JPH07133805A - 建設機械のシリンダ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 油圧シリンダでフロント作業機を駆動する建
設機械において操作停止後のシリンダの伸縮を素速く収
束させる。 【構成】 ロッド側の油圧ライン１６から油圧ライン５
０を分岐させ、電磁弁５４を介してタンク５２に連通さ
せる。電磁弁５４は、ボトム側ライン１４の油圧に依存
して切換えられ、ボトム側の油圧ライン１４が低圧のと
き以外は図のＢ側となり、低圧のときには、図のＡ側に
切換わる構成とされる。これにより、ボトム側が低圧の
とき以外、即ちロッド側に現に油圧が供給されていると
き、あるいは油圧を供給しようとしているとき以外につ
いては、ロッド側の油圧ライン１６をタンク５２に接続
することができるようになり、ブーム１８を停止させた
時の振動の減衰を早めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、油圧制御弁を介して、
油圧シリンダのボトム側あるいはロッド側に選択的に油
圧を供給することにより、フロント作業機のブームを駆
動する建設機械のシリンダ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、フロント作業機のブームを油圧シ
リンダで駆動する建設機械として、例えば、図３に示す
ような油圧ショベルが広く使用されている。

【０００３】この油圧ショベルでは、切換レバー８を有
する油圧制御弁１０をＡ側に切換えると、ポンプ１２に
より油圧シリンダ１１のボトム側ライン１４に圧油が送
られ、ロッド側ライン１６の油はタンクに戻るため、ボ
トム側の圧力が高くなり、ピストン１７を押し上げるの
で、ブーム１８は上昇する。

【０００４】又、制御弁１０をＢ側に切換えると、ポン
プ１２により、ロッド側ライン１６に圧油が送られ、ボ
トム側ライン１４の油はタンクに戻るため、ロッド側の
圧力が高くなり、ピストン１７を押し下げ、ブーム１８
は下降する。

【０００５】なお、図３に示した状態では、制御弁１０
は中立状態にあり、油圧の移動が阻止されるため、ブー
ム１８はその位置のまま固定されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような、油圧シリンダでブームを駆動する油圧ショベ
ル等の建設機械においては、作業能率の向上を目指して
シリンダの作動速度を上げていくと、作動停止後、フロ
ント作業機の慣性や作動油の圧縮性等のためにシリンダ
が僅かに伸縮を繰り返し、そのためフロント作業機の先
端を位置決めするような作業ではその能率が妨げられる
と共に、作業者の乗りごこちが悪化するという不具合が
起こる。従来は、フロント作業機を駆動する各油圧シリ
ンダの作動速度がそれ程速くなかったため、作動停止時
の慣性力があまり大きくならず、前記不具合は目立た
ず、特にこれに対応した技術はなかった。

【０００７】ところが、近年、油圧ショベル等の建設機
械は、作業能率の向上を目指して、シリンダの作動速度
を向上させる傾向にある。そのため、特に慣性の大きい
ブームを駆動するシリンダがその作動停止後、伸縮を繰
り返す現象が顕著になってきた。

【０００８】この現象の発生原因を以下、図４を参照し
ながら詳しく説明する。

【０００９】図４は、ブーム下げ停止時における、ブー
ム先端の変位、ボトム側圧力、ロッド側圧力の時間経過
に伴う変化を示したグラフである。

【００１０】操作中立状態（図４の）においては、油
圧シリンダのロッド側（以下単にロッド側と称する）は
無負荷状態となり、油圧シリンダのボトム側（以下単に
ボトム側と称する）は、ブームの保持圧が作用してい
る。

【００１１】又、定常状態でのブーム下げ操作時（図４
の）においては、該ブームの自重落下状態のため、ロ
ッド側は、ほぼ無負荷状態となり、ボトム側は落下速度
制御圧が作用している。

【００１２】更に、操作停止時（図４の）において
は、操作量を中立に戻す過程においてブームは、その慣
性力により更に降下しようとする。このとき、ブームの
動きを止める十分な力（圧力）がボトム側にないため、
該ボトム側の容積が減少し、ブームは更に降下する。こ
れに伴い、次に示す、油圧容器の容積変化に伴う容器内
の圧力変化を示す式（１）により明らかなように、ボト
ム側の圧力が増加する。

【００１３】又、同じく、（１）式より明らかなよう
に、ロッド側は容積が増加し圧力が減少する（但し、操
作停止直後は、もともと無負荷状態である）。

【００１４】ΔＰ＝−ΔＶ／（β×Ｖ） …（１） ΔＰ：圧力変化量 β ：圧縮率 Ｖ ：容器の容積 ΔＶ：容積変化量

【００１５】なお、作動油の圧縮率βは、理論上、圧力
とは無関係に一定値で、小さな値であるが、実際は、作
動油中に僅かながら気泡が混入し、理論値よりも大きな
値となる。

【００１６】ボトム側の圧力（力）がブームの慣性力と
等しくなると、ブームの動きは一旦止まる。ブームが一
旦止まった状態（図４の）において、ボトム側には保
持圧以上の圧力が蓄圧されているので、この圧力（力）
により、該ブームは上昇しようとするが、このとき、ロ
ッド側に、その動きを止める力（圧力）がないため、ブ
ームは今度は上昇を開始する。これに伴い、ボトム側は
容積が増加し、圧力は減少する（（１）式参照）。

【００１７】この圧力が中立時の保持圧まで低下して
も、ブームは、その慣性力で更に上昇し、ボトム側の圧
力は更に低下する。又、このときロッド側は逆に容積が
減少し、圧力が増加する（（１）式参照）。この圧力
（力）がブームの慣性力と等しくなると、その動きは一
旦止まる。

【００１８】ブームが再度一旦止まった状態（図４の
）では、ボトム側の圧力が保持圧以下になっているの
で、ブームは降下する。これに伴い、ボトム側の圧力が
中立時の保持圧まで上昇するが、ブームは、その慣性力
により更に降下する。

【００１９】以下、上に述べた図４の、、の状態
を繰り返し、シリンダは伸縮を繰り返しながらエネルギ
・ロスに伴って収束する。

【００２０】なお、ブーム上げ操作停止後も同様の現象
でシリンダは、収束するまで伸縮を繰り返す。

【００２１】従って、作業能率の向上のために、なるべ
く早く、このシリンダの伸縮を収束させる必要が生じて
きた。

【００２２】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、操作停止後のシリンダの伸縮を素早
く収束させることができる、建設機械のシリンダ制御装
置を提供することを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明は、油圧制御弁を
介して、油圧シリンダのボトム側あるいはロッド側に選
択的に油圧を供給することにより、フロント作業機のブ
ームを駆動する建設機械のシリンダ制御装置において、
ボトム側の油圧を検出する手段を設けると共に、前記ロ
ッド側の油圧ラインからタンクに連通する油圧ラインを
分岐し、該分岐した油圧ラインの途中に、検出したボト
ム側の油圧に依存して切換わる電磁弁を設け、この電磁
弁により、ボトム側が所定圧力以下のとき以外は、ロッ
ド側がタンクに連通し得るようにしたことにより、前記
目的を達成したものである。

【００２４】

【作用】本発明によれば、ロッド側の油圧ラインからタ
ンクに連通する油圧ラインを分岐させ、この分岐した油
圧ラインの途中に電磁弁を設けた。一方、ボトム側の油
圧を検出し、このボトム側の油圧に応じ、ボトム側の油
圧が所定値以下のとき以外は、ロッド側がタンクに連通
し得るようにし、ロッド側にブームの振動に依る高圧が
発生しないような構成とした。

【００２５】これにより、例えばブームを地面に強く押
付けて本体を持上げる（ジャッキアップする）ときのよ
うに、ロッド側に積極的に高圧が必要とされるとき、即
ちボトム側の油圧を所定値以下とするようなときには、
従来と同様にロッド側に高圧を発生させることができ、
且つ、それ以外の通常運転時、即ちボトム側に高圧を発
生させるようなときには、ロッド側はタンクに連通され
るため、たとえブームが振動してもロッド側に該振動に
よる高圧が発生することがなくなり、ブームは（振動時
には）自重のみによって下がるだけとなり、従来のよう
に振動が長く繰返されるのが効果的に抑制される。

【００２６】又、本発明は、ロッド側の油圧の切換を電
磁弁によって実現しているため、応答性よく且つ確実に
切換ができる。

【００２７】更に、フェイル時には遮断側になるように
フェイルセーフ構成を施すことにより万一電磁弁の駆動
系にフェイルが発生したとしてもブームの所定の昇降作
用を続行できる。

【００２８】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳
細に説明する。

【００２９】図１は、本発明の実施例に係るフロント作
業機（油圧ショベル）の構成を示す油圧回路図である。

【００３０】図１において、符号１０は切換レバー８を
含む油圧制御弁、１１は油圧シリンダ、１２はポンプ、
１４はボトム側ライン、１６はロッド側ライン、１７は
ピストン、１８はブームであり、これらの基本構成につ
いては、既に説明した従来の油圧ショベルの構成と特に
異なるところはない。

【００３１】これに対し、符号５０がロッド側の油圧ラ
イン１６から分岐してタンク５２に連結された油圧ライ
ン、５４がこの油圧ライン５０の途中に設けられた電磁
弁であり、本発明実施のために設けられたものである。

【００３２】この電磁弁５４は、基本的には２位置切換
弁である。即ち図中左側に位置するばね５８と、コント
ローラ６０からのパイロット信号Ｐi によって駆動され
る図示せぬコイルの吸引力とのバランスにより、油圧ラ
イン５０のタンク５２に対する連通状態を切換えるもの
である。

【００３３】一方、ボトム側ライン１４には、油圧検出
手段としての油圧スイッチ７０が配置され、その出力Ｓ
i 、即ちボトム側ライン１４の油圧の情報が前述のコン
トローラ６０に入力される。コントローラ６０は、油圧
スイッチ７０からの信号Ｓiによりボトム側ライン１４
の油圧が所定値以下となったと判断されたときに、前述
の油圧ライン５０をタンク５２側に連通させるためのパ
イロット信号Ｐi を電磁弁５４に出力する。

【００３４】次にこの実施例の装置の作用を、加えられ
た構成部分に着目して説明すると、電磁弁５４、圧力ス
イッチ７０の存在により、ロッド側の油圧ライン１６
は、ジャッキアップ動作時のようにボトム側ライン１４
の油圧が所定値以下となるようなときのほかは（電磁弁
５４が図のＢ側に位置するため）タンク５２と連通され
るようになる。従って、通常運転時においてはブーム１
８を押し上げるべくボトム側ライン１４には高圧が発生
しているため、たとえシリンダ１１が振動した場合であ
っても、それによってロッド側の油圧ライン１６に高圧
が発生することはなくなる。そのため、従来ならばブー
ムの自重にプラスしてロッド側の高油圧がブームを強く
押し下げるが故になかなか減衰しなかった振動がより早
く減衰できるようになる。

【００３５】一方、この実施例によれば、例えばジャッ
キアップ動作時のようにロッド側に積極的に高圧を発生
させる場合には、ボトム側ライン１４はその油圧が所定
値以下とされるため、電磁弁５４が図のＡ側に位置する
ことになる。従ってロッド側ライン１６の油圧を支障な
く上昇させることができる。

【００３６】なお、この実施例によれば、断線等により
パイロット信号Ｐi が電磁弁５４に入力されなくなった
場合は、ばね５８の付勢力により電磁弁５４は図のＡ
側、即ち油圧ライン５０をタンク５２から遮断する側に
位置することになる。従って、この場合は、基本的に従
来と同様の構成となるため、振動抑制機能は得られない
ものの、ジャッキアップ動作も通常のブーム昇降動作も
従来と同様に継続することができる。

【００３７】図２は、上記実施例に係る装置を用いてフ
ロント作業機の先端を変位させたときのボトム側圧力と
ロッド側圧力との変化を示している。

【００３８】図２及び図４の比較から明らかなように、
従来に比べ操業停止後のシリンダの伸縮をすばやく収束
させることができる。

【００３９】

【発明の効果】以上、説明した通り、本発明によれば、
作業速度が速い場合であっても操作停止後のシリンダの
伸縮を素早く収束させることができ、その結果フロント
作業機のブーム先端の位置決め等も簡単にでき、作業能
率の向上が達成できるという優れた効果が得られる。

【００４０】又、運転中のフロント作業機全体の振動発
生を抑制できるので、作業機の可動部等の耐久性向上が
図れ、作業者の乗りごこちも向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の構成を示す油圧回路図

【図２】上記実施例の効果を示す、フロント作業機先端
の変位、ボトム側圧力、ロッド側圧力の時間変化を示す
線図

【図３】従来の、建設機械の構成を示す油圧回路図

【図４】従来の問題点を示す、ブーム先端の変位、ボト
ム側圧力、ロッド側圧力の時間変化を示す線図

【符号の説明】

８…切換レバー １０…油圧制御弁 １１…油圧シリンダ １２…ポンプ １４…ボトム側ライン １５…タンク １６…ロッド側ライン １８…フロント作業機（ブーム） ５０…分岐油圧ライン ５２…タンク ５４…電磁弁 ６０…コントローラ ７０…圧力スイッチ（油圧検出手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】油圧制御弁を介して、油圧シリンダのボト
   ム側あるいはロッド側に選択的に油圧を供給することに
   より、フロント作業機のブームを駆動する建設機械のシ
   リンダ制御装置において、 ボトム側の油圧を検出する手段を設けると共に、 前記ロッド側の油圧ラインからタンクに連通する油圧ラ
   インを分岐し、 該分岐した油圧ラインの途中に、検出したボトム側の油
   圧に依存して切換わる電磁弁を設け、 この電磁弁により、ボトム側が所定圧力以下のとき以外
   は、ロッド側がタンクに連通し得るようにしたことを特
   徴とする建設機械のシリンダ制御装置。