JP4100690B2 - ブーム合流用スプールを利用した重装備オプション装置用油圧回路 - Google Patents

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Description

本発明は、作業条件にしたがってオプション装置をブームなどの作業装置に装着して複合作業を行う場合においてもオプション装置に必要な分のみの油量が供給できるようにしたブーム合流用スプールを利用した重装備オプション装置用油圧回路に関する。
更に詳細には、ブレーカなどのオプション装置を作業装置に装着し、作業の際にオプション装置に供給される流量を制御するスプールとしてブーム合流用スプールを用いて部品数を減らすようにしたブーム合流用スプールを利用した重装備オプション装置用油圧回路に関する。
掘削機等の重装備は、作用条件または作業能率を極大化させ得るようバケットを脱去し、ブレーカ又はシェア等のオプション装置を装着して作業することとなる。そのとき、作業装置又はオプション装置の速度、力、方向が制御できるように複数の作業装置用スプールとオプション装置用スプールとがメインコントロールバルブに各々設置される。
以下で、用いられる用語のうち、「ネガティブ流量制御」とは、センタバイパス通路の下流側に設けられたパイロット信号発生手段の上流側より導出されるパイロット信号圧が高い場合、可変容量型油圧ポンプの吐出し流量を減らすが、パイロット信号圧が低い場合には油圧ポンプの吐出し流量を増加させるよう制御する方式である(図２のａ線参照)。
一方、「ポジティブ流量制御」とは、アクチュエータに供給される速度、力、方向を制御する方向切換弁に印加されるパイロット信号圧が高い場合、油圧ポンプの吐出し流量を増加させるが、パイロット信号圧が低い場合には油圧ポンプの吐出し流量を減少させるよう制御する方式である(図２のｂ線参照)。
図１に示されたように、従来技術による重装備オプション装置用油圧回路は、エンジン１に連結され駆動する可変容量型油圧ポンプ２及びパイロットポンプ３と、油圧ポンプ２に連結される作業装置１９及びオプション装置４と、油圧ポンプ２と作業装置１９及びオプション装置４と間の流路に設置されて作業装置１９とオプション装置４の起動、停止及び方向切換を制御するオプション装置用スプール５と作業装置用スプール１８とを含むメインコントロールバルブ６と、を備える。
又は、パイロットポンプ３と油圧ポンプ２との間の流路に設置され制御器７より印加される電気信号に対応する２次圧を出力し油圧ポンプ２の傾転角を制御する第１電磁比例減圧バルブ８と、メインコントロールバルブ６の当該スプールを切換えさせるパイロット信号圧を制御するリモートコントロールバルブ９と、を備える。
図面上、付号１０は、油圧回路内に設定されていた圧力以上に超過されることを防止するメインリリーフ弁、１１はオプション装置４に供給される作動油を制御することができるようにオプション装置４からの要求流量に対応する信号を制御器７に入力するオプション流量調整装置である。
オプション装置４として、一般的に、ブレーカ又はシェア、旋回等を作業装置１９に装着し作業するが、リモートコントロールバルブ９の操作に応じてパイロットポンプ３からのパイロット信号圧がオプション装置用スプール５に印加され、左側または右側方向に切換えさせることによって、油圧ポンプ２より吐出される作動油が切換えされたオプション装置用スプール５を経由してオプション装置４に供給されるため、所定の作業を行うことができる。
このとき、前記オプション装置４によっては油圧ポンプ２より吐出される最大流量をすべて使用する場合、加速度によりオプション装置４に損傷などの耐久性問題が生じられるため、油圧ポンプ２の最大吐出し流量より少ない適正流量を求めるようになるが、このために各オプション装置４の要求する適正流量が吐出できるように油圧ポンプ２の最大吐出流量を制限する回路を適用することとなった。
即ち、オプション装置４に所定油量が供給でき得るように別のオプション流量調整装置１１を利用し所定油量に対応する信号を制御器７に入力することによって、制御器７では入力信号に対応する電流値を第１電磁比例減圧バルブ８に出力する。
これによって、図３に示されたように、第１電磁比例減圧バルブ８では、入力される電流値に対応するようパイロットポンプ３より吐出される信号圧（ 「Ａ」ポートを通過する２次圧のことをいう）を油圧ポンプ２の吐出し流量制御部に出力されるようになり、油圧ポンプ２の最大吐出し流量を制限しオプション装置４から要求される流量のみ吐出されるようになる。
従来のオプション装置用油圧回路(図２で“ａ”曲線として示されたネガティブ流量制御方式のことをいう)においては、オプション装置４を作業装置１９と同時に駆動させ複合作業を行う場合、油圧ポンプ２の最大吐出流量を制限して作業する場合、作業装置１９の作動速度が遅くなったり、かつ複合作動が円滑に行われなかったりする為、作業能率が落ち、かつ運転者の意図通りに作業装置１９又はオプション装置４が作動できなくなり安全事故が起こる恐れがあることから安全性欠如という問題点をも有する。
一方、複合操作時、油圧ポンプ２より最大流量が吐出されるよう設計された油圧システムである場合（図２に「ｂ」曲線として示されたポジティブ流量制御方式のことをいう）、作業装置１９とオプション装置４とを同時に操作する際、オプション装置４と作業装置１９との間に発生される負荷圧力の差異によって、オプション装置４から要求される流量より多くオプション装置４の方に供給される場合があるが、この場合、オプション装置４に損傷が生じられ耐久性が落ちたりあるいは交換しなければならない問題点をも有する。
本発明の目的は、オプション装置を装着し他のアクチュエータと複合作業を行う場合においても、オプション装置に必要な分だけの油量が供給できるので、作動速度を確保して作業性を向上させるようにしたブーム合流用スプールを利用した重装備オプション装置用油圧回路を提供することにある。
本発明の他の目的は、 他のアクチュエータとオプション装置との負荷圧力差によってオプション装置に所定油量以上の作動油が供給されることを遮断し、オプション装置の耐久性を高める油圧回路を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、ブームアップ合流用スプールのうち、使用していなかったポートを利用してオプション装置に供給される作動油を制御することによって、部品数を減らし低コストとなる油圧回路を提供することにある。
上記の目的を達成するため、本発明は可変容量型油圧ポンプ及びパイロットポンプと、油圧ポンプに連結される作業装置及びオプション装置と、油圧ポンプと作業装置及びオプション装置との間の流路に設置され作動油の流れ方向を制御するメインコントロールバルブと、制御器より印加される電気信号に相応して油圧ポンプの吐出流量を可変制御する第１電磁比例減圧バルブと、メインコントロールバルブのスプールを切換させる信号圧を制御するリモートコントロールバルブとを備える重装備のオプション装置用油圧回路において、
前記オプション装置用スプールの供給側流路に開閉可能に設置されるポペッ
トバルブ；
前記パイロット信号圧供給の際に切換されオプション装置及び作業装置に供給される流量を制御しオプション装置用スプールの直上流に設けられたブーム合流用スプール；
前記パイロットポンプとブーム合流用スプールとの間の流路に設けられ、制御器より入力される電気信号に対応し前記第１電磁比例減圧バルブと同様な２次圧を出力しブーム合流用スプールのストロークを制御する第２次電磁比例減圧バルブ；及び
前記ポペットバルブ下流側に設置され、ブーム合流用スプール前後の圧力差が設定値より大きい場合に切換され、ポペットバルブの開口面積を縮め圧力補償用流量制御バルブの機能を有する第１スプールとを備えることを特徴としている。
前述した第１スプール及びポペットバルブの少なくとも何れかは、メインコントロールバルブの内部、または外側面に設置される。
前述したポペットバルブと第１スプールは、ブーム合流用スプールとオプション装置用スプールとの間の流路に設置される。
前述したオプション装置用スプール又は作業装置用スプールを切換するリモートコントロールバルブは油圧式でも、電気式でもよい。勿論、電気式リモートコントロールバルブの場合にはソレノイド弁を追加に要することは公知の事実であろう。
以下、本発明の望ましい実施例を添付図面を参照としながら説明するが、これは本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が発明を容易に実施され得る程度で詳細に説明したものであって、これにより、本発明の技術的思想及び範囲が限定されることを意味するものではない。
図４に示されたように、本発明はエンジン１に連結される可変容量型油圧ポンプ２及びパイロットポンプ３と、油圧ポンプ２に連結される作業装置１９及びオプション装置４と、油圧ポンプ２と作業装置１９及びオプション装置４との間の流路に設置されて作動油の流れ方向を制御するオプション装置用スプール５と作業装置用スプール１８とを含むメインコントロールバルブ６と、制御器７より印加される電気信号に対応して油圧ポンプ２の吐出流量を可変制御する第１電磁比例減圧バルブ８と、メインコントロールバルブ６のスプールを切換えさせる信号圧を制御するリモートコントロールバルブ９と、を備える重装備オプション装置用油圧回路に適用される。これらは図１に示されたのと実質的に同様であるので、以下において、これらの構成及び作動の詳細な説明は省略し、重複される図面符号は同様に表記したのである。
従って、本発明による重装備オプション装置用油圧回路は、オプション装置用スプール５の供給側流路１２に開閉可能に設置されるポペットバルブ１３と、ポペットバルブ１３とオプション装置用スプール５との間の流路に設置され、パイロット信号圧の供給時に切換えされ、オプション装置４及び作業装置１９に供給される流量を制御するブーム合流用スプール１４(ブームアップ合流機能を持つと同時にオプション装置の流量制御機能を有するスプールのこと)とを備える。
又は、ポペットバルブ１３の下流側に設置され、ブーム合流スプール１４の通過前後の圧力差が設定された値より大きい場合、ポペットバルブ１３の開口面積を縮めてオプション装置４に設定された流量以上の供給がなされることを遮断する圧力補償型流量制御バルブの機能を持つ第１スプール１５と、を備える。
さらに、パイロットポンプ３とブーム合流用スプール１４との間の流路１６に設置され、制御器７から入力される電気信号に対応する２次圧を出力しブーム合流用スプール１４のストロークを制御する第２電磁比例減圧バルブ１７とを備える。
このとき、第１スプール１５及びポペットバルブ１３の少なくとも何れかはメインコントロールバルブ６の内部または外部面に設置され得る。
図面上、１０はメインリリーフ弁、１１はオプション流量調整装置、１５ａはバルブスプリングである。
以下では、本発明によるブーム合流用スプールを利用した重装備オプション装置用油圧回路の作動を添付図面を参照としながら詳細に説明する。
（１）ブレーカなどのオプション装置を作業装置に装着し作業する例を説明すると以下のようである。
図４に示されたように、前記制御器７からの電気信号によって第２電磁比例減圧バルブ１７は、パイロットポンプ３より吐出されるパイロット信号圧を電気信号に対応する２次圧に出力しブーム合流用スプール１４の左側ポートに供給するため、ブーム合流用スプール１４を図面上における右側方向に切換えさせる。
従って、油圧ポンプ２より吐出される作動油は供給側流路１２に設置されたポペットバルブ１３とブーム合流用スプール１４とを順次に経由してから、リモートコントロールバルブ９の操作時に供給されるパイロット信号圧により切換わるオプション装置用スプール５を通過してオプション装置４に供給される。
このとき、油圧ポンプ２より吐出される作動油をブレーカまたはシェア等のオプション装置４の要求する流量ほどのみ供給することができる。
即ち、オプション流量調整装置１１を利用しオプション装置４より必要とされる流量に対応する信号を制御器７に入力する際、制御器７は入力信号に対応する電流値を第１電磁比例減圧バルブ８に出力し、第１電磁比例減圧バルブ８は電流値に対応する２次圧を出力して油圧ポンプ２の最大吐出流量を制限するため、オプション装置４から要求される作動油ほどのみ吐出されるようになる。
例えば、図２と図３とを参照し説明すると、オプション装置の要求流量がＱ２であれば制御器７からｉ1の電流を出力し、 第１電磁比例減圧バルブ８は図３にてｉ1に対応するＰｉ４の２次圧を油圧ポンプ２に出力し、図２にて油圧ポンプ２はＱ２の流量を吐出するようになる。
(２)オプション装置と作業装置とを同時に操作して複合作業を行う例を説明すると以下のようである。
図４に示されたように、作業装置１９とオプション装置４とを同時に駆動させ複合作業を行う場合、制御器７から第１電磁比例減圧バルブ８に所定の電気信号(オプション装置から要求される流量より多い流量に対応する電気信号のことをいう)を入力することによって、パイロットポンプ３より吐出され第１電磁比例減圧バルブ８を通過する時（「Ａ」ポートのことをいう）生成される２次圧力が油圧ポンプ２の吐出流量制御部へ伝達されるため、油圧ポンプ２はオプション装置から要求される流量よりさらに多い流量を吐出するようになる。
即ち、複合操作時の要求流量がＱ１（Ｑ２＜Ｑ１≦Ｑmax）であれば、制御器７から ｉ２(ｉ1＜ ｉ２≦ ｉ３)を出力し、従って 第１電磁比例減圧バルブ８はＰｉ５(Ｐｉ４＜ Ｐｉ５≦ Ｐｉ６)を出力し、油圧ポンプ２は Ｑ１（Ｑ２＜Ｑ１≦Ｑmax）を吐出するようになる(従来は Ｑ２のみ吐出され複合操作時速度が遅い)。これにより、油圧ポンプ２より吐出される作動油の一部は、メインコントロールバルブ６の作業装置用スプール１８切換により作業装置１９に供給されるとともに作動油の一部は供給側流路１２に設置されたポペットバルブ１３及びブーム合流用スプール１４(図面上、左側ポートのことをいう)を順次に経由しオプション装置４に供給されるので、作業装置１９とオプション装置４とを同時に操作して複合作業を円滑に行うことができる。
このとき、作業装置１９と作動圧力の相異したオプション装置４との間に発生される負荷圧力差により、即ち、作業装置１９の作動圧力に比べオプション装置の作動圧力が低い場合、油圧ポンプ２からの流量がオプション装置４に所定油量以上に供給される場合、ブーム合流用スプール１４の上下流側の圧力差が設定された値より高くなり、第１スプール１５を、図４の図面上、下側方向に切換させることによって、供給側流路１２の作動油一部が切換された第１スプール１５を経由してポペットバルブ１３の下流側にパイロット信号圧として作用しポペットバルブ１３の開口面積を縮めるようになり、ブーム合流用スプール１４の前後の圧力差が設定値になる前までに開口面積が縮められつつある。これは、オプション装置から要求される分のみの油量が流れる時である。
したがって、油圧ポンプ２より吐出される作動油がオプション装置４から要求される流量以上に供給されることが遮断されるため、オプション装置４の耐久性を高め、かつ、使用寿命を伸ばすことができる。
前述したように、本発明によるブーム合流用スプールを利用した重装備オプション装置用油圧回路は、作業装置１９とオプション装置４とを同時に操作して複合作業を行う場合、油圧ポンプ２より最大流量までに吐出されるようにして作業装置１９とオプション装置４とに適正比率に供給されるので、作業性を向上させることができる。
また、作業装置１９とオプション装置４との負荷圧力差に応じてオプション装置４が必要とする流量以上に作動油が供給される場合、ブーム合流用スプール１４前後の圧力差が大きくなり、供給側流路１２に設置されたポペットバルブ１３を自動に開口面積を縮めることによって、必要とする油量のみオプション装置４に供給することができる。
さらに、オプション装置４に供給される作動油を制御するために別のスプールを利用せず、ブーム合流用スプール１４の使用しなかったポート(図面上、左側ポートのことをいう)を活用することによって、部品数を減らし原価コストを低くし、油圧システムの製作及び組み立ての作業時間を短縮させ、かつ、作業性を向上させることができる。
一方、図５に示されたように、本発明の他の実施例によるブーム合流用スプールを利用した重装備オプション装置用油圧回路は、ポペットバルブ１３及び第１スプール１５をブーム合流用スプール１４とオプション装置用スプール５との間の流路に設置されるものの、油圧ポンプ２に連結され駆動するオプション装置４と、油圧ポンプ２とオプション装置４との間に設置されるオプション装置用スプール５などを含むメインコントロールバルブ６と、メインコントロールバルブ６のスプールを切換させるパイロット信号圧を制御するリモートコントロールバルブ９と、制御器７から入力される電気信号に対応する２次圧を出力し油圧ポンプ２の吐出流量を制御する第１電磁比例減圧バルブ８等は、図４に示されたのと実質的に同様であるので、これらの詳細な説明は省略し、重複する図面符号は同一に表記したのである。
これにより、油圧システムを設計したり、かつ、部品の組み立て及び装着の際にスペースの制限がないため、設計図及び作業性を向上させられることは言うまでもない。
本発明によるブーム合流用スプールを利用した重装備オプション装置用油圧回路は以下のような効果を奏する。作業装置とオプション装置とを同時に駆動させる複合作業を行う場合にもオプション装置に必要な分だけの油量が供給されるため、作動速度を確保し作業性を向上させ、かつ、作業装置とオプション装置との負荷圧力差異に応じてオプション装置に設定された流量以上に供給されることを遮断することができる。
ブーム合流用スプールのうち、使用しないポートを利用しオプション装置に供給される作動油を制御するので、部品数を減らし原価低減の効果をも奏する。
従来技術による重装備オプション装置用油圧回路図。 油圧ポンプの吐出流量制御方式を示すグラフ。 電磁比例減圧バルブの２次圧力と電流値との関係を示すグラフ。 本発明によるブーム合流用スプールを利用した重装備オプション装置用油圧回路図。 本発明の他の実施例によるブーム合流用スプールを利用した重装備オプション装置用油圧回路図。
符号の説明
１ エンジン
２ 可変容量型油圧ポンプ
３ パイロットポンプ
４ オプション装置
５ オプション装置用スプール
６ メインコントロールバルブ
７ 制御器
８ 第１電磁比例減圧バルブ
９ リモートコントロールバルブ
１０ メインリリーフバルブ
１１ オプション流量調整装置
１２ 供給側流路
１３ ポペットバルブ
１４ ブーム合流用スプール
１５ 第１スプール
１６ パイロットポンプとブーム合流用スプールとの間の流路
１７ 第２電磁比例減圧バルブ
１８ 作業装置用スプール
１９ 作業装置

Claims (5)

  1. 可変容量型油圧ポンプ及びパイロットポンプと、油圧ポンプに連結される作業装置及びオプション装置と、油圧ポンプと作業装置及びオプション装置との間の流路に設置され作動油の流れ方向を制御するメインコントロールバルブと、制御器より印加される電気信号に相応して油圧ポンプの吐出流量を可変制御する第１電磁比例減圧バルブと、メインコントロールバルブのスプールを切換させる信号圧を制御するリモートコントロールバルブとを備える重装備のオプション装置用油圧回路において、
    前記オプション装置用スプールの供給側流路に開閉可能に設置されるポペッ
    トバルブ；
    前記パイロット信号圧供給の際に切換されオプション装置及び作業装置に供給される流量を制御しオプション装置用スプールの直上流に設けられたブーム合流用スプール；
    前記パイロットポンプとブーム合流用スプールとの間の流路に設けられ、制御器より入力される電気信号に対応し前記第１電磁比例減圧バルブと同様な２次圧を出力しブーム合流用スプールのストロークを制御する第２次電磁比例減圧バルブ；及び
    前記ポペットバルブ下流側に設置され、ブーム合流用スプール前後の圧力差が設定値より大きい場合に切換され、ポペットバルブの開口面積を縮め圧力補償用流量制御バルブの機能を有する第１スプールとを備えることを特徴とする、ブーム合流用スプールを利用した重装備オプション装置用油圧回路。
  2. 前記第１スプール及びポペットバルブの少なくとも何れかは、メインコントロールバルブの内部に設置されることを特徴とする、請求項第１に記載のブーム合流用スプールを利用した重装備オプション装置用油圧回路。
  3. 前記第１スプール及びポペットバルブの少なくとも何れかは、メインコントロールバルブの外側面に設置されることを特徴とする、請求項第１に記載のブーム合流用スプールを利用した重装備オプション装置用油圧回路。
  4. 前記ポペットバルブと第１スプールとはブーム合流用スプールとオプション装置用スプールとの間の流路に設置されることを特徴とする、請求項第１に記載のブーム合流用スプールを利用した重装備オプション装置用油圧回路。
  5. 前記メインコントロールバルブのスプールを切換させる時、油圧式又は電気式リモートコントロールバルブとが使用されることを特徴とする、請求項第１に記載のブーム合流用スプールを利用した重装備オプション装置用油圧回路。
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