JP3621601B2 - 建設機械の油圧回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は破砕機やブレーカ等のアクチュエータをオプションとして装着することのできる建設機械の油圧回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、油圧ショベル等の油圧式建設機械の用途は多様化しており、作業機に標準装備されているバケットに代えて破砕機、ブレーカ等のアクチュエータ(以下、オプション装置と呼ぶ)を用いることがある。
【0003】
この種のオプション装置はバケット用アクチュエータとは異なり、一般に油圧ポンプの最大流量を必要としない低容量型である。このようなオプション装置をフロントアタッチメントに装着した状態で、可変容量形油圧ポンプから吐出される圧油を標準装備のアクチュエータとオプション装置との間でやりとりすると、標準装備のアクチュエータの操作がオプション装置の駆動に影響を及ぼし不安定となる。従って、オプション装置専用に安定した圧源を確保する必要がある。
【0004】
しかしながら、現状の油圧ショベルでは2ポンプ方式が主流であり、オプション装置に対して安定した圧源を確保するには、第三のポンプを追加するか、または図3に示すように、可変容量形油圧ポンプP1、P2の吐出ポートにフローデバイダ50を設け、オプション装置に優先的に圧油を供給するかである。フローデバイダ50を設けた油圧回路では、オプション装置を操作するリモコン弁からパイロット圧Paが導出され切換弁50aのパイロットポートに作用すると、切換弁50aはア位置からイ位置に切り換えられ、可変容量形油圧ポンプP1及びP2から吐出される圧油が合流されてポートC3から流れる。従ってオプション装置に優先的に圧油が供給される。なお、図中、C1及びC2は標準装備のアクチュエータに圧油を供給するポートである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記第三のポンプを追加すると、油圧回路のコストが高くなり、且つオプション装置は頻繁に使用するものではないにも拘わらず常にその第三のポンプを駆動させておく必要があるため、エネルギーロスが増加するという問題がある。
【0006】
また、上記フローデバイダ50を備えた油圧回路では、ポートC3からオプション装置に供給する圧油流量は小容量で足りるものであるが、両可変容量形油圧ポンプP1及びP2を常に駆動させるため、最大油量からオプション装置に必要な油量を差し引いた残りはC1及びC2ポートから下流に排出されることになる。従って、極めてエネルギーロスの多い運転をせざるを得ないという問題がある。加えて、フローデバイダ50は、コストを低減する目的で流量が固定されていることが多く、多様なオプション装置に対応することができないという問題もある。
【0007】
本発明は以上のような従来の油圧回路における課題を考慮してなされたものであり、主たる目的はエネルギーロスを招くことなくオプション装置に圧源を安定して供給することができる油圧回路を提供することにあり、さらに、多様なオプション装置に対応することのできる建設機械の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】
請求項1の本発明は、少なくとも第一及び第二の油圧ポンプと、その油圧ポンプから吐出される圧油の流量及び方向を制御して各アクチュエータに供給する複数の方向制御弁と、前記アクチュエータとは別のアクチュエータをオプション装置として追加し得る構成の建設機械の油圧回路において、前記第一の油圧ポンプから前記方向制御弁に通じる主油路であってその方向制御弁の手前から分岐され前記オプション装置に接続される分岐油路と、切換制御手段とを有し、この切換制御手段は、前記分岐油路に介設され遮断位置と連通位置とを有する第一の切換弁と、前記第一油圧ポンプから前記方向制御弁に通じる主油路に介設され遮断位置と連通位置とを有する第二の切換弁と、オプション使用モードに切り換えられた際に前記第二の切換弁を閉じて前記第一の切換弁を開く制御部とから構成され、前記第一及び第二両切換弁により、
(a)前記分岐油路を遮断し、且つ前記第一油圧ポンプからの圧油を前記方向制御弁に通じる主油路に流す状態と、
(b)前記分岐油路を開通させ、且つ前記第一油圧ポンプからの圧油をその分岐油路にのみ流すとともに、前記第二油圧ポンプからの圧油を前記主油路に流す状態と
の間で切り換わるように構成されている建設機械の油圧回路である。
【0009】
請求項2の本発明において、運転席にオプション使用モードを選択するスイッチを備えることが好ましい。
【0010】
請求項3の本発明において、複数の方向制御弁が複数のセンターバイパスライン上に分けて配列されている構成では、通常、圧油を左右の走行アクチュエータのみに供給する第一切換位置及び左右の走行アクチュエータとそれ以外のアクチュエータへ分配供給する第二切換位置を有し、走行直線性能を高めるための走行直進弁が備えられている。この場合、その走行直進弁にさらに第三切換位置として第二の切換弁を付加することが好ましい。
【0011】
請求項4の本発明において、各センターバイパスライン上に圧油をタンクに逃がすカット弁をそれぞれ設け、アクチュエータを操作する際に、操作対象のアクチュエータを制御するための方向制御弁が配置されていない側のセンターバイパスラインを閉じて圧抜けを防止するように構成することが好ましい。
【0012】
請求項5の本発明において、上記カット弁はアクチュエータの操作指令値に比例して開閉するように構成することが好ましい。
【0013】
請求項6の本発明において、第一及び第二油圧ポンプが可変容量形油圧ポンプからなり、この構成ではポンプ吐出流量を調整する流量操作部を備えることが好ましい。
【0014】
請求項7の本発明において、上記第一の切換弁は別のアクチュエータの操作指令値に比例して開閉するように構成することが好ましい。
【0015】
本発明に従えば、第一の油圧ポンプから方向制御弁に通じる主油路が遮断されて分岐油路が連通し、その分岐油路に接続されたオプション装置が操作可能になる。従って2ポンプ方式の油圧回路では、一方の油圧ポンプをオプション装置専用として確保することができ、オプション装置を安定操作することができる。
【0016】
この場合、第1の切換弁を、第一の油圧ポンプから方向制御弁に通じる主油路に直接取り付けず分岐油路に介設したため、第1の切換弁を、油圧ポンプから複数の方向制御弁に至る間の狭いスペースに設ける必要がなく回路設計が容易になる。
【0017】
請求項2の本発明に従えば、オプション使用モードの切り換えが運転席で簡便に行える。
【0018】
請求項3の本発明に従えば、第二の切換弁を走行直進弁に付加しているため、回路構成を簡略化することができる。
【0019】
請求項4の本発明に従えば、オプション装置と建設機械に標準装備されているアクチュエータとを併用する場合に、圧抜けを防止して操作対象となるアクチュエータに所定の油圧力を供給することができる。
【0020】
請求項5の本発明に従えば、アクチュエータの操作指令値に比例してカット弁を開閉させることができ、アクチュエータの操作性を高めることができる。
【0021】
請求項6の本発明に従えば、オプション装置の許容流量を超えないようにして可変容量形油圧ポンプの流量を抑制することができる。
【0022】
請求項7の本発明に従えば、別のアクチュエータの操作指令値に比例して第一の切換弁を開閉させることができ、オプション装置の操作性を高めることができる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【0024】
図1は、本発明に係る建設機械の油圧回路を油圧ショベルに適用した場合の一実施形態を示したものである。なお、本実施形態では、フロントアタッチメントのバケットに代えてオプション装置としての破砕機を取り付ける場合を例に取り説明する。
【0025】
エンジン1の駆動によって第一油圧ポンプ2、第二油圧ポンプ3及びパイロットポンプ4がそれぞれ作動する。第一及び第二油圧ポンプ2,3は可変容量形油圧ポンプであって、斜板の傾斜角変位に基づいて吐出流量が変化する斜板式アキシャルピストンポンプで構成されている。2a,3aは斜板の傾斜を制御するレギュレータである。
【0026】
第一及び第二油圧ポンプ2,3から吐出される圧油は、図中左側のセンターバイパスラインLCB上に配設された方向制御弁、具体的には左走行モータ用制御弁5、旋回モータ用制御弁6、アームシリンダ用制御弁7に供給されるとともに、図中右側のセンターバイパスラインRCB上に配設された方向制御弁、具体的には右走行モータ用制御弁8、バケットシリンダ用制御弁9、ブームシリンダ用制御弁10に供給される。また、パイロットポンプ4から吐出されるパイロット圧は制御圧用の圧源Paとして利用される。
【0027】
第一油圧ポンプ2から旋回モータ用制御弁6に通じる油路L3及び上記第二油圧ポンプ3から右走行モータ用制御弁8に通じる油路L1には走行直進弁11が介設されている。この走行直進弁11は、通常、第一切換位置(ア位置)及び第二切換位置(イ位置)から構成されているものであるが、本実施形態では第三切換位置(ウ位置)を第二の切換弁として付加している。
【0028】
この走行直進弁11は、左右の走行モータのみ操作する場合にはイ位置にあり、従って第一油圧ポンプ2から吐出される圧油は右側のセンターバイパスラインRCB側に供給され、第二油圧ポンプ3から吐出される圧油は油路L2を通じて左側センターバイパスラインLCB側に供給される。それにより、右走行モータ用制御弁11及び左走行モータ用制御弁5には、それぞれ第一油圧ポンプ2及び第二油圧ポンプ3から個別に圧油が供給される。
【0029】
ところが、左右走行レバーを同一位置に操作した状態で、例えばブームやアームを起伏操作すると、走行直進弁11はイ位置からア位置に切り換わり、第一油圧ポンプ2から吐出される圧油は、油路L3を通じて旋回モータ用制御弁6、アームシリンダ用制御弁7或いはブームシリンダ用制御弁10に分配供給される。このとき、第2ポンプ3から吐出される圧油は油路L1とL2にパラレルに流れ、左右走行モータ用制御弁5,8に供給される。それにより、例えば走行モータを駆動しつつブームを起伏させるような複合操作を行う場合であっても、第2ポンプ3から吐出される圧油は左右の走行モータに等しく供給され走行直進性を保つことができるようになっている。
【0030】
また、第1ポンプ2から走行直進弁11に通じる油路L4には分岐油路L5が分岐されており、この分岐油路L5には第一の切換弁としてのカット弁12、チェック弁13を介してオプション装置14を制御するためのオプション用制御弁15が接続されている。なお、上記油路L3及びL4は主油路とみなすことができる。
【0031】
上記カット弁12はオプション装置14を使用しない通常のショベル作業時には分岐油路L5を閉じ、オプション装置14を使用する場合には切換弁16から導出されるパイロット圧を受けて分岐油路L5を開くようになっている。なお、切換弁16は、制御部としてのコントローラ17から出力される制御信号S1によって制御される。制御信号S1は、キャビン内に設けられたモード切換スイッチ(モード切換操作部)18が閉じられた場合にコントローラ17から出力されるようになっている。上記コントローラ17、切換弁16、カット弁12は切換制御手段とみなすことができる。
【0032】
19はオプション装置14を操作するためのリモコン弁であり、図に示す中立位置からA方向またはB方向に操作すると、圧力センサ20によって操作圧が検出され、操作量に応じた信号S2がコントローラ17に与えられる。
【0033】
また、21は第一油圧ポンプ2の吐出流量を調整するための調整ノブ(流量操作部)であり、調整ノブ21を矢印C方向に回動させると、回転量に応じた信号S3がコントローラ17に与えられ、コントローラ17は電磁比例減圧弁22に対して流量制御信号S4を出力し、レギュレータ2aの傾転角を調整することができるようになっている。
【0034】
具体的には、流量が最大流量設定値Qmaxである上限値と、流量がスタンバイ流量設定値Q1である下限値の間で吐出流量を調整することができる。
【0035】
また、センターバイパスLCBにおけるアームシリンダ用制御弁7の下流側にはカット弁23が設けられ、一方、センターバイパスRCB上におけるブームシリンダ用制御弁10の下流側にはカット弁24が設けられている。
【0036】
走行直進弁11がウ位置に切り換えられると、第1ポンプ2から吐出される圧油は遮断され、第2ポンプ3から吐出される圧油のみ油路L1と油路L2にパラレルに供給される。この状態ではセンターバイパスLCB側のいずれかの制御弁を操作しても、センターバイパスRCB側から圧油がタンクTに抜けるため回路圧が立たない。従ってセンターバイパスLCB側のいずれかの制御弁を操作する場合にはカット弁24を閉じて圧油をセンターバイパスLCB側に流し、この逆にセンターバイパスRCB側のいずれかの制御弁を操作する場合にはカット弁23を閉じて圧油をセンターバイパスRCB側に流すようにしている。
【0037】
なお、図中、25はブーム合流弁、26はアーム合流弁、27は第2ポンプの流量を調整するための電磁比例減圧弁である。28は走行直進弁11をウ位置に切り換えるためのパイロット圧を導出するための切換弁であり、モード切換スイッチ18を閉じたときにエ位置からオ位置に切り換わり、パイロット圧を走行直進弁11の右側受圧部に作用させるようになっている。
【0038】
次に、上記構成を有する油圧回路の動作について説明する。なお、以下の説明ではオプション装置14が装着されていることを前提とする。
【0039】
まず、オペレータがモード切換スイッチ18を投入すると、切換弁16がエ位置からオ位置に切り換わり、切換弁16と連動して切換弁28がエ位置からオ位置に切り換わる。
【0040】
切換弁16を介してパイロット圧源からパイロット圧が導出されるとカット弁12が開弁する。一方、走行直進弁11はイ位置からウ位置に切り換わる。それにより、第1ポンプ2と油路L3は遮断され第1ポンプ2から吐出される圧油は全量油路L5に流れる。従って、カット弁12、チェック弁13、オプション用制御弁15を通じてオプション装置の操作が可能になる。
【0041】
この状態でリモコン弁19が操作されると、圧力センサ20から操作量に応じた信号S2がコントローラ17に与えられ、コントローラ17はリモコン弁19の操作量に比例して切換弁16の開度を制御する。切換弁16から導出されるパイロット圧の特性は、第1ポンプ2から吐出される圧油流量が低容量のオプション装置14の動作に適応できるよう設定されている。
【0042】
すなわち、図2の流量特性Sに示されるように、リモコン圧がP1からP2(操作範囲)まで変化する場合に、流量Qがリモコン圧に比例してQ1(スタンバイ設定流量)からQ2(オプション装置に必要とされる流量)まで増加するように設定されている。カット弁12の動作をこのように制御することにより、リモコン弁19の操作に対するオプション装置14の追従性が高まり、操作性が良好になる。なお、Q1(スタンバイ設定流量)は装着されるオプション装置によって最大Qmaxまで高めることができる。
【0043】
また、調整ノブ21は、第1ポンプ2を特殊アタッチメント専用の圧源として確保した場合に、ポンプ流量を調整することができ、従って、低容量のオプション装置14のみ操作する場合には吐出流量を減少させることができる。
【0044】
オプション装置14を操作しつつ左走行モータ、旋回モータ、アームシリンダのうちのいずれかを操作すると、カット弁24が閉じて第2ポンプ3から吐出される圧油はセンターバイパスLCB側に供給される。
【0045】
また、オプション装置14を操作しつつ右走行モータ、バケットシリンダ、ブームシリンダのうちのいずれかを操作すると、カット弁25が閉じて第2ポンプ3から吐出される圧油はセンターバイパスRCB側に供給される。
【0046】
なお、モード切換スイッチ18が押下されない場合は、第一油圧ポンプ2は右走行モータ、バケットシリンダ、ブームシリンダ、アームシリンダの操作量に比例して制御され、第二油圧ポンプ3は左走行モータ、旋回モータ、アームシリンダ、ブームシリンダの操作量に比例して制御されることになる。このとき、カット弁24はアーム合流操作量に比例して制御され、カット弁23はブーム合流操作量に比例して制御される。
【0047】
なお、本実施形態では、カット弁12に対してパイロット圧を導入する切換弁16、及び走行直進弁11の右側パイロットポートにパイロット圧を導入する切換弁28を別構成としたが、一つの切換弁から切換弁16及び走行直進弁11に対しパラレルにパイロット圧を導入する構成であってもよい。
【0048】
また、本発明の切換制御手段は、本実施形態では分岐油路L5、カット弁12、走行直進弁11の第三の切換位置ウ及び切換弁28で構成したが、スペースに余裕がある場合には油路L4に直接切換弁を介設することもできる。
【0049】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、一つの油圧ポンプをオプション装置専用として確保することができ、オプション装置を安定操作させることができる。
【0050】
この場合、第1の切換弁を、ポンプから複数の方向制御弁に至る狭いスペースに設ける必要がないため、回路設計が容易になる。
【0051】
請求項2の本発明によれば、オプション使用モードの切り換えが運転席で簡便に行える。
【0052】
請求項3の本発明によれば、第二の切換弁が走行直進弁に付加されているため、回路構成を簡略化することができる。
【0053】
請求項4の本発明によれば、オプション装置と建設機械に標準装備されているアクチュエータとを併用する場合に、圧抜けを防止して操作対象となるアクチュエータに所定の油圧力を供給することができる。
【0054】
請求項5の本発明によれば、アクチュエータの操作指令値に比例してカット弁を開閉させることができるため、アクチュエータの操作性を高めることができる。
【0055】
請求項6の本発明によれば、可変容量形油圧ポンプの流量を増減させることができるため、オプション装置の許容流量を超えないようにしてポンプ流量を抑制することができる。
【0056】
請求項7の本発明によれば、別のアクチュエータの操作指令値に比例して第一の切換弁を開閉させることができるため、オプション装置の操作性を高めることができる。
【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図である。
【図2】オプション使用モードにおけるリモコン圧−ポンプ流量特性を示すグラフである。
【図3】フローデバイダを用いた従来の油圧回路図である。
【符号の説明】
1 エンジン
2 第一油圧ポンプ
3 第二油圧ポンプ
4 パイロットポンプ
5〜10 制御弁
11 走行直進弁
12 カット弁
16 切換弁
17 コントローラ
18 オプション切換スイッチ
19 リモコン弁
Claims (7)
- 少なくとも第一及び第二の油圧ポンプと、その油圧ポンプから吐出される圧油の流量及び方向を制御して各アクチュエータに供給する複数の方向制御弁と、前記アクチュエータとは別のアクチュエータをオプション装置として追加し得る構成の建設機械の油圧回路において、前記第一の油圧ポンプから前記方向制御弁に通じる主油路であってその方向制御弁の手前から分岐され前記オプション装置に接続される分岐油路と、切換制御手段とを有し、この切換制御手段は、前記分岐油路に介設され遮断位置と連通位置とを有する第一の切換弁と、前記第一油圧ポンプから前記方向制御弁に通じる主油路に介設され遮断位置と連通位置とを有する第二の切換弁と、オプション使用モードに切り換えられた際に前記第二の切換弁を閉じて前記第一の切換弁を開く制御部とから構成され、前記第一及び第二両切換弁により、
(a)前記分岐油路を遮断し、且つ前記第一油圧ポンプからの圧油を前記方向制御弁に通じる主油路に流す状態と、
(b)前記分岐油路を開通させ、且つ前記第一油圧ポンプからの圧油をその分岐油路にのみ流すとともに、前記第二油圧ポンプからの圧油を前記主油路に流す状態と
の間で切り換わるように構成されていることを特徴とする建設機械の油圧回路。 - 運転席にオプション使用モードを選択するスイッチが備えられている請求項1記載の建設機械の油圧回路。
- 前記複数の方向制御弁が複数のセンターバイパスライン上に分けて配列され、前記第二の切換弁は、圧油を左右の走行アクチュエータのみに供給する第一切換位置及び左右の走行アクチュエータとそれ以外のアクチュエータへ分配供給する第二切換位置を有する走行直進弁にさらに第三切換位置として付加されたものである請求項2記載の建設機械の油圧回路。
- 前記各センターバイパスライン上に圧油をタンクに逃がすカット弁がそれぞれ設けられ、前記アクチュエータを操作する際に、操作対象のアクチュエータを制御するための方向制御弁が配置されていない側のセンターバイパスラインを閉じて圧抜けを防止するように構成されている請求項3記載の建設機械の油圧回路。
- 前記カット弁が前記アクチュエータの操作指令値に比例して開閉するように構成されている請求項4記載の建設機械の油圧回路。
- 前記第一及び第二油圧ポンプが可変容量形油圧ポンプからなり、ポンプ吐出流量を調整する流量操作部が備えられている請求項1〜5のいずれかに記載の建設機械の油圧回路。
- 前記第一の切換弁は前記別のアクチュエータの操作指令値に比例して開閉するように構成されている請求項1〜6のいずれかに記載の建設機械の油圧回路。
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