JP4819510B2 - 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に関するものである。

たとえば油圧ショベルにおいて、ポンプから吐出された油の一部(余剰分)をタンクに戻すブリードオフ制御が行われる。

このブリードオフ制御は、一般的にはアクチュエータごとに設けられたコントロールバルブにブリードオフ通路を設け、このブリードオフ通路の開口面積を操作手段の操作量に応じて変化させることによって行われる。

ところが、このブリードオフ通路を設ける分、コントロールバルブがスプール軸方向に長くなるため、コスト面及び実機への組み込みの面で不利となる。

そこで従来、各コントロールバルブのブリードオフ通路を無くする一方、複数のコントロールバルブ(油圧アクチュエータ)に対して共通の統一ブリードオフ弁を設ける技術が提案されている。

また、この統一ブリードオフ方式において、統一ブリードオフ弁として油圧パイロット弁を用い、コントローラによって制御される電磁比例弁の二次圧でこの統一ブリードオフ弁を制御する電子制御方式が公知となっている(たとえば特許文献１参照)。

この電子制御方式によると、操作量に応じたパイロット圧を直接、統一ブリードオフ弁に送る油圧制御方式と比較して、制御の自由度が高い等の利点を有する。
特開平１１−３０３８０９号公報

しかし、統一ブリードオフ制御方式では、統一ブリードオフ弁がフェールするとアクチュエータの作動に支障を来たすという問題がある。

たとえば、同弁について中立状態で油をブロックする構成とすると、フェール時に、全コントロールバルブが中立状態(アクチュエータを動かさない状態)の場合にリリーフ弁が働くため、このリリーフによる発熱が生じる。

逆に、統一ブリードオフ弁を中立状態でアンロードする構成とすると、常時アンロード状態となるため、アクチュエータの作動が不能となり、機械の動きが止まってしまう。

とくに電子制御方式をとる場合、電磁比例弁そのものの故障や、コントローラから電磁比例弁に制御信号を送る信号系の断線といった制御系の異常から統一ブリードオフ弁のフェールが発生する可能性が高いため、上記問題が深刻となる。

一方、油圧ショベルにおいては、各油圧アクチュエータの必要流量や複合操作関係等を考慮してポンプ総流量を各アクチュエータに合理的に振り分けるため、アクチュエータ群を二つのグループに分け、両グループを別ポンプで駆動する構成がとられる。

この場合、クローラ式の下部走行体を駆動する左右の走行モータ(油圧モータ)は互いに別グループに属し、基本的には別々のポンプで駆動される。

ここで、たとえば二台の油圧ポンプの吐出油を二つのグループに振り分ける構成をとる場合に、第１グループ内の走行用とアタッチメント用の両コントロールバルブが同時に操作されたとき(以下、同時操作時という)に、必要流量を確保するために両ポンプの吐出油を合流させて両グループに分配する状態に切換えるのが望ましい。

そこで、ポンプ吐出側に流路切換弁を設け、同時操作時にはこの流路切換弁により両ポンプの吐出油を合流させて両グループに分配する状態に切換えるようにしている。

従って、統一ブリードオフ制御方式をとる場合には、上記のような回路構成をも考慮して統一ブリードオフ弁のフェール時の問題に対処する必要がある。

そこで本発明は、油圧アクチュエータ群をグループ分けし、必要に応じて両グループを共通のポンプの吐出油で駆動する回路構成をとる場合に、統一ブリードオフ弁のフェール時に、リリーフによる発熱を抑えながら油圧アクチュエータの作動を確保することができる作業機械の油圧制御装置を提供するものである。

請求項１の発明は、次の要件を具備するものである。

(ｉ) 操作手段によって切換操作される複数のコントロールバルブと、上記複数のコントロールバルブによって個別に制御される複数の油圧アクチュエータが複数のグループに分けられ、上記複数のグループごとに別々の油圧ポンプからの吐出油が供給される状態と、複数の油圧ポンプからの吐出油が合流して上記複数のグループに分配される状態とを有すること。

(ｉｉ) 上記操作手段の操作による制御手段からの信号に基づいて上記複数のグループごとに統一ブリードオフ作用を行う統一ブリードオフ弁が設けられていること。

(ｉｉｉ) 上記複数のグループにおいて、上記複数のコントロールバルブにセンターバイパス通路が設けられるとともに、上記センターバイパス通路同士がタンデムに接続されてアンロード作用を行なうセンターバイパスラインが構成されていること。

(ｉｖ) 上記センターバイパスラインの最下流側に、手動操作によって上記センターバイパスラインを開くアンロード位置と、上記センターバイパスラインを閉じるブロック位置との間で切換わり作動するバイパスカット弁が設けられていること。

請求項２の発明は、請求項１の構成において、上記油圧アクチュエータとして、下部走行体の左右のクローラを別々に駆動する左右の走行モータ、上記コントロールバルブとして上記左右の走行モータを個別に制御する左走行用及び右走行用の両コントロールバルブをそれぞれ備え、上記複数の油圧アクチュエータ及び上記複数のコントロールバルブが、上記左走行モータと上記左走行用のコントロールバルブが属するグループと、上記右走行モータと上記右走行用のコントロールバルブが属するグループの二つのグループに分けられるとともに、上記油圧ポンプとして、上記左走行モータ及び上記左走行用のコントロールバルブが属するグループを駆動する油圧ポンプと、上記右走行モータ及び上記右走行用のコントロールバルブが属するグループを駆動する油圧ポンプの二つの油圧ポンプが設けられ、かつ、上記二つのグループに対する油の供給を制御する流路切換弁が設けられ、上記流路切換弁は、上記二つのグループのうち、上記左走行用コントロールバルブと上記左走行用のコントロールバルブが属する上記グループ内での左走行用のコントロールバルブと他の上記油圧アクチュエータ用のコントロールバルブとの同時操作時、または上記右走行用のコントロールバルブと上記右走行用コントロールバルブが属する上記グループ内での上記右走行用のコントロールバルブと他の上記油圧アクチュエータ用のコントロールバルブとの同時操作時に、上記二つの油圧ポンプの吐出油が合流して上記二つのグループに分配される位置にセットされるように構成されたものである。

請求項３の発明は、請求項１または２の構成において、上記バイパスカット弁は、上記複数のグループの上記センターバイパスラインを同時に開閉する共通の一つの弁として構成されたものである。

請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかの構成において、上記統一ブリードオフ弁の制御系の異常発生を検出する異常検出手段と、上記異常検出手段による異常検出時にオペレータに向けて異常発生を表示する表示手段が設けられたものである。

本発明によると、センターバイパスラインの最下流側に、手動操作によってセンターバイパスラインを開くアンロード位置と、同ラインを閉じるブロック位置との間で切換わり作動するバイパスカット弁を設けたから、統一ブリードオフ弁のフェール時に、このバイパスカット弁をアンロード位置に切換えることにより、ポンプ吐出油をセンターバイパスラインを通じてアンロードさせることができる。このため、統一ブリードオフ弁を中立ブロックとした場合でもリリーフ作動による発熱を抑えることができる。

しかも、センターバイパスラインによるアンロード作用のため、コントロールバルブが操作されると、そのセンターバイパス通路が閉じてアンロード作用が停止し、油圧アクチュエータに油が供給される。このため、油圧アクチュエータ作動を確保することができる。

ここで、たとえば二つのグループ(以下、第１グループ、第２グループという)があり、二つの油圧ポンプの吐出油を合流させてこの両グループに分配する状態(請求項２では同時操作による流路切換弁の切換状態)において、第１グループの全コントロールバルブが中立であると、ポンプ吐出油が第１グループのセンターバイパスラインを通じてアンロードされるため、第２グループのアクチュエータが作動しなくなるという問題が生じる。

この点、本発明によると、センターバイパスラインの最下流側にバイパスカット弁を設けているため、上記の例でいうと、第１グループ側のセンターバイパスラインをバイパスカット弁で閉じることにより、第２グループへの油の供給を確保することができる。

すなわち、油圧アクチュエータ群を複数のグループに分け、複数の油圧ポンプの吐出油を合流させて両グループに分配する状態を有する回路構成を前提として、統一ブリードオフ弁による統一ブリードオフ制御方式をとりながら、同弁のフェール時のリリーフ発熱を防止でき、しかもフェール時及び正常時の双方で油圧アクチュエータの作動を確保することができる。

しかも、バイパスカット弁を手動切換弁としているため、バイパスカット弁を油圧パイロット切換式や電磁切換式等の遠隔操作式とした場合のような操作ライン(パイロット管路や電気信号ライン)が不要となるとともに、弁そのものも安価ですむ。このため、回路構成が簡単となるとともにコストが安くてすむ。

また、遠隔操作式とした場合のようなバイパスカット弁の操作ラインの異常や断線、同弁そのものの動作異常(たとえば固着現象)等の故障要因がなく、動作の信頼性が高いものとなる。

また、請求項３の発明によると、バイパスカット弁を、各グループのセンターバイパスラインを同時に開閉する共通の一つの弁として構成したから、複数のグループに対してバイパスカット弁が一つですむ。このため、一層、回路構成が簡単となり、コスト等の点で有利となる。

請求項４の発明によると、統一ブリードオフ弁の制御系の異常発生を検出し、表示手段によりオペレータに向けて異常発生を表示するため、制御系の異常による統一ブリードオフ弁のフェール時に、オペレータにフェール対策、すなわちバイパスカット弁のアンロード位置への速やかな切換えを促すことができる。

本発明の実施形態を図１,２によって説明する。

以下の各実施形態においては、油圧ショベルを適用対象としている。

第１実施形態(図１参照)
この実施形態においては、油圧アクチュエータ群が、右走行モータとバケットシリンダとブームシリンダ(図示しない)、及びこれらを個別に作動制御する油圧パイロット式のコントロールバルブ１,２,３が属する第１グループＡと、左走行モータと旋回モータとアームシリンダ(図示しない)、及びこれらを個別に作動制御する油圧パイロット式のコントロールバルブ４,５,６が属する第２グループＢとに分けられ、基本的には第１油圧ポンプ７によって第１グループＡ、第２油圧ポンプ８によって第２グループＢの各アクチュエータが駆動される。９〜１４は各コントロールバルブ１〜６を操作する操作手段としてのリモコン弁である。

ここで、同じグループに属する走行用と他の油圧アクチュエータ用の二つ(または三つ)のコントロールバルブが同時に操作される同時操作時に、必要流量を確保することを目的として、両油圧ポンプ７,８の吐出ライン１５,１６に、パイロット圧源１７によって駆動される油圧パイロット式の流路切換弁(いわゆる走行直進弁)１８が設けられている。

この流路切換弁１８は、通常位置イと同時操作位置ロとを有し、通常位置イでは、第１油圧ポンプ７の吐出油が右走行モータを含む第１グループＡに、第２油圧ポンプ８の吐出油が左走行モータを含む第２グループＢにそれぞれ供給される。

これに対し、同時操作時には、操作信号に基づくコントローラ１９からの信号Ｓに基づいて電磁比例式の切換制御弁(いわゆる走直制御弁)２０から流路切換弁１８にパイロット圧が供給されることによって同弁１８が通常位置イから同時操作位置ロに切換わる。

この状態では、第１及び第２両油圧ポンプ７,８の吐出油が合流して両グループＡ,Ｂに分配供給される。

両グループＡ,Ｂにおいて、各コントロールバルブ１〜３,４〜６にはセンターバイパス通路２１…,２２が設けられ、グループごとにこのセンターバイパス通路２１…,２２…同士が、走行用コントロールバルブ１,４を最上流側としてタンデムに接続されてセンターバイパスライン２３,２４が構成されている。

このセンターバイパスライン２３,２４は、第１グループＡでは上流側が流路切換弁１８を介して第１油圧ポンプ７の吐出ライン１５に、第２グループＢでは上流側が第２油圧ポンプ８の吐出ライン１６に直接、それぞれ接続されるとともに、下流側がともにタンクＴに接続されている。

一方、両油圧ポンプ７,８の吐出ライン１５,１６とタンクＴとの間に統一ブリードオフ管路２５,２６が設けられ、同管路２５,２６に、各グループについて一括してリモコン弁操作量に応じたブリードオフ制御を行なうための油圧パイロット式の統一ブリードオフ弁２７,２８が設けられている。

この統一ブリードオフ弁２７,２８は、開口面積が最大となるアンロード位置イと、開口面積が０になるブロック位置ロとを有し、この両位置イ,ロ間でブリードオフ制御を行う。

また、この統一ブリードオフ弁２７,２８においては、非作動(中立)位置としてのフェールセーフ位置ハが設けられ、このフェールセーフ位置ハでアンロード通路が全閉(＝開口面積０の中立ブロック)の状態となるように構成されている。

この統一ブリードオフ弁２７,２８のパイロットライン２９,３０には、コントローラ１９によって制御される電磁比例弁３１,３２が設けられ、この電磁比例弁３１,３２の二次圧が統一ブリードオフ弁２７,２８のパイロットポートにパイロット圧として供給される。３３,３４は両電磁比例弁３１,３２の一次圧源である。

また、両センターバイパスライン２３,２４の最下流側に、オペレータの手動操作によって切換わり作動する手動切換弁であって両センターバイパスライン共通の弁であるバイパスカット弁３５が設けられている。

このバイパスカット弁３５は、非操作時には図示のように両センターバイパスライン２３,２４を同時に閉じるブロック位置イとなり、操作時にセンターバイパスライン２３,２４を同時に開いてタンクＴに連通させるアンロード位置ロに切換わる。

コントローラ１９には、電磁比例弁３１,３２に対する出力信号線の断線といった、統一ブリードオフ弁２７,２８の制御系の異常発生を電圧や電流の減少等に基づいて検出する異常検出手段としての異常検出部１９ａが設けられ、異常が検出されたときにコントローラ１９から表示手段としての表示部３６に作動指令信号が出力される。

表示部３６は運転室内に設置され、上記作動指令信号に基づいて、オペレータに向けて『フェール発生につきバイパスカット弁３５をアンロード位置ロに切換える必要がある』旨をたとえばチャイム音やディスプレー上での文字表示、あるいはこれらの組み合わせ等によって表示し、切換操作を促す。

この構成において、正常時には、リモコン弁９〜１１,１２〜１４が操作されると対応するコントロールバルブが作動して油圧アクチュエータが作動するとともに、操作信号に基づいてコントローラ１９から電磁比例弁３１,３２に信号が出力され、その二次圧により統一ブリードオフ弁２７,２８がアンロード位置イとブロック位置ロとの間で作動してブリードオフ流量が変化する。

このとき、バイパスカット弁３５は非操作であるため、図示のブロック位置イにセットされている。

ところで、流路切換弁１８が同時操作位置ロにセットされると、両油圧ポンプ７,８からの吐出油が合流して両グループＡ,Ｂに分配供給される。

このとき、バイパスカット弁３５がブロック位置イにあって両センターバイパスライン２３,２４が閉じているため、たとえば第１グループＡのセンターバイパスライン２３によりポンプ吐出油がアンロードされて、第２グループＢの油圧アクチュエータ作動ができなくなるというおそれがない。

一方、たとえばコントローラ１９と電磁比例弁３１,３２とを結ぶ信号線の断線等の統一ブリードオフ弁２７,２７の制御系の異常が発生し、電磁比例弁３１,３２が制御不能になると、統一ブリードオフ弁２７,２８がフェールセーフ位置ハに切換わる。

この状態では、統一ブリードオフ弁２７,２８のアンロード通路が全閉となるため、フェール時にも両グループＡ,Ｂに対する油の供給が維持される。

一方、このとき表示部３６によってオペレータに異常発生が表示される。そして、この表示に基づいてオペレータがバイパスカット弁３５をアンロード位置ロに切換えると、センターバイパスライン２３,２４が開くため、両グループＡ,Ｂのアンロード作用が確保される。

すなわち、統一ブリードオフ弁２７,２８を中立ブロックとしながら、リリーフ作動による発熱を抑えることができる。

しかも、センターバイパスライン２３,２４によるアンロード作用のため、コントロールバルブ１〜６が操作されると、そのセンターバイパス通路２１または２２が閉じてアンロード作用が停止し、油圧アクチュエータに油が供給される。このため、油圧アクチュエータ作動を確保することができる。

なお、各コントロールバルブ１〜６に必要かつ十分なブリードオフ機能を確保しようとすると、スプール軸方向長さが大きくなってコントロールバルブ１〜６が大型化するため、同バルブ１〜６のコンパクト化という、統一ブリードオフ弁２７,２８を設けたことの本来の目的が達成できなくなる。

そこで、各コントロールバルブ１〜６のスプールがストローク作動し始めるとすぐにセンターバイパス通路２１,２２が閉じ、その前後に統一ブリードオフ弁２７,２８のブリードオフ作用が開始されるようにコントロールバルブ１〜６及び統一ブリードオフ弁２７,２８の開口特性が設定される。

この統一ブリードオフ弁２７,２８の開口特性を図２に示す。図２中、横軸はリモコン弁操作によるパイロット圧、つまりコントロールバルブ１〜６のスプールストロークを表す。

このように、本装置によると、統一ブリードオフ弁２７,２８による統一ブリードオフ制御方式をとりながら、同弁２７,２８のフェール時のリリーフ発熱を抑え、しかもフェール時及び正常時の双方でアクチュエータの作動を確保することができる。

しかも、バイパスカット弁３５を手動切換弁としているため、バイパスカット弁３５を油圧パイロット切換式や電磁切換式等の遠隔操作式とした場合のような操作ライン(パイロット管路や電気信号ライン)が不要となるとともに、バイパスカット弁３５そのものも安価ですむ。

とくにこの実施形態では、バイパスカット弁３５を、両グループＡ,Ｂのセンターバイパスライン２３,２４を同時に開閉する共通の一つの弁として構成したから、両グループＡ,Ｂに対してバイパスカット弁３５が一つですむ。このため、一層、回路構成が簡単となり、コスト等の点で有利となる。

また、遠隔操作式とした場合のような操作ラインの異常や断線、弁そのものの動作異常(たとえば固着現象)等の故障要因がなく、動作の信頼性が高いものとなる。

さらに、統一ブリードオフ弁２７,２８の制御系の異常発生を検出し、表示部３６によりオペレータに向けて異常発生を表示するため、制御系の異常による統一ブリードオフ弁２７,２８のフェール時に、オペレータにフェール対策、すなわちバイパスカット弁３５のアンロード位置ロへの速やかな切換えを促すことができる。

これにより、統一ブリードオフ弁２７,２８がフェール状態となった後、バイパスカット弁３５がアンロード位置ロに切換え操作されるまでの時間を短縮し、リリーフ発熱を最小限に抑えることができる。

第２実施形態(図３参照)
第１実施形態との相違点のみを説明する。

第１実施形態では、両グループＡ,Ｂのセンターバイパスライン２３,２４を一括して開閉する共通のバイパスカット弁３５を設けたのに対し、第２実施形態においては両ライン別々に手動切換式のバイパスカット弁３７,３８が設けられている。

この構成をとった場合でも、統一ブリードオフ弁２７,２８のフェール時にセンターバイパスライン２３,２４を開くという基本的な目的は達成することができる。

ただし、この構成をとる場合、両バイパスカット弁３７,３８を同時に操作できる工夫、たとえば両者のレバーを小間隔で左右に並べて配置し、あるいは両者をリンク機構で連動させる等の工夫を施すのが望ましい。

ところで、上記両実施形態では、統一ブリードオフ弁２７,２８について中立状態でポンプ吐出油をブロックする構成としたが、中立状態でアンロード通路が開く構成とし、このアンロード通路をセンターバイパスライン２３,２４に接続してもよい。

一方、異常検出手段(異常検出部１９ａ)及び表示手段(表示部３６)は、統一ブリードオフ弁２７,２８のフェール発生をオペレータに明確に認識させてバイパスカット弁３５,３７,３８の速やかな切換え促す上で設けるのが望ましい。但し、統一ブリードオフ弁２７,２８のフェールによってリリーフ作動が行われると、これが油圧アクチュエータの動きとして表れる場合があるため、異常検出と表示を行わない場合でも、オペレータはこの油圧アクチュエータの動きによってフェール発生を認識することが可能である。

従って、異常検出手段と表示手段は必要に応じて設ければよい。

本発明の第１実施形態を示す回路構成図である。 第１実施形態における統一ブリードオフ弁の開口特性を示す図である。 本発明の第２実施形態を示す回路構成図である。

Ａ 第１グループ
Ｂ 第２グループ
１〜６ コントロールバルブ
７,８ 油圧ポンプ
９〜１４ 操作手段としてのリモコン弁
１８ 流路切換弁
１９ 制御手段を構成するコントローラ
１９ａ 異常検出手段としての異常検出部
２１,２２ コントロールバルブのセンターバイパス通路
２３,２４ センターバイパスライン
２７,２８ 統一ブリードオフ弁
３１,３２ 統一ブリードオフ弁を制御する電磁比例弁
３５ 両グループ共通の手動切換式のバイパスカット弁
３６ 表示手段としての表示部
３７,３８ 両グループ別々の手動切換式のバイパスカット弁

Claims (4)

1. 次の要件を具備することを特徴とする作業機械の油圧制御装置。
   (ｉ) 操作手段によって切換操作される複数のコントロールバルブと、上記複数のコントロールバルブによって個別に制御される複数の油圧アクチュエータが複数のグループに分けられ、上記複数のグループごとに別々の油圧ポンプからの吐出油が供給される状態と、複数の油圧ポンプの吐出油が合流して上記複数のグループに分配される状態とを有すること。
   (ｉｉ) 上記操作手段の操作による制御手段からの信号に基づいて上記複数のグループごとに統一ブリードオフ作用を行う統一ブリードオフ弁が設けられていること。
   (ｉｉｉ) 上記複数のグループにおいて、上記複数のコントロールバルブにセンターバイパス通路が設けられるとともに、上記センターバイパス通路同士がタンデムに接続されてアンロード作用を行なうセンターバイパスラインが構成されていること。
   (ｉｖ) 上記センターバイパスラインの最下流側に、手動操作によって上記センターバイパスラインを開くアンロード位置と、上記センターバイパスラインを閉じるブロック位置との間で切換わり作動するバイパスカット弁が設けられていること。
2. 上記油圧アクチュエータとして、下部走行体の左右のクローラを別々に駆動する左右の走行モータ、上記コントロールバルブとして上記左右の走行モータを個別に制御する左走行用及び右走行用の両コントロールバルブをそれぞれ備え、上記複数の油圧アクチュエータ及び上記複数のコントロールバルブが、上記左走行モータと上記左走行用のコントロールバルブが属するグループと、上記右走行モータと上記右走行用のコントロールバルブが属するグループの二つのグループに分けられるとともに、上記油圧ポンプとして、上記左走行モータ及び上記左走行用のコントロールバルブが属するグループを駆動する油圧ポンプと、上記右走行モータ及び上記右走行用のコントロールバルブが属するグループを駆動する油圧ポンプの二つの油圧ポンプが設けられ、かつ、上記二つのグループに対する油の供給を制御する流路切換弁が設けられ、上記流路切換弁は、上記二つのグループのうち、上記左走行用コントロールバルブと上記左走行用のコントロールバルブが属する上記グループ内での左走行用のコントロールバルブと他の上記油圧アクチュエータ用のコントロールバルブとの同時操作時、または上記右走行用のコントロールバルブと上記右走行用コントロールバルブが属する上記グループ内での上記右走行用のコントロールバルブと他の上記油圧アクチュエータ用のコントロールバルブとの同時操作時に、上記二つの油圧ポンプの吐出油が合流して上記二つのグループに分配される位置にセットされるように構成された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. 上記バイパスカット弁は、上記複数のグループの上記センターバイパスラインを同時に開閉する共通の一つの弁として構成された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. 上記統一ブリードオフ弁の制御系の異常発生を検出する異常検出手段と、上記異常検出手段による異常検出時にオペレータに向けて異常発生を表示する表示手段が設けられたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の作業機械の油圧制御装置。

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