JP3810263B2 - 作業用機械における油圧回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ショベル等の各種油圧アクチュエータを備えた作業用機械における油圧回路の技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、油圧ショベル等の作業用機械には、各種の油圧アクチュエータが設けられているが、これら油圧アクチュエータへの圧油供給制御をパイロット作動式の制御弁で行う一方、該制御弁へのパイロット圧の供給は、操作具操作に基づいてパイロット圧を出力するパイロット弁で行うように構成したものがある。このようなものの一例として、油圧ショベルに設けられるブームシリンダおよびバケットシリンダの油圧回路を図５に示すが、該図５において、２１は油圧ポンプ、２２は油タンク、２３はブームシリンダ、２４はバケットシリンダ、２５はブーム用制御弁、２６はバケット用制御弁、２７はブーム用パイロット弁である（尚、バケット用パイロット弁は省略してある）。このものにおいて、ブーム用パイロット弁２７から出力されるパイロット圧は、ブーム用操作レバー２８の操作量が大きくなるにつれて高くなり、またブーム用制御弁２５は、供給されるパイロット圧が高くなるほど開口量が大きくなって、ブームシリンダ２３への圧油供給量が増えてブームシリンダ２３の作動速度が速くなる。つまり、操作具の操作量に対応してシリンダの作動速度が制御される構成になっている。
ところで、前記油圧回路において、例えばブーム下降とバケットオープンとの連動操作時にブームの下降速度を遅くしてバケットを充分にオープンさせたいような場合、ブーム用操作レバーの操作量に対するブームの下降速度を通常時よりも遅くすると、操作性が向上する。
そこで、この様に操作具の操作量に対する油圧アクチュエータの作動速度を遅くしたい場合、従来、制御弁にストッパを設けて制御弁のスプールの最大移動量を制限したり、制御弁に供給されるパイロット圧の上限値を制限したりして、油圧アクチュエータの最大速度を必要に応じて制限できるようにしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに前記従来のものは、油圧アクチュエータの最大速度は制限できるものの、操作具の操作中間域での油圧アクチュエータの速度を遅くするように制御することができないため、操作具の速度制御可能なストローク域が狭くなるだけで、操作中間域での操作性を向上させることができないという問題がある。
一方、操作具の操作量を電気的に検出し、該検出値に対応したパイロット圧をパイロット弁から制御弁に出力するよう構成された電気制御式のものにおいては、操作量検出値に対するパイロット弁の出力圧を、必要に応じて変化させるように電気的に制御することが試みられるが、このものは、操作量検出器やパイロット弁に指令を出力する制御部が必要であって、この様なものが装備されていない場合には採用することができず、ここに本発明が解決しようとする課題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の如き実情に鑑み、これらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、油圧アクチュエータと、該油圧アクチュエータに対する圧油供給制御を行うパイロット作動式の制御弁と、操作具操作量に対応するパイロット圧を出力するパイロット弁とを備えて構成される油圧回路において、前記パイロット弁から制御弁に至るパイロット油路にパイロット圧制御弁装置を設けるにあたり、該パイロット圧制御弁装置は、パイロット弁から入力する入力パイロット圧に対し、制御弁に出力する出力パイロット圧を直線比例の関係で減圧する減圧弁と、外部信号に基づき第一位置と第二位置とに切換る切換弁とを備えて構成され、さらに該切換弁は、第一位置ではパイロット弁からのパイロット圧を前記減圧弁を経由することなく制御弁に供給し、第二位置では減圧弁を経由させて制御弁に供給するよう作動することを特徴とする作業用機械における油圧回路である。
そして、この様にすることにより、操作具の操作量に対する油圧アクチュエータの作動速度を、操作具の操作域全域に亘って遅くすることができ、操作具の速度制御可能なストローク域が十分広くとれることになって、複数の油圧アクチュエータを連動操作する場合や微操作を行う場合等に、操作性が向上すると共に、外部信号による切換弁の切換えで、パイロット圧を減圧する場合と減圧しない場合とを選択できる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を、図１〜図４に基づいて説明する。図１において、１は油圧ショベルであって、該油圧ショベル１は、クローラ式の下部走行体２、該下部走行体２に旋回自在に支持される上部旋回体３、該上部旋回体３に上下揺動自在に支持されるブーム４、該ブーム４の先端部に前後揺動自在に支持されるアーム５、該アーム５の先端部に前後揺動自在に支持されるバケット６等の各油圧作動部を備えて構成されており、さらにこれら油圧作動部を作動せしめる油圧アクチュエータとして、走行用モータ（図示せず）、旋回用モータ（図示せず）、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９等の各種油圧アクチュエータが設けられている等の基本的構成は、従来通りである。
【０００６】
扨、図２に、前記ブームシリンダ７およびバケットシリンダ９の油圧回路を示すが、該油圧回路図において、１０は油圧ポンプ、１１は油タンク、１２はブームシリンダ７への圧油供給制御を行うブーム用制御弁、１３はバケットシリンダ９への圧油供給制御を行うバケット用制御弁である。
【０００７】
前記ブーム用制御弁１２は、パイロット作動式の三位置切換弁であって、第一〜第六ポート１２ａ〜１２ｆおよび伸長側、縮小側パイロットポート１２ｇ、１２ｈを備えているが、第一ポート１２ａはパラレル油路Ａを介して油圧ポンプ１０に、第二ポート１２ｂはセンターバイパス油路Ｂを介して油圧ポンプ１０に、第三ポート１２ｃは油タンク１１に、第四ポート１２ｄはブームシリンダ７の伸長側油室７ａに、第五ポート１２ｅは油タンク１１に、第六ポート１２ｆはブームシリンダ７の縮小側油室７ｂにそれぞれ接続されている。
【０００８】
そして前記制御弁１２は、両パイロットポート１２ｇ、１２ｈにパイロット圧が入力されていない状態では、第一、第三、第四、第六ポート１２ａ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｆをそれぞれ閉じ、かつ第二ポート１２ｂから第五ポート１２ｅに至るバイパス用弁路（センターバイパス油路Ｂの圧油を油タンク１１に流す弁路）を開く中立位置Ｎに位置している。
【０００９】
一方、伸長側パイロットポート１２ｇにパイロット圧が入力されると、制御弁１２は、第一ポート１２ａから第四ポート１２ｄに至る供給用弁路（パラレル油路Ａの圧油をブームシリンダ伸長側油室７ａに供給する弁路）、および第六ポート１２ｆから第三ポート１２ｃに至る排出用弁路（ブームシリンダ縮小側油室７ｂの油を油タンク１１に排出する弁路）を開く伸長側位置Ｘに切換わり、これによりブームシリンダ７が伸長してブーム４が上昇する構成になっている。
【００１０】
また、縮小側パイロットポート１２ｈにパイロット圧が入力されると、制御弁１２は、第一ポート１２ａから第六ポート１２ｆに至る供給用弁路（パラレル油路Ａの圧油をブームシリンダ縮小側油室７ｂに供給する弁路）、および第四ポート１２ｄから第三ポート１２ｃに至る排出用弁路（ブームシリンダ伸長側油室７ａの油を油タンク１１に排出する弁路）を開く縮小側位置Ｙに切換わり、これによりブームシリンダ７が縮小してブーム４が下降する構成になっている。
【００１１】
ここで、伸長側パイロットポート１２ｇに入力されるパイロット圧およびブーム用制御弁１２のスプールストロークと、制御弁１２のバイパス弁路、供給用弁路、排出用弁路の開口面積との関係を示す特性図を、図３に示す。そして、該特性図に示されるように、制御弁１２は、入力されるパイロット圧が高くなるにつれて供給用弁路および排出用弁路の開口面積が増加し、これによりブームシリンダ７への圧油供給量が増えて、シリンダ作動速度が増加するようになっている。尚、バケット用制御弁１３は、前述したブーム用制御弁１２と同様の構造のものであるため、説明を省略する。
【００１２】
さらに、前記図２の油圧回路図において、１４はブーム用のパイロット弁であって、伸長側パイロット弁１４Ａと縮小側パイロット弁１４Ｂとから構成されている。そしてこれら伸長側、縮小側のパイロット弁１４Ａ、１４Ｂは、ブーム用操作レバー１５を伸長側、縮小側に操作することに基づいてそれぞれパイロット圧を出力するが、該出力パイロット圧は、ブーム用操作レバー１５の操作量が大きくなるほど高くなるように設定されている。
【００１３】
前記伸長側パイロット弁１４Ａから出力されたパイロット圧は、伸長側パイロット油路Ｃを経由して前記ブーム用制御弁１２の伸長側パイロットポート１２ｇに入力される。また、縮小側パイロット弁１４Ｂから出力されたパイロット圧は、縮小側パイロット油路Ｄを経由してブーム用制御弁１２の縮小側パイロットポート１２ｈに入力されるが、上記縮小側パイロット油路Ｄに、本発明が実施されたパイロット圧制御弁装置１６が配されている。
尚、図２において、バケット用のパイロット弁については省略してある。
【００１４】
前記パイロット圧制御弁装置１６は、縮小側パイロット弁１４Ｂに接続される入口側ポート１６ａ、ブーム用制御弁縮小側パイロットポート１２ｈに接続される出口側ポート１６ｂ、後述する外部信号用パイロット圧出力手段１７に接続される外部信号用ポート１６ｃ、油タンク１１に接続されるドレンポート１６ｄの各ポートを備えると共に、減圧弁１８および切換弁１９が組み込まれている。
【００１５】
前記減圧弁１８は、入力ポート１８ａ、出力ポート１８ｂおよびパイロットポート１８ｃを備えたパイロット作動式のものであって、その入力ポート１８ａは前記入口側ポート１６ａに接続され、また出力ポート１８ｂは出口側ポート１６ｂに接続されている。そしてこの減圧弁１８は、パイロットポート１８ｃにパイロット圧が入力されていない状態では、入力ポート１８ａから出力ポート１８ｂに至る弁路を閉じる非作動状態になっているが、パイロットポート１８ｃにパイロット圧が入力されることにより作動して、入力ポート１８ａに入力されるパイロット圧を減圧して出力ポート１８ｂから出力するように構成されている。
【００１６】
また、前記切換弁１９は、第一〜第四ポート１９ａ〜１９ｄ、およびパイロットポート１９ｅを備えた二位置切換弁であって、第一ポート１９ａは前記パイロット圧制御弁装置１６の入口側ポート１６ａに、第二ポート１９ｂはドレンポート１６ｄに、第三ポート１９ｃは前記減圧弁１８のパイロットポート１８ｃに、第四ポート１９ｄは出口側ポート１６ｂに、パイロットポート１９ｅは外部信号用ポート１６ｃにそれぞれ接続されている。
【００１７】
そしてこの切換弁１９は、パイロットポート１９ｅにパイロット圧が入力されていない状態では、第一ポート１９ａから第四ポート１９ｄに至る弁路を開き、かつ第二ポート１９ｂと第三ポート１９ｃとを連通する弁路を開く第一位置Ｘに位置している。而して切換弁１９が第一位置Ｘに位置している状態では、パイロット圧制御弁装置１６の入口側ポート１６ａから入力されたパイロット圧が、第一位置Ｘの切換弁１９を経由して出口側ポート１６ｂに出力される一方、減圧弁パイロットポート１８ｃは、第一位置Ｘの切換弁１９を介してドレンポート１６ｄに連通している。
【００１８】
一方、パイロットポート１９ｅにパイロット圧が入力されると、切換弁１９は、第一ポート１９ａから第三ポート１９ｃに至る弁路を開き、かつ第二ポート１９ｂおよび第四ポート１９ｄを閉じる第二位置Ｙに切換る。而して切換弁１９が第二位置Ｙに位置している状態では、パイロット圧制御弁装置１６の入口側ポート１６ａから入力されたパイロット圧が、第二位置Ｙの切換弁１９を経由して減圧弁パイロットポート１８ｃに供給されるようになっている。
【００１９】
また、前記外部信号用パイロット圧出力手段１７は、例えば電磁弁で構成されるものであるが、このものは、油圧ショベル１の運転席部等に設けられた作業モード選択スイッチ２０をＯＮすることに基づいて、パイロット圧制御弁装置１６の外部信号用ポート１６ｃにパイロット圧を出力する。そして該外部信号用ポート１６ｃに出力されたパイロット圧は、前記切換弁１９のパイロットポート１９ｅに入力されるようになっている。
【００２０】
つまり、前記作業モード選択スイッチ２０をＯＮした場合、切換弁１９のパイロットポート１９ｅにパイロット圧が入力されて、該切換弁１９を第二位置Ｙに切換える。この状態では、ブーム用操作レバー１５の下降操作に基づいて縮小側パイロット弁１４Ｂからパイロット圧が出力された場合、該パイロット圧は、パイロット圧制御弁装置１６の入口側ポート１６ａに入力され、第二位置Ｙの切換弁１９を経由して減圧弁１８のパイロットポート１８ｃに供給される。これにより減圧弁１８は、入力ポート１８ａから出力ポート１８ｂに至る弁路を開き、而して入口側ポート１６ａに入力された入力パイロット圧Ｐｉは、減圧弁１８により出力パイロット圧Ｐｏに減圧された状態で出口側ポート１６ｂから出力されて、ブーム用制御弁縮小側パイロットポート１２ｈに供給されるようになっている。
ここで、前記減圧弁１８の減圧作動を図４の特性図に示すが、該図４において、出口側ポート１６ｂから出力される出力パイロット圧Ｐｏの最小値Ｐｏ１は、入口側ポート１６ａに入力される入力パイロット圧Ｐｉの最小値Ｐｉ１以下（Ｐｏ１≦Ｐｉ１）になり、また、出力パイロット圧Ｐｏの最大値Ｐｏ２は、入力パイロット圧Ｐｉの最大値Ｐｉ２未満（Ｐｏ２＜Ｐｉ２）になる。尚、図４においては、入力パイロット圧Ｐｉに対し出力パイロット圧Ｐｏが直線の比例関係で減圧される制御となっている。
【００２１】
一方、前記作業モード選択スイッチ２０がＯＦＦの場合には、切換弁１９のパイロットポート１９ｅにパイロット圧は入力されず、切換弁１９は第一位置Ｘに位置している。この状態では、パイロット圧制御弁装置１６の入口側ポート１６ａに入力されたパイロット圧は、第一位置Ｘの切換弁１９を経由して出口側ポート１６ｂに出力される。一方、減圧弁１８は、パイロットポート１８ｃが第一位置Ｘの切換弁１９、ドレンポート１６ｄを介して油タンク１１に連通しているため、非作動状態になっている。而して、ブーム用操作レバー１５の下降操作に基づいて縮小側パイロット弁１４Ｂからパイロット圧が出力された場合、該パイロット圧は、パイロット圧制御弁装置１６の入口側ポート１６ａに入力され、第一位置Ｘの切換弁１９を経由して出口側ポート１６ｂから出力されて、ブーム用制御弁縮小側パイロットポート１２ｈに供給されるようになっている。
【００２２】
叙述の如く構成された実施の形態のものにおいて、ブーム用の縮小側パイロット弁１４Ｂからブーム用制御弁縮小側パイロットポート１２ｈに至るパイロット油路には、作業モード選択スイッチ２０のＯＮ操作に基づき、縮小側パイロット弁１４Ｂから出力されるパイロット圧を減圧して縮小側パイロットポート１２ｈに供給するパイロット圧制御弁装置１６が設けられている。
この結果、例えばブーム下降とバケットオープンの連動操作を行うような場合に、作業モード選択スイッチ２０をＯＮすれば、ブーム用操作レバー１５の操作量に対するブームシリンダ７への圧油供給量が低減して、ブーム下降速度が遅くなる一方、ブームシリンダ７への圧油供給量が低減した分バケットシリンダ９への圧油供給量が増えて、バケット６を充分に開くことができる。しかもこの場合、ブーム用操作レバー１５をフル操作した場合のブーム下降の最大速度が遅くなるだけでなく、ブーム用操作レバー１５の速度制御可能なストローク域が十分に広くとれ、操作域全域に亘ってブーム下降速度を遅くすることができるから、良好な操作性を得ることができる。
【００２３】
尚、本発明は、上記実施の形態に限定されないことは勿論であって、パイロット圧制御弁装置の減圧作動を行わしめるための外部信号を出力する手段としては、前記作業モード選択スイッチ２０や外部信号用パイロット圧出力手段１７に限らず、必要に応じて外部信号をパイロット圧制御弁装置に出力できるものであれば良い。また、前記実施の形態のパイロット圧制御弁装置は、減圧弁と切換弁とが一つのユニットとして組込まれているが、別々に配設されているものであっても、勿論良い。
さらに、前記実施の形態では、パイロット圧制御弁装置を、油圧ショベルのブームシリンダ用の油圧回路に設けたが、走行用モータ、旋回用モータ、アームシリンダ、バケットシリンダ等の他の油圧アクチュエータの油圧回路に設けることもでき、この様にすることにより、種々の油圧アクチュエータを連動操作するときの操作性を向上させることができる。また、油圧アクチュエータを単独で操作するときでも、微操作を行う場合等、操作具の操作量に対して油圧アクチュエータの作動速度を遅くしたい場合に適用できる。さらにまた、本発明は、油圧ショベルだけでなく、油圧アクチュエータが設けられた種々の作業用機械に実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 油圧ショベルの斜視図である。
【図２】 実施の形態の油圧回路図である。
【図３】 ブーム用制御弁の開口特性を示す図である。
【図４】 減圧弁の特性を示す図である。
【図５】 従来の油圧回路図である。
【符号の説明】
７ ブームシリンダ
１２ ブーム用制御弁
１４Ｂ 縮小側パイロット弁
１５ ブーム用操作レバー
１６ パイロット圧制御弁装置
１７ 外部信号用パイロット圧出力手段
１８ 減圧弁
１９ 切換弁
２０ 作業モード選択スイッチ

Claims (1)

1. 油圧アクチュエータと、該油圧アクチュエータに対する圧油供給制御を行うパイロット作動式の制御弁と、操作具操作量に対応するパイロット圧を出力するパイロット弁とを備えて構成される油圧回路において、前記パイロット弁から制御弁に至るパイロット油路にパイロット圧制御弁装置を設けるにあたり、該パイロット圧制御弁装置は、パイロット弁から入力する入力パイロット圧に対し、制御弁に出力する出力パイロット圧を直線比例の関係で減圧する減圧弁と、外部信号に基づき第一位置と第二位置とに切換る切換弁とを備えて構成され、さらに該切換弁は、第一位置ではパイロット弁からのパイロット圧を前記減圧弁を経由することなく制御弁に供給し、第二位置では減圧弁を経由させて制御弁に供給するよう作動することを特徴とする作業用機械における油圧回路。

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