JP5498865B2 - フロート機能を有する建設機械用油圧システム - Google Patents

Description

本発明は、掘削機を用いて均平整地作業を行えるようにした建設機械用油圧システムに関する。さらに詳細には、油圧ポンプから吐き出される作動油を使用せずにブームを自重により下降させながら、均平整地作業を行えるようにした、フロート機能を有する建設機械用油圧システムに関する。

通常、フロートバルブの主な目的は、掘削機を用いて均平整地作業を行う場合、ブームの下降時にブームシリンダのラージチェンバー側とスモールチェンバー側の両流路を互いに連通させ、作動油を油圧タンクに帰還させるようにすることにある。

これにより、ブームが自重のみにより下降し、アームの操作により各油圧シリンダに一定な低負荷を形成し、該当作業の地面の形状に従ってブームを上下方向に移動させ、均平作業を容易に行うようにする。また、油圧ポンプから吐き出される作動油を他の作業装置にて使用することができるので、省エネルギーが図れる。

フロート機能を有する油圧システムは、ブームシリンダにつながっているブーム落下防止用のアンチドロップバルブと、フロートバルブ及びメインコントロールバルブを備えている。これにより、機械において三つのバルブをマッチングするのに困難性を有し、これらバルブをそれぞれ連結するための油圧配管の増加などに起因してコスト上昇を招く問題があった。

図１において、従来の技術による、フロート機能を有する建設機械用油圧システムは、第１、２油圧ポンプ５１、５２及びパイロットポンプ５３と、操作量に比例して操作信号を出力する操作レバー（ＲＣＶ）５８と、フロート機能を選択するフロート機能スイッチ（図示せず）と、第１油圧ポンプ５１の吐出流路にそれぞれ設けられ、操作レバー５８の操作によるパイロットポンプ５３からのパイロット信号圧により切り換えられ、切換時、第１油圧ポンプ５１からスイング装置、オプション装置、アームシリンダ、走行装置に供給される作動油をそれぞれ制御するスイングスプール（５４‐４）、オプションスプール（５４‐５）、アームスプール（５４‐６）、走行スプール（５４‐７）と、第２ポンプ５２の吐出流路にそれぞれ設けられ、操作レバー５８の操作によるパイロットポンプ５３からのパイロット信号圧により切り換えられ、切換時、第２油圧ポンプ５２からブームシリンダ５５、５５ａ、バケットシリンダ及び走行装置に供給される作動油をそれぞれ制御するブームスプール（５４‐１）、バケットスプール（５４‐２）及び走行スプール（５４‐３）と、ブームシリンダ５５、５５ａにそれぞれ装着されるブーム落下防止用アンチドロップバルブ５６、５６ａと、操作レバー５８とブームスプール（５４-１）との間の流路に設けられ、フロート機能スイッチ（図示せず）がオンになった時に切り換えられるソレノイド弁５７と、ブームスプール（５４-１）とブームシリンダ５５、５５ａとの間に設けられ、フロート機能スイッチがオンの状態に切り換えられ、ブームをダウンさせるように操作レバー５８を操作すると、ソレノイド弁５７を通って印加されるパイロット信号圧により切り換えられると共に、切換時、ブームシリンダ５５、５５ａのラージチェンバーとスモールチェンバーの両流路を連通させ、作動油を油圧タンク７４に帰還させるフロートバルブ５９とを含む。

（１）フロート機能が作動しない、ブームダウンの動作について説明する。
操作レバー５８をブームダウンの側に操作する場合、パイロットポンプ５３からのパイロット信号圧は、流路６０‐操作レバー５８‐ブームダウン側の流路６２に供給され、流路６３、６４に分岐される。

前述した流路６３のパイロット信号圧は、アンチドロップバルブ５６、５６ａのスプールを切り換えさせるが、流路６４のパイロット信号圧は、ソレノイド弁５７を通って（図１に示された状態のスプールを経由する）、ブームスプール（５４-１）を図において右側方向に切り換えさせる。

したがって、第２油圧ポンプ５２から吐き出される作動油は、切り換えられたブームスプール（５４‐１）を経由してから、メインコントロールバルブ（ＭＣＶ）５４のポートＡに排出され、ブームシリンダ５５、５５ａのスモールチェンバーに供給される。この際、ブームシリンダ５５、５５ａのラージチェンバーから戻る作動油は、切り換えられたアンチドロップバルブ５６、５６ａのスプールを経由し、流路６６で合流することになる。

流路６６の作動油は、フロートバルブ５９のポートＡに連結され、分岐されると共に、メインコントロールバルブ５４のポートＢに連結され、切り換えられたブームスプール（５４-１）を通って、メインコントロールバルブ５４の内部通路を経て油圧タンク７４に戻る。よって、ブームシリンダ５５、５５ａは、収縮駆動することになる。

（２）フロート機能が作動するブームダウンの動作について説明する。
図１のように、フロート機能スイッチをオンにさせると、フロート機能スイッチからの電気信号によりソレノイド弁５７を、図において下側方向に切り換えさせる。これにより、操作レバー５８をブームダウンの側に操作する場合、パイロットポンプ５３からのパイロット信号圧は、流路６０‐操作レバー５８‐ブームダウン側の流路６２に供給され、流路６３、６４に分岐される。

前述した流路６３のパイロット信号圧は、アンチドロップバルブ５６、５６ａのスプールを切り換えさせ、且つ、流路６４のパイロット信号圧は、図において下側方向に切り換えられたソレノイド弁５７を経てフロートバルブ５９のフロートスプール６７を、図において左側方向に切り換えさせる。

この際、第２油圧ポンプ５２からの作動油の一部は、切り換えられたブームスプール（５４-１）を通ってから、メインコントロールバルブ５４のポートＡに排出され、ブームシリンダ５５、５５ａのスモールチェンバーに供給される。同時に、第２油圧ポンプ５２からの作動油の一部は、切り換えられたフロートバルブ５９のポートＢに連結される。

ブームシリンダ５５、５５ａから戻る作動油は、切り換えられたアンチドロップバルブ５６、５６ａのスプールを通って、流路６６で合流することになる。流路６６の作動油の一部は、図において左側方向に切り換えられたフロートバルブ５９のポートＡに連結され、流路６６の作動油の一部は、分岐されたメインコントロールバルブ５４のポートＢに連結され、切り換えられたブームスプール（５４-１）を経由し、メインコントロールバルブ５４の内部通路を通って油圧タンク７４に戻る。よって、ブームシリンダ５５、５５ａは、収縮駆動することになる。

これにより、ブームシリンダ５５、５５ａのラージチェンバーから戻る作動油の一部は、メインコントロールバルブ５４のポートＢを通じて直ちに油圧タンク７４に帰還する。また、ブームシリンダ５５、５５ａのラージチェンバーから戻る作動油の一部は、再び、ブームシリンダ５５、５５ａのスモールチェンバー側に供給される作動油とフロートバルブ５９の内部で合流し、再び、油圧タンク７４に帰還することになる。

このように、ブームダウンの際、ブームシリンダ５５、５５ａのスモールチェンバーに供給される作動油とラージチェンバーから戻る作動油とは、フロートバルブ５９で互いに合流し、タンクライン６９に連結されるので、負荷の圧力を低く形成し、地面の凸凹形状に合わせてフロート機能を奏するようになっている。

一方、負荷の圧力の調整は、フロートバルブ５９の内部に形成されたオリフィス６８、６８ａのサイズに応じて調整可能である。この際、フロート機能を作動させた後、ブームダウンの際には、油圧ポンプの作動油を遮断するように制御することによって、ブームシリンダ５５、５５ａの自重によるブーム下降及びフロート機能を行えるようになっている。

前述したような従来技術の油圧システムは、ブームフロート機能を果たすために、メインコントロールバルブ５４と、一対のアンチドロップバルブ５６、５６ａと、フロートバルブ５９とを含む、三種のバルブを制御することになる。これにより、機械の操作性能をマッチングするにおいて、それぞれのバルブの制御性を調合し、機械全体の操作性を評価しなければならないため、機械を制御するに困難性が伴う。また、バルブの種類が多く、油圧ラインの連結配管が増加するため、製造コストが上昇する問題があった。

本発明の目的は、掘削機を用いて均平整地作業を行う場合、ブームシリンダにアンチドロップバルブの設置を不要とし、バルブ及び油圧配管の構造をコンパクト化することができるようにした、フロート機能を有する建設機械用の油圧システムを提供することにある。

本発明の一実施例による、フロート機能を有する建設機械用油圧システムは、第１、２油圧ポンプ及びパイロットポンプと、操作量に比例して操作信号を出力する操作レバーと、フロート機能を選択するフロート機能スイッチと、第１油圧ポンプにつながっているアームシリンダ、スイング装置及び走行装置と、第２ポンプにつながっているブームシリンダ、バケットシリンダ及び走行装置と、第１、２油圧ポンプの吐出流路に設けられ、切換時、ブームシリンダの起動、停止及び方向切換を制御するブームスプールを含むメインコントロールバルブと、操作レバーとブームスプールとの間の流路に設けられ、フロート機能スイッチのオンの作動時に切り換えられるソレノイド弁と、ブームスプールとブームシリンダとの間に設けられ、フロート機能スイッチがオンの状態に切り換えられ、ブームをダウンさせるように操作レバーを操作するときに印加されるパイロット信号圧により切り換えられ、切換時、ブームシリンダのラージチェンバー側とスモールチェンバー側の両流路を連通させ、作動油を油圧タンクに帰還させるフロートバルブと、フロートバルブ内に装着され、ブームシリンダの作動時、メインコントロールバルブとフロートバルブとの間の流路を通じて作動油の漏油に起因するブームの急下降を防止するホールディング用ロジックポペットとを含む。

また、望ましくは、前述したホールディング用ロジックポペットは、ブームシリンダのラージチェンバー側の流路に入口側が接続され、フロートバルブのロジック通路に出口側が接続されており、ポペットの上下端部の断面積の差による差圧及びポペットの上端部を弾性支持する弁ばねの弾性力によりロジック通路を遮断するようにシートされる。

前述したように構成される本発明は、次のような効果を有する。掘削機を利用して均平整地作業を行うとき、ブームシリンダ落下防止用のアンチドロップバルブの使用が不要なので、アンチドロップバルブと油圧シリンダとを連結する装置及び油圧配管、アンチドロップバルブとフロートバルブをつなげるための油圧配管をそれぞれ必要としないので、製造コストの削減を期待できる。

フロート及びホールディング機能を一体化させ、バルブをコンパクト化することによって、機械のレイアウトを容易に設計することができる。

従来のフロート機能を有する建設機械用油圧システムの油圧回路図である。 図１に示されたフロートバルブの拡大図である。 本発明の一実施例による、フロート機能を有する建設機械の油圧システムの油圧回路図である。 図３に示されたフロートバルブの拡大図である。 フロート機能を説明するための図面である。

次いで、本発明の望ましい実施例等を添付図面に基づいて説明するが、これは、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が発明を容易に実施し得る程度に説明するためのものであって、これに本発明の技術的思想及び範疇が限定されるものではない。

図３及び図４を参照するに、本発明の一実施例による、フロート機能を有する建設機械用油圧システムは、第１、２油圧ポンプ１、２及びパイロットポンプ３と、操作量に比例して操作信号を出力する操作レバー（ＲＣＶ）８と、フロート機能を選択するフロート機能スイッチ（図示せず）と、第１油圧ポンプ１につながっているアームシリンダ、スイング装置及び走行装置と、第２ポンプ２につながっているブームシリンダ５、５ａ、バケットシリンダ及び走行装置と、第１、２油圧ポンプ１、２の吐出流路に設けられ、切換時、ブームシリンダ５、５ａの起動、停止及び方向切換を制御するブームスプール（４‐１）などを含むメインコントロールバルブ４と、操作レバー８とメインコントロールバルブ４との間の流路に設けられ、フロート機能スイッチ（図示せず）のオンの作動時に切り換えられるソレノイド弁７と、ブームスプール（４‐１）とブームシリンダ５、５ａとの間に設けられ、フロート機能スイッチがオンの状態に切り換えられ、ブームをダウンさせるように操作レバー８を操作するときに印加されるパイロット信号圧により切り換えられると共に、切換時、ブームシリンダ５、５ａのラージチェンバー側とスモールチェンバー側の両流路を連通させ、作動油を油圧タンク２４に帰還させるフロートバルブ９と、フロートバルブ９内に装着され、ブームシリンダ５、５ａの作動時、メインコントロールバルブ４とフロートバルブ９との間の流路を通じた作動油の漏油に起因するブームの急下降を防止するホールディング用ロジックポペット２０とを含む。

前述したホールディング用ロジックポペット２０は、ブームシリンダ５、５ ａのラージチェンバー側の流路に入口側が連通するように接続され、フロートバルブ９のロジック通路２５に出口側が連通するように接続され、ポペット２０ａの上下端部の断面積の差による差圧（ΔＰ）及びポペット２０ａの上端部（シート部の反対側をいう）を弾性支持する弁ばね２２の弾性力によりロジック通路２５を遮断するようにシートされる。

この際、前述したブームスプール（４‐１）とブームシリンダ５、５ａとの間の流路に設けられ、ブームシリンダ５、５ａの作動時、メインコントロールバルブ４とフロートバルブ９との間のホースの破損により漏油が生じる場合、ブームの急下降を防止できるようにフロートバルブ９内に設けられたロジックポペット２０の構成を除いた油圧ステムの構成は、図１に示された従来の油圧システムの構成と実質的に同一なので、これらの構成及び作動の詳細は、省略する。

次いで、本発明の一実施例による、フロート機能を有する建設機械用油圧システムの使用例について添付図面を参照して詳細に説明する。

（１）フロート機能が作動しない、ブームダウンの動作について説明する。
操作レバー８をブームダウンの方に操作するとき、パイロットポンプ３からソレノイド弁７を経由するパイロット信号圧により、ブームスプール（４‐１）を、図において右側方向に切り換えさせる。この際、第２油圧ポンプから供給される作動油は、切り換えられたブームスプール（４‐１）を経由してＡポートに供給され、フロートバルブ９のポートＢに分岐されたあと、流路１５を通じてブームシリンダ５、５ａのスモールチェンバーに供給される。

一方、ブームシリンダ５、５ａのラージチェンバーから戻った作動油は、流路１６で合流し、フロートバルブ９のＡポートと分岐された後、メインコントロールバルブ４のポートＢと連結されるので、ブームスプール（４‐１）を通ってメインコントロールバルブ４の内部通路を経由し、油圧タンク２４に帰還することになる。よって、ブームシリンダを収縮駆動させる。

前述したように、フロート機能が作動しないブームをダウンさせる技術については、図１に示したように従来と実質的に同じなので、これらに関する詳しい説明は省略する。

（２）フロート機能が作動するブームダウンの動作について説明する。
図３に示したように、フロート機能スイッチをオンに作動すると、フロート機能スイッチからの電気信号によりソレノイド弁７を、図において下側方向に切換させる。これにより、操作レバー８をブームダウンの側に操作する場合、パイロットポンプ３からのパイロット信号圧は、流路１０‐操作レバー８‐ブームダウン側の流路１２‐切り換えられたソレノイド弁７を通ってから、フロートバルブ９のフロートスプール１７を、図４において左側方向に切り換えさせる。

前述したメインコントロールバルブ４のポートＡにつながっているブームシリンダ５、５ａのスモールチェンバー側の供給ライン１５の一部は、切り換えられたフロートバルブ９のポートＢに連結される。ブームシリンダ５、５ａのラージチェンバーから戻るそれぞれの作動油は、流路１６で合流をし、切り換えられたフロートバルブ９のポートＡに連結されたあと、ロジックポペット２０の入口に連結され、分岐された作動油の一部は、メインコントロールバルブ４のポートＢに連結される。

この際、ブームスプール（４‐１）が切り換えられていないため、メインコントロールバルブ４には作動油が帰還せず、左側方向に切り換えられたフロートバルブ９のフロートスプール１７によりロジックポペット２０の上端のドレーンライン２３が、切り換えられたフロートスプール１７を経由してドレーンラインに連結されることになる。

ロジックポペット２０の上端は低圧に保持されているので、シートされたロジックポペット２０は、フロートバルブ９のポートＡを経由してシート部の入口のブームシリンダ５、５ａのラージチェンバーの高圧油により下側方向にリフトされる。ロジックポペット２０の入口へ流入したブームシリンダ５、５ａのラージチェンバーの作動油はロジック通路２５に連結され、フロートバルブ９のポートＢにつながっているブームシリンダ５、５ａのスモールチェンバーの作動油は、フロートスプール１７内のオリフィス１８を通った作動油と合流することになる。

合流した作動油は、フロートスプール１７内のオリフィス１８ａを経てタンクポートＴを介して油圧タンク２４に連結される。

したがって、フロート機能を実現する場合、メインコントロールバルブ４の切換による作動油の供給なしにブームシリンダ５、５ａのラージチェンバー及びスモールチェンバーの作動油がフロートスプール１７の内部で合流し、タンクライン１９に戻る。これにより、負荷が発生することなく、ブームダウンの際、自重のみを作用させながら図５のようなフロート機能による均平作業を行える。

一方、フロート機能スイッチがオフの際、即ち、フロートバルブ９のフロートスプール１７が切り換えられる前には、ブームシリンダ５、５ａのラージチェンバーとフロートバルブ９のポートＡに連結された高圧油は、ロジックポペット２０のポペット２０ａ内に設けられたオリフィス２１を通ってポペット２０ａの上部に到達した後、ドレーンと連通しない。即ち、高圧状態の通り、断面積がシート部より大きいポペット２０ａの上端を加圧し、ロジックポペット２０を上端にシフトさせる。

また、弁ばね２２により安定的にシートされた、ホールディング状態を保持している。したがって、メインコントロールバルブ４とフロートバルブとの間の油圧ホースが破損する場合も、フロートバルブ９のロジックポペット２０のシートによるホールディング機能でブームシリンダ５、５ａの急下降を防止できる。

前述したように、均平整地作業の際、ブームシリンダ５、５ａの下降を防止するアンチドロップバルブがない場合に、油圧ホースが破損してもブームの急下降を防止することができる。また、フロート機能は、フロート機能スイッチの作動（オン）時に安定的に実現可能な、コスト低減型のフロート及びホールディング機能を達成することができる。

１ 第１油圧ポンプ
２ 第２油圧ポンプ
３ パイロットポンプ
４ メインコントロールバルブ（ＭＣＶ）
５、５ａ ブームシリンダ
７ ソレノイド弁
８ 操作レバー（ＲＣＶ）
９ フロートバルブ
１０、１１、１２、１４ 流路
１７ フロートスプール
１８、１８ａ オリフィス
２０ ロジックポペット
２１ オリフィス
２２ 弁ばね
２３、２３ａ ドレーンライン
２４ 油圧タンク
２５ ロジック通路

Claims (2)

1. 第１、２油圧ポンプ及びパイロットポンプと、
   操作量に比例して操作信号を出力する操作レバーと、
   フロート機能を選択するフロート機能スイッチと、
   前記第１油圧ポンプにつながっているアームシリンダ、スイング装置及び走行装置と、
   前記第２ポンプにつながっているブームシリンダ、バケットシリンダ及び走行装置と、
   前記第１、２油圧ポンプの吐出流路に設けられ、切換時、前記ブームシリンダの起動、停止及び方向切換を制御するブームスプールを含むメインコントロールバルブと、
   操作レバーとブームスプールとの間の流路に設けられ、フロート機能スイッチのオンの作動時に切り換えられるソレノイド弁と、
   前記ブームスプールとブームシリンダとの間に設けられ、前記フロート機能スイッチがオンの状態に切り換えられ、ブームをダウンさせるように操作レバーを操作するときに印加されるパイロット信号圧により切り換えられ、切換時、ブームシリンダのラージチェンバー側とスモールチェンバー側の両流路を連通させ、作動油を油圧タンクに帰還させるフロートバルブと、
   前記フロートバルブ内に設けられ、前記ブームシリンダの作動時、前記メインコントロールバルブとフロートバルブとの間の流路を通じて作動油の漏油に起因する前記ブームの急激な下降を防止するホールディング用ロジックポペットとを含む、フロート機能を有する建設機械用油圧システム。
2. 前記ホールディング用ロジックポペットは、
   前記ブームシリンダのラージチェンバー側の流路に入口側が接続され、前記フロートバルブのロジック通路に出口側に接続されており、ポペットの上下端部の断面的な差による差圧及びポペットの上端部を弾性支持する弁ばねの弾性力により前記ロジック通路を遮断するようにシートされる、請求項１に記載のフロート機能を有する建設機械の油圧システム。

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