JPH0663250B2

JPH0663250B2 - 油圧シヨベルのブ−ムシリンダ駆動装置

Info

Publication number: JPH0663250B2
Application number: JP211486A
Authority: JP
Inventors: 至文吉岡; 耕治桑原; 正俊三木; 寛野坂
Original assignee: 石炭露天掘機械技術研究組合
Priority date: 1986-01-10
Filing date: 1986-01-10
Publication date: 1994-08-22
Anticipated expiration: 2009-08-22
Also published as: JPS62160326A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は機械的に結合されて並列駆動される複数本のブ
ームシリンダと，油圧ポンプと，同油圧ポンプから同各
ブームシリンダへの油路を切り換えるブームシリンダ用
油路切換制御弁とを有する油圧シヨベルのブームシリン
ダ駆動装置に関するものである。

（従来の技術）従来のローダ・フロント仕様の油圧シヨベルの油圧回路
を第４図により説明すると，（100）が油圧シヨベル本
体，（101）がブーム，（102）がアーム，（103）がバ
ケツト，（1a）が上記油圧シヨベル本体（100）と上記
ブーム（101）との間に取付けたブームシリンダ，（2
a）が上記ブーム（101）と上記アーム（102）との間に
取付けたアームシリンダ，（3a）が上記アーム（102）
と上記バケツト（103）との間に取付けたバケツトシリ
ンダ，（300）が油圧ポンプ，（301）がオイルタンク，
（201）が上記油圧ポンプ（300）及び上記オイルタンク
（301）と上記ブームシリンダ（1a）との間の油圧回路
に設けたブームシリンダ用油路切換制御弁，（202）が
上記油圧ポンプ（300）及び上記オイルタンク（301）と
上記アームシリンダ（2a）との間の油圧回路に設けたア
ームシリンダ用油路切換制御弁，（203）が上記油圧ポ
ンプ（300）及び上記オイルタンク（301）と上記バケツ
トシリンダ（3a）との間の油圧回路に設けたバケツトシ
リンダ用油路切換制御弁で，ローダ・フロント仕様の油
圧シヨベルでの掘削は，主としてアームシリンダ用油路
切換制御弁（202）を切り換え，油圧ポンプ（300）から
の作動油をアームシリンダ（2a）のヘツド側圧力室へ供
給して，同アームシリンダ（2a）を伸長方向に作動し，
アーム（102）を前進方向に動作させて行う。このアー
ム（102）の単独動作による掘削では、バケツト（103）
の先端部の軌跡がアーム（102）とブーム（101）との結
合部を中心とした円弧になって，バケツト（103）の先
端部が跳ね上がるような掘削になる。

（発明が解決しようとする問題点）しかしローダ・フロント仕様の油圧シヨベルでの実際の
掘削或いは積込作業では、バケツト（103）の先端部を
直線的に動かすことが多い。このようにバケケツト（10
3）の先端部を直線的に動かすためには，アームシリン
ダ用油路切換制御弁（202）を切り換え、油圧ポンプ（3
00）からの作動油をアームシリンダ（2a）のヘツド側圧
力室へ供給して，同アームシリンダ（２）を伸長方向に
作動すると同時にブームシリンダ用油路切換制御弁（20
1）を切り換え，油圧ポンプ（300）からの作動油をブー
ムシリンダ（1a）のロツド側圧力室へ供給して，同ブー
ムシリンダ（1a）を縮み方向に作動する（ブーム（10
1）を下降させる）必要がある。また必要に応じてバケ
ツトシリンダ用油路切換制御弁（203）を切り換え，油
圧ポンプ（300）からの作動油をバケツトシリンダ（3
a）のヘツド側圧力室へ供給して，同バケツトシリンダ
（3a）を縮み方向に作動する必要もある。

ブーム（101）の下降動作には，（Ｉ）上記のように直
線的な掘削を行うためにアーム（102）の動作に連動す
る場合と，（II）ダンプ積込・排土後の次の掘削位置に
戻す場合と，（III）バケツト先端部を地面に深く切り
込ませる場合との３つのケースがある。このうち，（II
I）のケースは，大きな圧力により，大きな押し下げ力
を発生させることが必要になるが、（Ｉ）（II）のケー
スでは，供給油量は必要であるが，フロント部の自重に
より充分な下降速度が得られて，圧力は殆ど必要でな
い。

いま第５図に示すブームシリンダ（1a）のロツド側圧力
室の断面積を（Sa），ピストンロツド（1c）の最高速度
を（Vmax）とすると，ブームシリンダ（1a）のロツド側
圧力室に流入する油の流量Ｑは,Q＝Sa・Vmaxになる。ま
た油圧ポンプ（300）の吐出圧を（Ｐ_０）とすると，ブ
ーム（101）下降動作時に必要な馬力は，（必要馬力）＝Ｐ_０・Ｑ … になる。上記式において,Qは，ピストンロツド（1c）
の速度が一定であれば，一定で，変化しないが,P_０は，
動作条件により大きく変化し，これにより必要馬力が大
幅に変化する。即ち，ブーム（101）が単独動作する場
合は，油圧ポンプ（300）の吐出圧Ｐ_０が殆ど零まで低
下して，小さな必要馬力になるが，前記のようにバケツ
ト（103）の先端部を直線的に動かすとともにブーム（1
01）を下降させて掘削する場合には，掘削力を発生させ
るのに必要なレベルまで油圧ポンプ（300）の吐出圧Ｐ
_０を上昇させ，この吐出圧Ｐ_０をブームシリンダ用油路
切換制御弁（201）の圧損により零程度までに低下させ
て，ブームシリンダ（1a）のロツド圧力室に供給するた
め，必要馬力が極めて大きくなる。このことは，ブーム
シリンダ（1a）の断面積が他のシリンダの断面積に比べ
て大きなことも重なって不用馬力の増大，油圧機器の大
型化を招来して，省エネルギーを困難にしていた。

以上の問題点に対して従来次の３つの対策が提案されて
いるが，それぞれには，下記の欠点がある。

その第１は，油圧ポンプの吐出圧を各シリンダの要求圧
に独立して対応するようにブームシリンダ，アームシリ
ンダ，バケツトシリンダの各油圧系統に専用の油圧ポン
プを配置した独立ポンプ・システムである。この独立ポ
ンプ・システムでは，単独動作，連動動作の何れにおい
ても最適な馬力配分を実現できるが，単独動作時に最大
馬力う得られるようにするために，大きな馬力発生能力
を持った大きな油圧ポンプを３台必要になるという欠点
がある。

その第２は，例えば第６図に示すようにブームシリンダ
（1a）のロツド側圧力室とヘツド側圧力室とをバイパス
する配管にバルブ（204）を設け，ブームシリンダ（1
a）ヘツド側圧力室とオイルタンクとをつなぐ配管にバ
ルブ（205）を設けて，ブーム下降時に，ブームシリン
ダ用油路切換制御弁（201）を中立位置に保持したま
ま，バルブ（204）（205）を開いて，ブームを自由に下
降させるようにしたフローテイング・システムである。
このフローテイング・システムでは，ブームの下降量が
バケツト底面の反力とのバランスによりコントロールさ
れるため，湿地における掘削時や空中に浮いた状態での
掘削時には，必要な制御ができないという欠点があっ
た。

その３は，例えば第６図と同じように構成して，ブーム
下降時に，ブームシリンダ用油路切換制御弁（201）を
中立位置に保持したまま，バルブ（204）を開き，バル
ブ（205）の開口面積を変化させて，ブームの下降速度
をコントロールするようにしたコントロールシステムで
ある。このコントロールシステムを具体的に示したのが
第７図（Ｉ）で，ブームシリンダ（1a）のロツド側圧力
室とヘツド側圧力室とをバイパスする配管に切換制御弁
（207）を設ける。同切換制御弁（207）は，第７図（I
I）の開口特性を有し，しかも最大流量Qmax＝Vmax・Sa
を流せる大きさ，即ち，メインのブームシリンダ用油路
切換制御弁（201）と同じ大きさを有している。このコ
ントロールシステムでは，切換制御弁（207）が大型化
する。しかも動作状態により，操作する切換制御弁をど
れかに選択する必要があって，操作を複雑にするという
欠点があった。

（問題点を解決するための手段）本発明は前記の問題点に対処するもので，機械的に結合
されて並列駆動される複数本のブームシリンダと，油圧
ポンプと，同油圧ポンプから同各ブームシリンダへの油
路を切り換えるブームシリンダ用油路切換制御弁を有す
る油圧シヨベルのブームシリンダ駆動装置において，前
記各ブームシリンダの油路を並列接続と直列接続とに切
り換えるブームシリンダ用接続切換弁を具えていること
を特徴としたブームシリンダ駆動装置に係わり，その目
的とする処は，油圧機器を大型化させることなく，また
制御性，操作性を低下させることなく，省エネルギーを
達成できる改良されたブームシリンダ駆動装置を供する
点にある。

（作用）本発明ののブームシリンダ駆動装置は前記のように構成
されており，ブーム下降操作時には，各ブームシリンダ
を直列接続状態に切り換え，油圧ポンプからの供給油量
を低減して，ブーム下降操作時の省エネルギーを達成す
る。またこのときの動作制御は，メインのブームシリン
ダ用油路切換制御弁により行われる。

（実施例）次に本発明のブームシリンダ駆動装置を第１図（Ｉ）に
示す一実施例により説明すると、（11a）（12a（13a）
が３本のブームシリンダで、同各ブームシリンダ（11
a）（12a（13a）は，同じ長さを有し，一端部がロツド
状部材（15）とピンとを介して機械的に連結されてい
る。また（11b）（12b（13b）が同各ブームシリンダ（1
1a）（12a（13a）のピストン，（11c）（12c（13c）が
同各ブームシリンダ（11a）（12a（13a）のピストンロ
ツドで、同各ピストンロツド（11c）（12c（13c）も上
記を同様にロツド状部材（14）とピンとを介して機械的
に連結されている。また（201）がブームシリンダ用油
路切換制御弁，（201a）が同油路切換制御弁（201）の
操作レバー，（300）が油圧ポンプ，（301）がオイルタ
ンク，（3a）が上記油圧ポンプ（300）から上記ブーム
シリンダ用油路切換制御弁（201）に延びた高圧油路，
（3b）が同ブームシリンダ用油路切換制御弁（201）か
ら上記オイルタンク（301）に延びた低圧油路，（208）
がブームシリンダ用接続切換弁で，同ブームシリンダ用
接続切換弁（208）のＡポートが油路（3d）を介して上
記ブームシリンダ用油路切換制御弁（201）のＥポート
に，またブームシリンダ用接続切換弁（208）のＢポー
トが油路（3e）を介して上記ブームシリンダ用油路切換
制御弁（201）のＦポートに，それぞれ接続している。
また（208a）が同接続切換弁（208）の操作レバー，（1
6a）が上記ブームシリンダ（11a）のロツド側圧力室と
上記ブームシリンダ用接続切換弁（208）のＤポートと
を接続する油路，（16b）が上記ブームシリンダ（11a）
のヘツド側圧力室と上記油路（3d）とを接続する油路，
（17a）が上記ブームシリンダ（12a）のロツド側圧力室
と上記油路（3e）とを接続する油路，（17b）が上記ブ
ームシリンダ（12a）のヘツド側圧力室と上記ブームシ
リンダ用接続切換弁（208）のＣポートとを接続する油
路，（18a）が上記ブームシリンダ（13a）のロツド側圧
力室と上記油路（16a）とを接続する油路，（18b）が上
記ブームシリンダ（13a）のヘツド側圧力室と上記油路
（16b）とを接続する油路である。

次に前記第１図（Ｉ）に示すブームシリンダ駆動装置の
作用を具体的に説明する。まず通常動作時のブーム下降
作用を第２図により説明すると，ブームシリンダ用接続
切換弁（208）を図示の並列接続の状態にしておき，ブ
ームシリンダ用油路切換制御弁（201）を操作する。こ
のとき,3本のブームシリンダ（11a）（12a（13a）は，
並列状態で伸長方向または縮み方向に作動する。このと
き，ブームシリンダ用接続切換弁（208）に流れる油量
は次の通りである。各ブームシリンダ（11a）（12a（13
a）のロツド圧力室の合計断面積をSa,ヘツド側圧力室の
合計断面積をSbとし、Sa＝Sbとすると，各ブームシリン
ダ（11a）（12a（13a）それぞれのロツド側圧力室，及
びヘツド側圧力室の断面積は,1／3Sa,1／3Sb＝２／3Sa
になる。このため，最大シリンダ動作速度Vmaxに対し
て，Ａ−Ｃポート間の流量は，Ｑ_１max＝１／3Sb・Vmax＝２／3Sa・Vmax … Ｂ−Ｄポート間の流量は，Ｑ_２max＝２×１／3Sa・Vmax＝２／3Sa・Vmax … になる。

次に省エネルギー動作時のブーム下降作用を第３図によ
り説明すると、まずブームシリンダ用接続切換弁（20
8）を図示の方向に切り換え，次いでブームシリンダ用
油路切換制御弁（201）をＸ方向に操作する。これによ
り，油圧ポンプ（300）からの作動油がブームシリンダ
用油路切換制御弁（201）のＧ−Ｆポートから油路（17
a）を経てブームシリンダ（12a）のロツド側圧力室に流
入して，ピストン（12b）及びピストンロツド（12c）が
右方（縮み方向）に移動し，同ブームシリンダ（12a）
のヘツド側圧力室からSb＝Saによりその２倍の油が押し
出される。この油は，油路（17b）からブームシリンダ
用接続切換弁（208）のＣポート→Ｄポートを経て他の
ブームシリンダ（11a）（13a）のロツド側圧力室へ１／
２ずつ流れ込み，同各ブームシリンダ（11a）（13a）の
ヘツド側圧力室から２倍の油が押し出される。この油
は，油路（16b）（18b）からブームシリンダ用油路切換
制御弁（201）のＥポート→Ｈポートを経てオイルタン
ク（301）に戻る。これにより,3本のブームシリンダ（1
1a）（12a（13a）は一体になって必要長さだけ縮み方向
に作動して，ブームの下降動作が行われる。このとき，
油圧ポンプ（300）から供給される油量は，最大ブーム
シリンダ速度Vmaxに対して，Ｑ_３max＝１／3Sa・Vmax … になり，従って必要馬力は，（必要馬力）＝Ｐ_０・Ｑ_３max＝１／3P_０・Ｑ … になり，前記従来の式の場合に対して１／３にするこ
とができる。しかもこの場合，ブームシリンダ用接続切
換弁（208）のＣ−Ｄポート間に流れる油量は，Ｑ_４max＝２・１／3Sa・Vmax＝２／3Sa・Vmax … になる。以上式により，ブームシリンダ用接続切
換弁（208）の最大流量は,2／3Sa・Vmaxでよく,Sa・Vma
xの油量を必要とした前記第７図（Ｉ）に示した従来の
切換制御弁（207）に比べると，切換弁を小型化できる
とともに,ON−OFF操作にすることが可能で，この点から
も小型化，構造の簡単化を更に促進できる。

また上記ブームシリンダ駆動装置の操作性，制御性につ
いて説明する。通常動作時，及び省エネルギー動作時，
ブームシリンダ用接続切換弁（208）のON−OFF操作によ
りブームを動作させることができて，操作性，制御性が
向上する。また上記ブームシリンダ用接続切換弁（20
8）はマニユアル操作システムだけでなく，コンピユー
タ等をもつ自動操作システムにも適用可能であり，自動
制御可能な省エネルギー油圧シヨベルの実現に有効であ
る。

（発明の効果）本発明のブームシリンダ駆動装置は前記のように構成さ
れており，ブーム下降操作時には，各ブームシリンダを
直列接続状態に切り換えて，油圧ポンプからの供給油量
を低減する。またこのときの動作制御をメインのブーム
シリンダ用油路切換制御弁により行うので、油圧機器を
大型化させることなく，また制御性，操作性を低下させ
ることなく，省エネルギーを達成できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ｉ）は本発明に係わるブームシリンダ駆動装置
の一実施例を示す油圧回路図，第１図（II）はブームシ
リンダ用接続切換弁の開口特性を示す説明図，第２図は
同ブームシリンダ駆動装置の通常動作時の作用説明図，
第３図は省エネルギー動作時の作用説明図，第４図は油
圧シヨベルの基本構成を示す側面図，第５図は従来の油
圧シヨベルのブームシリンダ駆動装置を示す油圧回路
図，第６図は他の従来例を示す油圧回路図，第７図
（Ｉ）はさらに他の従来例を示す油圧回路図，第７図
（II）は同ブームシリンダ駆動装置で使用している切換
制御弁の開口特性図である。（11a）（12a）（13a）……ブームシリンダ，（201）…
…ブームシリンダ用油路切換制御弁，（208）……ブー
ムシリンダ用接続切換弁，（300）……油圧ポンプ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者野坂寛兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂研究所内 (56)参考文献特開昭59−177430（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】機械的に結合されて並列駆動される複数本
のブームシリンダと，油圧ポンプと，同油圧ポンプから
同各ブームシリンダへの油路を切り換えるブームシリン
ダ用油路切換制御弁とを有する油圧シヨベルのブームシ
リンダ駆動装置において，前記各ブームシリンダの油路
を並列接続と直列接続とに切り換えるブームシリンダ用
接続切換弁を具えていることを特徴としたブームシリン
ダ駆動装置。