JP4702894B2 - 油圧ショベルにおける油圧制御システム - Google Patents
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そこで、従来、機体持ち上げ動作時に、ブームシリンダのブーム下降時における最高圧を設定するポートリリーフ弁、およびブームシリンダの油圧供給源となる油圧ポンプの最高圧を設定するメインリリーフ弁の設定圧を、高圧側に切り換えるように構成した技術が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。
一方、作業アタッチメントが接地していない状態でブームを下降させる場合、ブームシリンダのヘッド側油室から排出される油は、作業部の有する位置エネルギーにより高圧となっているが、該位置エネルギーを回収、再利用するために、従来、ブームシリンダの他にブーム昇降用アシストシリンダを設け、ブームの下降時にブーム昇降用アシストシリンダのヘッド側油室から排出される油をアキュムレータに蓄圧すると共に、ブームの上昇時に、アキュムレータに蓄圧された圧油をブーム昇降用アシストシリンダのヘッド側油室に供給するようにした技術が開示されている(例えば、特許文献2参照。)。
ところで、前記特許文献2のように、ブーム昇降用アシストシリンダのヘッド側油室からの排出油をアキュムレータに蓄圧するように構成する場合、あるいは、前記提案のように、ブームシリンダのヘッド側油室からの排出油をアキュムレータに蓄圧するように構成する場合、ブームの下降時に、ブーム昇降用アシストシリンダあるいはブームシリンダのヘッド側油室はアキュムレータに接続されることになるが、このものにおいて、前述した機体持ち上げ動作を行おうとした場合、ブーム昇降用アシストシリンダあるいはブームシリンダのヘッド側油室はアキュムレータに接続されているため高圧となっており、このため、前記特許文献1のようにロッド側油室に高圧の圧油が供給されるように構成しても、ブーム昇降用アシストシリンダあるいはブームシリンダを縮小させるための大きな推力を得ることは困難であるという問題があり、ここに本発明が解決しようとする課題がある。
そして、この様にすることにより、機体持ち上げ動作時以外のブーム下降時に、ブームシリンダのヘッド側油室から排出された油は、アキュムレータに蓄圧されると共にブームシリンダのロッド側油室に供給されることになって、作業部の有する位置エネルギーを有効に回収、再利用できる一方、機体持ち上げ動作時には、ヘッド側油室からの排出油は油タンクに流れることになって、ヘッド側油室の圧力を低下せしめることができ、これによりロッド側油室とヘッド側油室との差圧が大きくなって、ブームシリンダを縮小せしめるための大きな推力を得ることでき、而して、機体持ち上げ動作をスムーズに行うことができる。
請求項2の発明は、判断手段は、ブームシリンダのロッド側油室とヘッド側油室との差圧に基づいて、機体持ち上げ動作時であるか否かを判断することを特徴とする請求項1に記載の油圧ショベルにおける油圧制御システムである。
そして、この様にすることにより、機体持ち上げ動作時であるか否かの判断を、的確に行うことができる。
請求項3の発明は、油圧制御システムに、ブーム用操作レバーの操作および判断手段の判断に基づいてブームシリンダに対する油給排制御を行うコントロールバルブを設けると共に、該コントロールバルブは、機体持ち上げ動作時以外のブーム下降操作時には、ブームシリンダのヘッド側油室から排出される油を油タンクに流さない第一下降側位置に位置する一方、機体持ち上げ動作時のブーム下降操作時には、ブームシリンダのヘッド側油室から排出される油を油タンクに流す第二下降側位置に位置するように制御されることを特徴とする請求項1または2に記載の油圧ショベルにおける油圧制御システムである。
そして、この様にすることにより、コントロールバルブは、同じようにブーム用操作レバーが下降側に操作された場合であっても、機体持ち上げ動作時と機体持ち上げ動作時以外との二通りの制御を行うことができる。
請求項4の発明は、コントロールバルブは、ブーム用操作レバーの操作および判断手段の判断に基づいてスプールが移動するスプール弁により形成されると共に、スプールの移動ストロークが増加するに伴い第一下降側位置から第二下降側位置に切換わるように構成されることを特徴とする請求項3に記載の油圧ショベルにおける油圧制御システムである。
そして、この様にすることにより、ブームを空中降下させてから機体持ち上げ動作を行うような場合に、第一下降側位置から第二下降側位置への切換えがスムーズに行われることになり、良好な操作性を得ることができる。
請求項5の発明は、油圧ポンプは、機体持ち上げ動作時に、アキュムレータの蓄圧油を吸い込んでブームシリンダのロッド側油室に供給する一方、機体持ち上げ動作時以外のブーム下降時に、ブームシリンダのヘッド側油室から排出された油を吸い込んでロッド側油室に供給するように構成されることを特徴とする請求項1乃至4に記載の油圧ショベルにおける油圧制御システムである。
そして、この様にすることにより、油圧ポンプは、機体持ち上げ動作時のときも機体持ち上げ動作時以外のときも、高圧の油を吸い込んで吐出することになって、所要動力を殆ど必要とせず、エネルギー消費の低減に大きく貢献できる。
請求項6の発明は、油圧制御システムに、機体持ち上げ動作時における油圧ポンプの吐出流量を、機体持ち上げ動作に適した吐出流量となるように制御するポンプ制御手段を設けたことを特徴とする請求項1乃至5に記載の油圧ショベルにおける油圧制御システムである。
そして、この様にすることにより、油圧ポンプは、機体持ち上げ動作時には、該機体持ち上げ動作に適した吐出流量となるように制御されることになり、而して、ブーム用操作レバーの操作量が小さいような場合であっても、機体持ち上げ動作をスムーズに行うことができる。
請求項7の発明は、ブームの上昇時に、油圧ポンプは、アキュムレータに蓄圧された油を吸い込んでブームシリンダのヘッド側油室に供給することを特徴とする請求項1乃至6に記載の油圧ショベルにおける油圧制御システムである。
そして、この様にすることにより、機体持ち上げ動作時以外のブーム下降時にブームシリンダのヘッド側油室から排出されてアキュムレータに蓄圧された油は、ブームの上昇時に、専用ポンプによってブームシリンダのヘッド側油室に供給されることになり、而して、作業部の有する位置エネルギーを無駄無く有効に再利用することができて、省エネルギー化に大きく貢献できる。
ここで、第一、第二メインポンプ9、10は、前記ブームシリンダ8だけでなく、油圧ショベル1に設けられる各種油圧アクチュエータ(図示しないが、走行モータ、旋回モータ、アームシリンダ、バケットシリンダ等)の油圧供給源となる可変容量型ポンプである。尚、図2、図3中、丸付きの数字は結合子記号であって、対応する丸付き数字同士が接続される。
まず、ブーム用操作レバーが上昇側に操作された場合について説明すると、制御装置16は、メインポンプ制御用電磁比例減圧弁17に対し、第一、第二メインポンプ9、10のポンプ出力をエンジン回転数と作業負荷に対応させるべく制御信号を出力する。
つまり、アシスト割合αが「1」の場合は、制御装置16から出力される制御信号によって第一上昇側電磁比例減圧弁23からパイロット圧が出力され、これにより第一コントロールバルブ18が上昇側位置Xに切換り、而して、第一メインポンプ9の吐出油が、上昇側位置Xの第一コントロールバルブ18を経由してシリンダヘッド側油路20に流れて、ブームシリンダ8のヘッド側油室8aに供給されるが、該第一コントロールバルブ18からヘッド側油室8aへの供給流量は、ブーム用操作レバーの操作量に応じて要求される流量となるように制御される。
また、アシスト割合αが「1」〜「0」のあいだ(但し、「1」および「0」は含まず)の場合は、前述したアシスト割合αが「1」の場合と同様に、制御装置16から出力される制御信号によって第一上昇側電磁比例減圧弁23からパイロット圧が出力され、これにより第一コントロールバルブ18が上昇側位置Xに切換って、第一メインポンプ9の吐出油がブームシリンダ8のヘッド側油室8aに供給されるが、該第一コントロールバルブ18からヘッド側油室8aへの供給流量は、ブーム用操作レバーの操作量に応じて要求される流量にアシスト割合αを乗じた流量、つまりアシスト割合αが低くなるほどブーム用操作レバーの操作量に応じて要求される流量よりも少ない流量となるように制御される。
さらに、アシスト割合αが「0」の場合は、制御装置16から第一上昇側電磁比例減圧弁23に対して、第一コントロールバルブ18からブームシリンダ8への供給流量をゼロにするための制御信号が出力される。これにより、第一コントロールバルブ37は中立位置Nに保持され、而して、第一メインポンプ9からブームシリンダ8のヘッド側油室8aに圧油供給されないと共に、ネガティブコントロール流量制御によって、第一メインポンプ9の吐出流量は最小となるように制御されるようになっている。
つまり、供給割合βが「1」の場合は、制御装置16から第三上昇側電油変換弁38に対して出力される制御信号によって第三コントロールバルブ37が上昇側位置Xに切換り、而して、専用ポンプ32の吐出油が、上昇側位置Xの第三コントロールバルブ37を経由してシリンダヘッド側油路20に流れて、ブームシリンダ8のヘッド側油室8aに供給されるが、該第三コントロールバルブ37からヘッド側油室8aへの供給流量は、ブーム用操作レバーの操作量に応じて要求される流量となるように制御される。
また、供給割合βが「1」〜「0」のあいだ(但し、「1」および「0」は含まず)の場合は、前述した供給割合βが「1」の場合と同様に、制御装置16から第三上昇側電油変換弁38に対して出力される制御信号によって第三コントロールバルブ37が上昇側位置Xに切換り、専用ポンプ32の吐出油がブームシリンダ8のヘッド側油室8aに供給されるが、該第三コントロールバルブ19からヘッド側油室8aへの供給流量は、ブーム用操作レバーの操作量に応じて要求される流量に供給割合βを乗じた流量、つまり供給割合βが低くなるほどブーム用操作レバーの操作量に応じて要求される流量よりも少ない流量となるように制御される。
さらに、供給割合βが「0」の場合は、制御装置16から第三上昇側電油変換弁38に対して、第三コントロールバルブ37からブームシリンダ8への供給流量をゼロにするための制御信号が出力される。これにより、第三コントロールバルブ37は中立位置Nに保持され、而して、専用ポンプ32からブームシリンダ8のヘッド側油室8aに圧油供給されないようになっている。
一方、第一コントロールバルブ18は中立位置Nに保持されており、而して、第一メインポンプ9からヘッド側油室8aへの圧油供給はなされない。
また、第二コントロールバルブ19は、ブーム用操作レバーの操作量に応じて要求される流量をヘッド側油室8aに供給するように制御され、而して、第二メインポンプ10から最大で(ブーム用操作レバーの操作量が最大のとき)一ポンプ分の流量がヘッド側油室8aに供給される。
尚、ブームシリンダ8のロッド側油室8bから排出された油は、上昇側位置Xの第三コントロールバルブ37を経由して油タンク11に流れる。
一方、第三コントロールバルブ37は中立位置Nに保持されており、而して、専用ポンプ32からヘッド側油室8aへの圧油供給はなされない。
また、第二コントロールバルブ19は、ブーム用操作レバーの操作量に応じて要求される流量をヘッド側油室8aに供給するように制御され、而して、第二メインポンプ10から最大で一ポンプ分の流量がヘッド側油室8aに供給される。
尚、ブームシリンダ8のロッド側油室8bから排出された油は、上昇側位置Xの第一コントロールバルブ18を経由して油タンク11に流れる。
一方、第一コントロールバルブ18は、該三コントロールバルブ18からヘッド側油室8aへの供給流量が、アシスト割合αが低くなるほど(つまり、蓄圧圧力ΔPが増加するほど)ブーム用操作レバーの操作量に応じて要求される吐出流量よりも少なくなるように制御される。
ここで、前記第三コントロールバルブ37からヘッド側油室8aへの供給流量は、ブーム用操作レバーの操作量に応じて要求される流量に供給割合βを乗じた流量であり、また、第一コントロールバルブ18からヘッド側油室8aへの供給流量は、ブーム用操作レバーの操作量に応じて要求される流量にアシスト割合αを乗じた流量であり、しかもアシスト割合αと供給割合βとを足すと「1」となる(α+β=1)ように設定されているから、第三コントロールバルブ37からの供給流量が減少するにつれて第一コントロールバルブ18からの供給流量が増加すると共に、第三コントロールバルブ37からの供給流量と第一コントロールバルブ18からの供給流量とを足すと、ブーム用操作レバーに応じて要求される流量になる。而して、専用ポンプ32および第一メインポンプ9から足して最大で(ブーム用操作レバーの操作量が最大のとき)一ポンプ分の流量がヘッド側油室8aに供給される。
また、第二コントロールバルブ19は、ブーム用操作レバーの操作量に応じて要求される流量をヘッド側油室8aに供給するように制御され、而して、第二メインポンプ10から最大で一ポンプ分の流量がヘッド側油室8aに供給される。
尚、ブームシリンダ8のロッド側油室8bから排出された油は、上昇側位置Xの第一コントロールバルブ18および上昇側位置Xの第三コントロールバルブ37を経由して油タンク11に流れる。
尚、第二コントロールバルブ19は、ブーム5の下降時には中立位置Nに保持され、而して、ブームシリンダ8に対する油給排を行わないと共に、第二メインポンプ9の吐出流量も、ネガティブコントロール流量制御によって最小となるように制御される。
尚、機体持ち上げ動作時以外のブーム5の下降時に、ヘッド側油室8aからの排出油のうち一部は、第一コントロールバルブ18の再生用弁路18dを経由してロッド側油室8bに供給される。
5 ブーム
6 アーム
7 バケット
8 ブームシリンダ
8a ヘッド側油室
8b ロッド側油室
11 油タンク
16 制御装置
32 専用ポンプ
36 アキュムレータ
37 第三コントロールバルブ
Y1 第一下降側位置
Y2 第二下降側位置
70 第三コントロールバルブ制御部
73 専用ポンプ制御部
74 機体持ち上げ動作判断部
73 専用ポンプ制御部
Claims (7)
- 機体本体に、基端部が機体本体に揺動自在に軸支され、ブームシリンダの伸縮作動により昇降動するブーム、該ブームの先端部に揺動自在に軸支されるアーム、該アームの先端部に取付けられる作業アタッチメントを備えた作業部を装着してなる油圧ショベルにおいて、該油圧ショベルの油圧制御システムに、前記作業アタッチメントを接地させた状態でブームを機体本体に対して相対的に下降せしめることで機体本体を持ち上げる機体持ち上げ動作時であるか否かを判断する判断手段を設け、機体持ち上げ動作時でないと判断された場合のブーム下降時には、ブームシリンダのヘッド側油室から排出される油を、アキュムレータに蓄圧すると共にブームシリンダのロッド側油室に供給するように構成する一方、機体持ち上げ動作時であると判断された場合には、油圧ポンプから供給される圧油をブームシリンダのロッド側油室に供給すると共に、ブームシリンダのヘッド側油室から排出される油を油タンクに流すように構成したことを特徴とする油圧ショベルにおける油圧制御システム。
- 判断手段は、ブームシリンダのロッド側油室とヘッド側油室との差圧に基づいて、機体持ち上げ動作時であるか否かを判断することを特徴とする請求項1に記載の油圧ショベルにおける油圧制御システム。
- 油圧制御システムに、ブーム用操作レバーの操作および判断手段の判断に基づいてブームシリンダに対する油給排制御を行うコントロールバルブを設けると共に、該コントロールバルブは、機体持ち上げ動作時以外のブーム下降操作時には、ブームシリンダのヘッド側油室から排出される油を油タンクに流さない第一下降側位置に位置する一方、機体持ち上げ動作時のブーム下降操作時には、ブームシリンダのヘッド側油室から排出される油を油タンクに流す第二下降側位置に位置するように制御されることを特徴とする請求項1または2に記載の油圧ショベルにおける油圧制御システム。
- コントロールバルブは、ブーム用操作レバーの操作および判断手段の判断に基づいてスプールが移動するスプール弁により形成されると共に、スプールの移動ストロークが増加するに伴い第一下降側位置から第二下降側位置に切換わるように構成されることを特徴とする請求項3に記載の油圧ショベルにおける油圧制御システム。
- 油圧ポンプは、機体持ち上げ動作時に、アキュムレータの蓄圧油を吸い込んでブームシリンダのロッド側油室に供給する一方、機体持ち上げ動作時以外のブーム下降時に、ブームシリンダのヘッド側油室から排出された油を吸い込んでロッド側油室に供給するように構成されることを特徴とする請求項1乃至4に記載の油圧ショベルにおける油圧制御システム。
- 油圧制御システムに、機体持ち上げ動作時における油圧ポンプの吐出流量を、機体持ち上げ動作に適した吐出流量となるように制御するポンプ制御手段を設けたことを特徴とする請求項1乃至5に記載の油圧ショベルにおける油圧制御システム。
- ブームの上昇時に、油圧ポンプは、アキュムレータに蓄圧された油を吸い込んでブームシリンダのヘッド側油室に供給することを特徴とする請求項1乃至6に記載の油圧ショベルにおける油圧制御システム。
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