JP3898167B2

JP3898167B2 - 建設機械の油圧回路

Info

Publication number: JP3898167B2
Application number: JP2003301026A
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: 2003-08-26
Filing date: 2003-08-26
Publication date: 2007-03-28
Anticipated expiration: 2023-08-26
Also published as: JP2005068845A

Description

この発明は、油圧ショベル等の建設機械において、走行操作と作業機の重負荷操作の複合操作をする際の走行性と操作性を向上させるための油圧回路技術に関するものである。

従来から建設機械、特に小型の油圧ショベル等の建設機械においては、建設機械をある場所に停止して作業を行うだけでなく走行しながら他の作業を行う必要もある。この場合、例えばパイプ布設や木材の整理作業などのように直進走行が要求される場合が多い。従って，この種の建設機械の油圧回路では複数の油圧ポンプを使用して直進走行性を向上させると共に直進走行時における作業又は停止時における作業の性能を上げるために従来から種々の工夫がなされてきている。

図２，図３に従来の油圧回路の１例（以下従来回路１という）を示す。図２，図３において，油圧ポンプ１１のセンタ油路１２には走行モータ１３を制御するための走行制御弁１４、旋回モータ（図示省略）を制御するための旋回制御弁１５、アームシリンダを制御するためのアーム制御弁１６及び油タンクＴが接続されている。同様に，油圧ポンプ２１のセンタ油路には走行直進弁２３、走行モータ２４を制御する走行制御弁２５、ブームシリンダ（図示省略）を制御するブーム制御弁２６、バケットシリンダ（図示省略）を制御するバケット制御弁２７及び油タンクＴが接続されている。上記制御弁１４〜１６及び２５〜２７は図示されていない各々のリモコン弁を操作したときにパイロットポートにパイロット圧油が作用するように接続されている。以下，説明を簡単化するために、走行制御弁１４、２５以外の制御弁１５，１６、２６及び（又は）２７を作業機の制御弁ということにする。

また、センタ油路１２から分岐したパラレル油路１８は走行直進弁２３を連通し、パラレル油路１９が旋回制御弁１５及びアーム制御弁１６の入力油路と合流している。センタ油路２２から分岐したパラレル油路２８はブーム制御弁２６及びバケット制御弁２７の入力油路に合流している。パラレル油路２８の途中から分岐したバイパス油路３１は絞り３２、チェック弁３３が接続され，センタ油路２２の走行制御弁２５の上流に接続されている。走行制御弁２３はスプリング２３ｂとパイロットポート２３ａのパイロット圧によって状態がイからロ又はその逆に切り換わる。パイロットポート２３ａには走行制御弁１４、２５と作業機の制御弁１５，１６、２６又は２７とが同時に操作されたとき（走行と他の作業が同時に行われる場合）にパイロット圧が作用して切り換わるように図示されていない回路が接続されている。パイロット圧が作用して状態イに切り換わった場合を図３に示している。

図２は走行のみ（又は作業機の操作のみ）の場合の回路を示す。単独走行の場合は油圧ポンプの圧油はセンタ油路１２を通って，走行制御弁１４、走行モータ１３に供給され，作業機の制御弁１５，１６にはパラレル油路１８，１９を通って供給される。同様に、油圧ポンプ２１の圧油はセンタ油路２２を通って，走行制御弁２５、走行モータ２４に供給され，作業機の制御弁２６，２７にはパラレル油路２８を通って供給される。従って，走行モータ１３，２４には油圧ポンプ１１，２１から夫々供給されるため直進走行が容易になる。

図３は走行しながら作業機を操作する場合の回路である。この場合走行直進弁２３は状態イに切り換わる。図３で、油圧モータ１１の圧油はセンタ油路１２により走行制御弁１４に流れると共にパラレル油路１８、走行直進弁２３、センタ油路２２を通って走行制御弁２５に流れる。一方油圧ポンプ２１の圧油はパラレル油路２８を通って作業機の制御弁２６，２７に流れると共にセンタ油路２２、走行直進弁２３、パラレル油路１９を通って、作業機の制御弁１５，１６に流れる。従って，図３の場合は油圧ポンプ１１から走行制御弁１４、２５に等量の圧油が流れ，直進走行が可能となる。また、作業機の制御弁１５，１６、２６，２７には油圧ポンプ２１からの圧油が流れ，作業も同時に行える。なお、作業機の制御弁１５，１６、２６，２７が油圧ポンプ２１の圧油を使用する流量が少ない場合は余剰の圧油はバイパス油路３１を通って、センタ油路２２に供給される。

ところで，従来回路１において、走行時に旋回モータによる上部旋回体の旋回作業、ブームの上げ作業、アームの開き作業等は安全確保の点から動作速度が非常にゆっくりと行われる。また、バイパス油路３１（従来回路１）に設けられている絞り３２は開口面積を小さくして（絞り抵抗を大きくして）作業機の操作が直進走行に大きな影響を与えないように工夫されている。さらに、絞り３２の開口面積を大きくすると作業機の制御弁に（又はアクチュエータに）流れる油圧が上昇せず，ブームの上げ操作等の高い負荷圧を必要とする作業が円滑にできない場合も生じる。従来回路１は以上の如く、走行時の作業機の操作性に課題があった。

本出願人は上記した課題を解決した発明をなし、出願をしている（特許文献１）。図４に特許文献１に開示された実施形態２回路図（以下、従来回路２という）を示す。図４に示すように，従来回路２は従来回路１の絞り３２の代わりに可変絞り弁５１で構成し、上側油路の絞り５１ａを下側油路の絞り５１ｂよりも開口面積が大きく（絞り抵抗は小さく）し、上側のパイロットポートを油路５２によりパラレル油路２８に接続し、下側のパイロットポートを油路５３によりセンタ油路２２に接続している。即ち、パラレル油路２８の油圧が上昇した場合に絞り抵抗は小さくなるように構成されている。
公開特許公報、２００１−２５４４００号、実施形態２（図２参照）。

さらに、可変絞り弁５１の下側はダッシュポート６２を介してばね係数（ｋ）の圧縮スプリング５１ｃにより付勢し、ダッシュポート６２によってスプリング５１ｃのばね力（ｋｘ）を見かけ上変更可能にしている。ダッシュポート６２の入力ポートをシャトル弁６３の出力ポートに接続し，シャトル弁６３の入力ポート６４，６５を夫々アーム制御弁のアーム開側パイロット油圧及びブーム制御弁の上げ側パイロット油圧が作用するように接続している。

従って、従来回路２は走行単独の場合は従来回路１の場合と同様である。走行と同時にブームの上げ操作及びアームの開き操作以外の操作をするときは可変絞り弁５１に作用するばね力が小さいので油路２８から油路２２への合流流量を多くすることができる。従って，この場合は走行速度の低下量を抑えることができる。又，走行時にブームの上げ操作又はアームの開き操作をするときは可変絞り弁５１に作用するばね力が大きく作用して可変絞り弁５１の絞りが５１ａから５１ｂに切換わり、ブームの上げ操作又はアームの開き操作も可能となる。

上述したように、従来回路１の油圧回路では走行直進弁２３が切換わったときに高負荷圧を必要とする微操作の作業を行うと走行速度が一気に低下してしまうという課題やエンジンの燃比も劣化するという課題が生じていた。又、従来回路２ではパイロット油路５２、５３が可変絞り弁５１の上側ポート及び下側ポートに接続されていること、並びに、スプリング５１がダッシュポート６２を介して付勢されるためにダッシュポート６２の調整が複雑となり、課題であった。又、調整が良好になされていない場合はブームの上げ操作及びアームの開き操作の立ち上がり時間が遅くなり、或いは、場合によっては可変絞り弁５１が切換わらないという事態も生じかねず、作業が円滑にできないという課題があった。
この発明は、上述のような背景の下になされたもので、上記の課題を解決し，走行時における作業機の操作性を改良し、また、燃比も優れた建設機械の油圧回路を提供することを課題としている。

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、２個の油圧ポンプのセンタ油路に左右の走行制御弁の各１方を設け、それらのセンタ油路下流に作業機のアクチュエータの制御弁を１又は複数個接続し、同時に前記２個のセンタ油路上流から各々からパラレル油路を分岐させて設け、該パラレル油路の圧油を下流の各アクチュエータ用制御弁に供給する油路を設け、前記一方の油圧ポンプのセンタ油路上流と他方の油圧ポンプのパラレル油路上流に走行直進弁を設けた建設機械の油圧回路において、
前記一方のパラレル油路の上流から同一側センタ油路の走行制御弁の上流にバイパス油路を設け、該バイパス油路に可変絞り弁及びチェック弁を設け、該可変絞り弁の一方の制御ポートに油タンクを接続すると共に同制御ポート側をバネで付勢し、他方の制御ポートにシャトル弁を介してアーム制御弁のアーム開き側パイロット油圧とブーム制御弁のブーム上げ側パイロット油圧を作用させ、アーム開き操作又はブーム上げ操作をしたときに該パイロット油圧力が前記バネ力より大きくなったときに前記絞り弁の絞り開度が小さくなるように構成したことを特徴としている。

以上説明したように、この発明の構成によれば、該可変絞り弁の制御ポートにシャトル弁を介してアーム制御弁のアーム開き側パイロット油圧とブーム制御弁のブーム上げ側パイロット油圧を作用させ、アーム開き操作又はブーム上げ操作をしたときに該絞り弁の絞り開度が小さくなるように構成したので、複雑な調整も必要とせず、アーム開き操作又はブーム上げ操作のような重負荷操作も円滑に行うことができるという効果を有する。又エネルギ消費も節約できるという効果も得られる。

図１は本発明の実施形態１の回路構成を示す図である。以下、図面を参照してこの発明の実施形態について説明する。なお、従来回路２（図４）と同じ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，可変絞り弁５１の上側はバネ５１ｄに付勢され、上側ポートは油タンクに接続されている。下側のパイロットポート５１ｅはシャトル弁６３を介してアーム制御弁のアーム開き側パイロット油圧６４とブーム制御弁のブーム上げ側パイロット油圧６５に接続されている。

本実施形態は上記のように構成したので以下のように機能する。走行のみの単独操作の場合は、走行切換弁２３は状態イとなり、又可変絞り弁５１の絞り５１ａが連通状態になっているので、油圧ポンプ１１と油圧ポンプ２１の油圧が走行切換弁１４及び２５に供給されるので良好な走行性が得られる。また、アーム開き操作とブーム上げ操作以外の作業機の操作を走行と同時に行う場合は可変絞り弁５１の絞り５１ａが連通状態になっており、油圧ポンプ１１の油圧が走行切換弁１４及び２５に供給されると共に油圧ポンプ２１の剰余圧が絞り５１ａを介して供給されるので、走行操作及び作業機の操作も円滑に行われる。

更に、走行と同時にアーム開き操作又はブーム上げ操作のような重負荷操作を行う場合は、それらの操作開始が検出されると可変絞り弁５１は速やかに絞り５１ｂに切換える。従って、この場合は、油圧ポンプ２１の油圧は走行切換弁１４及び２５に供給されず、専らアーム切換弁１６又はブーム切換弁２６に供給されるので、アーム開き操作又はブーム上げ操作のような作業機の重負荷操作も円滑に行える。

従って、本実施形態によれば走行と同時にアーム開き操作又はブーム上げ操作のような重負荷操作を行う場合でも円滑な操作が可能になり、作業が効率的に行えるという効果が得られる。又、従来回路２のような複雑な調整を必要としないので、整備作業が容易になるという効果も得られる。

以上、この発明の実施形態を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。例えば、作業機の切換弁の配置は図１に述べた接続に限定するものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更は認められる。

本願発明の実施形態の構成を示す。従来回路１の非走行状態の回路構成を示す。従来回路１の走行状態の回路構成を示す。従来回路２の回路構成を示す。

符号の説明

１１、２１油圧ポンプ
１４，２５走行制御弁
１５旋回制御弁
１６アーム制御弁
２３走行直進弁
２６ブーム制御弁
２７バケット制御弁
５１可変絞り弁

Claims

２個の油圧ポンプのセンタ油路に左右の走行制御弁の各１方を設け、それらのセンタ油路下流に作業機のアクチュエータの制御弁を１又は複数個接続し、同時に前記２個のセンタ油路上流から各々からパラレル油路を分岐させて設け、該パラレル油路の圧油を下流の各アクチュエータ用制御弁に供給する油路を設け、前記一方の油圧ポンプのセンタ油路上流と他方の油圧ポンプのパラレル油路上流に走行直進弁を設けた建設機械の油圧回路において、
前記一方のパラレル油路の上流から同一側センタ油路の走行制御弁の上流にバイパス油路を設け、該バイパス油路に可変絞り弁及びチェック弁を設け、該可変絞り弁の一方の制御ポートに油タンクを接続すると共に同制御ポート側をバネで付勢し、他方の制御ポートにシャトル弁を介してアーム制御弁のアーム開き側パイロット油圧とブーム制御弁のブーム上げ側パイロット油圧を作用させ、アーム開き操作又はブーム上げ操作をしたときに該パイロット油圧力が前記バネ力より大きくなったときに前記絞り弁の絞り開度が小さくなるように構成したことを特徴とする建設機械の油圧回路。