JPS6225882B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は油圧シヨベル、油圧クレーンなどの建
設機械の油圧回路に関するものである。 従来、油圧シヨベル等の建設機械においては、
ブーム、アーム、バケツトなどの可動部材は油圧
アクチユエータによつて動作される。この可動部
材の速度制御は油圧制御弁の開度を調整すること
によつて行つていた。すなわち、この方式は油圧
回路中に油圧制御弁の開度調節による可変抵抗部
を構成して制御するものであり、この可変抵抗部
において、エネルギー損失を生じさせることによ
つて、油圧アクチユエータの速度を加減するもの
である。従つて、本質的に全体効率が低くなる。
そのため、建設機械の省エネルギー化に対する技
術的改良の動きが近年活発になつてきた。その省
エネルギー化の技術的改良の一例として、ポンプ
の最適制御により掘削機械の性能を改善すること
が、「Olhydraulik und Pneumatik」誌1976−
４、213頁〜222頁に示されている。その改善技術
は、油圧ポンプと油圧アクチユエータとによつて
油圧閉回路または半閉回路を構成し、油圧ポンプ
の吐出量を調整することによつて油圧アクチユエ
ータの速度制御を行おうとするものである。この
方式によると、油圧ポンプは必要なパワーのみを
発生することになるばかりでなく、油圧アクチユ
エータに作用する重力エネルギーや慣性エネルギ
ーを、油圧ポンプを通してエンジンに回収するこ
とも可能となる。このため、全体効率が著しく向
上するものである。そしてこの性能改善のための
具体的な油圧回路として、複数個の油圧ポンプ
に、それぞれ１個もしくは２個の油圧アクチユエ
ータを閉回路接続したものを掲げている。この油
圧回路を用いて油圧シヨベルを運転した結果、外
気温度が25℃に至るまでは油冷却器が不要であつ
たこと、また外気温度が40℃の盛夏でも従来の1/
２程度の容量の油冷却器を用いただけで油温が70
℃以上にならなかつたことなどの省エネルギー効
果を実証している。 しかし、この油圧回路は省エネルギーの面にお
いては、非常に効果的であることは諒解される
が、実際の建設機械にそのまま応用するには問題
がある。その一つは油圧ポンプと油圧アクチユエ
ータとの容量のマツチングの問題である。すなわ
ち、この油圧回路では、例えば１個の油圧ポンプ
でブームシリンダまたは走行モータを駆動するよ
うになつているが、このとき、ブームシリンダに
流入すべき最大流量と、走行モーータに流入すべ
き最大流量とが同一の値になるように、油圧アク
チユエータの容量を設計することは一般に効率的
ではない。なぜならば、ブームシリンダは大推力
を出す必要がある場合もあるし、また、高速で作
動する必要がある場合もある。このため、ブーム
シリンダは受圧面積が大で、しかも時には大流量
を必要とする。そこで、弁を用いて速度制御を行
う従来の方式でもブームシリンダには２台の油圧
ポンプからの圧油が供給されるように工夫してい
る。これと同様の性能を、前述した油圧回路を備
えた油圧掘削機で発揮させるためには、油圧ポン
プの容量はブームシリンダが必要とする流量を満
足させるに十分なものとする必要があるので、大
容量となる。この油圧ポンプの大容量化は走行モ
ータにとつては一般に大き過ぎることになり、不
経済である。このことは１個の油圧ポンプでアー
ムシリンダともう一方の走行モータとを駆動する
油圧回路においても該当する。前述した油圧回路
のもう一つの問題点は、同時操作に対して制限が
あることである。例えば、走行中には油圧ポンプ
からの圧油が走行モータに使用されてしまい、ブ
ームもアームも動かすことができないものであ
る。 本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑み、
複数の可変容量形油圧ポンプと複数の油圧アクチ
ユエータとを備え、これらをそれぞれ閉回路接続
して構成した建設機械において、可変容量油圧ポ
ンプの最大容量の適正化を図ること、および同時
操作（複合操作）に対して融通性を持たせること
のできる油圧回路を提供することを目的とする。 本発明の特徴とするところは、複数の可変容量
形油圧ポンプと、各々が可変容量形油圧ポンプか
らの圧油供給によつて独立して駆動され、且つ建
設機械の可動部材の１つを駆動する複数の油圧ア
クチユエータと、各圧油アクチユエータと複数個
の可変容量形油圧ポンプとを閉回路接続するため
の複数個の電磁切換弁と、圧油アクチユエータの
操作レバーと、各可変容量形ポンプの吐出量と各
電磁切換弁との切換を制御する制御装置とを備
え、少なくとも１つの可変容量形油圧ポンプは少
くとも２つの油圧アクチユエータにそれぞれ電磁
切換弁を介して閉回路接続可能に構成された建設
機械の油圧回路において、各油圧アクチユエータ
の操作レバーの操作量を検出する検出器と、この
検出器からのレバー操作量により、予め設定され
た可変容量形油圧ポンプと油圧アクチユエータと
の結合の優先順位を判定する優先順位判定回路
と、レバー操作量と優先順位判定回路の出力とに
より各可変容量形油圧ポンプの吐出量を演算する
ポンプ吐出量演算回路と、この回路からの演算値
によりポンプ吐出量を制御するポンプ吐出量制御
回路と、前記優先順位判定回路からの判定結果と
ポンプ吐出量制御回路からのポンプ吐出量情報と
にもとづいて電磁切換弁を切換える電磁切換弁切
換タイミング回路とを備えることにより達成され
る。 上述した本発明の装置は次のように作用する。
すなわち、複数個の油圧アクチユエータを各操作
レバーにより同時操作すると、その各操作レバー
の操作量により、優先順位判定回路は予め設定さ
れた可変容量形油圧ポンプと油圧アクチユエータ
との結合の優先順位を判定する。この優先順位判
定回路からの順位情報と操作レバーの操作量とに
より、ポンプ吐出量演算回路は各可変容量形油圧
ポンプの吐出量を演算する。この演算値によりポ
ンプ吐出量制御回路はポンプ吐出量を制御し、さ
らに電磁切換弁切換タイミング回路は優先順位判
定回路の判定結果とポンプ吐出量制御回路からの
ポンプ吐出量情報とにより電磁切換弁を切換え
る。これにより、油圧アクチユエータの同時操作
に対する融通性を増加させることができると共
に、可変容量形油圧ポンプの最大容量の適正化を
図ることができる。 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。 第１図は本発明の油圧回路の一例を示すもの
で、図において、１〜４はエンジンにより同時に
駆動される可変容量形の油圧ポンプ、１ａ〜４ａ
は油圧ポンプ１〜４の吐出量を制御するレギユレ
ータである。５，５′，６，７，８，９，１１は
油圧アクチユエータである。これらの油圧アクチ
ユエータを油圧シヨベルに対応させると、具体的
には油圧アクチユエータ５，５′はブームシリン
ダ、油圧アクチユエータ６，７は走行用モータ、
油圧アクチユエータ８はアームシリンダ、油圧ア
クチユエータ９はバケツトシリンダ、油圧アクチ
ユエータ１１は旋回モータである。油圧ポンプ１
は電磁切換弁１９を介して旋回モータ１１に、ま
た電磁切換弁２０を介してアームシリンダ８にそ
れぞれ閉回路で接続されている。油圧ポンプ２は
電磁切換弁２１を介してアームシリンダ８に、ま
た電磁切換弁２２を介してブームシリンダ５，
５′にそれぞれ閉回路で接続されている。油圧ポ
ンプ３は電磁切換弁２３を介してバケツトシリン
ダ９に、また電磁切換弁２４を介してブームシリ
ンダ５，５′に、さらに電磁切換弁２５を介して
一方の走行用モータ６にそれぞれ閉回路で接続さ
れている。油圧ポンプ４は電磁切換弁２６を介し
てブームシリンダ５，５′に、また電磁切換弁２
７を介して他方の走行用モータ７にそれぞれ閉回
路で接続されている。この接続回路をアクチユエ
ータ側から見ると、アームシリンダ８は電磁切換
弁２０を通して油圧ポンプ１と電磁切換弁２１を
通して油圧ポンプ２との２個の油圧ポンプに連結
することができる。ブームシリンダ５，５′は電
磁切換弁２２を通して油圧ポンプ２と、電磁切換
弁２４を通して油圧ポンプ３と、電磁切換弁２６
を通して油圧ポンプ４との３つの油圧ポンプに連
結することができる。これ以外のアクチユエー
タ、すなわち旋回モータ１１、バケツトシリンダ
９、走行用モータ６，７はそれぞれ電磁切換弁１
９，２３，２５，２７を通してそれぞれ１個の油
圧ポンプ１，３，４に連結することがきる。電磁
切換弁１９〜２７はスプリングオフセツト時に全
ポートをブロツクし、励磁時は一次側と二次側と
を連通する形式のものであり、その機能を第２図
にシンボル表示する。 第１図に戻り、旋回モータ１１、アームシリン
ダ８、バケツトシリンダ９、ブームシリンダ５，
５′および走行用モータ６，７側のメイン回路に
は、それぞれフラツシング弁ユニツト２８〜３３
が設けられている。このフラツシング弁ユニツト
２８〜３３の詳細な構成を第３図にシンボル表示
する。すなわち、このフラツシング弁ユニツト２
８〜３３は、フラツシング弁３４と４個のチエツ
ク弁３５ａ，３５ｂ，３６ａ，３６ｂとからなつ
ている。フラツシング弁３４はメイン回路に接続
する管路３７ａ，３７ｂの低圧側を、低圧管路３
８ａに連結する。またメイン回路に接続する管路
３７ａ，３７ｂのいずれかが低圧管回路３８ａの
圧力より低下すると、低圧管路３８ａからの圧油
がチエツク弁３５ａまたはチエツク弁３５ｂを通
つて管路３７ａまたは３７ｂに供給されて、メイ
ン回路のキヤビテーシヨンを防止する。さらに管
路３８ｂは第１図に示すようにリリーフ弁３９に
連結しており、メイン回路の圧力の異常上昇を防
止する。 油圧ポンプ１〜４側のメイン回路には、チエツ
ク弁ユニツト４０〜４３が設けられている。この
チエツク弁ユニツト４０〜４３の詳細な構成を第
４図にシンボル表示する。このチエツク弁ユニツ
ト４０〜４３はメイン回路に接続する管路４４
ａ，４４ｂと、低圧側管路４５ａ、管路４５ｂと
を４個のチエツク弁４６ａ，４６ｂ，４７ａ，４
７ｂにより連結したものである。これらのチエツ
ク弁４６ａ，４６ｂ，４７ａ，４７ｂは前述した
フラツシング弁ユニツト２８〜３３内のチエツク
弁と同様な機能を発揮する。低圧側管路４５ａは
第１図に示すようにリリーフ弁４８に連結されて
いる。 第１図に戻り、４９はブーストポンプ、５０は
チエツク弁、５１はアツキユムレータ、５２は低
圧リリーフ弁、５３はフイルタ、５４は油冷却
器、５５はフイルタ保護用のバイパスリリーフ
弁、５６は油タンクである。 上記のような回路に構成すると、電磁切換弁２
４と電磁切換弁２６とを励磁すれば、ブームシリ
ンダ５，５′には油圧ポンプ３と油圧ポンプ４と
からの流量が合流して流入するから、ブームシリ
ンダ５，５′は高速で動作し得る。アームシリン
ダ８に関しても、電磁切換弁２０と電磁切換弁２
１とを励磁すれば、油圧ポンプ１と油圧ポンプ２
とからの流量が合流して流入し、高速動作が可能
である。更に、電磁切換弁２５と電磁切換弁２７
とを励磁し、油圧ポンプ３と油圧ポンプ４とによ
つて走行モータ６，７を駆動している場合でも、
電磁切換弁２２を励磁すれば、ブームシリンダ
５，５′にはポンプ２からの圧油が流入するの
で、ブームシリンダ５，５′は動作することがで
きる。 上述のように、本発明では特定のアクチユエー
タが電磁切換弁を介して複数の油圧ポンプに連結
し得るように構成されるので、油圧ポンプと油圧
アクチユエータとが１対１に対応している従来の
場合と異なり、油圧ポンプの容量を小形化して有
効に利用することができるばかりでなく、走行中
にもブームを動かすことができるので、同時操作
の融通性が増加する。 第１図に示す例では、油圧ポンプ４台、油圧ア
クチユエータ６台、電磁切換弁９台の組合せの場
合を示したが、電磁切換弁の数を増やせば、融通
性をより増加させることができる。 次に第１図に示す油圧回路を制御する方法およ
び手段について述べる。 第１図に示す油圧回路において、例えば電磁切
換弁１９と電磁切換弁２０とを同時に励磁する
と、油圧ポンプ１は旋回モータ１１とアームシリ
ンダ８とに同時に結合するため、それぞれのアク
チユエータの速度を独立に制御することができな
くなり不都合が生ずる。そこで油圧ポンプと油圧
アクチユエータとの結合に関して優先順位を設け
る必要がある。その一例を第１表に示す。

【表】 この表は第１図に示す油圧回路における油圧ポ
ンプと油圧アクチユエータとの結合可能条件を示
すものである。表中の丸の中の数字は各油圧ポン
プと油圧アクチユエータとの結合の優先順位を示
す。例えば、油圧ポンプ１に関しては旋回モータ
１１への結合が最優先であり、旋回モータ１１へ
の結合が不要である時以外は油圧ポンプ１はアー
ムシリンダ８への圧油供給はできない。ブームシ
リンダ５，５′に関しては、走行用モータ６，７
が駆動しており、かつアームシリンダ８が動作し
ている時は動作させることができない。走行モー
タ６，７の駆動により、機械が走行していても、
アームを操作していなければ、ブームを動かすこ
とができる。機械が走行していない時には、バケ
ツトもしくはアームを操作していなければ、複数
の油圧ポンプからの圧油をブームシリンダ５，
５′に合流させることが可能である。但しこのよ
うな優先順位は、その機械に要求される機能や操
作性によつて決まるものである。このため、第１
表に示した方法が唯一のものとは限らないことは
言うまでもない。 第５図は本発明の油圧回路の制御装置の一例を
示すもので、第５図において１ａ〜４ａは第１図
に示す油圧ポンプ１〜４の吐出量を制御するため
のレギユレータ、１９ａ〜２７ａは電磁切換弁１
９〜２７のソレノイドである。５ａはブーム操作
レバー、６ａ，７ａは走行操作レバー、８ａはア
ーム操作レバー、９ａはバケツト操作レバー、１
１ａは旋回操作レバーである。各操作レバー５ａ
〜９ａ，１１ａには例えばポテンシヨメータのよ
うなレバー操作量検出器５a′〜９ａ，１１a′が連
結されている。その検出器の出力は優先順位判定
回路５６およびポンプ吐出量演算回路５７に接続
されている。優先順位判定回路５６は電磁弁切換
タイミング回路５８、電磁弁駆動回路５９を通し
てソレノイド１９ａ〜２７ａに接続されている。
またポンプ吐出量演算回路５７はポンプ吐出量制
御回路６０を通して油圧ポンプ１〜４のレギユレ
ータ１ａ〜４ａに連結している。 優先順位判定回路５６はレバー操作量から油圧
ポンプと油圧アクチユエータとの結合の優先順位
を判定する。ポンプ吐出量演算回路５７はレバー
操作量と優先順位判定回路５６の出力とにもとづ
いて、各油圧ポンプの吐出量を演算する。その結
果を受けて、ポンプ吐出量制御回路６０は油圧ポ
ンプ１〜４のレギユレータ１ａ〜４ａを操作して
油圧ポンプ１〜４の吐出量を制御する。一方、電
磁弁切換タイミング回路５８は、優先順位判定回
路５６の判定結果と、ポンプ吐出量制御回路６０
からのポンプ吐出量情報とにもとづいて、電磁切
換弁の切換時のシヨツクを最小にするタイミング
で電磁弁１９ａ〜２７ａを切換える指令信号を、
電磁弁駆動回路５９を通して電磁弁１９ａ〜２７
ａに出力する。 次に本発明の油圧回路の動作について、旋回動
作とアーム動作との複合操作の場合を例にとつて
説明する。 第６図はその説明のためのタイムチヤートであ
る。第６図においてａはアームレバー操作量、ｂ
は旋回レバー操作量、ｃは油圧ポンプ２の吐出
量、ｄは油圧ポンプ１の吐出量、ｅは電磁切換弁
２１の切換信号、ｆは電磁切換弁１９の切換信
号、ｇは電磁切換弁２０の切換信号、ｈはアーム
シリンダ８の速度を示す。このタイムチヤート
は、時刻t₁においてアーム操作レバー８ａと旋回
操作レバー１１ａとをフルに引き、その後、時刻
t₂において旋回操作レバー１１ａのみ中立に戻
し、時刻t₃においてアーム操作レバー８ａも中立
に戻した場合の例である。 上記のような操作を行つた場合、電磁切換弁１
９，２１は時刻t₁において励磁されるので、油圧
ポンプ１と旋回モータ１１とが連結され、また油
圧ポンプ２とアームシリンダ８とが連結される。
このとき、アーム操作レバー８ａはフルストロー
クにあつても、旋回操作レバー１１ａも動かされ
ているので、優先順位判定回路５６は油圧ポンプ
１における旋回モータ１１とアームシリンダ８と
の優先順位を判定し、電磁切換弁２０を励磁す
る。これにより油圧ポンプ１からアームシリンダ
８への圧油の流入は阻止されるから、アームシリ
ンダ８は全速で動作できない。しかし、時刻t₂に
は旋回レバー１１ａが中立に戻されるから、アー
ムシリンダ８へポンプ１からの供給が可能とな
る。このとき、ただちに電磁切換弁１９を解磁
し、電磁切換弁２０を励磁すると、旋回の急停
止、アームの急加速といつたシヨツクが生ずる。
このシヨツクを改善するために、電磁弁切換タイ
ミング回路５８は油圧ポンプ１の吐出量が微小に
なる時点t₄まで電磁切換弁１９および２０の切換
えを行わないようにタイミングを取る。そして電
磁切換弁１９および２５が切換わつてから、油圧
ポンプ１の吐出量はポンプ吐出量演算回路５７お
よびポンプ吐出量制御回路６０によつて制御され
て、再び増加する。それによつて、アーム８は最
大速度まで加速される。 アームシリンダ８が全速で動作している状態か
ら、時刻t₃においてアーム操作レバー８ａを中立
に戻すと、それにつれて、まず油圧ポンプ１の吐
出量が減少し、その吐出量が微小になつた時点t₅
で電磁切換弁２０が解磁される。それに引続い
て、今度は油圧ポンプ２の吐出量が減少し、その
吐出量が微小になつた時点t₆において電磁切換弁
２１が解磁され、アームシリンダ８は停止する。 上述の制御装置は以上のような制御を実行す
る。 なお、上述の実施例において油圧ポンプと油圧
アクチユエータとを閉回路接続するように説明し
たが、油圧アクチユエータ側の不足油量を補充す
ることができる回路を備えた閉回路、所謂半閉回
路で接続することも可能である。 以上詳述したように、本発明は複数個の油圧ポ
ンプをそれぞれ１個もしくは２個以上の油圧アク
チユエータに電磁弁を介して閉回路で接続し、各
閉回路中の油圧アクチユエータを他の閉回路の油
圧ポンプに電磁弁を介して閉回路接続し、１つの
油圧アクチユエータを１つの油圧ポンプまたは複
数の油圧ポンプからの圧油により、駆動するよう
にしたので、油圧アクチユエータの同時操作（複
合操作）に対する融通性を増加させることができ
るとともに、可変容量形の油圧ポンプの最大容量
の適正化を図ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の建設機械の油圧回路の一例を
示す図、第２図は本発明に用いられる電磁切換弁
の機能を示すシンボル表示図、第３図は本発明に
用いられるフラツシング弁ユニツトの構成と機能
を示すシンボル表示図、第４図は本発明に用いら
れるチエツク弁ユニツトの構成と機能を示すシン
ボル表示図、第５図は本発明の油圧回路を動作さ
せるための制御回路の一実施例を示すブロツク
図、第６図は第５図に示す制御回路によつて制御
される油圧回路の各要素の動作を示すタイムチヤ
ートである。 １〜４……可変容量形の油圧ポンプ、５，５′
……ブームシリンダ、６，７……走行モータ、８
……アームシリンダ、９……バケツトシリンダ、
１１……旋回モータ、１９〜２７……電磁切換
弁、２８〜３３……フラツシング弁ユニツト、４
０〜４３……チエツク弁ユニツト。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数の可変容量形油圧ポンプと、各々が可変
   容量形油圧ポンプからの圧油供給によつて独立し
   て駆動され且つ建設機械の可動部材の１つを駆動
   する複数の油圧アクチユエータと、各油圧アクチ
   ユエータと複数個の可変容量形油圧ポンプとを閉
   回路接続するための複数個の電磁切換弁と、各油
   圧アクチユエータの操作レバーと、各可変容量形
   ポンプの吐出量と各電磁切換弁との切換を制御す
   る制御装置とを備え、少なくとも１つの可変容量
   形油圧ポンプは少くとも２つの油圧アクチユエー
   タにそれぞれ電磁切換弁を介して閉回路接続可能
   に構成された建設機械の油圧回路において、各油
   圧アクチユエータの操操レバーの操作量を検出す
   る検出器と、この検出器からのレバー操作量によ
   り、予め設定された可変容量形油圧ポンプと油圧
   アクチユエータとの結合の優先順位と判定する優
   先順位判定回路と、レバー操作量と優先順位判定
   回路の出力とにより、各可変容量形油圧ポンプの
   吐出量を演算するポンプ吐出量演算回路と、この
   回路からの演算値によりポンプ吐出量を制御する
   ポンプ吐出量制御回路と、前記優先順位判定回路
   からの判定結果とポンプ吐出量制御回路からのポ
   ンプ吐出量情報とにもとづいて電磁切換弁を切換
   える電磁切換弁切換タイミング回路とを備えたこ
   とを特徴とする建設機械の油圧制御回路。