JP3664641B2 - バックホウの油圧装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バックホウの油圧装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
バックホウにおけるフロント装置を駆動するブームシリンダ、アームシリンダ、および、バケットシリンダは、それぞれ制御バルブによって独立的に操作されるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
フロント装置を利用した掘削作業の一つとして、ブームを上昇させながらアームを掻き込むことで、アーム先端のバケットで表土を浅くすき取る作業がある。
このすき取り作業では、アームの掻き込み作動に対してブームを少しづつ上昇させる必要がある。この場合、アームを掻き込み作動させるために操作レバーを大きく操作するのに対して、ブームをゆっくり上昇させるためのレバー操作は微妙に行わねばならず、相当の熟練を要する複合操作となるものであり、往々にしてブーム上昇が速くなりがちとなるものであった。特に、フロント装置に圧油を供給するポンプの吐出流量を、作業負荷に基づいて制御するロードセンシングシステムを装備したものにあっては、各バルブセクションを共通構造にするので、スプール開度に対する流量の特性が各バルブセクションで同等となっており、操作レバーを少し動かしてもブームが速く作動するので、ブーム上昇のためのレバー操作が過大となって上げ過ぎになりやすいものであった。
【０００４】
本発明は、このような点に着目してなされたものであって、油圧装置の改良によって、フロント作業装置によるすき取り作業を容易に行うことができるようにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１の発明の構成、作用、および、効果〕
【０００６】
（構成） 請求項１に係る発明のバックホウの油圧装置は、フロント装置に圧油を供給するポンプの吐出流量を、作業負荷に基づいて制御するロードセンシングシステムを装備してあるバックホウの油圧装置であって、
ブームシリンダの制御バルブの下手側の油路と、アームシリンダの制御バルブよりも下手側の油路とにわたってバイパス路を設けるとともに、ブームの上昇操作とアームの掻き込み操作が同時に行われたことを検知する検知手段を備え、
前記検知手段による同時操作の検知に基づいて、ブームシリンダの上昇駆動側油路に供給される圧油の一部を抜き出してアームシリンダの掻き込み駆動側の油路に合流させることによりブームの上昇速度を抑制するバルブ装置を、前記バイパス路に備えてあることを特徴とする。
【０００７】
（作用） 上記構成によると、ブームの上昇操作とアームの掻き込み操作を同時に行うと、同じバルブ開度でも、ブーム上昇速度が、ブームを単独操作する時の上昇速度よりも遅くなる。
【０００８】
また、上記構成によると、ブームの上昇操作とアームの掻き込み操作を同時に行うと、ブーム上昇速度が、ブームを単独操作する時の上昇速度よりも遅くなるとともに、アーム掻き込み速度が、アームを単独操作する時の上昇速度よりも速くなる。
【０００９】
そして、上記構成によると、ブームセクションおよびアームセクションを共通構造にしたロードセンシングシステムを導入することによって、スプール開度に対する流量の特性が各セクションで同等となっていても、ブームの上昇操作とアームの掻き込み操作を同時に行うすき取り作業においては、ブームの上昇側のみの流量特性が低下する。
【００１０】
（効果） 従って、請求項１の発明によると、すき取り作業に要求される微妙なブーム上昇操作が行いやすくなり、経験の浅い作業者でも仕上がりのよいすき取り作業が可能となる。
【００１１】
また、仕上がりの良好なすき取り作業を能率よく行うのに有効となる。
【００１２】
さらに、ロードセンシングシステムの導入によって、作業負荷に応じた圧油供給によって動力の節約と操作性を向上することができるとともに、経験の浅い作業者でも精度の高いすき取り作業を容易に行うことが可能となる。
【００１３】
〔請求項２の発明の構成、作用、および、効果〕
【００１４】
（構成） 請求項２に係る発明のバックホウの油圧装置は、請求項１の発明において、ブームシリンダおよびアームシリンダの制御バルブをそれぞれパイロット操作式に構成し、ブームシリンダの制御バルブに対するブーム上昇側のパイロット圧と、アームシリンダの制御バルブに対するアーム掻き込み側のパイロット圧が共に立ったことを検知して、前記バルブ装置をブーム上昇抑制状態に切換えるように構成してある。
【００１５】
（作用） 上記構成によると、ブームの上昇操作とアームの掻き込み操作を同時に行うと、制御バルブ操作用のパイロット圧の立ち上がりに基づいてバルブ装置がブーム上昇抑制状態に切換えられ、微妙なブーム上昇操作が可能となる。この場合、パイロット油路は任意に配備できるので、パイロット圧の立ち上がりの検出位置も任意に設定できる。
【００１６】
（効果） 従って、請求項２の発明によると、例えば、制御バルブに対する操作レバーの変位や、制御バルブのスプールの変位をリミットスイッチなどで検知して同様な切換え制御を行う場合に比較して、検知手段の設置位置の自由度が大きくなり、他装置の邪魔にならない箇所や部位を比較的自由に設定でき、実用上に有利となる。
【００１７】
〔請求項３の発明の構成、作用、および、効果〕
【００１８】
（構成） 請求項３に係る発明のバックホウの油圧装置は、請求項２の発明において、前記バルブ装置をパイロット操作式に構成し、ブームシリンダの制御バルブに対するブーム上昇側のパイロット圧と、アームシリンダの制御バルブに対するアーム掻き込み側のパイロット圧との双方を利用して、前記バルブ装置をブーム上昇抑制状態に切換えるように構成してある。
【００１９】
（作用） 上記構成によると、パイロット圧がすき取り作業状態を検知する信号であるとともに、バルブ装置を切換え作動させる駆動源となる。
【００２０】
（効果） 従って、請求項３の発明によると、すき取り作業状態を検知する信号回路とバルブ装置を作動させる駆動回路とを装備して、電磁切換え式に構成したバルブ装置を操作する場合に比較して、構造簡単に実施することができる。
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１に、バックホウの全体側面図が示されている。このバックホウは、左右一対のクローラ型走行装置１Ｌ，１Ｒを装備した走行機台２の上部に、エンジン３および搭乗運転部４が装備された旋回台５が縦軸心Ｘ1 周りに全旋回可能に搭載され、この旋回台５の前部に、ブーム６、アーム７、および、バケット８を順次連結してなるフロント作業装置９が装備されるとともに、走行機台２の前部にドーザ作業用の排土板１０が装備されている。
【００２６】
左右の走行装置１Ｌ，１Ｒは、それぞれ走行用油圧モータＭＬ，ＭＲによって正逆転駆動されるとともに、旋回台３は旋回用油圧モータＭＴによって左右に旋回駆動されるようになっている。フロント作業装置６のブーム６、アーム７、および、バケット８は、それぞれブームシリンダＣ1 、アームシリンダＣ2 、および、バケットシリンダＣ3 によって駆動されるとともに、フロント作業装置９全体がスイングシリンダＣ4 によって、旋回台３に対して縦軸心Ｘ2 周りに左右に揺動駆動されるようになっている。また、排土板１０は、ドーザシリンダＣ5 によって上下駆動されるようになっている。
【００２７】
図２に、上記した各種の油圧アクチュエータを駆動する油圧回路の全体が、また、図３にその概略がそれぞれ示されている。図において、Ｖ1 は旋回用の制御バルブ、Ｖ2 は左走行用の制御バルブ、Ｖ3 は右走行用の制御バルブ、Ｖ4 はドーザ用の制御バルブ、Ｖ5 はアーム用の制御バルブ、Ｖ6 はブーム用の制御バルブ、Ｖ7 はバケット用の制御バルブ、Ｖ8 はスイング用の制御バルブ、Ｖ9 は補助作業用の制御バルブであり、左右の走行用の制御バルブＶ2 ，Ｖ3 は運転座席１１前方の操縦塔１２に配備された左右の走行レバー１３Ｌ，１３Ｒによってそれぞれ直接にスプールを切換え操作する人為操作式のものが採用されるとともに、ドーザ用、スイング用、および、補助作業用の各制御バルブＶ4 ，Ｖ8 ，Ｖ9 はレバー操作やペダル操作によって直接にスプールを操作する人為操作式のものが採用され、また、旋回用、アーム用、ブーム用、および、バケット用の各制御バルブＶ1 ，Ｖ5 ，Ｖ6 ，Ｖ7 は、油圧パイロット操作式のものが採用され、操縦塔１２に十字操作可能に配備された左右一対の作業用レバー１４Ｌ，１４Ｒによって操作されるパイロットバルブＰＶ1 ，ＰＶ2 から供給されるパイロット圧によって、レバー操作量に応じた開度に操作されるようになっている。なお、前記制御バルブＶ1 〜Ｖ9 のバルブブロック群は、インレット用ブロックＢ1 、アウトレット用ブロックＢ2 、および、スペースブロックＢ3 ともに並列されて互いに連結されて内部油路によって接続されている。
【００２８】
作業用の主ポンプＰ1 と、パイロット圧供給用のパイロットポンプＰ2 とを備えた圧油供給部１５がエンジン３によって駆動されるようになっている。この主ポンプＰ1 は、斜板の角度変更によって吐出量を変更可能な可変容量型のものが使用されており、その吐出油が油路ａを介してインレットブロックＢ1 に供給されたのち、各制御バルブＶ1 〜Ｖ9 に供給される。また、パイロットポンプＰ2 は、定容量のギヤポンプが使用されており、その吐出圧が油路ｂを介してアンロード部１９に供給されたのち、パイロットバルブＰＶ1 ，ＰＶ2 の一次側油路ｃにパイロット元圧として供給されている。
【００２９】
アンロード部１９は、レバーロック用のアンロードバルブＶ10と、高速走行切換え用のアンロードバルブＶ11とが並列配備されている。アンロードバルブＶ10は、搭乗運転部４への乗降通路を横切って開閉する牽制レバー２７に電気的に連係されており、牽制レバー２７を振り上げて乗降通路を開放した状態では、図示のようにアンロード位置の付勢保持され、パイロットバルブＰＶ1 ，ＰＶ2 の一次側油路ｃがドレンされて、作業用レバー１４Ｌ，１４Ｒを操作しても制御バルブＶ1 ，Ｖ5 ，Ｖ6 ，Ｖ7 を切換え操作することができない状態、つまり、レバーロック状態がもたらされる。また、作業者が運転座席１１に搭乗した後、乗降通路を横切る位置にまで牽制レバー２７を降ろすと、これが電気的に検出されて図示と逆の位置に切換えられ、パイロットバルブＰＶ1 ，ＰＶ2 の一次側油路ｃへのパイロット元圧の供給が行われ、制御バルブＶ1 ，Ｖ5 ，Ｖ6 ，Ｖ7 の切換え操作が可能となる。
【００３０】
また、図３に示すように、パイロットバルブＰＶ1 ，ＰＶ2 の一次側油路ｃは、旋回用モータＭＴに備えたネガティブ・ブレーキＮＢの解除用の油路ｅにも連通されており、レバーロック用のアンロードバルブＶ10がアンロード位置にあるレバーロック時には、ネガティブ・ブレーキＮＢの解除用油路ｅがドレンされるので、旋回台５も旋回不能にロックされることになる。
【００３１】
また、高速走行切換え用のアンロードバルブＶ11は、移動走行の際に走行用モータＭＬ，ＭＲを高速状態に切換えるためのものであり、常態では図示のようにアンロード位置にある。左右の走行用モータＭＬ，ＭＲは、の斜板角の変更によって高低２段の変速が可能なアキシャルプランジャ型の可変容量モータが利用されており、モータケーシングに組込んだシリンダ２８Ｌ，２８Ｒに圧油を供給することで「高速」が、また、シリンダ２８Ｌ，２８Ｒから排油することで「低速」がもたらされるよう構成されている。そして、シリンダ２８Ｌ，２８Ｒを作動制御する流路切換えバルブＶ12，Ｖ13の操作用パイロット油路ｆがアンロードバルブＶ11に連通接続されている。
【００３２】
これによると、通常は、アンロードバルブＶ11は図示のアンロード位置に付勢保持されており、パイロット油路ｆがドレンされることで流路切換えバルブＶ12，Ｖ13は図示した「低速」にある。そして、操縦塔１２の横側下部に配備した増速ペダル２９を踏み込み操作すると、これが電気的に検出されてアンロードバルブＶ11が逆位置に切換えられ、パイロット油路ｆに圧が立って流路切換えバルブＶ12，Ｖ13が図示の位置から逆位置に切換えられる。流路切換えバルブＶ12，Ｖ13が逆位置に切換えられた状態では、モータ駆動用の高圧側油路の油圧によってシリンダ２８Ｌ，２８Ｒが駆動されて、モータ斜板が高速位置に操作されるのである。
【００３３】
主ポンプＰ1 は、ロードセンシングシステムによって吐出流量が制御されるようになっており、その流量制御部１６が圧油供給部１５に隣接して備えられている。流量制御部１６には流量補償用バルブＶ14が装備されるとともに、圧油供給部１５には、ポンプＰ1 を流量調節するための流量補償用ピストンＡｃが備えられ、流量補償用バルブＶ12によって流量補償用ピストンＡｃが作動制御されるようになっている。そして、主ポンプＰ1 の吐出圧ＰＰＳと、各セクションにおける負荷検出ラインのうちの最高負加圧を取出した制御信号圧ＰＬＳとが、それぞれインレットブロックＢ1 から導出された信号ラインＬ1 ，Ｌ2 を介して流量補償用バルブＶ14に印加されるようになっており、周知のように、吐出圧ＰＰＳと制御信号圧ＰＬＳとの差が設定値（制御差圧）に維持されるように、流量補償用ピストンＡｃを介してポンプＰ1 の吐出流量が制御される。
【００３４】
ロードセンシングシステムは、作業負荷圧に応じてポンプ吐出量を制御して、負荷に必要とされる油圧動力をポンプから吐出させることで、動力の節約と操作性を向上することができるシステムであり、この例では、各制御バルブＶ1 〜Ｖ9 のスプールの後にそれぞれ圧力補償バルブＣＶが接続されたアフターオリフィス型のロードセンシングシステムが利用されている。
【００３５】
なお、この例では、ロードセンシングシステムのアンロードバルブＶ15と主リリーフバルブＶ16が、インレット用ブロックＢ1 に組込まれている。また、流量制御部１６における流量補償用バルブＶ14に設定される制御差圧は、図３中に示すように、バネ１７と差圧ピストン１８とによって与えられるようになっており、エンジン３の回転速度が高くなってパイロットポンプＰ2 の吐出量が多いなると、差圧ピストン１８によって与えられる制御差圧成分が大きくなって、主ポンプＰ1 の流量が多い目に制御され、逆に、エンジン３の回転速度が低くなってパイロットポンプＰ2 の吐出量が少なくなると、差圧ピストン１８によって与えられる制御差圧成分が小さくなって、主ポンプＰ1 の流量が少ない目に制御されるのである。
【００３６】
また、このバックホウでは、エンジン３のアクセル装置を自動的に操作するオートアイドリング制御システムが備えられている。すなわち、図４に示すように、エンジン３のガバナ２１は、電磁ソレノイドやモータなどの電気アクチュエータ２２によって操作されるようになっており、この電気アクチュエータ２２を作動制御する制御装置２３に、搭乗運転部４に備えたポテンショメータ利用のアクセル設定器２４と、バルブ作動検出用パイロット油路ｇの圧を検知する圧力スイッチ２５とが接続されている。
【００３７】
バルブ作動検出用パイロット油路ｇは、制御バルブＶ1 〜Ｖ9 の各スプールに直列に連通されてその下流が排油路ｄに連通接続されるとともに、バルブ作動検出用パイロット油路ｇの上流は、パイロットポンプＰ2 の油路ｂから分岐導出された油路ｈに絞りｓを介して接続されている。従って、制御バルブＶ1 〜Ｖ9 の全てが中立にある状態では、バルブ作動検出用パイロット油路ｇは排油路ｄに連通されて、その圧力がほとんど零にまで低下するとともに、制御バルブＶ1 〜Ｖ9 のうちのいずれか一つでも操作されると、バルブ作動検出用パイロット油路ｇの排油路ｄへの連通が断たれて、油路ｇの圧力がパイロットポンプＰ2 の元圧近くにまで上昇することになり、このバルブ作動検出用パイロット油路ｇに圧が立っているか否かを圧力スイッチ２５で検知することで、制御バルブが操作されているかどうかを判別している。
【００３８】
従って、運転者がアクセル設定器２４を作業用の任意の高速位置に設定した状態において、制御バルブＶ1 〜Ｖ9 の全てが中立にあると、バルブ作動検出用パイロット油路ｇの圧油が排油路ｄに流出して大きく低下するために、圧力スイッチ２５は感圧作動することがなく、この状態では、ガバナ２１は予め設定されているアイドリング位置にまで電気アクチュエータ２２によって自動的にアクセルダウン制御される。そして、作業が開始されて制御バルブＶ1 〜Ｖ9 のうちのいずれか一つでも操作されると、バルブ作動検出用パイロット油路ｇに圧が立ち、これが圧力スイッチ２５で検知される。圧力スイッチ２５が感圧作動すると、ガバナ２１はアクセル設定器２４で設定された高速位置まで電気アクチュエータ２２によって自動的にアクセルアップ制御される。つまり、フロント作業および走行が行われていない非作業時には、エンジン３の回転数を自動的に所定のアイドリング回転にまで落として騒音の低減および燃費の向上を図り、フロント作業あるいは走行が行われるとエンジン３の回転速度を設定した回転数にまで自動的に上げて、必要な油圧動力を供給してフロント作業あるいは走行を効率よく行うことができるようになっているのである。
【００３９】
前記スペースブロックＢ3 は、ブームセクションとアームセクションの間に介在されており、ブームシリンダＣ1 の上昇駆動側油路ｉとアームシリンダＣ2 の掻き込み駆動側の油路ｊとを連通させるバイパス油路ｋが備えられるとともに、このバイパス油路ｋ中に、パイロット操作式に開閉されるバルブ装置３２が介在されている。
【００４０】
このバルブ装置３２は、図５の油圧回路図および図６の断面図に示すように、ブームシリンダＣ1 の制御バルブＶ6 に対するブーム上昇側のパイロット油路ｍと、アームシリンダＣ2 の制御バルブＶ5 に対するアーム掻き込み側のパイロット油路ｎに接続された開閉バルブＶ17で構成されており、両方のパイロット油路ｍ、ｎの圧が共に立っていない時、つまり、ブーム上昇とアーム掻き込みが同時に行われていない時には閉じ位置に付勢されており、両パイロット油路ｍ、ｎに共に圧が立った時、つまり、ブーム上昇とアーム掻き込みが同時に行われた時にのみ開閉バルブＶ17が開路されて、ブームシリンダＣ1 の上昇駆動側油路ｉに供給された圧油の一部が取出されてアームシリンダＣ2 の掻き込み駆動側の油路ｊに合流されるようになっている。なお、このバイパス油路ｋには、アームシリンダＣ2 側からブームシリンダＣ1 側への逆流を阻止するチェックバルブＶ18と、流量調整用の絞りｔが介在されている。
【００４１】
このような構成によると、すき取り作業のために、ブーム６の上昇操作とアーム７の掻き込み操作を同時に行うと、ブームシリンダＣ1 の上昇駆動側油路ｉから抜き出された圧油がアームシリンダＣ2 の掻き込み駆動側の油路ｊに合流されて、ブーム上昇速度が、ブーム６を単独操作する時の上昇速度よりも遅くなるとともに、アーム掻き込み速度が、アーム７を単独操作する時の上昇速度よりも速くなる。従って、すき取り作業に要求される微妙なブーム上昇操作が行いやすくなり、経験の浅い作業者でも仕上がりのよいすき取り作業が可能となる。
【００４２】
前記バルブ装置３２は、以下のような構造にして実施することもできる。
【００４３】
［１］ 図７に示すように、ブーム上昇側のパイロット油路ｍに接続されたパイロット操作式の開閉バルブＶ19と、アーム掻き込み側のパイロット油路ｎに接続されたパイロット操作式の開閉バルブＶ20とを直列にしてバイパス油路ｋに介在する。
【００４４】
［２］ 図８に示すように、バイパス油路ｋを開閉するパイロット操作式の開閉バルブＶ21のパイロット油路ｏを、アンロードバルブＶ22を介してアーム掻き込み側のパイロット油路ｎに接続するとともに、このアンロードバルブＶ22の開路用のパイロット油路ｑをアンロードバルブＶ23を介してブーム上昇側のパイロット油路ｍに接続し、ブーム上昇側のパイロット油路ｍとアーム掻き込み側のパイロット油路ｎに共に圧が立った時にのみ開閉バルブＶ21が開かれて、ブームシリンダＣ1 の上昇駆動側油路ｉから圧油の一部が抜き出されるようにする。
【００４５】
【図面の簡単な説明】
【図１】 バックホウの全体側面図
【図２】 全体の油圧回路図
【図３】 全体の油圧回路図
【図４】 全体の油圧回路図の概略図
【図５】 ブームおよびアームアセクションの油圧回路図
【図６】 開閉バルブの断面図
【図７】 ブームおよびアームアセクションの他の実施形態を示す油圧回路図
【図８】 ブームおよびアームアセクションの他の実施形態を示す油圧回路図
【符号の説明】
６ ブーム
７ アーム
９ フロント作業装置
３２ バルブ装置
Ｃ1 ブームシリンダ
Ｃ2 アームシリンダ
Ｖ5 制御バルブ
Ｖ6 制御バルブ
ｉ 上昇駆動側油路
ｊ 掻き込み駆動側油路

Claims (3)

1. フロント装置に圧油を供給するポンプの吐出流量を、作業負荷に基づいて制御するロードセンシングシステムを装備してあるバックホウの油圧装置であって、
   ブームシリンダの制御バルブの下手側の油路と、アームシリンダの制御バルブよりも下手側の油路とにわたってバイパス路を設けるとともに、ブームの上昇操作とアームの掻き込み操作が同時に行われたことを検知する検知手段を備え、
   前記検知手段による同時操作の検知に基づいて、ブームシリンダの上昇駆動側油路に供給される圧油の一部を抜き出してアームシリンダの掻き込み駆動側の油路に合流させることによりブームの上昇速度を抑制するバルブ装置を、前記バイパス路に備えてあることを特徴とするバックホウの油圧装置。
2. ブームシリンダおよびアームシリンダの制御バルブをそれぞれパイロット操作式に構成し、ブームシリンダの制御バルブに対するブーム上昇側のパイロット圧と、アームシリンダの制御バルブに対するアーム掻き込み側のパイロット圧が共に立ったことを検知して、前記バルブ装置をブーム上昇抑制状態に切換えるように構成してある請求項１記載のバックホウの油圧装置。
3. 前記バルブ装置をパイロット操作式に構成し、ブームシリンダの制御バルブに対するブーム上昇側のパイロット圧と、アームシリンダの制御バルブに対するアーム掻き込み側のパイロット圧との双方を利用して、前記バルブ装置をブーム上昇抑制状態に切換えるように構成してある請求項２記載のバックホウの油圧装置。

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