JP2685870B2 - 作業機械の油圧回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は油圧シヨベルや油圧クレーン等の作業機械の
油圧回路に関する。

〔従来の技術〕

作業機械には種々のものがあるが、その典型的な例と
して油圧シヨベルを挙げることができる。即ち、油圧シ
ヨベルは、油圧シヨベルを移動させるための下部走行
体、この下部走行体上に旋回可能に載置された上部旋回
体、およびブーム、アーム、バケツトより成るフロント
機構で構成されている。上部旋回体には、運転室、原動
機、油圧ポンプ等の種々の設備が装架され、かつ、フロ
ント機構が取付けられている。

ところで、近年、種々の作業機械において、その油圧
アクチユエータに供給する圧油の流量を制御する方向切
換弁の上流側と下流側との圧力差（差圧）を一定に保持
することにより油圧アクチユエータの駆動速度を制御す
るロードセンシングシステムと称される優れた速度制御
システムが提案されている。このロードセンシングシス
テムを第３図により説明する。

第３図は油圧シヨベルの油圧回路の一部を示す油圧回
路図である。図で、１は可変容量油圧ポンプ（以下、油
圧ポンプと称する）、1aは油圧ポンプ１のおしのけ容積
可変機構（以下、斜板で代表させる）、２は斜板1aを駆
動制御するレギユレータである。３は上部旋回体を駆動
する旋回モータ、４は旋回モータ３の駆動を制御する方
向切換弁である。4p₁、4p₂は方向切換弁４のパイロツト
管路であり、図示しない旋回レバーが操作されたときそ
の操作量に応じたパイロツト圧を導入する。５は油圧ポ
ンプ１と方向切換弁４との間に介在せしめられた圧力補
償弁である。この圧力補償弁５の機能については後述す
る。６は主回路に設けられたリリーフ弁であり、主回路
の最高圧を規定する。７は旋回モータ３の負荷圧を導く
検出管路、８はこの検出管路７の負荷圧および後述する
ブームの負荷圧のうち高い方の負荷圧を選択するシヤト
ル弁である。９はタンクである。

12は油圧シヨベルのブーム、13はブーム12を駆動する
ブームシリンダである。14はブームシリンダ13を制御す
る方向切換弁、14p₁,14p₂はそのパイロツト管路、15は
圧力補償弁、17はブームシリンダ13の負荷圧をシヤトル
弁８に導く検出管路であり、これらは旋回モータ３の油
圧回路の各要素に対応する。18はシヤトル弁８で選択さ
れた圧力（最大負荷圧）をレギユレータ２に導く検出管
路である。

次に、上記ロードセンシングシステムを構成する油圧
回路の動作を説明する。油圧シヨベルの上部旋回体を旋
回させる場合には、オペレータは図示しない旋回レバー
を操作する。これに応じて旋回レバーのパイロツト弁が
駆動され、方向切換弁４の一方のパイロツト管路、例え
ばパイロツト管路4p₁に旋回レバーの操作量に応じた油
圧が生じ、方向切換弁４は旋回レバーの操作量に応じた
絞りをもつて左側位置に切換えられる。このため、油圧
ポンプ１の圧油は圧力補償弁５、方向切換弁４の絞りを
経て旋回モータ３の左側主管路から旋回モータ３に供給
され、旋回モータ３を一方向に旋回させる。この動作
中、旋回モータ３の負荷圧は検出管路７を介して圧力補
償弁５の一方側、およびシヤトル弁８、検出管路18を介
してレギユレータ２の一方側へ供給される。又、油圧ポ
ンプ１の吐出圧力はレギユレータ２の他方側へ供給され
る。さらに、圧力補償弁５の下流側の圧力は自身の他方
側へ供給されている。旋回モータ３は徐々に加速されて
ゆき、やがて方向切換弁４の絞り量に応じた速度で回動
する。

今、上記の状態において、旋回モータ３を増速すべ
く、さらに旋回レバーが操作されると、方向切換弁４の
開口面積が増大してその絞り量が減少する。これにより
方向切換弁４の下流側圧力、即ち旋回モータ３の負荷圧
が上昇し、方向切換弁４の上流側および下流側間の差圧
が減少する。一方、上昇した負荷圧はレギユレータ２に
与えられ、レギユレータ２は斜板1aの傾転量を増加させ
て油圧ポンプ１の吐出流量を増大させようとする。さら
に、前記上昇した負荷圧は圧力補償弁５にも与えられ、
これにより圧力補償弁５は直ちにそのスプールを開く方
向（絞り量が小さくなる方向）に作動して方向切換弁４
の上流側の圧力を増大させる。即ち、圧力補償弁５は負
荷圧の変化に応じて変化した差圧を直ちに元の差圧（規
定の差圧）に戻そうとする機能を有する。この状態で、
油圧ポンプ１の吐出量は増大して方向切換弁４を通る流
量は増加し、減少していた差圧は増加して元の値に戻
る。旋回モータ３を減速すべく旋回レバーが操作される
と、上記と逆の動作が行なわれるが、過渡状態経過後は
差圧は元の値に戻る。

又、旋回レバーがある操作位置に保持され、これに応
じた速度で旋回モータ３が駆動されている場合、外部負
荷がかかる等の何等かの理由で旋回モータ３の負荷圧が
増大したときも前記の動作と同じ動作により、圧力補償
弁５は差圧を維持する方向に作動し、レギユレータ２は
斜板１の傾転量を増大させるように作動する。結局、上
記差圧は常に一定に保持され（これがロードセンシング
システムの特徴である）、旋回モータ３には負荷圧の如
何にかかわらず旋回レバーの操作量に応じた流量が供給
され、したがつて、上部旋回体は旋回レバーの操作量に
応じた速度で旋回せしめられることになり、優れた速度
制御を行なうことができる。ブーム12の駆動動作もこれ
に準じる。

さらに、旋回モータ３とブームシリンダ13を同時に駆
動させる複合操作の場合の動作を説明する。旋回レバー
とブームレバーを同時に操作すると、それらの操作量に
応じた絞りをもつて方向切換弁4,14がそれぞれ開き、旋
回モータおよびブームシリンダ13に圧油が供給され、こ
れにより各方向切換弁4,14の両側間には所定の差圧が生
じる。これら差圧は上記旋回モータ３の動作におけると
同様に一定に保持される。

ところで、油圧回路において、共通の油圧ポンプから
圧油が供給される複数の油圧アクチユエータに対して複
合操作を行なつた場合、何等の手当てをも講じなけれ
ば、圧油は軽負荷の方へ供給されて重い負荷の駆動が困
難になる現象が知られている。しかしながら、本油圧回
路では圧力補償弁5,15の存在により上記現象を防止する
ことができる。即ち、各圧力補償弁5,15にはそれぞれ自
己の属する油圧アクチユエータの負荷圧が供給されてい
るので、旋回モータ３の起動時、圧力補償弁５には大き
な慣性体を駆動する旋回モータ３の負荷圧が供給されて
その絞り量が減少し、圧力補償弁15はこれに比較して絞
り量が増加する。このため、油圧ポンプ１からの圧油は
旋回モータ３およびブームシリンダ13に適切に分配され
ることになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記ロードセンシングシステムを採用する
油圧回路においては、圧力補償弁5,15は油圧ポンプ１と
方向切換弁4,14との間の主管路に設けられることとな
る。このため圧力補償弁5,15は大流量の圧油を絞る処理
をすることとなり、したがつて大形の圧力補償弁が必要
であり、回路構成も大形になるという問題があつた。さ
らに、大流量の圧油を絞るため、圧力損失が大きくなる
という問題もあつた。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、回路
構成をより一層小形とすることができ、かつ、圧力損失
の少ない作業機械の油圧回路を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明の第１の発明は油
圧アクチユエータと、当該油圧アクチユエータに圧油を
供給する油圧源と、前記油圧アクチユエータへの圧油の
供給を両端に選択的に加えられるパイロツト圧により制
御する方向切換弁とを備え、前記油圧アクチユエータの
最大負荷圧に基づいて前記油圧源を、前記方向切換弁の
上流側と下流側間の差圧を一定に維持するように制御す
る作業機械の油圧回路において、前記方向切換弁の両端
のパイロツト管路を接続する管路と、この管路に介在し
前記差圧に応じて駆動される圧力補償弁とを設けたこと
を特徴とする。

又、第２の発明は、上記第１の発明において、前記圧
力補償弁を駆動する圧力として、前記差圧の他に前記最
大負荷圧をも用いることを特徴とする。

〔作 用〕

第１の発明では、ロードセンシング制御中、操作レバ
ーの操作量の増加や負荷圧の上昇等により油圧ポンプの
流量が不足して差圧が低下すると、圧力補償弁がこれに
応じて導通方向に駆動され、これにより、方向切換弁の
一方端に加えられているパイロツト圧は当該圧力補償弁
を介して方向切換弁の他方端に導かれる。これにより方
向切換弁の絞りが大きくなり、差圧は規定の差圧に回復
する。

又、第２の発明では、同様の作用が最大負荷圧をも加
えて遂行されるが、油圧アクチユエータが複数あつて複
合操作が行なわれる場合、過剰流量となる油圧アクチユ
エータの方向切換弁が、圧力補償弁により絞られる状態
となり、過剰流量発生が防止され、良好な分流比を得る
ことができる。

〔実施例〕

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の第１の実施例に係る油圧シヨベルの
油圧回路の一部の回路図である。図で、第３図に示す部
分と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。20
はパイロツト管路4p₁,4p₂間を接続する接続管路、21は
接続管路20に介在せしめられた圧力補償弁である。さら
に、23はパイロツト管路14p₁,14p₂間を接続する接続管
路、24は接続管路23に介在せしめられた圧力補償弁で
る。各圧力補償弁21、24の一方端には油圧ポンプ１の吐
出圧力が導かれ、又、他方端には油圧アクチユエータの
負荷圧が導かれ、かつ、ばね圧が加えられている。本実
施例では、第３図に示す油圧回路における圧力補償弁5,
15が除去されている。

次に、本実施例の動作を説明する。今、旋回レバーが
操作され、その操作量に応じたパイロツト圧がパイロツ
ト管路4p₁に生じると、方向切換弁４はそのパイロツト
圧に応じた絞りをもつて左側位置に切換えられ、旋回モ
ータ３が駆動される。なお、このとき、パイロツト管路
4p₂は図示されていないパイロツト弁の絞りを介してタ
ンク９に接続されている。旋回モータ３が加速されて方
向切換弁４の絞り量に応じた速度で駆動中、方向切換弁
４の差圧は一定に維持されており、又、圧力補償弁21は
閉じられ、両パイロツト管路4p₁,4p₂間は遮断されてい
る。

この状態において、外部負荷がかかる等の何等かの理
由により負荷圧が増加すると、方向切換弁４の差圧は低
下し、同時に、圧力補償弁21は負荷圧の増加分だけその
スプールが図で下方に押されて導通状態となる。この結
果、パイロツト管路4p₁の圧油は圧力補償弁21における
負荷圧増加分に応じた絞りを経てパイロツト管路4p₂に
供給され、これに応じて方向切換弁４を図で左方（中立
方向）に変位せしめ方向切換弁４における絞り量を増大
せしめる。これにより、方向切換弁４の上流側圧力が増
加し差圧は上昇して規定値に戻る。この上流側圧力の増
加により、圧力補償弁21のスプールは図で上方へ押さ
れ、導通状態にあつた圧力補償弁21は遮断状態に戻る。
この結果、方向切換弁４のパイロツト管路4p₂のパイロ
ツト圧はタンク圧になり、方向切換弁４は再びパイロツ
ト管路4p₁に供給されているパイロツト圧に応じた開口
面積に戻る。このとき、油圧ポンプ１の供給流量が不足
している場合には、差圧は再び小さくなり、再度上記の
動作が繰返される。換言すれば、圧力補償弁21は、従来
の圧力補償弁５と同じく、方向切換弁４の差圧を規定の
値に維持しようとする動作をする。

一方、前記増加した負荷圧はレギユレータ２に加えら
れるので、レギユレータ２は斜板1aの傾転量を増加さ
せ、油圧ポンプ１の供給流量を増加させる。これによ
り、方向切換弁４の差圧は、圧力補償弁21が閉状態とな
り方向切換弁４がそのパイロツト圧に応じた開口面積に
戻つても規定値に維持されることとなる。なお、ブーム
シリンダ13の回路の動作も上記動作に準じる。

このように、本実施例では、従来の油圧回路において
主管路に配置されていた圧力補償弁を除去するととも
に、方向切換弁の両パイロツト間を接続管路で接続し、
この接続管路に圧力補償弁を介在させるようにしたの
で、圧力補償弁としてパイロツト圧油を処理するだけの
小形の構造のものを用いることができ、ひいては油圧回
路の構成も小形化することができる。さらに、従来の圧
力補償弁のように大きな流量を絞ることがないので、エ
ネルギ損失を大幅に軽減せしめることができる。

第２図は本発明の第２の実施例に係る油圧シヨベルの
油圧回路の一部の回路図である。図で、第１図に示す部
分と同一又は等価な部分には同一符号を付して説明を省
略する。21′,24′はさきの実施例における圧力補償弁2
1、24に相当する圧力補償弁である。各圧力補償弁21′,
24′においては、そのばね側の受圧面積は反ばね側の受
圧面積の1/2に構成されている。そして、ばね側には、
自己の属する油圧アクチユエータの負荷圧および最大負
荷圧が、又、反ばね側には油圧ポンプ１の吐出圧力が導
かれている。本実施例がさきの実施例と異なるのは、各
圧力補償弁21′,24′の受圧面積およびこれらに導かれ
るパイロツト圧のみであり、その他の構成は同じであ
る。

次に、本実施例の動作を説明する。旋回モータ３およ
びブームシリンダ13の単独操作時の動作は、圧力補償弁
21′,24′における受圧面積および加えられるパイロツ
ト圧の関係から、さきの実施例と同じ動作であるのは明
らかである。そこで、以下、旋回モータ３とブームシリ
ンダ13との複合操作時の動作について説明する。一般
に、旋回モータ３の負荷の慣性は大きく、これに比べて
ブーム12の慣性は遥かに小さい。このため、上記複合操
作の起動時、検出管路18の最大負荷圧は旋回モータ３の
負荷圧となり、かつ、油圧ポンプ１の圧油はより多くブ
ームシリンダ13へ流れようとする。しかしながら、圧油
補償弁24′のばね側にはブームシリンダ13の負荷圧より
も遥かに大きい最大負荷圧（この場合旋回モータ３の負
荷圧）が加えられているので、圧力補償弁24′はブーム
シリンダ13の負荷圧と最大負荷圧の差に応じた導通状態
とされる。これにより、方向切換弁14は中立方向に移行
せしめられ、その絞り量に大きくなる。この方向切換弁
14の絞り量は旋回モータ３およびブームシリンダ13の負
荷圧の変化に応じて変化するが、複合操作起動時には方
向切換弁14は常時ブームレバーの操作量に応じた絞り量
以上に絞られた状態にあり、したがつて、ブームシリン
ダ13への圧油の供給は抑制され、旋回モータ３への圧油
の供給流量が不足することはない。旋回モータ３が方向
切換弁４の絞り量が応じた速度に達すると、旋回モータ
３の負荷圧は大きく減少し、最大負荷圧はブームシリン
ダ13の負荷圧となる。この状態における動作は前記動作
の逆の動作となる。

このように、本実施例では、各方向切換弁の両端のパ
イロツト管路を接続管路で接続し、この接続管路に圧力
補償弁を介在させ、この圧力補償弁の一端に油圧ポンプ
吐出圧力を、他端に負荷圧および最大負荷圧を導入する
ようにしたので、さきの実施例と同じ効果を奏するばか
りでなく、複合操作を行なう場合には適切な分流比を得
ることもできる。

なお、上記各実施例の説明では、作業機械として油圧
シヨベルを例示して説明したが、これに限ることはな
く、どのような作業機械にも適用可能である。

〔発明の効果〕

以上述べたように、第１の発明では、主回路の圧力補
償弁を除去し、方向切換弁の両端のパイロツト管路を接
続する接続管路を設け、この接続管路に圧力補償弁を介
在せしめるようにしたので、圧力補償弁を小形化するこ
とができ、ひいては油圧回路を小形とすることができ
る。又、第２の発明では、第１の発明において圧力補償
弁に最大負荷圧をも導入するようにしたので、第１の発
明と同じ効果を奏するとともに、さらに複合操作時の圧
油の配分を適切に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の第１、第２の実施例に係
る油圧回路の一部の回路図、第３図は従来の油圧シヨベ
ルの油圧回路の一部の回路図である。 １……油圧ポンプ、２……レギユレータ、4,14……方向
切換弁、4p₁,4p₂,14p₁,14p₂……パイロツト管路、7,17,
18……検出管路、８……シヤトル弁、20,23……接続管
路、21,24,21′,24′……圧力補償弁

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】油圧アクチユエータと、当該油圧アクチユ
   エータに圧油を供給する油圧源と、前記油圧アクチユエ
   ータへの圧油の供給を両端に選択的に加えられるパイロ
   ツト圧により制御する方向切換弁とを備え、前記油圧ア
   クチユエータの最大負荷圧に基づいて前記油圧源を、前
   記方向切換弁の上流側と下流側間の差圧を一定に維持す
   るように制御する作業機械の油圧回路において、前記方
   向切換弁の両端のパイロツト管路を接続する管路と、こ
   の管路に介在し前記差圧に応じて駆動される圧力補償弁
   とを設けたことを特徴とする作業機械の油圧回路
2. 【請求項２】請求項（１）において、前記圧力補償弁
   は、前記差圧および前記最大負荷圧に応じて駆動される
   ことを特徴とする作業機械の油圧回路