JPH073833A - 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早く収
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、切換弁５４を介してタンク５２に連通さ
せる。切換弁５４は、ロッド側の油圧ライン１６が高圧
のとき、及びパイロッド弁８のパイロット油圧が出力さ
れているときにブロック側（図のＢ側）となり、その他
のときには、図のＡ側に切換わる構成とさせる。これに
より、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
衰が早まる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、油圧パイロット式制御
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４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、パイロット弁８を
有する油圧パイロット式の制御弁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１
７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４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５を参照し
ながら詳しく説明する。

【０００９】図５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５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５
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５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５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５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５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、油圧パイロッ
ト式制御弁を介して、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、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すると共に、該分岐した油圧ラ
インの途中に、ロッド側の油圧に依存して切換わる切換
弁を設け、ロッド側に高圧が発生しているとき以外は、
ロッド側がタンクに連通し得ることにより、前記目的を
達成したものである。

【００２４】又、本発明は、油圧パイロット式制御弁を
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、
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
インを分岐すると共に、該分岐した油圧ラインの途中
に、ロッド側の油圧及び前記油圧パイロット式制御弁の
パイロット油圧に依存して切換わる切換弁を設け、ロッ
ド側に高圧が発生しているとき、又はロッド側に高圧を
発生させようとしているとき以外は、ロッド側がタンク
に連通し得ることにより、同様に前記目的を達成したも
のである。

【００２５】

【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
圧ラインの途中に切換弁を設け、この切換弁により、ロ
ッド側に現に高圧が発生している時、（あるいは発生さ
せようとしている時）以外は該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。

【００２６】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、即ちロッド側に高圧
が発生していないときには、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る
ため、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。

【００２７】

【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。

【００２８】図１は、本発明の第１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。

【００２９】図１において、符号１０はパイロット弁８
を含む油圧パイロット式制御弁、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。

【００３０】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切換
弁であり、本発明実施のために設けられたものである。

【００３１】この切換弁５４は、基本的には２位置切換
弁であり、図中右側から入力されるロッド側の油圧ライ
ン１６（あるいはこれから分岐した前記油圧ライン５
０）の油圧と、ばね５８との釣合いにより、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。

【００３２】具体的には油圧ライン１６（油圧ライン５
０）の油圧力がばね５８の押圧力より強かったときにブ
ロック状態（図のＢ状態）、弱かったときに連通状態
（図のＡ状態）とされる。

【００３３】なお、図の符号６０はオリフィスである。
このオリフィス６０の機能については後述する。

【００３４】次にこの第１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、切換弁５４の存
在により、ロッド側の油圧ライン１６は、ジャッキアッ
プ動作時のように該油圧ライン１６自体に高圧が供給さ
れているときのほかは基本的に常にタンク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ロッド
側に高圧は発生していないため、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】なお、この第１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、該ロッド側の油圧ラインが所定の
圧力に至るまでは切換弁５４が図のＡ側に位置すること
になる。しかしながら、この場合は、前記オリフィス６
０の存在により切換弁５４を介したドレン速度が抑制さ
れたため、油圧は比較的容易に立上がることができる。
そして、この結果所定値以上の油圧に至った段階で切換
弁５４が切換わって確実にブロックされることになる。

【００３６】なお、このオリフィス６０は、ロッド側の
油圧ライン１６の油圧を高圧状態から低下させてきたと
きには、切換弁５４が切換わった時点から急にドレン量
が増加して油圧が急低下してしまうのを防止する機能も
果すようになっている。

【００３７】一方、図２に示す第２実施例は、ジャッキ
アップ動作時のようにロッド側に油圧を供給する際の油
圧上昇をより円滑にすると共に、ロッド側に高圧を供給
した際に何等かの原因でブームが振動して該ロッド側の
油圧が急低下したようなときでも、これによって切換弁
５４が連通側に切換わらないようにしたものである。

【００３８】即ち、この第２実施例では、パイロット弁
８の出力油路中にシャトル弁７０を設けると共に、この
パイロット弁８のパイロット油圧によっても切換弁５４
が切換わるようにしてある。

【００３９】この結果、切換弁５４は、ロッド側の油圧
ライン１６の油圧が所定値以上のときに加え、該ロッド
側油圧ラインの油圧が所定値以下のときであっても、パ
イロット弁８のパイロット油圧が出力されている限りブ
ロック状態（図のＢ状態）に切換えられることになる。
このため、例えばジャッキアップ動作時のように、ロッ
ド側に高圧を供給する指令が出されたときには、ロッド
側の油圧ライン１６は最初からブロック状態とされるた
め、その上昇を非常に円滑に行うことができるようにな
る。

【００４０】なお、この第２実施例では、パイロット弁
８のパイロット油圧をシャトル弁７０によって取出して
いるため、切換弁５４はロッド側に油圧を供給するとき
だけでなくシリンダ側に油圧を供給するときにもブロッ
ク状態とされることになるが、この場合は、制御弁１０
によって本来のロッド側油圧ライン１６自体がタンクに
連通されるため、特に支障は発生しない。

【００４１】又、この第２実施例では、切換弁５４を切
換えるためにロッド側の油圧を該切換弁５４に供給する
油路中にオリフィス５６を新たに加えている。

【００４２】この理由は、ロッド側ラインに高圧を供給
した状態で制御弁１０がブロックされているとき、即
ち、パイロット弁８のパイロット油圧が出力されていな
いときに、ブームの負荷急変等の何等かの原因でシリン
ダが振動し、ロッド側ラインの油圧が切換弁５４の切換
油圧以下にまで瞬間的に急低下したような場合であって
も、この急低下によって切換弁５４が切換わらないよう
にするためである。これにより、意図せぬ時期での切換
弁５４の切換わりを防止することができるようになる。

【００４３】なお、ロッド側に油圧を供給するときは、
前述したように当初から切換弁５４がブロック側（Ｂ
側）に切換わるため、前記第１実施例のようにロッド側
油圧ライン１６の油圧上昇をできるだけ早期に切換弁５
４の切換えのために反映させる必要がなく、従ってここ
にオリフィス５６を挿入しても特に支障はない。

【００４４】図３は、上記第２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。

【００４５】図３及び図５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。

【００４６】

【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。

【００４７】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
図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の構成を示す油圧回路図

【図２】本発明の第２実施例の構成を示す油圧回路図

【図３】上記第２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４】従来の、建設機械の構成を示す油圧回路図

【図５】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…パイロット弁 １０…油圧パイロット式制御弁 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…切換弁

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】油圧パイロット式制御弁を介して、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、 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
   インを分岐すると共に、 該分岐した油圧ラインの途中に、ロッド側の油圧に依存
   して切換わる切換弁を設け、 ロッド側に高圧が発生しているとき以外は、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。
2. 【請求項２】油圧パイロット式制御弁を介して、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、 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
   インを分岐すると共に、 該分岐した油圧ラインの途中に、ロッド側の油圧及び前
   記油圧パイロット式制御弁のパイロット油圧に依存して
   切換わる切換弁を設け、 ロッド側に高圧が発生しているとき、又はロッド側に高
   圧を発生させようとしているとき以外は、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。