JP3585294B2 - 建設機械の油圧パイロット回路 - Google Patents
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【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はアクチュエーターを切り替え制御する切替制御弁とこれにパイロット圧油を供給するパイロット弁との間に設けられた絞り付切替弁により加速時と減速時に発生する機械的衝撃を緩和した建設機械の油圧パイロット回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
油圧ショベル等の建設機械において、例えば、旋回体の旋回駆動時、あるいは、走行体の走行駆動時等に急加速や急減速を行うと、これらの大きな慣性負荷のため、大きな負荷圧変動が生じて車体が衝撃を受け、操作者に不快感を与えたり、駆動装置の耐久性を低下させたりする。そこで、例えば、実開平６−１８０２号公報には、油圧アクチュエーターの加速時や減速時に生じる機械的衝撃を低減させるために、操作レバーの操作に連動するパイロット弁とアクチュエーターへ供給される駆動圧油の流量を制御する制御弁を接続するパイロット管路の途中に絞り付切替弁を介在させることにより、操作レバーが急操作された時に制御弁のスプールの移動速度を緩和して車体に機械的衝撃を生じさせないようにしたパイロット油圧回路が開示されている。
【０００３】
図７は上述の絞り付切替弁を示す断面図である。（ａ）はパイロット弁側のパイロット圧Ｐｐ が制御弁側のパイロット圧Ｐｃ に較べてあまり大きくないか小さい時、（ｂ）はパイロット弁側のパイロット圧Ｐｐ が制御弁側のパイロット圧Ｐｃ に較べてかなり大きい時の状態を示したものである。スプール８１は制御弁側に設けられたバネ８２によりパイロット弁側に付勢されているが、スプール８１の動きは実際上はスプール８１の両側のパイロット圧と受圧面積により決定される。即ち、スプール８１のパイロット弁側および制御弁側の受圧面積をそれぞれＡｐ およびＡｃ とした時、
Ｐｃ ×Ａｃ ≧Ｐｐ ×Ａｐ （ただし、Ａｐ ＜Ａｃ ） ……（１）
を満たす時はスプール８１は（ａ）に示すように左側に位置し、それ以外の時は（ｂ）に示すように右側に位置する。絞り付切替弁の弁本体８０の油室には軸方向に油が迂回して流れる側路８３が穿設され、側路８３に対応するスプール８１の側面にはその隔壁８１ｃを挟んで２つの側孔８１ｂが設けられている。また、隔壁８１ｃには狭い絞り油路８１ａが穿設されていて、双方から反対側の油室にパイロット油が徐々に流出できるようになっている。
【０００４】
油圧アクチュエーターの加速時に操作レバーが急操作されると、パイロット弁側のパイロット圧Ｐｐ が急激に増大するから、（１）式の不等号が逆向きになり、スプール８１はパイロット弁側のパイロット油に押されて右側に移動し、（ｂ）に示す側路放流位置になる。従って、パイロット弁側のパイロット油は速やかに側孔８１ｂおよび側路８３を通って制御弁側の油室に流入する。こうして、パイロット油が速やかに制御弁側の油室に流入することにより、制御弁側のパイロット圧Ｐｃ が上昇し、やがて、（１）式を満たすようになる。その時はスプール８１は制御弁側のパイロット圧油に押されて左側に移動し、（ａ）に示す絞り放流位置になる。この位置ではパイロット弁側のパイロット圧油は隔壁８１ｃの絞り油路８１ａを通って徐々に制御弁側の油室に流入する。これにより、制御弁が急速に切り替わって駆動圧油が大量にアクチュエーターに流入して機械的衝撃が生じるのを緩和できる。
【０００５】
次に、アクチュエーターの減速動作に移って操作レバーが急に戻されると、パイロット弁側のパイロット圧Ｐｐ が急激に低下し、スプール８１が（ａ）に示す絞り放流位置に押し込まれたままの状態で、制御弁側のパイロット圧油が絞り油路８１ａを通って徐々にパイロット弁側の油室に流入するから、制御弁が急速に切り替えられて制御弁が閉じられた結果、駆動圧油がアクチュエーター流出側に閉じ込められることにより生じる機械的衝撃を緩和する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来技術では制御弁を切り替え制御するパイロット圧油の流量を抑制することによって、油圧アクチュエーターの加速時や減速時に、駆動圧油が制御弁に急速に流入したり制御弁から流出するのが阻止されることにより生じる機械的衝撃を低減できるようになったが、アクチュエーターの減速制御時には絞り付切替弁の絞り機能が常に働くために、操作者の操作レバーの操作の動きに対してアクチュエーターの動きに遅れが生じてしまう。例えば、操作者が操作レバーを操作して中立位置まで戻した時に、アクチュエーターは未だ減速中であり、停止時期が遅れることがある。このような場合にはアクチュエーターによって駆動されている慣性体が停止の遅れにより周囲の物体にぶつからないように、停止遅れ時間を見込んで操作しなければならず、操作性が劣ると共に操作者の疲労が増大するという問題点があった。
【０００７】
本発明は従来技術におけるかかる問題点を解消して、油圧アクチュエーターの加速時や減速時に生じる機械的衝撃を緩和しながら、特に減速時に油圧アクチュエーターの動きを操作レバーの操作の動きに的確に追随させることができる操作性の優れた建設機械の油圧パイロット回路を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、アクチュエーターの速度と駆動方向を制御する切替制御弁とパイロット弁とを結ぶ油路の途中に設けられた絞り付切替弁は、パイロット弁側のパイロット圧が所定圧に達するまでは絞り機能を発揮せず、所定圧に達した後は絞り機能を発揮するようにしたものである。好ましくは、絞り付切替弁は、パイロット弁側から切替制御弁側にパイロット圧油が流れる時と逆向きに流れる時とで、絞り機能を発揮するか否かを決定する所定圧の値あるいは絞り能力が異なるようにしたものである。
【０００９】
【作用】
絞り付切替弁はパイロット弁側のパイロット圧が所定圧に達するまでは絞り機能を発揮せず、所定圧に達した後は絞り機能を発揮する。従って、アクチュエーターの起動時はパイロット弁から操作レバーの操作量に応答したパイロット圧油が絞りを受けずに切替制御弁に供給されるから、アクチュエーターの速やかな起動が可能になり、パイロット弁側のパイロット圧が所定圧に達した後は絞り付切替弁が絞り機能を発揮することにより、切替制御弁を緩やかに切り替えるパイロット圧油が切替制御弁に供給されるから、アクチュエーターの加速時の機械的衝撃の発生が抑制される。また、アクチュエーターの減速開始時は絞り付切替弁が絞り機能を発揮し、切替制御弁には切替制御弁を緩やかに切り替えるパイロット圧油が供給されるから、減速に切り替わる際に発生する機械的衝撃を抑制し、その後、パイロット弁側のパイロット圧が所定圧より低下すると、パイロット弁から操作レバーの操作に応答したパイロット圧油が絞りを受けずに切替制御弁に供給されるから、操作レバーが中立位置まで戻された時には、アクチュエーターは速やかに停止する。
【００１０】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
図１は本発明の第１の実施例に係る油圧ショベルの旋回体の油圧回路図である。同図において、１は油圧ポンプ、２は旋回体の切替制御弁、３は旋回モーター、４は旋回体、５は旋回用操作レバー、６は旋回体４の制御用のパイロット弁、７は絞り付切替弁、８はパイロット油圧ポンプ、２１はパイロット弁６から供給されたパイロット圧油が導かれる切替制御弁２の制御室、７１は絞り付切替弁７の圧力切替弁、７２は同じく、絞りである。油圧ポンプ１からの吐出駆動圧油は切替制御弁２を介して主管路Ｔ３ を経て旋回モーター３に供給され、旋回体４が連結された旋回モーター３を回転駆動する。
【００１１】
切替制御弁２のパイロット室にはパイロット油圧ポンプ８からの吐出パイロット油がパイロット弁６、絞り付切替弁７を介してパイロット管路Ｔ１ ，Ｔ２ を経て供給される。絞り付切替弁７の圧力切替弁７１はパイロット弁６のパイロット管路Ｔ１ のパイロット圧Ｐ１ が所定圧、即ち、切替弁設定圧ＰＡ 以上になると流路を閉じる。従って、パイロット管路Ｔ１ を流れるパイロット圧油は切替弁設定圧ＰＡ 以下では絞り付切替弁７の圧力切替弁７１を介して迂回して流れ、切替弁設定圧ＰＡ 以上では絞り７２を介して切替制御弁２側のパイロット管路Ｔ２ に流れる。
【００１２】
図２は旋回体４を一方に旋回させるように旋回用操作レバー５を速やかに押し込み操作した後、暫くして旋回用操作レバー５を速やかに中立位置へ戻し操作した時のパイロット管路Ｔ１ のパイロット圧Ｐ１ およびパイロット管路Ｔ２ のパイロット圧Ｐ２ の経時変化を示す圧力変化図である。なお、以下の説明では旋回体４を一方向に回転させる場合についてのみ説明するが、旋回体４を他方向に回転させる場合についても全く同様なので説明を省略した。パイロット管路Ｔ１ のパイロット圧Ｐ１ が０から切替弁設定圧ＰＡ まで上昇する間はパイロット管路Ｔ１ を流れるパイロット圧油は圧力切替弁７１を介して迂回して殆ど抵抗を受けずにパイロット管路Ｔ２ に流れるから、パイロット圧Ｐ２ はパイロット圧Ｐ１ に追随して上昇する。パイロット圧Ｐ１ が切替弁設定圧ＰＡ に達した後は絞り付切替弁７の圧力切替弁７１が閉じられ、パイロット管路Ｔ１ を流れるパイロット圧油は絞り７２を介してパイロット管路Ｔ２ に流れるから、パイロット圧Ｐ２ はパイロット圧Ｐ１ に較べてややゆっくりと上昇する。
【００１３】
このように、旋回用操作レバー５の初期操作時点では旋回用操作レバー５の動きに追随して切替制御弁２を速やかに切り替えさせ、パイロット圧Ｐ１ が切替弁設定圧ＰＡ に達した後は切替制御弁２の切り替え速度を緩やかにすることにより、旋回体４の速やかな旋回起動を可能にすると共に、切替制御弁２の急速な切り替えを抑えて機械的衝撃の発生を緩和している。パイロット圧Ｐ１ が開放圧ＰＲ に達した後もパイロット圧Ｐ２ は上昇し続け、やがて時間ｔ１ 後にパイロット圧Ｐ２ も開放圧ＰＲ に達する。図２に示す時間ｔ２ は切替弁設定圧ＰＡ が０、即ち、パイロット管路Ｔ１ を流れるパイロット圧油が常に絞り７２を介してパイロット管路Ｔ２ に流れるようにした時に、パイロット圧Ｐ１ が開放圧ＰＲ に達した後、パイロット圧Ｐ２ が開放圧ＰＲ に達するまでの時間である。時間ｔ２ と時間ｔ１ の差、即ち、時間（ｔ２ −ｔ１ ）が長いのは切替制御弁２の応答性の良さを表すが、長過ぎると機械的衝撃を緩和する期間が短くなって緩和し切れなくなるので、切替弁設定圧ＰＡ の値はこの兼ね合いで設定される。
【００１４】
旋回用操作レバー５が戻し操作されて旋回体４が減速過程に移った直後は、パイロット圧Ｐ１ が開放圧ＰＲ よりも未だ高い値を維持しているので、圧力切替弁７１は閉じており、旋回用操作レバー５の操作によりパイロット圧Ｐ１ が低下した時、より高いパイロット圧Ｐ２ のパイロット管路Ｔ２ 内のパイロット圧油は絞り７２を介してパイロット管路Ｔ１ に還流するから、パイロット圧Ｐ２ はパイロット圧Ｐ１ に較べてややゆっくりと低下する。その後、パイロット圧Ｐ１ が切替弁設定圧ＰＡ まで低下すると圧力切替弁７１が切り替わって迂回油路が開路するから、パイロット管路Ｔ２ 内のパイロット圧油は圧力切替弁７１を介したこの迂回油路を通ってパイロット管路Ｔ１ に一気に流れ、これにより、パイロット圧Ｐ２ も急降下する。その後もパイロット管路Ｔ２ 内のパイロット圧油は迂回油路を通ってパイロット管路Ｔ１ に流れるから、パイロット管路Ｔ２ のパイロット圧Ｐ２ はパイロット管路Ｔ１ のパイロット圧Ｐ１ に追随して低下する。
【００１５】
このように、パイロット圧Ｐ１ が切替弁設定圧ＰＡ に低下するまではパイロット管路Ｔ２ のパイロット圧Ｐ２ がややゆっくりと低下することにより、旋回体４が減速に切り替わる際に生じる機械的衝撃の発生を緩和し、パイロット圧Ｐ１ が切替弁設定圧ＰＡ まで低下した後はパイロット圧Ｐ２ がパイロット圧Ｐ１ に追随して低下することにより、旋回体４の減速応答性を改善し、特に旋回体４が停止するまでに要する時間を短縮できる。仮に、切替弁設定圧ＰＡ を０に設定した時に減速開始からパイロット圧Ｐ２ が０になる、即ち、切替制御弁２のスプールが中立位置になるまでの時間と、本実施例のように切替弁設定圧ＰＡ を所定の値に設定した時に減速開始から切替制御弁２のスプールが中立位置になるまでの時間との時間差ｔ３ は旋回体４の減速応答性の改善度を表す。時間差ｔ３ が長い程、即ち、切替弁設定圧ＰＡ が高い程、旋回体４の減速応答性が改善される。
【００１６】
本実施例では旋回体４の加速時と減速時とで絞り付切替弁７の動作は変わらないので、切替制御弁２の加減速応答性と機械的衝撃の緩和能力は同じになるが、これらの能力を加速時と減速時とで異ならせることもできる。以下にかかる機能を具えた本発明の第２の実施例を説明する。図３は第２の実施例に係る油圧ショベルの旋回体の油圧回路図である。第１の実施例と同一または同一と見做せる箇所には同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。同図において、７１１，７１２はそれぞれ互いに異なる切替弁設定圧を有した絞り付切替弁７の圧力切替弁、７２１，７２２は同じく、それぞれ互いに異なる絞り能力を有した絞り、７３１，７３２は同じく、それぞれ互いに異なる向きの逆止機能を有した逆止弁である。
【００１７】
同図に示すように、本実施例では絞り付切替弁７は並列接続された圧力切替弁、逆止弁および絞りから成る２つの切替弁ユニットを互いに逆向きに直列接続して成る。即ち、圧力切替弁７１１はパイロット管路Ｔ１ のパイロット圧Ｐ１ に従って切り替わるのに対して、圧力切替弁７１２はパイロット管路Ｔ２ のパイロット圧Ｐ２ に従って切り替わり、逆止弁７３１はパイロット管路Ｔ２ からパイロット管路Ｔ１ に向かうパイロット圧油の流れを抑止し、逆止弁７３２はパイロット管路Ｔ１ からパイロット管路Ｔ２ に向かうパイロット圧油の流れを抑止するように接続されている。なお、圧力切替弁７１１の切替弁設定圧ＰＡ は圧力切替弁７１２の切替弁設定圧ＰＢ より低く設定されている。
【００１８】
次に、本実施例の動作を説明する。図４は第１の実施例における図２に対応する圧力変化図、図５および図６はそれぞれ加速時および減速時の絞り付切替弁７の圧油の流れを示す説明図である。操作者による旋回用操作レバー５の一方向きへの押し込みに連れてパイロット管路Ｔ１ のパイロット圧Ｐ１ が０から上昇すると、パイロット圧Ｐ１ およびパイロット圧Ｐ２ が共に圧力切替弁７１１および圧力切替弁７１２のそれぞれの切替弁設定圧ＰＡ ，ＰＢ より低いので、圧力切替弁７１１および圧力切替弁７１２は図５（ａ）に示すように流路開放状態にあり、パイロット管路Ｔ１ 内の圧油は逆止弁７３１または圧力切替弁７１１を介して下流に流出し、さらに、逆止弁７３２に流路を阻まれて圧力切替弁７１２を介してパイロット管路Ｔ２ に流出する。なお、同図において、矢印を付した一点鎖線はパイロット圧油の流れを示す。以下の図においても同様である。これにより、パイロット管路Ｔ２ のパイロット圧Ｐ２ はパイロット圧Ｐ１ に追随して上昇する。パイロット圧Ｐ１ が切替弁設定圧ＰＡ に達すると、圧力切替弁７１１は閉じ状態に切り替わるが、パイロット管路Ｔ１ を流れるパイロット圧油は逆止弁７３１を介して下流に流出するから、圧油の流れに実質的な影響はない。やがて、パイロット圧Ｐ１ が切替弁設定圧ＰＢ に達すると、パイロット圧Ｐ２ も追随して切替弁設定圧ＰＢ に達する。パイロット圧Ｐ２ が切替弁設定圧ＰＢ になると、図５（ｂ）に示すように圧力切替弁７１２が閉じ状態に切り替わるから、パイロット管路Ｔ１ を流れるパイロット圧油は逆止弁７３１および絞り７２２を介してパイロット管路Ｔ２ に流出する。これにより、パイロット圧Ｐ２ はパイロット圧Ｐ１ に較べてややゆっくりと上昇する。このようにして、第１の実施例と同様に旋回体４の速やかな旋回起動が可能になると共に、切替制御弁２の急速な切り替わりを抑えて機械的衝撃の発生を抑制している。
【００１９】
次に、旋回用操作レバー５が戻し操作されて旋回体４が減速過程に移った時は、パイロット圧Ｐ１ およびパイロット圧Ｐ２ が共に圧力切替弁７１１，７１２のそれぞれの切替弁設定圧ＰＡ ，ＰＢ より高いので、圧力切替弁７１１，７１２は図６（ａ）に示すように共に閉じ状態にある。従って、パイロット管路Ｔ２ 内のパイロット圧油は逆止弁７３２および絞り７２１を介してパイロット管路Ｔ１ に流出する。これにより、パイロット圧Ｐ２ はパイロット圧Ｐ１ に較べてややゆっくりと低下する。パイロット圧Ｐ２ が切替弁設定圧ＰＢ に達すると圧力切替弁７１２が開放状態に切り替わるが、パイロット管路Ｔ２ から流出するパイロット圧油の逆止弁７３２の流体抵抗は殆ど無視できるので、圧油の流れに実質的な影響はない。やがて、パイロット圧Ｐ１ が切替弁設定圧ＰＢ に達すると、図６（ｂ）に示すように圧力切替弁７１１も開放状態に切り替わるので、パイロット管路Ｔ２ から流出するパイロット圧油は圧力切替弁７１１を介してパイロット管路Ｔ１ に流出する。これによりパイロット圧Ｐ２ は急激に低下してパイロット圧Ｐ１ に等しくなり、パイロット圧Ｐ１ と共に速やかに低下する。
【００２０】
このようにして、加速から減速に切り替わる時にパイロット管路Ｔ２ のパイロット圧Ｐ２ が緩やかに低下することにより機械的衝撃の発生を抑制すると共に、その後、パイロット圧Ｐ２ がパイロット圧Ｐ１ に追随して速やかに低下することにより、旋回体４の減速応答性が改善され、旋回用操作レバー５の中立位置への戻し操作に追随して旋回体４が速やかに停止することができる。さらに、本実施例では切替弁設定圧ＰＡ と切替弁設定圧ＰＢ の値および絞り７２１と絞り７２２の絞り能力をそれぞれ独立して設定できるから、これらの値を適宜設定することにより、加速時と減速時の機械的衝撃の発生を確実に緩和しながら、旋回起動と旋回停止の応答性を最適化できる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、絞り付切替弁は、パイロット弁側のパイロット圧が所定圧に達するまでは絞り機能を発揮せず、所定圧に達した後は絞り機能を発揮するようにしたので、アクチュエーターの加速時または減速時に発生する機械的衝撃を抑制しながら、操作レバーの操作に対する応答性を格段に向上させることができる。 請求項２記載の発明によれば、パイロット弁側から切替制御弁側にパイロット圧油が流れる時と逆向きに流れる時とで、絞り機能を発揮するか否かを決定する所定圧の値が異なるようにしたので、アクチュエーターの加速時および減速時の操作レバーの操作に対する応答度合いを個別に設定することができる。
【００２２】
請求項３記載の発明によれば、パイロット弁側から切替制御弁側にパイロット圧油が流れる時と逆向きに流れる時とで、絞り能力が異なるようにしたので、アクチュエーターの加速時および減速時に発生する機械的衝撃の緩和度合いを個別に設定することができる。
請求項４記載の発明によれば、絞り付切替弁をパイロット弁側のパイロット圧が所定圧に達すると流路を閉じる動作をする圧力切替弁と、絞りから成る並列回路で構成したので、請求項１記載の絞り付切替弁を簡単な構成とすることができる。
請求項５記載の発明によれば、絞り付切替弁をパイロット弁側のパイロット圧が所定圧に達すると流路を閉じる動作をする第１の圧力切替弁と、切替制御弁側からパイロット弁側に流れるパイロット圧油の流れを阻止する第１の逆止弁と、第１の絞りから成る第１の並列回路と、切替制御弁側のパイロット圧が所定圧に達すると流路を閉じる動作をする第２の圧力切替弁と、前記第１の逆止弁と逆の動作をする第２の逆止弁と、第２の絞りから成る第２の並列回路との直列回路で構成したので、請求項２または３記載の絞り付切替弁を簡単な構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る油圧ショベルの旋回体の油圧回路図
【図２】旋回体を旋回駆動した時の絞り付切替弁の前後のパイロット圧の経時変化を示す圧力変化図
【図３】本発明の第２の実施例に係る油圧ショベルの旋回体の油圧回路図
【図４】第１の実施例における図２に対応する圧力変化図
【図５】加速時の絞り付切替弁の圧油の流れを示す説明図
【図６】減速時の絞り付切替弁の圧油の流れを示す説明図
【図７】従来例に係る絞り付切替弁を示す断面図
【符号の説明】
１ 油圧ポンプ
２ 切替制御弁
３ 旋回モーター
４ 旋回体
５ 旋回用操作レバー
６ パイロット弁
７ 絞り付切替弁
８ パイロット油圧ポンプ
７１，７１１，７１２ 圧力切替弁
７２，７２１，７２２ 絞り
７３１，７３２ 逆止弁
【産業上の利用分野】
本発明はアクチュエーターを切り替え制御する切替制御弁とこれにパイロット圧油を供給するパイロット弁との間に設けられた絞り付切替弁により加速時と減速時に発生する機械的衝撃を緩和した建設機械の油圧パイロット回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
油圧ショベル等の建設機械において、例えば、旋回体の旋回駆動時、あるいは、走行体の走行駆動時等に急加速や急減速を行うと、これらの大きな慣性負荷のため、大きな負荷圧変動が生じて車体が衝撃を受け、操作者に不快感を与えたり、駆動装置の耐久性を低下させたりする。そこで、例えば、実開平６−１８０２号公報には、油圧アクチュエーターの加速時や減速時に生じる機械的衝撃を低減させるために、操作レバーの操作に連動するパイロット弁とアクチュエーターへ供給される駆動圧油の流量を制御する制御弁を接続するパイロット管路の途中に絞り付切替弁を介在させることにより、操作レバーが急操作された時に制御弁のスプールの移動速度を緩和して車体に機械的衝撃を生じさせないようにしたパイロット油圧回路が開示されている。
【０００３】
図７は上述の絞り付切替弁を示す断面図である。（ａ）はパイロット弁側のパイロット圧Ｐｐ が制御弁側のパイロット圧Ｐｃ に較べてあまり大きくないか小さい時、（ｂ）はパイロット弁側のパイロット圧Ｐｐ が制御弁側のパイロット圧Ｐｃ に較べてかなり大きい時の状態を示したものである。スプール８１は制御弁側に設けられたバネ８２によりパイロット弁側に付勢されているが、スプール８１の動きは実際上はスプール８１の両側のパイロット圧と受圧面積により決定される。即ち、スプール８１のパイロット弁側および制御弁側の受圧面積をそれぞれＡｐ およびＡｃ とした時、
Ｐｃ ×Ａｃ ≧Ｐｐ ×Ａｐ （ただし、Ａｐ ＜Ａｃ ） ……（１）
を満たす時はスプール８１は（ａ）に示すように左側に位置し、それ以外の時は（ｂ）に示すように右側に位置する。絞り付切替弁の弁本体８０の油室には軸方向に油が迂回して流れる側路８３が穿設され、側路８３に対応するスプール８１の側面にはその隔壁８１ｃを挟んで２つの側孔８１ｂが設けられている。また、隔壁８１ｃには狭い絞り油路８１ａが穿設されていて、双方から反対側の油室にパイロット油が徐々に流出できるようになっている。
【０００４】
油圧アクチュエーターの加速時に操作レバーが急操作されると、パイロット弁側のパイロット圧Ｐｐ が急激に増大するから、（１）式の不等号が逆向きになり、スプール８１はパイロット弁側のパイロット油に押されて右側に移動し、（ｂ）に示す側路放流位置になる。従って、パイロット弁側のパイロット油は速やかに側孔８１ｂおよび側路８３を通って制御弁側の油室に流入する。こうして、パイロット油が速やかに制御弁側の油室に流入することにより、制御弁側のパイロット圧Ｐｃ が上昇し、やがて、（１）式を満たすようになる。その時はスプール８１は制御弁側のパイロット圧油に押されて左側に移動し、（ａ）に示す絞り放流位置になる。この位置ではパイロット弁側のパイロット圧油は隔壁８１ｃの絞り油路８１ａを通って徐々に制御弁側の油室に流入する。これにより、制御弁が急速に切り替わって駆動圧油が大量にアクチュエーターに流入して機械的衝撃が生じるのを緩和できる。
【０００５】
次に、アクチュエーターの減速動作に移って操作レバーが急に戻されると、パイロット弁側のパイロット圧Ｐｐ が急激に低下し、スプール８１が（ａ）に示す絞り放流位置に押し込まれたままの状態で、制御弁側のパイロット圧油が絞り油路８１ａを通って徐々にパイロット弁側の油室に流入するから、制御弁が急速に切り替えられて制御弁が閉じられた結果、駆動圧油がアクチュエーター流出側に閉じ込められることにより生じる機械的衝撃を緩和する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来技術では制御弁を切り替え制御するパイロット圧油の流量を抑制することによって、油圧アクチュエーターの加速時や減速時に、駆動圧油が制御弁に急速に流入したり制御弁から流出するのが阻止されることにより生じる機械的衝撃を低減できるようになったが、アクチュエーターの減速制御時には絞り付切替弁の絞り機能が常に働くために、操作者の操作レバーの操作の動きに対してアクチュエーターの動きに遅れが生じてしまう。例えば、操作者が操作レバーを操作して中立位置まで戻した時に、アクチュエーターは未だ減速中であり、停止時期が遅れることがある。このような場合にはアクチュエーターによって駆動されている慣性体が停止の遅れにより周囲の物体にぶつからないように、停止遅れ時間を見込んで操作しなければならず、操作性が劣ると共に操作者の疲労が増大するという問題点があった。
【０００７】
本発明は従来技術におけるかかる問題点を解消して、油圧アクチュエーターの加速時や減速時に生じる機械的衝撃を緩和しながら、特に減速時に油圧アクチュエーターの動きを操作レバーの操作の動きに的確に追随させることができる操作性の優れた建設機械の油圧パイロット回路を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、アクチュエーターの速度と駆動方向を制御する切替制御弁とパイロット弁とを結ぶ油路の途中に設けられた絞り付切替弁は、パイロット弁側のパイロット圧が所定圧に達するまでは絞り機能を発揮せず、所定圧に達した後は絞り機能を発揮するようにしたものである。好ましくは、絞り付切替弁は、パイロット弁側から切替制御弁側にパイロット圧油が流れる時と逆向きに流れる時とで、絞り機能を発揮するか否かを決定する所定圧の値あるいは絞り能力が異なるようにしたものである。
【０００９】
【作用】
絞り付切替弁はパイロット弁側のパイロット圧が所定圧に達するまでは絞り機能を発揮せず、所定圧に達した後は絞り機能を発揮する。従って、アクチュエーターの起動時はパイロット弁から操作レバーの操作量に応答したパイロット圧油が絞りを受けずに切替制御弁に供給されるから、アクチュエーターの速やかな起動が可能になり、パイロット弁側のパイロット圧が所定圧に達した後は絞り付切替弁が絞り機能を発揮することにより、切替制御弁を緩やかに切り替えるパイロット圧油が切替制御弁に供給されるから、アクチュエーターの加速時の機械的衝撃の発生が抑制される。また、アクチュエーターの減速開始時は絞り付切替弁が絞り機能を発揮し、切替制御弁には切替制御弁を緩やかに切り替えるパイロット圧油が供給されるから、減速に切り替わる際に発生する機械的衝撃を抑制し、その後、パイロット弁側のパイロット圧が所定圧より低下すると、パイロット弁から操作レバーの操作に応答したパイロット圧油が絞りを受けずに切替制御弁に供給されるから、操作レバーが中立位置まで戻された時には、アクチュエーターは速やかに停止する。
【００１０】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
図１は本発明の第１の実施例に係る油圧ショベルの旋回体の油圧回路図である。同図において、１は油圧ポンプ、２は旋回体の切替制御弁、３は旋回モーター、４は旋回体、５は旋回用操作レバー、６は旋回体４の制御用のパイロット弁、７は絞り付切替弁、８はパイロット油圧ポンプ、２１はパイロット弁６から供給されたパイロット圧油が導かれる切替制御弁２の制御室、７１は絞り付切替弁７の圧力切替弁、７２は同じく、絞りである。油圧ポンプ１からの吐出駆動圧油は切替制御弁２を介して主管路Ｔ３ を経て旋回モーター３に供給され、旋回体４が連結された旋回モーター３を回転駆動する。
【００１１】
切替制御弁２のパイロット室にはパイロット油圧ポンプ８からの吐出パイロット油がパイロット弁６、絞り付切替弁７を介してパイロット管路Ｔ１ ，Ｔ２ を経て供給される。絞り付切替弁７の圧力切替弁７１はパイロット弁６のパイロット管路Ｔ１ のパイロット圧Ｐ１ が所定圧、即ち、切替弁設定圧ＰＡ 以上になると流路を閉じる。従って、パイロット管路Ｔ１ を流れるパイロット圧油は切替弁設定圧ＰＡ 以下では絞り付切替弁７の圧力切替弁７１を介して迂回して流れ、切替弁設定圧ＰＡ 以上では絞り７２を介して切替制御弁２側のパイロット管路Ｔ２ に流れる。
【００１２】
図２は旋回体４を一方に旋回させるように旋回用操作レバー５を速やかに押し込み操作した後、暫くして旋回用操作レバー５を速やかに中立位置へ戻し操作した時のパイロット管路Ｔ１ のパイロット圧Ｐ１ およびパイロット管路Ｔ２ のパイロット圧Ｐ２ の経時変化を示す圧力変化図である。なお、以下の説明では旋回体４を一方向に回転させる場合についてのみ説明するが、旋回体４を他方向に回転させる場合についても全く同様なので説明を省略した。パイロット管路Ｔ１ のパイロット圧Ｐ１ が０から切替弁設定圧ＰＡ まで上昇する間はパイロット管路Ｔ１ を流れるパイロット圧油は圧力切替弁７１を介して迂回して殆ど抵抗を受けずにパイロット管路Ｔ２ に流れるから、パイロット圧Ｐ２ はパイロット圧Ｐ１ に追随して上昇する。パイロット圧Ｐ１ が切替弁設定圧ＰＡ に達した後は絞り付切替弁７の圧力切替弁７１が閉じられ、パイロット管路Ｔ１ を流れるパイロット圧油は絞り７２を介してパイロット管路Ｔ２ に流れるから、パイロット圧Ｐ２ はパイロット圧Ｐ１ に較べてややゆっくりと上昇する。
【００１３】
このように、旋回用操作レバー５の初期操作時点では旋回用操作レバー５の動きに追随して切替制御弁２を速やかに切り替えさせ、パイロット圧Ｐ１ が切替弁設定圧ＰＡ に達した後は切替制御弁２の切り替え速度を緩やかにすることにより、旋回体４の速やかな旋回起動を可能にすると共に、切替制御弁２の急速な切り替えを抑えて機械的衝撃の発生を緩和している。パイロット圧Ｐ１ が開放圧ＰＲ に達した後もパイロット圧Ｐ２ は上昇し続け、やがて時間ｔ１ 後にパイロット圧Ｐ２ も開放圧ＰＲ に達する。図２に示す時間ｔ２ は切替弁設定圧ＰＡ が０、即ち、パイロット管路Ｔ１ を流れるパイロット圧油が常に絞り７２を介してパイロット管路Ｔ２ に流れるようにした時に、パイロット圧Ｐ１ が開放圧ＰＲ に達した後、パイロット圧Ｐ２ が開放圧ＰＲ に達するまでの時間である。時間ｔ２ と時間ｔ１ の差、即ち、時間（ｔ２ −ｔ１ ）が長いのは切替制御弁２の応答性の良さを表すが、長過ぎると機械的衝撃を緩和する期間が短くなって緩和し切れなくなるので、切替弁設定圧ＰＡ の値はこの兼ね合いで設定される。
【００１４】
旋回用操作レバー５が戻し操作されて旋回体４が減速過程に移った直後は、パイロット圧Ｐ１ が開放圧ＰＲ よりも未だ高い値を維持しているので、圧力切替弁７１は閉じており、旋回用操作レバー５の操作によりパイロット圧Ｐ１ が低下した時、より高いパイロット圧Ｐ２ のパイロット管路Ｔ２ 内のパイロット圧油は絞り７２を介してパイロット管路Ｔ１ に還流するから、パイロット圧Ｐ２ はパイロット圧Ｐ１ に較べてややゆっくりと低下する。その後、パイロット圧Ｐ１ が切替弁設定圧ＰＡ まで低下すると圧力切替弁７１が切り替わって迂回油路が開路するから、パイロット管路Ｔ２ 内のパイロット圧油は圧力切替弁７１を介したこの迂回油路を通ってパイロット管路Ｔ１ に一気に流れ、これにより、パイロット圧Ｐ２ も急降下する。その後もパイロット管路Ｔ２ 内のパイロット圧油は迂回油路を通ってパイロット管路Ｔ１ に流れるから、パイロット管路Ｔ２ のパイロット圧Ｐ２ はパイロット管路Ｔ１ のパイロット圧Ｐ１ に追随して低下する。
【００１５】
このように、パイロット圧Ｐ１ が切替弁設定圧ＰＡ に低下するまではパイロット管路Ｔ２ のパイロット圧Ｐ２ がややゆっくりと低下することにより、旋回体４が減速に切り替わる際に生じる機械的衝撃の発生を緩和し、パイロット圧Ｐ１ が切替弁設定圧ＰＡ まで低下した後はパイロット圧Ｐ２ がパイロット圧Ｐ１ に追随して低下することにより、旋回体４の減速応答性を改善し、特に旋回体４が停止するまでに要する時間を短縮できる。仮に、切替弁設定圧ＰＡ を０に設定した時に減速開始からパイロット圧Ｐ２ が０になる、即ち、切替制御弁２のスプールが中立位置になるまでの時間と、本実施例のように切替弁設定圧ＰＡ を所定の値に設定した時に減速開始から切替制御弁２のスプールが中立位置になるまでの時間との時間差ｔ３ は旋回体４の減速応答性の改善度を表す。時間差ｔ３ が長い程、即ち、切替弁設定圧ＰＡ が高い程、旋回体４の減速応答性が改善される。
【００１６】
本実施例では旋回体４の加速時と減速時とで絞り付切替弁７の動作は変わらないので、切替制御弁２の加減速応答性と機械的衝撃の緩和能力は同じになるが、これらの能力を加速時と減速時とで異ならせることもできる。以下にかかる機能を具えた本発明の第２の実施例を説明する。図３は第２の実施例に係る油圧ショベルの旋回体の油圧回路図である。第１の実施例と同一または同一と見做せる箇所には同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。同図において、７１１，７１２はそれぞれ互いに異なる切替弁設定圧を有した絞り付切替弁７の圧力切替弁、７２１，７２２は同じく、それぞれ互いに異なる絞り能力を有した絞り、７３１，７３２は同じく、それぞれ互いに異なる向きの逆止機能を有した逆止弁である。
【００１７】
同図に示すように、本実施例では絞り付切替弁７は並列接続された圧力切替弁、逆止弁および絞りから成る２つの切替弁ユニットを互いに逆向きに直列接続して成る。即ち、圧力切替弁７１１はパイロット管路Ｔ１ のパイロット圧Ｐ１ に従って切り替わるのに対して、圧力切替弁７１２はパイロット管路Ｔ２ のパイロット圧Ｐ２ に従って切り替わり、逆止弁７３１はパイロット管路Ｔ２ からパイロット管路Ｔ１ に向かうパイロット圧油の流れを抑止し、逆止弁７３２はパイロット管路Ｔ１ からパイロット管路Ｔ２ に向かうパイロット圧油の流れを抑止するように接続されている。なお、圧力切替弁７１１の切替弁設定圧ＰＡ は圧力切替弁７１２の切替弁設定圧ＰＢ より低く設定されている。
【００１８】
次に、本実施例の動作を説明する。図４は第１の実施例における図２に対応する圧力変化図、図５および図６はそれぞれ加速時および減速時の絞り付切替弁７の圧油の流れを示す説明図である。操作者による旋回用操作レバー５の一方向きへの押し込みに連れてパイロット管路Ｔ１ のパイロット圧Ｐ１ が０から上昇すると、パイロット圧Ｐ１ およびパイロット圧Ｐ２ が共に圧力切替弁７１１および圧力切替弁７１２のそれぞれの切替弁設定圧ＰＡ ，ＰＢ より低いので、圧力切替弁７１１および圧力切替弁７１２は図５（ａ）に示すように流路開放状態にあり、パイロット管路Ｔ１ 内の圧油は逆止弁７３１または圧力切替弁７１１を介して下流に流出し、さらに、逆止弁７３２に流路を阻まれて圧力切替弁７１２を介してパイロット管路Ｔ２ に流出する。なお、同図において、矢印を付した一点鎖線はパイロット圧油の流れを示す。以下の図においても同様である。これにより、パイロット管路Ｔ２ のパイロット圧Ｐ２ はパイロット圧Ｐ１ に追随して上昇する。パイロット圧Ｐ１ が切替弁設定圧ＰＡ に達すると、圧力切替弁７１１は閉じ状態に切り替わるが、パイロット管路Ｔ１ を流れるパイロット圧油は逆止弁７３１を介して下流に流出するから、圧油の流れに実質的な影響はない。やがて、パイロット圧Ｐ１ が切替弁設定圧ＰＢ に達すると、パイロット圧Ｐ２ も追随して切替弁設定圧ＰＢ に達する。パイロット圧Ｐ２ が切替弁設定圧ＰＢ になると、図５（ｂ）に示すように圧力切替弁７１２が閉じ状態に切り替わるから、パイロット管路Ｔ１ を流れるパイロット圧油は逆止弁７３１および絞り７２２を介してパイロット管路Ｔ２ に流出する。これにより、パイロット圧Ｐ２ はパイロット圧Ｐ１ に較べてややゆっくりと上昇する。このようにして、第１の実施例と同様に旋回体４の速やかな旋回起動が可能になると共に、切替制御弁２の急速な切り替わりを抑えて機械的衝撃の発生を抑制している。
【００１９】
次に、旋回用操作レバー５が戻し操作されて旋回体４が減速過程に移った時は、パイロット圧Ｐ１ およびパイロット圧Ｐ２ が共に圧力切替弁７１１，７１２のそれぞれの切替弁設定圧ＰＡ ，ＰＢ より高いので、圧力切替弁７１１，７１２は図６（ａ）に示すように共に閉じ状態にある。従って、パイロット管路Ｔ２ 内のパイロット圧油は逆止弁７３２および絞り７２１を介してパイロット管路Ｔ１ に流出する。これにより、パイロット圧Ｐ２ はパイロット圧Ｐ１ に較べてややゆっくりと低下する。パイロット圧Ｐ２ が切替弁設定圧ＰＢ に達すると圧力切替弁７１２が開放状態に切り替わるが、パイロット管路Ｔ２ から流出するパイロット圧油の逆止弁７３２の流体抵抗は殆ど無視できるので、圧油の流れに実質的な影響はない。やがて、パイロット圧Ｐ１ が切替弁設定圧ＰＢ に達すると、図６（ｂ）に示すように圧力切替弁７１１も開放状態に切り替わるので、パイロット管路Ｔ２ から流出するパイロット圧油は圧力切替弁７１１を介してパイロット管路Ｔ１ に流出する。これによりパイロット圧Ｐ２ は急激に低下してパイロット圧Ｐ１ に等しくなり、パイロット圧Ｐ１ と共に速やかに低下する。
【００２０】
このようにして、加速から減速に切り替わる時にパイロット管路Ｔ２ のパイロット圧Ｐ２ が緩やかに低下することにより機械的衝撃の発生を抑制すると共に、その後、パイロット圧Ｐ２ がパイロット圧Ｐ１ に追随して速やかに低下することにより、旋回体４の減速応答性が改善され、旋回用操作レバー５の中立位置への戻し操作に追随して旋回体４が速やかに停止することができる。さらに、本実施例では切替弁設定圧ＰＡ と切替弁設定圧ＰＢ の値および絞り７２１と絞り７２２の絞り能力をそれぞれ独立して設定できるから、これらの値を適宜設定することにより、加速時と減速時の機械的衝撃の発生を確実に緩和しながら、旋回起動と旋回停止の応答性を最適化できる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、絞り付切替弁は、パイロット弁側のパイロット圧が所定圧に達するまでは絞り機能を発揮せず、所定圧に達した後は絞り機能を発揮するようにしたので、アクチュエーターの加速時または減速時に発生する機械的衝撃を抑制しながら、操作レバーの操作に対する応答性を格段に向上させることができる。 請求項２記載の発明によれば、パイロット弁側から切替制御弁側にパイロット圧油が流れる時と逆向きに流れる時とで、絞り機能を発揮するか否かを決定する所定圧の値が異なるようにしたので、アクチュエーターの加速時および減速時の操作レバーの操作に対する応答度合いを個別に設定することができる。
【００２２】
請求項３記載の発明によれば、パイロット弁側から切替制御弁側にパイロット圧油が流れる時と逆向きに流れる時とで、絞り能力が異なるようにしたので、アクチュエーターの加速時および減速時に発生する機械的衝撃の緩和度合いを個別に設定することができる。
請求項４記載の発明によれば、絞り付切替弁をパイロット弁側のパイロット圧が所定圧に達すると流路を閉じる動作をする圧力切替弁と、絞りから成る並列回路で構成したので、請求項１記載の絞り付切替弁を簡単な構成とすることができる。
請求項５記載の発明によれば、絞り付切替弁をパイロット弁側のパイロット圧が所定圧に達すると流路を閉じる動作をする第１の圧力切替弁と、切替制御弁側からパイロット弁側に流れるパイロット圧油の流れを阻止する第１の逆止弁と、第１の絞りから成る第１の並列回路と、切替制御弁側のパイロット圧が所定圧に達すると流路を閉じる動作をする第２の圧力切替弁と、前記第１の逆止弁と逆の動作をする第２の逆止弁と、第２の絞りから成る第２の並列回路との直列回路で構成したので、請求項２または３記載の絞り付切替弁を簡単な構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る油圧ショベルの旋回体の油圧回路図
【図２】旋回体を旋回駆動した時の絞り付切替弁の前後のパイロット圧の経時変化を示す圧力変化図
【図３】本発明の第２の実施例に係る油圧ショベルの旋回体の油圧回路図
【図４】第１の実施例における図２に対応する圧力変化図
【図５】加速時の絞り付切替弁の圧油の流れを示す説明図
【図６】減速時の絞り付切替弁の圧油の流れを示す説明図
【図７】従来例に係る絞り付切替弁を示す断面図
【符号の説明】
１ 油圧ポンプ
２ 切替制御弁
３ 旋回モーター
４ 旋回体
５ 旋回用操作レバー
６ パイロット弁
７ 絞り付切替弁
８ パイロット油圧ポンプ
７１，７１１，７１２ 圧力切替弁
７２，７２１，７２２ 絞り
７３１，７３２ 逆止弁
Claims (5)
- 慣性体を駆動するアクチュエーターの速度と駆動方向を制御する切替制御弁の制御室にパイロット圧油を供給するパイロット弁と前記切替制御弁とを結ぶ油路の途中に絞り付切替弁を具えて、前記アクチュエーターの加速時と減速時に前記絞り付切替弁による絞り機能を発揮させて機械的衝撃の発生を抑制した建設機械の油圧パイロット回路において、前記絞り付切替弁は、前記パイロット弁側のパイロット圧が所定圧に達するまでは絞り機能を発揮せず、前記所定圧に達した後は絞り機能を発揮するようにしたことを特徴とする建設機械の油圧パイロット回路。
- 前記絞り付切替弁は、前記パイロット弁側から前記切替制御弁側にパイロット圧油が流れる時と逆向きに流れる時とで、絞り機能を発揮するか否かを決定する所定圧の値が異なるようにしたことを特徴とする請求項１記載の建設機械の油圧パイロット回路。
- 前記絞り付切替弁は、前記パイロット弁側から前記切替制御弁側にパイロット圧油が流れる時と逆向きに流れる時とで、絞り能力が異なるようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の建設機械の油圧パイロット回路。
- 前記絞り付切替弁は、流路を通るパイロット圧油に流れ抵抗を与える絞りと、前記パイロット弁側のパイロット圧が所定圧に達すると流路を閉じる動作をする圧力切替弁から成る並列回路で構成したことを特徴とする請求項１記載の建設機械の油圧パイロット回路。
- 前記絞り付切替弁は、流路を通るパイロット圧油に流れ抵抗を与える第１の絞りと、前記パイロット弁側のパイロット圧が所定圧に達すると流路を閉じる動作をする第１の圧力切替弁と、前記切替制御弁側から前記パイロット弁側に流れるパイロット圧油の流れを阻止する第１の逆止弁から成る第１の並列回路と、流路を通るパイロット圧油に流れ抵抗を与える第２の絞りと、前記切替制御弁側のパイロット圧が所定圧に達すると流路を閉じる動作をする第２の圧力切替弁と、前記パイロット弁側から前記切替制御弁側に流れるパイロット圧油の流れを阻止する第２の逆止弁から成る第２の並列回路との直列回路で構成したことを特徴とする請求項２または３記載の建設機械の油圧パイロット回路。
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