JP5600807B2 - 建設機械用油圧回路 - Google Patents

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Description

本発明は建設機械用油圧回路に係り、特に、油圧アクチュエータの駆動を制御する制御弁(MCV)に信号圧を供給するパイロットポンプを別設することなく、冷却ファン用の油圧ポンプの作動油およびメイン油圧ポンプの作動油を補充してRCV(Remote Control Valve)の油圧源として活用可能にした建設機械用油圧回路に関する。
図1に示す従来の技術による建設機械用油圧回路は、エンジン1に連結される可変容量型の第1、第2油圧ポンプ(2、3)および固定容量型の第3、第4油圧ポンプ(4、15)と、可変容量型の第1油圧ポンプ2の流路に設けられ、第4油圧ポンプ15からのパイロット信号圧の供給により切り換えられたときにブーム、バケット、走行装置を駆動する油圧アクチュエータに供給される作動油を制御する第1制御弁5と、可変容量型の第2油圧ポンプ3の流路に設けられ、第4油圧ポンプ15からのパイロット信号圧の供給により切り換えられたときに旋回装置、アーム、走行装置を駆動する油圧アクチュエータに供給される作動油を制御する第2制御弁5aと、固定容量型の第3油圧ポンプ4に連結される油圧モータ9と、油圧モータ9に連結されて回転するときに、オイルクーラに冷却風を吐き出して帰還流路16を介して油圧タンクTにドレーンされる作動油の温度を低下させる冷却ファン10と、油圧タンクTの作動油の温度を検出する温度センサ13と、第3油圧ポンプ4の吐出流路17に設けられ、冷却ファン10の回転速度を可変的に制御可能なように油圧モータ9を駆動する作動圧を制御する電気式リリーフ弁12と、温度センサ13からの検出信号に基づいて電気式リリーフ弁12の設定圧力を可変して油圧モータ9を駆動する作動圧を制御する制御器14と、を備える。
このとき、パイロット圧力発生装置6の切り換えによって第4油圧ポンプ15から供給されるパイロット信号圧によりそれぞれ切り換えられる場合、第1、第2油圧ポンプ(2、3)から油圧アクチュエータに供給される作動油を制御する第1、第2制御弁(5、5a)のスプールの詳細な図面および説明は省略する。
図中、説明されていない符号8は、第4油圧ポンプ15のパイロット流路18に設けられ、第4油圧ポンプ15に、設定された圧力を超える負荷が発生したときに作動油を油圧タンクTにドレーンするリリーフ弁である。
このため、パイロット圧力発生装置6の切換えにより第1、第2制御弁(5、5a)のスプールをそれぞれ切り換えることにより、第1油圧ポンプ2から油圧アクチュエータに供給される作動油によりブームなどの作業装置を駆動し、第2油圧ポンプ3から油圧アクチュエータに供給される作動油により旋回装置などを駆動することができる。
第3油圧ポンプ4から吐出流路17に沿って供給される作動油により油圧モータ9が駆動され、油圧モータ9の駆動により冷却ファン10を回転させることにより、帰還流路16に設けられたオイルクーラ11を介して油圧タンクTに戻る作動油の温度を低下させることができる。
冷却ファン10からオイルクーラ11に吐き出される冷却風の強さは、冷却ファン10の回転速度に比例し、冷却ファン10の回転速度が増大すると、油圧モータ9の負荷圧力も増大することになる。
このとき、油圧モータ9の負荷圧力は、電気式リリーフ弁12により制御される。すなわち、第3油圧ポンプ4から油圧モータ9に供給される作動油の負荷圧力が、電気式リリーフ弁12の設定された圧力を超える場合、超えた圧力の作動油は電気式リリーフ弁12を通過して油圧タンクTにドレーンされる。これにより、電気式リリーフ弁12の設定圧力により冷却ファン10の回転速度を制御することができる。
上述したブームなどの作業装置を駆動するとき、温度が上昇する油圧アクチュエータから油圧タンクTに戻る作動油は、帰還流路16に設けられたオイルクーラ11を通過するときに冷却ファン10の駆動により吐き出される冷却風で温度が低下する。
すなわち、温度センサ13により検出される油圧タンクTの作動油の温度値に相応する検出信号が制御器14に入力されることにより、制御器14においては設定された作動油の温度を保持することができるように電気式リリーフ弁12に制御信号を送って設定圧力を可変にする。
例えば、油圧タンクTの作動油の温度が、設定された温度を超える場合、電気式リリーフ弁12の設定圧力を増大させて油圧モータ9を駆動する作動圧力を高めることにより、冷却ファン10の回転速度を増大させてオイルクーラ11の冷却能力を増大させる。
図1に示す従来の技術による建設機械用油圧回路は、固定容量型の第4油圧ポンプ15(パイロットポンプをいう)は、エンジン1の回転に応じて常時一定の流量を固定的に吐き出す。第4油圧ポンプ15から吐き出される作動油は、パイロット圧力発生装置6の切換え時に第1、第2制御弁(5、5a)のスプールを切り換えさせるパイロット信号圧として瞬間的に使用される。
一方、パイロット流路18に設定された圧力を超える負荷が発生したときに、第4油圧ポンプ15から吐き出される作動油は、リリーフ弁8を通って油圧タンクTにドレーンされるため、動力ロスを招くという問題点を有する。
すなわち、動力ロス=(リリーフ弁8の設定圧力)×(油圧タンクTにドレーンされる排出流量)である。
また、エンジン1に第4油圧ポンプ15を別途連結するため、油圧回路の構造が複雑になり、その結果、コスト上昇を招来するという問題点を有する。
図2に示す従来技術の他の実施形態による建設機械用油圧回路は、エンジン1に連結される可変容量型の第1、第2油圧ポンプ(2、3)および固定容量型の第3油圧ポンプ4と、可変容量型の第1油圧ポンプ2の流路に設けられ、第3油圧ポンプ4からパイロット信号圧の供給に切り換えられたときにブーム、バケット、走行装置を駆動する油圧アクチュエータに供給される作動油を制御する第1制御弁5と、可変容量型の第2油圧ポンプ3の流路に設けられ、第3油圧ポンプ4からパイロット信号圧の供給に切り換えられたときに旋回装置、アーム、走行装置を駆動する油圧アクチュエータに供給される作動油を制御する第2制御弁5aと、固定容量型の第3油圧ポンプ4に連結される油圧モータ9と、油圧モータ9に連結され、回転時に第1、第2油圧ポンプ(2、3)の帰還流路16に設けられたオイルクーラ11に冷却風を吐き出して油圧タンクTに戻る作動油を冷却する冷却ファン10と、油圧タンクTの作動油の温度を検出する温度センサ13と、第3油圧ポンプ4の吐出流路17に設けられ、冷却ファン10の回転速度を可変的に制御可能なように油圧モータ9を駆動する作動圧を制御する電気式リリーフ弁12と、温度センサ13からの検出信号に基づいて電気式リリーフ弁12の設定圧力を可変にして油圧モータ9を駆動する作動圧を制御する制御器14と、第3油圧ポンプ4の流路に分岐接続されたパイロット流路18に設けられ、切換え時に第1、第2制御弁(5、5a)にパイロット信号圧を供給するパイロット圧力発生装置6と、パイロット流路18に設けられ、弁ばね7bの設定された圧力により第3油圧ポンプ4からの作動油をパイロット圧力発生装置6に供給し、パイロット圧力発生装置6に弁ばね7bの設定された圧力を超える負荷が発生したときに切り換えられて作動油を油圧タンクTにドレーンする減圧弁7と、減圧弁7とパイロット圧力発生装置6との間のパイロット流路18に設けられるリリーフ弁8と、を備える。
上述した冷却ファン10用の第3油圧ポンプ4の吐出流路17にパイロット流路18を分岐接続し、パイロット流路18に減圧弁7を設けることにより、別途の固定容量型の油圧ポンプを用いる必要がなくなるため、動力ロスを極力抑えることができる。
一方、冷却ファン10用の第3油圧ポンプ4からの作動油を用いるパイロット圧力発生装置6を操作する場合(図3における「a」曲線をいう)、油圧モータ9に供給される第3油圧ポンプ4の流量が瞬間的に減少することになる。これにより、冷却ファン10の回転数が急減(例えば、1109RPM→407.5RPM)するため(図3における「b」曲線をいう)、冷却効果を低下させるという問題点があった。
また、パイロット圧力発生装置6の操作により冷却ファン10の回転数が高速または低速に繰り返され、騒音(冷却ファン10の不規則的な回転数により発生する機械音をいう)が発生する。このような冷却ファン10の回転数変化による不規則的な騒音のため、運転者が円滑に運転を行うことができないという問題点を有する。
本発明の目的は、油圧アクチュエータ制御用の制御弁(MCV)に信号圧を供給する別途のパイロットポンプの使用が不要となり、動力ロスを最小限に抑えて省エネルギーを図り得る建設機械用油圧回路を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、冷却ファン用の油圧ポンプの作動油と、メイン油圧ポンプの作動油とを補充してRCVの油圧源として活用し、RCVの操作による冷却ファン用の油圧モータの回転数の低下を防止し、冷却ファンの回転数の変化による騒音の発生を防ぐことのできる建設機械用油圧回路を提供することにある。
上述した目的を達成するために、本発明の実施形態による建設機械用油圧回路は、
エンジンに連結される可変容量型の第1、第2油圧ポンプおよび固定容量型の第3油圧ポンプと、
第1油圧ポンプの流路に設けられ、切り換え時に、作業装置、走行装置を駆動するそれぞれの油圧アクチュエータに供給される作動油を制御する第1制御弁と、
第2油圧ポンプの流路に設けられ、切り換え時に、旋回装置、作業装置および走行装置を駆動するそれぞれの油圧アクチュエータに供給される作動油を制御する第2制御弁と、
第3油圧ポンプに連結される油圧モータと、
油圧モータに連結され、回転時に、第1、第2油圧ポンプの帰還流路に設けられるオイルクーラに冷却風を吐き出して油圧タンクに戻る作動油を冷却する冷却ファンと、
油圧タンクの作動油温度を検出する温度センサと、
第3油圧ポンプの吐出流路に設けられ、冷却ファンの回転速度を可変的に制御可能なように油圧モータに供給される作動油の設定圧力を制御する電気式リリーフ弁と、
温度センサからの検出信号に基づいて電気式リリーフ弁の設定圧力を可変にして油圧モータを駆動する作動圧を制御する制御器と、
一方の入力部が第1油圧ポンプの流路に連結され、他方の入力部が第3油圧ポンプの吐出流路に連結され、第1油圧ポンプと第3油圧ポンプのうち高い圧力の作動油を出力する第1シャトル弁と、
一方の入力部が第2油圧ポンプの流路に連結され、他方の入力部が第3油圧ポンプの吐出流路に連結され、第2油圧ポンプと第3油圧ポンプのうち高い圧力の作動油を出力する第2シャトル弁と、
第1、第2シャトル弁の出力部にそれぞれ連結されるパイロット流路に設けられ、切り換え時に第1、第2、第3の油圧ポンプのうち相対的に高い圧力の作動油を第1、第2制御弁にパイロット信号圧として供給するパイロット圧力発生装置と、を備える。
好ましくは、本発明の実施形態による建設機械用油圧回路は、上述したパイロット流路に設けられ、弁ばねの設定された圧力により第1、第2、第3の油圧ポンプのうち相対的に高い圧力の作動油をパイロット圧力発生装置にパイロット信号圧として供給し、パイロット圧力発生装置に弁ばねの設定された圧力を超える負荷が発生したときに切り換えられ、作動油を油圧タンクにドレーンする減圧弁をさらに備える。
また、本発明の実施形態による建設機械用油圧回路は、上述した減圧弁とパイロット圧力発生装置との間のパイロット流路に設けられるリリーフ弁をさらに備える。
上述した構成を有する本発明の実施形態による建設機械用油圧回路は、ブームシリンダなどの油圧アクチュエータ制御用の制御弁(MCV)に信号圧を供給する別途のパイロットポンプを使用する必要がないため、動力ロスを最小限に抑えて省エネルギーを図り得ると共に、コストを削減することができる。
また、冷却ファン用の油圧ポンプの作動油およびメイン油圧ポンプの作動油を補充してRCVの油圧源として活用することにより、RCVを操作するときに冷却ファン用の油圧モータの回転数が低下して冷却効率の低下を防ぐと共に、冷却ファンの回転数の変化による騒音が運転者の運転を妨げることを防止することができる。
従来の技術による建設機械用油圧回路図である。 他の従来の技術による建設機械用油圧回路図である。 従来の技術による冷却ファンの回転数波形図である。 本発明の実施形態による建設機械用油圧回路図である。
以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施形態について詳述するが、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できる程度に詳細に説明するためのものであり、これにより本発明の技術的な思想及び範疇が限定されることはない。
図4に示す本発明の実施形態による建設機械の油圧回路は、
エンジン1に連結される可変容量型の第1、第2油圧ポンプ(2、3)および固定容量型の第3油圧ポンプ4と、
第1油圧ポンプ2の流路に設けられ、切り換え時に、ブーム、バケット、走行装置を駆動するそれぞれの油圧アクチュエータa、b、cに供給される作動油を制御する第1制御弁(MCV)5と、
第2油圧ポンプ3の流路に設けられ、切り換え時に、旋回装置、アームおよび走行装置を駆動するそれぞれの油圧アクチュエータd、e、fに供給される作動油を制御する第2制御弁(MCV)5aと、
第3油圧ポンプ4に連結される油圧モータ9と、
油圧モータ9に連結され、回転時に第1、第2油圧ポンプ(2、3)の帰還流路16に設けられるオイルクーラ11に冷却風を吐き出して油圧タンクTに戻る作動油を冷却する冷却ファン10と、
油圧タンクTの作動油温度を検出する温度センサ13と、
第3油圧ポンプ4の吐出流路17に設けられ、冷却ファン10の回転速度を可変的に制御可能なように油圧モータ9に供給される作動油の設定圧力を可変制御する電気式リリーフ弁12と、
温度センサ13からの検出信号に基づいて電気式リリーフ弁12の設定圧力を可変にして油圧モータ9を駆動する作動圧を制御する制御器14と、
一方の入力部が第1油圧ポンプ2の流路に連結され、他方の入力部が第3油圧ポンプ4の吐出流路17に連結され、第1油圧ポンプ2と第3油圧ポンプ4のうち高い圧力の作動油を出力する第1シャトル弁20と、
一方の入力部が第2油圧ポンプ3の流路に連結され、他方の入力部が第3油圧ポンプの吐出流路に連結され、第2油圧ポンプ3と第3油圧ポンプ4のうち高い圧力の作動油を出力する第2シャトル弁21と、
第1、第2シャトル弁20、21の出力部にそれぞれ連結されるパイロット流路18に設けられ、切り換え時に第1、第2、第3油圧ポンプ(2、3、4)のうち相対的に高い圧力の作動油を第1、第2制御弁(5、5a)にパイロット信号圧として供給するパイロット圧力発生装置(RCV)6と、を備える。
このとき、本発明の実施形態による建設機械用油圧回路は、上述したパイロット流路18に設けられ、弁ばね7bの設定された圧力により第1、第2、第3油圧ポンプ(2、3、4)のうち相対的に高い圧力の作動油をパイロット圧力発生装置6にパイロット信号圧として供給し、パイロット圧力発生装置6に弁ばね7bの設定された圧力を超える負荷が発生したときに切り換えられ、作動油を油圧タンクTにドレーンする減圧弁7をさらに備える。
本発明の実施形態による建設機械用油圧回路は、上述した減圧弁7とパイロット圧力発生装置6との間のパイロット流路18に設けられるリリーフ弁8をさらに備える。
以下、添付図面を参照とし、本発明の実施形態による建設機械用油圧回路の作動について詳細に説明する。
図4に示すように、上述したパイロット圧力発生装置6の操作により第1、第2制御弁(5、5a)のスプールをそれぞれ作動することにより、第1油圧ポンプ2から吐き出される作動油により油圧アクチュエータ(a;ブームシリンダ、b;バケットシリンダ、c;走行モータ)をそれぞれ駆動し、第2油圧ポンプ3から吐き出される作動油により油圧アクチュエータ(d;旋回モータ、e;アームシリンダ、f;走行モータ)をそれぞれ駆動する。
一方、上述した第3油圧ポンプ4から吐出流路17に沿って供給される作動油により油圧モータ9が駆動され、油圧モータ9の駆動により冷却ファン10を回転させることによりオイルクーラ11に冷却風を吐き出す。これにより、油圧アクチュエータから帰還流路16に設けられたオイルクーラ11を通って油圧タンクTに戻る作動油の温度を低下させることができる。
このとき、可変容量型の第1、第2油圧ポンプ(2、3)から吐き出される作動油は、固定容量型の第3油圧ポンプ4から吐き出される作動油の圧力よりも相対的に高い圧力を保持する。これにより、第1、第2油圧ポンプ(2、3)から吐き出される作動油は、第1、第2シャトル弁(20、21)の出力部を介してそれぞれ出力された後、パイロット流路18に沿って弁ばね7bにより設定された圧力で減圧弁7を経てパイロット圧力発生装置6に供給される。
したがって、第3油圧ポンプ4から吐き出される作動油に対し、第1、第2油圧ポンプ(2、3)からの作動油を補充してパイロット流路18に沿ってパイロット圧力発生装置6にパイロット信号圧として供給することができる。
これにより、ブーム、アームなどの作業装置および走行装置などを作動するためにパイロット圧力発生装置6の操作で第1、第2制御弁(5、5a)のスプールを操作する場合に干渉を受けなくなる。また、冷却ファン10を駆動するように油圧モータ9に作動油を供給する第3油圧ポンプ4の作動油に対し、第1油圧ポンプ2または第2油圧ポンプ3の作動油を補充することにより冷却ファン10の回転数が変化することを防止できる(パイロット圧力発生装置6を操作することにより第3油圧ポンプ4から油圧モータ9に供給される作動油の量が減ることを防止できる)。
一方、上述した第1、第2油圧ポンプ(2、3)の作動油の圧力が第3油圧ポンプ4の作動油の圧力よりも相対的に低い場合、パイロット圧力発生装置6を操作する瞬間は、常時ブーム、アームなどの作業装置が駆動を始める時点である。これにより、パイロット圧力発生装置6を操作する初期には高圧が発生するが、それ以降は低い作動圧力に変わる。
すなわち、パイロット流路18内の作動油は、パイロット圧力発生装置6を操作しない場合には中立状態のパイロット圧力発生装置6を経て油圧タンクTに戻るため、空いている状態を維持する。これに対し、パイロット圧力発生装置6を操作する場合は、パイロット流路18内に作動油が満タンになる短時間しか流量が補充されず、それ以降はパイロット圧力発生装置6の操作量に相応する流量のみが必要となる。
このため、パイロット圧力発生装置6を操作する初期の高圧が発生する瞬間に第1、第2油圧ポンプ(2、3)の作動油がパイロット流路18を介して補充され、それ以降は、第3油圧ポンプ4の作動油圧力が高くなると、パイロット圧力発生装置6の操作に相応する流量のみが必要となる。
これにより、パイロット圧力発生装置6を操作するときに油圧モータ9を駆動する流量のロスが低減されるので、油圧モータ9の回転数の変化がなくなって冷却ファン10が一定に回転し、これにより、冷却効率が低下することを防止できる。また、冷却ファン10の回転数の変化による騒音の変化が発生しないため、運転者が楽に作業を行うことができる。
また、エンジン1の回転数が低い場合、またはパイロット圧力発生装置6の操作をゆっくりと行う場合、第3油圧ポンプ4から吐出流路17およびパイロット流路18に作動油を供給する時間が延びる。
これにより、第3油圧ポンプ4の作動油の圧力が第1、第2油圧ポンプ(2、3)の作動油圧力よりも高く、パイロット圧力発生装置6を初期操作するとき、第1、第2油圧ポンプ(2、3)から高圧が生じない場合でも第3油圧ポンプ4の作動油が早期に減少しない。このため、冷却ファン10には回転数の変化が発生しなくなる。
以上述べたように、本発明の実施形態による建設機械用油圧回路によれば、油圧アクチュエータの駆動を制御するようにパイロット圧力発生装置(RCV)に供給されるパイロット信号圧として冷却ファン用の油圧モータを駆動する固定容量型の油圧ポンプの作動油を活用するが、可変容量型のメイン油圧ポンプの作動油を補充・供給する。これにより、パイロット圧力発生装置を操作するとき、冷却ファン用の油圧モータに供給される流量が減少しないため、冷却効率を向上させることができると共に、冷却ファンの回転数が一定に保持されるので不規則的な回転数の変化に因る騒音の発生を防ぐことができる。
1 エンジン
2 可変容量型の第1油圧ポンプ
3 可変容量型の第2油圧ポンプ
4 固定容量型の第3油圧ポンプ
5 第1制御弁(MCV)
5a 第2制御弁(MCV)
6 パイロット圧力発生装置(RCV)
7 減圧弁
8 リリーフ弁
9 油圧モータ
10 冷却ファン
11 オイルクーラ
12 電気式リリーフ弁
13 温度センサ
14 制御器
16 帰還流路
17 吐出流路
18 パイロット流路
20 第1シャトル弁
21 第2シャトル弁

Claims (3)

  1. エンジンに連結される可変容量型の第1、第2油圧ポンプおよび固定容量型の第3油圧ポンプと、
    前記第1油圧ポンプの流路に設けられ、切換え時に作業装置、走行装置を駆動するそれぞれの油圧アクチュエータに供給される作動油を制御する第1制御弁と、
    前記第2油圧ポンプの流路に設けられ、切換え時に旋回装置、作業装置および走行装置を駆動するそれぞれの油圧アクチュエータに供給される作動油を制御する第2制御弁と、
    前記第3油圧ポンプに連結される油圧モータと、
    前記油圧モータに連結され、回転時に第1、第2油圧ポンプの帰還流路に設けられるオイルクーラに冷却風を吐き出して油圧タンクに戻る作動油を冷却する冷却ファンと、
    前記油圧タンクの作動油の温度を検出する温度センサと、
    前記第3油圧ポンプの吐出流路に設けられ、前記冷却ファンの回転速度を可変的に制御可能なように前記油圧モータに供給される作動油の設定圧力を制御する電気式リリーフ弁と、
    前記温度センサからの検出信号に基づいて前記電気式リリーフ弁の設定圧力を可変にして油圧モータを駆動する作動圧を制御する制御器と、
    一方の入力部が前記第1油圧ポンプの流路に連結され、他方の入力部が前記第3油圧ポンプの吐出流路に連結され、前記第1油圧ポンプと第3油圧ポンプのうち高い圧力の作動油を出力する第1シャトル弁と、
    一方の入力部が前記第2油圧ポンプの流路に連結され、他方の入力部が前記第3油圧ポンプの吐出流路に連結され、前記第2油圧ポンプと第3油圧ポンプのうち高い圧力の作動油を出力する第2シャトル弁と、
    前記第1、第2シャトル弁の出力部にそれぞれ連結されるパイロット流路に設けられ、切換え時に前記第1、第2、第3油圧ポンプのうち相対的に高い圧力の作動油を第1、第2制御弁にパイロット信号圧として供給するパイロット圧力発生装置と、を備えることを特徴とする、建設機械用油圧回路。
  2. 前記パイロット流路に設けられ、弁ばねの設定された圧力により第1、第2、第3油圧ポンプのうち相対的に高い圧力の作動油を前記パイロット圧力発生装置にパイロット信号圧として供給し、前記パイロット圧力発生装置に弁ばねの設定された圧力を超える負荷が発生したときに切り換えられ、作動油を油圧タンクにドレーンする減圧弁をさらに備えることを特徴とする、請求項1に記載の建設機械用油圧回路。
  3. 前記減圧弁と前記パイロット圧力発生装置との間のパイロット流路に設けられるリリーフ弁をさらに備えることを特徴とする、請求項2に記載の建設機械用油圧回路。
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