JP2707413B2

JP2707413B2 - 可変容量型油圧ポンプが装備された油圧式建設機械

Info

Publication number: JP2707413B2
Application number: JP6144023A
Authority: JP
Inventors: 頼道久保田; 圭一三宅; 文彦石瀬; 隆広川人; 正訓林
Original assignee: 新キャタピラー三菱株式会社
Priority date: 1994-06-02
Filing date: 1994-06-02
Publication date: 1998-01-28
Anticipated expiration: 2013-01-28
Also published as: JPH07331707A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ブレーカ等の油圧ポン
プの最大油量を必要としない低容量型のアクチュエータ
が設けられる油圧式建設機械に関するものである。

【０００２】

【従来技術及び発明が解決しようとする課題】一般に、
油圧ショベル等の油圧式建設機械においては、斜板の傾
斜角度の制御をすることで容量が変化する斜板式アキシ
ャル油圧ピストンポンプ等の可変容量型油圧ポンプと、
該油圧ポンプからの圧油供給を受けて作動する複数のア
クチュエータとを備え、そうして、エンジン回転数、各
アクチュエータに対応した作業制御モード等の各種入力
信号に基づいてコントローラからの制御指令を電磁比例
減圧弁に出力し、これによって、前記斜板の傾斜制御を
するようにしていた。

【０００３】つまり従来のものは、図６に示すように、
エンジンＥの駆動によって作動する可変容量型の油圧ポ
ンプ１０からの圧油は、各種操作具（図示せず）の操作
によって切換わるコントロール弁１３から各対応する複
数のアクチュエータ（図示せず）に供給されるようにな
っているが、前記油圧ポンプ１０における斜板の傾斜制
御は、パイロットポンプ１２からの圧油が、前記コント
ローラ１６からの制御指令に基づいて開度量調整制御が
なされる電磁比例減圧弁１５を経由して斜板制御器１１
にパイロット油として供給されるようになっている。そ
うして、電磁比例減圧弁１５からのパイロット油の圧油
変化に基づき、油圧ポンプ１０の油圧（吐出圧）Ｐに対
する圧油供給量（吐出流量）Ｑの特性曲線（Ｐ−Ｑ線）
が、図３に示す二つの破線ＰＱ₁、ＰＱ₂の範囲で変化す
ることになり、そうしていま、任意の作業制御モードに
おいて必要とされるアクチュエータへの供給圧油の圧力
が例えばＰｄであったとき、最大油量Ｑｍａｘの油供給
が行われるようエンジン回転数が低下しない状態で斜板
制御をし、油圧ポンプの特性曲線が実線ＰＱｙの状態に
なるよう設定されている。

【０００４】ところがこのような油圧式建設機械におい
て、作業用アタッチメントとしてバケット等の汎用性の
高いものに換えて、ブレーカのような汎用性が低いもの
を用いることがあるが、この様なアタッチメントに用い
られるアクチュエータは、例えばバケット用アクチュエ
ータや旋回用アクチュエータとは異なり、前記油圧ポン
プの最大油量を必要としない低容量型であることが一般
である。この結果、いま、低容量型のアクチュエータが
必要とする圧力が前記Ｐｄであるが、必要とする油量
（油容量）がＱｘであった場合に、油圧ポンプの特性曲
線が前記実線ＰＱｙの状態に制御されると、最大油量Ｑ
ｍａｘから必要油量Ｑｘを差し引いた残りの圧油（Ｑｍ
ａｘ−Ｑｘ）が余剰油となり、これをリリーフ弁を介し
て逃がしているのが現状で、これによってどうしても油
温が上昇してしまうという問題がある。

【０００５】そこで、この様な低容量型のアクチュエー
タに対応した作業制御モードを予め設定しておくことが
提唱されるが、汎用性が低く、オプションとして取り扱
われる全てのものまでを想定して作業制御モードを設定
することは事実上難しく、コスト的にも高価なものにな
らざるを得ないし、これを既存のものに交換取付けする
には、コントローラを含む制御部材の多くを交換しなけ
ればならないという問題がある。これに対し、エンジン
回転数を低下させて油圧ポンプからの圧油供給量を低下
することが提唱されるが、エンジン回転数を前記低容量
型アクチュエータに対応させることは事実上難しく、ま
たこのままでは他のアクチュエータを作動させる場合に
は圧油供給量が不足するため作動速度が遅く、エンジン
回転数を頻繁に調整する必要がある等の問題がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の如き実
情に鑑みこれらの欠点を一掃することができる可変容量
型油圧ポンプが装備された油圧式建設機械を提供するこ
とを目的として創作されたものであって、可変容量型の
油圧ポンプと、該油圧ポンプからの圧油供給を受けて作
動する複数のアクチュエータと、前記油圧ポンプの可変
容量制御をする電磁比例減圧弁と、前記該各アクチュエ
ータの制御モードに対応した制御指令を電磁比例減圧弁
に出力するコントローラとを備えてなる油圧式建設機械
に、アタッチメント用アクチュエータとして前記可変容
量制御される油圧ポンプの最大油量を必要としない低容
量型のアクチュエータと、該低容量型アクチュエータの
アタッチメント操作を行うためのアタッチメント操作手
段と、低容量型アクチュエータのモード切換えをするモ
ード切換え手段と、油圧ポンプを低容量状態に制御する
低容量制御手段とを設けるにあたり、該低容量制御手段
は、電磁比例減圧弁に直列接続される常時開回路状態の
第一切換え弁と、電磁比例減圧弁に並列接続される常時
閉回路状態の第二切換え弁および圧油を所定量減圧して
供給する減圧弁と、モード切換え手段を低容量型アクチ
ュエータのモード切換え状態にすることに伴い前記第一
切換え弁を閉回路状態に切換え、第二切換え弁を開回路
状態に切換えるためのパイロット油路を開回路に切換え
る第三切換え弁とを用いて構成され、アタッチメント操
作手段は、該操作手段が操作されたことに基づき前記パ
イロット油路に圧油供給をする切換え操作弁で構成され
ていることを特徴とするものである。

【０００７】そして本発明は、この構成によって、可変
容量制御される油圧ポンプを用いながら、最大油量を必
要としない低容量型のアクチュエータを、余剰油の発生
がない状態で用いることができるようにしたものであ
る。

【０００８】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図面において、１は油圧式ショベルであって、該
油圧式ショベル１は、クローラ式の下部走行体２、下部
走行体２の上方に旋回自在に設けられる上部旋回体３、
上部旋回体３に取付けられるブーム４、ブーム４の先端
部に取り付けられアーム５、アーム５の先端部に取付け
られる作業用アタッチメント等の部材装置を用いて構成
されているが、本実施例では、作業用アタッチメントと
してバケットに換えブレーカ６が装着されている。さら
に油圧式ショベル１には、上部旋回体３を旋回させる旋
回モータ（図示せず）、ブーム４を作動させるブームシ
リンダ７、アーム５を作動させるアームシリンダ８、ブ
レーカ６を作動させるブレーカピストン９等の複数の油
圧アクチュエータが設けられるが、これらの基本構成は
何れも従来通りである。尚、ブレーカピストン９は作動
圧Ｐｄ、容量Ｑｘに設定されたものとする。

【０００９】１０は前記複数の油圧アクチュエータに圧
油供給をする可変容量型油圧ポンプであって、該油圧ポ
ンプ１０は、斜板１０ａの傾斜角変位に基づいて吐出流
量が変化する斜板式アキシャル油圧ピストンポンプで構
成されている。１１は斜板１０ａの傾斜制御器であっ
て、該傾斜制御器１１は、後述するようにして供給され
るパイロット油の供給量に対応して斜板１０ａの傾斜制
御をし、これによって、油圧ポンプ１０は、図３に示す
ように油圧（吐出圧）Ｐに対する圧油供給量（吐出流
量）Ｑの特性曲線（Ｐ−Ｑ線）が、前述した図３に示す
二つの破線ＰＱ₁〜ＰＱ₂の範囲で変化するように設定さ
れている。

【００１０】図２に、本発明が実施された第一実施例の
電気、油圧回路図を示す。ここで、Ｅは上部旋回体３に
搭載されるエンジンであって、該エンジンＥの駆動に基
づいて前記油圧ポンプ１０およびパイロットポンプ１２
が作動するようになっている。そして油圧ポンプ１０か
ら供給される圧油は、コントロール弁（従来と同じもの
を採用しているのでその詳細は省略する）１３を経由し
て前記各アクチュエータに対し作動油として供給される
ようになっている。尚、１４は油タンクである。

【００１１】また、１５はパイロットポンプ１２から前
記傾斜制御器１１に至る油路Ａに設けられる電磁比例減
圧弁であって、該電磁比例減圧弁１５は、コントローラ
１６からの制御指令に基づいて弁開度量の調整制御がな
され、該電磁比例減圧弁１５の弁開度量に対応するパイ
ロット圧油が傾斜制御器１１に供給されて斜板１０ａの
傾斜制御が行われるようになっている。このコントロー
ラ１６は、エンジン回転数検知手段（図示せず）からの
検知信号、作業制御モード切換え手段（図示せず）から
のモード信号を入力し、エンジン回転数を低下させない
よう演算された制御指令を前記電磁比例減圧弁１５に出
力するようになっている。さらに、前記油路Ａには、常
時開路状態に設定され、後述するようにパイロット油が
パイロットポート１７ａに供給されることで閉路状態に
切換わる第一切換え弁１７が、電磁比例減圧弁１５に対
して直列接続されている。

【００１２】一方、１８、１９は前記油路Ａに並列状態
で接続される油路Ｂに設けられる第二切換え弁１８およ
び減圧弁１９であって、第二切換え弁１８は、常時閉路
状態に設定され、パイロット油がパイロットポート１８
ａに供給されることで開路状態に切換わるように設定さ
れている。また、減圧弁１９は、パイロット油を所定量
減圧して供給するものであるが、その減圧されたパイロ
ット油の油供給量は、油圧ポンプ１０の圧油供給量がブ
レーカ６に対応するよう図３に示す特性曲線ＰＱｘの状
態、つまり油圧Ｐｄにおいて油量Ｑｘとなるよう傾斜制
御器１１に対してパイロット油を供給する設定になって
いる。そして、前記電磁比例減圧弁１５および第一切換
え弁１７を経由した油路Ａと、第二切換え弁１８および
減圧弁１９を経由した油路Ｂとの合流部には、高圧側の
油路ＡまたはＢを選択するシャトル弁２０が設けられて
いる。

【００１３】また、２１はブレーカ６を操作するための
切換え操作弁であって、該切換え操作弁２１は、操作具
２１ａを押し操作することに伴い開路状態となって、パ
イロットポンプ１２からのパイロット油を前記コントロ
ール弁１３および第三切換え弁２２に供給するようにな
っている。この第三切換え弁２２は電磁切換え式のもの
であり、常時は、切換え操作弁２１から第三切換え弁２
２を経由して前記第一、第二切換え弁１７、１８のパイ
ロットポート１７ａ、１８ａに至るパイロット油路Ｃを
閉路状態にするよう設定されている。第三切換え弁２２
のソレノイド２２ａは、走行操作具２３が走行操作状態
に操作されることに連動して閉成状態から開成状態に切
換わる走行操作優先スイッチ２４、ブレーカ用操作モー
ドに切換えるためのモード切換えスイッチ２５を介して
バッテリ２６に電気的に接続されている。そして第三切
換え弁２２は、両スイッチ２４、２５が閉成状態になっ
てソレノイド２２ａに電源供給がなされると、前記切換
え操作弁２１から第三切換え弁２２を経由するパイロッ
ト油路Ｃが開路状態になるよう切換えられる設定になっ
ている。

【００１４】叙述のごとく構成された本発明の実施例に
おいて、アタッチメントとして汎用性の高いバケットを
用いるときには、モード切換えスイッチ２５は開成して
いて第三切換え弁２２への電源供給がなくパイロット油
路Ｃは閉路状態になっており、従って、第一切換え弁１
７は開路状態で、第二切換え弁１８は閉路状態となって
いる。この結果、傾斜制御器１１へのパイロット油の供
給は、電磁比例減圧弁１５を経由することになって、油
圧ポンプは、コントローラ１６からの制御指令によっ
て、例えば任意の作業制御モードにおける圧油の必要圧
力がＰｄであった場合に、前述したように図３に示す特
性曲線ＰＱｙの状態となり、これによって作業制御モー
ドに対応した油圧ポンプ１０の流量制御がなされる。

【００１５】これに対し、アタッチメントをブレーカ６
としたときには、モード切換えスイッチ２５を操作して
閉成させ、第三切換え弁２２を、パイロット油路Ｃが開
路状態となる側に切換えておく。この状態で、ブレーカ
作業をすべく切換え操作弁２１を操作すると、パイロッ
ト油が、該切換え操作弁２１から第三切換え弁２２を経
由して第一、第二切換え弁１７、１８にパイロット圧と
して働き、これによって前述したように、第一切換え弁
１７が閉路状態になって電磁比例減圧弁１５からのパイ
ロット油の供給が停止する一方で、第二切換え弁１８は
開路状態になって減圧弁１９からのパイロット油の供給
がなされることになる。この結果、傾斜制御器１１は、
この減圧弁１９から供給されるパイロット油の油量に基
づく斜板の固定的な傾斜制御、つまり、特性曲線ＰＱｘ
の状態で、ブレーカ６が必要とする作動圧Ｐｄのとき油
量がＱｘに制御されることになる。

【００１６】この様に、本発明が実施されたものにおい
ては、油圧ポンプ１０の流量制御を、電磁比例減圧弁１
５による傾斜制御器１１の可変制御によって行うもので
ありながら、アタッチメントのアクチュエータがブレー
カ６の様に油圧ポンプ１０の最大油量を必要としない低
容量型のものである場合には、傾斜制御器１１は、減圧
弁１９を経由した固定的な傾斜制御がなされることにな
って、油圧ポンプ１０からは低容量型アクチュエータに
対応した油量供給がなされ、電磁比例減圧弁１５を経由
するもののように余剰油が生じることを回避できる。こ
の結果、余剰油がリリーフ弁から逃げざるを得ない従来
のもののように、油温が上昇してしまう不具合もない。

【００１７】そして、この油圧ポンプ１０の低容量型ア
クチュエータに対する流量制御は、エンジン回転数を低
下させて行うものでないから、他のアクチュエータを作
動させるべく切換え操作弁２１を閉路としたときやモー
ド切換えスイッチ２５を開成させたときに、油圧ポンプ
１０は、直ちに電磁比例減圧弁１５による可変制御状態
に切換わることになってこれら他のアクチュエータへの
供給油量が少なくなってしまうことがない。

【００１８】しかもこのものは、油圧ポンプ１０を前記
低容量制御する手段として、減圧弁１９、第一〜第三の
切換え弁１７、１８、２２を設けることで対応できるの
で、汎用性のない特殊なアクチュエータを取付ける場合
に好適で、コントローラ１６を、特殊なアクチュエータ
までをも考慮した数多くの作業制御モードを設定してお
く必要もなくなって、コスト的にも有利にできる。そし
て、既存のものにも、コントローラ１６を含む多くの部
品を交換することなく後付け的に組込むことができて都
合が良い。

【００１９】さらにこのものは、モード切換えスイッチ
２５がブレーカモードに切換えられた状態で走行操作具
２３を操作すると、走行操作優先スイッチ２４が開成し
て第三切換え弁２２への電源供給が断たれて直ちに電磁
比例減圧弁１５による可変制御状態に復帰することにな
る。この結果、走行用アクチュエータへの圧油供給が低
下して走行速度が遅くなってしまうことの回避を、モー
ド切換えスイッチ２５をブレーカモードにしたままで行
うことができ、迅速な移動性能を維持しながら、低容量
型アクチュエータ作業をするときには、それに適した油
圧ポンプ１０の油量制御ができ、操作性の向上が計れる
ことになる。

【００２０】尚、本発明は、前記実施例に限定されるも
のではなく、図４に示す第二実施例、図５に示す第三実
施例のようにしても実施することができる。まず、第二
実施例のものは、前記第一実施例の第一、第二切換え弁
１７、１８に換えて、斜板１０ａの傾斜制御をするため
のパイロット油路を、電磁比例減圧弁１５からの油路Ｄ
か減圧弁１９からの油路Ｅに選択切換えをする第四切換
え弁２７を設け、この第四切換え弁２７を、モード切換
えスイッチ２５をブレードモード状態にすることに伴い
切換わる第五切換え弁（第一実施例の第三切換え弁に相
当する）２８からのパイロット油の供給の有無で減圧弁
１９側と電磁比例減圧弁１５側とに切換わるようにした
ものであり、この様にしても同じように実施することが
できる。

【００２１】また、第三実施例のものは、第一実施例の
第一、第二切換え弁１７、１８に相当する第六、第七切
換え弁２９、３０を電磁式のものとし、また第一実施例
の第三切換え弁２２に換えて、モード切換えスイッチ２
５をブレードモードにすることに伴い前記第六、七切換
え弁２９、３０に電源供給可能な状態になり、切換え操
作弁２１の操作に伴いパイロット油の圧力を受けてスイ
ッチ接点が閉成し、第六、第七切換え弁２９、３０のソ
レノイド２９ａ、３０ａに電源供給をする圧力切換えス
イッチ３１としたものであり、この様にしても実施する
ことができる。

【００２２】

【作用効果】以上要するに、本発明は叙述の如く構成さ
れたものであるから、油圧ポンプの流量制御は、各アク
チュエータの作業制御モードに対応して出力される可変
容量制御指令に基づいて行われるものでありながら、油
圧ポンプの最大油量を必要としない低容量型のアタッチ
メント用アクチュエータである場合、油圧ポンプは、該
アタッチメントのモード状態でかつそのアタッチメント
操作手段が操作されたことに基づき、前記可変容量制御
が制限されてアクチュエータに対応した低容量制御がな
されることになる。この結果、低容量型アクチュエータ
に必要な低容量の圧油供給がなされることになって、従
来のようにリリーフ弁から逃げざるを得ない余剰油が生
じて油温が上昇してしまう不具合もない。しかも、この
油圧ポンプの低容量型アクチュエータに対する流量制御
は、エンジン回転数を低下させて行うものでないから、
低容量アクチュエータに圧油供給がなされないときに
は、油圧ポンプは可変容量制御状態に復帰することにな
って他のアクチュエータの作動が緩慢になることを防止
できる。そのうえ、前記油圧ポンプの低容量制御は、減
圧弁、第一〜第三の切換え弁を設けることで対応できる
ので、汎用性のない特殊なアクチュエータを取付ける場
合に好適で、可変容量制御手段にこの様なものまでも考
慮した数多くの作業制御モードを設定しておく必要がな
く、コスト的にも有利にできるうえ、既存のものにも後
付け的に組込める。

【００２３】さらに、モード切換え手段を、走行操作具
が走行操作状態となることに連動して閉成状態から開成
状態に切換わる走行操作優先スイッチに直列接続したも
のでは、走行操作をすることに連繋して可変容量制御状
態に復帰することになり、この結果、低容量アクチュエ
ータモード状態としたときに、走行用アクチュエータへ
の油圧供給量の低下がなく迅速な移動性能を維持しなが
ら、低容量型アクチュエータ作業をするときには、それ
に対応した油圧ポンプの低容量制御ができ、操作性の向
上が計れることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】油圧式ショベルの斜視図である。

【図２】第一実施例を示す電気、油圧回路図である。

【図３】油圧ポンプのＰ−Ｑ特性を示す図である。

【図４】第二実施例を示す電気、油圧回路図である。

【図５】第三実施例を示す電気、油圧回路図である。

【図６】従来例を示す電気、油圧回路図である。

【符号の説明】

６ブレーカ９ブレーカピストン１０油圧ポンプ１１傾斜制御器１５電磁比例減圧弁１６コントローラ１７第一切換え弁１８第二切換え弁１９減圧弁２０シャトル弁２１切換え操作弁２２第三切換え弁２３走行操作具２４走行操作優先スイッチ２５モード切換えスイッチ２７第四切換え弁２８第五切換え弁２９第六切換え弁３０第七切換え弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者川人隆広兵庫県神戸市兵庫区和田宮通七丁目１番 14号西菱エンジニアリング株式会社内 (72)発明者林正訓兵庫県加古郡播摩町字新島13番地株式会社二川工業製作所内 (56)参考文献特開昭62−160331（ＪＰ，Ａ) 特開平５−79502（ＪＰ，Ａ) 松崎、一柳著「電子−油圧制御」、初版、日刊工業新聞社、1993年11月、Ｐ. 148

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】可変容量型の油圧ポンプと、該油圧ポン
プからの圧油供給を受けて作動する複数のアクチュエー
タと、前記油圧ポンプの可変容量制御をする電磁比例減
圧弁と、前記該各アクチュエータの制御モードに対応し
た制御指令を電磁比例減圧弁に出力するコントローラと
を備えてなる油圧式建設機械に、アタッチメント用アク
チュエータとして前記可変容量制御される油圧ポンプの
最大油量を必要としない低容量型のアクチュエータと、
該低容量型アクチュエータのアタッチメント操作を行う
ためのアタッチメント操作手段と、低容量型アクチュエ
ータのモード切換えをするモード切換え手段と、油圧ポ
ンプを低容量状態に制御する低容量制御手段とを設ける
にあたり、該低容量制御手段は、電磁比例減圧弁に直列
接続される常時開回路状態の第一切換え弁と、電磁比例
減圧弁に並列接続される常時閉回路状態の第二切換え弁
および圧油を所定量減圧して供給する減圧弁と、モード
切換え手段を低容量型アクチュエータのモード切換え状
態にすることに伴い前記第一切換え弁を閉回路状態に切
換え、第二切換え弁を開回路状態に切換えるためのパイ
ロット油路を開回路に切換える第三切換え弁とを用いて
構成され、アタッチメント操作手段は、該操作手段が操
作されたことに基づき前記パイロット油路に圧油供給を
する切換え操作弁で構成されていることを特徴とする可
変容量型油圧ポンプが装備された油圧式建設機械。
【請求項２】請求項１において、可変容量型油圧ポン
プは、傾斜角度が可変に設定される斜板式アキシャル油
圧ピストンポンプであることを特徴とする可変容量型油
圧ポンプが装備された油圧式建設機械。
【請求項３】請求項１または２において、第一切換え
弁および第二切換え弁を経由した両油路の合流部に、高
圧側の油路を選択するシャトル弁が設けられていること
を特徴とする可変容量型油圧ポンプが装備された油圧式
建設機械。
【請求項４】請求項２において、低容量制御手段は、
電磁比例減圧弁に対して並列する状態で接続され、圧油
を所定量減圧して供給する減圧弁と、斜板の傾斜制御を
するための油路を電磁比例減圧弁からの油路か減圧弁か
らの油路に選択切換えをする第四切換え弁と、モード切
換え手段を低容量型アクチュエータのモード状態にする
ことに伴い前記第四切換え弁を減圧弁側油路に切換える
ためのパイロット油路を開回路に切換える第五切換え弁
とを用いて構成され、アタッチメント操作手段は、該手
段が操作されたことに基づき前記パイロット油路に圧油
供給をする切換え操作弁で構成されていることを特徴と
する可変容量型油圧ポンプが装備された油圧式建設機
械。
【請求項５】請求項２において、低容量制御手段は、
電磁比例減圧弁から斜板の傾斜制御をするための油路を
閉回路に切換え可能な電磁式の第六切換え弁と、電磁比
例減圧弁に対して並列接続される電磁式の第七切換え弁
および圧油を所定量減圧して供給する減圧弁と、モード
切換え手段を低容量型アクチュエータのモード状態にす
ることに伴い前記第六、七の切換え弁に電源供給可能な
状態になり、アタッチメント操作手段の操作に伴いスイ
ッチ接点が閉成して、第六切換え弁を開回路状態から閉
回路状態に切換え、第七切換え弁を閉回路状態から開回
路状態に切換える圧力切換えスイッチとで構成されてい
ることを特徴とする可変容量型油圧ポンプが装備された
油圧式建設機械。
【請求項６】請求項１乃至５において、モード切換え
手段は、走行操作具が走行操作状態となることに連動し
て閉成状態から開成状態に切換わる走行操作優先スイッ
チに直列接続されていることを特徴とする可変容量型油
圧ポンプが装備された油圧式建設機械。