JP6291360B2

JP6291360B2 - 作業機械の油圧駆動装置

Info

Publication number: JP6291360B2
Application number: JP2014120740A
Authority: JP
Inventors: 直人堀; 菅野　直紀; 直紀菅野; 仁士櫻井
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd; Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd; Kobe Steel Ltd
Priority date: 2014-06-11
Filing date: 2014-06-11
Publication date: 2018-03-14
Anticipated expiration: 2034-06-11
Also published as: JP2016001022A

Description

本発明は、クレーン等の作業機械において吊り荷等の負荷をその自重落下方向と同じ方向に移動させるための油圧駆動装置に関する。

従来、負荷をその自重落下方向と同じ方向に移動させるための装置、例えば吊り荷をワイヤによって吊るウインチを巻下げ方向に駆動するための巻下げ駆動装置、として、特許文献１に記載されるものが知られている。この装置は、前記ウインチを駆動するための油圧モータと、この油圧モータに作動油を供給するための油圧ポンプと、前記油圧モータのメータアウト回路に設けられるメータアウト流量制御器と、を備え、メータアウト流量制御器は、操作装置の操作によって開度が変化するメータアウト絞りと、このメータアウト絞りの上流側圧力と下流側圧力との差すなわち前後差圧を予め設定された設定差圧に保つように開閉作動するメータアウト流量調節弁と、を有する。当該メータアウト絞りと当該メータアウト流量調節弁との組み合わせは、前記巻下げ方向に移動する負荷の大きさにかかわらず巻下げ速度を操作装置の操作内容に対応した速度に調節することを可能にする。

特開２０１２−２３７４２３号公報

前記のメータアウト絞り及びメータアウト流量調節弁を備えた駆動回路では、メータアウト流量調節弁が故障したときの安全性のさらなる向上が重要な課題となる。具体的に、当該メータアウト流量調節弁が大きく開弁した状態（開口面積が大きい状態）でスプールの固着等により開閉動作が不能となる、いわゆるスティック現象が生ずると、当該メータアウト流量調節弁は前記メータアウト絞りの前後差圧を所定の設定差圧に保つ流量よりも大きな流量で作動油が流れることを許容してしまい、これにより、オペレータが前記操作装置の操作によって指示する速度よりも大きな速度で負荷が下げ方向に移動してしまうおそれがある。

本発明は、前記の課題を解決することが可能な技術の提供を目的とする。すなわち、本発明は、操作装置により操作されるメータアウト絞りと、その上流側圧力と下流側圧力との差である前後差圧を予め設定された設定差圧に保つように開閉作動するメータアウト流量調節弁と、を備えた作業機械の油圧駆動装置であって、前記メータアウト流量調節弁の開閉作動に異常が生じたときに負荷が異常な速度で降下することを有効に防ぐことが可能なものを提供することを目的とする。

本発明が提供するのは、油圧を利用して負荷をその自重による落下方向と同じ向きの下げ方向に移動させるための作業機械の油圧駆動装置であって、油圧ポンプと、この油圧ポンプを駆動して作動油を吐出させるための動力源と、入口ポート及び出口ポートを有し、前記入口ポートに前記油圧ポンプから吐出される作動油の供給を受けて前記出口ポートから作動油を排出することにより前記負荷を前記下げ方向に移動させるように作動する油圧アクチュエータと、前記負荷を下げ方向に移動させるときに前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータの入口ポートに作動油を導くためのメータイン流路と、前記負荷を前記下げ方向に移動させるときに前記油圧アクチュエータの出口ポートから排出された作動油を
タンクに導くためのメータアウト流路と、前記負荷の移動速度を指定するための操作を受け、その操作に応じた操作信号を出力する操作装置と、前記メータアウト流路に設けられ、前記操作装置からの前記操作信号の入力に応じて開口面積が増大するように作動するメータアウト絞りと、このメータアウト絞りの上流側圧力と下流側圧力との差である前後差圧を予め設定された設定差圧に保つように開閉作動するメータアウト流量調節弁と、前記メータアウト流路における作動油の流量であるメータアウト流量またはこれに対応する値と予め設定された許容値との比較に基づいて前記メータアウト絞りの開口面積と前記メータアウト流量調節弁の開閉作動との対応に異常が生じたことを検出し、かつ、前記メータアウト流量またはこれに対応する値が前記許容値を超える場合に前記メータアウト絞りの開口面積を前記操作装置による操作に対応した開口面積よりも小さい開口面積に強制的に減少させて前記メータアウト流量を制限するメータアウト流量制限部と、を備える。

この装置では、メータアウト流量調節弁に例えばスティック現象が生じて前記メータアウト流量調節弁の開口面積がメータアウト絞りの前後差圧にかかわらず大きな面積に固定された場合、これを検出したメータアウト流量制限部がメータアウト絞りの開口面積を強制的に減少させて前記メータアウト流量を制限するため、当該メータアウト流量調節弁の開閉作動の異常にかかわらず負荷の下げ方向への移動速度が確実に抑止され、これにより高い安全性が確保される。しかも、当該メータアウト流量の制限は前記メータアウト流量調節弁と組み合わされて使用される既存のメータアウト絞りを利用して行われるので、大掛かりな設備の付加を伴うことなく簡素な構成で高い安全性が確保される。

具体的に、前記メータアウト流量制限部は、前記メータアウト絞りの前後差圧が予め設定された許容差圧を超える場合に当該メータアウト絞りの開口面積を減少させるものが、好ましい。当該メータアウト絞りの前後差圧は、メータアウト流量調節弁の開閉作動の異常に直結して変動するため、この前後差圧に基づくことによりメータアウト流量の制限を適正なタイミングで行うことができる。ここで「メータアウト絞りが閉じていないにもかかわらず」とあるのは、メータアウト絞りが閉じている状態ではその上流側の圧力が高い圧力（いわゆる保持圧）に保たれるため、メータアウト流量調節弁の正常、異常にかかわらず、メータアウト絞りが開いている駆動時に比べて当該メータアウト絞りの前後差圧が著しく高くなるためである。

具体的に、前記メータアウト流量制限部は、前記メータアウト絞りの前後差圧が予め設定された許容差圧を超える場合に前記メータアウト絞りへの前記操作信号の入力を遮断することにより当該操作装置の操作にかかわらず当該メータアウト絞りを閉弁状態にする操作遮断部と、前記操作装置の操作が一定以下の場合にのみ前記操作遮断部による前記操作信号の遮断を解除する遮断解除部と、を有するものが、好ましい。前記操作遮断部は、前記前後差圧が許容差圧を超える場合に前記メータアウト絞りを前記操作装置から遮断するだけの簡単な構成で当該メータアウト絞りを強制的に閉弁させることができる。一方、前記遮断解除部は、前記操作装置の操作が一定以下の場合、例えば操作量がゼロであってメータアウト絞りが閉弁状態に保たれていることによりその前後差圧がメータアウト流量調節弁の正常／異常にかかわらず前記許容差圧を超えている場合に、前記操作遮断部による強制遮断によって操作不能となるのを防ぐことができる。しかも、この遮断解除部による操作遮断の解除は、前記操作装置の操作が一定以下の場合つまり本来的にメータアウト絞りの開口面積が小さい場合にのみ行われるため、当該解除にかかわらず高い安全性は確保される。

前記操作遮断部は、前記メータアウト絞りの前後差圧が許容差圧を超えたときに前記操作信号をいきなり完全に遮断するものであってもよいし、当該許容差圧を超えてからの当該前後差圧の増大に応じて前記操作信号を減少させるものであってもよい。後者の前後差圧の増大に伴う操作信号の減少は、当該操作信号がオンオフされるハンチングを抑制し、安定した制御の実現を可能にする。

以上述べたメータアウト流量調節弁の異常検出やメータアウト絞りの制御は、電気的な手段、例えば圧力センサや電磁切換弁を用いて行われてもよい。メータアウト絞りに入力される操作信号も電気信号であってもよい。しかし、前記操作装置が前記操作信号としてその操作に応じた大きさのパイロット圧をもつ油圧信号を出力するものであり、前記メータアウト絞りが前記操作装置からパイロットラインを通じて供給される前記油圧信号のパイロット圧の大きさに応じた開口面積を有するように開閉動作するものである場合、前記操作遮断部は、前記パイロットラインを開通する開通位置と当該パイロットラインを遮断する遮断位置とを有する油圧切換弁であって、前記メータアウト流路における前記メータアウト絞りの上流側の部分と下流側の部分とに接続され、当該メータアウト絞りの上流側圧力と下流側圧力との差が前記許容差圧を超える場合にその圧力差によって前記開通位置から前記遮断位置に強制的に切換えられる操作遮断弁であることが、より好ましい。この操作遮断弁は、前記メータアウト絞りの実際の前後差圧によって操作されるため、簡素な構成でかつ高い信頼性でもって異常時に前記メータアウト絞りを前記操作装置から強制遮断することができる。

さらに、この場合、前記遮断解除部は、前記メータアウト流路における前記メータアウト絞りの上流側圧力を前記操作遮断弁に導入する上流側ラインの途中に設けられ、前記操作装置が出力するパイロット圧が一定未満の場合に前記上流側ラインを遮断する閉弁状態を保ち、当該パイロット圧が一定以上の場合に当該パイロット圧によって開弁させられる油圧切換弁である遮断解除弁が、好ましい。この遮断解除弁は、実際に操作装置が出力するパイロット圧を利用することにより、簡素な構成で信頼性の高い遮断解除を行うことができる。

以上のように、本発明によれば、操作装置により操作されるメータアウト絞りと、その上流側圧力と下流側圧力との差である前後差圧を予め設定された設定差圧に保つように開閉作動するメータアウト流量調節弁と、を備えた作業機械の油圧駆動装置であって、前記メータアウト流量調節弁の開閉作動に異常が生じたときに負荷が異常な速度で降下することを確実に防ぐことが可能なものを提供することができる。

本発明の実施の形態に係る作業機械の油圧駆動装置を示す回路図である。本発明の比較例に係る作業機械の油圧駆動装置を示す回路図である。図１に示すメータアウト絞りの前後差圧と操作遮断弁の開口面積との関係を示すグラフである。前記メータアウト絞りの前後差圧と前記操作遮断弁の開口面積との関係の変形例を示すグラフである。図１に示す操作装置が出力する制御信号と前記メータアウト絞りの開口面積との関係を示すグラフである。

本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、前記実施の形態に係る作業機械の油圧駆動装置を示す回路図である。この装置は、エンジン１と、油圧ポンプ２と、油圧アクチュエータである油圧モータ４と、操作装置と、メータイン流路１０と、メータアウト流路２０と、再生流路３０と、メータイン流量制御器１２と、メータアウト流量制御器２２と、を備える。

前記エンジン１は、前記油圧ポンプ２の動力源である。前記油圧ポンプ２は、前記エンジン１により駆動され、これによりタンク内の作動油を吐出する。

前記油圧モータ４は、本発明に係る油圧アクチュエータの一例であり、ウインチドラム５を有するウインチ装置に組み込まれ、当該ウインチドラム５を特定方向に正逆両方向に回転させることで負荷である吊り荷７を昇降させる。具体的に、この油圧モータ４は、第１ポート４ａと第２ポート４ｂとを有し、前記第１ポート４ａに作動油が供給されるときには前記ウインチドラム５を巻下げ方向すなわち前記吊り荷７をその自重による落下方向と同じ向きの下げ方向に移動させる方向に回転させて当該作動油を前記第２ポート４ｂから排出する一方、前記第２ポート４ｂに作動油が供給されるときには前記ウインチドラム５を巻上げ方向すなわち前記吊り荷７を上昇させる方向に回転させて当該作動油を前記第１ポート４ａから排出する。ただし、図１では、図示の簡略化のため、本発明の対象である下げ方向の油圧モータ４の駆動、すなわち前記吊り荷７を降下させるための巻下げ駆動、に関する回路のみを示している。換言すれば、図１は、油圧モータ４を正逆両方向に回転させるための油圧回路のうち前記油圧モータ４の第１ポート４ａに作動油を供給して第２ポート４ｂから排出される作動油をタンクに戻すための流路のみを示している。

図１に示す回路において、実際に前記油圧モータ４を正逆両方向に回すためには、当該油圧モータ４と前記油圧ポンプ２との間に例えば方向切換弁からなるコントロールバルブが介在し、このコントロールバルブが油圧ポンプ２を油圧モータ４の第１ポート４ａに接続する流路と第２ポート４ｂに接続する流路との間での切換を行うものであればよい。ただし、本発明では、油圧アクチュエータが正逆両方向に駆動されるものに限定されず、負荷を下げ方向に移動させる方向にのみ駆動されるものであってもよい。また、本発明に係る油圧アクチュエータは油圧モータに限定されず、例えば作業装置のアタッチメントを回動させる油圧シリンダであってもよい。この場合も、負荷である前記アタッチメントをその自重により降下する方向と同じ方向である下げ方向に移動させるように前記油圧シリンダを駆動する場合に、本発明を有効に適用することが可能である。

前記メータイン流路１０は、前記巻下げ駆動時において前記油圧ポンプ２から吐出される作動油を前記油圧モータ４に供給するための流路であり、具体的には当該油圧ポンプ２の吐出口から当該油圧モータ４の第１ポート４ａに至る。前記メータアウト流路２０は、前記巻下げ駆動時において前記油圧モータ４の第２ポート４ｂから排出される作動油をタンクに戻すための流路であり、具体的には当該油圧モータ４の第２ポート４ｂからタンクに至る。

前記再生流路３０は、前記メータアウト流路２０を通じてタンクに戻される作動油の一部を前記メータイン流路１０に還元するための流路であり、当該再生流路３０の途中には前記メータイン流路１０から前記メータアウト流路２０への作動油の逆流を阻止するチェック弁３２が設けられている。前記メータアウト流路２０には、当該メータアウト流路２０から前記再生流路３０が分岐する分岐点３４よりも下流側に位置する図略の背圧弁が設けられる。この背圧弁は、前記分岐点３４から前記再生流路３０への作動油の流れを確保するための背圧を前記タンクの上流側に発生させる。この再生流路３０は、本発明において必須のものではなく、適宜省略されてもよい。

前記操作装置は、前記吊り荷７の下げ方向の移動速度を指定するための操作を受けるとともに、その操作に応じて増大する操作信号を出力するものであり、この実施の形態では、図略のパイロット油圧源と、リモコン弁６と、を有する。リモコン弁６は、回動操作を受けるレバー６ａと、このレバー６ａに連結された弁本体６ｂと、を有する。この弁本体６ｂは、前記パイロット油圧源に接続され、前記操作信号として、前記レバー６ａの操作量に応じた大きさのパイロット圧をもつ油圧信号であるパイロット信号を出力する。このパイロット信号は前記メータイン流量制御器１２及びメータアウト流量制御器２２にそれぞれパイロットライン１６，２６を通じて入力される。

前記メータイン流量制御器１２は、前記メータイン流路１０の途中に設けられて当該メータイン流路１０における作動油の流量であるメータイン流量を制御する。このメータイン流量制御器１２は、メータイン絞り１３と、メータイン流量調節弁１４と、を有する。

前記メータイン絞り１３は、前記リモコン弁６から前記パイロットライン１６を通じて入力されるパイロット信号のパイロット圧によって開口面積が変化する可変絞り弁により構成される。具体的に、メータイン絞り１３は、前記パイロット信号の入力がない場合にはバネによって閉位置すなわちメータイン流路１０を遮断する位置に保持される一方、前記パイロット信号が入力されるとそのパイロット圧の大きさに応じて開口面積が増大するように開弁し、メータイン流路１０での作動油の流通を許容する。すなわち、メータイン絞り１３は、前記リモコン弁６におけるレバー６ａが巻下げ駆動のための方向に操作されるのに従って当該メータイン絞り１３の開口面積が増大するように開口し、より大きな流量での作動油の流通を許容する。

メータイン流量調節弁１４は、前記メータイン流路１０における前記メータイン絞り１３の上流側の部位からタンクに至るブリードオフ流路の途中に設けられ、このブリードオフ流路の流量を変化させるように開閉作動することにより、メータイン流量の制御を可能にする。このメータイン流量調節弁１４は、前記メータイン絞り１３の上流側の圧力と下流側の圧力の差、つまりメータイン絞り１３の前後差圧ΔＰｉｎ、を予め設定されたメータイン設定差圧に保つように開閉動作する。具体的に、当該メータイン流量調節弁１４には、前記メータイン絞り１３の上流側の圧力及び下流側の圧力がそれぞれライン１５Ｂ，１５Ａを通じて互いに反対の側から導入され、そのバランスによってメータイン流量調節弁１４の開口面積ひいてはメータイン流量が決定される。

なお、前記油圧駆動装置が前記のような油圧モータ４の駆動方向の切換のためのコントロールバルブを備える場合、前記メータイン絞り１３は当該コントロールバルブ内に組み込まれてもよい。

前記メータアウト流量制御器２２は、前記メータアウト流路２０の途中に設けられて当該メータアウト流路２０における作動油の流量であるメータアウト流量を制御する。このメータアウト流量制御器２２は、メータアウト絞り２３と、メータアウト流量調節弁２４と、を有する。

前記メータアウト絞り２３は、前記リモコン弁６から前記パイロットライン２６を通じて入力されるパイロット信号のパイロット圧によって開口面積が変化する可変絞り弁により構成される。具体的に、メータアウト絞り２３は、前記パイロット信号の入力がない場合にはバネによって閉位置すなわちメータアウト流路２０を遮断する位置に保持される一方、前記パイロット信号が入力されるとそのパイロット圧の大きさに応じて開口面積が増大するように開弁し、メータアウト流路２０での作動油の流通を許容する。すなわち、メータアウト絞り２３は、前記リモコン弁６におけるレバー６ａが巻下げ駆動のための方向に操作されるのに従って当該メータアウト絞り２３の開口面積が増大するように開弁し、より大きな流量での作動油の流通を許容する。

メータアウト流量調節弁２４は、前記メータアウト流路２０において前記メータアウト絞り２３と直列に配され、当該メータアウト流路２０における作動油の流量すなわちメータアウト流量を変化させるように開閉作動することが可能である。このメータアウト流量調節弁２４は、前記メータアウト絞り２３の上流側の圧力Ｐａと下流側の圧力Ｐｂとの差、つまりメータアウト絞り２３の前後差圧ΔＰｏｕｔ、を予め設定されたメータアウト設定差圧に保つように開閉動作する。具体的に、当該メータアウト流量調節弁２４には、前記メータアウト絞り２３の上流側の圧力及び下流側の圧力がそれぞれライン２５Ａ，２５Ｂを通じて互いに反対の側から導入され、そのバランスによってメータアウト流量調節弁２４の開口面積ひいてはメータアウト流量が決定される。

なお、前記油圧駆動装置が前記のような油圧モータ４の駆動方向の切換のためのコントロールバルブを備える場合、前記メータアウト絞り２３は当該コントロールバルブ内に組み込まれてもよい。

この実施の形態では、前記メータアウト流量制御器２２により制御されるメータアウト流量が常に（前記レバー６ａの操作量にかかわらず）前記メータイン流量制御器１２により制御されるメータイン流量以上となるように、前記レバー６ａの操作量に対するメータイン絞り１３及びメータアウト絞り２３の開口面積の特定がそれぞれ設定されている。この特性の設定は、メータイン流路１３におけるキャビテーションの発生の防止に有効である。具体的に、この装置において前記リモコン弁６のレバー６ａが操作されると、当該リモコン弁６からメータイン絞り１３及びメータアウト絞り２３にパイロット信号が入力されてこれらの絞り１３，２３が開弁し、これにより油圧ポンプ２から油圧モータ４の第１ポート４ａへの作動油の供給及び第２ポート４ｂからタンクへの作動油の排出が許容されて当該油圧モータ４が巻下げ方向に回転駆動されるが、このときにメータイン流量よりも大きなメータアウト流量が常時確保されることにより、メータイン流路１０におけるキャビテーションが防がれる。ただし、本発明においてメータイン流量制御器１２は必須のものではない。例えば、当該メータイン流量制御器１２に代え、メータイン流路１０における余剰の作動油をタンクに逃がす回路が当該メータイン流路１０に接続されてもよい。

図１に示される油圧駆動装置は、以上の構成要素に加えてさらに、前記メータアウト絞り２３の開口面積と前記メータアウト流量調節弁２４の開閉作動との対応に異常が生じたことを検出してその異常検出時にメータアウト流量を制限するためのメータアウト流量制限部４０を備えている。この実施の形態に係るメータアウト流量制限部４０は、前記メータアウト絞り２３のパイロット回路中に設けられる。

このメータアウト流量制限部４０の具体的な役割を、図２に示す比較例に係る油圧駆動装置を参照して説明する。図２は、前記メータアウト流量制限部４０を有しない油圧駆動装置、具体的には、メータアウト絞り２３が操作装置のリモコン弁６に直結されていて常に当該リモコン弁６のレバー６ａの操作に応じて開口する装置、を示している。この装置において、メータアウト流量調節弁２４にいわゆるスティック現象が生じ、当該メータアウト流量調節弁２４が大きく開弁したまま閉作動しなくなった場合、つまりメータアウト流量調節弁２４の開口面積が大きな開口面積に固定されてしまった場合、を想定する。この場合、メータアウト流量調節弁２４は、メータアウト絞り２３の前後差圧ΔＰｏｕｔ（＝Ｐａ−Ｐｂ）を特定のメータアウト設定差圧に保つような制御動作（開閉動作）をすることができず、当該前後差圧ΔＰｏｕｔを当該メータアウト設定差圧よりも大きくするような過剰の流量で作動油がメータアウト流路２０を流れることを許容してしまうため、吊り荷７はレバー６ａの操作量に対応した正規の速度よりも高い速度で降下してしまう。

図１に示されるメータアウト流量制限部４０は、このようなメータアウト絞り２３の開口面積とメータアウト流量調節弁２４の開閉作動との対応に異常が生じたことを検出し、かつ、その異常検出時に前記レバー６ａの操作にかかわらず前記メータアウト絞り２３の前記操作に対応した開口面積よりも小さい開口面積に強制的に減少させることにより前記メータアウト流量を制限し、これにより前記吊り荷７が異常な速度で降下することを防ぐものである。具体的に、前記メータアウト流量制限部４０は、前記メータアウト絞り２３が閉じていないにもかかわらず当該メータアウト絞り２３の前後差圧が予め設定された許容差圧を超える場合に当該メータアウト絞り２３の開口面積を減少させるものであって、図１に示すような操作遮断弁４２と、遮断解除弁４４と、を含む。

前記操作遮断弁４２は、前記メータアウト絞り２３と前記リモコン弁６との間の前記パイロットライン２６の途中に設けられ、前記メータアウト絞り２３の前後差圧ΔＰｏｕｔ（＝Ｐａ−Ｐｂ）が予め設定された許容差圧ΔＰａｌｗを超える場合に閉弁してリモコン弁６からメータアウト絞り２３への操作信号（パイロット信号）の入力を遮断することにより、当該メータアウト絞り２３を強制的に閉弁状態にする。

この実施の形態に係る操作遮断弁４２は、Ｐポート、Ａポート及びＴポートを有する油圧切換弁であり、Ｐポートは前記リモコン弁６に、Ａポートは前記メータイン絞り２３に、Ｔポートはタンクにそれぞれ接続されている。操作遮断弁４２は、前記Ｔポートを塞いで前記Ｐポートと前記Ａポートとを結ぶＰ−Ａ流路を開通する（つまり前記パイロットライン２６を開通する）開通位置と、前記Ｐポートを塞いで前記Ｔポートと前記Ａポートとを結ぶＴ−Ａ流路を開通する（つまり前記パイロットライン２６を遮断する）遮断位置と、の間で開閉作動する。当該操作遮断弁４２には、バネによって当該操作遮断弁４２を開通位置に保つ方向の付勢力が与えられる一方、上流側ライン４６Ａ及び下流側ライン４６Ｂをそれぞれ通じて前記メータアウト絞り２３の上流側圧力Ｐａ及び下流側圧力Ｐｂがそれぞれ反対の側から導入される。そして、これらの圧力の差である前記前後差圧ΔＰｏｕｔ（＝Ｐａ−Ｐｂ）は、当該前後差圧ΔＰｏｕｔが前記許容差圧ΔＰａｌｗを上回る場合、その差圧でもって前記操作遮断弁４２を前記バネの付勢力に抗して強制的に遮断位置に切換える。

この操作遮断弁４２における前記Ｐ−Ａ流路の開口面積及び前記Ｔ−Ａ流路の開口面積の特性は、例えば図３に示すように前記メータアウト絞り２３の前後差圧ΔＰｏｕｔが前記許容差圧ΔＰａｌｗを超えた時点でＰ−Ａ流路が全開から全閉に直ちに切換えられ、Ｔ−Ａ流路が全閉から全開に直ちに切換えられる特性であってもよいし、図４に示すように、前後差圧ΔＰｏｕｔが前記許容差圧ΔＰａｌｗを超えた時点からそれよりも大きな切換終了差圧ΔＰｅｎｄに至るまでの間に当該前後差圧ΔＰｏｕｔの増大に伴って前記Ｐ−Ａ流路の開口面積が減少するとともに前記Ｔ−Ａ流路の開口面積が漸次的に増大するような特性でもよい。後者の特性は、遮断弁４２が頻繁に開閉するハンチングを抑制して安定した制御を可能にする。

前記許容差圧ΔＰａｌｗは、メータアウト流量調節弁２４が正常に作動する場合においてメータアウト絞り２３の開口面積が最大のときに生ずる前後差圧ΔＰｏｕｔ、つまり、正常状態での当該前後差圧ΔＰｏｕｔの最大値、を上回る範囲で適宜設定されればよい。具体的には、当該許容差圧ΔＰａｌｗと正常時における前後差圧ΔＰｏｕｔの最大値との差が過剰に小さいとメータアウト流量調節弁２４が正常であるにもかかわらずパイロット信号の強制遮断が行われる可能性が高くなり、逆に当該差が過剰に大きいとメータアウト流量調節弁２４が異常であるにもかかわらずパイロット信号の強制遮断が行われない可能性が高くなるため、両者のバランスを考慮して前記許容差圧ΔＰａｌｗが設定されるのがよい。

前記遮断解除弁４４は、リモコン弁６のレバー６ａの操作量が非常に小さくてメータアウト絞り２３が全閉されているときに前記メータアウト流量調節弁２４が正常であるにもかかわらず前記操作遮断弁４２の操作遮断作用によってリモコン弁６によるメータアウト絞り２３の操作が不能となるのを防ぐためのものである。前記操作遮断弁４２は、前記メータアウト絞り２３の前後差圧ΔＰｏｕｔが前記許容差圧ΔＰａｌｗを超える場合に当該メータアウト絞り２３へのパイロット信号の入力を遮断するため、前記レバー６ａの操作量にかかわらず前記前後差圧ΔＰｏｕｔがそのまま操作遮断弁４２に導入されると、前記レバー６ａの操作量が小さくて当該メータアウト絞り２３が全閉状態にある場合、つまり、前記メータアウト絞り２３の上流側に高い保持圧が残される一方で下流側の圧力が低圧に落とされる場合に、メータアウト流量調節弁２４の作動が正常であるにもかかわらず前記操作遮断弁４２がメータアウト絞り２３へのパイロット信号の入力を遮断してしまうことになる。前記遮断解除弁４４は、このような場合に前記操作遮断弁４２によるパイロット弁信号の遮断を強制的に解除してメータアウト絞り２３の操作を可能にする。

この実施の形態に係る前記遮断解除弁４４は、油圧切換弁からなり、前記上流側ライン４６Ａの途中に設けられ、図５に示すように前記レバー６ａの操作量に対応するパイロット圧Ｐｉが予め設定された遮断解除圧Ｐｉｓよりも小さい領域でのみ前記上流側ライン４６Ａを遮断する特性を有する。この上流側ライン４６Ａの遮断は、前記前後差圧ΔＰｏｕｔを利用した操作遮断機能を前記操作遮断弁４２から奪い、これにより、リモコン弁６によるメータアウト絞り２３の操作を可能にする。具体的に、当該遮断解除弁４４には、バネによって当該遮断解除弁４４を閉位置つまり前記上流側ライン４６Ａを遮断する位置に保つ方向の付勢力が与えられる一方、前記リモコン弁６から出力されるパイロット圧Ｐｉがライン４８を通じて前記付勢力と反対の向きに導入され、このパイロット圧Ｐｉは前記遮断解除圧Ｐｉｓ以上である場合にのみ前記バネの付勢力に抗して前記遮断解除弁４４を開弁させる。

前記遮断解除圧Ｐｉｓは、図５に示すように、前記メータアウト絞り２３が開弁を開始するパイロット圧Ｐｉｏよりも僅かに高い圧力であって、当該遮断解除圧Ｐｉｓに対応する（小さな）開口面積以下の開口面積でメータアウト絞り２３が開いた状態でパイロット信号の遮断を解除しても十分な安全を確保できるような圧力に設定されるのがよい。前記遮断が解除されていても前記パイロット圧Ｐｉｏが十分小さければ前記メータアウト絞り２３の開口面積及びこれに対応するメータアウト流量さらには吊り荷７の下げ方向の移動速度が当該メータアウト絞り２３によって十分に抑制されるため、前記パイロット信号を遮断しなくても高い安全性を確保することが可能である。

以上のように、この装置では、メータアウト流量調節弁２４にいわゆるスティック現象が生じてその開口面積がメータアウト絞り２３の前後差圧ΔＰｏｕｔにかかわらず大きな面積に固定された場合に、これを検出したメータアウト流量制限部４０がメータアウト絞り２３の開口面積を強制的に減少させてメータアウト流量を制限するため、当該メータアウト流量調節弁２４の開閉作動の異常にかかわらず吊り荷７の下げ方向への移動速度を確実に抑止して高い安全性を確保することが可能である。しかも、当該メータアウト流量の制限は前記メータアウト流量調節弁２４と組み合わされて使用される既存のメータアウト絞り２３を利用して行われるので、大掛かりな設備の付加を伴うことなく簡素な構成で高い安全性を確保することができる。

前記メータアウト流量調節弁２４の開閉作動の異常の検出やメータアウト絞り２３への操作信号の強制遮断は電気的手段その他の手段を用いても行うことが可能である。例えば、メータアウト絞り２３の上流側圧力Ｐａ及び下流側圧力Ｐｂをそれぞれ圧力センサにより検出し、その検出された圧力の差に基いて電磁弁を開閉することにより前記パイロットライン２６の開通及び遮断を行ってもよい。あるいは、前記メータアウト流量を流量センサにより検出して当該流量が許容値を上回る場合にメータアウト絞り２３を電気的手段によって強制的に閉弁位置に移動させてもよい。あるいは、当該メータアウト絞り２３に入力される操作信号を電気レバーの操作によって生成される電気信号とし、この電気信号の遮断をスイッチの作動によって行うことも可能である。あるいは、操作信号の遮断ではなく、当該操作信号に抗してメータアウト絞り２３に閉弁方向の物理的な強制力を与えることによっても、非常時のメータアウト流量の規制を行うことが可能である。

その一方、前記メータアウト絞りの前後差圧は、メータアウト流量調節弁の開閉作動の異常に直結して変動するため、この前後差圧に基づくことによりメータアウト流量の制限を適正なタイミングで行うことができるという利点が得られる。特に、前記操作遮断弁４２のように実際のメータアウト絞り２３の前後差圧ΔＰｏｕｔによって遮断位置すなわち操作信号を遮断する位置に切換えられるものは、簡素な構成でかつ高い信頼性でメータアウト絞り２３への操作信号の入力の強制遮断を行うことが可能である。

前記メータアウト絞り２３を強制的に閉弁状態にする操作は、必ずしも当該メータアウト絞り２３を全閉にするものに限られない。例えば、当該メータアウト絞り２３の開口面積を操作装置による操作に対応した開口面積よりも小さい開口面積であって高い安全性を確保するための小さな開口面積に抑制する操作であってもよい。例えば、前記操作遮断弁４２はその遮断位置においてパイロットライン２６を僅かに開通させてメータアウト絞り２３を全閉にはしないものであってもよい。

当該遮断解除部は、前記遮断解除弁４４のように前記操作遮断弁４２につながる上流側ライン４６Ａを開通して操作信号の遮断を解除するものの他、当該操作遮断弁４２をバイパスするラインを開通することにより遮断を解除するものであってもよい。あるいはメータアウト絞り２３の前後差圧ΔＰｏｕｔに抗して操作遮断弁４２に開弁方向の物理的な強制力を与えるものでもよい。ただし、前記遮断解除弁４４のように実際のパイロット圧Ｐｉを利用して開弁操作されることにより上流側ライン４６Ａを開通するものは、簡素な構成で信頼性の高い遮断解除を行うことが可能である。

１エンジン（動力源）
２油圧ポンプ
４油圧モータ（油圧アクチュエータ）
６リモコン弁（操作装置）
７吊り荷（負荷）
２０メータアウト流路
２２メータアウト流量制御器
２４メータアウト流量調節弁
４０メータアウト流量制限部
４２操作遮断弁
４４遮断解除弁
４６Ａ上流側ライン

Claims

油圧を利用して負荷をその自重による落下方向と同じ向きの下げ方向に移動させるための作業機械の油圧駆動装置であって、
油圧ポンプと、
この油圧ポンプを駆動して作動油を吐出させるための動力源と、
入口ポート及び出口ポートを有し、前記入口ポートに前記油圧ポンプから吐出される作動油の供給を受けて前記出口ポートから作動油を排出することにより前記負荷を前記下げ方向に移動させるように作動する油圧アクチュエータと、
前記負荷を下げ方向に移動させるときに前記油圧ポンプから前記油圧アクチュエータの入口ポートに作動油を導くためのメータイン流路と、
前記負荷を前記下げ方向に移動させるときに前記油圧アクチュエータの出口ポートから排出された作動油をタンクに導くためのメータアウト流路と、
前記負荷の移動速度を指定するための操作を受け、その操作に応じた操作信号を出力する操作装置と、
前記メータアウト流路に設けられ、前記操作装置からの前記操作信号の入力に応じて開口面積が増大するように作動するメータアウト絞りと、
このメータアウト絞りの上流側圧力と下流側圧力との差である前後差圧を予め設定された設定差圧に保つように開閉作動するメータアウト流量調節弁と、
前記メータアウト流路における作動油の流量であるメータアウト流量またはこれに対応する値と予め設定された許容値との比較に基づいて前記メータアウト絞りの開口面積と前記メータアウト流量調節弁の開閉作動との対応に異常が生じたことを検出し、かつ、前記メータアウト流量またはこれに対応する値が前記許容値を超える場合に前記メータアウト絞りの開口面積を前記操作装置による操作に対応した開口面積よりも小さい開口面積に強制的に減少させて前記メータアウト流量を制限するメータアウト流量制限部と、を備える、作業機械の油圧駆動装置。
請求項１記載の作業機械の油圧駆動装置であって、前記メータアウト流量制限部は、前記メータアウト絞りの前後差圧が予め設定された許容差圧を超える場合に当該メータアウト絞りの開口面積を減少させる、作業機械の油圧駆動装置。
請求項２記載の作業機械の油圧駆動装置であって、前記メータアウト流量制限部は、前記メータアウト絞りの前後差圧が予め設定された許容差圧を超える場合に前記メータアウト絞りへの前記操作信号の入力を遮断することにより当該操作装置の操作にかかわらず当該メータアウト絞りを閉弁状態にする操作遮断部と、前記操作装置の操作が一定以下の場合にのみ前記操作遮断部による前記操作信号の遮断を解除する遮断解除部と、を有する、作業機械の油圧駆動装置。
請求項３記載の作業機械の油圧駆動装置であって、前記操作遮断部は、前記メータアウト絞りの前後差圧が許容差圧を超えてからの当該前後差圧の増大に応じて前記操作信号を減少させる、作業機械の油圧駆動装置。
請求項３または４記載の作業機械の油圧駆動装置であって、前記操作装置は前記操作信号としてその操作に応じた大きさのパイロット圧をもつ油圧信号を出力するものであり、前記メータアウト絞りは前記操作装置からパイロットラインを通じて供給される前記油圧信号のパイロット圧の大きさに応じた開口面積を有するように開閉動作するものであり、前記操作遮断部は、前記パイロットラインを開通する開通位置と当該パイロットラインを遮断する遮断位置とを有する油圧切換弁であって、前記メータアウト流路における前記メータアウト絞りの上流側圧力と下流側圧力との差が前記許容差圧を超える場合にその圧力差によって前記開通位置から前記遮断位置に強制的に切換えられる操作遮断弁である、作業機械の油圧駆動装置。
請求項５記載の作業機械の油圧駆動装置であって、前記遮断解除部は、前記メータアウト流路における前記メータアウト絞りの上流側圧力を前記操作遮断弁に導入する上流側ラインの途中に設けられ、前記操作装置が出力するパイロット圧が一定未満の場合に前記上流側ラインを遮断する閉弁状態を保ち、当該パイロット圧が一定以上の場合に当該パイロット圧によって開弁させられる油圧切換弁である遮断解除弁である、作業機械の油圧駆動装置。