JPS60136604A - 作業機の駆動・制御油圧回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は油圧ショベルなどの作業機の駆動・制御油圧回
路に関し、物に片ロッドシリンダを閉回路駆動する際の
キャビテーシ日ン防止に係るものである。

近年、油田ショベルなどの作業機の駆動・制御油圧回路
を閉１ｄ路とし、回路内での動力損失を減少させるとと
もに動力回収を図り、従来の開回路に比べて原動機の燃
料油＊量を著しく戦域させる提案が成されている。油圧
ショベルなどの作業機＋ｓ　ソノフロント作業部材を片
ロッドシリンダによって駆動するものであり、片ロッド
シリンダはロッド側受圧室とヘッド聞受圧室との受圧面
積が異なるため、これを閉回路で駆動する際に油々の問
題が発生する。以下、従来の片ロツドシリンダの駆動・
制御油圧回路を第１図により説明する。

ｌは片ロツドシリンダ、２．３に−１，ハロソドシリン
ダｌにそれぞれ閉回路接続された両傾転可俊容量形油圧
ポング（以下油圧ポンプという）である。

５．６はそれぞれ油圧ポンプ２，３と片ロツドシリンダ
ｌとの接続回路の途中に設けられた開閉弁で、各油圧ポ
ンプ２，３と片ロツドシリンダｌとの接続回路の連通、
遮断を行う。

７ａ、８ａはそれぞれ開閉弁５と油圧ポンプ２のボート
２ａ、２ｂとを接続する回路、７ｂ、８ｂはそれぞれ開
閉弁５と片ロツドシリンダｌのロッドＳ１１［受出室１
ａ、ヘッド世１１受圧室ｌｂとを接続する回路。また、
９ａ、１０ａはそれぞれ開閉弁６と油出ポンプ３のボー
）３ａ、３ｂとを接続する回路、９ｂ、１０ｂは開閉弁
６とそれぞれ片ロッドシリンダｌのロッド側受圧室１ａ
１へソド側受圧室１ｂとを接続する回路である。１１は
上記閉回路に油をイ１４Ｉ給するチャージングポンプ、
１２は一片ロッドシリンダｌの動きに応じて閉回路に圧
油金袖給する蓄圧器（アキニームレータまたは加圧タン
ク）である。１３は片ロツドシリンダｌのロッド１１Ｉ
ｌＩ父Ｉｔｈ室１ａまたはヘッド側気圧室１ｂにそれぞ
れ接続される回路の低圧側を回路１４を介してタンク１
５に接続するフラッシング弁、１６は回路１４に設けら
れたリリーフ弁である。また回Ｉｔ＆１４は蓄圧器１２
、チャージングポンプ１１に接続されるとともにそハぞ
れチェック弁１７．１８゜１．９．２０を介して上記回
路７ａ、８ａ、９ａ、１０ａに接続されている。２１は
回路１４と上記ボトムｌｌ１１１受圧室ｌｂとを接続す
る回路の途中に設けられたチェック弁で、このチェック
弁２１を介してボトム側受圧￥１１）への油の油帖を行
うことがｉ」能となっている。

開閉弁５は′屯４蝕升５ａｔポペット５ｂｐ５ｃｓシャ
トル弁５ｄ、５ｅ、５ｆから構成され、電磁弁５ａは後
述の開側１回路２２よりの開１ｇ号により切換ってボベ
ッ）５ｂ、５ｃの背ｈｂをタンク１５に連通し、ボベツ
）　５１）、　５ｃを開いて回１ｋｓ　？　ａと回路７
ｂ１回路８ａと回路８ｂとをｍｍ　′ｆる。シャトル升
５ｄ、５ｅ、５ｆは電磁弁５ａに開イ６号か発せられな
い間は、回路７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂの中の最尚油圧を
選択してボベッｌ−５１）、５ｃの背部に作用させ、ポ
ペット５ｂ、５ｃを閉じる役割を行、う。

開閉弁６は電磁弁６ａ１ポペツト”ｂ＋６ｃｓシャトル
弁６ｄｒ　６ｅａ　６ｆから構成され、各構成部分の作
用は開閉弁５と同様である。

４は片ロツドシリンダｌの操作レバーで、操作レバー４
が操作されると、その操作信号は制御回路２２に送られ
る。制御回路２２は操作レバー４の操作室に応じて、予
め設定された油圧ポンプ２゜３の優先順位を判定し、ま
ず第１搬先順位の油圧ポンプ２の傾転角制御装置１ｉ２
３に指令を送り、油圧ポンプ２の吐出室を増加する。こ
れと同時に上記開閉弁５のｍ磁弁５ａに開信号を発して
、これを切換えポベツ）５ｂ、５ｃを開とする。次いで
操作レバー４の操作量がさらに増加すると、第２優先順
位の油圧ポンプ３の傾転角制御装置２４に指令を送り、
油圧ポンプ３の吐出室を増加する。

操作レバー４はその中立位置から入方向に操作されれば
油圧ボンダ２，３はボート２ａ、３ａより油を吐出し、
片ロッドシリンダ１はロッドを縮少する方向に駆動され
、また、Ｂ方向に操作されｔｌば油圧ボンダ２，３はボ
ー）２ｂ、３ｂより油を吐出し、片ロッドシリンダｌは
ロッド伸長方向に駆動される。このように％Ｈロッドシ
リンダｌはその操作レバー４の操作量に応じてｌポンプ
または２ポンプによって駆動され、その速度を操作レバ
ー４の操作量に応じて制御することが可能である。

上記のように構成された片ロッドシリンダｌの駆動・制
御油圧回路を１例えば油圧ショベルのアームを駆動する
回路に用いた場合について１°反する。

片ロツドシリンダｌはアームシリンダとして作動するが
、ロッドが伸長する方向に駆動されるときは油圧ショベ
ルはパケットで掘削動作を行う場合であり、ロッド伸長
方向は高速である必要がないが、シリンダｌで大きな力
を出す必要があり、またロッドが縮少方向に駆動される
ときは油圧ショベルが放生動作を行う場合でめり、出来
るだけ早い速度でパケットを移動する必要がある。

ロッドが伸長方向に駆動される場合でも、まだパケット
が壁中にあるときには、パケットおよびアームの自重に
より、片ロツドシリンダｌのロッド側受出至１ａの油圧
がヘッド側受圧室１ｂの油出より温圧となるため′、ロ
ッド側受圧室１ａの前音油出ポンプ２．３ががき出して
片ロツドシリンダｌを駆動する。すなわち、片ロッドシ
リンダ１側がポンプ作用を行い、油圧ポンプ２．３がモ
ータ作用を行９ことによって片ロツドシリンダｌが伸長
動作を行うのである。このときのロッド伸長速度ｖｃは
ロッド側受比面積をＡＩ、油圧ポンプ２．３の吐田誓を
それぞれＱ□ａ　ＱＰＩとし、油圧ポンプ２．３によっ
てロッド側受圧室１ａからかき出される油量をＱＰ＝　
Ｑｐｔ　＋Ｑ−ｓ　とすると、Ｖ　ｃ　＝　Ｑｐ　／　
Ａ虱　・・・・・・・・・・・・（１）となる。一方、
ヘッド側受圧室１ｂに流入する油量Ｑ□はヘッド側受王
室面積をＡ、とすると、ＱＭ−ＶｃＸＡヨ　・・・・・
・・・・・・・（２）となる。通常油圧ショベルに使用
される片ロッドシリンダでは、 Ａ、：ＡＢ＝１：２　・・・・・・・・・・・・（３）
であり、したがって（１）、　（２）、　（３）式より
Ｑｉ　＝　２Ｑｐ　・・・・・・・・・・・・（４）と
なり、油圧ポンプ２．３からの合計吐出蓋Ｑ、では、へ
ソド側受圧室ｌｂへムＣ入する油量が不足するため、チ
ャージポンプ１１および蓄圧器１２から回路１４、チェ
ック升２１？ｃ−介して不足分の拙輩、すなわちＱｔｓ
　’　ＱＰ　＝　Ｑｐ分が流入しなければならない。

しかしながら、従来油圧ショベルではアームがブームの
先端に取付けられており、回路１４は非常に長い配管と
なり、回路１４での出力損失による圧力降下が大である
ため、Ｑｐ分にａ当する６Ｉｔ輩を充分に送り込むこと
が困難でおり、ヘッド旧ｌｌ受圧室１ｂに流入する流電
が不足しキャビテーションが発生する。これを防止する
には、回路１４の配管を太くして圧力降下を防ぐか、ま
たはリリーフ升１６の設定出力を筒くして、回路１４の
圧力を上げ圧力−下が犬でもヘッド側受圧室でキャビテ
ーションが起らないようにしなければならない。

しかし、管路を太くするには限界があり、長い管路の圧
力降下を防ぐには不充分であり、また、ＩＪ　ＩＪ−フ
弁１６の設定圧を高くすると、油圧ポンプ２，３の吸込
み側ボート２ａ、３ａの圧力も相対的に上昇し、ロッド
側受圧室１ａの圧力と吸込み側ボート２ａ、３ａとの圧
力差、すなわち、有効圧力が減少するため、閉回路を用
いた利点である動力回収の効果が者しく減少する。

すなわち、アームが９中から自重により降下する除には
、前述のように、片ロツドシリンダのポンプ作用ｅこよ
り油圧ポンプ２．３が駆動されて、動力回収を行ってい
る状態であり、この時の回収馬力は、ロッド側受圧峯出
口圧ヵをＰ８、ボート２ａ、３ａ入口出力をＰ、とする
と、 １１Ｐ（Ｘ）　（ＰＲ−ＰＰ　）　ＱＢ　”曲回”　（
５）となり、（Ｐａ　−Ｐ、　）が減少すれば、回収馬
力も減少するのである。

さらに、片ロッドシリンダｌのロッドが伸長され、アー
ムが空中にある状態から地面上ＶＣ達して掘削動作に移
行すると、ヘッド側受圧室１ｂの油圧はロッド側受圧室
１．の油圧より高圧となるため、ロッドの伸長速度■ｃ
は、 ■ｃ＝ＱＰ／Ａ１１・・曲・曲直６） となり、前述のようにＡｌｌ　＝　２　ｋｍであるから
、ロッド伸長速度がｌ／２となり急激な速度変化ン起こ
すので操作性が非常に急くなる。

本発明を工上記従来の作業機の駆動・制御回路の欠点に
轟みなされたもので、片ロッドシリンダを閉回路によっ
て駆動しても動力回収を充分に行うことができかつロッ
ド伸長時に急激な速度笈化を起こさない作業機の駆動・
制御油圧回路を提供することを目的と−ｆる。

この目的を達成するため本発明は、第２後先順位の油圧
ポンプと片ロツドシリンダとの接続回路に設けた開閉弁
を開とするイぎ号が発せられたとき、片ロツドシリンダ
のロッド側受圧室と第２筺先順位の油圧ポンプとの接続
回路の油の几れを、油出ポンプがら片ロツドシリンダ方
向のみ的・谷する手段を設けたことを符叡とする。

以下本発明の一実施例を第２図を誉照し’ＣＳ”ｄ　Ｑ
Ｊする。紀２図において第１図と同符号のものは同一部
分を示す。

第２＆先順位の油出ポンプ３と片ロツドシリンダ１との
接続回路には開ｊ■弁６′が設けられている。

開閉弁６は電磁弁６’　ａ、ポペット’　ｂ　＊　６’
ｃ　、シャトル弁”ｄ　＃　”ｅ　＋　”　ｆで構成さ
れ、電磁弁６′ａに開信号が発せられていないときは、
回路９　ａ、　９　ｉ）、　１０　ａ、　１０　ｔ）の
内の最高圧がポペット６′ｂ・　６’ｃｖＫ都に作用す
るようになっている点は第１図の開ロウ升６と同様であ
る。しかし、也蝮升６’ａｖＣＨ伯号が発せられ電韓升
＝’ａが切換ると、ポペット６′ｃの１ｒ都をエタンク
１５に連通するが、ボペッ）　６’ｌ）の背部にはロッ
ド１１１１１受圧室１ａＶ′ｃ廣続された回船９ｂの油
圧が作用するように構成されている。

したがって、アームが空中ＶＣアって、しかもロッドが
１ψ伐されていると＠には、回路９ｂは高圧でわるため
、ホペッ）６’ｉ）は閉じられでおり、ロッド側受圧室
１ａから油圧ポンプ３のボー）３ａへの油のｔＪＴＣ人
は遮断されるので、ロッド側受圧室１ａの圧油は油圧ポ
ンプ２のボート２ａにのみ九人する。故に、操作レバー
４が油圧ポンプ２．３の傾弦角を最大位置になるように
操作されても、ロッド伸長速度Ｖｃは、 ＶＣ＝　Ｑｐｔ／　Ａ富　・・・・・・・・・・・・（
６）となり、通常油圧ポンプ２と油圧ポンプ３の最大吐
出量は等しく（Ｑ□＝Ｑｐ３）、また両ポンプの合計吐
出ｉｔ　Ｑｐ　＝　２　Ｑｐｔ　であるから、（６）式
より、■ｃ＝１／２見ｐ／ｈい　・・・・・・・・・・
・・（７）となり、ロッド伸長速度は第１図の使米の速
度の”／２となる。また、ヘッドｔｉｌｌｌ受圧箆ｉ　
ｂ　ｉｃ流入する流量４日も・ Ｑｉ　＝　Ｖｃ　Ｘ　Ａｌｌ　＝　Ｑｐ　−・−・・”
’　（８）となり、第１図の従来の１／２となる。γ出
出ポンプ２はロッド側受圧Ｍ　ｌ　ａから吸込んだ”／
２　Ｑｙｒ、油圧ポンプ３はチャージポンプ１１および
蓄圧器１２から吸込んだｌ／２Ｑｐ全ヘッド１１ｔｌ］
党出室１１）に送るので、ヘッドレｕ受圧室１ｂには確
実にＱ、分の油ｋが送り込まれ、キャビテーションを発
生することはない。

アームが債中Ｉ７Ｃある状態から地面上に達して掘削杵
築に移行した際には、ヘッドｉｎ：＋受圧室１ｂが高圧
となるが、このときのロッド伸長速度ｖｃは前述のよう
に、Ｖｃ　＝　Ｑｐ　／　ＡＭ　＝　’／２　ＱＰ　／
　ＡＩであり、連ＫＳ’−化が生じない。また、ヘッー
ド１則室への流入ω０址はＱ、　＝　Ｑｐであり、油圧
ポンプ２および油圧ポンプ３はアームが空中にあったと
きと全く同じ状態で圧油を吸込んでヘッド側１覚王室に
Ｑ、分の油量を送り込む。

次に、片ロッドシリンダ１をロッド縮少方向に駆動する
。すなわち、放生動作を行うとき、操作レバー４を第１
梗先順位の油圧ポンプ吐出蓋の最大値を越えてさらに操
作すると、′魁磁弁６′ａが切換わり、ポペット６′ｃ
の背部はタンク１５に連通し、ポペット６′ｂの背部は
回路９ｂに連通ずるが、油圧ポンプ３の吐出ボート３ａ
からの圧油がポペット６’ｂを開いて回路９ｂを介して
ロッド側受圧室ＬａＶＣ流入するので、ロッド側受ｌＥ
室１ａには両油圧ポンプ２，３からの油量が流入し、ロ
ッド側受圧室１ａｌｌｔｌｌが高圧となるため、ロッド
紬少速友■ｃ　は、 Ｖｃ　＝　Ｑｐ　／　Ａｍ　・・・・・・・・・・・（
９）となり、ロッド伸長速１隻の２倍の速い速度が雌株
される。

第３図は本発明の他の笑施例をが１゛もので、第１図と
同符号のものは同一部分を乃く１−０開閉弁Ｏと片ロッ
ドシリンダ１のロッドＢ１１１９比菟１ａとを接続する
回路９ｂしＣはチェック弁２５が設けられ、油圧ポンプ
３から片ロッドシリンダ１方向にのみ圧油のぴＣれを！
ＩＦ谷するよう構成されている。

このチェック弁２５の機能は第２図のポペット６’ｉ）
と同様であり、第２図と全く同様の作用幼木ｔ−突する
ものである。

以上説明した本発明によれは、第２凌元舶位の油圧ポン
プと片ロツドシリンダとの接続回路に設けた開閉弁を開
とする１６号が発せられたとさ、片ロツドシリンダのロ
ッド１１１１１受出室と第２捩先順位の油出ポンプとの
接続回路の油の流れを、油圧ポンプから片ロッドシリン
ダ方向の々計容する手段を設けたので、片ロツドシリン
ダのロッドｆＭ室が高圧でＷ、＝される際にも、片ロツ
ドシリンダの速Ｗ　ｔ−一ポンプ分のＡ度に制限するこ
とができ、ヘッド側受８：室側の油の流入不足によるキ
ャビテーションを確実に防止でき、しかも、ヘッド世１
］受圧至が高圧になった際のロッド伸長速度の急変を避
けることができるので、操作性が極めて良好となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の片ロツドシリンダを閉回路駆動する作条
４汐の駆動・制御油圧回路全示す図、第２凶は仝発明の
失地例に係る片ロッドシリンダ紮閉回路で駆動する作呆
機の駆動・制御油圧回路を示す図、第３図は本発明の他
の失地例に係る片ロンドシリンダｋＮＡ動１″る作東機
の駆動・制側１油圧回紬表小丁図である。 ｌ・・・・・・片ロツドシリンダ、ｌａ・・・・・・ロ
ット１１１１Ｉ受圧至、１１）・・・・・・ヘッド側受
出室、２・・・・・・内傾転用荻谷鼠形ｔＩＩ＋圧ポン
プ（第１彼先順位）、３・・・・・・両隙転ｈ］変谷鴛
杉油出ポング（第２浚先順位）、４・・・・・・操作レ
バー、５，６．６’・・川・開閉弁、７ａ。 ７ｂ、８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ、１ｏａ、１ｏｂ９３９
３１．接続回路、２２・・・・・・開側１回路。 箱１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 片ロツドシリンダにそれぞれ閉回路接続された抜数個の
   両傾転′ｇＪ笈吐出容量形油圧ポンプと、上り己片ロッ
   ドシリンダと上記各油圧ポンプとの接続回路の途中にそ
   れぞれ設けた開閉弁とを有するとともに、上記片ロッド
   の操作レバーが操作されるとその操作量に応じて、ます
   片ロツドシリンダに第ｌ漱先順位で接続される油圧ポン
   プの吐出量を増力Ｉ］するとともりこその接続回路の開
   閉弁を開とし、次いで上記操作音を増すと片ロツドシリ
   ンダに第２優先順位で接続される油圧ポンプの吐出量を
   増すとともにその接続回路の開閉弁を開とする制御回路
   を備えた作業機の駆動・制御油圧回路においで、第２４
   ＆先順位の油圧ポンプと片ロツドシリンダとの接続回路
   に設けた開閉弁を開とする４Ｎ号が煽セられたとき、片
   ロツドシリンダのロッド１１Ｉ１１受出至と第２後先Ｊ
   ｌ＃位の油圧ポンプとの接続回路の油の流れを、油圧ポ
   ンプから片ロツドシリンダ方向のみ許容する手段を設け
   たことを％敵とする作業機の駆動・制御油圧回路。