JP4761467B2 - 作業機械の油圧制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、油圧ショベル等の作業機械の油圧制御装置の技術分野に属するものである。

一般に、この種作業機械において、例えばこれが油圧ショベルである場合、作動油の供給に基づいて作動する油圧シリンダに代表される油圧アクチュエータと、該油圧アクチュエータへの作動油供給の切換えをするパイロット式の作動油用切換え弁と、パイロット油路に供給されるパイロット圧油の作動油用切換え弁への供給切換えをするため操作されるパイロット操作手段とが設けられ、パイロット操作手段の操作に基づいて作動油切換え弁の切換えをして油圧アクチュエータの作動をするようになっている。ところで従来のパイロット油路は、油圧を一定に保持するため、パイロット油路にリリーフバルブを設けるように設定されている（例えば特許文献1参照）。
特開平６−１７３３００号公報

ところで前記従来のものは、パイロット圧油がリリーフバルブを通過する際に、該リリーフバルブによって絞られる結果、油圧エネルギーが熱エネルギーに変換されることになって無駄なエネルギー消費があるだけでなく、油温上昇の一因になっており、ここに本発明が解決せんとする課題がある。

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、作動油の供給に基づいて作動する油圧アクチュエータと、該油圧アクチュエータへの作動油供給の切換えをするパイロット式の作動油用切換え弁と、パイロット油路に供給されるパイロット圧油の作動油用切換え弁への供給切換えをするため操作されるパイロット操作手段と、パイロット操作手段に至るまでのパイロット油路に設けられ、該パイロット油路のオンロード、アンロードの切換えをするパイロット用切換え弁と、パイロット操作手段とパイロット用切換え弁とのあいだのパイロット油路に設けられるアキュムレータと、該アキュムレータの作動圧力の検知ができる第一検知手段と、パイロット操作手段が操作されていることの検知ができる第二検知手段と、該第一、第二検知手段の検知に基づいてパイロット用切換え弁の切換え制御をする制御部とを備えて構成され、前記制御部は、パイロット用切換え弁に対する制御指令を、パイロット操作手段が操作状態でないことを第二検知手段が検知している場合であって、かつ第一検知手段がアキュムレータ蓄圧可能状態であることの検知をしているときにはオンロード指令とし、蓄圧可能な状態でないことの検知をしているときにはアンロード指令とするように設定されていることを特徴とする作業機械の油圧制御装置である。
請求項２の発明は、制御部は、パイロット用切換え弁に対する制御指令を、パイロット操作手段が操作状態であることを第二検知手段が検知している場合であって、かつ第一検知手段がアキュムレータ蓄圧可能な状態でないことの検知をしてアンロード指令状態になった場合、該アンロード指令状態はアキュムレータが予め設定される中間の作動圧になるまでは維持されるように設定されていることを特徴とする請求項１記載の作業機械の油圧制御装置である。
請求項３の発明は、制御部は、パイロット用切換え弁に対する制御指令を、操作開始の検知があった場合に、予め設定されている設定時間のあいだはアンロード指令状態であってもオンロード指令とするように設定されていることを特徴とする請求項１または２記載の作業機械の油圧制御装置である。
請求項４の発明は、制御部は、設定時間を経過しても操作状態であることが検知された場合、第一検知手段がアキュムレータ蓄圧可能状態であることの検知をしているときにはオンロード指令とし、蓄圧可能な状態でないことの検知をしているときにはアンロード指令とするように設定されていることを特徴とする請求項３記載の作業機械の油圧制御装置である。

請求項１の発明とすることで、パイロット圧油を、パイロット操作手段が操作されていない状態において、アキュムレータが蓄圧可能な状態ではオンロードしてアキュムレータの蓄圧をし、蓄圧できない状態ではオフロードしてリターンすることができ、この結果、リリーフを介してリターンする場合のように絞られて熱エネルギーに変換されてしまうことがなく、エネルギー消費を低減できるとともに圧油の温度上昇の抑制に寄与できることになる。
請求項２の発明とすることで、パイロット操作手段が操作されている状態において、アキュムレータが充分に蓄圧されてアンロード状態になった場合、該アンロード状態は、蓄圧されたアキュムレータの作動圧が中間の作動圧になるまで維持されることになって、この間、アキュムレータの作動圧を用いての油圧作動ができ、省エネルギー化の達成ができることになる。
請求項３の発明とすることで、スタート直後や操作を中断した後に再操作する場合のようにアキュムレータの作動圧が低くなっているような場合において、予め設定される設定時間のあいだは、アンロード指令状態であってもオンロード指令としてパイロット圧油の供給ができることになってパイロット作動の安定性を達成できる。
請求項４の発明とすることで、前記設定時間を経過しても操作状態であることが検知された場合、第一検知手段の検知状態に基づいてオンロード指令、アンロード指令を出力することになって、最適な制御ができることになる。

次ぎに、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図中、１は油圧ショベルに搭載されるエンジンであって、該エンジン１の出力軸には、ブームシリンダ等の油圧アクチュエータ２に作動油の供給をするメインポンプ３と、前記油圧アクチュエータ２の切換えをするためパイロット圧油の供給をするパイロットポンプ４とが連動連結され、エンジン１の駆動に連動して各対応する圧油供給をするようになっている。そしてメインポンプ３から作動油路Ａに供給された作動油はパイロット式の作動油用切換え弁５を経由して油圧アクチュエータ２に供給されてアクチュエータ作動をするようになっている。

一方、パイロットポンプ４からパイロット油路Ｐ１に供給されるパイロット圧油は、後述するパイロット用切換え弁６を経由して操作レバーで代表される操作具７が設けられた操作器（リモコン弁に代表される）８に至り、該操作具７の操作に基づいて前記作動油用切換え弁５のパイロット油室５ａ、５ｂに選択的に供給されて作動油用切換え弁５の切換えをするようになっている。

さらにパイロット油路Ｐ１には、パイロットポンプ４からパイロット用切換え弁６に至るあいだには油タンクＴにパイロット圧油をリリーフするためのリリーフバルブ９が設けられ、パイロット用切換え弁６から操作器８に至るあいだには該切換え弁６側からチェック弁１０、アキュムレータ１１が順次設けられている。また操作器８からパイロット油室５ａ、５ｂに至るパイロット油路Ｐ２、Ｐ３間にはシャトル弁１２が設けられており、パイロット圧油が一方のパイロット油室５ａに供給されているときには他方のパイロット油路Ｐ３を閉じ、他方のパイロット油室５ｂに供給されているときには一方のパイロット油路Ｐ２を閉じるようになっている。

一方、前記パイロット用切換え弁６は、パイロットポンプ４からのパイロット圧油をチェック弁１０側に供給する第一位置（オンロード位置）６ａと、油タンクＴ側に供給する第二位置（アンロード位置）６ｂとを備えて構成されるが、該パイロット用切換え弁６は、本実施の形態では電磁切換え式になっていて、制御部１３からの電気信号を受けて両位置６ａ、６ｂの切換えをするようになっている。

前記制御部１３は、アキュムレータ１１と操作器８とのあいだのパイロット油路Ｐ１に設けられ、第一油圧検出器１４で検出された第一検出値（アキュムレータ１１の圧力値）Ｘとシャトル弁１２の分岐油路Ｐ４に設けた第二油圧検知器１５で検出された第二検出値（パイロット油室５ａ、５ｂに働くパイロット圧値）Ｙとが入力するようになっている。

次に、前記制御部１３の制御手順例について図２に示すフローチャート図を用いて説明する。まずシステムスタートをし初期設定が実行されると、まず、操作器８からパイロット油室５ａまたは５ｂに供給されるパイロット圧油の前記第二油圧検知器１５で検出された第二検出値Ｙが、操作具７の操作がなされていることで予め規定される第二規定値Ｐａ２以上（Ｙ≧Ｐａ２）であるか否かの判断（手順Ｚ１）がなされ、ここで、該第二検出値Ｙが第二規定値Ｐａ２以上である、つまり操作具７の操作がなされている、としてＹＥＳの判断がなされると、操作タイマーがタイムアップした（予め設定される設定時間（タイマ時間）を経過した）か否かの判断（手順Ｚ２）がなされ、タイムアップしていないとしてＮＯの判断がなされると、操作タイマーをカウントアップし（手順Ｚ３）、そして制御部１３は、パイロット油路Ｐ１をオンロードすべくパイロット用切換え弁６に対し第一位置６ａ側に切換える制御指令（励磁）を出力し（手順Ｚ４）、リターンするようになっている。

これに対し、前記手順Ｚ１で、第二検出値Ｙが第二規定値Ｐａ２以上でない（Ｙ＜Ｐａ２）、つまり操作具７が操作されていない、としてＮＯの判断がなされると操作タイマーをクリアし（手順Ｚ５）、これによって次の操作開始を待機するようになっている。

そして前記手順Ｚ５で操作タイマーのクリアが実行された場合と、手順Ｚ２で操作タイマーがタイムアップしたとしてＹＥＳの判断がなされた場合、制御部１３では第一検出値Ｘについて判断することになるが、該第一検出値Ｘを判断するにあたり、本実施の形態では、アキュムレータ１１の作動圧が、最高作動圧かこれに近しい大きな値として設定される大側の第一設定値Ｐａ１Ｌと最低作動圧と最高作動圧とのあいだである中間の値として設定される中間側の第一設定値Ｐａ１Ｍとが予め設定されている。
そしてまず、制御部１３は、第一検知値Ｘが、中間側の第一設定値Ｐａ１Ｍ以下か否かの判断がなされ（手順Ｚ６）、以下（Ｘ≦Ｐａ１Ｍ）である、つまりアキュムレータ１１の作動圧が中間の作動圧よりも小さく、蓄圧する必要があるとしてＹＥＳの判断される場合、パイロット油路Ｐ１をオンロードすべくパイロット用切換え弁６に対し第一位置６ａに切換える手順Ｚ４の制御指令を出力する。

これに対し、第一検知値Ｘが中間側の第一設定値Ｐａ１Ｍよりも大きい（Ｘ＞Ｐａ１Ｍ）としてＮＯの判断がなされた場合、次に第一検知値Ｘが大きい側の第一設定値Ｐａ１Ｌ以上（Ｘ≧Ｐａ１Ｌ）か否かの判断がなされる（手順Ｚ７）。そして以上である、つまりアキュムレータ１１は充分に蓄圧されているとしてＹＥＳの判断された場合、パイロット油路Ｐ１をアンロードすべくパイロット用切換え弁６に対し第二位置６ｂに切換える手順Ｚ８の制御指令（消磁）を出力し、これによって、パイロット油路Ｐ１はアンロード状態になってパイロットポンプ４から供給されるパイロット圧油は、パイロット用切換え弁６から油タンクＴに無負荷状態で排出される。
一方、第一検知値Ｘが大きい側の第一設定値Ｐａ１Ｌよりも小さい（Ｘ＜Ｐａ１Ｌ）としてＮＯの判断がなされた場合、パイロット用切換え弁６は前回の制御状態が維持されてリターンするように設定されている。

叙述のごとく構成された本発明の実施の形態において、操作器８に至るまでのパイロット油路Ｐ１に、該パイロット油路Ｐ１のオンロード、アンロードの切換えをするパイロット用切換え弁６とアキュムレータ１１とを設け、パイロット用切換え弁６のアンロード、オンロードの切換え制御する制御部１３が、操作具７が操作状態でないことを第二油圧検知器Ｓ２が検知している場合であって、かつアキュムレータ１１の作動圧値が中間側の第一設定値Ｐａ１Ｍよりも小さいとして蓄圧可能状態であることを第一油圧検知器１４が検知しているときにはパイロット用切換え弁６にオンロード指令を出力し、これによってパイロット油路Ｐ１に供給されるパイロット圧油はアキュムレータ１１に供給されて蓄圧されることになる。そしてパイロット用切換え弁６は、前記操作具７が操作状態でない場合において、アキュムレータ１３の作動圧が中間側の第一設定値Ｐａ１Ｍを越え、さらに大側の第一設定値Ｐａ１Ｌ以上になるまでオンロード状態を維持し、大側の第一設定値Ｐａ１Ｌ以上になるとパイロット用切換え弁６にアンロード指令を出力し、これによってパイロットポンプ４から供給されるパイロット圧油は、従来のようにリリーフ弁でリリーフされることなくアンロード状態のパイロット用切換え弁６を経由して油タンクＴにリターンすることになって高温になることがなく、無駄なエネルギー消費が防止される。

これに対し制御部１３は、操作具７が操作状態であることを第二油圧検知器Ｓ２が検知している場合、操作状態でない場合と同様、アキュムレータ１１の作動圧が中間側の第一設定値Ｐａ１Ｍよりも小さい場合にはパイロット用切換え弁６にオンロード指令を出力し、アキュムレータ１１に供給されて蓄圧され、そしてアキュムレータ１１の蓄圧された作動圧が中間側の第一設定値Ｐａ１Ｍを越え、さらに大側の第一設定値Ｐａ１Ｌ以上になるまでオンロード状態を維持し、大側の第一設定値Ｐａ１Ｌ以上になるとパイロット用切換え弁６にアンロード指令を出力し、これによってパイロットポンプ４から供給されるパイロット圧油は、リリーフ弁でリリーフされることなくアンロード状態のパイロット用切換え弁６を経由して油タンクＴにリターンすることになるが、このアンロード状態は、アキュムレータ１１の作動圧がパイロット圧油となって作動油切換え弁５のパイロット油室５ａまたは５ｂに供給されて手順Ｚ６の中間側の第一設定値Ｐａ１Ｍ以下になるまで維持されることになる。この結果、アキュムレータ１１の作動圧の有効利用ができることになってさらなる省エネルギー化を達成できることになる。

また制御部１３は、システムスタートした直後や、操作を中断した後に再操作する場合のようにアキュムレータ１１の作動圧が低くなっていて、多量のパイロット圧油が必要になると想定される場合があり、このようなときの対応として、本実施の形態では、操作タイマーがタイムアップするまでとして設定される設定時間のあいだは、アンロード指令状態であってもオンロード指令とするように設定されており、これによって、必要量のパイロット圧油の供給ができることになってパイロット作動の安定性を達成することができる。

そのうえ制御部１３は、前記設定時間を経過しても操作状態であることが検知された場合、第一検知手段の検知状態によってオンロード指令、アンロード指令を出力することになって、最適な制御ができることになる。

本発明は、前記実施の形態に限定されないものであることは勿論であって、アキュムレータの作動圧の利用については、パイロット圧油としての利用に限らないものであり、また図３に示す第二の実施の形態のようにすることもできる。このものは、図１に示す油圧回路図において、図２に示す第一の実施の形態の制御手順のうちの手順Ｚ１、Ｚ４、Ｚ６、Ｚ７、Ｚ８を実施するようにしたもので、より簡略化したものである。そしてこのようにすることでも本発明を実施することができる。

油圧制御を示す回路図である。 第一の実施の形態のフローチャート図である。 第二の実施の形態のフローチャート図である。

符号の説明

２ 油圧アクチュエータ
３ メインポンプ
４ パイロットポンプ
５ 作動油用切換え弁
６ パイロット用切換え弁
７ 操作具
１１ アキュムレータ
１３ 制御部
１４ 第一油圧検出器
１５ 第二油圧検知器

Claims (4)

1. 作動油の供給に基づいて作動する油圧アクチュエータと、
   該油圧アクチュエータへの作動油供給の切換えをするパイロット式の作動油用切換え弁と、
   パイロット油路に供給されるパイロット圧油の作動油用切換え弁への供給切換えをするため操作されるパイロット操作手段と、
   パイロット操作手段に至るまでのパイロット油路に設けられ、該パイロット油路のオンロード、アンロードの切換えをするパイロット用切換え弁と、
   パイロット操作手段とパイロット用切換え弁とのあいだのパイロット油路に設けられるアキュムレータと、
   該アキュムレータの作動圧力の検知ができる第一検知手段と、
   パイロット操作手段が操作されていることの検知ができる第二検知手段と、
   該第一、第二検知手段の検知に基づいてパイロット用切換え弁の切換え制御をする制御部とを備えて構成され、
   前記制御部は、パイロット用切換え弁に対する制御指令を、パイロット操作手段が操作状態でないことを第二検知手段が検知している場合であって、かつ第一検知手段がアキュムレータ蓄圧可能状態であることの検知をしているときにはオンロード指令とし、蓄圧可能な状態でないことの検知をしているときにはアンロード指令とするように設定されていることを特徴とする作業機械の油圧制御装置。
2. 制御部は、パイロット用切換え弁に対する制御指令を、パイロット操作手段が操作状態であることを第二検知手段が検知している場合であって、かつ第一検知手段がアキュムレータ蓄圧可能な状態でないことの検知をしてアンロード指令状態になった場合、該アンロード指令状態はアキュムレータが予め設定される中間の作動圧になるまでは維持されるように設定されていることを特徴とする請求項１記載の作業機械の油圧制御装置。
3. 制御部は、パイロット用切換え弁に対する制御指令を、操作開始の検知があった場合に、予め設定されている設定時間のあいだはアンロード指令状態であってもオンロード指令とするように設定されていることを特徴とする請求項１または２記載の作業機械の油圧制御装置。
4. 制御部は、設定時間を経過しても操作状態であることが検知された場合、第一検知手段がアキュムレータ蓄圧可能状態であることの検知をしているときにはオンロード指令とし、蓄圧可能な状態でないことの検知をしているときにはアンロード指令とするように設定されていることを特徴とする請求項３記載の作業機械の油圧制御装置。

Images