JP7332424B2 - 油圧制御装置及び建設機械 - Google Patents

Description

本発明は、油圧制御装置及び建設機械に関する。

パワーショベル等の建設機械を制御するための比例弁は、押し側と引き側に別々に設けられており、それに伴って比例弁の駆動回路も２系統設けられている（例えば、特許文献１参照）。ところで、純油圧のパワーショベル等の建設機械を電気制御化する場合、油圧制御用に電磁比例減圧弁が用いられる。

特開２０１９－０５２７０２号公報

既存の油圧システムを電気制御化しようとすると、ブームやアーム等に設けられた押し側と引き側の２系統の操作油圧毎に、圧力検出センサ及び油圧制御用の電磁比例減圧弁を設置する必要があり、スペースの少ないパワーショベルでは、大がかりな改造が必要であった。

本発明は、電気制御化に対応する油圧システムの構成を簡略化することができる油圧制御装置及び建設機械を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る油圧制御装置は、油圧により駆動される油圧駆動部が有する２方向の駆動系統に対応する２つの油路のうち圧力が高い方の油路を選択する高圧選択部と、前記圧力が高い方の油路に対応する作動方向に応じて前記油圧駆動部の作動方向を切替える切替弁を有する方向切替部と、を備え、前記高圧選択部は、前記２つの油路のうち圧力が高い方の油路から前記油路内に生じる操作圧を供給する高圧選択弁を備え、前記高圧選択弁から出力された前記操作圧を調整して出力する比例弁を備える。

本発明の一態様に係る油圧制御装置は、操作圧が出力される２つの油路のうち圧力が高い方の油路を選択する高圧選択部と、前記高圧選択部により選択された油路に前記操作圧を出力する方向切替部と、を備え、前記高圧選択部は、前記２つの油路のうち圧力が高い方の油路から前記油路内に生じる操作圧を供給する高圧選択弁を備え、前記高圧選択弁から出力された前記操作圧を調整して出力する比例弁を備える。

このように構成することで、油圧制御される装置において通常は２方向の動作方向に対応して２系統の油圧回路が設けられているのに対して、高圧選択部が操作に応じて圧力が高くなった方の油路を選択すると共に、切替弁が操作に応じた方向に油圧駆動部の作動方向を切替えるので１系統の油圧回路で油圧駆動部を制御することができ、構成を簡略化することができる。

このように構成することで、高圧選択弁が圧力が高い方の油路を選択することで、１系統の油圧回路で油圧駆動部を簡便に制御することができる。

このように構成することで、比例弁が制御のために高圧選択弁から出力された作動油を用いるので、比例弁のために別途油圧ポンプを設ける必要が無くなり、油圧制御装置を電動化する際の構成を簡略化することができる。

本発明の一態様に係る油圧制御装置は、油圧により駆動される油圧駆動部が有する２方向の駆動系統に対応する２つの油路のうち圧力が高い方の油路を選択する高圧選択部と、前記圧力が高い方の油路に対応する作動方向に応じて前記油圧駆動部の作動方向を切替える切替弁を有する方向切替部と、を備え、前記方向切替部は、両端に前記２方向の駆動系統のそれぞれが接続され前記２つの油路の圧力差が生じた際に前記油圧駆動部の作動方向を切替える切替弁を備える。

このように構成することで、切替弁がブーム等の上げ方向と下げ方向に対応する油路に作動油を供給することができるので一部の配管を省略することができ、構成を簡略化することができる。

上記構成であって、油圧制御装置は、前記高圧選択弁から出力された前記操作圧を増圧して前記比例弁に入力する増圧部を備えるようにしてもよい。

このように構成することで、増圧部が比例弁を制御するために必要な操作圧に増圧するため比例弁の制御のために高圧選択弁から出力された操作圧を用いることができる。

上記構成であって、油圧制御装置は、前記増圧部の圧力を任意の圧力値に調整する制御部を備えるようにしてもよい。

このように構成することで、制御部が増圧部の増圧値を変更し、操縦者の意思に合わせた制御をすることができる。

上記構成であって、油圧制御装置は、前記２つの油路のうち圧力が低い方の油路を選択する低圧選択部と、前記低圧選択部に接続され前記比例弁の余剰な作動油を排出するドレイン油路と、を備えるようにしてもよい。

このように構成することで、比例弁のドレイン油路を２つの油路のうち圧力が低い方の油路として用いることができ、比例弁に通常設けられるドレイン油路を省略して装置構成を簡略化することができる。

本発明の一態様に係る油圧制御装置は、油圧により駆動される油圧駆動部が有する２方向の駆動系統に対応する２つの油路のうち圧力が高い方の油路を選択する高圧選択部と、前記圧力が高い方の油路に対応する作動方向に応じて前記油圧駆動部の作動方向を切替える切替弁を有する方向切替部と、前記高圧選択部に設けられ、前記２つの油路のうち圧力が高い方の油路から前記油路内に生じる操作圧を供給する高圧選択弁と、前記方向切替部に設けられ、両端に前記２方向の駆動系統のそれぞれが接続され前記２つの油路の圧力差が生じた際に前記油圧駆動部の作動方向を切替える切替弁と、前記高圧選択弁から出力された前記操作圧を調整して出力する比例弁と、前記高圧選択弁から出力された前記操作圧を増圧して前記比例弁に入力する増圧部と、前記増圧部の圧力を任意の圧力値に調整する制御部と、前記２つの油路のうち圧力が低い方の油路を選択する低圧選択部と、前記低圧選択部に接続され前記比例弁の余剰な作動油を排出するドレイン油路と、を備える。

このように構成することで、操作に応じて方向が切替えられ、油圧源から電磁比例減圧弁を通して制御された作動油を切替弁で操作に応じた方向に動作させるようにブームに入力することができ、油圧回路を簡略化することができる。

建設機械は、上記構成の前記油圧制御装置を備えるようにしてもよい。

このように構成することで、建設機械の油圧制御装置を簡略化することができる。

本発明によれば、電気制御化に対応する油圧システムの構成を簡略化することができることができる。

本発明の実施形態における建設機械の概略構成図。 本発明の実施形態における油圧システムの構成図。 本発明の実施形態における油圧制御装置の構成図。 本発明の実施形態における油圧制御装置の変形例の構成図。

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（建設機械）
図１に示されるように、建設機械１００は、例えば油圧ショベルである。建設機械１００は、旋回体１０１と、走行体１０２とを備えている。旋回体１０１は、走行体１０２の上に旋回可能に設けられている。旋回体１０１には、油圧システム１が設けられている。

旋回体１０１は、操作者が搭乗可能なキャブ１０３と、キャブ１０３に一端が揺動自在に連結されているブーム１０４と、ブーム１０４のキャブ１０３とは反対側の他端（先端）に揺動自在に一端が連結されているアーム１０５と、アーム１０５のブーム１０４とは反対側の他端（先端）に揺動自在に連結されているバケット１０６と、を備えている。また、キャブ１０３内には、油圧システム１が設けられている。この油圧システム１から供給される作動油によって、キャブ１０３、ブーム１０４、アーム１０５、及びバケット１０６が駆動される。

（油圧システム）
図２に示されるように、油圧システム１は、駆動源となるエンジン２と、エンジン２に駆動される油圧ポンプ３と、油圧ポンプ３からの作動油により駆動される複数のアクチュエータ４と、操作部６からの操作信号に応じて複数のアクチュエータ４の動作を制御する油圧制御装置５と、作動油を貯留するタンクＴと、作動油を冷却するオイルクーラＣと、圧力調整のためのリリーフ弁Ｓとを備える。

エンジン２は、ガソリンやディーゼル燃料を用いた内燃機関である。エンジン２は、出力軸２Ａを備え、出力軸２Ａは、油圧ポンプ３に連結されている。油圧ポンプ３には、油路Ｐが接続されている。油圧ポンプ３は、出力軸２Ａに駆動されて油路Ｐに作動油を流通させる。油路Ｐには油圧制御装置５が接続されている。エンジン２は、内燃機関を用いずに、蓄電器に接続された電動機等であってもよい。

油圧制御装置５には、分岐した油路Ｐを介して複数のアクチュエータ４が接続されている。油圧制御装置５は、複数の制御弁５Ｂを有し、油路Ｐに流通する作動油の油圧を操作部６からの操作信号に応じて制御弁からアクチュエータ４に作動油を供給する。油圧制御装置５は、複数の制御弁５Ｂを備えた多弁連ブロックを構成している。複数のアクチュエータ４は、キャブ１０３、ブーム１０４、アーム１０５、及びバケット１０６等の複数の油圧駆動部２００を駆動する。

次に、油圧制御装置５について説明する。油圧制御装置５は、操作部６からの操作信号に応じて制御弁５Ｂを制御する操作信号回路５Ａを備える。従来の油圧で制御される建設機械１００は、キャブ１０３の旋回や、ブーム１０４、アーム１０５、及びバケット１０６の上げ下げ（押し引き）等の２方向の制御に対応する２系統の油圧回路を有する駆動系統で制御している。

操作信号回路５Ａは、２系統の油圧回路を簡略化して１系統に構成され１つの電磁比例弁で制御を行う油圧回路である。２方向の駆動系統に対して、油圧回路において押し側と引き側の油圧回路は同時に使用されることが無い。従って押し側と引き側の回路を１つの電磁比例弁で切り替えることで、装置を簡略化することができる。以下、ブーム１０４を駆動する構成を代表例として説明する。

図３に示されるように、操作信号回路５Ａは、操作部６に接続された油路７に接続された高圧選択部１０と、高圧選択部１０の油圧を検出する油圧センサ１２と、油圧センサ１２に接続された制御部１４と、制御部１４に制御されるドライバ１６と、高圧選択部１０に接続され作動油を供給する増圧部２２と、ドライバ１６の信号に基づいて駆動される電磁比例弁１８と、電磁比例弁１８に接続された方向切替部２０と、油路７に接続された低圧選択部２４とを備える。

操作部６は、操作レバーを有し、操作レバーを傾けた角度等の操作量に連動して例えばブーム１０４の制御量が調整される。操作部６には、操作量に応じて作動油を流通させる油路７が接続されている。操作部６は、油路７内に作動油が流通することにより生じる操作圧を調整する。油路７は、油路Ｐの一部であり、制御弁５Ｂを制御するための作動油の配管である。油路７は、油圧駆動部２００が有する２方向の駆動系統に対応する２つの油路が設けられている。油路７は、例えば、ブーム１０４を上げる方向の駆動系統に接続された第１油路８と、ブーム１０４を下げる方向の駆動系統に接続された第２油路９とを備える。

第１油路８は、操作部６において操作レバーが上げ方向に傾けられた場合、作動油が操作量に応じて配管の内部に流通し、第２油路９よりも高圧となる。第２油路９は、操作部６において操作レバーが下げ方向に傾けられた場合、作動油が操作量に応じて内部に流通し、第１油路８よりも高圧となる。第１油路８及び第２油路９には、高圧選択部１０が接続されている。第１油路８及び第２油路９には、後述の低圧選択部２４が接続されている。

高圧選択部１０は、第１油路８及び第２油路９のうち高圧側の油路を選択する。例えば、操作部６において上げ方向に操作すると、第１油路８に作動油が流通し、第１油路８は第２油路９よりも相対的に圧力が高くなる。操作部６において下げ方向に操作すると、第２油路９に作動油が流通し、第２油路９は第１油路８よりも相対的に圧力が高くなる。高圧選択部１０は、選択した高圧側の油路からの作動油を増圧部２２に入力する。

高圧選択部１０は、例えば、第１油路８側に接続された第１チェック弁１０Ａ（高圧選択弁）と、第２油路９側に接続された第２チェック弁１０Ｂ（高圧選択弁）とを備える。第１チェック弁１０Ａは、第１油路８側が高圧になった場合、第１油路８から作動油を入力し、操作圧を供給する。第２チェック弁１０Ｂは、第２油路９側が高圧になった場合、第２油路９から作動油を入力し、操作圧を供給する。高圧選択部１０から入力された作動油は、油圧センサ１２により油圧が検出される。

油圧センサ１２は、検出した作動油の油圧の検出値を制御部１４に出力する。制御部１４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）により構成されている。制御部１４は、油圧センサ１２から取得した検出値に基づいて、比例弁１８の制御量を演算する。制御部１４は、演算した演算値に基づいてドライバ１６を制御する。制御部１４は、演算値に応じてドライバ１６に電流に基づく信号を出力させる。即ち、ドライバ１６は、作動油の油圧に応じた電流値を比例弁１８に出力する。

比例弁１８は、例えば、制御用に与えられた電流値に応じて作動油の圧力を調整して出力する電磁比例減圧弁である。比例弁１８は、作動油の圧力を調整する圧力調整部を有する。比例弁１８は、制御用に所定の油圧値（パイロット油圧）に調整された作動油を入力し、圧力調整部で圧力が調整された作動油を出力する。

通常の状態で比例弁１８を使用する場合、作動用に出力油圧より高圧な作動油を入力する必要があると共に、入力した作動油の余剰圧力で排出される作動油をタンクＴに戻すドレイン回路が必要となる。本実施形態に係る比例弁１８は、増圧部２２で増圧された作動油を入力すると共に、ドレイン回路の代わりとなる後述のドレイン油路１８Ｂが設けられている。

増圧部２２は、高圧選択部１０から出力された操作圧を１．５倍程度に増圧し、パイロット油圧に用いられる油圧値まで高める。増圧部２２は、パイロット油圧の油圧値に昇圧された操作圧を入力部２２Ａから比例弁１８に入力する。増圧部２２は、制御部１４による制御により操作圧を任意の圧力値に調整するように構成されていてもよい。

このように、油圧制御装置５は、油圧回路の中に増圧部２２を設けることにより、操作圧を発生させるために用いられる油圧回路や装置を省略することができる。比例弁１８は、圧力が調整された操作圧を出力部１８Ａから方向切替部２０に入力する。

方向切替部２０は、第１油路８と第２油路９とに接続され、操作部６の操作に連動して比例弁１８から入力された作動油の出力方向を切り替える。方向切替部２０は、スリーブ（不図示）とスリーブに挿入されたスプール（不図示）を有する切替弁２０Ｃを備える。

切替弁２０Ｃは、両端に第１油路８と第２油路９との２方向の駆動系統のそれぞれが接続されている。切替弁２０Ｃは、２方向の駆動系統の圧力差が作用した際にスプールが圧力の高い方から低い方向に移動して圧力の高い方の駆動系統の作動油を出力することで油圧駆動部の作動方向を切替える。即ち、切替弁２０Ｃは、第１油路８又は第２油路９から入力された作動油によりスプールを移動し、比例弁１８から入力された作動油の出力方向を反対方向に切り替える。

方向切替部２０は、例えば、操作部６の操作に連動して第１油路８から作動油が入力された場合、比例弁１８から入力された作動油をブーム１０４が上がる方向の油路２０Ａから出力する。方向切替部２０は、例えば、操作部６の操作に連動して第２油路９から作動油が入力された場合、比例弁１８から入力された作動油をブーム１０４が下がる方向の油路２０Ｂから出力する。方向切替部２０により、油圧制御装置５は、１系統の油圧回路で操作部６の操作に応じた方向にブーム１０４を動かすことができる。

次に、比例弁１８及び増圧部２２のドレインについて説明する。

上述したように、比例弁１８は、電磁比例減圧弁である。通常、電磁比例減圧弁を制御するためには、パイロット油圧に調整された作動油を入力する入力部２２Ａ及び作動油を出力する出力部１８Ａの油路に加えて、余剰圧力で排出される作動油のドレイン用の油路が必要となる。実施形態の比例弁１８は、ドレイン油路１８Ｂが設けられており、ドレインとしてドレイン油路１８Ｂに接続された第１油路８及び第２油路９のいずれか一方を用いる。

ドレイン油路１８Ｂは、第１油路８及び第２油路９の下流側に、低圧選択部２４を介して接続されている。低圧選択部２４は、第１油路８及び第２油路９のうち低圧側の油路を選択する。例えば、操作部６において上げ方向に操作すると、第１油路８に作動油が流通し、第１油路８は第２油路９よりも相対的な圧力が高くなる。このとき、低圧選択部２４は、低圧側の第２油路９を選択する。操作部６において下げ方向に操作すると、第２油路９に作動油が流通し、第２油路９は第１油路８よりも相対的な圧力が高くなる。このとき、低圧選択部２４は、低圧側の第１油路８を選択する。低圧選択部２４は、比例弁１８において過剰圧で排出された作動油を選択した低圧側の油路に排出する。

低圧選択部２４は、例えば、第１油路８側に接続された第３チェック弁２４Ａと、第２油路９側に接続された第４チェック弁２４Ｂとを備える。第３チェック弁２４Ａは、第１油路８側が低圧になった場合、比例弁１８から作動油を排出する。第４チェック弁２４Ｂは、第２油路９側が低圧になった場合、比例弁１８から作動油を排出する。

第１油路８及び第２油路９は、ブーム１０４の上げ又は下げの一対の操作に用いられ、同時には使用されない構造となっている。そのため、第１油路８又は第２油路９のうち、未使用側の油路は、速やかに指令用の油圧を抜くためにドレインに油圧を逃すような構造を備えている。このような構造により、油圧制御装置５は、２系統の未使用側の油路をドレインとして利用することでドレイン回路の追加が必要無くなるように構成されている。

［変形例］
比例弁１８は、出力する作動油の油圧に基づいて出力する作動油の圧力が調整されるようにフィードバック制御されてもよい。以下の説明では、上記実施形態と同一の構成については同一の名称及び符号を用い、重複する説明については適宜省略する。

図４に示されるように、油圧制御装置５は、油圧センサ３０を備え、比例弁１８から出力された作動油の圧力を検出する。油圧センサ３０は、検出した作動油の圧力の検出値を制御部１４に出力する。制御部１４は、油圧センサ１２から取得した検出値に加えて油圧センサ３０から取得した検出値に基づいて、比例弁１８の制御量を調整するように演算する。

制御部１４は、油圧センサ３０から取得した検出値に基づいて、比例弁１８から出力された作動油の圧力が設定値よりも高い場合、比例弁１８から出力される作動油の圧力を減少させ、比例弁１８から出力された作動油の圧力が設定値よりも低い場合、比例弁１８から出力される作動油の圧力を増加させるように比例弁１８の制御量を演算する。

上述したように、油圧制御装置５によれば、２系統で構成されていた油圧回路を比例弁１８と方向切替部２０を用いて１系統で制御できるように構成され、装置構成を簡略化することができる。油圧制御装置５によれば、比例弁１８を制御するパイロット油圧を増圧部２２で生成することでパイロット油圧を生成するための油圧回路を省略することができる。また、油圧制御装置５によれば、第１油路８または第２油路９のうち低圧側を選択する低圧選択部２４を備えることにより、比例弁１８のドレイン圧力を低圧側の油路に逃すことができドレイン回路を省略して装置構成を簡略化することができる。

なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。例えば、上述の実施形態では、建設機械１００は油圧ショベルである場合について説明した。しかしながらこれに限られるものではなく、さまざまな建設機械に上述の油圧制御装置５を採用することができる。

１…油圧システム、２…エンジン、２Ａ…出力軸、３…油圧ポンプ、４…アクチュエータ、５…油圧制御装置、５Ａ…操作信号回路、５Ｂ…複数の弁、６…操作部、７…油路、８…第１油路、９…第２油路、１０…高圧選択部、１０Ａ…第１チェック弁、１０Ｂ…第２チェック弁、１２…油圧センサ、１４…制御部、１６…ドライバ、１８…比例弁、１８Ａ…出力部、１８Ｂ…ドレイン油路、２０…方向切替部、２０Ａ…油路、２０Ｂ…油路、２０Ｃ…切替弁、２２…増圧部、２２Ａ…入力部、２４…低圧選択部、２４Ａ…第３チェック弁、２４Ｂ…第４チェック弁、３０…油圧センサ、１００…建設機械、１０１…旋回体、１０２…走行体、１０３…キャブ、１０４…ブーム、１０５…アーム、１０６…バケット、２００…油圧駆動部、Ｃ…オイルクーラ、Ｐ…油路、Ｓ…リリーフ弁、Ｔ…タンク

Claims (8)

1. 油圧により駆動される油圧駆動部が有する２方向の駆動系統に対応する２つの油路のうち圧力が高い方の油路を選択する高圧選択部と、
   前記圧力が高い方の油路に対応する作動方向に応じて前記油圧駆動部の作動方向を切替える切替弁を有する方向切替部と、を備え、
   前記高圧選択部は、前記２つの油路のうち圧力が高い方の油路から前記油路内に生じる操作圧を供給する高圧選択弁を備え、
   前記高圧選択弁から出力された前記操作圧を調整して出力する比例弁を備える、
   油圧制御装置。
2. 操作圧が出力される２つの油路のうち圧力が高い方の油路を選択する高圧選択部と、
   前記高圧選択部により選択された油路に前記操作圧を出力する方向切替部と、を備え、
   前記高圧選択部は、前記２つの油路のうち圧力が高い方の油路から前記油路内に生じる操作圧を供給する高圧選択弁を備え、
   前記高圧選択弁から出力された前記操作圧を調整して出力する比例弁を備える、
   油圧制御装置。
3. 油圧により駆動される油圧駆動部が有する２方向の駆動系統に対応する２つの油路のうち圧力が高い方の油路を選択する高圧選択部と、
   前記圧力が高い方の油路に対応する作動方向に応じて前記油圧駆動部の作動方向を切替える切替弁を有する方向切替部と、を備え、
   前記方向切替部は、両端に前記２方向の駆動系統のそれぞれが接続され前記２つの油路の圧力差が生じた際に前記油圧駆動部の作動方向を切替える切替弁を備える、油圧制御装置。
4. 前記高圧選択弁から出力された前記操作圧を増圧して前記比例弁に入力する増圧部を備える、
   請求項１又は２に記載の油圧制御装置。
5. 前記増圧部の圧力を任意の圧力値に調整する制御部を備える、請求項４に記載の油圧制御装置。
6. 前記２つの油路のうち圧力が低い方の油路を選択する低圧選択部と、
   前記低圧選択部に接続され前記比例弁の余剰な作動油を排出するドレイン油路と、を備える、
   請求項５に記載の油圧制御装置。
7. 油圧により駆動される油圧駆動部が有する２方向の駆動系統に対応する２つの油路のうち圧力が高い方の油路を選択する高圧選択部と、
   前記圧力が高い方の油路に対応する作動方向に応じて前記油圧駆動部の作動方向を切替える切替弁を有する方向切替部と、
   前記高圧選択部に設けられ、前記２つの油路のうち圧力が高い方の油路から前記油路内に生じる操作圧を供給する高圧選択弁と、
   前記方向切替部に設けられ、両端に前記２方向の駆動系統のそれぞれが接続され前記２つの油路の圧力差が生じた際に前記油圧駆動部の作動方向を切替える切替弁と、
   前記高圧選択弁から出力された前記操作圧を調整して出力する比例弁と、
   前記高圧選択弁から出力された前記操作圧を増圧して前記比例弁に入力する増圧部と、
   前記増圧部の圧力を任意の圧力値に調整する制御部と、
   前記２つの油路のうち圧力が低い方の油路を選択する低圧選択部と、
   前記低圧選択部に接続され前記比例弁の余剰な作動油を排出するドレイン油路と、を備える、
   油圧制御装置。
8. 請求項１から７のうちいずれか１項に記載の前記油圧制御装置を備える建設機械。

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