JP3818252B2 - 油圧ショベルの油圧回路 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は共通の油圧ポンプで駆動されるブームとバケットの同時操作時にブーム上げ動作を確保するようにした油圧ショベルの油圧回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
油圧ショベルの作業アタッチメントは、ブームとアームとバケットとこれらを駆動する油圧シリンダ（ブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダ）によって構成され、ブームの上げ／下げ、アームの押し／引き、バケットの掘削（すくい）／戻しの各動作によって掘削、積み込み等の各種作業が行われる。
【０００３】
この場合、油圧ポンプとシリンダの組み合わせとして、通常、大流量を要するブームシリンダと、これよりは小流量でよいバケットシリンダとが共通の油圧ポンプで駆動される。
【０００４】
また、２ポンプ方式をとる場合、第１油圧ポンプでブームシリンダとバケットシリンダを駆動する一方、第２油圧ポンプでアームシリンダを駆動し、この第２油圧ポンプからの圧油の一部をブームシリンダに合流させてブーム作動速度を確保する構成がとられる。
【０００５】
ところが、この構成において、ブーム上げ、アーム引き、バケット掘削の三つの動作を空中で同時に行う複合操作時に、自重が動作方向に働くバケット掘削及びアーム引き動作に対してブーム上げ動作が高負荷であることから、両油圧ポンプからの圧油がバケットシリンダ及びアームシリンダに優先的に流れてしまい、ブーム上げ動作がオペレータの意思通りに行われないという問題があった。
【０００６】
従来、この問題を解決する手段として、特許文献１に示されているように、バケットシリンダ用コントロールバルブの入口側通路に流量制御弁を設け、三動作の複合操作時に、バケットシリンダに対する供給流量を絞ることにより、ポンプ圧をブームシリンダの負荷圧以上に上昇させてブーム上げ動作を確保する技術が公知である。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−１３５４７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のようにバケットシリンダのメイン通路を絞る公知技術によると、バケット用コントロールバルブがフルストロークした状態で、その入口流量が絞られる一方で、タンクへの戻り流量は絞られないため、とくにポンプ駆動源であるエンジンの回転数が負荷の影響等によって低下し、ポンプ流量が減少すると、入口流量が不足してキャビテーションが発生するという弊害が生じる。
【０００９】
また、メインの通路を絞るため、既存の機械に流量制御弁を組み込むこと（後付け）が面倒でコストが高くつくとともに、バケット重量（バケットシリンダの負荷）の増減等に対する調整も面倒であるという問題もあった。
【００１０】
そこで本発明は、複合操作時にブーム上げ動作を確保でき、しかもキャビテーションの発生のおそれがないとともに、後付けが容易でバケット重量の増減等に対する調整も簡単な油圧ショベルの油圧回路を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、ブーム、アーム、バケット及び上記ブームを駆動するブームシリンダ、上記アームを駆動するアームシリンダ、上記バケットを駆動するバケットシリンダを備え、第１油圧ポンプからの油を上記ブームシリンダ及びバケットシリンダにブーム用コントロールバルブ、バケット用コントロールバルブを介してパラレルに供給する一方、第 ２油圧ポンプからの油をブーム合流用コントロールバルブ、アーム用コントロールバルブを介してブームシリンダ及びアームシリンダにパラレルに供給するように構成され、かつ、上記各コントロールバルブとして、操作手段の操作量に応じたパイロット圧によって切換わり作動する油圧パイロット切換弁が用いられた油圧ショベルの油圧回路において、上記バケット用コントロールバルブのバケット掘削側パイロットラインにタンクラインが接続され、このタンクラインに、ブーム上げパイロット圧及びアーム引きパイロット圧に応じて開度が変化するバケット掘削側切換弁と、第１の絞りとが設けられ、かつ、このタンクラインよりも上流側で上記パイロットラインに第２の絞りが設けられることにより、ブーム上げ、アーム引き、バケット掘削の各操作が同時に行われたときに上記バケット用コントロールバルブのバケット掘削側パイロットポートに供給されるバケット掘削側パイロット圧をブーム上げ操作量に応じて減圧するパイロット圧制御手段が構成されたものである。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１の構成において、ブーム上げパイロットラインに、アーム引きパイロット圧によって開度が変化するブーム上げ切換弁が接続され、このブーム上げ切換弁の出力であるブーム上げパイロット圧がバケット掘削切換弁のパイロットポートに供給されるように構成されたものである。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１または２の構成において、第１及び第２の絞りとして、開度が調整可能な可変絞りが設けられたものである。
【００１４】
請求項４の発明は、ブーム、アーム、バケット及び上記ブームを駆動するブームシリンダ、上記アームを駆動するアームシリンダ、上記バケットを駆動するバケットシリンダを備え、第１油圧ポンプからの油を上記ブームシリンダ及びバケットシリンダにブーム用コントロールバルブ、バケット用コントロールバルブを介してパラレルに供給する一方、第２油圧ポンプからの油をブーム合流用コントロールバルブ、アーム用コントロールバルブを介してブームシリンダ及びアームシリンダにパラレルに供給するように構成され、かつ、上記各コントロールバルブとして、操作手段の操作量に応じたパイロット圧によって切換わり作動する油圧パイロット切換弁が用いられた油圧ショベルの油圧回路において、バケット用コントロールバルブのバケット掘削側パイロットラインに設けられた電磁比例減圧弁と、アーム引き操作量を検出するアーム引き検出手段と、ブーム上げ操作量を検出するブーム上げ検出手段と、上記電磁比例減圧弁に対してこの両検出手段によって検出されるアーム引き操作量及びブーム上げ操作量に応じた二次圧の指令を出すコントローラとにより、ブーム上げ、アーム引き、バケット掘削の各操作が同時に行われたときに上記バケット用コントロールバルブのバケット掘削側パイロットポートに供給されるバケット掘削側パイロット圧をブーム上げ操作量に応じて減圧するパイロット圧制御手段が構成されたものである。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項４の構成において、パイロット圧制御手段は、ブームシリンダのブーム上げ側圧力を検出するブーム上げ圧力検出手段と、第１油圧ポンプの作動圧を検出するポンプ圧検出手段とを備え、第１油圧ポンプの作動圧が上記ブーム上げ圧力よりも低いことを条件として電磁比例減圧弁に対する二次圧の指令を出すように構成されたものである。
【００１６】
上記構成によると、ブーム上げとアーム引きとバケット掘削の複合操作時に、バケット用コントロールバルブのパイロット圧が減圧されて同バルブのストロークが抑えられ、これによりコントロールバルブそのものによる絞り作用が働いてポンプ圧が上昇し、ブーム上げ動作が確保される。
【００１７】
すなわち、バケット用コントロールバルブの入口側通路（メイン通路）を絞るのではなく、同バルブに供給されるパイロット圧を減圧することによってブーム上げ動作を確保するため、たとえエンジン回転数の低下によってポンプ流量が減少しても、タンク流量も同時に絞られることからキャビテーションが発生するおそれがなくなる。
【００１８】
しかも、バケット用コントロールバルブのパイロット圧を減圧するため、メイン流量を絞る公知技術と比較して構成がシンプルでコストが安くてすみ、後付けも簡単となる。
【００１９】
とくに請求項１〜３の構成によると、絞り手段によって減圧するため、構成がより簡単で部品コストも安く、後付けが一層容易となる。
【００２０】
また、バケット重量の増減や、オペレータの動作特性の好み等に対する減圧度の調整も容易（可変絞りを用いる請求項３の構成によるととくに容易）となる。
【００２１】
一方、コントローラからの指令によって作動する減圧弁方式をとる請求項４，５の構成によると、ブーム上げ、バケット掘削、アーム引き各動作についての特性の選択、変更をコントローラ等での調整によってより簡単に行うことができる。
【００２２】
また、請求項５の構成によると、ポンプ圧のフィードバックを行うため、必要以上にバケット掘削動作の速度が落ちて操作性が損なわれるおそれがない。
【００２３】
【発明の実施の形態】
第１実施形態（図１参照）
１は第１油圧ポンプで、この第１油圧ポンプ１に対してバケットシリンダ２とブームシリンダ３がそれぞれバケット用及びブーム用両コントロールバルブ４，５を介してパラレルに接続されている。
【００２４】
６は第２油圧ポンプで、この第２油圧ポンプ６に対してブームシリンダ３とアームシリンダ７がそれぞれブーム合流用及びアーム用両コントロールバルブ８，９を介してパラレルに接続されている。Ｔはタンクである。
【００２５】
各コントロールバルブ４，５，８，９は、それぞれ操作手段としてのバケット用、ブーム用、アーム用各リモコン弁１０，１１，１２からのパイロット圧によって切換わり作動する油圧パイロット弁として構成され、バケット掘削、ブーム上げ、アーム引きの三動作の複合操作時に、バケット用、ブーム用両コントロールバルブ４，５はそれぞれ図左側の位置（バケット掘削位置、ブーム上げ位置）に、またブーム合流用及びアーム用両コントロールバルブ９は図右側の位置（合流位置、アーム引き位置）にそれぞれセットされる。
【００２６】
これにより、第１油圧ポンプ１からバケット、ブーム両シリンダ２，３に、第２油圧ポンプ６からブーム、アーム両シリンダ３，７にそれぞれコントロールバルブ操作量に応じた流量が送られて各シリンダ２，３，７が伸長作動する。
【００２７】
図１では、各コントロールバルブ４，５，８，９にパイロット圧を供給するパイロットラインとして、バケット掘削側パイロットライン１３、ブーム上げ側パイロットライン１４、同パイロットライン１４にパラレルに接続された合流パイロットライン１５、アーム引き側パイロットライン１６のみを示し、バケット戻し側、ブーム下げ側、合流停止側、アーム押し側の各パイロットラインの図示を省略している。
【００２８】
この油圧回路においては、バケット掘削側パイロットライン１３にタンクライン１７が接続され、このタンクライン１７に、パイロット圧に応じて開度が変化する油圧パイロット弁であるバケット掘削側切換弁１８と、第１の絞り１９とが設けられるとともに、タンクライン１７よりも上流側でパイロットライン１３に第２の絞り２０が設けられてパイロット圧制御手段が構成されている。
【００２９】
また、バケット掘削側切換弁１８のパイロットポートは制御ライン２１を介してブーム上げ側パイロットライン１４に接続され、制御ライン２１に、アーム引きパイロット圧に応じて開度が変化する油圧パイロット弁であるブーム上げ側切換弁２２が設けられている。
【００３０】
この構成において、バケット掘削、ブーム上げ、アーム引きの複合操作が行われると、各パイロットライン１３，１４，１５，１６に操作量に応じたパイロット圧Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が作用する。
【００３１】
このとき、アーム引きパイロット圧Ｐ３がブーム上げ側切換弁２２のパイロットポートに供給されて同切換弁２２がアーム引きパイロット圧Ｐ３に応じた開度で開き、同切換弁２２の開度に応じたブーム上げパイロット圧Ｐ２ａがバケット掘削側切換弁１８のパイロットポートに供給されて同切換弁１８がブーム上げパイロット圧Ｐ２ａに応じた開度で開く。
【００３２】
一方、バケット掘削側パイロット圧Ｐ１は、第２の絞り２０によって中間圧（たとえば１／２程度）に減圧され、バケット掘削側切換弁１８の開通に伴う第１の絞り１９の働きによりさらに減圧されてバケット用コントロールバルブ４のバケット掘削側パイロットポートに供給される。
【００３３】
この作用により、バケット用コントロールバルブ４のストロークが抑えられ、同バルブ４での絞り作用によって第１油圧ポンプ１のポンプ圧が上昇するため、負荷圧の高いブームシリンダ３にも圧油が供給され、ブーム上げ動作が確保される。すなわち、バケット掘削、ブーム上げ、アーム引きの複合操作をオペレータの意思通りに行うことが可能となる。
【００３４】
しかも、公知技術のようにバケット用コントロールバルブ４の入口側通路を絞るのではなく、同バルブ４に供給されるパイロット圧を減圧することによりバルブストロークを抑えてブーム上げ動作を確保するため、たとえポンプ駆動源であるエンジン回転数の低下によってポンプ流量が減少しても、タンク流量もコントロールバルブ４で同時に絞られることから、キャビテーションが発生するおそれがなくなる。
【００３５】
また、バケット掘削側パイロット圧を減圧する構成であるため、メイン通路に絞り手段を設ける公知技術と比較して構成がシンプルで部品コスト、組み込みコストが安くてすみ、既存機械への後付けも簡単となる。
【００３６】
なお、ブーム上げ及びアーム引きの両操作が同時に行われていない場合には、バケット掘削側切換弁１８が作動しないため、バケット掘削側パイロット圧の絞り作用は働かず、通常の速度でバケット掘削動作が行われる。
【００３７】
第２実施形態（図２参照）
以下の実施形態では、第１実施形態との相違点のみを説明する。
【００３８】
バケット掘削側パイロット圧の減圧度は、バケット重量やオペレータの動作特性の好み等に応じて調整できるのが望ましく、第１実施形態の場合、この減圧度の調整は、両絞り１９，２０の選択、交換によって行うことができる。
【００３９】
これに対し、第２実施形態においては、第１及び第２両絞り１９，２０を可変絞りとして構成している。
【００４０】
こうすれば、一つの機械でバケットが交換された場合やオペレータが交代した場合等に、両絞り１９，２０の開度調整によって減圧度を自在に調整することができる。
【００４１】
第３実施形態（図３，４参照）
第３実施形態においては、パイロット圧制御手段として、図３に示すようにバケット掘削側ライン１３に電磁比例減圧弁（以下、単に減圧弁という）２３を設けるとともに、ブーム上げパイロット圧Ｐ２及びアーム引きパイロット圧Ｐ３を検出してコントローラ２４に送る圧力センサ２５，２６を設け、コントローラ２４から減圧弁２３に両パイロット圧Ｐ２，Ｐ３に応じた二次圧指令信号を送ってバケット掘削側パイロット圧を減圧する構成をとっている。
【００４２】
この点の作用を図４によって詳述すると、ステップＳ１，Ｓ２でブーム上げパイロット圧Ｐ２及びアーム引きパイロット圧Ｐ３を読み込み、ステップＳ３，Ｓ４でブーム上げ操作があるか否か、及びアーム引き操作があるか否かがそれぞれ判断される。
【００４３】
そして、両操作がある場合に、ステップＳ５において、両パイロット圧Ｐ２，Ｐ３の和を横軸、減圧弁２３の二次圧（減圧後の圧力）を縦軸にとって予め設定された絞り特性に基づいて減圧弁２３に二次圧指令信号を出力する。
【００４４】
これにより、第１実施形態同様、三動作の複合操作時にバケット掘削側コントロールバルブ４のストロークを抑えてポンプ圧を上昇させ、ブーム上げ動作を確保することができる。
【００４５】
また、ブーム上げ、バケット掘削、アーム引き各動作についての特性の選択、変更をコントローラ２４での調整（たとえばトリマーによる調整）によってより一層簡単に行うことができる。
【００４６】
第４実施形態（図５，６参照）
第４実施形態においては、第３実施形態の構成に加えて、図５に示すようにブームシリンダ３のブーム上げ側（シリンダヘッド）圧力と第１油圧ポンプ１の作動圧（ポンプ圧）をそれぞれ圧力センサ２７，２８で検出してコントローラ２４に入力し、ポンプ圧がブーム上げ側圧力よりも低いことを前提としてバケット掘削側パイロット圧の減圧作用が働くように構成している。
【００４７】
すなわち、図６に示すように、ステップＳ１〜ステップＳ４でブーム上げパイロット圧Ｐ２、アーム引きパイロットＰ３、ブームシリンダ圧、第１油圧ポンプ１の圧力をそれぞれ読み込み、ステップＳ５，Ｓ６でブーム上げ操作及びアーム引き操作の有無を判断した後、ステップＳ７でポンプ圧とシリンダ圧を比較し、ポンプ圧がシリンダ圧よりも低い場合に限り、ステップＳ８，Ｓ９で減圧弁二次圧の演算、出力を行う。
【００４８】
こうすれば、ポンプ圧のフィードバックを行うため、必要以上にポンプ圧が低下してバケット掘削動作の速度が落ち、操作性が損なわれるおそれがない。
【００４９】
ところで、第１実施形態の変形例として、バケット掘削側及びブーム上げ側両切換弁１８，２２として電磁切換弁を用い、圧力センサで検出したブーム上げ側パイロット圧及びアーム引き側パイロット圧に応じてコントローラで同切換弁１８，２２を制御する構成をとってもよい。
【００５０】
【発明の効果】
上記のように本発明によると、ブーム上げとアーム引きとバケット掘削の複合操作時に、バケット用コントロールバルブのパイロット圧を減圧して同バルブのストロークを抑、これによりコントロールバルブそのものによる絞り作用を働かせてポンプ圧を上昇させ、ブーム上げ動作を確保する構成としたから、バケット用コントロールバルブの入口側通路（メイン通路）を絞る公知技術と比較して、たとえエンジン回転数の低下によってポンプ流量が減少しても、タンク流量も同時に絞られることからキャビテーションが発生するおそれがなくなる。
【００５１】
また、バケット用コントロールバルブのパイロット圧を減圧するため、メイン流量を絞る公知技術と比較して構成がシンプルでコストが安くてすみ、後付けも容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態にかかる油圧回路を示す図である。
【図２】 本発明の第２実施形態にかかる油圧回路を示す図である。
【図３】 本発明の第３実施形態にかかる油圧回路を示す図である。
【図４】 同実施形態の作用を説明するためのフローチャートである。
【図５】 本発明の第４実施形態にかかる油圧回路を示す図である。
【図６】 同実施形態の作用を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１ 第１油圧ポンプ
２ バケットシリンダ
３ ブームシリンダ
４ バケット用コントロールバルブ
５ ブーム用コントロールバルブ
６ 第２油圧ポンプ
７ アームシリンダ
８ ブーム合流用コントロールバルブ
９ アーム用コントロールバルブ
１０，１１，１２ 操作手段としてのリモコン弁
１３ バケット掘削側パイロットライン
１４ ブーム上げ側パイロットライン
１８ バケット掘削側切換弁
１９ 第１の絞り
２０ 第２の絞り
２２ ブーム上げ側切換弁
２３ 電磁比例減圧弁
２４ コントローラ
２５ ブーム上げ検出手段としての圧力センサ
２６ アーム引き検出手段としての圧力センサ
２７ ブーム上げ圧力検出手段としての圧力センサ
２８ ポンプ圧検出手段としての圧力センサ

Claims (5)

  1. ブーム、アーム、バケット及び上記ブームを駆動するブームシリンダ、上記アームを駆動するアームシリンダ、上記バケットを駆動するバケットシリンダを備え、第１油圧ポンプからの油を上記ブームシリンダ及びバケットシリンダにブーム用コントロールバルブ、バケット用コントロールバルブを介してパラレルに供給する一方、第２油圧ポンプからの油をブーム合流用コントロールバルブ、アーム用コントロールバルブを介してブームシリンダ及びアームシリンダにパラレルに供給するように構成され、かつ、上記各コントロールバルブとして、操作手段の操作量に応じたパイロット圧によって切換わり作動する油圧パイロット切換弁が用いられた油圧ショベルの油圧回路において、上記バケット用コントロールバルブのバケット掘削側パイロットラインにタンクラインが接続され、このタンクラインに、ブーム上げパイロット圧及びアーム引きパイロット圧に応じて開度が変化するバケット掘削側切換弁と、第１の絞りとが設けられ、かつ、このタンクラインよりも上流側で上記パイロットラインに第２の絞りが設けられることにより、ブーム上げ、アーム引き、バケット掘削の各操作が同時に行われたときに上記バケット用コントロールバルブのバケット掘削側パイロットポートに供給されるバケット掘削側パイロット圧をブーム上げ操作量に応じて減圧するパイロット圧制御手段が構成されたことを特徴とする油圧ショベルの油圧回路。
  2. ブーム上げパイロットラインに、アーム引きパイロット圧によって開度が変化するブーム上げ切換弁が接続され、このブーム上げ切換弁の出力であるブーム上げパイロット圧がバケット掘削切換弁のパイロットポートに供給されるように構成されたことを特徴とする請求項１記載の油圧ショベルの油圧回路。
  3. 第１及び第２の絞りとして、開度が調整可能な可変絞りが設けられたことを特徴とする請求項１または２記載の油圧ショベルの油圧回路。
  4. ブーム、アーム、バケット及び上記ブームを駆動するブームシリンダ、上記アームを駆動するアームシリンダ、上記バケットを駆動するバケットシリンダを備え、第１油圧ポンプからの油を上記ブームシリンダ及びバケットシリンダにブーム用コントロールバルブ、バケット用コントロールバルブを介してパラレルに供給する一方、第２油圧ポンプからの油をブーム合流用コントロールバルブ、アーム用コントロールバルブを介してブームシリンダ及びアームシリンダにパラレルに供給するように構成され、かつ、上記各コントロールバルブとして、操作手段の操作量に応じたパイロット圧によって切換わり作動する油圧パイロット切換弁が用いられた油圧ショベルの油圧回路において、バケット用コントロールバルブのバケット掘削側パイロットラインに設けられた電磁比例減圧弁と、アーム引き操作量を検出するアーム引き検出手段と、ブーム上げ操作量を検出するブーム上げ検出手段と、上記電磁比例減圧弁に対してこの両検出手段によって検出されるアーム引き操作量及びブーム上げ操作量に応じた二次圧の指令を出すコントローラとにより、ブーム上げ、アーム引き、バケット掘削の各操作が同時に行われたときに上記バケット用コントロールバルブのバケット掘削側パイロットポートに供給されるバケット掘削側パイロット圧をブーム上げ操作量に応じて減圧するパイロット圧制御手段が構成されたことを特徴とする油圧ショベルの油圧回路。
  5. パイロット圧制御手段は、ブームシリンダのブーム上げ側圧力を検出するブーム上げ圧力検出手段と、第１油圧ポンプの作動圧を検出するポンプ圧検出手段とを備え、第１油圧ポンプの作動圧が上記ブーム上げ圧力よりも低いことを条件として電磁比例減圧弁に対する二次圧の指令を出すように構成されたことを特徴とする請求項４記載の油圧ショベルの油圧回路。
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