(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原動機と、原動機にて駆動される可変容量形の油圧ポンプと、原動機にて駆動されるパイロットポンプと、作業機等を駆動するアクチュエータと、上記油圧ポンプとアクチュエータとの間に配置される流量制御弁と、パイロットポンプからの圧油を減圧して流量制御弁を切換駆動する電磁制御弁と、操作レバーと、少なくとも操作レバーの操作の有無を検出する操作検出手段と、この操作検出手段からの信号に基づいて電磁制御弁に流量制御弁切換用の信号を出力するコントローラとを備えた建設機械の油圧制御装置において、
暖機モードを指令するスイッチと、このスイッチと操作検出手段とを連動して電磁制御弁への指令量を記憶する暖機指令量記憶手段と、操作レバーが中立状態で、上記暖機指令量記憶手段にて記憶した指令量信号を上記電磁制御弁に出力するようにした暖機操作信号出力手段とを備えていることを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
【請求項２】
請求項１記載の建設機械の油圧駆動装置において、暖機作動時に操作レバーとスイッチのいずれかを作動することにより暖機モードを解除するようにした暖機モード解除手段を設けたことを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
【請求項３】
請求項１記載の油圧駆動装置において、アクチュエータのストロークエンドを検出するストロークエンドを検出するストロークエンド検出手段を備え、アクチュエータがストロークエンド時にのみ暖機モードに切換可能にしたことを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
【請求項４】
請求項１記載の建設機械の油圧駆動装置において、暖機指令量記憶手段にて記憶した制御信号の出力を、その最大値からゼロにわたってＳｉｎ波等の波状に繰り返し出力するようにしたことを特徴とする建設機械の油圧駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変容量形の油圧ポンプの圧油によりアクチュエータを駆動する建設機械の油圧駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の建設機械の油圧駆動装置は、作業している周囲環境が寒冷地である場合や、原動機をスタートさせた直後の場合は、油圧ポンプからの圧油をアクチュエータへ選択的に供給する流量制御弁を駆動するパイロット回路や、上記アクチュエータを作動するメインの油圧回路の作動油が暖まらず、作動油の温度が低いために、作動油の粘度が高くなり、操作性が損なわれていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
低温時の操作性を高めるために、従来はオペレータがアクチュエータをストロークエンドまで操作し、その後操作レバーをストロークエンドに保ち続け、高圧の状態で作動油を循環させ続けなければならず、疲労を与えていた。
【０００４】
従来の技術として特公昭６４−２８１０号公報に示されたものでは、メインバルブをリリーフさせて作動油の温度を上げ、その圧油を切換弁を用いてパイロットポンプ回路に流入させて、パイロット回路を暖機させているが、この方法では、切換弁が必要であり、また、メインバルブの圧油が暖まるまでオペレータは操作レバーを保持し続ける必要があり操作性が悪かった。
【０００５】
また、特公平２−３５１６４号公報に示された技術ではスイッチによりパイロット圧を補助的に加える手段を備えており、それにより、強制的に切換弁を非中立状態にし、パイロット回路をも暖機させている。しかしこの方法では、操作レバーと連動していないので、危険時にオペレータがとっさに作業機を止めようとしたとき、あるいは、アクチュエータのシリンダがストロークエンドになり、圧油はリリーフしてその音がうるさく、周囲住民から苦情が出たとき、上記スイッチを探して切る必要がある。
【０００６】
作業現場では、複数のオペレータがいて、暖機スイッチをＯＮ操作したオペレータとは異なるオペレータが運転している場合、作業を止めようとするときは、その作業機軸の操作レバーを動かすのが常であり、暖機スイッチの存在場所を知らなければ、容易に暖機運転を止めることができない。
【０００７】
本発明は上記のことにかんがみなされたもので、操作レバーやスイッチを操作することにより発生する情報をもとにコントローラが制御指令を記憶し、あるいは、予め記憶された指令値を、作動油が暖まる間、あるいは設置時間内、あるいはオペレータが希望する期間にわたって、オペレータは操作レバーを動かすことなく、出力し続けることができ、また、操作レバーまたはスイッチの情報により暖機運転を停止できて、メインの油圧回路とパイロット回路の多方の作動油の暖機運転をオペレータに疲労を与えることなしに、かつ安全に、短期間で行うことができるようにした建設機械の油圧駆動装置を提供するとこを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る建設機械の油圧駆動装置は、原動機と、原動機にて駆動される可変容量形の油圧ポンプと、原動機にて駆動されるパイロットポンプと、作業機等を駆動するアクチュエータと、上記油圧ポンプとアクチュエータとの間に配置される流量制御弁と、パイロットポンプからの圧油を減圧して流量制御弁を切換駆動する電磁制御弁と、操作レバーと、少なくとも操作レバーの操作の有無を検出する操作検出手段と、この操作検出手段からの信号に基づいて電磁制御弁に流量制御弁切換用の信号を出力するコントローラとを備えた建設機械の油圧制御装置において、暖機モードを指令するスイッチと、このスイッチと操作検出手段とを連動して電磁制御弁への指令量を記憶する暖機指令量記憶手段と、操作レバーが中立状態で、上記暖機指令量記憶手段にて記憶した指令量信号を上記電磁制御弁に出力するようにした暖機操作信号出力手段とを備えている。そして、この構成では、操作レバーとスイッチを操作することにより、暖機モード時の操作レバーの操作による指令量は記憶され、再スイッチを操作することにより、上記記憶された操作レバー信号が流量制御弁操作信号として出力される。従って、この暖機モードによる暖機運転操作を、オペレータは操作レバーを操作することなく行うことができ、作動油の暖機運転をオペレータに疲労を与えることなしに、かつ安全に短期間に行うことができる。
【０００９】
また、上記構成において、操作レバー、あるいはこの操作レバーに替わる操作部材の操作の有無のみを検出し、その検出値に応じて、同様にスイッチ操作して、コントローラが予め記憶した値を電磁制御弁に出力することにより、同様の作用効果を得ることができる。
【００１０】
また、本発明に係る建設機械の油圧駆動装置は、上記構成において、暖機作動時に操作レバーとスイッチのいずれかを作動することにより暖機モードを解除するようにした暖機モード解除手段を設けたことにより、操作レバーとスイッチのいずれかを作動することにより暖機モードが解除される。
【００１１】
またこのとき、流量制御弁を駆動するパイロット回路の油温を検出する手段、アクチュエータを駆動するメインの油圧回路の油温を検出する手段を備えて、それらの情報をも停止の判断に加えることにより、作動油が暖まると自動的に暖機運転の制御を停止することができる。さらに、上記油温検出手段を設ける以外に、コントローラに制御信号の出力経過時間を記憶する状態をもたせて、経過時間を過ぎれば、自動的に暖機運転の制御を停止できる。
【００１２】
また、本発明に係る建設機械の油圧駆動装置において、アクチュエータのストロークエンドを検出するストロークエンド検出手段を備え、アクチュエータがストロークエンド時にのみ暖機モードに切換可能にした。これによれば、アクチュエータがストロークエンドであると判断された場合にのみ、暖機運転の制御が行われる。これにより暖機運転時には必ずアクチュエータはストロークエンド状態にすることができ、暖機運転操作時における操作感覚の不具合や不必要に作業機が動作する等の危険をなくすることができる。
【００１３】
さらに、本発明に係る建設機械の油圧駆動装置によれば、暖機指令量記憶手段にて記憶した制御信号の出力を、その最大値からゼロにわたってＳｉｎ波等の波状に繰り返し出力するようにしたことにより、暖機運転制御のために設定された設定値がゼロから最大値に波状なって繰り返し出力されることにより、これに従って流量制御弁の開口面積がゼロから所定の大きさにわたって繰り返し変化され、流量制御弁を通る作動油は繰り返し絞られ、そのときの摩擦熱により流量制御弁内のスプールが昇温され、暖機運転の時間を短縮することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は建設機械の油圧駆動装置の油圧回路図であり、原動機１と、原動機１により駆動される可変容量形の油圧ポンプ２と、原動機１にて駆動されるパイロットポンプ３と、作業機を駆動する複数のアクチュエータ４ａ，４ｂと、上記油圧ポンプ２と各アクチュエータ４ａ，４ｂとを接続するメインの各油圧回路に配置され、油圧ポンプ２からの圧油を各アクチュエータ４ａ，４ｂへ選択的に供給する流量制御弁５ａ，５ｂと、パイロットポンプ３からの圧油を減圧して各流量制御弁５ａ，５ｂを切換駆動する電磁制御弁６ａ，６ｂと、操作レバー７ａ，７ｂの操作量に応じた電気信号を出力するポテンショメータ８ａ，８ｂと、このポテンショメータ８ａ，８ｂからの信号に基づいた信号を電磁制御弁６ａ，６ｂへ出力するコントローラ９と、コントローラ９に暖機モードのＯＮ，ＯＦＦを入力するスイッチ１０とを備えている。メインの油圧回路にリリーフ弁１１が接続されている。１２は油圧ポンプ２のポンプ押しのけ容積を制御するポンプ押しのけ容積機である。
【００１５】
上記スイッチ１０によるコントローラ９の制御を図３に示したレバー単軸の暖機モード運転のアルゴリズムを参照して説明する。まず暖機モードにするためには、スイッチ１０をＯＮにしたまま操作レバー７ａ，７ｂを作動し、この両動作を検出する（ステップ２）。ついでこのスイッチＯＮの状態で操作レバー７ａ，７ｂを中立に戻す。コントローラ９ではこのときのスイッチＯＮとレバー操作中（ステップ３）における操作レバー７ａ，７ｂの操作量の最大値をｌｍａｘとして記憶する（ステップ４）。
【００１６】
一方、図１に示した操作レバーの操作量を検出するポテンショメータ８ａ，８ｂがなく、図２に示すように、操作レバー７ａ，７ｂの操作量に応じてパイロット圧を減圧する減圧弁２０ａ，２０ｂを装備して、その圧力によって各流量制御弁５ａ，５ｂを切換操作するようにしたものにあっては、各流量制御弁５ａ，５ｂに作用する各パイロット回路に、これのパイロット圧を検知する圧力スイッチ２１ａ，２１ｂを設け、その情報で、操作レバー７ａ，７ｂの操作を検出する。
【００１７】
そして、図２においても同様に上記スイッチ１０によるコントローラ９の制御は、スイッチ１０をＯＮにしたまま操作レバー７ａ，７ｂを作動してこれを検出し（ステップ２、ステップ３）、ついでこのスイッチをＯＮの状態で操作レバー７ａ，７ｂを中立に戻す。操作レバー７ａ，７ｂを動作すると（ステップ３）、減圧弁２０ａ，２０ｂによりパイロットラインに圧力が立つので、その圧力情報を圧力スイッチ２１ａ，２１ｂで検出することによりこのときの操作レバー軸を検出してあらかじめ設定された値をｌｍａｘとして記憶する（ステップ４）。
【００１８】
次に、スイッチ１０がＯＮ、操作レバー７ａ，７ｂが中立の状態（ステップ５）でスイッチ１０をＯＦＦにする（ステップ６）と、上記コントローラ９は上記ステップ４にて記憶したｌｍａｘをステップ７を経てそのまま電磁制御弁６ａ，６ｂへ暖機モード指令として出力する（ステップ８）。すなわち、この暖機モードの指令を出力しているときは、操作レバー７ａ，７ｂは中立の状態である。
【００１９】
このように、コントローラ９から暖機モード信号が出力されると、電磁制御弁６ａ，６ｂを介して流量制御弁５ａ，５ｂが一方の連通位置に切換って油圧ポンプ２からの圧油がアクチュエータ４ａ，４ｂへ供給され、これがストロークエンドまで作動される。その後の圧油はリリーフ弁１１からドレンされ、高圧の油圧が循環されて作動油が昇温される。
【００２０】
この暖機モード状態で、操作レバー７ａ，７ｂを操作することにより、あるいは、スイッチ１０をＯＮする（ステップ７でＹＥＳ）ことにより、この暖機モードが解除され、コントローラ９からの暖機モード指令の出力が停止する。そしてそれ以後は、ステップ７における操作レバー７ａ，７ｂの操作量に応じた信号が出力される（ステップ１０）。上記操作は複数の操作レバーのうちの一方の操作にて行う。そして、一方の操作レバーにて暖機運転しても、この暖機運転の停止は、他方の操作レバーを操作することによっても行われるようにしておけば安全である。またスイッチ１０は、１本の操作レバー７ａ，（７ｂ）の先端に設けた押ボタン形のスイッチ１０としてもよい。これによれば、操作レバー７ａ，（７ｂ）を操作しながら同じ手によってスイッチ１０を操作できる。
【００２１】
ところで、作動油の循環による発生熱量は、作動油の圧力と流量の積で決まるので、電磁制御弁６ａ，６ｂが作動して流量制御弁５ａ，５ｂにパイロット圧を作用させることでパイロット回路の暖機（昇温）が促進される。また、同時に作動油の暖機（昇温）も促進される。
【００２２】
図１に示す油圧回路は、操作レバー７ａ，７ｂの操作量に応じて油圧ポンプ２の吐出量を決めるポジコン（ポジションコントロール）形であるが、この場合、操作レバー７ａ，７ｂの操作量とポンプ押しのけ容積の関係は図４に示すようになるので、記憶した暖機モードの操作指令の信号をコントローラ９よりポンプ押しのけ容積器１２に出力することにより、ポンプ押しのけ容積器１２が所定の制御をされてポンプ吐出量が増大して暖機運転が行われる。
【００２３】
この作用は油圧ポンプがネガコン（ネガティブコントロール）形や、ロードセンシング形であっても同様である。すなわち、図５に示すようなネガコンの油圧回路であれば、流量制御弁１３を中立でない方向に操作することは、流量制御弁１３の内部にある中立回路１４への流出量を決定するスプールのストロークを増大させる方向に移動させることになり、流量制御弁１３のストロークと中立回路１４の開口は図６に示すような関係になるので、中立開口は減少し、アクチュエータへ連通する回路への流入開口は増大し、中立回路への流出量は減少する。そしてこのネガコンのポンプ制御は、中立回路を出た後の油がタンクの前にある絞り１５を通過した前後の差圧と、図７に示すようなポンプ押しのけ容積の関係となるように制御するので、流量制御弁１３のスプールのストロークを増大させて中立開口面積を閉じれば、そのため絞り１５に流れる油の量が減少することになり、絞り１５の前後差圧が減少し、その結果、ポンプ押しのけ容積が増大してポンプ吐出量が増大することになり、作動油の暖機も行われる。
【００２４】
またロードセンシング形であれば、流量制御弁を中立でない方向に操作することは、流入開口を開けることになり、すなわち、アクチュエータに多量の油を流すことになり、その結果アクチュエータの負荷圧は増大し、ポンプ圧と、負荷圧の差が小さくなり、ポンプ圧と負荷圧の差を図８に示すように保つようにポンプ押しのけ容積を制御するロードセンシングでは、ポンプ押しのけ容積が増大し、ポンプ吐出量が増大し、同様に暖機が行われる。
【００２５】
上記一連の制御で、アクチュエータがストロークエンドでない状態で流量制御弁が上記暖機モードによる切換制御されると、アクチュエータはストロークエンドまでストローク作動した後、ストロークエンドに達して初めて停止する。換言すれば、それまで作業機は作動するわけであり、そのときはオペレータは操作レバー７ａ，７ｂを操作しない状態なので、操作感覚に合わなかったり、また危険である。
【００２６】
それを防ぐためには、アクチュエータのストロークエンドを検出する手段を設けて、その操作軸の作業機を駆動するアクチュエータがストロークエンドであると判断したときに制御信号を出力するようにすればよい。このときのアルゴリズムを図９に示す。そしてこの図９において、上記図３に示したものと同一のステップは同一番号を付した。
【００２７】
アクチュエータのストロークエンドを検出する手段はいくつか考えられるが、まずはアクチュエータのストロークを検出するストロークセンサを装着していれば、その情報により容易にストロークエンドであることが判断できる。また図１０に示すように、作業機の回動軸１６に回転角度を検出するポテンショメータを備えればその信号Ｒ１をコントローラ９に入力して、この信号Ｒ１によりアクチュエータ４ａのストロークエンドがわかるので、その操作軸の作業機を駆動するアクチュエータ４ａがストロークエンドであるかないかを判断することができる。
【００２８】
図１１に図１０に示した構成での信号Ｒ１とアクチュエータ２のストロークを示す。さらには、図１に示した装置において、ポンプ圧、またはアクチュエータへの流入圧を検出する圧力センサＰを備えてその信号をコントローラに入力し、リリーフ圧が３００ｋｇｆ／ｃｍ２とすると、圧力センサＰによる検出圧が３００ｋｇｆ／ｃｍ２近傍になると、ストロークエンドであると判断させてもよい。このときの圧力センサＰは油圧ポンプとアクチュエータ４ａ，４ｂの間であればどこに設けてもよい。
【００２９】
そして、停止の判断情報として、上記図１に示した油圧回路に加えて、図１３に示すように、流量制御弁５ａ，５ｂを制御駆動するパイロット回路の油温を検出する第２油温センサＴ２やアクチュエータを動作するメインの油圧回路の油温を検出する第１油温センサＴ１を備え、各センサＴ１，Ｔ２の油温情報をコントローラ９に取り込むことにより、出力している制御信号を停止する手段として、上記した操作、すなわち（１）操作レバー７ａ，７ｂを動かす。（２）スイッチ１０を押す。の操作に加えて、（３）、第１油温センサＴ１が設定値以上。（４）第２油温センサＴ２が設定値以上。のいずれかの条件を満たせば暖機運転を停止することにより、エネルギロスを防ぐことができる。
【００３０】
上記油温センサＴ１，Ｔ２を設ける手段以外に、コントローラ９に制御信号の出力経過時間を記憶する機態をもたせ、暖機運転の経過時間が過ぎた時点で、向動的に制御を停止するようにすれば、簡易な制御停止手段として利用できる。
【００３１】
また、コントローラ９が出力信号ｌｍａｘを最大値として０〜ｌｍａｘをＳｉｎ波や、Ｃｏｓ波や、矩形波を繰り返し出力するようにすれば、流量制御弁６ａ，６ｂの開口を決めるスプールをゼロからＭＡＸ値まで繰り返し駆動させることになり、これにより運動による摩擦により熱を発生させ、効果的に暖めることが可能となる。このときのアルゴリズムを示すと図１２に示すようになる。そしてこの図１２において、上記図３に示したものと同一のステップは同一番号を付した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用しようとする油圧駆動装置の油圧回路図である。
【図２】スイッチを備えた操作レバーを示す斜視図である。
【図３】本発明におけるレバー単軸でのアルゴリズムを示すフロー図である。
【図４】操作レバー操作量に対するポンプ押しのけ容量を示す線図である。
【図５】ネガコン形の油圧回路図である。
【図６】流量制御弁のスプールストロークに対する開口面積を示す線図である。
【図７】ネガコン形の油圧回路の絞りの前後差圧に対するポンプ押しのけ容積を示す線図である。
【図８】ポンプ圧と負荷圧の差に対するポンプ押しのけ容積を示す線図である。
【図９】アクチュエータのストロークエンドで暖動機運転を行う場合のアルゴリズムを示すフロー図である。
【図１０】作業機の回転角を検出する手段の一例を示す説明図である。
【図１１】作業機の回転角に対するアクチュエータストロークを示す線図である。
【図１２】流量制御弁を作動するための信号を波状に出力する場合のアルゴリズムを示すフロー図である。
【図１３】本発明を適用しようとする油圧駆動装置の油圧回路図である。
【符号の説明】
１…原動機
２…油圧ポンプ
３…パイロットポンプ
４ａ，４ｂ…アクチュエータ
５ａ，５ｂ…流量制御弁
６ａ，６ｂ…電磁制御弁
７ａ，７ｂ…操作レバー
８ａ，８ｂ…ポテンショメータ
９…コントローラ
１０…スイッチ
１２…ポンプ押しのけ容積器
１３…流量制御弁
１４…中立回路
１５…絞り
１６…回動軸
２０ａ，２０ｂ…減圧弁
２１ａ，２１ｂ…圧力スイッチ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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