JP5450147B2 - 建設機械のロードセンシング制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、走行モータを備えた建設機械のロードセンシング制御装置に関する。

この種のものとして特許文献１に記載された装置が従来から知られている。この従来の装置は、各回路系統に圧油を供給する第１，２ポンプ以外に第３のポンプを備えている。そして、当該建設機械を走行させながら、作業機系のアクチュエータを同時に作動させるときには、上記第１，２ポンプの吐出油をそれぞれの走行モータに供給するとともに、作業機系アクチュエータには第３ポンプの吐出油を供給するようにしている。つまり、当該建設機械を走行させながら、作業機系のアクチュエータを作動させるときには、走行系と作業機系とでポンプ系統を別々にして、安定した作動を実現させている。

特許第３７５３５９５号公報

上記のようにした従来の装置では、アクチュエータを作動させるためのポンプが３台必要になり、その分、コストアップにつながるとともに、エネルギー損失も多くなるという問題があった。
この発明の目的は、アクチュエータを作動させるポンプの台数を増やすことなく、走行系と作業機系のアクチュエータを安定的に同時に作動させることができる建設機械のロードセンシング制御装置を提供することである。

この発明は、作業機系のアクチュエータを制御する複数の作業機用制御弁と、走行モータを制御するモータ用制御弁とを備えた一対の回路系統のそれぞれに第１，２可変容量型ポンプを接続する一方、これら第１，２可変容量型ポンプのそれぞれには、当該回路系統の最高負荷圧を検出するパイロット経路の圧力に応じて、上記第１，２可変容量型ポンプの吐出圧と最高負荷圧とを一定の差圧を保つように当該ポンプの吐出量を制御する流量制御機構を備えた建設機械のロードセンシング制御装置に関するものである。

そして、第１の発明は、上記第１，２回路系統のいずれかの作業機用制御弁と、第１，２回路系統のモータ用制御弁とが同時に中立位置以外に切り換えられたか否かを検出してパイロット信号を出力する作業状態検出機構と、上記第１回路系統と第２回路系統のそれぞれに設けた中立流路と上記パイロット経路とを連通させたり遮断させたりする統合制御弁とを備え、この統合制御弁はノーマル状態で遮断位置を保つ一方、上記第１，２回路系統のいずれかの作業機用制御弁と第１，２回路系統の両モータ用制御弁とが同時に中立位置以外に切り換えられた旨の信号が上記作業状態検出機構から出力されたとき、上記統合制御弁が連通位置に切り換えられる構成にした点に特徴を有する。

第２の発明は、上記作業状態検出機構は、パイロットポンプと、上記作業機用制御弁と連動して切り換わるとともに作業機用制御弁が中立位置にあるとき開位置を保ってパイロットポンプをタンクに連通させ、作業機用制御弁が中立位置以外の位置に切り換えられたとき閉位置を保ってパイロットポンプとタンクとの連通を遮断する作業機用開閉制御部と、上記モータ用制御弁と連動して切り換わるとともにモータ用制御弁が中立位置にあるとき開位置を保ってパイロットポンプとタンクを連通させ、モータ用制御弁が中立位置以外の位置に切り換えられたとき閉位置を保ってパイロットポンプとタンクとの連通を遮断するモータ用開閉制御部と、ノーマル状態で閉位置を保ち、切換位置で開位置を保ってパイロットポンプと上記統合制御弁のパイロット室とを連通させるパイロット切換弁とを備えている。
そして、上記統合制御弁はパイロット室の圧力作用で上記連通位置に切り換わる構成にし、上記作業機用開閉制御部とモータ用開閉制御部の両方が閉位置にあるとき、パイロットポンプの吐出圧の作用でパイロット切換弁が切り換わり、当該パイロットポンプの吐出圧を統合制御弁のパイロット室に導く構成にしている。

第３の発明は、上記作業機用制御弁およびモータ制御弁の切換位置を電気的に検出するセンサーからなる作業状態検出機構と、パイロットポンプと上記統合制御弁との間に設けたパイロット切換電磁弁と、上記センサーからの信号に応じて、パイロット切換電磁弁を切り換えるコントローラとからなる。

第１〜３の発明によれば、走行用モータと作業機系のアクチュエータとを同時に動作させるときには、両回路系統のロードセンシングの制御系を、統合制御弁を介して統合できるので、例えば当該建設機械の走行直進が損なわれたりせず、安定した作動を実現できる。

第１実施形態の回路図である。 第２実施形態の回路図である。

図１に示した第１実施形態は、第１可変容量型ポンプＰ１を油圧源とする第１回路系統と、第２可変容量型ポンプＰ２を油圧源とする第２回路系統とを備えている。
第１可変容量型ポンプＰ１を油圧源とする第１回路系統には、その最上流に第１走行モータＭ１を制御するモータ用制御弁Ｖ１を設けるとともに、その下流側には図示していない作業機系のアクチュエータを制御する作業機用制御弁Ｖ２，Ｖ３を設けている。

これら各制御弁Ｖ１〜Ｖ３には、常時開いた状態を維持する中立ポート１を設けるとともに、これら中立ポート１が直列に連通して中立流路２を形成しているが、この中立流路２は第１可変容量型ポンプＰ１に常時連通している。
なお、上記中立流路２の最下流には、図示していないメインリリーフ弁とアンロード弁とを設けている。

また、上記各制御弁Ｖ１〜Ｖ３のそれぞれの下流側には、圧力補償弁ＰＶ１〜ＰＶ３を接続しているが、これら圧力補償弁ＰＶ１〜ＰＶ３は、その一方のパイロット室３を当該圧力補償弁Ｖ１〜Ｖ３の上流側に接続し、他方のパイロット室４をパイロット経路５に接続するとともに、この他方のパイロット室４にはスプリング６を設けている。
そして、上記他方のパイロット室４に接続したパイロット経路５には、複数のシャトル弁７によってこの第１回路系統の最高負荷圧が導かれるようにしている。

したがって、上記圧力補償弁ＰＶ１〜ＰＶ３は、その下流側の圧力と各制御弁Ｖ１〜Ｖ３が切り換えられたときに形成される絞り８の上流側の圧力との差圧が、パイロット経路５に導かれた最高負荷圧に対して、上記スプリング６のばね力に相当する圧力に保たれるようにして、第１可変容量型ポンプＰ１の吐出量が各アクチュエータに分流されるようにしている。

さらに、上記第１可変容量型ポンプＰ１には、レギュレータ９を主要素とする流量制御機構を設けているが、この流量制御機構は、第１可変容量型ポンプＰ１が、上記パイロット経路５に導かれた最高負荷圧よりも設定圧以上の吐出圧を維持するように、その吐出量を制御するもので、このようにした流量制御機構は、ロードセンシング制御装置に従来から使用されているものである。

一方、第２可変容量型ポンプＰ２を油圧源とする第２回路系統には、その最上流に第２走行モータＭ２を制御するモータ用制御弁Ｖ４を設けるとともに、その下流側には図示していない作業機系のアクチュエータを制御する作業機用制御弁Ｖ５，Ｖ６を設けている。

これら各制御弁Ｖ４〜Ｖ６には、常時開いた状態を維持する中立ポート１０を設けるとともに、これら中立ポート１０が直列に連通して中立流路１１を形成しているが、この中立流路１１は第２可変容量型ポンプＰ２に常時連通している。
なお、上記中立流路１１の最下流には、図示していないメインリリーフ弁とアンロード弁とを設けている。

また、上記各制御弁Ｖ４〜Ｖ６のそれぞれの下流側には、圧力補償弁ＰＶ４〜ＰＶ６を接続しているが、これら圧力補償弁ＰＶ４〜ＰＶ６は、その一方のパイロット室１２を当該圧力補償弁ＰＶ４〜ＰＶ６の上流側に接続し、他方のパイロット室１３をパイロット経路１４に接続するとともに、この他方のパイロット室１３にはスプリング１５を設けている。
そして、上記他方のパイロット室１３に接続したパイロット経路１４には、複数のシャトル弁１６によってこの第２回路系統の最高負荷圧が導かれるようにしている。

したがって、上記圧力補償弁ＰＶ４〜ＰＶ６は、その下流側の圧力と各制御弁Ｖ４〜Ｖ６が切り換えられたときに形成される絞り１７の上流側の圧力との差圧が、パイロット経路１４に導かれた最高負荷圧に対して、上記スプリング１５のばね力に相当する圧力に保たれるようにして、第２可変容量型ポンプＰ２の吐出量が各アクチュエータに分流されるようにしている。

さらに、上記第２可変容量型ポンプＰ２には、レギュレータ１８を主要素とする流量制御機構を設けているが、この流量制御機構は、第２可変容量型ポンプＰ２が、上記パイロット経路１４に導かれた最高負荷圧よりも設定圧以上の吐出圧を維持するように、その吐出量を制御するもので、このようにした流量制御機構は、ロードセンシング制御装置に従来から使用されているものである。
なお、上記制御弁Ｖ１〜Ｖ６のそれぞれは、操作レバー１９を操作して手動で切り換えるもので、そのスプール端にはセンタリングスプリング２０を設けている。

上記のようにしたモータ用制御弁Ｖ１、Ｖ４にはモータ用開閉制御部２１を設けるとともに、作業機用制御弁Ｖ２，Ｖ３、Ｖ５，Ｖ６のそれぞれにも作業機用開閉制御部２２を設けている。これら開閉制御部２１，２２にはパイロットポンプＰＰを接続しているが、上記モータ用開閉制御部２１はパイロットポンプＰＰに対して並列に接続され、作業機用開閉制御部２２はパイロットポンプＰＰに対して直列に接続されている。

上記モータ用開閉制御部２１は、モータ用制御弁Ｖ１，Ｖ４が中立位置にあるときに開位置を保ち、パイロットポンプＰＰをタンクＴに連通する。また、モータ用制御弁Ｖ１、Ｖ４が中立位置以外の切換位置に切り換わったときに閉位置を保ち、これらモータ用開閉制御部２１を通した、パイロットポンプＰＰとタンクＴとの連通を遮断する。

一方、作業機用開閉制御部２２のそれぞれは、作業機用制御弁Ｖ２，Ｖ３、Ｖ５，Ｖ６が中立位置にあるときに開位置を保つとともに、この開状態において作業機用制御弁Ｖ２→Ｖ３→Ｖ５→Ｖ６という順に各作業機用開閉制御部２２が直列に連通する構成にしている。ただし、上記これら作業機用開閉制御部２２の群は、上記したモータ用開閉制御部２１の群に対して並列になる構成にしている。

上記のようにした作業機用開閉制御部２２は、作業機用制御弁Ｖ２，Ｖ３、Ｖ５，Ｖ６が中立位置以外の位置に切り換えられたときに閉位置を保ち、これら作業機用開閉制御部２２を通した、パイロットポンプＰＰとタンクＴとの連通を遮断する。

さらに、パイロットポンプＰＰに対して上記モータ用開閉制御部２１および作業機用開閉制御部２２とは並列にしたパイロット流路２３をパイロットポンプＰＰに接続するとともに、このパイロット流路２３にはパイロット切換弁２４を接続している。このパイロット切換弁２４は、パイロット流路２３に導かれたパイロット圧を、統合制御弁２５のパイロット室２５ａに導いたり、その経路を遮断したりするものである。

すなわち、上記パイロット切換弁２４は、スプリング２４ａのばね力の作用で図示のノーマル状態である閉位置を保ち、このスプリング２４ａと対向する側に設けたパイロット室２４ｂの圧力作用が上記スプリング２４ａのばね力に打ち勝ったとき、パイロット流路２３を統合制御弁２５に連通させる開位置を保つ。

上記のようにしたパイロット切換弁２４のパイロット室２４ｂはパイロットポンプＰＰに接続しているが、このパイロット室２４ｂは、パイロットポンプＰＰに対して、モータ用開閉制御部２１、作業機用開閉制御部２２およびパイロット流路２３と並列に接続されている。

また、上記統合制御弁２５は、上記パイロット室２５ａと対向する側に設けたスプリング２５ｂのばね力の作用で、通常は、図示の閉位置を保つ。そして、上記パイロット室２５ａの圧力作用がスプリング２５ｂのばね力に打ち勝つと開位置に切り換わる。
統合制御弁２５が開位置に切り換わると、第１，２回路系統の中立流路２，１１が連通するとともに、両回路系統のパイロット経路５，１４も連通する。

次に上記実施形態の作用を説明する。
モータ用制御弁Ｖ１，Ｖ４および作業機用制御弁Ｖ２，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ６が図示の中立位置にあるとき、モータ用開閉制御部２１および作業機用開閉制御部２２が開位置を保つ。両開閉制御部２１，２２が開位置を保てば、パイロットポンプＰＰの吐出油はすべてタンクＴに導かれるので、パイロット切換弁２４のパイロット室２４ｂにはパイロット圧が作用しない。

したがって、パイロット切換弁２４が図示の閉位置を保つとともに、統合制御弁２５のパイロット室２５ａにもパイロット圧が作用しないので、この統合制御弁２５も図示の閉位置を保つ。このように統合制御弁２５が閉位置を保てば、第１，２回路系統は完全に分離し、それぞれ独立に制御されることになる。

また、両モータ用制御弁Ｖ１，Ｖ４を同時に切り換えるとともに、作業機用制御弁Ｖ２，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ６のうちのいずれかひとつでも切り換えると、パイロットポンプＰＰとタンクＴとの連通が遮断されるので、パイロットポンプＰＰの吐出圧が上昇する。この上昇した吐出圧がパイロット圧としてパイロット切換弁２４のパイロット室２４ｂに作用し、パイロット切換弁２４を閉位置から開位置に切り換える。

パイロット切換弁２４が開位置に切り換われば、パイロットポンプＰＰの吐出圧が、統合制御弁２５のパイロット室２５ａに作用し、この統合制御弁２５を閉位置から開位置に切り換える。
このように統合制御弁２５が開位置に切り換われば、両回路系統の中立流路２と１１、パイロット経路５と１４とが連通するので、それら回路系統のロードセンシング制御系が統一されることになる。

以上のようにこの第１実施形態によれば、例えば、直進走行時に両走行モータＭ１，Ｍ２を同時に作動させている状態で、作業機系のアクチュエータを作動させるために作業機用制御弁Ｖ２，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ６のいずれかひとつでも切り換えれば、パイロットポンプＰＰの吐出圧が上昇して、パイロット切換弁２４が切り換わり、統合制御弁２５も開位置に切り換わる。

そして、統合制御弁２５が開位置に切り換われば、上記したように第１，２回路系統の中立流路２と１１、パイロット経路５と１４が連通するので、ロードセンシングの制御系統が一体化する。このようにロードセンシングの制御系統が一体化し、同じ最高負荷圧のもとで第１，２可変容量型ポンプＰ１，Ｐ２の吐出量が制御されることになる。
したがって、モータ用制御弁Ｖ１，Ｖ４の切換量が同じである限り走行モータＭ１，Ｍ２の回転数も等しくなり、直進走行を確実に維持することができる。

いずれにしても、この第１実施形態によれば、走行モータＭ１，Ｍ２を同時に作動させているときに、作業機系のアクチュエータを作動させても、走行モータＭ１，Ｍ２の作動に影響を及ぼすことがない。
なお、上記第１実施形態では、上記モータ用開閉制御部２１、作業機用開閉制御部２２およびパイロットポンプＰＰで、この発明の作業状態検出機構を構成するものである。

図２に示した第２実施形態は、最高負荷圧を検出するために、第１実施形態のシャトル弁７，１６に代えてチェック弁２６，２７を用いたもので、その他の構成および作用・効果は、第１実施形態と同一である。したがって、同一の構成に付いては、第１実施形態の説明を援用する。

なお、上記第１，２実施形態において、モータ用制御弁Ｖ１，Ｖ４の下流側に、２つの作業機用制御弁Ｖ２，Ｖ３およびＶ５，Ｖ６を接続したが、これら作業機用制御弁は必要なアクチュエータに応じていくつ接続してもよい。

また、上記第１，２実施形態では、上記モータ用開閉制御部２１、作業機用開閉制御部２２およびパイロットポンプＰＰで作業状態検出機構を構成したが、例えば、統合制御弁２５を電磁弁とするとともに、各制御弁の切換位置を電気的に検出するセンサーを設け、このセンサーからの出力信号に基づいて、上記統合制御弁を制御するコントローラを設けるようにしてもよい。

走行モータといろいろな作業機系のアクチュエータを備えた建設機械に最適である。

Ｐ１ 第１可変容量型ポンプ
Ｐ２ 第２可変容量型ポンプ
Ｍ１、Ｍ２ 走行モータ
Ｖ１，Ｖ４ モータ用制御弁
Ｖ２，Ｖ３ 作業機用制御弁
Ｖ５，Ｖ６ 作業機用制御弁
２，１１ 中立流路
５，１４ パイロット経路
９，１８ レギュレータ
２１ モータ用開閉制御部
２２ 作業機用開閉制御部
ＰＰ パイロットポンプ
Ｔ タンク
２４ パイロット切換弁
２５ 統合制御弁
２５ａ パイロット室

Claims (3)

1. 作業機系のアクチュエータを制御する複数の作業機用制御弁と、走行モータを制御するモータ用制御弁とを備えた一対の回路系統のそれぞれに第１，２可変容量型ポンプを接続する一方、これら第１，２可変容量型ポンプのそれぞれには、当該回路系統の最高負荷圧を検出するパイロット経路の圧力に応じて、上記第１，２可変容量型ポンプの吐出圧と最高負荷圧とを一定の差圧に保つように当該ポンプの吐出量を制御する流量制御機構を備えた建設機械のロードセンシング制御装置において、上記第１，２回路系統のいずれかの作業機用制御弁と、第１，２回路系統のモータ用制御弁とが同時に中立位置以外に切り換えられたか否かを検出してパイロット信号を出力する作業状態検出機構と、上記第１回路系統と第２回路系統のそれぞれに設けた中立流路と上記パイロット経路とを連通させたり遮断させたりする統合制御弁とを備え、この統合制御弁はノーマル状態で遮断位置を保つ一方、上記第１，２回路系統のいずれかの作業機用制御弁と第１，２回路系統の両モータ用制御弁とが同時に中立位置以外に切り換えられた旨の信号が上記作業状態検出機構から出力されたとき、上記統合制御弁が連通位置に切り換えられる構成にした建設機械のロードセンシング制御装置。
2. 上記作業状態検出機構は、パイロットポンプと、上記作業機用制御弁と連動して切り換わるとともに作業機用制御弁が中立位置にあるとき開位置を保ってパイロットポンプをタンクに連通させ、作業機用制御弁が中立位置以外の位置に切り換えられたとき閉位置を保ってパイロットポンプとタンクとの連通を遮断する作業機用開閉制御部と、上記モータ用制御弁と連動して切り換わるとともにモータ用制御弁が中立位置にあるとき開位置を保ってパイロットポンプとタンクを連通させ、モータ用制御弁が中立位置以外の位置に切り換えられたとき閉位置を保ってパイロットポンプとタンクとの連通を遮断するモータ用開閉制御部と、ノーマル状態で閉位置を保ち、切換位置で開位置を保ってパイロットポンプと上記統合制御弁のパイロット室とを連通させるパイロット切換弁とを備え、上記統合制御弁はパイロット室の圧力作用で上記連通位置に切り換わる構成にし、上記作業機用開閉制御部とモータ用開閉制御部の両方が閉位置にあるとき、パイロットポンプの吐出圧の作用でパイロット切換弁が切り換わり、当該パイロットポンプの吐出圧を統合制御弁のパイロット室に導く構成にした請求項１記載の建設機械のロードセンシング制御装置。
3. 上記作業機用制御弁およびモータ制御弁の切換位置を電気的に検出するセンサーからなる作業状態検出機構と、パイロットポンプと上記統合制御弁との間に設けたパイロット切換電磁弁と、上記センサーからの信号に応じて、パイロット切換電磁弁を切り換えるコントローラとからなる請求項１記載の建設機械のロードセンシング制御装置。

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