JP4666933B2 - 回転式作業機の油圧制御回路 - Google Patents

Description

本発明は、回転式掘削機や回転式破砕機等回転式作業機の回転・停止を制御する油圧制御回路に関する。

従来から、作業車両の走行、又は回転式掘削機や回転式破砕機等の作業機を油圧モータで駆動する作業機械において、該油圧モータへの圧油の流入量及び方向を制御する制御弁を、電気レバーの操作によりコントローラを介して制御しているものがあり、通常電気レバーの操作量に応じて前記油圧モータの回転速度を制御している。例えば特許文献１には、この制御の際に、制御弁の操作による油圧回路圧の昇降及びポンプ吐出量の増減について、作動時間とこれに随う前記油圧回路圧の昇降及びポンプ吐出量の増減との比率が多段階に順次変化するものとなるように、前記制御弁の最大動作速度（操作信号の最大変化速度）を制限するモジュレーションパターンを設定し、圧油の回路圧が作動時間に随って一定の比率で昇降する場合に対して、設定タイム（モジュレーションパターン）以上に早く動かないように制御弁及びポンプ可変装置を作動させ、制御弁及びポンプの作動時に生じるショックを吸収するモジュレーション制御を行い、更にポンプの作動時に生じるキャビテーションを防止するようにしたものが示されている。

特許第２５０９３１１号公報（第３頁、第２図）

上述した従来の油圧制御回路によると、確かに、回路圧が作動時間に随って一定の比率で昇降する場合、モジュレーションパターン以上に早く動かないように制御弁及びポンプ可変装置を作動させるので、制御弁及びポンプの作動時に生じるショックを吸収できると共に、ポンプの作動時に生じるキャビテーションを防止できるという効果が得られる。

一方、ブルドーザや油圧ショベル等の建設機械においては、運転席の左右いずれかの側方に、走行や作業機（以下、合わせて作業機と言う。）の前記制御弁への元圧（即ち、圧力源からの入力油圧）又は前記制御弁への操作パイロット圧を遮断可能とする作業機ロックレバーを備えているのが一般的である。この作業機ロックレバーのオン／オフ操作信号に基づき、前記制御弁の元圧開閉弁又は前記制御弁の操作パイロット圧の開閉弁を操作するようになっており、オペレータが運転席から離れる際に該作業機ロックレバーをオン（ロック側）操作すると、上記開閉弁を遮断して前記制御弁の操作を不能とし、これによってオペレータが予期しない作業機の作動を防止している。

しかしながら、前記従来の油圧制御回路においては、作業機の操作中に上記ロックレバーをオン（ロック側）操作すると、油圧モータの回転中に前記制御弁の元圧開閉弁又は前記制御弁の操作パイロット圧の開閉弁が急に強制的に遮断されるため、油圧モータの油圧回路内にキャビテーションが発生したり、油圧回路にピーク圧が発生したりする。この結果、油圧モータや油圧機器の耐久性が低下するという問題がある。また、同様に、油圧モータの回転中に、回転式作業機の回転方向を選択するスイッチ（図示せず）をオペレータが操作して、回転式作業機の回転方向を逆転させた場合にも、前記制御弁の元圧開閉弁又は前記制御弁の操作パイロット圧の開閉弁が急に反対の油流入方向に切り換えられるため、油圧回路内に油圧の急激な変化が発生し、キャビテーションやピーク圧が発生するという問題もある。

本発明は、上記の問題点に着目してなされたもので、制御弁の元圧又はパイロット圧を遮断するロックレバー等が不意に操作されても、又は作業機回転方向を逆転する操作がされても、制御弁の油圧回路内にキャビテーションやピーク圧が発生することを未然に防止できる回転式作業機の油圧制御回路を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、第１発明は、回転式作業機の油圧制御回路において、
油圧源からの圧油の切り換えにより回転方向を切り換えて、回転式作業機を駆動する少なくとも１個の油圧モータを制御する制御弁と、
前記制御弁の開度を制御するパイロット操作弁と、
前記制御弁への油圧源からの圧油又は前記パイロット操作弁のパイロット圧の供給又は遮断を切り換え、遮断状態において油圧モータの作動を禁止するロック弁と、
前記ロック弁の切換え作動を選択するロックレバーの操作位置を検出する作業機ロック検出センサと、
前記回転式作業機が回転中に前記作業機ロック検出センサからのロック信号を入力したときに、前記制御弁の開度を所定変化率以下で漸減して閉じる指令を前記パイロット操作弁に出力し、この後所定時間経過後に前記ロック弁を閉じる指令を出力するコントローラとを備えた構成としている。
そして、回転式作業機は、回転式掘削機又は回転式破砕機のロータである。

この場合において、前記回転式作業機の回転方向を選択する作業機正転／逆転選択スイッチを備え、前記コントローラは、前記回転式作業機の回転駆動中に前記作業機正転／逆転選択スイッチから現回転方向の逆転の選択信号を入力しても、現回転方向を維持する制御を行う方が好ましい。

本発明によると、ロックレバーがロック側に操作されると、コントローラはまず、制御弁の開度を漸減する指令を出力して回転式作業機駆動用の油圧モータをなだらかに減速、停止させ、この後ロック弁を閉じる指令を出力するので、油圧モータの油圧回路内にキャビテーションやピーク圧が発生することが無い。このため、制御弁や油圧モータ等の油圧機器への負荷が軽減され、耐久性を向上できる。

以下、本発明に係る回転式作業機の油圧制御回路の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、本発明の適用機械として、回転式掘削機を備えた作業車両を例に説明する。

まず、図１により回転式掘削機を備えた作業車両の説明をする。作業車両１は、車体１ａの下部左右に左右１対の履帯式走行装置２，２を備え、車体１ａの後側上部には運転室４を備えている。運転室４内に運転席４ａが備えられ、運転席４ａの左右いずれかの側（通常、運転席４ａからオペレータが離れる場合に通る側であり、本例では左側である。）に作業機ロックレバー５が設けられている。左右１対の履帯式走行装置２，２に前後方向に設けたトラックフレーム３，３の外方側部には、前方に伸びる左右１対の作業機支持フレーム６，６の一端部が上下揺動自在に取り付けられており、左右１対の作業機支持フレーム６，６の他端部に回転式掘削機２０が設けられている。回転式掘削機２０は、前記左右１対の作業機支持フレーム６，６の他端部に前後方向に揺動自在に取り付けたベース部材２７の前部に、円筒形状を成し、かつ該円筒の外周部に掘削刃部を有するロータ２１を回動自在に備えている。ロータ２１の上方にはロータ２１を回転駆動する油圧モータ１９を備え、油圧モータ１９とロータ２１とを例えばギヤ等からなる動力伝達機構２２で連結している。また、車体１ａの前端部左右と前記ベース部材２７との間には回転式掘削機２０を昇降駆動する油圧シリンダ２８，２８が取り付けられており、前記左右１対の作業機支持フレーム６，６のいずれか一方と前記ベース部材２７との間には、回転式掘削機２０を前後方向に揺動（以後、チルトと言う。）駆動する油圧シリンダ（図示せず）を取り付けている。

図２は、実施形態に係る油圧制御回路の要部を表している。図２において、エンジン７によって回転駆動されている油圧ポンプ１５の出力ポートは、管路２４ａを経由してロータ駆動用のメイン制御弁１７の入力ポートに接続されているとともに、管路２４ｃを経由して減圧弁１４の入力ポートに接続されている。前記メイン制御弁１７の戻りポートは管路２４ｂを経由してタンク１６に接続され、前記管路２４ａ及び管路２４ｂの間にはリリーフ弁１８が接続されている。またメイン制御弁１７の出力ポートには、ロータ駆動用の前記油圧モータ１９が接続されている。尚、メイン制御弁１７は、本例ではパイロット操作式の４ポート３位置の方向制御弁である。油圧モータ１９の回転動力は、例えば歯車機構やチェーン駆動機構等の動力伝達機構２２を介してロータ２１に伝達されて、ロータ２１を回転駆動する。

前記油圧ポンプ１５は本実施例では例えば斜板式の可変容量形ポンプからなり、この斜板はコントローラ３０からの指令に基づいて図示しない斜板制御部を介して制御されるようになっている。

減圧弁１４の出力ポートは管路２５ａを経由してロック弁１３の入力ポートに接続され、減圧弁１４のドレンポートは管路２５ｂを経由してタンク１６に接続されている。この減圧弁１４は、ａ位置で入力ポートと出力ポートとを連通し、ｂ位置で出力ポートとドレンポートとを連通する構造となっている。

また、前記ロック弁１３の出力ポートは、ロータ正転弁１１及びロータ逆転弁１２それぞれの入力ポートに接続され、該ロータ正転弁１１及びロータ逆転弁１２の出力ポートはそれぞれ前記メイン制御弁１７の正転パイロット操作部及び逆転パイロット操作部に接続されている。該ロータ正転弁１１及びロータ逆転弁１２のドレンポートは前記管路２５ｂ，２４ｂを介してタンク１６に接続されており、戻りのパイロット油をタンク１６にドレンするように構成されている。該ロータ正転弁１１及びロータ逆転弁１２はソレノイド操作式切換弁で構成され、それぞれのソレノイド操作部にはコントローラ３０からロータ正転信号及びロータ逆転信号が入力される。また、前記ロック弁１３はソレノイド操作式開閉弁で構成され、そのソレノイド操作部にはコントローラ３０から元圧ロック信号が入力される。

尚、本例の回路図においては、本発明に係る主要作業機としてロータ２１についてのみ示しているが、本発明はこれに限定されず、その他の回転式作業機（図示せず）を備えたものにも適用可能であり、これらの作業機に係るロック弁等の記載は省略する。

図３は、実施形態の制御装置構成ブロック図である。図３において、オペレータ操作情報を入力するものとして、ロータ２１の始動を指令するロータ始動スイッチ３１と、ロータ２１の停止を指令するロータ停止スイッチ３２と、ロータ２１の回転方向（正転又は逆転）を選択するロータ正転／逆転選択スイッチ３３と、前記作業機ロックレバー５のロック状態を検出する作業機ロック検出センサ３４とを備えており、それぞれの検出信号はコントローラ３０に入力されている。ここで、ロータ操作レバー（図示せず）は始動と停止を選択し指令するようになっており、この場合、前記ロータ始動スイッチ３１は該ロータ操作レバーの始動位置を検出するリミットスイッチ等で構成され、前記ロータ停止スイッチ３２は該ロータ操作レバーの停止位置を検出するリミットスイッチ等で構成されている。また、作業機ロック検出センサ３４は、作業機ロックレバー５がロック位置に操作されたのを検出するリミットスイッチ等で構成される。

コントローラ３０は、マイクロコンピュータ等の演算装置を主体として構成されており、前記各スイッチ３１，３２，３３及び検出センサ３４の検出信号を入力し、これらの入力信号に基づいて後述するような演算処理によりロータ正転弁１１、ロータ逆転弁１２及びロック弁１３の指令信号の出力を制御して、油圧モータ１９の回転及び停止を適切に制御する。また、前記運転室４内にはモニタパネル表示器４０が設けてあり、上記コントローラ３０はその制御処理に係るアラーム表示指令などをモニタパネル表示器４０に出力する。モニタパネル表示器４０には、例えば逆転操作禁止灯や、正転中又は逆転中の表示（ランプやＬＥＤ）、又はアラームメッセージ表示器（液晶表示器等）が設けられている。これらの逆転操作禁止灯や、正転中又は逆転中の表示は、例えば、油圧モータ１９の回転中に現回転方向と逆の回転方向がロータ正転／逆転選択スイッチ３３で選択されたときに、点灯又は点滅させるようにしている。なお、作業機の駆動を制御する手段の一つとして、ロータ２１のリフト（昇降）やチルトの駆動用油圧シリンダ２８等を制御する作業機制御弁２３を備えている。

次に、図４に示す制御フローチャートに基づき、本実施形態に係る制御処理手順を説明する。

まず、ステップＳ１で、コントローラ３０は作業機ロック検出センサ３４から入力した検出信号に基づき、作業機ロックレバー５がオフ（ロック解除側）か否かをチェックし、オン（ロック側）のときには、ステップＳ１の処理を繰り返して作業機ロックレバー５がオフになるのを待つ。オフのときには、次にステップＳ２で、ロック弁１３に開指令を出力して、油圧ポンプ１５からの吐出圧油を減圧弁１４を経由してロータ正転弁１１及びロータ逆転弁１２に供給する。次にステップＳ３で、ロータ正転／逆転選択スイッチ３３の正逆選択信号を取り込み、ステップＳ４で、この入力した正逆選択信号に対応してロータ正転モード又は逆転モードに設定する。

次に、ステップＳ５で、ロータ始動スイッチ３１がオフ状態からオンされたかをチェックし、オンされてないときにはステップＳ３に戻って上記処理を繰り返し、オンされたときにはステップＳ６で、前記設定されたロータ正転モード又は逆転モードに対応した回転方向のロータ始動処理を行う。ここで、このロータ始動処理では、ロータ２１駆動用の油圧モータ１９の回路圧が図５に示すようになだらかに立ち上がるように、前記設定されたロータ正転モード又は逆転モードにそれぞれ対応したロータ正転弁１１又はロータ逆転弁１２のソレノイド操作部に、所定時間をかけて漸増する正転信号又は逆転信号を出力する。これにより、メイン制御弁１７の開度は該所定時間の間に閉位置から開位置に漸増し、油圧モータ１９を所定回転数まで滑らかに加速する。

次に、ステップＳ７で、ロータ回転中にロータ正転／逆転選択スイッチ３３が切り換えられたかをチェックし、切り換えられたときにはステップＳ８で、この切り換え操作は受け付けず、ロータ回転中に回転方向を切り換える異常操作が行われたことを知らせるアラーム表示指令をモニタパネル表示器４０に出力して、オペレータに警告する。これによって、ロータ回転中に回転方向を切り換える異常操作を禁止している。そして、この後、又は上記ステップＳ７でロータ回転中にロータ正転／逆転選択スイッチ３３が切り換えられていないときには、次に、ステップＳ９で、ロータ停止スイッチ３２がオンされたか否かをチェックし、オンされたときにはステップＳ１１で、ロータ停止処理を行う。ここで、このロータ停止処理では、ロータ２１駆動用の油圧モータ１９の回路圧が図５に示すようになだらかに減少するように、前記選択されたロータ正転モード又は逆転モードにそれぞれ対応したロータ正転弁１１又はロータ逆転弁１２のソレノイド操作部に、所定時間をかけて回転停止まで漸減する正転信号又は逆転信号を出力する。これにより、メイン制御弁１７の開度は所定時間の間に開位置から閉位置に漸減し、油圧モータ１９を滑らかに減速させ、ついには停止させる。なお、上記ロータ停止処理を開始した後、油圧モータ１９が略停止するまで、所定時間内は再始動を禁止している。

前記ステップＳ９においてロータ停止スイッチ３２がオンされてないときには、ステップＳ１３で作業機ロックレバー５がオンされたか否かをチェックし、オンされたときには、ステップＳ１４でロータ停止処理を実行する。なお、このロータ停止処理は前記ステップＳ１１での処理と同一である。そして、ロータ停止処理を開始して所定時間（略停止するまでの時間）経った後に、ステップＳ１５でロック弁１３に閉指令を出力してロータ正転弁１１及びロータ逆転弁１２への駆動圧油（元圧）を遮断し、ステップＳ１に戻って以上の処理を繰り返す。上記ステップＳ１３で、作業機ロックレバー５がオンされていないときには、ステップＳ７へ戻って処理を繰り返す。

以上説明したように、ロータ２１（回転式掘削機）を回転駆動する油圧モータ１９を駆動している最中に、作業機ロックレバー５がロック側へ操作されたときには、まず、油圧モータ駆動用の開閉弁（ロータ正転弁１１及びロータ逆転弁１２）に所定時間以内で漸減する制御指令を出力して、該油圧モータ１９の駆動油圧をなだらかに零まで減少させ、油圧モータ１９をなめらかに停止させる。そしてこの後、ロック弁１３を閉じて上記開閉弁へのパイロット油を遮断し、油圧モータ１９の作動を禁止する。従って、油圧モータ作動中に作業機ロックレバー５がロック側に操作されても、油圧回路内にキャビテーションやピーク圧が発生するのを防止できる。これによって、油圧機器への負荷が軽減されるので、油圧機器の耐久性を向上できるとともに、使用する油圧機器のコストを低減できる。

また、油圧モータ１９を駆動している最中に、作業機正転／逆転選択スイッチ３３が操作されて現回転方向と反対の方向が選択されても、この選択を受け付けずに現回転方向を維持する制御を行っているので、油圧の急激な変化を生じることがなく、油圧回路内にキャビテーションやピーク圧が発生するのを防止できる。よって、油圧機器の耐久性を向上できるとともに、油圧機器のコストを低減できる。さらに、このように作業機正転／逆転選択スイッチ３３の選択を受け付けないときに、その旨をオペレータに知らせるアラーム表示をモニタパネル表示器４０にするので、オペレータは自分の操作ミスを直ちに理解でき、操作ミスをしないように注意するので、操作性を向上できるとともに、油圧機器の耐久性を向上できる。

また、従来はキャビテーションやピーク圧の発生を防止するために、タンク１６と油圧モータ１９との間に、油圧モータ１９側へ油の吸い込みを行うようにチェック弁を用いた吸い込み弁を装着することもあったが、このような吸い込み弁等の余分な油圧機器を不要とし、油圧部品点数を低減して油圧回路を簡単化できる。さらにまた、油圧モータ１９の駆動中に作業機ロックレバー５がロック側へ操作されたときには、上記のように制御弁１７の開度を漸減して油圧モータ１９の駆動油圧をなだらかに減少させた後、ロック弁１３を閉じているが、この後次に油圧モータ１９を駆動する場合には、作業機ロックレバー５がオフ（ロック解除）され、操作レバー（ロータ操作レバー）を一旦停止位置に戻した後に始動位置に操作されたときのみ始動を開始するようにしたため、作業機ロックレバー５のロック解除のみで再始動されるのを防止でき、オペレータの操作に基づき、より確実に油圧モータを始動できる。

尚、実施形態では、制御弁１７をパイロット操作するロータ正転弁１１及びロータ逆転弁１２のパイロット圧に対して、ロック弁１３で供給又は遮断の切換をする構成で説明したが、これに限定されず、油圧ポンプ１５から制御弁１７への油圧（元圧）の供給又は遮断をロック弁１３で切り換えるように構成した回路であっても構わない。

また、実施形態では回転式掘削機としてロータ２１を備えた作業車両を例に挙げて説明したが、本発明の適用機械はこれに限定されず、他の回転式作業機を備えた作業機械にも適用可能である。

本発明に係る回転式掘削機を備えた作業車両の側面図である。 本発明の実施形態に係る油圧制御回路の要部である。 本発明の実施形態に係る制御装置構成ブロック図である。 本発明の実施形態に係る制御フローチャートである。 本発明の制御に係る作業機駆動油圧の特性説明図である。

１...作業車両、２...走行装置、３...トラックフレーム、４...運転室、５...作業機ロックレバー、６...作業機支持フレーム、７...エンジン、１１...ロータ正転弁、１２...ロータ逆転弁、１３...ロック弁、１４...減圧弁、１５...油圧ポンプ、１６...タンク、１７...メイン制御弁、１８...リリーフ弁、１９...油圧モータ、２０...回転式掘削機、２１...ロータ、２２...動力伝達機構、２３...作業機制御弁、２４ａ，２４ｂ，２４ｃ...管路、２５ａ，２５ｂ...管路、２７...ベース部材、２８...油圧シリンダ、３０...コントローラ、３１...ロータ始動スイッチ、３２...ロータ停止スイッチ、３３...ロータ正転／逆転選択スイッチ（作業機正転／逆転選択スイッチ）、３４...作業機ロック検出センサ、４０...モニタパネル表示器。

Claims (1)

1. 回転式作業機の油圧制御回路において、
   油圧源からの圧油の切り換えにより回転方向を切り換えて、回転式作業機(21)を駆動する少なくとも１個の油圧モータ(19)を制御する制御弁(17)と、
   前記制御弁(17)の開度を制御するパイロット操作弁(11,12)と、
   前記制御弁(17)への油圧源からの圧油又は前記パイロット操作弁(11,12)のパイロット圧の供給又は遮断を切り換え、遮断状態において前記油圧モータ(19)の作動を禁止するロック弁(13)と、
   前記ロック弁(13)の切換え作動を選択するロックレバー(5)の操作位置を検出する作業機ロック検出センサ(34)と、
   前記回転式作業機(21)が回転中に前記作業機ロック検出センサ(34)からのロック信号を入力したときに、前記制御弁(17)の開度を所定変化率以下で漸減して閉じる指令を前記パイロット操作弁(11,12)に出力し、この後所定時間経過後に前記ロック弁(13)を閉じる指令を出力するコントローラ(30)と、
   を備え、
   前記回転式作業機(21)は、回転式掘削機又は回転式破砕機のロータである、
   回転式作業機の油圧制御回路。