JP3113500B2 - 建設機械の旋回油圧回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、油圧ショベル等の旋回
停止の際、惰性旋回により旋回油圧回路に発生するバキ
ューム圧を防止する建設機械の旋回油圧回路に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図５に従来の油圧ショベルの油圧回路
（一部省略）を示す。

【０００３】車載エンジンにより駆動される油圧源１
は、複数のギア軸に一対の主ポンプ2a，2bおよびパイロ
ットポンプ３が設けられ、主ポンプ2a，2bの吐出量を制
御する斜板には斜板制御装置4a，4bが設けられている。

【０００４】主ポンプ2a，2bの吐出口から引出された各
々の圧油供給ラインは、方向制御弁５および同様の図示
されない並列回路に接続され、メインリリーフ弁41によ
り設定圧に保たれている。一方の主ポンプ2aに対応する
方向制御弁５は、走行モータ（左）用切換弁６、旋回モ
ータ用切換弁７およびステックシリンダ用切換弁８から
なる。なお、他方の主ポンプ2bに対応する図示されない
方向制御弁は、走行モータ（右）用切換弁、ブームシリ
ンダ用切換弁およびバケットシリンダ用切換弁からな
る。

【０００５】方向制御弁５の排油ラインは戻り油路23お
よび戻り油路24からなるが、戻り油路24は、スローリタ
ーンチェック弁15およびオイルクーラ９を経てオイルタ
ンク10に連通されている。

【０００６】前記パイロットポンプ３の吐出口から引出
されたパイロットラインは、パイロットリリーフ弁11を
経て、走行モータ（左）用操作弁12、旋回モータ用操作
弁13およびステックシリンダ用操作弁14に連通されてい
る。これらの各操作弁には、それぞれ操作レバーが設け
られている。例えば、旋回用操作弁13には操作レバー20
が設けられている。

【０００７】前記旋回用切換弁７の出力ポートは、旋回
モータ回路16に接続されている。この旋回モータ回路16
は、建設機械の上部旋回体を旋回駆動する旋回用油圧モ
ータ（以下、旋回モータという）17と、この旋回モータ
17の出入口の油圧ポートにつながる主油路22a ，22b
と、この主油路22a ，22b の間に設けられたクロスオー
バリリーフ弁18a ，18b およびチェック弁19a ，19b と
からなる。旋回モータ17の内部ドレン油はドレン油路36
を経てオイルタンク10にドレンする。

【０００８】前記旋回モータ回路16からメイクアップラ
イン21が引出され、このメイクアップライン21と前記方
向制御弁５からの戻り油路23とが合流してメインの戻り
油路24となり、この戻り油路24は前記チェック弁15およ
びオイルクーラ９を経てオイルタンク10に接続されてい
る。

【０００９】そして、油圧ショベルの上部旋回体（図示
せず）は慣性が大きいので、旋回動作の停止時に操作レ
バー20を中立位置に戻した時、かなりの角度を惰性によ
り旋回する。操作レバー20が中立位置の時は、旋回用切
換弁７は中立位置（Ｎ）になり、オールポートクローズ
である。したがって旋回モータ17の主回路22a 及び22b
では、旋回モータ17の駆動時の入口ポート、出口ポート
ともに作動油の供給、排出が絶たれる。旋回モータ17は
慣性により惰性旋回する上部旋回体により駆動されて、
ポンプ作用をし、出口側は閉回路に吐出される作動油に
より高圧になりクロスオーバリリーフ弁18a 又は18b を
通じてチェック弁19a 及び19b を押し開けて旋回モータ
17の入口側に流れ込む。しかし、出口側は高圧であり、
漏れによりドレン油路36に流れ出る油量が多くなり、こ
の分だけ入口側の油量が不足しバキュームになる。

【００１０】旋回モータ回路16では、旋回モータ17の入
口ポート、出口ポートにつながる主油路22a 及び22b 間
に設けられたチェック弁19a 及び19b の間は、メイクア
ップライン21および戻り油路24を通じオイルタンク10に
つながっているので、後述するスローリターンチェック
弁15がない場合は、上記入口側回路のバキューム圧によ
りオイルタンク10の作動油を吸入する、いわゆるプレフ
ィル回路によりバキューム現象を解消する。

【００１１】一方、図５に示されるように、従来は、バ
キューム圧を生じている旋回モータ17の入口側回路への
作動油の吸入を助けるために、前記オイルタンク10につ
ながる戻り油路24の途中にスローリターンチェック弁15
を設け、方向制御弁５の戻り油路23からオイルタンク10
に戻る作動油に抵抗を付与し、いわゆるクラッキング圧
を戻り油路24に発生させ、上記入口側回路のバキューム
に対する圧力差を高め、この圧力差により方向制御弁５
の戻り油路23からメイクアップライン21を経て入口側回
路に作動油を送り込むようにしている。このことより、
前記チェック弁15を「押込チェック弁」と呼んでいる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記チ
ェック弁15は、方向制御弁５のオイルタンク10への戻り
油路23と合流したメインの戻り油路24に設けられてお
り、油圧ショベルの他のアクチュエータが操作された時
のタンク10への戻り作動油が流過する位置にあるので、
常に前記クラッキング圧が発生する状況にある。このこ
とはクラッキング圧だけの圧力損失を常時生じることに
なり、エネルギ損失になっていて好ましくない問題点も
ある。

【００１３】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、油圧ショベル等の建設機械の旋回停止の際の惰性
旋回による旋回油圧回路でのバキューム圧の発生を防止
する手段として、旋回停止時以外の場合のクラッキング
圧による圧力損失およびエネルギ損失の問題のある押込
チェック弁に替えて、有効な手段を提供することを目的
とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、油圧源から旋回用切換弁を経て供給される油圧によ
り旋回用油圧モータを駆動して、下部走行体に対し上部
旋回体を旋回させる建設機械の旋回油圧回路において、
前記旋回用切換弁を含む複数の方向制御弁からの戻り油
路に旋回用油圧モータ回路のメイクアップラインが合流
された下流側の戻り油路中に設けた可変絞り弁と、前記
旋回用油圧モータを停止させる際の上部旋回体の慣性に
よる惰性回転数を検出する回転数センサと、前記可変絞
り弁より上流側の戻り油路中に挿入され該上流側の圧力
を検出する圧力センサと、前記回転数センサによる惰性
回転数の検出および前記圧力センサによる上流側圧力の
検出を受けて前記可変絞り弁に絞り指令を与えるコント
ローラとを具備した構成の建設機械の旋回油圧回路であ
る。

【００１５】

【作用】請求項１に記載の発明は、圧力センサによって
可変絞り弁より上流側の戻り油路の圧力を検出し、この
戻り油路の圧力によりコントローラを経て可変絞り弁の
絞り開度を制御することにより、戻り油路の流量に応じ
た絞り量を設定できる。通常時は戻り油路の圧力を最小
に保ち、惰性回転時の押込油圧が必要なときは可変絞り
弁の開度を絞って回転数に応じた適正な押込油圧を得
る。

【００１６】

【実施例】以下、本発明を図１および図２に示された前
提技術と、図３および図４に示された一実施例を参照し
て説明する。

【００１７】図１に示す前提技術は、建設機械としての
油圧ショベルの旋回油圧回路（一部省略）を示してい
る。なお、この図１にて、図５に示された従来例と同様
の部分には同一符号を付してその説明を省略する。

【００１８】旋回用油圧モータ（以下、旋回モータとい
う）17の回転軸に対し、旋回モータ17の回転数に比例し
た正のレベル信号を出す回転数センサ25を設ける。

【００１９】旋回用操作レバー20の下側に、この操作レ
バー20の旋回操作方向の動きを検出することにより結果
として操作レバー20を中立位置に戻す操作を検出する中
立検出センサとしての２個のスイッチ26a ，26b を設
け、この各スイッチ26a ，26bを通信ケーブル33a ，33b
を経てＮＯＲ論理素子27の入力部に接続して、スイッ
チ26a ，26b のＯＮ・ＯＦＦ信号をＮＯＲ論理素子27に
入力する。

【００２０】このＮＯＲ論理素子27は、二つの入力部の
少なくとも一方に入力があるとき（０，１）（１，０）
は、出力信号がなく、二つの入力部のいずれにも入力が
ないとき（０，０）は、ＯＮ信号を出力する。すなわ
ち、操作レバー20が中立位置に戻されると、スイッチ26
a ，26b からの信号は（０，０）であるから、このＮＯ
Ｒ論理素子27からＯＮ信号が出力される。

【００２１】前記回転数センサ25を通信ケーブル34を経
てＡＮＤ論理素子28の一方の入力部に接続するととも
に、前記ＮＯＲ論理素子27の出力部をＡＮＤ論理素子28
の他方の入力部に接続する。そして、回転数センサ25の
信号を有意値かゼロかの２値信号として処理したＯＮ・
ＯＦＦ信号を、通信ケーブル34を経てＡＮＤ論理素子28
の一方の入力側に、前記ＮＯＲ論理素子27の出力をＡＮ
Ｄ論理素子28の他方の入力側にそれぞれ入れる。

【００２２】このＡＮＤ論理素子28の出力部および前記
回転数センサ25の通信ケーブル34から分岐した通信ケー
ブル35をそれぞれコントローラ29の入力部に接続し、こ
のコントローラ29の出力部を電磁比例減圧弁30の制御部
（ソレノイド）に接続する。

【００２３】前記回転数センサ25および中立検出センサ
26a ，26b は、旋回用操作レバー20を中立位置に戻して
旋回用油圧モータ17を停止させる際の上部旋回体の慣性
による惰性回転を検出する惰性回転センサを構成してい
る。

【００２４】そして、操作レバー20が旋回操作方向にお
いて中立で、旋回モータ17が上部旋回体の慣性により惰
性回転をする時は、前記ＡＮＤ論理素子28の回路がＯＮ
信号を出力するので、そのＯＮ信号をうけたコントロー
ラ29が、前記回転数センサ25より通信ケーブル34，35を
経て得られた回転数レベル信号に基づいて、図２に示さ
れるように予め設定された関数１および関数２により演
算された電流値を電磁比例減圧弁30の制御信号として出
力する。

【００２５】前記電磁比例減圧弁30の１次側は油路31を
経てパイロットポンプ３に連通し、電磁比例減圧弁30の
２次側は油路32を経て、戻り油路24中に設けられている
可変絞り弁37のパイロット圧部に連通する。

【００２６】そして、電磁比例減圧弁30は、パイロット
ポンプ３より１次側にパイロット圧が導かれていて、前
記コントローラ29からの制御信号をうけて回転数センサ
25のレベル信号に比例した圧力を２次側に出力し、この
出力圧力を油路32を経て、前記可変絞り弁37のパイロッ
ト圧部に導く。

【００２７】次に、この前提技術の作用を説明する。

【００２８】パイロットポンプ３により生成され、パイ
ロットリリーフ弁11により一定圧に規制されたパイロッ
ト圧が油路31を通じて電磁比例減圧弁30の１次側まで導
かれている。操作レバー20には旋回操作を検出するスイ
ッチ26a 及び26b が設けられており、そのＯＮ・ＯＦＦ
信号が通信ケーブル33a 及び33b を通じてＮＯＲ論理素
子27に送られ、旋回操作をしているか否かが判別され
る。

【００２９】旋回モータ17には回転数センサ25が取付け
られていて、正逆転にかかわらず回転数に比例した正の
レベル信号を出す。このレベル信号を有意値かゼロかの
ＯＮ・ＯＦＦ信号として処理し、通信ケーブル34を通じ
てＡＮＤ論理素子28の入力の一方に入れ、前記ＮＯＲ論
理素子27の出力信号を前記ＡＮＤ論理素子28の他方の入
力に入れて判別する。

【００３０】結果として、上述の論理素子27，28からな
る論理素子回路は、操作レバー20が旋回動作から中立位
置に戻った状態で、旋回モータ17が上部旋回体の慣性に
より惰性回転をしている間は、ＡＮＤ論理素子28よりコ
ントローラ29へＯＮ信号を出力する。

【００３１】次に、上記の論理素子回路を含め、コント
ローラ29内での動作を図２のフローチャートにより示
す。なお、このフローチャート中の丸数字は処理手順を
示すステップ番号である。

【００３２】ステップは、前記ＮＯＲ論理素子27によ
ってなされる判断を示し、スイッチ26a ，26b により旋
回用操作レバー20が中立状態か否かが、すなわち旋回用
切換弁７が中立状態か否かが判断される。

【００３３】ステップは、前記ＡＮＤ論理素子28によ
りなされる判断を示し、ステップでＹＥＳの場合の
み、旋回モータ17に設けられた回転数センサ25により上
部旋回体の惰性回転の有無が判断される。

【００３４】ステップでは、上述のようにＡＮＤ論理
素子28よりコントローラ29へ出力信号が出ると、回転数
センサ25により検出された回転数に比例した正のレベル
信号が通信ケーブル34，35を通じてコントローラ29に入
り、予め旋回モータ回路16の特性にもとづいて設定され
た関数１の関係により、旋回回転数（惰性回転数）に対
する押込油圧値が演算され、この値がステップに示す
関数２に送られる。

【００３５】ステップでは、関数２により所定の押込
油圧を発生させるために必要な電磁比例減圧弁30に与え
るべき制御電流値が演算される。コントローラ29より前
記制御電流値が指示されて、ステップに示すように電
磁比例減圧弁30の開度が定まる。

【００３６】電磁比例減圧弁30の１次側には前述のよう
に油路31より一定のパイロット油圧が導かれており、前
記開度に基づく減圧により電磁比例減圧弁30の２次側に
生じる圧力によって可変絞り弁37の開度（絞り量）を絞
り調整することにより、戻り油路23からの戻り油をメイ
クアップライン21を通じて旋回油圧回路のバキューム発
生側に惰性回転数に応じた所定の押込油圧として供給す
る。

【００３７】すなわち、旋回用操作レバー20を中立位置
に戻しても、旋回モータ17が上部旋回体の惰性で回転し
ている間は、可変絞り弁37の開度を旋回モータ17の回転
数に応じて流路抵抗大となるように小さく制御すること
により、メイクアップライン21に惰性回転数に応じた押
込油圧を供給する。

【００３８】一方、それ以外の条件（レバー20が非中
立、または旋回モータ17が非回転）では、可変絞り弁37
の開度が最大に設定され、この可変絞り弁37での圧力損
失およびエネルギ損失が最小限に押さえられる。

【００３９】以上の図１および図２に基づく前提技術
は、戻り油路24の流量（圧力）に関係なく、回転数セン
サ25にて検出された回転数との関係で対応する絞りを加
えるので、戻り油路24の流量が多いときは絞り過ぎにな
り、押込油圧が高圧になり過ぎるおそれがある。したが
って、予想される最大流量時に許容圧力以下になるよう
に絞り量を設定しなければならず、このため流量が少な
いときは充分な押込油圧が得られないこともあり得る。

【００４０】そこで、図３を参照して、本発明に係る一
実施例を説明すると、前記可変絞り弁37より上流側の戻
り油路24中に圧力センサ38を挿入し、該圧力センサ38に
より可変絞り弁37より上流側の戻り油路圧力を検出する
とともに、該圧力センサ38の出力部を信号ケーブル39に
よりコントローラ29の入力部に接続して、前記圧力セン
サ38にて検出された戻り油路24の圧力情報を可変絞り弁
制御用のコントローラ29に入力することにより、可変絞
り弁37の絞り開度を戻り油路24の流量（圧力）に応じた
絞り量に制御する。なお、この図３に示された実施例
は、前記圧力センサ38を付加した１点のみが図１に示さ
れた前提技術と異なり、他の部分は同一であるから、他
の部分の図示および説明は省略する。

【００４１】図４は、図３のコントローラ29における処
理手順を示すフローチャートであり、回転数センサ25お
よび中立検出センサ26a ，26b により上部旋回体の惰性
回転を制動しようとするブレーキ状態であるか否かを判
定し（ステップ11）、そのような状態にない通常時（ス
テップ11でＮＯのとき）は、可変絞り弁37の開度を全開
に制御して、戻り油路24の圧力を最小に保つようにする
（ステップ12）。

【００４２】一方、惰性回転時（ステップ11でＹＥＳの
とき）は、戻り油路24に押込油圧が必要であるが、圧力
センサ38で検出した戻り油路24の圧力が所要押込油圧よ
り大のとき（ステップ13でＹＥＳのとき）は、可変絞り
弁37の開度を大きくして戻り油路24の絞り圧を所要押込
油圧まで下げるようにする（ステップ14）。

【００４３】また、圧力センサ38で検出した戻り油路24
の圧力が所要押込油圧より小のとき（ステップ13でＮＯ
のとき）は、可変絞り弁37の開度を絞って戻り油路24の
絞り圧を所要押込油圧まで上げるようにする（ステップ
15）。

【００４４】このようにして、通常時は、戻り油路24の
圧力を最小に保ち（絞り全開）、また、惰性回転時のよ
うに戻り油路24に所要の押込油圧が必要な時は、上部旋
回体の回転数だけでなく戻り油路24の圧力も検出して、
可変絞り弁37の絞り開度を制御するから、メイクアップ
ライン21へ適正な押込油圧を供給できる。

【００４５】なお、本発明は、コントローラ29から出力
された電気信号により可変絞り弁37を直接制御してもよ
い。その場合、可変絞り弁37は電磁作動方式のものを使
用する。

【００４６】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、可変絞
り弁より上流側の戻り油路中に圧力センサを挿入し、該
圧力センサにより検出した上流側圧力に基づきコントロ
ーラから前記可変絞り弁に絞り指令を与えるようにした
から、通常時は、絞り量を全開にして圧力損失を最少に
し、また惰性回転を制動するブレーキ時は、戻り油量に
応じた絞り量を設定できるので、最適な押込油圧が得ら
れる。また、押込油圧が過大になって機器が損傷するお
それを防ぐこともできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る旋回油圧回路の前提技術を示す回
路図である。

【図２】同上旋回油圧回路に対する押込油圧制御系の処
理手順を示すフローチャートである。

【図３】本発明に係る旋回油圧回路の一実施例を示す部
分的な回路図である。

【図４】図３に示されたコントローラでの処理手順を示
すフローチャートである。

【図５】従来の建設機械の旋回油圧回路を示す回路図で
ある。

【符号の説明】

１ 油圧源 ５ 方向制御弁 ７ 旋回用切換弁 17 旋回用油圧モータ（旋回モータ） 21 メイクアップライン 23 戻り油路 24 戻り油路 25 回転数センサ 29 コントローラ 37 可変絞り弁 38 圧力センサ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 油圧源から旋回用切換弁を経て供給され
   る油圧により旋回用油圧モータを駆動して、下部走行体
   に対し上部旋回体を旋回させる建設機械の旋回油圧回路
   において、 前記旋回用切換弁を含む複数の方向制御弁からの戻り油
   路に旋回用油圧モータ回路のメイクアップラインが合流
   された下流側の戻り油路中に設けた可変絞り弁と、 前記旋回用油圧モータを停止させる際の上部旋回体の慣
   性による惰性回転数を検出する回転数センサと、 前記可変絞り弁より上流側の戻り油路中に挿入され該上
   流側の圧力を検出する圧力センサと、 前記回転数センサによる惰性回転数の検出および前記圧
   力センサによる上流側圧力の検出を受けて前記可変絞り
   弁に絞り指令を与えるコントローラとを具備したことを
   特徴とする建設機械の旋回油圧回路。