JP6999320B2 - Excavator - Google Patents
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Description
本発明は、旋回用油圧モータを備えたショベルに関する。 The present invention relates to a shovel provided with a turning hydraulic motor.
従来、旋回用油圧モータを備えたショベルが知られている（特許文献１参照。）。このショベルは、油圧ポンプが吐出する作動油をタンクに戻すための戻り油路に背圧弁とオイルクーラを備えている。この背圧弁は、戻り油路で背圧を発生させて戻り油路における作動油の圧力を高めることで、戻り油路に接続されたメークアップ油路を通じて旋回減速中の旋回用油圧モータの低圧側（吸入側）ポートに作動油を補給できるようにし、キャビテーションの発生を防止する。 Conventionally, a shovel provided with a turning hydraulic motor is known (see Patent Document 1). This excavator is equipped with a back pressure valve and an oil cooler in the return oil passage for returning the hydraulic oil discharged by the hydraulic pump to the tank. This back pressure valve generates back pressure in the return oil passage to increase the pressure of the hydraulic oil in the return oil passage, so that the low pressure of the turning hydraulic motor during turning deceleration through the make-up oil passage connected to the return oil passage is low. Allows hydraulic oil to be replenished to the side (suction side) port to prevent the occurrence of cavitation.
しかしながら、背圧弁が発生させる背圧は、戻り油路を通ってオイルクーラに向かう作動油の流れを妨げ、オイルクーラの冷却効率を低下させてしまっている。 However, the back pressure generated by the back pressure valve obstructs the flow of hydraulic oil toward the oil cooler through the return oil passage, and reduces the cooling efficiency of the oil cooler.
上述に鑑み、作動油をより効率的に冷却できるショベルを提供することが望ましい。 In view of the above, it is desirable to provide a shovel capable of cooling the hydraulic oil more efficiently.
本発明の実施例に係るショベルは、下部走行体と、前記下部走行体に搭載される上部旋回体と、前記上部旋回体に搭載される旋回用油圧モータと、前記上部旋回体に搭載されるエンジンと、前記エンジンによって駆動されるメインポンプと、前記メインポンプが吐出する作動油が流れる冷却油路に配置されたオイルクーラと、前記旋回用油圧モータとは機械的に分離され、かつ、旋回減速中に作動油タンクから補給油路を通じて前記旋回用油圧モータの低圧側ポートに作動油を補給する補給ポンプと、を有する。
The excavator according to the embodiment of the present invention is mounted on the lower traveling body, the upper swivel body mounted on the lower traveling body, the swivel hydraulic motor mounted on the upper swivel body, and the upper swivel body. The engine, the main pump driven by the engine, the oil cooler arranged in the cooling oil passage through which the hydraulic oil discharged from the main pump flows, and the turning hydraulic motor are mechanically separated and turned. It has a replenishment pump for replenishing hydraulic oil from the hydraulic oil tank to the low pressure side port of the turning hydraulic motor through a replenishment oil passage during deceleration.
上述の手段により、作動油をより効率的に冷却できるショベルを提供できる。 By the above-mentioned means, it is possible to provide an excavator capable of cooling the hydraulic oil more efficiently.
最初に、図１を参照して、本発明の実施例に係る建設機械としてのショベル（掘削機）について説明する。図１はショベルの側面図である。図１に示すショベルの下部走行体１には旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。上部旋回体３には作業要素としてのブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端には作業要素としてのアーム５が取り付けられ、アーム５の先端に作業要素及びエンドアタッチメントとしてのバケット６が取り付けられている。ブーム４、アーム５、バケット６は、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。上部旋回体３には、キャビン１０が設けられ、且つ、エンジン１１等の動力源が搭載されている。
First, a shovel (excavator) as a construction machine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a side view of the excavator. The lower
図２は、図１のショベルに搭載される基本システムの構成例を示す図である。図２では、機械的動力伝達ライン、作動油ライン、パイロットライン、電気制御ラインがそれぞれ二重線、実線、破線、一点鎖線で示されている。 FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a basic system mounted on the excavator of FIG. 1. In FIG. 2, the mechanical power transmission line, the hydraulic oil line, the pilot line, and the electric control line are shown by double lines, solid lines, broken lines, and alternate long and short dash lines, respectively.
ショベルの基本システムは、エンジン１１、ポンプレギュレータ１３Ｌ、１３Ｒ、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒ、コントロールポンプ１５、旋回圧センサ２４Ｌ、２４Ｒ、操作装置２６、吐出圧センサ２８Ｌ、２８Ｒ、操作圧センサ２９、コントローラ３０、旋回油圧回路ＴＣ等を含む。
The basic system of the excavator is
エンジン１１はショベルの駆動源である。この例では、エンジン１１は、所定の回転数で回転するディーゼルエンジンである。エンジン１１の出力軸は、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒ及びコントロールポンプ１５のそれぞれの入力軸に連結されている。
The
メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒは、作動油をコントロールバルブ１７に供給するための装置であり、例えば、斜板式可変容量型油圧ポンプである。
The
ポンプレギュレータ１３Ｌ、１３Ｒは、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出量を制御する。この例では、ポンプレギュレータ１３Ｌは、メインポンプ１４Ｌの吐出圧、コントローラ３０からの指令等に応じてメインポンプ１４Ｌの斜板傾転角を調節してメインポンプ１４Ｌの吐出量を制御する。ポンプレギュレータ１３Ｌは、斜板傾転角に関する情報をコントローラ３０に対して出力してもよい。メインポンプ１４Ｒに関するポンプレギュレータ１３Ｒについても同様である。
The
コントロールポンプ１５は、操作装置２６を含む各種油圧機器に作動油を供給する装置であり、例えば、固定容量型油圧ポンプである。
The
コントロールバルブ１７は、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒと油圧アクチュエータと作動油タンクＴ１との間で作動油の流れを制御する油圧制御装置である。この例では、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油の流れを制御する複数の制御弁を含む。そして、コントロールバルブ１７は、複数の制御弁を通じ、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油を１又は複数の油圧アクチュエータに選択的に供給する。各制御弁は、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒから油圧アクチュエータに流れる作動油の流量、及び、油圧アクチュエータから作動油タンクＴ１に流れる作動油の流量を制御する。油圧アクチュエータは、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、走行用油圧モータ２０、及び旋回用油圧モータ２１を含む。走行用油圧モータ２０は、左走行用油圧モータ２０Ｌ及び右走行用油圧モータ２０Ｒを含む。
The
旋回油圧回路ＴＣは、上部旋回体３の旋回を実現するための油圧回路である。この例では、旋回油圧回路ＴＣは、旋回用油圧モータ２１、リリーフ弁２２Ｌ、２２Ｒ、チェック弁２３Ｌ、２３Ｒ等を含む。
The swivel hydraulic circuit TC is a hydraulic circuit for realizing the swivel of the upper swivel body 3. In this example, the swivel hydraulic circuit TC includes a swivel
旋回用油圧モータ２１は、上部旋回体３を旋回させる油圧モータである。旋回用油圧モータ２１のポート２１Ｌ、２１Ｒは、制御弁１７３Ｌに接続され、且つ、リリーフ弁２２Ｌ、２２Ｒ及びチェック弁２３Ｌ、２３Ｒを介して油路４４に接続されている。
The swivel
油路４４は、作動油タンクＴ１と旋回油圧回路ＴＣとを接続する補給油路（メークアップ油路）である。油路４４には補給ポンプ５５が配置されている。
The
補給ポンプ５５は、作動油タンクＴ１にある作動油を旋回油圧回路ＴＣに向けて吐出する装置である。この例では、補給ポンプ５５は、旋回減速中又は旋回制動中に作動油タンクＴ１から油路４４を通じて旋回用油圧モータ２１の低圧側ポートに作動油を補給する電動ポンプである。具体的には、補給ポンプ５５は、ポンプ部５５ａとポンプ部５５ａを駆動するモータ部５５ｂとを含む。ポンプ部５５ａの回転軸はモータ部５５ｂの回転軸に連結されている。モータ部５５ｂは、コントローラ３０からの指令に応じて回転する電動モータである。モータ部５５ｂの回転速度は、固定であってもよく可変であってもよい。
The
リリーフ弁２２Ｌは、ポート２１Ｌ側の圧力が所定のリリーフ圧に達した場合に開き、ポート２１Ｌ側の作動油を油路４４側に流出させる。また、リリーフ弁２２Ｒは、ポート２１Ｒ側の圧力が所定のリリーフ圧に達した場合に開き、ポート２１Ｒ側の作動油を油路４４側に流出させる。
The
チェック弁２３Ｌは、ポート２１Ｌ側の圧力が油路４４側の圧力より低くなった場合に開き、油路４４側からポート２１Ｌ側に作動油を流入させる。チェック弁２３Ｒは、ポート２１Ｒ側の圧力が油路４４側の圧力より低くなった場合に開き、油路４４側からポート２１Ｒ側に作動油を流入させる。この構成により、チェック弁２３Ｌ、２３Ｒは、旋回用油圧モータ２１の減速時又は制動時に油路４４側から吸入側ポート側に作動油を流入させることができる。
The
旋回圧センサ２４Ｌ、２４Ｒは、旋回用油圧モータ２１のポート２１Ｌ、２１Ｒにおける作動油の圧力を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。
The
操作装置２６は、操作者が油圧アクチュエータの操作のために用いる装置である。この例では、操作装置２６は、油圧式であり、パイロットラインを介して、コントロールポンプ１５が吐出する作動油を油圧アクチュエータのそれぞれに対応する制御弁のパイロットポートに供給できる。パイロットポートのそれぞれに供給される作動油の圧力（以下、「パイロット圧」とする。）は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６を構成するレバー又はペダルの操作方向及び操作量に応じた圧力である。但し、操作装置２６は電気式であってもよい。
The
操作装置２６は、ブーム操作レバー、アーム操作レバー、バケット操作レバー、走行操作レバー（走行操作ペダル）、旋回操作レバー等を含む。ブーム操作レバー、アーム操作レバー、バケット操作レバー、走行操作レバー、及び、旋回操作レバーはそれぞれ、ブーム４の上下、アーム５の開閉、バケット６の開閉、下部走行体１の前後進、及び、上部旋回体３の旋回を操作するための操作装置である。図２は、操作装置２６の一例である旋回操作レバー２６Ａを示している。
The
吐出圧センサ２８Ｌは、メインポンプ１４Ｌの吐出圧を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。吐出圧センサ２８Ｒは、メインポンプ１４Ｒの吐出圧を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。
The
操作圧センサ２９は、操作装置２６を用いた操作者の操作内容を検出するための装置である。操作内容は、例えば、操作方向、操作量（操作角度）等である。この例では、操作圧センサ２９は、例えば、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６を構成するレバー又はペダルの操作方向及び操作量を圧力の形で検出する圧力センサであり、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。但し、操作装置２６の操作内容は、操作角センサ、加速度センサ、角速度センサ、レゾルバ、電圧計、電流計等、圧力センサ以外の装置の出力を用いて検出されてもよい。図２は、操作圧センサ２９の一例である旋回操作圧センサ２９Ａを示している。
The operating
コントローラ３０は、ショベルを制御するための制御装置である。この例では、コントローラ３０は、例えば、ＣＰＵ、揮発性記憶装置、不揮発性記憶装置等を備えたコンピュータで構成されている。
The
センターバイパス油路４０Ｌは、コントロールバルブ１７内に配置された制御弁１７１Ｌ～１７５Ｌを通る作動油ラインである。センターバイパス油路４０Ｒは、コントロールバルブ１７内に配置された制御弁１７１Ｒ～１７５Ｒを通る作動油ラインである。
The center
制御弁１７１Ｌは、メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油を左走行用油圧モータ２０Ｌへ供給し、且つ、左走行用油圧モータ２０Ｌが吐出する作動油を作動油タンクＴ１へ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。
The
制御弁１７１Ｒは、走行直進弁としてのスプール弁である。制御弁１７１Ｒは、下部走行体１の直進性を高めるべくメインポンプ１４Ｌから左走行用油圧モータ２０Ｌ及び右走行用油圧モータ２０Ｒのそれぞれに作動油が供給されるように作動油の流れを切り換える。具体的には、走行用油圧モータ２０と他の何れかの油圧アクチュエータとが同時に操作された場合、メインポンプ１４Ｌが左走行用油圧モータ２０Ｌ及び右走行用油圧モータ２０Ｒの双方に作動油を供給できるように制御弁１７１Ｒは切り換えられる。他の油圧アクチュエータが何れも操作されていない場合には、メインポンプ１４Ｌが左走行用油圧モータ２０Ｌに作動油を供給でき、且つ、メインポンプ１４Ｒが右走行用油圧モータ２０Ｒに作動油を供給できるように、制御弁１７１Ｒは切り換えられる。
The
制御弁１７２Ｌは、メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油をオプションの油圧アクチュエータへ供給し、且つ、オプションの油圧アクチュエータが吐出する作動油を作動油タンクＴ１へ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。オプションの油圧アクチュエータは、例えば、グラップル開閉シリンダである。
The
制御弁１７２Ｒは、メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油を右走行用油圧モータ２０Ｒへ供給し、且つ、右走行用油圧モータ２０Ｒが吐出する作動油を作動油タンクＴ１へ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。
The
制御弁１７３Ｌは、メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油を旋回用油圧モータ２Ａへ供給し、且つ、旋回用油圧モータ２Ａが吐出する作動油を作動油タンクＴ１へ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。
The
制御弁１７３Ｒは、メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油をバケットシリンダ９へ供給し、且つ、バケットシリンダ９内の作動油を作動油タンクＴ１へ排出するためのスプール弁である。
The
制御弁１７４Ｌ、１７４Ｒは、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油をブームシリンダ７へ供給し、且つ、ブームシリンダ７内の作動油を作動油タンクＴ１へ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。この例では、制御弁１７４Ｌは、ブーム４の上げ操作が行われた場合にのみ作動し、ブーム４の下げ操作が行われた場合には作動しない。
The
制御弁１７５Ｌ、１７５Ｒは、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油をアームシリンダ８へ供給し、且つ、アームシリンダ８内の作動油を作動油タンクＴ１へ排出するために作動油の流れを切り換えるスプール弁である。
The
この例では、制御弁１７１Ｌ～１７５Ｌ、１７１Ｒ～１７５Ｒはパイロット式スプール弁であるが、操作装置２６が電気式である場合には、電磁スプール弁であってもよい。
In this example, the
戻り油路４１Ｌ、４１Ｒは、コントロールバルブ１７内に配置された作動油ラインである。油圧アクチュエータから流出して制御弁を通過した作動油は、戻り油路４１Ｌ、４１Ｒを通って作動油タンクＴ１に向かう。
The
パラレル油路４２Ｌは、センターバイパス油路４０Ｌに並行する作動油ラインである。パラレル油路４２Ｌは、制御弁１７１Ｌ～１７４Ｌの何れかによってセンターバイパス油路４０Ｌを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給できる。パラレル油路４２Ｒは、センターバイパス油路４０Ｒに並行する作動油ラインである。パラレル油路４２Ｒは、制御弁１７２Ｒ～１７４Ｒの何れかによってセンターバイパス油路４０Ｒを通る作動油の流れが制限或いは遮断された場合に、より下流の制御弁に作動油を供給できる。
The
ここで、図２の基本システムで採用されるネガティブコントロール制御について説明する。センターバイパス油路４０Ｌ、４０Ｒは、最も下流にある制御弁１７５Ｌ、１７５Ｒのそれぞれと作動油タンクとの間に絞り１８Ｌ、１８Ｒを備える。メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出した作動油の流れは、絞り１８Ｌ、１８Ｒで制限される。そして、絞り１８Ｌ、１８Ｒは、ポンプレギュレータ１３Ｌ、１３Ｒを制御するための制御圧を発生させる。
Here, the negative control control adopted in the basic system of FIG. 2 will be described. The center
圧力センサ１９Ｌ、１９Ｒは、絞り１８Ｌ、１８Ｒの上流で発生する制御圧を検出するセンサである。この例では、圧力センサ１９Ｌ、１９Ｒは、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。コントローラ３０は、制御圧に応じた指令をポンプレギュレータ１３Ｌ、１３Ｒに対して出力する。ポンプレギュレータ１３Ｌ、１３Ｒは、指令に応じてメインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの斜板傾転角を調節することによって、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出量を制御する。ポンプレギュレータ１３Ｌ、１３Ｒは、例えば、制御圧が大きいほどメインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出量を減少させ、制御圧が小さいほどメインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出量を増大させる。
The
ネガティブコントロール制御により、図２の基本システムは、油圧アクチュエータが何れも操作されていない場合には、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒにおける無駄なエネルギ消費を抑制できる。無駄なエネルギ消費は、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油がセンターバイパス油路４０Ｌ、４０Ｒで発生させるポンピングロスを含む。油圧アクチュエータが操作されている場合には、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒから必要十分な作動油を操作対象の油圧アクチュエータに供給できる。
By the negative control control, the basic system of FIG. 2 can suppress wasteful energy consumption in the
センターバイパス油路４０Ｌ、４０Ｒ及び戻り油路４１Ｌ、４１Ｒは、絞り１８Ｌ、１８Ｒの下流で油路４３の合流点に接続される。油路４３は、合流点の下流で二手に分岐し、コントロールバルブ１７の外にある油路４５、４６に接続される。すなわち、センターバイパス油路４０Ｌ、４０Ｒ及び戻り油路４１Ｌ、４１Ｒのそれぞれを流れる作動油は油路４３で合流した後で油路４５又は油路４６を通って作動油タンクＴ１に至る。
The center
油路４５は、油路４３と作動油タンクＴ１とを接続する冷却油路である。油路４５にはオイルクーラ５１が配置されている。
The
オイルクーラ５１は、油圧回路を循環する作動油を冷却するための装置である。この例では、オイルクーラ５１は、エンジン１１が駆動する冷却ファンによって冷却される熱交換器ユニットに含まれている。熱交換器ユニットは、ラジエータ、インタクーラ、オイルクーラ５１等を含む。
The
油路４６は、オイルクーラ５１をバイパスするクーラバイパス油路である。この例では、油路４６は、一端が油路４３に接続され、他端が作動油タンクＴ１に接続されている。一端がオイルクーラ５１の上流側で油路４５に接続されていてもよい。また、油路４６にはチェック弁５２が配置されている。油路４６及びチェック弁５２は省略されてもよい。
The
チェック弁５２は、一次側と二次側の圧力差が所定の開弁圧力差を上回った場合に開く弁である。この例では、スプリング式逆止弁であり、上流側の圧力が下流側の圧力より高く且つその圧力差が開弁圧力差を上回る場合に開いてコントロールバルブ１７内の作動油を作動油タンクＴ１に向けて流出させる。そのため、コントロールバルブ１７から作動油タンクＴ１に向かって流れる作動油は、最初に油路４５を通って流れ、その後にオイルクーラ５１を流れる際の抵抗によって圧力が所定値を上回った場合にチェック弁５２を通って流れる。チェック弁５２は、コントロールバルブ１７に統合されていてもよい。
The
次に、図３を参照し、作動油タンクＴ１に接続される油路４４～油路４６について説明する。図３は、ショベルの上面図であり、上部旋回体３に搭載される各種機器を透過的に示している。
Next, the
図３に示すように、エンジン１１の＋Ｙ側にはエンジン１１の動力で駆動される冷却ファン１１Ａが設けられ、冷却ファン１１Ａの＋Ｙ側にはオイルクーラ５１等を含む熱交換器ユニット１１Ｂが設けられている。また、エンジン１１には排気管１１Ｃ及び吸気管１１Ｄが接続され、排気管１１Ｃの下流側にはエンジン１１の排気ガス中のＮＯｘを浄化する排気ガス処理装置１２が取り付けられている。
As shown in FIG. 3, a cooling fan 11A driven by the power of the
排気ガス処理装置１２は、例えば、排気ガス中のＮＯｘを浄化する処理剤として液体還元剤を用いた選択還元型のＮＯｘ処理装置である。排気ガス処理装置１２は、排気管１１Ｃの内部に備えられた還元触媒の上流側で液体還元剤（例えば、尿素水）を噴射して排気ガス中のＮＯｘを還元し、この還元反応を還元触媒により促進してＮＯｘを無害化する。
The exhaust
上部旋回体３には作動油タンクＴ１が搭載され、作動油タンクＴ１の＋Ｘ側には燃料タンクＴ２が搭載されている。燃料タンクＴ２の＋Ｘ側には尿素水を貯蔵する尿素水タンクＴ３が搭載されている。尿素水タンクＴ３は、ブーム４を挟んでキャビン１０の反対側に搭載されている。尿素水タンクＴ３の＋Ｘ側には工具箱Ｔ４が搭載されている。
The hydraulic oil tank T1 is mounted on the upper swing body 3, and the fuel tank T2 is mounted on the + X side of the hydraulic oil tank T1. A urea water tank T3 for storing urea water is mounted on the + X side of the fuel tank T2. The urea water tank T3 is mounted on the opposite side of the
メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒは、排気ガス処理装置１２の下に配置され、作動油タンクＴ１から吸入した作動油をコントロールバルブ１７に向けて吐出する。
The
コントロールバルブ１７は、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油を１又は複数の油圧アクチュエータに選択的に供給する。１又は複数の油圧アクチュエータから排出された作動油は、油路４５を通って作動油タンクＴ１に戻る。具体的には、コントロールバルブ１７を出た作動油は、油路４５に配置されたオイルクーラ５１を通って作動油タンクＴ１に戻る。オイルクーラ５１に向かう作動油の流量が増大して圧力が増大すると、コントロールバルブ１７における作動油の一部は、オイルクーラ５１を通らずに、油路４６を通って作動油タンクＴ１に戻る。
The
作動油タンクＴ１には補給ポンプ５５が取り付けられている。補給ポンプ５５は、油路４４を介して旋回用油圧モータ２１を含む旋回油圧回路ＴＣに接続されている。図４は、作動油タンクＴ１に対する補給ポンプ５５の取り付け例を示す図である。具体的には、図４（Ａ）は、作動油タンクＴ１の天板に直付けされた補給ポンプ５５を示す。図４（Ｂ）は、作動油タンクＴ１の側板に直付けされた補給ポンプ５５を示す。図３の例では、補給ポンプ５５は、図４（Ａ）に示すように、作動油タンクＴ１の天板に直付けされている。すなわち、作動油タンクＴ１内の作動油の液面よりも高いところに形成された孔を通じて作動油が汲み出されるように構成されている。但し、補給ポンプ５５は、油路４４の適切な配管を実現するため、図４（Ｂ）に示すように、作動油タンクＴ１の側板に直付けされていてもよい。すなわち、作動油タンクＴ１内の作動油の液面よりも低いところに形成された孔を通じて作動油が汲み出されるように構成されていてもよい。補給ポンプ５５は、作動油タンクＴ１の底板に形成された孔を通じて作動油が汲み出されるよう、作動油タンクＴ１の底板に直付けされていてもよい。
A
コントローラ３０は、所定の補給条件が満たされた場合に、補給ポンプ５５に対して指令を出力する。指令を受けた補給ポンプ５５は、作動油タンクＴ１内の作動油を、油路４４を通じ、旋回用油圧モータ２１の低圧側ポートに補給する。
The
コントローラ３０は、例えば、旋回減速操作が行われた場合に、所定の補給条件が満たされたと判定する。コントローラ３０は、例えば、旋回操作レバー２６Ａが中立位置に戻された場合に、旋回減速操作が行われたと判定する。旋回操作レバー２６Ａが中立位置にある状態は、例えば、操作者が旋回操作レバー２６Ａから手を離したときにもたらされる旋回操作レバー２６Ａの状態である。或いは、旋回操作レバー２６Ａの操作量が減少している場合に、旋回減速操作が行われたと判定してもよい。コントローラ３０は、例えば、旋回操作圧センサ２９Ａの出力に基づき、旋回操作レバー２６Ａが中立位置にあるか否か、或いは、旋回操作レバー２６Ａの操作量が減少しているか否かを判定する。
The
ここで、図５を参照し、旋回減速操作が行われたときの作動油の流れについて説明する。図５は、旋回操作レバー２６Ａが右旋回操作方向に単独で傾倒された後で中立位置に戻されたときの基本システムの状態を示し、図２に対応する。図５の太線は作動油が流れている油路を示し、太線矢印は作動油が流れる方向を示す。
Here, with reference to FIG. 5, the flow of hydraulic oil when the turning deceleration operation is performed will be described. FIG. 5 shows the state of the basic system when the turning
右旋回操作方向に操作されていた旋回操作レバー２６Ａが中立位置に戻されると、制御弁１７３Ｌは中立弁位置に戻る。そのため、旋回用油圧モータ２１の吐出側ポート（ポート２１Ｒ）から制御弁１７３ＬのＣＴポートを通って戻り油路４１Ｌに向かう作動油の流れは、制御弁１７３Ｌによって遮断される。その結果、旋回油圧回路ＴＣ内のポート２１Ｒにおける作動油の圧力が上昇し、リリーフ弁２２Ｒは、ポート２１Ｒ側における作動油を油路４４側に流出させる。
When the turning
同様に、メインポンプ１４Ｌから制御弁１７３ＬのＰＣポートを通って旋回用油圧モータ２１の吸入側ポート（ポート２１Ｌ）に向かう作動油の流れは、制御弁１７３Ｌによって遮断される。その結果、旋回油圧回路ＴＣ内のポート１２Ｌにおける作動油の圧力が低下し、チェック弁２３Ｌは、油路４４側の作動油を吸入側ポート側に流入させる。
Similarly, the flow of hydraulic oil from the
従って、補給ポンプ５５によって補給される作動油は、旋回用油圧モータ２１のポート２１Ｒから吐出される作動油と合流し、旋回用油圧モータ２１のポート２１Ｌに入る。
Therefore, the hydraulic oil replenished by the
補給ポンプ５５は、エンジン１１から切り離されている。すなわち、コントローラ３０は、エンジン１１の回転数に依存しない回転数で補給ポンプ５５を回転させることができる。そのため、任意のタイミングで作動油タンクＴ１内の作動油を旋回油圧回路ＴＣに向けて送出できる。
The
メインポンプ１４Ｌが吐出する作動油は、メインポンプ１４Ｒが吐出する作動油と油路４３で合流した後、油路４５及びオイルクーラ５１を通って作動油タンクＴ１に戻る。
The hydraulic oil discharged by the
冷却油路としての油路４５は無背圧状態である。すなわち、作動油が油路４５を流れている場合であっても、キャビテーションの防止に必要な背圧を発生させることはなく、油路４３における作動油の圧力を意図的に増大させることもない。この例では、油路４４は、補給ポンプ５５を介して作動油タンクＴ１に接続されており、油路４３には接続されていないためである。すなわち、旋回油圧回路ＴＣにおけるキャビテーションの発生を防止すべく、油路４３における作動油の圧力を高めておく必要がないためである。
The
また、補給油路としての油路４４内の作動油の圧力は、冷却油路としての油路４５内の作動油の圧力とは無関係である。油路４５及びその上流にある油路４３は、油路４４に接続されていないためである。
Further, the pressure of the hydraulic oil in the
次に、図６を参照し、コントローラ３０が作動油タンクＴ１から旋回油圧回路ＴＣに作動油を補給する処理（以下、「作動油補給処理」）について説明する。図６は、作動油補給処理の一例の流れを示すフローチャートである。コントローラ３０は、例えば、ショベルの稼働中に所定の制御周期で繰り返しこの作動油補給処理を実行する。
Next, with reference to FIG. 6, a process in which the
概略的には、コントローラ３０は、上部旋回体３が旋回減速中であるか否かを判定する。そして、旋回減速中であると判定した場合に補給ポンプ５５を作動させ、旋回減速中でないと判定した場合に補給ポンプ５５を停止させる。
Generally, the
具体的には、コントローラ３０は、上部旋回体３が旋回中であるか否かを判定する（ステップＳＴ１）。この例では、コントローラ３０は、旋回操作圧センサ２９Ａの出力に基づいて上部旋回体３が旋回中であるか否かを判定する。旋回操作圧センサ２９Ａ、旋回圧センサ２４Ｌ、２４Ｒ、及び、旋回速度センサの少なくとも１つの出力に基づいて上部旋回体３が旋回中であるか否かを判定してもよい。
Specifically, the
上部旋回体３が旋回中であると判定した場合（ステップＳＴ１のＹＥＳ）、コントローラ３０は、旋回操作レバー２６Ａが中立位置にあるか否かを判定する（ステップＳＴ２）。この例では、コントローラ３０は、旋回操作圧センサ２９Ａの出力に基づいて旋回操作レバー２６Ａが中立位置にあるか否かを判定する。
When it is determined that the upper turning body 3 is turning (YES in step ST1), the
旋回操作レバー２６Ａが中立位置にあると判定した場合（ステップＳＴ２のＹＥＳ）、コントローラ３０は、補給ポンプ５５を作動させる（ステップＳＴ３）。この例では、コントローラ３０は、補給ポンプ５５のモータ部５５ｂに指令を出力してモータ部５５ｂを回転させる。モータ部５５ｂが回転するとポンプ部５５ａが回転し、作動油タンクＴ１内の作動油が旋回油圧回路ＴＣに向けて送出される。旋回油圧回路ＴＣに向けて送出された作動油は、旋回用油圧モータ２１の吐出側ポートから吐出される作動油と合流し、旋回用油圧モータ２１の吸入側ポートに入る。
When it is determined that the turning
一方、上部旋回体３が旋回中でないと判定した場合（ステップＳＴ１のＮＯ）、コントローラ３０は、補給ポンプ５５を停止させる（ステップＳＴ４）。補給ポンプ５５が停止している場合にはその停止状態を継続させる。作動油タンクＴ１内の作動油を旋回用油圧モータ２１の吸入側ポートに補給する必要がないためである。
On the other hand, when it is determined that the upper swing body 3 is not turning (NO in step ST1), the
旋回操作レバー２６Ａが中立位置にないと判定した場合にも（ステップＳＴ２のＮＯ）、コントローラ３０は、補給ポンプ５５を停止させる（ステップＳＴ４）。補給ポンプ５５が停止している場合にはその停止状態を継続させる。旋回減速中でないため、油路４４内の作動油の圧力を高める必要はない、すなわち、補給ポンプ５５で作動油タンクＴ１内の作動油を旋回油圧回路ＴＣに向かわせる必要はないと判断できるためである。
Even when it is determined that the turning
以上の構成により、コントローラ３０は、補給ポンプ５５により任意の適切なタイミングで作動油タンクＴ１内の作動油を旋回油圧回路ＴＣに補給できる。そのため、旋回油圧回路ＴＣにおけるキャビテーションの発生を防止できる。また、補給ポンプ５５でキャビテーションの発生を防止できるため、上述の基本システムは、油路４４を油路４３及び油路４５の何れにも接続する必要がなく、油路４３及び油路４５における作動油の圧力を高めておく必要もない。すなわち、油路４３及び油路４５で、キャビテーションの防止に必要な背圧を発生させる必要もない。従って、油路４５を無背圧状態にすることができる。すなわち、キャビテーションの防止に必要な背圧を発生させるための油圧構成要素（例えばスプリング式逆止弁）を油路４５に配置する必要がない。そのため、比較的小さい圧力損失で作動油をオイルクーラ５１に到達させることができる。その結果、作動油を効率的に冷却でき、ひいてはショベルの燃費を改善できる。
With the above configuration, the
次に、図７を参照し、作動油補給処理の別の一例について説明する。図７は、作動油補給処理の別の一例の流れを示すフローチャートである。コントローラ３０は、例えば、ショベルの稼働中に所定の制御周期で繰り返しこの作動油補給処理を実行する。
Next, another example of the hydraulic oil replenishment process will be described with reference to FIG. 7. FIG. 7 is a flowchart showing the flow of another example of the hydraulic oil replenishment process. The
最初に、コントローラ３０は、上部旋回体３が旋回中であるか否かを判定する（ステップＳＴ１１）。この例では、コントローラ３０は、旋回操作圧センサ２９Ａの出力に基づいて上部旋回体３が旋回中であるか否かを判定する。
First, the
上部旋回体３が旋回中であると判定した場合（ステップＳＴ１１のＹＥＳ）、コントローラ３０は、旋回操作レバー２６Ａの操作量が減少しているか否かを判定する（ステップＳＴ１２）。この例では、コントローラ３０は、所定時間にわたる旋回操作圧センサ２９Ａの出力の時間的推移に基づいて旋回操作レバー２６Ａの操作量が減少しているか否かを判定する。例えば、前回の作動油補給処理で検出した旋回操作レバー２６Ａの操作量が今回の操作量より所定値以上大きい場合に旋回操作レバー２６Ａの操作量が減少していると判定する。３つ以上の時点で検出された操作量に基づいて旋回操作レバー２６Ａの操作量が減少しているか否かを判定してもよい。
When it is determined that the upper swing body 3 is turning (YES in step ST11), the
そして、旋回操作レバー２６Ａの操作量が減少していると判定した場合（ステップＳＴ１２のＹＥＳ）、コントローラ３０は、補給ポンプ５５を作動させる（ステップＳＴ１３）。
Then, when it is determined that the operation amount of the turning
一方、上部旋回体３が旋回中でないと判定した場合（ステップＳＴ１１のＮＯ）、コントローラ３０は、補給ポンプ５５を停止させる（ステップＳＴ１４）。補給ポンプ５５が停止している場合にはその停止状態を継続させる。作動油タンクＴ１内の作動油を旋回用油圧モータ２１の吸入側ポートに補給する必要がないためである。
On the other hand, when it is determined that the upper swing body 3 is not turning (NO in step ST11), the
旋回操作レバー２６Ａの操作量が減少していないと判定した場合にも（ステップＳＴ１２のＮＯ）、コントローラ３０は、補給ポンプ５５を停止させる（ステップＳＴ１４）。補給ポンプ５５が停止している場合にはその停止状態を継続させる。旋回減速中でないため、油路４４内の作動油の圧力を高める必要はない、すなわち、補給ポンプ５５で作動油タンクＴ１内の作動油を旋回油圧回路ＴＣに向かわせる必要はないと判断できるためである。
Even when it is determined that the operation amount of the turning
以上の構成により、図７の作動油補給処理を実行するコントローラ３０は、図６の作動油補給処理を実行した場合の効果と同様の効果を実現できる。また、旋回操作レバー２６Ａが中立位置に戻る前に補給ポンプ５５の回転を開始させることができるため、旋回油圧回路ＴＣにおけるキャビテーションの発生をより確実に防止できる。
With the above configuration, the
次に、図８を参照し、図１のショベルに搭載される基本システムの別の構成例について説明する。図８は、図１のショベルに搭載される基本システムの別の構成例を示す図であり、図２に対応する。 Next, with reference to FIG. 8, another configuration example of the basic system mounted on the excavator of FIG. 1 will be described. FIG. 8 is a diagram showing another configuration example of the basic system mounted on the excavator of FIG. 1, and corresponds to FIG. 2.
図８の構成は、主に、コントロールポンプ１５と旋回油圧回路ＴＣとを接続する補給油路（メークアップ油路）としての油路４４Ａを備える点で図２の構成と異なるがその他の点で共通する。そのため、共通部分の説明を省略し、相違部分を詳説する。
The configuration of FIG. 8 is different from the configuration of FIG. 2 in that it mainly includes an
図８の例では、コントロールポンプ１５は補給ポンプとしても機能する。コントロールポンプ１５が吐出する作動油は、所定の補給条件が満たされた場合に、油路４４Ａを通って旋回油圧回路ＴＣに至る。油路４４Ａには切換弁５６が配置されている。
In the example of FIG. 8, the
切換弁５６は、コントロールポンプ１５と旋回油圧回路ＴＣとの間の連通・遮断を切り換える電磁切換弁であり、コントローラ３０からの指令に応じて動作する。コントローラ３０は、所定の補給条件が満たされた場合に、切換弁５６に対して開指令を出力する。開指令を受けた切換弁５６は、遮断状態から連通状態に切り換えられ、コントロールポンプ１５と旋回油圧回路ＴＣとの間を連通させる。切換弁５６が連通状態になると、コントロールポンプ１５は、作動油タンクＴ１内の作動油を、油路４４Ａを通じ、旋回用油圧モータ２１の低圧側ポートに補給する。
The switching
コントローラ３０は、例えば、図２の構成の場合と同様に、旋回減速操作が行われたときに、所定の補給条件が満たされたと判定する。具体的には、コントローラ３０は、旋回操作レバー２６Ａが中立位置に戻された場合に、旋回減速操作が行われたと判定する。或いは、旋回操作レバー２６Ａの操作量が減少している場合に、旋回減速操作が行われたと判定してもよい。コントローラ３０は、例えば、旋回操作圧センサ２９Ａの出力に基づき、旋回操作レバー２６Ａが中立位置にあるか否か、或いは、旋回操作レバー２６Ａの操作量が減少しているか否かを判定する。
For example, the
以上の構成により、図８の構成は、補給ポンプ５５を含む図２の構成による効果と同様の効果を実現できる。具体的には、コントロールポンプ１５と切換弁５６の組み合わせにより任意の適切なタイミングで作動油タンクＴ１内の作動油を旋回油圧回路ＴＣに補給できる。
With the above configuration, the configuration of FIG. 8 can realize the same effect as the effect of the configuration of FIG. 2 including the
上述のように、本発明の実施例に係るショベルは、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油が流れる冷却油路としての油路４５に配置されたオイルクーラ５１と、旋回減速中に作動油タンクＴ１から補給油路としての油路４４を通じて旋回用油圧モータ２１の低圧側ポートに作動油を補給する補給ポンプ５５とを有する。そのため、任意の適切なタイミングで作動油タンクＴ１内の作動油を旋回用油圧モータ２１の低圧側ポートに補給できる。その結果、旋回用油圧モータ２１を含む旋回油圧回路ＴＣにおけるキャビテーションの発生を防止できる。また、補給ポンプ５５でキャビテーションの発生を防止できるため、油路４４を油路４５に接続する必要がなく、油路４５における作動油の圧力を高めておく必要もない。すなわち、油路４５で、キャビテーションの防止に必要な背圧を発生させる必要もない。従って、油路４５を無背圧状態にすることができる。すなわち、キャビテーションの防止に必要な背圧を発生させるための油圧構成要素（例えばスプリング式逆止弁）を油路４５に配置する必要がない。そのため、比較的小さい圧力損失で作動油をオイルクーラ５１に到達させることができる。その結果、作動油を効率的に冷却でき、ひいてはショベルの燃費を改善できる。また、高い作動油温に起因するシール部材の劣化を防止できる。シール部材は、例えば、油圧シリンダで使用されるピストンシールを含む。また、作動油の冷却効率の改善は、冷却ファン１１Ａの回転数の低減をもたらす。そのため、冷却ファン１１Ａによる騒音を低減させることができる。或いは、オイルクーラ５１の容量を小さくすることによるコストダウンをもたらす。
As described above, the excavator according to the embodiment of the present invention includes an oil cooler 51 arranged in an
また、上述の例では、補給油路としての油路４４、４４Ａ内の作動油の圧力は、冷却油路としての油路４５内の作動油の圧力とは無関係である。すなわち、油路４４、４４Ａ内の作動油の圧力を高めるために、油路４５内の作動油の圧力を高める必要はない。従って、旋回用油圧モータ２１の動作状態にかかわらず、比較的小さい圧力損失で作動油をオイルクーラ５１に到達させることができる。
Further, in the above example, the pressure of the hydraulic oil in the
また、上述の例は、オイルクーラ５１をバイパスするクーラバイパス油路としての油路４６と、油路４６に設置されるチェック弁５２とを有する。そして、チェック弁５２は、上流側の圧力が所定値以上の場合に開くように構成されている。そのため、上述の基本システムは、コントロールバルブ１７からオイルクーラ５１に向かって流れる作動油の流量が増加してその圧力が所定値以上となった場合、油路４６を通じて作動油の一部を作動油タンクＴ１に排出できる。その結果、オイルクーラ５１を通過する作動油の圧力が過度に上昇してしまうのを防止できる。
Further, the above-mentioned example has an
また、上述の例では、補給ポンプ５５又はコントロールポンプ１５によって補給される作動油は、旋回用油圧モータ２１の吐出側ポートから吐出される作動油と合流し、旋回用油圧モータ２１の吸入側ポートに入る。そのため、僅かな量の作動油を補給するだけで旋回油圧回路ＴＣにおけるキャビテーションの発生を確実に防止できる。
Further, in the above example, the hydraulic oil replenished by the
また、上述の例では、補給ポンプ５５は、エンジン１１から切り離されている。すなわち、コントローラ３０は、エンジン１１の回転数に依存しない回転数で補給ポンプ５５を回転させることができる。そのため、任意のタイミングで作動油タンクＴ１内の作動油を旋回油圧回路ＴＣに向けて送出できる。また、任意の流量で作動油を旋回油圧回路ＴＣに補給できる。その結果、旋回油圧回路ＴＣにおけるキャビテーションの発生をより確実に防止できるという効果が実現される。但し、固定容量型の油圧ポンプであるコントロールポンプ１５が補給ポンプとして利用された場合であっても、切換弁５６とコントロールポンプ１５との協働により同様の効果が実現される。
Further, in the above example, the
以上、本発明の好ましい実施例が説明された。しかしながら、本発明は、上述した実施例に限定されることはない。上述した実施例は、本発明の範囲を逸脱することなしに、種々の変形、置換等が適用され得る。また、上述の実施例を参照して説明された特徴のそれぞれは、技術的に矛盾しない限り、適宜に組み合わされてもよい。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-mentioned examples. Various modifications, substitutions, etc. can be applied to the above-mentioned examples without departing from the scope of the present invention. In addition, each of the features described with reference to the above-described embodiments may be appropriately combined as long as there is no technical conflict.
１・・・下部走行体 ２・・・旋回機構 ３・・・上部旋回体 ４・・・ブーム ５・・・アーム ６・・・バケット ７・・・ブームシリンダ ８・・・アームシリンダ ９・・・バケットシリンダ １０・・・キャビン １１・・・エンジン １１Ａ・・・冷却ファン １１Ｂ・・・熱交換器ユニット １１Ｃ・・・排気管 １１Ｄ・・・吸気管 １２・・・排気ガス処理装置 １３Ｌ、１３Ｒ・・・ポンプレギュレータ １４Ｌ、１４Ｒ・・・メインポンプ １５・・・コントロールポンプ １７・・・コントロールバルブ １８Ｌ、１８Ｒ・・・絞り １９Ｌ、１９Ｒ・・・圧力センサ ２０・・・走行用油圧モータ ２０Ｌ・・・左走行用油圧モータ ２０Ｒ・・・右走行用油圧モータ ２１・・・旋回用油圧モータ ２１Ｌ、２１Ｒ・・・ポート ２２Ｌ、２２Ｒ・・・リリーフ弁 ２３Ｌ、２３Ｒ・・・チェック弁 ２４Ｌ、２４Ｒ・・・旋回圧センサ ２６・・・操作装置 ２６Ａ・・・旋回操作レバー ２８Ｌ、２８Ｒ・・・吐出圧センサ ２９・・・操作圧センサ ２９Ａ・・・旋回操作圧センサ ３０・・・コントローラ ４０Ｌ、４０Ｒ・・・センターバイパス油路 ４１Ｌ、４１Ｒ・・・戻り油路 ４２Ｌ、４２Ｒ・・・パラレル油路 ４３～４６、４４Ａ・・・油路 ５１・・・オイルクーラ ５２・・・チェック弁 ５５・・・補給ポンプ ５５ａ・・・ポンプ部 ５５ｂ・・・モータ部 ５６・・・切換弁 １７１Ｌ～１７５Ｌ、１７１Ｒ～１７５Ｒ・・・制御弁 Ｔ１・・・作動油タンク ＴＣ・・・旋回油圧回路
1 ... Lower traveling
Claims (7)
前記下部走行体に搭載される上部旋回体と、
前記上部旋回体に搭載される旋回用油圧モータと、
前記上部旋回体に搭載されるエンジンと、
前記エンジンによって駆動されるメインポンプと、
前記メインポンプが吐出する作動油が流れる冷却油路に配置されたオイルクーラと、
前記旋回用油圧モータとは機械的に分離され、かつ、旋回減速中に作動油タンクから補給油路を通じて前記旋回用油圧モータの低圧側ポートに作動油を補給する補給ポンプと、を有する、
ショベル。 With the lower running body,
The upper swivel body mounted on the lower traveling body and
The turning hydraulic motor mounted on the upper turning body and
The engine mounted on the upper swing body and
The main pump driven by the engine and
An oil cooler arranged in a cooling oil passage through which hydraulic oil discharged from the main pump flows,
It has a replenishment pump that is mechanically separated from the swivel hydraulic motor and that replenishes hydraulic oil from the hydraulic oil tank to the low pressure side port of the swivel hydraulic motor through a replenishment oil passage during turning deceleration.
Excavator.
請求項１に記載のショベル。 The cooling oil passage is in a back pressure-free state.
The excavator according to claim 1.
請求項１又は２に記載のショベル。 The pressure of the hydraulic oil in the replenishment passage is independent of the pressure of the hydraulic oil in the cooling oil passage.
The excavator according to claim 1 or 2.
前記クーラバイパス油路に設置されるチェック弁と、を有し、
前記チェック弁は、上流側の圧力が所定値以上の場合に開くように構成されている、
請求項１乃至３の何れかに記載のショベル。 A cooler bypass oil passage that bypasses the oil cooler,
With a check valve installed in the cooler bypass oil passage,
The check valve is configured to open when the pressure on the upstream side is equal to or higher than a predetermined value.
The excavator according to any one of claims 1 to 3.
請求項１乃至４の何れかに記載のショベル。 The hydraulic oil replenished by the replenishment pump merges with the hydraulic oil discharged from the discharge side port of the swivel hydraulic motor and enters the suction side port of the swivel hydraulic motor.
The excavator according to any one of claims 1 to 4.
請求項１乃至５の何れか一項に記載のショベル。 The replenishment pump is disconnected from the engine.
The excavator according to any one of claims 1 to 5.
請求項１乃至６の何れか一項に記載のショベル。 The replenishment pump is a fixed capacity hydraulic pump.
The excavator according to any one of claims 1 to 6.
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