JP2011226491A

JP2011226491A - 油圧ショベルの旋回油圧回路

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Publication number: JP2011226491A
Application number: JP2010093703A
Authority: JP
Inventors: Tadao Osuga; 忠男大須賀
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-04-15
Filing date: 2010-04-15
Publication date: 2011-11-10

Abstract

【課題】旋回モータの起動時や加速時のリリーフロスをなくすことによりエネルギロスを減少させると共に、発熱による油圧機器の損傷、劣化を防止し耐久性を向上する。
【解決手段】旋回モータの起動時または加速時の旋回リリーフのロスを抑えるために、旋回起動時は油圧ポンプの制御を一定圧力保持制御でおこない、旋回モータの起動時または加速時の旋回特性を確保すると共に、その制御圧より旋回起動時のリリーフ設定圧を高くして、旋回起動時のリリーフをなくし、エネルギロスを低減するものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、油圧ショベル等の建設機械の旋回油圧回路に関わり、特に旋回モータの起動時または加速時の旋回リリーフのロスを抑えるために、旋回起動時は油圧ポンプの制御を一定圧力保持制御でおこない、旋回モータの起動時または加速時の旋回特性を確保すると共に、その制御圧より旋回起動時のリリーフ設定圧を高くして、旋回起動時のリリーフをなくし、エネルギロスを低減する油圧ショベルの旋回油圧回路に関するものである。

従来の油圧ショベルは、油圧ポンプにより駆動される旋回モータと、この旋回モータに連結された旋回体と、前記旋回モータの駆動を制御する制御弁と、この制御弁の開閉を制御する旋回レバーとを備えたものにおいて、前記旋回モータの回転数を検出する回転数検出器と、この回転数検出器で検出された回転数に基づいて旋回モータの必要流量を演算する演算手段と、前記旋回レバーの操作量に基づいて前記制御弁に対する指令流量を求める手段と、前記必要流量と予め定められた一定流量との和が前記指令流量以下であるときのみ前記和の流量を前記制御弁に対し指令値として出力する出力手段とを設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、油圧ショベルの上部旋回体を旋回駆動する旋回モータと、エンジンにより駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプの吐出量を制御するサーボ機構と、油圧ポンプの吐出量を旋回モータへ圧油の供給を行う流量制御弁と、パイロットポンプから吐出されるパイロット圧を受けて流量制御弁の切換え操作をする旋回レバーと連動するパイロット弁とを備えた油圧ショベルの旋回油圧回路において、前記油圧ポンプの斜板角を制御するサーボピストンおよびサーボピストンに制御圧油を供給する第１制御弁とからなるサーボ機構と、前記第１制御弁の切換えを制御する第２制御弁と、前記パイロット弁からのパイロット圧を検知する第１検知手段と、前記流量制御弁と旋回モータとの間の管路に発生するリリーフ圧を検知する第２検知手段と、この第１および第２検知手段からの検知信号を受けて演算し、その演算結果に基づいて前記油圧ポンプの吐出流量を減じるように前記第２制御弁を切換える指令信号を出力する制御装置とを備えたものも知られている（例えば、特許文献２参照）。

また、旋回モータとブームシリンダとを別々の油圧ポンプで圧油供給する建設機械の油圧回路において、旋回モータを駆動する第１油圧ポンプの吐出圧を検出する第１圧力センサと、旋回モータのリモコン用油圧回路に旋回モータの操作を検出する圧力スイッチを設けて、該第１圧力センサの出力と、圧力スイッチの出力をコントローラの入力側に接続し、該コントローラの出力側を電磁弁のソレノイドに接続し、該電磁弁の出力側と第１油圧ポンプのネガコン圧帰還油路をシャトル弁の入力ポートに接続し、該シャトル弁の出力ポートを第１油圧ポンプの吐出流量を制御するレギュレータの信号ポートに接続して、該コントローラが旋回操作を検出し、第１油圧ポンプの吐出圧が旋回モータのリリーフ圧に達した場合に、該コントローラは該電磁弁の出力圧を引き下げるように制御するものも知られている（例えば、特許文献３参照）。

特公平７−４５７４８号公報特開平９−１９５３２２号公報特開２００３−２９４００３号公報

特許文献１記載の発明は、従来、旋回起動時に大幅なリリーフ量があることからエネルギの大きな損失となっていたことに対しては効果があった。しかし、量は少ないがリリーフ量は依然として残っておりリリーフロスを無くしてしまうことはできない。

また、特許文献２記載の発明も、特許文献１と同じように、旋回起動時に大幅なリリーフ量があることからエネルギの大きな損失となっていたことに対しては効果があった。しかし、量は少ないがリリーフ量は依然として残っておりリリーフロスを無くしてしまうことはできない。

図６の上段の（A）の図は特許文献２の図１０であり、下段の（B）の図は特許文献２の図１１であり、（A）に示すリリーフロスを（B）に示すリリーフロスの如く改善したことを特許文献２の効果として示している。しかし、特許文献２においても（B）に示す如く、リリーフロスは依然として残っている。

また、特許文献３記載の発明も、油圧ポンプの吐出圧が旋回モータのリリーフ圧に達して圧油が廃棄される場合に油圧ポンプのレギュレータに低圧を作用させて、無駄に廃棄される圧油流量を減少させるので、エネルギの節約により、燃料消費の低減、作動油のヒートバランスが向上する等の効果が得られた。しかし、作業姿勢の変化等で慣性負荷は変動し、旋回速度最大になるまでの時間は一定でないため作業姿勢によってはリリーフしたり、旋回加速が遅れたりする恐れがある。

そこで、本発明の主な目的は、旋回起動時は油圧ポンプの制御を一定圧力保持制御でおこない、旋回モータの起動時または加速時の旋回特性を確保すると共に、その制御圧より旋回起動時のリリーフ設定圧を高くして、旋回起動時のリリーフをなくし、エネルギロスを低減する油圧ショベルの旋回油圧回路を提供することである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかる油圧ショベルの旋回油圧回路は、油圧ショベルの上部旋回体を旋回駆動する旋回モータと、エンジンにより駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプの吐出量を制御するサーボ機構と、油圧ポンプの吐出量を旋回モータへ圧油の供給を行う方向切換弁と、前記方向切換弁と前記旋回モータとの間の管路に設置された旋回圧力制御手段とを備えた油圧ショベルの旋回油圧回路において、前記サーボ機構は前記油圧ポンプの斜板角を制御するサーボピストンおよびサーボピストンに制御圧油を供給する馬力制御部と、一定圧力保持制御部とからなり、旋回起動操作がされたときに、前記一定圧力保持制御部の制御圧を旋回圧力制御手段の旋回起動時の設定圧より低くすることを特徴とするものである。

また、この発明にかかる油圧ショベルの旋回油圧回路は、上記の発明において、油圧ショベルの上部旋回体を旋回駆動する旋回モータと、エンジンにより駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプの吐出量を制御するサーボ機構と、油圧ポンプの吐出量を旋回モータへ圧油の供給を行う方向切換弁と、パイロットポンプから吐出されるパイロット圧を受けて方向切換弁の切換え操作をする旋回レバーと連動するリモコン弁とを備えた油圧ショベルの旋回油圧回路において、前記油圧ポンプ２１
の斜板角を制御するサーボピストン２４およびサーボピストン２４に制御圧油を供給する馬力制御部３０と、前記方向切換弁３５と旋回モータ４１との間の管路に設置された旋回リリーフバルブ３９、４０の旋回起動時の設定圧より低い設定圧に設定された一定圧力保持制御部２６とからなるサーボ機構と、前記一定圧力保持制御部２６への圧油の切換えを制御する切換弁２８と、前記リモコン弁３７からのパイロット圧を前記切換弁２８に接続し、旋回起動操作がされたときに、前記一定圧力保持制御部２６を作動させることにより、旋回起動操作がされたときに、前記一定圧力保持制御部の制御圧を旋回圧力制御手段の旋回起動時の設定圧より低くすることを特徴とするものである。

また、この発明にかかる油圧ショベルの旋回油圧回路は、上記の発明において、油圧ショベルの上部旋回体を旋回駆動する旋回モータと、エンジンにより駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプの吐出量を制御するサーボ機構と、油圧ポンプの吐出量を旋回モータへ圧油の供給を行う方向切換弁と、パイロットポンプから吐出されるパイロット圧を受けて方向切換弁の切換え操作をする旋回レバーと連動するリモコン弁とを備えた油圧ショベルの旋回油圧回路において、前記油圧ポンプ２１の斜板角を制御するサーボピストン２４およびサーボピストン２４に制御圧油を供給する馬力制御部３０と一定圧力保持制御部５２とからなるサーボ機構と、前記一定圧力保持制御部５２の設定圧の切換えを制御する切換弁５１と、前記リモコン弁３７からのパイロット圧を前記切換弁５１に接続し、旋回起動操作がされたときに、前記一定圧力保持制御部５２の設定圧を低い方に切換えて、前記方向切換弁３５と旋回モータ４１との間の管路に設置された旋回リリーフバルブ３９，４０の旋回起動時の設定圧より低い設定圧にすることにより旋回起動操作がされたときに、前記一定圧力保持制御部の制御圧を旋回圧力制御手段の旋回起動時の設定圧より低くすることを特徴とするものである。

また、この発明にかかる油圧ショベルの旋回油圧回路は、上記の発明において、前記方向切換弁と前記旋回モータとの間の管路に設置され、該管路内の圧力を可変に制御する圧力制御手段を備え、旋回起動操作がされたときに、前記圧力制御手段の制御圧を高い方に切換えることを特徴とするものである。

この発明にかかる油圧ショベルの旋回油圧回路は、旋回起動操作がされたときに、油圧ポンプの制御を一定圧力保持制御でおこない、油圧システムの圧力を一定に保ち、ポンプは旋回モータが必要とする油量のみを供給する。なお、旋回起動操作がされたときには、旋回リリーフバルブの旋回起動時の設定圧は上記制御圧より高いため、リリーフする油量はない。これにより、起動時の旋回特性を確保した上で、旋回起動時のリリーフをなくし、エネルギロスを低減できる。以上より、この発明にかかる油圧ショベルの旋回油圧回路により、良好な旋回操作性を維持した上で燃費の低減が得られる。

油圧ショベルの概略側面図である。本発明の第１の旋回油圧回路図である。本発明の第２の旋回油圧回路図である。本発明の第３の旋回油圧回路図である。本発明の旋回起動時の油圧ポンプにおける流量と圧力の模式図である。従来の改善技術の改善効果を示す説明図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１は、油圧ショベルの概略側面図である。図１において、ショベル１は、下部走行体２と、上部旋回体３と、掘削アタッチメント４とから構成されている。下部走行体２は、左右のクローラを回転駆動する左右の走行用モータ（図示せず）を有している。上部旋回体３は、旋回フレーム、キャビン５などから成っている。旋回フレームには、図２以降に示す、動力源としてのエンジン６１と、エンジン６１に連結された油圧ポンプ２１、２２と、旋回用方向切換弁３５と、上部旋回体３を回転させるための旋回モータ４１と、ショベル全体の制御を行うコントローラ５８と、旋回モータ用リモコン弁３７とが設置されている。掘削アタッチメント４は、ブーム６と、伸縮作動してブーム６を起伏させるブームシリンダ９と、アーム７と、アーム７を回動させるアームシリンダ１０と、バケット８と、バケット８を回動させるバケットシリンダ１１とを具備している。

実施例１を図２の本発明の第１の旋回油圧回路図に従って詳述する。エンジン６１により油圧ポンプ２１、２２およびパイロットポンプ２３を駆動している。この油圧ポンプ２１は管路を介して旋回用方向切換弁３５と接続している。この旋回用方向切換弁３５は管路を介して旋回モータ４１と接続している。パイロットポンプ２３は旋回用リモコン弁と接続している。旋回用リモコン弁は旋回用方向切換弁３５と接続し、またシャトル弁３６を介して切換弁２８と接続している。油圧ポンプ２１と旋回用方向切換弁３５との間の管路にメインリリーフバルブ３２を接続し、旋回用方向切換弁３５と旋回モータ４１との間の管路に旋回リリーフバルブ３９，４０を接続している。

前記油圧ポンプ２１は斜板角を制御するサーボ機構を備えている。このサーボ機構はサーボピストン２４，全馬力制御部３０、負流量制御部（ネガティブ）２７および一定圧力保持制御部２６とからなっている。またこの一定圧力保持制御部２６には切換弁２８が接続されている。

全馬力制御部３０は油圧ポンプ２１、２２の両方のポンプ吐出圧の上昇に従って、ポンプの傾転角を自動的に減少させて、両方のポンプのトルクの和を一定に保つ制御を行っている。また、前記負流量制御部（ネガティブ）２７は、絞り３８によるネガコン圧を管路４２から入力し負流量制御を行っている。また、前記一定圧力保持制御部２６は、ポンプの制御範囲内で油圧システムの圧力を一定に保つ制御を行っている。

前記旋回モータ用リモコン弁３７を左右何れかに操作すると、パイロット圧が発生して旋回用方向切換弁３５が左旋回あるいは右旋回位置に切り換わる。またこのパイロット圧はシャトル弁３６を介して管路４４により、切換弁２８に入力される。

旋回用方向切換弁３５が例えば右旋回位置（イ）に切り換わると、油圧ポンプ２１の吐出油が旋回用方向切換弁３５を介して旋回モータ４１の一方のポートへ供給されるとともに、旋回モータ４１の他方のポートから圧油が排出されてタンクに戻り、旋回モータ４１が右回転して機体の右旋回動作が行われる。

このとき、センタバイパスが遮断されているため、旋回用方向切換弁３５下流のネガコン圧が低下し、もし、旋回の単独操作であれば、ネガコン圧が低くなったことにより、負流量制御部（ネガティブ）２７の作用で油圧ポンプ２１の吐出量が増加する制御が行われる。一方、切換弁２８が切換ったことにより、一定圧力保持制御部２６は、旋回リリーフバルブ３９、４０の旋回起動時の設定圧より低い設定圧を一定に保つ制御を行う。

これにより、油圧ポンプ２１は旋回モータ４１が必要とする油量のみを供給し、旋回リリーフバルブ３９，４０からリリーフする油量は無い。したがって、旋回用油圧ポンプ２１のポンプ負荷が軽減され、省エネを図ることができる。

図５は本発明の旋回起動時の油圧ポンプにおける流量と圧力の模式図であり、最大吐出量はＱｍである。また、最大吐出圧はＰｍであり、これはメインリリーフバルブ３２の設定圧により決まる。全馬力制御部３０によって制御される部分は図５の出力線図に示す如くである。一方、旋回起動時における旋回リリーフバルブ設定圧はＰｓであるが、一定圧力保持制御部２６が制御する制御設定圧Ｐｃは、若干のオーバライド△Ｐは有るがＰｓよりも低く設定されている。これにより図５からも明らかなように、旋回起動時には油圧ポンプ２１は旋回モータ４１が必要とする油量のみを供給、リリーフすることは無い。

実施例２は一定圧力保持制御部５２の設定圧を可変とし、通常の高圧時はメインリリーフバルブの設定圧Ｐｍより高い設定圧にしておき、旋回起動時にその設定圧を低圧の設定圧Ｐｃに切換えるものである。図３は本発明の実施例２に係る油圧ショベルの旋回油圧回路を示す図であり、図３中、図２に示した部材と同等のものには同じ符号を付している。

図３に従って、図２と異なるところを以下に説明する。前記旋回モータ用リモコン弁３７を左右何れかに操作すると、パイロット圧が発生して旋回用方向切換弁３５が左旋回あるいは右旋回位置に切り換わる。またこのパイロット圧はシャトル弁３６を介して管路４４により、切換弁５１に入力される。

前記一定圧力保持制御部５２の設定圧は通常はリリーフバルブ５４の設定圧のアシストを受けた高い設定圧となっているが、切換弁５１が切換るとアシスト圧油は排出されてタンクに戻り、低い設定圧Ｐｃに切換り、一定圧力保持制御部５２は、旋回リリーフバルブ３９、４０の旋回起動時の設定圧力より低い設定圧力を一定に保つ制御を行う。

これにより、油圧ポンプ２１は旋回モータ４１が必要とする油量のみを供給し、旋回リリーフバルブ３９，４０からリリーフする油量を無くすことになる。したがって、旋回用油圧ポンプ２１のポンプ負荷が軽減され、省エネを図ることができる。

実施例３は旋回リリーフバルブ５５、５６の設定圧を可変とし、旋回起動操作がされたときに、旋回リリーフバルブ５５、５６の設定圧を高い方に切換えるものである。図４は本発明の実施例３に係る油圧ショベルの旋回油圧回路を示す図であり、図４中、図２に示した部材と同等のものには同じ符号を付している。

前記旋回リリーフバルブ５５、５６は電磁比例式のソレノイド部を備えることにより設定圧可変式のリリーフ弁として構成されている。したがって、後述のコントローラ５８から制御信号が出力されることにより、この制御信号の電流値に応じて旋回リリーフバルブ５５、５６のリリーフ設定圧を変化させる。また、圧力センサ５７は旋回モータ用リモコン弁からシャトル弁を介した管路４４のパイロット圧に接続している。この検出信号はコントローラ５８に出力される。

前記旋回モータ用リモコン弁３７を左右何れかに操作すると、パイロット圧が発生して旋回用方向切換弁３５が左旋回あるいは右旋回位置に切り換わる。またこのパイロット圧はシャトル弁３６を介して管路４４により、切換弁２８に入力されると同時に、圧力センサ５７は旋回操作信号をコントローラ５８に入力する。コントローラ５８は制御信号を出力し、旋回リリーフバルブ５５、５６の設定圧を高める。

これにより、一定圧力保持制御部２６又は５２の制御圧より旋回リリーフバルブ５５、５６の旋回起動時の設定圧を高くしてリリーフを防ぐと同時に、旋回モータ用リモコン弁を中立の状態にして、回転中の旋回回転を制動するときのリリーフの設定圧は従来と同じ低い圧のままとして過度のブレーキが掛かることを防止する。

図４は図２の実施例の旋回リリーフバルブ３９，４０を旋回リリーフバルブ５５、５６とし、設定圧を可変としたものであるが、図３の実施例にも全く同様に旋回リリーフバルブ３９，４０から旋回リリーフバルブ５５、５６とすることができる。

以上より、油圧ポンプ２１は旋回モータ４１が必要とする油量のみを供給し、旋回リリーフバルブからリリーフする油量は無い。したがって、旋回用油圧ポンプ２１のポンプ負荷が軽減され、省エネを図ることができると共に、発熱による油圧機器の損傷、劣化を防止し耐久性を向上することができる。

１ショベル
２下部走行体
３上部旋回体
４掘削アタッチメント
５キャビン
６ブーム
７アーム
８バケット
９ブームシリンダ
１０アームシリンダ
１１バケットシリンダ
２１油圧ポンプ
２２油圧ポンプ
２３パイロットポンプ
２４サーボピストン
２５サーボピストン
２６一定圧力保持制御部
２７負流量制御部（ネガティブ）
２８切換弁
２９負流量制御部（ネガティブ）
３０全馬力制御部
３１全馬力制御部
３２メインリリーフバルブ
３３方向切換弁
３４絞り
３５旋回用方向切換弁
３６シャトル弁
３７旋回モータ用リモコン弁
３８絞り
３９旋回リリーフバルブ
４０旋回リリーフバルブ
４１旋回モータ
５１切換弁
５２一定圧力保持制御部
５３絞り
５４リリーフバルブ
５５旋回リリーフバルブ
５６旋回リリーフバルブ
５７圧力センサ
５８コントローラ

Claims

油圧ショベルの上部旋回体を旋回駆動する旋回モータと、エンジンにより駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプの吐出量を制御するサーボ機構と、油圧ポンプの吐出量を旋回モータへ圧油の供給を行う方向切換弁と、前記方向切換弁と前記旋回モータとの間の管路に設置された旋回圧力制御手段とを備えた油圧ショベルの旋回油圧回路において、前記サーボ機構は前記油圧ポンプの斜板角を制御するサーボピストンおよびサーボピストンに制御圧油を供給する馬力制御部と、一定圧力保持制御部とからなり、旋回起動操作がされたときに、前記一定圧力保持制御部の制御圧を旋回圧力制御手段の旋回起動時の設定圧より低くすることを特徴とする油圧ショベルの旋回油圧回路。
油圧ショベルの上部旋回体を旋回駆動する旋回モータと、エンジンにより駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプの吐出量を制御するサーボ機構と、油圧ポンプの吐出量を旋回モータへ圧油の供給を行う方向切換弁と、パイロットポンプから吐出されるパイロット圧を受けて方向切換弁の切換え操作をする旋回レバーと連動するリモコン弁とを備えた油圧ショベルの旋回油圧回路において、前記油圧ポンプ(２１) の斜板角を制御するサーボピストン(２４) およびサーボピストン(２４) に制御圧油を供給する馬力制御部(３０)
と、前記方向切換弁 (３５) と旋回モータ(４１)との間の管路に設置された旋回リリーフバルブ（３９、４０）の旋回起動時の設定圧より低い設定圧に設定された一定圧力保持制御部（２６）とからなるサーボ機構と、前記一定圧力保持制御部（２６）への圧油の切換えを制御する切換弁(２８) と、前記リモコン弁(３７) からのパイロット圧を前記切換弁(２８)に接続し、旋回起動操作がされたときに、前記一定圧力保持制御部（２６）を作動させることにより、旋回起動操作がされたときに、前記一定圧力保持制御部の制御圧を旋回圧力制御手段の旋回起動時の設定圧より低くすることを特徴とする請求項１に記載の油圧ショベルの旋回油圧回路。
油圧ショベルの上部旋回体を旋回駆動する旋回モータと、エンジンにより駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプの吐出量を制御するサーボ機構と、油圧ポンプの吐出量を旋回モータへ圧油の供給を行う方向切換弁と、パイロットポンプから吐出されるパイロット圧を受けて方向切換弁の切換え操作をする旋回レバーと連動するリモコン弁とを備えた油圧ショベルの旋回油圧回路において、前記油圧ポンプ(２１) の斜板角を制御するサーボピストン(２４) およびサーボピストン(２４) に制御圧油を供給する馬力制御部(３０)
と一定圧力保持制御部（５２）とからなるサーボ機構と、前記一定圧力保持制御部（５２）の設定圧の切換えを制御する切換弁(５１) と、前記リモコン弁(３７) からのパイロット圧を前記切換弁(５１)に接続し、旋回起動操作がされたときに、前記一定圧力保持制御部（５２）の設定圧を低い方に切換えて、前記方向切換弁 (３５) と旋回モータ(４１)との間の管路に設置された旋回リリーフバルブ（３９，４０）の旋回起動時の設定圧より低い設定圧にすることにより旋回起動操作がされたときに、前記一定圧力保持制御部の制御圧を旋回圧力制御手段の旋回起動時の設定圧より低くすることを特徴とする請求項１に記載の油圧ショベルの旋回油圧回路。
前記方向切換弁と前記旋回モータとの間の管路に設置され、該管路内の圧力を可変に制御する圧力制御手段を備え、旋回起動操作がされたときに、前記圧力制御手段の制御圧を高い方に切換えることを特徴とする請求項１〜３に記載の油圧ショベルの旋回油圧回路。