JP4907445B2 - 建設機械におけるアタッチメントの油圧制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、建設機械のアーム先端部に着脱自在に、かつ、旋回自在に取付けられる圧砕機・切断機・フォークグラブ等のアタッチメントの油圧シリンダおよび油圧モータを油圧によって制御する油圧制御装置に関するものである。

図７に示すように、ブーム３１およびアーム３２を有する建設機械３０でもって建築物の解体作業等を行う場合、その建設機械３０のアーム３２先端部にアタッチメント４０を取付けて作業を行うようにしている。

解体作業に用いられるアタッチメント４０として、図８に示したものが従来から知られている。このアタッチメント４０は、アーム３２の先端部に着脱自在に取付けられるブラケット４１に、旋回台４２と、その旋回台４２の旋回駆動用の油圧モータ４３を配置し、上記旋回台４２に一対の圧砕アーム４４、４５を開閉可能に支持し、その一対の圧砕アーム４４、４５を油圧シリンダ４６で開閉させるようにしている。

上記アタッチメント４０による破砕・切断作業においては、一対の圧砕アーム４４、４５の開閉と旋回台４２の旋回とによって建築物を解体するようにしている。

ここで、アタッチメント４０の油圧モータ４３および油圧シリンダ４６は建設機械の油圧によって制御されるが、上記油圧モータ４３と油圧シリンダ４６を従来のようなそれぞれ独立した油圧系統で制御する構成であると、それぞれの油圧系統に油の送り配管と戻り配管を必要とするため、４本の配管をブーム３１およびアーム３２に付設し、アタッチメント４０まで延接しなければならないことになり、配管作業に非常に手間がかかると共に、油圧配管が複雑化してコストが高くなるという問題が生じる。また、油圧モータのドレン配管も油圧モータ４３から建設機械のタンクまでひく必要があった。

そのような問題を解決するため、特許文献１および特許文献２では、ブームおよびアームに２本の配管を施すことによってアタッチメントに設けられた油圧モータと油圧シリンダを制御することができるようにした油圧制御装置を提案している。

特公平１−４６６７５号公報 特許第３１９０６１８号公報

ところで、特許文献１に記載された油圧制御装置においては、４方弁によって切換えられる２本の油圧回路のそれぞれに２方弁を組込んで、通常は操作頻度の少ない油圧モータの方を不作動とし、共通の油圧制御レバーで油圧シリンダを作動させ、旋回が必要な時に２つの２方向弁を同時に切換えて油圧モータを作動させる構成であって、油圧シリンダと油圧モータの切換えに２つの２方向弁を必要とするため、コストが高く、しかも、アタッチメントに２つの２方向弁の組込みスペースを確保する必要があるため、アタッチメントが大型化するという不都合がある。また、２つの２方向弁を同時に切換えねばならないため、切換えのタイミングを合わせる必要があり、また、一方の切換弁の作動に問題が発生すると機能しない難点がある。

一方、特許文献２に記載された油圧制御装置においては、油圧シリンダへの送り配管および戻し配管をそれぞれ分岐し、その分岐送り配管および分岐戻し配管を油圧モータに接続し、上記分岐送り配管にシーケンスバルブを設け、上記油圧シリンダがストロークエンドに達して送り配管の圧力が上昇したとき、上記シーケンスバルブを切換えて油圧モータを作動させる構成であるため、油圧モータのみを単独で操作することができず、しかも、シーケンスバルブはマニュアル操作でなく、油圧シリンダをストロークエンドさせないと切換えることができないため、操作性が悪いという不都合がある。

この発明の課題は、スイッチ操作タイプ又は油圧パイロット式の単一の切換弁によって油圧シリンダと油圧モータの作動の切換えを素早く行うことができるようにした、部品点数の少ない操作性に優れた建設機械におけるアタッチメントの油圧制御装置を提供することである。

上記の課題を解決するために、この発明においては、建設機械のアーム先端部に、油圧シリンダおよびその油圧シリンダによって開閉される一対の作業アームを支持する旋回台と、その旋回台の旋回駆動用の油圧モータとを備えたアタッチメントを取付け、前記油圧シリンダと油圧モータとを油圧によって制御するようにした建設機械におけるアタッチメントの油圧制御装置において、
コントロールバルブの操作によって油圧ポンプから吐出される圧油が選択的に送り込まれる第１油路と第２油路の一方を外部操作によって切換えられる切換弁のＰポートに接続し、その切換弁のＡポートと油圧モータの正回転用ポートとを正転用通路で接続し、かつ切換弁のＢポートと油圧シリンダのボトム側ポートを伸長用通路で接続し、前記第１油路と第２油路の他方を油圧モータの逆転用ポートに接続される逆転用通路と油圧シリンダのロッド側ポートに接続される収縮用通路に分岐し、前記正転用通路と逆転用通路のそれぞれにバイパス路を設け、正転用通路側のバイパス路を前記油圧モータに制動力を負荷するクローズドセンタ形４ポート３位置切換弁からなるブレーキ弁のＴポートおよびＢポートに接続し、逆転用通路側のバイパス路は前記ブレーキ弁のＰポートおよびＡポートに接続し、前記正転用通路および逆転用通路のそれぞれにはバイパス路の両端の接続部間に油圧モータ側への圧油の流動を許容するチェック弁を組込み、前記ブレーキ弁の入力側において正転用通路と逆転用通路をバイパス路で接続し、そのバイパス路に絞り弁を組込んだ構成を採用したのである。

上記の構成からなる油圧制御装置において、外部操作によって切換弁をシリンダ操作位置（左位置）に切換えると、油圧シリンダに圧油が送り込まれて、油圧シリンダが伸長または収縮する。このとき、レバー操作等によってコントロールバルブを逆方向に切換えると、油圧シリンダへの圧油の供給方向が切換わり、油圧シリンダの伸縮方向が切換わる。

また、上記切換弁をモータ操作位置（右位置）に切換えると、油圧モータに圧油が送り込まれて油圧モータが正回転または逆回転する。そして、レバー操作等によりコントロールバルブを逆方向に切換えると、油圧モータへの圧油の供給方向が切換わり、油圧モータが逆方向に回転する。

ここで、コントロールバルブが左位置，切換弁が左位置にある油圧シリンダの収縮操作時、油圧モータの正転用通路とタンクとの連通が遮断されているので、正転用ポートおよび逆転用ポートが昇圧し、油圧モータ内の圧油はドレン通路に流出する。このとき、逆転用ポートには第１油路から圧油が供給されるが正転用のポートには圧油が供給されないため、圧油がリークした分だけ、油圧モータは意に反して回転する。

この発明では、正転用通路と逆転用通路をバイパス路で接続し、そのバイパス路に絞り弁を組込むことにすれば、正転用ポートと逆転用ポートのそれぞれにリーク分の圧油を補給することができ、両ポートの圧が均等となり、油圧モータが意に反して回転するのを防止することができる。

また、油圧シリンダの伸縮操作時あるいは油圧モータの正転・逆転操作時には、第１油路と第２油路のうち、油が戻される側の油路がタンクと連通して圧力が低下する。そこで、油圧モータのドレン排出孔にドレン通路を接続し、そのドレン通路を第１油路に接続される第１ドレン通路と第２油路に接続される第２ドレン通路に分岐して、第１、第２油路のアタッチメントに間近な部位に接続し、その第１および第２ドレン通路のそれぞれにチェック弁を組込むことによって、圧力が低下した側の油路にドレンを流出させることができる。このため、ドレン通路をブームやアームに沿って付設して油タンクにまで延接させる必要がなくなり、油圧配管の簡素化を図ることができる。

上記のように、第１ドレン通路または第２ドレン通路から第１油路または第２油路にドレンを流出させるようにすると、例えば油圧シリンダの伸長操作において、油圧シリンダがストロークエンドに達した状態でリリーフバルブをリリーフさせ、その後コントロールバルブを中立位置に戻すと、圧油供給側のライン（第２油路）に圧油の封じ込めが起こり、この封じ込められた圧油が切換弁等から洩れ出て、油圧ライン全体が昇圧することになり、その結果、ドレン通路も高圧に保持され、油圧モータのシャフトシールに悪影響を及ぼすことになる。そこで、ドレン通路にアキュームレータを組込むことにより、ドレン通路に入り込む圧油をアキュムレータに吸収させることでドレン通路内の圧力低減を図り、油圧モータのシャフトシールへの悪影響を解消することができる。

上記のように、この発明においては、外部操作によって切換えられる単一の切換弁によって油圧シリンダと油圧モータの作動の切換えを行うことができ、部品点数の少ない操作性および組立て性に優れた建設機械におけるアタッチメントの油圧制御装置を得ることができる。

以下、この発明の実施形態を添付図面に基いて説明する。図１は、図８に示すアタッチメント４０の油圧モータ４３と油圧シリンダ４６を油圧によって制御するようにした油圧制御装置を示す。図示のように、中立ブロック形の４ポート３位置切換弁からなるコントロールバルブ１はレバーの操作によって切換えられるようになっており、そのコントロールバルブ１のＰポートと油タンク２とは給油通路３により接続され、その給油通路３に油圧ポンプ４が組込まれている。

また、コントロールバルブ１のＴポートと油タンク２は戻り通路５により接続されている。

コントロールバルブ１のＡポートには第１油路６が接続され、また、Ｂポートには第２油路７が接続され、各油路６、７に絞り弁８、９が組込まれ、その絞り弁８、９の入口側と出口側を連通する連通路１０、１１にチェック弁１２が組込まれている。

第２油路７は切換弁１３に接続されている。切換弁１３は、スイッチ１４の操作によって切換えられる３ポート２位置切換弁からなり、その切換弁１３のＰポートに第２油路７が接続されている。５０は配線を示す。

切換弁１３のＡポートと油圧モータ４３の正転用ポートＭＰ_１は正転用通路１５で接続され、また、切換弁１３のＢポートと油圧シリンダ４６のボトム側ポートＳＰ_１は伸長用通路１６で接続されている。

第１油路６は、油圧モータ４３の逆転用ポートＭＰ_２に接続される逆転用通路１７と油圧シリンダ４６のロッド側ポートＳＰ_２に接続される収縮用通路１８に分岐されている。

正転用通路１５および逆転用通路１７のそれぞれにはバイパス路１５ａおよび１７ａが設けられ、正転用通路１５側のバイパス路１５ａは油圧モータ４３に制動力を負荷するクローズドセンタ形４ポート３位置切換弁からなるブレーキ弁２１のＴポートおよびＢポートに接続され、一方、逆転用通路１７側のバイパス路１７ａは上記ブレーキ弁２１のＰポートおよびＡポートに接続されている。

また、正転用通路１５および逆転用通路１７のそれぞれにはバイパス路１５ａおよび１７ａの両端の接続部間にチェック弁２２が組込まれている。

油圧モータ４３とブレーキ弁２１間において、正転用通路１５と逆転用通路１７は２本の連通路２３、２４によって連通され、各連通路２３、２４にリリーフ弁Ｒ_１、Ｒ_２が組込まれている。

実施の形態で示す油圧制御装置は上記の構造からなり、油圧シリンダ４６を伸長させる場合は、図２に示すように、スイッチ１４の操作によって切換弁１３をシリンダ操作位置（左位置）に切換えると共に、レバーの操作によってコントロールバルブ１をｂ位置に切換える。

コントロールバルブ１および切換弁１３の上記のような切換状態において、油圧ポンプ４を駆動すると、その油圧ポンプ４から吐出される圧油は給油通路３から第２油路７に送り込まれ、伸長用通路１６から油圧シリンダ４６のボトム室に流入し、油圧シリンダ４６が伸長する。

このとき、収縮用通路１８に設けられたパイロットチェック弁５３が伸長用通路１６の油圧によって開き、油圧シリンダ４６のロッド側ポートＳＰ_２に接続された収縮用通路１８はコントロールバルブ１を介して戻り通路５に連通しているため、油圧シリンダ４６のロッド室の油は収縮用通路１８から戻り通路５に流れて油タンク２に戻されるので、油圧シリンダ４６は伸長する。なお、このパイロットチェック弁５３は非作動時などに、外力が加わっても、油圧シリンダ４６が伸びないように、安全面から設けられている。

図２に示す状態から、レバーの操作によってコントロールバルブ１を図３に示すようにａ位置に切換えると、油圧ポンプ４から吐出される圧油は給油通路３から第１油路６を通り、収縮用通路１８に流れて油圧シリンダ４６のロッド室に流入し、伸長用通路１６はタンク２に通じているため、油圧シリンダ４６が収縮する。

このとき、油圧ポンプ４からの圧油は逆転用通路１７から油圧モータ４３の逆転用ポートＭＰ_２にも流入しようとするが、正転用ポートＭＰ_１に接続された正転用通路１５はチェック弁２２および中立位置に保持されたブレーキ弁２１により閉鎖されているので、油圧モータ４３は回転しない。

しかし、油圧シリンダ４６の収縮時、前述のように、収縮用通路１８と逆転用通路１７が繋がっているため、油圧モータ４３の正転用ポートＭＰ_１と逆転用ポートＭＰ_２とが昇圧して、内部リークにより油圧モータ４３の一部の圧油は油圧モータ４３のドレン排出孔に接続されたドレン通路２５に流出する。このとき、逆転用ポートＭＰ_２に圧油が供給されるが正転用ポートＭＰ_１には圧油が供給されないため、正転用通路１５内の圧油がリークした分だけ油圧モータ４３は意に反して回転し危険である。

そこで、図３に示すように、正転用通路１５と逆転用通路１７をバイパス路１９で接続し、そのバイパス路１９に絞り弁２０を組込むことにすれば、正転用ポートＭＰ_１と逆転用ポートＭＰ_２のそれぞれに油のリーク分に相当する圧油を補給することができることになり、油圧モータ４３が意に反して回転するのを防止することができる。特に圧砕アームやフォークで物を掴んでいる時など不測の回転を防ぐことになり作業の安全性が確保できる。

また、油圧シリンダ４６の伸縮操作時や油圧モータ４３の駆動時にはドレン油が流出するが、第１油路６と第２油路７のうち、油が戻される側の油路がタンク２と連通して圧力が低下する。そこで、油圧モータ４３に接続されたドレン通路２５を第１油路６に接続される第１ドレン通路２５ａと第２油路７に接続される第２ドレン通路２５ｂに分岐して、アタッチメントに近い部位の第１、第２油路に接続し、その第１および第２ドレン通路２５ａ、２５ｂのそれぞれにチェック弁２６、２７を組込むことによって、圧力が低下した側の油路にドレン油を流出させることができる。

その結果、ドレン通路２５をブーム３１やアーム３２に沿って付設して建設機械の油タンク２に連通させる必要がなくなり、油圧配管の簡素化を図ることができる。

しかし、上記のように、第１ドレン通路２５ａまたは第２ドレン通路２５ｂから第１油路６または第２油路７にドレン油を流出させるようにしても、油圧シリンダ４６がストロークエンドに達した状態でリリーフ弁５１、５２をリリーフさせた後にコントロールバルブ１を中立位置に戻すと、圧油供給側のライン（第１油路または第２油路）や油圧シリンダ室のボトム側またはロッド側等に圧力の封じ込めが起こる。そして、時間の経過とともに各種弁からの洩れや油圧モータ４３の内部リークによりドレン通路２５に圧油が流出するが、コントロールバルブ１がドレン通路２５と戻り通路５との連通を遮断していて圧油をタンク２に排出できないため、ドレン通路２５内の圧力が上昇し、油圧モータ４３のシャフトシールに悪影響を及ぼすことになる。そこで、ドレン通路２５にアキュームレータ２８を組込むことにより、ドレン通路２５の圧力上昇を抑え、上記のような不都合を解消することができる。

上記圧油の封じ込めにより漏れ出る圧油は少量であり、ドレン通路２５に入り込む圧油も少ないため、アキュームレータ２８は小型のものを用いればよい。

油圧モータ４３を正回転させる場合は、図４に示すように、スイッチ１４の操作によって切換弁１３を油圧モータ操作位置（右位置）に切換えると共に、レバーの操作によってコントロールバルブ１をｂ位置に切換える。

コントロールバルブ１および切換弁１３の切換えにより、油圧ポンプ４から吐出される圧油は、第２油路７から正転用通路１５に流れて正転用ポートＭＰ_１に流入し、油圧モータ４３が正回転する。

このとき、正転用通路１５に流入する圧油の圧力によってブレーキ弁２１が図４に示すようにｄ位置（右位置）に切換わり、油圧モータ４３の逆転用ポートＭＰ_２から逆転用通路１７に流出する油はそのブレーキ弁２１を通って第１油路６に流れ、戻り通路５から油タンク２に戻される。この時、絞り弁２０を通って正転用通路１５の圧油のごく一部が逆転用通路１７へ流出するが、この量は微量であり、作動への影響はない。

図４に示す切換弁１３が油圧モータ４３の操作状態において、コントロールバルブ１をａ位置に切換えると、図５に示すように、油圧ポンプ４から吐出される圧油は第１油路６から逆転用通路１７に流れて逆転用ポートＭＰ_２に流入し、油圧モータ４３が逆回転する。

このとき、逆転用通路１７に流入する圧油の圧力によってブレーキ弁２１が図５に示すようにｃ位置（左位置）に切換わるので、油圧モータ４３の正転用ポートＭＰ_１から正転用通路１５に流出する油はそのブレーキ弁２１を通って第２油路７に流れ、戻り通路５から油タンク２に戻される。この場合においても、絞り弁２０を通って逆転用通路１７から正転用通路１５へ少量の圧油が流れるが、モータの作動に影響はでない。

以上のように、実施の形態で示す油圧制御装置においては、スイッチ１４の操作（外部操作）によって切換えられる単一の切換弁１３によって油圧モータ４３と油圧シリンダ４６の作動の切換えを行うことができる。よって、油タンクからアタッチメントへの配管は従来の４本から２本とすることができるとともにドレン配管も短くできるので、部品点数の少ない、操作性および組立て性に優れた建設機械におけるアタッチメントの油圧制御装置を得ることができる。

なお、図１に示す実施の形態では、スイッチ１４の操作（外部操作）により切換弁１３を切換えて油圧モータ４３と油圧シリンダ４６の作動の切換えを行うようにしたが、切換えはこれに限定されるものではない。例えば、図６に示すように、上記切換弁１３に代えて油圧パイロット式切換弁６０を用い、その切換弁６０と油タンク２を繋ぐパイロット通路６１にパイロット圧源としての油圧ポンプ６２と、その油圧ポンプ６２の吐出側に切換弁６３とを組込み、上記切換弁６３をレバー操作（外部操作）により油圧パイロット式切換弁６０を切換えるようにしてもよい。

この発明に係る建設機械におけるアタッチメントの油圧制御装置の実施の形態を示す油圧回路図 油圧シリンダの伸長状態を示す油圧回路図 油圧シリンダの収縮状態を示す油圧回路図 油圧モータの正回転状態を示す油圧回路図 油圧モータの逆回転状態を示す油圧回路図 油圧制御装置の他の実施の形態を示す油圧回路図 建設機械を示す正面図 図７に示すアタッチメントの一部切欠正面図

符号の説明

１ コントロールバルブ
４ 油圧ポンプ
６ 第１油路
７ 第２油路
１３ 切換弁
１５ 正転用通路
１６ 伸長用通路
１７ 逆転用通路
１８ 収縮用通路
１９ バイパス路
２０ 絞り弁
２１ ブレーキ弁
２５ ドレン通路
２５ａ 第１ドレン通路
２５ｂ 第２ドレン通路
２６ チェック弁
２７ チェック弁
２８ アキュームレータ
３０ 建設機械
３２ アーム
４０ アタッチメント
４１ ブラケット
４２ 旋回台
４３ 油圧モータ
４４ 圧砕アーム
４５ 圧砕アーム
４６ 油圧シリンダ
６０ 切換弁
６１ パイロット通路
６２ 油圧ポンプ
６３ 切換弁

Claims (2)

1. 建設機械のアーム（３２）先端部に、油圧シリンダ（４６）およびその油圧シリンダ（４６）によって開閉される一対の作業アームを支持する旋回台（４２）と、その旋回台（４２）の旋回駆動用の油圧モータ（４３）とを備えたアタッチメントを取付け、前記油圧シリンダ（４６）と油圧モータ（４３）とを油圧によって制御するようにした建設機械におけるアタッチメントの油圧制御装置において、
   コントロールバルブ（１）の操作によって油圧ポンプ（４）から吐出される圧油が選択的に送り込まれる第１油路（６）と第２油路（７）の一方を外部操作によって切換えられる切換弁（１３）のＰポートに接続し、その切換弁（１３）のＡポートと油圧モータ（４３）の正回転用ポート（ＭＰ _１ ）とを正転用通路（１５）で接続し、かつ切換弁（１３）のＢポートと油圧シリンダ（４６）のボトム側ポート（ＳＰ _１ ）を伸長用通路（１６）で接続し、前記第１油路（６）と第２油路（７）の他方を油圧モータ（４３）の逆転用ポート（ＭＰ _２ ）に接続される逆転用通路（１７）と油圧シリンダ（４６）のロッド側ポート（ＳＰ _２ ）に接続される収縮用通路（１８）に分岐し、前記正転用通路（１５）と逆転用通路（１７）のそれぞれにバイパス路（１５ａ）、（１７ａ）を設け、正転用通路側のバイパス路（１５ａ）を前記油圧モータ（４３）に制動力を負荷するクローズドセンタ形４ポート３位置切換弁からなるブレーキ弁（２１）のＴポートおよびＢポートに接続し、逆転用通路側のバイパス路（１７ａ）は前記ブレーキ弁（２１）のＰポートおよびＡポートに接続し、前記正転用通路（１５）および逆転用通路（１７）のそれぞれにはバイパス路（１５ａ）、（１７ａ）の両端の接続部間に油圧モータ（４３）側への圧油の流動を許容するチェック弁（２２）を組込み、前記ブレーキ弁（２１）の入力側において正転用通路（１５）と逆転用通路（１７）をバイパス路（１９）で接続し、そのバイパス路（１９）に絞り弁（２０）を組込んだことを特徴とする建設機械におけるアタッチメントの油圧制御装置。
2. 前記油圧モータのドレン排出孔にドレン通路を接続し、そのドレン通路を第１油路に接続される第１ドレン通路と第２油路に接続される第２ドレン通路に分岐し、その第１および第２ドレン通路のそれぞれにチェック弁を組込み、前記ドレン通路にアキュームレータを組込んだ請求項１に記載の建設機械におけるアタッチメントの油圧制御装置。

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