JP2006045852A - 液圧回路の液圧制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ホイールローダ等の作業車両の液圧シリンダを操作し、且つ、作業車両の走行時には液圧シリンダの不所望な伸縮を阻止する機構を備えた油圧回路において、液圧シリンダの操作性を改善した油圧制御装置を提供する。
【解決手段】 本発明の油圧制御装置は、ホイールローダの積載走行時、ブームシリンダ１４のボトム側圧力室２２が開閉弁３４を介してアキュムレータ３６に接続される油圧回路において、前記開閉弁３４と並列に設けられた制御弁５４を備え、この制御弁５４の開度は、油圧回路の作動状態、具体的にはアキュムレータ３６とボトム側圧力室２２との間の圧力差又は液圧シリンダの操作弁２６の操作量に応じて可変される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ホイールローダ等の作業車両において、例えばその液圧シリンダであるブームシリンダを操作する液圧回路のための液圧制御装置に関する。

ホイールローダの掘削／積み込み作業には、そのバケットに積み込んだ土砂や瓦礫等を所定の場所まで運ぶ積載走行を伴うことが多い。このような積載走行時、車輪の上下振動が車体やブームを介してバケットに伝達されると、積載物を積み込んだバケットはその重量が重いことから、ブームを上下に揺動させてしまう。また、ブームの揺動は車体振動としてフィードバックされることから、車体振動の増幅を招く要因となる。

上述の車体振動を抑制するため、ホイールローダの走行時にはブームシリンダのボトム側圧力室をアキュムレータに開閉弁を通じて連通させることで、ボトム側圧力室内での圧力変動をアキュムレータにて吸収し、一方、バケットの掘削作業時には開閉弁を閉じた状態で、ボトム側圧力室及びアキュムレータの双方に主ポンプの吐出圧を供給し、これらボトム側圧力室とアキュムレータとの間の差圧の増大を避けるようにした制御装置が知られている（例えば、特許文献１）。
特開2000-309953号公報

特許文献１の制御装置の場合、主ポンプの吐出圧が減圧弁を介してアキュムレータに供給されるため、アキュムレータ内の最高圧は減圧弁の閉弁圧により決定されている。具体的は、減圧弁の閉弁圧はブームシリンダのボトム側圧力室に許容される最高負荷圧の中間値程度に一義的に設定されている。
それ故、特許文献１の制御装置の場合、アキュムレータとブームシリンダのボトム側圧力室とが連通されるとき、これらアキュムレータとボトム側圧力室の圧力は必ずしも一致しているとは限らず、これらの間に圧力差が生じていることがある。このため、ホイールローダの積載走行時には、上述の圧力差に起因してブームシリンダが不所望に伸縮する虞がある。

このような虞を避けるため、アキュムレータとブームシリンダのボトム側圧力室との間に開閉弁と並列に固定絞りを設け、上述の圧力差が発生するとしても、固定絞りにより圧力差を徐々に解消することが考えられる。
しかしながら、固定絞りは、アキュムレータとブームシリンダのボトム側圧力室とを常時連通させているので、ブームシリンダの操作時、そのボトム側圧力室に供給されるべき圧力が固定絞りを通じてアキュムレータに吸収されてしまい、ブームシリンダの操作性に悪影響を及ぼす。

本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは作業車両の液圧回路において、例えばブームシリンダ等の液圧シリンダの操作性を改善した液圧制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明は、圧力源と液圧シリンダの圧力室との間を接続する液圧管路と、この液圧管路に設けられ、圧力源から圧力室に供給される圧力を制御する操作弁と、圧力室と操作弁との間の液圧管路から分岐された連通管路と、連通管路に接続されたアキュムレータと、連通管路に設けられ、通常は閉位置にある開閉弁とを備えた液圧回路において、本発明の液圧制御装置は、連通管路と並列に設けられ、開閉弁をバイパスするバイパス管路と、バイパス管路に設けられ、その開度が調整可能な制御弁と、液圧回路の作動状態に応じて、前記制御弁の開度を可変する可変手段とを備えている（請求項１）。

上述の液圧制御装置によれば、液圧回路の作動状態に応じてバイパス管路中の制御弁の開度が可変されるから、圧力源から液圧シリンダの圧力室に圧力が供給されるとき、液圧シリンダの操作性に対し、制御弁が悪影響を及ぼすことは少ない。
具体的には、可変手段は、液圧回路の作動状態として液圧シリンダとアキュムレータとの間の圧力差の増大に応じて制御弁の開度を減少させる（請求項２）。この場合、液圧シリンダが操作される時点にて、前記圧力差が大きければ大きいほど、制御弁の開度は小さくされるので、液圧シリンダとアキュムレータとの間での圧力の均圧化が妨げられ、前記圧力差に影響を受けることなく、液圧シリンダは圧力源から操作弁を通じて供給される圧力に基づき作動する。

また、可変手段は、液圧回路の作動状態として操作弁の操作量を求め、この操作量の増大に応じて制御弁の開度を増加させるものであってもよい（請求項３）。この場合、操作弁の操作量が少なく、液圧シリンダをきめ細かく操作しようとするとき、制御弁の開度は小さくされるので、制御弁はアキュムレータと液圧シリンダとの間の連通を実質的に遮断する。従って、液圧シリンダは、圧力源から操作弁を通じて供給される圧力に基づき作動する。なお、液圧シリンダがきめ細かく操作されるとき、液圧シリンダとアキュムレータとの間に大きくな圧力差が発生することはない。

一方、操作弁の操作量が大きく、液圧シリンダを速く操作しようとするときには制御弁の開度を大きくすることで、アキュムレータと液圧シリンダとの間の圧力差が速やかに解消され、液圧シリンダは、圧力源から操作弁を通じて供給される圧力により作動する。
制御弁の開度が操作弁の操作量により可変される場合、制御弁は、操作弁の操作量を電気信号として受け取る電磁弁であってもよい（請求項４）。

請求項１〜４の液圧回路の液圧制御装置は、制御弁が液圧シリンダの作動に実質的に悪影響を及ぼすことはなく、圧力源から操作弁を通じて供給される圧力に基づいて液圧シリンダを正確に作動させることができ、液圧シリンダの操作性が担保される。

図１は作業車両としてのホイールローダを示す。このホイールローダは車輪２を有する車体４と、この車体４の前部に取付けられた作業機６とを備えており、そのオペレータは車体４の走行や作業機６の操作を車体４上の運転室８から行うことができる。
作業機６は、車体４に枢着されたブーム１０と、このブーム１０の先端に回動自在に取り付けられたバケット１２を有し、これらブーム１０及びバケット１２のそれぞれは、一対のブームシリンダ（液圧シリンダ）１４及びバケットシリンダ１６により回動可能となっている。

図２は、ブームシリンダ１４の油圧（液圧）回路を制御する第１実施例の油圧（液圧）制御装置を示す。
油圧制御装置の説明に先立ち、油圧回路について簡単に説明する。油圧回路は、油圧管路１８，２０を備え、これら油圧管路１８，２０はブームシリンダ１４のボトム側圧力室２２及びロッド側圧力室２４からそれぞれ延び、操作弁２６を介して油圧ポンプＰ及びタンクＴに接続可能となっている。

操作弁２６はパイロット圧方式の方向切換え制御弁からなり、運転室８内の操作レバー２８がオペレータにより操作されたとき、切換え操作される。この操作弁２６が一方の切換え位置イ（図２でみて中立位置ロから右側の切換え位置）に切換えられたとき、油圧ポンプＰから吐出された圧油はブームシリンダ１４のボトム側圧力室２２に供給され、この場合、ブームシリンダ１４は伸長され、ブーム１０を上方に向けて回動させる。これに対し、操弁２６が左側の切換え位置ハに切換えられたとき、油圧ポンプＰからの圧油はロッド側圧力室２４に供給され、この場合、ブームシリンダ１４は収縮され、ブーム１０を下方に向けて回動させる。なお、操作弁２６が図２に示す中立位置ロにあるとき、油圧ポンプＰからの圧油はタンクＴに戻されている。

なお、バケットシリンダ１６の油圧回路もまたブームシリンダ１４の油圧回路と同様に構成されている。
油圧回路は、操作弁２６よりも下流位置にて、油圧管路１８，２０から分岐された連通管路３０，３２を備え、これら連通管路３０，３２は開閉弁３４を介してアキュムレータ３６及びタンクＴにそれぞれ接続可能である。連通管路３０はブームシリンダ１４のボトム側圧力室２２とアキュムレータ３６との間を連通させ、連通管路３２はブームシリンダ１４のロッド側圧力室２４とタンクＴとの間を連通させる。

図２から明らかなように、開閉弁３４はパイロット方式の４ポート２位置のスプール切換え弁であって、通常は閉位置Ａに位置付けられている。開閉弁３４が閉位置Ａにあるとき、開閉弁３４は連通管路３０，３２を共に閉じ、これにより、ブームシリンダ１４のボトム側圧力室２２及びロッド側圧力室２４はアキュムレータ３６及びタンクＴからそれぞれ分離されている。これに対し、開閉弁３４が閉位置Ａから開位置Ｂに切換えられたとき、連通管路３０，３２は開かれ、ボトム側圧力室２２及びロッド側圧力室２４はアキュムレータ３６及びタンクＴにそれぞれ接続される。

開閉弁３４を開閉作動させるため、連通管路３０からはパイロット管路３８が延び、このパイロット管路３８は、開閉弁３４の弁スプールの片側に配置された一方のパイロット室３４Ａに接続されている。なお、一方のパイロット室３４Ａは、開閉弁３４の復帰ばね４０とは反対側にあり、そして、復帰ばね４０側の他方のパイロット室はドレイン管路４２を介して連通管路３２に接続されている。

パイロット管路３８には電磁弁４４が設けられ、この電磁弁４４は３ポート２位置の方向切換え弁である。電磁弁４４が図示の休止位置Ｇにあるとき、電磁弁４４は連通管路３０と開閉弁３４の一方のパイロット室３４Ａとの間の接続を断ち、この一方のパイロット室３４Ａを管路４６及び連通管路３２を介してタンクＴに接続する。これに対し、電磁弁４４が作動位置Ｈに切換られると、電磁弁４４はパイロット管路３８を通じて、連通管路３０を開閉弁３４の一方のパイロット室３４Ａに接続する一方、管路４６の一端を閉じる。

電磁弁４４が作動位置Ｈに切り換えられたとき、油圧ポンプＰからの圧油がボトム側圧力室２２に既に供給されていてブームシリンダ１４が作動状態にあると、ボトム側圧力室２２内の作動圧、つまり、連通管路３０内の圧力がパイロット圧として開閉弁３４に供給され、この結果、開閉弁３４はその復帰ばね４０の付勢力に抗し、閉位置Ａから開位置Ｂに切換えられる。この結果、前述したようにブームシリンダ１４のボトム側圧力室２２はアキュムレータ３６に連通され、そして、そのロッド側圧力室２４はタンクＴに連通される。

電磁弁４４のソレノイドはコントローラ４８に電気的に接続され、電磁弁４４はコントローラ４８からの指令を受けて開閉制御される。この開閉制御のため、コントローラ４８には、指示スイッチ５０やホイールローダのアクセルペダルスイッチ５２が電気的に接続されている。これら指示スイッチ５０及びアクセルペダルスイッチ５２は運転室８内にそれぞれ配置され、ホイールローダのオペレータによる切換え操作及びアクセル操作によりそれぞれオン操作される。

上述した油圧回路において、第１実施例の油圧制御装置は、連通管路３０にバイパス管路５４を備えており、このバイパス管路５４は開閉弁３４をバイパスしている。このバイパス管路５４上には、パイロット式の絞り弁である制御弁５６が設けられている。
より詳しくは、制御弁５６はその弁スプールの両端にパイロット室をそれぞれ有し、一方のパイロット室５６Ａはパイロット管路６０を介してブームシリンダ１４側のバイパス管路５４に接続されている。また、弁ばね５８側のパイロット室５６Ｂはパイロット管路６２を介してアキュムレータ３６側の連通管路３０に接続されている。

即ち、制御弁５６は、ブームシリンダ１４のボトム側圧力室２２内の圧力をパイロット管路６０を通じて受ける一方、アキュムレータ３６内の圧力をパイロット管路６２を通じて受け、これらの圧力差に基づき切換え作動される。圧力差が非常に大きいとき、図示の実施例では、ボトム側圧力室２２内の圧力がアキュムレータ３６内の圧力よりも十分に高いとき、制御弁５６は図示の最小開度位置Ｃに位置付けられ、そして、圧力差の減少に伴い、最小開度位置Ｃから最大開度位置Ｄに向けて徐々に切換え作動され、その開度を増加させる。

操作レバー２８の操作に伴い、ブームシリンダ１４のボトム側圧力室２２に油圧ポンプＰの吐出圧が供給されるとき、上述の圧力差が大きいければ、制御弁５６の開度は最小にされている。それ故、ボトム側圧力室２２内の圧力がアキュムレータ３６に実質的に吸収されてしまうことはなく、ブームシリンダ１４はそのボトム側圧力室２２に供給される圧力に基づいて正確に伸長作動し、その操作性が悪化することはない。

この後、ブームシリンダ１４の作動が停止されると、ボトム側圧力室２２とアキュムレータ３６との間の圧力差は最小開度位置Ｃにある制御弁５６を通じて徐々にアキュムレータ３６に吸収されるので、制御弁５６は圧力差の減少に伴い、最小開度位置Ｃから最大開度位置Ｄに向けて切換え作動される。それ故、ブームシリンダ１４の作動停止後、ボトム側圧力室２２とアキュムレータ３６との間の均圧化が速やかに達成される。

なお、ブームシリンダ１４の収縮操作時には、上述の圧力差が急減されるから、制御弁５６は最小開度位置Ｃから最大開度位置Ｄに切換えられ、この場合にも、ボトム側圧力室２２とアキュムレータ３６との間の均圧化が速やかに達成される。
上述したブームシリンダ１４の操作が終了した後、ホイールローダが積載走行に移行するとき、コントローラ４８が指示スイッチ５０又はアクセルペダルスイッチ５２からオン信号を受け取ると、コントローラ４８は電磁弁４４を図示の位置Ｇから作動位置Ｈに切り換え、これに伴い、開閉弁３４が閉位置Ａから開位置Ｂに切換えられる。この結果、ブームシリンダ１４のボトム側圧力室２２は連通管路３０を通じてアキュムレータ３６に連通されるので、積載走行時、ボトム側圧力室２２内の圧力が変動しても、この変動はアキュムレータ３６に吸収され、ホイールローダの車体振動が効果的に抑制される。

なお、開閉弁３４が開位置Ｂに切換えられるときには、前述の説明から明らかなようにボトム側圧力室２２及びアキュムレータ３６の圧力は均圧化されているので、ブームシリンダ１４が不所望に伸縮されるようなこともない。
上述した第１実施例の制御弁５６は、ボトム側圧力室２２の圧力がアキュムレータ３６の圧力よりも十分に高い状況での圧力差により最小開度位置Ｃに切換えられるが、これに限らず、アキュムレータ３６の圧力がボトム側圧力室２２の圧力よりも高い状況での圧力差により最小開度位置Ｃに切換えられるものであってもよい。この場合、ブームシリンダ１４が伸長操作される際、アキュムレータ３６とボトム側圧力室２２との間に大きな圧力差が存在しても、アキュムレータ３６からボトム側圧力室２２への圧力の伝達が制御弁５６により実質的に阻止され、ブームシリンダ１４は油圧ポンプＰから操作弁２６を通じて供給される圧力に基づき正確に作動する。

また、この際、ボトム側圧力室２２内の圧力上昇が上昇し、上述の圧力差を解消することになるから、制御弁５６は最小開度位置Ｃから最大開度位置Ｄに向けて切換えられ、アキュムレータ３６及びボトム側圧力室２２の圧力の均圧化が制御弁５６を介して達成される。
なお、ブームシリンダ１４の収縮動作時、制御弁５６は最小開度位置Ｃに切換えられるので、アキュムレータ３６内の圧力が不所望に逃げることもない。

本発明は上述した第１実施例の油圧制御装置に制約されるものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、図３及び図４は第２及び第３実施例の油圧制御装置をそれぞれ示す。これら第２及び第３実施例の油圧制御装置について説明するにあたり、第１実施例の油圧制御装置の部位と同様な機能を発揮する部位には同一の参照符号を付すことで、それらの説明を省略し、相違する点のみを以下に説明する。

図３に示す第２実施例の油圧制御装置は、前述した制御弁５６の代わりに制御弁６４が使用されている。この制御弁６４は、バイパス管路５４を閉じる図示の閉位置Ｅからブームシリンダ１４を伸長操作させる操作レバー２８の操作量に応じ、最大開度位置Ｆに向けて切換えられる。即ち、ブームシリンダ１４を伸長操作させるため、操作レバー２８から操作弁２６のパイロット室にパイロット圧を供給するパイロット管路６６からは分岐パイロット管路６８が延び、この分岐パイロット管路６８が制御弁６４のパイロット室に接続されている。なお、制御弁６４のドレイン管路は前述した開閉弁３４のドレイン管路４２に接続されている。

従って、制御弁６４は操作レバー２８の操作量、つまり、操作弁２６に供給されるパイロット圧が高ければ高い程、最大開度位置Ｆに向けて大きく切換えられ、その開度を増大させる。
第２実施例の油圧制御装置の場合、操作レバー２８の操作量が小さく、ブームシリンダ１４をきめ細かく伸長操作しようとするとき、制御弁６４は閉位置Ｅに位置付けられている。この場合、油圧ポンプＰから操作弁２６を通じてボトム側圧力室２２に供給される圧力は制御弁６４を通じてアキュムレータ３６に吸収されることはなく、よって、ブームシリンダ１４は操作レバー２８の操作に従い、きめ細かく伸長する。

これに対し、操作レバー２８の操作量が大きければ、これに応じて制御弁６４の開度が増大されることから、このとき、アキュムレータ３６とボトム側圧力室２２との間に圧力差が存在しても、この圧力差は制御弁６４を通じて直ちに解消され、アキュムレータ３６とボトム側圧力室２２との均圧化が速やかに達成される。しかも、この際、油圧ポンプＰからは操作弁２６を通じボトム側圧力室２２に多量の圧油が供給されるので、上述の圧力差がブームシリンダ１４の伸長操作に実質的に悪影響を及ぼすことはなく、ブームシリンダ１４は操作レバー２８の操作量に応じ、正確に伸長操作される。

なお、ホイールローダが積載走行する直前には、ブームシリンダ１４は大きく伸長操作されているので、前述した開閉弁３４が開位置Ｂに切換えられる際には、アキュムレータ３６とボトム側圧力室２２とは既に均圧状態にあり、ブームシリンダ１４が不所望に伸縮されることもない。
図４に示す第３実施例の油圧制御装置は、第２実施例の制御弁６４に代わりに電磁絞り弁７０に備えている。この場合、電磁絞り弁７０のソレノイドはコントローラ４８に電気的に接続される一方、操作レバー２８はその操作量、つまり、そのパイロット圧を電気信号に変換する圧力変換器（図示しない）を内蔵し、この圧力変換器がコントローラ４８に電気的に接続されている。従って、コントローラ４８は圧力変換器からの電気信号に基づき、電磁絞り弁７０の開度を制御弁６４での場合と同様に可変させることができる。

なお、図４中、参照符号７２，７４はコック及びリリーフ弁をそれぞれ示す。また、図４の操作弁２６は、図２，３の操作弁２６とは異なり、切換え位置イ，ハが左右入れ替わっている。
また、制御弁６４及び電磁絞り弁７０はその閉位置Ｅを制御弁５６の最小開度位置Ｃに置き換えることも可能である。

更に、本発明の油圧制御装置は、ホイールローダに限らず、種々の作業車両の液圧シリンダを作動させる油圧回路に対しても同様に適用可能であることは言うまでもない。

ホイールローダの概略的な側面図である。 第１実施例の油圧制御装置を示した回路図である。 第２実施例の油圧制御装置を示した回路図である。 第３実施例の油圧制御装置を示した回路図である。

符号の説明

１４ ブームシリンダ（液圧シリンダ）
１８ 油圧管路（液圧管路）
２２ ボトム側圧力室（圧力室）
２６ 操作弁
２８ 操作レバー
３０ 連通管路
３４ 開閉弁
３６ アキュムレータ
４４ 電磁弁
４８ コントローラ
５４ バイパス管路
５６，６４ 制御弁
７０ 電磁絞り弁（制御弁）
Ｐ 油圧ポンプ（圧力源）

Claims (4)

1. 圧力源と液圧シリンダの圧力室との間を接続する液圧管路と、
   前記液圧管路に設けられ、前記圧力源から前記圧力室に供給される圧力を制御する操作弁と、
   前記圧力室と前記操作弁との間の前記液圧管路から分岐された連通管路と、
   前記連通管路に接続されたアキュムレータと、
   前記連通管路に設けられ、通常は閉位置にある開閉弁と
   を備えた液圧回路において、
   前記連通管路と並列に設けられ、前記開閉弁をバイパスするバイパス管路と、
   前記バイパス管路に設けられ、その開度が調整可能な制御弁と、
   前記液圧回路の作動状態に応じて、前記制御弁の開度を可変する可変手段と
   を具備したことを特徴とする液圧回路の液圧制御装置。
2. 前記可変手段は、前記液圧回路の作動状態として前記液圧シリンダと前記アキュムレータとの間の圧力差を求め、この圧力差の増大に応じて前記制御弁の開度を減少させることを特徴とする請求項１に記載の液圧回路の液圧制御装置。
3. 前記可変手段は、前記液圧回路の作動状態として前記操作弁の操作量を求め、この操作量の増大に応じて前記制御弁の開度を増加させることを特徴とする請求項１に記載の液圧回路の液圧制御装置。
4. 前記制御弁は、前記操作量を電気信号として受け取る電磁弁であることを特徴とする請求項３の液圧回路の液圧制御装置。

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