JPH0477801B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は可変容量形油圧ポンプの圧油により
作動する油圧アクチユエータの出力と速度とを、
外部からの指定により同時に変化させる油圧アク
チユエータ作動装置に関する。

従来の技術 従来から可変容量形油圧ポンプの吐出圧油を油
圧切換弁により切換えて、油圧シリンダ、油圧モ
ータなどのアクチユエータを作動させるシステム
においては、油圧ポンプを駆動する原動機の負荷
を、アクチユエータに加わる負荷圧力の如何にか
かわらず、ほぼ、一定に保つことにより原動機出
力を効率よく利用し、かつ合理的なシステムとす
る方法がとられてきた。

例えば、第７図に示す油圧作動システムの回路
図において、原動機１により駆動される第１油圧
ポンプ２の吐出圧油は油圧切換弁群Ａに流入し、
油圧切換弁８，９，１０，１１が切換わると、そ
れらに連なるアクチユエータを作動させ、第２油
圧ポンプ３の吐出圧油は油圧切換弁群Ｂに流入
し、油圧切換弁１２，１３，１４，１５が切換わ
ると、それらに連なるアクチユエータを作動さ
せ、また、パイロツトポンプ４の吐出圧油は油路
７を通つて各種操作系の油圧源として使用され
る。これらの油圧ポンプのうち、パイロツトポン
プ４は、常時、定圧、定量の圧油を発生している
ので原動機１に対する負荷は一定であり、一方、
第１、第２油圧ポンプ２，３は可変容量形油圧ポ
ンプであつて、それぞれに属するアクチユエータ
の負荷圧力が低いときには大量の圧油を吐出して
該アクチユエータの作動速度を早めるが、アクチ
ユエータの負荷圧力が増大すると吐出油量を減少
させるといつた方法により、吐出圧力と油量の相
乗積を常時おおむね一定値に保持し、油圧ポンプ
駆動のための吸収動力が一定となるよう流量制御
弁２６，２７を設け制御している。

一般に、このような作動回路では、油圧ポンプ
の吐出圧力をＰKg／cm²、吐出油量をＱ／minと
し、そのときの油圧ポンプの吸収動力をＷとする
と、 Ｗ＝Ｐ・Ｑ／450 で表わされ、Ｗの値を一定にするためには、上式
のうちの変数Ｐ×Ｑの値を一定にする必要があ
る。このことから流量制御弁２６，２７は、第
１、第２油圧ポンプ２，３の吐出圧力が上昇すれ
ば、その値に反比例して吐出油量を変化させてい
るが、このときの吐出圧力Ｐと吐出油量Ｑの関係
を示す線図が第８図であり、アクチユエータの負
荷圧力が比較的低いP₁またはそれ以下のときは、
最大の吐出油量Q₁で運転され、負荷圧力Ｐが次
第に増大するにつれ吐出油量Ｑは減少していき、
最大吐出圧力P₂に達すると吐出油量はQ₂となり、
前記吸収動力Ｗの値を常に、ほぼ一定となるよう
にすることにより、原動機１が過負荷とならない
よう、また油圧作動システムを含めて効率的な運
転状態が保持されるような、いわゆる馬力一定運
転となるようにしている。更に、第１、第２油圧
ポンプ２，３の吐出側の油路５，６の分岐油路に
は、それぞれリリーフ弁１６，１７が設けてあ
り、吐出回路圧が、アクチユエータの過負荷また
は何等かの不慮の原因でP₂以上の異常高圧にな
らないようにしてある。従つて、上述の如きアク
チユエータ作動回路における油圧ポンプ２または
３の吐出油量はQ₁以上およびQ₂以下とはならな
いと同時に、吐出圧力はP₂を越えることはでき
ない。

発明が解決しようとする課題 油圧アクチユエータを備えた作業用機械、装置
においては、設計上所要の出力に余裕をもたせた
断面積のアクチユエータを使用すると、限度のあ
る吐出油量では、その作動速度が遅く不経済とな
るので、一般的には想定し得る平均的な負荷に見
合つたアクチユエータを備え、平準的な作業にお
いて最も効果的に作業を遂行できることを目標と
しているが、作業対象物、内容によつては予想外
の負荷が生ずることもあり、このようなときは、
その頻度、大きさなどを勘案して、作業条件を変
更したり、或はより大容量の機械、装置に置き換
えるなど不経済な対策をしていた。

例えば、第５図に示す油圧バツクホウ４０で掘
削作業を行うには、ブーム４１、アーム４２、バ
ケツト４３を、ブームシリンダ４４、アームシリ
ンダ４５、バケツトシリンダ４６により作動させ
バケツト４３の刃先で土砂を掘削し、掘削場所を
変更するときは走行用油圧モータ（図示なし）に
より車体を移動させるのであるが、各アクチユエ
ータの出力は一般的な土砂の掘削抵抗、走行抵抗
に対しては十分な能力を有しているが、図に例示
したように土中に想定外の掘削抵抗を有する玉石
４７の混在があつたときなど、しかもこの玉石４
７のみ取除けば再び当該バツクホウ４０の能力で
十分間に合うようなとき、運転者の技量と長時間
をかけて玉石４７の周囲を掘り起こして取除いた
り、さもなくば、更に大形の機械を投入するとい
つた手段を講じていた。

また、第６図に示す深掘りクラムシエルを装備
した機械４８で地中に深穴を設営するとき、メイ
ンブーム４９、中間ブーム５０、アーム５１をメ
インブームシリンダ５４、中間ブームシリンダ５
５、アームシリンダ５６により作動させ、アーム
５１の先端にエクステンシヨンビーム５２を介し
て取付けたクラムシエルバケツト５３を所定の深
穴の位置に垂直に降下させ、穴底の土砂をクラム
シエルバケツト５３で掴み、地上に搬出するので
あるが、深穴の掘削深度が進行すればする程エク
ステンシヨンビーム５２は長く、自重も増大し、
規定最大長さとなるとクラムシエルバケツト５３
で掴んだ土砂を持上げるだけには十分なアクチユ
エータ能力はあつても、それほど余裕があるもの
ではない。従つて穴底に湧水と土砂が泥状化した
状態では、穴底からバケツト５３を地切りする瞬
間だけ余分の引上げ力が必要となり、メインブー
ムシリンダ５４、中間ブームシリンダ５５、アー
ムシリンダ５６など僅かな、しかも短時間だけの
能力不足現象が発生する傾向となるので、より大
形の深掘りクラムシエル用本体を投入せざるを得
ない事態も往々にしてある。

このような問題点に鑑み、本発明は平準的な作
業においては標準機械または設備の能力を最大限
に生かし、作業サイクル中において、たまたま発
生する平均以上のアクチユエータ出力要求を、短
時間、運転者の意志により任意に、これに対応さ
せ、しかも機械・装置に及ぼす動的過負荷を軽減
させるような油圧アクチユエータ可変作動装置を
実現することを課題とする。

課題を解決するための手段 この発明は上記の課題を解決するため、次のよ
うな手段を講じた。すなわち、 イ） 吐出圧力に反比例して吐出油量を増減する
機能を有する流量制御弁を備えた可変容量形油
圧ポンプの吐出圧油を油圧切換弁に供給し、油
圧アクチユエータを作動させる油圧回路におい
て、 ロ） 上記流量制御弁には該油圧ポンプの自己吐
出圧力の受信部の他に、任意の外部信号で該油
圧ポンプの最大吐出油量を、前記自己吐出圧力
には関係なく、所定量だけ制限する機能を付与
する外部信号受信部を設ける。

ハ） 可変容量形油圧ポンプの吐出側油路に設
け、該油路の圧力が一定の設定値を超えること
のないようにする吐出圧用リリーフ弁には、該
油路の設定値を外部信号により、上記一定の設
定値よりも所定値だけ昇圧させる機能を付与す
る吐出圧用昇圧指令受信部を設ける。

ニ） 油圧アクチユエータと油圧切換弁のポート
との接続油路に設け、該油路の圧力が閉じ込み
圧などにより、規定の設定値を超えることを防
止するポートリリーフ弁には、該油路の圧力設
定値を外部信号により、上記規定の設定値より
も所定値だけ昇圧させる機能を付与するポート
圧用昇圧指令受信部を設ける。

ホ） 運転席近くには、自動復帰式のスイツチま
たはペダルなど、人力操作により自在に、パイ
ロツト圧などの外部信号を、操作中のみ出力す
ることのできる信号手段を設ける。

ヘ） 上記信号手段からの外部信号は、可変容量
形油圧ポンプの流量制御弁の外部信号受信部
と、吐出圧用リリーフ弁の吐出圧用昇圧指令受
信部と、ポートリリーフ弁のポート圧用昇圧指
令受信部とへ同時に通ずる如き手段を講ずる。

作 用 運転席から自動復帰式のスイツチまたはペダル
などの信号手段を操作して得られる外部信号が、
可変容量形油圧ポンプの流量制御弁の外部信号受
信部と、吐出圧用リリーフ弁の昇圧指令受信部
と、ポートリリーフ弁の昇圧指令受信部とへ同時
に通じると、可変容量形油圧ポンプの最大吐出油
量は所定量だけ制限され、さらに、そのときの吐
出圧力に応じて減量されると同時に、前記リリー
フ弁ならびにポートリリーフ弁の設定圧力は通常
の設定値よりも所定値だけ高く設定される。

従つて、この油圧ポンプの吐出圧油で作動する
油圧アクチユエータの作動速度は通常よりも遅く
なり、この状態で該油圧アクチユエータの負荷圧
力が増大していくと、油圧ポンプの吐出油量は定
馬力曲線に沿つて減少していくが、さらに負荷圧
力が通常の回路圧力よりも高い圧力になるまで吐
出圧用リリーフ弁は開路せず、また、この高い圧
力となつたときもポートリリーフ弁から圧油がリ
リーフすることもなく、昇圧後の吐出圧力の下で
は、可変容量形油圧ポンプの吐出油量は通常の最
小吐出油量よりも、一段と減量するから、油圧ア
クチユエータの出力は増大し、速度は減少する。

このようにして、この油圧アクチユエータの可
変作動装置を作動させて油圧アクチユエータに大
きい負荷が加わつたとき、それに対応する能力を
発揮する反面、機体・装置などに対する動的負荷
は軽減され、また、油圧アクチユエータ作動用の
油圧切換弁が中立状態にあるとき、何らかの外力
が作用しても、ポートリリーフ弁のリリーフ設定
圧力が昇圧した値だけ、中立時保持力も増大する
が、信号手段の操作を停止すると、該ポートリリ
ーフ弁の設定圧力も通常に復するので、油圧アク
チユエータ作動油路には異常な閉び込み高圧は発
生しない。

実施例 以下、本発明を最も現実的に利用することの多
い油圧シヨベルのアクチユエータ作動システム油
圧回路に応用したときを例にとり説明する。

第１図は標準的なクローラ式油圧シヨベルに本
発明を具備した電気・油圧回路を示す図で、１は
第１油圧ポンプ２、第２油圧ポンプ３、パイロツ
トポンプ４を駆動する原動機であり、これらのポ
ンプは何れも、タンク２９から油を吸入し、それ
ぞれ、油路５を経て油圧切換弁群Ａへ、油路６を
経て油圧切換弁群Ｂへ、および油路７へと圧油を
供給する。油圧切換弁群Ａに流入した圧油は左走
行用、アーム第１速用、旋回用、ブーム第２速用
の油圧切換弁８，９，１０，１１に供給され、該
油圧切換弁８，９，１０，１１が切換えられてい
るときはそれぞれのアクチユエータを作動させ、
中立時にはセンタバイパス通路を通り、戻り油は
油路３６，３８を通りタンク２９に戻り、油圧切
換弁群Ｂに流入した圧油は、右走行用、ブーム第
１速用、バケツト用、アーム第２速用の油圧切換
弁１２，１３，１４，１５に供給され、該油圧切
換弁１３，１４，１５が切換えられているとき
は、それぞれのアクチユエータを作動させ、中立
時にはセンタバイパス通路を通り、戻り油は油路
３７，３８を通つてタンク２９に戻る。一方パイ
ロツトポンプ４の吐出圧油は、主として操作系の
油圧源となるもので、リリーフ弁１８により所定
の圧力に調圧され油路７或は、その分岐した油路
２８などにより各操作系用制御機器に導かれる。

また、第１、第２油圧ポンプ２，３は可変容量
形油圧ポンプとなつており、吐出圧力に逆比例し
て吐出油量の制限をして動力吸収を一定に保つ、
いわゆる馬力一定性能を付与する第１のパイロツ
ト油室Ｃと外部からの圧力信号が加わると最大吐
出油量を所定値だけ減少せしめる方向に作用力を
発揮する第２のパイロツト油室Ｄなる外部信号受
信部とを備えた既知技術を変形した流量制御弁２
４，２５を有している。この流量制御弁２４，２
５の２つのパイロツト油室Ｃ，Ｄに圧力信号が作
用したときの第１および第２油圧ポンプの吐出油
量の変化を示す図が第２図であり、パイロツト油
室Ｃにのみ圧力信号が作用し、その吐出圧力が
P₁またはそれ以下のときの吐出油量はQ₁であり、
吐出圧力がP₁を越えP₂になるに従い吐出油量Q₁
からQ₂へと減少し、更にP₂を越え、リリーフ弁
２２，２３の一定の常用設定圧力以上となると圧
油は該リリーフ弁２２，２３でリリーフし油路３
６，３７，３８などを通つてタンク２９へ直接流
入していくことは前述の第８図と同様であるが、
第２のパイロツト油室Ｄにのみ外部信号が作用す
ると吐出油量Ｑは、最大吐出油量Q₁であつたも
のを、それよりも少ないQ₃まで制限し、この状
態から更に後述の吐出圧用リリーフ弁２２，２３
の設定圧力が通常の一定の設定値よりも所定値だ
け昇圧し得る状態でアクチユエータに負荷が増大
していくと第１のパイロツト油室Ｃの圧力もP₂
を越えP′となり、最小吐出油量はQ₂からQ′へと
減少していくようになつている。

また、油路５，６の中間に設けた吐出圧用のリ
リーフ弁２２，２３および所要の油圧アクチユエ
ータと油圧切換弁のポートを接続する回路の途中
に設けたポートリリーフ弁５７，５７′，５８，
５８′，５９，５９′などは、通常は規定の回路圧
を保持し、外部から圧力信号がそれぞれ、吐出圧
用指令受信部、ポート圧用昇圧指令受信部Ｅに作
用すると、規定の回路圧力の設定値を、所定値だ
け高圧に設定がえする機能を付与した既知技術を
変形したリリーフ弁である。

更に、操作系油圧源となるパイロツトポンプ４
からの油路７の分岐油路２８は、励磁されると該
油路２８を、出口ポートに接続する油路３９に連
通させ、励磁されないときは油路２８を閉塞し、
油３９をタンク２９に通ずる油路３８に連通させ
る通路を有する電磁切換弁３０に接続されてお
り、該電磁切換弁３０は、自動復帰式のスイツチ
３２が強制的に閉じられたときにのみ電源装置３
３から通電され、Ｆ位置からＧ位置へ切換えられ
るようになつており、出口ポートに接続された油
路３９は延長、分岐して、それぞれ、リリーフ弁
２２，２３およびポートリリーフ弁５７，５７′，
５８，５８′，５９，５９′などの吐出圧用、ポー
ト圧用の昇圧指令受信部であるパイロツト油室
Ｅ、流量制御弁２４，２５の外部信号受信部であ
る第２のパイロツト油室Ｄに通じている。

このように、上述のパイロツトポンプ４、電磁
切換弁３０、スイツチ３２、電源３２ならびに圧
油用の油路などでもつて外部信号受信部Ｄ、吐出
圧用およびポート圧用昇圧指令受信部Ｅに対する
信号手段を構成している。

次に以上の構成からなる電気・油圧回路の作動
について説明する。

第５図または第６図の如き土砂掘削作業におい
て、通常はスイツチ３２を操作せず開路状態、す
なわち、パイロツト油室Ｄ，Ｅがタンク２９に連
通しているので、通常の標準的な油圧シヨベルと
同様の力、速度でもつて作業を行うこととなる
が、第５図の掘削途中での障害物による突発的な
過大抵抗や第６図における地切りのときなどにお
いて掘削力、引上げ力が僅かに、しかも短時間だ
け必要になると、スイツチ３２を閉じ、電磁切換
弁３０に通電すると、該電磁切換弁３０はＦ位置
からＧ位置に切換わるので、油路７の圧油は油路
２８、Ｇ位置通路、油路３９を通り、リリーフ弁
２２，２３およびポートリリーフ弁５７，５７′，
５８，５８′，５９，５９′などのパイロツト油室
Ｅおよび流量制御弁２４，２５の第２のパイロツ
ト油室Ｄに作用するので、第１、第２油圧ポンプ
２，３の最大吐出油量は、第２図のQ₁からQ₃へ
と制限される一方、リリーフ弁２２，２３および
ポートリリーフ弁５７，５７′，５８，５８′，５
９，５９′などの設定圧力は、それぞれ予め設計
上計画した所定値だけ昇圧可能となるので、その
値、すなわち、第２図における吐出圧力ＰがP′と
なるまでは負荷が増大していつてもリリーフする
ことなく、また、油圧アクチユエータの負荷圧力
がP₂を越えてP′に近づくにつれ、流量制御弁の
作用により吐出油量もそれに比例して制限され、
遂にはQ′となる。

このことはポンプ駆動用原動機１が、如何なる
状況下でも過負荷とならないことは勿論である
が、特にアクチユエータに高負荷が加わつたと
き、その作動速度を負荷圧力に比例して遅くする
ことにより、被作動体、本体などに加わる動的荷
重を軽減し構成部材を強度上保護することによ
り、作業装置の能力を効率的に短時間、必要に応
じ向上させることができる。また、５７，５７′，
５８，５８′，５９，５９′はポートリリーフ弁で
あるが、本実施例では、それぞれ、アーム第１速
用油圧切換弁９、ブーム第１速用油圧切換弁１
３、バケツト用油圧切換弁１４が中立位置にある
にもかかわらず、外力によりアクチユエータ回路
に異常高圧の閉びこみ圧力が発生した場合、各部
を保護するためのもので、その設定圧力は常に、
リリーフ弁２２，２３のリリーフ圧力よりも若干
高くし相互に干渉することを避けるようにしてあ
り、また、パイロツト油室Ｅに圧力信号が作用し
ないときは通常の設定圧となつているので、本来
の使用状態では、比較的頻度の高い、外力による
とじ込み圧が発生するとリリーフし、アクチユエ
ータや付随する作業装置などを保護する。

本発明の目的は、一時的にアクチユエータ作動
能力を向上させるものであり、常時使用されるべ
きものではないから、上記実施例におけるスイツ
チ３２は必要の都度、短時間操作し、常時は開放
する形式が望ましい。従つて第３図に示す如く、
油圧切換弁操作用の操作レバ３４のグリツプ３５
頂部に設けた押しボタン形自動復帰式のスイツチ
３２′を採用するとよい。また、電磁切換弁３０
にかえ、上記要件から逸脱しないものとして第４
図に示す足踏ペダル、自動復帰式の常時閉切換弁
３１を使用してもよい。

なお、上記実施例では、油圧シヨベルのフロン
トアタツチメントの作動システムについて説明し
たが、本発明は油圧シヨベルに限定されるもので
はなく、移動式、定置式の機械装置も含め、油圧
アクチユエータにより各種作業を行うトラクタシ
ヨベル、破砕機などの建設機械、揚貨機、運搬機
などの産業機械などの油圧アクチユエータ作動回
路であつて、特に、ブーム、アームなど関節ビー
ムを回動させる油圧シリンダと、その油圧切換弁
ポートとを接続する油路の如く、とじ込み圧の発
生し易い作動回路において、前述の如き瞬間的な
作動力が要求される場合に有効に利用できるもの
である。

また、この発明の実施例における可変容量形油
圧ポンプ付属の流量制御弁の最大吐出油量制限を
する外部信号受信部ならびにリリーフ弁の設定圧
力を所定値だけ上昇させる昇圧指令受信部として
パイロツト油室を設け、このパイロツト油室へ供
給するパイロツト圧油は、電磁切換弁を含む操作
手段により、主回路外の油圧源からの油路を任意
に開閉するようにしたが、このときの信号媒体は
勿論油圧であるが、この発明における信号媒体は
単にこれに限定するものではなく、同一の作用を
発揮できる操作手段であれば、従来技術の空気
式、電気式、機械式、或はそれらの組合わせによ
る媒体であつても、何ら差支えがないことは当然
である。

発明の効果 この発明は、運転者の意志により任意に、か
つ、容易に短時間、油圧アクチユエータの最大作
動速度を低減し、かつ、その間に油圧アクチユエ
ータの負荷圧力が、通常の最大値よりも瞬時的に
高く要求されるような作業状態において、その作
動速度は負荷圧力の大きさに応じて低速とはなる
ものの、油圧アクチユエータの瞬発作動力を向上
させることが効率よくできので各種作業用機械並
びに設備などで、極くまれにあり得る短時間で僅
かの能力不足のため大形のものを準備したり、運
転・操作者に焦燥感を起こさせることもなく、ま
た作動力を増大させる操作をしたときはアクチユ
エータの最大、最小速度共に低下するので、特に
高負荷作業時にも構成部材に過酷な応力の発生す
ることを防止し、また通常の作動時においては、
比較的頻繁に起こることのあるポートリリーフ弁
からのリリーフ作用も、標準負荷状態、過負荷状
態のそれぞれに応じて、最適なリリーフ設定値と
なるので、機器、装置などの保護に効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す電気・油圧回路
図、第２図は本発明に使用する可変容量形油圧ポ
ンプの吐出圧力吐出油量の関係を示す特性線図、
第３図はスイツチの配置例を示す斜視図、第４図
は本発明の油圧回路に使用する切換弁の他の実施
例を示す図、第５図および第６図は油圧シヨベル
本体にフロントアタツチメントとしてバツクホウ
および深掘りクラムシエルをそれぞれ装備したと
きの作業状況を示す側面図、第７図は従来の油圧
シヨベルの油圧回路図、第８図は従来の油圧シヨ
ベル用可変容量形油圧ポンプの吐出圧力吐出油量
特性線図である。 ２２……リリーフ弁、２３……リリーフ弁、２
４……流量制御弁、２５……流量制御弁、３０…
…電磁切換弁、３１……常時閉切換弁、３２……
スイツチ、５７，５７′，５８，５８′，５９，５
９′……ポートリリーフ弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 可変容量形油圧ポンプの吐出圧油を油圧切換
   弁の切換えにより切換えて油圧アクチユエータを
   作動させる油圧作動回路において、吐出圧力に反
   比例してその吐出油量を増減させる流量制御弁に
   該ポンプの自己吐出圧力受信部の他に、外部から
   の信号により最大吐出油量を吐出圧力に関係なく
   所定量だけ優先的に制限する機能を付与する外部
   信号受信部を、また、前記油圧ポンプの吐出側油
   路に設けたリリーフ弁には、外部信号によりリリ
   ーフ設定圧力を所定値だけ昇圧させる機能を付与
   する吐出圧用昇圧指令受信部を、さらに、油圧ア
   クチユエータとその油圧切換弁のポート間の油路
   に設けたポートリリーフ弁の１または全部には、
   外部からの信号により該ポートリリーフ弁のリリ
   ーフ設定圧力を所定量だけ昇圧させる機能を付与
   するポート圧用昇圧指令受信部を設け、前記それ
   ぞれの受信部へ、任意に外部信号を同時に供給す
   ることのできる信号手段を設けたことを特徴とす
   る油圧アクチユエータ可変作動装置。