JP6848964B2 - 油圧システム及び非常操作方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電気操作システムを備える油圧システム及び非常操作方法に関し、特に、コントローラによる電磁比例弁の制御が不能な非常操作時に対応できる技術に関する。
近年、油圧式作業機の操作系には、油圧システムのコントロールバルブを電気的に制御する電気操作システムが搭載されるようになってきている。電気操作システムでは、操作レバーからの操作信号がコントローラに入力され、コントローラからの駆動信号に従って電磁比例弁が動作する。この電磁比例弁の動作により、油圧システムのコントロールバルブのパイロット圧が制御される。
電気操作システムは、コントローラに制御ロジックを実行させることによる高度な制御が可能であり、近年の油圧式作業機に要求される省エネ、低騒音、最適制御などを実現するための重要な技術となっている。
電気操作システムにおいて、電気回路部分が故障すると、コントローラによる電磁比例弁の制御が不能となる。そこで、電気操作システムは、故障時に対応するための非常操作装置を有することが好ましい（例えば、特許文献１）。非常操作装置を備える電気操作システムの一例を図７に示す。
図７に示す電気操作システムでは、通常時には、操作ボックス２０の操作レバー９が操作されると、その操作に基づく駆動信号がコントローラ２から出力され、アンプ３を経て電磁比例弁４に入力される。電磁比例弁４が動作してコントロールバルブ２７にパイロット圧が供給されることにより、コントロールバルブ２７のスプールが移動し、アクチュエータ５に作動油圧が供給される。これにより、アクチュエータ５の駆動方向及び動作速度が制御される。
この電気操作システムの電気回路部分に断線等の故障が発生した時は、電源切換スイッチ２２が非常操作側に切り換えられる。操作ボックス２０に内蔵された非常操作スイッチ２１が、操作レバー９の操作に連動して切り換えられ、一方の電磁比例弁４に通電が行われることでコントロールバルブ２７にパイロット圧が供給され、アクチュエータ５が駆動される。
特開２０００−３４４４６６号公報
しかし、上述した非常操作装置では、電磁比例弁４がＯＮ（全開）又はＯＦＦ（全閉）に切り換えられるため、非常操作時には電磁比例弁４が全開状態になることとなり、アクチュエータ５が急作動又は急停止し、ショックを生じるという問題がある。
一方、断線、あるいはコンタミ（不純物の混入）により電磁比例弁自体が固着して、電気では動かなくなった場合のために、非常用手動操作機能付きの電磁比例弁が知られている。この非常用手動操作機能付きの電磁比例弁でも、非常操作時には手動で電磁比例弁を全開状態にすることとなるため、同様に非常操作時にアクチュエータが急作動しショックを生じるという問題がある。
本発明の目的は、非常操作時にアクチュエータを緩駆動することができる安全性に優れる油圧システム及び非常操作方法を提供することである。
本発明に係る油圧システムは、
油圧ポンプと、
前記油圧ポンプからの作動油圧を作業機のアクチュエータに供給するパイロット式のコントロールバルブと、
前記コントロールバルブに対してパイロット圧を供給する電磁比例弁と、
前記アクチュエータを動作させるための操作を受け付ける操作レバーと、
前記操作レバーからの操作信号に基づいて、前記電磁比例弁を制御するコントローラと、
パイロット圧源から前記電磁比例弁に供給される電磁比例弁供給圧を、第１の圧力又は前記第１の圧力よりも小さい第２の圧力に切換可能なパイロット圧切換部と、を備え、
前記コントロールバルブは、前記パイロット圧に基づくスプールのストロークに応じて開口面積が増減するブリードオフ通路を有し、前記開口面積によって前記アクチュエータに供給する作動油圧を制御可能であり、
前記第２の圧力は、前記油圧ポンプの作動油吐出量が最低吐出量である状態において、前記電磁比例弁供給圧が当該第２の圧力に切り換えられたとき、前記作動油圧が所定圧力以下となるように設定され、
前記パイロット圧切換部は、前記コントローラによる前記電磁比例弁の制御が可能である通常操作時に、前記電磁比例弁供給圧を前記第１の圧力に制御するとともに、前記コントローラによる前記電磁比例弁の制御が不能である非常操作時に、前記電磁比例弁供給圧を、前記第１の圧力から前記第２の圧力に切り換え、
前記電磁比例弁は、前記非常操作時に、全開状態とされ、
前記油圧ポンプからの作動油吐出量が増減されることにより、前記作動油圧が増減し、前記アクチュエータの動作速度が制御されることを特徴とする。
本発明に係る非常操作方法は、
油圧ポンプと、
前記油圧ポンプからの作動油圧を作業機のアクチュエータに供給するパイロット式のコントロールバルブと、
前記コントロールバルブに対してパイロット圧を供給する電磁比例弁と、
前記アクチュエータを動作させるための操作を受け付ける操作レバーと、
前記操作レバーからの操作信号に基づいて、前記電磁比例弁を制御するコントローラと、
パイロット圧源から前記電磁比例弁に供給される電磁比例弁供給圧を、第１の圧力又は前記第１の圧力よりも小さい第２の圧力に切換可能なパイロット圧切換部と、を備え、
前記コントロールバルブは、前記パイロット圧に基づくスプールのストロークに応じて開口面積が増減するブリードオフ通路を有し、前記開口面積によって前記アクチュエータに供給する作動油圧を制御可能であり、
前記第２の圧力は、前記油圧ポンプの作動油吐出量が最低吐出量である状態において、前記電磁比例弁供給圧が当該第２の圧力に切り換えられたとき、前記作動油圧が所定圧力以下となるように設定され、
前記コントローラによる前記電磁比例弁の制御が可能である通常操作時に、前記電磁比例弁供給圧が前記第１の圧力に制御される油圧システムの非常操作方法であって、
前記電磁比例弁を全開状態とする工程と、
前記コントローラによる前記電磁比例弁の制御が不能である非常操作時に、前記電磁比例弁供給圧を、前記第１の圧力から前記第２の圧力に切り換える工程と、
前記油圧ポンプからの作動油吐出量を増減することにより、前記作動油圧を増減させ、前記アクチュエータの動作速度を制御する工程と、を含むことを特徴とする。
本発明によれば、非常操作時にアクチュエータを緩駆動することができる安全性に優れる油圧システム及び非常操作方法が提供される。
本発明に係る油圧システムが搭載される作業機として好適な移動式クレーンを示す図である。 移動式クレーンに搭載されている油圧システムの一例を示す図である。 電気回路が故障した場合の電気操作システムの制御系統の一例を示す図である。 コントロールバルブのスプールストロークとブリードオフ通路面積との関係を示すグラフである。 コントロールバルブに減圧パイロット圧が供給されたときのブリードオフ通路を含むブリードオフ回路の状態を説明する図である。 電磁比例弁が故障した場合の電気操作システムの制御系統の他の一例を示す図である。 従来の非常操作装置を備える油圧システムを示す図である。
［油圧システム１の通常操作］
図１は、本発明に係る油圧システム６０（図２参照）が搭載される作業機として好適な移動式クレーン４０のクレーン作業時の状態を示す図である。図１では、移動式クレーン４０は、下部フレーム４１の前後に設けられたアウトリガ４２のジャッキシリンダ４３が伸長し、移動式クレーン４０全体がジャッキアップされたクレーン作業姿勢となっている。
旋回フレーム４４は、下部フレーム４１の上面に、旋回自在に搭載されている。伸縮ブーム４５は、起伏自在となるようピン４６により旋回フレーム４４と連結されている。伸縮ブーム４５は、内部に配置された伸縮シリンダ（図示略）により伸縮駆動される。また、伸縮ブーム４５は、旋回フレーム４４と伸縮ブーム４５との間に介装された起伏シリンダ４７により起伏駆動される。
ワイヤロープ４８は、旋回フレーム４４に配置されたウインチ（図示略）から繰り出され、伸縮ブーム４５の背面に沿って伸縮ブーム先端４９に導かれている。さらに、ワイヤロープ４８は、伸縮ブーム先端４９のシーブ５０に掛け回され、その先端にフック５１を吊り下げている。フック５１には吊り荷５２が吊り下げられている。
図２は、移動式クレーン４０に搭載されている油圧システムの一例を示す図である。図２では、電気回路が故障していない場合、すなわち通常操作時の電気操作システムの制御系統を示している。
油圧システム６０は、アクチュエータ７２に作動圧を供給するメイン回路６０Ａ及びメイン回路６０Ａのコントロールバルブ７０にパイロット圧を供給するパイロット回路６０Ｂを備える。メイン回路６０Ａは、油圧ポンプ７１、コントロールバルブ７０、ポンプ油路７４、タンク油路７５、作動油タンク７６、リリーフ弁７７、エンジン８０及びアクセル８１を含む。パイロット回路６０Ｂは、操作レバー６１、コントローラ６２、電磁比例弁６３、パイロット圧切換部６４、パイロット圧源６５、パイロット油路６９及び非常操作回路８４（図３参照）を有する。
操作レバー６１は、操作方向と操作量を操作信号（電気信号）に変換して、コントローラ６２に出力する。コントローラ６２は、操作レバー６１からの操作信号を受け取り、対応する電磁比例弁６３に駆動信号（電気信号）を出力する。
電磁比例弁６３は、コントローラ６２からの駆動信号を受け取り、駆動信号に比例したパイロット圧を生成して、コントロールバルブ７０に供給する。電磁比例弁６３は、ディテント式の非常用手動操作機能を有していることが好ましい。これにより、電磁比例弁６３自体が故障した場合にも安全に対応することができる。
コントロールバルブ７０は、電磁比例弁６３からのパイロット圧によって駆動方向が切り換えられ、油圧ポンプ７１からの作動油圧をコントロールしてアクチュエータ７２に供給するパイロット式の方向制御弁である。アクチュエータ７２は、例えば、旋回用油圧モータである。アクチュエータ７２は、油圧モータに限られず油圧シリンダでもよい。
図２に示すように、コントロールバルブ７０は、電磁比例弁６３からのパイロット圧に基づくスプールのストローク（切換ストローク）の増加に伴い開口面積（ブリードオフ通路面積）が減少するブリードオフ通路７３を備えている。ブリードオフ通路７３の開口面積によって、作動油タンク７６に戻る作動油の流量を制御することにより、コントロールバルブ７０に供給される作動油の流量、ひいてはアクチュエータ７２に供給される作動油の流量を制御することができる。
ポンプ油路７４は、油圧ポンプ７１とコントロールバルブ７０とを連絡する。タンク油路７５は、コントロールバルブ７０と作動油タンク７６とを連絡する。リリーフ弁７７は、ポンプ油路７４とタンク油路７５との間に介装され、油圧が設定圧力を超えたときに作動して圧力の異常上昇を防止する。
油圧ポンプ７１は、例えば、固定容量型の油圧ポンプであり、移動式クレーン４０のエンジン８０の動力によって駆動する。エンジン８０の回転数は、アクセル８１の操作によって制御される。
パイロット圧切換部６４は、第１電磁切換弁６６、第２電磁切換弁６７、及び減圧弁６８を含む。パイロット油路６９は、パイロット圧切換部６４と電磁比例弁６３、６３とを連絡する。パイロット圧切換部６４は、コントローラ６２からの駆動信号により切り換えられ、パイロット圧源６５の電磁比例弁供給圧をそのままの圧力あるいは減圧してパイロット油路６９に供給する。
第１電磁切換弁６６は、３ポート２位置切換弁であって、非通電時はパイロット圧源６５とパイロット油路６９とを遮断する遮断位置にあり、通電時は油圧源６５とパイロット油路６９とを連通する連通位置に切り換わる。第２電磁切換弁６７は、２ポート２位置切換弁であって、非通電時は遮断位置にあり、通電時は減圧弁６８をバイパスして連通する連通位置に切り換わる。減圧弁６８の設定圧力については、後述する非常操作で詳細に説明する。
上述した油圧システム６０の通常時の操作は以下の通りである。
オペレーターにより操作レバー６１が操作されると、コントローラ６２がその操作信号を受け取る。コントローラ６２は、操作信号に基づいて、パイロット圧切換部６４の第１電磁切換弁６６及び第２電磁切換弁６７に通電する。
第１電磁切換弁６６と第２電磁切換弁６７は共に連通位置に切り換わり、パイロット圧源６５からの電磁比例弁供給圧は、第１電磁切換弁６６と第２電磁切換弁６７を経由して減圧されることなくパイロット油路６９に供給される。そして、電磁比例弁６３には、パイロット油路６９を経由して、減圧されない電磁比例弁供給圧（第１の圧力）が供給される。
また、コントローラ６２は、操作レバー６１の操作方向に対応する電磁比例弁６３に対して、操作量に応じた駆動信号を出力する。駆動信号を受け取った電磁比例弁６３は、駆動信号に比例するパイロット圧を生成し、コントロールバルブ７０に供給する。以上により、操作レバー６１の操作方向と操作量に応じて、コントロールバルブ７０のスプール（弁体）の駆動方向とストロークが制御される。
油圧ポンプ７１から吐出された作動油は、ポンプ油路７４を経由して、コントロールバルブ７０に供給され、一部の作動油はブリードオフ通路７３に流れ、タンク油路７５を経由して作動油タンク７６に戻る。残りの作動油は、切り換えた方向のアクチュエータ油路８２（または８３）に流れ、アクチュエータ７２（旋回モーター）を駆動する。アクチュエータ７２を駆動した作動油は、反対のアクチュエータ油路８３（または８２）を経由してコントロールバルブ７０に戻り、タンク油路７５を経て作動油タンク７６に戻る。
このとき、アクセル８１を操作してエンジン８０の回転数を増減すると、油圧ポンプ７１による作動油吐出量が増減する。コントロールバルブ７０からアクチュエータ７２に流れる作動油の流量も増減するので、アクチュエータ７２の動作速度を増減することができる。なお、通常操作時においては、エンジン８０はアイドリング状態となっており、油圧ポンプ７１からの作動油吐出量は、最低吐出量となっている。
このように、油圧システム６０では、操作レバー６１によりコントロールバルブ７０の駆動方向を切り換えるとともにアクセル８１を操作することで、アクチュエータ７２の動作の方向とスピードをコントロールすることができる。
［油圧システム６０の非常操作（電気回路が故障した場合）］
図３は、電気回路が故障した場合、すなわち非常操作時の電気操作システムの制御系統を示す図である。電気回路が故障した場合としては、操作レバー６１の操作量を操作電気信号に変換する部分（ポテンショメーター等が該当する）が故障した場合、あるいはコントローラ６２が故障した場合が考えられる。
図３に示すように、電気回路が故障した場合には、コントローラ６２から第１電磁切換弁６６、第２電磁切換弁６７及び電磁比例弁６３Ｌ、６３Ｒへの信号伝達経路が遮断され、非常操作回路８４によってこれらの制御が行われる。
非常操作回路８４は、操作レバー６１から出力される操作信号のうち、操作方向を示す電気信号のみを受け取り、対応する電磁比例弁６３Ｒ又は６３Ｌに対して駆動信号を出力する。油圧システム６０のその他の構成は、図２で説明した通常時の構成と共通するので、説明を省略する。
従来、電気操作システムの電気回路が故障した場合には、非常操作装置（図７参照）による非常操作が行われていた。従来の非常操作装置により非常操作が行われた場合、電磁比例弁が全開となるように制御されるので、アクチュエータ７２が急作動する。アクチュエータ７２が旋回用モータである場合には、急激に旋回が行われることになる。特に、図１に示した作業姿勢にあった移動式クレーン４０において非常操作が行われる場合、高く吊り上げられた吊り荷５２が旋回とともに大きく揺れ、伸縮ブーム４５に衝突するため、非常に危険である。これに対して、本実施の形態の油圧システム６０では、以下のように非常時の操作が行われるため、格段に安全である。
すなわち、非常操作時には、オペレーターは、電気操作システムの制御系統を図２に示した通常操作時の制御系統から図３に示した非常操作時の制御系統に切り換えたうえで、操作レバー６１の操作を行う。具体的には、オペレーターは、旋回方向に対応する方向に操作レバー（旋回レバー）６１を操作する。非常操作回路８４は、操作レバー６１からの操作方向を示す操作信号に基づいて、対応する電磁比例弁６３に駆動信号を出力する。これにより、対応する電磁比例弁６３が全開となる。例えば、オペレーターが、操作レバー６１を左旋回の方向に操作すると、左旋回用の電磁比例弁６３Ｌが全開となる。
それと同時に、非常操作回路８４は、パイロット圧切換部６４の第１電磁切換弁６６に通電する。このとき、第２電磁切換弁６７は非通電状態であり、遮断位置のまま保持される。第１電磁切換弁６６のみ連通位置に切り換えられるので、パイロット圧源６５の電磁比例弁供給圧は、第１電磁切換弁６６と減圧弁６８を経由することにより、減圧されてパイロット油路６９に供給される。そして、パイロット油路６９から全開状態の電磁比例弁６３Ｌ（左旋回用）を経由して、減圧されたパイロット圧（以下、「減圧パイロット圧」と称する）がコントロールバルブ７０に供給される。
図４は、コントロールバルブ７０のスプールストロークＳとブリードオフ通路面積Ａとの関係を示すグラフである。ブリードオフ通路面積Ａは、スプールストロークＳがゼロの時に最大（Ａｍａｘ）であり、スプールストロークＳの増加につれて減少し、スプールストロークＳが最大（Ｓｍａｘ）の時にゼロとなる。
図４のグラフに示すように、図３の油圧システム６０でコントロールバルブ７０に減圧パイロット圧が供給されたときのスプールストロークＳは、最大ストローク（Ｓｍａｘ）よりも小さく、Ｓｅとなっている。このときのコントロールバルブ７０のブリードオフ通路面積Ａは、Ａｅとなっている。
図５は、コントロールバルブ７０に減圧パイロット圧が供給されたときのブリードオフ通路７３を含むブリードオフ回路の状態を説明する図である。図５では、アクセル８１は踏み込まれておらず、エンジン８０はアイドリング状態となっている状態を示している。
アイドリング状態では、エンジン８０は必要最低限の回転数で回転しており、固定容量型の油圧ポンプ７１の作動油吐出量は最低吐出量である。油圧ポンプ７１から吐出された作動油は、ポンプ油路７４を経てコントロールバルブ７０のブリードオフ通路７３を通った後、タンク油路７５を経て作動油タンク７６に戻る。
コントロールバルブ７０に減圧パイロット圧が供給されている状態では、図４に示すように、ブリードオフ通路面積は最大Ａｍａｘに対してＡｅまで絞られている。すなわち、図５のコントロールバルブ７０のシンボルに示すように絞り８５がブリードオフ通路７３に設けられた状態となっている。絞り８５をアイドリング時の最低吐出量の作動油が通過することにより、ポンプ油路７４にはポンプ圧Ｐｐ（作動油圧）が発生する。
一方、アクチュエータ７２（以下「旋回用油圧モータ７２」と称する）の起動時の作動圧力Ｐｍ（以下、「アクチュエータ作動圧Ｐｍ」又は「起動時作動圧Ｐｍ」と称する）は、図５におけるアイドリング時のポンプ圧Ｐｐより高いので、この状態では旋回用油圧モータ７２は回転することはない。言い換えると、アイドリング状態において、ブリードオフ通路７３を最低吐出量の作動油が通過するときに、旋回用油圧モータ７２の起動時作動圧Ｐｍよりやや低い程度のポンプ圧Ｐｐが発生するように、ブリードオフ通路面積Ａｅが設定されている。つまり、このブリードオフ通路面積Ａｅに対応するスプールのストロークに基づいて、減圧パイロット圧、すなわち減圧弁６８の設定圧力（第２の圧力）が設定されている。
図５に示した状態から、アクセル８１を踏み込んで徐々にエンジン８０の回転数を上げていき油圧ポンプ７１の吐出量を増加させていく。すると、コントロールバルブ７０のブリードオフ通路７３の絞り８５を通過する作動油の流量が増加するので、ポンプ圧Ｐｐが徐々に高くなっていく。ポンプ圧Ｐｐが旋回用油圧モータ７２の起動時作動圧Ｐｍを上回ると、旋回用油圧モータ７２が回り始める。ポンプ油路７４の作動油は、コントロールバルブ７０のＰポート８６からＡポート８７へも流れ始め、アクチュエータ油路８３、旋回用油圧モータ７２、アクチュエータ油路８２を通ってコントロールバルブ７０のＢポート８９に戻るようになる。Ｂポート８９に戻った作動油は、コントロールバルブ７０のＴポート８８を経てタンク油路７５に合流し、作動油タンク７６に戻る。
上述したコントロールバルブ７０のブリードオフ通路７３の絞り８５はオリフィスと考えることができるので、上記の動作を、オリフィス圧損の公式に当てはめて説明する。
オリフィス圧損の公式：ΔＰ＝０．２６（Ｑ／ａ）２
ΔＰ：オリフィス圧損［ＭＰａ］
Ｑ：オリフィス流量［Ｌ／ｍｉｎ］
ａ：オリフィス面積［ｍｍ２］
オリフィス圧損の公式において、アイドリング時のオリフィス流量Ｑ１＝２０［Ｌ／ｍｍ２］、アクセル操作時のオリフィス流量Ｑ２＝４０［Ｌ／ｍｍ２］、オリフィス面積ａ＝５［ｍｍ２］とした場合、ポンプ圧Ｐｐ（オリフィス圧損ΔＰ）は以下のように算出される。また、旋回モータ起動圧Ｐｍが５［ＭＰａ］である場合の、ポンプ圧Ｐｐと旋回モータ起動圧Ｐｍとの関係についても示す。
（１）アイドリング時のポンプ圧Ｐｐ（オリフィス圧損ΔＰ）は、
Ｐｐ＝０．２６×（２０／５）２≒４．１６［ＭＰａ］＜５［ＭＰａ］
よって、アイドリング時にはポンプ圧Ｐｐが旋回モータ起動圧Ｐｍより低いので、旋回用油圧モータ７２は回転しない。
（２）一方、アクセル操作時のポンプ圧Ｐｐ（オリフィス圧損ΔＰ）は、
Ｐｐ＝０．２６×（４０／５）２≒１６．６４Ｍｐ＞５［ＭＰａ］
よって、アクセル操作時にはポンプ圧Ｐｐが旋回モータ起動圧Ｐｍより高くなるので、旋回用油圧モータ７２は回転する。
以上のように、油圧システム６０では、ブリードオフ通路７３を備えたコントロールバルブ７０に、通常操作時よりも減圧されたパイロット圧を加えることで、アイドリング時にコントロールバルブ７０のブリードオフ通路７３を作動油が通過することにより発生するポンプ圧Ｐｐがアクチュエータ作動圧Ｐｍを上回らない程度に前記コントロールバルブ７０を切り換えることができる。そのうえで、ポンプ吐出量Ｑを増大させると、前記コントロールバルブ７０のブリードオフ通路７３を作動油が通過することにより発生するポンプ圧Ｐｐが上昇する。これにより、コントロールバルブ７０からアクチュエータ７２に対してアクチュエータ作動圧（旋回モータ起動圧）Ｐｍを上回るポンプ圧Ｐｐ（作動油圧）が供給されるので、非常操作時にもアクチュエータ７２を緩起動することができる。
そして、さらにアクセル８１を踏み込むことで、油圧ポンプ７１の吐出量をさらに増加させ、アクチュエータ７２の速度を増加することができる。当然、アクセル８１を緩めることで、アクチュエータ７２の速度を落として、緩停止することもできる。
なお、アイドリング時のポンプ圧Ｐｐは、アクチュエータ７２が急作動しない範囲でアクチュエータ作動圧Ｐｍをわずかに上回っていても良い。
移動式クレーン４０においては、図１に示すクレーン作業姿勢で旋回非常操作しても緩起動・緩停止することができるので、吊り荷５２が大きく振れて伸縮ブーム４５にぶつかる心配がない。よって、安全に非常操作することができる。
このように、油圧システム６０は、油圧ポンプ７１と、油圧ポンプ７１からのポンプ圧Ｐｐ（作動油圧）を作業機のアクチュエータ７２に供給するパイロット式のコントロールバルブ７０と、コントロールバルブ７０に対してパイロット圧を供給する電磁比例弁６３と、アクチュエータ７２を動作させるための操作を受け付ける操作レバー６１と、操作レバー６１からの操作信号に基づいて、電磁比例弁６３を制御するコントローラ６２と、パイロット圧源６５から電磁比例弁６３に供給される電磁比例弁供給圧を、通常操作時の第１の圧力又は第１の圧力よりも小さい第２の圧力に切換可能なパイロット圧切換部６４と、を備える。コントロールバルブ７０は、パイロット圧に基づくスプールのストロークに応じて開口面積が増減するブリードオフ通路７３を有し、開口面積によってアクチュエータ７２に供給するポンプ圧Ｐｐを制御可能である。第２の圧力は、油圧ポンプ７１の作動油吐出量が最低吐出量である状態において、電磁比例弁供給圧が当該第２の圧力に切り換えられたとき、ポンプ圧Ｐｐが所定圧力以下となるように設定される。パイロット圧切換部６４は、コントローラ６２による電磁比例弁６３の制御が不能である非常操作時に、電磁比例弁供給圧を、第１の圧力から第２の圧力に切り換える。電磁比例弁は、非常操作時に、全開状態とされる。そして、油圧ポンプ７１からの作動油吐出量が増減されることにより、ポンプ圧Ｐｐが増減し、アクチュエータ７２の動作速度が制御される。
具体的には、油圧システム６０は、非常操作時に、操作レバー６１からの操作信号に基づいて、電磁比例弁６３を全開状態に制御する非常操作回路８４を備える。
また、パイロット圧切換部６４における減圧時の設定圧力（第２の圧力）は、アクチュエータ７２のアクチュエータ作動圧Ｐｍに基づいて設定される。例えば、第２の圧力は、油圧ポンプ７１の作動油吐出量が最低吐出量である状態において、ポンプ圧Ｐｐ（作動油圧）がアクチュエータ作動圧Ｐｍと同等以下（わずかに上回ってもよい）となるように設定される。すなわち、ポンプ圧Ｐｐの比較基準となる所定圧力は、アクチュエータ７２が作動しない、又は緩やかに作動することとなる圧力であり、アクチュエータ作動圧Ｐｍ又はアクチュエータ作動圧Ｐｍよりも僅かに高い値である。
さらに、本実施の形態では、油圧ポンプ７１の動力源は、移動式クレーン４０（作業機）のエンジン８０である。第２の圧力は、エンジン８０がアイドリング状態にある状態において、電磁比例弁供給圧が当該第２の圧力に切り換えられたとき、ポンプ圧Ｐｐ（作動油圧）が所定圧力以下となるように設定される。エンジン８０の回転数を増減させるアクセル８１の操作によって、油圧ポンプ８０からの作動油吐出量が増減される。
油圧システム６０は、非常操作時にアクチュエータ７２を緩駆動することができるので、極めて安全性に優れる。
図６は、電磁比例弁６３が故障した場合の電気操作システムの制御系統の他の一例を示す図である。電気比例弁６３が故障した場合としては、断線した場合、あるいはコンタミにより固着した場合が考えられる。この場合は、電気によって電磁比例弁６３を動かすことができない。
電磁比例弁６３Ｌ、６３Ｒは、ディテント式の非常操作機能を有する。電磁比例弁６３Ｌ、６３Ｒは、電磁比例弁に設けられた非常操作ねじなどを用いて、油路を開口した状態で固定することができる。移動式クレーン４０の運転室５３には、非常操作作動スイッチ９０が設けられる。非常操作作動スイッチ９０は、モーメンタリータイプのスイッチである。非常操作作動スイッチ９０を押している間、電源からパイロット圧切換部６４の第１電磁切換弁６６に通電が行われる。図６に示した油圧システム６０のその他の構成は、図２で説明した通常時の構成と共通するので、その説明を省略する。
電磁比例弁６３Ｌが故障した場合の非常操作は以下の通りである。
まず初めに、オペレーターは、動かそうとするアクチュエータ７２（例えば、旋回用モータ）の動かそうとする方向の電磁比例弁６３Ｌのプッシュピンあるいは非常操作ねじを操作することにより、電磁比例弁６３Ｌを強制的に全開状態にする。
次に、オペレーターは、運転室内の非常操作作動スイッチ９０を操作し、パイロット圧切換部６４の第１電磁切換弁６６を連通側へ切り換える。すると、パイロット圧源６５の電磁比例弁供給圧が、第１電磁切換弁６６及び減圧弁６８を通ることにより、所定の圧力（第２の圧力）に減圧されてパイロット油路６９に供給される。そして、パイロット油路６９から全開状態の電磁比例弁６３Ｌ（左旋回用）を経由してコントロールバルブ７０に減圧パイロット圧が供給される。以降の非常操作は、図３に示した電気回路が故障した場合の制御系統における非常操作と同じである。
以上のように、油圧システム６０では、電磁比例弁６３が故障した場合にも、ブリードオフ通路７３を備えたコントロールバルブ７０に、通常操作時よりも減圧されたパイロット圧を加えることで、アイドリング時にコントロールバルブ７０のブリードオフ通路７３を作動油が通過することにより発生するポンプ圧Ｐｐがアクチュエータ作動圧Ｐｍを上回らない程度に前記コントロールバルブ７０を切り換えることができる。そのうえで、ポンプ吐出量Ｑを増大させると、前記コントロールバルブ７０のブリードオフ通路７３を作動油が通過し発生するポンプ圧Ｐｐが上昇する。これにより、コントロールバルブ７０からアクチュエータ７２に対して、アクチュエータ作動圧Ｐｍを上回るポンプ圧Ｐｐ（作動油圧）が供給されるので、非常操作時にもアクチュエータ７２を緩起動することができる。
そして、さらにアクセル８１をコントロールすることで、油圧ポンプ７１の吐出量をさらに増減させ、アクチュエータ７２の速度を増減させることができる。当然、アクセル８１を緩めることでアクチュエータ７２の速度を落とし緩停止することもできる。なお、アイドリング時のポンプ圧Ｐｐは、アクチュエータ７２が急作動しない範囲で作動圧Ｐｍをわずかに上回っていても良い。
移動式クレーン４０においては、図１に示すクレーン作業姿勢で非常時の旋回操作を行っても緩起動・緩停止することができるので、吊り荷５２が大きく振れて伸縮ブーム４５にぶつかる心配がない。よって、安全に非常操作することができる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
上述した２つの実施の形態では、コントローラ６２による電磁比例弁６３の制御が不能な非常操作時の一例として、電気回路が故障した場合、電磁比例弁が故障した場合について説明した。つまり、電気回路又は電磁比例弁が故障した場合には、共に、パイロット圧切換部６４によって減圧された電磁比例弁供給圧（第２の圧力）に基づく減圧パイロット圧を、パイロット油路６９及び全開状態の電磁比例弁６３を経由して、ブリードオフ通路７３を備えたコントロールバルブ７０に加える。そのうえで、油圧ポンプ７１からの作業油吐出量を増加させ、アクチュエータ７２を緩起動・緩停止させる。さらに、本発明の技術思想を生かした次の応用も可能である。
すなわち、非常操作時には、操作レバー６１を操作するとコントローラ６２から電磁比例弁６３に対し、図４に示したスプールストロークＳｅ（ブリードオフ通路面積Ａｅ）となるようなパイロット圧力をコントロールバルブ７０に加えるよう駆動信号を出力するようにしてもよい。この場合も、操作信号には、操作レバー６１の駆動量に対応する情報は電磁比例弁６３に伝達されないので、コントローラ６２による電磁比例弁６３の制御が不能な非常操作時の一例に含まれる。
この場合にも、コントロールバルブ７０のブリードオフ通路７３を作動油が通過することにより発生するポンプ圧Ｐｐがアクチュエータ作動圧Ｐｍを上回らない程度に、前記コントロールバルブ７０を切り換えることができる。そのうえで、ポンプ吐出量Ｑを増大させると、コントロールバルブ７０のブリードオフ通路７３を作動油が通過し発生するポンプ圧Ｐｐが上昇する。これにより、コントロールバルブ７０からアクチュエータ７２に対して、アクチュエータ作動圧Ｐｍを上回るポンプ圧Ｐｐが供給されるので、非常操作時にもアクチュエータ７２を緩起動することができる。
そして、さらにアクセル８１を踏み込むことで、油圧ポンプ７１の吐出量をさらに増減させ、アクチュエータ７２の速度増減することができる。当然、アクセルを緩めることでアクチュエータ７２の速度を落とし緩停止することもできる。なお、アイドリング時の吐出圧Ｐｐは、アクチュエータ７２が急作動しない範囲で作動圧Ｐｍをわずかに上回っていても良い。
また、実施の形態では、固定容量型の油圧ポンプ７１の作業油吐出量を、アクセル８１によりエンジン回転数を増減させることにより増減させているが、油圧ポンプを可変容量型の油圧ポンプで構成し、一回転当たりの吐出量を変化させるようにしてもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
２０１６年３月３１日出願の特願２０１６−０７０７３３の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
６０ 油圧システム
６１ 操作レバー
６２ コントローラ
６３ 電磁比例弁
６４ パイロット圧切換部
７０ コントロールバルブ
７１ 油圧ポンプ
７２ アクチュエータ
７３ ブリードオフ通路
８０ エンジン
８１ アクセル
８４ 非常操作回路

Claims (6)

  1. 油圧ポンプと、
    前記油圧ポンプからの作動油圧を作業機のアクチュエータに供給するパイロット式のコントロールバルブと、
    前記コントロールバルブに対してパイロット圧を供給する電磁比例弁と、
    前記アクチュエータを動作させるための操作を受け付ける操作レバーと、
    前記操作レバーからの操作信号に基づいて、前記電磁比例弁を制御するコントローラと、
    パイロット圧源から前記電磁比例弁に供給される電磁比例弁供給圧を、第１の圧力又は前記第１の圧力よりも小さい第２の圧力に切換可能なパイロット圧切換部と、を備え、
    前記コントロールバルブは、前記パイロット圧に基づくスプールのストロークに応じて開口面積が増減するブリードオフ通路を有し、前記開口面積によって前記アクチュエータに供給する作動油圧を制御可能であり、
    前記第２の圧力は、前記油圧ポンプの作動油吐出量が最低吐出量である状態において、前記電磁比例弁供給圧が当該第２の圧力に切り換えられたとき、前記作動油圧が所定圧力以下となるように設定され、
    前記パイロット圧切換部は、前記コントローラによる前記電磁比例弁の制御が可能である通常操作時に、前記電磁比例弁供給圧を前記第１の圧力に制御するとともに、前記コントローラによる前記電磁比例弁の制御が不能である非常操作時に、前記電磁比例弁供給圧を、前記第１の圧力から前記第２の圧力に切り換え、
    前記電磁比例弁は、前記非常操作時に、全開状態とされ、
    前記油圧ポンプからの作動油吐出量が増減されることにより、前記作動油圧が増減し、前記アクチュエータの動作速度が制御されることを特徴とする油圧システム。
  2. 前記非常操作時に、前記操作レバーからの操作信号に基づいて、前記電磁比例弁を全開状態に制御する非常操作回路を備えることを特徴とする請求項１に記載の油圧システム。
  3. 前記電磁比例弁は、ディテント式の非常用手動操作機能を有し、前記非常操作時に、手動によって全開状態に切り換えられることを特徴とする請求項１に記載の油圧システム。
  4. 前記所定圧力は、前記アクチュエータの作動圧に基づいて設定されることを特徴とする請求項１に記載の油圧システム。
  5. 前記油圧ポンプは、固定容量型であり、
    前記油圧ポンプの動力源は、前記作業機のエンジンであり、
    前記第２の圧力は、前記エンジンがアイドリング状態にある状態において、前記電磁比例弁供給圧が当該第２の圧力に切り換えられたとき、前記作動油圧が所定圧力以下となるように設定され、
    前記エンジンの回転数を増減させるアクセル操作によって、前記油圧ポンプからの作動油吐出量が増減されることを特徴とする請求項１に記載の油圧システム。
  6. 油圧ポンプと、
    前記油圧ポンプからの作動油圧を作業機のアクチュエータに供給するパイロット式のコントロールバルブと、
    前記コントロールバルブに対してパイロット圧を供給する電磁比例弁と、
    前記アクチュエータを動作させるための操作を受け付ける操作レバーと、
    前記操作レバーからの操作信号に基づいて、前記電磁比例弁を制御するコントローラと、
    パイロット圧源から前記電磁比例弁に供給される電磁比例弁供給圧を、第１の圧力又は前記第１の圧力よりも小さい第２の圧力に切換可能なパイロット圧切換部と、を備え、
    前記コントロールバルブは、前記パイロット圧に基づくスプールのストロークに応じて開口面積が増減するブリードオフ通路を有し、前記開口面積によって前記アクチュエータに供給する作動油圧を制御可能であり、
    前記第２の圧力は、前記油圧ポンプの作動油吐出量が最低吐出量である状態において、前記電磁比例弁供給圧が当該第２の圧力に切り換えられたとき、前記作動油圧が所定圧力以下となるように設定され、
    前記コントローラによる前記電磁比例弁の制御が可能である通常操作時に、前記電磁比例弁供給圧が前記第１の圧力に制御される油圧システムの非常操作方法であって、
    前記電磁比例弁を全開状態とする工程と、
    前記コントローラによる前記電磁比例弁の制御が不能である非常操作時に、前記電磁比例弁供給圧を、前記第１の圧力から前記第２の圧力に切り換える工程と、
    前記油圧ポンプからの作動油吐出量を増減することにより、前記作動油圧を増減させ、前記アクチュエータの動作速度を制御する工程と、を含むことを特徴とする非常操作方法。
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