JP2009097579A - 建設機械の油圧回路 - Google Patents

Abstract

【課題】安価な構成で、アクチュエータを一定時間継続して操作していないときは、油圧ポンプの吐出量を低下させて省エネを図る。
【解決手段】ネガコン圧と外部指令圧の何れかを高圧選択して油圧ポンプの吐出量を制御する油圧回路において、アクチュエータ制御用の操作レバー４１の操作状態を検出する圧力センサＳと、操作レバー４１の非操作状態が一定時間継続したときに、ネガコン絞り３７にて発生するネガコン圧よりも高圧の外部指令圧を電磁比例減圧弁５２にて発生させるコントローラ５０を設けた。
【選択図】図２

Description

本発明は建設機械の油圧回路に関するものであり、特に、ネガコン回路を備えた建設機械においてネガコン圧と外部指令圧の何れかを高圧選択して油圧ポンプの吐出量を制御する油圧回路に関するものである。

図６はネガコン回路を備えた従来の此種建設機械の一般的な油圧回路図であり、エンジン３０の動力で可変容量型のメインポンプ３１を駆動し、該メインポンプ３１の吐出回路３２には、メインポンプ３１から吐出される作動油を一定圧に制御するリリーフ弁３３が設けられてタンク３４に接続されている。前記吐出回路３２の途中にはコントロール弁３５が設けられ、該コントロール弁３５を介して作動油が油圧シリンダや油圧モータなどのアクチュエータ３６へ給排される。

前記吐出回路３２は、コントロール弁３５のセンターバイパスを通り、ネガコン絞り３７を介してタンク３４に連通している。該ネガコン絞り３７はネガコンリリーフ弁３８と並列にタンク３４に接続されており、該ネガコン絞り３７の手前からネガコン回路３９が分岐して設けられ、該ネガコン回路３９はメインポンプ３１の傾転角を調整するレギュレータ４０に接続されている。

また、前記コントロール弁３５を切り換えてアクチュエータ３６を制御する手段として、操作レバー４１を備えたリモコン弁４２を設け、該リモコン弁４２の１次側ポートを油圧源４３とタンク３４に接続する。該リモコン弁４２の２次側ポートは、一方のパイロット回路４４を介して前記コントロール弁３５の一方のパイロットポート４５に接続されるとともに、他方のパイロット回路４６を介して前記コントロール弁３５の他方のパイロットポート４７に接続されている。

図７はネガコン特性を示すグラフであり、同図（ａ）はネガコン絞り３７およびネガコンリリーフ弁３８の流量とネガコン圧の関係を示し、同図（ｂ）はネガコン圧とメインポンプの吐出量の関係を示している。

図示は省略するが、操作レバー４１が操作されてコントロール弁３５が何れかの位置に切り換わっているときは、メインポンプ３１から吐出される作動油はアクチュエータ３６へ供給され、ネガコン回路３９に作動油が導出されないため、図７（ａ）に示すように、ネガコン圧は最低圧Pn0となる。図７（ｂ）に示すように、ネガコン圧が最低圧Pn0のときは、メインポンプ３１の傾転角が大きくなって吐出量が最大流量Qhとなり、アクチュエータ３６へ大量の作動油が供給される。

操作レバー４１が戻されてコントロール弁３５が中立位置になると、メインポンプ３１から吐出された作動油が、コントロール弁３５のセンターバイパスを通ってネガコン回路３９へ流れ、図７（ａ）に示すように、ネガコン絞り流量の増大に伴って、ネガコン圧が徐々に高くなる。そして、ネガコンリリーフ弁３８が開くQ1付近でネガコン圧が最大Pn1となる。Q1点以降はネガコンリリーフ弁３８が開いてタンク３４に連通するので、ネガコン圧はPn1より大きくはならない。

図７（ｂ）に示すように、ネガコン圧の上昇に伴って、メインポンプ３１の傾転角が小さくなって吐出量が減少し、ネガコン圧が最大Pn1になると、メインポンプ３１の吐出量はコントロール弁３５が応答性を有する最低流量であるスタンバイ流量Qsまで低下する。このように、操作レバー４１が非操作状態のときは、メインポンプ３１の吐出量をスタンバイ流量Qsまで低下させることにより省エネを図っている。

このほか、外部からの指令にてネガコン最大圧Pn1よりも高圧の油圧を発生させ、ネガコン圧と外部指令圧の何れかを高圧選択してレギュレータに作用させることにより、メインポンプの吐出量を小流量に変更可能にした油圧回路も知られている（例えば、特許文献１、特許文献２）。
特開２００２−０２１８０８号公報 特開２００５−０６０９７０号公報

図６の構成では、コントロール弁３５が中立位置になると、ネガコン圧が上昇してメインポンプ３１の吐出量がスタンバイ流量まで低下するが、スタンバイ流量Qsはコントロール弁３５の始動操作時の応答性を確保するために20cc/rev程度であり、エネルギーロスが大きい。

特許文献１記載の発明は、コントロール弁の切換え時にネガコン圧が急変した場合、リモコン弁の操作量に応じた減圧弁圧力を選択して優先的にレギュレータに供給することにより、操作レバーのハンチングを防止するものであり、非操作時のポンプ吐出量を低減するものではない。

特許文献２記載の発明は、ショベル仕様からクレーン仕様に切換えた状態では、旋回操作時のみポンプ吐出量を小流量として、安全な旋回速度を確保するものであり、非操作時のポンプ吐出量を低減するものではない。

そこで、安価な構成で、アクチュエータを一定時間継続して操作していないときは、油圧ポンプの吐出量を低下させて省エネを図るために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、ネガコン圧と外部指令圧の何れかを高圧選択して油圧ポンプの吐出量を制御する油圧回路において、アクチュエータ制御用の操作レバーの操作状態を検出する手段と、操作レバーの非操作状態が一定時間継続したときに、前記ネガコン圧よりも高圧の外部指令圧を発生させる外部指令圧発生手段を設けたことを特徴とする建設機械の油圧回路を提供する。

この構成によれば、アクチュエータ制御用の操作レバーの操作状態を検出する手段により、アクチュエータを操作している状態か非操作状態かを検出し、操作レバーの非操作状態が一定時間継続したときに、ネガコン圧よりも高圧の外部指令圧を発生させる。したがって、外部指令圧が高圧選択されて、油圧ポンプの吐出量がネガコン圧で設定した吐出量よりもさらに小流量となる。

請求項２記載の発明は、上記外部指令圧発生手段は、ネガコン圧よりも高い圧油を油圧源から導出する電磁弁と、操作レバーの非操作状態が一定時間継続したときに前記電磁弁を開いて油圧源の圧油をネガコン回路へ導出させるコントローラとからなることを特徴とする請求項１記載の建設機械の油圧回路を提供する。

この構成によれば、操作レバーが非操作状態である検出信号をコントローラが受けて、非操作状態が一定時間継続したときは、コントローラから電磁弁に指令信号を出力し、ネガコン最大圧よりも高い圧油をネガコン回路へ導出させる。したがって、この外部指令圧が高圧選択されて、油圧ポンプの吐出量がネガコン圧で設定した吐出量よりも小流量となる。

請求項１記載の発明は、操作レバーの非操作状態が一定時間継続したときは、ネガコン圧よりも高圧の外部指令圧が高圧選択されて、油圧ポンプの吐出量がネガコン圧で設定した吐出量よりも小流量となるので、アクチュエータが非操作時における油圧ポンプの吐出量を、スタンバイ流量よりもさらに低下させて、より一層省エネを図ることができる。

請求項２記載の発明は、操作レバーの非操作状態が一定時間継続したときは、コントローラから電磁弁に指令信号を出力して、ネガコン圧よりも高い圧油をネガコン回路へ導出させるので、請求項１記載の発明の効果に加えて、簡単かつ安価な構成にて、より一層省エネを図ることができる。

以下、本発明に係る建設機械の油圧回路について、好適な実施例をあげて説明する。安価な構成で、アクチュエータを操作していないときは、油圧ポンプの吐出量を低下させて省エネを図るという目的を達成するために、本発明は、ネガコン圧と外部指令圧の何れかを高圧選択して油圧ポンプの吐出量を制御する油圧回路において、アクチュエータ制御用の操作レバーの操作状態を検出する手段と、操作レバーの非操作状態が一定時間継続したときに、前記ネガコン圧よりも高圧の外部指令圧を発生させる外部指令圧発生手段を設けたことにより実現した。

図１は建設機械の一例として油圧ショベル１０を示し、下部走行体１１の上に旋回機構１２を介して上部旋回体１３が旋回自在に載置されている。上部旋回体１３にはその前方一側部にキャブ１４が設けられ、且つ、前方中央部にブーム１５が俯仰可能に取り付けられている。更に、ブーム１５の先端にアーム１６が上下回動自在に取り付けられ、該アーム１６の先端にバケット１７が取り付けられている。

前記ブーム１５、アーム１６、バケット１７等のアタッチメントを駆動する油圧アクチュエータとして、ブームシリンダ１８、アームシリンダ１９、バケットシリンダ２０が夫々設けられており、上部旋回体に設けられているエンジン３０によりメインポンプ３１を駆動して、各油圧シリンダや油圧モータへ作動油を給排する。

図２は油圧回路図であり、説明の都合上、図６に示した従来の油圧回路と同一構成部分には同一符号を付して重複説明を省略する。図６と異なる構成部分は、先ず、ネガコン回路３９の途中にシャトル弁５１を介装し、該シャトル弁５１の一方の入口ポートにネガコン絞り３７側の回路を接続するとともに、他方の入口ポートに電磁比例減圧弁５２を接続し、該シャトル弁５１の出口ポートをメインポンプ３１のレギュレータ４０に接続する。

前記電磁比例減圧弁５２の１次側ポートにはタンク３４と油圧源４３が接続されており、コントローラ５０からの指令信号が該電磁比例減圧弁５２に入力されると、指令信号の大きさに応じて、油圧源４３の圧油がネガコン回路３９へ導出される。前記ネガコン絞り３７によって発生するネガコン圧と、電磁比例減圧弁５２によって発生する外部指令圧とがシャトル弁５１で高圧選択され、何れか高圧の圧油がメインポンプ３１のレギュレータ４０に作用する。なお、本発明では、ネガコン圧よりも外部指令圧が高圧となるように設定されている。

また、操作レバー４１の操作状態を検出する手段として、リモコン弁４２のパイロット回路４４と４６との間にシャトル弁４８を介装し、該シャトル弁４８の２次側ポートに圧力センサＳを設けてコントローラ５０に接続する。したがって、操作レバー４１を何れかの方向へ操作すると、パイロット回路４４または４６のパイロット圧が、シャトル弁４８により高圧選択されて圧力センサＳで検出され、この検出信号によりコントローラ５０は、操作レバー４１が操作状態であるか、あるいは非操作状態であるかを検出することができる。

なお、図示は省略するが、操作レバー４１の操作状態を検出する手段としては、前記圧力センサＳのほかに、シャトル弁４８の２次側ポートに圧力スイッチを設けてコントローラ５０でスイッチオンを検出してもよい。あるいは、操作レバー４１の近傍位置にリミットスイッチを設置しておき、操作レバー４１の傾倒動作をリミットスイッチにより検出することもできる。

次に、本発明の油圧回路の動作について説明する。図２に示すように、操作レバー４１が非操作状態すなわちコントロール弁３６の切換操作を行わないときは、メインポンプ３１から吐出された作動油が、コントロール弁３５のセンターバイパスを通ってタンク３４へ戻り、ネガコン絞り３７の流量が増大してネガコン圧が徐々に高くなる。

したがって、図７にて説明したように、レギュレータ４０に作用するネガコン圧が上昇するのに伴いメインポンプ３１の吐出量が減少し、ネガコン圧が最大Pn1になると、メインポンプ３１の吐出量はコントロール弁３５が応答性を有する最低流量であるスタンバイ流量Qsまで低下する。

前述したように、圧力センサＳの検出信号によりコントローラ５０は操作レバー４１の非操作状態を検出するが、操作レバー４１の非操作状態がさらに一定時間継続したときは、コントローラ５０から電磁比例減圧弁５２へ指令信号を送る。

図３に示すように、コントローラ５０からの指令信号によって電磁比例減圧弁５２が油圧源４３に連通し、油圧源４３の圧油がネガコン回路３９へ導出される。前述したように、電磁比例減圧弁５２によって発生する外部指令圧Pn2は、ネガコン絞り３７によって発生するネガコン圧Pn1よりも高圧であるため、シャトル弁５１により外部指令圧Pn2が高圧選択されてレギュレータ４０に作用する。したがって、メインポンプ３１の吐出量がネガコン圧Pn1で設定した吐出量Qsよりもさらに小流量の最小流量Qmとなる。

図４はネガコン圧と外部指令圧の特性を示すグラフであり、同図（ａ）は、二点鎖線が従来のネガコン絞り３７およびネガコンリリーフ弁３８の流量とネガコン圧の関係を示し、実線が外部指令圧を示すグラフ、同図（ｂ）は、ネガコン圧および外部指令圧とメインポンプの吐出量の関係を示すグラフである。従来と同様に、操作レバー４１が操作状態のとき（ネガコン圧最低圧Pn0）は、メインポンプ３１の吐出量が最大流量Qhとなり、操作レバーが非操作状態になると、ネガコン圧の上昇に伴ってメインポンプ３１の吐出量が低下し、ネガコン圧最高圧Pn1で、メインポンプ３１の吐出量がスタンバイ流量Qsまで低下する。

本発明では、操作レバー４１の非操作状態がさらに一定時間継続したときは、コントローラ５０の指令により、ネガコン圧Pn1よりも高圧の外部指令圧Pn2を発生させるので、この高圧の外部指令圧Pn2がレギュレータ４０に作用し、メインポンプ３１の傾転角がさらに小さくなって最小流量Qmとなる。

従来、メインポンプ３１のスタンバイ流量Qsは、コントロール弁３５の始動操作時の応答性を確保するために20cc/rev程度であったが、本発明では、操作レバー４１の非操作状態が一定時間継続すると、メインポンプ３１の吐出量をさらに低下させて、5cc/rev程度の最小流量Qmとするので、エネルギーロスが小さくなる。この最小流量Qmは小さいほど省エネになるが、機器の冷却性能を考慮して決定する。

図５に示すように、操作レバー４１がふたたび操作されたときは、圧力センサＳの検出信号でコントローラ５０は操作レバー４１が操作状態となったことを検出できる。しかるときは、コントローラ５０から電磁比例減圧弁５２への指令信号を停止し、電磁比例減圧弁５２がタンク３４に連通するため、油圧源４３の圧油がネガコン回路３９へ導出されなくなり、外部指令圧Pn2が解消される。

また、操作レバー４１の操作によりコントロール弁４７が切り換わるので、ネガコン回路３９へ作動油が流れなくなり、ネガコン圧は最低圧Pn0となる。したがって、メインポンプ３１の傾転角が大きくなり、吐出量が増大して最大流量Qhとなり、コントロール弁３５を介してメインポンプ３１からアクチュエータ３６へ大量の作動油が供給される。

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

本発明が適用された油圧ショベルの側面図。 本発明に係る油圧回路で操作レバーが非操作状態の説明図。 図２の非操作状態が一定時間継続したときの説明図。 本発明におけるネガコン圧と外部指令圧の特性を示すグラフ。 図３の状態から操作レバーが操作状態になったときの説明図。 従来の油圧回路で操作レバーが非操作状態の説明図。 従来の油圧回路におけるネガコン特性を示すグラフ

符号の説明

１０ 油圧ショベル
３１ メインポンプ
３５ コントロール弁
３７ ネガコン絞り
３９ ネガコン回路
４０ レギュレータ
４１ 操作レバー
４２ リモコン弁
４３ 油圧源
４８ シャトル弁
５０ コントローラ
５１ シャトル弁
５２ 電磁比例弁
Ｓ 圧力センサ
Qh 最大流量
Qs スタンバイ流量
Qm 最低流量
Pn0 ネガコン最低圧
Pn1 ネガコン最大圧
Pn2 外部指令圧

Claims (2)

1. ネガコン圧と外部指令圧の何れかを高圧選択して油圧ポンプの吐出量を制御する油圧回路において、
   アクチュエータ制御用の操作レバーの操作状態を検出する手段と、操作レバーの非操作状態が一定時間継続したときに、前記ネガコン圧よりも高圧の外部指令圧を発生させる外部指令圧発生手段を設けたことを特徴とする建設機械の油圧回路。
2. 上記外部指令圧発生手段は、ネガコン圧よりも高い圧油を油圧源から導出する電磁弁と、操作レバーの非操作状態が一定時間継続したときに前記電磁弁を開いて油圧源の圧油をネガコン回路へ導出させるコントローラとからなることを特徴とする請求項１記載の建設機械の油圧回路。

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