(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアクチュエータと、アクチュエータへの要求流量を開度によって定める各スプール弁と、スプール弁を切換えるとともに開度を調整する操作手段と、スプール弁への回路に設けられた絞りの開度を制御する制御弁と、制御弁への回路に設けられ油圧を発生するポンプと、前記スプール弁への要求流量を検出する要求流量検出手段と、制御弁の上流側の圧力を検出する第１圧力センサと、制御弁の下流側の圧力を検出する第２圧力センサと、制御弁の開度を検出する開度センサと、前記各センサからの検出信号を入力されて各制御弁の絞り開度を決める流量指令値を出力するコントローラと、を備え、このコントローラは、各アクチュエータの要求流量の合計がポンプ吐出流量能力を超えたときは、越えた割合だけ各制御弁の流量を減少させる流量指令値を出力し、その結果が実際には制御弁を通過する流量が少ないときは、少ない分を余剰流量として他の制御弁に再分配すべく各流量指令値を修正することを特徴とする建設機械の油圧回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、例えば建設車両であるパワーショベルに用いるのに最適な油圧回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４に示した従来の油圧回路は、パワーショベルに用いられるもので、複数のアクチュエータのうち図に示すアクチュエータａ1 、ａ2 は、パワーショベルのブームを上下するためのシリンダａ1 と、旋回運動を行わせるための旋回モータａ2 である。各アクチュエータａ1 、ａ2 への要求流量は、各スプール弁１の開度によって定められる。このスプール弁１の切換え、及び開度の調整は、手動による操作手段を介しておこなわれる。スプール弁１への回路には圧力補償弁２が各々設けられ、各アクチュエータａ1 、ａ2 の負荷が変化してもアクチュエータへの流量が変動するのを防止している。この変動が防止された流量は、メインバルブの絞り３の開度に比例する。スプール弁１への回路のうち高い方の圧力によって前記圧力補償弁２の切換え及びレギュレータ４の制御がおこなわれる。即ち、この圧力が高ければレギュレータ４は可変ポンプ５の吐出量を変え、無駄な動力を発生しないよう（ロードセンシング回路）にしている。又万一、高過ぎる圧力が発生した場合にはリリーフ弁が開き油圧の一部を逃がす。
特に、この回路は絞り弁３の位置によりアフターオリフィス式と呼ばれ、各アクチュエータａ1 、ａ2 の要求流量の合計がポンプ吐出流量能力を超えた場合に、絞り３の開度に比例した減少した流量が自動的に各アクチュエータａ1 、ａ2 へ分配されるというアンチサチュレーション機能を有する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、パワーショベルのブームを上げる動作中に旋回動作をおこなった際の流量を図５に示す。即ち、図５中のように、シリンダａ1 を用いてブームを上げる動作をするためのブーム要求流量Ｌ1 に対し、旋回を未だおこなっていないときには十分なポンプ吐出流量能力Ｌ2 がある。しかし旋回動作を始めると、旋回要求流量Ｌ3 とブーム要求流量Ｌ1 の合計はポンプ吐出流量能力を超えるので、絞り３の開度に比例した流量が配分される。このためブームへ分配されるポンプ吐出流量能力Ｌ21、Ｌ22は減少し、この減少は急激に起こるためシリンダａ1 にはショック（ブーム実流量Ｌ4 ）となる。
更に旋回起動圧は高圧のため、図６に示すように等馬力曲線によっておこなわれるポンプ馬力制御で、ポンプ吐出流量能力全体（Ｌ21＋Ｌ22）がより少なくなる。したがってショックは増大する。しかも、旋回起動時には油圧を伝えるオイルは絞り３を通りきらず、高圧の旋回起動圧のためオイルの一部はリリーフ弁６へ流れタンクＴへ開放され、未だ旋回モータａ2 へ十分な流量が流れない。したがって旋回実流量Ｌ5 の立ち上がりは緩やかになり、いわゆるリリーフロスｌが生じる。このリリーフロスｌのため、ブームのショックはより大きなものになる。本発明は、以上の問題点を解決するために成されたもので、複数のアクチュエータのうち一部を動作中に他の一部を動作開始する際において、この動作開始をおこなうアクチュエータのリリーフロスによって、既に動作をおこなっていたアクチュエータのショックが生じるのを防止できる建設機械の油圧回路を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために、本発明は、複数のアクチュエータと、アクチュエータへの要求流量を開度によって定める各スプール弁と、スプール弁を切換えるとともに開度を調整する操作手順と、スプール弁への回路に設けられた絞りの開度を制御する制御弁と、制御弁への回路に設けられ油圧を発生するポンプと、前記スプール弁への要求流量を検出する要求流量検出手段と、制御弁の上流側の圧力を検出する第１圧力センサと、制御弁の下流側の圧力を検出する第２圧力センサと、制御弁の開度を検出する開度センサと、前記各センサからの検出信号を入力されて各制御弁の絞り開度を決める流量指令値を出力するコントローラと、を備え、このコントローラは、各アクチュエータの要求流量の合計がポンプ吐出流量能力を超えたときは、越えた割合だけ各制御弁の流量を減少させる流量指令値を出力し、その結果が実際には制御弁を通過する流量が少ないときは、少ない分を余剰流量として他の制御弁に再分配すべく各流量指令値を修正することを特徴とする。
【０００５】
【作用】
コントローラは、要求流量検出手段により検出された各スプール弁への要求流量を合計し、第１圧力センサ等により検出されたポンプの下流側の圧力等を基にその時のポンプ吐出流量能力を演算し、前記要求流量の合計がこのポンプの吐出流量能力を超えたときは、その越えた割合だけ各制御弁の流量を減少させる流量指令値を出力し、各制御弁の絞り開度を決める。このようにして制御弁にオイルを通した結果が、流量指令値による流量よりも実際に制御弁を通過する流量が少ないときは、少ない分を余剰流量として各制御弁に再分配すべく、各流量指令値を修正する。この修正により、従来はリリーフロスとなっていた分の流量を余剰流量として他の制御弁に再分配し、アクチュエータの動作開始に際しての他の動作中のアクチュエータのショックをなくすことができる。
【０００６】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図１及び図３において説明する。図１は本実施例の油圧回路を示し、パワーショベルに用いられるものである。図中には２つのアクチュエータａ1 、ａ2 が示され、それぞれブームを上下動作するシリンダａ1 、及び旋回動作をおこなう旋回モータａ2 である。なお、実際には他のアクチュエータも存在するが、図示しない。
各アクチュエータａ1 、ａ2 へ油圧を供給するアクチュエータ回路のメイン通路ｍには、スプール弁１２と圧力補償弁である制御弁１１を備えている。
スプール弁１２は、その両側に設けたパイロット室１２ａ、１２ｂをパイロット操作弁２０に接続し、このパイロット操作弁２０からの圧力信号に応じて、切換わると共に開度が調節されるようになっている。そして、上記両パイロット室１２ａ、１２ｂのそれぞれにはセンタリングスプリング１２ｃ、１２ｄを設け、通常は、図示の中立位置を保つようにしている。このようにしたスプール弁１２の戻り側通路には、メータアウト絞り１２ｅを設けている。そして、パイロット室１２ａあるいは１２ｂのうちいずれか高い方の圧力がシャトル弁２１で選択されるとともに、この選択された圧力は第３圧力センサ２２で電気的に検出されメインコントローラ１４に入力される。
【０００７】
更に、このスプール弁１２には、図示の中立位置において開度を最大にするブリードオフ絞り１２ｆを設けている。このブリーフオフ絞り１２ｆは、パラレル通路２３を介してメイン通路ｍに連通させている。そして、このメイン通路ｍには、メイン通路ｍからアクチュエータへの流通のみを許容するロードチェック弁２４を設けている。このようにしたブリードオフ絞り１２ｆは、スプール弁１２が中立位置にあるとき、その開度を最大に維持して、パラレル通路２３を通過した流体をタンクＴに戻す。
制御弁１１は、サーボ弁機構とするとともに、その一方の側にスプリング１５を作用させ、他方の側に電磁制御部１１ａを備えている。この電磁制御部１１ａは、バルブコントローラ１６からの出力信号に比例して、制御弁１１をスプリング１５に抗して作動させて、その開度を制御する。ただし、この制御弁１１は、図示のノーマル位置にあるときその開度が最大になるようにしている。更に、上記バルブコントローラ１６には、ストロークセンサ１７、第１圧力センサ１８及び第２圧力センサ１９が接続されている。
ストロークセンサ１７は、制御弁１１のストロークを検出するが、そのストロークによって実質的には制御弁１１の開度を検出している。又、第１圧力センサ１８は、制御弁１１の上流側の圧力を検出する。同様に第２圧力センサ１９はその下流側の圧力を検出する。
このようにセンサ１７〜１９からの信号を受けるバルブコントローラ１６は、上記したように制御弁１１の開度を制御するとともに、各センサからの信号をメインコントローラ１４にも伝達する。
【０００８】
次に、この実施例の作用を図２のフローチャートを基に説明する。
パイロット操作弁２０の圧力信号によりスプール弁１２が切り換えられるとともに開度が調整される。この圧力信号はシャトル弁２１及び第３圧力センサ２２を介してメインコントローラ１４に入力される。この圧力信号の大きさは、前記したようにスプール弁１２の開度即ちアクチュエータａ1 、ａ2 の要求流量に比例するので、メインコントローラ１４は、前記入力された圧力信号を基に各アクチュエータの要求流量を知ることができ、これら要求流量を合計するＳ1 。そして要求流量合計が、その時のポンプ吐出流量能力を超えないか否かが判断されるＳ3 。ポンプ吐出流量能力は、例えば第１圧力センサ１８によって検出された可変ポンプＰの下流側の圧力等により等馬力曲線（図６参照）により演算されるＳ2 。このポンプ吐出流量能力を前記要求流量合計が越えなければＳ3 、各アクチュエータａ1 、ａ2 、の制御弁１１に対し、要求流量そのものの流量指令値を作成しＳ4 、この流量指令値を出力しバルブコントローラ１６を経て制御弁１１を制御するＳ5 。
【０００９】
ポンプ吐出流量能力を要求流量合計が越えればＳ3 、各アクチュエータａ1 、ａ2
の制御弁１１に対し、要求流量に補正値をかけたものの流量指令値を作成するＳ6 。この補正値はポンプ吐出流量能力／要求流量合計で定まる。この流量指令値を出力しバルブコントローラ１６を経て制御弁１１を制御するＳ7
。これによりポンプ吐出流量能力を超えた場合においても制御弁１１の絞りの開度に比例した流量が各アクチュエータａ1 、ａ2
へ自動的に分配され、いわゆるアンチサチュレーション機能を果たす。
次に、第１圧力センサ１８によって検出された制御弁１１の上流側の圧力、同様に第２圧力センサ１９により検出された下流側の圧力、及び開度センサであるストロークセンサ１７によって検出された制御弁１１の開度を基にして、メインコントローラ１４は制御弁１１を実際に通過する流量を演算するＳ8 。そして、要求流量に前記補正値をかけたものから、この通過実流量をひいた差を求めるＳ9
。即ち、アクチュエータａ2 である旋回モータが旋回動作を開始した場合には、この旋回起動圧（高圧）を旋回モータへ伝えるためのオイルは、未だ旋回モータへ流れ込んでおらず、流れ込むのに所定の時間がかかる。この時間の間、旋回起動圧が高圧なためオイルは図示しないリリーフ弁６へ流れタンクＴへ戻される可能性がある。しかし、本実施例によれば旋回モータａ2
へオイルが流れ込もうとする際に、前記差が計算され余剰流量とされる。このような動作開始をするアクチュエータが複数台であり開始が時間的に重なる場合には、これらの差が合計されて余剰流量とされるＳ9
。
【００１０】
余剰流量は、他の動作中のアクチュエータ、本実施例ではブームを上げる動作をしているシリンダａ1 等へ再分配される。この再分配は、前記既に作成されている流量指令値の比率でおこなわれる。この再分配によって、上乗せされ修正されたＳ10流量指令値が出力され、バルブコントローラ１６を介して制御弁１１が制御される。
したがって図３に示すように、アクチュエータａ2 である旋回モータの動作開始の際に従来はリリーフロスｌとなっていた流量は余剰分として、他のアクチュエータａ1 即ちブームを上げる動作をおこなっているシリンダへ再分配される。このためシリンダａ1 への流量は従来（図５）のように急激には減少せず、ショックは低減される（ブーム実流量Ｌ4 ）。
【００１１】
なお、以上の実施例では制御弁１１の開度を検出する開度センサとしてストロークセンサ１７を用いたが、他の実施例においては他のセンサとすることができる。
又、要求流量検出手段として、パイロット操作弁２０の圧力信号をシャトル弁２１及び第３圧力センサ２２を介して検出するものを用いたが、他の実施例ではパイロット操作弁２０のかわりに電気的な操作器を用い、電気信号により直接要求流量を検出するものであってもよい。
以上の実施例ではアクチュエータａ1 、ａ2 はシリンダと旋回モータであったが、他の実施例ではこれ以外のアクチュエータを備えるものとすることができ、更にシリンダや旋回モータ以外のアクチュエータとすることも可能である。即ち、旋回モータでなくても動作開始の際のリリーフロスが生じれば、他のアクチュエータにショックを与えることになり、このショックを防止するため本発明が有効に実施されるからである。
【００１２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の建設機械の油圧回路によれば、アクチュエータの動作開始に際し、従来はリリーフロスとなっていた余剰流量を他の動作中のアクチュエータへ再分配することで、従来生じていた動作中のアクチュエータの流量減少によるショックをなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る油圧回路の全体図である。
【図２】図１の油圧回路の制御を示すフローチャート図である。
【図３】図２の制御によりリリーフロスに伴うショックを防止できることを説明する図である。
【図４】従来の油圧回路図である。
【図５】図４の油圧回路の問題点であるリリーフロスに伴うショックを説明する図である。
【図６】図４のモータの等馬力曲線を示す図である。
【符号の説明】
ａ1     アクチュエータ
ａ2     アクチュエータ
１１    制御弁
１１ａ  電磁制御部
１２    スプール弁
１２ａ  パイロット室
１２ｂ  パイロット室
１２ｆ  ブリードオフ絞り
１４    メインコントローラ
１５    スプリング
１６    バルブコントローラ
１７    ストロークセンサ
１８    第１圧力センサ
１９    第２圧力センサ
２０    パイロット操作弁
１２ｃ  センタリングスプリング
１２ｄ  センタリングスプリング
１２ｅ  メータアウト絞り
２１    シャトル弁
２２    第３圧力センサ
２３    パラレル通路
ｍ      メイン通路
２４    ロードチェック弁
Ｔ      タンク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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