JP2789360B2 - 油圧アクチュエータの制御回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、作業用機械における作業装置作動用の油
圧アクチュエータの作動速度を、その時の負荷と操作装
置の操作量に応じて自動的に選定し、その作業に最も適
した作業能率や運転感覚が得られる制御回路に関するも
のである。

従来の技術 複数、例えば２個の油圧ポンプの吐出圧油を、２つの
油圧切換弁群のそれぞれに供給し、それぞれの油圧切換
弁群に属する油圧切換弁を切換えて、それに連なる各種
作業装置用の油圧アクチュエータを作動させ、所定の作
業を行う機械における油圧回路は、作動目的に応じては
種々異なる特性が要求され、一長、一短があるので種々
の制御回路が考えられてきた。その１例として、クロー
ラ式の上記作業機械において、２つの油圧切換弁群のう
ちのそれぞれ１個の油圧切換弁に左右のクローラ駆動用
油圧アクチュエータを接続しておくと、それぞれの油圧
ポンプの吐出圧油が独立して左右のクローラ駆動用の油
圧アクチュエータを正逆に作動させるので直進、曲進、
方向変換など自在である反面、一方の油圧切換弁群に属
する油圧切換弁のみを操作したとき、それに連なる油圧
アクチュエータには、一方の油圧ポンプの吐出圧油のみ
が流入することとなり、作動速度が十分でないことがあ
る。これを補完する目的で、従来技術の１つとして、複
数の作業装置用油圧アクチュエータのうち、所望の油圧
アクチュエータを作動させ、その負荷状態が一定値を越
えると、その作動速度を増大させて作業能率を向上させ
るべく、２つの油圧ポンプの吐出圧油を自動的に合流さ
せ、その合流圧油を上記所望の油圧アクチュエータへ、
当該油圧切換弁を経て供給することが実施されている。

このことを、例えば各種の先端工具を取換えて幅広い
作業に対応する作業用機械の１つであるクローラ式油圧
ショベルを例に取り説明する。

第４図はその要部の油圧回路図であるが、油圧切換弁
群Ａの１部、油圧切換弁群Ｂおよび本発明に直接影響の
ない制御系の回路、管路は省略して示してある。

この図において、1,2は油圧ポンプ、３はパイロット
ポンプで、共通の原動機により駆動され、タンク14の油
を圧油として管路15,16,44を通じて、それぞれ所定の機
器に供給する。油圧切換弁5,6および7,8,9は、それぞれ
油圧切換弁群A,Bを形成し、引例のクローラ式油圧ショ
ベルの場合は、通常、油圧切換弁5,7が左右のクローラ
を駆動する油圧アクチュエータ作動用であり、該油圧切
換弁より下流側に配置した油圧切換弁6,8,9などがその
他のアクチュエータ作動用である。27は油圧切換弁６か
らの圧油で作動するアームシリンダ、37は合流弁で、通
常はＣ位置にあって管路15は、油圧切換弁群Ａへの流入
管路17に独立して接続し、管路16は、油圧切換弁群Ｂへ
の流入管路18に独立して接続しているが、パイロット油
室37aに作用するパイロット圧により発生する切換力
が、セットスプリング38′の力に打勝つとＣ位置からＤ
位置へと切換わって、内部の連通油路により、管路15,1
7の接続通路と、管路16,18の接続通路とが連通する。こ
の内部の連通油路には図示の如く、絞りが設けてある
が、これは、個々の油圧回路において、油圧切換弁群を
構成する油圧切換弁に連なる油圧アクチュエータの種
類、作業態様、同時操作の有無、頻度および負荷に応じ
て適宜、その絞り効果は、最小限から最大限の間で選
定、決定されるものであったり、多岐にわたる作業内容
が混在する場合など、外部信号により可変絞り効果を与
えるようにすることもありうる。

10,11は、油圧切換弁群A,Bのセンタバイパス管路19,2
0の端末部がタンク14への戻り油の管路22に通じる管路
の途中に設けられたカット弁であり、外部からの信号に
より、センタバイパス管路から圧油が無為にタンク14へ
流出することを防止する。12は油圧切換弁６の切換操作
をする操作装置で、いわゆる、リモコン弁12a、12bなど
から構成され、操作レバーの傾倒角度に比例する圧油
を、管路29または30へパイロット圧油信号として供給
し、その油圧源は管路44を通るパイロットポンプ３から
の調圧された圧油であり、この油圧源は、操作装置12の
みならず、他の油圧切換弁用の操作装置13など、さらに
はその他の操作系にも利用されるものである。

なお、25,25は管路17,18上に設けたメインリリーフ
弁、26,26はアームシリンダ27のヘッド側油室27aに通じ
る管路23上に、およびロッド側油室に通じる管路24上に
それぞれ設けたオーバロードリリーフ弁、21は油圧切換
弁５の切換中における油圧切換弁６への圧油供給補助用
の管路、39はカットオフ弁11のパイロット油室に通じる
管路29を、合流弁37がＤ位置に切換わったことを検知し
て開路する開閉弁である。

次に、第６図、第７図は何れも地面下を掘削中の油圧
ショベルを側面から見た図であり、32はブーム、33はア
ーム、34は掘削用のバケット、35はブームシリンダ、36
はバケットシリンダ、27はアームシリンダで、各シリン
ダを伸縮させてバケット34の爪先を土中に食込ませ、或
いは、かき寄せ、引上げ、放出などの動作をして掘削作
業をするものである。

今第４図に示す油圧回路を備えた油圧ショベルによっ
て、第７図に示すような素掘り作業をするときについて
考察するに、この場合は、図示の底部Ｅの平滑な精度よ
りも、主としてアームシリンダ27を力強く、迅速に伸張
させることにより、早い掘削をすることが、作業能率向
上には最も役立つ。この油圧回路図に基き、上述の掘削
作業のうち、アーム33による掘削状況を説明する。

先ず、操作装置12を操作して管路29にパイロット圧が
発生すると、油圧切換弁６は切換わり油圧ポンプ１の吐
出圧油は管路15、合流弁37のＣ位置通路、管路17、バイ
パス通路19を経て、アームシリンダ27のヘッド側油室27
aへと流入し、該シリンダを伸長させるので、第７図の
底部Ｅを掘削するが、このときは、先にも述べた様に平
滑な仕上りを期待するのではないので、アーム33の回動
とブーム32の上下回動量との間の関連づけに配慮する必
要もなく、ただ迅速な作動が望ましい。このアームシリ
ンダ27による掘削動作により、バケット34の刃先部には
掘削抵抗およびバケット34の前面に堆積した掘削土砂の
移動抵抗が加わり、アームシリンダ27のヘッド側油室27
aの負荷圧力は、上記抵抗に比例して上昇する。従っ
て、ヘッド側油室27aに通じる管路23および合流弁37の
パイロット油室37aに通じる管路28内の圧力も昇圧す
る。

このとき、パイロット油室37aの圧力ＰがＰ′_ａに達
したとき、合流弁37が切換わるように、該弁37のセット
スプリング38′を設定しておけばＰ＞Ｐ′_ａとなると、
上記の合流弁37はＣ位置からＤ位置に切換わり、同時
に、管路29のパイロット圧は、分岐した管路から、合流
弁37と連動して開閉する開閉弁39を通り、カット弁11の
パイロット油室に作用して、センタバイパス管路20の端
末から管路22への接続管路を閉じる。

従って、油圧ポンプ1,2の圧油は、合流弁37のＤ位置
通路で合流し管路17、センタバイパス管路19、油圧切換
弁６を経て、アームシリンダ27を迅速な速度で作動さ
せ、所期の目的を達成することができる。

以上の説明は、アームシリンダ27を代表的に引用し説
明したが、他の油圧アクチュエータ、他の油圧切換弁群
の油圧アクチュエータについても、その用途、要求され
る特性に基づいて、カット弁10,11の作動、合流弁37の
機能などを組合わせて、任意の油圧アクチュエータを、
その負荷圧力が一定値以上になれば、２つの油圧源を合
流させて供給し、迅速な作動をさせることが可能なこと
は勿論である。

なお、第５図は油圧アクチュエータ（引例ではアーム
シリンダ27）のヘッド側油室の負荷圧力Ｐが、所定の圧
力Ｐ′_ａの値以下であるとき、それ以上になったときの
油圧アクチュエータのヘッド側油室への流入油量Ｑの関
係を線図で示したものである。

発明が解決しようとする課題 前述のような従来の油圧回路による油圧アクチュエー
タの制御をすると、例えば、第７図に例示したような、
強力で比較的精度を要しない掘削などの作業を迅速に連
続して行うときは、油圧アクチュエータの負荷圧力が一
定の値を越えると自動的に、その作動速度が早くなるの
で非常に有効となり、また、この作動速度を早める一定
の負荷圧力の適した値は実験的に求められるので、予
め、それに合致する合流弁を備えておくことは可能であ
る。ところで、このような制御回路を備えた油圧ショベ
ルを、例えば、第６図に示すように地下埋設物用の溝の
低部仕上げ、或は、舗装路盤の仕上げなどのように、精
度の高い水平掘削が要求されることも往々にしてある。
このときは、アームシリンダ27でアーム33を手前に回動
させながら、ブームシリンダ35でブーム32を上下に調整
し、かつ、バケットシリンダ36でバケット34の刃先が、
すき取り方向に向くようにするといった複雑な運転操作
が必要であって、このときのアーム33の回動速度が早す
ぎると水平掘削精度は低下する。

従って、前述の制御回路の如く、負荷抵抗の高いとき
は自動的に油圧アクチュエータに流入する圧油の量を増
大して迅速な作業が可能であるという特長はそのまま残
し、第６図に例示の如く、精度の高い、例えば、すき取
部Ｆを水平に、一直線に仕上げようとするときには、特
別の手段によることなく、操作装置の操作を僅かに加減
するのみで、バケット34に加わる負荷の大小に直接左右
されない通常の速度で作業ができることが望ましい。

この発明は、上記目的にかなった自動的な油圧アクチ
ュエータの制御回路の具現を課題とするものである。

課題を解決するための手段 この発明は前述の課題実現のため、次のような手段を
講じた。すなわち、 イ．） 複数の油圧ポンプから、作業装置用油圧アクチ
ュエータを作動させる複数の油圧切換弁で構成される油
圧切換弁群に、それぞれ独立して圧油を供給する管路の
途中に、 ロ．） 通常はセットスプリングの設定力により、上記
管路の前後を、それぞれ独立して接続する通路を形成し
ているが、該設定力に抗して、より大きい切換力が作用
すると切換わり、内部油路により、前記管路を相互に連
通させる合流弁と、 ハ．） 油圧アクチュエータの負荷を検出し、その負荷
に比例する信号を発生する負荷検出手段と、 ニ．） 当該油圧アクチュエータ用油圧切換弁の操作装
置からの切換指令の大小に比例した信号を発生する切換
操作量検出手段とを設け、 ホ．） 前記合流弁の切換力を発生する受信部へ、上記
負荷検出手段と切換操作量検出手段で得られる信号を直
接またはコントローラを介して導く。

作用 この発明の油圧アクチュエータ制御回路を、例えば、
油圧ショベルに備え、第６図のすき取部Ｆのような精密
な作業をしようとするときは、操作装置の操作量を小さ
く、従って、操作量検出手段から出力される小さい信号
のもとに油圧アクチュエータを作動させると、例え、そ
の油圧アクチュエータの負荷が比較的大きく、負荷検出
手段からの信号のみが大きくても、合流弁の受信部に
は、両検出手段からの信号の合計値に見合う切換力が発
生することとなり、その切換力がセットスプリングの設
定力を越えるまでには至らない。すなわち、従来方式の
油圧回路におけるよりも、油圧アクチュエータの負荷圧
力が大きくても、その負荷圧力単独で発生する切換力で
は切換わらないように合流弁の受信部を設定することが
できるので、上記状態の掘削作業では、油圧アクチュエ
ータには、１つの油圧ポンプの圧油のみが供給されて作
動し、精密な作業ができ易い。

一方、第６図の上層部の荒掘り、または第７図の如き
素掘り作業のときは、操作装置をフルストロークさせて
油圧アクチュエータを作動させようとすると、操作量検
出手段からの信号も最大となり、その油圧アクチュエー
タの負荷検出手段からの信号に対応して発生する切換力
とが合算された切換力で合流弁に作用するので、負荷検
出手段からの信号がそれ程大きくなくともセットスプリ
ングの設定力に打勝って合流弁を切換え、その結果、そ
の油圧アクチュエータの作動速度は、自動的に速くな
る。

実施例 以下、この発明の実施例の要部構成を第１図に基づい
て説明する。

この第１図において、先の従来技術で説明した第４図
と同一部分については同一符号を付して示しているので
説明は省略する。従って、第１図が第４図と異なる主た
る点は、合流弁４、該合流弁４のセットスプリング38の
設定力および切換手段であるパイロット油室が4a,4bと
複数であること、ならびに上記パイロット油室4bへの信
号系統である。

更に詳細に説明すると、４は、通常はセットスプリン
グ38の設定力によりＣ位置にあり、管路15を管路17へ、
管路16を管路18へと独立して接続しているが、パイロッ
ト油室4a,4bにパイロット圧が作用してその合計切換力
がセットスプリングの設定力を上回ると、該合流弁４は
Ｃ位置からＤ位置に切換わり、管路15と17および管路16
と18を接続する通路は、内部の連通路で連通することは
前述と同様である。また、パイロット油室4aにはアーム
シリンダ27のヘッド側油室27aに通じる分岐管路28を接
続した負荷検出手段を形成し、パイロット油室4bには、
操作装置12のリモコン弁12aの二次側、すなわち、油圧
切換弁６の切換指令のパイロット圧用の管路29の分岐管
路31を接続した切換操作量検出手段を形成している。

以上の構成において、ヘッド側油室27aに発生する負
荷圧力をP_a、リモコン弁12aからの二次側パイロット圧
（切換指令の圧力）をP_bとすると、合流弁４がセットス
プリング38に抗して切換わるに必要な圧力をP_abとする
と、圧力Ｐ_a,bはP_aとP_bによって決定され、第２図に示
すような特性となる。すなわち、単に負荷圧力P_aが高く
てもパイロット圧P_bが極低いときは合流弁４は切換わら
ないが、例え負荷圧力P_aが余り高くなくてもパイロット
圧が高ければ切換わる。このように、P_aとP_bによって決
定された点が第２図のＰ_a,bを得るための限界線よりも
右方に位置すれば、上記合流弁４はＣ位置からＤ位置に
切換わると同時に、従来技術と同様、カット弁11のパイ
ロット油室には、リモコン弁12aからのパイロット圧油
が、開閉弁39、管路29を介して作用し、該カット弁を閉
止する。

この発明は上述のような構成としたので、アームシリ
ンダ27のヘッド側油室27aへ流入する圧油の量が、油圧
ポンプ１のみから油圧ポンプ２の吐出量も加えられる切
換要件は、ヘッド側油室27aに発生する負荷圧力とリモ
コン弁12aからの切換指令のパイロット圧との組合わせ
によって決まる。

そうして、作業装置の負荷状態と、その作業装置用油
圧アクチュエータの負荷圧力、最大作動圧力およびリモ
コン弁からの最大指令パイロット圧とは、何れもその機
械固有の値であるが、負荷検出手段を形成するパイロッ
ト油室の有効受圧面積、操作量検出手段を形成するパイ
ロット油室の有効受圧面積、セットスプリングの設定力
を、それぞれ適宜選定組合わせることにより、作業装置
用油圧アクチュエータに加わる負荷が、その最大能力に
近づいた時点、または、それ以前であっても、操作レバ
ーを最大量だけ操作したときなどにおいて、その油圧ア
クチュエータの作動速度を自動的に速くすることができ
る反面、比較的負荷の大きい作業においても、操作レバ
ーを僅かに操作して１つの油圧ポンプの吐出圧油で作業
を続けることができる。

第３図は、この発明の第２実施例の要部を示す系統図
であるが、この図における40は、第１実施例と同じ切換
位置C,Dを有しているが、その切換は、コントローラ41
からの信号による形式の合流弁である。42は操作装置12
の操作量の大小を信号の大小に変換し、コントローラ41
に送る操作量検出器、43は油圧アクチュエータ27（アー
ムシリンダ）の負荷側油室の負荷状態の大小を信号とし
て検出し、その信号をコントローラ41へ送る負荷検出器
であり、コントローラ41は、操作量検出器42、負荷検出
器43から送られた信号を所定のプログラムの下に処理
し、両者が組合わせ、加算された値が所定値になると、
合流弁40の受信部へ信号を送る手段となっている。この
第２実施例は第３図に示す要部以外は第１実施例と同じ
であり、作動についても同様である。

なお、実施例では、各種検出手段に用いる媒体を油
圧、電気のみで表示したが、勿論、これに限定するもの
ではないこと、また、検出部位についても何等制限を加
えるものではない。

発明の効果 各種の先端工具を装着し、多岐にわたる作業をする油
圧作動機械に、この発明にかかる油圧アクチュエータの
制御回路を組込んでおくと、作業装置用の油圧アクチュ
エータを速い速度で作動させようとするときは、作業装
置に或程度以上の負荷をかけ、その操作装置の操作量を
大きくすることにより、複数の油圧ポンプの吐出圧油は
自動的に合流して、その油圧アクチュエータに流入する
ので、作業装置は高速で作動し、高能率な作業ができ
る。一方、緻密な作動が作業装置に必要なときは、作業
装置に或程度の負荷が作用していても、操作装置の操作
量を小さくすることにより、１個の油圧ポンプの吐出圧
油のみが、その油圧アクチュエータに流入することが保
持され、作動速度も遅いので、正確な作業装置の作動を
させる運転ができる。

このように、１台の機械で能率のよい迅速な作動と、
緻密な作動とが可能なように自動的になされるので経済
的であり、しかも、それらの速度選択は、殆ど、操作レ
バーの操作量に応じて変化させることができるので、操
縦感覚も良好で運転時の疲労は少なく、安全である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の回路を油圧ショベルに応用したとき
の第１実施例を示す要部油圧系統図、第２図は第１図の
実施例における流入油量の特性を示す線図、第３図は、
この発明の第２実施例の要部構成を示す電気・油圧系統
図、第４図は従来の油圧ショベルの油圧系統図、第５図
は第４図における流入油量の特性を示す線図、第６図は
油圧ショベルによる、すき取り作業中の側面図、第７図
は油圧ショベルによる素掘り作業中の側面図である。 4,37……合流弁 10,11……カット弁 38……セットスプリング 39……開閉弁 40……合流弁 41……コントローラ 42……操作量検出器 43……負荷検出器 A,B……油圧切換弁群

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F15B 11/00 F15B 11/16 E02F 9/22

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の油圧ポンプの吐出圧油を、それぞれ
   独立した油圧切換弁群に供給し、該油圧切換弁群に属す
   る油圧切換弁を切換えて、これに連なる油圧アクチュエ
   ータを作動させる油圧作動システムにおいて、油圧ポン
   プと油圧切換弁群とを接続する管路の途中にあって、通
   常はそれぞれの油圧ポンプと油圧切換弁群とを独立して
   接続する内部油路を形成するが、受信部へ所定値以上の
   信号が作用すると上記内部油路が連通する如く切換わる
   合流弁と、所定の油圧アクチュエータに作用する負荷を
   検出する負荷検出手段と、該油圧アクチュエータ用油圧
   切換弁の操作装置の操作量を検出する操作量検出手段
   と、上記２つの検出手段からの信号を加算して前記合流
   弁の受信部へ信号を入力する手段とからなる油圧アクチ
   ュエータの制御回路。