JP3481674B2 - 建設機械の油圧回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、建設機械の油圧回路、
特に比較的大慣性のアクチュエータを含む油圧回路に係
り、さらにこのような回路における複合操作性およびエ
ネルギ効率の向上を達成することができる油圧回路の改
良に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、建設機械の油圧回路は、複数の
アクチュエータを同時に駆動する際の操作性、いわゆる
複合操作性を向上するために、例えば補助弁を備えたロ
ードセンシング回路として構成されている。

【０００３】図２は、この種の油圧回路を示すものであ
る。なお、図示例においては３つのアクチュエータ系統
からなるものが示されている。しかるに、図２において
は、ネガティブ制御可変容量ポンプ１０のポンプライン
１２からの吐出圧油を、各アクチュエータ３２、３４、
３６に対して、それぞれの分岐ポンプライン１４、１
６、１８と、方向切換弁２０、２２、２４と、アクチュ
エータライン２６、２８、３０とを介して給排すると共
に、その戻り油をそれぞれの前記方向切換弁２０、２
２、２４およびそれぞれの分岐タンクライン３８、４
０、４２と、絞り補助弁４４、４６、４８とを介してパ
ラレルにタンク５０へ排出するように構成されている。
前記各方向切換弁２０、２２、２４には、その対応する
アクチュエータ３２、３４、３６の負荷圧力を検出する
信号ライン５２、５４、５６と、これら全負荷圧力の中
の全最大負荷圧力を高圧選択手段５８、６０を介して検
出する信号ライン６２とが設けられている。そして、各
絞り補助弁４４、４６、４８には、その開方向にそれぞ
れの信号ライン５２、５４、５６を介して前記各対応す
るアクチュエータ３２、３４、３６の負荷圧力と、ばね
４４ａ、４６ａ、４８ａの圧力とを印加し、閉方向には
信号ライン６２を介して前記全最大負荷圧力をそれぞれ
印加すると共に、前記信号ライン６２を介して前記最大
負荷圧力を可変容量ポンプ１０の流量制御手段１０ａに
も印加するように構成されている。なお、図中の参照符
号６４はリリーフ弁を示す。

【０００４】従って、このような構成によれば、各方向
切換弁２０、２２、２４を操作すると、一般的に、その
開度に見合ったポンプ油量が、それぞれのアクチュエー
タ３２、３４、３６へ供給されるので、油圧回路の操作
性、特に複合操作性が向上する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の油圧回路は、特にこの回路内に比較的大慣性のアク
チュエータが含まれている場合に、以下に述べるような
難点を有していた。

【０００６】すなわち、前記従来の油圧回路（図２）に
おいて、例えばアクチュエータ３２が大慣性の旋回用で
あり、この旋回用アクチュエータ３２と小慣性アクチュ
エータ３４（例えばブーム用）とを同時駆動すべく、そ
れらの対応する両方向切換弁２０、２２を同時操作する
場合を想定する。この操作直後においては、ポンプライ
ン１２内の圧力が上昇しても、アクチュエータ３２はそ
の大慣性のために即座には動作しないので、前記上昇圧
力に対応する大慣性アクチュエータ３２の昇圧負荷圧力
が信号ライン６２を介して対応する両絞り補助弁４４、
４６の一側面、すなわち閉方向にそれぞれ印加される。
しかるに、この時、旋回用補助弁４４は、その他側面、
すなわち開方向にも信号ライン５２を介して前記大慣性
アクチュエータ３２の昇圧負荷圧力（およびばね４４ａ
の圧力）が印加されているので、全開位置を保持してい
る。一方のブーム用補助弁４６は、その他側面、すなわ
ち開方向には信号ライン５４を介して小慣性アクチュエ
ータ３４の負荷圧力（およびばね４６ａの圧力）が印加
されており、この場合に大慣性アクチュエータ３２の昇
圧負荷圧力は小慣性アクチュエータ３４の負荷圧力に比
較して極めて大きいことは明らかであるので、前記補助
弁は極度に絞られている。従って、この結果、ブーム用
アクチュエータ３４は、旋回用アクチュエータ３２が所
定速度まで増速される間（通常、２秒前後）は、極く低
速でしか駆動されず、従ってエネルギ損失も発生してい
た。

【０００７】そこで、本発明の目的は、大慣性および小
慣性のアクチュエータからなる建設機械の油圧回路にお
いて、これら両者の複合操作の始動時に、後者が過度に
減速されることのない油圧回路を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】先の目的を達成するため
に、本発明に係る建設機械の油圧回路は、ネガティブ制
御可変容量ポンプのポンプライン吐出圧油を各アクチュ
エータに対してそれぞれの分岐ポンプライン、方向切換
弁、アクチュエータラインを介して給排すると共に、そ
の戻り油をそれぞれの前記方向切換弁およびそれぞれの
分岐タンクライン、絞り補助弁を介してパラレルにタン
クへ排出する建設機械の油圧回路において、前記各アク
チュエータ用の方向切換弁は、１つのバイパス通路付オ
ープンセンタ型と、１つもしくは複数のクローズドセン
タ型とから形成すると共に、これら各方向切換弁からそ
のそれぞれの対応するアクチュエータの負荷圧力を検出
し、さらにこれら負荷圧力の中からオープンセンタ型の
対応するアクチュエータの負荷圧力を除く最大負荷圧力
を選定し、前記オープンセンタ型の方向切換弁の前記バ
イパス通路にはポンプラインからタンクへ連通するバイ
パスラインを接続すると共に、このバイパスライン上に
は上流側から順に圧力補償付流量制御弁と圧力発生手段
とを設け、前記各絞り補助弁には、その開方向に当該対
応するアクチュエータの負荷圧力およびばね圧を印加す
ると共に、閉方向には前記最大負荷圧力をそれぞれ印加
し、前記圧力補償付流量制御弁には、その開方向にこの
制御弁の上流側バイパスラインの圧力を印加すると共
に、閉方向には前記最大負荷圧力およびばね圧をそれぞ
れ印加して、前記圧力発生手段の上流側圧力を介して前
記ネガティブ制御可変容量ポンプを制御するように構成
することを特徴とする。

【０００９】この場合、オープンセンタ型の方向切換弁
は大慣性用アクチュエータに対応し、クローズドセンタ
型の方向切換弁は小慣性用アクチュエータに対応するよ
うに構成することができる。

【００１０】 また、最も一般的には、大慣性アクチュ
エータは旋回アクチュエータによって、そして小慣性ア
クチュエータはブームもしくはアームによって構成する
ことができる。

【００１１】

【作用】本発明においては、小慣性アクチュエータ用の
絞り補助弁に対する閉方向に印加される圧力が、従来の
大慣性アクチュエータの負荷圧力を含む高圧の全最大負
荷圧力から適宜低圧の小慣性最大負荷圧力に変更される
ように構成されており、これにより大慣性および小慣性
アクチュエータの複合操作始動時には、これら全アクチ
ュエータ用の各絞り補助弁が全て全開もしくは開放状態
に保持されると共に、可変容量ポンプはその吐出流量が
増大されるように構成されている。従って、本発明によ
れば、複合操作始動時には、先ず小慣性アクチュエータ
がその対応する駆動圧力で順次駆動され、その後大慣性
アクチュエータがゆっくりと加速される。すなわち、従
来のこの種の油圧回路において発生していた、小慣性ア
クチュエータの過度の速度低下およびこれに伴うエネル
ギ損失を防止することができる。

【００１２】

【実施例】次に、本発明に係る建設機械の油圧回路の一
実施例を添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。
なお、説明の便宜上、図２に示す従来の構造と同一の構
成部分には同一の参照符号を付し、詳細な説明は省略す
る。

【００１３】図１において、先ず、本発明に係る油圧回
路の基本的構成は、前記従来のそれと同一である。従っ
て、重複するが、理解し易くするために再び簡単に説明
する。油圧回路は、基本的には、ネガティブ制御可変容
量ポンプ１０のポンプライン１２の吐出圧油を、各アク
チュエータ３２、３４、３６に対して、それぞれの分岐
ポンプライン１４、１６、１８と、方向切換弁２０、２
２、２４と、アクチュエータライン２６、２８、３０と
を介して給排すると共に、その戻り油をそれぞれの前記
方向切換弁２０、２２、２４およびそれぞれの分岐タン
クライン３８、４０、４２と、絞り補助弁４４、４６、
４８とを介してパラレルにタンク５０へ排出するよう構
成されている。なお、前記各方向切換弁２０、２２、２
４には、その対応するアクチュエータ３２、３４、３６
の負荷圧力を検出する信号ライン５２、５４、５６がそ
れぞれ設けられており、また本発明においては、前記ア
クチュエータは、１つの比較的大慣性の、最も一般的に
は旋回用のアクチュエータ３２と、１つもしくは複数
（図示の実施例では２つ）の比較的小慣性の、例えばブ
ームおよびアーム用のアクチュエータ３４、３６とから
構成されている。

【００１４】しかるに、本発明においては、前記構成に
おいて、方向切換弁は、大慣性旋回用アクチュエータ３
２のバイパス通路２０ａ付オープンセンタ型の方向切換
弁２０と、小慣性ブームおよびアームアクチュエータ３
４、３６用のクローズドセンタ型の方向切換弁２２、２
４とから形成すると共に、これらの前記各信号ライン５
２、５４、５６の負荷圧力の中から、高圧選択手段７０
を介して、オープンセンタ型の方向切換弁２０の対応す
るアクチュエータ（大慣性旋回用アクチュエータ）３２
の信号ライン５２の負荷圧力を除く小慣性最大負荷圧力
を選定して小慣性最大信号ライン７２へ導くよう構成す
る。

【００１５】 また、オープンセンタ型の方向切換弁２
０の前記バイパス通路２０ａには、ポンプライン１２か
らタンク５０へ連通するバイパスライン７４を接続する
と共に、このバイパスライン７４上には上流側から順に
圧力補償付流量制御弁７６と圧力発生手段７８とを設け
る。そして、各絞り補助弁４４、４６、４８には、その
開方向にそれぞれの信号ライン５２、５４、５６を介し
て当該対応するアクチュエータ３２、３４、３６の負荷
圧力と、各ばね４４ａ、４６ａ、４８ａの圧力とを印加
すると共に、閉方向にはそれぞれ信号ライン７２を介し
て前記小慣性最大負荷圧力をそれぞれ印加する。また、
圧力補償付流量制御弁７６には、その開方向に信号ライ
ン７６ａを介してこの制御弁７６の上流側バイパスライ
ンの圧力を印加すると共に、閉方向には信号ライン７２
を介して前記小慣性最大負荷圧力と、ばね７６ｂの圧力
とをそれぞれ印加する。そして、さらに圧力発生手段７
８の上流側圧力を信号ライン８０を介して流量制御機構
１０ａに印加して、制御圧力の減少に伴ってポンプ吐出
流量を増加させ、逆に制御圧力の増加に伴ってポンプ吐
出流量を減少させて、可変容量ポンプ１０の吐出流量を
ネガティブ制御するように構成する。

【００１６】従って、本発明に係る油圧回路は、以下の
ように作動する。

【００１７】先ず初めに、各アクチュエータ３２、３
４、３６が駆動されておらず、すなわち各方向切換弁２
０、２２、２４が全て中立位置にある状態では、クロー
ズドセンタ型の方向切換弁２２、２４の信号ライン５
４、５６は、それぞれ分岐タンクライン４０、４２へ接
続されているので、信号ライン７２の圧力は低圧に保持
される。従って、圧力補償付流量制御弁７６は、信号ラ
イン７６ａを介してバイパスライン７４の圧力により開
放状態に維持されて、信号ライン８０の圧力は高圧に保
持され、この高圧が可変容量ポンプ１０の流量制御機構
１０ａに導かれ、制御圧力が高圧のときポンプ吐出流量
を減少させるネガティブ制御により可変容量ポンプ１０
の吐出流量はミニマムに維持されている。

【００１８】次に、前記状態において、各アクチュエー
タ、すなわち大慣性旋回用アクチュエータ３２および小
慣性ブーム、アーム用アクチュエータ３４、３６を同時
駆動すべく、その各方向切換弁２０、２２、２４を同時
操作する場合を想定する。この場合、前述したように、
アクチュエータ３２は、その大慣性のために即座には動
作しないので、前記操作直後においては、ポンプライン
１２には大慣性アクチュエータ３２に基因する上昇圧力
が発生する。しかるに、この上昇圧力は、本発明におい
ては、前記従来技術の場合とは異なり、小慣性アクチュ
エータ３４、３６の対応する絞り補助弁４６、４８には
影響されない。

【００１９】すなわち、本発明においては、前述したよ
うに、各補助弁４４、４６、４８の開方向には当該対応
するアクチュエータの負荷圧力の印加方法は、前述した
ように、そのそれぞれの開方向に当該対応するアクチュ
エータ３２、３４、３６の負荷圧力および各ばね４４
ａ、４６ａ、４８ａの圧力を印加すると共に、閉方向に
は小慣性最大負荷圧力をそれぞれ印加するように構成さ
れている。言換えれば、大慣性アクチュエータ３２用の
対応する絞り補助弁４４には、その開方向に、閉方向の
小慣性最大負荷圧力より大きい大慣性アクチュエータ３
２の負荷圧力とばね４４ａの圧力とが印加されている。
また、小慣性アクチュエータ３４、３６用の対応する絞
り補助弁４６、４８には、その開方向に、閉方向の小慣
性最大負荷圧力と同一もしくはほぼ同一の当該対応する
小慣性アクチュエータ３４、３６の負荷圧力とばね４６
ａ、４８ａの圧力とがそれぞれ印加されている。従っ
て、これら各絞り補助弁４６、４８は、いずれも全開も
しくは開放状態が保持されている。なお、この時、圧力
補償付流量制御弁７６は、開放状態が維持されているこ
とは明らかであるが、方向切換弁２０はそのバイパス通
路２０ａが絞られているので、圧力発生手段７８の上流
側圧力、すなわち信号ライン８０の圧力は低下してお
り、従って、流量制御機構１０ａを介して可変容量ポン
プ１０の吐出流量は増大するようにネガティブ制御され
る。

【００２０】このように、本発明においては、大慣性お
よび小慣性アクチュエータの複合操作始動時には、全ア
クチュエータ用の各絞り補助弁が全て全開もしくは開放
状態に保持される。すなわち、従来のこの種の油圧回路
におけるように、小慣性アクチュエータ用の絞り補助弁
が大慣性アクチュエータの前記大慣性に基因して絞られ
ることがなく、しかも可変容量ポンプはその吐出流量が
増大するように制御されるので、前記複合操作始動時に
は、先ず小慣性アクチュエータがその対応する駆動圧力
で順次駆動され、その後大慣性アクチュエータがゆっく
りと加速される。

【００２１】従って、本発明によれば、複合操作始動時
においても、前記従来の油圧回路におけるような小慣性
アクチュエータの過度の速度低下およびこれに伴うエネ
ルギ損失が発生することはない。従って、この種の油圧
回路における複合操作性およびエネルギ効率を大幅に向
上することができる。なお、前記実施例の説明におい
て、小慣性アクチュエータがブームもしくはアーム等の
１つだけである場合にも同様に作動することは、極めて
容易に理解されるところである。

【００２２】以上、本発明の好適な実施例について説明
したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、本
発明の精神を逸脱しない範囲内において多くの設計変更
が可能である。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る建設
機械の油圧回路は、大慣性のアクチュエータを含む全て
のアクチュエーに対して、ネガティブ制御可変容量ポン
プのポンプライン吐出圧油をそれぞれの方向切換弁およ
び絞り補助弁を介してパラレルにタンクへ給排する油圧
回路において、方向切換弁は、大慣性アクチュエータ用
のバイパス通路付オープンセンタ型の方向切換弁と小慣
性アクチュエータ用のクローズドセンタ型の方向切換弁
とから形成すると共に、これら各方向切換弁から検出し
た各対応するアクチュエータの負荷圧力の中から大慣性
アクチュエータの負荷圧力を除く小慣性最大負荷圧力を
選定し、オープンセンタ型の方向切換弁の前記バイパス
通路にはポンプラインからタンクへ連通するバイパスラ
インを接続すると共に、このバイパスライン上には上流
側から順に圧力補償付流量制御弁と圧力発生手段とを設
け、これにより各絞り補助弁にはその開方向に当該対応
するアクチュエータの負荷圧力およびばね圧力を印加す
ると共に、閉方向には前記小慣性最大負荷圧力をそれぞ
れ印加し、圧力補償付流量制御弁にはその開方向にこの
制御弁の上流側バイパスラインの圧力を印加すると共
に、閉方向には前記小慣性最大負荷圧力およびばね圧力
をそれぞれ印加し、さらに圧力発生手段の上流側圧力を
介してネガティブ制御可変容量ポンプを制御するように
構成したことにより、小慣性アクチュエータ用の絞り補
助弁に対する閉方向印加圧力を、従来の大慣性アクチュ
エータの負荷圧力を含む高圧の全最大負荷圧力から適宜
低圧の小慣性最大負荷圧力に変更するように構成され、
これにより、大慣性および小慣性アクチュエータの複合
操作始動時には、全アクチュエータ用の各絞り補助弁が
全て全開もしくは開放状態に保持されると共に、可変容
量ポンプはその吐出流量を増大するように制御される。
従って、前記複合操作始動時には、先ず小慣性アクチュ
エータがその対応する駆動圧力で順次駆動され、その後
大慣性アクチュエータがゆっくりと加速される。

【００２４】すなわち、本発明によれば、従来のこの種
の油圧回路において発生していた、複合操作始動時にお
ける小慣性アクチュエータの過度の速度低下およびこれ
に伴うエネルギ損失を防止することができる。また、本
発明は、比較的簡単に構成し得る利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る建設機械の油圧回路の一実施例を
示す油圧系統図である。

【図２】従来の建設機械の油圧回路を示す油圧系統図で
ある。

【符号の説明】

１０ 可変容量ポンプ １０ａ 流量制御機構 １２ ポンプライン １４、１６、１８ 分岐ポンプライン ２０ オープンセンタ型方向切換弁 ２２、２４ クローズドセンタ型方向切換弁 ２６、２８、３０ アクチュエータライン ３２ 大慣性（旋回）アクチュエータ ３４ 小慣性（ブーム）アクチュエータ ３６ 小慣性（アーム）アクチュエータ ３８、４０、４２ 分岐タンクライン ４４、４６、４８ 絞り補助弁 ４４ａ、４６ａ、４８ａ ばね ５０ タンク ５２、５４、５６ 信号ライン ５８、６０ 高圧選択手段 ６４ リリーフ弁 ７０ 高圧選択手段 ７２ 小慣性最大信号ライン ７４ バイパスライン ７６ 圧力補償付流量制御弁 ７６ａ 信号ライン ７６ｂ ばね ７８ 圧力発生手段 ８０ 信号ライン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F15B 11/00 - 11/22 E02F 9/22

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ネガティブ制御可変容量ポンプのポンプ
   ライン吐出圧油を各アクチュエータに対してそれぞれの
   分岐ポンプライン、方向切換弁、アクチュエータライン
   を介して給排すると共に、その戻り油をそれぞれの前記
   方向切換弁およびそれぞれの分岐タンクライン、絞り補
   助弁を介してパラレルにタンクへ排出する建設機械の油
   圧回路において、前記各アクチュエータ用の方向切換弁
   は、１つのバイパス通路付オープンセンタ型と、１つも
   しくは複数のクローズドセンタ型とから形成すると共
   に、これら各方向切換弁からそのそれぞれの対応するア
   クチュエータの負荷圧力を検出し、さらにこれら負荷圧
   力の中からオープンセンタ型の対応するアクチュエータ
   の負荷圧力を除く最大負荷圧力を選定し、前記オープン
   センタ型の方向切換弁の前記バイパス通路にはポンプラ
   インからタンクへ連通するバイパスラインを接続すると
   共に、このバイパスライン上には上流側から順に圧力補
   償付流量制御弁と圧力発生手段とを設け、前記各絞り補
   助弁には、その開方向に当該対応するアクチュエータの
   負荷圧力およびばね圧を印加すると共に、閉方向には前
   記最大負荷圧力をそれぞれ印加し、前記圧力補償付流量
   制御弁には、その開方向にこの制御弁の上流側バイパス
   ラインの圧力を印加すると共に、閉方向には前記最大負
   荷圧力およびばね圧をそれぞれ印加して、前記圧力発生
   手段の上流側圧力を介して前記ネガティブ制御可変容量
   ポンプを制御するように構成することを特徴とする建設
   機械の油圧回路。
2. 【請求項２】 オープンセンタ型の方向切換弁は大慣性
   用アクチュエータに対応し、クローズドセンタ型の方向
   切換弁は小慣性用アクチュエータに対応する請求項１記
   載の建設機械の油圧回路。
3. 【請求項３】 大慣性アクチュエータは旋回アクチュエ
   ータであり、小慣性アクチュエータはブームもしくはア
   ームである請求項１記載の建設機械の油圧回路。