JPH01260125A - 油圧ショベルの油圧回路 - 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 この発明は油圧ショベルの作業装置作動に当っての操作
性の改善を目的とする油圧回路に関するものである。

従来の技術 油圧ショベルは第４図に示すように、本体１の前方にブ
ーム２の基端部を、該ブーム２の先端部にアーム３の基
端部な、該アーム３の先端部にパケット４などの作業工
具を、作業装置として枢支し、それらをアーム用のシリ
ンダ５、アーム用のシリンタロ、パケット用のシリンダ
７て回動させて各種作業を行うか、作業装置の位置、姿
勢によっては、白玉による回動モーメントが働き、各シ
リンダ５，６．７か強制的に伸縮され、ロッド側または
ヘット側油室への流入油量よりも流出油量の方か先行し
、流入側油室は真空状態となって、いわゆるキャビテー
ション現象を生ずる。このようなシリンダに一ヒ述のよ
うな自噌などか作用しなくなり、続いて油室に圧油を供
給しても、キャビテーションによる油室の空隙に供給油
が充満するまで、そのシリンダの作動は停止する０次い
て上記空隙が充満すると０、シリンダは急に作動を始め
ることとなる。

このことを第５図のアーム３を矢印Ｃ方向に回動させる
場合について詳述すると、アーム用のシリンダ６には、
実線で示すアーム３．パケット４、シリンダ７その他の
自重による回動モーメントによって、仮想線で示す位置
における総合重心位置Ｇが、アーム３の枢支点を通る鉛
直１４１　ｙ　−ｙ上にくるまで伸長力ｆＪＩ′ｍ＜。

従って油圧切換弁３５を８位置に切換え、油圧ポンプ８
の吐出圧油を管路２０を経てシリンダ６のヘッド側油室
６αに供給すると、同時に、ロッド側油室の圧油が急速
に管路１９、油圧切換弁３５のＢ位置油路を通りタンク
２１に戻る。このとき、ヘッド側油室６αへの圧油の供
給量が不足し、該油室には真空の空隙部を生ずる。この
結果、総合重心Ｇが鉛直線ｙ−ｙを越えてシリンダ６を
伸長させる操作を続けても、ヘット側油室６αの空隙部
か供給圧油で充満するま゛Ｃアーム３は作動せず、充満
すると急に作動する。

この現象は第４図においても類推できるように、鉛直線
ｙ　−ｙ　、ｈにおいてのみならず、シリンダ６．７を
縮小状態からパケット４の刃先が作業対象物に接する迄
伸長させ、更に伸長を続けるとき、シリンダ５を、パケ
ット４の刃先が作業対象物に接する迄収縮させ、更に収
縮を続けるときにも発生する。

この様な現象を軽減する目的の従来技術は、第５図の管
路１９の途中にチエツク弁と自重に見合った絞り効果を
有する固定絞り弁とからなるスローリターン弁３４を設
け、アームシリンダ６か伸長するときのロッド側油室６
６からの戻り油に絞り弁て通過抵抗な学えて、その作動
速度を低減させたり、管路１９，２０の分岐管路上にオ
ーバロードリリーフ弁とチエツク弁とからなるコンビネ
ーションリリーフ弁１１．１２を設け、該チエツク弁を
介して管路１９，２０をタンク２１に連通させることに
より、キャビデージョンを防止する方法がなされていた
。

発明が解決しようとする課題 従来技術によるスローリターン弁３４を構成する絞り弁
は、その絞り効果が過小のときはキャビテーションの防
止効果がなく、また、過大なときは、そのシリンダの作
動速度が遅くなったり、無益な負荷が発生するので、一
般的には、通常の作業に適することを前提として、油圧
ポンプを駆動するエンジンの定格回転速度の６０〜７０
％における吐出圧油量のとき、シリンダに著しいキャビ
デージョンが発生しないように配慮されているが、油圧
ショベルは、近年、一般一トエのほか、地ド埋設物工事
などの如く精細を要する工事に使用したり、寸法の異な
るブーム、アーム、パケットや、また、パケットに替え
て特殊作業工具に装備替えして使用されることも多々あ
る。従って、エンジン回転数を超低速のまま作業をした
り、シリンダに加わる負荷圧力が増大して使用したりす
るため、従来のスローリターン弁３４では十分な対応は
難しく、また、シリンダ８，７．８などは何れもタンク
２１から離れた位置にあり、長い管路とチエツク弁を通
ってシリンダの空隙部に油が自吸されることとなるので
、従来のコンビネーションリリーフ弁１１．１２の働き
のみでは不十分である。

課題を解決するための手段 この発明は前述の課題を解決するため、次の手段を講じ
た。すなわち、 （仁）油圧切換弁のスプールを中立位置から正または逆
に移動させる力に抗して該スプールを中立位この方向に
引戻すための受信部と、 （■、）作業装置の重量により負荷圧力が発生するシリ
ンダの油室の、反対側の油室の圧力、または、該油室の
圧力を負圧にさせる要因を検出する検出手段と、 （ハ、）該検出手段で得られた検出結果に対応して油圧
切換弁のスプールを中立位置方向に引戻す信号を出力す
る発信手段とを設け、 （二、）発信手段の出力をと配油圧切換弁の受信部へ導
く。

作　　　用 重量の異なる作業装置を装着替えしたり、種々の作業姿
勢、運転条件の下で使用しても、作業装置の料量により
負荷圧力が発生するシリンダの油室の反対側の油室の圧
力が負圧とならないよう、その油室の圧力を直接または
、その油室の圧力な負圧にせしめようとする間接的要因
を検出して発信手段に入力し、該発信手段は油圧切換弁
のスプールを中立位置方向へ引戻すので、上記負荷圧力
か発生するシリンダの油室から流出する圧油は油圧切換
弁で抵抗を受け、シリンダの反対側の油室にはキャビテ
ーションは発生しない。従って、いかなる作業装置、作
業姿勢、運転条件においても作業装置が一時停＋ｈ　シ
たり、急に作動を始めることもないので安全である。

実　　　施　　　例 この発明の実施例を、油圧ショベルのアーム用のシリン
ダに適用した場合を図に基づいて説明する。

第１図は、その第１実施例の要部電気・油圧系統図であ
り、この図において第５図と同一部分には同一符号を付
して示しである。

１０は油圧ポンプ８の吐出圧油をシリンダ６に、切換え
て供給する油圧切換弁、１３．１４は該油圧切換弁ｌＯ
操作用の第１のパイロット油室て、操作用のリモコン弁
（図示省略）から送られるパイロット圧は、パイロット
管路２９、パイロット油室１３に作用して油圧切換弁１
０をＢ位置に、パイロット管路３０、パイロット油室１
４に作用してＡ位置へと、それぞれスプールを移動させ
るのであるが、この油圧切換弁ｌＯには、更に、第２の
パイロット油室１５を有し、管路２３を通ってパイロッ
ト圧が作用すると、その大きさに応じて、Ｂ位置に切換
わったスプールを元の中立位置に引戻す働きを有してい
る。

油圧切換弁ｌＯの切換油路は既知技術と同様で、センタ
スプリングで中立位置に保持されたスプールを、その保
持力に抗して正、逆のＡ、Ｂ位置へと移動させることに
より、油圧ポンプ８の吐出圧油管路を、管路１９に接続
するボートａまたは管路２０に接続するボートｌに、ま
た、そのときの反対側のボートをタンク２１に通じさせ
るのであるか、このとき、スプール上のノツチ溝、細径
部、油圧切換弁本体の環状溝などの組合わせにより、ス
プールの移動量の増加に関連して、内部通路の開口面積
は最大個迄増大していく。第３図は油圧切換弁の一般的
な、スプールの移動量Ｓと開口面ｉＦとの関係を示す線
図であり、スプールの移動量がＳ、からＳ２になる迄は
、開口面精は０からＦ、へと漸増し、更にＳ２を越えＳ
＊ａｘになるに従いＦｌｌｌａＸとなる。ここで、前述
のパイロット油室１５にパイロット圧が作用すると、そ
の圧力に応じて、スプールの移動量は第３図のＳ□８か
らＳ２．　Ｓｌへと引戻される。

１６は、電磁比例式圧力調整弁１７と演算装置２７とか
ら構成される発信手段、１８は管路２０の圧力を管路２
８を介して計測して電線２６へ信号として出力する圧力
検出器であり、上記電磁比例式圧力調整弁１７は、その
受信部に作用する信号の大小に比例して、管路２２て導
かれるパイロットポンプ９の吐出圧油を調圧し管路２３
へ圧力信号を出力し、また、演算装置２７は圧力検出器
１８からの信号を入力し、管路２０の圧力か低いことを
示す信号となるに従い、電磁比例式圧力調整弁１７を介
し、Ｂ位置に切換えられた油圧切換弁１０のスプールの
移動量を、第３図のＳ、１８からＳ２．　Ｓｌへと減少
させるような信号を出力するものである。

なお、２４．２５は何れも管路であり、油圧ポンプ８の
吐出圧油を、油圧切換弁１０中立位置通路、管路２４を
通って他の油圧切換弁、タンク２１またはその他の機器
へ接続したり、また、管路２５を通り、他の油圧切換弁
へ、パラレルに圧油を分配したりするものであり、機器
の配置、種類などにより異なるときもあり得る。

次に以上の構成からなるこの発明の作動について説明す
る。

油圧ショベルのパケット４により、作業スペースや仕上
がり寸法に余り制約を受けない掘削作業などにおいては
、一般的に、シリンダ６．７を縮小させた状態でパケッ
ト４の刃先を作業対象物にあてがい、そのまま、シリン
ダ６．７を掘削抵抗に抗して伸長させて掘削動作をする
ので、例えば、アーム３用のシリンダ６に例をとると、
ヘッド側油室６αには１作動中は常に、正の、しかも比
較的高い圧力が生じており、圧力検出器１８は、その圧
力を検出して、これに対応じた信号を演算装置２７に入
力し、該演算装置２７は電磁比例式圧力調整弁１７の受
信部に信号を作用させるが、このときの発信手段１６か
ら管路２３を通り、パイロット油室１５に作用する信号
はＢ位置に切換わった油圧切換弁ｌＯのスプールを中立
位置に引戻すことはしないようにしである。従って、油
圧切換弁ｌＯがＢ位置で、シリンダ６か伸長作動をする
とき、ロッド側油室６イからの戻り油は、該弁ｌＯのＢ
位置油路を通り、何等抵抗を受けることなくタンク２１
へ戻り１反対に油圧切換弁１０をＡ位置にしてシリンダ
６を収縮させるときも同様に、抵抗はないので、シリン
ダ６は迅速て強力な伸縮作動を行う。

次に、第４図に示すような作業をするときは、一般に、
エンジン回転数を低減させ、上方からパケット４を慎重
に下し、その刃先は作業対象物にあてかわれると掘削を
開始するのであるが、このときは、油圧ポンプ８の吐出
圧油量とアーム３゜パケット４、パケット用のシリンダ
７などの自重と作業姿勢とのかねあいで、シリンダ６の
ヘッド側油室６αの圧力は急激に低下し、遂にはキャビ
テーションを発生しようとするが、この圧力変化を圧力
検出器１８が検出し、信号を逐次演算装置２７に入力す
るので、該演算装置２７は、油圧切換弁ｌＯのスプール
がＢ位置にある状態から中立位置へ１＝引戻す信号を出
力するように、電磁比例式圧力ｚ４整弁１７の受信部へ
信号を入力する。その結果、ロッド側油室６ビの戻り油
は管路１９、油圧切し’弁ｌＯを経てタンク２１に流入
する際、ボート（スな通過する過程で抵抗を受け１作業
装置の自重；よってシリンダ６の伸長が先行してヘッド
側油イ６αの圧力か負圧となってキャビテーションを発
生することはない。また、パケット４に替えて、例えば
、自重の大きい油圧ブレーカ、油圧杭打機を装着したり
、または、規定寸法よりも長いアームを使用したりする
とき、シリンダ６には、それらの、より大きい自重のた
め、増大した伸長力が働き、本来なれば、ヘッド側油室
６αには更にキャビテーションが発生し易いものである
が、上記説明の如く、実施例では、ヘッド側油室６αか
常に正の圧力を保持するように、ロット側油室６ｄから
の戻り油をボートα部で制限するので、各種の作業条件
にも自動的に、キャビテーションか生じない対応がなさ
れ、シリンダ６の伸長速度は、ヘッド側油室６αへの圧
油流人量に応じた速度となる。

第２図は、この発明の第２実施例を示す要部の電気・油
圧系統図であるが、第２実施例が第１実施例と異なる主
な点は、第１実施例がシリンダ６のヘット側油室６αの
圧力を直接計測して、その油室にキャビテーションが発
生しないよう自動的に管理していることに対し、第２実
施例では、キャビテ・−ジョンを発生させる要因を検出
し、それらの検呂結果を演算装置２７′て集約して管理
するものである。

すなわち、３２はエンジン３１の回転速度を計測する回
転数検出器で、この回転数検出器３２は油圧ポンプ８が
、シリンダ６の油室に供給し得る圧油の量を間接的に知
るための検出手段であり、換言すれば、この回転数検出
器３２は、キャビテーション発生の要因検出手段であっ
て、電線３３で演算装置２７′に信号を送る。この信号
により、回転数検出器３２からの回転数か低ければ低い
程、演算装置２７′は電磁比例式圧力調整弁１７に指令
して、発信装置１６’からの信号は油圧切換弁１０のス
プールを中立位置に、より近く引戻す。

従って、作業中において、作業装置の重量でシリンダ６
が伸長される速度と、油圧ポンプの吐出油漬とが見合う
程度に、油圧切換弁ｌＯは最も適した開口面桔となるス
プール移動位置を自動的に選定する。

以りの第１実施例、第２実施例における油圧切換弁ｌＯ
のスプールを引戻す信号媒体、機器として、油圧および
電磁比例式圧力調整弁などを使用しているが、必ずしも
これに限定するものではなく、各種検出手段からの入力
信号に比例または反比例して発信手段１６または１６′
が油圧切換弁ｌＯのスプールな中立方向に引戻す信号が
発せられれば、この目的を達成できるのであるから、空
圧、電気などの媒体、その他の機器を組合わせて使用し
ても一向にさしつかえはない。

また、実施例では、アーム用のシリンダ６のヘット側袖
室６αにキャビテーションを発生させないようにするこ
とのみを引例として説明したが、他のへゲット用、ブー
ム用のシリンダ、あるいは各シリンダのロット側油室の
キャビテーション防止にも、作業条件１作業装置の種類
、特定作業姿勢などに応じて、適宜選定または複合使用
して効果を増大することも勿論可使である。

発明の効果 作業装置作動用のシリンダの油圧作動回路に、この発明
の油圧回路を設けておくと、各種作業装置に取替えて作
業を行う場合、作業内容に精粗の別のある場合、特定作
業姿勢の多い場合などのそれぞれに応じ、自動的にシリ
ンダの油室からの戻り油か油圧切換弁のボート部で最適
に絞られ、そのシリンダが、供給圧油の量よりも先行し
て伸縮することを防止するので、キャビテーションは発
生せず、あらゆる作業においても危険な作動が起こるこ
ともなく、俺率のよい作業か正確に、かつ、容易にでき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例を、第２図は第２実施例
を示す要部電気・油圧系統図、第３図は油圧切換弁にお
けるスプールの移動量と開口面積の関係を示す線図、第
４図は掘削作業中の油圧ショベルの外観側面図、第５図
は従来技術の油圧ショベルの要部油圧系統図である。 １１．１２ ・・・・・・・・　コンビネーションリリーフ弁１３．
１４．１５ ・・・・・・・・　パイロット油室 １６．１６’　　・・・・・・・・　発信手段１７　・
・・・・・・・　電磁比例式圧力調整弁１８．１８′　
・・・・・・・・　圧力検出器２７．２７’　　・・・
・・・・・　演算装置３２　・・・・・・・・・・・・
・・　回転数検出器以上

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）油圧切換弁を正逆に切換え、エンジンで駆動され
   る油圧ポンプの吐出圧油をシリンダに供給し、作業装置
   を作動させる油圧ショベルの油圧作動回路において、該
   油圧切換弁に、そのスプールを中立位置から正逆に移動
   させる１対の第１の受信部の他、該スプールを中立位置
   の方向に引戻す第２の受信部と、作業装置の重量により
   負荷圧力が発生するシリンダの油室の反対側の油室の圧
   力に応じた信号を発する圧力検出手段と、該圧力検出手
   段で得た検出結果を入力して前記油圧切換弁の第２の受
   信部に作用し、スプールを中立位置方向に引戻す量を決
   定する信号を出力する発信手段とからなる油圧ショベル
   の油圧回路。
2. （２）エンジンの回転数を検出する手段から得た検出結
   果を発信手段に入力する如くした前記特許請求の範囲第
   （１）項記載の油圧ショベルの油圧回路。