JP5066987B2 - 油圧ショベルの油圧制御装置 - Google Patents

Description

本発明は油圧ショベルの油圧制御装置に関するものである。

油圧ショベルは、図３に示すように、クローラ式の下部走行体１上に上部旋回体２が縦軸Ｏまわりに旋回自在に搭載され、この上部旋回体２に、ブーム３、アーム４、バケット５、それにこれらを駆動するブーム、アーム、バケット各シリンダ６,７,８から成る作業(掘削)アタッチメント９が装着されて構成される。

また、他の油圧アクチュエータとして、下部走行体１を走行駆動する左右の走行モータ（図示しない）と、上部旋回体２を旋回駆動する旋回モータ１０が設けられている。

この油圧ショベルにおいて、たとえば土砂を運搬車に積み込んだ後、アーム４を引き（アームシリンダ７を伸長させ）ながら旋回して掘削ポイントに戻るための旋回／アーム引き複合操作が多用される。

この場合、アーム４は自由落下方向の動きとなるため、アームシリンダ７の作動圧が旋回モータ１０のそれよりも低くなる。このため、ポンプ吐出油の多くがアームシリンダ７に送られて旋回モータ１０が流量不足となり、旋回速度が著しく低下して作業能率及び操作性が悪化するという不都合が生じる。

そこで従来、アームシリンダ７の作動を制御するコントロールバルブのメータイン側及びメータアウト側の一方または双方（メータインの場合で説明する）に流量制御弁である旋回優先弁を設け、旋回／アーム引き複合操作時にこの旋回優先弁によりアームシリンダ７のメータイン流量を絞って作動圧を上げ、旋回モータへの供給流量（旋回動作）を確保する旋回優先策をとる技術が公知である(特許文献１参照)。

この公知の回路構成を図４によって説明する。

なお、油圧ショベルにおいては、一般に、全油圧アクチュエータを二つのグループに分け、両グループのアクチュエータ群を別々の油圧ポンプ(第１及び第２油圧ポンプ)で駆動する一方、上記旋回／アーム引き複合操作時等の複合操作時に両ポンプの吐出油を合流させる構成をとるのが一般的である。但し、ここでは説明を分かり易くするために、一つの油圧ポンプで全アクチュエータを駆動する回路構成として説明する。

また、同様の理由により、図４には油圧アクチュエータとしてブーム、アーム両シリンダ６,７と旋回モータ１０のみを示す。

アクチュエータ群に対する共通の圧油供給源として油圧ポンプ１１が設けられ、この油圧ポンプ１１からの吐出油が、図示しないリモコン弁によって個別に操作される旋回用、ブーム用、アーム用各コントロールバルブ（油圧パイロット切換弁）１２,１３,１４を介して旋回モータ１０、ブームシリンダ６、アームシリンダ７に供給される。Ｔはタンクである。

アーム用コントロールバルブ１４のメータイン側に、油圧パイロット式の流量制御弁である旋回優先弁１５が設けられている。

この旋回優先弁１５のパイロットポート１５ａは、旋回優先パイロットライン１６及びシャトル弁１７を介して旋回用コントロールバルブ１２の両側パイロットライン１８,１９に接続され、同コントロールバルブ１２の動作時、つまり旋回動作時に、旋回優先弁１５が図示の全開位置イから絞り位置ロに切換わる。

これにより、旋回／アーム引きの複合操作時にアームシリンダ７のメータイン流量が絞られて同シリンダ７の作動圧が高くなり、旋回モータ１０の作動が確保される。つまり、絞り作用が働く。

この状態では、アームシリンダ流量は絞り作用がない場合と比較して減少するが、とくにアーム引き動作では必要流量が少ないため、アーム４の動きに支障はない。

但し、図示の回路では、アーム引きと、これよりは作動圧が高くなるアーム押しの区別をしない構成をとっているため、旋回／アーム押しの複合操作時にも絞り作用が働くことでアーム押しの動きが少し悪くなる。
特開平２００１−２９５８０４号公報

ところが、このような絞り作用を備えた回路構成において、弊害として、旋回／アーム引きの複合操作時、つまりアームシリンダ７の作動圧が高くなった状態でブーム下げ動作が加わると、このブーム下げの作動圧が相対的に低いことから、これらにさらに油をとられてアームシリンダ流量が不足する。これにより、アーム引きの動きが停止またはそれに近い状態にまで極端に悪化するため、アタッチメント全体の動きが悪くなって作業能率が極端に低下するという問題が生じていた。

そこで本発明は、アタッチメント全体の動きを改善して作業能率を向上させることができる油圧ショベル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、上部旋回体の旋回動作を行わせる旋回モータと、ブームの上げ下げ動作を行わせるブームシリンダと、アームの押し引き動作を行わせるアームシリンダと、バケットを作動させるバケットシリンダと、油圧源としての油圧ポンプと、上記旋回モータ、ブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダの作動を個別に制御する旋回用、ブーム用、アーム用、バケット用の各コントロールバルブと、上記アームシリンダのメータイン流量及びメータアウト流量の少なくとも一方について絞り作用を行う絞り位置と上記絞り作用を解除または低下させる開き位置との間で切換わる旋回優先弁と、この旋回優先弁を制御する優先弁制御手段を備え、上記優先弁制御手段は上記旋回優先弁を、
(ｉ) 旋回とアーム引きの両動作が同時に行われる旋回／アーム引き複合操作時に上記絞り位置に、
(ｉｉ) 旋回とアーム押しの両動作が同時に行われる旋回／アーム押し複合操作時に上記開き位置に、
(ｉｉｉ) 旋回とアーム引きとブーム下げの各動作が同時に行われる旋回／アーム引き／ブーム下げ複合操作時に上記開き位置に
それぞれセットするように構成されたものである。

請求項２の発明は、請求項１の構成において、上記旋回優先弁は、入力されるパイロット圧に応じて開度が変化する油圧パイロット式の流量制御弁として構成され、上記優先弁制御手段は、上記旋回優先弁のパイロット圧を制御することによって上記旋回優先弁を上記絞り位置と開き位置との間で切換え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２の構成において、上記優先弁制御手段として、上記旋回優先弁のパイロットラインに、外部からの操作信号によって切換わる切換弁が設けられ、この切換弁は、上記旋回優先弁のパイロットラインをパイロット圧源に接続して上記旋回優先弁にパイロット圧を供給するパイロット圧供給位置と、上記パイロットラインをタンクに接続して上記旋回優先弁に対するパイロット圧の供給を停止するパイロット圧停止位置との間で切換わるように構成されたものである。

請求項４の発明は、請求項２の構成において、上記優先弁制御手段として、上記旋回優先弁のパイロットラインに、これをタンクに連通させるタンクラインが分岐接続されるとともに、このタンクラインに、外部からの操作信号によって切換わる切換弁が設けられ、この切換弁は、上記旋回優先弁のパイロットラインをタンクに対してブロックして上記旋回優先弁にパイロット圧を供給するパイロット圧供給位置と、上記パイロットラインをタンクに連通させて上記旋回優先弁に対するパイロット圧の供給を停止するパイロット圧停止位置との間で切換わるように構成されたものである。

請求項５の発明は、請求項３または４の構成において、記旋回用コントロールバルブとして油圧パイロット弁が用いられ、上記切換弁が上記絞り位置に切換わった状態で、上記旋回用コントロールバルブのパイロット圧が旋回優先弁のパイロットポートに供給されるように構成されたものである。

請求項６の発明は、請求項３〜５のいずれかの構成において、上記ブーム用のコントロールバルブ、及び上記切換弁としてそれぞれ油圧パイロット弁が用いられ、上記切換弁のパイロットラインが、上記ブーム用コントロールバルブのブーム下げパイロットラインに接続されたものである。

本発明によると、旋回優先弁を、旋回／アーム引きの複合操作時に絞り位置に、旋回／アーム押し複合操作時に開き位置に、旋回／アーム引き／ブーム下げ複合操作時に開き位置にそれぞれセットするように構成したから、一連の掘削作業の能率を上げ、作業のサイクルタイムを短縮することができる。

また、請求項５の発明によると、油圧パイロット式の旋回優先弁のパイロット圧を切換弁で制御することによって旋回優先弁を切換える構成を前提として、旋回用コントロールバルブのパイロット圧を利用して旋回優先弁を作動させる構成としたから、別のパイロット圧源や余分な制御手段が不要となり、しかも旋回優先動作とその制限動作が旋回操作と連動して確実に行われる。

一方、請求項６の発明によると、ブーム用のコントロールバルブのブーム下げパイロット圧によって切換弁を制御する構成としたから、切換弁用のパイロット圧源、及びブーム下げ操作を検出してパイロット圧を切換弁に供給するための制御手段が不要となるとともに、旋回／アーム引き／ブーム下げの複合操作時に絞り作用を解除または低下させる作用が確実に行われる。

本発明の参考形態及び実施形態を図１，２によって説明する。

以下の参考形態及び実施形態では、説明を分かり易くするために、背景技術の説明に合わせて一つの油圧ポンプで全アクチュエータを駆動する回路構成としている。また、油圧アクチュエータとしてブーム、アーム両シリンダ６,７と旋回モータ１０のみを示す。

図１において、図４に示す公知技術と同一部分には同一符号を付して示し、その重複説明を省略する。

参考形態及び実施形態において、
（ｉ）アーム用コントロールバルブ１４のメータイン側に、油圧パイロット式の流量制御弁である旋回優先弁１５が設けられる点、
（ｉｉ）この旋回優先弁１５のパイロットポート１５ａが、旋回優先パイロットライン１６及びシャトル弁１７を介して旋回用コントロールバルブ１２の両側パイロットライン１８,１９に接続される点、
（ｉｉｉ）同コントロールバルブ１２の操作時（旋回動作時）に、旋回優先弁１５が図示の開き位置(全開位置)イから絞り位置ロに切換わることにより、旋回／アーム引きの複合操作時にアームシリンダ７のメータイン流量が絞られて同シリンダ７の作動圧が高くなり、旋回モータ１０の作動が確保される（絞り作用が働く）点
の基本構成は図４の公知技術と同じである。

参考形態(図１参照)
参考形態においては、旋回優先弁１５のパイロットポート１５ａとシャトル弁１７とを結ぶ旋回優先パイロットライン１６に油圧パイロット式の切換弁２０が設けられている。

この切換弁２０は、旋回優先パイロットライン１６を開通させて旋回パイロット圧を旋回優先弁１５のパイロットポート１５ａに導くパイロット圧供給位置イと、パイロットポート１５ａをタンクＴに連通させて旋回優先弁１５に対するパイロット圧の供給を停止するパイロット圧停止位置ロとを有し、そのパイロットポート２０ａにパイロット圧が導入されないときは図示の絞り位置イにセットされる。

この状態で、旋回／アーム引き操作時に旋回パイロット圧が旋回優先弁１５のパイロットポート１５ａに供給されて同制御弁１５が開き位置イから絞り位置ロに切換わり、絞り作用（絞り作用）が働く。

切換弁２０のパイロットポート２０ａに接続されたパイロットライン２１は、ブーム用コントロールバルブ１３のブーム上げ側及び下げ側両パイロットライン２２,２３のうちブーム下げ側パイロットライン２３に接続され、ブーム下げ操作が行われたときに切換弁２０がパイロット圧供給位置イからパイロット圧停止位置ロに切換わるように構成されている。

従って、旋回／アーム引きの複合操作中にブーム下げ動作が加わると、切換弁２０がパイロット圧停止位置ロに切換わることによって旋回優先弁１５が開き位置イに戻るため、絞り作用がキャンセルされる。

これにより、アームシリンダ７の必要流量が確保され、旋回／アーム引き／ブーム下げの複合操作時のアーム引き及びブーム下げの両動作がスムーズに行われる。

なお、このとき作動圧の高い旋回モータ１０の供給流量が減少し、旋回動作が遅くなるが、図３のアーム４の動きが停止またはそれに近い状態となるよりはアタッチメント９全体の動きとしては望ましいものとなる。

また、この実施形態の回路構成によると、油圧パイロット式の旋回優先弁１５のパイロット圧を切換弁２０で制御することによって絞り作用を働かせ、または絞り作用を解除する構成を前提として、旋回用コントロールバルブ１２のパイロット圧を利用して旋回優先弁１５を作動させる構成としたから、旋回優先弁専用のパイロット圧源を設ける必要も、余分な制御手段を追加する必要もない。しかも、旋回優先動作とその制限動作が旋回操作と連動して確実に行われる。

さらに、ブーム下げのパイロット圧によって切換弁２０を制御する構成としたから、切換弁用のパイロット圧源、及びブーム下げ操作を検出してパイロット圧を切換弁２０に供給するための制御手段が不要となる。また、旋回／アーム引き／ブーム下げの複合操作時に絞り作用を解除する機能が確実に行われる。

実施形態（図２参照）
参考形態との相違点のみを説明する。

参考形態の回路構成によると、前記のようにアーム引きとアーム押しを区別せずにアーム操作で絞り作用を発揮させる構成をとっているため、この区別するための回路が不要となることで回路構成が簡略化される。その半面、旋回／アーム押しの複合操作時（旋回／アーム引きの複合操作中にアーム引きがアーム押しに変わったときを含む）であっても絞り作用が働く。このため、アーム引きよりは作動圧が高くなるアーム押しの動きが悪くなる。

実施形態においてはこの点の対策が講じられている。

すなわち、旋回優先弁１５のパイロットポート１５ａとシャトル弁１７とを結ぶ旋回優先パイロットライン１６に、これをタンクＴに連通させるタンクライン２４が分岐接続され、このタンクライン２４に油圧パイロット式の切換弁２５が設けられている。

この切換弁２５は、旋回優先パイロットライン１６をタンクＴに対してブロックして旋回優先弁１５にパイロット圧を供給するパイロット圧供給位置イと、タンクＴに連通させて上記旋回優先弁１５に対するパイロット圧の供給を停止するパイロット圧停止位置ロとを有し、そのパイロットポート２５ａにパイロット圧が導入されたときに図示のパイロット圧供給位置イからパイロット圧停止位置ロに切換わる。

切換弁２５のパイロットポート２５ａは、パイロットライン２６及びシャトル弁２７を介してブーム下げ側パイロットライン２３とアーム押し側パイロットライン２８（２９はアーム引き側パイロットラインである）に接続されている。

この構成によると、旋回／アーム引き複合操作時に絞り作用が働いて旋回優先となり、旋回／アーム引き／ブーム下げの複合操作時に絞り作用が解除される一方、旋回／アーム押しの複合操作時（旋回／アーム引きの複合操作中にアーム引きがアーム押しに変わったときを含む）に、アーム押し側パイロット圧が切換弁２５に加えられて同切換弁２５がパイロット圧停止位置ロに切換わるため、旋回パイロット圧がタンクＴに落とされることで旋回優先弁１５が開き位置イにセットされる。つまり、旋回／アーム引き／ブーム下げの複合操作時と同様に絞り作用がキャンセルされる。これにより、アーム押しの良好な動作を確保することができる。

この状態で、旋回用コントロールバルブ１２のパイロットライン１８,１９がタンクＴに連通することから、同バルブ１２のパイロット圧を確保するために、旋回優先パイロットライン１６におけるタンクライン２４との分岐点よりも上流側に絞り３０が設けられている。

なお、優先パイロットライン１６がタンクＴに連通し、切換弁２５は、アーム押しとブーム下げの少なくとも一方の動作によってパイロット圧停止位置ロに切換わるため、旋回／アーム押し／ブーム下げの複合操作時にも絞り作用がキャンセルされることはいうまでもない。

他の実施形態
（１） 上記実施形態では、旋回優先弁１５によってアームシリンダ７のメータイン流量を絞る構成をとったが、メータアウト流量、または双方の流量を絞る構成をとってもよい。

（２） 上記実施形態では、旋回／アーム引き／ブーム下げの複合操作時に旋回優先弁１５を絞り位置ロから開き(全開)位置イに切換えることによって絞り作用を『解除』する構成としたが、同制御弁１５に供給されるパイロット圧を低下させることによって絞り作用を『低下』させる構成をとってもよい。

（３） 上記実施形態では、旋回／アーム引き複合操作時に旋回パイロット圧によって旋回優先弁１５を絞り位置ロに切換える構成をとったが、旋回操作をセンサで検出し、コントローラからの信号に基づく電磁弁の作動によって別のパイロット圧源からのパイロット圧で旋回優先弁１５を絞り位置ロに切換える構成をとってもよい。

（４） 同様に、旋回／アーム引き／ブーム下げの複合操作時に、切換弁２５をパイロット圧停止位置ロに切換える手段として、ブーム下げ操作をセンサで検出し、コントローラからの信号に基づく電磁弁の作動によって別のパイロット圧源からのパイロット圧で切換弁２５をパイロット圧停止位置ロに切換える構成をとってもよい。

本発明の参考形態を示す回路構成図である。 本発明の実施形態を示す回路構成図である。 油圧ショベルの概略側面図である。 従来の回路構成図である。

１ 下部走行体
２ 上部旋回体
３ ブーム
４ アーム
５ バケット
６ ブームシリンダ
７ アームシリンダ
１０ 旋回モータ
１１ 油圧ポンプ
１２ 旋回用コントロールバルブ
１３ ブーム用コントロールバルブ
１４ アーム用コントロールバルブ
１５ 旋回優先弁
１５ａ パイロットポート
１６ 旋回優先パイロットライン
１７ シャトル弁
２０ 切換弁
２１ 切換弁のパイロットライン
２３ ブーム下げ側パイロットライン
２４ タンクライン
２５ 切換弁
２６ 切換弁のパイロットライン
２７ シャトル弁
２８ アーム押し側パイロットライン

Claims (6)

1. 上部旋回体の旋回動作を行わせる旋回モータと、ブームの上げ下げ動作を行わせるブームシリンダと、アームの押し引き動作を行わせるアームシリンダと、バケットを作動させるバケットシリンダと、油圧源としての油圧ポンプと、上記旋回モータ、ブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダの作動を個別に制御する旋回用、ブーム用、アーム用、バケット用の各コントロールバルブと、上記アームシリンダのメータイン流量及びメータアウト流量の少なくとも一方について絞り作用を行う絞り位置と上記絞り作用を解除または低下させる開き位置との間で切換わる旋回優先弁と、この旋回優先弁を制御する優先弁制御手段を備え、上記優先弁制御手段は上記旋回優先弁を、
   (ｉ) 旋回とアーム引きの両動作が同時に行われる旋回／アーム引き複合操作時に上記絞り位置に、
   (ｉｉ) 旋回とアーム押しの両動作が同時に行われる旋回／アーム押し複合操作時に上記開き位置に、
   (ｉｉｉ) 旋回とアーム引きとブーム下げの各動作が同時に行われる旋回／アーム引き／ブーム下げ複合操作時に上記開き位置に
   それぞれセットするように構成されたことを特徴とする油圧ショベルの油圧制御装置。
2. 上記旋回優先弁は、入力されるパイロット圧に応じて開度が変化する油圧パイロット式の流量制御弁として構成され、上記優先弁制御手段は、上記旋回優先弁のパイロット圧を制御することによって上記旋回優先弁を上記絞り位置と開き位置との間で切換えるように構成されたことを特徴とする請求項１記載の油圧ショベルの油圧制御装置。
3. 上記優先弁制御手段として、上記旋回優先弁のパイロットラインに、外部からの操作信号によって切換わる切換弁が設けられ、この切換弁は、上記旋回優先弁のパイロットラインをパイロット圧源に接続して上記旋回優先弁にパイロット圧を供給するパイロット圧供給位置と、上記パイロットラインをタンクに接続して上記旋回優先弁に対するパイロット圧の供給を停止するパイロット圧停止位置との間で切換わるように構成されたことを特徴とする請求項２記載の油圧ショベルの油圧制御装置。
4. 上記優先弁制御手段として、上記旋回優先弁のパイロットラインに、これをタンクに連通させるタンクラインが分岐接続されるとともに、このタンクラインに、外部からの操作信号によって切換わる切換弁が設けられ、この切換弁は、上記旋回優先弁のパイロットラインをタンクに対してブロックして上記旋回優先弁にパイロット圧を供給するパイロット圧供給位置と、上記パイロットラインをタンクに連通させて上記旋回優先弁に対するパイロット圧の供給を停止するパイロット圧停止位置との間で切換わるように構成されたことを特徴とする請求項２記載の油圧ショベルの油圧制御装置。
5. 上記旋回用コントロールバルブとして油圧パイロット弁が用いられ、上記切換弁が上記絞り位置に切換わった状態で、上記旋回用コントロールバルブのパイロット圧が旋回優先弁のパイロットポートに供給されるように構成されたことを特徴とする請求項３または４記載の油圧ショベルの油圧制御装置。
6. 上記ブーム用のコントロールバルブ、及び上記切換弁としてそれぞれ油圧パイロット弁が用いられ、上記切換弁のパイロットラインが、上記ブーム用コントロールバルブのブーム下げパイロットラインに接続されたことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の油圧ショベルの油圧制御装置。

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