JP3965932B2

JP3965932B2 - 油圧ショベルの油圧制御回路

Info

Publication number: JP3965932B2
Application number: JP2001120768A
Authority: JP
Inventors: 三男相原
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2001-04-19
Filing date: 2001-04-19
Publication date: 2007-08-29
Anticipated expiration: 2021-04-19
Also published as: JP2002317471A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は油圧ショベルの油圧制御回路に関するものであり、特に車両の走行時にエンジンの油圧ポンプへの入力トルクを増加させるパワーシフト機能を有する油圧ショベルの油圧制御回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
油圧ショベルは、土砂の掘削等の作業を行う建設機械の一種であり、その概略構成としては、例えば、図３に示したようなものが実用化されている。同図において、１は下部走行体、２は上部旋回体である。下部走行体１は、左右の履帯式走行手段３を有するものであり、左右の走行手段３は、それぞれ油圧モータにより駆動輪３ａを回転駆動することにより車両が走行する。上部旋回体２は下部走行体１に対して旋回可能となっている。
【０００３】
上部旋回体２には、オペレータが搭乗して機械を操作するための運転室４が設けられると共に、土砂の掘削等の作業を行うための作業機５が装着されている。作業機５は、上部旋回体２に俯仰動作可能に連結したブーム６と、このブーム６の先端に上下方向に回動可能に連結したアーム７と、アーム７の先端に連結したバケット８とから構成され、これらブーム６，アーム７及びバケット８は、それぞれブームシリンダ６ａ，アームシリンダ７ａ及びバケットシリンダ８ａにより駆動されるようになっている。さらに、運転室４及び作業機５の装着部より後方位置には、内部にエンジンや油圧ポンプ等を設けた建屋９が設置されている。
【０００４】
油圧ショベルは、そのほぼ全体が油圧駆動されるものである。即ち、左右の走行手段は走行用油圧モータにより、また旋回装置は旋回用油圧モータにより、さらに作業機５を構成する各機構は油圧シリンダによりそれぞれ駆動される。そこで、これら油圧モータ及び油圧シリンダからなる油圧アクチュエータの駆動を制御するために、油圧ショベルには、図４に示したような油圧制御回路を備えている。
【０００５】
図中において、１１はエンジンであって、このエンジン１１からは、トランスミッション１２を介して４個の油圧ポンプ１３〜１６が駆動されるようになっている。油圧ポンプ１３〜１６は容量可変式のものが用いられ、それぞれの油圧ポンプ１３〜１６からの吐出油は、それぞれコントロールバルブユニット１７〜２０を介して前述した各油圧アクチュエータと接続される。そして、各コントロールバルブユニット１７〜２０を構成する方向切換弁は油圧パイロット式のものであり、操作レバーの操作によりパイロット圧をこれら各方向切換弁に供給することによって、各油圧アクチュエータが作動する。即ち、図示した操作レバー２１，２２は作業機５の駆動用及び旋回用のものであり、これらにはそれぞれパイロットバルブ２３，２４（具体的には、操作レバー２１，２２は左右及び前後に傾動することにより異なる油圧アクチュエータが作動することから、パイロットバルブはそれぞれ２組設けられる）が接続されている。また、操作レバー２５，２６は左右の走行用の操作レバーであり、これらにもパイロットバルブ２７が接続されている。
【０００６】
ここで、各種の油圧アクチュエータを４個の油圧ポンプ１３〜１６で駆動するように構成したのは、複合動作を行うことができるようにするためである。例えば、土砂を掘削する際には、ブーム６及びアーム７とを作動させることによりバケット８で地面を切り込むようになし、その直後にアーム７を動かしながらバケット８を操作する。また、掘削した土砂をダンプトラックに積み込む際には、旋回と作業機５との複合動作も行われる。さらに、油圧アクチュエータのうち、ブーム６を駆動するブームシリンダ６ａ及びアーム７を駆動するアームシリンダ７ａは大きな負荷が作用することから、２つの油圧ポンプを合流させるように構成することもある。
【０００７】
１台のエンジン１１に対して複数の油圧ポンプを接続し、かつ各油圧ポンプには複数の方向切換弁をユニット化したコントロールバルブユニットをそれぞれ設けているのは、以上の理由からである。ここで、１台のエンジンに接続される油圧ポンプの数は、通常は、４個または３個の油圧ポンプが接続されるが、その数はこれらには限定されない。
【０００８】
４個設けた油圧ポンプ１３〜１６は同時に作動する状態もあるので、エンジン１１による各油圧ポンプ１３〜１６への入力トルクの総和はエンジン１１の定格トルクを越えないように設定する。エンジン１１の定格トルクを越えた出力状態となると、エンジン１１が過負荷状態になり、損傷に至らしめるからである。つまり、４個設けられている油圧ポンプ１３〜１６には、エンジン１１からの全入力トルクの１／４づつが割り当てられるようになっており、これが標準入力トルクである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、車両を走行させるための走行用油圧モータには、それぞれ１個の油圧ポンプからの圧油が供給される。従って、車両が走行する際には、エンジン１１の出力の１／２しか使用できないということになる。ただし、車両の走行時には、上部旋回体２を旋回させたり、また作業機５を作動させることはない。つまり、車両が走行する際に、実質的に他の操作が複合的に行われることはない。勿論、それぞれ１ポンプへの標準入力トルクにより車両の走行は可能になるように設定されている。しかしながら、油圧ショベルが登坂する際には、負荷が大きいために、出力が不足する場合があり、このために登坂速度が緩慢になり、甚だしい場合には登坂できなくなるという不都合を生じることもある。
【００１０】
本発明は以上の点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、複合操作されず車両の走行単独操作時にのみ、油圧ポンプの出力を増大させるようになし、もってエンジンの過負荷を防止すると共に、登坂能力を向上させることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明は、左右の走行用油圧モータと、上部旋回体の旋回モータと、フロント作業機の駆動用油圧シリンダとが設けられ、これら各油圧アクチュエータに圧油を供給するために、エンジンと、このエンジンにより駆動される少なくとも３つ以上の容量可変型の油圧ポンプと、これら各油圧ポンプにそれぞれ接続され、複数の方向切換弁をユニット化したコントロールバルブユニットとを備え、前記左右の走行用油圧モータ以外の油圧アクチュエータのうち、少なくとも１つの油圧アクチュエータには２つの油圧ポンプを合流させるようにした油圧ショベルであって、前記３つ以上設けられるコントロールバルブユニットのうちの１つのコントロールバルブユニットには左右いずれか一方の走行用油圧モータの駆動制御用の第１の走行用方向切換弁を設け、前記３つ以上設けられる油圧ポンプには、前記エンジンによる定格入力トルクを、全ての油圧ポンプに均等に割り当てられる標準入力トルク状態から、それらのうちの２つの油圧ポンプに割り当てられるのに相当する高入力トルク状態となるように切り換える増馬力手段を設け、また他の１つのコントロールバルブユニットには他方の走行用油圧モータの駆動制御用の第２の走行用方向切換弁を設け、これら左右の走行用油圧モータ操作用パイロットバルブ及び他の油圧アクチュエータを操作するパイロットバルブに、それぞれ圧力検出手段を設け、走行用油圧モータ操作用のパイロットバルブ側に圧力が発生し、他の油圧アクチュエータ操作用のパイロットバルブ側には圧力が生じていないことを前記圧力検出手段で検出した時には、前記増馬力手段により高入力トルク状態に切り換えて、前記前記左右の走行用油圧モータに接続されている２つの油圧ポンプの出力トルクが上昇可能な構成としたことをその特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、油圧ショベルの全体構成については、図３に示したものと格別の差異はないので、同一または均等な構成要素については、同じ符号を用いて説明し、その具体的な図示及び説明は省略する。
【００１３】
まず、図１に油圧ショベルの油圧制御回路の概略構成を示す。図中において、３０はエンジンを示し、このエンジン３０はトランスミッション３１を介して４個の油圧ポンプ３２〜３５を駆動できるようになっている。各油圧ポンプ３２〜３５は、それぞれコントロールバルブユニット３６〜３９に接続されており、これら各コントロールバルブユニット３６〜３９はそれぞれ複数の方向切換弁をユニット化したもので構成される。
【００１４】
油圧ショベルに設けた多数の油圧アクチュエータは、これらコントロールバルブユニット３６〜３９を構成する１個または２個の方向切換弁を介して圧油が供給されて、それぞれ駆動されるようになっている。各方向切換弁は油圧パイロット方式で切り換わるものであり、方向切換弁の切り換え操作は運転室４内に設けた操作レバーの操作により行われることになる。
【００１５】
操作レバーとしては、通常、作業機５の作動制御と、旋回操作を行うために、２本の操作レバー４０，４１が設けられる。これらの他に、走行用の操作レバー４２，４３が設けられる。ここで、操作レバー４０，４１は、左右及び前後に傾動できるようになっており、これによって、ブーム用油圧シリンダ６ａ、アーム用油圧シリンダ７ａ、バケット用油圧シリンダ８ａ及び旋回用油圧モータの４種類の油圧アクチュエータの作動制御が行われる。４４，４５，４６はパイロットバルブを示し、いずれかの操作レバーが操作されると、それに対応するパイロットバルブからパイロット圧が出力され、このパイロット圧により方向切換弁が切り換わって、所定の油圧アクチュエータが作動することになる。
【００１６】
図示したコントロールバルブユニット３６〜３９のうち、コントロールバルブユニット３８を構成する１つの方向切換弁３８ａが左右いずれか一方の走行用油圧モータを制御するものであり、またコントロールバルブユニット３９を構成する１つの方向切換弁３９ａが他方の走行用油圧モータを制御するものとする。従って、これら方向切換弁３８ａ，３９ａの油圧パイロット配管は操作レバー４２，４３を装着したパイロットバルブ４６に接続される。従って、走行時には、２つの油圧ポンプ３４，３５からの圧油が左右の各走行用油圧モータに供給されることになる。
【００１７】
オペレータが車両を走行させる際には、操作レバー４２，４３を把持して操作することから、作業機及び旋回の操作を行うための操作レバー４０，４１は操作されない。つまり、車両の走行時には、２個の油圧ポンプ３４，３５だけが駆動され、他の２個の油圧ポンプ３２，３３は停止状態、つまり無負荷運転状態に保持される。そこで、走行時に限って、エンジン３０の全出力をそれぞれ油圧ポンプ３４，３５に振り分けるように構成している。即ち、エンジン３０から油圧ポンプ３４，３５に入力されるトルクを、標準入力トルク状態である１／４から１／２に増大させて、高入力トルク状態に切り換えるようにしている。このために、まず車両が走行しており、かつ走行以外の複合操作がなされていないことを検出する機構と、この検出機構による検出信号に基づいて、油圧ポンプに対して増馬力を行う機構とが設けられる。
【００１８】
まず、走行時には、操作レバー４２，４３が操作され、操作レバー４０，４１は操作されないことから、パイロットバルブ４６からはパイロット信号が出力されるが、パイロットバルブ４４，４５からのパイロット信号は出力されない。そこで、パイロットバルブ４６からの全てのパイロット配管にシャトルバルブ４７を接続し、またパイロットバルブ４４，４５からの全てのパイロット配管にシャトルバルブ４８を接続し、それぞれ最も高い圧力を取り出すようにする。そして、シャトルバルブ４７，４８の出力側に、それぞれ圧力センサ４９，５０を接続する。さらに、これらの圧力センサ４９，５０からの圧力信号はコントローラ５１に取り込むように構成している。
【００１９】
以上のように構成することによって、車両が走行しているか否かを検出できる。即ち、車両が走行するには、方向切換弁３８ａ，３９ａの少なくとも一方が切り換わっていなければならない。つまり、パイロットバルブ４６からパイロット圧が出力されていなければならない。このパイロット圧の発生はシャトルバルブ４８を介して圧力センサ５０により検出される。車両の走行時には、作業機５を操作したり、上部旋回体２を旋回させたりすることはない。従って、操作レバー４０，４１は操作されないので、パイロットバルブ４４，４５にはパイロット圧が発生しない。従って、圧力センサ４９の出力レベルがＨであり、圧力センサ５０の出力レベルがＬであれば、現在車両が走行しており、しかも走行以外の作動は行われていないことが検出される。一方、圧力センサ５０の出力レベルがＨである場合には、圧力センサ４９の出力レベルがＨであろうと、Ｌであろうとに拘らず、作業機５が作動しているか、または旋回動作が行われていることになる。そして、両圧力センサ４９，５０の出力レベルが共にＨであれば、車両が走行しているか否かはともかくとして、少なくとも作業機が作動したり、旋回動作が行われているになる。
【００２０】
以上のように、パイロットバルブ４６の作動状態を検出する圧力センサ４９の出力レベルがＨであって、パイロットバルブ４４，４５の作動状態を検出する圧力センサ５０の出力レベルがＬであれば、走行単独操作が行われていることが判明する。そこで、これら圧力センサ４９，５０の出力信号がコントローラ５１に取り込まれるようになっており、このコントローラ５１で走行単独操作が行われていると判断された時には、エンジン３０に接続した４個の油圧ポンプ３２〜３５のうち、２個の油圧ポンプ（具体的には油圧ポンプ３４，３５）だけしか駆動されないので、これらの油圧ポンプの入力トルクを高くしても、即ち、入力トルクの割り当てを１／４から１／２に変えても、エンジン３０の定格トルクの範囲内に保持され、エンジン３０が過負荷状態となることはない。
【００２１】
そこで、各油圧ポンプ３２〜３５のレギュレータ５２〜５５に増馬力ポート５２ａ〜５５ａを設けて、これら増馬力ポート５２ａ〜５５ａに増圧ポンプ５６を接続して設ける。従って、この増圧ポンプ５６からの圧油を増馬力ポート５２ａ〜５５ａに供給すると、油圧ポンプ３２〜３５の傾転角が大きくなり、エンジン３０による油圧ポンプ３２〜３５への入力トルクが増大することができる。
【００２２】
増圧ポンプ５６と、レギュレータ５２〜５５の増馬力ポート５２ａ〜５５ａとの間の流路には、電磁切換弁５７が設けられており、この電磁切換弁５７はコントローラ５１からの信号に基づいて開閉制御されるものであり、常時においては、電磁切換弁５７は閉鎖状態に保持されて、増圧ポンプ５６からの圧力はレギュレータ５２〜５５には導かれない。コントローラ５１に入力される圧力センサ４９，５０からの信号のうち、圧力センサ４９からの出力レベルがＨとなり、圧力センサ５０からの出力レベルがＬになっている時には、このコントローラ５１からの信号に基づいて電磁開閉弁５７が開いて、レギュレータ５２〜５５の増馬力ポート５２ａ〜５５ａに圧力が導かれる。その結果、油圧ポンプ３２〜３５は高入力トルク状態となり、各油圧ポンプ３２〜３５はエンジン３０により、それぞれ全入力トルクの１／２で駆動できる状態となる。
【００２３】
この時には、走行単独操作状態となっているので、実際には油圧ポンプ３４，３５は高負荷運転状態とはなるが、油圧ポンプ３２，３３は無負荷運転状態に保持される。従って、エンジン３０の出力自体が定格トルク以上となることはない。そして、この状態でのポンプの入力トルクとポンプの吐出流量と吐出圧力との関係（所謂ＰＱ特性）は、図２に示したようになる。同図（ａ）において、ポンプ入力トルクＴ₁ が油圧ポンプが標準入力トルク状態での最大値であり、油圧ポンプを高入力トルク状態で作動させると、入力トルクがＴ₂ に増大する。その結果、同図（ｂ）で示したＰＱ特性では、標準入力トルク状態では、ポンプ吐出圧力がＰ₁ になると、ポンプ吐出流量Ｑが減少する。つまり、車両の走行時に、坂路を登る時には、走行用油圧モータに対する負荷が小さい時には、つまり坂路の傾斜角が小さく、この走行用油圧モータに供給される油圧ポンプの吐出圧がＰ₁ 以下でも十分登坂できる状態では、油圧ポンプが標準トルク状態でも格別支障を来すことはない。しかしながら、坂路の傾斜角が大きくなり、走行用油圧モータに作用する負荷が増大し、油圧ポンプからの必要な吐出圧がＰ₁ を越えると、標準トルク状態では、急激に登坂速度が低下する。
【００２４】
しかしながら、走行単独操作時には、それが自動的に検出されて、油圧ポンプのパワーが高くなるようにシフトする制御が行われる。その結果、油圧ポンプからの必要な吐出圧がＰ₂ までは、走行用油圧シリンダへの吐出流量が変化しないことから、登坂速度が低下することはない。また、油圧ポンプの吐出圧がＰ₂ を越えると、供給流量Ｑが減少して、走行速度が低下するが、その速度低下の度合いが小さ。従って、登坂能力が著しく向上することになる。
【００２５】
しかも、車両の走行中に、操作レバー４０，４１が操作されると、圧力センサ４８からの信号レベルがＨになるので、直ちに電磁切換弁５７が閉鎖状態に切り換わることになる。その結果、エンジン３０の全出力トルクの割り当てが、各油圧ポンプ３２〜３５に対して１／４の状態に復帰するので、エンジン３０が過負荷状態になることはなく、その保護が図られる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成したので、複合操作されず車両の走行単独操作時にのみ、油圧ポンプの出力が増大し、もってエンジンの過負荷を防止すると共に、登坂能力を向上させる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示す油圧ショベルの油圧制御回路の構成図である。
【図２】油圧ポンプの標準入力トルク状態と、高入力トルク状態とのＰＱ特性を示す線図である。
【図３】一般的な油圧ショベルの全体構成図である。
【図４】従来技術による油圧ショベルの油圧制御回路の構成図である。
【符号の説明】
３０エンジン３２〜３５油圧ポンプ
３６〜３９コントロールバルブユニット
３８ａ，３９ａ走行用の方向切換弁
４０〜４３操作レバー
４４〜４６パイロットバルブ
４７，４８シャトルバルブ
５２〜５５レギュレータ
４９，５０圧力センサ５１コントローラ
５２ａ〜５５ａ増馬力ポート５６増圧ポンプ
５７電磁切換弁

Claims

左右の走行用油圧モータと、上部旋回体の旋回モータと、フロント作業機の駆動用油圧シリンダとが設けられ、これら各油圧アクチュエータに圧油を供給するために、エンジンと、このエンジンにより駆動される少なくとも３つ以上の容量可変型の油圧ポンプと、これら各油圧ポンプにそれぞれ接続され、複数の方向切換弁をユニット化したコントロールバルブユニットとを備え、前記左右の走行用油圧モータ以外の油圧アクチュエータのうち、少なくとも１つの油圧アクチュエータには２つの油圧ポンプを合流させるようにした油圧ショベルにおいて、
前記３つ以上設けられるコントロールバルブユニットのうちの１つのコントロールバルブユニットには左右いずれか一方の走行用油圧モータの駆動制御用の第１の走行用方向切換弁を設け、また他の１つのコントロールバルブユニットには他方の走行用油圧モータの駆動制御用の第２の走行用方向切換弁を設け、
前記３つ以上設けられる油圧ポンプには、前記エンジンによる定格入力トルクを、全ての油圧ポンプに均等に割り当てられる標準入力トルク状態から、それらのうちの２つの油圧ポンプに割り当てられるのに相当する高入力トルク状態となるように切り換える増馬力手段を設け、
前記左右の走行用油圧モータ操作用パイロットバルブ及び他の油圧アクチュエータを操作するパイロットバルブに、それぞれ圧力検出手段を設け、
走行用油圧モータ操作用のパイロットバルブ側に圧力が発生し、他の油圧アクチュエータ操作用のパイロットバルブ側には圧力が生じていないことを前記圧力検出手段で検出した時には、前記増馬力手段により高入力トルク状態に切り換えて、前記左右の走行用油圧モータに接続されている２つの油圧ポンプの出力トルクが上昇可能な構成としたことを特徴とする油圧ショベルの油圧制御回路。
前記増馬力手段は、前記各油圧ポンプの傾転角を制御するレギュレータと、このレギュレータに信号圧を供給するポンプと、これらポンプとレギュレータとの間に介装した電磁開閉弁とで構成したことを特徴とする請求項１記載の油圧ショベルの油圧制御回路。