JP7049213B2

JP7049213B2 - 建設機械の油圧回路

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Publication number: JP7049213B2
Application number: JP2018151070A
Authority: JP
Inventors: 誠司青木; 善之東出; 眞裕大平; 秀樹中嶌
Original assignee: Caterpillar SARL; Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Caterpillar SARL; Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2018-08-10
Filing date: 2018-08-10
Publication date: 2022-04-06
Anticipated expiration: 2038-08-10
Also published as: DE112019004016T8; CN112424486B; US20210270015A1; WO2020031817A1; JP2020026827A; US11242671B2; CN112424486A; DE112019004016T5

Description

本発明は、建設機械に搭載される油圧回路に関する。

一般に、建設機械の走行駆動源には、左右の油圧モータが用いられる（例えば、特許文献１を参照）。なお、左右とは、建設機械の前進方向に対して左右を意味するものである。図３を参照して、各走行モータ９１，９２とポンプ９３との間には方向切換弁９４，９５および圧力補償弁９６，９７が設けられ、運転席には左右の方向切換弁９４，９５を操作するための左右の走行操作器が設けられる。作業員が走行操作器を操作すると、ポンプ９３から吐出された圧油が、方向切換弁９４，９５および圧力補償弁９６，９７を介し、走行モータ９１，９２に供給される。左右の圧力補償弁９６，９７の下流側同士は、連通ライン９８を介して常時連通している。これにより、両方の走行操作器を同方向に操作したときに、両走行モータ９１，９２の負荷圧あるいは回転速度の平準化が図られ、ひいては、建設機械の直進性能の向上が図られるとしている。

特開平４－２２４４７０号公報

本書では、旋回走行という場合、運転席や作業装置が取り付けられている上部車体フレームの旋回ではなく、走行モータが取り付けられている下部走行フレームによる走行時の直進走行の反義としての旋回走行を指す。建設機械の旋回走行方式として、緩旋回や信地旋回がある。信地旋回は、左右の走行操作器のうち片方の走行操作器のみ操作又は両方の走行操作器を逆操作することで、建設機械全体を旋回走行する方式である。なお、両方の走行操作器を逆方向に全量操作する超信地旋回という方式もある。緩旋回は、両方の走行操作器を同方向に異なる操作量で操作することで、弧を描くように前進または後退して進路を変える方式である。直進走行の場合は、両方の走行操作器を同方向に同量操作すればよい。

特許文献１では、直進のための操作が「同一方向の操作」とされ、緩旋回との区別（操作量異同）を考慮していない。作業員が緩旋回のための操作を行うと、連通ライン９８を介して走行モータ９１，９２のうち低速になるべき方に作動油が流れ込み、建設機械が直進しようとする。直進性能の向上が図られた結果として、旋回走行性能を損ねている。

そこで本発明は、建設機械の直進性能も旋回走行性能も確保することを目的としている。

本発明に係る建設機械の油圧回路は、ポンプと、建設機械の左走行モータおよび右走行モータとして設けられる左右の走行モータと、前記左右の走行モータと対応する左右の圧力補償弁と、前記左右の走行モータと対応する左右の走行操作器と、前記左右の走行モータ、前記左右の圧力補償弁および前記左右の走行操作器と対応し、対応する走行操作器の操作量に応じてスプールの位置を変える左右の方向切換弁と、を備え、前記方向切換弁は、前記ポンプと接続されるポンプポート、対応する圧力補償弁の上流側と接続される第１補償ポート、対応する圧力補償弁の下流側と接続される第２補償ポート、対応する走行モータと接続される一対の給排ポートを有し、前記左右の走行操作器が操作された時に前記左右の方向切換弁の前記第２圧力補償ポート同士を連通させる連通ラインを更に備え、前記左右の走行操作器の操作量に応じて、前記連通ラインの連通度合いが変更されるように構成される。

前記構成によれば、作業員が左右の走行操作器を操作した場合、左右の走行モータ間の流体的な接続状態が走行操作器の操作量に応じて調整されることにより、直進性能の向上のみならず、旋回走行性能（回頭性能）の向上も得られる。

また、本発明に係る建設機械の油圧回路は、ポンプと、建設機械の左走行モータおよび右走行モータとして設けられる左右の走行モータと、前記左右の走行モータと対応する左右の圧力補償弁と、前記左右の走行モータと対応する左右の走行操作器と、前記左右の走行モータ、前記左右の圧力補償弁および前記左右の走行操作器と対応し、対応する走行操作器の操作量に応じてスプールの位置を変える左右の方向切換弁と、を備え、前記方向切換弁は、前記ポンプと接続されるポンプポート、対応する圧力補償弁の上流側と接続される第１補償ポート、対応する圧力補償弁の下流側と接続される第２補償ポート、対応する走行モータと接続される一対の給排ポート、および連通ポートを有し、前記左右の方向切換弁の前記連通ポート同士が連通ラインを介して接続され、前記走行操作器が操作されて前記スプールが中立位置から移動すると、前記ポンプポートが前記第１補償ポートと連通し、かつ、前記第２補償ポートが前記給排ポートの一方および前記連通ポートと連通し、前記方向切換弁は、前記スプールの前記中立位置からの移動量が大きいほど前記第２補償ポートと前記連通ポートとの連通度合が大きくなるよう構成されてもよい。

前記構成によれば、作業員が直進のため左右の走行操作器を同量操作した場合、ポンプからの圧油が、ポンプポート、第１補償ポート、圧力補償弁、第２補償ポートおよび給排ポートの一方を介し、左右の走行モータに供給される。また、第２補償ポートが連通ポートと連通する。そのため、左右の走行モータの負荷圧に差が生じても、左右の圧力補償弁の下流側同士が連通ラインを介して連通し、その差が補正される。よって、建設機械の直進操作時においては、左右の走行モータの負荷圧に差が生じても、負荷圧の差を十分に補正できるため、直進性能が十分に得られる。

また、作業員が旋回走行のため左右の走行操作器を異なる操作量で操作した場合にも、直進時と同様、左右の圧力補償弁の下流側同士が連通ラインを介して連通する。ただし、操作量が小さい側の方向切換弁では、スプールの移動量が小さく、第２補償ポートと連通ポートとの連通度合が比較的に小さくなる。そのため、負荷圧の差は直進時と比べて補正されにくい。よって、建設機械の旋回走行操作時においては、左右の走行モータの負荷圧に差が生じても、負荷圧の差を補正しないようにすることができるため、旋回走行性能も十分に得られる。

また、本発明に係る建設機械の油圧回路において、前記走行操作器が非操作で前記スプールが前記中立位置にあれば、前記連通ポートがブロックされるように構成されてもよい。

前記構成によれば、作業員が信地旋回のため片方の走行操作器のみ操作している場合、非操作側の方向切換弁において連通ポートがブロックされる。圧力補償弁の下流側同士が常時連通することを回避でき、作動油は操作側から非操作側に流れない。よって、無効流量の発生を抑止できる。

本発明によれば、建設機械の直進性能も旋回走行性能も確保できる。

実施形態に係る油圧回路を示す回路図である。左右の方向切換弁を示す図である。油圧回路の従来例を示す回路図である。

図１は、実施形態に係る油圧回路１０を示す回路図である。図１に示す油圧回路１０は、建設機械（特に、小型の建設機械）に搭載される。詳細図示を省略するが、建設機械は、車体フレームに取り付けられた作業装置を備え、作業装置を動作させて所要の作業が行われる。このような建設機械として、ショベルカー、クレーン車を例示できる。建設機械は自走可能であり、一例として、左右のクローラを備えた装軌車両である。左クローラは、左履板を回転駆動する左起動輪１を備える。右クローラは、右履板を回転駆動する右起動輪２を備える。ただし、建設機械は、クローラに代えて左右の車輪を備えた装輪車両でもよい。

建設機械の運転席には、左右の走行操作器３，４と、１以上の作業装置操作器５とが設けられる。走行操作器３，４の形式は特に限定されず、レバーでもペダルでもよく、また、レバーおよびペダルを両方備えてもよい。左走行操作器３は左クローラの操作に用いられ、右走行操作器４は右クローラの操作に用いられる。左走行操作器３は、非操作の中立位置から第１操作方向および第２操作方向の２方向に操作できる。左走行操作器３が中立位置にあれば、左クローラは停止する。左走行操作器３が中立位置から第１操作方向に操作されれば、左クローラが前進方向（左側面視で反時計回り）に回転する。左走行操作器３が中立位置から第２操作方向に操作されれば、左クローラが後退方向（左側面視で時計回り）に回転する。左クローラの回転速度は、左走行操作器３の操作量に応じて調整される。右走行操作器４と右クローラとの関係も、これと同様である。

油圧回路１０は、建設機械の左走行モータおよび右走行モータとして設けられる左右の走行モータ１１，１２、ポンプ１３、タンク１４、作業装置アクチュエータ２１、作業装置用方向切換弁２２、左右の方向切換弁３１，４１、および、左右の圧力補償弁３２，４２を備えている。なお、左右とは、建設機械の前進方向に対して左右を意味するものである。

左走行モータ１１は、一対の給排ポート１１ａ，１１ｂを有し、左軌動輪１を前進方向または後退方向に回転駆動する。右走行モータ１２は、一対の給排ポート１２ａ，１２ｂを有し、右軌動輪２を前進方向または後退方向に回転駆動する。ポンプ１３は、タンク１４に溜められている作動油を吸い込み、その吐出口１３ａより圧油を吐出する。ポンプ１３は、左右の走行モータ１１，１２の圧油供給源である。ポンプ１３から吐出された圧油は、吐出口１３ａに接続されたポンプライン１５を介し、走行モータ１１，１２に供給される。

一例として、ポンプ１３は、作業装置アクチュエータ２１の圧油供給源であってもよい。第２ポンプライン２３がポンプライン１５から分岐して作業装置用方向切換弁２２のポンプポート２２ｐに接続され、タンクライン１６が当該弁２２のタンクポート２２ｔに接続され、一対の給排ポート２２ａ，２２ｂが一対の給排ライン２４，２５を介して作業装置アクチュエータ２１の給排ポート２１ａ，２１ｂに接続されている。作業装置用方向切換弁２２は、作業装置操作器５によって操作され、作業装置アクチュエータ２１に対する圧油給排を制御する。

左方向切換弁３１は、左走行モータ１１、左圧力補償弁３２および左走行操作器３と対応している。右方向切換弁４１は、右走行モータ１２、右圧力補償弁４２および右走行操作器４と対応している。左方向切換弁３１は、左走行操作器３の操作方向および操作量に応じてスプールの位置を変えるように構成されている。右走行操作器４と右方向切換弁４１のスプール位置との関係も、これと同様である。

図２を参照して、左方向切換弁３１は、ポンプポート３１ｐ、タンクポート３１ｔ、第１補償ポート３１ｑ、第２補償ポート３１ｒ、一対の給排ポート３１ａ，３１ｂおよび連通ポート３１ｃを有している。右方向切換弁４１も同様に、ポンプポート４１ｐ、タンクポート４１ｔ、第１補償ポート４１ｑ、第２補償ポート４１ｒ、一対の給排ポート４１ａ，４１ｂおよび連通ポート４１ｃを有している。

ポンプポート３１ｐ，４１ｐは、ポンプライン１５を介してポンプ１３の吐出口１３ａと接続されている。ポンプライン１５には、吐出口１３ａに接続された単一系統の共通部１５ｃと、共通部１５ｃから分岐してポンプポート３１ｐ，４１ｐそれぞれに接続される２本の分岐部１５ａ，１５ｂとが含まれる。タンクポート３１ｔ，４１ｔは、タンクライン１６を介してタンク１４と接続されている。左方向切換弁３１の連通ポート３１ｃは、連通ライン５０を介し、右方向切換弁４１の連通ポート４１ｃに接続されている。

左方向切換弁３１に関し、給排ポート３１ａは、給排ライン３３を介して左走行モータ１１の給排ポート１１ａに接続され、給排ポート３１ｂは、給排ライン３４を介して左走行モータ１１の給排ポート１１ｂに接続されている。第１補償ポート３１ｑは、一次補償ライン３５を介して、左圧力補償弁３２の上流ポート３２ａと接続されている。左圧力補償弁３２の下流ポート３２ｂは、二次補償ライン３６を介して第２補償ポート３１ｒと接続されている。補償ポート４１ｑ，４１ｒ、右圧力補償弁４２、給排ポート４１ａ，４１ｂおよび右走行モータ１２の間の接続関係も、これと同様である。

左走行操作器３が非操作で中立位置にあるとき、左方向切換弁３１のスプールは中立位置に位置づけられる（図１および図２の中央ファンクションを参照）。このとき、ポンプポート３１ｐ、第１補償ポート３１ｑ、第２補償ポート３１ｒおよび連通ポート３１ｃがブロックされる。給排ポート３１ａ，３１ｂはタンクポート３１ｔと連通する。

左走行操作器３が中立位置から第１操作方向に操作されると、左方向切換弁３１のスプールは中立位置から第１移動方向に移動する（図１および図２の上ファンクションを参照）。このとき、ポンプポート３１ｐが第１補償ポート３１ｑと連通し、第２補償ポート３１ｒが給排ポート３１ｂおよび連通ポート３１ｃと連通し、給排ポート３１ａがタンクポート３１ｔと連通する。

左走行操作器３が中立位置から第２操作方向に操作されると、左方向切換弁３１のスプールは中立位置から第１移動方向とは反対の第２移動方向に移動する（図１および図２の下ファンクションを参照）。このとき、ポンプポート３１ｐが第１補償ポート３１ｑと連通し、第２補償ポート３１ｒが給排ポート３１ａおよび連通ポート３１ｃと連通し、給排ポート３１ｂがタンクポート３１ｔと連通する。

左方向切換弁３１のスプールが中立位置から移動すると、その移動方向に関わらず、ポンプポート３１ｐが第１補償ポート３１ｑと連通する。左走行操作器３の操作量が大きくスプールの中立位置からの移動量が大きいほど、これらポート３１ｐ，３１ｑの連通度合も大きくなる。この点、図２では、左方向切換弁３１の上下ファンクションにて、ポート３１ｐ，３１ｑが連通する旨示す矢印記号に、可変絞り３１ｘ１，３１ｘ２を表す記号を付している。

左方向切換弁３１のスプールが中立位置から移動すると、その移動方向に関わらず、第２補償ポート３１ｒが連通ポート３１ｃと連通する。左走行操作器３の操作量が大きくスプールの中立位置からの移動量が大きいほど、これらポート３１ｒ，３１ｃの連通度合も大きくなる。この点、図２では、左方向切換弁３１の上下ファンクションにて、ポート３１ｒ，３１ｃが連通する旨示す矢印記号に、可変絞り３１ｙ１，３１ｙ２を表す記号を付している。

右方向切換弁３１のスプール位置とポート連通状態との関係も、上記同様である。参照符号４１ｘ１，４１ｘ２は、右方向切換弁４１のスプールが中立位置から移動したときに、スプールの移動量に応じてポンプポート３１ｒと第１補償ポート３１ｑとの連通度合が変わる旨示す可変絞りである。参照符号４１ｙ１，４１ｙ２は、右方向切換弁４１のスプールが中立位置から移動したときに、スプールの移動量に応じて第２補償ポート４１ｒと連通ポート４１ｃとの連通度合が変わる旨示す可変絞りである。

上記構成の油圧回路１０の作用について説明する。

前方直進に際し、作業員は、左右の走行操作器３，４を第１操作方向に同量操作すればよい。後方直進に際し、作業員は、左右の走行操作器３，４を第２操作方向に同量操作すればよい。通例、直進に際し、作業員は、左右の走行操作器３，４を全量操作する。すると、左方向切換弁３１では、スプールが中立位置から第１または第２移動方向に大きく移動し、ポート３１ｐ，３１ｑの連通度合が最大化される。右方向切換弁４１でもこれと同様である。このため、左右の走行モータ１１，１２に概略等量の大流量を供給でき、比較的に高速で建設機械を直進走行させることができる。

更に、左圧力補償弁３２の下流側が、第２補償ポート３１ｒ、連通ポート３１ｃ、連通ライン５０、連通ポート４１ｃおよび第２補償ポート４１ｒを介し、右圧力補償弁４２の下流側と連通する。左方向切換弁３１では第２補償ポート３１ｒと連通ポート３１ｃとの連通度合は最大化され、右方向切換弁４１でも第２補償ポート４１ｒと連通ポート４１ｃとの連通度合は最大化される。そのため、仮に左右の走行モータ１１，１２の負荷圧に差が生じようとしても、その圧力差を補正できる。よって、走行モータ１１，１２の負荷圧ひいては回転速度が平準化され、建設機械の直進性を保つことができる。

前進中の左方緩旋回に際し、作業員は、左右の走行操作器３，４を第１操作方向に操作する。右走行操作器４は全量操作され、左走行操作器３は、所望の旋回走行半径に応じて全量に満たない中間量だけ操作される。この場合、右方向切換弁４１では、上記した直進時と同様に連通度合が最大化される。左方向切換弁３１では、操作量が減じられているのでスプールの移動量も小さくなり、ポート３１ｐ，３１ｒは連通するものの、その連通度合が小さくなる。そのため、左圧力補償弁３２ひいては第２補償ポート３１ｒへの供給流量も、右側と比べて小さくなる。

左方向切換弁３１では、第２補償ポート３１ｒと連通ポート３１ｃとの連通度合も小さくなる。そのため、左圧力補償弁３２の下流側は、右圧力補償弁４２の下流側と連通ライン５０を介して連通するものの、直進時と比べれば連通度は絞られている。よって、左右の走行モータ１１，１２の負荷圧あるいは回転速度の差が、直進時と比べれば相殺されにくい。そのため、建設機械は、左走行モータ１１の回転速度が右走行モータ１２の回転速度よりも低い状態を維持できる。すなわち、建設機械は、前進しながら左方へ緩旋回できる。前進中の右方緩旋回、後進中の左方緩旋回および後進中の右方緩旋回も、これと同様である。

左前回りの信地旋回に際し、作業員は、右走行操作器４を第１操作方向に全量操作する一方で、左走行操作器３を非操作とする。右方向切換弁４１の挙動は上記した直進時と同様である。左方向切換弁３１のスプールは中立位置に留まる。そのため、タンクポート３１ｔは給排ポート３１ａ，３１ｂと連通し、その他のポート３１ｐ，３１ｑ，３１ｒ，３１ｃはブロックされる。右走行モータ１２は大流量の供給を受けて回転する一方で、左走行モータ１１は停止する。そのため、建設機械は、停止している左クローラを軸として左前回りに信地旋回できる。連通ポート３１ｃがブロックされているので、回転側である右圧力補償弁４２の下流側は、停止側である左圧力補償弁３２の下流側から遮断される。右圧力補償弁４２を通過した作動油は、左方向切換弁３１を通過できない。そのため、無効流量の発生を抑止できる。右前回り、左後回りおよび右後回りの信地旋回も、これと同様である。

左前回りの超信地旋回に際し、作業員は、左走行操作器３を第２操作方向に全量操作する一方で、右走行操作器４を第１操作方向に全量操作する。左方向切換弁３１の挙動も右方向切換弁４１の挙動も概ね上記した直進時と同じであるが、左方向切換弁３１ではスプールが第２移動方向に移動し、右方向切換弁４１ではスプールが第１移動方向に移動する。左右の走行モータ１１，１２には概略等量の大流量が供給されるが、左右の走行モータ１１，１２は互いに逆方向に回転する。仮に左右の走行モータ１１，１２の負荷圧に差が生じようとしても、その圧力差を補正でき、走行モータ１１，１２の負荷圧ひいては回転速度が平準化される。そのため、建設機械は、その場から大きく移動することなく超信地旋回できる。右前回り、左後回りおよび右後回りの超信地旋回も、これと同様である。

上記したとおり、本実施形態によれば、直進性能も旋回走行性能も確保できる。従前存在する方向切換弁３１，４１に連通ポート３１ｃ，４１ｃを設け、第２補償ポート３１ｒ，４１ｒと連通ポート３１ｃ，４１ｃとの連通度合をスプールの移動量に応じて変えるという構成を採用することで、このような作用を実現している。弁数あるいは油路数が極力抑えられており、油圧回路１０を簡素に構成できる。

これまで本発明の実施形態について説明したが、上記構成は本発明の範囲内で適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態の「方向切換弁３１，４１に連通ポート３１ｃ，４１ｃを設け、第２補償ポート３１ｒ，４１ｒと連通ポート３１ｃ，４１ｃとの連通度合をスプールの移動量に応じて変える」という構成に代えて、左右の走行操作器３，４が操作された時に左右の方向切換弁３１，４１の第２圧力補償ポート３１ｒ，４１ｒ同士を連通させる連通ラインを設け、その連通ライン上に左右の走行モータ１１，１２間の流体的な接続を走行操作器３，４の操作量に応じて調整する連通度合調整装置を設けるように構成してもよい。

３，４走行操作器
１０油圧回路
１１，１２走行モータ
１３ポンプ
３１，４１方向切換弁
３１ｐ，４１ｐポンプポート
３１ｑ，４１ｑ第１補償ポート
３１ｒ，４１ｒ第２補償ポート
３１ａ，３１ｂ，４１ａ，４１ｂ給排ポート
３１ｃ，４１ｃ連通ポート
３２，４２圧力補償弁
５０連通ライン

Claims

ポンプと、
建設機械の左走行モータおよび右走行モータとして設けられる左右の走行モータと、
前記左右の走行モータと対応する左右の圧力補償弁と、
前記左右の走行モータと対応する左右の走行操作器と、
前記左右の走行モータ、前記左右の圧力補償弁および前記左右の走行操作器と対応し、対応する走行操作器の操作量に応じてスプールの位置を変える左右の方向切換弁と、を備え、
前記方向切換弁は、前記ポンプと接続されるポンプポート、対応する圧力補償弁の上流側と接続される第１補償ポート、対応する圧力補償弁の下流側と接続される第２補償ポート、対応する走行モータと接続される一対の給排ポートを有し、
前記左右の走行操作器が操作された時に前記左右の方向切換弁の前記第２補償ポート同士を連通させる連通ラインを更に備え、
前記左右の走行操作器の操作量に応じて、前記連通ラインの連通度合いが変更される、建設機械の油圧回路。
ポンプと、
建設機械の左走行モータおよび右走行モータとして設けられる左右の走行モータと、
前記左右の走行モータと対応する左右の圧力補償弁と、
前記左右の走行モータと対応する左右の走行操作器と、
前記左右の走行モータ、前記左右の圧力補償弁および前記左右の走行操作器と対応し、対応する走行操作器の操作量に応じてスプールの位置を変える左右の方向切換弁と、を備え、
前記方向切換弁は、前記ポンプと接続されるポンプポート、対応する圧力補償弁の上流側と接続される第１補償ポート、対応する圧力補償弁の下流側と接続される第２補償ポート、対応する走行モータと接続される一対の給排ポート、および連通ポートを有し、
前記左右の方向切換弁の前記連通ポート同士が連通ラインを介して接続され、
前記走行操作器が操作されて前記スプールが中立位置から移動すると、前記ポンプポートが前記第１補償ポートと連通し、かつ、前記第２補償ポートが前記給排ポートの一方および前記連通ポートと連通し、
前記方向切換弁は、前記スプールの前記中立位置からの移動量が大きいほど前記第２補償ポートと前記連通ポートとの連通度合が大きくなるよう構成される、建設機械の油圧回路。
前記走行操作器が非操作で前記スプールが中立位置にあれば、前記第２補償ポート同士を連通させる連通ラインがブロックされる、請求項１に記載の建設機械の油圧回路。
前記走行操作器が非操作で前記スプールが前記中立位置にあれば、前記連通ポートがブロックされる、請求項２に記載の建設機械の油圧回路。