JP3590318B2

JP3590318B2 - 建設機械の油圧回路

Info

Publication number: JP3590318B2
Application number: JP2000065289A
Authority: JP
Inventors: 浩之塚本
Original assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2000-03-09
Filing date: 2000-03-09
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2020-03-09
Also published as: JP2001254400A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は建設機械の油圧回路の技術分野に属する。更に詳細には，油圧ショベル等の建設機械において直進走行を容易にするための切換弁（以下，走行直進弁という）を利用した油圧回路の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から建設機械、特に小型の油圧ショベル等の建設機械においては、建設機械をある場所に停止して作業を行うだけでなく走行しながら他の作業を行う必要もある。この場合、例えばパイプ布設や木材の整理作業などのように直進走行が要求される場合が多い。従って，この種の建設機械の油圧回路では複数の油圧ポンプを使用して直進走行性を向上させると共に直進走行時における作業又は停止時における作業の性能を上げるために従来から種々の工夫がなされてきている。
【０００３】
図３，図４に従来の油圧回路の１例（以下従来回路１という）を示す。図３，図４において，油圧ポンプ１１のセンタ油路１２には走行モータ１３を制御するための走行制御弁１４、旋回モータ（図示省略）を制御するための旋回制御弁１５、アームシリンダを制御するためのアーム制御弁１６及び油タンクＴが接続されている。同様に，油圧ポンプ２１のセンタ油路には走行直進弁２３、走行モータ２４を制御する走行制御弁２５、ブームシリンダ（図示省略）を制御するブーム制御弁２６、バケットシリンダ（図示省略）を制御するバケット制御弁２７及び油タンクＴが接続されている。上記制御弁１４〜１６及び２５〜２７は図示されていない各々のリモコン弁を操作したときにパイロットポートにパイロット圧油が作用するように接続されている。以下，説明を簡単化するために、走行制御弁１４、２５以外の制御弁１５，１６、２６及び（又は）２７を作業機の制御弁ということにする。
【０００４】
また、センタ油路１２から分岐したパラレル油路１８は走行直進弁２３を連通し、パラレル油路１９が旋回制御弁１５及びアーム制御弁１６の入力油路と合流している。センタ油路２２から分岐したパラレル油路２８はブーム制御弁２６及びバケット制御弁２７の入力油路に合流している。パラレル油路２８の途中から分岐したバイパス油路３１は絞り３２、チェック弁３３が接続され，センタ油路２２の走行制御弁２５の上流に接続されている。走行制御弁２３はスプリング２３ｂとパイロットポート２３ａのパイロット圧によって状態がイからロ又はその逆に切り換わる。パイロットポート２３ａには走行制御弁１４、２５と作業機の制御弁１５，１６、２６又は２７とが同時に操作されたとき（走行と他の作業が同時に行われる場合）にパイロット圧が作用して切り換わるように図示されていない回路が接続されている。パイロット圧が作用して状態イに切り換わった場合を図４に示している。
【０００５】
図３は走行のみ（又は作業機の操作のみ）の場合の回路を示す。単独走行の場合は油圧ポンプの圧油はセンタ油路１２を通って，走行制御弁１４、走行モータ１３に供給され，作業機の制御弁１５，１６にはパラレル油路１８，１９を通って供給される。同様に、油圧ポンプ２１の圧油はセンタ油路２２を通って，走行制御弁２５、走行モータ２４に供給され，作業機の制御弁２６，２７にはパラレル油路２８を通って供給される。従って，走行モータ１３，２４には油圧ポンプ１１，２１から夫々供給されるため直進走行が容易になる。
【０００６】
図４は走行しながら作業機を操作する場合の回路である。この場合走行直進弁２３は状態イに切り換わる。図４で、油圧モータ１１の圧油はセンタ油路１２により走行制御弁１４に流れると共にパラレル油路１８、走行直進弁２３、センタ油路２２を通って走行制御弁２５に流れる。一方油圧ポンプ２１の圧油はパラレル油路２８を通って作業機の制御弁２６，２７に流れると共にセンタ油路２２、走行直進弁２３、パラレル油路１９を通って、作業機の制御弁１５，１６に流れる。従って，図４の場合は油圧ポンプ１１から走行制御弁１４、２５に等量の圧油が流れ，直進走行が可能となる。また、作業機の制御弁１５，１６、２６，２７には油圧ポンプ２１からの圧油が流れ，作業も同時に行える。なお、作業機の制御弁１５，１６、２６，２７が油圧ポンプ２１の圧油を使用する流量が少ない場合は余剰の圧油はバイパス油路３１を通って、センタ油路２２に供給される。
【０００７】
図５は公開特許公報特許公報第平９−３２０４号に開示されている建設機械の油圧回路（以下，従来回路２という）である。以下，説明を簡単にするために可能な範囲で従来回路１と共通の引用符号を付する。図５において，油圧ポンプ１１のセンタ油路１２には走行制御弁１４、作業機の制御弁１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ及び油タンクＴが接続されている。油圧ポンプ２１のセンタ油路２２には走行直進弁４０、走行制御弁２５、作業機の制御弁２６ａ、２６ｂ、２６ｃ及び油タンクＴが接続されている。また、油圧ポンプ１１のパラレル油路１８は走行直進弁４０、パラレル油路１９を通って、作業機の制御弁１５ａ〜１５ｄの入力油路に合流している。油圧ポンプ２１のパラレル油路２８は作業機の制御弁２６ａ〜２６ｃの入力油路に合流している。
【０００８】
直進走行弁４０のパイロットポート４０ａはシャトル弁４１の出力ポートと接続し，シャトル弁４１の入力ポートには油路４２と電磁切換弁４３の出力が接続されている。油路４２は走行弁１４，２５と作業機の制御弁１５ａ〜１５ｄ又は２６ａ〜２６ｃが同時に作動するときにパイロット圧が印加するように構成されている。電磁切換弁４３は作業機の特定のアタッチメント４４が作動するときにパイロット圧がシャトル弁４１の他方の入力ポートに印加するように接続されている。電磁切換弁４３を考慮しなければ，従来回路２が従来回路１と異なる点は、走行直進弁４０の内部にバイパス油路３１を設けた点のみで実質的に同じ回路構成となっている。
更に，類似の回路構成が公開特許公報特許公報第平８−１３５４５号に開示されている（以下従来回路３という）。
【０００９】
ところで，従来回路１〜３において、走行時に旋回モータによる上部旋回体の旋回作業、ブームの上げ作業、アームの開き作業等は安全確保の点から動作速度が非常にゆっくりと行われる。また、バイパス油路３１（従来回路１）に設けられている絞り３２は開口面積を小さくして（絞り抵抗を大きくして）作業機の操作が直進走行に大きな影響を与えないように工夫されている。さらに、絞り３２の開口面積を大きくすると作業機の制御弁に（又はアクチュエータに）流れる油圧が上昇せず，ブームの上げ操作等の高い負荷圧を必要とする作業が円滑にできない場合も生じる。
【００１０】
しかし，走行直進弁２３は走行と同時に作業機を操作すると直ちに状態イに切り換えられ，絞り３２の開口面積が小さいと、余剰油により油圧ポンプ２１の出力圧が異常な高圧となり，油圧ポンプ２１の制御が馬力制御により制御されるようになる。即ち，油圧ポンプの吐出圧が一定圧（飽和圧）以上になると油圧ポンプが一定のトルクを出力するためにはエンジンの馬力を変化させて制御しなければならない状態になる。従って、油圧ポンプ２１の吐出圧が高過ぎるためにエンジンは回転数を落として油圧ポンプ２１のトルクを一定に維持しようとする。しかし，油圧ポンプ１１の駆動軸は油圧ポンプ２１の駆動軸と連結されて駆動されているため，油圧ポンプ１１の吐出量が低減し，走行速度が一気に低下してしまうという課題が生じる。更に，エンジンの燃比も劣化するという課題も生じる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の油圧回路では走行直進弁が切り換わったときに高負荷圧を必要とする微操作の作業を行うと走行速度が一気に低下してしまうという課題やエンジンの燃比も劣化するという課題が生じていた。
この発明は、上述のような背景の下になされたもので、上記の課題を解決し，走行性及び燃比に優れた建設機械の油圧回路を提供することを課題としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は以下の手段を採用している。即ち請求項１に記載の発明は、２個の油圧ポンプのセンタ油路に左右の走行制御弁の各１方を設け、それらのセンタ油路下流に作業機のアクチュエータの制御弁を１又は複数個接続し、同時に前記２個のセンタ油路上流の各々からパラレル油路を分岐させて設け、該パラレル油路の圧油を下流の各アクチュエータ用制御弁に供給する油路を設け、前記一方の油圧ポンプのセンタ油路上流と他方の油圧ポンプのパラレル油路上流に走行直進弁を設けた建設機械の油圧回路において、前記一方の油圧ポンプのパラレル油路上流から同一側センタ油路の前記走行直進弁の下流にバイパス油路を設け、該バイパス油路に可変絞り弁及びチェック弁を設けて該パラレル油路から該センタ油路への圧油の供給を可能にし、かつ、前記可変絞り弁の一側に設けた第１パイロットポートを前記バイパス油路の上流に接続し、反対側に設けた第２パイロットポートを前記センタ油路の走行制御弁の上流に接続すると共に該第２パイロットポート側にスプリングを介してダッシュポートを接続し、該可変絞り弁は該第１パイロットポートの油圧力が該第２パイロットポートの油圧力とスプリングのばね力との合力よりも大きくなったときに絞り抵抗が小さくなるように構成すると共に、前記ダッシュポートの他端にシャトル弁の出力ポートを接続し、該シャトル弁の両入力ポートにアーム制御弁のアーム開き側パイロット油圧と、ブーム制御弁のブーム上げ側パイロット油圧とを印加可能に接続したことを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施形態】
図１は本発明の実施形態１の回路構成を示す図である。以下、図面を参照してこの発明の実施形態について説明する。なお、従来装置１と同じ構成要素については同一の参照番号を付して詳細な説明を省略する。図１において，可変絞り弁５１は図３の絞り３２の代わりにバイパス油路３１に挿入されている。可変絞り弁５１は切り換え弁で構成され，上側油路の絞り５１ａは下側油路の絞り５１ｂよりも開口面積が大きく（絞り抵抗は小さく）構成されており、上側のパイロットポートは油路５２によりパラレル油路２８に接続されており，下側のパイロットポートは油路５３によりセンタ油路２２に接続されている。即ち、パラレル油路２８の油圧が上昇した場合に絞り抵抗は小さくなるように構成する。絞り抵抗の変化は以下のようになる。
【００１６】
下側にはばね係数（ｋ）の圧縮スプリング５１ｃにより付勢されている。可変絞り弁５１のストローク変位がゼロのとき（絞りが５１ａにあるとき）のばね長さの変位を（ｘ）とすると、ばね力ＳはＳ＝ｋｘとなる。上側パイロットポートに作用する油圧力をＰ２とし、下側パイロットポートに作用する油圧力をＰ１とすれば，Ｐ２が（Ｐ１＋ｋｘ）以上のときは絞り抵抗は５１ａで、Ｐ２が（Ｐ１＋ｋｘ）よりも小さくなるにつれて可変絞り弁５１は絞り抵抗５１ｂに移行する。なお、油圧力Ｐ１，Ｐ２は油圧と上側パイロットポートの開口面積又は下側パイロットポートの開口面積の積で与えられる力である。絞り抵抗の変化は可変絞り弁５１のストローク変位に対して直線的（線形的）に減少してもよいし、非線形的に減少させてもよい。
【００１７】
ここで，Ｐ２を負荷圧の最も高い場合、例えば，ブームを上げ操作するときの油圧、アームを開き操作するときの油圧以上になるように設定しておけば負荷圧の高い場合のアクチュエータも駆動も可能であり，このような場合の作業も可能となる。また、油圧力Ｐ１を降坂時に下側パイロットポートに作用する油圧力に設定し，ばね力（ｋｘ）を上記のように調整しておけば，降坂時の作業も可能になる。
【００１８】
以上のように設定した場合、実施形態１は以下のように作用する。（１）走行単独の場合は、走行直進弁２３は状態ロにあり、油圧モータ１１，２１の油圧は夫々油路１２、２２を経て制御弁１４、２５に流れ、直進走行が可能となる。（２）走行と同時に作業機の操作を行う場合（上部旋回体の旋回操作も含む）は、走行直進弁２３は状態イに切り換わり，油圧ポンプ１１の圧力油が制御弁１４，２５に流れ，直進走行が可能となる。又，油圧ポンプ２１の圧力油は油路２８、１９により作業機の制御弁１５，１６，２６，２７に流れる。従って，直進走行と同時に作業機による作業も可能となる。
【００１９】
このときに作業機の操作が，例えばブームの上げ操作をゆっくりとする作業のみの場合はブーム制御弁２６（従って，図示されていないブームシリンダ）に流れる油流量は微小であるため，油路２８の油圧は上昇し，絞り弁５１は絞り抵抗の小さい５１ａに切り換わり、余剰油は絞り５１ａを経て走行制御弁２５に流れる。従って，油路２８の油圧は下降し，油圧ポンプ２１が馬力制御の状態に陥ることはない。これにより、走行速度が一気に低下したり，油圧ポンプの一方のみが利用され，他方が遊んでいるような状態を防止することができる。又，余剰油が走行制御弁（従って，走行モータ）に流れることから油圧エネルギが有効に利用されるためにエンジンの燃比も劣化を免れる。
【００２０】
図２は本発明の実施形態２の構成の要部を示す。図２に示すように，可変絞り弁６１は図１に示すような可変絞り弁５１のスプリング５１ｃの部分にダッシュポート６２を設けたもので、これによってばね力（ｋｘ）を変更可能にした例である。ダッシュポート６２の入力ポートはシャトル弁６３の出力ポートに接続され，シャトル弁６３の入力ポート６４，６５は夫々アーム制御弁のアーム開側パイロット油圧及びブーム制御弁の上げ側パイロット油圧が作用するように接続されている。
【００２１】
実施形態２は以下のように作用する。走行単独の場合は実施形態１の場合と同様である。走行と同時に作業機の操作をする場合で、ブームの上げ操作及びアームの開き操作以外の操作をするときは可変絞り弁６１に作用するばね力が小さいので油路２８から油路２２への合流流量を実施形態１の場合に比べてより多くすることができる。従って，この場合は走行速度の低下量をより多く抑えることができる。又，ブームの上げ操作又はアームの開き操作をするときは可変絞り弁６１に作用するばね力が大きく作用し、油路２８、１９の油圧は高圧になるまで可変絞り弁６１は切り換わらない。従って，ブームの上げ操作又はアームの開き操作も可能となる。
【００２２】
以上、この発明の実施形態、実施例を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。例えば、従来回路２又は３の走行直進弁のように、内部に絞りを設けてその絞り抵抗を可変にしてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の構成によれば、絞り抵抗を可変にして作業機の制御弁にかかる油圧を制限し，それによって一方の油圧ポンプのみに過大な負荷圧がかかるのを制限している。これによって，不必要に一方の油圧ポンプが馬力制御域に突入し，他方の油圧ポンプのトルクが必要以上に小さくなり走行速度が低下するのを防止している。従って，作業機の操作をしながら直進走行を行う場合でも円滑な走行が可能であり，又エネルギ消費も節約できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施形態１の構成を示す。
【図２】本願発明の実施形態２の構成を示す。
【図３】従来回路１の構成を示す。
【図４】従来回路１の走行と作業機が同時に行われる回路を示す。
【図５】従来回路２の構成を示す。
【符号の説明】
１１、２１油圧ポンプ
１４，２５走行制御弁
１５旋回制御弁
１６アーム制御弁
２３走行直進弁
２６ブーム制御弁
２７バケット制御弁
５１、６１可変絞り弁

Claims

２個の油圧ポンプのセンタ油路に左右の走行制御弁の各１方を設け、それらのセンタ油路下流に作業機のアクチュエータの制御弁を１又は複数個接続し、同時に前記２個のセンタ油路上流の各々からパラレル油路を分岐させて設け、該パラレル油路の圧油を下流の各アクチュエータ用制御弁に供給する油路を設け、前記一方の油圧ポンプのセンタ油路上流と他方の油圧ポンプのパラレル油路上流に走行直進弁を設けた建設機械の油圧回路において、
前記一方の油圧ポンプのパラレル油路上流から同一側センタ油路の前記走行直進弁の下流にバイパス油路を設け、該バイパス油路に可変絞り弁及びチェック弁を設けて該パラレル油路から該センタ油路への圧油の供給を可能にし、かつ、前記可変絞り弁の一側に設けた第１パイロットポートを前記バイパス油路の上流に接続し、反対側に設けた第２パイロットポートを前記センタ油路の走行制御弁の上流に接続すると共に該第２パイロットポート側にスプリングを介してダッシュポートを接続し、該可変絞り弁は該第１パイロットポートの油圧力が該第２パイロットポートの油圧力とスプリングのばね力との合力よりも大きくなったときに絞り抵抗が小さくなるように構成すると共に、前記ダッシュポートの他端にシャトル弁の出力ポートを接続し、該シャトル弁の両入力ポートにアーム制御弁のアーム開き側パイロット油圧と、ブーム制御弁のブーム上げ側パイロット油圧とを印加可能に接続したことを特徴とする建設機械の油圧回路。