JPH06129405A - アクチュエータ相対速度の可変方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ 並列回路接続・パイロット圧作動の複数の油
圧切換弁から構成される油圧切換弁群のそれぞれの油圧
切換弁に連なる油圧アクチュエータのうち、負荷圧力の
高いものと低いものとを同時に作動させるときにも、予
め設定した相対速度で容易に作動できるようにする。 ［構成］ 負荷圧力の低いアクチュエータ用油圧切換弁
のスプールの移動ストロークを外部からの信号に比例し
て制限するストローク制限手段を設け、該ストローク制
限手段の受信部へは、負荷圧力の高いアクチュエータ用
油圧切換弁を切換えるパイロット圧で閉路するスイッチ
と外部から任意に調整可能の可変電流スイッチとを介し
て電源を接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば油圧ショベル
のブーム上昇と旋回のアクチュエータの如く、並列回路
接続の同一油圧切換弁に属する油圧切換弁を操作して作
動時負荷圧力の異なるアクチュエータを同時に作動せし
めるときに、両者の関係速度を良好に、選択、調整する
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の一般的な油圧回路として、油圧シ
ョベルの場合を例にとり説明すると、同一油圧切換弁群
内の油圧切換弁は、並列回路構成となっており、この切
換弁によりそれぞれのアクチュエータへ、所望の量の圧
油を分配するには油圧切換弁のスプール移動量を人為的
に加減しながら運転していた。以下、従来技術の実施例
を図５に示す油圧ショベルの油圧回路図により、ブーム
上昇第２速（実施例において詳述する）と旋回とを同時
に作動せしめた場合について説明する。

【０００３】図５のブーム用操作レバ３８を操作して、
パイロット弁１５を最大に作動させると、パイロット油
圧信号は、パイロット油路３０、３１を経て油圧切換弁
９のパイロット油室に達し、該油圧切換弁９のスプール
をＤ位置に移動させると同時に、パイロット油路３０の
延長油路は油圧切換弁６のパイロット油室にも通じてい
るので、該油圧切換弁６のスプールをもＤ位置に移動さ
せる。この結果、第２油圧ポンプ３の吐出油は油路２
４、油圧切換弁９のＤ位置通路、油路３９、４０を通
り、ブームシリンダ１３の伸長側油室へ、また第１油圧
ポンプ２の吐出油は油路２３、油圧切換弁６のＤ位置通
路、油路４１を通り上述の油路４０に合流してブームシ
リンダ１３へと流入する。この状態で、操作レバ３８’
を操作してパイロット弁１６または１６’の作用により
油圧切換弁６と同一油圧切換弁群Ａに属する油圧切換弁
１４を切換え、そのスプール位置がＤまたはＥに移動す
ると、油路２３の圧油は油路３４に分流し、油圧切換弁
１４のＤまたはＥ位置通路を通って旋回モータ１２に流
入する。このとき、油圧切換弁６、１４は共に油路２３
に並列的に配置されているので、第１油圧ポンプ２の圧
油は、ブームシリンダ１３、旋回モータ１２の何れか負
荷圧力の低い方へ大量に流入し、そのアクチュエータを
主として作動させる。従って、ブーム上昇速度と旋回速
度との関係速度を好ましい状態にするには、回路設計時
点においてブームシリダン１３の負荷圧力と旋回モータ
１２の負荷圧力特性を予め算出し、或る一定の作業負荷
と作業条件とを勘案して油圧回路を構成するが、このこ
とは、あくまでも標準作業条件の下において稼働せしめ
る場合にのみ有効となるだけであり、しかも一般的には
回路効率の低下をきたすものである。

【０００４】例えば、標準バックホウアタッチメントを
装備した標準機のフロントアタッチメントを取かえて図
６に示すように自重の大なる特殊クラムシェルを装備し
たときには、当然ブームシリンダ１３に加わる定常的な
負荷圧力は増大し、上述のブーム上昇、旋回の同時操作
をすると、第１油圧ポンプ２の圧油の殆んどは旋回モー
タ１２にのみ流入する。

【０００５】また図７はブーム上昇、旋回同時の操作に
よりバケット４９に満載した作業対象物を、運搬車Ｔｘ
またはＴｙまで移動させるときのブーム上昇高さＨと旋
回の展開角度θの関係を示す図であり、掘削終了点Ｏを
原点とすると、作業対象物を運搬車ＴｘまたはＴｙまで
移動させる最短距離は、ブームを上昇させながら旋回を
し、バケット４９の移動軌跡が直線ｘまたはｙとなる必
要があり、最終的にはブーム上昇高さＨｘのとき旋回角
度はθｘ，或いはそれぞれＨｙ，θｙとならなければ作
業能率の向上とはならないが、図において明らかなよう
に、バケット４９の移動軌跡が直線ｘ，ｙとなるために
は、同じ旋回角度θｘに対してブーム上昇高さは、直線
ｘではＨｘ，直線ｙ上ではＨ’ｙとなり、また同じブー
ム上昇高さＨｙに対して旋回の所要角度は、直線ｙ上で
はθｙとなるが直線ｘではθ’ｘでよいこととなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】実作業をするにあた
り、バケット４９に加わる作業対象物の重量は一定作業
の反復であり、大きい変化はないが、作業条件、作業機
の立地条件、運搬車Ｔｘ，Ｔｙの配置条件は多様であ
り、従来機では、運転者がこれに対応するためには、長
期間の熟練と感によりブーム上昇用操作レバ、旋回操作
レバを交互に、微妙に調整し、効率を向上させることが
要求させていた。また、前記のブーム上昇、旋回の関係
速度を改善する目的で図５の油路３４または４１を固定
的な絞り油路とすることを従来機で樹脂したものもある
が、前述の如く単独作動時の回路効率の低下をもたらす
原因となっていた。本発明では、上記ブーム上昇、旋回
の如き同時操作時においても、作業条件に最も適した両
者の関係速度を、不馴れな運転者にも容易に得られるよ
うにし、能率のよい作業を実現し、しかも単独作動時の
効率低下のない油圧回路を実現することを課題とするも
のである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】パイロット弁からの油圧
信号の大小に比例するスプールの移動ストロークで切換
わり、並列回路で接続される複数の油圧切換弁から構成
した油圧切換弁群内の各切換弁に連なるアクチュエータ
を作動させる如くした油圧作動回路において、同時に作
動させようとするアクチュエータのうち、負荷圧力の低
いアクチュエータ用のパイロット圧油信号を発生させる
操作系管路上に、外部から任意に調整可能の可変電流ス
イッチの如き調整手段からの信号と、負荷圧力の高いア
クチュエータ用油圧切換弁の操作を検出する検出手段か
らの信号とが受信部に入力されると、電磁比例減圧弁の
如く上記調整手段からの信号に比例する圧油を下流側へ
流出するストローク制限手段を設ける。

【０００８】

【作用】運転に際して、調整手段である可変電流スイッ
チを所望の位置に設定し、負荷圧力の高いアクチュエー
タ用と低いアクチュエータ用の操作レバを同時に操作す
ると、負荷圧力の低いアクチュエータ用油圧切換弁のパ
イロット油室には最大値がストローク制限手段で減圧さ
れたパイロット圧が作用するので、その油圧切換弁は中
間開度となり、両方のアクチュエータにそれぞれ適量の
圧油が供給される。また、アクチュエータの相対速度を
変更するとき、または負荷変動のあるときは、上記可変
電流スイッチを調整して電磁比例減圧弁からの制限圧力
を変更する。

【０００９】

【実施例】この発明の実施例を、図面を参照しながら説
明する。図１は、この発明を油圧リモートコントロール
方式の油圧ショベルに適用したときの電気・油圧回路図
を一部省略して示す。１は第１油圧ポンプ２、第２油圧
ポンプ３、パイロットポンプ４を駆動するエンジンで、
第１油圧ポンプ２はタンク２１からサクションストレー
ナ１９を経て油を吸入し、吐出油はリリーフ弁１８で調
圧され油路２３を通って左走行用の油圧切換弁７、ブー
ム上昇第２速用の油圧切換弁６、アーム第１速用の油圧
切換弁５、旋回モータ１２用の油圧切換弁１４などから
構成される第１油圧切換弁群Ａに流入してゆき、第２油
圧ポンプ３の吐出油はリリーフ弁２０で調圧され油路２
４を通り右走行用の油圧切換弁８、ブーム上昇、下降第
１速用の油圧切換弁９、バケット用の油圧切換弁１０、
アーム第２速用の油圧切換弁１１から構成される第２油
圧切換弁群Ｂへと流入する。第１、第２油圧切換弁群
Ａ，Ｂに属する各油圧切換弁は、各群毎に並列油圧回路
となっており、それぞれの油圧切換弁が中立位置、すな
わち、操作されないときには、各アクチュエータへの油
路は閉止されるが、油路２３または２４を通って送油さ
れる圧油は、内部の中立時バイパス油路を通って、それ
ぞれ油路３５，３６に入り、合流油路２５となり、オイ
ルクーラ２６、リターンフィルタ２７を経てタンク２１
に戻る。

【００１０】また、操作レバ３８により作動するパイロ
ット弁１５の二次側であるパイロット圧出口ポートに接
続したパイロット油路３０およびその分岐パイロット油
路３１は油圧切換弁６、９のスプールを、ブームシリン
ダ１３が伸長する側に移動させるパイロット油室に通
じ、パイロット弁１５’のパイロット圧出口ポートに接
続したパイロット油路３３は油圧切換弁９のスプール
を、ブームシリンダ１３が縮小する側に移動させるパイ
ロット油室に通じ、操作レバ３８’により作動するパイ
ロット弁１６、１６’の二次側ポートであるパイロット
圧出口ポートに接続したパイロット油路４６、４７は旋
回用油圧切換弁１４のパイロット油室に通じている。そ
の他の油圧切換弁、すなわち、第１油圧切換弁群Ａに属
する油圧切換弁５、７および第２油圧切換弁群Ｂに属す
る油圧切換弁８、１０、１１などは従来の油圧ショベル
における切換弁と同様、それぞれ専用のパイロット弁
（図示せず）からの油圧信号により、第１油圧ポンプ
２、第２油圧ポンプ３の圧油を切換えて、各アクチュエ
ータに供給し、作動させる。また、パイロットポンプ４
の吐出油は、油圧切換弁５、６、７、８、９、１０、１
１、１４など操作系の油圧源となるものであり、ライン
フィルタ２８を通り、リリーフ弁２２により調圧され、
操作系の油圧源管路である油路２９を通ってパイロット
弁１５、１５’、１６、１６’およびその他の油圧切換
弁用パイロット弁などへの一次側の油圧源として供給さ
れる。そうして、同一油圧切換弁群Ａに属し、同時に操
作される機会が多く、また負荷圧力の低い方のアクチュ
エータ用の油圧切換弁例えば旋回用油圧切換弁１４を操
作するパイロット弁１６、１６’の二次側から前記切換
弁のパイロット油室へと通じる操作系管であるパイロッ
ト油路４６，４７の途中に電磁比例減圧弁３２、３２を
設け、該電磁比例減圧弁３２、３２の励磁部には、任意
に調整可能の調整手段である可変電流スイッチ４４、ス
イッチ４５を介して、電源４８が通じるように信号回路
が設けてある。また、上記スイッチ４５は、その受信部
にパイロット弁１５、すなわち、負荷圧力の高いアクチ
ュエータ用油圧切換弁の切換操作をするパイロット弁の
パイロット油圧信号が作用すると閉路して電源４８が信
号回路を経て可変電流スイッチ４４に通ずる機能を有す
る切換操作の検出手段となっている。

【００１１】次に、以上の電気・油圧回路における作動
について説明する。最初に、ブームシリンダ１３の伸縮
動作のみの単独操作をしたときを説明する。一般に油圧
ショベルのブームには大きい負荷が加わり、強大な力が
要求されると共に、上昇時の作動速度も要求されるの
で、上昇時には２個の油圧ポンプの吐出油を同時にブー
ムシリンダの伸長側油室に供給し、下降時には縮小側油
室に１個の油圧ポンプの吐出油を導く方式がとられてい
る。図１における操作レバ３８をブーム上昇側に操作す
ると、パイロット弁１５のパイロット油圧信号は、操作
系管路であるパイロット油路３０、３１を通り、油圧切
換弁９のパイロット油室に作用し、スプール位置をＣ位
置からＤ位置に移動させるので油路２４の圧油は、該油
圧切換弁９のＤ位置通路、油路３９、４０を通ってブー
ムシリンダ１３の伸長側油室に流入し、ブームを上昇せ
しめると同時に、パイロット油路３０は油圧切換弁６の
パイロット油室にも通じているので、該切換弁６のスプ
ールをＣ位置からＤ位置に切換えようとするが、一般的
には、ブームシリンダ１３の伸長速度を第１速と第２速
と使い分けする目的でパイロット圧が比較的低圧のと
き、油圧切換弁９側のスプールが先行移動し、更にパイ
ロット圧が上昇すると油圧切換弁９のスプール位置はＤ
に移動したまま、油圧切換弁６のスプールがＤ位置に移
動するようにしてあるので、操作レバ３８を全操作して
パイロット弁１５からより高圧のパイロット油圧信号が
油路３０に送り込まれなければ油圧切換弁６は作動しな
い。高圧のパイロット油圧信号により、やがて、切換弁
６のスプールもＤ位置に移動すると、油路２３からの圧
油は該切換弁６のＤ位置通路、油路４１を通り、該油路
４１に設けた圧油逆流防止用のチェック弁１７を押開
き、油路３９に合流し、油路４０を通ってブームシリン
ダ１３の伸長側油室に流入する。従って、ブームシリン
ダ１３の伸長側油室へは、操作レバ３８の操作初期では
第２油圧ポンプ３からの圧油のみが、また操作後期では
第１油圧ポンプ２と第２油圧ポンプ３との圧油が合流し
て流入する。

【００１２】次いで操作レバ３８を逆方向に操作し、パ
イロット弁１５’の二次側のパイロット圧出口ポートに
接続された操作系管路であるパイロット油路３３の油圧
信号が上昇し、油圧切換弁９のブームシリンダ１３縮小
側のパイロット油室に流入すると、該油圧切換弁９のス
プールはＥ位置に移動し、油路２４の圧油は該油圧切換
弁９のＥ位置通路、油路４２、４３を通り、ブームシリ
ンダ１３の縮小側油室へ流入しブームを下降せしめる。

【００１３】次に、旋回モータ１２を単独に作動させる
場合について述べる。旋回用操作レバ３８’を操作する
と、これに連動するパイロット弁１６または１６’の油
圧信号が操作系管路の１つであるパイロット油路４６ま
たは４７を通って油圧切換弁１４のパイロット油室に作
用し、スプールをＤまたはＥ位置に切換えるので、油路
２３の分岐油路からの圧油は、該油圧切換弁１４のＤま
たはＥ位置通路を経て、ブレーキバルブ３７の保護の下
に、旋回モータ１２を正転または逆転させる。従って旋
回モータ１２を単独で作動せしめるときは、第１ポンプ
２の吐出油が全量旋回モータ１２に流入することとな
る。

【００１４】次に、図１の油圧回路の油圧ショベルにお
いて、図６の如くブームシリンダ１３に大きな負荷が常
時加わっているときや、図７の如く旋回作動角度が僅か
の間にブーム上昇作動を大きく得る必要があるとき、し
かも旋回動作、ブーム上昇動作を同時に行う場合につい
て説明する。ブームを上昇せしめるため、操作レバ３８
を全傾し、パイロット弁１５からの高いパイロット油圧
信号がパイロット油路３０に流入すると、上述の如く、
油圧切換弁９、６のスプールは共にＤ位置に移動し，第
１ポンプ２、第２ポンプ３の圧油は共にブームシリンダ
１３に流入しようとするが、同時に、旋回モータ作動用
操作レバ３８’を操作していると、油圧切換弁１４のス
プールもＤまたはＥ位置に移動しているので、第１ポン
プ２の圧油は油圧切換弁６、１４のそれぞれに連なるア
クチュエータの負荷圧力に逆比例して分散、流入する筈
であるが、本発明では、回路図に示す如く、パイロット
油路３０に油圧信号が発生すると、スイッチ４５の回路
は閉じ、電源４８から可変電流スイッチ４４に通電され
る。従って、予め該可変電流スイッチ４４を調整してお
くことにより、その設定値が、パイロット油路４６，４
７上に設けた電磁比例減圧弁３２、３２の受信部に作用
し、その二次側ポートに発生する油圧信号、すなわち、
油圧切換弁１４のパイロット油室に通じるパイロット油
路側の油圧信号の大きさは、パイロット弁１６，１６’
の二次側ポートに発生するパイロット圧に左右されるこ
となく、上記電磁比例減圧弁３２、３２で制限されるか
ら、該油圧切換弁１４のスプールの移動ストロークは制
限されることから、上述の如く、パイロット油室に通じ
る操作系油路に電磁比例減圧弁を設けることにより、ス
プールの移動量を制限するストローク制限手段が構成さ
れる。

【００１５】その結果、ブーム用油圧切換弁９、６が完
全にＤ位置に切換わったときも、旋回用油圧切換弁１４
はＣ位置からＤまたはＥ位置への切換わり中間位置とな
り、絞り通路を経由して旋回モータ１２を作動させるこ
ととなる。このときのパイロット圧と油圧切換弁１４の
スプール移動ストロークとの関係を図によって詳記す
る。図３，４はともに、横軸には油圧切換弁のスプール
が中立のときを原点としてストロークＳをとり、パイロ
ット油室に作用するパイロット圧を縦軸にとった図であ
るが、図３は、パイロット弁に供給されるパイロット圧
が電磁比例減圧弁３２，３２などで減圧されないときの
関係示す図であり、パイロット圧ＰがＯ〜Ｐ1 のときは
スプールは移動しないか、または開口しない、いわゆる
不感帯であり、Ｐ1 からＰ3 に昇圧するにしたがい、ス
トロークＳはＳ1 から最大ストロークＳ3 となり、内部
通路の開度は最大となる。更にパイロット圧がＰ4 まで
昇圧してもストロークＳ3 を保持し続ける。一方図４は
パイロット弁の一次側油路に供給される操作系の油圧源
を減圧弁によりＰ1 とＰ3 の中間圧力Ｐ2 に減圧したと
きの状況を示すが、このときの中間圧力Ｐ2 の最大値は
減圧後の圧力以下であり、ストロークＳの最大値はＳ1
とＳ3 の中間値Ｓ2 となり、油圧切換弁の内部通路の開
度は半開となるので絞り通路を形成し通過抵抗が付加さ
れる。

【００１６】従って、前記油圧切換弁１４のＤまたはＥ
位置通路に絞り抵抗を与えるべく、可変電流スイッチ４
４の設定値を、ブームシリンダ１３に加わる付加圧力や
作業状況に適した旋回角度になるように調整しておくこ
とにより、ブーム上昇、旋回時において操作レバを微調
整することなく計画的な関係速度にすることができる。
なお、ブーム上昇操作以外の操作のときは、スイッチ４
５が作動せず、電磁比例減圧弁３２、３２には通電され
ないので、パイロット弁１６，１６’からのパイロット
油圧信号は減圧されず、通常の油圧ショベルの運転操作
と何等変化はない。

【００１７】図２は本発明の第２実施例を示す油圧・電
気回路図であり、第１実施例では電磁比例減圧弁３２に
より減圧し操作系管路を介して、パイロット弁１６、１
６’への一次側油圧源として供給したが、第２実施例で
は該一次側の油圧源は他のパイロット弁と同一であり、
パイロット弁１６、１６’と油圧切換弁１４のパイロッ
ト油室とを連通するパイロット油路４６、４７の中間に
比例電磁減圧弁３２、３２’を配置したものであるが、
その作用効果は第１実施例と全く同様である。

【００１８】

【発明の効果】本発明にかかる油圧ならびに電気回路を
有するアクチュエータ相度速度の可変方法を採用してお
くと、例えば油圧ショベルにおけるブーム上昇、旋回の
如く、並列回路で構成された同一の油圧切換弁群内の油
圧切換弁を同時に操作をし所定の複合運転をする場合、
作業対象物やアクチュエータの種類による負荷圧力の変
化、作業条件の変化による作動経路の要求の異なるよう
なときにおいても、予め、可変電流スイッチを調整した
うえで運転をすれば、従来の如く操作レバを微妙に操作
する必要もなく所望の作動が得られるので作業能率が上
り、また初心者にも容易な複合運転操作ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す油圧・電気回路図であ
る。

【図２】本発明の第２の実施例を示す油圧・電気回路図
である。

【図３】油圧切換弁のパイロット油室に作用するパイロ
ット圧とスプールの移動ストロークとの関係を示す線図
である。

【図４】図３のパイロット圧が減圧されたときのスプー
ルの移動ストロークを比較した線図である。

【図５】従来の油圧ショベルの油圧回路図である。

【図６】特殊クラムシェル装備時の油圧ショベルの側面
図である。

【図７】油圧ショベルのブーム上昇高さと旋回角度の関
係を示す図である。

【符号の説明】

１２ 旋回モータ １３ ブームシリンダ １５、１５’、１６、１６’ パイロット弁 ３２ 電磁比例減圧弁 ４４ 可変電流スイッチ ４５ スイッチ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パイロット油室に作用する油圧信号の大
   小に比例するスプールの移動ストロークで切換わり、並
   列回路で接続された複数の油圧切換弁から構成される油
   圧切換弁群のそれぞれの油圧切換弁に連なるアクチュエ
   ータを作動させる油圧回路において、同一油圧切換弁群
   内の負荷圧力の低いアクチュエータに連なる油圧切換弁
   のスプールの移動ストロークを、外部からの信号に比例
   して制限するストローク制限手段を設け、該ストローク
   制限手段の受信部には外部から任意に調整可能の調整手
   段と負荷圧力の高いアクチュエータ用油圧切換弁の操作
   がなされたことを検出する検出手段からの信号を接続し
   たことを特徴とするアクチュエータ相対速度の可変方
   法。