JPS5831485B2 - 合流ポンプ方式の油圧回路におけるアンロ−ド機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、油圧ショベル等に用いられる合流ポンプ方式
の油圧回路におけるアンロード機構に関するものである
。

従来、油圧ショベルの油圧回路においては、一般に１つ
の原動機により２つのギヤポンプ等の定容量ポンプを作
動させ、両ポンプからそれらに接続された主回路を介し
てそれぞれアームシリンダ、旋回モータ、左、右の走行
モータ、アームシリンダ、パケットシリンダ等のアクチ
ュエータに圧油を供給するようにした２ポンプ方式が多
く採用されてきた。

しかしこの２ポンプ方式の場合、各ポンプの吐出流量が
それに連なる油圧シリンダやモータ等のアクチュエータ
の負荷に関係なく一定であるため、各アクチュエータの
作動速度は常に一定であり、作業能率が非常に悪く、し
かも、原動機の出力が常に有効に利用されていないとい
う問題があった。

なお、最近、原動機の出力を少しでも有効に利用して作
業能率の向上を計るために、従来の２ポンプ方式の回路
に新たに第３の定容量ポンプを付加し、既存の原動機に
て既存の２つの定容量ポンプ（主ポンプ）と新たに付加
した第３の定容量ポンプ（補助ポンプ）を同時に駆動し
、主ポンプに対する負荷が小さい場合に、その原動機の
余力を利用して補助ポンプからの圧油な主ポンプからの
圧油と合流させ、各油圧モータやシリンダ等のアクチュ
エータに大流量の圧油を供給してそれらの作動速度を速
めるようにし、また、主ポンプに対する負荷が所定の値
以上になったときに、補助ポンプからの圧油なタンクに
戻し、原動機が過負荷にならないようにした、いわゆる
第３ポンプによる合流ポンプ方式の油圧回路が提案され
ている。

この場合、従来の回路では高圧側の主回路の圧力をシャ
トル弁により選択して補助ポンプのアンロード弁に導き
、その圧力でアンロード弁を作動させ、あるいは２つの
主回路の圧力をアンロード弁に導き、その主回路の合計
圧力によってアンロード弁を作動させるようにしている
が、いずれも補助ポンプから主ポンフヘ圧油を合流でき
る圧力範囲が狭く、原動機出力を充分に有効に利用でき
ないという欠点があった。

本発明は、このような事情に鑑み、とくに、補助ポンプ
のアンロード機構を改良しで原動機出力の有効利用範囲
を拡大させ、大巾な能率アップを可能にしたものである
。

１つの原動機に少なくとも２つの定容量主ポンプと少な
くとも１つの定容量補助ポンプを連結し、各主ポンプに
はそれぞれ主回路を接続し、補助ポンプには同ポンプか
らの圧油をフローデイバイダを介して各主回路にそれぞ
れ合流させる補助回路とアンロード弁を並列に接続し、
アンロード弁には高圧側パイロット回路と低圧側パイロ
ット圧回路を設け、前記各主回路から取出したパイロッ
ト回路を高低圧選択切換弁を介して前記アンロード弁の
両パイロット回路に相互に切換自在に接続し、かつ、ア
ンロード弁の高圧側パイロット受圧面積を低圧側パイロ
ット受圧面積より大きくすると共に、高圧側パイロット
受圧面積と低圧側パイロット受圧面積の関係を各主ポン
プおよび補助ポンプの容量に応じた所定の値となるよう
に設定したことを特徴とする合流ポンプ方式の油圧回路
におけるアンロード機構である。

以下、本発明を図に示す実施例に基づいて説明するに、
まず、合流ポンプ方式における油圧回路の基本構成につ
いて説明する。

この油圧回路は、第１図に示すように原動機Ｅに２つの
定容量主ポンプ１０．２０と１つの定容量補助ポンプ３
０を連結し、１つの原動機Ｅによりこれら３つのポンプ
を同時に駆動できるようにし、主ポンプ１０．２０には
互いに独立した主回路１１．２１を接続し、一方の主回
路１１には図外の主切換弁を介して左側走行モータ、旋
回モータ、アームシリンダ等のアクチュエータを接続し
、他方の主回路２１には図外の主切換弁を介して右側走
行モータ、パケットシリンダ、ブームシリンダ等のアク
チュエータを接続している。

一方、補助ポンプ３０の吐出回路３１に補助回路３２と
アンロード回路３６を並列に接続し、補助回路３２をフ
ローデイバイダ３３にて２等分し、チェック弁３４，３
５を介して前記主回路１１゜２１にそれぞれ合流するよ
うに接続し、アンロード回路３６をアンロード弁４０を
介してタンク３７に接続している。

そして、アンロード弁４０が作動しないとき、補助ポン
プ３０からの圧油が吐出回路３１からフローデイバイダ
３３に送られて２分割され、チェック弁３４，３５を経
て主回路ＩＬ２１に流入し、主ポンプ１０ 、２０から
の圧油と合流するようになっており、アンロード弁４０
が作動すると、補助ポンプ３０からの圧油がタンク３７
にアンロードされるようになっている。

なお、１２，２２，３８は各回路ＩＬ２Ｌ３１の途中に
接続されたＩＪ ＩＪ−フ弁で、各回路ＩＬ２Ｌ３１内
の最高圧力を制御し、各ポンプ１０，２０，３０が過負
荷にならないようにしている。

このような基本回路構成に対し、本発明によるときは、
とくに、補助ポンプ３０のアンロード機構を次の通り改
良したのである。

すなわち、アンロード弁４０に高圧用パイロット回路４
４と低圧用パイロット回路４５を接続し、該回路４４．
４５に対し、主回路ＩＬ２１から導出したパイロット回
路４１．４２を高低圧選択切換弁４３を介して互いに切
換自在に接続している。

該切換弁４３は、各回路４Ｌ４２から導出したパイロッ
ト圧により、回路４１を回路４４に回路４２を回路４５
にそれぞれ接続するａ位置と、回路４１を回路４４およ
び４５に接続し、回路４２をブロックするいわゆるＡ−
Ｂ−Ｒオープンのｂ位置と、逆に回路４１を回路４５に
、回路４２を回路４４にそれぞれ接続するＣ位置とに切
換自在とし、自己のパイロット圧によって、常に高圧側
のパイロット回路を高圧用パイロット回路４４に、低圧
側のパイロット回路を低圧用パイロット回路４５にそれ
ぞれ接続するようにしである。

なお、この場合、第２図に示すようにアンロード弁４０
の各パイロット回路４４．４５に対応するパイロットピ
ストンの受圧面４４’、４５’の面積Ａ１、Ａ２をＡ１
＼Ａ２とし、かつ、該面積Ａ１、Ａ２を前記各ポンプ１
０，２０，３０の各最大吐出圧力、吐出流量に応じて最
適値を選定する。

たとえば、前記各ポンプ１０・、２０．３０の最大吐出
圧力および吐出流量を同一とし、原動機Ｅに主ポンプ１
０，２０の最大負荷馬力の合計に見合った出力を有する
ものを用いた場合、前記受圧面積Ａ１、Ａ２をＡ１−２
Ａ２とする。

次に、上記回路の作動について説明する。

まず、原動機Ｅを駆動すると、主ポンプ１０゜２０と補
助ポンプ３０が同時に駆動される。

而して、今、たとえば走行、アームとパケット、旋回と
アーム等の複合作業を行なう場合、両方の主切換弁を操
作して、両生ポンプ１０，２０からの圧油を主回路ＩＬ
２１および主切換弁を経て所定のアクチュエータに供給
する。

このとき、各主回路ｉ ｉ 、 ２１内の圧力がパイロ
ット回路４Ｌ４２により高低圧選択切換弁４３に導かれ
、そのパイロット圧により該切換弁４３がａ位置あるい
はＣ位置に切換えられ、高圧側の主回路のパイロット圧
がアンロード弁４０の高圧用パイロット回路４４に、低
圧側の主回路のパイロット圧が低圧用パイロット回路４
５にそれぞれ導かれる。

上記複合作業時において、主回路ＩＬ２１内の圧力が所
定の値より低い場合、アンロード弁４０は作動せず、従
って、補助ポンプ３０からの圧油が吐出回路３１からフ
ローデイバイダ３３に送り込まれ、このフローデイバイ
ダ３３により２分割された後、チェック弁３４．３５を
経て主回路１１，２１にそれぞれ送り込まれる。

これによって、各主回路ＩＬ２１にはそれぞれ主ポンプ
１０．２０からの圧油と、補助ポンプ３０からの圧油の
１／２ずつが合流し、以って、該主回路ＩＬ２１に連な
るアクチュエータに対し、従来の２ポンプ方式の場合に
比べて大流量な圧油を供給でき、該アクチュエータの作
動速度を速め、作業能率を大巾に向上できることになる
。

しかも、このとき、主ポンプ１０．２０に対する負荷が
小さく、原動機Ｅに余力があり、この原動機Ｅの余剰動
力によって補助ポンプ３０を駆動させて前記のように合
流させることになるので、原動機Ｅの出力を有効に利用
できる。

次いで、上記複合作業時において、各アクチュエータに
対する負荷が大きくなると、主回路１１゜２１内の圧力
が次第に高くなり、主ポンプ１０゜２０に対する負荷な
らびにこれに合流している補助ポンプ３０に対する負荷
も次第に大きくなり、原動機Ｅに対する負荷も次第に大
きくなる。

そして主回路１１，２１内の圧力が所定の値以上にな［
株］３ると、そのパイロット圧によってアンロード弁４
０が作動し、補助ポンプ３０からの圧油が吐出回路３１
、アンロード回路３６、アンロード弁４０を通ってタン
ク３７にアンロードされる。

これによって、補助ポンプ３０に対する負荷が実質的に
０となり、その井原動機Ｅに対する負荷を軽減し、以っ
て原動機Ｅが過負荷になることを防止できる。

なお、一方の主回路１０に連なるアクチュエータのみを
使用するいわゆる単独作業時においてはこの主回路１０
からのパイロット圧のみがアンロード弁４０に付加され
るだけであり、従って、アンロード弁４０は作動せず、
補助ポンプ３０からの圧油の１／２の流量が常に主回路
１０に流入し、前記アクチュエータに常に大流量の圧油
を供給してその作動速度を速め、作業能率を大巾に向上
できる。

このとき、他方の主回路２０に連なる主ポンプ２０は実
質的に無負荷であり、従って、原動機Ｅには主ポンプ１
０と補助ポンプ３０の負荷がか〜るだゆで、過負荷にな
るおそれはない。

このように補助ポンプ３０からの圧油を主ポンプ１０，
２０からの圧油と合流させることにより、アクチュエー
タに大流量の圧油を供給してアクチュエータの作動速度
を速め、作業能率を向上できしかも補助ポンプ３０を原
動機Ｅの出力の余力によって駆動させるので、原動機Ｅ
を大きくする必要はなく、かつ、原動機Ｅの出力を常に
有効に利用でき、とくに、この場合補助ポンプ３０のア
ンロード弁４０の設定圧力を高くし得て、補助ポンプ３
０から主回路１１，２１への圧油の合流可能な圧力範囲
を高くでき、原動機出力の有効利用範囲を拡大でき、非
常に効率よ〈実施できるのである。

すなわち、今、各ポンプ１０，２０，３０の吐出流量を
ｄｌ、ｄ２、ｄ３とし、吐出圧力をｐｌ、ｐ２、ｐ３と
し、機械効率を３ｍ１、ηｍ２、ηｍ３とし、原動機Ｅ
のトルクをＴＥＧ とすると、上記複合作業時に原動
機Ｅが過負荷にならないようにするためには、 で運転する必要がある。

こΣで、一般的には各ポンプ１０，２０，３０に同一特
性のものを用いるので、上記各ポンプの吐出流量、最大
吐出圧力、機械効率の関係は、次Ｑ通りである。

ｄ１＝ｄ、。

ｐｌｍａＸ−ｐ２ｍａＸ−ｐ３ｍａＸ ηｍ１−ηｍ２−ηｍ３−ηｍ なお、Ｃ＝２ｘ 、１ｍ −ＴＥＧとすると、前記ポン
プの流量が、ｄｌ−ｄ２であるから、ｄ１＝ｄ２＝ｄで
表わすと、上記■式は、次の０式のようになる。

また、上記複合作業時において、高圧側の主回路の圧力
つまり主ポンプの吐出圧力をｐＨとし、低圧側の主回路
の圧力つまり主ポンプの吐出圧力をｐＬとすると、補助
ポンプ３０の吐出圧力ｄ３は高圧側の主ポンプの圧力と
同一、すなわち、ｐ３−ｐＨとなり、従って、上記０式
は、次のようになる。

上記０式を満足させるためには、アンロード弁４０にお
ける高圧側のパイロットピストンの受圧面積Ａ１ と
、低圧側のパイロットピストンの受圧面積Ａ２ との関
係を、 Ａ・ ｄ＋ｄ・と１１７、っ ２ｄ ｐＨ（ｄ ＋ ｄｓ ） ＋ ｌ）ｔ、 −ｄ ＝Ｃの
とき、補助ポンプ３０からの圧油がタンクにアンロード
するように、アンロードリリーフ弁４０の諸元、つまり
パイロット受圧面積Ａ１、Ａ２およびスプリング力等を
決定すればよい。

さらに、具体的に説明すると、各ポンプ１０゜２０．３
０の吐出流量をそれぞれ６０ ｃｃ／ ｒｅｖとし、最
大吐出圧力（主ＩＪ ＩＪ−）弁１２，２２゜３７の設
定圧力）をそれぞれ１８０ ｋｇ／ｃｒ；ｔとし、原動
機Ｅに、主ポンプ１０と２０の最大消費馬力の合計に見
合った出力を有するものを用いた場合、となり、上言改
ｖ式を満足させるためには、上記アンロード弁４０にお
ける高圧側のパイロットピストンの受圧面積Ａ１ と
、低圧側のパイロットピストンの受圧面積Ａ２ との関
係を、 ２ ｐＨ＋ｌ）Ｌ ＝ ３６０ のとき、補助ポンプ３０からの圧油がタンクにアンロー
ドするように横取すればよい。

これをグラフで示せば、第３図実線イーローハに示す通
りである。

なお、第３図において、横軸には主ポンプ１０の使用圧
力を示し、縦軸には主ポンプ２０の使用圧力を示してい
る。

ところで、前述した従来の合流ポンプ方式において、主
回路ＩＬ２１の高圧側の圧力をシャトル弁により選択し
てアンロード弁４０に導き、その圧力でアンロード弁を
作動させるようにした場合、主ポンプ１０，２０を第３
図の一点鎖線へニーローホードの圧力範囲でしか使用で
きず、また、主回路１１ 、２１の圧力の合計によって
アンロード弁を作動させるようにした場合、主ポンプ１
０．２０を第３図の破線イーニーホーハの圧力範囲でし
か使用できない。

第３図で明らかなように、本発明によれば、補助ポンプ
による合流可能な圧力範囲を大巾に拡大でき、原動機の
出力を極めて有効に利用できるのである。

なお、本発明の実施にあたり、主ポンプおよび補助ポン
プの設置数ならびに各ポンプの能力は、上記実施例に特
定されず、所望に応じて任意に決定し得るところである
。

以上説明したように、本発明によれば原動機の出力を大
きくすることなく、各アクチュエータに対して大流量の
圧油を供給し得てそれらの作動速度を速め、作業能率を
大巾にアップでき、しかも原動機の出力を有効に利用で
き、経済的に実施できる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す油圧回路図、第２図はア
ンロードリリーフ弁のパイロット受圧部を示す説明図、
第３図は補助ポンプによる合流可能な圧力範囲を説明す
るためのグラフである。 Ｅ・・・・・・原動機、１０・・・・・・主ポンプ、１
１・・・・・・主回路、１２・・・・・・リリーフ弁、
２０・・・・・・主ポンプ、２１・・・・・・主回路、
２２・・・・・・ＩＪ ＩＪ−フ弁、３０・・・・・・
補助ポンプ、３１・・・・・・吐出回路、３２・・・・
・・補助回路、３３・・・・・・フローデイバイダ、３
４．３５・・−・・・チェック弁、３６・・・・・・ア
ンロード回路、３γ・・・・・・タンク、４０・・・・
・・アンロード弁、４１ 、４２・・・・・・パイロッ
ト回路、４３・・・・・・高低圧選択切換弁、４４・・
・・・・高圧用パイロット回路、４５・・・・・・低圧
用パイロット回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １１つの原動機に少なくとも２つの定容量主ポンプと少
   なくとも１つの定容量補助ポンプを連結し、各主ポンプ
   にはそれぞれ主回路を接続し、補助ポンプには同ポンプ
   からの圧油をフローデイバイダを介して各主回路にそれ
   ぞれ合流させる補助回路とアンロード弁を並列に接続し
   、アンロード弁には高圧側パイロット回路と低圧側パイ
   ロット回路を設け、前記各主回路から取出したパイロッ
   ト回路を高低圧選択切換弁を介して前記アンロード弁の
   両パイロット回路に相互に切換自在に接続し、かつ、ア
   ンロード弁の高圧側パイロット受圧面積を低圧側パイロ
   ット受圧面積より大きくすると共に、高圧側パイロット
   受圧面積と低圧側受圧面積の関係を各主ポンプおよび補
   助ポンプの容量に応じた所定の値となるように設定した
   ことを特徴とする合流ポンプ方式の油圧回路におけるア
   ンロード機構。