JP3766972B2

JP3766972B2 - 建設機械の油圧回路

Info

Publication number: JP3766972B2
Application number: JP2002100509A
Authority: JP
Inventors: 塚本浩之
Original assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2002-04-02
Filing date: 2002-04-02
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2022-04-02
Also published as: JP2003294003A

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に関し、具体的には複数アクチュエータが同時に作動される場合の油圧ポンプの制御に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
建設機械の油圧回路では複数のアクチュエータを接続して圧油を供給している。複数のアクチュエータが同時に使用される場合がある。例えば旋回用油圧モータとブーム用油圧シリンダとを同時に使用する場合である。この場合に双方のアクチュエータに十分な圧油が供給され、かつ、油圧ポンプの吐出油が効率的に使用され、エンジンを含めたシステム全体が常に効率的であることが望ましい。このために、従来から建設機械の油圧回路では種々の工夫がなされてきた。しかし、同時に使用するアクチュエータの組み合わせは多数あり、全ての組み合わせに対して効率的に制御できる油圧回路は提案されていない。従って、同時に使用されるアクチュエータの組み合わせを限定して場合の個々の問題に対して効率的な油圧回路の開発がなされている。
【０００３】
例えば、ダンプの積み作業で土砂をダンプした後で、掘削地点まで戻る際にブームの下げ動作と旋回操作が同時に行われるが、この場合には従来の基本的な油圧回路で旋回操作とブームの下げ操作を同時に行うと以下の問題点が生じる。図３は従来の基本的な油圧回路例を示し、図４は旋回用油圧モータとブームシリンダ油圧回路の詳細図を示している。図３において、油圧ポンプ１１のセンタ油路１２には旋回モータ１３への油圧流れを制御する切換弁１４が挿入されており、一方、油圧ポンプ２１のセンタ油路２２にはブーム用油圧シリンダ２３への油圧流れを制御する切換弁２４が挿入されている。油圧ポンプ１１及び油圧ポンプ２１は傾斜板を有する吐出量可変のポンプであり、調節器１５，２５の制御ポートにネガコン圧を検出する油路１６，２６が接続され、負帰還制御されている。なお、絞り１７，絞り２７はネガコン圧を発生さるための絞りである。
【０００４】
この基本的油圧回路で旋回モータ１１と油圧シリンダの下げ作業が同時に行われると、旋回モータ１１は油圧ポンプ１１で駆動され、ブームシリンダ２３は油圧ポンプ２１で駆動される。ところが、ブーム下げのとき（切換弁２４が状態イにあり、油圧シリンダ２３が図の矢印Ｃ方向に移動するとき）は、油圧ポンプ２１からの圧油作用の他に自重が作用し、負荷圧は極めて小さくなる。このために油路２６のネガコン圧は大きくなり、油圧ポンプ２１より吐出される吐出量が少なくなるように負帰還制御される。また、油圧ポンプ２１より吐出された圧油は全てブームシリンダ２３に供給される。
【０００５】
一方、旋回モータ１３の切換弁１４は、例えば状態イにあり、旋回モータ１３が矢印Ｄ方向に回転する場合について説明すると、油圧ポンプ１１からの圧油は旋回モータ１３の回転を加速するために使用され、負荷圧はリリーフ弁１８のリリーフ設定圧まで上昇する。即ち、旋回モータ１３は最初停止しており、徐々に速度を上げていくためにフル操作状態になり、油路１６の油圧がタンク圧まで落ちて、油圧ポンプ１１がエンジントルクに見合う最大流量を吐出しても、吐出流量の大部分が旋回モータ回路のリリーフ弁１８よりメイクアップライン１９又は切換弁１４のスプール１４ｂを介して油タンクＴに廃棄される。
【０００６】
以上のように、従来装置の基本的油圧回路では、ブーム下げ操作と旋回操作を同時に操作する場合には旋回側油圧ポンプ１１からの圧油がリリーフ弁１８より無駄に消費される。このために、燃料消費のロスや、無用な発熱等の問題があった。この問題を解決するために、複数アクチュエータの同時使用に対する従来の油圧回路を適用することも考えられる。
【０００７】
このような複数のアクチュエータの同時使用による問題点を改良しようとする油圧回路が提案されている。例えば、公開特許公報、平６―２２１３０５号には複数のアクチュエータを同時操作したときに負荷の軽い方に圧油が流れ、重負荷のアクチュエータが作動しなくなるおそれを無くし、及びエンジン回転を下げての遅速作業でも良好に負荷制御できるようにした油圧回路が開示されている。この油圧回路を図５に示す。この油圧回路はバックホウに使用される油圧回路である。
【０００８】
図５において、アクチュエータ５１ａ、５１ｂ、・・・を制御する切換弁５２ａ、５２ｂが油圧ポンプ５３ａと５３ｂの吐出油路からなるセンタ油路に並列に接続されている。アクチュエータ５１ａ、５１ｂは、例えば旋回モータと油圧シリンダである。この油圧回路ではブームや旋回モータ等のアクチュエータの要求流量に応じてポンプ吐出流量を調節設定する差圧感知型の負荷制御を行う油圧回路に適用され、補償回路５０を具備している。即ち、各制御弁５１ａ、５１ｂの絞り弁５３の通過直後に圧力補償弁５４を配備してアフターオリフィス構造を採り、且つ圧力補償弁５４の付勢ばね５５の固定側位置を変えるシリンダ５６，電磁弁５７、制御装置５９，及び調節スイッチ５８から構成され、付勢ばね５５の付勢力を変更設定可能にしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
以上に説明した上記従来油圧回路は一般的な構成を採用しているために油圧回路が複雑で油圧管の接続及び点検に煩雑な作業を必要とするなどの課題が生じ、更に、上記した問題に対してうまく対処できない。
本発明は、上記事実に鑑みなされたものであり、簡単な油圧回路構成で旋回リリーフ弁から廃棄される圧油を最小とし、旋回加速時の消費馬力を最小限に押さえて燃料消費量を低減する油圧回路を提供することを課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を解決するための手段として以下の構成を採用している。即ち、請求項１に記載の発明は、旋回モータとブームシリンダとを別々の油圧ポンプで圧油供給する建設機械の油圧回路において、旋回モータを駆動する第１油圧ポンプの吐出圧を検出する第１圧力センサと、旋回モータのリモコン用油圧回路に旋回モータの操作を検出する圧力スイッチと、第２油圧ポンプの吐出圧を検出する圧力センサを設けて、該第１圧力センサの出力、圧力スイッチの出力及び第２圧力センサの出力をコントローラの入力側に接続し、該コントローラの出力側を比例式電磁減圧弁のソレノイドに接続し、該比例式電磁減圧弁の出力側と第１油圧ポンプのネガコン圧帰還油路をシャトル弁の入力ポートに接続し、該シャトル弁の出力ポートを第１油圧ポンプの吐出流量を制御するレギュレータの信号ポートに接続して、該コントローラが旋回操作を検出し、第１油圧ポンプの吐出圧が該旋回モータのリリーフ圧に達したことを検出し、かつ、第２油圧ポンプの吐出圧が所定以下であることを検出した場合に、該コントローラは該比例式電磁減圧弁の出力圧を引き下げるように制御することを特徴としている。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記コントローラによる比例式電磁減圧弁の出力圧を引き下げは、所定の時間をかけて、前記旋回モータの未操作の場合のネガコン圧から該旋回モータをフル操作した場合のネガコン圧まで引き下げるように制御することを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図に基づいて説明する。図１は本発明を実施した油圧回路で、図２に本実施形態の種々の特性を示す。なお、図１で前記した従来の基本回路（図３）と同一の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、油圧ポンプ１１のセンタ油路１２に圧力センサ３１を接続し、その出力はコントローラ３０の入力側に接続されている。また、油圧ポンプ２１のセンタ油路２２に圧力センサ３２を接続し、その出力はコントローラ３０の入力側に接続されている。
【００１３】
また、旋回モータ１３を制御する切換弁１４はリモコン弁３５によって遠隔制御される。リモコン弁３５の操作を検出するためにシャトル弁３６、圧力スイッチ３７がリモコン油路に接続されている。圧力スイッチ３７の出力はコントローラ３０の入力側に接続されている。コントローラ３０の出力は電磁比例減圧弁３８のソレノイド３８ａに接続されている。電磁比例減圧弁３８の出力はシャトル弁３９の一方の入力ポートに接続され、シャトル弁３９のもう一方の入力ポートにはネガコン油路１６が接続されている。シャトル弁３９の出力はレギュレータ１５の信号入力ポートに接続されている。
【００１４】
コントローラ３０は旋回操作を検出し、油圧ポンプ１１の吐出圧が旋回モータ１３のリリーフ圧に達し、かつ油圧ポンプ２１の吐出圧が所定圧以下であることを検出した場合に、コントローラ３０は電磁比例減圧弁３８の出力圧を旋回モータ１３の未操作時のネガコン圧から旋回モータ１３のフル操作時のネガコン圧まで引き下げるように制御信号を出力する。なお、旋回モータ１３の未操作時のネガコン圧になる制御信号及び旋回モータ１３のフル操作時のネガコン圧になる制御信号は予め決定し、コントローラ３０の図示省略のメモリに記録しておく。
【００１５】
上記の制御をした場合の特性を図２に示す。図２において、記号Ｐ１、Ｐ２は油圧ポンプ１１、油圧ポンプ２１の吐出圧を示す。また、記号Ｎ１、Ｎ２は油路１６，油路２６のネガコン圧である。記号Ｐｓｗは圧力スイッチのオン・オフ状態を示す。記号Ｐｃは電磁比例減圧弁３８の出力圧を示し、時間ｔｃは所定時間を示す。なお、記号Ｐｓは所定基準圧で、図２は吐出圧Ｐ２が基準圧Ｐｓより低い場合を示す。また、Ｎ１１は旋回モータ１３を未操作時の油路１６のネガコン圧で、Ｎ１２は旋回モータ１３をフル操作時の油路１６のネガコン圧を示す。電磁比例減圧弁３８の出力圧Ｐｃは、Ｐｃ１＝Ｎ１１、Ｐｃ２＝Ｎ１２となるように制御されている。
【００１６】
以上の説明及び図２の特性から理解できるように、油圧ポンプ１１の吐出量は、旋回モータ１３の動き始めから所定時間ｔｃを経過するまで徐々に増加するため、旋回モータ１３のリリーフ弁から廃棄される吐出流量は動き始めから最大吐出量になる従来技術に比べてかなり減少している。これは、油路１６のネガコン圧Ｎ１がＮ１１から一気にＮ１２まで減少しているにも拘わらず、電磁比例減圧弁３８の出力圧Ｐｃが所定時間ｔｃをかけてＰｃ１からＰｃ２まで下がることによって油圧ポンプ１１の吐出流量を旋回速度の上昇にあわせて徐々に増加させるように構成したためである。これによって、燃料消費のロスや、無用な発熱等の従来の問題を解決している。
【００１７】
以上本発明の実施形態を図面に基づいて詳述してきたが、本発明の技術的範囲はこれに限られるものではなく、例えば圧力スイッチ３７の換わりに圧力センサを使用しても同じ目的で同じ機能を果たす場合等は本発明の技術的範囲に属する。
【００１８】
【発明の効果】
本発明は油圧ポンプの吐出圧が旋回モータのリリーフ圧に達して圧油が廃棄される場合に油圧ポンプのレギュレータにパイロット圧（低圧）を作用させて、無駄に廃棄される圧油流量を減少させるので、エネルギーの節約により、燃料消費の低減、作動油のヒートバランスが向上する等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の油圧回路図を示す。
【図２】本実施形態の主要箇所の特性を示す。
【図３】従来の基本的油圧回路図を示す。
【図４】従来の旋回モータの油圧回路（Ａ）、ブームシリンダの油圧回路（Ｂ）を示す。
【図５】別の従来回路を示す。
【符号の説明】
１１、２１油圧ポンプ
１３旋回モータ
１４、２４切換制御弁
１５，２５レギュレータ
１７，２７ネガコン用絞り
１６，２６ネガコン圧帰還路
２３ブーム用油圧シリンダ
３０コントローラ
３１，３２圧力センサ
３５旋回モータ用リモコン弁
３７圧力スイッチ
３８電磁比例減圧弁

Claims

旋回モータとブームシリンダとを別々の油圧ポンプで圧油供給する建設機械の油圧回路において、旋回モータを駆動する第１油圧ポンプの吐出圧を検出する第１圧力センサと、旋回モータのリモコン用油圧回路に旋回モータの操作を検出する圧力スイッチと、第２油圧ポンプの吐出圧を検出する圧力センサを設けて、該第１圧力センサの出力、圧力スイッチの出力及び第２圧力センサの出力をコントローラの入力側に接続し、該コントローラの出力側を比例式電磁減圧弁のソレノイドに接続し、該比例式電磁減圧弁の出力側と第１油圧ポンプのネガコン圧帰還油路をシャトル弁の入力ポートに接続し、該シャトル弁の出力ポートを第１油圧ポンプの吐出流量を制御するレギュレータの信号ポートに接続して、該コントローラが旋回操作を検出し、第１油圧ポンプの吐出圧が該旋回モータのリリーフ圧に達したことを検出し、かつ、第２油圧ポンプの吐出圧が所定以下であることを検出した場合に、該コントローラは該比例式電磁減圧弁の出力圧を引き下げるように制御することを特徴とする建設機械の油圧回路。
前記コントローラによる比例式電磁減圧弁の出力圧を引き下げは、所定の時間をかけて、前記旋回モータの未操作の場合のネガコン圧から該旋回モータをフル操作した場合のネガコン圧まで引き下げるように制御することを特徴とする請求項１に記載の建設機械の油圧回路。