JP5366485B2 - 建設機械の油圧制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、油圧作動の建設機械に使用される多連型の油圧制御弁に係り、特にロードセ
ンシング方式の油圧制御弁に関する。

油圧作動の建設機械において、作業機の状態が、走行作業、掘削作業等の操作をしていない状態(以下中立状態)を検出するため、油圧制御弁に信号回路を構成する場合がある。例えば、中立状態と作業状態を検出し建設機械のエンジン回転数を制御するオートアイドルや走行作業を検出し、警報ランプや警報音、更にはシステムの最高圧力まで昇圧することに使用される。

ロードセンシング式油圧制御装置の利点は油圧アクチュエータの負荷圧力すなわち、アクチュエータ駆動圧力が変化しても切換弁の操作量に比例して流量を供給し、又は新たな切換弁および油圧アクチュエータを追加した場合でも容易に流量配分が出来ることにある。その場合、ロードセンシング機能を有する切換弁群とロードセンシング機能を有しない切換弁群とを共通の可変容量ポンプに接続し、これら各々の切換弁群の切換弁に接続されたアクチュエータが慣性、負荷圧力が異なる場合でもかつ同時に駆動しても、極めて簡単な方法で、それぞれのアクチュエータの特性に応じて非常にスムースな起動特性、操作性を得ることが出来る油圧制御装置が開示されている。（特許文献１）

アンロード弁を含む従来のロードセンシング式油圧制御装置の典型的な油圧回路構成を図２（特許文献２の図２に対応）に示す。
同図２において、参照符号１０は原動機１２により駆動される可変容量ポンプ、１０Ａは同ポンプ１０の斜板を示し、参照符号１４は斜板１０Ａの傾斜角を調整する油圧シリンダである。参照符号２０、及び３０は可変容量ポンプ１０からの圧油供給ラインＬ１に接続されたクローズセンタ型の切換弁でありこれら切換弁２０、３０には油圧シリンダからなる油圧アクチュエータＡＣＴ１、ＡＣＴ２がそれぞれ接続されている。

また、各切換弁２０、３０と各油圧アクチュエータＡＣＴ１、ＡＣＴ２との間には補償弁２２、３２が設けられている。これら補償弁２２、３２と切換弁２０、３０との間には負荷圧力検出ラインＳＬ１、ＳＬ２が設けられて、各負荷圧力が取出され、これら取出された負荷圧力は前記補償弁２２、３２に対して、それぞれバネ２６、３６と共にこれらを開方向に作用すると同時に高圧選択手段４０によって選択された負荷圧力検出ラインＳＬ１又はＳＬ２のいずれかの圧力が信号ラインＳＬ５すなわち、ロードセンシングラインＬＳへ取出され、前記補償弁２６及び３６に対してこれらを絞り方向に作用させている。同時にこの信号ラインＳＬ５の圧力はラインＳＬ７として可変容量ポンプ１０の容量調整装置１６に作用している。

ここで、可変容量ポンプ１０の圧油供給ラインＬ１には前記アンロード弁１８が接続され、このアンロード弁１８は、信号ラインＳＬ６の圧力と可変容量ポンプ１０の圧油供給ラインＬ１との圧力差が、当該アンロード弁１８に設けられたバネ１８Ａの力によって定まる所定圧力を超えると前記圧油供給ラインＬ１をアンロードするようになっている。

上記の構成において、例えば切換弁２０を図中２０Ｂの位置へ操作した場合を想定すると、可変容量ポンプ１０からの圧油は、ラインＬ０、Ｌ１、Ｌ２から切換弁２０内の供給通路２０Ｂ１を経て通路Ｌ４に至り、同通路Ｌ４から補償弁２６、逆止弁２４、ラインＬ５を経て再び切換弁２０に戻りラインＬＡ１を通って油圧アクチュエータＡＣＴ１に与えられ、その戻り側のラインＬＢ１から切換弁２０を経てタンクラインＬ８を介してタンクＴに戻されるようになっている。

その場合、油圧アクチュエータＡＣＴ１の駆動圧力すなわち、負荷圧に対応する通路Ｌ４の圧力は信号ラインＳＬ１を介して検出され、さらに高圧選択手段４０を経て信号ラインＳＬ５上の圧力として検出され、この検出圧力は信号ラインＳＬ６としてバネ１８Ａの力と共にアンロード弁１８に作用し、可変容量ポンプ１０の圧油供給ラインＬ１とタンクＴに通じるタンクラインＬ１１との導通を遮断するようになっている。なお、参照符号１３は、各切換弁への操作圧油信号を供給する固定容量ポンプ、例えばギヤポンプである。

同様な関係は、切換弁３０、油圧アクチュエータＡＣＴ２を駆動した場合にも該当するがその詳細説明は省略する。

ところで、油圧作動の建設機械では、当該機械の状態、すなわち、走行作業や掘削作業等を操作していない状態（以下中立状態という）を検出するため、各切換弁にサイドバイパスと称される信号回路を形成する場合がある。例えば、中立状態と作業状態を検出し建設機械のエンジン回転数を制御するオートアイドルや走行作業を検出し、この信号を警報ランプや警報音、更にはシステムの最高圧力を昇圧するのに使用される。

このような場合には、従来、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、各切換弁ＶＬ１、ＶＬ２のスプールｓｐｒ１、ｓｐｒ２の右端部に連通路Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を設け各スプールが中立位置の状態のときだけポンプＦＰからの圧油がタンクＴへ流れるようになっており、絞りＴｈの下流側検出ポートＰｘはほぼタンク圧となる。また逆に、スプールの１つでも中立位置からずれた場合は、絞りＴｈの下流側検出ポートＰｘは前述した流れが遮断されるので、ポンプＦＰの吐出圧となる。このような例では各スプールの一端側に連通路Ｐ１〜Ｐ３を設けねばならず、スプールが長くなり、制御弁の構造が大きくなるという難点がある。
特許文献２では、こうした問題点を解決するため、各スプールを長くしない方法が提案されている。

しかしながら、前記スプールを長くしない方法でも、特許文献２の図１に示されるように、各スプールを収納する弁本体にロードセンシング信号等の流路を設けるようにしたものであり、各弁本体に細かな横穴加工が必要であった。
また、多連型制御弁では、前記の検出信号を生成するために特別な油圧回路を構成することが必要となり、スペースを確保するために前述のように、弁本体を大きくせざるを得なかった。更には弁本体の鋳物や加工の複雑化により製作コストの上昇を招いていた。
ロードセンシング方式では各アクチュエータにロードセンシング圧力を検出するポートが必要不可欠であり、更には、各アクチュエータを操作することによってロードセンシング圧力はある圧力まで上昇するため、ロードセンシング圧力を利用すれば建設機械の操作している状態と中立状態は検出できるが、一方、ロードセンシング圧力は、システムの最高圧力まで上がるので、センサの耐圧及び製造コストの上昇の問題もあった。

特開２００２−２９５４０５号公報 特開２００７−３２１９０８号公報

本発明者は、上述した点に鑑み、鋭意検討した結果、ロードセンシング信号により作動する１つの切換弁を制御弁に設けることで上記の問題点が解決できることを見出した。

従って、本発明の目的は、各弁本体やスプールに機械加工を施すことなく、ロードセンシング信号により作動する１つの切換弁を制御弁に設けた建設機械の油圧制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明による建設機械の油圧制御装置は、ロードセンシング方式の多連型油圧制御弁を備えた建設機械の油圧制御装置において、前記油圧制御装置に設けられたパイロット操作弁に圧油を供給する固定容量ポンプと、前記多連型油圧制御弁に設けられた第１外部ポートと、前記固定容量ポンプからの供給圧油の一部を前記第１外部ポートに供給接続する管路と、前記多連型油圧制御弁に設けられ前記第１外部ポートと絞りを介して接続され前記ロードセンシング圧力により作動する切換弁と、前記切換弁の圧油流入口と前記絞りとの間の圧力を外部に取出すべく前記多連型油圧制御弁に設けられた第２外部ポートと、前記切換弁の圧油流出口を前記多連型油圧制御弁内のタンクラインに接続する管路とからなり、前記絞りは前記第１外部ポートと前記切換弁の圧油流入口との間に配置され、前記多連型油圧制御弁がすべて中立状態のときにはロードセンシング圧力がタンク圧となり、前記切換弁は、前記固定容量ポンプからの供給圧油を前記絞りを介してタンクポートへ流れさせ、一方、前記多連型油圧制御弁の１つでも前記多連型油圧制御弁のパイロット操作圧信号用のポートを介して、パイロット操作圧信号が与えられると、ロードセンシングライン圧力はバネの設定力よりも上昇して、前記切換弁は閉成位置となり前記絞りからの流れが遮断されることを特徴とする。

その場合、前記第２外部ポートからの圧油信号を用いて建設機械のエンジン回転数を制御するオートアイドル指令信号を生成することができる。
また、その場合、前記第２外部ポートからの圧油信号を油電変換した電気信号を用いて、建設機械の作業状態を検出し、それにより操縦者に対し警告・表示を行うよう構成することができる。

本発明によれば、ロードセンシング方式の多連型油圧制御弁を備えた建設機械の油圧制御装置において、前記油圧制御装置に設けられたパイロット操作弁に圧油を供給する固定容量ポンプと、前記多連型油圧制御弁に設けられた第１外部ポートと、前記固定容量ポンプからの供給圧油の一部を前記第１外部ポートに供給接続する管路と、前記多連型油圧制御弁に設けられ前記第１外部ポートとオリフィスを介して接続され前記ロードセンシング圧力により作動する切換弁と、前記切換弁の圧油流入口とオリフィスとの間の圧力を外部に取出すべく前記多連型油圧制御弁に設けられた第２外部ポートと、前記切換弁の圧油流出口を前記多連型油圧制御弁内のタンクラインに接続する管路と、からなるよう構成したので、建設機械を操作している状態と中立状態を検出する際に、特別な油圧回路を構成せず、製作コストアップを招かず、更には、低圧センサが使用でき、且つセンサの破損も少なくなることで、建設機械トータルのコストアップに繋がらない油圧制御弁を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態に基づく実施例について添付図面の図１を参照して詳細に説明する。図１は、本発明によるロードセンシング信号により作動する切換弁を備えた油圧制御装置の主要部であって、（ａ）はその油圧回路を示し、（ｂ）は切換弁本体近傍の構成を説明する断面図を示す。

図１（ａ）において、参照符号１００は本発明における制御弁であって、複数個の切換弁１０２が建設機械の油圧アクチュエータ(図示せず)のそれぞれに対応して設けられている。ポートＡ、Ｂは対応するアクチュエータの圧油の給排口、ポートａ、ｂはパイロット操作圧信号用のポートである。ポートＰは主ポンプから供給される圧油供給口、ポートＴＰはタンクポートである。制御弁１００には切換弁１０４が設けられており、同切換弁１０４はバネ１１２により開成され、またロードセンシングラインＬＳの圧力により閉成されるようになっている。

参照符号１０６は第１外部ポートＰＴ１と切換弁１０４の入力口との間に配置された絞りであり、前記第１外部ポートＰＴ１には、パイロット操作弁１１０へのパイロット圧供給用の固定容量ポンプＦＰからの圧油の一部が供給されるようになっている。参照符号ＲＦはリリーフ弁である。絞り１０６と切換弁１０４の入力口との間の圧力は破線の通路を経て第２外部ポートＰＴ２へ導かれている。この第２外部ポートＰＴ２の圧油信号Ｐｘは、例えばオートアイドル指令信号として直接利用されることができる。また、鎖線で示すように、この圧油信号Ｐｘを油電変換して電気信号として建設機械の制御装置１０８へ与えることも可能である。ポートＰＴ３はドレンポートである。

図１（ａ）において、複数の切換弁がすべて中立状態のときにはロードセンシングラインＬＳの信号圧が低すなわち、タンク圧となり、切換弁１０４は、図示のように、ポンプＦＰからの圧油を、絞り１０６を介しタンクポートＴＰへ流れさせる。この状態では、第２外部ポートＰＴ２の圧油信号Ｐｘは、ほぼタンク圧(低)となっている。

一方、複数の切換弁１０２の１つでも、そのポートａまたはｂを介して、操作圧信号が与えられると、ロードセンシングラインＬＳの圧力はバネ１１２の設定力よりも上昇する。したがって、切換弁１０４は下方側の位置すなわち、閉成位置となり絞り１０６からの流れが遮断される。この状態では、第２外部ポートＰＴ２の圧油信号Ｐｘは、ポンプＦＰの供給圧（高）となっている。

したがって、第２外部ポートＰＴ２の圧油信号Ｐｘは、ロードセンシングラインＬＳの圧油の高低に応じて、高低の圧油信号となる。なお、前記固定容量ポンプＦＰの吐出圧は通常、４ＭＰａ程度であり、アクチュエータの駆動圧に対応するロードセンシングラインＬＳの圧力に比べ非常に小さい値である。

図１（ｂ）に示されるように、切換弁１０４は制御弁１００の本体内で上部側に設けられている。参照符号１０４ａはスプールで、その中央径小部の両側はラビリンスの設けられた径大部である。同図の左方側径大部にはロードセンシングラインＬＳの圧力が与えられている。また同図の右方側径大部はバネ１１２の弾発力が与えられている。なお、このバネ１１２の弾発力は比較的弱く設定されており、ロードセンシングの圧力が小さい場合でも容易に圧縮されるよう設定されている。参照符号１２０、１２２、１２４は栓である。

参照符号Ｈは、スプール１０４ａの左方側径大部に近い径小部に所定位置に設けられた横穴であって絞り１０６と連通している。参照符号ＴＬ１、ＴＬ２、ＴＬ３、ＴＬ４、ＴＬ５はタンクポートＴＰに接続されたそれぞれのタンクラインである。タンクラインＴＬ１はスプール１０４ａの径小部と連通し、さらにＴＬ２に連通している。タンクラインＴＬ３は、制御弁１００内の図示しない複数の切換弁の一方側のタンクラインであり、ＴＬ２を介してＴＬ４と連通している。またＴＬ５は、前記複数の切換弁の他方側のタンクラインの戻り通路であってＴＬ４はＴＬ５に連通しタンクポートＴＰに接続されている。

図１（ｂ）に示されるように、ロードセンシングラインＬＳの圧力が上昇するとスプール１０４ａは右方へ移動して左方側径大部で横穴Ｈが閉じられるので信号圧力Ｐｘは「高」状態となる。これとは逆に、ロードセンシングラインＬＳの圧力がタンク圧になるとスプール１０４ａは左方へ移動して左方側径大部は横穴Ｈを開くので信号圧力Ｐｘは「低」状態となる。

以上、本発明の好適な実施例について図面を参照して説明したが、当業者であれば、これらの開示例に基づき種々の変形をすることができる。

本発明によるロードセンシング信号により作動する切換弁を備えた油圧制御装置の主要部であって、（ａ）はその油圧回路を示し、（ｂ）は切換弁本体近傍の構成を説明する断面図である。 従来のロードセンシング式油圧制御装置の典型的な油圧回路図である。 従来のオートアイドル指令信号を発生するため、各切換弁スプールの一端部に連通路を直列に設ける方式であって、（ａ）はその油圧回路構成を示し、（ｂ）は前記連通路を示す詳細断面である。

符号の説明

１００ 制御弁
１０２ 切換弁
１０４ 切換弁
１０４ａ スプール
１０６ 絞り
１０８ 制御装置
１１０ パイロット操作弁
１１２ バネ
１１４ 油電変換部
１２０、１２２、１２４ 栓
ＦＰ 固定容量ポンプ
Ｈ 横穴
ＰＴ１ 第１外部ポート
ＰＴ２ 第２外部ポート
Ｐｘ 圧油信号
ＴＬ１、ＴＬ２、ＴＬ３、ＴＬ４、ＴＬ５ タンクライン
ＴＰ タンクポート

Claims (3)

1. ロードセンシング方式の多連型油圧制御弁を備えた建設機械の油圧制御装置において、
   前記油圧制御装置に設けられたパイロット操作弁に圧油を供給する固定容量ポンプと、
   前記多連型油圧制御弁に設けられた第１外部ポートと、
   前記固定容量ポンプからの供給圧油の一部を前記第１外部ポートに供給接続する管路と、
   前記多連型油圧制御弁に設けられ前記第１外部ポートと絞りを介して接続され前記ロードセンシング圧力により作動する切換弁と、
   前記切換弁の圧油流入口と前記絞りとの間の圧力を外部に取出すべく前記多連型油圧制御弁に設けられた第２外部ポートと、
   前記切換弁の圧油流出口を前記多連型油圧制御弁内のタンクラインに接続する管路とからなり、
   前記絞りは前記第１外部ポートと前記切換弁の圧油流入口との間に配置され、
   前記多連型油圧制御弁がすべて中立状態のときにはロードセンシング圧力がタンク圧となり、前記切換弁は、前記固定容量ポンプからの供給圧油を前記絞りを介してタンクポートへ流れさせ、
   一方、前記多連型油圧制御弁の１つでも前記多連型油圧制御弁のパイロット操作圧信号用のポートを介して、パイロット操作圧信号が与えられると、ロードセンシングライン圧力はバネの設定力よりも上昇して、前記切換弁は閉成位置となり前記絞りからの流れが遮断される建設機械の油圧制御装置。
2. 前記第２外部ポートからの圧油信号を用いて建設機械のエンジン回転数を制御するオートアイドル指令信号を生成することを特徴とする請求項１に記載された建設機械の油圧制御装置。
3. 前記第２外部ポートからの圧油信号を油電変換した電気信号を用いて、建設機械の作業状態を検出し、それにより操縦者に対し警告・表示を行うようにした請求項１または２に記載された建設機械の油圧制御装置。

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