JP3572118B2 - 建設機械の制御回路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、油圧ショベル等の建設機械に備えられ、メータアウト側に重力が作用する状態と、メータイン側に負荷の反力が作用する状態とが選択的に生じ得るアクチュエータを備えるとともに、このアクチュエータの駆動をロードセンシング差圧に応じて制御する制御回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、この種の従来の建設機械の制御回路を示す回路図である。
この従来例は、例えば油圧ショベルに備えられるものであり、油圧ポンプとして可変容量油圧ポンプ１を備えるとともに、この油圧ポンプ１から吐出される圧油によって駆動し、矢印９で示すようにアーム等の負荷７によってメータアウト側に重力が作用する状態と、矢印１０で示すように負荷７の接地に伴って、メータイン側に負荷７の反力が作用する状態とが選択的に生じ得るアクチュエータ、例えばアームシリンダ６を備えている。
【０００３】
また、油圧ポンプ１からアームシリンダ６に供給される圧油の流れを制御するメータイン可変絞り３Ａと、アームシリンダ６からタンク８に戻される圧油の流れを制御するメータアウト可変絞り３Ｂと、メータイン可変絞り３Ａの下流側とアームシリンダ６のメータイン側６ａとを連絡するメータイン主管路６Ａと、メータアウト可変絞り３Ｂの上流側とアームシリンダ６のメータアウト側６ｂを連絡するメータアウト主管路６Ｂとを備えるとともに、アームシリンダ６のメータアウト側６ｂに重力が作用する状態のときに、メータアウト主管路６Ｂからメータイン主管路６Ａへの圧油の供給が可能な再生管路６Ｃと、この再生管路６Ｃの通過流量を制御可能な制御絞り３Ｃと、再生管路６Ｃに設けられ、メータイン主管路６Ａからメータアウト主管路６Ｂへの圧油の逆流を防止する逆止弁３Ｄとを備えている。
【０００４】
さらに、油圧ポンプ１の吐出圧ＰＰを検出するポンプ圧検出管路５と、アクチュエータ例えばアームシリンダ６の負荷圧を検出する負荷圧検出管路４とを備えている。負荷圧検出管路４の負荷圧の取出し点４ａは、例えばメータイン可変絞り３Ａの下流に位置するメータイン主管路６Ａ上に設定されている。また、メータイン可変絞り３Ａへの供給流量を、ポンプ圧検出管路５によって検出される油圧ポンプ１の吐出圧ＰＰと、負荷圧検出管路４によって検出されるアームシリンダ６の負荷圧ＰＬＯとの差圧であるロードセンシング差圧ΔＰＬＳに応じて制御可能な流量制御手段、例えば油圧ポンプ１の傾転角を制御するレギュレータ２を備えている。このレギュレータ２の一方のパイロット室には、負荷圧検出管路４を経てアームシリンダ６の負荷圧ＰＬＯが導かれ、レギュレータ２の他方のパイロット室には、ポンプ圧検出管路５を経て油圧ポンプ１の吐出圧ＰＰが導かれ、吐出圧ＰＰと負荷圧ＰＬＯとの差圧であるロードセンシング差圧ΔＰＬＳが、ばね２Ａの付勢力によって決まる目標とする設定差圧となるように油圧ポンプ１の吐出量ＱＰＯが制御される。
【０００５】
この従来例では、負荷７が同図３の矢印９で示すように空中に位置する状態から、その負荷７の重力によって下降し、アームシリンダ６のメータアウト側６ｂに当該アームシリンダ６の駆動を制御する圧力が発生する状態、すなわち再生時には、メータアウト主管路６Ｂを流れる圧油の一部が、再生管路６Ｃに供給され、逆止弁３Ｄ、制御絞り３Ｃを経て、メータイン主管路６Ａに供給される。このとき、レギュレータ２が油圧ポンプ１の吐出圧ＰＰとアームシリンダ６の負荷圧ＰＬＯに応じて駆動し、ロードセンシング差圧（ΔＰＬＳ＝ＰＰ−ＰＬＯ）が、ばね２Ａの付勢力で決まる設定差圧となるように油圧ポンプ１の吐出流量ＱＰＯが制御される。図４の特性線１１は、このときのロードセンシング差圧ΔＰＬＳとポンプ吐出流量ＱＰＯとの関係を示している。したがって、この再生時には再生管路６Ｃから供給される再生流量ＱＳと、油圧ポンプ１から供給される吐出流量ＱＰＯとが合流（ＱＰＯ＋ＱＳ）されて、メータイン主管路６Ａに供給される。
【０００６】
このように再生流量ＱＳを吐出流量ＱＰＯに合流させることにより、負荷７の重力エネルギーをアームシリンダ６の作動速度の増速に利用するとともに、アームシリンダ６のメータイン側６ａでのキャビテーションの発生を防ぐようにしている。なお、アームシリンダ６の作動速度は、メータアウト主管路６Ｂの圧力、すなわち負荷７の重量と、メータアウト主管路６Ｂに設けたメータアウト可変絞り３Ｂの開口面積、すなわちメータアウト可変絞り３Ｂからタンク８への流出量と、再生管路６Ｃに設けた制御絞り３Ｃの開口面積、すなわち再生流量ＱＳなどに応じて決められる。図４の特性線１２は、このときにアームシリンダ６に供給される流量を示している。
【０００７】
そして、上述のように負荷７が降下しながらも空中に位置する状態から接地する状態に変わると、負荷７の反力が矢印１０に示すように作用し、これによりアームシリンダ６のメータイン側６ａに当該アームシリンダ６の駆動を制御する圧力が発生する状態、すなわち再生解除の状態となる。この状態ではメータアウト主管路６Ｂから再生管路６Ｃに再生流量は流れない。したがって、メータイン主管路６Ａには、ロードセンシング差圧ΔＰＬＳに基づく油圧ポンプ１の吐出流量ＱＰＯだけが供給され、この比較的少ない流量（図４の特性線１１に対応するもの）がアームシリンダ６に供給される。
【０００８】
なお、この種の公知技術としては、例えば特開昭６３−８３８０８号公報に記載のものがある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上述のように、図３に例示した従来例においては、再生流量ＱＳが、メータアウト主管路６Ｂの圧力、すなわち負荷７の重量の大きさによって決まるが、ここで負荷７の重量は、降下する負荷７の位置の変化に伴って変り得るものである。したがって、再生流量ＱＳはほとんどの場合一定流量とならず、場合によっては再生流量ＱＳが少なくなって、アームシリンダ６のメータイン側６ａに流入する流量が不足し、このメータイン側６ａにキャビテーションを発生させてしまうことがある。このようなキャビテーションが発生すると、当該制御回路を構成する油圧機器及び管路に望ましくない振動を与えてしまい、これらの油圧機器及び管路の耐久性を劣化させる問題を生じる。
【００１０】
本発明は、上記した従来技術における実情に鑑みてなされたもので、その目的は、再生時にアクチュエータに供給される流量を増加させることができる建設機械の制御回路を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明の請求項１に係る発明は、
油圧ポンプと、
この油圧ポンプから吐出される圧油によって駆動し、メータアウト側に重力が作用する状態と、メータイン側に負荷の反力が作用する状態とが選択的に生じ得るアクチュエータと、
上記油圧ポンプから上記アクチュエータに供給される圧油の流れを制御するメータイン可変絞りと、
上記アクチュエータからタンクに戻される圧油の流れを制御するメータアウト可変絞りと、
上記メータイン可変絞りの下流側と上記アクチュエータの上記メータイン側とを連絡するメータイン主管路と、
上記メータアウト可変絞りの上流側と上記アクチュエータのメータアウト側を連絡するメータアウト主管路と、
上記メータアウト側に重力が作用する状態のときに、上記メータアウト主管路から上記メータイン主管路への圧油の供給が可能な再生管路と、
この再生管路の通過流量を制御可能な制御絞りと、
上記油圧ポンプの吐出圧を検出するポンプ圧検出管路と、
上記アクチュエータの負荷圧を検出する負荷圧検出管路と、
上記メータイン可変絞りへの供給流量を、上記ポンプ圧検出管路によって検出される上記油圧ポンプの吐出圧と、上記負荷圧検出管路によって検出される上記アクチュエータの負荷圧との差圧であるロードセンシング差圧に応じて制御可能な流量制御手段とを備えた建設機械の制御回路において、
上記制御絞りの下流側の上記再生管路部分を上記負荷圧検出管路に接続するとともに、この負荷圧検出管路と再生管路との接続点と、上記メータイン可変絞りの下流に位置する上記負荷圧検出管路の負荷圧の取出し点との間に位置する当該負荷圧検出管路部分に、この負荷圧検出管路部分を流れる圧油に抵抗を付与する抵抗要素を設け、
上記負荷圧検出管路で検出された圧力に応じて上記流量制御手段を駆動する構成にしてある。
【００１２】
【作用】
本発明の請求項１に係る発明は、アクチュエータのメータイン側に負荷の反力が作用する状態である再生解除時には、再生管路には再生流量は流れず、これに伴い制御絞りの下流側の再生管路部分の圧力は、アクチュエータの負荷圧と等しくなる。したがって、流量制御手段は、ポンプ圧検出管路で検出される油圧ポンプの吐出圧と負荷圧検出管路で検出される負荷圧との差圧であるロードセンシング差圧に応じて駆動し、メータイン可変絞りに流入する流量は当該ロードセンシング差圧に応じた比較的少ない流量となり、この比較的少ない流量がアクチュエータに供給される。
【００１３】
また、アクチュエータのメータアウト側に重力が作用する状態である再生時には、メータアウト主管路に流れる圧油の一部が再生管路に流れるが、この再生管路に流れた再生流量は、一旦、負荷圧検出管路に流入し、抵抗要素を経てメータイン可変絞りの下流に流入する。すなわち、メータイン可変絞りの下流において、ポンプ吐出流量に再生流量が合流し、その合流した流量がアクチュエータに接続される。このとき再生管路と負荷圧検出管路の接続点と、メータイン可変絞りの下流に位置する負荷圧検出管路の負荷圧の取出し点との間に位置する負荷圧検出管路には、抵抗要素を設けてあることから、再生流量に対して抵抗要素の上流側となる負荷圧検出管路部分の圧は、前述した負荷圧よりも抵抗要素の圧損分だけ高い圧力となる。すなわち、再生時にはこの高い圧力が負荷圧検出管路で検出される。したがって上述の流量制御手段は、ポンプ圧検出管路で検出される油圧ポンプの吐出圧と、負荷圧検出管路で検出される負荷圧よりも抵抗要素の圧損分だけ高い圧力との差圧に応じて制御される。このときロードセンシング差圧は、前述した再生解除時に比べて小さくなり、流量制御手段は、所定の設定差圧になろうとしてメータイン可変絞りに流入する流量を増加させるように駆動する。これに伴い、アクチュエータのメータイン側には、前述した再生解除時におけるメータイン可変絞りの通過流量よりも大きな通過流量と再生流量とを合流させた比較的大きな流量を供給することができる。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の建設機械の制御回路の実施例を図に基づいて説明する。
図１は本発明の建設機械の制御回路の請求項１，２，３，６，７に係る発明に相当する一実施例を示す回路図である。図２は図１に示す実施例で得られる特性を示す図である。
【００１５】
図１は前述した図３に対応させて描いたものであり、油圧ショベルに適応させた実施例を示している。この図１において前述した図３に示したものと同等のものは、同じ符号で示してある。すなわち、この図１に示す実施例にあっても、可変容量油圧ポンプ１と、この油圧ポンプ１から吐出される圧油によって駆動し、メータアウト側に負荷７の重力が作用する状態と、メータイン側に負荷７の反力が作用する状態とが選択的に生じ得るアクチュエータ、例えばアームシリンダ６とを備えている。
【００１６】
また、アームシリンダ６に供給される圧油の流れを制御するメータイン可変絞り３Ａと、タンク８に戻される圧油の流れを制御するメータアウト可変絞り３Ｂと、メータイン可変絞り３Ａの下流側とアームシリンダ６のメータイン側６ａとを連絡するメータイン主管路６Ａと、メータアウト可変絞り３Ｂの上流側とアームシリンダ６のメータアウト側６ｂを連絡するメータアウト主管路６Ｂとを備えるとともに、アームシリンダ６のメータアウト側６ｂに重力が作用する状態のときに、メータアウト主管路６Ｂからメータイン主管路６Ａ側への圧油の供給が可能な再生管路６Ｃと、この再生管路６Ｃの通過流量を制御可能な制御絞り３Ｃと、再生管路６Ｃに設けられ、メータイン主管路６Ａ側からメータアウト主管路６Ｂへの圧油の逆流を防止する逆止弁３Ｄとを備えている。
【００１７】
また、油圧ポンプ１の吐出圧ＰＰを検出するポンプ圧検出管路５と、アームシリンダ６の負荷圧を検出する負荷圧検出管路４とを備えている。なお、負荷圧検出管路４の負荷圧の取り出し点４ａは、例えばメータイン可変絞り３Ａの下流に位置するメータイン主管路６Ａ部分に設定してある。
【００１８】
また、メータイン可変絞り３Ａへの供給流量を、油圧ポンプ１の吐出圧ＰＰとアームシリンダ６の負荷圧ＰＬＯとの差圧であるロードセンシング差圧ΔＰＬＳに応じて制御可能な流量制御手段、例えば油圧ポンプ１の傾転角を制御するレギュレータ２を備えている。なお、ロードセンシング差圧の目標とする設定差圧は、ばね２Ａの付勢力により決められる。
以上の構成については、前述した図３に示す従来例とほぼ同等である。
【００１９】
本実施例では特に、上述した制御絞り３Ｃの下流側の再生管路６Ｃの端部を、上述した負荷圧検出管路４に接続してある。そして、その接続点４ｂと、メータイン可変絞り３Ａの下流に位置する負荷圧検出管路４の負荷圧の取り出し点４ａとの間に位置する負荷圧検出管路部分４Ｃに、この負荷圧検出管路部分４Ｃを流れる圧油に抵抗を付与する抵抗要素、例えば固定絞り１１を設けてある。
【００２０】
レギュレータ２の一方のパイロット室には、負荷圧検出管路４を経てアームシリンダ６の負荷圧ＰＬＯ、あるいは後述するように負荷圧ＰＬＯに固定絞り１３の圧損ＤＬＳを加えた圧力が導かれ、レギュレータ２の他方のパイロット室には、ポンプ圧検出管路５を経て油圧ポンプ１の吐出圧ＰＰが導かれ、これに伴ってロードセンシング差圧ΔＰＬＳが、ばね２Ａの付勢力によって決まる設定差圧に一致する吐出量ＱＰＯ（あるいはＱＰＯよりも大きいＱＰＸ）とするように、レギュレータ２が駆動して油圧ポンプ１の傾転角が制御される。
【００２１】
このように構成した実施例では、負荷７が同図１の矢印９で示すように空中に位置する状態から、その負荷７の重力によって下降し、アームシリンダ６のメータアウト側６ｂに当該アームシリンダ６の駆動を制御する圧力が発生する状態、すなわち再生時には、メータアウト主管路６Ｂを流れる圧油の一部が、再生管路６Ｃに供給され、逆止弁３Ｄ、制御絞り３Ｃを経て、一旦負荷圧検出管路４に入り、さらに固定絞り１１を経てメータイン管路６Ａに供給される。
【００２２】
このとき、負荷圧検出管路４で検出される圧力は、負荷圧の取り出し点４ａで検出されるアームシリンダ６の負荷圧ＰＬＯに固定絞り１１の圧損ＤＬＳ分を加えた比較的高い圧力である。また、ポンプ圧検出管路５によって油圧ポンプ１の吐出圧ＰＰが検出される。レギュレータ２は、ポンプ圧検出管路５で検出された吐出圧ＰＰと、負荷圧検出管路４で検出された負荷圧ＰＬＯと圧損ＤＬＳを含む圧力に応じて駆動する。このとき、ロードセンシング差圧ΔＰＬＳは、
ΔＰＬＳ＝ＰＰ−（ＰＬＯ＋ＤＬＳ）
となる。すなわち見かけ上、ロードセンシング差圧は、設定差圧に比べて小さな値となる。
【００２３】
上式を変形すると、
ΔＰＬＳ＋ＤＬＳ＝ＰＰ−ＰＬＯ
となり、メータイン可変絞り３Ａの通過流量によって作られる差圧は、設定差圧よりも圧損ＤＬＳ分だけ大きくなり、レギュレータ２は油圧ポンプ１の吐出量を増加させ、その増加させた吐出量ＱＰＸ（ ＞前述した吐出量ＱＰＯ）をメータイン可変絞り３Ａに流入させる。図２の特性線１６は、このような再生時のポンプ吐出量の特性を示している。そして、この再生時には、図２の特性線１７で示すように、再生管路６Ｃから供給される再生流量ＱＳと、油圧ポンプ１から供給される吐出流量ＱＰＸとが合流（ＱＰＸ＋ＱＳ）されて、メータイン主管路６Ａに供給される。
【００２４】
このように再生流量ＱＳを吐出流量ＱＰＸに合流させることにより、負荷７の重力エネルギーをアームシリンダ６の作動速度の増速に利用できるとともに、この再生時にはアームシリンダ６に供給される流量を増加させることができ、これによりアームシリンダ６のメータイン側６ａでのキャビテーションの発生を抑制することができる。
【００２５】
なお、上述のように負荷７が降下しながらも空中に位置する状態から、接地すると、負荷７の反力が図１の矢印１０に示すように作用し、これによりアームシリンダ６のメータイン側６ａに当該アームシリンダ６の駆動を制御する圧力が発生する状態、すなわち再生解除の状態となる。この状態ではメータアウト主管路６Ｂから再生管路６Ｃに再生流量は流れない。したがって、負荷圧検出管路４によって検出される圧力は、負荷圧ＰＬＯである。これに伴い、この再生がない状態のレギュレータ２に導かれるロードセンシング差圧ΔＰＬＳは、
ΔＰＬＳ＝ＰＰ−ＰＬＯ
となる。したがって、メータイン可変絞り３Ａ、メータイン主管路６Ａには、ポンプ吐出圧ＰＰと負荷圧ＰＬＯのみを考慮したロードセンシング差圧ΔＰＬＳに基づく油圧ポンプ１の吐出流量ＱＰＯだけが供給され、この比較的少ない流量（図２の特性線１５に対応するもの）がアームシリンダ６に供給される。
【００２６】
この実施例によれば、上述のように、アームシリンダ６のメータアウト側６ｂに当該アームシリンダ６の駆動を制御する圧力が発生する再生時には、再生解除時のポンプ吐出流量ＱＰＯよりも大きな流量であるポンプ吐出流量ＱＰＸをメータイン可変絞り３Ａに供給でき、これに伴って、アームシリンダ６にポンプ吐出流量ＱＰＸと再生流量ＱＳとを合流させた大きな流量を供給でき、これによりアームシリンダ６のメータイン側６ａのキャビテーションの発生を抑制でき、当該制御回路を構成する油圧機器及び管路のキャビテーションに伴う損傷を少なくすることができ、これらの油圧機器及び管路の耐久性を向上させることができる。
【００２７】
なお、上記実施例では、負荷圧検出管路４と再生管路６Ｃとの接続点４ｂと、メータイン可変絞り３Ａの下流の負荷圧の取り出し点４ａとの間に位置する負荷圧検出管路部分４Ｃを流れる圧油に抵抗を付与する抵抗要素として、固定絞り１１を設けてあるが、本発明は、これに限られず、固定絞り１１に代えて可変絞りを設けてもよく、また固定絞り１１を除き、当該負荷圧検出管路部分４Ｃの管径を所定の圧損ＤＬＳを付与し得る比較的小さな径に設定するようにしてもよい。また、上記実施例では、メータイン絞り３Ａへの供給流量を、油圧ポンプ１の吐出圧ＰＰと、アームシリンダ６の負荷圧ＰＬＯとの差圧であるロードセンシング差圧ΔＰＬＳに応じて制御可能な流量制御手段として、油圧ポンプ１の傾転角を制御するレギュレータ２を挙げたが、本発明は、この構成に限られない。
【００２８】
例えば、アームシリンダ６等のアクチュエータを駆動する圧油を供給する油圧ポンプが固定容量油圧ポンプから成るとともに、流量制御手段を、固定容量ポンプの吐出管路に設けられ、一方のパイロット部に油圧ポンプの吐出圧が、他方のパイロット部に負荷圧ＰＬＯが、それぞれ与えられるアンロード弁によって構成してもよい。
【００２９】
また例えば、上述の流量制御手段を、メータイン可変絞り３Ａの上流側の圧と下流側の圧との差圧である前後差圧を制御する圧力補償弁によって構成し、この圧力補償弁の一方のパイロット部に油圧ポンプの吐出圧が、他方のパイロット部に負荷圧ＰＬＯが、それぞれ与えられるようにしてもよい。
【００３０】
また、上記実施例では、アクチュエータとして、アームシリンダ６を挙げたが、アクチュエータはアームシリンダ６に限られるものでなく、ブームシリンダであってもよく、また、アームシリンダ６とブームシリンダの双方であってもよい。
【００３１】
また、上記実施例では、建設機械として油圧ショベルを挙げたが、本発明は油圧ショベルに限られず、ロードセンシングシステムを備えるとともに、油圧ショベルのアームやブームなどと同様な機能を有するフロント部材を備えた建設機械であれば、適用可能である。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成してあるので、再生時にアクチュエータに供給される流量を増加させることができ、これにより、アクチュエータのメータイン側のキャビテーションの発生を従来技術に比べて抑制でき、当該制御回路を構成する油圧機器及び管路のキャビテーションに伴う損傷を少なくすることができ、これらの油圧機器及び管路の耐久性を従来技術よりも向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の建設機械の制御回路の一実施例を示す回路図である。
【図２】図１に示す実施例で得られる特性を示す図である。
【図３】従来の建設機械の制御回路の一例を示す回路図である。
【図４】図３に示す従来例で得られる特性を示す図である。
【符号の説明】
１ 可変容量油圧ポンプ
２ レギュレータ（流量制御手段）
２Ａ ばね
３Ａ メータイン可変絞り
３Ｂ メータアウト可変絞り
３Ｃ 制御絞り
３Ｄ 逆止弁
４ 負荷圧検出管路
４ａ 取り出し点
４ｂ 接続点
４ｃ 負荷圧検出管路部分
５ ポンプ圧検出管路
６ アームシリンダ（アクチュエータ）
６ａ メータイン側
６Ａ メータイン主管路
６ｂ メータアウト側
６Ｂ メータアウト主管路
６Ｃ 再生管路
７ 負荷
８ タンク
１５ 特性線
１６ 特性線
１７ 特性線
【産業上の利用分野】
本発明は、油圧ショベル等の建設機械に備えられ、メータアウト側に重力が作用する状態と、メータイン側に負荷の反力が作用する状態とが選択的に生じ得るアクチュエータを備えるとともに、このアクチュエータの駆動をロードセンシング差圧に応じて制御する制御回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、この種の従来の建設機械の制御回路を示す回路図である。
この従来例は、例えば油圧ショベルに備えられるものであり、油圧ポンプとして可変容量油圧ポンプ１を備えるとともに、この油圧ポンプ１から吐出される圧油によって駆動し、矢印９で示すようにアーム等の負荷７によってメータアウト側に重力が作用する状態と、矢印１０で示すように負荷７の接地に伴って、メータイン側に負荷７の反力が作用する状態とが選択的に生じ得るアクチュエータ、例えばアームシリンダ６を備えている。
【０００３】
また、油圧ポンプ１からアームシリンダ６に供給される圧油の流れを制御するメータイン可変絞り３Ａと、アームシリンダ６からタンク８に戻される圧油の流れを制御するメータアウト可変絞り３Ｂと、メータイン可変絞り３Ａの下流側とアームシリンダ６のメータイン側６ａとを連絡するメータイン主管路６Ａと、メータアウト可変絞り３Ｂの上流側とアームシリンダ６のメータアウト側６ｂを連絡するメータアウト主管路６Ｂとを備えるとともに、アームシリンダ６のメータアウト側６ｂに重力が作用する状態のときに、メータアウト主管路６Ｂからメータイン主管路６Ａへの圧油の供給が可能な再生管路６Ｃと、この再生管路６Ｃの通過流量を制御可能な制御絞り３Ｃと、再生管路６Ｃに設けられ、メータイン主管路６Ａからメータアウト主管路６Ｂへの圧油の逆流を防止する逆止弁３Ｄとを備えている。
【０００４】
さらに、油圧ポンプ１の吐出圧ＰＰを検出するポンプ圧検出管路５と、アクチュエータ例えばアームシリンダ６の負荷圧を検出する負荷圧検出管路４とを備えている。負荷圧検出管路４の負荷圧の取出し点４ａは、例えばメータイン可変絞り３Ａの下流に位置するメータイン主管路６Ａ上に設定されている。また、メータイン可変絞り３Ａへの供給流量を、ポンプ圧検出管路５によって検出される油圧ポンプ１の吐出圧ＰＰと、負荷圧検出管路４によって検出されるアームシリンダ６の負荷圧ＰＬＯとの差圧であるロードセンシング差圧ΔＰＬＳに応じて制御可能な流量制御手段、例えば油圧ポンプ１の傾転角を制御するレギュレータ２を備えている。このレギュレータ２の一方のパイロット室には、負荷圧検出管路４を経てアームシリンダ６の負荷圧ＰＬＯが導かれ、レギュレータ２の他方のパイロット室には、ポンプ圧検出管路５を経て油圧ポンプ１の吐出圧ＰＰが導かれ、吐出圧ＰＰと負荷圧ＰＬＯとの差圧であるロードセンシング差圧ΔＰＬＳが、ばね２Ａの付勢力によって決まる目標とする設定差圧となるように油圧ポンプ１の吐出量ＱＰＯが制御される。
【０００５】
この従来例では、負荷７が同図３の矢印９で示すように空中に位置する状態から、その負荷７の重力によって下降し、アームシリンダ６のメータアウト側６ｂに当該アームシリンダ６の駆動を制御する圧力が発生する状態、すなわち再生時には、メータアウト主管路６Ｂを流れる圧油の一部が、再生管路６Ｃに供給され、逆止弁３Ｄ、制御絞り３Ｃを経て、メータイン主管路６Ａに供給される。このとき、レギュレータ２が油圧ポンプ１の吐出圧ＰＰとアームシリンダ６の負荷圧ＰＬＯに応じて駆動し、ロードセンシング差圧（ΔＰＬＳ＝ＰＰ−ＰＬＯ）が、ばね２Ａの付勢力で決まる設定差圧となるように油圧ポンプ１の吐出流量ＱＰＯが制御される。図４の特性線１１は、このときのロードセンシング差圧ΔＰＬＳとポンプ吐出流量ＱＰＯとの関係を示している。したがって、この再生時には再生管路６Ｃから供給される再生流量ＱＳと、油圧ポンプ１から供給される吐出流量ＱＰＯとが合流（ＱＰＯ＋ＱＳ）されて、メータイン主管路６Ａに供給される。
【０００６】
このように再生流量ＱＳを吐出流量ＱＰＯに合流させることにより、負荷７の重力エネルギーをアームシリンダ６の作動速度の増速に利用するとともに、アームシリンダ６のメータイン側６ａでのキャビテーションの発生を防ぐようにしている。なお、アームシリンダ６の作動速度は、メータアウト主管路６Ｂの圧力、すなわち負荷７の重量と、メータアウト主管路６Ｂに設けたメータアウト可変絞り３Ｂの開口面積、すなわちメータアウト可変絞り３Ｂからタンク８への流出量と、再生管路６Ｃに設けた制御絞り３Ｃの開口面積、すなわち再生流量ＱＳなどに応じて決められる。図４の特性線１２は、このときにアームシリンダ６に供給される流量を示している。
【０００７】
そして、上述のように負荷７が降下しながらも空中に位置する状態から接地する状態に変わると、負荷７の反力が矢印１０に示すように作用し、これによりアームシリンダ６のメータイン側６ａに当該アームシリンダ６の駆動を制御する圧力が発生する状態、すなわち再生解除の状態となる。この状態ではメータアウト主管路６Ｂから再生管路６Ｃに再生流量は流れない。したがって、メータイン主管路６Ａには、ロードセンシング差圧ΔＰＬＳに基づく油圧ポンプ１の吐出流量ＱＰＯだけが供給され、この比較的少ない流量（図４の特性線１１に対応するもの）がアームシリンダ６に供給される。
【０００８】
なお、この種の公知技術としては、例えば特開昭６３−８３８０８号公報に記載のものがある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上述のように、図３に例示した従来例においては、再生流量ＱＳが、メータアウト主管路６Ｂの圧力、すなわち負荷７の重量の大きさによって決まるが、ここで負荷７の重量は、降下する負荷７の位置の変化に伴って変り得るものである。したがって、再生流量ＱＳはほとんどの場合一定流量とならず、場合によっては再生流量ＱＳが少なくなって、アームシリンダ６のメータイン側６ａに流入する流量が不足し、このメータイン側６ａにキャビテーションを発生させてしまうことがある。このようなキャビテーションが発生すると、当該制御回路を構成する油圧機器及び管路に望ましくない振動を与えてしまい、これらの油圧機器及び管路の耐久性を劣化させる問題を生じる。
【００１０】
本発明は、上記した従来技術における実情に鑑みてなされたもので、その目的は、再生時にアクチュエータに供給される流量を増加させることができる建設機械の制御回路を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明の請求項１に係る発明は、
油圧ポンプと、
この油圧ポンプから吐出される圧油によって駆動し、メータアウト側に重力が作用する状態と、メータイン側に負荷の反力が作用する状態とが選択的に生じ得るアクチュエータと、
上記油圧ポンプから上記アクチュエータに供給される圧油の流れを制御するメータイン可変絞りと、
上記アクチュエータからタンクに戻される圧油の流れを制御するメータアウト可変絞りと、
上記メータイン可変絞りの下流側と上記アクチュエータの上記メータイン側とを連絡するメータイン主管路と、
上記メータアウト可変絞りの上流側と上記アクチュエータのメータアウト側を連絡するメータアウト主管路と、
上記メータアウト側に重力が作用する状態のときに、上記メータアウト主管路から上記メータイン主管路への圧油の供給が可能な再生管路と、
この再生管路の通過流量を制御可能な制御絞りと、
上記油圧ポンプの吐出圧を検出するポンプ圧検出管路と、
上記アクチュエータの負荷圧を検出する負荷圧検出管路と、
上記メータイン可変絞りへの供給流量を、上記ポンプ圧検出管路によって検出される上記油圧ポンプの吐出圧と、上記負荷圧検出管路によって検出される上記アクチュエータの負荷圧との差圧であるロードセンシング差圧に応じて制御可能な流量制御手段とを備えた建設機械の制御回路において、
上記制御絞りの下流側の上記再生管路部分を上記負荷圧検出管路に接続するとともに、この負荷圧検出管路と再生管路との接続点と、上記メータイン可変絞りの下流に位置する上記負荷圧検出管路の負荷圧の取出し点との間に位置する当該負荷圧検出管路部分に、この負荷圧検出管路部分を流れる圧油に抵抗を付与する抵抗要素を設け、
上記負荷圧検出管路で検出された圧力に応じて上記流量制御手段を駆動する構成にしてある。
【００１２】
【作用】
本発明の請求項１に係る発明は、アクチュエータのメータイン側に負荷の反力が作用する状態である再生解除時には、再生管路には再生流量は流れず、これに伴い制御絞りの下流側の再生管路部分の圧力は、アクチュエータの負荷圧と等しくなる。したがって、流量制御手段は、ポンプ圧検出管路で検出される油圧ポンプの吐出圧と負荷圧検出管路で検出される負荷圧との差圧であるロードセンシング差圧に応じて駆動し、メータイン可変絞りに流入する流量は当該ロードセンシング差圧に応じた比較的少ない流量となり、この比較的少ない流量がアクチュエータに供給される。
【００１３】
また、アクチュエータのメータアウト側に重力が作用する状態である再生時には、メータアウト主管路に流れる圧油の一部が再生管路に流れるが、この再生管路に流れた再生流量は、一旦、負荷圧検出管路に流入し、抵抗要素を経てメータイン可変絞りの下流に流入する。すなわち、メータイン可変絞りの下流において、ポンプ吐出流量に再生流量が合流し、その合流した流量がアクチュエータに接続される。このとき再生管路と負荷圧検出管路の接続点と、メータイン可変絞りの下流に位置する負荷圧検出管路の負荷圧の取出し点との間に位置する負荷圧検出管路には、抵抗要素を設けてあることから、再生流量に対して抵抗要素の上流側となる負荷圧検出管路部分の圧は、前述した負荷圧よりも抵抗要素の圧損分だけ高い圧力となる。すなわち、再生時にはこの高い圧力が負荷圧検出管路で検出される。したがって上述の流量制御手段は、ポンプ圧検出管路で検出される油圧ポンプの吐出圧と、負荷圧検出管路で検出される負荷圧よりも抵抗要素の圧損分だけ高い圧力との差圧に応じて制御される。このときロードセンシング差圧は、前述した再生解除時に比べて小さくなり、流量制御手段は、所定の設定差圧になろうとしてメータイン可変絞りに流入する流量を増加させるように駆動する。これに伴い、アクチュエータのメータイン側には、前述した再生解除時におけるメータイン可変絞りの通過流量よりも大きな通過流量と再生流量とを合流させた比較的大きな流量を供給することができる。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の建設機械の制御回路の実施例を図に基づいて説明する。
図１は本発明の建設機械の制御回路の請求項１，２，３，６，７に係る発明に相当する一実施例を示す回路図である。図２は図１に示す実施例で得られる特性を示す図である。
【００１５】
図１は前述した図３に対応させて描いたものであり、油圧ショベルに適応させた実施例を示している。この図１において前述した図３に示したものと同等のものは、同じ符号で示してある。すなわち、この図１に示す実施例にあっても、可変容量油圧ポンプ１と、この油圧ポンプ１から吐出される圧油によって駆動し、メータアウト側に負荷７の重力が作用する状態と、メータイン側に負荷７の反力が作用する状態とが選択的に生じ得るアクチュエータ、例えばアームシリンダ６とを備えている。
【００１６】
また、アームシリンダ６に供給される圧油の流れを制御するメータイン可変絞り３Ａと、タンク８に戻される圧油の流れを制御するメータアウト可変絞り３Ｂと、メータイン可変絞り３Ａの下流側とアームシリンダ６のメータイン側６ａとを連絡するメータイン主管路６Ａと、メータアウト可変絞り３Ｂの上流側とアームシリンダ６のメータアウト側６ｂを連絡するメータアウト主管路６Ｂとを備えるとともに、アームシリンダ６のメータアウト側６ｂに重力が作用する状態のときに、メータアウト主管路６Ｂからメータイン主管路６Ａ側への圧油の供給が可能な再生管路６Ｃと、この再生管路６Ｃの通過流量を制御可能な制御絞り３Ｃと、再生管路６Ｃに設けられ、メータイン主管路６Ａ側からメータアウト主管路６Ｂへの圧油の逆流を防止する逆止弁３Ｄとを備えている。
【００１７】
また、油圧ポンプ１の吐出圧ＰＰを検出するポンプ圧検出管路５と、アームシリンダ６の負荷圧を検出する負荷圧検出管路４とを備えている。なお、負荷圧検出管路４の負荷圧の取り出し点４ａは、例えばメータイン可変絞り３Ａの下流に位置するメータイン主管路６Ａ部分に設定してある。
【００１８】
また、メータイン可変絞り３Ａへの供給流量を、油圧ポンプ１の吐出圧ＰＰとアームシリンダ６の負荷圧ＰＬＯとの差圧であるロードセンシング差圧ΔＰＬＳに応じて制御可能な流量制御手段、例えば油圧ポンプ１の傾転角を制御するレギュレータ２を備えている。なお、ロードセンシング差圧の目標とする設定差圧は、ばね２Ａの付勢力により決められる。
以上の構成については、前述した図３に示す従来例とほぼ同等である。
【００１９】
本実施例では特に、上述した制御絞り３Ｃの下流側の再生管路６Ｃの端部を、上述した負荷圧検出管路４に接続してある。そして、その接続点４ｂと、メータイン可変絞り３Ａの下流に位置する負荷圧検出管路４の負荷圧の取り出し点４ａとの間に位置する負荷圧検出管路部分４Ｃに、この負荷圧検出管路部分４Ｃを流れる圧油に抵抗を付与する抵抗要素、例えば固定絞り１１を設けてある。
【００２０】
レギュレータ２の一方のパイロット室には、負荷圧検出管路４を経てアームシリンダ６の負荷圧ＰＬＯ、あるいは後述するように負荷圧ＰＬＯに固定絞り１３の圧損ＤＬＳを加えた圧力が導かれ、レギュレータ２の他方のパイロット室には、ポンプ圧検出管路５を経て油圧ポンプ１の吐出圧ＰＰが導かれ、これに伴ってロードセンシング差圧ΔＰＬＳが、ばね２Ａの付勢力によって決まる設定差圧に一致する吐出量ＱＰＯ（あるいはＱＰＯよりも大きいＱＰＸ）とするように、レギュレータ２が駆動して油圧ポンプ１の傾転角が制御される。
【００２１】
このように構成した実施例では、負荷７が同図１の矢印９で示すように空中に位置する状態から、その負荷７の重力によって下降し、アームシリンダ６のメータアウト側６ｂに当該アームシリンダ６の駆動を制御する圧力が発生する状態、すなわち再生時には、メータアウト主管路６Ｂを流れる圧油の一部が、再生管路６Ｃに供給され、逆止弁３Ｄ、制御絞り３Ｃを経て、一旦負荷圧検出管路４に入り、さらに固定絞り１１を経てメータイン管路６Ａに供給される。
【００２２】
このとき、負荷圧検出管路４で検出される圧力は、負荷圧の取り出し点４ａで検出されるアームシリンダ６の負荷圧ＰＬＯに固定絞り１１の圧損ＤＬＳ分を加えた比較的高い圧力である。また、ポンプ圧検出管路５によって油圧ポンプ１の吐出圧ＰＰが検出される。レギュレータ２は、ポンプ圧検出管路５で検出された吐出圧ＰＰと、負荷圧検出管路４で検出された負荷圧ＰＬＯと圧損ＤＬＳを含む圧力に応じて駆動する。このとき、ロードセンシング差圧ΔＰＬＳは、
ΔＰＬＳ＝ＰＰ−（ＰＬＯ＋ＤＬＳ）
となる。すなわち見かけ上、ロードセンシング差圧は、設定差圧に比べて小さな値となる。
【００２３】
上式を変形すると、
ΔＰＬＳ＋ＤＬＳ＝ＰＰ−ＰＬＯ
となり、メータイン可変絞り３Ａの通過流量によって作られる差圧は、設定差圧よりも圧損ＤＬＳ分だけ大きくなり、レギュレータ２は油圧ポンプ１の吐出量を増加させ、その増加させた吐出量ＱＰＸ（ ＞前述した吐出量ＱＰＯ）をメータイン可変絞り３Ａに流入させる。図２の特性線１６は、このような再生時のポンプ吐出量の特性を示している。そして、この再生時には、図２の特性線１７で示すように、再生管路６Ｃから供給される再生流量ＱＳと、油圧ポンプ１から供給される吐出流量ＱＰＸとが合流（ＱＰＸ＋ＱＳ）されて、メータイン主管路６Ａに供給される。
【００２４】
このように再生流量ＱＳを吐出流量ＱＰＸに合流させることにより、負荷７の重力エネルギーをアームシリンダ６の作動速度の増速に利用できるとともに、この再生時にはアームシリンダ６に供給される流量を増加させることができ、これによりアームシリンダ６のメータイン側６ａでのキャビテーションの発生を抑制することができる。
【００２５】
なお、上述のように負荷７が降下しながらも空中に位置する状態から、接地すると、負荷７の反力が図１の矢印１０に示すように作用し、これによりアームシリンダ６のメータイン側６ａに当該アームシリンダ６の駆動を制御する圧力が発生する状態、すなわち再生解除の状態となる。この状態ではメータアウト主管路６Ｂから再生管路６Ｃに再生流量は流れない。したがって、負荷圧検出管路４によって検出される圧力は、負荷圧ＰＬＯである。これに伴い、この再生がない状態のレギュレータ２に導かれるロードセンシング差圧ΔＰＬＳは、
ΔＰＬＳ＝ＰＰ−ＰＬＯ
となる。したがって、メータイン可変絞り３Ａ、メータイン主管路６Ａには、ポンプ吐出圧ＰＰと負荷圧ＰＬＯのみを考慮したロードセンシング差圧ΔＰＬＳに基づく油圧ポンプ１の吐出流量ＱＰＯだけが供給され、この比較的少ない流量（図２の特性線１５に対応するもの）がアームシリンダ６に供給される。
【００２６】
この実施例によれば、上述のように、アームシリンダ６のメータアウト側６ｂに当該アームシリンダ６の駆動を制御する圧力が発生する再生時には、再生解除時のポンプ吐出流量ＱＰＯよりも大きな流量であるポンプ吐出流量ＱＰＸをメータイン可変絞り３Ａに供給でき、これに伴って、アームシリンダ６にポンプ吐出流量ＱＰＸと再生流量ＱＳとを合流させた大きな流量を供給でき、これによりアームシリンダ６のメータイン側６ａのキャビテーションの発生を抑制でき、当該制御回路を構成する油圧機器及び管路のキャビテーションに伴う損傷を少なくすることができ、これらの油圧機器及び管路の耐久性を向上させることができる。
【００２７】
なお、上記実施例では、負荷圧検出管路４と再生管路６Ｃとの接続点４ｂと、メータイン可変絞り３Ａの下流の負荷圧の取り出し点４ａとの間に位置する負荷圧検出管路部分４Ｃを流れる圧油に抵抗を付与する抵抗要素として、固定絞り１１を設けてあるが、本発明は、これに限られず、固定絞り１１に代えて可変絞りを設けてもよく、また固定絞り１１を除き、当該負荷圧検出管路部分４Ｃの管径を所定の圧損ＤＬＳを付与し得る比較的小さな径に設定するようにしてもよい。また、上記実施例では、メータイン絞り３Ａへの供給流量を、油圧ポンプ１の吐出圧ＰＰと、アームシリンダ６の負荷圧ＰＬＯとの差圧であるロードセンシング差圧ΔＰＬＳに応じて制御可能な流量制御手段として、油圧ポンプ１の傾転角を制御するレギュレータ２を挙げたが、本発明は、この構成に限られない。
【００２８】
例えば、アームシリンダ６等のアクチュエータを駆動する圧油を供給する油圧ポンプが固定容量油圧ポンプから成るとともに、流量制御手段を、固定容量ポンプの吐出管路に設けられ、一方のパイロット部に油圧ポンプの吐出圧が、他方のパイロット部に負荷圧ＰＬＯが、それぞれ与えられるアンロード弁によって構成してもよい。
【００２９】
また例えば、上述の流量制御手段を、メータイン可変絞り３Ａの上流側の圧と下流側の圧との差圧である前後差圧を制御する圧力補償弁によって構成し、この圧力補償弁の一方のパイロット部に油圧ポンプの吐出圧が、他方のパイロット部に負荷圧ＰＬＯが、それぞれ与えられるようにしてもよい。
【００３０】
また、上記実施例では、アクチュエータとして、アームシリンダ６を挙げたが、アクチュエータはアームシリンダ６に限られるものでなく、ブームシリンダであってもよく、また、アームシリンダ６とブームシリンダの双方であってもよい。
【００３１】
また、上記実施例では、建設機械として油圧ショベルを挙げたが、本発明は油圧ショベルに限られず、ロードセンシングシステムを備えるとともに、油圧ショベルのアームやブームなどと同様な機能を有するフロント部材を備えた建設機械であれば、適用可能である。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成してあるので、再生時にアクチュエータに供給される流量を増加させることができ、これにより、アクチュエータのメータイン側のキャビテーションの発生を従来技術に比べて抑制でき、当該制御回路を構成する油圧機器及び管路のキャビテーションに伴う損傷を少なくすることができ、これらの油圧機器及び管路の耐久性を従来技術よりも向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の建設機械の制御回路の一実施例を示す回路図である。
【図２】図１に示す実施例で得られる特性を示す図である。
【図３】従来の建設機械の制御回路の一例を示す回路図である。
【図４】図３に示す従来例で得られる特性を示す図である。
【符号の説明】
１ 可変容量油圧ポンプ
２ レギュレータ（流量制御手段）
２Ａ ばね
３Ａ メータイン可変絞り
３Ｂ メータアウト可変絞り
３Ｃ 制御絞り
３Ｄ 逆止弁
４ 負荷圧検出管路
４ａ 取り出し点
４ｂ 接続点
４ｃ 負荷圧検出管路部分
５ ポンプ圧検出管路
６ アームシリンダ（アクチュエータ）
６ａ メータイン側
６Ａ メータイン主管路
６ｂ メータアウト側
６Ｂ メータアウト主管路
６Ｃ 再生管路
７ 負荷
８ タンク
１５ 特性線
１６ 特性線
１７ 特性線
Claims (7)
- 油圧ポンプと、
この油圧ポンプから吐出される圧油によって駆動し、メータアウト側に重力が作用する状態と、メータイン側に負荷の反力が作用する状態とが選択的に生じ得るアクチュエータと、
上記油圧ポンプから上記アクチュエータに供給される圧油の流れを制御するメータイン可変絞りと、
上記アクチュエータからタンクに戻される圧油の流れを制御するメータアウト可変絞りと、
上記メータイン可変絞りの下流側と上記アクチュエータの上記メータイン側とを連絡するメータイン主管路と、
上記メータアウト可変絞りの上流側と上記アクチュエータのメータアウト側を連絡するメータアウト主管路と、
上記メータアウト側に重力が作用する状態のときに、上記メータアウト主管路から上記メータイン主管路への圧油の供給が可能な再生管路と、
この再生管路の通過流量を制御可能な制御絞りと、
上記油圧ポンプの吐出圧を検出するポンプ圧検出管路と、
上記アクチュエータの負荷圧を検出する負荷圧検出管路と、
上記メータイン可変絞りへの供給流量を、上記ポンプ圧検出管路によって検出される上記油圧ポンプの吐出圧と、上記負荷圧検出管路によって検出される上記アクチュエータの負荷圧との差圧であるロードセンシング差圧に応じて制御可能な流量制御手段とを備えた建設機械の制御回路において、
上記制御絞りの下流側の上記再生管路部分を上記負荷圧検出管路に接続するとともに、この負荷圧検出管路と再生管路との接続点と、上記メータイン可変絞りの下流に位置する上記負荷圧検出管路の負荷圧の取出し点との間に位置する当該負荷圧検出管路部分に、この負荷圧検出管路部分を流れる圧油に抵抗を付与する抵抗要素を設け、
上記負荷圧検出管路で検出された圧力に応じて上記流量制御手段を駆動することを特徴とする建設機械の制御回路。 - 上記抵抗要素が固定絞りであることを特徴とする請求項１記載の建設機械の制御回路。
- 上記油圧ポンプが可変容量油圧ポンプから成るとともに、上記流量制御手段が上記可変容量油圧ポンプの傾転角を制御するレギュレータであることを特徴とする請求項１または２記載の建設機械の制御回路。
- 上記油圧ポンプが固定容量油圧ポンプから成るとともに、上記流量制御手段が上記固定容量油圧ポンプの吐出管路に設けたアンロード弁であることを特徴とする請求項１または２記載の建設機械の制御回路。
- 上記流量制御手段が、上記メータイン可変絞りの上流側の圧と下流側の圧との差圧である前後差圧を制御する圧力補償弁であることを特徴とする請求項１または２記載の建設機械の制御回路。
- 上記再生管路に、上記メータイン主管路から上記メータアウト主管路への逆流を防止する逆止弁を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の建設機械の制御回路。
- 建設機械が油圧ショベルであり、上記アクチュエータがブームを駆動するブームシリンダ、及びアームを駆動するアームシリンダのうちの少なくとも一方であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の建設機械の制御回路。
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