ネガコン方式の特性を、外部からの信号により、
同一の操作レバー操作量にかかわらず油圧ポンプの吐出
油量、すなわち、アクチュエータへの流入油量を減少さ
せて微操作性を向上させた、いわゆるファインコントロ
ール方式（以下F.C.方式と称す）を実現せんとするもの
である。 問題点を解決するための手段 ネガティブコントロール方式の油圧ポンプの吐出圧油
を作業装置用アクチュエータに供給して各種作業を行う
建設機械において、パイロット圧力に比例して前記油圧
ポンプの吐出油量を増減させるスプールと、前記スプー
ルを前記油圧ポンプの吐出油量が増加する方向へ付勢す
るネガコンスプリングと、前記ネガコンスプリングの一
端部を保持するスプリング受と、前記スプリング受の外
周部に設けられた段付部と、前記スプリング受が嵌装さ
れる前記受信部本体に穿設された穴と、前記受信部本体
に穿設された穴に設けられた段部と、前記スプリング受
の端面と前記受信部本体に穿設された穴が形成する油室
とを有する上記油圧ポンプ用の流量調整弁を有するとと
もに、前記油室を通常油圧源に連通し操作手段の操作に
よりタンクに連通する切換弁を有し、前記流量調整弁の
前記段付部と前記段部は前記油室が前記油圧源に連通さ
れたとき前記ネガコンスプリングの付勢力に抗して当接
しており、前記油室が前記タンクに連通されたとき、前
記ネガコンスプリングの付勢力により前記段付部と段部
が離れるとともに、前記スプールが前記油圧ポンプの吐
出油量を減少させる方向へ移動するとともに、前記ネガ
コンスプリングの付勢力が弱まることにより、前記パイ
ロット圧に対応する前記油圧ポンプの吐出油量が前記油
室が前記油圧源に連通されたときに比して減少するよう
にした。 作用 通常のネガコン方式のみにより運転するときは、運転
席付近の操作手段により切換弁を切換え、スプリング受
端面の油室に制御系の油圧源の圧油を供給すると、ネガ
コンスプリングのスプリング受は該圧油の作用により、
ネガコンスプリングの取付荷重が増大する方向へ、所定
のストロークだけ摺動するが、この状態で油圧ポンプの
吐出油量を増減させるレバーに係合したスプールにネガ
コン用のパイロット圧が作用し、その作用力が上記ネガ
コンスプリングの取付荷重に打勝ち、スプールは、油圧
ポンプの吐出油量が最小油量となるまで摺動する。次い
で、油圧切換弁を操作すると、その数および操作量に比
例してネガコン用のパイロット圧は低下してスプリング
に作用する力が減少すると、ネガコンスプリングの付勢
力が勝ち、スプールは、その方向に摺動するので、油圧
ポンプの吐出油量は次第に増量していき、通常のネガコ
ン方式による運転が実現する。 F.C.方式による運転をしようとするときは、操作手段
を操作してスプリング受端面の油室をタンクに通じさせ
ると、スプリング受は所定のストロークだげ、ネガコン
スプリングの取付荷重が減少する方向に摺動する。その
結果、前述の通常のネガコン方式の運転時に比して、ネ
ガコン用のパイロット圧が同じであるとき、スプールは
油圧ポンプの吐出油量を減少させる方向に摺動して、レ
バーを回転させる。すなわち、油圧切換弁の操作量が上
記の場合と同一のときはパイロット圧も同圧であるが、
そのときの油圧ポンプの吐出油量は、より減量してお
り、従って、上記通常の運転時と同量の吐出油量を得よ
うとすると、更に操作レバーの操作量を大きくすること
となり、操作感覚として微操作性が向上する。 実施例 以下、この発明の実施例を第１図、第２図、第３図に
依って説明するが、第１図、第２図においては、第６
図、第７図と同一の部品には同一の符号を付してあり、
同一の機能、作用を有しているのでその作用その他の説
明を省略する。 図において、２はメインポンプ１とともに駆動され、
操作系の油圧源となるパイロットポンプであり、その吐
出圧油は管路10により切換弁22に導いてある。該切換弁
22は、通常はＥ位置にあるが、運転席付近に設置された
操作手段28の操作により受信部に信号が入力されるとＦ
位置に切換わるもので、Ｅ位置では管路10を流量調整弁
５のF.C.方式用の受信部ｅに通ずる管路11に連通させて
いるが、Ｆ位置では管路10を遮断し、管路11をタンク13
に通じさせる。 また、流量調整弁５は、従来のネガコン方式の受信部
ｃ、最大吐出油量制限用の受信部ｄの他に、F.C.方式用
の受信部ｅをも備え、この受信部ｅは受信部本体14の内
部の一端にあり、ネガコンスプリング18およびスプール
16の軸心方向に摺動可能で円筒、段付部を有するスプリ
ング受26と、該スプリング受26のネガコンスプリング18
の当接する側と反対側の大径端面が受信部本体14の内周
部の間で形成する油室27と、スプリング受26の摺動スト
ロークｍを所定の値に調整し、かつ、中心部に中空穴を
有する調整ねじ20と、該調整ねじ20を固定するロックナ
ット21とからなり、調整ねじ20の中空穴には管路11を接
続してある。 以上の構成からなるF.C.方式の装置を備え油圧回路の
作動を以下に説明する。 先ず、通常のネガコン方式のみのもとで運転するとき
は、切換弁22を、操作手段28の操作によりＥ位置に保持
しておく。そうすると、パイロットポンプ２の吐出圧油
は管路10、切換弁22のＥ位置通路、管路11を通り、受信
部ｅ、すなわち、パイロット油室27に流入してスプリン
グ受26を左方に摺動させ、ストロークｍは０となる。こ
のとき、ネガコンスプリング18の取付長さはストローク
ｍだげ縮小し取付荷重は増大するが、この状態から、前
述のネガコン用のパイロット圧Pi（第９図）がスプール
16を介して上記ネガコンスプリング18を更に圧縮し、同
時にスプール16に係合するレバー15を回動せしめてメイ
ンポンプ１の吐出油量Qdが、第３図における最少油量で
あるQd₂になるように設定しておく。 次いで、アクチュエータA,B,C,Dの１または複数個用
の油圧切換弁を切換えると、それらの切換開度が進むに
つれ、パイロット圧Piは次第に低下し、それにともな
い、ネガコンスプリング18の付勢力によりスプール16が
左動し吐出油量Qdは第３図の線図Ｉで示すネガコン特性
を発揮する。 次に、F.C.方式の運転をしようとするときは、切換弁
22をＦ位置に選定する。そうすると、管路10は遮断さ
れ、パイロット油室27は管路11、切換弁22のＦ位置通路
を経てタンク13に通じるので、スプリング受26は調整ね
じ20の頂部に当接するまで、すなわち、ストロークｍだ
け右方へ移動し、ネガコンスプリング18の取付長さは長
くなり、取付荷重は減少する。この結果、同一のネガコ
ン用のパイロット圧Piがスプール16に作用した場合にお
いて、F.C.方式に切換えておくと、ネガコン方式のみの
ときよりも、ストロークｍに対応するだけ、スプール16
が右方に移動していることとなり、メインポンプ１の吐
出油量Qdは、第３図の線図IIに示す特性の如く減量す
る。従って、第３図においても明らかな如く、吐出油量
Qdが線図ＩおよびII上において同一となるためには、F.
C.方式のときは更に操作レバーの操作量を大きくしてネ
ガコン用のパイロット圧Piを低下させることとなるの
で、操作レバーの同一ストロークに対するアクチュエー
タへの流入量が少なくなり、運転感覚上、微操作性はそ
れだけ良好となる。 なお、第３図は、上述したとおり、ネガコン方式、F.
C.方式ならびに最大吐出油量制限方式を備えた油圧ポン
プにおげるネガコン用のパイロット圧Piと吐出油量Qdと
の関係を示し、図の線図Ｉはネガコン方式のみの場合、
線図IIはネガコン方式にF.C.方式を加味したときの特性
であり、第１図の管路12に圧油を作用させると、何れの
方式においても、最大吐出油量Qd₁は線図IIIの如くQd₃
に制限される。 また、上記実施例の説明は１個のメインポンプの吐出
油量が１群の油圧切換弁群に供給される１つのグループ
についてであったが、複数のグループからなる油圧回路
においても、それぞれのメインポンプのF.C.方式用の受
信部に、この実施例の管路11に相当する管路を接続すれ
ばすべてのグループの制御が可能であることは勿論であ
る。 第４図はこの発明の第２実施例を示す要部断面図であ
り、29はネガコンスプリング18よりも大きい取付荷重の
スプリング30に付勢されたスプリング受で、その外周、
端面は受信部本体34との間でパイロット油室33を形成
し、かつ、受信部本体34の内空部に摺動可能に嵌装され
ている。該スプリング受29は、常時ネガコンスプリング
18をスプリング受26を介してネガコン方式の通常の取付
荷重になるように押圧しており、パイロット油室33に圧
油が作用すると、ロックナット32により固定された調整
ねじ31の頂部との隙間であるストロークｍだけ右方に移
動する。 この第２実施例は、第１実施例と作動、効果は全く同
様であるが、F.C.方式に切換えるときにのみ、管路11を
通じてパイロット油室33に圧油を作用させることとなる
ので、第１図における切換弁22のE,F位置が逆となる。 第５図はこの発明の第３実施例を示す要部の電気・油
圧系統図であり、第１実施例、第２実施例の何れにも使
用可能で、F.C.方式への操作手段としての切換弁22が油
圧パイロット式であったのに対し、電磁式切換弁23を使
用するものである。 発明の効果 建設機械の作業装置用アクチュエータの作動回路をこ
の発明の回路にしておくと、運転席近くの操作装置を切
換えるのみの操作で、強力、迅速な作動と微操作がし易
く操作性のよい作動との２種類の特性を任意に、瞬時に
して得られるので、１台の機械で作業種類、目的にかな
った運転操作をすることができ、また、その作業種類、
あるいはその機械に不慣れな運転者にも、安全かつ正確
な作業を遂行できる。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の油圧回路を示す系統図、第２図はこ
の発明における流量調整弁の要部断面図、第３図は油圧
ポンプの吐出油量特性線図、第４図はこの発明の第２実
施例を示す要部断面図、第５図はこの発明の第３実施例
の要部電気・油圧系統図、第６図、第７図、第８図、第
９図は何れも従来の技術を示し、第６図はその油圧回路
を示す系統図、第７図は流量調整弁の要部断面図、第８
図は油圧ポンプの吐出油量特性線図、第９図はネガコン
用のパイロット圧特性線図である。 ３……油圧切換弁群 ４……フートリリーフ弁 5,5′……流量調整弁 14……受信部本体 15……レバー 16……スプール 17……プランジャ 18……ネガコンスプリング 22,23……切換弁

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．ネガティブコントロール方式の油圧ポンプの吐出圧
   油を作業装置用アクチュエータに供給して各種作業を行
   う建設機械において、パイロット圧力に比例して前記油
   圧ポンプの吐出油量を増減させるスプールと、前記スプ
   ールを前記油圧ポンプの吐出油量が増加する方向へ付勢
   するネガコンスプリングと、前記ネガコンスプリングの
   一端部を保持するスプリング受と、前記スプリング受の
   外周部に設けられた段付部と、前記スプリング受が嵌装
   される前記受信部本体に穿設された穴と、前記受信部本
   体に穿設された穴に設けられた段部と、前記スプリング
   受の端面と前記受信部本体に穿設された穴が形成する油
   室とを有する上記油圧ポンプ用の流量調整弁を有すると
   ともに、前記油室を通常油圧源に連通し操作手段の操作
   によりタンクに連通する切換弁を有し、前記流量調整弁
   の前記段付部と前記段部は前記油室が前記油圧源に連通
   されたとき前記ネガコンスプリングの付勢力に抗して当
   接しており、前記油室が前記タンクに連通されたとき、
   前記ネガコンスプリングの付勢力により前記段付部と段
   部が離れ、前記スプールが前記油圧ポンプの吐出油量を
   減少させる方向へ移動するとともに、前記ネガコンスプ
   リングの付勢力が弱まることにより、前記パイロット圧
   に対応する前記油圧ポンプの吐出油量が、前記油室が前
   記油圧源に連通されたときに比して減少することを特徴
   とする建設機械の油圧回路。