JPS62224702A - 油圧アクチユエ−タ可変作動システム - 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】 産業上の利用分野 この発明は可変容量形油圧ポンプの圧油により作動する
油圧アクチュエータの出力と速度とを、外部からの指令
により変化させる油圧アクチュエータ作動システムに関
する。

従来の技術 従来から可変容量形油圧ポンプの吐出圧油を油圧切換弁
により切換えて、油圧シリンダ、油圧モータなどのアク
チュエータを作動させるシステムにおいては、油圧ポン
プを駆動する原動機の負荷を、アクチュエータに加わる
ｆＬ荷の如何にかかわらず、はぼ、一定に保つことによ
り原動機出力を効率よく利用し、かつ合理的なシステム
とする方法がとられてきた。

例えば、第７図に示す油圧作動システムの回路図におい
て、原動１１により駆動される第１油圧ポンプ２の吐出
圧油は油圧切換弁群Ａに流入し、油圧切換弁８．９．１
Ｏ１１１が切換わると、それらに連通したアクチュエー
タを作動させ、第２油圧ポンプ３の吐出圧油は油圧切換
弁群Ｂに流入し、油圧切換弁１２．１３．１４．１５が
切換わると、それらに連通したアクチュエータを作動さ
せ、また、パイロットポンプ４の吐出圧油は油路７を通
って各種操作系の油圧源として使用される。

これらの油圧ポンプのうち、パイロットポンプ４は、常
時、定圧、定量の圧油を発生しているので原動機１に対
するｆＬ荷は一定であるが、第１．第２油圧ポンプ２．
３は可変容量形油圧ポンプであり、それぞれに属するア
クチュエータの負荷圧力が低いときには大量の圧油を吐
出して作動速度を早め、アクチュエータの負荷圧力が増
大すると吐出油量は減少するが、負荷に対応する吐°Ｂ
圧力となり、油圧ポンプ駆動のための吸収動力が一定と
なるよう流量制御弁２６．２７を設は制御している。

−Ｃに、このようなシステムに於ける油圧ポンプの吐出
圧力をＰｋｇ／ｃｄ、吐出油量をＱ　ｉ、　／ｍｉｎと
すると、そのときの油圧ポンプの吸収動力Ｗ１は、Ｐ、
Ｑ Ｗ＝− で表わされ、Ｗの値を一定にするためには、上式のうち
の変数ＰＸＱの値を一定にする必要がある。

このことから流量制御弁２６．２７は、第１、第２油圧
ポンプ２．３の吐出圧力が上昇すれば、その値に反比例
して吐出油量を変化させているが、このときの吐出圧力
Ｐと吐出油量Ｑの関係を示す線図が第８図であり、アク
チュエータの負荷圧力が比較的低いＰｌまたはそれ以外
のときは、最大の吐出油ｆｆ１Ｑｌで運転され、負荷圧
力Ｐが次第に増大するにつれ吐出油１ｉＱは減少してゆ
き、最大吐出圧力Ｐ２に達すると吐出油量はＱ２となり
、前記吸収動力Ｗの値を常に、はぼ一定にさせ、原動ａ
ｌｉｌが過負荷とならないよう、また作動システムを含
めて効率的な運転状態が保持されるようになっている。

更に、第１、第２油圧ポンプ２．３の吐出側の油路５．
６の中間には、それぞれリリーフ弁１６．１７が設けて
あり、吐出回路圧が、アクチュエータの過負荷または何
等かの不慮の原因で２２以上の異常高圧にならないよう
にしである。従って、上述の如きアクチュエータ作動回
路における油圧ポンプ２または３の吐出油量は０１以上
およびＱ２以下とはならないと同時に、吐出圧力Ｐｇを
越えることはできない。

発明が解決しようとする問題点 油圧アクチュエータを備えた作業用機械、装置において
は、設計上所要の出力に余積をもたせたアクチュエータ
を使用すると、限度のある吐出油量では、その作動速度
が遅く不経済となるので、−船釣には想定し得る平均的
な負荷に見合ったアクチュエータを備え、平準的な作業
において最も効果的に作業を遂行できることを目標とじ
７いるが、作業対象物、内容によっては予想外の負荷が
生ずることもあり、このようなときは、その頻度、大き
さなどを勘緊して作業条件を変更したり、或いはより大
容量の機械、装置に置きかえるなど不経済な対策をして
いた。

例えば、第５図に示す油圧バックホウ４０で掘削作業を
行うには、ブーム４１、アーム４２、バケット４３を、
ブームシリンダ４４、アームシリンダ４５、バケノトン
リング４６により作動させバケット４３の刃先で土砂を
掘削し、掘削場所を変更するときは走行用油圧モータ（
図示なし）により車体を移動させるのであるが、各７ク
チユエータの出力は一般的な土砂の掘削抵抗、走行抵抗
に対しては十分な能力を有しているが、図に例示したよ
うに土中に想定外の掘削抵抗を有する玉石４７の混在が
あったときなど、しかもこの玉石４７のみ取除けば再び
当該バックホウ４０の能力で十分間に合うようなとき、
運転者の技攪と長時間をかけて玉石４７の周囲を掘起し
て取除いたり、さもなくば、更に大形のａ戒を投入する
こととなる。

また、第６図に示す深掘りクラムシェルを装備した機械
４日で地中に深穴を設営するとき、メインブーム４９、
中間ブーム５０、アーム５１をメインブームシリンダ５
４、中間ブームシリンダ５５、アームシリンダ５６によ
り作動させ、アーム５１の先端にエクステンションビー
ム５２を介して取付けたクラムシェルバケット５３を所
定の濶大の位置に垂直に降下させ、大成の土砂をタラム
シェルパケット５３で掴み、地上に搬出するのであるが
、深穴の掘削深度が進行すればする程エクステンション
ビーム５２は長く、自重も増大し、規定最大長さとなる
とタラムシエルバケット５３で掴んだ土砂を持上げるだ
けには十分なアクチュエータ能力はあっても、それほど
余積があるものではない。従って大成に湧水と土砂が泥
状化した状態では、大底からバケット５３を地：コリす
る瞬間だけ余分の引上げ力が必要となり、メインブーム
シリンダ５４、中間ブームシリンダ５５、アームシリン
ダ５６など僅かな、しかも短時間だけの能力不足のため
に、より大形の深掘りクラムシェルを投入せざるを得な
い事態も往々にしである。

このような問題点に鑑み、本発明は平準的な作業におい
ては積率機械または設備の能力を最大限に生かし、作業
サイクル中において、たまたま発生する平均以上のアク
チェエータ出力要求を、短時間、運転者の意志により任
意に、これに対応させ、しかも機械・装置に及ぼす動的
過負荷を軽減させるような油圧アクチェエータの作動シ
ステムを実現せんとするものである。

問題点を解決するための手段 可変容量形油圧ポンプの吐出油量を吐出圧力に反比例し
て加減する流量制御弁には、付加して外部からの圧力信
号により最大吐出油量を減少させる機能を有するパイロ
ット油室りと、該油圧ポンプの吐出側油路の中間に設け
たリリーフ弁には、外部からの圧力信号により、リリー
フ設定圧力を通常の設定値よりも昇圧させる機能を持つ
パイロット油室Ｅとを設け、上記パイロット油室り、Ｅ
と、常時は閉路しており、自動復帰式のスイッチまたは
ペダルなどの操作をしたときにのみ他の油圧源からの圧
油通路を開路する切換弁の出口ボートとを油路により連
通ずる。

作用 自動復帰式のスイッチまたはペダルなどを操作して切換
弁を切換え、パイロットポンプなど、池の油圧源の圧油
がパイロット油室り、Ｅに流入すると可変容量形油圧ポ
ンプの最大吐出油量は減少して、これに連通ずるアクチ
ュエータの作動速度は遅くなる。この状態でアクチュエ
ータの負荷が増大してゆ（と、リリーフ弁の設定圧力も
昇圧されているので標準状態の回路圧力よりも高い圧力
となり、可変容量形油圧ポンプの吐出油量は、平常時の
最小吐出油量よりも減少し、アクチュエータの出力は増
大し、速度は減少する。従ってアクチュエータ作動シス
テムを構成する機体、装置などに、作動中の苛酷な動的
負荷は軽減される。

実施例 以下、本発明を最も具現的に利用することの多い油圧シ
ョベルのアクチュエータ作動システムを例にとり説明す
る。

第１図は標準的なりローラ式油圧ショベルに本発明を具
備した電気・油圧回路を示す図で、ｌは第１油圧ポンプ
２、第２油圧ポンプ３、パイロットポンプ４を駆動する
原動機であり、これらのポンプは何れも、タンク２９か
ら油を吸入し、それぞれ、油路５を経て油圧切換弁群Ａ
へ、油路６を経て油圧切換弁群Ｂへ、油路７へと圧油を
供給する。油圧切換弁群へに流入した圧油は左走行用、
アーム第１連用、旋回用、ブーム第２連用の油圧切換弁
群 換弁８．９．１Ｏ１１１が切換えられているときはそれ
ぞれのアクチュエータを作動させ、中立時にはセンタバ
イパス通路を通り、戻り油は油路３６．３８を通りタン
ク２９に戻り、油圧切換弁群Ｂに流入した圧油は、右走
行用、ブーム第１連用、バケット用、アーム第２連用の
油圧切換弁１２．１３．１４．１５に供給され、該油圧
切換弁１３．１４．１５が切換えられているときは、そ
れぞれのアクチュエータを作動させ、中立時にはセンタ
バイパス通路を通り、戻り油は油路３７．３８を通って
タンク２９に戻る。一方パイロノトボンブ４の吐出圧油
は、主として操作系の油圧源となるもので、リリーフ弁
１８により所定の圧力に調圧され油路７或いは、その分
岐した油路２８などにより各操作系用制御機器に導かれ
る。

また、第１、第２油圧ポンプ２．３は可変容量形油圧ポ
ンプとなっており、吐出圧力に逆比例して吐出油量の制
限をして動力吸収を一定に保つ性能を付与する第１のパ
イロット油室Ｃと外部からの圧力信号が加わると最大吐
出油量を更に減少セしめる性能を付与する第２のパイロ
ノ・油室りとを備えた既知の流量制御弁２４．２５を存
し、ている。この１制御弁２４．２５の第２のパイロッ
ト油室りに圧力信号が作用したときの第１および第２油
圧ポンプの吐出油量の変化を示す図が第２図であるが、
パイロット油室Ｃの圧力がＰｌまたはそれ以下のときの
吐出油量はＱ、であり、圧力がＰｌを越えＰｌになるに
従い吐出油量はＱｌからＱ２へと瀘少し、更にＰ２を越
え、リリーフ弁２２．２３の常用設定圧力以上となると
圧油は該リリーフ弁２２．２３でリリーフし油路３６．
３７．３８などを通ってタンク２９へ直接流入してゆく
ことは前述の第８図と同様であるが、第２のパイロット
油室りに圧力信号が作用すると最大吐出油量Ｑ１はＱ、
まで減少し、更に後述のリリーフ弁２２．２３の常用設
定圧力が昇圧した状態でアクチュエータに負荷が増大し
てゆくと第１のパイロット油室Ｃの圧力もＰ２を越えＰ
′となり、最小吐出油量はＱ２からＱ゛へと減少してゆ
くようになっている。

また、油路５．６の中間に設けたリリーフ弁２２．２３
は通常の規定回路圧を保持すると共に、外部からの圧力
信号が作用すると規定の回路圧力の設定値を、より高圧
に設定がえする機能のあるパイロット油室Ｅを有する既
知のリリーフ弁である。更に、操作系油圧源の油路７の
分岐油路２８は、励磁されると核油路２８を出口ボート
に接続する油路３９に連通させ、励ｖ２されないときは
油路２８を閉塞し、油路３９をタンク２９に通ずる油路
３８に連通される通路を有する電磁切換弁３０に接続さ
れており、該電磁切換弁３０は、スイッチ３２が強制的
に閉じられたときにのみ電源装置３３から通電され、Ｆ
位置からＧ位置へ切換えられるようになっており、出口
ボートに接続された油路３９は延長、分岐して、それぞ
れ、リリーフ弁２２．２３のパイロット油室Ｅ、流量制
御弁２４．２５の第２のパイロット油室りに通じている
。

なお、１９．１９’、２０，２０’、２１．２１“はポ
ートリリーフ弁であり、それぞれ、アーム第１連用油圧
切換弁９、ブーム第１連用油圧切換弁Ｉ３、バケット用
油圧切換弁１４が中立位置にあるにもかかわらず、外力
によりアクチュエータ回路に異常高圧のとじ込み圧力が
発生した場合、各部を保護するためのもので、その設定
圧力は、リリーフ弁２２．２３のパイロット油室Ｅに圧
力信号が加えられたときのリリーフ圧力よりも若干高く
設定しておく。

次に以上の構成からなる電気・油圧回路の作動について
説明する。

第５図または第６図の如き土砂掘削作業において、通常
はスイッチ３２を操作せず開路状態、すなわち、パイロ
ット油室り、Ｅがタンク２９に連通しているときは、通
常の積率的な油圧ショベルと同様の力、速度でもって作
業を行うこととなるが、第５図の掘削途中での障害物に
よる突発的な過大抵抗や第６図に於ける地切りのときな
どにおいて、掘削力、引上げ力が僅かに、しかも短時間
だけ必要になると、スイッチ３２を閉じ、電磁切換弁３
０に通電すると、該電磁切換弁３０はＦ位置からＧ位置
に切換ねるので、油路７の圧油は油路２８、Ｇ位置通路
、油路３９を通り、リリーフ弁２２．２３のパイロット
油室Ｅおよび流量制御弁２４．２５の第２のパイロット
油室りに作用するので、第１．第２油圧ポンプ２．３の
最大吐出油■は第２図のＱ、からＱ３へと減少し、リリ
ーフ弁２２．２３の設定圧力は予め設計上、計画した値
だけ昇圧しているので、その値に対応してアクチュエー
タの負荷が増大していってもリリーフすることなく耐え
、油路５．６の作動圧力が常用最高圧力Ｐｔを越えてＰ
′になると吐出油量もそれだけ減少してＱ″となる。

このことはポンプ駆動用原動［１が、如何なる状況下で
も過負荷とならないことは勿論であるが、特にアクチュ
エータに高負荷が加わったとき、その作動速度を遅（す
ることにより、被作動体、本体などに加わる動荷重を軽
減し構成部材を強度上保護をすることにより、作業装置
の能力を短時間必要に応し向上させることができる。

本発明の目的は、一時的にアクチュエーク作υ１能力を
向上させるものであり、常時使用されるべきものではな
いから、上記実施例におけるスイッチ３２は必要の都度
、短時間操作し、常時は開放する形式が望ましい。従っ
て第３図に示す如く、油圧切換弁操作用の操作レバ３４
のグリップ３５頂部に設けた押しボタン形自動復帰式の
スイッチ３２′を採用するとよい。また、電磁切換弁３
０にかえ、上記要件から逸脱しないものとして第４図に
示す足踏ペダル、自動復帰式の常時閉切換弁３１を使用
してもよい。

なお、上記実施例では、油圧ショベルのフロントアタッ
チメントの作動システムについて説明したが、本発明は
油圧ショベルに限定されるものではなく、移動式、定置
式の機械装置も含め、油圧アクチュエータにより各種作
業を行うトラククショヘル、破砕機などの建設機械、揚
貨機、運搬機などの産業機械等の油圧アクチュエータ作
動システムにも応用するものである。

発明の効果 以上述べたように、本発明は、運転、操作者の意志によ
り、任意に、かつ容易に短時間、油圧アクチュエータの
作動力を増大させることができるので各種作業用機械並
びに設備などで、掻くまれにあり得る短時間で僅かの能
力不足のため大形のものを準備したり、運転・操作者に
焦燥窓を起こさせることもなく、また作動力を増大させ
る操作をしたときはアクチュエータの最大、最小速度共
に低下するので、特に高負荷作業時にも構成部材に苛酷
な応力の発生することを防止する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す電気・油圧回路図、第２
図は本発明に使用する可変容量杉油圧ポンプの吐出圧力
吐出油量の関係を示す特性線図、第３図はスイッチの配
置例を示す斜視図、第４図は本発明の油圧回路に使用す
る切換弁の他の実施例を示す回、第５図および第６図は
油圧ショベル本体にフロントアタッチメントとしてバッ
クホウおよび深堀りクラムシェルをそれぞれ装備したと
きの作業状況を示す側面図、第７図は従来の油圧ショベ
ルの油圧回路図、第８図は従来の油圧シシヘル用可変容
量形油圧ポンプの吐出圧力吐出油量特性線図である。 ２２・・・・・・・　リリーフ弁 ２３・・・・・・・　リリーフ弁 ２４・・・・・・・流量制御弁 ２５・・・・・・・流１制御弁 ３０・・・・・・・ＴＬ峨切切換 弁１・・・・・・・常時閉切換弁 ３２・・・・・・・　スイッチ 以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　可変容量形油圧ポンプの吐出圧油を油圧切換弁により
   切換えて油圧アクチュエータに供給する作動システムに
   おいて、作動回路圧力に反比例して上記油圧ポンプの吐
   出油量を加減する流量制御弁には、追加して外部からの
   圧力信号により最大吐出油量を減少させる機能を付与す
   るパイロット油室と、前記油圧ポンプの吐出側油路の中
   間にあるリリーフ弁には、外部からの圧力信号により、
   リリーフ設定圧力を昇圧させる機能を付与するパイロッ
   ト油室とを設け、上記めれぞれのパイロット油室と、常
   時は閉路しており、自動復帰式のスイッチまたはペダル
   などの人力操作をしたときにのみ他の油圧源からの圧油
   通路を開路する切換弁の出口ポートとを油路により連通
   したことを特長とする油圧アクチュエータ可変作動シス
   テム。