JP4432707B2 - 建設機械の油圧制御回路 - Google Patents

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本発明は油圧ショベル等の建設機械において、複数の油圧アクチュエータを同時に操作する複合操作時に、特定のアクチュエータの供給流量を優先的に確保するようにした油圧制御回路に関するものである。
たとえば油圧ショベルにおいては、複数の油圧アクチュエータを共通の油圧ポンプで駆動する回路構成がとられる。
そして、作業中に、共通のポンプで駆動される複数のアクチュエータを同時に操作する複合操作が行なわれる場合がある。以下、代表的な例として、旋回しながらアーム引き操作を行う場合で説明する。
この旋回／アーム引きの複合操作時に、ポンプ吐出流量の多くが負荷の小さいアームシリンダに送られて旋回モータが流量不足となり、旋回速度が低下するという不都合が生じる。
この場合、オペレータがアーム引き操作量(コントロールバルブのスプールストローク)を抑えて旋回流量を増やす操作を行うことは可能であるが、操作が煩雑となる。
そこで、複合操作時に自動的にアームシリンダに対する供給流量を絞って旋回モータの流量を確保する旋回優先方式の回路構成がとられている。
従来、この旋回優先方式の具体的な技術として、アームシリンダの作動を制御するコントロールバルブのメータイン側またはメータアウト側に流量制御弁を設け、複合操作時にこの流量制御弁によりアームシリンダ流量を絞って旋回モータに必要流量を確保する技術が公知である(特許文献１参照)。
特開２００１−２９５８０４号公報
ところが、上記公知技術によると、高圧・大流量の主回路に優先動作のためのバルブ(流量制御弁)を設けるため、このバルブとして高圧・大型の高価なものを使用しなければならない。このため、設備コストが高くつくという欠点があった。
なお、代替策として、非優先側であるアーム用コントロールバルブのアーム引き側パイロットラインに絞りを設け、旋回／アーム引きの複合操作時に、アーム引き側パイロット圧そのものを減圧してコントロールバルブに送ることにより、コントロールバルブのスプールストロークを本来の指令値よりも小さくすることが考えられる。
しかし、こうすると、優先動作のためのバルブは低圧・小型の安価なものですむが、弊害として、アーム引きパイロット圧が常に減圧されるため、複合操作でない通常操作時にアーム引き操作の応答性及び操作性が悪くなる。
そこで本発明は、複合操作時における優先動作のためのバルブとして低圧・小型の安価なバルブを使用してコストを安くでき、しかも非優先側の通常操作時の応答性及び操作性を悪化させるおそれがない建設機械の油圧制御回路を提供するものである。
請求項１の発明は、共通の油圧ポンプによって駆動される二つの油圧アクチュエータと、この両油圧アクチュエータの作動を個別に制御する二つの油圧パイロット式のコントロールバルブと、この両コントロールバルブの両側パイロットポートにパイロット圧を供給する二つのリモコン弁と、この両リモコン弁が同時に操作される複合操作時に一方の油圧アクチュエータを優先して作動させる優先手段としての減圧回路とを備え、この減圧回路は、
(Ａ)非優先側のコントロールバルブの操作側のパイロットラインに分岐ラインを分岐接続し、
(Ｂ)この分岐ラインを、さらに対抗圧力ラインと、タンクに通じるタンクラインとに分岐し、
(Ｃ)上記対抗圧力ラインをシャトル弁を介して上記非優先側コントロールバルブの非操作側パイロットポートに接続し、
(Ｄ)上記分岐ラインに第１絞りと、上記複合操作時に開通する切換弁、上記タンクラインに第２絞りをそれぞれ設ける
ことによって構成し、
(ｉ)複合操作時に、上記非優先側のコントロールバルブの操作側のパイロットポートに、非優先側のリモコン弁の操作に基づくパイロット圧を供給すると同時に、このパイロット圧を上記分岐ラインに取り出し、上記第１及び第２両絞りで減圧して、上記対抗圧力ライン及びシャトル弁を介して上記非優先側コントロールバルブの非操作側パイロットポートに対抗圧力として供給することにより非優先側のコントロールバルブのスプールストロークを減じる戻し制御を行い、
(ｉｉ)上記非優先側コントロールバルブの単独操作時には、上記非優先側リモコン弁の操作に基づくパイロット圧のみによって非優先側コントロールバルブを制御する通常制御を行う
ように構成したものである。
請求項２の発明は、請求項１の構成において、切換弁として、優先側のリモコン弁のパイロット圧によって開通位置に切換わる油圧パイロット式の切換弁を用いたものである。
請求項３の発明は、請求項１または２の構成において、上記第２絞りに代えて、コントローラによって制御される電磁比例弁を用い、優先側及び非優先側のパイロット圧の少なくとも一方に応じて上記電磁比例弁の開度を制御するように構成したものである。
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの構成において、切換弁及び第１絞りに代えて、コントローラによって制御される電磁比例弁を用い、優先側のパイロット圧に応じて上記電磁比例弁の開度を制御するように構成したものである。
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかの構成において、共通の油圧ポンプによって駆動される二つの油圧アクチュエータとしての旋回モータとアームシリンダについて、旋回とアーム引きが同時に行われる複合操作時に、アーム用リモコン弁のアーム引き側パイロット圧をアーム用コントロールバルブのパイロットポートに供給すると同時に、上記減圧回路によりこのパイロット圧を減圧して得られた圧力をアーム押し側のパイロットポートに対抗圧力として供給することによって上記戻し制御を行うように構成したものである。
本発明によると、特許文献１に記載された公知技術のように非優先側のアクチュエータのメータアウトまたはメータイン流量を絞って優先側アクチュエータの流量を確保するのではなく、減圧回路によって非優先側のコントローバルブのストロークを減じる戻し制御を行うにより非優先側アクチュエータ(旋回／アーム引きの複合操作を対象とする請求項５ではアームシリンダ)の供給流量を減らす構成であるため、使用するバルブもパイロット圧に対応する低圧、小型のものですみ、コストを安くすることができる。
しかも、減圧回路を、非優先側のコントロールバルブの操作側のパイロットラインに、非操作側のパイロットポートとタンクとに通じる状態で分岐接続し、この減圧回路により非優先側のパイロット圧を減圧して得られた圧力によってコントロールバルブの戻し制御を行うため、非優先側のパイロットラインに絞りを設け、パイロット圧そのものを落としてプールストロークを抑える構成とした場合のように、常に絞りが効いて、複合操作でない通常操作時(単独操作時)の応答性及び操作性を悪化させるおそれがない。
この場合、請求項２の発明によると、複合操作時に優先側のパイロット圧により油圧パイロット式の切換弁を開通させて減圧作用を行う構成であるため、コントローラが不要で設備コストが安くてすむ。
これに対し、請求項３の発明によると、電磁比例弁の開度、つまり対抗圧力を優先側、非優先側の少なくとも一方のパイロット圧に応じて制御するため、たとえば旋回／アーム引きの複合操作時に、旋回操作量(旋回要求流量)が大きければアーム用コントロールバルブのストロークをより小さくして旋回流量を多くする等、操作の実情に応じた細かな制御が可能となる。
また、請求項４の発明によると、たとえば、旋回／アーム引きの複合操作時に、旋回操作量と減圧開始時期との関係を必要に応じて調整することができる。
以下の実施形態においては、旋回／アーム引きの複合操作時に旋回優先の制御を行う回路構成をとっている。
第１実施形態(図１参照)
図１において、１は優先側アクチュエータとしての旋回モータ、２は非優先側アクチュエータとしてのアームシリンダで、この旋回モータ１及びアームシリンダ２は、それぞれ油圧パイロット式の旋回用及びアーム用のコントロールバルブ３,４を介して油圧ポンプ５及びタンクＴに接続され、このコントロールバルブ３,４によって個別に制御される。
また、旋回用コントロールバルブ３の両側パイロットポート３ａ,３ｂはパイロットライン６,７を介して旋回用リモコン弁８の二次側に、アーム用コントロールバルブ４の両側(アーム引き側及びアーム押し側)パイロットポート４ａ,４ｂは、パイロットライン９,１０を介してアーム用リモコン弁１１の二次側にそれぞれ接続され、この両リモコン弁８,１１により両コントロールバルブ３,４が操作される。
ここで、旋回／アーム引きの複合操作時には、旋回用リモコン弁８の左または右旋回操作と、アーム用リモコン弁１１のアーム引き操作とが同時に行なわれる。
これにより、旋回用コントロールバルブ３のスプールが図の左側または右側に、またアーム用コントロールバルブ４のスプールが図の右側に、それぞれリモコン弁操作量に応じたストロークで作動し、油圧ポンプ５の吐出油がこのバルブ開度に応じた配分で旋回モータ１及びアームシリンダ２のアーム引き側(シリンダ伸び側)に供給される。
この場合、アームシリンダ２の負荷が旋回モータ１の負荷よりも小さいため、旋回モータ１よりもアームシリンダ２に多くの流量が流れ、旋回速度が低くなってスムーズな複合操作ができなくなる。
そこで、この制御回路においては、旋回／アーム引きの複合操作時に、旋回モータ１に優先的にポンプ吐出油を供給する優先手段として減圧回路１２が設けられ、この減圧回路１２により、アーム用コントロールバルブ４のスプールストロークを本来の指令値よりも減じる戻し制御を行うように構成されている。
減圧回路１２は次のように構成されている。
アーム用コントロールバルブ４のアーム引き側パイロットライン９に分岐ライン１３が分岐接続されている。
この分岐ライン１３は、対抗圧力ライン１４及びシャトル弁１５を介してアーム用コントロールバルブ４のアーム押し側パイロットポート４ｂに接続されるとともに、タンクライン１６を介してタンクＴに接続されている。
また、分岐ライン１３の最上流側に第１絞り１７、その下流側に油圧パイロット式の切換弁１８がそれぞれ設けられるとともに、タンクライン１６に第２絞り１９が設けられている。
切換弁１８のパイロットポート１８ａは、切換弁操作ライン２０及びシャトル弁２１を介して旋回用コントロールバルブ３の両側パイロットライン６,７に接続され、同コントロールバルブ３の操作に基づく旋回パイロット圧Ｐｉsにより切換弁１８が図のブロック位置イから開通位置ロに切換わるように構成されている。
この構成において、旋回／アーム引きの複合操作が行なわれると、旋回用及びアーム用両コントロールバルブ３,４が同時に作動すると同時に、旋回パイロット圧Ｐｉsによって切換弁１８が開通位置ロに切換わる。
これにより、アーム引きパイロット圧Ｐｉａが分岐ライン１３から減圧回路１２に取出され、このパイロット圧Ｐｉａが第１及び第２両絞り１６,１８により減圧されてアーム押し側パイロットポート４ｂに対抗圧力Ｐｉr(＜Ｐｉａ)として加えられる。
従って、アーム用コントロールバルブ４の両側パイロットポート４ａ,４ｂ間の差圧が減少するため、同コントロールバルブ４のスプールストロークがリモコン弁１１による本来の指令値よりも小さい値に減じられる。
この戻し制御により、旋回／アーム引きの複合操作時に、旋回用コントロールバルブ３の通過流量、すなわち旋回モータ１の供給流量が必要なだけ確保される。
このように、非優先側のアームシリンダ２のメータアウトまたはメータイン流量を絞って優先側の旋回モータ１の流量を確保するのではなく、減圧回路１２により、アーム用コントローバルブ４のスプールストロークを減じる戻し制御を行ってアームシリンダ２の供給流量を減らす構成であるため、使用するバルブ(切換弁１８及び第１、第２両絞り１７,１９)もアーム引きパイロット圧Ｐｉａに対応する低圧、小型のものですむ。このため、設備コストを安くすることができる。
しかも、非優先側であるアーム引きパイロット圧Ｐｉａを減圧して得られた対抗圧力Ｐｉrによってアーム用コントロールバルブ４の戻し制御を行うため、減圧作用は複合操作時のみに作用し、アーム引き単独操作時にはアーム用コントロールバルブ４はパイロット圧Ｐｉａのみによって通常通り制御される。
このため、アーム引きパイロットライン９に絞りを設け、パイロット圧Ｐｉａそのものを減圧してスプールストロークを抑える構成とした場合のように、常に減圧作用が効いて、複合操作でない通常操作時にアーム引き操作の応答性及び操作性が悪くなるという弊害が生じない。
また、複合操作時に優先側である旋回パイロット圧Ｐｉsにより切換弁１８を開通させて減圧作用を行う構成であるため、電子制御を行う場合と違ってコントローラが不要となり、設備コストが安くてすむ。
第２実施形態(図２参照)
第２実施形態及び後述する第３実施形態においては、第１実施形態との相違点のみを説明する。
第２実施形態においては、減圧回路１２のタンクライン１６に設けられる減圧手段として、第１実施形態の第２絞り１９に代えて電磁比例弁２２が用いられている。
この電磁比例弁２２は、図示しない圧力センサによって検出される旋回パイロット圧Ｐｉs及びアーム引きパイロット圧Ｐｉａに応じた指令信号に基づいて開度が制御され、この開度に応じて、アーム用コントロールバルブ４のアーム押し側パイロットポート４ｂに加えられる対抗圧力Ｐｉrが変化する。
具体的には、たとえば旋回用リモコン弁８の操作量が大きい(旋回パイロット圧Ｐｉsが高い)場合には、旋回モータ１の要求流量が多いとして、対抗圧力Ｐｉｒが高くなるように電磁比例弁２２の開度が制御される。これにより、アーム用コントロールバルブ４のスプールストロークの戻し量が多くなってアームシリンダ２への供給流量が減少(旋回モータ１への供給流量が増加)する。
また、アーム用リモコン弁１１の操作量が小さい場合には、アームシリンダ２の供給流量が元々少なく、アーム用コントロールバルブ４の戻し量も少なくてよいことから、対抗圧力Ｐｉrが低くなるように電磁比例弁２２の開度が制御される。
従って、この第２実施形態によると、操作の実情に応じた細かな旋回優先制御が可能となる。
第３実施形態(図３参照)
第３実施形態においては、第１、第２両実施形態において分岐ライン１３に設けられた第１絞り１７及び切換弁１８に代えて電磁比例弁２４が用いられている。
ここでは、タンクライン１６に電磁比例弁２２を用いる第２実施形態の構成を前提としている。
分岐ライン１３の電磁比例弁２４は、旋回パイロット圧Ｐｉsに基づくコントローラ２３からの指令信号によって開度が制御される。
具体的には、たとえば、予めコントローラ２３に旋回操作量と同比例弁２４の開度の関係が記憶され、旋回用リモコン弁８の操作量がある値以上となったときに電磁比例弁２４に指令信号が送られて戻し制御が開始される。
この構成によると、機械によって異なる旋回モータ１の容量や作業内容(たとえば複合操作時に求められる旋回速度)等に応じて戻し制御の開始時期等を調整することができる。
なお、第２絞り１９を用いる第１実施形態の構成において、第１絞り１７に代えてこの電磁比例弁２４を用いる構成をとってもよい。
本発明の第１実施形態を示す回路構成図である。 本発明の第２実施形態を示す回路構成図である。 本発明の第３実施形態を示す回路構成図である。
１ 優先側アクチュエータとしての旋回モータ
２ 非優先側アクチュエータとしてのアームシリンダ
３ 優先側コントロールバルブとしての旋回用コントロールバルブ
４ 非優先側コントロールバルブとしてのアーム用コントロールバルブ
４ａ 操作側パイロットポートとしてのアーム引き側パイロットポート
４ｂ 非操作側パイロットポートとしてのアーム押し側パイロットポート
５ 油圧ポンプ
６,７ 旋回パイロットライン
８ 旋回用リモコン弁
９ アーム引き側パイロットライン
１０ アーム押し側パイロットライン
１１ アーム用リモコン弁
１２ 減圧回路
１３ 分岐ライン
１４ 対抗圧力ライン
１５ シャトル弁
１６ タンクライン
Ｔ タンク
１７ 第１絞り
１８ 切換弁
１９ 第２絞り
２２ 第２絞りに代わる電磁比例弁
２３ コントローラ
２４ 第１絞り及び切換弁に代わる電磁比例弁

Claims (5)

  1. 共通の油圧ポンプによって駆動される二つの油圧アクチュエータと、この両油圧アクチュエータの作動を個別に制御する二つの油圧パイロット式のコントロールバルブと、この両コントロールバルブの両側パイロットポートにパイロット圧を供給する二つのリモコン弁と、この両リモコン弁が同時に操作される複合操作時に一方の油圧アクチュエータを優先して作動させる優先手段としての減圧回路とを備え、この減圧回路は、
    (Ａ)非優先側のコントロールバルブの操作側のパイロットラインに分岐ラインを分岐接続し、
    (Ｂ)この分岐ラインを、さらに対抗圧力ラインと、タンクに通じるタンクラインとに分岐し、
    (Ｃ)上記対抗圧力ラインをシャトル弁を介して上記非優先側コントロールバルブの非操作側パイロットポートに接続し、
    (Ｄ)上記分岐ラインに第１絞りと、上記複合操作時に開通する切換弁、上記タンクラインに第２絞りをそれぞれ設ける
    ことによって構成し、
    (ｉ)複合操作時に、上記非優先側のコントロールバルブの操作側のパイロットポートに、非優先側のリモコン弁の操作に基づくパイロット圧を供給すると同時に、このパイロット圧を上記分岐ラインに取り出し、上記第１及び第２両絞りで減圧して、上記対抗圧力ライン及びシャトル弁を介して上記非優先側コントロールバルブの非操作側パイロットポートに対抗圧力として供給することにより非優先側のコントロールバルブのスプールストロークを減じる戻し制御を行い、
    (ｉｉ)上記非優先側コントロールバルブの単独操作時には、上記非優先側リモコン弁の操作に基づくパイロット圧のみによって非優先側コントロールバルブを制御する通常制御を行う
    ように構成したことを特徴とする建設機械の油圧制御回路。
  2. 請求項１記載の建設機械の油圧制御回路において、切換弁として、優先側のリモコン弁のパイロット圧によって開通位置に切換わる油圧パイロット式の切換弁を用いたことを特徴とする建設機械の油圧制御回路。
  3. 請求項１または２記載の建設機械の油圧制御回路において、上記第２絞りに代えて、コントローラによって制御される電磁比例弁を用い、優先側及び非優先側のパイロット圧の少なくとも一方に応じて上記電磁比例弁の開度を制御するように構成したことを特徴とする建設機械の油圧制御回路。
  4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の建設機械の油圧制御回路において、切換弁及び第１絞りに代えて、コントローラによって制御される電磁比例弁を用い、優先側のパイロット圧に応じて上記電磁比例弁の開度を制御するように構成したことを特徴とする建設機械の油圧制御回路。
  5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の建設機械の油圧制御回路において、共通の油圧ポンプによって駆動される二つの油圧アクチュエータとしての旋回モータとアームシリンダについて、旋回とアーム引きが同時に行われる複合操作時に、アーム用リモコン弁のアーム引き側パイロット圧をアーム用コントロールバルブのパイロットポートに供給すると同時に、上記減圧回路によりこのパイロット圧を減圧して得られた圧力をアーム押し側のパイロットポートに対抗圧力として供給することによって上記戻し制御を行うように構成したことを特徴とする建設機械の油圧制御回路。
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