JP3786795B2 - 油圧ショベルの旋回制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、油圧ショベルの旋回制御装置に関するもので、特にアタッチメントの姿勢により旋回負荷が変わる場合の旋回制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来は図６に示すように油圧ショベルの旋回起動時においては、主操作部を操作してパイロットポンプのパイロット圧を方向切換弁のパイロット制御部に導出すると方向切換弁が切り換わり、主油圧ポンプの圧油が全部油圧モータに流れるため油圧ショベル本体に衝撃がかかり、また、旋回動作から停止させる場合も主操作部のレバーを中立に戻すと方向切換弁も中立位置に切り換わり、油圧モータに急激なブレーキが作動するため油圧ショベル本体に衝撃が掛かっていた。そして、この衝撃は旋回慣性体が重い程、また、旋回半径が大きい程大きくなり、土砂積載の有無やアタッチメントの姿勢により旋回負荷が変わるため、その変化に応じて旋回の最適な操作性を得ることは容易でなく熟練と高度の技術が必要とされた。一方、土砂積載の有無やアタッチメントの姿勢により変化する旋回負荷はブームシリンダの保持圧として検出できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事実に鑑みなされたものであり、その目的は土砂積載の有無やアタッチメントの姿勢により変化する旋回負荷をブームシリンダの保持圧として検出し、この検出されたブームシリンダの保持圧を直接又は信号として旋回油圧回路に導くことにより旋回負荷の大小に拘わらず最適な旋回操作性を得ることを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では方向切換弁と旋回油圧モータを接続する２本の主管路を連通する管路にパイロット制御式可変絞り弁とパイロット制御式切換弁を配設し、主操作部のパイロットバルブと方向切換弁のパイロット制御部を接続する２本のパイロット管路を連通する管路に設けたシャトル弁と前記パイロット制御式切換弁のパイロット制御部を接続する管路に可変絞り弁を設けるとともに前記パイロット制御式可変絞り弁のパイロット制御部をブームシリンダのボトム側油室に接続し、又は、パイロット制御式可変絞り弁のパイロット制御部をブーム、アーム及びバケットの各角度計に接続されたコントローラからの信号により切り換わる電磁切換弁を介してパイロットポンプに接続したこと、及び、前記パイロット制御式可変絞り弁をソレノイド制御式可変絞り弁とするとともに、該パイロット制御式可変絞り弁のソレノイド制御部をブームシリンダの保持圧を検出する圧力検出器に直接又はコントローラを介して接続し、又は、パイロット制御式可変絞り弁のソレノイド制御部をブーム、アーム及びバケットの各角度計に接続されたコントローラに接続したことを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図１乃至図５に基づいて説明する。
【０００６】
図１は本発明に係る実施形態の旋回系油圧回路図を示し、図２乃至図５は本発明に係る他の実施形態の旋回系油圧回路図を示す。
【０００７】
図１において１は第１油圧回路の主油圧ポンプで、該主油圧ポンプ１は方向切換弁２に接続され、方向切換弁２が中立時には前記主油圧ポンプ１の中立流路はタンク３に連通されている。そして前記方向切換弁２は主管路４及び５により旋回油圧モータ６に接続され、該主管路４と５を連通する管路７にはパイロット制御式切換弁８とパイロット制御式可変絞り弁９が配設され、また、前記主管路４と５を連通する他の管路１０には２個のリリーフ弁１１，１１が設けられ、更に前記主管路４と５を連通する異なる管路１２には２個のチェック弁１３，１３が設けられ、該２個のチェック弁１３，１３の間及び前記２個のリリーフ弁１１，１１の間からの分岐管路１４はタンク３に接続されている。
【０００８】
また、前記方向切換弁２のパイロット制御部２ａ，２ｂはパイロット管路１５，１６及び主操作部１７のパイロットバルブ１７ａ，１７ｂを介してパイロットポンプ１８に接続されている。そして、該パイロットポンプ１８は主操作部１７のパイロットバルブ１７ａ，１７ｂ及び前記パイロット管路１５と１６を連通する管路１９に設けたシャトル弁２０を介して前記パイロット制御式切換弁８のパイロット制御部８ａに管路２１により接続され、該管路２１には可変絞り弁２２が設けられている。
【０００９】
一方、２３は第２油圧回路の主油圧ポンプで、該主油圧ポンプ２３は方向切換弁２４に接続され、方向切換弁２４が中立時には前記主油圧ポンプ２３の中立流路はタンク３に連通されている。そして前記方向切換弁２４は主管路２５及び２６によりブームシリンダ２７に夫々接続され、ブームシリンダ２７のボトム側油室２７ａは該ブームシリンダ２７のボトム側油室２７ａと前記方向切換弁２４を接続する主管路２６からの分岐管路２８を介して前記パイロット制御式可変絞り弁９のパイロット制御部９ａに接続されている。
【００１０】
図２は図１における第１油圧回路のパイロット制御式可変絞り弁９をソレノイド制御式可変絞り弁９′とするとともに第２油圧回路の方向切換弁２４とブームシリンダ２７のボトム側油室２７ａを接続する主管路２６の分岐管路３２に圧力検出器３３を設け、更に、該圧力検出器３３を前記ソレノイド制御式可変絞り弁９′のソレノイド制御部９ａ′に接続したものである。
【００１１】
図３は図２における圧力検出器３３とソレノイド制御式可変絞り弁９′の間にコントローラ３６を設けたもので、該コントローラ３６と圧力検出器３３は電気配線３７により、また、コントローラ３６とソレノイド制御式可変絞り弁９′のソレノイド制御部９ａ′は電気配線３８により夫々接続されている。
【００１２】
図４は図３における第１油圧回路をそのままにして、ソレノイド制御式可変絞り弁９′のソレノイド制御部９ａ′に接続されるコントローラ３６をブーム３９の角度を検出するブーム角度計４２とアーム４０の角度を検出するアーム角度計４３及びバケット４１の角度を検出するバケット角度計４４に夫々接続したものである。
【００１３】
図５は図４における第１油圧回路のソレノイド制御式可変絞り弁９′をパイロット制御式可変絞り弁９とするとともに、該パイロット制御式可変絞り弁９のパイロット制御部９ａとパイロットポンプ１８の間に常時閉で通電時間となる電磁切換弁４８を設け、該電磁切換弁４８は管路４９によりパイロットポンプ１８に、また、管路５０により前記パイロット制御式可変絞り弁９のパイロット制御部９ａに夫々接続され、更に、前記電磁切換弁４８のソレノイド制御部４８ａをコントローラ３６に接続したものである。
【００１４】
次に本発明の作用を説明する。
【００１５】
図１において、第２油圧回路の方向切換弁２４を中立位置に保持し、第１油圧回路の主操作部１７を操作して旋回油圧モータ６を起動させた場合、パイロットポンプ１８のパイロット圧はパイロットバルブ１７ａ又は１７ｂを介して方向切換弁２のパイロット制御部２ａ又は２ｂに導かれ、方向切換弁２を切り換え、主油圧ポンプ１の圧油は方向切換弁２及び主管路４又は５を介して旋回油圧モータ６に導かれる。また、パイロットポンプ１８のパイロット圧はパイロットバルブ１７ａ又は１７ｂ及びシャトル弁２０を介して切換弁８パイロット制御部８ａに導かれ、第１油圧回路の主管路４と５を連通する管路７は開状態となる。
【００１６】
一方、第２油圧回路のブームシリンダ２７のボトム側油室２７ａの保持圧は方向切換弁２４とブームシリンダ２７のボトム側油室２７ａを接続する主管路２６及び分岐管路２８を介して第１油圧回路のパイロット制御式可変絞り弁９のパイロット制御部９ａに導出される。尚、前記ブームシリンダ２７のボトム側油室２７ａの保持圧はブーム、アーム、バケット等のアタッチメントの自重と土砂等の積載重量により変化し、作業半径が大きい程、また、積載重量が重い程ブームシリンダ２７のボトム側油室２７ａに立つ保持圧は高くなる。
【００１７】
そしてブームシリンダ２７のボトム側油室２７ａに立つ保持圧が高い場合は、パイロット制御式可変絞り弁９の開度が小になるため、主管路４と５を連通する管路７を流れる油量は極めて少なくなり、主油圧ポンプ１からの圧油の大部分が主管路４，５を流れ旋回力が確保されるとともに旋回負荷が大きいため旋回起動はゆっくりとなり、また、主油圧ポンプ１の圧油の極一部が前記管路７に流れるためショックの発生は少ない。
【００１８】
逆に、前記ブームシリンダ２７のボトム側油室２７ａに立つ保持圧が低い場合は、旋回負荷が少ないので急激な旋回の起動がなされるが、前記ブームシリンダ２７のボトム側油室２７ａに立つ保持圧が低いために前記パイロット制御式可変絞り弁９の開度が大きくなり、主管路４と５を連通する管路７は適度な開状態となり、主油圧ポンプ１の圧油の一部が該管路７に流れるため油圧ポンプ１の圧油の全部が旋回油圧モータ６に流れる場合に比べて旋回起動時のショックが軽減される。
【００１９】
次に、旋回を停止させるために第１油圧回路の主操作部１７を中立位置に戻すとパイロットポンプ１８のパイロット圧はパイロットバルブ１７ａ，１７ｂで遮断されるため方向切換弁２も中立位置に切り換わるとともに切換弁８のパイロット制御部８ａにパイロット圧が導出されないため、切換弁８は閉位置に切り換えられるが、切換弁８のパイロット制御部８ａとシャトル弁２０を接続する管路２１に可変絞り弁２２が設けられているため切換弁８は直ちに切り換えられない。そのため、主操作部１７を中立位置に戻しても主管路４と５を連通する管路７は直ちに遮断されず、一定時間後に遮断される。従って、旋回停止時においても前記ブームシリンダ２７のボトム側油室２７ａに立つ保持圧が低い場合は、前記パイロット制御式可変絞り弁９の開度が大きくなり、主管路４と５を連通する管路７は適度な開状態となり、主油圧ポンプ１の圧油の一部が該管路７に流れ、一定時間経過して減速された後に主管路４と５を連通する管路７が閉じるためショックが軽減される。 一方、旋回停止時にブームシリンダ２７のボトム側油室２７ａに立つ保持圧が高い場合は、パイロット制御式可変絞り弁９の開度が小になるが切換弁８は一定時間開状態に保持されるため、主操作部１７を中立にして方向切換弁２を中立位置に戻しても旋回油圧モータ６に接続される主管路４と５の油は管路７を介して閉回路内を循環し、一定時間経過して減速された後に主管路４と５を連通する管路７が閉じるためショックが軽減される。
【００２０】
尚、以上は第２油圧回路の方向切換弁２４が中立状態、即ち、ブームを停止させた場合について説明したが、ブームを俯仰動させた場合も同様である。
【００２１】
図２の場合は第２油圧回路のブームシリンダ２７のボトム側油室２７ａの保持圧を圧力検出器３３で検出し、該保持圧が高く所定の圧力を超える場合はソレノイド制御式可変絞り弁９′のソレノイド制御部９ａ′に信号を導出し、ソレノイド制御式可変絞り弁９′の開度を小にし、主管路４と５を連通する管路７を流れる油量を少量とし、旋回起動時に主油圧ポンプ１からの圧油の大部分を旋回油圧モータ６に流れるようにして旋回力を確保するとともに前記同様ショックの発生を少なくする。
【００２２】
図３の場合は図２の圧力検出器３３とソレノイド制御式可変絞り弁９′の間にコントローラ３６を設けたもので、図２の場合は第２油圧回路のブームシリンダ２７のボトム側油室２７ａの保持圧が所定の圧より高い場合に圧力検出器３３から前記ソレノイド制御式可変絞り弁９′のソレノイド制御部９ａ′に信号を導出しソレノイド制御式可変絞り弁９′の開度を小とし主管路４と５を連通する管路７を流れる油量を少量とし、逆に、ブームシリンダ２７のボトム側油室２７ａの保持圧が所定の圧より低い場合は圧力検出器３３から前記ソレノイド制御式可変絞り弁９′のソレノイド制御部９ａ′に信号が導出されず、前記ソレノイド制御式可変絞り弁９′の開度が大きくなり、主管路４と５を連通する管路７は適度な開状態となる、いわゆるオン・オフ制御であるのに対し、図３の場合は圧力検出器３３の信号をコントローラ３６に導出し、コントローラ３６からの信号を前記ソレノイド制御式可変絞り弁９′のソレノイド制御部９ａ′に導き、ソレノイド制御式可変絞り弁９′を比例制御させるようにしたものである。
【００２３】
そして、第２油圧回路のブームシリンダ２７のボトム側油室２７ａの保持圧を圧力検出器３３で検出し、該保持圧に反比例させてソレノイド制御式可変絞り弁９′の開度を変えることにより主管路４と５を連通する管路７を流れる油量を制御し、ショックの発生を少なくする。
【００２４】
図４の場合は図３における第１油圧回路をそのままにして、ソレノイド制御式可変絞り弁９′のソレノイド制御部９ａ′に接続されるコントローラ３６をブーム３９の角度を検出するブーム角度計４２とアーム４０の角度を検出するアーム角度計４３及びバケット４１の角度を検出するバケット角度計４４に夫々接続したもので、ブーム角度計４２、アーム角度計４３及びバケット角度計４４の信号をコントローラ３６に導き、各角時計の信号及び予めコントローラ３６の記憶部に記憶されているアタッチメント重量に基づいてアタッチメントのモーメントを演算し、その演算値に基づいてソレノイド制御式可変絞り弁９′の開度信号をソレノイド制御式可変絞り弁９′のソレノイド制御部９ａ′に導出し、該開度信号に基づいてソレノイド制御式可変絞り弁９′を比例制御させるようにしたもので、これにより主管路４と５を連通する管路７を流れる油量を制御し、ショックの発生を少なくする。
【００２５】
図５は図４に変更を加えたもので、第１油圧回路のソレノイド制御式可変絞り弁９′をパイロット制御式可変絞り弁９とし、該パイロット制御式可変絞り弁９のパイロット制御部９ａとパイロットポンプ１８の間に電磁切換弁４８を設けるとともに該電磁切換弁４８のソレノイド制御部４８ａをコントローラ３６に接続したもので、ブーム角度計４２とアーム角度計４３及びバケット角度計４４の信号をコントローラ３６に導き、各角時計の信号及び予めコントローラ３６の記憶部に記憶されているアタッチメント重量に基づいてアタッチメントのモーメントを演算し、その演算値が所定値を超える場合は前記電磁切換弁４８のソレノイド制御部４８ａに信号を導出し、電磁切換弁４８を開状態に切り換え、パイロットポンプ１８のパイロット圧をパイロット制御式可変絞り弁９のパイロット制御部９ａに導出し、パイロット制御式可変絞り弁９の開度を小とし、主管路４と５を連通する管路７を流れる油量を少なくして旋回力を確保するとともにショックの発生を少なくし、逆に、前記演算値が所定値以下の場合は電磁切換弁４８のソレノイド制御部４８ａに信号が導出されず、電磁切換弁４８は閉状態を保持し、パイロットポンプ１８からのパイロット圧がパイロット制御式可変絞り弁９のパイロット制御部９ａに導出されないため、パイロット制御式可変絞り弁９の開度が大となり旋回起動時及び停止時のショックが軽減される。
【００２６】
尚、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【００２７】
【発明の効果】
この発明は、上記一実施例に於いて詳述した構成により、土砂積載の有無やアタッチメントの姿勢により変化する旋回負荷をブームシリンダの保持圧として検出し、この検出されたブームシリンダの保持圧を旋回油圧回路の可変絞り弁に導くことにより旋回負荷の大小に拘わらず最適な旋回操作性を得ることができる。
【００２８】
また、ブームシリンダの保持圧の代わりにアタッチメントのモーメントより旋回負荷を演算し、この演算された値に基づいて旋回油圧回路の可変絞り弁を制御することにより旋回負荷の大小に拘わらず最適な旋回操作性を得ることができる等きわめて顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態を示す旋回系油圧回路図。
【図２】本発明に係る第２実施形態を示す旋回系油圧回路図。
【図３】本発明に係る第３実施形態を示す旋回系油圧回路図。
【図４】本発明に係る第４実施形態を示す旋回系油圧回路図。
【図５】本発明に係る第５実施形態を示す旋回系油圧回路図。
【図６】従来の旋回系油圧回路図。
【符号の説明】
１，２３ 主油圧ポンプ
２，２４ 方向切換弁
４，５ 主管路
６ 油圧モータ
８ 切換弁
９ パイロット制御式可変絞り弁
９′ ソレノイド制御式可変絞り弁
１５，１６ パイロット管路
１７ 主操作部
１７ａ，１７ｂ パイロットバルブ
１８ パイロットポンプ
２０ シャトル弁
２２ 可変絞り弁
２７ ブームシリンダ
３３ 圧力検出器
３６ コントローラ
４２ ブーム角度計
４３ アーム角度計
４４ バケット角度計
４８ 電磁切換弁

Claims (5)

1. 主油圧ポンプと該主油圧ポンプからの圧油により駆動される旋回油圧モータと該旋回油圧モータに供給される圧油を制御する方向切換弁と該方向切換弁のパイロット制御部にパイロットポンプのパイロット圧を供給する主操作部を含む第１油圧回路と、主油圧ポンプと該主油圧ポンプからの圧油により駆動されるブームシリンダと該ブームシリンダに供給される圧油を制御する方向切換弁と該方向切換弁のパイロット制御部にパイロットポンプのパイロット圧を供給する主操作部を含む第２油圧回路から構成される油圧ショベルにおいて、前記第１油圧回路の方向切換弁と旋回油圧モータを接続する２本の主管路を連通する管路にパイロット制御式可変絞り弁とパイロット制御式切換弁を配設し、前記主操作部のパイロットバルブと方向切換弁のパイロット制御部を接続する２本のパイロット管路を連通する管路に設けたシャトル弁と前記パイロット制御式切換弁のパイロット制御部を接続する管路に可変絞り弁を設け、一方、前記パイロット制御式可変絞り弁のパイロット制御部を前記第２油圧回路のブームシリンダのボトム側油室と連通し、前記パイロット制御式切換弁の開閉及び前記パイロット制御式可変絞り弁の開度を制御して旋回時のショックを軽減したことを特徴とする油圧ショベルの旋回制御装置。
2. 前記第１油圧回路のパイロット制御式可変絞り弁をソレノイド制御式可変絞り弁とするとともに前記第２油圧回路にブームシリンダのボトム側油室の圧力を検出する圧力検出器を設け、該圧力検出器と前記ソレノイド制御式可変絞り弁のソレノイド制御部を接続し、前記パイロット制御式切換弁の開閉及び前記パイロット制御式可変絞り弁の開度を制御して旋回時のショックを軽減したことを特徴とする請求項１記載の油圧ショベルの旋回制御装置。
3. 前記第１油圧回路のソレノイド制御式可変絞り弁のソレノイド制御部と前記第２油圧回路の圧力検出器の間にコントローラを設け、該コントローラに前記圧力検出器とソレノイド制御式可変絞り弁のソレノイド制御部を夫々接続し、前記パイロット制御式切換弁の開閉及び前記パイロット制御式可変絞り弁の開度を制御して旋回時のショックを軽減したことを特徴とする請求項２記載の油圧ショベルの旋回制御装置。
4. 主油圧ポンプと該主油圧ポンプからの圧油により駆動される旋回油圧モータと該旋回油圧モータに供給される圧油を制御する方向切換弁と該方向切換弁のパイロット制御部にパイロットポンプのパイロット圧を供給する主操作部を含む油圧回路において、前記方向切換弁と旋回油圧モータを接続する２本の主管路を連通する管路にソレノイド制御式可変絞り弁とパイロット制御式切換弁を配設し、前記主操作部のパイロットバルブと方向切換弁のパイロット制御部を接続する２本のパイロット管路を連通する管路に設けたシャトル弁と前記パイロット制御式切換弁のパイロット制御部を接続する管路に可変絞り弁を設け、一方、前記ソレノイド制御式可変絞り弁のソレノイド制御部をコントローラに接続するとともに、ブーム、アーム及びバケットの角度を検出するブーム角度計、アーム角度計及びバケット角度計を夫々前記コントローラに接続し、前記パイロット制御式切換弁の開閉及び前記パイロット制御式可変絞り弁の開度を制御して旋回時のショックを軽減したことを特徴とする油圧ショベルの旋回制御装置。
5. 前記ソレノイド制御式可変絞り弁をパイロット制御式とし、該パイロット制御式可変絞り弁のパイロット制御部を電磁切換弁を介してパイロットポンプに接続するとともに、該電磁切換弁のソレノイド制御部をコントローラに接続し、更にブーム、アーム、及びバケットの角度を検出するブーム角度計、アーム角度計及びバケット角度計を夫々前記コントローラに接続し、前記前記パイロット制御式切換弁の開閉及び前記パイロット制御式可変絞り弁の開度を制御して旋回時のショックを軽減したことを特徴とする請求項４記載の油圧ショベルの旋回制御装置。