JP4425877B2 - 建設機械オプション装置用の油圧回路 - Google Patents

Description

本発明は、ブレーカーなどのようなオプション装置を装着して作業を行う際、オプション装置に生じ得る負荷のいかんにかかわらず、油圧ポンプからの流量を一定として供給し、作業することができるようにした建設機械オプション装置用の油圧回路に関するものである。

より詳しくは、油圧ポンプから吐き出される流量がオプション装置に生じ得る負荷の大きさにかかわらず、オプション装置に一定として供給できるため、オプション装置の操作が簡単かつ容易であり、オプション装置の仕様によって要求される流量を任意に調整することができるようにした建設機械オプション装置用の油圧回路に関する。

図１に示されたように、従来技術による流量制御弁は、可変容量型油圧ポンプ１と、油圧ポンプ１に連通する供給ライン８と、供給ライン８に連通するアクチュエータポート７を介して油圧ポンプ１に繋がるオプション装置２と、供給ライン８に連通する並列通路６に設けられ、アクチュエータポート７に供給される作動油を制御するポペット５と、油圧ポンプ１とオプション装置２との間の流路に設けられ、外部よりパイロット信号圧の印加時に切換えられ、オプション装置２(ブレーカー、シャー、チルトなどのような作業装置をいう)に供給される流量、流れ方向を制御するスプール３とを備える。

図面中、符号４、４ａはリリーフ弁である。
油圧ポンプ１から吐き出される作動油は供給ライン８を介してポペット５を、図面上、上方向きに押し上げて並列通路６で待機している。外部からパイロット信号圧Ｐｂがスプール３の左側端に入力されることによって、スプール３を図面上、右側方向に切換えさせる。スプール３により並列通路６で待機していた作動油は、アクチュエータポート７を通過してオプション装置２に供給される。

この際、前述したオプション装置２は、製造会社によって該仕様が異なり、即ち、オプション装置２に用いられる流量及び圧力が相違した場合、必要とされる流量が異なるにも拘わらず、前述した油圧ポンプ１から様々なオプション装置２に供給される流量は一定として、流量調整が不可能であった。

一方、オプション装置２に生じる負荷変動に応じてオプション装置２の作動速度が可変されることによって、建設機械の運転に熟練したオペレータの場合にもオプション装置２を効率よく操作しにくく、また高価の建設機械を介して作業を行うにもかかわらず作業性が劣るという問題を抱えていた。

本発明は、かかる従来技術の問題点等に鑑みてなされたものであり、該目的は、ブレーカーなどのようなオプション装置を装着して作業を行う場合、オプション装置に発生する負荷の大きさにかかわらず、油圧ポンプから吐き出される流量がオプション装置に一定として供給されるため、オプション装置の操作が容易となり、様々なオプション装置の仕様によって要求される流量を任意に調整することができるようにした建設機械オプション装置用の油圧回路を提供することにある。

本発明の他の目的は、建設機械の運転において素人のオペレータでも様々なオプション装置を容易に操作することができ、且つ、オペレータに利便性を与えることができるようにした建設機械オプション装置用の油圧回路を提供することにある。

前述した本発明の目的は、可変容量型油圧ポンプと、油圧ポンプに連結されるオプション装置と、油圧ポンプと前記オプション装置との間の流路に設けられ、外部より印加されるパイロット信号圧により切換えられる際、油圧ポンプからオプション装置に供給される流量を制御する第１スプールと、第１スプールの切換時、油圧ポンプからの作動油をオプション装置に供給することができるように油圧ポンプと第１スプールとの間の流路に開閉可能に設けられるポペット及びポペットの背圧室に弾設されるピストンと、第１スプールの通過前の圧力と、通過後の圧力との差により切換えられ、切換時、背圧室と連通する貫通流路を介して油圧ポンプからポペットの背圧室に供給される流量を制御する第２スプールと、ピストンに形設され、第２スプールの切換時、油圧ポンプから吐き出され、ポペットの背圧室に供給される作動油を制御する第１オリフィスと、第２スプールとピストンの背圧室との間の流路に設けられ、第２スプールの切換時、油圧ポンプからピストンの背圧室に供給される作動油を制御する第２オリフィスと、入口側が第１スプールとポペットとの間の流路に連通され、出口側が第２スプールに連通される流路に設けられ、油圧ポンプから吐き出されて第２スプールを切換えさせる作動油を制御する第３オリフィスとを備え、油圧ポンプからの作動油がオプション装置へ供給されると、第２スプールを切換えさせる信号圧間に生じる圧力損失が第２スプールが繰返し切換えられることによって一定となるようにして、オプション装置に作動油を一定として供給するように制御することを特徴とする建設機械オプション装置用の油圧回路を提供すること、および可変容量型油圧ポンプと、油圧ポンプに連結されるオプション装置と、油圧ポンプと前記オプション装置との間の流路に設けられ、油圧ポンプから吐き出され、オプション装置に供給される作動油を制御するオリフィスと、外部から印加されるパイロット信号圧により切換えられる際、油圧ポンプからオプション装置に供給される作動油を可変的に制御する可変オリフィスとを含む第１スプールと、第１スプールの切換時、油圧ポンプからの作動油をオプション装置に供給することができるように油圧ポンプと第１スプールとの間の流路に開閉可能に設けられるポペット及びポペットの背圧室に弾設されるピストンと、第１スプールの通過前の
圧力と、通過後の圧力との差により切換えられ、切換時、背圧室と連通する貫通流路を介して油圧ポンプからポペットの背圧室に供給される流量を制御する第２スプールと、ピストンに形設され、第２スプールの切換時、油圧ポンプから吐き出され、ポペットの背圧室に供給される作動油を制御する第１オリフィスと、第２スプールとピストンの背圧室との間の流路に設けられ、第２スプールの切換時、油圧ポンプからピストンの背圧室に供給される作動油を制御する第２オリフィスと、入口側が第１スプールとポペットとの間の流路に連通され、出口側が第２スプールに連通される流路に設けられ、油圧ポンプから吐き出されて第２スプールを切換えさせる作動油を制御する第３オリフィスとを備え、油圧ポンプからの作動油がオプション装置に供給されると、前記第２スプールを切換えさせる信号圧間に生じる圧力損失が第２スプールが繰返し切換えられることによって一定となるようにして、オプション装置に作動油を一定として供給するように制御することを特徴とする建設機械オプション装置用の油圧回路を提供することによって達成される。

望ましい実施例によれば、様々なオプション装置を使用する場合、前述した第１スプールを切換えさせるパイロット信号圧印加手段により選択されたオプション装置に要求される流量表示部に切換えられる際、パイロット信号圧が選択されたオプション装置に供給される流量に応じて供給されるようにする電気式選択スイッチをさらに備える。

前述したように、本発明の建設機械オプション装置用の油圧回路によれば、以下のような効果を奏する。
先ずは、ブレーカーなどのようなオプション装置に生じ得る負荷の大きさにかかわらず、油圧ポンプから吐き出される流量がオプション装置に一定として供給されるため、オプション装置の作動速度が一定となり、且つ、オプション装置の仕様が異なる場合は、供給される流量を任意に調整することができるため、作業能率を向上させることが可能となる。

また、建設機械の運行に未熟したオペレータでも、様々な種類のオプション装置を容易に操作することができ、オペレータにとり操作の便宜を図ることができる。

以下、本発明による望ましい実施形態を添付図面に基づいて説明するが、これは本発明に属する技術分野で通常の知識を有する者が発明を容易に実施することができる程度内にて詳しく説明するためのものであって、これにより本発明の技術的思想及び範疇に限定することを意味するものではない。

図２及び図３に示されたように、本発明による建設機械オプション装置用の油圧回路は、可変容量型油圧ポンプ１０と、該油圧ポンプに連結されたオプション装置１１(ブレーカーなどの作業装置をいう)と、油圧ポンプ１０とオプション装置１１との間の流路に設けられ、外部より印加されるパイロット信号圧により切換えられる際、油圧ポンプ１０からオプションポート２６を介してオプション装置１１に供給される流量を制御する第１スプール１２と、第１スプール１２の切換時、油圧ポンプからの作動油をオプション装置１１に供給することができるように油圧ポンプ１０と第１スプール１２との間の流路に開閉可能に設けられるポペット１３と、ポペット１３の背圧室１４に弾設されるピストン１５と、第１スプール１２の通過前後の圧力差により切換えられ、切換時に背圧室１４と連通する貫通流路１７を介して油圧ポンプ１０からポペット１３の背圧室１４に供給される流量を制御する第２スプール１８とを備える。

また、前述したピストン１５に形成され、第２スプール１８の切換時、油圧ポンプ１０から吐き出され、ポペット１３の背圧室１４に供給される作動油を制御する第１オリフィス１６と、第２スプール１８とピストン１５の背圧室２１との間の流路２７に設けられ、第２スプールの切換時、油圧ポンプ１０からピストン１５の背圧室２１に供給される作動油を制御する第２オリフィス１９と、入口側が第１スプール１２とポペット１３との間の流路と連通し、出口側が第２スプール１８と連通する流路２８に設けられ、油圧ポンプ１０から吐き出され、第２スプール１８を切換えさせる作動油を制御する第３オリフィス２０とをさらに備える。

図面中、符号２９は可変容量型油圧ポンプ１０の供給ライン１０ａと連通し、第２スプール１８を切換させる信号圧を供給されるパイロット流路である。

以下では、本発明による建設機械オプション装置用の油圧回路の使用例を添付した図面を参照として詳しく説明する。

図２及び図３に示されたように、可変容量型油圧ポンプ１０から吐き出される作動油は供給ライン１０ａと、供給ライン１０ａと連通したパイロット流路２９に供給される。供給ライン１０ａに供給される作動油によりポペット１３を図面上、上方向きに押し上げる。この際、ポペット１３の背圧室１４に供給された作動油は、ポペット１３のオリフィス１３ａを通過し、チャンバー３０に移動されることから、ポペット１３は上方向に移動されてピストン１５に接触することになる(この際、弾性部材３３は圧縮される)。従って、供給ライン１０ａの作動油はチャンバー３０へ移動することになる。

外部よりパイロット信号圧Ｐｉが第１スプール１２の左側端に印加される場合、第１スプール１２が図面上、右側方向に切換えられるため、可変容量型油圧ポンプ１０から吐き出され、チャンバー３０に供給された作動油はオプションポート２６に供給された後、オプション装置１１に供給されてオプション装置１１を駆動させる。

このように、第１スプール１２の切換によりチャンバー３０とオプションポート２６とが連通し、油圧ポンプ１０から吐き出される作動油がオプション装置１１に供給される場合、第２スプール１８の通過前の圧力と、通過後の圧力間に圧力損失が発生する(この際、通油する流量が増加すれば圧力損失も増加される)。

第１スプール１２の切換により上昇する圧力は、チャンバー３０と連通された流路２８に沿って第２スプール１８の左側端に供給される。即ち、流路２８の端部に形成の第３オリフィス２０を通過し、第２スプール１８に供給される場合、第２スプール１８を図面上、右側方向に切換えさせる。この際、第２スプール１８の受圧部断面積をＡ１だとすると、第２スプール１８を右側方向に切換させる力はＡ１×Ｐ１である。

一方、オプションポート２６における圧力は、パイロット流路３１を通過し、第２スプール１８の右側端に供給されるため、第２スプール１８を図面上、左側方向に切換させる。この際、第２スプール１８の受圧部断面積をＡ２だとすると、第２スプール１８を左側方向に切換させる力は(Ａ２×Ｐ２)＋Ｆ１(弾性部材３２の弾性力をいう)である。

つまり、第２スプール１８を初期状態(図面に示された状態をいう)のまま保つ条件は、Ａ１×Ｐ１＜（Ａ２×Ｐ２）＋Ｆ１であり、
第２スプール１８を図面上、右側方向に切換えさせる条件は、
Ａ１×Ｐ１＞（Ａ２×Ｐ２）＋Ｆ１である。

即ち、前述した第２スプール１８を図面上、右側方向に切換えさせる場合、流路２８を介して作動油が第２スプール１８の左側端に供給できることによって、第２スプール１８が図面上、右側方向に切換えられる。この際、供給ライン１０ａと連通するパイロット流路２９に供給された作動油は、第２スプール１８、貫通流路１７を順次に通過した後、ピストン１５の背圧室２１に供給されるため、ピストン１５を図面上、下側方向に移動させる。この際、弾性部材３３により弾設されたポペット１３が同時に下側方向に移動される。

このように、ポペット１３が下側方向に移動される場合、ポペット１３により供給ライン１０ａとチャンバー３０との間の流路が断絶される。この際、流路２８内の圧力が減少されることによって、第２スプール１８を図面上、左側方向に移動させる。つまり、Ａ１×Ｐ１＜（Ａ２×Ｐ２）＋Ｆ１の数式が成立されることになる。

第２スプール１８が図面上、左側方向に移動されると、パイロット流路２９内の圧力が貫通流路１７の方に供給されることが妨げられるため、ポペット１３が、図面上、上方向きに移動されながら油圧ポンプ１０から吐き出される作動油がチャンバー３０、流路２８を経て第２スプール１８に供給されることによって、Ａ１×Ｐ１＞(Ａ２×Ｐ２)＋Ｆ１が成立される。これにより、第２スプール１８が図面上、右側方向に切換えられることになる。

図４及び図５に示されたように、第２スプール１８を切換えさせる信号圧間に生じる圧力損失が、第２スプール１８を繰返し切換えることによって、一定となる。

即ち、オプション装置１１に供給される流量Ｑは、Ｑ＝Ｃｄ×Ａ×△Ｐであることがわかる(この際、Ｑは流量、Ｃｄは流量係数、Ａ(スプール開口面積＝常数、△Ｐ＝常数(流路２７と流路２８での圧力損失をいう))。

図６に示されたように、本発明の他の実施例による建設機械オプション装置用の油圧回路は、作動圧力の異なる様々な種類のオプション装置を用いる場合、前述した第１スプール１２を切換えさせるパイロット信号圧の印加手段により選択されたオプション装置１１に要求される流量表示部２２に切換えられる際、パイロット信号圧が選択されたオプション装置１１に供給される流量に応じて供給できるようにする電気式選択スイッチ２３をさらに備える。

この際、選択されたオプション装置１１に要求される作動油に相応するパイロット信号圧を第１スプール１２へ印加することができるように多段階の流量表示部２２からなる電気式選択スイッチ２３を除いては、該構成が図２に示されたものと質実的に同様であるため、同一個所には同符号を付して説明を省略する。

図７に示されたように、本発明の他の実施例による建設機械オプション装置用の油圧回路は、油圧ポンプ１０とオプション装置１１との間の流路に設けられ、油圧ポンプ１０から吐き出され、オプション装置１１に供給される作動油を制御する固定式オリフィス２４と、外部より印加されるパイロット信号圧により切換えられる際、油圧ポンプ１０からオプション装置１１に供給される作動油を可変的に制御する可変オリフィス２５を含める第１スプール１２を備える。

この際、初期段階で油圧ポンプ１０からオプション装置１１に供給される作動油を制御する固定式オリフィス２４と、外部よりパイロット信号圧を受けると切換えられ、オプション装置１１に供給される作動油を可変制御する可変オリフィス２５からなる第１スプール１２を除いては、該構成が図２に示されたものと質実的に同様であるため、同一個所には同符号を付して説明を省略する。

従来技術による流量制御弁の概略を示した断面図である。 本発明による建設機械オプション装置用の油圧回路図である。 本発明による油圧回路に該当する流量制御弁の断面図である。 本発明において、パイロット信号圧による吐出流量、ポンプ圧力の関係を示すグラフである。 本発明において、圧力と吐出流量との関係を示すグラフである。 本発明の他の実施例による油圧回路図である。 本発明のさらに他の実施例による油圧回路図である。

符号の説明

１０ 油圧ポンプ
１１ オプション装置
１２ 第１スプール
１３ ポペット
１４、２１ 背圧室
１５ ピストン
１６ 第１オリフィス
１７ 貫通流路
１８ 第２スプール
１９ 第２オリフィス
２０ 第３オリフィス
２２ 流量表示部
２３ 電気式選択スイッチ
２４ オリフィス
２５ 可変オリフィス

Claims (3)

1. 可変容量型油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプに連結されるオプション装置と、
   前記油圧ポンプと前記オプション装置との間の流路に設けられ、外部より印加されるパイロット信号圧により切換えられる際、油圧ポンプからオプション装置に供給される流量を制御する第１スプールと、
   前記第１スプールの切換時、油圧ポンプからの作動油をオプション装置に供給することができるように油圧ポンプと第１スプールとの間の流路に開閉可能に設けられるポペット及びポペットの背圧室に弾設されるピストンと、
   前記第１スプールの通過前の圧力と、通過後の圧力との差により切換えられ、切換時、背圧室と連通する貫通流路を介して油圧ポンプからポペットの背圧室に供給される流量を制御する第２スプールと、
   前記ピストンに形設され、前記第２スプールの切換時、油圧ポンプから吐き出され、ポペットの背圧室に供給される作動油を制御する第１オリフィスと、
   前記第２スプールとピストンの背圧室との間の流路に設けられ、前記第２スプールの切換時、油圧ポンプからピストンの背圧室に供給される作動油を制御する第２オリフィスと、
   入口側が第１スプールとポペットとの間の流路に連通され、出口側が第２スプールに連通される流路に設けられ、油圧ポンプから吐き出されて第２スプールを切換えさせる作動油を制御する第３オリフィスとを備え、
   前記油圧ポンプからの作動油がオプション装置へ供給されると、前記第２スプールを切換えさせる信号圧間に生じる圧力損失が第２スプールが繰返し切換えられることによって一定となるようにして、オプション装置に作動油を一定として供給するように制御することを特徴とする建設機械オプション装置用の油圧回路。
2. 可変容量型油圧ポンプと、
   前記油圧ポンプに連結されるオプション装置と、
   前記油圧ポンプと前記オプション装置との間の流路に設けられ、油圧ポンプから吐き出され、オプション装置に供給される作動油を制御するオリフィスと、外部から印加されるパイロット信号圧により切換えられる際、油圧ポンプからオプション装置に供給される作動油を可変的に制御する可変オリフィスとを含む第１スプールと、
   前記第１スプールの切換時、油圧ポンプからの作動油をオプション装置に供給することができるように前記油圧ポンプと前記第１スプールとの間の流路に開閉可能に設けられるポペット及びポペットの背圧室に弾設されるピストンと、
   前記第１スプールの通過前の圧力と、通過後の圧力との差により切換えられ、切換時、背圧室と連通する貫通流路を介して油圧ポンプからポペットの背圧室に供給される流量を制御する第２スプールと、
   前記ピストンに形設され、前記第２スプールの切換時、油圧ポンプから吐き出され、ポペットの背圧室に供給される作動油を制御する第１オリフィスと、
   前記第２スプールとピストンの背圧室との間の流路に設けられ、前記第２スプールの切換時、油圧ポンプからピストンの背圧室に供給される作動油を制御する第２オリフィスと、
   入口側が第１スプールとポペットとの間の流路に連通され、出口側が第２スプールに連通される流路に設けられ、油圧ポンプから吐き出されて第２スプールを切換えさせる作動油を制御する第３オリフィスとを備え、
   前記油圧ポンプからの作動油がオプション装置に供給されると、前記第２スプールを切換えさせる信号圧間に生じる圧力損失が第２スプールが繰返し切換えられることによって一定となるようにして、オプション装置に作動油を一定として供給するように制御することを特徴とする建設機械オプション装置用の油圧回路。
3. 様々な種類のオプション装置を用いる場合、前記第１スプールを切換えさせるパイロット信号圧印加手段により選択されたオプション装置に要求される流量表示部に切換えられる際、パイロット信号圧が、選択されたオプション装置に供給される流量に応じて供給されるようにする電気式選択スイッチをさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の建設機械オプション装置用の油圧回路。

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