JP3666830B2 - 油圧機械の油圧再生回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ショベル等の油圧機械に搭載され、アクチュエータからの戻油をアクチュエータに強制的に再供給できる油圧機械の油圧再生回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
油圧機械の油圧回路には、自然の力等を利用して油圧馬力を低減させる再生回路を有するものがある。詳しくは次の通り。
【０００３】
例えば油圧ショベルは、例えば図２に示すように、下部走行体７２に旋回可能に上部旋回体７１を搭載すると共に、上部旋回体７１にエンジン等の駆動源、運転室７３及び作業機を搭載している。作業機は一例として、上部旋回体７１に対して起伏自在に装着されたブーム７４と、ブーム７４の先端に揺動自在に装着されたアーム７５と、アーム７５の先端に揺動自在に装着されたバケット７６とを有する。そしてブーム７４、アーム７５、バケット７６は夫々、ブームシリンダ４６、アームシリンダ２６、バケットシリンダ７７等のアクチュエータによって起伏自在又は揺動自在とされている。
【０００４】
かかる油圧機械の油圧再生回路としては例えば図３が知られる。尚、同図は、上記油圧ショベルの全体油圧回路からバケットシリンダ７７、旋回用油圧モータ等の油圧回路を省き、説明用として再編成したものである。以下、この油圧再生回路を基本回路と再生回路とに分け説明する。
【０００５】
基本回路は、アームシリンダ２６とブームシリンダ４６との夫々のメータイン側に設けたクローズドセンタ式方向切換弁２３、４３を有する。さらにこれら方向切換弁２３、４３の上流側油圧（即ち、油圧ポンプ１の吐出圧ＰP ）と、下流側油圧ＰLS1 、ＰLS2 との夫々の差圧ΔＰが一定となるように、吐出量を制御された可変容量形の油圧ポンプ１とを有する。さらにアクチュエータ２６、４６の夫々のメータアウト側２７、４７に圧力補償弁２９、４９を有する。これら圧力補償弁２９、４９は、方向切換弁２３、４３の同時操作時、例えば当初の油圧ＰLS1 、ＰLS2 が「ＰLS1 ＜ＰLS2 」であるとき、直ちに、油圧ＰLS1 が油圧ＰLS2 に昇圧するまで、低圧側（油圧ＰLS1 ）のアームシリンダ２６のメータアウト側２７を絞る機能を有している。
【０００６】
ところでアクチュエータへの油量Ｑは、オペレータの操作によって作動する方向切換弁の開口面積Ａと、方向切換弁の前後差圧ΔＰの平方根との乗算値に比例する（Ｑ∝Ａ・ΔＰ^1/2 ）。
【０００７】
即ち、上記基本回路は、上記した通り、差圧ΔＰを一定制御されるため、アクチュエータへの油量Ｑが、アクチュエータの負荷の大小に係わりなく、開口面積Ａの変化に比例する（Ｑ∝Ａ）。
【０００８】
しかも各方向切換弁２３、４３は圧力補償弁２９、４９を有し、各圧力補償弁２９、４９の機能によって各方向切換弁２３、４３の下流側油圧ＰLS1 、ＰLS2 の内、高い油圧側で同値化（ＰLS1 ＝ＰLS2 となる）される。そこ上、上記の通り、油圧ポンプ１は差圧ΔＰが一定となるように吐出量を制御される。このため、各アクチュエータ２６、４６への流量Ｑ1 、Ｑ2 も、各アクチュエータ２６、４６の負荷の大小に係わりなく、各方向切換弁２３、４３の開口面積Ａ1 、Ａ2 の変化に比例する（Ｑ1 ∝Ａ1 、Ｑ2 ∝Ａ2 、Ｑ＝（Ｑ1 ＋Ｑ2 ））。尚、上記符号ΔＰ、Ｑ1 、Ｑ2 、Ａ1 、Ａ2 は本文説明用であって図示されていない。
【０００９】
再生回路は、上記基本回路において、次のように構成される。アームシリンダ２６の戻り管路２７での方向切換弁２３と圧力補償弁２９との間の戻り管路２７ａと、油圧ポンプ１からチェック弁２２を介して方向切換弁２３に至る管路２１における前記チェック弁２２の下流側とが管路３９で連結されている。そして管路３９は、戻り管路２７ａから管路２１に向けて流通するチェック弁３８を備えている。詳しくは次の通り。
【００１０】
操作レバー３１と操作レバー５１とを同時操作（複合操作）してアームシリンダ２６とブームシリンダ４６とを同時作動（複合作動）させると、管路５、６、１３をこの順で経た油圧ポンプ１からの吐出油圧ＰP は、ＬＳ減圧弁１４によって方向切換弁２３の下流側の油圧ＰLS1 と同じ圧力に変化する（即ち、ＬＳ減圧弁１４の下流側管路１５の油圧が油圧ＰLS1 となる）。一方、管路５、４０、５６をこの順で経た吐出油圧ＰP も、ＬＳ減圧弁５５によって方向切換弁４３の下流側の油圧ＰLS2 と同じ圧力に変化する（即ち、ＬＳ減圧弁５５の下流側管路５７の油圧も油圧ＰLS2 となる）。そして管路１５、５７に設けた流量制御弁７（詳細は後述する）に向けて流通するチェック弁１７、５９によって、またこれらチェック弁１７、５９の下流側が互いに管路６１で接続されているため、両油圧ＰLS1 、ＰLS2 の内、いずれか高い側の油圧が両圧力補償弁２９、４９の図示左側に作用し、上記の通り、直ちに低圧側が高圧側まで昇圧するまで、低圧側のアクチュエータのメータアウト側を絞る。尚、油圧ＰLS1 、ＰLS2 をチェック弁１７、５９の上流側に直接導く方式では、前記管路１３、５６及びＬＳ減圧弁１４、５５は無くても構わない。
【００１１】
以下、上記従来の油圧再生回路の理解を早めるため、圧力補償弁２９を図示右位置に維持するためのバネ２９ｃの付勢力を省略して説明する。
【００１２】
仮に複合操作時での当初油圧ＰLS1 、ＰLS2 の大小関係を「ＰLS1 ＜ＰLS2 」とすると、圧力補償弁２９は、上記の通り、油圧ＰLS1 を油圧ＰLS2 まで昇圧させるが、そのため本例での圧力補償弁２９、４９は、オリフィス２９ａを有する図示左位置と、単なるタンクへ３０へのドレン通路である図示右位置とを有する。即ち圧力補償弁２９の左側には高い側の油圧ＰLS2 が導かれ、この油圧ＰLS2 によって圧力補償弁２９が左位置となると、アームシリンダ２６からの戻油がオリフィス２９ａで絞られるため、戻り管路２７ａの戻油の油圧ＰH ′が昇圧する（尚、上記した通り、油圧ＰLS1 も油圧ＰLS2 となるまで昇圧する）。そして油圧ＰH ′がチェック弁２２の下流側の油圧ＰB ′よりも大きくなったとき（ＰH ′＞ＰB ′）、アームシリンダ２６のヘッド側からの戻油の一部が管路３９のチェック弁３８を経て管路２１に流入し、アームシリンダ２６のボトム側に強制的に再供給される。即ち、油圧強制再生回路となっている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の油圧機械の油圧再生回路には、次のような問題がある。
【００１４】
（１）第１に、上記強制再生が生じても、基本回路は、方向切換弁２３の前後差圧ΔＰが一定となるように制御されているため、強制再生油の分だけ油圧ポンプ１の吐出量が減るだけで、方向切換弁２３を経てアームシリンダ２６のボトム側に流れ込む量は変化しない。即ち油圧ポンプ１にとって省エネとはなるが、アームシリンダ２６に対しては流量増加とはならない。このため肝心の作業速度が向上しない。
【００１５】
（２）第２に、複合操作でも「ＰLS1 ＞ＰLS2 」時は、圧力補償弁２９は図示右方に移動せず、バネ２９ｃの付勢力によってオリフィスの無い右位置を維持するため、「ＰH ′＞ＰB ′」とならず、従って強制再生が生じない。
【００１６】
（３）第３に、操作レバー３１の単独操作では、圧力補償弁２９が右方に全く移動せず、バネ２９ｃの付勢力によってオリフィスの無い右位置を維持するだけであるため、上記（２）と同様、圧力補償弁２９はオリフィスの無い図示右位置を維持して「ＰH ′＞ＰB ′」とはならず、従って強制再生が生じない。
【００１７】
上記問題点（１）〜（３）を具体的に説明する。例えばアーム７５を前方に水平とした姿勢から、アームシリンダ２６を伸ばすことによって運転室７３側に引戻すと、アームシリンダ２６のボトム側はアーム７５の自重（即ち、前記「自然の力」）によって負圧となる。このような負圧状態では、上記チェック弁３８は単なる真空防止弁であり、上記管路３９も単に吸込み管路となる。即ち、強制的に戻油を再生させるものではない。つまり上記従来技術は、前述した通り、複合操作における「ＰLS2 ＞ＰLS1 」の場合にのみ、強制再生の効果が得られる。
【００１８】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、総ての場合において強制再生でき、しかも従来技術のように、油圧ポンプの省エネとしてではなく、アクチュエータに対して強制再生でき、これにより作業効率を高めることのできる油圧機械の油圧再生回路を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段および効果】
上記目的を達成するため、本発明に係る油圧機械の油圧再生回路は、例えば図 1を参照して説明すれば、アクチュエータ２６、４６のメータイン側に設けたクローズドセンタ式方向切換弁２３、４３と、
前記方向切換弁２３、４３の上流側油圧と下流側油圧との差圧ΔＰが一定となるように、吐出量を制御された可変容量形油圧ポンプ１と、
アクチュエータ２６のメータアウト側に設けた圧力補償弁２８であり、かつ前記アクチュータ２６に対する方向切換弁２３の下流側油圧ＰLS1 と、他のアクチュエータ４６に対する方向切換弁４３の下流側油圧ＰLS2 とを受け、前記アクチュータ２６に対する方向切換弁２３の下流側油圧ＰLS1 が各下流側油圧ＰLS1 、ＰLS2 の内の高い方の油圧となるように、前記アクチュエータ２６のメータアウト側の油圧を高める圧力補償弁２８とを有する油圧機械の油圧回路において、
圧力補償弁２８の上流側の分岐点から分岐して方向切換弁２３の下流側に接続された管路３７であり、かつ内部に方向切換弁２３の下流側に向けて流通するチェック弁３８を有する管路３７と、
前記分岐点から圧力補償弁２８までの間と、圧力補償弁２８の下流側と、圧力補償弁２８の内部との少なくとも一箇所に設けたオリフィス２８ｂとを有することを特徴としている。
【００２０】
上記構成によれば、単独操作及び複合操作に係わらず、オリフィス２８ｂでアクチュエータ２６のメータアウト側を常時絞っている。このためメータアウト側を昇圧できる。そしてメータアウト側の油圧が方向切換弁２３の下流側よりも高い場合、メータアウト側の圧油は方向切換弁２３の下流側に流れ込んでアクチュエータ２６に流入する（即ち、強制再生が生ずる）。しかもこの強制再生に基づく流量は、基本回路における方向切換弁２３の前後差圧ΔＰが一定となる制御に基づく油圧ポンプ１からの流量とは全く無関係であるから、方向切換弁２３本来の流量と合流し、アクチュエータ２６に最適流量の圧油を供給する。つまり作業速度を向上させることができる。またオリフィス２８ｂは、単独操作及び複合操作に無関係で存在するため、従来技術のように、適用条件がなく、総ての場合に適用できる。尚、チェック弁３８が真空防止作用を有することは勿論である。
【００２１】
【発明の実施の形態および実施例】
次に、事例を図１を参照し説明する。図１は、本事例を備えた油圧ショベルの油圧再生回路の一部である。尚、図１の基本回路は、前記図３の基本回路と同じである。従って同じ要素には同一符号を附し、重複説明を省略する。
【００２２】
先ず、前述した基本回路を補足説明しておく。同図において、図示しない駆動源によって駆動される可変容量形の油圧ポンプ１は、サーボシンダ２のピストンロッドに連結され、ピストンに作用する圧油によって斜軸角又は斜板角が変化し、これによって吐出流量を可変とされている。
【００２３】
サーボシリンダ２には、油圧ポンプ１の吐出圧ＰP を受けて油圧ポンプ１の吐出量を増量側に作動させるヘッド側と、制御弁３とオリフィス４とをこの順で経た油圧ポンプ１の吐出圧ＰP を受けて油圧ポンプ１の吐出量を減少側に作動させるボトム側とを有する。
【００２４】
制御弁３は、減圧弁１０を経た油圧源９からの油圧と、アンロード弁を兼ねる流量制御弁７からの油圧と、油圧ポンプ１の吐出圧ＰP とをパイロット圧として受け、これらパイロット圧に応じて油圧ポンプ１からの吐出油をサーボシリンダ２のボトム側に流す機能を有する。尚、減圧弁１０は、油圧ポンプ１の油圧馬力を一定化するトルク可変制御装置（ＴＶＣ）からの信号を受けて油圧ポンプ１の油圧馬力が一定化するように、油圧源９から油圧を調整し、この調整済み油圧をパイロット圧として制御弁３に供給する。
【００２５】
流量制御弁７は、図示左側に管路５、６、１１及びオリフィス１２をこの順で経た油圧ポンプ１の吐出圧ＰP を受け、一方図示右側に付勢バネ７ａを有すると共に方向切換弁２３、４３の下流側油圧ＰLS1 、ＰLS2 のいずれか高い側の油圧ＰLSを受ける。そして「ＰP ≧（ＰLS＋バネ力）」であるときは、左位置に切換わって吐出圧ＰP をパイロット圧として制御弁３に与え、油圧ポンプ１の吐出油量を減らす。一方「ＰP ＜（ＰLS＋バネ力）」であるときは、右位置を維持する（従って油圧ポンプ１の吐出油量は増量側となっている）。ここで油圧ポンプ１の吐出圧ＰP と、油圧ＰLSとは互いに変量であるためこれらの値を特定できないが、バネ力は定数である。即ち仮に、アクチュエータの負荷ＰLSが増して「ＰP ＜（ＰLS＋バネ力）」となると、流量制御弁７は右位置を維持し、油圧ポンプ１の吐出量を増加させる。すると、この増加に伴って吐出圧ＰP が高くなり、「ＰP ≧（ＰLS＋バネ力）」となる。すると、流量制御弁７は直ちに右位置から左位置に切換わって吐出圧ＰP によって油圧ポンプ１の吐出量を減少させる。そしてこの減少に伴って吐出圧ＰP が低くなると、再び「ＰP ＜（ＰLS＋バネ力）」となり、前記ルーチンを繰り返す。即ち流量制御弁７は、常時「ＰP ＝（ＰLS＋バネ力）」となるように、シャトル運動する。ここで「ＰP ＝（ＰLS＋バネ力）」は「バネ力＝ＰP −ＰLS」と変形できることから明らかなように、「バネ力」が前記「ΔＰ」に相当する。即ち上記の通り、「可変容量形油圧ポンプは、方向切換弁の上流側ＰP と下流側ＰLSとの差圧ΔＰが一定となるように、吐出量を制御されている」。
【００２６】
アームシリンダ２６側の方向切換弁２３は、操作レバー３１の操作量に比例したパイロット油圧を発生するＰＰＣ弁３２（パイロット・プレッシャー・コントロール弁の英字の頭文字）からのパイロット油圧の大小に応じた開口面積となるように作動する。また方向切換弁２３の下流側にはパイロット管路３３が接続されている。そしてこのパイロット管路３３の他端が圧力補償弁２８の右側に接続されている。またパイロット管路３３は途中で管路３４に分岐し、管路３４が減圧値を設定するバネとしてＬＳ減圧弁１４を付勢する。
【００２７】
一方、ブームシリンダ４６側の方向切換弁４３も、操作レバー５１の操作量に比例したパイロット油圧を発生するＰＰＣ弁５２からのパイロット油圧の大小に応じた開口面積となるように作動する。また方向切換弁４３の下流側にはパイロット管路５３が接続され、このパイロット管路５３の他端が圧力補償弁４９の右側に接続されている。そしてパイロット管路５３も途中で管路５４に分岐し、管路５４が減圧値を設定するバネとしてＬＳ減圧弁５５を付勢する。
【００２８】
上記基本回路において、本発明に係わる第１事例は、同図に示す構成としてある。即ちアームシリンダ２６側の回路において、圧力補償弁２８の左位置はオリフィス２８ａを、一方右位置はオリフィス２８ｂを備え、右側に付勢バネ２８ｃを有している。尚、オリフィス２８ａは本来の絞り量であり、一方オリフィス２８ｂはオリフィス２８ａの絞り量よりも弱い絞り量としてある。そして方向切換弁２３の下流側の管路２４と、戻り管路２７（本例では方向切換弁２３と、圧力補償弁２８とに挟まれた管路２７ａ）とを管路３７で接続してある。そしてこの管路３７に、戻り管路２７から管路２４へのみ流通するチェック弁３８を備えている。
【００２９】
尚、ブームシリンダ４６側は、従来技術における基本回路と同じとしてある。また図中の符号２５、４５はリリーフ弁である。また図中のオリフィス４、８、１２、１６、５８、３６、６２はいずれも、滑らかな作動を確保するための応答遅延用オリフィスであり、一方、オリフィス６３は、制御弁３へのパイロット圧がタンク３０内の圧力に落ちないように、所定圧を維持するためのオリフィスである。オリフィス６３の絞り加減やその有無は、タンク３０の水頭高さや加圧の有無で決定される。
【００３０】
以下に、上記油圧再生回路の作用効果を説明する。
（１）１つのアクチュエータのみを単独操作したとき
操作レバー３１だけを操作して方向切換弁２３だけを、図１のアームシリンダ２６側の状態とすると、方向切換弁２３の下流側油圧ＰLS1 が管路３３を介して圧力補償弁２８の右側に作用する。一方、管路３５を介して圧力補償弁２８の左側にも同圧が作用する。従って圧力補償弁２８は付勢バネ２８ｃによっ右位置となる。ここで仮にこの状態を、例えばアーム７５を前方に水平とした姿勢から、アームシリンダ２６を伸ばすことによって運転室７３側に引戻すとすると、アームシリンダ２６のヘッド側にアーム７５の自重が加わり、ヘッド側の油圧がボトム側の油圧よりも高くなろうとする。この結果、方向切換弁２３からアームシリンダ２６のボトム側への流量が不足しようとする。ところが上記事例によれば、圧力補償弁２８の右位置にオリフィス２８ｂが有るため、戻り管路２７内の油圧ＰH が昇圧する。そして油圧ＰH が、油圧ＰB （＝ＰLS1 ）よりも大きくなると（ＰH ＞ＰB ）、戻り管路２７の戻り油量は管路３７と、その内部のチェック弁３８とを経て方向切換弁２３の下流側の管路２４を経てボトム側に流れ込む。このとき、方向切換弁２３の前後差圧ΔＰ（＝ＰP −ＰLS1 ）は何ら変化しないため、操作レバー３１の操作量（即ち、方向切換弁２３の開口面積）に比例した油圧ポンプ１からの流量も確保される。
【００３１】
（２）２つ以上の作業機を同時操作したとき
操作レバー３１と操作レバー５１とを同時操作して方向切換弁２３と方向切換弁４３とを、図１の状態とする。この場合は次の２つの場合が考えられる。
【００３２】
（２１）方向切換弁４３の下流側油圧ＰLS2 が方向切換弁２３の下流側油圧ＰLS1 よりも低い場合は（ＰLS1 ＞ＰLS2 ）、方向切換弁２３の下流側油圧ＰLS1 がチェック弁１７、５９によって圧力補償弁２８、４９の左側を付勢する。従ってこの場合は、アームシリンダ２６側にとっては、前記（１）と同じ状態である。このため、上記（１）と同一の作用効果が得られる。
【００３３】
（２２）方向切換弁４３の下流側の油圧ＰLS2 が方向切換弁２３の下流側の油圧ＰLS1 よりも高い場合は（ＰLS1 ＜ＰLS2 ）、方向切換弁４３の下流側油圧ＰLS2 がチェック弁１７、５９によって圧力補償弁２８、４９の図示左側に加わる。そして油圧ＰLS2 が圧力補償弁２８の付勢バネ２８ｃに打勝つ圧力となると、圧力補償弁２８は左位置に切換わる。ところがこの左位置にもオリフィス２８ａが有るため、戻り管路２７内の油圧ＰH が昇圧する。そして油圧ＰH が、油圧ＰB よりも大きくなると、戻り管路２７の戻り油量は管路３７と、その内部のチェック弁３８とを経て方向切換弁２３の下流側の管路２４を経てボトム側に流れ込む。またこの場合でも、方向切換弁２３の前後差圧ΔＰ（＝ＰP −ＰLS1 、但し、ＰLS1 ＝ＰLS2 ）が変化しないため、操作レバー３１の操作量（即ち、方向切換弁２３の開口面積）に比例した油圧ポンプ１からの流量も確保される。
【００３４】
尚、上記第１事例でのオリフィス２８ｂは、圧力補償弁２８の内部に設けたが、管路２７ａや圧力補償弁２８の下流側に設けてもよい。勿論、これらの一部に設けてもよく、総てに設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１事例の回路図である。
【図２】油圧ショベルの外観図である。
【図３】従来の油圧機械の油圧再生回路例の図である。
【符号の説明】
１ 可変容量形油圧ポンプ
２３ 方向切換弁
２６ アームシリンダ
２８ 圧力補償弁
２８ｂ オリフィス
３７ 管路
３８ チェック弁
４３ 方向切換弁
４６ ブームシリンダ
４９ 圧力補償弁
ＰP 油圧ポンプ吐出圧
ＰLS、ＰLS1 、ＰLS2 方向切換弁の下流側油圧
ΔＰ 方向切換弁の前後差圧

Claims (1)

1. アクチュエータのメータイン側に設けたクローズドセンタ式方向切換弁と、
   前記方向切換弁の上流側油圧と下流側油圧との差圧が一定となるように、吐出量を制御された可変容量形油圧ポンプと、
   アクチュエータのメータアウト側に設けた圧力補償弁であり、かつ前記アクチュータに対する方向切換弁の下流側油圧と、他のアクチュエータに対する方向切換弁の下流側油圧とを受け、前記アクチュータに対する方向切換弁の下流側油圧が各下流側油圧の内の高い方の油圧となるように、前記アクチュエータのメータアウト側の油圧を高める圧力補償弁とを有する油圧機械の油圧回路において、
   圧力補償弁の上流側の分岐点から分岐して方向切換弁の下流側に接続された管路であり、かつ内部に方向切換弁の下流側に向けて流通するチェック弁を有する管路と、
   前記分岐点から圧力補償弁までの間と、圧力補償弁の下流側と、圧力補償弁の内部との少なくとも一箇所に設けたオリフィスとを有することを特徴とする油圧機械の油圧再生回路。

Images