JPH09209412A - 建機の油圧回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 オートアイドル付きエンジン回転数対応型の
ロードセンシングシステムを、作業装置の速度ハンチン
グの無い状態で機能させる。 【解決手段】 掘削作業時にはアクセルレバー２４通り
のエンジン回転数になり、停止時はアイドリングに自動
調節されるオートアイドルシステムを、バックホウのロ
ードセンシングシステムに合体させる。アクチュエータ
用制御弁９の開度を変更調節可能な調節手段Ｂとギヤー
ドモータ２２でガバナ調節するアクセル生徒手段Ｃとを
設け、エンジン回転数が高速になるとアクチュエータ速
度が速くなり、低速になるとアクチュエータ速度が遅く
なるよう、ガバナー２０のフィードバック用センサ２７
と調節手段Ｂとを連係する速度制御手段Ｅを備える。ア
クセル制御手段Ｃには、センサ２７の所定量以上の変位
で停止しているギヤードモータ２２が動き出すようにす
るための不感帯を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バックホウ等の建
機の油圧回路構造に係り、詳しくは、負荷に見合った分
だけの油圧動力をポンプ吐出させる負荷制御、所謂ロー
ドセンシングシステムを採るものにおいて、操作性を向
上させるべくエンジン回転数を落とせば作業装置の駆動
速度も遅くなるようにする技術（例えば、特開平７‐３
４４８９号公報）の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】先に出願した特願平７‐２３０１８８号
公報において、上記技術に、電気アクチュエータによっ
て軽快なアクセル操作が行える電気操作制御技術を適用
し、エンジン回転数の増減に応じて掘削作業装置の駆動
速度も増減するエンジン回転数対応のロードセンシング
システム（以下、Ｅ対応ＬＳ／Ｓと略称する）の操作性
をより優れるようにしたものが提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記従来技術による
と、電気アクチュエータ（ギヤードモータ）で回転数調
節手段を操作しており、従ってその電気アクチュエータ
の駆動によってロードセンシングの差圧も変更設定され
て、ブームシリンダ等の油圧アクチュエータの駆動速度
を変更可能な構造となっている。この構造では、ギヤの
バックラッシやエンジン振動、及びその他の原因によっ
てギヤードモータが動いてしまうことがあると、それに
よって回転数調節手段の位置を検出するフィードバック
用のポテンショメータの検出値が変化するので、アクセ
ル制御手段の制御機能、すなわちアクセル操作具通りの
位置となるようギヤードモータを元通りの指示位置に戻
し駆動するように自動操作される。

【０００４】従って、従来の制御装置では、ギヤードモ
ータのずれ動きが生じると、小刻みにギヤードモータが
反復駆動され、その結果、油圧アクチュエータの速度が
速くなったり遅くなったりする速度ハンチングの生じる
不都合があった。本発明の目的は、高能率で扱い易いＥ
対応ＬＳ／Ｓと電気操作制御装置とを備えながらも、不
測の電気アクチュエータ動による速度ハンチングを解消
して、作業装置の操作性を改善させる点にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

〔構成〕上記目的達成のために本発明は、油圧アクチュ
エータと、可変容量型の油圧ポンプと、アクチュエータ
への圧油供給経路に対する絞り弁を内装した制御弁と、
油圧ポンプの単位時間当たりの吐出量を可変設定する流
量調節機構とを備え、絞り弁に対する圧油供給下手側部
分に連通する第１油路と、制御弁の圧油供給ポートに連
通する第２油路との差圧を所定値に維持するように流量
調節機構を操作する負荷制御手段を備え、人為操作され
るアクセル操作具の操作量を電気的に検出する第１検出
手段と、エンジン回転数調節手段を駆動操作する電気ア
クチュエータと、アクセル操作具の操作量に対応した分
だけ電気アクチュエータが駆動されるように、エンジン
回転数調節手段の被操作量を検出する第２検出手段と第
１検出手段と電気アクチュエータとを連係するアクセル
制御手段とを設け、絞り弁の絞り量又は差圧を変更調節
可能な調節手段を設け、エンジン回転数が高められると
油圧アクチュエータの駆動速度が速くなり、エンジン回
転数が低められると油圧アクチュエータの駆動速度が遅
くなるように、第２検出手段と調節手段とを連係する速
度制御手段を備え、アクセル制御手段には、第２検出手
段の所定量以上の変位によって停止状態にある電気アク
チュエータが動き出すようにするための不感帯が設定さ
れていることを特徴とする。

【０００６】〔作用〕請求項１の構成によれば、不感帯
の設定により、振動等によって電気アクチュエータが多
少動いて第２検出手段も連れ動きしたとしても、その動
き量が所定量以下のときにはフィードバックされないこ
とになり、前述した油圧アクチュエータの速度ハンチン
グが生じないようになる。従って、ブームやアームがギ
クシャクしながらの駆動による振動によって掬い取り物
が落ちるとか、非円滑で不快な旋回挙動が改善又は解消
されるようになる。

【０００７】又、電気アクチュエータでエンジン回転数
調節手段を操作させる電気操作式のアクセル装置におけ
るフィードバック機能を、エンジン回転数調節手段の被
操作量を検出する第２検出手段で行わせるものであるか
ら、例えば、アクセルレバー等の操作側部分の操作量を
フィードバック基準とする手段に比べて、より現実の回
転数に近い値を取り込むことができ、制御精度の向上に
寄与できるようになる点で好ましい。

【０００８】〔効果〕その結果、不感帯を設ける制御上
の工夫により、装置的な改造のない経済的な状態で、軽
快にアクセル操作できる電気操作制御、及びＥ対応ＬＳ
／Ｓを採用しながらも油圧アクチュエータの速度ハンチ
ングを抑制でき、より一層操作性に優れる油圧回路を提
供することができた。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を、
建機の一例であるバックホウの場合について、図面に基
づいて説明する。図１にバックホウが示され、１は掘削
作業装置、２は旋回台、３は走行機台、４はクローラ走
行装置、２８はドーザであり、掘削作業装置１は、ブー
ム５、アーム６、バケット７等を備えて構成されてい
る。

【００１０】図２に油圧回路の概略が示され、ドーザシ
リンダ用制御弁２９、バケットシリンダ７ｃ用制御弁３
０、左走行モータ３１用制御弁３２、ブームシリンダ５
ｃ用制御弁９、アームシリンダ６ｃ用制御弁１０、右走
行モータ３３用制御弁３４、旋回モータ用制御弁３５、
スイングシリンダ３６用制御弁３７、サービス用制御弁
３８の各制御弁に対して、負荷圧よりも僅かに高い圧力
でもって吐出される可変容量型の油圧ポンプ８を備えた
ロードセンシングシステムが採用されている。又、騒音
や省エネルギーの点で好ましいオートアイドルシステム
も採入れてあり、以下に説明する。

【００１１】図２における仮想線で囲まれたブームシリ
ンダ５ｃとアームシリンダ６ｃとに関する部分を抜粋し
た主要部の原理回路図が図３に示され、８はエンジン１
９で駆動される前述した可変容量型の油圧ポンプ、１３
は油圧ポンプ８の単位時間当たりの吐出油量を可変設定
する流量調節機構である。流量調節機構１３は、メイン
ポンプ８の吐出圧で作動する馬力制御シリンダ１３Ａ
と、調節ポンプ１８で駆動される流量制御シリンダ１３
Ｂとで構成されている。

【００１２】又、調節シリンダ１３に対する圧力補償型
の流量調節弁１４が設けてある。１１はブーム用で１２
はアーム用の各コンペンセータ（圧力補償弁）であり、
ブーム用制御弁９とアーム用制御弁１０における供給側
油路に絞り弁９ｓ，１０ｓが装備されている。尚、ブー
ム用及びアーム用の制御弁９，１０以外の各制御弁２
９，３０，３２，３４，３５，３７，３８の構造は全て
ブーム用及びアーム用の制御弁９，１０と同じものであ
る。

【００１３】各コンペンセータ１１，１２は、各供給側
絞り弁９ｓ，１０ｓに対する圧油供給下手側に位置し、
かつ、各アクチュエータ５ｃ，６ｃに対する圧油供給上
手側に配置されている。そして、各コンペンセータ１
１，１２に対する圧油供給下手側であり、かつ、各アク
チュエータ５ｃ，６ｃに対する圧油供給上手側部分と各
コンペンセータ１１，１２のバネ側油室とを連通する低
圧側油路１１ｔ，１２ｔを設けてある。

【００１４】各コンペンセータ１１，１２に対する圧油
供給上手側であり、かつ、各供給側油路の絞り弁９ｓ，
１０ｓに対する圧油供給下手側部分と、各コンペンセー
タ１１，１２の反バネ側油室とを連通する高圧側油路１
１ｋ，１２ｋを設けてある。各コンペンセータ１１，１
２に、流路断絶側に付勢する圧縮バネ１７が備えられた
定差減圧弁に構成され、これによってアフターオリフィ
ス型のロードセンシング回路を構成してある。

【００１５】流量制御弁１４のバネ側油室１４ｘと各供
給側絞り弁９ｓ，１０ｓに対する圧油供給下手側部分と
を連通する第１低圧側油路１４ｔを設けてあり、各低圧
側油路１１ｔ，１２ｔに第１低圧側油路１４ｔが連通し
ている。各制御弁９，１０の供給ポート９ｐ，１０ｐに
連通される第２油路１５と、流量制御弁１４におけるバ
ネ側油室１４ｘと反対側の油室とを専用の接続油路１６
で連通してある。又、流量制御弁１４の切換わり時にお
ける調節シリンダ１３に対する圧は、油圧ポンプ８とと
もにエンジン駆動される専用の調節ポンプ１８で賄うよ
うに構成してある。つまり、第１油路１４ｔと、制御弁
９，１０の各供給ポート９ｐ，１０ｐに連通する第２油
路１５との差圧を所定値に維持するように調節シリンダ
１３を操作する流量制御弁１４を設けて負荷制御手段Ａ
が構成されている。

【００１６】そして、エンジン回転数を人為操作によっ
て調節設定するアクセルレバー（アクセル操作具の一
例）２４の操作量を電気的に検出する第１ポテンショメ
ータ（第１検出手段の一例）２５と、ガバナー（エンジ
ン回転数調節手段の一例）２０のガバナレバー２１を駆
動操作するギヤードモータ（電気アクチュエータの一
例）２２と、ブームシリンダ５ｃ等の油圧アクチュエー
タが作動しているか否かを検出する作動検出手段２３と
を備え、油圧アクチュエータの停止時にはエンジン回転
数をアイドリング側に変更操作するとともに、油圧アク
チュエータの作動時にはエンジン回転数をアクセルレバ
ー２４による設定値に操作するように、第１ポテンショ
メータ２５とギヤードモータ２２とを連係するアクセル
制御手段Ｃを備えてある。

【００１７】すなわち、ガバナレバー２１の操作位置を
検出するフィードバック用の第２ポテンショメータ（第
２検出手段の一例）２７、ギヤードモータ２２、前述し
た第１低圧側油路（第１油路に相当）１４ｔの圧を検出
する圧力センサ２３、及び、第１ポテンショメータ２５
を連係するアクセル制御手段Ｃを制御装置２６に備えて
ある。

【００１８】つまり、アイドリング位置ｉにあるハンド
アクセルレバー２４を操作して、作業状態におけるエン
ジン回転数（通常はフルアクセル位置ｍにセットするこ
とが多い）を設定し、作業状態であればその設定回転数
が維持され、非作業時（無負荷時）にはアクセルレバー
２４が位置ｍにセットされたままとしながらエンジン回
転数を略アイドリング状態に落とすのである。この場合
では、圧力センサ２３によって作動検出手段が構成され
ている。

【００１９】又、絞り弁９ｓ，１０ｓの絞り量を変更調
節可能な調節手段Ｂを設け、エンジン回転数が高められ
るとブームシリンダ５ｃ等の油圧アクチュエータの駆動
速度が速くなり、エンジン回転数が低められると油圧ア
クチュエータの駆動速度が遅くなるように、第２ポテン
ショメータ２７と調節手段Ｂとを連係する速度制御手段
Ｅを制御装置２６に備えてある。

【００２０】調節手段Ｂは、各コンペンセータ１１，１
２がわの各低圧油路１１ｔ，１２ｔと第１低圧油路１４
ｔとを電磁高速応答弁２８を介して接続させることから
構成されている。そして、電磁高速応答弁２８は、通常
位置ｂでは各低圧側油路１４ｔ，１１ｔ，１２ｔを連通
し、高圧位置ａではコンペンセータがわの両低圧側油路
１１ｔ，１２ｔと高圧がわの第２油路１５とが連通油路
２１ａによって連通される２位置切換弁構造に構成され
ている。

【００２１】電磁高速応答弁２８の作動によってコンペ
ンセータ１１，１２の低圧側油路１１ｔ，１２ｔに作用
する油圧をアクチュエータ５ｃ，６ｃの負荷圧とポンプ
の吐出圧との中間値に設定できて、コンペンセータ１
１，１２による差圧維持作用によってコンペンセータ１
１，１２への供給圧を、電磁高速応答弁２８が通常位置
ｂにある場合よりも高めるようになる。すると、第１低
圧側油路１４ｔと油圧ポンプ１８の吐出圧との差圧を一
定に維持する機能上、コンペンセータ１１，１２の上手
側にある絞り弁９ｓ，１０ｓでの差圧低めるように、す
なわち絞り弁９ｓ，１０ｓの絞り量を小さく、つまりは
制御弁９，１０の開度を小さくするように制御され、そ
の結果、アクチュエータ５ｃ，６ｃへの供給油量が減じ
られて駆動速度が遅くなるのである。この作用は、負荷
圧とポンプ差圧との差圧に基づく制御構造上、負荷が変
動しても維持される。

【００２２】逆に、コンペンセータ１１，１２への供給
圧を低くすると、絞り弁９ｓ，１０ｓでの差圧高めるよ
うに、すなわち絞り弁９ｓ，１０ｓの絞り量を大きく、
すなわち制御弁９，１０の開度を大きくするように制御
され、アクチュエータ５ｃ，６ｃへの供給油量が増大し
て駆動速度が速くなる。

【００２３】そして、エンジン１９の回転数を検出する
第２ポテンショメータ２７と、電磁高速応答弁２８と、
間欠作動時間のデューティー比を可変調節する設定器３
９と、自動制御モードと手動制御モードとの切換スイッ
チ４０とを制御装置２６に接続して、コンペンセータ１
１，１２での分圧を変更設定するように構成されてい
る。つまり、前記分圧の変更によって、絞り弁９ｓ，１
０ｓの開度を変更調節可能な調節手段Ｂが構成されてい
るのである。調節手段Ｂは、高圧位置ａに復帰付勢され
る電磁高速応答弁２８を、油圧ポンプ８の吐出油路であ
る高圧油路に接続させる通常位置ｂに操作するための通
電を間欠的に行う間欠作動と、その間欠時間を可変設定
する間欠制御を行う機能を有している。

【００２４】速度制御手段Ｅの作用を説明すれば、先
ず、切換スイッチ４０を自動制御モードに操作して電磁
高速応答弁２８への通電を間欠的に行わせるとともに、
その間欠時間の１サイクル中における通電時間割合、す
なわちデューティー比をエンジン１９の回転数が低いと
小にするように連係される。これにより、掘削作業中に
旋回速度を遅くしたいといった場合にはアクセルレバー
２４を操作してエンジン回転数を低くすれば良く、逆に
駆動速度を速くしたい場合にはエンジン回転数を高くす
れば良い。

【００２５】又、アクチュエータの駆動速度を意図的に
変更したい場合には、切換スイッチ４０を手動操作モー
ドに操作して、第２ポテンショメータ２７と制御装置２
６との連係を絶つ。すると、デューティー比が設定器３
９によって決定される状態になり、その設定器３９の人
為操作によってコンペンセータ１１，１２への供給圧
を、アクチュエータ５ｃ，６ｃの負荷圧とポンプ吐出圧
との間の任意の値に設定でき、アクチュエータ５ｃ，８
ｃの駆動速度をエンジン回転数とは無関係に調節するこ
とができる。

【００２６】前述したアクセル制御手段Ｃには、第２ポ
テンショメータ２７の所定量以上の変位によって停止状
態にあるギヤードモータ２２が動き出すようにするため
の不感帯が設定されている。つまり、ある位置でギヤー
ドモータ２２が停止すると、その位置を第２ポテンショ
メータ２７で検出してガバナレバー２１の停止位置を維
持するための保持電流をギヤードモータ２２に供給する
のであり、このフィードバック制御によってアクセルレ
バー２４の操作通りのエンジン回転数が現出できるもの
である。

【００２７】しかしながら、ギヤのバックラッシや機体
振動等の原因によってギヤードモータ２２が少し動く
と、それによって第２ポテンショメータ２７の検出値が
変化するから、この第２ポテンショメータ２７の検出値
を第１ポテンショメータ２５の検出値に一致させるアク
セル制御手段Ｃの機能により、動いた分ギヤードモータ
２２を逆方向に起動させることになり、エンジン回転数
が変動して作業装置の駆動速度がハンチングを起こすよ
うになるのである。例えば、ブームの上昇駆動中ではそ
の上昇速度が速くなったり遅くなったりのハンチングが
生じることになり、操作し難い。つまり、アクセル操作
通りのエンジン回転数を正確に現出させる制御が、却っ
てハンチングを誘発することになってしまうのである。

【００２８】そこで、図４に示すギヤードモータ２２の
位置（ガバナレバー２１の操作位置）に対する供給電流
（保持電流）の関係グラフを参照して説明すると、前述
したように不感帯を設けてあるから、例えば、位置αで
ギヤードモータ２２が停止したとすると、そのときの供
給電流値βの±５％の電流値となる範囲であるα1 〜α
2 が不感帯に設定されるようになり、従って、多少ギヤ
ードモータ２２が動くことがあっても、その位置がα1
〜α2 の範囲内であればフィードバック制御が作動しな
いことになり、エンジン回転数の変動に伴う作業装置の
速度ハンチングが起きないようになるのである。図４の
関係グラフの勾配は右下がりであるが、左下がりでも良
い。

【００２９】つまり、Ｅ対応ＬＳ／Ｓ、及び電気式のア
クセル装置を採用して、軽快に操作でき、かつ、作業操
作のし易い技術としながら、その構造故に生じるアクチ
ュエータの速度ハンチングを不感帯の設定によって解消
するものである。不感帯の設定方法としては、「ギヤー
ドモータ２２の停止位置から正逆の回転方向に夫々２回
転分を不感帯とする」とか、「ガバナレバー２１の停止
位置からその全レバー揺動域の３％に相当する角度分、
高速側及び低速側に移動した領域とする」等種々のもの
が考えられる。

【００３０】図３に示すように、制御装置２６には調節
器４１が接続されるようにしてある。これは、機械的ば
らつきによりバックホウ毎にフロント装置（走行、ドー
ザ、旋回等）の駆動速度が異なることがあるので、エン
ジン回転数の変動に伴うアクチュエータ速度変動制御、
すなわちＥ対応ＬＳ／Ｓの基準点を変更するものであ
る。つまり、切換スイッチ４０を自動制御モードに切換
えたときに接続されるボリューム式の調節器４１を操作
することにより、出荷時において、基準となるエンジン
回転数のときのフロント装置の駆動速度が同じになるよ
うに調節するのである。

【００３１】又、フロント装置の速度を合わせる技術と
しては、上述したように機種毎の調節する手段の他、あ
る１つのセクション（例えば、旋回における正面から右
４５度の範囲）の駆動速度をマイコンが自動測定し、設
計基準速度に合致するようにギヤードモータ２２への供
給電流（ゲイン電流）を自動補正する自己補正回路を、
制御装置２６に予め組み込んでおくという手段でも良
い。

【００３２】上述の実施例では、ブームシリンダ５ｃで
油圧アクチュエータを構成しているが、アームシリンダ
６ｃや走行用油圧モータ３１，３３やスイングシリンダ
３６等も油圧アクチュエータであり、又、油圧アクチュ
エータが複数の場合でも良いものである。又、第２ポテ
ンショメータ２７を、ギヤードモータ２２の位置を検出
するものとして構成しても良い。

【００３３】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】バックホウの側面図

【図２】油圧回路の概略全体図

【図３】オートアイドル付きロードセンシングの原理を
示す部分油圧回路図

【図４】ギヤードモータの位置と電流の関係グラフを示
す図

【符号の説明】

５ｃ 油圧アクチュエータ ８ 油圧ポンプ ９ 制御弁 ９ｓ 絞り弁 ９ｐ 圧油供給ポート １３ 流量調節機構 １４ｔ 第１油路 １５ 第２油路 ２０ エンジン回転数調節手段 ２２ 電気アクチュエータ ２４ アクセル操作具 ２５ 第１検出手段 ２７ 第２検出手段 Ａ 負荷制御手段 Ｂ 調節手段 Ｃ アクセル制御手段 Ｅ 速度制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀井 啓司 大阪府堺市石津北町64番地 株式会社クボ タ堺製造所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 油圧アクチュエータ（５ｃ）と、可変容
   量型の油圧ポンプ（８）と、前記アクチュエータ（５
   ｃ）への圧油供給経路に対する絞り弁（９ｓ）を内装し
   た制御弁（９）と、前記油圧ポンプ（８）の単位時間当
   たりの吐出量を可変設定する流量調節機構（１３）とを
   備え、前記絞り弁（９ｓ）に対する圧油供給下手側部分
   に連通する第１油路（１４ｔ）と、前記制御弁（９）の
   圧油供給ポート（９ｐ）に連通する第２油路（１５）と
   の差圧を所定値に維持するように前記流量調節機構（１
   ３）を操作する負荷制御手段（Ａ）を備え、 人為操作されるアクセル操作具（２４）の操作量を電気
   的に検出する第１検出手段（２５）と、エンジン回転数
   調節手段（２０）を駆動操作する電気アクチュエータ
   （２２）と、前記アクセル操作具（２４）の操作量に対
   応した分だけ前記電気アクチュエータ（２２）が駆動さ
   れるように、前記エンジン回転数調節手段（２０）の被
   操作量を検出する第２検出手段（２７）と前記第１検出
   手段（２５）と前記電気アクチュエータ（２２）とを連
   係するアクセル制御手段（Ｃ）とを設け、 前記絞り弁（９ｓ）の絞り量又は前記差圧を変更調節可
   能な調節手段（Ｂ）を設け、エンジン回転数が高められ
   ると前記油圧アクチュエータ（５ｃ）の駆動速度が速く
   なり、エンジン回転数が低められると前記油圧アクチュ
   エータ（５ｃ）の駆動速度が遅くなるように、前記第２
   検出手段（２７）と前記調節手段（Ｂ）とを連係する速
   度制御手段（Ｅ）を備え、 前記アクセル制御手段（Ｃ）には、前記第２検出手段
   （２７）の所定量以上の変位によって停止状態にある前
   記電気アクチュエータ（２２）が動き出すようにするた
   めの不感帯が設定されている建機の油圧回路。