JP3784524B2 - 建設機械の油圧回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ショベルなどに用いられる負荷の大きなアクチュエータの駆動を制御する油圧回路に係り、詳しくはアクチュエータからのリターンオイルを全量オイルクーラー回路を経由させることなく、リターン回路と別個にオイルクーラー回路を設けて、圧力損失の低減や熱交換効率の向上などを図り、経済性を高めた建設機械の油圧回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、油圧ショベルなど旋回機構を備える建設機械においては、アクチュエータの駆動を油圧駆動型とされ、その駆動を制御する油圧回路にあっては、一般にリターン回路中にオイルクーラーを配置して戻りオイルの冷却処理がなされている。
【０００３】
図１２にて示されるのは、前述の建設機械におけるアクチュエータへの油圧回路の実施の一例であり、油槽２から作動圧油を供給するメインポンプ１によって作業機シリンダ４、或いは旋回モータ６への給油管路３中に方向切換弁５または方向切換弁５’が設けられ、それらアクチュエータ（作業機シリンダ４、旋回モータ６）から油槽へのリターン回路７中にオイルクーラー９およびフィルター１１が設けられている。そして、旋回モータ６による旋回操作での急停止時などにおけるキャビテーションの発生を防止する手段としてリターン回路７にリフトチェック弁８を設けるとともに、そのリターン回路７から旋回モータ６の給油管路中に戻り油の吸込管路７ａを接続するようにされている。図中符号１０は、オイルクーラー９に対するチェック弁、１３はストレーナーである。
【０００４】
また、油圧駆動型のアクチュエータ、殊に旋回装置など慣性負荷の大きいアクチュエータの駆動を制御する油圧回路にあっては、アクチュエータの急停止時に発生するキャビテーションを防止するための先行技術として、例えば特開平２−２１２６０３号公報、あるいは特開平２−２１７５２９号公報などによって提案されている。
【０００５】
前記先行技術の特開平２−２１２６０３号公報に開示されるものでは、旋回モータの負圧側にメイクアップ弁を配置して、戻り油を吸入させるようにすることで、急激な変動圧の発生を防止することが開示されている。また、特開平２−２１７５２９号公報に開示されるものでは、オーバーランによるキャビテーションの発生防止のために、リターン回路に絞り弁を設けてモーター部での背圧を高めるようにしてオイルクーラーを通してタンクに戻すようにすることが開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の従来技術や先行技術として開示されているものでは次のような問題点がある。
ａ）図１２にて説明の従来技術では、アクチュエータからのリターンオイルが全量リフトチェック弁を経由して油槽に戻され、このリターン回路中にオイルクーラやフィルターが設置されているので、これらの機器による圧力損失が大きくなる。特に、背圧を必要とするのは、旋回運動によって発生するキャビテーションを防止するためであり、その他の機器（アクチュエータ）の戻り側を背圧が作用するように構成する必要がない。したがって、無駄なエネルギーを消費することになり、経済的でない。
ｂ）また、アクチュエータからのリターンオイルが全量リターン回路を通過させることになるので、流量変化が大き過ぎる（変動が大である）から、熱交換効率が悪い。そのために、大容量のオイルクーラが必要になり、配管径も大きくなる、などの機器構成面でも問題がある。
ｃ）特開平２−２１２６０３号公報や特開平２−２１７５２９号公報に開示されるものでは、アクチュエータによる旋回運動に付帯して発生するキャビテーションを防止することについては示されているが、より経済性を求めることに関しては何ら追求されるに至っていない。
【０００７】
本発明では、このような問題点を解決することに鑑みて、より簡単な構成でもって合理的で有効な、かつ経済性の高い建設機械の油圧回路を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
前記目的を達成するために、本発明による建設機械の油圧回路は、
油圧駆動式のアクチュエータを備える建設機械の油圧回路において、
前記アクチュエータから油槽へのリターン回路と別個にオイルクーラー回路を設け、前記オイルクーラー回路に、油槽から定流量ポンプにて定量のオイルを流動させるとともに、その管路を分岐してアクチュエータの負圧側にチェック弁を介して接続することを特徴とするものである。
【０００９】
このように構成される本発明によれば、旋回運動に伴う慣性負荷の大きなアクチュエータの駆動を制御する油圧回路として、その慣性負荷の大きくなる部位に対してと通常の運動をする部位に対する対応を別個に行わせ得るようにリターン回路と別個にオイルクーラー回路を設けるようにしたことで、油圧回路を構成する機器を最小限のものとすることが可能になり、余分なエネルギーの消費をも低減できて経済効果を著しく向上させ得るという効果を奏するものになる。
【００１０】
また、本発明においては、前記オイルクーラー回路に油槽から定流量ポンプにて定量のオイルが流動されるとともに、その管路を分岐して負荷変動の大きいアクチュエータの負圧側にチェック弁を介して接続されるので、通常時は一定量のオイルをオイルクーラーを通して循環冷却させ、高負荷が作用して圧力変動が発生する状態になると、直ちにそのアクチュエータ側にオイルクーラー回路と繋がる管路のオイルが吸入されて、圧力変動を抑えることができ、キャビテーションなどの発生を防止できることになる。また、併せて過剰なオイルを流さずに常時冷却処理されるので、熱交換効率も高くなり、小型化できるという効果も奏するのである。
【００１２】
また、本発明における前記オイルクーラー回路における油槽への戻り側にリフトチェック弁を設けるようにすることで、前述の負荷変動の大きいアクチュエータに対する背圧の掛け方が不足してキャビテーションの防止処置が十分に行えない場合でも、そのリフトチェック弁によってオイルクーラー回路を流れる全量を直ちに対応させて速やかに正常化させ得る効果が期待できるのである。
【００１３】
さらに、本発明において、前記オイルクーラー回路には油槽から定流量ポンプにて定量のオイルを流動させるとともに、そのオイルクーラーの上流側にオイルクーラーの冷却ファンを回転させる油圧モータが設けられ、この油圧モータを検知される油温に応じて駆動制御するコントローラが付設されるようにするのがよい。こうすると、オイルクーラーの冷却ファンを駆動する油圧モータの回転操作を油温に応じて制御できるので、適正な温度を保ってアクチュエータを作動させることができ、かつ、過度な冷却や温度上昇を防止できて油圧駆動部での経済的な運転が行えることになる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による建設機械の油圧回路の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１６】
図１には本発明に係る建設機械の油圧回路の代表的なものを表す回路図が、図２には第１実施例の別例油圧回路図が、図３には第２実施例としてアクチュエータからのリターン回路と切り離してオイルクーラー回路を設ける場合の油圧回路図が、図４乃至図７にはいずれも第２実施例の別例油圧回路図が、図８には第３実施例の油圧回路図が、図９および図１０にはいずれも第３実施例の別例油圧回路図が、図１１には第４実施例としてアクチュエータからのリターン回路と切り離して設けられるオイルクーラー回路にオイルクーラー冷却ファンを駆動する油圧モータとその制御手段を組み込んだ場合の油圧回路図が、それぞれ示されている。
【００１７】
まず、図１によって示される本実施例の建設機械の油圧回路は、直線運動を行わせる駆動部に用いられる少なくとも１個の作業機シリンダ４と旋回運動を行わせる旋回機構の旋回モータ６とが制御される場合の代表的なものである。この油圧回路における前記作業機シリンダ４と前記旋回モータ６の各作動を制御する方向切替弁５並びに方向切替弁５’に対する油槽２からメインポンプ１による給油（給油管路３，３）については、従来のものと同様であるが、それらアクチュエータ（作業機シリンダ４，旋回モータ６）からのリターン回路７に対してオイルクーラー回路２０を別個に設けて定流量ポンプ２１によって油槽２に戻されるオイルを冷却するようにされ、このオイルクーラー回路２０から旋回吸い込み管路２３を分岐して旋回モータ６の作動停止時における背圧の変動に対応できるように構成されている。
【００１８】
前記オイルクーラー回路２０は、油槽２からオイルクーラー９を通り油槽２に戻る循環回路にされ、このオイルクーラー回路２０における油槽２からオイルクーラー９までの管路中に定流量ポンプ２１を配置して、常時一定量のオイルを循環させるようにされている。なお、このオイルクーラー回路２０の戻り部２０ａは、前記アクチュエータからのリターン回路７に接続されて、冷却されたオイルが油槽２に戻されるようになされている。そして、そのリターン回路７には、前記オイルクーラー９からの戻り管路２０ａが接続された後に、フィルター１１を設けてリターンオイルとともに濾過されて油槽２に戻されるようになっている。
【００１９】
前記旋回モータ６に対する旋回吸い込み管路２３は、前記定流量ポンプ２１の吐出側から分岐され、停止時に旋回モータ６の作動背後側に定流量で常時流動するオイルがいずれか一方のチェック弁１２を介して吸入されるように接続されている。なお、図中で示されている符号について、従来の油圧回路において用いられているものと同じ機器については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略している（以下同様）。
【００２０】
このように構成される本実施例の油圧回路では、図示されない機体に搭載されて作動する作業機シリンダ４に対する作動油の供給制御については、従来と同様に方向切替弁５を切換操作して、その作業機シリンダ４のロッドを進退させて作業を行わせることができる。作業の状況により旋回駆動を行うには、方向切替弁５’を切換操作して機体搭載の旋回機構を所要の方向に旋回させる。この際、旋回動作を停止させたとき、慣性によってその旋回方向に更に回動しようとする現象が生じ、この状態で旋回方向には給油管路が閉じているので、その内部にて加圧されて油圧が高まる反面、背後側では既に管路が閉じているので負圧となり、その結果旋回モータ６部において圧力変動が生じるため、キャビテーションが発生するのを、前述のように、オイルクーラー回路２０において定流量ポンプ２１によって定流量で循環しているオイルが、旋回吸い込み管路２３を通じて旋回モータ６の負圧側に直ちに吸入され、圧力変動の発生を防止する。
【００２１】
そして、この実施例の油圧回路では、前述のようにアクチュエータ（作業機シリンダ４や旋回モータ６）のリターン回路７を通るリターンオイルは常にそのままフィルター１１を通って油槽２に戻され、油槽２内の油温は常時一定量循環されているオイルクーラー回路２０中のオイルクーラー９によって冷却されるように構成されているので、過度に温度上昇することなく、運転させることができる。したがって、設定流量に応じた小型のオイルクーラーで全てを賄うことができて、オイルクーラー９の熱交換効率を向上させることができ、しかも油圧制御部全体を小型化することが可能になる。
【００２２】
図２に示されるのは、前述の第１実施例の別例油圧回路図であって、前記実施例と異なる点は、オイルクーラー回路２０におけるオイルクーラー９からの戻り管路２０ａがリターン回路７に接続されず、直接メインポンプ１のサクション管路１５に接続される構成になっている。
【００２３】
このような構成にすることによって、前記実施例ではオイルクーラー９によって冷却されたオイルが温度の高い油槽内で混じってメインポンプ１へのサクション管路１５に高温油が供給され、オイルの冷却効果が有効に作用しない点が改善される。すなわち、オイルクーラー回路２０においてオイルクーラー９により冷却されたオイルが、直接メインポンプ１のサクション管１５に送られることになり、不足量だけ油槽２から吸入すればよいので、給油の冷却効果を合理的に高めることができる。
【００２４】
次に、図３にて示される第２実施例の油圧回路は、前記実施例と異なる点はアクチュエータ（作業機シリンダ４や旋回モータ６）のリターン回路７がそのまま油槽２に繋がれて、フィルター１１がリターン回路７から除かれている。また、オイルクーラー回路２０Ａには、定流量ポンプ２１のサクション側もしくは吐出側にフィルター２２を設け、定流量で流れる冷却オイルを濾過するようにされている。なお、オイルクーラー９から油槽２内に戻される戻り管路２０ｂの先端をメインポンプ１のサクション管１５部に設けられるストレーナ１３に近接するように配して、できるだけ冷却されて清浄なオイルが給油されるように配慮されている。なお、旋回モータ６に対する旋回吸い込み管路２３は、前記実施例と同様に、定流量ポンプ２１の吐出側から分岐され、停止時に旋回モータ６の作動背後側に定流量で常時流動するオイルがいずれか一方のチェック弁１２を介して吸入されるように接続されている。
【００２５】
このような構成の油圧回路にては、常時循環させているオイルクーラー回路２０Ａでの一定流量をフィルター２２によって濾過させるようにすることで、フィルター面を通過するオイルの流動状態を定常に保つことにより、微細なダストまで取り除くことが可能となる効果が得られるのである。しかも、前述のように旋回モータ６に対する背圧の利用については同様に作用させて円滑な運転を可能にすることができる。
【００２６】
図４に示されるのは、前記第２実施例の別例油圧回路図であって、前記実施例と異なる点は、オイルクーラー回路２０Ａに設けられるフィルター２２をオイルクーラー９からの戻り管路２０ｂに配設された構成である。このようにオイルクーラー回路２０Ａ中に設けられるフィルター２２は、定流量ポンプ２１の吐出側に位置しても前記第２実施例と同様の作用効果が得られる。
【００２７】
また、図５に示されるのは、前記第２実施例の別例油圧回路図であって、前記実施例２と異なる点は、オイルクーラー回路２０Ａの戻り管路２０ｂをメインポンプ１のサクション管１５に直接接続させたものである。こうすることで、前述の第１実施例における別例として図２で例示されたものと同様にオイルクーラー９により冷却されたオイルを直接メインポンプ１のサクション管１５に送り、フィルター２２によって清浄にされた冷却オイルを供給できて、給油の冷却効果を合理的に高めることができる。
【００２８】
また、図６に示されるのは、前記第２実施例の別例油圧回路図であって、前記実施例２と異なる点は、オイルクーラー回路２０Ａの戻り管路２０ｂを油槽２内でメインポンプ１のサクション管１５部に合流させるように接続させたものである。こうすると、冷却されたオイルと油槽２内のオイルとをメインポンプ１の給油状態に応じて有効に吸い込まれ、給油の温度上昇を低減させる効果を呈するのである。
【００２９】
さらに、図７で示されるのは、前記第２実施例の別例油圧回路図であって、前記実施例２と異なる点は、油槽２内にバッフルプレート２ａを設けて槽内を仕切り、アクチュエータ（作業機シリンダ４や旋回モータ６）からの熱い戻り油とオイルクーラー回路２０Ａからの冷却された戻り油とが直ちに混ざり合わないように構成されている。こうすると、メインポンプのサクション側に熱い戻り油が直接吸入されることがなく、給油の温度上昇を阻止できる効果が得られることになる。
【００３０】
次に、図８にて示される第３実施例の油圧回路は、アクチュエータ（作業機シリンダ４や旋回モータ６）のリターン回路７がそのまま油槽２に繋がれて、フィルターがリターン回路７から除かれている点で前記第２実施例と同様であるが、オイルクーラー回路２０Ｂにおいて先の実施例の油圧回路とは異なる構成になっている。
【００３１】
この第３実施例の油圧回路では、オイルクーラー回路２０Ｂにおけるオイルクーラー９から油槽２への戻り管路２０ａにリフトチェック弁８を設け、このリフトチェック弁８の上流側で旋回モータ６に対する旋回吸い込み管路２４を分岐させている。なお、オイルクーラー９から油槽２への戻り管路２０ｃ端は第２実施例と同様に給油管路に繋がるメインポンプ１のサクション部のストレーナ１３近傍まで延長させておくのが清浄なオイルを供給できて好適である。
【００３２】
このように構成された第３実施例の油圧回路では、常時循環させているオイルクーラー回路２０Ｂでの一定流量をフィルター２２によって濾過させるようにようにして冷却されるオイルの清浄化（フィルトレーション）の向上を図るとともに、旋回モータ６の作動停止時において前記第２実施例のように、このオイルクーラー回路２０Ｂから分岐される旋回吸い込み管路２４からの背圧付与動作だけでは圧力変動が収まらないような場合、リフトチェック弁８を戻り管路２０ａに介在させておくことで、オイルクーラー回路の戻り管路２０ａの内圧を増加させ、旋回モータ６においてキャビテーションが発生するのを防止することができる。
【００３３】
このような構成によれば、旋回モータ６を駆動させない作業時に、前述のようにしてアクチュエータ（作業機シリンダ４）のリターン回路７にて戻り油はそのまま油槽２に戻され、オイルクーラー回路２０Ｂにて定常の油量を冷却させるので、全体的に見て合理的に処理できることになる。したがって、前記同様にクーラーを小型にして熱交換効率を向上させ、フィルトレーションの向上も併せ得られる経済的な装置とすることができる。
【００３４】
図９に示されるのは、前記第３実施例の別例油圧回路図であって、前記実施例３と異なる点は、オイルクーラー回路２０Ｂ中の定流量ポンプ２１の吐出側にフィルタ２２を設けた構成である。こうすることによっても、前記第３実施例におけるものと同様にフィルトレーションの向上を図ることができる。
【００３５】
図１０に示されるのは、前記第３実施例の別例油圧回路図であって、前記実施例３と異なる点は、オイルクーラー回路２０Ｂの戻り管路２０ｃをメインポンプ１のサクション管１５に接続して冷却されたオイルを給油側に直接供給できるように構成されたものである。こうすると、不足量だけ油槽２から吸入すればよいので、給油の冷却効果を合理的に高めることができる。
【００３６】
またさらに、図１１にて示されるのは、第４実施例の油圧回路であって、前記第３実施例において説明したオイルクーラー回路に、そのオイルクーラー９の冷却ファンを制御する冷却制御機構３０を付加した構成である。この油圧回路における冷却制御機構３０は、オイルクーラー回路２０Ｃにおける定流量ポンプ２１からオイルクーラー９までの間に、ファンレギュレータ３１を介して油圧モータ３２を設け、この油圧モータ３２によってエンジンのラジエーター２６に併設されるオイルクーラー９の冷却ファン３３を駆動するようにされている。しかも、その油圧モーター３２の駆動について、前記ラジエーター２６における水温を検知する水温センサ２６ａと、前記オイルクーラー９における油温を検知する油温センサ９ａとを、コントローラー３４に接続して、このコントローラー３４により前記ファンレギュレータ３１を制御してそれらラジエーター２６の水温やオイルクーラー９における油温に応じて油圧モーター３２による冷却ファン３３の回転を制御し、過冷却あるいは冷却不足を修正できるようにされている。
【００３７】
このような構成の油圧回路を備えるようにすれば、予め最適な油温や水温をコントローラー３４において設定しておくことにより、最も好適な冷却処理が可能になり、エネルギー損失を低減することが可能になる。
【００３８】
以上に説明したように、本発明の油圧回路を油圧駆動式の建設機械、特に旋回駆動を伴う形式の建設機械に組み込むことにより、その油圧駆動装置をコンパクトにまとめてエネルギー損失の低減を図る経済性の高いものとすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係る建設機械の油圧回路の代表的な実施例のものを表す油圧回路図である。
【図２】図２は、第１実施例の別例油圧回路図である。
【図３】図３は、第２実施例としてアクチュエータからのリターン回路と切り離してオイルクーラー回路を設ける場合の油圧回路図である。
【図４】図４は、第２実施例の別例油圧回路図である。
【図５】図５は、第２実施例の別例油圧回路図である。
【図６】図６は、第２実施例の別例油圧回路図である。
【図７】図７は、第２実施例の別例油圧回路図である。
【図８】図８は、第３実施例の油圧回路図である。
【図９】図９は、第３実施例の別例油圧回路図である。
【図１０】図１０は、第３実施例の別例油圧回路図である。
【図１１】図１１は、第４実施例としてアクチュエータからのリターン回路と切り離して設けられるオイルクーラー回路にオイルクーラー冷却ファンを駆動する油圧モータとその制御機構を組み込んだ場合の油圧回路図である。
【図１２】図１２は、従来の建設機械におけるアクチュエータの制御を行う油圧回路を示す図である。
【符号の説明】
１ メインポンプ
２ 油槽
３ アクチュエータの給油管路
４ 作業機シリンダ
５，５’ 方向切替弁
６ 旋回モータ
７ アクチュエータのリターン回路
８ リフトチェック弁
９ オイルクーラー
９ａ 油温センサ
１０ オイルクーラーのチェック弁
１１ フィルター
１２ チェック弁
１３ ストレーナ
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ オイルクーラー回路
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ 油槽への戻り管路
２１ 定流量ポンプ
２２ フィルター
２３，２４ 旋回吸い込み管路
２６ ラジエーター
２６ａ 水温センサ
３０ 冷却制御機構
３１ ファンレギュレータ
３２ 油圧モータ
３３ 冷却ファン
３４ コントローラ

Claims (3)

1. 油圧駆動式のアクチュエータを備える建設機械の油圧回路において、
   前記アクチュエータから油槽へのリターン回路と別個にオイルクーラー回路を設け、前記オイルクーラー回路に、油槽から定流量ポンプにて定量のオイルを流動させるとともに、その管路を分岐してアクチュエータの負圧側にチェック弁を介して接続することを特徴とする建設機械の油圧回路。
2. 前記オイルクーラー回路における油槽への戻り側にリフトチェック弁が設けられる請求項１に記載の建設機械の油圧回路。
3. 前記オイルクーラー回路におけるオイルクーラーの上流側にそのオイルクーラーの冷却ファンを回転させる油圧モータが設けられ、この油圧モータを前記オイルクーラーにおける油温に応じて駆動制御するコントローラが付設されている請求項１または２に記載の建設機械の油圧回路。

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