(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワーショベルのアームの動作を制御するためのアーム作動回路において、
アームを動作させる油圧作動のアクチュエータを第１の油圧ポンプとタンクとに接続する主回路と、
第２の油圧ポンプと主回路とを接続する増速回路と、
増速回路に設けられ、主回路を通じて増速回路に流れ込むアクチュエータからの戻り油を再びアクチュエータに導入する再送手段と、
主回路および増速回路を通じたアクチュエータへの圧油の流れを制御する制御手段と、
を具備し、
前記制御手段は、第１の油圧ポンプからの圧油のみを主回路を通じてアクチュエータに導入する第１の制御形態と、第１および第２の油圧ポンプからの圧油を増速回路および主管路を通じてアクチュエータに導入するとともに、前記再送手段によってアクチュエータからの戻り油を再びアクチュエータに送り込む第２の制御形態とを有していることを特徴とするパワーショベルのアーム作動回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パワーショベルのアームの動作を制御するアーム作動回路に関し、特に、アームの動作を増速するための増速回路を有するアーム作動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
掘削作業を行なうパワーショベルは、台車と、台車の上部に旋回可能に搭載された旋回体とを備えている。旋回体にはブームが起伏可能に取り付けられ、ブームの先端にはアームが回動自在に取り付けられ、アームの先端にはバケットが傾動自在に取り付けられている。そして、ブームはブームシリンダによって起伏動作され、アームはアームシリンダによって回動され、バケットは傾動シリンダによって傾動される。さらに、旋回体と台車はそれぞれ、油圧モータを介して、旋回動作または走行駆動される。
【０００３】
このようなパワーショベルは、一般に、その作業効率を上げるため、アームやブームの動作速度を増大させるための増速回路を備えている。特にアームはスピーディーな動作を要求される場合が多く、とりわけ狭い路地等では、バケットに土砂を取り込んだ後、アームシリンダのロッドを素早く伸ばしてアームを手元側に急速に引き寄せる作業、すなわち、バケットを迅速に手元側に抱え込む作業が必要となる場合がある。そのため、パワーショベルでは、特に、アームシリンダのロッドの伸長動作を増速させる回路が必要となる。
【０００４】
アームシリンダのロッドの伸長動作を増速させるための回路としては、従来から、図２〜図４に示すようなものがある。
図２に示された回路は、油圧ポンプＰの吐出側に接続された吐出管路１０３と、吐出管路１０３の途中に介挿され油圧ポンプＰからアームシリンダ１００への圧油の流れを制御する方向制御弁１０２とを有している。方向制御弁１０２には、吐出管路１０３から分岐する供給管路１０４と、アームシリンダ１００のヘッド（ボトム）側チャンバに接続されたヘッド側管路１０５と、アームシリンダ１００のロッド側チャンバに接続されたロッド側管路１０６と、タンクＴに接続された戻し管路１０７と、戻し管路１０７に常時閉の開閉弁１０９を介して接続された接続管路１０８とが接続されており、方向制御弁１０２の弁切換えによってこれら管路１０３〜１０８を通じた圧油の流れが制御されるようになっている。
【０００５】
すなわち、方向制御弁１０２が中立位置ロにある場合には、油圧ポンプＰからの圧油が吐出管路１０３を通じて例えばタンクＴ側に通じる循環路（センタバイパス管路）に導かれるとともに、他の管路１０４〜１０８がブロックされる。また、方向制御弁１０２が切換位置イに切換えられると、供給管路１０４とヘッド側管路１０５とが接続されるとともにロッド側管路１０６と接続管路１０８とが接続される。したがって、油圧ポンプＰからの圧油がアームシリンダ１００のヘッド側チャンバに供給されてアームシリンダ１００のロッドが伸長するとともに、アームシリンダ１００のロッド側チャンバからの戻り油がロッド側管路１０６を通じて接続管路１０８側に流れ出る。さらに、方向制御弁１０２が切換位置ハに切換えられると、供給管路１０４とロッド側管路１０６とが接続されるとともにヘッド側管路１０５と戻し管路１０７とが接続される。したがって、油圧ポンプＰからの圧油がアームシリンダ１００のロッド側チャンバに供給されてアームシリンダ１００のロッドが収縮するとともに、アームシリンダ１００のヘッド側チャンバからの戻り油がヘッド側管路１０５と戻し管路１０７とを通じてタンクＴに戻される。
【０００６】
アームシリンダ１００のロッドの伸長動作を増速するために、方向制御弁１０２には、アームシリンダ１００のロッド側からの戻り油をヘッド側に送る再送機能が付加されている。すなわち、方向制御弁１０２が切換位置イに切り換えられると、供給管路１０４とヘッド側管路１０５とを接続する方向制御弁１０２の弁通路ａと、ヘッド側管路１０６と接続管路１０８とを接続する方向制御弁１０２の弁通路ｂとが、逆止弁１１０を介して連通するようになっている。この場合、逆止弁１１０は弁通路ａ側に向けて開くようになっており、また、開閉弁１０９は閉じられているため、アームシリンダ１００のロッド側チャンバからの戻り油は、タンクＴに戻されることなく、弁通路ａでポンプＰからの圧油と合流して、アームシリンダ１００のへッド側チャンバへと送られることとなる。したがって、アームシリンダ１００のロッドの伸長動作が増速される。なお、アームシリンダ１００のヘッド側チャンバに所定量の圧油が供給されてヘッド側管路１０５内の圧が所定の値に達すると、パイロット圧管路１１２を介して開閉弁１０９が開かれ、アームシリンダ１００のロッド側チャンバからの戻り油がタンクＴ側に戻される。すなわち、図２に示す回路では、ロッド側からの戻り油をヘッド側に送り込むことで、アームシリンダ１００のロッドの伸長動作を増速するようにしている。
【０００７】
また、図３の回路は、２つのポンプＰ1 ，Ｐ2 からの圧油を合流させてこれをアームシリンダ１００のへッド側チャンバへ送り込むことで、アームシリンダ１００のロッドの伸長動作を増速するようにしている。すなわち、図３に示された回路は主回路Ａと増速回路Ｂとから成る。主回路Ａは、第１の油圧ポンプＰ1 に接続された吐出管路１０３の途中に介挿され油圧ポンプＰ1 からアームシリンダ１００への圧油の流れを制御する方向制御弁１２０と、図２と同一の状態で接続された管路１０４〜１０７とから成る。この主回路Ａでは、方向制御弁１２０が切換位置イに切換えられると、供給管路１０４とヘッド側管路１０５とが接続されるとともにロッド側管路１０６と戻し管路１０７とが接続され、油圧ポンプＰ1 からの圧油がアームシリンダ１００のヘッド側チャンバに供給される。この場合、アームシリンダ１００のロッド側チャンバからの戻り油はロッド側管路１０６と戻し管路１０７とを介してタンクＴ側に戻される。また、方向制御弁１２０が切換位置ハに切換えられると、供給管路１０４とロッド側管路１０６とが接続されるとともにヘッド側管路１０５と戻し管路１０７とが接続され、油圧ポンプＰ1 からの圧油がアームシリンダ１００のロッド側チャンバに供給される。この場合、アームシリンダ１００のヘッド側チャンバからの戻り油はヘッド側管路１０５と戻し管路１０７とを通じてタンクＴに戻される。
【０００８】
また、増速回路Ｂは、第２の油圧ポンプＰ2 に接続された吐出管路１２３の途中に介挿され油圧ポンプＰ2 からアームシリンダ１００への圧油の流れを制御する方向制御弁１２１と、吐出管路１２３から分岐して方向制御弁１２１に接続する供給管路１２４と、主回路Ａ側のヘッド側管路１０５と方向制御弁１２１とを接続する第１の圧油導入管路１２５と、主回路Ａ側のロッド側管路１０６と方向制御弁１２１とを接続する第２の圧油導入管路１２６と、タンクＴと方向制御弁１２１とを接続する戻し管路１２７とから成り、方向制御弁１２１の弁切換えによってこれら管路１２４〜１２７を通じた圧油の流れが制御されるようになっている。具体的には、方向制御弁１２１が切換位置イに切換えられると、供給管路１２４と第２の圧油導入管路１２６とが接続されるとともに第１の圧油導入管路１２５と戻し管路１２７とが接続され、油圧ポンプＰ2 からの圧油が第２の圧油導入管路１２６を介してロッド側管路１０６に導入される。また、方向制御弁１２０が切換位置ハに切換えられると、供給管路１２４と第１の圧油導入管路１２５とが接続されるとともに第２の圧油導入管路１２６がブロックされ、油圧ポンプＰ2 からの圧油が第１の圧油導入管路１２５を介してヘッド側管路１０５に導入される。
【０００９】
このような図３の回路構成では、アームシリンダ１００のロッドを伸長するためにアームの操作手段が対応する１速側に操作されると、主回路Ａ側の方向制御弁１２０が切換位置イに切換わって、油圧ポンプＰ1 からの圧油がアームシリンダ１００のヘッド側チャンバに供給される。この場合、増速回路Ｂ側の方向制御弁１２１は中立位置に保持され、油圧ポンプＰ2 側からの圧油の合流はない。そして、アームシリンダ１００のロッドの伸長動作を増速するためにアームの操作手段が２速側に操作されると、増速回路Ｂ側の方向制御弁１２１が切換位置ハに切換わって、油圧ポンプＰ2 からの圧油が第１の圧油導入管路１２５を介してヘッド側管路１０５に導入される。したがって、アームシリンダ１００のヘッド側チャンバには両ポンプＰ1 ，Ｐ2 からの圧油が導入され、アームシリンダ１００のロッドの伸長動作が増速される。なお、アームシリンダ１００のロッド側チャンバからの戻り油はロッド側管路１０６と戻し管路１０７とを介してのみタンクＴ側に戻される。また、方向制御弁１２０が切換位置ハに切り換えられるとともに方向制御弁１２１が切換位置イに切り換えられた場合には、アームシリンダ１００のロッドの収縮動作が増速される。
【００１０】
また、図４の回路は、図３の主回路Ａを図２の回路に置き換えることによって、アームシリンダ１００のロッドの伸長動作を増速するようにしている。１０ｔ以上のクラスのパワーショベルでは、主に図４の回路によってアームシリンダ１００のロッドの伸長動作が増速される。これは、近年、アームの掘削力アップのためにアームシリンダ１００のボア径が次第に大きくなり、図２または図３の増速手段だけでは十分なアームスピードが得られないためである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図４に示された回路構成では、主回路Ａ側の方向制御弁１０２に再送機能（逆止弁１１０を介してロッド側からの戻り油をヘッド側に送り込む機能）が設けられている。したがって、アームシリンダ１００のロッドを伸長するためにアームの操作手段を対応する１速側に操作した時点で、増速機能が働いてしまう。
【００１２】
パワーショベルでは、積み上げた土砂をバケットの先端によって均等に掃き揃えるならし作業（水平引き操作）が行なわれる。こうした作業は、アーム操作の１速側でアームとブームとを同時に動作させる微妙な複合操作によって実現される。したがって、アーム操作の１速側に再送機能があると、このような微妙な操作の際（比較的浅い位置までのレバー操作）に増速機能が働いてしまい、操作のフィーリング性が悪化して、水平引き操作等の微妙な操作を良好に行なうことができなくなる。再送機能は、シリンダのロッド側の油をヘッド側に圧力差を利用して回すことにより速度アップを図るものであり、ロッド側とヘッド側とに少しでも圧力変化が生じると、同じレバー位置であっても速度が変わる特性を持っている。そのため、図４の回路構成では、微妙な操作を行なっている際に、オペレータの意志に基づかない速度変化を起こす虞がある。
【００１３】
無論、こうした問題は、図３の回路構成のように１速側で増速機能が働かないようにすれば解消されるが、図３の回路構成では、前述したように、十分なアームスピードが得られないという問題がある。
【００１４】
本発明は上記事情に着目してなされたものであり、その目的とするところは、アームを十分に増速でき、しかも、増速が不要な微妙なアーム操作を良好に実現できるパワーショベルのアーム作動回路を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、パワーショベルのアームの動作を制御するためのアーム作動回路において、アームを動作させる油圧作動のアクチュエータを第１の油圧ポンプとタンクとに接続する主回路と、第２の油圧ポンプと主回路とを接続する増速回路と、増速回路に設けられ、主回路を通じて増速回路に流れ込むアクチュエータからの戻り油を再びアクチュエータに導入する再送手段と、主回路および増速回路を通じたアクチュエータへの圧油の流れを制御する制御手段とを具備し、前記制御手段は、第１の油圧ポンプからの圧油のみを主回路を通じてアクチュエータに導入する第１の制御形態と、第１および第２の油圧ポンプからの圧油を増速回路および主管路を通じてアクチュエータに導入するとともに、前記再送手段によってアクチュエータからの戻り油を再びアクチュエータに送り込む第２の制御形態とを有していることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の一実施形態について説明する。
図１には、パワーショベルのアクチュエータ作動回路のうち、主にアームシリンダ１０を動作させるためのアーム作動回路が示されている。図示のように、アーム作動回路は、主回路Ａと増速回路Ｂとから成る。
【００１７】
主回路Ａは、第１の油圧ポンプＰ1 の吐出側に接続された吐出管路１３の途中に介挿され油圧ポンプＰ1 からアームシリンダ１０への圧油の流れを制御する方向制御弁１２と、吐出管路１３から分岐して方向制御弁１２に接続する供給管路１４と、アームシリンダ１０のヘッド側チャンバと方向制御弁１２とを接続するヘッド側管路１５と、アームシリンダ１０のロッド側チャンバと方向制御弁１２とを接続するロッド側管路１６と、方向制御弁１２とタンクＴとを接続する戻し管路１７と、一端が常時閉の開閉弁１９を介して戻し管路１７に接続され他端が方向制御弁１２に接続された接続管路１８とから成り、方向制御弁１２の弁切換えによってこれら管路１３〜１８を通じた圧油の流れが制御されるようになっている。
【００１８】
また、方向制御弁１２は３つの切換位置イ，ロ，ハを有しており、方向制御弁１２が中立位置ロにある場合には、油圧ポンプＰ1 からの圧油が吐出管路１３を通じてタンクＴ側に導かれるとともに、他の管路１４〜１８がブロックされるようになっている。また、方向制御弁１２が切換位置イに切換えられると、供給管路１４とヘッド側管路１５とが接続されるとともにロッド側管路１６と接続管路１８とが接続されるようになっている。さらに、方向制御弁１２が切換位置ハに切換えられると、供給管路１４とロッド側管路１６とが接続されるとともにヘッド側管路１５と戻し管路１７とが接続されるようになっている。
【００１９】
なお、吐出管路１３には、方向制御弁１２の他、台車の左右一方側の走行駆動を担う油圧モータへの圧油の流れを制御する方向制御弁４０と、旋回体の旋回動作を担う油圧モータへの圧油の流れを制御する方向制御弁４１と、ブームの一方を起伏させるブームシリンダへの圧油の流れを制御する方向制御弁４２とが介挿されている。この場合、方向制御弁１２，４０，４１，４２は、供給管路１４を介して、互いにパラレルに接続されている。
【００２０】
一方、増速回路Ｂは、第２の油圧ポンプＰ2 の吐出側に接続された吐出管路２３の途中に介挿され油圧ポンプＰ2 からアームシリンダ１０への圧油の流れを制御する方向制御弁２１と、吐出管路２３から分岐して方向制御弁２１に接続する供給管路２４と、主回路Ａ側のヘッド側管路１５と方向制御弁２１とを接続する第１の圧油導入管路２５と、主回路Ａ側のロッド側管路１６と方向制御弁２１とを接続する第２の圧油導入管路２６と、タンクＴと方向制御弁２１とを接続する戻し管路２７とから成り、方向制御弁２１の弁切換えによってこれら管路２４〜２７を通じた圧油の流れが制御されるようになっている。
【００２１】
また、方向制御弁２１は３つの切換位置イ，ロ，ハを有しており、方向制御弁２１が中立位置ロにある場合には、油圧ポンプＰ2 からの圧油が吐出管路２３を通じてタンクＴ側に導かれるとともに、他の管路２４〜２７がブロックされるようになっている。また、方向制御弁２１が切換位置イに切換えられると、供給管路２４と第１の圧油導入管路２５とが接続されるとともに第２の圧油導入管路２６と戻し管路２７とが接続されるようになっている。さらに、方向制御弁２１が切換位置ハに切換えられると、供給管路２４と第２の圧油導入管路２６とが接続されるとともに第１の圧油導入管路２５と戻し管路２７とが接続されるようになっている。
【００２２】
なお、吐出管路２３には、方向制御弁２１の他、台車の左右他方側の走行駆動を担う油圧モータへの圧油の流れを制御する方向制御弁４３と、バケットを傾動させる傾動シリンダへの圧油の流れを制御する方向制御弁４４と、ブームの他方を起伏させるブームシリンダへの圧油の流れを制御する方向制御弁４５とが介挿されている。また、方向制御弁２１は、吐出管路２３に対して、他の方向制御弁４３，４４，４５とタンデムに接続されている。
【００２３】
また、アームシリンダロッドの伸長動作の増速を促進するために、方向制御弁２１には、アームシリンダ１０のロッド側からの戻り油をヘッド側に送る再送機能が付加されている。すなわち、方向制御弁２１が切換位置イに切り換えられると、供給管路２４と第１の圧油導入管路２５とを接続する方向制御弁２１の弁通路ａと、第２の圧油導入管路２６と戻し管路２７とを接続する方向制御弁２１の弁通路ｂとが、逆止弁５０を介して連通するようになっている。この場合、逆止弁５０は弁通路ａ側に向けて開くようになっている。また、アームシリンダ１０のヘッド側チャンバに所定量の圧油が供給されてヘッド側管路１５内および第１の圧油導入管路２５内の圧が所定の値に達すると、パイロット圧管路５２を介して開閉弁１９が開かれるようになっている。
【００２４】
次に、上記構成のアーム作動回路の動作について説明する。
アームシリンダ１０のロッドを伸長するためにアームの操作手段が対応する１速側に操作されると、主回路Ａ側の方向制御弁１２が切換位置イに切換わる。また、この１速側では、増速回路Ｂ側の方向制御弁２１は中立位置ロに保持され、油圧ポンプＰ2 側からの圧油の合流はない。
【００２５】
方向制御弁１２，２１の弁位置がこのように設定されると、油圧ポンプＰ1 からの圧油のみがアームシリンダ１０のヘッド側チャンバに供給され、アームシリンダ１０のロッドが伸長するとともに、アームシリンダ１０のロッド側チャンバからの戻り油がロッド側管路１６を通じて接続管路１８側に流れ出る。そして、アームシリンダ１０のヘッド側チャンバに所定量の圧油が供給されてヘッド側管路１５内および第１の圧油導入管路２５内の圧が所定の値に達すると、パイロット圧管路５２を介してパイロット圧が開閉弁１９に作用し、開閉弁１９が開かれる。したがって、アームシリンダ１０のロッド側チャンバからの戻り油がタンクＴ側に戻される。
【００２６】
次に、アームシリンダ１０のロッドの伸長動作を増速するためにアームの操作手段が２速側に操作されると、増速回路Ｂ側の方向制御弁２１が切換位置イに切換わって、油圧ポンプＰ2 からの圧油が第１の圧油導入管路２５を介してヘッド側管路１５に導入される。したがって、アームシリンダ１０のヘッド側チャンバには両ポンプＰ1 ，Ｐ2 からの圧油が導入され、アームシリンダ１０のロッドの伸長動作が増速される。また、この時、開閉弁１９が閉じていれば、アームシリンダ１０のロッド側チャンバからの戻り油はロッド側管路１６と第２の圧油導入管路２６とを介して戻し管路２７に流れるが、弁通路ｂに絞り５５が設けられているため、絞り５５の上流側で戻り油の圧が逆止弁５０のクラッキング圧を越えた場合には、戻り油の一部がタンクＴに戻されることなく弁通路ａに流れるとともにポンプＰ2 からの圧油と合流して再びアームシリンダ１０のへッド側チャンバへと送られることとなる。したがって、アームシリンダ１０のロッドの伸長動作の増速がさらに促進される。なお、アームシリンダ１０のヘッド側チャンバに所定量の圧油が供給されてヘッド側管路１５内および第１の圧油導入管路２５内の圧が所定の値に達すると、パイロット圧管路５２を介して開閉弁１９が開かれ、アームシリンダ１０のロッド側チャンバからの戻り油は接続管路１８からもタンクＴ側に戻されるようになる。
【００２７】
なお、アームシリンダ１０のロッドを収縮するためにアームの操作手段が対応する１速側に操作されると、方向制御弁１２が切換位置ハに切換わって、油圧ポンプＰ1 からの圧油がアームシリンダ１０のロッド側チャンバに供給される。したがって、アームシリンダ１０のロッドが収縮するとともに、アームシリンダ１０のヘッド側チャンバからの戻り油がヘッド側管路１５と戻し管路１７とを通じてタンクＴに戻される。無論、この１速側では、増速回路Ｂ側の方向制御弁２１は中立位置ロに保持され、油圧ポンプＰ2 側からの圧油の合流はない。また、アームシリンダ１０のロッドの収縮動作を増速するためにアームの操作手段が２速側に操作されると、増速回路Ｂ側の方向制御弁２１が切換位置ハに切換わって、油圧ポンプＰ2 からの圧油が第２の圧油導入管路２６を介してロッド側管路１６に導入される。したがって、アームシリンダ１０のロッド側チャンバには両ポンプＰ1 ，Ｐ2 からの圧油が導入され、アームシリンダ１０のロッドの収縮動作が増速される。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態のアーム作動回路は、通常のアーム動作のための主回路Ａとアーム増速のための増速回路Ｂとに分けられ、しかも、再送機能（逆止弁５０を介してロッド側からの戻り油をヘッド側に送り込む機能）が主回路Ａ側の方向制御弁１２ではなく増速回路Ｂ側の方向制御弁２１のみに設けられている。したがって、アームシリンダ１０のロッドを伸長するためにアームの操作手段を対応する１速側に操作した時点では増速機能が働かず、２速側に操作してはじめて増速機能が働くとともにその増速機能が促進される。
【００２９】
このようにアーム伸長操作の１速側で増速機能が働かないように構成することにより、アーム操作の１速側で行なわれる水平引き操作等の微妙な操作を良好なフィーリング性をもって確実に行なうことができるようになる。すなわち、増速回路Ｂが微操作に影響を与えることなく単に増速の役目のみを果たすため、全体の操作フィーリングが向上する。また、２速側に操作した時点では、両ポンプＰ1 ，Ｐ2 の圧油の合流のみならず、逆止弁５０を通じた戻り油の合流も達成され、十分な増速効果を得ることができる。
【００３０】
なお、本実施形態では主回路Ａ側に開閉弁１９が設けられているが、この開閉弁１９は増速回路Ｂ側に設けられていても良く、また、開閉弁１９の形態はセミオープン型のものであっても良い。無論、開閉弁１９はなくても良い。
【００３１】
また、本実施形態では、増速回路Ｂ側の方向制御弁２１に絞り５５が設けられているが、この絞り５５を設けることなく弁通路ｂの流路をブロックするようにしても良い。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のパワーショベルのアーム作動回路によれば、アームを十分に増速でき、しかも、増速が不要な微妙なアーム操作を良好に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るパワーショベルのアーム作動回路の構成図である。
【図２】従来のアーム作動回路の第１の例を示す構成図である。
【図３】従来のアーム作動回路の第２の例を示す構成図である。
【図４】従来のアーム作動回路の第３の例を示す構成図である。
【符号の説明】
１０…アームシリンダ（アクチュエータ）
１２，２１…方向制御弁（制御手段）
５０…逆止弁
Ｐ1 ，Ｐ2 …油圧ポンプ
Ａ…主回路
Ｂ…増速回路
Ｔ…タンク
【図１】
0003720532.tif 000002
【図２】
0003720532.tif 000003
【図３】
0003720532.tif 000004
【図４】
0003720532.tif 000005