WO2008075648A1

WO2008075648A1 - 油圧ショベルの油圧駆動装置

Info

Publication number: WO2008075648A1
Application number: PCT/JP2007/074233
Authority: WO
Inventors: Kazunori Nakamura
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co., Ltd.
Priority date: 2006-12-18
Filing date: 2007-12-17
Publication date: 2008-06-26
Also published as: JP2008150860A; KR101425245B1; JP4815338B2; KR20090102803A; US8800278B2; EP2103747B1; CN101563508A; EP2103747A1; US20100031649A1; EP2103747A4; CN101563508B

Abstract

【課題】従来の技術では着目されていなかった油圧回路中の圧油の残存エネルギーを利用して水平均し作業が効率的に行える油圧ショベルの油圧駆動装置を提供する。【解決手段】ブームシリンダ１及びアームシリンダ２と、両シリンダ１，２へ圧油を供給する主油圧ポンプ４と、ブームシリンダ１及びアームシリンダ２へ供給する圧油の流れをそれぞれ制御するブーム用方向制御弁７及びアーム用方向制御弁８と、アーム用方向制御弁８を作動油タンク６へ連結するタンク油路８ｃとを備えた油圧ショベルの油圧駆動装置において、タンク油路８ｃを選択的に閉鎖できる流量制御弁１５を設けて、ブーム上げとアームクラウドの複合操作で水平均し作業をしている場合においてアームシリンダ２のロッド側の油圧が設定値以上に上昇したときに、流量制御弁１５でタンク油路８ｃを閉鎖して作動油タンク８ｃへのアームシリンダ２のロッド側の圧油の流出を阻止し、同ロッド側の圧油をブームシリンダ１のボトム側へ供給するように構成した。

Description

明細書

油圧ショベルの油圧駆動装置

技術分野

[0001] 本発明は、ブームシリンダ及びアームシリンダとこれらのシリンダを駆動するための油圧を発生する主油圧ポンプと主油圧ポンプからブームシリンダ及びアームシリンダへ供給される圧油の流れを制御するブームシリンダ用方向制御弁及びアームシリンダ用方向制御弁とを備え、水平均し作業を行うことができる油圧ショベルの油圧駆動装置に関する。

背景技術

[0002] 油圧ショベルは、クローラ等で走行する下部走行体と、この下部走行体上に旋回可能に設置された上部旋回体とを設けて車体を構成している。また、掘削作業等を行うためのブーム、アーム及びパケットのような作業用機具と、これらの作業用機具をそれぞれ駆動するためのブームシリンダ、アームシリンダ及びバケツトシリンダと称する各種油圧シリンダとを設けてフロント作業機を構成している。そして、こうして構成されたフロント作業機を上部旋回体に設置して土砂の掘削作業等の種々の作業を行う。

[0003] この油圧ショベルは、前記の各種油圧シリンダ等、種々の油圧ァクチユエ一タを駆動、制御するため、種々の油圧ァクチユエ一タへ圧油を供給するための油圧の発生源となる主油圧ポンプと、この主油圧ポンプから各油圧ァクチユエータへ供給される圧油の流れをそれぞれ制御する各方向制御弁と、各油圧ァクチユエータから各方向制御弁を通じて排出される圧油を貯溜する作動油タンクとを備えた油圧駆動装置を設けている。こうした油圧駆動装置では、油圧シリンダを駆動する場合、油圧ポンプの圧油を、方向制御弁を通じて油圧シリンダのボトム側及びロッド側の一方の側に供給し、他方の側から排出して駆動するが、フロント作業機の複数の油圧シリンダについて複合操作をする場合に、通常の油圧駆動装置では、油圧シリンダの他方の側すなわち圧油排出側から排出される圧油を、その複合操作に有効に活用しないでそのまま作動油タンクに逃がしていた。

[0004] 油圧ショベルにおいて、例えば、ブームシリンダ及びアームシリンダのボトム側に圧油を供給してこれらを伸長してブーム上げ及びアームクラウドの複合操作 (ブームを上方に傾動させながらアームを下方に揺動させる複合操作)を行うと、ブームシリンダにおける圧油供給側すなわわちボトム側の油圧が高圧となり、これに伴ってブームシリンダにおける圧油排出側すなわちロッド側の油圧も上昇する力 S、こうしたエネルギーの残存するロッド側の油圧を有効に活用することなく作動油タンクに捨てていた。出願人は、こうした問題に着目して、それまで有効利用されていなかった油圧シリンダの圧油排出側の圧油を油圧シリンダの複合操作時に有効に活用できるようにするため、特許文献 1に記載の技術をすでに開発して!/、る。

[0005] そこで、この特許文献 1に記載の技術を従来の技術として位置付けて、後述する本発明の特徴を容易に理解できるようするため、この従来の技術の内容を以下に概説する。その際、特許文献 1で使用している用語や符号を括弧内に付記しながら、本発明と関連する部分の技術内容を中心に説明する。

[0006] この特許文献 1に記載の従来の技術に係る油圧ショベルの油圧駆動装置は、発明の実施の形態の説明では、フロント作業機の油圧ァクチユエータをなし互に複合操作されるブームシリンダ（6)及びアームシリンダ（7)と、ブームシリンダ（6)及びアームシリンダ（7)へ供給するための油圧の発生源として共用される主油圧ポンプ（21)とを備えている。また、ブームシリンダ（6)やアームシリンダ（7)をこうした共通の主油圧ポンプ（21)の圧油で駆動できるようにするため、その圧油を両油圧ァクチユエータへ供給する並列の管路（27, 28)を備えている。さらに、主油圧ポンプ（21)からブームシリンダ（6)へ供給される圧油の流れを制御するブーム用方向制御弁（23)と、主油圧ポンプ（21)からアームシリンダ（7)へ供給される圧油の流れを制御するアーム用方向制御弁（24)と、ブーム用方向制御弁（23)やアーム用方向制御弁（24)を作動油タンク（タンク（43) )へ連結するタンク油路（42)とを備えて!/、る。

[0007] 特許文献 1に記載の従来の技術では、こうした油圧駆動装置において、タンク油路

(42)とアーム用方向制御弁（24)の上流側とを連通させる連通路 (40)と、タンク油路 (42)に設けられこのタンク油路 (42)を選択的に閉鎖することができる閉鎖手段としての合流切換弁（44)とを設けている。この合流切換弁（44)は、アームシリンダ（7) のボトム側の圧力が所定圧力値以上の高圧となったときに、この圧力により、開位置力、ら閉位置に切り換えられる常開の油圧パイロット式切換弁である。この合流切換弁 (44)は、開位置にあるときに、ブーム用方向制御弁（23)を通じてブームシリンダ（6) 力、ら排出される油圧を作動油タンクに戻せるようにし、アームシリンダ（7)のボトム側の圧力が所定圧以上の高圧となって閉位置に切り換えられたとき、ブームシリンダ（6) の特にロッド側の油圧が作動油タンクに戻されるのを阻止する働きをする。

[0008] この従来の技術に係る油圧駆動装置は、以上のような手段を備えて!/、るので、ブームシリンダ（6)及びアームシリンダ（7)を伸長させてブーム上げ及びアームクラウドの複合操作により土砂の掘削作業をしているときに、アームシリンダ（7)のボトム側の圧力が所定圧力値以上の高圧になると、合流切換弁（44)でタンク油路 (42)を閉鎖することにより、タンク油路 (42)に排出されたブームシリンダ（6)のロッド側の圧油を連通路 (40)に導いてアーム用方向制御弁（24)の上流側に供給する。このブームシリンダ（6)のロッド側の圧油は、主油圧ポンプ（21)力、らアームシリンダ（7)に供給される圧油とアーム用方向制御弁（24)の上流側で合流し、合流したこれらの圧油が同方向制御弁（24)を経由してアームシリンダ（7)のボトム側へ供給される。したがって、この油圧駆動装置によれば、ブームシリンダ ½)及びアームシリンダ（7)について複合操作をする場合に、エネルギーの残存するブームシリンダ（6)のロッド側の油圧を有効に活用してアームシリンダ（7)を従前よりも迅速に伸長させることができる。

特許文献 1：特開 2004— 346485号公報（第 5— 12頁、図 1 2)

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0009] 特許文献 1に記載の従来の技術に係る油圧駆動装置は、ブーム上げ及びアームクラウドの複合操作により土砂の掘削作業を行う場合に、エネルギーの残存するブームシリンダのロッド側の油圧をアームシリンダの増速のために活用して油圧のエネルギ一の利用効率を向上させるようにしており、省エネルギーの技術として望ましいものである。し力、しながら、この従来の油圧駆動装置にあっては、こうしたブーム上げ及びァームクラウドの複合操作により作業を行う場合にぉレ、て、利用方法を看過して!/、る未利用の残存エネルギーが存在していて、油圧回路中に残存する圧油のエネルギーを未だ十分に活用しているとはいえない。以下、この点について言及する。 [0010] ブーム上げ及びアームクラウドの複合操作時において活用できる可能性のある圧油の残存エネルギーをみると、この圧油の残存エネルギーは、ブームシリンダ及びァ一ムシリンダの各ロッド側から排出される圧油の圧力である力こうした圧油の残存ェネルギーを活用できるようにするには、その圧油を作動油タンクへ逃がさないようにすることが必要である。従来の技術では、こうした圧油の残存エネルギーのうちのブームシリンダのロッド側の油圧については、作動油タンクへ逃がさないようにして残存ェネルギーを活用している力アームシリンダのロッド側の圧油については、想定している作業の性格上残存エネルギーを活用することについて全く着目していない。

[0011] そこで、この点について考察すると、従来の技術で想定しているブーム上げ及びァームクラウドの複合操作による作業は、実質上、土砂の掘削作業のような作業であり

、特許文献 1をみる限り、この種の作業以外の作業は、具体的に想定していない。こうした土砂の掘削作業においてアームクラウドさせる場合には、パケットを地中に押し込んでこれに掘削土砂を詰め込むことができるように、アームシリンダの伸長によりァームを強い力で下方に揺動させることが必要である。

[0012] それゆえ、アームシリンダのロッド側の圧油は、こうしたアームの揺動動作の妨げにならないようにするため、アームシリンダを伸長させるときに作動油タンクへ可及的速やかに排出できるようにすることが必要である。こうしたこと力、土砂の掘削作業においては、アームシリンダのロッド側の圧油を作動油タンクへ逃がさないようにしてこのロッド側の油圧の残存エネルギーを活用し得るようにすることは、作業の性格上不可能である。また、その当然の結果として、こうしたアームシリンダのロッド側の油圧の残存エネルギーにつレ、て、その活用に着目することそれ自体も困難である。

[0013] 一方、発明者は、油圧ショベルの油圧駆動装置につ!/、て、省エネルギーの方策を種々研究した力その研究の過程で、ブーム上げ及びアームクラウドの複合操作による作業であっても、水平均し作業であれば、アームシリンダの各ロッド側から排出される圧油の残存エネルギーを有効に活用し得る余地のあることを見出した。この水平均し作業は、ブーム上げとアームクラウドの複合操作を行うことにより、パケットの先端部を油圧ショベルの前方より手前に水平移動させて掘削後の地面を水平に地均しする作業である。こうしたパケットの先端部を水平に移動させる水平均し作業を成立させるためには、アームをクラウドさせてバケツトを手前に水平移動させているときに、了ームが自重で落ちる（下方に揺動する）のをアームシリンダで阻止しながら、ブーム上げ及びアームクラウドの複合操作によりパケットの先端部が同じ高さを保持するようにすることが必要である。

[0014] こうしたアームの動作を実施可能にするため、水平均し作業を実施する際には、ァ一ムシリンダのロッド側の圧油が作動油タンクに自由に逃げないようにアームシリンダ用方向制御弁の排出側の流路を絞ってアームシリンダのロッド側に圧を立てるようにしている。それゆえ、水平均し作業においては、土砂の掘削作業とは異なり、アームシリンダのロッド側の圧油を作動油タンクへ逃がさないようにしてこのロッド側の油圧の残存エネルギーを活用し得るようにすることは、作業の性格上可能であると考えた。そして、アームシリンダのピストンの受圧面積は、ロッド側がボトム側よりも小さいことから、アームシリンダのロッド側の油圧は、圧力それ自体、ボトム側の油圧よりも大きく、有効な未利用エネルギーとして活用し得る余地があるものと考えた。こうしたこと力、ら、従来の技術では着目されていなかったアームシリンダのロッド側の圧油の残存ェネルギーを、水平均し作業を実施するときの作業効率の向上のために利用することに着眼した。

[0015] 本発明は、こうした技術的背景の下に創作されたものであり、その技術的課題は、従来の技術では着目されていなかった油圧回路中の圧油の残存エネルギーを利用して水平均し作業を効率的に行うことができる油圧ショベルの油圧駆動装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0016] 本発明は、前記の技術的課題を達成するため、

フロント作業機のブーム及びアームをそれぞれ駆動するためのブームシリンダ及びアームシリンダと、これらのブームシリンダ及びアームシリンダへ供給するための油圧の発生源となる主油圧ポンプと、この主油圧ポンプからブームシリンダへ供給される圧油の流れを制御するブームシリンダ用方向制御弁と、主油圧ポンプからアームシリンダへ供給される圧油の流れを制御するアームシリンダ用方向制御弁と、アームシリンダ用方向制御弁を作動油タンクへ連結するタンク油路とを備えた油圧ショベルの油圧駆動装置において、

このタンク油路を選択的に閉鎖することができる閉鎖手段を設けて、ブームシリンダ及びアームシリンダの各ボトム側に圧油を供給して両シリンダを複合操作することにより水平均し作業を行っている場合においてアームシリンダのロッド側の圧油の圧力が所定圧力値以上の高圧となったときに、閉鎖手段でタンク油路を閉鎖することによりアームシリンダのロッド側の圧油が作動油タンクへ逃げるのを阻止するとともに、このアームシリンダのロッドの圧油をブームシリンダ用方向制御弁を経由してブームシリンダのボトム側へ供給するように構成した。

[0017] 本発明の油圧ショベルの油圧駆動装置は、「タンク油路を選択的に閉鎖することができる閉鎖手段を設けて、水平均し作業を行っている場合においてアームシリンダのロッド側の圧油の圧力が所定圧力値以上の高圧となったときに、閉鎖手段でタンク油路を閉鎖することによりアームシリンダのロッド側の圧油が作動油タンクへ逃げるのを阻止するとともに、このアームシリンダのロッドの圧油をブームシリンダ用方向制御弁を経由してブームシリンダのボトム側へ供給するように構成した」ので、以下に述べるように、水平均し作業の実施時にブーム上げの速度を従来よりも速くすることができる

[0018] すなわち、ブームシリンダ及びアームシリンダの各ボトム側に圧油を供給して水平均し作業を実施することにより、アームシリンダのロッド側の圧油の圧力が所定圧力値以上の高圧となって、水平均し作業が実施されていることを識別できたときには、閉鎖手段でタンク油路を閉鎖し、これにより、アームシリンダのロッド側の圧油の圧力を一層高めて、ブームシリンダのボトム側の圧油の圧力を増強させ得るまでに高めること力 Sできる。そして、この高圧のアームシリンダのロッド側の圧油を作動油タンクへ逃がすことなくブームシリンダ用方向制御弁を経由してブームシリンダのボトム側へ供給すると、この高圧の圧油は、主油圧ポンプからブームシリンダのボトム側へ供給されている圧油と合わさって、ブームシリンダを従来よりも迅速に伸長させることができる。このように、本発明の油圧ショベルの油圧駆動装置によれば、従来の技術では着目されていなかった油圧回路中の圧油の残存エネルギーであるアームシリンダの口ッド側の圧油の圧力を利用して水平均し作業を効率的に行うことができる。発明の効果

[0019] 以下の説明から明らかなように、本発明の油圧ショベルの油圧駆動装置は、前記の〔課題を解決するための手段〕の項に示したように構成されているので、従来の技術では着目されていなかった油圧回路中の圧油の残存エネルギーを利用して水平均し作業を効率的に行うことができ、油圧駆動装置の省エネルギー化の向上に資すること力 Sでさる。

発明を実施するための最良の形態

[0020] 以下、本発明が実際上どのように具体化されるのかを図 1及び図 2を用いて説明することにより、本発明を実施するための望ましい形態を明らかにする。

[0021] 図 1は、本発明を具体化して構成した油圧ショベルの油圧駆動装置についての油圧回路図、図 2は、図 1の油圧駆動装置を設けた油圧ショベルの側面図である。なお、図 2において、油圧駆動装置は、方向制御弁 7, 8等各部を簡略化して図示しているので、油圧駆動装置の詳細については、図 1の油圧回路図を参照されたい。

[0022] まず、図 2に基づき、図 1の油圧駆動装置が設けられる自走式の油圧ショベルについて概説する。

[0023] この自走式の油圧ショベルは、大別すると、土砂の掘削作業及び掘削土砂の積載作業や後述する水平均し作業等、種々の作業を行うためのフロント作業機 30と、このフロント作業機 30が設置される走行可能な車体 20とで構成される。このうち、車体 20 は、上部旋回体 22を設置するための基台となり作業現場を走行することが可能な下部走行体 21と、この下部走行体 21上に旋回可能に搭載された旋回フレーム 22a及びこの旋回フレーム 22a上に設置された諸装置からなる上部旋回体 22とを設けて構成される。旋回フレーム 22a上には、フロント作業機 30のほ力、、後述する主油圧ポンプ 1、これを駆動するエンジン 2及び各種制御装置等を内蔵した建屋 22b、運転室 2 2c等の種々の装置が設置されている。また、下部走行体 21は、スプロケットの回転が伝動されるエンドレスチェーン状のクローラ 21aにより走行する。

[0024] 一方、車体 20上に設置されるフロント作業機 30は、後端部が旋回フレーム 22aの前部に垂直方向に回動 (傾動）可能に軸着されて設置されたブーム 31と、後端部がこのブーム 31の前端部に垂直方向に回動（揺動）可能に軸着されたアーム 32と、このアーム 32の前端部に垂直方向に回動可能にかつ着脱可能に軸着されたパケット 33とを備えている。また、これらの作業用機具をそれぞれ駆動するための油圧ァクチユエータとして、後述する図 1に図示のブームシリンダ 1及びアームシリンダ 2や図 1への図示を省略しているバケツトシリンダ 3を備えている。これらのブームシリンダ 1、ァ一ムシリンダ 2及びバケツトシリンダ 3は、それぞれ、伸縮させてブーム 31、アーム 32 及びパケット 33を垂直方向に回動させるように駆動する。

[0025] 図 1及び図 2に基づき、本発明を具体化して構成した油圧ショベルの油圧駆動装置について説明する。

[0026] 図 1及び図 2において、 1は油圧により伸縮させてブーム 31を回動させるように駆動するブームシリンダ、 laはシリンダチューブのボトム側の室をなし圧油が供給又は排出されるブームシリンダ 1のボトム側室、 lbはシリンダチューブのピストンロッド側の室をなし圧油が供給又は排出されるブームシリンダ 1のロッド側室、 2は油圧により伸縮させてアーム 32を回動させるように駆動するアームシリンダ、 2aはアームシリンダ 2のボトム側室、 2bはアームシリンダ 2のロッド側室、 4はブームシリンダ 1及びアームシリンダ 2へ供給するための油圧の発生源となる可変容量型の主油圧ポンプ、 4aは主油圧ポンプ 4の圧油を供給するための第 1の圧油供給管路、 4bは主油圧ポンプ 4の圧油を供給するための第 2の圧油供給管路、 5は油圧ショベルの動力源となりこの主油圧ポンプ 4を駆動するためのエンジン、 6は作動油を貯溜するための作動油タンクである。

[0027] 図に示す例では、ブームシリンダ 1及びアームシリンダ 2へ供給するための油圧の発生源として 1台の可変容量型の主油圧ポンプ 4を共用している。油圧ショベルでは、ブームシリンダ 1及びアームシリンダ 2のうちの複数の油圧ァクチユエータについて、時を同じくして駆動するいわゆる複合操作が行われる。こうした複合操作が共通の主油圧ポンプ 4で行えるようにするため、主油圧ポンプ 4の圧油をブームシリンダ 1及びアームシリンダ 2に対して互に並列の油路により供給するように配管している。すなわち、主油圧ポンプ 4の圧油を、アームシリンダ 2へは第 2の圧油供給管路 4bを通じて供給し、ブームシリンダ 1へはこの圧油供給管路 4bと並列の第 1の圧油供給管路 4 aを通じて供給するように配管し、両圧油供給管路 4a, 4bに均等の圧を導き得るようにしている。

[0028] 7は主油圧ポンプ 4力、らブームシリンダ 1へ供給される圧油の流れや流量を切り換えて同シリンダ 1の運動を制御するブーム用方向制御弁、 7aはブーム用方向制御弁 7 をブームシリンダ 1のボトム側室 laへ連結するブーム用方向制御弁 7のボトム側管路、 7bはブーム用方向制御弁 7をブームシリンダ 1のロッド側室 lbへ連結するブーム用方向制御弁 7のロッド側管路、 7cはブーム用方向制御弁 7を作動油タンク 6へ連結するブーム用方向制御弁 7のタンク管路、 8は主油圧ポンプ 4からアームシリンダ 2へ供給される圧油の流れや流量を切り換えて同シリンダ 2の運動を制御するアーム用方向制御弁、 8aはアーム用方向制御弁 8をアームシリンダ 2のボトム側室 2aへ連結するアーム用方向制御弁 8のボトム側管路、 8bはアーム用方向制御弁 8をアームシリンダ 2のロッド側室 2bへ連結するアーム用方向制御弁 8のロッド側管路、 8cはアーム用方向制御弁 8を作動油タンク 6へ連結するアーム用方向制御弁 8のタンク管路、 8dは水平均し作業を実施できるようにするためにアーム用方向制御弁 8内の排出側の流路に付設した絞りである。

[0029] 油圧ショベルの油圧駆動装置には、実際上は、バケツトシリンダ 3やこのシリンダ 3の運動を制御するパケット用方向制御弁も設けている力これらは、本発明の本質に直接的には関係しないので、図 1及び図 2における油圧回路中への図示は省略している。方向制御弁 7, 8は、そのそれぞれを操作するための図示しない操作レバー等の各操作手段を操作すると、図示しな!/、パイロットポンプの油圧パイロット圧が各操作手段の操作量に応じた圧力値に調整されて、各方向制御弁 7, 8の信号受け部に出力される。その結果、方向制御弁 7, 8は、それぞれ、油圧パイロット圧の圧力値に応じて開口量が調節されてブームシリンダ 1及びアームシリンダ 2の各駆動速度を制御する。また、各操作手段の操作方向により、それぞれ、方向制御弁 7, 8を中立位置力、ら左位置又は右位置に切り換えてブームシリンダ 1及びアームシリンダ 2の駆動方向を制御する。

[0030] そこで、各方向制御弁 7, 8の働きについて更に具体的に述べる。ブーム用方向制御弁 7は、圧力調整された油圧パイロット圧力 S、図示しないパイロット管路を通じての左の信号受け部へ出力されると、中立位置から左位置（図 1に示す位置）に切り換えられる。そうすると、このブーム用方向制御弁 7は、主油圧ポンプ 4の圧油を、ボトム側管路 7aを通じてブームシリンダ 1のボトム側室 l aへ供給するとともに、そのロッド側室 lbの圧油を、ロッド側管路 7bからタンク管路 7cを通じて作動油タンク 6へ排出し、これにより、ブームシリンダ 1を伸長させてブーム上げ操作を行う。

[0031] 同様にして、油圧パイロット圧力図示しないパイロット管路を通じて右の信号受け部へ出力されると、ブーム用方向制御弁 7は、右位置に切り換えられる。そうすると、このブーム用方向制御弁 7は、主油圧ポンプ 4の圧油を、ロッド側管路 7bを通じてブ一ムシリンダ 1のロッド側室 lbへ供給するとともに、そのボトム側室 laの圧油を、ボトム側管路 7aからタンク管路 7cを通じて作動油タンク 6へ排出し、これにより、ブームシリンダ 1を縮小させてブーム下げ操作を行う。以上の切換操作の間、ブーム用方向制御弁 7は、操作手段の操作量に応じて開口量が調節され、これにより、ブームシリンダ 1の伸縮する速度を制御する。

[0032] 一方、アーム用方向制御弁 8は、圧力調整された油圧パイロット圧力図示しないノイロット管路を通じての左の信号受け部へ出力されると、中立位置から左位置（図 1 に示す位置）に切り換えられる。そうすると、このアーム用方向制御弁 8は、主油圧ポンプ 4の圧油を、ボトム側管路 8aを通じてアームシリンダ 2のボトム側室 2aへ供給するとともに、そのロッド側室 2bの圧油を、ロッド側管路 8bからアーム用方向制御弁 8内の絞り 8d及びタンク管路 8cを経て作動油タンク 6へ排出し、これにより、アームシリンダ 2を伸長させてアームクラウド操作を行う。

[0033] 同様にして、油圧パイロット圧力図示しないパイロット管路を通じて右の信号受け部へ出力されると、アーム用方向制御弁 8は、右位置に切り換えられる。そうすると、このアーム用方向制御弁 8は、主油圧ポンプ 4の圧油を、ロッド側管路 8bを通じてァ一ムシリンダ 2のロッド側室 2bへ供給するとともに、そのボトム側室 2aの圧油を、ボトム側管路 8aからタンク管路 8cを通じて作動油タンク 6へ排出し、これにより、アームシリンダ 2を縮小させてアームダンプ操作を行う。以上の切換操作の間、アーム用方向制御弁 8は、操作手段の操作量に応じて開口量が調節され、これにより、アームシリンダ 2の伸縮する速度を制御する。

[0034] 10はアーム用方向制御弁 8のロッド側管路 8bから分岐して設けられアームシリンダ 2のロッド側室 2bの圧油をブーム用方向制御弁 7を経由してボトム側管路 7aへ供給するための連通管路、 10aは後記連通管路用のポペット弁 14のパイロット油を同ポペット弁 14の二次側の連通管路 10へ導くためのパイロット管路としての副管路、 11 は連通管路 10から分岐して設けられアームシリンダ 2のロッド側室 2bの圧油を油圧パイロット圧として導くためのパイロット管路、 12は次に述べる切換弁 13と連通管路用のポペット弁 14とからなり連通管路 10を選択的に開放することができる開放手段としてのブーム合流流量制御弁（ロジック弁）、 13は副管路 10aに設けられ通常は右位置に切り換えられて副管路 10aを閉鎖しているスプリングオフセットパイロット方式の 2 ポート 2位置の切換弁、 14はこの切換弁 13による副管路 10aの閉鎖時には連通管路 10を閉鎖し切換弁 13による副管路 10aの開放時には連通管路 10を開放する連通管路用のポペット弁である。

[0035] 切換弁 13は、流量制御が可能な常閉の開閉弁に相当する力後述する所定圧力値以上の設定された油圧パイロット圧がパイロット管路 11を通じて信号受け部へ送られると、左位置に切り換えられて副管路 10aを開放し、これにより、連通管路用のポペット弁 14内のパイロット油を、副管路 10aを通じて連通管路 10へ逃がす。その場合、この切換弁 13は、パイロット管路 1 1から信号受け部へ送られる油圧パイロット圧の大きさに応じて開口量が調節され、これにより、切換弁 13を通過するパイロット油の流量が調整される。切換弁 13は、このパイロット油の流量を調整することにより、次に述べる連通管路用のポペット弁 14の開口量を制御することができる。

[0036] 連通管路用のポペット弁 14は、上下方向に移動する弁体 14aを備え、この弁体 14 aが上位置にあるときに連通管路 10を閉鎖し、この上位置から下方へ移動すると、連通管路 10を開放して、アームシリンダ 2のロッド側室 2bの圧油が連通管路 10を通じてブーム用方向制御弁 7へ送られる。その場合、弁体 14aの下方への移動量に応じて開口量が調節され、これにより、ポペット弁 14を通過する圧油の流量が調整される。このポペット弁 14は、内部のパイロット油を切換弁 13の開放により外部に流出させると、弁体 14aが上位置から下方へ移動し、そうでないときには、上位置にセットされて連通管路 10を閉鎖している。その場合、弁体 14aの下方への移動量は、流出するパイロット油の流量すなわち切換弁 13の開口量に応じて調節される。したがって、連通管路 10内の圧油の流れは、帰するところ、パイロット管路 11内の油圧パイロット圧により制御をすることができ、本明細書では、こうした制御をするための切換弁 13と連通管路用のポペット弁 14との集合体をブーム合流流量制御弁 12として位置付けている。

[0037] ブーム上げとアームクラウドの複合操作により水平均し作業を行うと、ブーム用方向制御弁 7及びアーム用方向制御弁 8は、図 1に示すように左位置に切り換えられる。その結果、ブームシリンダ 1のボトム側室 la及びアームシリンダ 2のボトム側室 2aに主油圧ポンプ 4の圧油が供給され、ブームシリンダ 1のロッド側室 lb及びアームシリンダ 2のロッド側室 2bの圧油がそれぞれロッド側管路 7b及びロッド側管路 8bへ排出される。このとき、アームシリンダ 2のロッド側室 2bの圧油は、ロッド側管路 8bからアーム用方向制御弁 8を経てタンク管路 8cへ逃げようとする力、アーム用方向制御弁 8内の排出側の流路を絞り 8dで絞ってアームシリンダ 2のロッド側室 2b内に圧をこもらせることにより、アーム 32が自重で落ちるのを阻止して、アーム 32によりバケツト 33を水平移動させる水平均し作業を実施できるようにして!/、る。

[0038] その結果、アームシリンダ 2のロッド側室 2b内の圧は、アームシリンダ 2のボトム側室

2a側からピストン 2cに作用する油圧と同ピストン 2cに作用するアーム 32の自重による力とにより高められ、これに伴って、ロッド側管路 8b内の油圧も上昇する。そして、互いに並列接続された第 1の圧油供給管路 4a及び第 2の圧油供給管路 4bを通じてブームシリンダ 1のボトム側室 la及びアームシリンダ 2のボトム側室 2aにそれぞれ供給される圧油の圧は均等であり、また、アームシリンダ 2のピストン 2cの受圧面積は、ロッド側室 2bの側がボトム側室 2aの側よりも小さいことから、アームシリンダ 2のロッド側室 2bの油圧は、ボトム側室 2aの油圧よりも大き!/、。

[0039] これらのことから、水平均し作業時において、アームシリンダ 2のロッド側室 2b内の圧は、これを作動油タンク 6に逃がさないようにすれば、ブームシリンダ 1のボトム側室 la内の圧よりも高くすることが可能である。したがって、水平均し作業時にタンク管路 8cを閉鎖した状態において、アームシリンダ 2のロッド側室 2b内の圧油を、連通管路 10からブーム用方向制御弁 7を経由させて主油圧ポンプ 4の圧油と合流させ、ボトム側管路 7aを通じてブームシリンダ 1のボトム側室 l aへ供給すれば、ブームシリンダ 1 の増速のために活用することができる。

[0040] パイロット管路 11は、こうしたアームシリンダ 2のロッド側室 2b内の圧油を油圧パイ口ット圧として切換弁 13や後述する切換弁 16の信号受け部に導く管路であり、切換弁 13は、そのロッド側室 2bの圧油の圧力が予め設定された所定圧力値以上の高圧となったときに左位置に切り換えられる。そうすると、切換弁 13は、副管路 10aを開放して連通管路用のポペット弁 14内のパイロット油の一部を同ポペット弁 14の下流側の連通管路 10に逃がし、これにより、ポペット弁 14は、連通管路 10を開放してアームシリンダ 2のロッド側室 2b内の油圧を、連通管路 10を通じてブーム用方向制御弁 7へ送ってボトム側管路 7aの圧油と合流させる。

[0041] 切換弁 13や後述する切換弁 16を水平均し作業時に右位置に切り換えるためのパイロット管路 11の油圧パイロット圧に係る設定値は、基本的には水平均し作業が実施されていることを識別するための信号圧である。したがって、その設定値は、例えば、水平均し作業時に想定されるアームシリンダ 2のロッド側の圧力の値に設定したり、土砂の掘削作業時におけるアームシリンダ 2のロッド側の圧力値と区別し得るだけの大きな値に設定したりする等、水平均し作業の実施を識別することが可能なアームシリンダ 2のロッド側の圧力に係る設定値であればよぐ当業者が設計上任意に選択すること力 Sでさる。

[0042] 8c 'は後記タンク管路用のポペット弁 17内のパイロット油を同ポペット弁 17の二次側のタンク管路 8cへ導くためのパイロット管路としての副管路、 15は次に述べる切換弁 16とタンク管路用のポペット弁 17とからなりタンク管路 8cを選択的に閉鎖することができる閉鎖手段としてのアームメータアウト流量制御弁（ロジック弁）、 16は副管路 8 c 'に設けられ通常は右位置に切り換えられて副管路 8c 'を開放しているスプリングォフセットパイロット方式の 2ポート 2位置の切換弁、 17はこの切換弁 16による副管路 8 c 'の開放時にはタンク管路 8cを開放し切換弁 16による副管路 8c 'の閉鎖時にはタンク管路 8cを閉鎖するタンク管路用のポペット弁である。

[0043] 切換弁 16及びタンク管路用のポペット弁 17は、既述の切換弁 13及び連通管路用のポペット弁 14と構造上基本的に差異はなぐ切換弁 16が流量制御が可能な常開の開閉弁の働きをして!/、る点で、常閉の開閉弁の働きをする切換弁 13と相違するだけである。油圧パイロット圧としてのアームシリンダ 2のロッド側室 2bの油圧は、パイ口ット管路 11を通じて切換弁 16の信号受け部にも導かれ、この油圧が予め設定されたの前記所定圧力値以上の高圧となったときに切換弁 16を左位置に切り換える。そうすると、切換弁 16は、切換弁 13とは逆に副管路 8c 'を閉鎖し、これにより、ポペット弁 17は、ポペット弁 14とは逆にタンク管路 8cを閉鎖して、アームシリンダ 2のロッド側室 2b内の油圧が作動油タンク 6へ逃げるのを阻止する。その結果、アームシリンダ 2のロッド側室 2b内の圧を確実に高めることができる。

[0044] 以上の手段を備えた油圧ショベルの油圧駆動装置にお!/、てブーム上げ及びァームクラウドの複合操作により水平均し作業を実施するときの作用効果について説明す

[0045] いま、ブームシリンダ 1のボトム側室 laとアームシリンダ 2のボトム側室 2aに圧油を供給して両シリンダ 1 , 2を複合操作することにより水平均し作業を実施したものとすると、アーム用方向制御弁 8内の排出側の流路が絞り 8dで絞られているため、アームシリンダ 2のロッド側室 2b内に油圧がこもって上昇し、やがて、アームシリンダ 2のロッド側室 2b内の油圧が所定圧力値以上の高圧となり、これにより、水平均し作業が実施されていることを識別すること力 Sできる。こうした状態において、このロッド側室 2b内の油圧は、油圧パイロット圧の制御信号としてパイロット管路 11を通じてブーム合流流量制御弁 12及びアームメータアウト流量制御弁 15に出力され、両流量制御弁 12, 15 を作動させて、連通管路 10を開放するとともにタンク管路 8cを閉鎖する。

[0046] こうしてタンク管路 8cを閉鎖したことにより、アームシリンダ 2のロッド側室 2bの圧油を作動油タンク 6へ逃がすことなぐその圧油の圧力を一層高めて、ブームシリンダ 1 のボトム側室 laの油圧を増強させ得るまでに高めることができる。そして、連通管路 1 0を開放したことにより、この高圧のロッド側室 2bの圧油は、連通管路 10からブームシリンダ用方向制御弁 7を経由した後にボトム側管路 7aを通じてブームシリンダのボトム側室 laへ供給される。この圧油は、主油圧ポンプ 4からブームシリンダ 1のボトム側室 laへ供給されている圧油と合わさって、ブームシリンダ 1を従来よりも迅速に伸長させること力 Sできる。このように、本油圧ショベルの油圧駆動装置によれば、従来の技術では着目されていなかった油圧回路中の圧油の残存エネルギーであるアームシリンダ 2のロッド側の圧油の圧力を利用して水平均し作業を効率的に行うことができ

[0047] 次に、本油圧ショベルの油圧駆動装置においてブーム上げ及びアームクラウドの複合操作により土砂の掘削作業を実施するときの作用効果について説明する。

[0048] いま、ブームシリンダ 1のボトム側室 laとアームシリンダ 2のボトム側室 2aに圧油を供給して両シリンダ 1 , 2を複合操作することにより土砂の掘削作業を実施したものとすると、アーム用方向制御弁 8内の排出側の流路が絞り 8dで絞られているため、水平均し作業の実施時と同様、アームシリンダ 2のロッド側室 2b内に油圧がこもる力ァーム 32をクラウドさせて土砂の掘削作業を実施すると、パケット 33が地中に押し込まれることにより、アーム 32を上方に持ち上げるような掘削反力がパケット 33を通じてァーム 32に作用する。そうすると、このアーム 32の掘削反力が、アームシリンダ 2のロッド側室 2bを拡大させるような傾向の力をピストン 2cに加えるため、アームシリンダ 2の口ッド側室 2b内の油圧は、水平均し作業の実施時のようには高まらない。

[0049] そのため、アームシリンダ 2のロッド側室 2bの圧油の圧力は、前記の予め設定された所定圧力値までには上昇せず、ブーム合流流量制御弁 12及びアームメータアウト流量制御弁 15の何れも作動させることができず、連通管路 10及びタンク管路 8cは、水平均し作業の実施時とは逆に、それぞれ閉鎖状態及び開放状態にある。したがつて、ブームシリンダ 1のボトム側室 l aには、主油圧ポンプ 4の圧油だけがボトム側管路 7aを通じて供給されるとともに、ブームシリンダ 1のロッド側室 lbの圧油は、ロッド側管路 7bからタンク管路 7cを通じて排出されて、通常通りのブーム上げ操作が行われる。また、アームシリンダ 2のボトム側室 2aには、主油圧ポンプ 4の圧油がボトム側管路 8aを通じて供給されるとともに、アームシリンダ 2のロッド側室 2bの圧油は、ロッド側管路 8bから連通管路 10を流れることなぐアーム用方向制御弁 8及びタンク管路 8cを経て排出されて、通常通りのアームクラウド操作が行われる。

[0050] 以上のように、本油圧ショベルの油圧駆動装置では、ブーム上げ及びアームクラウドの複合操作時にぉレ、て、水平均し作業が実施されて!、るか土砂の掘削作業が実施されて!/、るかを、パイロット管路 11内の油圧パイロット圧により自動的に識別することができる。そして、水平均し作業が実施されていることが識別されたときには、これまで未利用のアームシリンダ 2のロッド側の圧油の残存エネルギーを利用して水平均し作業を効率的に実施することができ、油圧駆動装置の省エネルギー化の向上に資することができる。また、水平均し作業の効率化のために特別に付加した油圧駆動装置における手段は、土砂の掘削作業の油圧駆動操作になんらの支障をももたらさないので、土砂の掘削作業が実施されていることが識別されたときは、土砂の掘削作業のための特別の手段を付加することなぐかつ、通常とは変わらぬ運転操作により、土砂の掘削のためのブーム上げ及びアームクラウドの複合操作を円滑に実施すること力 Sできる。

図面の簡単な説明

[0051] [図 1]本発明を具体化して構成した油圧ショベルの油圧駆動装置についての油圧回路図である。

[図 2]図 1の油圧駆動装置を設けた油圧ショベルの側面図である。

符号の説明

[0052] 1 ブームシリンダ

la (ブームシリンダ 6の）ボトム側室

lb (ブームシリンダ 6の）ロッド側室

2 アームシリンダ

2a (アームシリンダ 7の）ボトム側室

2b (アームシリンダ 7の）ロッド側室

3 バケツトシリンダ

4 主油圧ポンプ

4a, 4b 圧油供給管路

5 エンジン

6 作動油タンク

7 ブーム用方向制御弁

7a (ブーム用方向制御弁 7の）ボトム側管路

7b (ブーム用方向制御弁 7の）ロッド側管路 c (ブーム用方向制御弁 7の）タンク管路、アーム用方向制御弁

a (アーム用方向制御弁 8の）ボトム側管路b (アーム用方向制御弁 8の）ロッド側管路c (アーム用方向制御弁 8の）タンク管路c ' 副管路

d (アーム用方向制御弁 8の）絞り

0 連通管路

0a 副管路

1 パイロット管路

2 ブーム合流流量制御弁（ロジック弁）3 切換弁

4 連通管路用のポペット弁

5 アームメータアウト流量制御弁（ロジック弁)6 切換弁

7 タンク管路用のポペット弁

0 車体

1 下部走行体

2 上部旋回体

0 フロント作業機

1 ブーム

2 アーム

3 バケツト

Claims

請求の範囲

フロント作業機のブーム及びアームをそれぞれ駆動するためのブームシリンダ及びアームシリンダと、これらのブームシリンダ及びアームシリンダへ供給するための油圧の発生源となる主油圧ポンプと、この主油圧ポンプからブームシリンダへ供給される圧油の流れを制御するブームシリンダ用方向制御弁と、主油圧ポンプからアームシリンダへ供給される圧油の流れを制御するアームシリンダ用方向制御弁と、アームシリンダ用方向制御弁を作動油タンクへ連結するタンク油路とを備えた油圧ショベルの油圧駆動装置において、このタンク油路を選択的に閉鎖することができる閉鎖手段を設けて、ブームシリンダ及びアームシリンダの各ボトム側に圧油を供給して両シリンダを複合操作することにより水平均し作業を行っている場合においてアームシリンダのロッド側の圧油の圧力が所定圧力値以上の高圧となったときに、閉鎖手段でタンク油路を閉鎖することによりアームシリンダのロッド側の圧油が作動油タンクへ逃げるのを阻止するとともに、このアームシリンダのロッドの圧油をブームシリンダ用方向制御弁を経由してブームシリンダのボトム側へ供給するように構成したことを特徴とする油圧ショベルの油圧駆動装置。