JP3738152B2

JP3738152B2 - パワーショベルの油圧制御装置

Info

Publication number: JP3738152B2
Application number: JP12586799A
Authority: JP
Inventors: 雅夫柏木; 春樹生形
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1999-05-06
Filing date: 1999-05-06
Publication date: 2006-01-25
Anticipated expiration: 2019-05-06
Also published as: JP2000319941A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、アクチュエータの負荷圧を検出して馬力一定制御をする可変吐出量ポンプでアクチュエータを動作させるパワーショベルの油圧制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から知られているこの種の装置は、各アクチュエータ、例えば旋回モータ、アームシリンダおよびブームシリンダなどを同時に動作させたときには、それらアクチュエータのうちの最大負荷圧を検出し、その最大負荷圧を基準に可変吐出量ポンプの馬力が一定になるように制御している。ここでいう馬力一定制御とは、「圧力×流量」の値を一定値以下に保つことである。つまり、最大負荷圧が大きくなれば、ポンプ吐出量を減らし、最大負荷圧が小さくなれば、ポンプ吐出量を増やして、ポンプの出力馬力を一定値以下に保つようにしている。
【０００３】
上記の構成において、例えば、旋回モータとブームシリンダとを同時に起動させたとき、あるいはブームシリンダを起動させた直後に旋回モータを起動させようとしたとき、慣性体である旋回モータの起動時の負荷圧が、ブームシリンダの負荷圧よりも大きくなるのが通常なので、最大負荷圧は旋回モータの負荷圧で決まってしまうことになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の装置では、旋回モータとブームシリンダとを同時に起動させたとき、あるいはブームシリンダを起動させた直後に旋回モータを起動させようとしたとき、その起動時には、旋回モータの負荷圧で可変吐出量ポンプの馬力が制御されるので、ポンプの吐出量が非常に少ないものになる。可変吐出量ポンプの吐出量が少なくなれば、ブームシリンダの作動速度が極端に落ちてしまう。そのために、例えば、土砂をバケットですくいながら、それをダンプカーに積み込むときなどに、バケットが十分に持ち上げられない。バケットが持ち上げられないまま、旋回モータだけが作動してしまうと、バケットがダンプカーに衝突したりする問題があった。
この発明の目的は、旋回モータとブームシリンダとを同時に、あるいはブームシリンダを起動させた直後に旋回モータを起動したとしても、ブームシリンダをある程度のスピードで動作させられる装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明は、馬力一定制御をする可変吐出量ポンプに、旋回モータ制御用のパイロット切換弁と、アームシリンダ制御用のパイロット切換弁と、ブームシリンダ制御用のパイロット切換弁とを接続してなるパワーショベルの油圧制御装置を前提にする。
【０００６】
上記の装置を前提にしつつ、第１の発明は、旋回モータ制御用のパイロット切換弁にストッパーを設けるとともに、このストッパーを当接させてパイロット切換弁の切り換え位置を規制制御する制御シリンダを設ける一方、制御シリンダに圧力流体を供給したり、その供給を阻止したりするタイマーバルブを備え、このタイマーバルブは、その両側にパイロット室を設け、この両側のパイロット室には上記各切換弁を切り換えるためのパイロット圧を導く構成にし、一方のパイロット室にはそのパイロット圧を直接導き、他方のパイロット室にはスプリングを設けるとともに、タイミング制御用絞りを介してパイロット圧を導き、しかも、この他方のパイロット室は圧力保持用絞りを介してタンクに連通させた点に特徴を有する。
【０００７】
第２の発明は、ブームシリンダ制御用のパイロット切換弁のパイロットラインを、タイマーバルブを介して制御シリンダに接続した点に特徴を有する。
第３の発明は、旋回モータ制御用のパイロット切換弁のパイロットラインを、タイマーバルブを介して制御シリンダに接続した点に特徴を有する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１に示した第１実施例は、可変吐出量ポンプＰに、旋回モータ制御用のパイロット切換弁１、アームシリンダ制御用のパイロット切換弁２およびブームシリンダ制御用のパイロット切換弁３を接続している。
そして、可変吐出量ポンプＰは、図示していない馬力一定制御機構によって、その出力馬力が一定に制御される。つまり、各アクチュエータの最高負荷圧を検出し、その負荷圧に応じて可変吐出量ポンプＰの吐出量が制御される。
【０００９】
上記のようにした旋回モータ制御用のパイロット切換弁１の両側には、一対のストッパー４，５を設けている。このストッパー４，５は、パイロット切換弁１の切り換え動作にともなって移動する。そして、このストッパー４，５の移動軌跡内に、一対の制御シリンダ６，７を設けている。
上記制御シリンダ６，７は、そのピストンロッド６ａ，７ａを切換弁１の切り換え方向と平行に保っている。言い換えると、ピストンロッド６ａ，７ａをストッパー４，５に対して直交するようにしている。なお、制御シリンダ６，７の受圧径は、パイロット切換弁１のスプール受圧径より大きくしている。したがって、パイロット切換弁を切り換えるパイロット圧をこの制御シリンダ６，７に導くことによって、制御シリンダの推力をパイロット切換弁のスプールの推力よりも大きく保てる。
【００１０】
そして、制御シリンダ６，７が図示の最収縮位置にあるとき、パイロット切換弁１がフルストローク可能になる。また、制御シリンダ６，７が伸張すると、その伸張位置にあるピストンロッド６ａ，７ａとストッパー４，５とが当たってパイロット切換弁１の切り換え量が規制される。この切り換え量が規制されたパイロット切換弁１は、その開度も全開状態よりも小さな開度に保てる。ただし、その開度は、旋回モータやブームシリンダの容量などの諸条件に応じて異なるが、だいたい全開状態よりも７０％〜８０％程度に保つのが通常である。
【００１１】
一方、パイロット切換弁３のパイロットラインのうち、上記ブームシリンダを上げるときにパイロット圧を導くパイロットライン８に、タイマーバルブ９を接続し、このタイマーバルブ９を介して、パイロットライン８と制御シリンダ６，７とを連通させるようにしている。ただし、タイマーバルブ９がノーマル位置である図面右側位置にあるときには、パイロットライン８と制御シリンダ６，７との連通が遮断される。そして、タイマーバルブ９が図面左側位置に切り換わると、パイロットライン８が制御シリンダ６，７に連通する。
【００１２】
上記のようにしたタイマーバルブ９の具体的な構成は、次のとおりである。
タイマーバルブ９の流入ポート９ａを、上記パイロットライン８に連通している。また、この流入ポート９ａの上流側の圧力を、タイマーバルブ９の両側のパイロット室９ｂ，９ｃにパイロット圧として導くようにしている。
ただし、一方のパイロット室９ｂには、上記パイロット圧を直接導いているが、他方のパイロット室９ｃには、タイミング制御用絞り１０を経由してパイロット圧を導くようにしている。
【００１３】
また、上記他方のパイロット室９ｃは、圧力保持用絞り１１を介してタンクＴにも連通している。ただ、この圧力保持用絞り１１の開口径は、タイミング制御用絞り１０の開口径よりも十分に小さくしている。このようにした他方のパイロット室９ｃには、スプリング１２を設けている。したがって、両パイロット室９ｂ、９ｃにパイロット圧が作用していないときには、このスプリング１２の作用で、タイマーバルブ９が図示のノーマル位置である右側位置を保つ。
さらに、流出ポート９ｄは、両制御シリンダ６，７に対してパラレルに接続され、タンクポート９ｅはタンクＴに接続されている。
【００１４】
上記のようにしたタイマーバルブ９が右側位置にあるとき、流入ポート９ａと流出ポート９ｄとの連通が遮断され、流出ポート９ｄがタンクポート９ｅに連通する。また、タイマーバルブ９が図面左側位置に切り換わると、流出ポート９ｄとタンクポート９ｅとの連通が遮断されるとともに、流入ポート９ａと流出ポート９ｅとが連通する。
【００１５】
流入ポート９ａと流出ポート９ｅとが連通すれば、パイロットライン８側の圧力流体が、制御シリンダ６，７に供給される。圧力流体が供給された制御シリンダ６，７は伸張するとともに、その最伸張位置で、旋回モータ制御用のパイロット切換弁１に設けたストッパー４または５に当たる。このストッパーと４または５と、制御シリンダ６または７とが当たった位置では、前記したようにパイロット切換弁１の開度が、全開状態の６０％〜８０％程度に保たれるようにしている。
【００１６】
なお、制御シリンダ６，７は、流出ポート９ｄに対して並列に接続しているので、同時に同一方向に伸張する。ただし、パイロット切換弁１は、常に左右いずれか一方にしか切り換わらないので、その切り換え方向に位置するストッパーだけが、制御シリンダのロッド６ａまたは７ａに当たることになる。
【００１７】
上記のようにしたタイマーバルブ９が切り換わるタイミングは、次のとおりである。まず、パイロットライン８にパイロット圧が発生すると、その圧力が両パイロット室９ｂおよび９ｃに導かれる。ただし、一方のパイロット室９ｂには、パイロットライン８の圧力がダイレクトに導かれるが、他方のパイロット室９ｂには、タイミング制御用絞り１０を経由して導かれる。しかも、他方のパイロット室９ｂは圧力保持用絞り１１を介してタンクＴにも通じているので、その昇圧までに多少の時間を必要とする。
【００１８】
したがって、一方のパイロット室９ｂ側は、パイロットライン８の圧力まで即座に上昇するが、他方のパイロット室９ｃ側は、タイミング制御用絞り１０の圧力降下分だけ昇圧のタイミングが遅れる。
上記のように他方のパイロット室９ｃ側における圧力上昇のタイミングが遅れるので、そのタイミング遅れの時間帯で両パイロット室９ｂ、９ｃの圧力に差が生じる。この圧力差によって、タイマーバルブ９はスプリング１２のバネ力に抗して移動し、図面左側位置に切り換わる。
【００１９】
この左側位置では、パイロットライン８の圧力流体を制御シリンダ６，７に供給するので、制御シリンダ６，７がその圧力流体の作用で伸張位置を保つ。
そして、他方のパイロット室９ｃの圧力が徐々に上昇して、その圧力の作用力とスプリング１２のバネ力とを合計した力が、一方のパイロット室９ｂ側の作用力に打ち勝ったとき、タイマーバルブ９が図面右側位置に復帰する。
タイマーバルブ９が図面右側位置に復帰すれば、制御シリンダ６，７が流出ポート９ｄおよびタンクポート９ｅを経由してタンクＴに連通する。
【００２０】
次に、旋回モータとブームシリンダとを同時に起動して、例えば、土砂をバケットですくいながら、それをダンプカーに積み込む場合について説明する。なお、ブームシリンダを起動させた直後に旋回モータを起動させる場合については、旋回モータとブームシリンダとの同時起動とほとんど同じなので、説明を省略する。
旋回モータとブームシリンダとを同時に起動させるためには、旋回モータを制御するパイロット切換弁１のパイロットラインと、パイロット切換弁３のうち、ブームシリンダの上げを制御するパイロットラインとに同時にパイロット圧を導く。
【００２１】
ブームシリンダを制御するパイロット切換弁３にパイロット圧を導けば、タイマーバルブ９の両パイロット室９ｂ，９ｃにも圧力が導かれる。しかし、他方のパイロット室９ｃ側では、その圧力上昇のタイミングが遅れるので、タイマーバルブ９は、パイロット室９ｂの圧力作用で、図面左側位置に切り換わる。タイマーバルブ９が左側位置に切り換われば、ブームシリンダを上げ制御するためにパイロットライン８に導かれたパイロット圧が、制御シリンダ６，７にも導かれるので、この制御シリンダ６，７が伸張する。
【００２２】
制御シリンダ６，７の伸張によって、旋回モータを制御するパイロット切換弁１の切り換え量が規制され、その開度が全開状態の６０％〜８０％に保たれる。つまり、可変吐出量ポンプＰは、旋回モータの起動時の負荷圧で馬力一定制御され、その吐出量が減少させられる。しかし、吐出量が減少した中で、旋回モータ側に供給される流量を絞ることによって、ブームシリンダの動作を確保するようにしている。
【００２３】
したがって、パイロット切換弁１および３の切り換え初期には、速度が遅いながらも旋回モータおよびブームシリンダの両方を、同時に起動させることができる。このように旋回モータもブームシリンダも動かせるので、バケットで土砂などをすくってそれを持ち上げながら旋回することができる。
また、旋回モータがいったん起動してしまえば、起動時の抵抗が除かれるので、旋回モータにはそれほど大きな負荷が作用しない。そのために起動後は、ブームシリンダの負荷圧に応じて馬力が一定に制御されることになる。
【００２４】
上記のように旋回モータが起動した後には、タイマーバルブ９のパイロット室９ｃ側の圧力も上昇して、それを再び図面右側位置に切り換える。タイマーバルブ９が右側位置に切り換われば、制御シリンダ６，７がタンクＴに連通するので、パイロット切換弁１のストッパー４または５を規制する力がなくなる。
【００２５】
ストッパー４，５に対する制御シリンダ６，７の規制力がなくなれば、パイロット切換弁１は、そのパイロット圧の作用力で全開位置までフルストロークする。したがって、以後は、通常の制御状態になる。
なお、タイマーバルブ９は、旋回モータがし、発生圧力が高い間、制御シリンダ６，７を伸張状態に保つとともに、圧力低下した後に右側位置に復帰するように、タイミング制御用絞り１０と圧力保持用絞り１１の開度およびスプリング１２のバネ力を調整する。
【００２６】
図２に示した第２実施例は、タイマーバルブ９の他方のパイロット室９ｃを、旋回モータを制御するパイロット切換弁１のパイロットライン１３、１４に、タイミング制御用絞り１５およびシャトル弁１６を介して連通させたものである。ただし、この他方のパイロット室９ｃを、圧力保持用絞り１１を介してタンクＴに連通している点は、第１実施例と同様である。
また、タイマーバルブ９の一方のパイロット室９ｂは、第１実施例と同様にパイロットライン８に直接連通させている。
【００２７】
なお、この第２実施例は、パイロットライン８，１３，１４のそれぞれに導かれるパイロット圧が等しいことを前提にしている。
このように各パイロット圧が等しければ、一方のパイロット室９ｂをパイロットライン８に連通させ、他方のパイロット室９ｃをパイロットライン１３ａあるいは１４に連通させても、原理的には第１実施例と同じになる。
【００２８】
図３に示した第３実施例は、タイマーバルブ９の両パイロット室９ｂ，９ｃを、旋回モータを制御するパイロット切換弁１のパイロットライン１３，１４に連通させたものである。そして、この第３実施例でも、旋回モータが慣性力を発生するまでの間、パイロット切換弁のストロークを規制する原理は、第１，２実施例と同じである。
なお、上記各実施例は、1ポンプで制御するロードセンシング制御にも適用できるものである。
【００２９】
【発明の効果】
このパワーショベルの油圧制御装置によれば、旋回モータが定常圧になるまでの間、旋回モータを制御するパイロット切換弁の開度を小さく保てるので、旋回モータの負荷が大きくて可変吐出量ポンプの吐出量が少なくなっても、旋回モータとともにブームシリンダを起動させられる。このように旋回モータとブームシリンダとを同時に起動させられるので、例えば、土砂をバケットですくいながら、それを旋回してダンプカーに積み込むときにも、バケットを持ち上げながら旋回させることができる。したがって、バケットが持ち上げられないまま、旋回モータだけが作動してしまうという問題も発生しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の回路図である。
【図２】第２実施例の回路図である。
【図３】第３実施例の回路図である。
【符号の説明】
Ｐ可変吐出量ポンプ
１〜３パイロット切換弁
４，５ストッパー
６，７制御シリンダ
８パイロットライン
９タイマーバルブ
９ａ流入ポート
９ｂ一方のパイロット室
９ｃ他方のパイロット室
９ｄ流出ポート
９ｅタンクポート
１０タイミング制御用絞り
１１圧力保持用絞り
１２スプリング
１３，１４パイロットライン
１５タイミング制御用絞り

Claims

馬力一定制御をする可変吐出量ポンプに、旋回モータ制御用のパイロット切換弁と、アームシリンダ制御用のパイロット切換弁と、ブームシリンダ制御用のパイロット切換弁とを接続してなるパワーショベルの油圧制御装置において、旋回モータ制御用のパイロット切換弁にストッパーを設けるとともに、このストッパーに当接させてパイロット切換弁の切り換え位置を規制制御する制御シリンダを設ける一方、制御シリンダに圧力流体を供給したり、その供給を阻止したりするタイマーバルブを備え、このタイマーバルブは、その両側にパイロット室を設け、この両側のパイロット室には上記各切換弁を切り換えるためのパイロット圧を導く構成にし、一方のパイロット室にはそのパイロット圧を直接導き、他方のパイロット室にはスプリングを設けるとともに、タイミング制御用絞りを介してパイロット圧を導き、しかも、この他方のパイロット室は圧力保持用絞りを介してタンクに連通させてなるパワーショベルの油圧制御装置。
ブームシリンダ制御用のパイロット切換弁の上げ制御側のパイロットラインを、タイマーバルブを介して制御シリンダに接続した請求項１記載のパワーショベルの油圧制御装置。
旋回モータ制御用のパイロット切換弁のパイロットラインを、タイマーバルブを介して制御シリンダに接続した請求項１記載のパワーショベルの油圧制御装置。
ブーム制御用のパイロット切換弁の上げ制御側のパイロットラインを、タイマーバルブを介して制御シリンダに接続するとともに、このパイロットラインからの圧力をタイマーバルブの一方のパイロット室に導き、スプリングを設けた他方のパイロット室には、旋回モータ制御用のパイロット切換弁のパイロットライン側のパイロット圧を導いてなる請求項１記載のパワーショベルの油圧制御装置。