JPH11131532A - 建設機械の制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 建設機械における標準のアクチュエータとア
タッチメントのアクチュエータとの連動性を確保する。 【解決手段】 ポンプ31から標準弁41およびアタッチメ
ント弁43に供給する作動油流量の比率を流量分配弁45に
て制御する。標準弁41は、油圧ショベルの掘削作業に用
いる標準のアクチュエータへの供給作動油を制御する。
アタッチメント弁43は、ポンプ31から用途拡大的な作業
に用いるアタッチメントのアクチュエータへの供給作動
油を制御する。ポンプ31の吐出圧を検出するポンプ吐出
圧センサ63と、標準弁41の負荷圧を検出する標準圧セン
サ64と、アタッチメント弁43の負荷圧を検出するアタッ
チメント圧センサ65とで検出した信号に基づき、コント
ローラ75により電磁比例弁55を制御する。電磁比例弁55
は、コントローラ75から出力した電気信号を油圧信号に
変換し、流量分配弁45をパイロット圧により制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、用途拡大的な作業
に用いられるアタッチメントを装着できる建設機械の制
御回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２に示されるように、油圧ショベル
は、走行モータ11により回行駆動される履帯12を有する
下部走行体13に対し、旋回モータ14により駆動される旋
回軸受部15を介して、上部旋回体16が旋回自在に設けら
れ、この上部旋回体16に、オペレータの運転席が設けら
れたキャブ17と、掘削作業用のフロント作業機18とが設
けられている。

【０００３】フロント作業機18は、上部旋回体16にピン
19によりブーム20が回動自在に軸支され、このブーム20
の先端にピン21によりスティック22が回動自在に軸支さ
れ、このスティック22の先端にピン23によりバケット24
が回動自在に軸支され、ブーム20はブームシリンダ25に
より、スティック22はスティックシリンダ26により、バ
ケット24はバケットシリンダ27およびリンク機構28によ
り、それぞれ回動される。

【０００４】バケット24は取外し可能であり、このバケ
ット24の代わりに油圧ハンマ、油圧破砕機などのアタッ
チメント29が取付けられ、油圧ショベルが掘削作業以外
の他の用途にも拡大されている。

【０００５】このような油圧ショベルにおいて、走行モ
ータ11、旋回モータ14、ブームシリンダ25、スティック
シリンダ26およびバケットシリンダ27は、油圧ショベル
本来の掘削作業に用いられるので、標準のアクチュエー
タとする。

【０００６】一方、バケット24の代わりに取付けられて
掘削作業以外にも用途を拡大する油圧ハンマ、油圧破砕
機などのアタッチメント29に内蔵された油圧シリンダま
たは油圧モータは、アタッチメントのアクチュエータと
する。

【０００７】そして、ポンプ31から各種標準のアクチュ
エータに供給される作動油は、走行用スプール32、旋回
用スプール33、ブーム用スプール34、スティック用スプ
ール35およびバケット用スプール36などの標準弁により
制御される。

【０００８】また、ポンプ31から各種アタッチメントの
アクチュエータに供給される作動油は、第１アタッチメ
ント用スプール37、第２アタッチメント用スプール38お
よび第３アタッチメント用スプール39などのアタッチメ
ント弁により制御される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】通常、アタッチメント
29を駆動するアタッチメントアクチュエータは、必要に
応じて追加されていくため、また、各スプール32〜39が
オープンセンタの場合は、標準アクチュエータとアタッ
チメントアクチュエータとを連動させるときに、標準弁
（32〜36）とアタッチメント弁（37〜39）との間でポン
プ31からの吐出油を分け合うため、負荷の大小により、
標準アクチュエータにばかり作動油が供給されたり、ま
たはその逆の場合が生じたりして、連動性が損なわれて
いる。

【００１０】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、建設機械における標準アクチュエータとアタッチ
メントアクチュエータとの連動性を確保することを目的
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載された発
明は、ポンプと、ポンプから建設機械の標準的な作業
（掘削など）に用いられる標準のアクチュエータに供給
される作動油を制御する標準弁と、ポンプから用途拡大
的な作業に用いられるアタッチメントのアクチュエータ
に供給される作動油を制御するアタッチメント弁と、ポ
ンプから標準弁およびアタッチメント弁に供給される作
動油流量の比率を可変制御する流量分配弁とを具備した
建設機械の制御回路である。

【００１２】そして、標準のアクチュエータとアタッチ
メントのアクチュエータとを連動させるときは、ポンプ
から標準弁を経て標準のアクチュエータに供給される作
動油流量と、アタッチメント弁を経てアタッチメントの
アクチュエータに供給される作動油流量との比率を、流
量分配弁により可変調整する。

【００１３】請求項２に記載された発明は、請求項１記
載の建設機械の制御回路において、ポンプの吐出圧を検
出するポンプ吐出圧センサと、標準のアクチュエータの
負荷圧を検出する標準アクチュエータ圧センサと、アタ
ッチメントのアクチュエータの負荷圧を検出するアタッ
チメントアクチュエータ圧センサと、ポンプ吐出圧セン
サ、標準アクチュエータ圧センサおよびアタッチメント
アクチュエータ圧センサにより検出された検出信号に基
づき流量分配弁を制御するコントローラとを具備した制
御回路である。

【００１４】そして、コントローラは、ポンプ吐出圧セ
ンサ、標準アクチュエータ圧センサおよびアタッチメン
トアクチュエータ圧センサにより検出された各信号か
ら、標準のアクチュエータおよびアタッチメントのアク
チュエータの負荷圧を検知し、標準弁およびアタッチメ
ント弁の双方に適量を流すように演算処理して流量分配
弁を自動制御し、または、予め設定されたどちらかの弁
の動きを優先させるように演算処理して流量分配弁を自
動制御し、この流量分配弁により標準弁とアタッチメン
ト弁とに供給される作動油流量の比率を調整する。

【００１５】請求項３に記載された発明は、請求項２記
載の建設機械の制御回路において、コントローラから出
力された電気信号を油圧信号に変換して流量分配弁をパ
イロット圧により制御する電磁比例弁を具備した制御回
路である。

【００１６】そして、コントローラは、各種センサによ
り検出された各信号から標準のアクチュエータおよびア
タッチメントのアクチュエータの負荷圧を検知し、演算
処理して電磁比例弁に電気信号を出力する。電磁比例弁
は、その電気信号を油圧信号に変換して出力し、流量分
配弁をパイロット圧により比例制御し、標準弁とアタッ
チメント弁とに供給される作動油流量の比率を流量分配
弁により調整する。

【００１７】請求項４に記載された発明は、請求項２ま
たは３記載の建設機械の制御回路において、コントロー
ラに接続され流量分配弁の自動制御を開始する手動スイ
ッチを具備した制御回路である。

【００１８】そして、オペレータは、必要に応じて手動
スイッチを操作して、流量分配弁の自動制御を開始し、
また停止できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態を図
１を参照しながら説明する。なお、図２に示されたもの
と同様の部分には同一符号を付して、その説明を省略す
る。

【００２０】図１に示されるように、メインポンプ31と
標準弁41とを連通する標準油路42から、アタッチメント
弁43に至るアタッチメント油路44が分岐されている。

【００２１】さらに、標準弁41およびアタッチメント弁
43の上流に位置するこれらの標準油路42からアタッチメ
ント油路44にわたって、メインポンプ31から標準弁41お
よびアタッチメント弁43を経て標準のアクチュエータお
よびアタッチメントのアクチュエータに供給される作動
油流量の比率を可変制御する流量分配弁45が設けられて
いる。

【００２２】標準弁41、アタッチメント弁43および流量
分配弁45により、１ブロックのメインコントロールバル
ブ46が形成されている。

【００２３】標準弁41は、走行用スプール32、旋回用ス
プール33、ブーム用スプール34、スティック用スプール
35およびバケット用スプール36からなり、メインポンプ
31から掘削などの建設機械の標準的な作業に用いられる
標準のアクチュエータ、例えば走行モータ11、旋回モー
タ14、ブームシリンダ25、スティックシリンダ26および
バケットシリンダ27などの各種標準のアクチュエータに
供給される作動油を制御する。

【００２４】アタッチメント弁43は、第１アタッチメン
ト用スプール37、第２アタッチメント用スプール38およ
び第３アタッチメント用スプール39からなり、メインポ
ンプ31から用途拡大的な作業に用いられる油圧ハンマ、
油圧破砕機などのアタッチメント29に内蔵された油圧シ
リンダまたは油圧モータなどの各種アタッチメントアク
チュエータに供給される作動油を制御する。

【００２５】流量分配弁45は、流量分配スプール47を有
し、この流量分配スプール47の一端面に臨むパイロット
圧室48と、その他端面に臨むパイロット圧室49とに導か
れる外部のパイロット圧と、そのスプール両端面に対し
てそれぞれ設けられたスプリング50の付勢力とのバラン
スにより、流量分配スプール47を位置制御するものであ
る。

【００２６】例えば、流量分配スプール47は、ａ位置で
は、標準油路42を全閉状態にするとともにアタッチメン
ト油路44を全開状態にし、ｂ位置では、標準油路42をス
プール移動量に応じた絞り状態Ａs にするとともにアタ
ッチメント油路44を全開状態にし、ｃ位置では、標準油
路42およびアタッチメント油路44を全開状態にし、ｄ位
置では、標準油路42を全開状態にするとともにアタッチ
メント油路44をスプール移動量に応じた絞り状態ＡA に
し、ｅ位置では、標準油路42を全開状態にするとともに
アタッチメント油路44を全閉状態にする。

【００２７】メインポンプ31には、共にエンジン（図示
せず）により駆動されるパイロットポンプ51が連結され
ており、このパイロットポンプ51から引出された一次ラ
イン52が、一つの電磁弁ブロック53に組込まれた一対の
電磁比例弁54，55の入口ポートにそれぞれ接続され、こ
れらの電磁比例弁54，55の出口ポートはそれぞれの二次
ライン56，57により流量分配弁45の一端のパイロット圧
室48と、他端のパイロット圧室49とにそれぞれ接続され
ている。

【００２８】これらの電磁比例弁54，55は、ソレノイド
58，59に入力された電気信号を油圧信号に変換して二次
ライン56，57に出力し、ソレノイド58，59に入力された
電気信号に比例するパイロット圧により流量分配弁45を
制御するものである。これらの電磁比例弁54，55のドレ
ンポートは、ドレンライン60によりタンク61に接続され
ている。

【００２９】メインポンプ31の吐出口と、標準油路42か
らアタッチメント油路44が分岐された分岐点との間のポ
ンプ吐出油路62には、メインポンプ31の吐出圧を検出す
るポンプ吐出圧センサ63が設けられている。

【００３０】さらに、流量分配弁45と標準弁41とを連通
する標準油路42には、標準弁41を経て標準のアクチュエ
ータに供給される作動油の負荷圧を検出する標準アクチ
ュエータ圧センサ（以下、単に「標準圧センサ」とい
う）64が設けられている。

【００３１】同様に、流量分配弁45とアタッチメント弁
43とを連通するアタッチメント油路44には、アタッチメ
ント弁43を経てアタッチメントのアクチュエータに供給
される作動油の負荷圧を検出するアタッチメントアクチ
ュエータ圧センサ（以下、単に「アタッチメント圧セン
サ」という）65が設けられている。

【００３２】また、キャブ17内のオペレータがフロント
作業機18などを操作するためのコントロールレバー66の
先端部には、流量分配弁45の自動制御を開始する手動ス
イッチ67が設けられている。

【００３３】そして、これらのポンプ吐出圧センサ63、
標準圧センサ64、アタッチメント圧センサ65および手動
スイッチ67は、それぞれの信号ライン71，72，73，74に
よりコントローラ75の入力端子に接続されている。

【００３４】このコントローラ75は、中央処理装置（Ｃ
ＰＵ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアク
セスメモリ（ＲＡＭ）などの演算回路や、信号を増幅し
て出力する増幅回路などを有しており、ポンプ吐出圧セ
ンサ63、標準圧センサ64およびアタッチメント圧センサ
65により検出された各種検出信号に基づき演算処理を行
い、前記電磁比例弁54，55を介して流量分配弁45を制御
するものである。

【００３５】すなわち、このコントローラ75の出力端子
は、駆動信号ライン76，77により各電磁比例弁54，55の
ソレノイド58，59に接続されている。各電磁比例弁54，
55は、コントローラ75から出力された電気信号を油圧信
号に変換して流量分配弁45をパイロット圧により制御す
る。

【００３６】次に、図１に示された実施形態の作用を説
明する。

【００３７】オペレータが手動スイッチ67を操作する
と、コントローラ75が流量分配弁45による自動制御を開
始する。

【００３８】この場合、ポンプ吐出圧センサ63により、
メインポンプ31の吐出圧Ｐo を検出し、標準圧センサ64
により、流量分配弁45を経て標準弁41の各スプール32〜
36に供給される作動油の負荷圧Ｐs を検出し、アタッチ
メント圧センサ65により、流量分配弁45を経てアタッチ
メント弁43の各スプール37〜39に供給される作動油の負
荷圧ＰA を検出する。

【００３９】コントローラ75は、ポンプ吐出圧センサ6
3、標準圧センサ64およびアタッチメント圧センサ65に
より検出された各信号から、標準弁41を経た標準のアク
チュエータの負荷圧およびアタッチメント弁43を経たア
タッチメントのアクチュエータの負荷圧を検知して、標
準弁41およびアタッチメント弁43の双方に適量を流すに
は電磁比例弁54，55を通じて流量分配弁45をどのように
制御すればよいかを演算処理し、電磁比例弁54，55に電
気信号を出力する。

【００４０】例えば、アタッチメント圧センサ65により
検出されたアタッチメント油路44の負荷圧ＰA が、標準
圧センサ64により検出された標準油路42の負荷圧Ｐs よ
り大きい場合は、流量分配スプール47をｂ位置に制御し
て、標準油路42を絞り制限することにより両油路42，44
の負荷圧をバランスさせるように、一対の電磁比例弁5
4，55をコントローラ75により制御する。

【００４１】また、アタッチメント油路44の負荷圧ＰA
が、標準油路42の負荷圧Ｐs より小さい場合は、流量分
配スプール47をｄ位置に制御して、アタッチメント油路
44を絞り制限することにより両油路42，44の負荷圧をバ
ランスさせるように、一対の電磁比例弁54，55をコント
ローラ75により制御する。

【００４２】このとき、コントローラ75は、油圧と流量
とスプール開度との関係を次式にて演算する。

【００４３】Ｑs ＝Ｃ・Ａs ・（Ｐo −Ｐs ）^1/2 ＱA ＝Ｃ・ＡA ・（Ｐo −ＰA ）^1/2 ここで、Ｑs は標準油路42で必要とされる流量、ＱA は
アタッチメント油路44で必要とされる流量、Ｃは定数、
Ａs ，ＡA は、コントローラ75から電磁比例弁54，55を
経て出力される信号により決定される流量分配スプール
47の開口面積、（Ｐo −Ｐs ）はポンプ吐出油路62と標
準油路42との間の差圧、（Ｐo −ＰA ）はポンプ吐出油
路62とアタッチメント油路44との間の差圧である。

【００４４】標準油路42の流量Ｑs およびアタッチメン
ト油路44の流量ＱA の和は、メインポンプ31の吐出流量
Ｑo と等しいから、それらの比率（Ｑs ：ＱA ）がコン
トローラ75に設定されると、それらの値も決定される。
また、差圧（Ｐo −Ｐs ）および（Ｐo −ＰA ）は各セ
ンサ63，64，65による実測値である。

【００４５】よって、目標とする流量分配スプール47の
開口面積Ａs またはＡA が分かるので、電磁比例弁54，
55から流量分配スプール47に対し上記開口面積Ａs ，Ａ
A が得られるストロークに対応する所定のパイロット圧
信号が供給されるように、コントローラ75から電磁比例
弁54，55に出力される電流値を演算する。

【００４６】さらに、コントローラ75は、予め設定する
ことにより、標準弁41およびアタッチメント弁43のどち
らかのスプールの動きを優先させるようにインテンショ
ナルな電気信号を電磁比例弁54，55へ送ることもでき
る。

【００４７】いずれにしても、電磁比例弁54，55は、コ
ントローラ75からの電気信号を油圧信号に変換して出力
し、流量分配弁45をパイロット圧により比例制御し、標
準弁41に供給される作動油流量Ｑs と、アタッチメント
弁43に供給される作動油流量ＱA との比率を流量分配弁
45により自動調整する。

【００４８】このようにして、メインポンプ31から標準
弁41に供給される作動油流量Ｑs と、アタッチメント弁
43に供給される作動油流量ＱA との比率を、流量分配弁
45により可変調整することにより、標準のアクチュエー
タとアタッチメントのアクチュエータとの連動性を常に
確保する。

【００４９】最後に、オペレータが手動スイッチ67を再
操作すると、コントローラ75による流量分配弁45の自動
制御が停止される。この場合は、流量分配弁45がｃ位置
に維持されるから、標準油路42およびアタッチメント油
路44が全開状態に保たれ、標準弁41に供給される流量Ｑ
s と、アタッチメント弁43に供給される流量ＱA は、標
準のアクチュエータおよびアタッチメントのアクチュエ
ータの負荷により決定され、負荷の少ない方に多量に流
れる。

【００５０】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、流量分配
弁により、ポンプから標準弁とアタッチメント弁とに供
給される作動油流量の比率を可変制御することにより、
アタッチメントの追加設置数や負荷の大小に対応して、
標準のアクチュエータとアタッチメントのアクチュエー
タとの連動性を確保できる。

【００５１】請求項２記載の発明によれば、コントロー
ラにより、ポンプ吐出圧センサ、標準アクチュエータ圧
センサおよびアタッチメントアクチュエータ圧センサに
より検出された各信号から、標準のアクチュエータおよ
びアタッチメントのアクチュエータの各負荷圧を検知し
て、流量分配弁を自動制御でき、この流量分配弁により
標準弁とアタッチメント弁とを経て標準のアクチュエー
タとアタッチメントのアクチュエータとに供給される作
動油流量の比率を自動調整できる。

【００５２】請求項３記載の発明によれば、コントロー
ラから出力された電気信号を電磁比例弁により油圧信号
に変換してパイロット圧により流量分配弁を制御するか
ら、流量分配弁により大流量を制御でき、標準弁および
アタッチメント弁に必要な作動油流量を確保できる。

【００５３】請求項４記載の発明によれば、オペレータ
は、必要に応じて手動スイッチを操作するのみで、コン
トローラによる流量分配弁の自動制御を容易に開始で
き、また停止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る建設機械の制御回路の実施の一形
態を示す電気・油圧回路図である。

【図２】従来の油圧ショベルの制御回路を示す油圧回路
図である。

【符号の説明】

31 ポンプ 41 標準弁 43 アタッチメント弁 45 流量分配弁 55 電磁比例弁 63 ポンプ吐出圧センサ 64 標準アクチュエータ圧センサ（標準圧センサ） 65 アタッチメントアクチュエータ圧センサ（アタッ
チメント圧センサ） 67 手動スイッチ 75 コントローラ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポンプと、 ポンプから建設機械の標準的な作業に用いられる標準の
   アクチュエータに供給される作動油を制御する標準弁
   と、 ポンプから用途拡大的な作業に用いられるアタッチメン
   トのアクチュエータに供給される作動油を制御するアタ
   ッチメント弁と、 ポンプから標準弁およびアタッチメント弁に供給される
   作動油流量の比率を可変制御する流量分配弁とを具備し
   たことを特徴とする建設機械の制御回路。
2. 【請求項２】 ポンプの吐出圧を検出するポンプ吐出圧
   センサと、 標準のアクチュエータの負荷圧を検出する標準アクチュ
   エータ圧センサと、 アタッチメントのアクチュエータの負荷圧を検出するア
   タッチメントアクチュエータ圧センサと、 ポンプ吐出圧センサ、標準アクチュエータ圧センサおよ
   びアタッチメントアクチュエータ圧センサにより検出さ
   れた検出信号に基づき流量分配弁を制御するコントロー
   ラとを具備したことを特徴とする請求項１記載の建設機
   械の制御回路。
3. 【請求項３】 コントローラから出力された電気信号を
   油圧信号に変換して流量分配弁をパイロット圧により制
   御する電磁比例弁を具備したことを特徴とする請求項２
   記載の建設機械の制御回路。
4. 【請求項４】 コントローラに接続され流量分配弁の自
   動制御を開始する手動スイッチを具備したことを特徴と
   する請求項２または３記載の建設機械の制御回路。