JP4298674B2 - Hydraulic drive unit for construction machinery - Google Patents
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Description
本発明は、フロント作業機を駆動する油圧シリンダと、この油圧シリンダを駆動するための圧油を発生する油圧ポンプと、この油圧ポンプから油圧シリンダへ供給される圧油の流れや流量を切り換える方向制御弁と、油圧ポンプの吐出側管路に供給される圧油の最大圧力を制限する可変型リリーフ弁と、この可変型リリーフ弁のリリーフ圧を制御するリリーフ圧制御手段とを備えた建設機械の油圧駆動装置に関する。 The present invention relates to a hydraulic cylinder that drives a front work machine, a hydraulic pump that generates pressure oil for driving the hydraulic cylinder, and a direction for switching the flow and flow rate of the hydraulic oil supplied from the hydraulic pump to the hydraulic cylinder. Construction machine comprising a control valve, a variable relief valve for limiting the maximum pressure of the pressure oil supplied to the discharge side pipe of the hydraulic pump, and a relief pressure control means for controlling the relief pressure of the variable relief valve The present invention relates to a hydraulic drive device.
油圧ショベル等の建設機械は、操作レバーやペダル等の操作手段の操作によりクローラやホイールで走行する車体と、この車体に設置され操作手段の操作により掘削作業等、種々の作業を行うフロント作業機とを設けて構成される。このフロント作業機は、油圧ショベルを例にとると、垂直方向に回動するように駆動される作業具としてのアーム、ブーム及びバケットを有する。こうしたフロント作業機を油圧駆動するための装置である建設機械の油圧駆動装置は、前記のような各作業具をそれぞれ駆動するための油圧アクチュエータとしての油圧シリンダと、これらの油圧シリンダを駆動するための圧油を発生する油圧ポンプと、この油圧ポンプから各油圧シリンダへ供給される圧油の流れや流量をそれぞれ切り換えて油圧シリンダの運動を制御する方向制御弁とを備えている。 Construction machines such as hydraulic excavators are a front work machine that performs various operations such as a vehicle body that runs on crawlers and wheels by operating operation means such as operation levers and pedals, and excavation work that is installed on this vehicle body by operating operation means. And is configured. For example, the front working machine includes an arm, a boom, and a bucket as working tools that are driven to rotate in the vertical direction. A hydraulic drive device for a construction machine, which is a device for hydraulically driving such a front work machine, has a hydraulic cylinder as a hydraulic actuator for driving the respective working tools as described above, and drives these hydraulic cylinders. And a directional control valve for controlling the movement of the hydraulic cylinder by switching the flow and flow rate of the pressure oil supplied from the hydraulic pump to each hydraulic cylinder.
こうした建設機械の油圧駆動装置では、油圧ポンプの吐出側管路にリリーフ弁を設けてその吐出側管路の圧油の最大圧力を制限しており、油圧駆動装置は、この最大圧力に十分に耐え得るように設計している。この吐出側管路の圧油の最大圧力は、フロント作業機を駆動する油圧シリンダの駆動力を規定し、その最大圧力を大きくするようにリリーフ弁のリリーフ圧を設定すれば、それだけ油圧シリンダの駆動力を大きくすることができる。しかしながら、リリーフ弁のリリーフ圧を設定する場合、油圧駆動装置を経済的に製作したり、これの耐久性の低下を防止したりする等の観点から、そのリリーフ圧を徒に大きく設定するようなことは行っておらず、油圧シリンダからフロント作業機の作業具へ伝達される掘削作業に有効な力(以下「掘削力」という。)等、当該作業に有効な力(以下「作業力」という。)を見据えながら、頻度の多い作業を行うのに好適な作業力が油圧シリンダから得られるようにリリーフ圧すなわち吐出側管路の圧油の最大圧力を設定している。 In such a hydraulic drive device for construction machinery, a relief valve is provided in the discharge side pipe line of the hydraulic pump to limit the maximum pressure of the pressure oil in the discharge side pipe line. Designed to withstand. The maximum pressure of the pressure oil in the discharge side pipe stipulates the driving force of the hydraulic cylinder that drives the front work machine, and if the relief pressure of the relief valve is set so as to increase the maximum pressure, the amount of hydraulic cylinder The driving force can be increased. However, when the relief pressure of the relief valve is set, the relief pressure is set to a large value from the viewpoint of economically manufacturing a hydraulic drive device or preventing a decrease in durability of the hydraulic drive device. This is not done, and the force effective for excavation work (hereinafter referred to as “excavation force”) transmitted from the hydraulic cylinder to the work implement of the front working machine (hereinafter referred to as “working force”). .), The relief pressure, that is, the maximum pressure of the pressure oil in the discharge side pipe line, is set so that a working force suitable for performing frequent work can be obtained from the hydraulic cylinder.
こうした方法で吐出側管路の圧油の最大圧力を設定すれば、大抵の作業は、支障なく行うことができるが、その圧油の最大圧力をこうした方法で設定したのでは、油圧シリンダの駆動力が不足する場合が作業内容によって時には生じる。例えば、油圧ショベルにおいて、深掘り掘削(深い溝を掘る掘削)や法面下部掘削(傾斜地の上部側から下部側の遠くを掘る掘削)を行う場合がこれに当たる。これらの掘削を行う場合には、アーム用の油圧シリンダを縮めてアームを前方に限界近くにまで伸ばすが、油圧ショベルのフロント作業機では、油圧シリンダが縮小してそのストロークが最小値に近付くにつれ、油圧シリンダからアームへ掘削力として伝達される力は減少する。 If the maximum pressure of pressure oil in the discharge side pipe is set in this way, most of the work can be performed without any problem. However, if the maximum pressure of the pressure oil is set in this way, the hydraulic cylinder is driven. Depending on the content of the work, there may be cases where power is insufficient. For example, in a hydraulic excavator, this is the case when deep excavation (excavation for digging deep grooves) or lower slope excavation (excavation for excavating from the upper side of the slope to the lower side) is performed. When performing these excavations, the hydraulic cylinder for the arm is contracted and the arm is extended forward to the limit, but the front working machine of the hydraulic excavator contracts as the hydraulic cylinder shrinks and its stroke approaches the minimum value. The force transmitted as excavation force from the hydraulic cylinder to the arm decreases.
また、油圧ショベルにおいて、溝等の車体側の側壁を掘削する抱え込み掘削(立てた状態のアームを操作しつつバケットを車体側に引き寄せるようにして行う掘削)を行う場合にも同様の問題が生じる。すなわち、この抱え込み掘削を行う場合には、アーム用の油圧シリンダを、そのストロークが最大値に近付くように伸ばすが、油圧シリンダが伸長してそのストロークが最大値に近付くにつれ、油圧シリンダからアームへ掘削力として伝達される力は減少する。以上のように、アーム用の油圧シリンダのストロークが最小値付近及び最大値付近になったときには、フロント作業機の掘削力が減少し、とりわけ最小値付近になったときには、その掘削力の減少が著しく、掘削作業を円滑に行うことができなくなる。以上、一例として、油圧ショベルのアーム用の油圧シリンダに関する問題について述べたが、バケット用の油圧シリンダや油圧ショベル以外の他の建設機械の油圧シリンダについても、作業内容によっては同様の問題が生じ得る。 In the excavator, a similar problem occurs when holding excavation for excavating the side wall on the vehicle body side such as a groove (excavation performed by pulling the bucket toward the vehicle body side while operating the standing arm). . That is, when carrying out this excavation, the arm hydraulic cylinder is extended so that its stroke approaches the maximum value, but as the hydraulic cylinder expands and its stroke approaches the maximum value, the hydraulic cylinder moves from the hydraulic cylinder to the arm. The force transmitted as digging force is reduced. As described above, when the stroke of the hydraulic cylinder for the arm is near the minimum value and near the maximum value, the excavation force of the front work machine decreases, and particularly when the stroke is near the minimum value, the excavation force decreases. Remarkably, excavation work cannot be performed smoothly. As described above, as an example, the problem related to the hydraulic cylinder for the arm of the hydraulic excavator has been described. However, the same problem may occur in the hydraulic cylinder for the bucket and the hydraulic cylinder of the construction machine other than the hydraulic excavator depending on the work contents. .
こうした問題に対応して、建設機械の油圧駆動装置には、油圧ポンプの吐出側管路に供給される圧油の最大圧力を制限する可変型リリーフ弁と、この可変型リリーフ弁のリリーフ圧を制御するリリーフ圧制御手段とを設け、必要に応じてリリーフ圧操作手段を操作することにより、可変型リリーフ弁のリリーフ圧をリリーフ圧制御手段を通じて基準の設定値よりも上昇させ得るようにしたものがある。こうした手段を採用することにより、必要に応じて油圧ポンプの吐出側管路の油圧を高めて前記油圧シリンダの駆動力を増大させ、これにより、フロント作業機の作業力を強化することができる。こうした手段は、必要なときにだけ一時的に機能させるものであるから、リリーフ圧を基準の設定値より上昇させても、油圧駆動装置が実質上ダメージを受けるようなことはない。この種の建設機械の油圧駆動装置は、例えば、特許文献1に開示されている。
In response to these problems, the hydraulic drive device for construction machinery includes a variable relief valve that limits the maximum pressure of the pressure oil supplied to the discharge side pipe of the hydraulic pump, and a relief pressure of the variable relief valve. Relief pressure control means to be controlled, and by operating the relief pressure operation means as necessary, the relief pressure of the variable relief valve can be raised from the reference set value through the relief pressure control means There is. By adopting such means, it is possible to increase the hydraulic pressure of the discharge side pipe line of the hydraulic pump and increase the driving force of the hydraulic cylinder as necessary, thereby enhancing the working force of the front working machine. Since these means function temporarily only when necessary, even if the relief pressure is raised above the reference set value, the hydraulic drive device is not substantially damaged. A hydraulic drive device for this type of construction machine is disclosed in
この特許文献1に記載の建設機械の油圧駆動装置は、前記可変型リリーフ弁や前記リリーフ圧制御手段と関連して、リリーフ圧制御手段からの電気信号により切り換えられ、パイロット油圧源から可変型リリーフ弁へ送られる油圧パイロット圧を調整してそのリリーフ圧を増減させる電磁弁と、この電磁弁を切り換えるための指示信号をオンオフ操作によりリリーフ圧制御手段に対して出力して可変型リリーフ弁のリリーフ圧を増減させるリリーフ圧操作手段としての増圧指示スイッチとを備えている。この増圧指示スイッチは、標準状態においてオフ操作された状態になっており、必要時にだけ手動によりオン操作される。この従来の建設機械の油圧駆動装置は、こうした手段を備えているので、前記の深掘り掘削や抱え込み掘削を行う場合等、油圧シリンダストロークの最小値付近や最大値付近で大きな作業力をフロント作業機に付与することが必要になったときに、オペレータは、増圧指示スイッチをオン操作することにより、油圧シリンダの駆動力を増大させてフロント作業機の作業力を強化することが可能となる。
しかしながら、この特許文献1に記載の従来の建設機械の油圧駆動装置では、こうした油圧シリンダストロークの最小値付近や最大値付近で大きな作業力をフロント作業機に付与することが必要な作業を適宜実施する場合に、油圧シリンダの駆動力を増強する必要があるか否かをオペレータが逐一判断して増圧指示スイッチをオン操作することを要するため、フロント作業機の操作がきわめて煩雑である。また、こうして増圧指示スイッチをオン操作した後、油圧シリンダの駆動力を増強する必要がなくなったときには、油圧駆動装置等に無益な負担をかけて寿命の低下を招かないようにするため、増圧指示スイッチを速やかにオフ操作する必要がある。やはり、このときにも、オペレータが増圧指示スイッチを操作することを要して、フロント作業機の操作が煩わしい。
However, in the conventional hydraulic drive device for a construction machine described in
本発明は、こうした従来の技術の問題を解決するために創作されたものであって、その技術課題は、オペレータがリリーフ圧操作手段を操作しないでも、油圧シリンダの駆動力をストロークの最小値付近又は最大値付近で増強して、フロント作業機に付与する作業力を強化することができる建設機械の油圧駆動装置を提供することにある。 The present invention was created in order to solve such problems of the prior art, and the technical problem is that even if the operator does not operate the relief pressure operating means, the driving force of the hydraulic cylinder is near the minimum value of the stroke. Another object of the present invention is to provide a hydraulic drive device for a construction machine that can be strengthened in the vicinity of the maximum value to enhance the working force applied to the front working machine.
本発明は、こうした技術課題を達成するため、「フロント作業機を駆動する油圧シリンダと、この油圧シリンダを駆動するための圧油を発生する油圧ポンプと、この油圧ポンプから油圧シリンダへ供給される圧油の流れや流量を切り換える方向制御弁と、油圧ポンプの吐出側管路に供給される圧油を逃がしてその圧油の最大圧力を制限する可変型リリーフ弁と、この可変型リリーフ弁のリリーフ圧を制御するリリーフ圧制御手段とを備えた建設機械の油圧駆動装置」を構成する場合に次のとおり構成した。 In order to achieve such a technical problem, the present invention provides a “hydraulic cylinder for driving a front work machine, a hydraulic pump for generating pressure oil for driving the hydraulic cylinder, and a hydraulic pump supplied from the hydraulic pump to the hydraulic cylinder. A directional control valve that switches the flow and flow rate of pressure oil, a variable relief valve that releases the pressure oil supplied to the discharge side pipe of the hydraulic pump and limits the maximum pressure of the pressure oil, and a variable relief valve In the case of configuring a “hydraulic drive device for a construction machine provided with a relief pressure control means for controlling the relief pressure”, the configuration is as follows.
油圧シリンダのストロークを検出するためのストローク検出手段と、油圧シリンダのストロークの最小値側及び最大値側の少なくとも一方の側に設定した油圧シリンダのストロークに係る設定範囲を記憶するストローク記憶手段とを設け、ストローク検出手段での油圧シリンダのストロークの検出値がストローク記憶手段に記憶されている油圧シリンダのストロークに係る設定範囲内にあるときに、リリーフ圧を上昇させるよう可変型リリーフ弁をリリーフ圧制御手段により制御するように構成した。 Stroke detection means for detecting the stroke of the hydraulic cylinder, and stroke storage means for storing a setting range relating to the stroke of the hydraulic cylinder set on at least one of the minimum value side and the maximum value side of the stroke of the hydraulic cylinder. The variable relief valve is provided so as to increase the relief pressure when the detected value of the stroke of the hydraulic cylinder in the stroke detection means is within a setting range related to the stroke of the hydraulic cylinder stored in the stroke storage means. It was comprised so that it might control by a control means.
建設機械の油圧駆動装置は、油圧シリンダのストロークの最小値付近又は最大値付近で大きな掘削力等の作業力を必要とする作業を行うときに、油圧シリンダからフロント作業機に付与される作業力が不足しがちになる。本発明の建設機械の油圧駆動装置は、前記のように構成しているので、油圧シリンダのストロークの最小値側及び最大値側の少なくとも一方の側に設定された設定範囲内に油圧シリンダのストロークがあるときに、リリーフ圧制御手段が可変型リリーフ弁を通じてリリーフ圧を上昇させるように制御する。その結果、油圧シリンダを駆動する過程で、油圧シリンダのストロークが前記設定範囲内になると、従来の技術のようにオペレータがリリーフ圧操作手段を操作するようなことはしないでも、油圧シリンダの駆動力が増強され、これに伴って、油圧シリンダからフロント作業機に付与される作業力も増大する。 The hydraulic drive device of a construction machine has a work force applied from the hydraulic cylinder to the front work machine when performing a work requiring a large work force such as a large excavation force near the minimum value or near the maximum value of the stroke of the hydraulic cylinder. Tends to run out. Since the hydraulic drive device for a construction machine according to the present invention is configured as described above, the stroke of the hydraulic cylinder falls within a set range set on at least one of the minimum value side and the maximum value side of the stroke of the hydraulic cylinder. When there is, the relief pressure control means controls to increase the relief pressure through the variable relief valve. As a result, when the stroke of the hydraulic cylinder is within the set range in the process of driving the hydraulic cylinder, the operator does not operate the relief pressure operating means as in the prior art, but the driving force of the hydraulic cylinder As a result, the working force applied to the front working machine from the hydraulic cylinder also increases.
したがって、当該建設機械のフロント作業機について、油圧シリンダのストロークの最小値付近又は最大値付近で大きな作業力を要する作業の内容を見据えながら、ストローク記憶手段に記憶させる油圧シリンダのストロークに係る設定範囲をその作業の内容に適うよう事前に検討して設定すれば、油圧シリンダから付与される作業力が不足しがちな油圧シリンダのストロークの最小値付近又は最大値付近でその作業を円滑に実施できるように油圧シリンダの駆動力をリリーフ圧制御手段により増強することができる。このように、本建設機械の油圧駆動装置では、オペレータがリリーフ圧操作手段を操作しないでも、油圧シリンダの駆動力をストロークの最小値付近又は最大値付近で増強して、フロント作業機に付与する作業力を強化することができる。 Therefore, for the front work machine of the construction machine, the setting range related to the stroke of the hydraulic cylinder to be stored in the stroke storage means while looking at the content of work that requires a large working force near the minimum value or the maximum value of the hydraulic cylinder stroke Can be carried out smoothly near the minimum value or the maximum value of the stroke of the hydraulic cylinder, where the working force applied from the hydraulic cylinder tends to be insufficient. Thus, the driving force of the hydraulic cylinder can be increased by the relief pressure control means. Thus, in the hydraulic drive device of the present construction machine, the driving force of the hydraulic cylinder is increased near the minimum value or the maximum value of the stroke and applied to the front work machine without the operator operating the relief pressure operating means. Work power can be strengthened.
以下の説明から明らかなように、本発明は、「フロント作業機を駆動する油圧シリンダと、この油圧シリンダを駆動するための圧油を発生する油圧ポンプと、この油圧ポンプから油圧シリンダへ供給される圧油の流れや流量を切り換える方向制御弁と、油圧ポンプの吐出側管路に供給される圧油を逃がしてその圧油の最大圧力を制限する可変型リリーフ弁と、この可変型リリーフ弁のリリーフ圧を制御するリリーフ圧制御手段とを備えた建設機械の油圧駆動装置」を構成する場合に、前記の〔課題を解決するための手段〕の項に示したように構成しているので、本発明の建設機械の油圧駆動装置によれば、オペレータがリリーフ圧操作手段を操作しないでも、油圧シリンダの駆動力をストロークの最小値付近又は最大値付近で増強して、フロント作業機に付与する作業力を強化することができる。その結果、油圧シリンダストロークの最小値付近や最大値付近で大きな作業力を要する作業を実施する場合に、従来よりもオペレータの作業負担を軽減することができ、油圧シリンダの駆動力の適切なる増強を確実に行うことができる。 As will be apparent from the following description, the present invention provides a hydraulic cylinder that drives the front working machine, a hydraulic pump that generates pressure oil for driving the hydraulic cylinder, and a hydraulic pump that is supplied from the hydraulic pump to the hydraulic cylinder. A directional control valve that switches the flow and flow rate of pressure oil, a variable relief valve that releases the pressure oil supplied to the discharge side pipe of the hydraulic pump and limits the maximum pressure of the pressure oil, and this variable relief valve In the case of constructing a “hydraulic drive device for a construction machine having a relief pressure control means for controlling the relief pressure of the construction machine”, it is constructed as described in the above section [Means for Solving the Problems]. According to the hydraulic drive device for a construction machine of the present invention, the driving force of the hydraulic cylinder is increased near the minimum value of the stroke or near the maximum value without the operator operating the relief pressure operating means. It is possible to strengthen the work force to be applied to the door working machine. As a result, when performing work that requires a large work force near the minimum value or the maximum value of the hydraulic cylinder stroke, the operator's work load can be reduced more than before, and the drive force of the hydraulic cylinder can be appropriately increased. Can be performed reliably.
以下、本発明が実際上どのように具体化されるのかを図1乃至図5を用いて説明することにより、本発明を実施するための望ましい形態を明らかにする。 Hereinafter, how the present invention is actually embodied will be described with reference to FIGS. 1 to 5 to clarify a desirable mode for carrying out the present invention.
図1は、本発明の建設機械の油圧駆動装置を設置するための建設機械の一例を示す斜視図、図2は、本発明を具体化して構成した建設機械の油圧駆動装置に関する油圧回路図、図3は、図1の建設機械におけるアームシリンダのストロークとこのアームシリンダから付与される掘削力との関係を示す概念図、図4は、図2の建設機械の油圧駆動装置における制御装置の構成要素を示すブロック図、図5は、図1の建設機械におけるバケットシリンダのストロークとこのバケットシリンダから付与される掘削力との関係を示す概念図である。なお、ここでは、建設機械が自走式の油圧ショベルである場合を例にして、以下の説明をする。 FIG. 1 is a perspective view showing an example of a construction machine for installing a hydraulic drive device for a construction machine according to the present invention, and FIG. 2 is a hydraulic circuit diagram relating to the hydraulic drive device for a construction machine that is embodied by the present invention. FIG. 3 is a conceptual diagram showing the relationship between the stroke of the arm cylinder in the construction machine of FIG. 1 and the excavation force applied from this arm cylinder, and FIG. 4 is the configuration of the control device in the hydraulic drive device of the construction machine of FIG. FIG. 5 is a conceptual diagram showing the relationship between the stroke of the bucket cylinder in the construction machine of FIG. 1 and the excavating force applied from this bucket cylinder. Here, the following description will be given by taking as an example the case where the construction machine is a self-propelled hydraulic excavator.
本発明の建設機械の油圧駆動装置は、すでに述べた従来の建設機械の油圧駆動装置と同様、フロント作業機を駆動する油圧シリンダと、この油圧シリンダを駆動するための圧油を発生する油圧ポンプと、この油圧ポンプから油圧シリンダへ供給される圧油の流れや流量を切り換える方向制御弁と、油圧ポンプの吐出側管路に供給される圧油を逃がしてその圧油の最大圧力を制限する可変型リリーフ弁と、この可変型リリーフ弁のリリーフ圧を制御するリリーフ圧制御手段とを備えている。 The hydraulic drive device for a construction machine according to the present invention includes a hydraulic cylinder that drives a front work machine and a hydraulic pump that generates pressure oil for driving the hydraulic cylinder, as in the conventional hydraulic drive device for a construction machine. And a directional control valve for switching the flow and flow rate of the pressure oil supplied from the hydraulic pump to the hydraulic cylinder, and the pressure oil supplied to the discharge side pipe of the hydraulic pump is released to limit the maximum pressure of the pressure oil. A variable relief valve and a relief pressure control means for controlling the relief pressure of the variable relief valve are provided.
まず、図1に基づき、本発明の建設機械の油圧駆動装置を設置するための建設機械の一例である自走式の油圧ショベルについて概説する。 First, an outline of a self-propelled hydraulic excavator, which is an example of a construction machine for installing a hydraulic drive device for a construction machine according to the present invention, will be described with reference to FIG.
1は上部旋回体2を設置するための基台となり作業現場を走行することが可能な下部走行体、2はこの下部走行体1上に旋回可能に搭載された旋回フレームとこの旋回フレームの上部に設置された諸装置とからなる上部旋回体、2aは油圧ショベルの操縦を行うための、前記旋回フレーム上に設置された運転室、3は後端部が上部旋回体2の前部に垂直方向に回動可能に軸着されて設置されたブーム、4は後端部がこのブーム3の前端部に垂直方向に回動可能に軸着されたアーム、5はこのアーム4の前端部に垂直方向に回動可能にかつ着脱可能に軸着されたバケットである。なお、符号aは、アーム4の後端部をブーム3の前端部に回動可能に軸着するためのピンであり、符号bは、アーム4の後端部をアームシリンダ7の前端部に軸着するためのピンであって、これらは、後の説明の便のために特に付けたものである。
自走式の油圧ショベルは、大別すると、フロント作業機と、このフロント作業機を設置するための、後述する油圧ポンプ10及び制御装置50等の油圧駆動・制御用の機器や運転室2a等の諸装置を備えた走行可能な車体とで構成され、この車体は、下部走行体1と上部旋回体2とで構成される。フロント作業機は、作業具としてのブーム3、アーム4及びバケット5を設けて構成され、これらの作業具をそれぞれ駆動して各作業具に掘削力等の作業力を付与するための、後述するブームシリンダ6、アームシリンダ7及びバケットシリンダ8が付設されている。このフロント作業機は、主としてバケット5により土砂の掘削作業や積載作業等を行うが、バケット5に代えて、アタッチメントとしてのアースドリルや破砕機等の作業具をバケットシリンダ6等の油圧シリンダに取り付けることにより、それ以外の種々の作業を行うこともできる。
Self-propelled hydraulic excavators can be broadly classified as a front work machine, hydraulic drive / control equipment such as a
6は伸縮させてブーム3を垂直方向に回動(傾動)させるように駆動するブームシリンダ、7は伸縮させてアーム4を回動(揺動)させるように駆動するアームシリンダ、8は伸縮させてバケット5を回動させるように駆動するバケットシリンダ、9aは一端部がバケットシリンダ8の前端部に回動可能に軸着され他端部がアーム4に回動可能に軸着される第1の駆動用リンク、9bは一端部がバケットシリンダ8の前端部に第1の駆動用リンク9aと同軸に回動可能に軸着され他端部がバケット5に回動可能に軸着される第2の駆動用リンク、41はアームシリンダ7のストロークを検出するためのアームシリンダストロークセンサである。
6 is a boom cylinder that is driven to extend and retract to rotate (tilt) the boom 3 in the vertical direction, 7 is an arm cylinder that is driven to expand and contract and rotate (swing) the arm 4, and 8 is expanded and contracted. The
フロント作業機で地山をする際、主としてアームシリンダ7及びバケットシリンダ8を伸長方向に駆動することにより、バケット5を地山に食い込ませて掘削する。その場合、アームシリンダ7については、ブーム3へのアーム4の軸着部としてのピンa及びアームシリンダ7へのアーム4の軸着部としてのピンbを結ぶ線分と、アームシリンダ7の推力方向(アームシリンダ7の軸線)とのなす角αが直角のときに、アーム4の掘削力が最大となる。また、バケットシリンダ8については、バケットシリンダ8の推力方向(バケットシリンダ8の軸線)と第1の駆動用リンク9aとのなす角βが直角のときに、バケット5の掘削力が最大となる。一方、後述するように、アームシリンダ7のストロークが最小のときにアーム4の掘削力は最小となり、バケットシリンダ8のストロークが最大のときにバケット5の掘削力が最小となる。
When grounding with the front work machine, the bucket 5 is cut into the ground by excavating mainly the
本発明に係る建設機械の油圧駆動装置に関する油圧回路の一例を図2に基づいて説明する。この油圧回路は、アームシリンダ7の駆動力をストロークの最小値付近又は最大値付近で増強してアーム4の作業力を強化する例を説明するためのものであるので、バケットシリンダ8、バケット用の方向制御弁及びバケット用の操作用の操作装置の図示は、省略している。
An example of a hydraulic circuit relating to a hydraulic drive device for a construction machine according to the present invention will be described with reference to FIG. This hydraulic circuit is for explaining an example in which the working force of the arm 4 is increased by increasing the driving force of the
10はブームシリンダ6やアームシリンダ7等の油圧ショベルの既述の各種油圧アクチュエータを駆動するための圧油を発生する可変容量型の油圧ポンプ、11はこの油圧ポンプ10の吐出側管路14に供給される圧油を逃がしてその圧油の最大圧力を制限する可変型リリーフ弁としてのメインリリーフ弁、12は油圧パイロット圧を発生するためのパイロット用油圧源としてのパイロットポンプ、13は制御装置50により上位置又は下位置に切り換えられてメインリリーフ弁11のリリーフ圧を増減させる働きをする比例電磁弁、14は油圧ポンプ10の吐出側の圧油を各種油圧アクチュエータに供給するための主管路をなす油圧ポンプ10の吐出側管路、15はパイロットポンプ12で発生した油圧パイロット圧を送り出すためのパイロット圧送出路、16はこのパイロット圧送出路15に送り出された油圧パイロット圧をメインリリーフ弁11の信号受け部に導くためのパイロット圧導入路である。
メインリリーフ弁11のリーフ圧は、フロント作業機を駆動する油圧シリンダの駆動力を規定し、この油圧シリンダの駆動力から、頻度の多い作業を行うのに好適な作業力が得られるように設定されている。通常時には、こうして設定された基準の設定値にメインリリーフ弁11のリーフ圧を設定してフロント作業機で作業を行う。比例電磁弁13は、制御装置50からの電気信号により上位置及び下位置の何れかに切り換えられ、通常時には、図2に図示の下位置に切り換えられている。このとき、比例電磁弁13は、パイロット圧送出路15のパイロット圧導入路16への連通を遮断していて、パイロットポンプ12の油圧パイロット圧は、メインリリーフ弁11の信号受け部に送られておらず、メインリリーフ弁11のリーフ圧は、基準の設定値に設定されている。
The leaf pressure of the
また、この比例電磁弁13は、後述するように、アームシリンダ7のストロークが最小値付近又は最大値付近の設定範囲内になると、制御装置50からの電気信号により上位置に切り換えられる。このとき、比例電磁弁13は、パイロット圧送出路15をパイロット圧導入路16に連通させてパイロットポンプ12の油圧パイロット圧をパイロット圧導入路16に導く。その場合、比例電磁弁13は、制御装置50からの電気信号の出力値に応じて開口量が調節され、これにより、比例電磁弁13からパイロット圧導入路16に導かれる油圧パイロット圧の出力値が調整される。その結果、比例電磁弁13で圧力調整された油圧パイロット圧の出力値によりメインリリーフ弁11が制御されて、リーフ圧が制御される。図示はしていないが、パイロットポンプ12の油圧パイロット圧は、方向制御弁20,21を切り換えるためのパイロット信号を生成するため、後述する操作装置30,31のパイロット弁30a,31aにも導かれるようになっている。
Further, as will be described later, the
20は油圧ポンプ10からブームシリンダ6へ供給される圧油の流れや流量を切り換えて同シリンダ6の運動を制御するブーム用の方向制御弁、21は油圧ポンプ10からアームシリンダ7へ供給される圧油の流れや流量を切り換えて同シリンダ7の運動を制御するアーム用の方向制御弁、30は操作レバー30bの操作によりブーム用の方向制御弁20を切り換え操作するためのパイロット信号を出力するブーム操作用の操作装置、31は操作レバー31bの操作によりアーム用の方向制御弁21を切り換え操作するためのパイロット信号を出力するアーム操作用の操作装置、40は油圧ポンプ10の吐出圧Pを検出するためのポンプ吐出圧センサ、41は既述のアームシリンダストロークセンサ、50はメインリリーフ弁11のリリーフ圧を制御するリリーフ圧制御手段としての、後に詳述する制御装置、60はオペレータが操作することにより比例電磁弁13を切り換えるための指示信号を制御装置50に対し出力してメインリリーフ弁11のリリーフ圧を増減させるリリーフ圧操作手段としての圧力指示スイッチである。
A boom
ブーム用の方向制御弁20及びアーム用の方向制御弁21は、操作レバーの操作により左位置に切り換えられたときに、それぞれ、油圧ポンプ10の圧油をブームシリンダ6及びアームシリンダ7の各ロッド側に供給するとともに、これらの各ボトム側の圧油を作動油タンクに排出し、これにより、両シリンダ6,7を縮小させることができる。また、右位置に切り換えられたときには、それぞれ、油圧ポンプ10の圧油をブームシリンダ6及びアームシリンダ7の各ボトム側に供給するとともに、これらのロッド側の圧油を作動油タンクに排出し、これにより、両シリンダ6,7を伸長させることができる。その場合、操作レバーの操作量に応じて開口量が調節され、これにより、両シリンダ6,7の伸縮する速度を制御することができる。
When the boom
アーム操作用の操作装置31は、油圧パイロット圧を出力するパイロット弁31a(一対の減圧弁)と、傾動操作されパイロット弁31aから傾動量に応じた油圧パイロット圧を出力させる操作レバー31bとを設けて構成されている。操作用の操作装置30も、同様のパイロット弁30aと同様の操作レバー30bとを設けて構成されている。ポンプ吐出圧センサ40及びアームシリンダストロークセンサ41でそれぞれ検出された油圧ポンプ10の吐出圧P及びアームシリンダストロークは、制御装置50に入力され、後述するメインリリーフ弁11の制御のために使用される。本建設機械の油圧駆動装置は、制御装置50に最大の特徴があり、圧力指示スイッチ60は、本発明にとって不可欠のものではないので、この圧力指示スイッチ60は、適宜省略することができる。
The operating device 31 for arm operation includes a
そこで、図3及び図4に基づき、制御装置50の仕組みについて説明する。
Therefore, the mechanism of the
まず、この制御装置50の基本的な仕組みについて説明する。図3は、アームシリンダストロークとアームシリンダ7からアーム4に付与される掘削力との関係を概略的に示したものである。図3によれば、このアーム4の掘削力は、アームシリンダストロークがその最大値(100%)の約60%のときに最大(掘削力1)となり、アームシリンダストロークが0%(最小値)のときに最小(掘削力0.5)となって、掘削力が最大のときの半分程度と大幅に低下する。また、アーム4の掘削力は、アームシリンダストロークが100%(最大値)のときに、掘削力が最大のときの8割弱となってかなり低下する。
First, the basic mechanism of the
既述の深掘り掘削や法面下部掘削を行う場合には、図1に点線で示すようにアームシリンダ7を縮めてアーム4を前方に限界近くにまで伸ばすが、このとき、図3に示すようにアーム4の掘削力が大幅に低下するため、掘削作業を円滑に行うことができなくなって作業能率の低下を招く。また、既述の抱え込み掘削を行う場合には、図1に実線で示すように、アームシリンダ7を伸ばしてアーム4を立てた状態にしながら、アームシリンダストロークを最大値に近付けるようにアームシリンダ7を伸ばしてバケット5を車体側に引き寄せるようにしながら掘削するが、このときには、図3に示すようにアーム4の掘削力がかなり低下して不足気味になる。
When performing the deep excavation or the lower slope excavation as described above, the
本建設機械の油圧駆動装置では、こうした問題を解消するため、アーム4の掘削力が不足しがちなアームシリンダストロークの最小値側及び最大値側に、メインリリーフ弁11のリリーフ圧を増圧するときのアームシリンダストロークに係る設定範囲を設定し、制御装置50のストローク記憶手段に記憶させるようにしている。そして、制御装置50では、アームシリンダストロークセンサ41でのアームシリンダストロークの検出値がこのストローク記憶手段に記憶されているアームシリンダストロークに係る設定範囲内にあるときに、指令電圧を比例電磁弁13に出力してこれを上位置に切り換えることにより、所定の値の油圧パイロット圧をメインリリーフ弁11に送ってリリーフ圧を設定値だけ上昇させるようメインリリーフ弁11を制御するように構成している。
In the hydraulic drive device of the present construction machine, when the relief pressure of the
本建設機械の油圧駆動装置では、このようにアームシリンダストロークが設定範囲内にあるときに、制御装置50によりメインリリーフ弁11のリリーフ圧を上昇させるようにしているので、アームシリンダ7を伸縮する過程で、アームシリンダストロークが設定範囲内になると、アームシリンダ7の駆動力が増強され、これに伴って、アームシリンダ7からアーム4に付与される掘削力も増大する。したがって、従来の技術のようにオペレータが増圧指示スイッチのようなリリーフ圧操作手段を操作するようなことはしないでも、アームシリンダ7の駆動力をストロークの最小値付近及び最大値付近で増強して、アーム4の掘削力を強化することができる。
In the hydraulic drive device of the present construction machine, when the arm cylinder stroke is within the set range as described above, the relief pressure of the
次に、制御装置50の具体的な仕組みを図4に基づいて説明する。同図において、101はメインリリーフ弁11のリリーフ圧を増圧するときのアームシリンダストロークの設定範囲とこの設定範囲において増圧するリリーフ圧の増圧量とを記憶するストローク記憶手段を付設した第1の演算手段、102はメインリリーフ弁11のリリーフ圧を増圧するときの油圧ポンプ10の吐出圧Pの設定範囲とこの設定範囲において増圧するリリーフ圧の増圧量とを記憶するポンプ吐出圧記憶手段を付設した第2の演算手段、103は比例電磁弁13に出力する指令電圧をリリーフ圧の増圧量に対応して記憶する指令電圧記憶手段を付設した第3の演算手段、104は第1の演算手段101及び第2の演算手段102から出力される各増圧量のうちの低い方の増圧量を選択する第1の増圧量選択手段、105は第2の演算手段102及び圧力指定スイッチ60から出力される各増圧量のうちの低い方の増圧量を選択する第2の増圧量選択手段、106は第1の増圧量選択手段104及び第2の増圧量選択手段105で選択される各増圧量のうちの高い方の増圧量を選択する第3の増圧量選択手段である。
Next, a specific mechanism of the
第1の演算手段101及び第2の演算手段102には、それぞれアームシリンダストロークセンサ41及びポンプ吐出圧センサ40の検出結果が入力される。第1の演算手段101におけるストローク記憶手段及び第2の演算手段102におけるポンプ吐出圧記憶手段には、アームシリンダストローク及び油圧ポンプ10の吐出圧Pに対応してそれぞれ設定されたメインリリーフ弁11のリリーフ圧の増圧量がテーブルとして記憶され、第3の演算手段103における指令電圧記憶手段には、メインリリーフ弁11のリリーフ圧の増圧量に対応して出力する指令電圧がテーブルとして記憶されている。
The detection results of the arm
前述したように、アームシリンダストロークが0%のときにアーム4の掘削力が最小となって大幅に低下することから、第1の演算手段101におけるストローク記憶手段のテーブルでは、アームシリンダストロークが0%のときに、メインリリーフ弁11のリリーフ圧を最大増圧量(100%の増圧量)まで増圧するようにしている。一方、アームシリンダストロークが100%のときには、アーム4の掘削力はかなり低下するするものの、0%のときほどは低下しないので、メインリリーフ弁11のリリーフ圧を最大増圧量の半分程度にしか増圧するようにしていない。
As described above, when the arm cylinder stroke is 0%, the excavation force of the arm 4 is minimized and greatly reduced. Therefore, in the table of the stroke storage means in the first calculation means 101, the arm cylinder stroke is 0. %, The relief pressure of the
第2の演算手段102におけるポンプ吐出圧記憶手段のテーブルでは、油圧ポンプ10の吐出圧Pが設定値P1に達しない限り、メインリリーフ弁11のリリーフ圧を増圧することを許容せず、吐出圧Pが設定値P1にまで達したときに、そのリリーフ圧を急激に増圧して最大増圧量まで増圧することを許容するようにしている。この設定値P1は、例えば、メインリリーフ弁11の通常時のリリーフ圧よりも10%〜20%程度低い値に設定し、油圧ポンプ10の吐出圧Pが設定値P1に達していないときには、アームシリンダ7の駆動力に余裕があるものとみる。したがって、設定値P1は、アームシリンダ7の駆動力に余裕があるか否かを判定するための尺度となる値に設定する。
In the table of the pump discharge pressure storage means in the second calculation means 102, unless the discharge pressure P of the
第3の演算手段103における指令電圧記憶手段のテーブルでは、最終的に確定したメインリリーフ弁11のリリーフ圧の増圧量に正比例した電圧値が指令電圧として比例電磁弁13に出力されるようにしている。制御装置50は、以上述べた各演算手段101,102,103と各増圧量選択手段104,105,106とを設けて構成されている。図4中、圧力指示スイッチ60は、オフ操作されているときにメインリリーフ弁11のリリーフ圧の増圧量を0%にし、オン操作されたときにその増圧量を100%にするように構成されている。
In the table of the command voltage storage means in the third calculation means 103, a voltage value that is directly proportional to the finally determined relief pressure increase amount of the
制御装置50の作用について説明する。フロント作業機で掘削作業を開始すると、アームシリンダストロークセンサ41からアームシリンダストロークに係る検出値が第1の演算手段101に入力され、ポンプ吐出圧センサ40から油圧ポンプ10の吐出圧Pに係る検出値が第2の演算手段102に入力される。そうすると、第1の演算手段101では、アームシリンダストロークセンサ41の検出値がストローク記憶手段に記憶されているアームシリンダストロークの設定範囲にあるか否かを判断する。その結果、その検出値が設定範囲内にあると判断したときには、ストローク記憶手段のテーブルに従ってメインリリーフ弁11のリリーフ圧に関する増圧量の値を出力し、設定範囲内にないと判断したときには、そのリリーフ圧の増圧は行わず、増圧量0%の値を出力する。
The operation of the
一方、第2の演算手段102では、ポンプ吐出圧センサ40の検出値がポンプ吐出圧記憶手段に記憶されている油圧ポンプ10の吐出圧Pに係る設定値P1に達しているか否かを判断する。その結果、その検出値が設定値P1に達していると判断したときには、ポンプ吐出圧記憶手段のテーブルに従ってメインリリーフ弁11のリリーフ圧に関する増圧量の値を出力し、設定値P1に達していないと判断したときには、増圧量0%の値を出力する。第1の増圧量選択手段104では、こうして第1の演算手段101及び第2の演算手段102からそれぞれ出力される増圧量の値のうちの低い方の値Pn1を選択する。
On the other hand, the second calculation means 102 determines whether or not the detected value of the pump
この第1の増圧量選択手段104で行うこうした処理は、油圧ポンプ10の吐出圧Pが設定値P1に達していないのに、アームシリンダストロークの最小値側や最大値側でメインリリーフ弁11のリリーフ圧を増圧することを禁止するようにしたものである。こうした処理を行うことにより、アームシリンダ7がアーム4に付与し得る掘削力が不足していないにもかかわらず、リリーフ圧をアームシリンダストロークの最小値側や最大値側で画一的に増圧する無駄な制御をなくすことができる。
Such processing performed by the first pressure increase amount selection means 104 is performed by the
第2の増圧量選択手段105では、第2の演算手段102及び圧力指定スイッチ60からそれぞれ出力される増圧量の値のうちの低い方の値Pn2を選択する。したがって、圧力指定スイッチ60をオン操作してメインリリーフ弁11のリリーフ圧を100%の増圧量に増圧しようとしても、第2の演算手段102から出力される増圧量の値が100%でない限り、圧力指定スイッチ60のオン操作は機能しない。こうした処理を行うことにより、第1の増圧量選択手段104での処理と同様、アームシリンダ7の駆動力が不足していないにもかかわらずリリーフ圧を増圧する無駄な制御をなくすことができる。なお、圧力指定スイッチ60は、副次的に設けられたものであって、オペレータが必要としなければ、操作しなくても済む。
The second pressure increase amount selection means 105 selects the lower value Pn2 from the values of the pressure increase amounts output from the second calculation means 102 and the
以上のように、第1の増圧量選択手段104及び第2の増圧量選択手段105からは、メインリリーフ弁11のリリーフ圧に関する増圧量について、実際に必要とする増圧量の値Pn1,Pn2だけが選別されて出力され、第3の増圧量選択手段106では、こうして出力された増圧量の値Pn1,Pn2のうちの高い方の値Pxを選択する。この増圧量の値Pxは、第3の演算手段103に入力され、この第3の演算手段103からは、同増圧量の値Pxに見合った指令電圧が比例電磁弁13に出力されてメインリリーフ弁11のリリーフ圧を必要量だけ上昇させるように制御する。また、このリリーフ圧を上昇させる必要がなくなると、リリーフ圧が通常時のリリーフ圧に自動的に戻される。
As described above, from the first pressure increase amount selection means 104 and the second pressure increase amount selection means 105, the value of the pressure increase amount actually required for the pressure increase amount related to the relief pressure of the
以上、本発明に係る建設機械の油圧駆動装置について、アームシリンダ7の駆動力をストロークの最小値付近又は最大値付近で増強する例を説明したが、次に、バケットシリンダ8の駆動力をストロークの最大値付近で増強する実施形態について概説する。
As described above, the example of increasing the driving force of the
図5は、バケットシリンダストロークと、バケットシリンダ8からバケット5に付与される掘削力との関係を概略的に示したものである。この図5によれば、このバケット5の掘削力は、バケットシリンダストロークがその最大値(100%)の約30%のときに最大(掘削力1)となり、バケットシリンダストロークが最大値のときに最小(掘削力0.3強)となって、掘削力が最大のときの1/3程度と大幅に低下する。また、バケットシリンダストロークが0%(最小値)のときには、バケット5の掘削力は、最大のときの9割弱であって、それほどは低下しない。したがって、バケットシリンダ8については、深掘り掘削等、作業の内容によってはバケットシリンダストロークの最大値側でバケット5の掘削力が不足する。 FIG. 5 schematically shows the relationship between the bucket cylinder stroke and the excavating force applied from the bucket cylinder 8 to the bucket 5. According to FIG. 5, the excavation force of the bucket 5 is maximum (excavation force 1) when the bucket cylinder stroke is about 30% of the maximum value (100%), and when the bucket cylinder stroke is the maximum value. It becomes the minimum (excavation force of 0.3 or more), and is significantly reduced to about 1/3 of the maximum excavation force. Further, when the bucket cylinder stroke is 0% (minimum value), the excavation force of the bucket 5 is less than 90% at the maximum, and does not decrease so much. Therefore, for the bucket cylinder 8, the excavating force of the bucket 5 is insufficient on the maximum value side of the bucket cylinder stroke depending on the contents of work such as deep excavation.
バケットシリンダ8について、こうした問題を解消するためには、バケット5の掘削力が不足するバケットシリンダストロークの最大値側に、メインリリーフ弁11のリリーフ圧を増圧するときのバケットシリンダストロークに係る設定範囲を設定し、制御装置50のストローク記憶手段に記憶させる。そして、制御装置50では、バケットシリンダストロークがこのストローク記憶手段に記憶されているバケットシリンダストロークに係る設定範囲内にあるときに、リリーフ圧を設定値だけ上昇させるようメインリリーフ弁11を制御装置50で制御するように構成すればよい。また、こうした建設機械の油圧駆動装置を具体化する場合には、すでに述べた図4の例に準じて具体化すればよい。
In order to solve such a problem for the bucket cylinder 8, a setting range related to the bucket cylinder stroke when the relief pressure of the
以上述べた技術内容は、フロント作業機を駆動する油圧シリンダを備えた建設機械であれば、油圧ショベル以外の建設機械の油圧駆動装置にも適用することができ、これにより、リリーフ圧操作手段の操作を要することなく油圧シリンダの駆動力を増強することができる。すなわち、当該建設機械のフロント作業機について、油圧シリンダストロークの最小値付近又は最大値付近で大きな掘削力を要する作業の内容を見据えながら、ストローク記憶手段に記憶させる油圧シリンダストロークに係る設定範囲をその作業の内容に適うよう事前に検討して設定すれば、掘削力が不足しがちな油圧シリンダストロークの最小値付近又は最大値付近でその作業を円滑に実施できるように、油圧シリンダの駆動力をリリーフ圧制御手段としての制御装置50により適宜自動的に増強することができる。
The technical contents described above can be applied to a hydraulic drive device for a construction machine other than a hydraulic excavator as long as it is a construction machine having a hydraulic cylinder for driving a front working machine. The driving force of the hydraulic cylinder can be increased without requiring an operation. That is, with respect to the front working machine of the construction machine, the setting range related to the hydraulic cylinder stroke to be stored in the stroke storage means is set in the vicinity of the minimum value or the maximum value of the hydraulic cylinder stroke while looking at the content of the work that requires a large excavation force. If considering and setting in advance to suit the content of the work, the hydraulic cylinder drive force should be adjusted so that the work can be smoothly performed near the minimum or maximum value of the hydraulic cylinder stroke, where excavation force tends to be insufficient. The
このように、本発明に係る建設機械の油圧駆動装置では、オペレータがリリーフ圧操作手段を操作しないでも、油圧シリンダの駆動力をストロークの最小値付近又は最大値付近で増強して、フロント作業機に付与する作業力を強化することができる。その結果、油圧シリンダストロークの最小値付近や最大値付近で大きな作業力を要する作業を実施する場合に、従来よりもオペレータの作業負担を軽減することができ、油圧シリンダの駆動力の適切なる増強を確実に行うことができる。 As described above, in the hydraulic drive device for a construction machine according to the present invention, the driving force of the hydraulic cylinder is increased in the vicinity of the minimum value or the maximum value of the stroke without the operator operating the relief pressure operating means. It is possible to reinforce the work force applied to the. As a result, when performing work that requires a large work force near the minimum value or the maximum value of the hydraulic cylinder stroke, the operator's work load can be reduced more than before, and the drive force of the hydraulic cylinder can be appropriately increased. Can be performed reliably.
1 下部走行体
2 上部旋回体
3 ブーム
4 アーム
5 バケット
6 ブームシリンダ
7 アームシリンダ
8 バケットシリンダ
9a 第1の駆動用リンク
9b 第2の駆動用リンク
10 油圧ポンプ
11 メインリリーフ弁
12 パイロットポンプ
13 比例電磁弁
14 吐出側管路
20 ブーム用の方向制御弁
21 アーム用の方向制御弁
30 ブーム操作用の操作装置
31 アーム操作用の操作装置
40 ポンプ吐出圧センサ
41 アームシリンダストロークセンサ
50 制御装置
101 第1の演算手段
102 第2の演算手段
103 第3の演算手段
104 第1の増圧量選択手段
105 第2の増圧量選択手段
106 第3の増圧量選択手段
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