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技術 建設機械の油圧制御回路

出願人 キャタピラージャパン合同会社
発明者 嶋田佳幸芳野鉄也金縄裕也
出願日 2004年6月24日 (15年5ヶ月経過) 出願番号 2004-186109
公開日 2006年1月12日 (13年10ヶ月経過) 公開番号 2006-009888
状態 特許登録済
技術分野 掘削機械の作業制御 流体圧回路(1)
主要キーワード 制御用ライン 法切り 容量可変装置 クローズ操作 操作具操作 圧油供給源 供給圧油 位置切換え
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (10)

課題

重量物上下動させる油圧シリンダと、該油圧シリンダの圧油供給源となる可変容量型油圧ポンプと、油圧シリンダの重量保持側油室からの排出油を重量非保持側油室に供給する再生用回路とを備えた油圧制御回路において、重量物の空中下動時におけるポンプ流量を低下させて省エネルギー化を図ると共に、エンジン回転数の変化に伴うポンプ流量の変化にも対応できるようにする。

解決手段

ネガティブコントロールラインGに、油圧ポンプ11の流量を低下させるためのポンプ流量低下信号圧を油圧ポンプの容量可変装置11aに出力する電磁比例圧力制御弁27を接続し、重量物の下動に抗する外力が働いていないと判別された場合に、コントローラ28から電磁比例圧力制御弁27に対してポンプ流量低下信号圧出力の制御信号が出力されるように構成すると共に、該ポンプ流量低下信号圧は、エンジン回転数の高低に対応して増減制御されるように構成した。

概要

背景

一般に、油圧ショベル等の建設機械には、重量物上下動させるための油圧シリンダ等の各種油圧アクチュエータや、これら油圧アクチュエータ圧油供給源となる可変容量型油圧ポンプが設けられているが、油圧アクチュエータが例えば油圧ショベルのブームを上下動せしめるためのブームシリンダの場合、該ブームシリンダは、重量保持側油室であるヘッド側油室への油供給および重量非保持側油室であるロッド側油室からの油排出で伸長してブームを上動させ、またロッド側油室への油供給およびヘッド側油室からの油排出で縮小してブームを下動させるように構成されている。
ところで、前記ブームを空中で下動させる場合、該ブームにかかっている重量(フロントアタッチメントにかかっている総重量)がシリンダを縮小させる力として作用するため、ヘッド側油室の圧力はロッド側油室の圧力よりも高圧となる。そこで従来、ブームの下動時にヘッド側油室からの排出油再生油としてロッド側油室に供給する再生用回路を設け、ヘッド側油室の圧力がロッド側油室の圧力よりも高圧のあいだは油圧ポンプからの供給圧油に加えて上記再生油がロッド側油室に供給されるように構成し、これによりロッド側油室が減圧状態になることなくブームシリンダの下動速度を速くすることができると共に、ブームシリンダと圧油供給源を共用する他の油圧アクチュエータ(例えばバケットシリンダ)との連動操作時に、再生によって得られた余剰ポンプ流量を他の油圧アクチュエータに供給できるようにしたものがある。
一方、建設機械に設けられる可変容量型の油圧ポンプの流量制御の一つとして、ネガティブコントロール信号圧に基づいて油圧ポンプの吐出流量を増減させる、所謂ネガティブ流量制御が広く知られている。該ネガティブ流量制御は、例えば前記ブームシリンダの場合で説明すると、ブーム用操作具の操作に基づいてブームシリンダへの油供給排出制御を行う制御バルブに、センタバイパス油路が通るセンタバイパス用弁路を形成すると共に、該センタバイパス用弁路は、ブーム用操作具が操作されていないときに開度量が最大で、ブーム用操作具の操作量が大きくなるほど開度量が小さくなるように設定される。前記センタバイパス油路は、油圧ポンプから制御バルブのセンタバイパス用弁路を通り、さらにネガティブリリーフ弁を経由して油タンクに至る油路であって、該センタバイパス油路のネガティブリリーフ弁の入口側の流量は、ネガティブコントロール信号圧として油圧ポンプの容量可変手段に導かれる。このネガティブコントロール信号圧は、センタバイパス油路の流量が最大のとき、つまり操作具が操作されていないときに最も高圧となり、操作具の操作量が大きくなってセンタバイパス油路の流量が少なくなるほど低圧となるが、油圧ポンプの容量可変手段は、ネガティブコントロール信号圧が高圧のときにはポンプ流量を少なくし、低圧になるほどポンプ流量を増加させるように流量制御する。これにより、油圧ポンプの流量は、操作具が操作されていない状態では最小となり、操作具の操作量が大きくなるに従い増加するように制御される。
ところで、前述した再生用回路が設けられているブームシリンダの油圧制御回路において、ブームを空中で下動させる場合、ロッド側油室にはヘッド側油室からの再生油が供給されるため、油圧ポンプからロッド側油室への圧油供給は殆ど不要となる。しかるに、前述したネガティブ流量制御では、ブーム用操作具の操作量に対応してポンプ流量が増加するから、該増加したポンプ流量が無駄となる。そこで、ブーム用操作具を下動側に操作したときのブーム用制御バルブのセンタバイパス用弁路の開度量を大きく設定して、ブーム下動側に操作したときの油圧ポンプの吐出流量を小さくし、これにより再生油を最大限有効に利用することが提唱される。
しかしながら、ブームを下動させてバケットで土を転圧する転圧作業を行う場合や、ブームを下動させながらバケットによる斜面の法切り作業を行うような場合にはブームの下動に抗する外力が作用するため、ブームシリンダのロッド側油室に油圧ポンプからの高圧の圧油を供給する必要がある。この様な場合、前述したようにブーム用操作具を下動側に操作したときのブーム用制御バルブのセンタバイパス用弁路の開度量を大きく設定してあると、油圧ポンプの吐出流量が足らなくなって、転圧作業や法切り作業の作業能率が著しく低下するという問題が生じる。

この改善策として、センタバイパス用油路のネガティブリリー弁の上流側に切換えバルブを配し、該切換えバルブを、ブームの下動に抗する力が働いていないと判別された場合にはセンタバイパス油路を開き、働いていると判別された場合にはセンタバイパス油路を閉じるように設定し、これにより、ブームを空中で下動させる場合には油圧ポンプの吐出流量を少なくする一方、転圧作業や法切り作業でブームを下動させる場合には油圧ポンプの吐出流量を多くできるように構成したものが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
特開平11−247236号公報

概要

重量物を上下動させる油圧シリンダと、該油圧シリンダの圧油供給源となる可変容量型の油圧ポンプと、油圧シリンダの重量保持側油室からの排出油を重量非保持側油室に供給する再生用回路とを備えた油圧制御回路において、重量物の空中下動時におけるポンプ流量を低下させて省エネルギー化をると共に、エンジン回転数の変化に伴うポンプ流量の変化にも対応できるようにする。ネガティブコントロールラインGに、油圧ポンプ11の流量を低下させるためのポンプ流量低下信号圧を油圧ポンプの容量可変装置11aに出力する電磁比例圧力制御弁27を接続し、重量物の下動に抗する外力が働いていないと判別された場合に、コントローラ28から電磁比例圧力制御弁27に対してポンプ流量低下信号圧出力の制御信号が出力されるように構成すると共に、該ポンプ流量低下信号圧は、エンジン回転数の高低に対応して増減制御されるように構成した。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
2件

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請求項1

上下動自在な重量物を、重量保持側油室への油供給および重量非保持側油室からの油排出で上動させ、重量非保持側油室への油供給および重量保持側油室からの油排出で下動させるよう伸縮作動する油圧シリンダと、該油圧シリンダの圧油供給源となる可変容量型油圧ポンプと、操作具操作に基づいて前記油圧シリンダの両油室に対する圧油供給排出制御を行う制御バルブと、重量保持側油室からの排出油を重量非保持側油室に供給する再生用回路と、前記操作具操作量増減に対応して油圧ポンプの流量を増減させるべくネガティブコントロール信号圧を油圧ポンプの容量可変手段に出力するネガティブコントロールラインとを備えた建設機械油圧制御回路において、前記ネガティブコントロールラインに、油圧ポンプの流量を低下させるためのポンプ流量低下信号圧を前記ネガティブコントロール信号圧に代えて油圧ポンプの容量可変手段に出力する圧力制御弁を接続すると共に、前記重量物の下動操作時に、該重量物の下動に抗する外力が働いているか否かを判別し、重量物の下動に抗する外力が働いていないと判別された場合に、前記圧力制御弁に対してポンプ流量低下信号圧を出力するよう制御信号を出力するコントローラを設けたことを特徴とする建設機械の油圧制御回路。

請求項2

請求項1において、再生用回路に、該再生用回路を開閉する開閉弁を設ける一方、コントローラは、重量物の下動に抗する外力が働いていないと判別され、且つ、再生用回路が開いている場合に、圧力制御弁に対してポンプ流量低下信号圧を出力するよう制御信号を出力することを特徴とする建設機械の油圧制御回路。

請求項3

請求項1乃至2において、油圧制御回路は、油圧シリンダと圧油供給源を共用する他の油圧アクチュエータを備える一方、コントローラは、油圧ポンプから前記他の油圧アクチュエータに圧油供給されている場合、重量物の下動に抗する外力が働いていないと判別されても、圧力制御弁に対してポンプ流量低下信号圧出力の制御信号を出力しないことを特徴とする建設機械の油圧制御回路。

請求項4

請求項1乃至3の何れかにおいて、重量物の下動に抗する外力が働いているか否かの判別は、油圧ポンプの吐出圧を検出する圧力検出手段からコントローラに入力される信号に基づいて行うことを特徴とする建設機械の油圧制御回路。

請求項5

請求項1乃至4の何れかにおいて、コントローラは、エンジン回転数を判別するエンジン回転数判別手段からの信号を入力する一方、圧力制御弁は、コントローラからの制御信号に基づいて出力信号圧が増減する圧力制御サーボ弁で構成され、さらにコントローラは、エンジン回転数判別手段から入力されるエンジン回転数の高低に対応して圧力制御弁から出力されるポンプ流量低下信号圧を増減せしめるように制御することを特徴とする建設機械の油圧制御回路。

技術分野

0001

本発明は、重量物上下動させるための油圧シリンダを備えた建設機械油圧制御回路の技術分野に属するものである。

背景技術

0002

一般に、油圧ショベル等の建設機械には、重量物を上下動させるための油圧シリンダ等の各種油圧アクチュエータや、これら油圧アクチュエータ圧油供給源となる可変容量型油圧ポンプが設けられているが、油圧アクチュエータが例えば油圧ショベルのブームを上下動せしめるためのブームシリンダの場合、該ブームシリンダは、重量保持側油室であるヘッド側油室への油供給および重量非保持側油室であるロッド側油室からの油排出で伸長してブームを上動させ、またロッド側油室への油供給およびヘッド側油室からの油排出で縮小してブームを下動させるように構成されている。
ところで、前記ブームを空中で下動させる場合、該ブームにかかっている重量(フロントアタッチメントにかかっている総重量)がシリンダを縮小させる力として作用するため、ヘッド側油室の圧力はロッド側油室の圧力よりも高圧となる。そこで従来、ブームの下動時にヘッド側油室からの排出油再生油としてロッド側油室に供給する再生用回路を設け、ヘッド側油室の圧力がロッド側油室の圧力よりも高圧のあいだは油圧ポンプからの供給圧油に加えて上記再生油がロッド側油室に供給されるように構成し、これによりロッド側油室が減圧状態になることなくブームシリンダの下動速度を速くすることができると共に、ブームシリンダと圧油供給源を共用する他の油圧アクチュエータ(例えばバケットシリンダ)との連動操作時に、再生によって得られた余剰ポンプ流量を他の油圧アクチュエータに供給できるようにしたものがある。
一方、建設機械に設けられる可変容量型の油圧ポンプの流量制御の一つとして、ネガティブコントロール信号圧に基づいて油圧ポンプの吐出流量を増減させる、所謂ネガティブ流量制御が広く知られている。該ネガティブ流量制御は、例えば前記ブームシリンダの場合で説明すると、ブーム用操作具の操作に基づいてブームシリンダへの油供給排出制御を行う制御バルブに、センタバイパス油路が通るセンタバイパス用弁路を形成すると共に、該センタバイパス用弁路は、ブーム用操作具が操作されていないときに開度量が最大で、ブーム用操作具の操作量が大きくなるほど開度量が小さくなるように設定される。前記センタバイパス油路は、油圧ポンプから制御バルブのセンタバイパス用弁路を通り、さらにネガティブリリーフ弁を経由して油タンクに至る油路であって、該センタバイパス油路のネガティブリリーフ弁の入口側の流量は、ネガティブコントロール信号圧として油圧ポンプの容量可変手段に導かれる。このネガティブコントロール信号圧は、センタバイパス油路の流量が最大のとき、つまり操作具が操作されていないときに最も高圧となり、操作具の操作量が大きくなってセンタバイパス油路の流量が少なくなるほど低圧となるが、油圧ポンプの容量可変手段は、ネガティブコントロール信号圧が高圧のときにはポンプ流量を少なくし、低圧になるほどポンプ流量を増加させるように流量制御する。これにより、油圧ポンプの流量は、操作具が操作されていない状態では最小となり、操作具の操作量が大きくなるに従い増加するように制御される。
ところで、前述した再生用回路が設けられているブームシリンダの油圧制御回路において、ブームを空中で下動させる場合、ロッド側油室にはヘッド側油室からの再生油が供給されるため、油圧ポンプからロッド側油室への圧油供給は殆ど不要となる。しかるに、前述したネガティブ流量制御では、ブーム用操作具の操作量に対応してポンプ流量が増加するから、該増加したポンプ流量が無駄となる。そこで、ブーム用操作具を下動側に操作したときのブーム用制御バルブのセンタバイパス用弁路の開度量を大きく設定して、ブーム下動側に操作したときの油圧ポンプの吐出流量を小さくし、これにより再生油を最大限有効に利用することが提唱される。
しかしながら、ブームを下動させてバケットで土を転圧する転圧作業を行う場合や、ブームを下動させながらバケットによる斜面の法切り作業を行うような場合にはブームの下動に抗する外力が作用するため、ブームシリンダのロッド側油室に油圧ポンプからの高圧の圧油を供給する必要がある。この様な場合、前述したようにブーム用操作具を下動側に操作したときのブーム用制御バルブのセンタバイパス用弁路の開度量を大きく設定してあると、油圧ポンプの吐出流量が足らなくなって、転圧作業や法切り作業の作業能率が著しく低下するという問題が生じる。

0003

この改善策として、センタバイパス用油路のネガティブリリー弁の上流側に切換えバルブを配し、該切換えバルブを、ブームの下動に抗する力が働いていないと判別された場合にはセンタバイパス油路を開き、働いていると判別された場合にはセンタバイパス油路を閉じるように設定し、これにより、ブームを空中で下動させる場合には油圧ポンプの吐出流量を少なくする一方、転圧作業や法切り作業でブームを下動させる場合には油圧ポンプの吐出流量を多くできるように構成したものが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
特開平11−247236号公報

発明が解決しようとする課題

0004

ところで、建設機械に設けられる油圧ポンプの可変容量手段は、一般的に、前述したネガティブ流量制御だけでなく、エンジン回転数作業負荷に対応した制御信号に基づく流量制御も行うように構成されている。つまり、エンジン回転数が低い場合にはポンプ流量を少なくし、エンジン回転数が高い場合にはポンプ流量を多くするように制御される。このため、エンジン低回転数のときと高回転数のときではポンプ流量が異なることになるが、前記特許文献1のセンタバイパス油路に設けられた切換えバルブでは、このようなエンジン回転数に伴うポンプ流量の変化に対応することはできず、而して、ブームを空中で下動させる場合に、エンジンが低回転数であるとポンプ流量が不足してロッド側油室が減圧状態になったり、あるいはエンジンが高回転数であるとポンプ流量が増加して再生油を最大限利用できない惧れがあって、更なる改善が望まれ、ここに本発明が解決しようとする課題がある。

課題を解決するための手段

0005

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項1の発明は、上下動自在な重量物を、重量保持側油室への油供給および重量非保持側油室からの油排出で上動させ、重量非保持側油室への油供給および重量保持側油室からの油排出で下動させるよう伸縮作動する油圧シリンダと、該油圧シリンダの圧油供給源となる可変容量型の油圧ポンプと、操作具操作に基づいて前記油圧シリンダの両油室に対する圧油供給排出制御を行う制御バルブと、重量保持側油室からの排出油を重量非保持側油室に供給する再生用回路と、前記操作具の操作量の増減に対応して油圧ポンプの流量を増減させるべくネガティブコントロール信号圧を油圧ポンプの容量可変手段に出力するネガティブコントロールラインとを備えた建設機械の油圧制御回路において、前記ネガティブコントロールラインに、油圧ポンプの流量を低下させるためのポンプ流量低下信号圧を前記ネガティブコントロール信号圧に代えて油圧ポンプの容量可変手段に出力する圧力制御弁を接続すると共に、前記重量物の下動操作時に、該重量物の下動に抗する外力が働いているか否かを判別し、重量物の下動に抗する外力が働いていないと判別された場合に、前記圧力制御弁に対してポンプ流量低下信号圧を出力するよう制御信号を出力するコントローラを設けたことを特徴とするものである。
そして、この様にすることにより、重量物の下動に抗する外力が働いていない状態で重量物を下動させる場合には、圧力制御弁からポンプ流量低下信号圧が出力されて油圧ポンプの吐出流量が少なくなり、再生油を最大限利用し得て省エネルギー化を達成できる一方、重量物の下動に抗する外力が働いている場合には、操作具の操作量に対応したネガティブコントロール信号圧により油圧ポンプの流量制御がなされることになって、例えばブームを下動させて転圧作業や斜面の法切り作業を行うような場合には、これら作業を行うのに十分な吐出流量を確保できる。
請求項2の発明は、請求項1において、再生用回路に、該再生用回路を開閉する開閉弁を設ける一方、コントローラは、重量物の下動に抗する外力が働いていないと判別され、且つ、再生用回路が開いている場合に、圧力制御弁に対してポンプ流量低下信号圧を出力するよう制御信号を出力することを特徴とするものである。
そして、この様にすることにより、再生用回路が開いていない場合には圧力制御弁からポンプ流量低下信号圧が出力されないことになり、而して、再生用回路が開いていない状態でポンプ流量が低下して油圧シリンダの重量非保持側油室への供給油量が不足してしまうような不具合を回避できる。
請求項3の発明は、請求項1乃至2において、油圧制御回路は、油圧シリンダと圧油供給源を共用する他の油圧アクチュエータを備える一方、コントローラは、油圧ポンプから前記他の油圧アクチュエータに圧油供給されている場合、重量物の下動に抗する外力が働いていないと判別されても、圧力制御弁に対してポンプ流量低下信号圧出力の制御信号を出力しないことを特徴とするものである。
そして、この様にすることにより、油圧シリンダと圧油供給源を共用する他の油圧アクチュエータに圧油供給されている場合には圧力制御弁からポンプ流量低下信号圧が出力されないことになり、而して、他の油圧アクチュエータとの連動操作時においてポンプ流量が低下して他の油圧アクチュエータの作業効率が低下してしまうような不具合を回避できる。
請求項4の発明は、請求項1乃至3の何れかにおいて、重量物の下動に抗する外力が働いているか否かの判別は、油圧ポンプの吐出圧を検出する圧力検出手段からコントローラに入力される信号に基づいて行うことを特徴とするものである。
そして、この様にすることにより、重量物の下動に抗する外力が働いているか否かの判別を簡単に行うことができる。
請求項5の発明は、請求項1乃至4の何れかにおいて、コントローラは、エンジン回転数を判別するエンジン回転数判別手段からの信号を入力する一方、圧力制御弁は、コントローラからの制御信号に基づいて出力信号圧が増減する圧力制御サーボ弁で構成され、さらにコントローラは、エンジン回転数判別手段から入力されるエンジン回転数の高低に対応して圧力制御弁から出力されるポンプ流量低下信号圧を増減せしめるように制御することを特徴とするものである。
そして、この様にすることにより、エンジンが低回転数のときであっても油圧シリンダに供給されるポンプ流量が少なくなりすぎてしまうことなく、またエンジンが高回転数のときであっても再生油量を最大限利用できることになる。

発明を実施するための最良の形態

0006

次に、本発明の第一の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図1において、1は油圧ショベルであって、該油圧ショベル1は、クローラ式下部走行体2、該下部走行体2に旋回自在に支持される上部旋回体3、該上部旋回体3に装着されるフロントアタッチメント4等から構成されており、さらに該フロントアタッチメント4は、基端部が上下揺動自在に支持されるブーム5、該ブーム5の先端部に前後揺動自在に支持されるスティック6、該スティック6の先端部に前後揺動自在に支持されるバケット7等の各部から構成されており、さらに、図示しない左右の走行用モータ旋回用モータ、ブームシリンダ8、スティックシリンダ9、バケットシリンダ10等の各種の油圧アクチュエータが設けられている等の基本的構成は従来通りである。

0007

扨、油圧ショベル1には、前記各種油圧アクチュエータや油圧ポンプ、油タンク等から構成される油圧制御回路が設けられているが、該油圧制御回路のうち、本実施の形態に関する部分を図2に示すと、該図2において、8はブームシリンダ、10はバケットシリンダ、11はエンジンEの回転により駆動する可変容量型の油圧ポンプ、11aは油圧ポンプ11の容量可変装置、12は定容量型の油圧ポンプ、13は油タンク、14はブーム用制御バルブ、15はバケット用制御バルブ、16、17は図示しない他の油圧アクチュエータ用の制御バルブ、18はブーム用パイロットバルブ、19はバケット用パイロットバルブであって、これらブーム用、バケット用の各パイロットバルブ18、19は、ブーム用、バケット用の操作具20、21の操作に基づいてブーム用、バケット用の各制御バルブ14、15にパイロット圧油を出力する。この場合、パイロットバルブ18、19から出力されるパイロット圧の圧力は、操作具20、21の操作量の増減に対応して増減するように構成されている。

0008

前記各制御バルブ14〜17は何れもパイロット操作式の三位置切換え弁であって、これら制御バルブ14〜17は、パイロット圧油が供給されていない状態では、対応する油圧アクチュエータへの油供給排出を行わない中立位置Nに位置しているが、パイロット圧油が供給されることに基づいて作動位置XまたはYに切換わって、油圧アクチュエータに対する油供給排出をそれぞれ行うように構成されている。尚、ブーム用制御バルブ14の詳細については、後述する。

0009

ここで、図2の油圧制御回路の基本的な油路について説明すると、まず油圧ポンプ11からの圧油が供給されるセンタバイパス油路Aは、各制御バルブ16、14、15、17に形成されるセンタバイパス用弁路16a、14a、15a、17aを順次通過し、さらにネガティブリリーフ弁22を経由して、油タンク13に至る。

0010

また、前記センタバイパス油路Aに並列状に設けられるパラレル油路Bは、油圧ポンプ11からの供給圧油を、作動位置X、Yの各制御バルブ16、14、15、17に形成される供給用弁路16b、14b、15b、17bに供給する。

0011

さらに、タンク油路Cは、作動位置X、Yの各制御バルブ16、14、15、17に形成される排出用弁路16c、14c、15c、17cからの排出油を、油タンク13に流すようになっている。

0012

次いで、前記ブーム用制御バルブ14の詳細について説明すると、該ブーム用制御バルブ14は、伸長側縮小側パイロットポート14d、14eを有しており、両パイロットポート14d、14eにパイロット圧油が供給されていない状態では中立位置Nに位置しているが、ブーム用操作具20のブーム上動(ブームシリンダ伸長)側操作に基づいてブーム用パイロットバルブ18から伸長側パイロットポート14dにパイロット圧油が供給されることにより伸長側作動位置Xに切換り、またブーム下動(ブームシリンダ縮小)側操作に基づいて縮小側パイロットポート14eにパイロット圧油が供給されることにより縮小側作動位置Yに切換わる構成となっている。

0013

そして、前記中立位置Nのブーム用制御バルブ14は、センタバイパス用弁路14aを開度量(開口面積)が最大となる状態で開く一方、供給用弁路14bおよび排出用弁路14cを閉じて、ブームシリンダ8に対する油の給排は行わない。

0014

また、伸長側作動位置Xのブーム用制御バルブ14は、供給用弁路14bを開いてパラレル油路Bの圧油をブームシリンダ8のヘッド側油室8aに供給すると共に、排出用弁路14cを開いてブームシリンダ8のロッド側油室8bからの排出油をタンク油路Cに流す。このとき、センタバイパス用弁路14aの開度量は、伸長側パイロットポート14dに供給されるパイロット圧が高くなるほど小さくなり、パイロット圧が最大のときは閉じる。また供給用弁路14bおよび排出用弁路14cの開度量は、伸長側パイロットポート14dに供給されるパイロット圧が高くなるほど大きくなり、パイロット圧が最大のときには開度量最大となるように制御される。

0015

さらに、縮小側作動位置Yのブーム用制御バルブ14は、センタバイパス用弁路14aを絞る一方、供給用弁路14bを開いてパラレル油路Bの圧油をブームシリンダ8のロッド側油室8bに供給すると共に、排出用弁路14cを絞った状態で開いてブームシリンダ8のヘッド側油室8aからの排出油をタンク油路Cに流す。このとき、センタバイパス用弁路14aの開度量は、縮小側パイロットポート14eに供給されるパイロット圧が高くなるほど小さくなるが、パイロット圧が最大のときでも少し開いた状態となっている。また供給用弁路14bおよび排出用弁路14cの開度量は、縮小側パイロットポート14eに供給されるパイロット圧が高くなるほど大きくなるように制御される。

0016

一方、Dは前記ブーム用制御バルブ14とブームシリンダ8のヘッド側油室8aとを連結するヘッド側油路、またEはブーム用制御バルブ14とブームシリンダ8のロッド側油室8bとを連結するロッド側油路であって、これらヘッド側、ロッド側油路D、Eを経由してブーム用制御バルブ14とブームシリンダ8とのあいだの油の給排がなされるが、これらヘッド側油路Dとロッド側油路Eとのあいだには再生用回路23が設けられている。

0017

上記再生用回路23は、ヘッド側油路Dとロッド側油路Eとを連通する連通油路F、該連通油路Fに設けられるチェック弁24および再生用開閉弁25を用いて構成されている。ここで、上記チェック弁24は、ヘッド側油路Dからロッド側油路Eへの油の流れは許容するが逆方向の流れは阻止するように設定されている。また、再生用開閉弁25は、パイロットポート25aにパイロット圧が供給されていない状態では、連通油路Fを閉じる閉位置Nに位置しているが、パイロット圧が供給されることにより、連通油路Fを開く開位置Xに切換わる。この場合、開位置Xの再生用開閉弁25は、パイロットポート25aに供給されるパイロット圧が大きくなるほど開度量が大きくなるように制御されるが、該パイロットポート25aには、ブーム用操作具20のブーム下動側操作に基づいてブーム用パイロットバルブ18から出力されるパイロット圧が供給されるようになっている。而して、ブーム用操作具20をブーム下動側に操作したときに再生用開閉弁25が開き、これによりブームシリンダヘッド側油室8aからの排出油を、ヘッド側油路D、連通油路F、ロッド側油路Eを経由してブームシリンダロッド側油室8bに再生油として供給することができるようになっている。

0018

ここで、ブーム下動操作時においてブーム用パイロットバルブ18から出力されるパイロット圧と、ブーム用制御バルブ14のセンタバイパス用弁路14a、供給用弁路14b、排出用弁路14c、および再生用開閉弁25の開度量との関係を、図3の特性図に示す。該図3において、実線は本実施の形態を示し、点線は従来例(後述する電磁比例減圧弁27が設けられていないもの)を示すが、本実施の形態のものは、従来例と比較して、再生用開閉弁25の開度量が大きく、またブーム用制御バルブ14の排出用弁路14cの開度量が小さく設定されていて、その分再生油量を増加させることができるようになっている。

0019

また、前述したように、センタバイパス油路Aにはネガティブリリーフ弁22が配されているが、該ネガティブリリーフ弁22は、固定絞り22aと、該固定絞り22aに対して並列状に設けられるリリーフ弁22bとを有している。そして、このネガティブリリーフ弁22の入口側の圧力は、ネガティブコントロールラインGを介して、油圧ポンプ11の容量可変装置11aにネガティブコントロール信号圧PNとして導かれるが、該ネガティブコントロール信号圧PNとセンタバイパス油路Aの流量QAとの関係は、図4の特性図に示すように、センタバイパス油路Aの流量QAが増加するほどネガティブコントロール信号圧PNが増加するようになっている。つまり、各制御バルブ14〜17のセンタバイパス用弁路14a〜17aの開度量は、対応する操作具が操作されていない状態では最も大きく、操作具の操作量が大きくなるほど小さくなるが、該センタバイパス用弁路14a〜17aの開度量が小さくなるほどセンタバイパス油路Aの流量QAが少なくなって、ネガティブコントロール信号圧PNは減少する。
尚、図4において、QAcはリリーフ弁22bが作動するときのセンタバイパス油路Aの流量であって、該流量QAc以下のときのセンタバイパス油路Aの流量QAとネガティブコントロール信号圧PNとの関係は、図4に示されるような2次曲線となる。

0020

さらに、前記ネガティブコントロール信号圧PNを油圧ポンプ11の容量可変装置11aに導くネガティブコントロールラインGの中途部には、高圧側を選択するシャトル弁26を介して制御用ラインHが接続されているが、該制御用ラインHには、電磁比例圧力制御弁(本発明の圧力制御サーボ弁に相当する。)27が配されている。

0021

前記電磁比例圧力制御弁27は、後述するコントローラ28からの制御信号により制御されるものであって、図5の特性図に示す如く、コントローラ28からソレノイド27aに入力される電流値が大きくなるほど電磁比例圧力制御弁27からの出力圧が大きくなるように構成されている。そして、該電磁比例圧力制御弁27からの出力圧は、ポンプ流量低下信号圧PLとして制御用ラインHに出力されてシャトル弁26に至るが、該シャトル弁26において、前述したネガティブコントロール信号圧PNと電磁比例圧力制御弁27から出力されるポンプ流量低下信号圧PLとのうち高圧側が選択されて、油圧ポンプ11の容量可変装置11aに導かれる。

0022

一方、油圧ポンプ11の容量可変装置11aには、前述したようにネガティブコントロール信号圧PNまたはポンプ容量低下用信号圧PLのうち高圧側の信号圧が入力されるが、図6の特性図に示す如く、入力信号圧PNまたはPLが低いときにはポンプ流量QPを多くし、また入力信号圧PNまたはPLが高いときにはポンプ流量QPを少なくするように油圧ポンプ11の流量制御を行う。尚、ポンプ流量が最小流量QPminとなるときのネガティブコントロール信号圧PNの最小値をPNxとすると、該PNxは、ネガティブリリーフ弁22のリリーフ弁22bが作動するときのネガティブコントロール信号圧PNc(前記図4参照)よりも小さく(PNx<PNc)なるように設定される。

0023

また、前記コントローラ28は、マイクロコンピュータ等を用いて構成されるものであって、このものは、油圧ポンプ11の吐出圧(ポンプ圧)PAを検出するポンプ圧力センサ29、ブーム用操作具20をブーム下動側に操作したときにブーム用パイロットバルブ18から出力されるパイロット圧(ブーム下動用パイロット圧)PBを検出するブーム下動用圧力センサ30、バケット用操作具21をバケットオープン側に操作したときにバケット用パイロットバルブ19から出力されるパイロット圧(バケットオープン用パイロット圧)PCを検出するバケットオープン用圧力センサ31からの信号を入力し、これら入力信号に基づいて前記電磁比例圧力制御弁27に制御信号を出力するように構成されている。

0024

そして、前記コントローラ28は、ブーム下動操作時におけるポンプ流量低下制御を行うが、該制御の手順について図7に示すフローチャート図に基づいて説明すると、まず、コントローラ28は、ブーム下動用圧力センサ30により検出されるブーム下動用パイロット圧PBが予め設定されるブーム設定パイロット圧PBs以上であるか否か(PB≧PBs?)を判断する(ステップS1)。

0025

前記ブーム設定パイロット圧PBsは、前述した再生用開閉弁25を閉位置Nから開位置Xに切換えるのに必要な最低のパイロット圧であって、ブーム下動用パイロット圧PBがブーム設定パイロット圧PBs以上(PB≧PBs)である場合には、ブーム用操作具20が下動側に操作されており、且つ再生用開閉弁25が連通油路Fを開いていると判断できる。また、ブーム下動用パイロット圧PBがブーム設定パイロット圧PBs未満(PB<PBs)である場合には、ブーム用操作具20が下動側に操作されていないか、或いは操作されていても再生用開閉弁25が開かない程度の微操作であると判断できる。

0026

前記ステップS1において「YES」、即ちブーム下動用パイロット圧PBがブーム設定パイロット圧PBs以上であると判断された場合には、続いて、ポンプ用圧力センサ29により検出されるポンプ圧PAが予め設定される設定ポンプ圧PAs以下であるか否か(PA≦PAs?)を判断する(ステップS2)。

0027

前記設定ポンプ圧PAsは、ブーム5を空中で下動させたとき、即ちブーム5の下動に抗する外力が働いていない状態でブーム5を下動させたときの油圧ポンプ11の最大の吐出圧であって、ポンプ圧PAが設定ポンプ圧PAs以下(PA≦PAs)の場合には、ブーム5を空中で下動させていると判断することができる。また、ポンプ圧PAが設定ポンプ圧PAsを越えた場合には、転圧作業や斜面の法切り作業等、ブーム5の下動に抗する外力が働いている状態でブーム5を下動させていると判断することができる。

0028

前記ステップS2において「YES」、即ちポンプ圧PAが設定ポンプ圧PAs以下であると判断された場合には、さらに、バケットオープン用圧力センサ31により検出されるバケットオープン用パイロット圧PCが予め設定されるバケット設定パイロット圧PCs未満であるか否か(PC<PCs?)を判断する(ステップS3)。

0029

前記バケット設定パイロット圧PCsは、バケット用制御バルブ15を中立位置Nからオープン側作動位置Yに切換えるのに必要な最低のパイロット圧であって、バケットオープン用パイロット圧PCがバケット設定パイロット圧PCs未満(PC<PCs)の場合には、バケット用操作具21はバケットオープン側に操作されていないと判断でき、またバケットオープン用パイロット圧PCがバケット設定パイロット圧PCs以上(PC≧PCs)の場合には、バケット用操作具21がバケットオープン側に操作されていると判断できる。

0030

そして、前記ステップS3において「YES」、即ちバケットオープン用パイロット圧PCがバケット設定パイロット圧PCs未満であると判断された場合、コントローラ28は電磁比例圧力制御弁27に対し、ポンプ流量低下信号圧PLを出力するように制御信号を出力する。
この場合、電磁比例圧力制御弁27から出力されるポンプ流量低下信号圧PLは、ブームシリンダ8と圧油供給源を共有する他の油圧アクチュエータ用の制御バルブ16、15、17が中立位置Nに位置し、且つブーム用制御バルブ14が縮小側作動位置Yに位置しているときのネガティブコントロール信号圧PNよりも高くなるように制御される。而して、該ポンプ流量低下信号圧PLがシャトル弁26において選択されて容量可変装置11aに入力されるが、この場合、ポンプ流量低下信号圧PLはネガティブコントロール信号圧PNよりも高圧のため、容量可変装置11aは、ネガティブコントロール信号圧PNが入力された場合よりも流量が少なくなるように油圧ポンプ11の流量制御を行う。

0031

一方、前記ステップS1において「NO」、即ちブーム下動用パイロット圧PBがブーム設定パイロット圧PBs未満であると判断された場合、またはステップS2において「NO」、即ちポンプ圧PAが設定ポンプ圧PAsを越えていると判断された場合、またはステップS3において「NO」、即ちバケットオープン用パイロット圧PCがバケット設定パイロット圧PCs以上であると判断された場合には、コントローラ28は電磁比例圧力制御弁27に対し、ポンプ流量低下信号圧PL出力の制御信号を出力しない。

0032

この場合、電磁比例圧力制御弁27からポンプ流量低下信号圧PLが出力されないため、制御用ラインHは油タンク13に連通する低圧となり、而して、シャトル弁26においてネガティブコントロール信号圧PNが選択されて容量可変装置11aに入力される。これにより容量可変装置11aは、ネガティブコントロール信号圧PNに基づいた流量制御を行う。

0033

尚、前記ステップS3における判断は、ブーム5の下動操作と連動して、ブームシリンダ8と圧油供給源(油圧ポンプ11)を共有する他の油圧アクチュエータが操作されているか否かを判断するものであって、本実施の形態では、ブーム5の下動操作と連動して操作されることの多いバケット7のオープン操作の有無を判断しているが、これに限定されることなく、バケット7のクローズ操作や、ブームシリンダ8と圧油供給源を共有する他の油圧アクチュエータ、例えばスティックシリンダ9、走行用モータ、旋回用モータ等の操作の有無を、各油圧アクチュエータ用の制御バルブに供給されるパイロット圧の検出によって判断し、これら油圧アクチュエータの何れも操作されていない場合には電磁比例圧力制御弁27にポンプ流量低下信号圧PL出力の制御信号を出力し、何れかの油圧アクチュエータが操作されている場合には制御信号を出力しない構成とすることもできる。
また、本実施の形態では、油圧アクチュエータへの油供給排出制御を行う制御バルブ14、15、16、17がパイロット操作式のものであるため、操作具操作に基づいて出力されるパイロット圧の検出により油圧アクチュエータが操作されているか否かを判断する構成となっているが、例えば、操作具の操作量を電気的に検出し、該検出値に基づいて電磁式制御バルブを作動せしめる構成のものにおいては、操作具の操作量を検出する電気信号によって、油圧アクチュエータが操作されているか否かの判断を行うことができる。

0034

叙述の如く構成されたものにおいて、ブーム用操作具20が、再生用開閉弁25が開位置Xに切換わる以上の操作量で下動側に操作されており、且つ、ブーム5の下動に抗する外力が働いていない、つまり空中でのブーム下動であり、さらにブーム5の下動操作と連動して他の油圧アクチュエータが操作されていない、つまりブーム下動の単独操作であると判断された場合に、コントローラ28は、電磁比例圧力制御弁27に対しポンプ流量低下信号圧PLを出力するように制御信号を出力する。そして、該ポンプ流量低下信号圧PLが容量可変装置11aに入力されることにより、油圧ポンプ11は、ネガティブコントロール信号圧PNが入力された場合よりも吐出流量が少なくなるように流量制御されることになる。
この結果、ブーム5の単独での空中下動時における油圧ポンプ11の吐出流量を十分に小さくすることができ、その分、開位置Xの再生用開閉弁25の開度量を大きくすると共に、縮小側作動位置Yのブーム用制御バルブ14の排出用弁路14cの開度量を小さくして、ブームシリンダ8のヘッド側油室8aからロッド側油室8bに供給される再生油量を増加させることができ、而して再生油を最大限有効に利用できることになって省エネルギー化を達成できる。

0035

一方、ブーム5の下動に抗する外力が作用している状態でブーム5を下動させる場合、例えば転圧作業や斜面の法切り作業等を行うような場合には、ポンプ圧PAが設定ポンプ圧PAsを越えたことの検出に基づいて、コントローラ28から電磁比例圧力制御弁27に対してポンプ流量低下信号圧PL出力の制御信号は出力されないことになる。而して、油圧ポンプ11の容量可変装置11aには、ブーム用操作具20の操作量に対応したネガティブコントロール信号圧PNが入力されることになって、転圧作業や斜面の法切り作業等を行うのに十分な吐出流量となるように流量制御されることになる。

0036

また、ブーム5の下動操作と、ブームシリンダ8と油圧供給源(油圧ポンプ11)を共用するバケットシリンダ15等の他の油圧アクチュエータの操作とを連動して行う場合には、該他の油圧アクチュエータが操作されたことの検知に基づいて、コントローラ28から電磁比例圧力制御弁27に対してポンプ流量低下信号圧PL出力の制御信号は出力されないことになる。而して、油圧ポンプ11の容量可変装置11aには、ブーム用操作具20およびバケット用操作具21等の他の油圧アクチュエータ用操作具の操作量に対応したネガティブコントロール信号圧PNが入力されることになって、連動操作を行うのに十分な吐出流量となるように流量制御されることになる。

0037

ところで、前記油圧ポンプ11の容量可変装置11aは、前述したネガティブコントロール信号圧PNやポンプ流量低下信号圧PLによる流量制御だけでなく、油圧ポンプ11の吐出圧を受けてエンジンEから油圧ポンプ11に供給される馬力が一定になるように流量を制御する定馬力制御や、後述の制御弁32から出力される制御信号圧に基づいた流量制御を行うように構成されている。

0038

前記制御弁32は、エンジンEの制御を行うエンジン用コントローラ33からの出力信号によって作動する減圧弁であって、該制御弁32から出力される制御信号圧は、エンジン回転数と作業負荷に対応する信号圧となるように制御される。そして、油圧ポンプ11の容量可変装置11aは、制御弁32から入力される制御信号圧に基づいて、エンジン回転数が高い場合にはポンプ流量を多くし、エンジン回転数が低い場合にはポンプ流量を少なくするように流量制御を行う。而して、油圧ポンプ11の容量可変装置11aは、前述したブーム5の単独操作での空中下動時にコントローラ28からポンプ流量低下信号圧PLが出力されている場合、該ポンプ流量低下信号圧PLによる流量制御だけでなく、制御弁32から入力される制御信号圧により、エンジン回転数の高低に基づいて油圧ポンプ11の吐出流量を増減せしめるように作動する。
尚、エンジン回転数は、アクセルダイヤル34によって設定された回転数に近づくようにエンジン用コントローラ33により制御される。

0039

そこで、図8図9に示す第二の実施の形態では、エンジン回転数を設定するアクセルダイヤル34の信号を入力し、該アクセルダイヤル34から入力されるエンジン回転数の設定値に基づいて、ポンプ流量低下信号圧PLの値を変化させる。つまり、図9のフローチャート図に示すように、ステップS1、ステップS2およびステップS3において「YES」と判断された場合に、アクセルダイヤル34から入力されるエンジン回転数の設定値に基づいてポンプ流量低下信号圧PLの値を決定し(ステップS4)、該決定されたポンプ流量低下信号圧PLを出力するように電磁比例圧力制御弁27に対して制御信号を出力する。この場合、ポンプ流量低下信号圧PLは、前述した第一の実施の形態と同様に、ネガティブコントロール信号圧PNよりも高圧であることは勿論であるが、第二の実施の形態では、アクセルダイヤル34から入力されるエンジン回転数の設定値が大きいほど、つまり前述した制御弁32から出力される制御信号圧によってポンプ流量を多くするように制御されるほど、ポンプ流量低下信号圧PLが高圧となるように、つまりポンプ流量を少なくするように制御される。
尚、前記図8図9において、前述した第一の実施の形態と同一のものについては、同一の符号を附すと共に説明を省略した。また、図1図3図4図5図6は第一の実施の形態のものを共用する。

0040

そして、この第二の実施の形態のものも、前記第一の実施の形態のものと同様の作用効果を奏するが、さらに第二の実施の形態のものでは、ブーム5の単独操作での空中下動時において電磁比例圧力制御弁27から出力されるポンプ流量低下信号圧PLは、エンジン回転数が高いほど高圧となるように、つまりポンプ流量を少なくする信号圧となるように制御されることになる。この結果、エンジン回転数が低く、制御弁32から出力される制御信号圧によってポンプ流量が少なくなるように制御されている場合には、ポンプ流量低下信号圧PLが低めに設定されてポンプ流量が少なくなりすぎないように制御される(この場合であっても、前述したように、ポンプ流量低下信号圧PLはネガティブコントロール信号圧PNよりも高圧であって、ネガティブコントロール信号圧PNが容量可変装置11aに入力された場合よりもポンプ流量が少なくなるように制御される。)ことになって、エンジンが低回転数のときにブームシリンダ8のロッド側油室8aへの供給油量が不足して減圧状態になってしまうような不具合を回避できる。一方、エンジン回転数が高く、制御弁32から出力される制御信号圧によってポンプ流量が多くなるように制御されている場合には、ポンプ流量低下信号圧PLが高く設定されてポンプ流量をできるだけ少なくするように制御されることになり、而して、エンジンが高回転数の場合であっても再生油量を最大限増加させることができ、省エネルギー化により一層貢献できる。
尚、前記第二の実施の形態では、アクセルダイヤルの設定値によってエンジン回転数を判別する構成になっているが、これに限定されることなく、例えば、エンジン回転数を検出する回転数検出センサを設け、該回転数検出センサの検出値をコントローラに入力するように構成しても良い。
さらに、前記第一、第二の実施の形態では、重量物を上下動せしめるための油圧シリンダとしてブームシリンダを例示したが、本発明は、スティックシリンダやバケットシリンダ等、重量物を上下動せしめる各種油圧シリンダの油圧制御回路に実施できる。

図面の簡単な説明

0041

油圧ショベルの斜視図である。
第一の実施の形態における油圧制御回路図である。
ブーム下動用パイロット圧とブーム用制御バルブおよび再生用開閉弁の開度量との関係を示す特性図である。
センタバイパス流量とネガティブコントロール信号圧との関係を示す特性図である。
電磁比例圧力制御弁の特性図である。
ポンプ流量とネガティブコントロール信号圧またはポンプ容量低下用信号圧との関係を示す特性図である。
第一の実施の形態におけるコントローラの制御手順を示すフローチャート図である。
第二の実施の形態における油圧制御回路図である。
第二の実施の形態におけるコントローラの制御手順を示すフローチャート図である。

符号の説明

0042

8ブームシリンダ
8aヘッド側油室
8bロッド側油室
10バケットシリンダ
11油圧ポンプ
11a容量可変装置
14ブーム用制御バルブ
20ブーム用操作具
23再生用回路
25再生用開閉弁
27電磁比例圧力制御弁
28コントローラ
29ポンプ用圧力センサ
34アクセルダイヤル
Gネガティブコントロールライン

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