JP5996416B2

JP5996416B2 - 建設機械の油圧回路

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Publication number: JP5996416B2
Application number: JP2012277623A
Authority: JP
Inventors: 泰輔岡田
Original assignee: Nabtesco Corp
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2016-09-21
Anticipated expiration: 2032-12-20
Also published as: JP2014122644A

Description

本発明は、建設機械の３回路・３ポンプ方式の油圧回路に関する。

この種の油圧回路に関し、例えば特許文献１に記載されたものがある。特許文献１に記載の油圧回路では、両走行時に他のアクチュエータ操作が行われた場合に、合流弁によって第３ポンプ油を第１及び第２両回路に合流させる回路構成を前提として、ブーム上げ・旋回操作が行われた場合に、合流弁を第３の位置ハに切り換えて、パラレル通路を通じてブームシリンダが属する第１回路に第３ポンプ油を合流させ（ブーム合流）、アームシリンダが属する第２回路に対しては旋回用コントロールバルブによって第３ポンプ油を遮断するように回路構成している。

この構成により、ブーム上げ・旋回時に第３ポンプのポンプ圧を確保し、ブーム上げ、旋回加速の両性能を高めて作業能率を向上させることができる、と特許文献１において称されている（特許文献１の段落００２７）。

特開２０１２−３６９０９号公報

ここで、特許文献１に記載の油圧回路においては、合流弁が中立位置にある時、第２合流ラインおよびアームシリンダ用のコントロールバルブを通じて、第３ポンプ油をタンクに流している。この第２合流ラインは、アームシリンダ用のコントロールバルブの手前で第２ポンプのアンロード通路に接続されている。すなわち、第２ポンプのアンロード通路と第２合流ラインとは合流している。

そのため、左走行モータを除く全てのアクチュエータが非操作のとき、第３ポンプ油は、第２ポンプのアンロード通路と第２合流ラインとの合流位置で第２ポンプ油に合流して流れることになる。これは、第３ポンプの負荷になる。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、合流弁が中立位置にある時の第３ポンプにかかる負荷を従来よりも減らし、かつ、ブーム合流、アーム合流もできる建設機械の油圧回路を提供することである。

本発明は、ブーム用方向切換弁が配置され第１ポンプから圧油が供給される第１回路と、アーム用方向切換弁が配置され第２ポンプから圧油が供給される第２回路と、少なくとも１つの方向切換弁が配置され第３ポンプから圧油が供給される第３回路と、前記第３ポンプから吐出される圧油を前記ブーム用方向切換弁に供給する第１合流通路と、前記第３ポンプから吐出される圧油を前記アーム用方向切換弁に供給する第２合流通路と、前記第３ポンプと前記第１合流通路との間および前記第３ポンプと前記第２合流通路との間を連通または遮断する合流弁と、を備える建設機械の油圧回路である。前記合流弁は、前記第３回路に配置された前記方向切換弁の下流側のアンロード通路をタンク通路に直接接続する中立位置と、前記第３ポンプを前記第１合流通路に接続するブーム合流位置と、前記第３ポンプを前記第２合流通路に接続するアーム合流位置とを有し、ブーム操作時に前記ブーム合流位置、アーム操作時に前記アーム合流位置、アクチュエータ非操作時に前記中立位置となることを特徴とする。

本発明では、合流弁が中立位置にある時、第３ポンプから圧油が供給される第３回路に配置された方向切換弁の下流側のアンロード通路をタンク通路に直接接続する回路構成としている。これにより、第３ポンプから吐出される圧油（第３ポンプ油）は、第３ポンプ以外のポンプから吐出される圧油と合流することなく、タンク通路へと流れる。また、合流弁は、第３ポンプを第１合流通路に接続するブーム合流位置、および第３ポンプを第２合流通路に接続するアーム合流位置をさらに有し、ブーム操作時にブーム合流位置、アーム操作時にアーム合流位置に切り換わるので、ブーム合流、アーム合流もできる。
すなわち、本発明によると、合流弁が中立位置にある時の第３ポンプにかかる負荷を従来よりも減らし、かつ、ブーム合流、アーム合流もできる。

本発明の第１実施形態に係る油圧回路を示す回路図である。本発明の第２実施形態に係る油圧回路を示す回路図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。なお、油圧ショベルの油圧回路としての実施形態を以下に示している。本実施形態に係る油圧回路は、油圧ショベル以外の建設機械にも適用することができる。

（第１実施形態）
＜回路構成＞
図１の回路図に示したように、この油圧回路が適用される油圧ショベルは、３つのポンプ（油圧ポンプ）５１・５２・５３を備えている。これらの３つのポンプ５１・５２・５３は、例えばエンジン（不図示）により駆動される。また、油圧ショベルには、２つの走行用油圧モータ５４・５７、ブーム用油圧シリンダ５５、バケット用油圧シリンダ５６、アーム用油圧シリンダ５８、旋回用油圧モータ５９などの油圧アクチュエータが必要箇所に取り付けられる。

ここで、左走行用油圧モータ５４、ブーム用油圧シリンダ５５、およびバケット用油圧シリンダ５６は、それぞれ、第１回路Ａに配置された左走行用方向切換弁１ｘ、ブーム用方向切換弁１ｙ、およびバケット用方向切換弁１ｚによりその作動が制御される。これらの各方向切換弁は、油圧パイロット式のスプール弁であり、コントロール弁と呼ばれることもある（後述する他の方向切換弁についても同様）。第１回路Ａに配置された各方向切換弁（第１回路Ａ）には、主として第１ポンプ５１から圧油が供給される。

右走行用油圧モータ５７、およびアーム用油圧シリンダ５８は、それぞれ、第２回路Ｂに配置された右走行用方向切換弁２ｘ、およびアーム用方向切換弁２ｙによりその作動が制御される。第２回路Ｂに配置された各方向切換弁（第２回路Ｂ）には、主として第２ポンプ５２から圧油が供給される。

また、旋回用油圧モータ５９は、第３回路Ｃに配置された旋回用方向切換弁３ｘによりその作動が制御される。旋回用方向切換弁３ｘ（第３回路Ｃ）には第３ポンプ５３から圧油が供給される。

なお、実機にはドーザシリンダ（ドーザ）が取り付けられ、第３回路Ｃにはドーザシリンダ用方向切換弁が配置されるが、ここでは図示を省略している。また、第２回路Ｂには、予備アクチュエータ用の方向切換弁が配置されるが、これも図示を省略している。

ここで、第１回路Ａのブーム用方向切換弁１ｙおよびバケット用方向切換弁１ｚには、第３ポンプ５３から吐出された圧油が第１合流通路２４を経由して供給可能とされている。第１合流通路２４の下流側で第１合流通路２４は、ブーム用方向切換弁１ｙ側とバケット用方向切換弁１ｚ側とに分岐し、その後、これら各方向切換弁に接続している。ブーム用方向切換弁１ｙ側とバケット用方向切換弁１ｚ側とに分岐する分岐点と、バケット用方向切換弁１ｚとの間の第１合流通路２４部分には絞り１２が設けられている。

また、第２回路Ｂのアーム用方向切換弁２ｙには、第３ポンプ５３から吐出された圧油が第２合流通路２５を経由して供給可能とされている。

ここで、第３ポンプ５３と第１合流通路２４との間、および第３ポンプ５３と第２合流通路２５との間は、合流弁４により連通または遮断される。

合流弁４の構成について説明する。合流弁４は、４位置の油圧パイロット式スプール弁とされ、中立位置４ａと、ブーム合流位置４ｂと、アーム合流位置４ｃと、走独位置４ｄ（走行独立位置）とを有する。合流弁４の一方には、第１〜第３の３つの油圧パイロットポート８ａ・８ｂ・８ｃが配置され、他方にはばね８ｄが配置されている。

なお、ブーム合流位置４ｂは、中立位置４ａとアーム合流位置４ｃとの間に配置されている。そのため、中立位置４ａからアーム合流位置４ｃへはブーム合流位置４ｂを経て切り換わる。

第１〜第３の各油圧パイロットポート８ａ・８ｂ・８ｃのいずれにもパイロット圧が導入されない状態では、ばね８ｄの弾性力により合流弁４は中立位置４ａになる。第１パイロットポート８ａにパイロット圧が導入されるとブーム合流位置４ｂに、第２パイロットポート８ｂにパイロット圧が導入されるとアーム合流位置４ｃに、第３パイロットポート８ｃにパイロット圧が導入されると走独位置４ｄに、合流弁４はそれぞれ切り換わる。

この合流弁４は、２つの入力ポートと３つの出力ポートとを備えている。２つの入力ポートのうちの一方のポートには、第３回路Ｃに配置された旋回用方向切換弁３ｘの下流側のアンロード通路２２が接続されている。他方のポートには、第３ポンプ５３に接続されたポンプライン２１から分岐するパラレル通路２３が接続されている。

また、上記した３つの出力ポートのうちの一つには第１合流通路２４が、他の一つには第２合流通路２５が、さらに他の一つにはタンク通路２６が接続されている。タンク通路２６は、タンクＴに連通するタンクライン２７に接続している。

なお、合流弁４の第１パイロットポート８ａには、ブームを上げるブーム作動信号（パイロット圧）が導入されるブーム上げパイロットライン２８が接続されている。また、合流弁４の第２パイロットポート８ｂには、パイロット油圧源６０に連通するパイロットライン２９が、第３パイロットポート８ｃには、パイロット油圧源６０に連通するパイロットライン３０が、それぞれ接続されている。

パイロットライン２９・３０のうちのパイロットライン２９には、第１サイドバイパスライン３２が接続され、パイロットライン３０には、第２サイドバイパスライン３３が接続されている。

第１サイドバイパスライン３２は、アーム用方向切換弁２ｙに対して一体的に設けられたサブバルブ６ｙを通り、その下流側で、タンクＴに連通するドレンライン３４に接続されている。

第２サイドバイパスライン３３は、右走行用・左走行用・ブーム用・バケット用の各方向切換弁２ｘ・１ｘ・１ｙ・１ｚに対してそれぞれ一体的に設けられた各サブバルブ６ｘ・５ｘ・５ｙ・５ｚをこの順に通り、その下流側で、タンクＴに連通するドレンライン３４に接続されている。

右走行用・左走行用の各方向切換弁２ｘ・１ｘのサブバルブ６ｘ・５ｘは、各方向切換弁２ｘ・１ｘの位置に関係なく常に開通状態となり、アーム用・ブーム用・バケット用の各方向切換弁２ｙ・１ｙ・１ｚのサブバルブ６ｙ・５ｙ・５ｚは、各方向切換弁２ｙ・１ｙ・１ｚが中立位置で開通、作動位置で閉状態となるように構成されている。

このように回路構成されて、旋回用方向切換弁３ｘを除く各方向切換弁１ｘ・１ｙ・１ｚ・２ｘ・２ｙの位置（操作状況）に応じて、合流弁４のパイロットポート８ｂ・８ｃに対してパイロット油圧源６０からのパイロット圧が導入されたり、作用しないようにされたりとなっている。

＜油圧回路の作用・効果＞
（１）アクチュエータ非操作時
アクチュエータ操作が一切行われていない状態（アクチュエータ非操作時）では、合流弁４は中立位置４ａにある。

この中立位置４ａでは、第３回路Ｃに配置された旋回用方向切換弁３ｘの下流側のアンロード通路２２がタンク通路２６に直接接続される。これにより、第３ポンプ５３から吐出される圧油（第３ポンプ油）は、第３ポンプ５３以外のポンプから吐出される圧油と合流することなく、タンク通路２６へと流れ、タンクライン２７を経てタンクＴに戻る。すなわち、中立位置４ａがこのような構成とされていることで、合流弁４が中立位置４ａにある時の第３ポンプ５３にかかる負荷を従来よりも減らすことができる。

（２）ブーム操作時
図１の状態から、ブーム上げ操作が行われると、ブームを上げるブーム作動信号（パイロット圧）が合流弁４の第１パイロットポート８ａに入力される（導入される）ため、合流弁４はブーム合流位置４ｂに切り換わる。

このブーム合流位置４ｂでは、アンロード通路２２およびパラレル通路２３を介して第３ポンプ５３が第１合流通路２４に接続される。これにより、第３ポンプ油が第１合流通路２４を流れ、第１ポンプ油（第１ポンプ５１から吐出される圧油）と合流してブーム用油圧シリンダ５５に供給される（ブーム合流）。

このように、合流弁４によってブーム合流を行うことができる。

なお、合流弁４の第１パイロットポート８ａに、ブームを下げるブーム作動信号（パイロット圧）が入力される回路構成であってもよい。

（３）アーム操作時
アーム操作が行われると、アーム用方向切換弁２ｙのサブバルブ６ｙによって第１サイドバイパスライン３２がドレンライン３４から遮断されるため、アーム作動信号（パイロット圧）が合流弁４の第２パイロットポート８ｂに入力される（導入される）。これにより、合流弁４はアーム合流位置４ｃに切り換わる。

このアーム合流位置４ｃでは、アンロード通路２２を介して第３ポンプ５３が第２合流通路２５に接続される。これにより、第３ポンプ油が第２合流通路２５を流れ、第２ポンプ油（第２ポンプ５２から吐出される圧油）と合流してアーム用油圧シリンダ５８に供給される（アーム合流）。

このように、合流弁４によってアーム合流も行うことができる。

ここで、バケットによる掘削後の、ブームを上げ、土砂をトラックに積み込むショベル動作では、ブーム単独、アーム・ブーム・旋回同時、という順で各アクチュエータが操作される。本実施形態では、中立位置４ａとアーム合流位置４ｃとの間にブーム合流位置４ｂが配置されているので、中立位置４ａからブーム合流位置４ｂを経てアーム合流位置４ｃへと合流弁４は順次切り換わる。そのため、合流弁４を構成するスプール（弁本体）の動きに無駄がなく、各アクチュエータをスムーズに動作させることができる。換言すれば各アクチュエータ動作のタイムラグを最小限に抑えることができる。

なお、ブーム作動信号が入力される第１パイロットポート８ａ、およびアーム作動信号が入力される第２パイロットポート８ｂが、合流弁４の一方にまとめて配置されているので、中立位置４ａからブーム合流位置４ｂを経てアーム合流位置４ｃへと切り換えるための構成を簡単に形成することができる。

（４）両走行操作と他のアクチュエータ操作が行われたとき
左走行用油圧モータ５４および右走行用油圧モータ５７が操作され、他のアクチュエータが非操作であれば、サイドバイパスライン３２・３３がいずれもドレンライン３４を介してタンクＴに連通するため、パイロットポート８ａ・８ｂ・８ｃにはパイロット圧が導入されない。そのため、合流弁４は中立位置４ａにある。

この状態から、他のアクチュエータ操作が行われると、サイドバイパスライン３２・３３が、操作されたアクチュエータに対応する方向切換弁のサイドバルブによって、ドレンライン３４から遮断されるため、合流弁４の第３パイロットポート８ｃにパイロット圧が導入される。これにより、合流弁４は走独位置４ｄに切り換わる。

この走独位置４ｄでは、アンロード通路２２を介して第３ポンプ５３が第１合流通路２４および第２合流通路２５に接続される。これにより、第３ポンプ油が第１合流通路２４および第２合流通路２５を流れるようになる。

これにより、第１ポンプ油および第２ポンプ油を、それぞれ、左走行用油圧モータ５４および右走行用油圧モータ５７に全量供給する操作が行われた場合でも、走行以外のアクチュエータ動作を確保することができる。

なお、他のアクチュエータ操作として例えばブーム上げ操作が行われると、ブーム用方向切換弁１ｙのサブバルブ５ｙが閉状態に切り換わる前に、ブームを上げるブーム作動信号（パイロット圧）が第１パイロットポート８ａに入力される（導入される）ため、合流弁４は、中立位置４ａからブーム合流位置４ｂを経て走独位置４ｄに切り換わる。
また、他のアクチュエータ操作として例えばアーム操作が行われると、パイロットライン２９に設けられた絞り２９ａにより、合流弁４は、中立位置４ａからアーム合流位置４ｃに切り換わった後に（アーム合流位置４ｃを経て）走独位置４ｄに切り換わる。

このように、本実施形態では合流弁４が走独位置４ｄを有するため、ブーム操作時（アーム操作時）に、合流弁４がブーム合流位置４ｂ（アーム合流位置４ｃ）で停止するということはない。すなわち、本発明において、ブーム操作時にブーム合流位置（アーム操作時にアーム合流位置）となる、というのは、合流弁がブーム合流位置（アーム合流位置）で停止することに限定されるものではなく、一旦、ブーム合流位置（アーム合流位置）になった後に、他の位置に切り換わる形態も含んでいる。

（第２実施形態）
図２を参照しつつ第２実施形態を説明する。図１に示した第１実施形態と図２に示した第２実施形態との相違点は、合流弁４の構成である。第１実施形態の合流弁４の中立位置４ａ、ブーム合流位置４ｂ、およびアーム合流位置４ｃと、これらの位置に対応する第２実施形態の中立位置４ａ、ブーム合流位置４ｂ、およびアーム合流位置４ｃと、が異なる。

まず、本実施形態の合流弁４の中立位置４ａでは、第３ポンプ５３のパラレル通路２３が、合流弁４内の絞り９ａ付きの通路９により第１合流通路２４に接続される。この回路構成によると、旋回操作が行われていれば（旋回用油圧モータ５９が動作していれば）、中立位置４ａにおいても、第１合流通路２４に第３ポンプ油を流すことができる。

また、本実施形態の合流弁４のブーム合流位置４ｂでは、第３ポンプ５３のアンロード通路２２およびパラレル通路２３が、合流弁４内の絞り１０ａ付きの通路１０により第２合流通路２５にも接続される。この回路構成によると、合流弁４がブーム合流位置４ｂにあるとき、第３ポンプ５３の余剰油をブリードオフさせてタンクＴに戻すことができ、第３ポンプ５３にかかる負荷を減らすことができる。なお、第２合流通路２５は、第２ポンプ５２のアンロード通路３１に接続し、アンロード通路３１は、タンクＴに連通するタンクライン２７に接続している。
なお、本実施形態の合流弁４のブーム合流位置４ｂの変形例として、第３ポンプ５３のアンロード通路２２およびパラレル通路２３を、第２ポンプ５２のアンロード通路３１を経由することなく、タンクＴに連通するタンクライン２７に絞り１０ａを介して接続してもよい。

また、本実施形態の合流弁４のアーム合流位置４ｃでは、第３ポンプ５３のアンロード通路２２およびパラレル通路２３が、合流弁４内の絞り１１ａ付きの通路１１により第１合流通路２４に接続される。この回路構成によると、合流弁４がアーム合流位置４ｃにあるとき、アームの作動速度が十分に確保できるときには、第３ポンプ油の一部をブーム用油圧シリンダ５５に供給することができる。

（変形例）
第１実施形態の合流弁４の中立位置４ａ、ブーム合流位置４ｂ、およびアーム合流位置４ｃと、これらの位置に対応する第２実施形態の中立位置４ａ、ブーム合流位置４ｂ、およびアーム合流位置４ｃと、を適宜組み合わせた合流弁としてもよい。すなわち、例えば、第２実施形態の合流弁４のブーム合流位置４ｂを、第１実施形態の合流弁４のブーム合流位置４ｂで置き換えるなどしてもよい。

前記したように、実機にはドーザシリンダ（ドーザ）が取り付けられ、第３回路Ｃにはドーザシリンダ用方向切換弁が配置される。このように複数の方向切換弁が第３回路Ｃに直列で配置される場合、合流弁の中立位置では、第３回路Ｃに配置された複数の方向切換弁のアンロード通路のうち、最下流側に配置された方向切換弁の下流側のアンロード通路部分をタンク通路２６に直接接続する回路構成とする。

１ｘ：左走行用方向切換弁
１ｙ：ブーム用方向切換弁
１ｚ：バケット用方向切換弁
２ｘ：右走行用方向切換弁
２ｙ：アーム用方向切換弁
３ｘ：旋回用方向切換弁
４：合流弁
４ａ：中立位置
４ｂ：ブーム合流位置
４ｃ：アーム合流位置
４ｄ：走独位置
２２：アンロード通路
２４：第１合流通路
２５：第２合流通路
２６：タンク通路
５１：第１ポンプ
５２：第２ポンプ
５３：第３ポンプ
Ａ：第１回路
Ｂ：第２回路
Ｃ：第３回路

Claims

ブーム用方向切換弁が配置され、第１ポンプから圧油が供給される第１回路と、
アーム用方向切換弁が配置され、第２ポンプから圧油が供給される第２回路と、
少なくとも１つの方向切換弁が配置され、第３ポンプから圧油が供給される第３回路と、
前記第３ポンプから吐出される圧油を前記ブーム用方向切換弁に供給する第１合流通路と、
前記第３ポンプから吐出される圧油を前記アーム用方向切換弁に供給する第２合流通路と、
前記第３ポンプと前記第１合流通路との間、および前記第３ポンプと前記第２合流通路との間を連通または遮断する合流弁と、
を備える建設機械の油圧回路において、
前記合流弁は、
前記第３回路に配置された前記方向切換弁の下流側のアンロード通路をタンク通路に直接接続する中立位置と、
前記第３ポンプを前記第１合流通路に接続するブーム合流位置と、
前記第３ポンプを前記第２合流通路に接続するアーム合流位置と、を有し、
ブーム操作時に前記ブーム合流位置、アーム操作時に前記アーム合流位置、アクチュエータ非操作時に前記中立位置となることを特徴とする、建設機械の油圧回路。
請求項１に記載の建設機械の油圧回路において、
前記合流弁は、
前記中立位置と前記アーム合流位置との間に前記ブーム合流位置が配置されており、
前記中立位置から前記アーム合流位置へ前記ブーム合流位置を経て切り換わることを特徴とする、建設機械の油圧回路。
請求項１または２に記載の建設機械の油圧回路において、
ブーム作動信号が入力される第１パイロットポート、およびアーム作動信号が入力される第２パイロットポートが、前記合流弁の一方に配置されていることを特徴とする、建設機械の油圧回路。