特許 7441159 建設機械の油圧システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-20

(45)【発行日】2024-02-29

(54)【発明の名称】建設機械の油圧システム

(51)【国際特許分類】

   F15B 11/02 20060101AFI20240221BHJP

   E02F 9/22 20060101ALI20240221BHJP

   E02F 3/42 20060101ALI20240221BHJP

【ＦＩ】

F15B11/02 M

E02F9/22 P

E02F9/22 K

E02F3/42

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020206401

(22)【出願日】2020-12-14

(65)【公開番号】P2022093764

(43)【公開日】2022-06-24

【審査請求日】2023-02-20

(73)【特許権者】

【識別番号】720001060

【氏名又は名称】ヤンマーホールディングス株式会社

(72)【発明者】

【氏名】松山 博志

【審査官】藤原 弘

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－２３６６０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－１３０００３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０９２７０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０２－０３７９５９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００５－１２１０４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１５Ｂ １１／００－１１／２２

Ｆ１５Ｂ ２１／１４

Ｅ０２Ｆ ９／２２

Ｅ０２Ｆ ３／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンによって駆動される第１油圧ポンプと、第２油圧ポンプと、
第１油圧ポンプから延び、アタッチメント用アクチュエータに供給される圧油の方向と流量を制御する第１方向切換弁と作業機用アクチュエータに供給される圧油の方向と流量を制御する第2方向切換弁を有する第1油圧回路と、
第２油圧ポンプから延び、前記アタッチメント用アクチュエータに供給される圧油の方向と流量を制御する第３方向切換弁を有する第2油圧回路と、を備える建設機械の油圧システムであって、
前記第３方向切換弁から吐出する圧油が、前記アタッチメント用アクチュエータと前記第１方向切換弁の間の流路で合流し、
前記建設機械の油圧システムは、前記アタッチメント用アクチュエータを操作する操作手段を有し、前記操作手段によって一体となって第１方向切換弁と第３方向切換弁を制御し、前記第2油圧回路は、他の操作手段の特定の操作により、前記第２油圧ポンプから流れる圧油を前記第１方向切換弁に流す合流弁をさらに含むことを特徴とする建設機械の油圧システム。

【請求項2】

前記操作手段がリモコン弁であり、前記リモコン弁の出力ポートから、分岐したパイロット圧が前記第１方向切換弁の入力ポートと前記第３方向切換弁の入力ポートにそれぞれ入力されることを特徴とする請求項１記載の建設機械の油圧システム。

【請求項3】

前記作業機用アクチュエータがバケットシリンダー又はアームシリンダーの何れかであることを特徴とする請求項１又は２に記載の建設機械の油圧システム。

【請求項4】

前記アタッチメント用アクチュエータが油圧モータであることを特徴とする請求項３記載の建設機械の油圧システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アタッチメントが取り付けられた建設機械の作業機において、アタッチメント用のアクチュエータと、作業機用アクチュエータを同時に動かすための建設機械の油圧システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

建設機械である油圧ショベルを含む作業車両の油圧システムとして、第１ポンプに接続され複数の切換弁を有する第１系統と、第２ポンプに接続され、サービス切換弁（アタッチメント用切換弁）やアームシリンダー用切換弁等を含む複数の切換弁を有する第２系統と、第３ポンプに接続され複数の切換弁を有する第３系統と、を備える油圧回路において、第２系統の油圧回路のサービス切換弁に第3ポンプの圧油を合流させアタッチメント用のアクチュエータを操作する油圧システムが知られている。（特許文献１参照）

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００５－１２１０４３公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、このような油圧システムにおいては、複数の操作に対して、各アクチュエータの圧力バランスを考慮して油圧回路を形成するが、作業機に取り付けられるアタッチメントの種類と、作業機アクチュエータの特定の操作の組み合わせによっては、アクチュエータ間の圧力バランスが崩れてしまい操作性を著しく損なわせる場合がある。

【0005】

例えば、草刈り機、ハーベスターヘッドやツインヘッダーのような使用中にアクチュエータの圧力が高くなるアタッチメントを油圧ショベルのアームの先端に取り付け駆動させながらアームシリンダーのロッドを収縮させるアームクラウドを行った場合アタッチメントの動作が著しく遅くなるという問題が発生する場合がある。

【0006】

これは、第２系統中でアタッチメント用アクチュエータの圧力に対してアームクラウド中のアームシリンダーの圧力が低いことからアタッチメント用アクチュエータに本来流入すべき圧油がアームシリンダーに流入してしまうためである。

【0007】

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、アタッチメントが取り付けられた建設機械の作業機において、アタッチメント用のアクチュエータと作業機用アクチュエータを、操作性を損なうことなく同時に動かすための建設機械の油圧システムに関するものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上述した課題を解決するため本発明は、エンジンによって駆動される第１油圧ポンプと、第２油圧ポンプと、第１油圧ポンプから延び、アタッチメント用アクチュエータに供給される圧油の方向と流量を制御する第１方向切換弁と作業機用アクチュエータに供給される圧油の方向と流量を制御する第2方向切換弁を有する第1油圧回路と、第２油圧ポンプから延び、前記アタッチメント用アクチュエータに供給される圧油の方向と流量を制御する第３方向切換弁を有する第2油圧回路と、を備える建設機械の油圧システムであって、前記第３方向切換弁から吐出する圧油が、前記アタッチメント用アクチュエータと前記第１方向切換弁の間の流路で合流することを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0009】

アタッチメント用のアクチュエータと作業機用アクチュエータを、操作性を損なうことなく同時に動かすことができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明が適用される建設機械の代表例である油圧ショベルの側面図である。

【図2】本発明の油圧システムの典型例である油圧ショベルの油圧回路図である。

【0011】

以下、本発明に係る油圧システムを有する作業車両の実施形態について本発明が適用される油圧ショベル１００を例に挙げ図１を参照しつつ詳細に説明する。

【0012】

油圧ショベル１００は、自走可能な下部走行体２００と、下部走行体２００上に旋回可能に支持された上部旋回体３００と、上部旋回体３００の前方に回動可能に支持された作業装置４００と、油圧ショベル１００を駆動させる原動機を動力源とする油圧システム５００と、を備えている。

【0013】

下部走行体２００は、センターフレーム（図示せず）とセンターフレームに左右対称に対をなし前後方向に延びるサイドフレーム２１０（左側のみ図示）を有しており、サイドフレーム２１０は、後方一端側には走行モータ２２０により駆動する駆動輪２１１（左側のみ図示）が設置され、前方一端に向け複数の遊動輪２１２（左側のみ図示）が設置されている。そして駆動輪２１１と遊動輪２１２は、履帯２１３（左側のみ図示）が巻装されている。

【0014】

上部旋回体３００は、旋回ベアリング（図示せず）を介し、旋回モータ３３０により旋回し、上部旋回体３００の上方には、運転室６００が配置されている。

【0015】

運転室６００にはシート６１０と、シート６１０の左右両隣りに設置され、旋回操作及び作業機４００を操作する一対のサイドレバー６２０（左側のみ図示）と、運転室６００の前方の床面から立設し、走行ペダルと一体となっている走行操作を行うための左右一対の走行レバー６２１（左側のみ図示）と、後述するアタッチメント４４０を操作するための走行レバー６２１の左側に隣接し設置されたＰＴＯペダル６２２が配置されている。

【0016】

さらに上部旋回体３００には、運転室６００を後方から右側方に取り囲むように設置されたボンネット３１０とシート６１０を支持するシートマウント（図示せず）によって構成される機関室３１１が配置されている。さらに機関室３１１には、原動機としてエンジンが配置され、油圧システム５００によりエンジンの出力軸に装着された油圧ポンプ５１１，５１２，５１３から作動油を圧送して油圧ショベル１００に装着されたアクチュエータを駆動させる。なを本実施例では、原動機は、エンジンであるがこれに限定されるものでなく、電動モータであってもよい。

【0017】

作業装置４００は、上部旋回体３００の先端に設けられたスウイングポスト３２０に、支持されるスウイングブラケット４１０と、スウイングブラケット４１０に上下に回動可能に支持されたブーム４２０と、ブーム４２０の先端に上下に回動可能に装着されたアーム４３０と、アーム４３０の先端に回動可能に装着されたアタッチメント４４０とからなり、作業装置４００は、上部旋回体３００の下方に設置されたスウイングシリンダー３２１により水平方向に回動し、ブーム４２０の下方に設置された、ブーム４２０を動かすブームシリンダー４２１と、ブーム４２０の上方に設置され、アーム４３０を動かすアームシリンダー４３１と、アーム４３０の上方に設置され、バケットリンク４４1を介してアタッチメント４４０を動かすバケットシリンダー４４２と、を備えている。

【0018】

アタッチメント４４０は、草刈り機であり、本体フレームの中に装着された油圧モータ４４３により、草を刈り取る回転刃を回転させ草を刈り取ることができる。本実施例では、アタッチメント４４０は、草刈り機であるがこれに限定されるものでなく、例えばハーベスターヘッド、ツインヘッダー又は振るい機でもよい。

【0019】

図２は、本発明の油圧システム５００の典型例である油圧ショベル１００の油圧回路図５０１である。

【0020】

図２に基づき油圧ショベル１００の油圧制御について説明する。

【0021】

油圧システム５００は、エンジンの駆動力によって駆動する油圧ポンプ５１１，５１２，５１３，５１４によって油圧回路５０１に圧油を供給する。

【0022】

油圧ポンプ５１４は、パイロットポンプであってサイドレバー６２０、走行レバー６２１、ＰＴＯペダル６２２の操作によって連動して油圧ショベル１００の各アクチュエータに流れる圧油の方向と流量を制御する方向切換弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７，Ｖ８，Ｖ９（以下一体として総称をコントロールバルブとする）の入力ポートＶ１a，Ｖ１b，Ｖ２a，Ｖ２b,Ｖ３a，Ｖ３b,Ｖ４a，Ｖ４b,Ｖ５a，Ｖ５b，Ｖ６a，Ｖ６b，Ｖ７a，Ｖ７b，Ｖ８a，Ｖ８b，Ｖ９a, Ｖ９bにパイロット圧を出力するリモコン弁及び後述する合流弁５１６の入力ポート５１６aに出力するパイロット圧の元圧を発生させる固定容量型ポンプである。

【0023】

油圧ポンプ５１１，５１２，５１３は、コントロールバルブを介して油圧ショベル１００の各アクチュエータに油を圧送し、油圧ポンプ５１１，５１３は、可変容量型ポンプである。そして油圧ポンプ５１２は、固定容量型ポンプである。

【0024】

本実施例では、ポンプの構成は上記のような構成をとっているがこれに限定されるものでなく、油圧ポンプ５１１，５１３をスプリットフロータイプの可変容量型ポンプとして油圧ポンプ５１２を固定容量型ポンプとする構成でもよく、またこの構成から固定容量型ポンプを除外する構成でもよい。その際固定容量型ポンプが圧油を供給していたアクチュエータに対する圧油の供給はスプリットフロータイプの可変容量型ポンプの２つの出力ポートの内一つのポートが担うことになる。ここでスプリットフロータイプの可変容量型ポンプの２つの出力ポートは、独立した２つのポンプと見なすことができ、本件発明においてその作用効果は同一である。

【0025】

油圧回路５０１は、第１油圧回路５０２と、第２油圧回路５０３と、第３油圧回路５０４とから構成されている。

【0026】

油圧回路５０４は、油圧ポンプ５１３からタンク５１７に延びるセンターバイパス流路に接続する方向切換弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３から構成されている。

【0027】

方向切換弁Ｖ３は、走行モータ２２０に接続し、方向切換弁Ｖ２は、ブームシリンダー４２１に接続し、方向切換弁Ｖ１は、バケットシリンダーに接続しそれぞれ、アクチュエータに流れる圧油の方向と流量を制御している。

【0028】

ここで方向切換弁と油圧アクチュエータの組み合わせは、上記実施例に限定されるものでなく、例えば方向切換弁Ｖ１をアームシリンダー４３１に接続してもよく、さらにアクチュエータと方向切換弁の配置は、建設機械の種類に応じて適宜決定することができる。

【0029】

油圧回路５０２は、油圧ポンプ５１１からタンク５１７に延びるセンターバイパス流路に接続する方向切換弁Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６から構成されている。

【0030】

方向切換弁Ｖ４は、走行モータ２２１に接続し、方向切換弁Ｖ５は、油圧モータ４４３に接続し、方向切換弁Ｖ６は、アームシリンダー４３１に接続しそれぞれ、アクチュエータに流れる圧油の方向と流量を制御している。

【0031】

ここで方向切換弁と油圧アクチュエータの組み合わせは、上記実施例に限定されるものでなく、例えば方向切換弁Ｖ６をバケットシリンダー４００に接続させてもよく、さらにアクチュエータと方向切換弁の配置は、建設機械の種類に応じて適宜決定することができる。

【0032】

油圧回路５０３は、油圧ポンプ５１２から合流弁５１６に延びるセンターバイパス流路に接続する方向切換弁Ｖ９，Ｖ８，Ｖ７から構成されている。

【0033】

油圧ポンプ５１２から延びるセンターバイパス流路は、分岐部５０３ａより方向切換弁Ｖ７に圧油を入力する流路を形成している。

【0034】

また油圧ポンプ５１２から延びるセンターバイパス流路は、分岐部５０３ｂより方向切換弁Ｖ８に圧油を入力する流路を形成している。

【0035】

このように油圧回路５０３は、センターバイパスから直列的に圧油を方向切換弁Ｖ９，Ｖ８，Ｖ７に分配するほか、センターバイパスの上流に設置された分岐部５０３ａ及び分岐部５０３ｂから直接方向切換
弁Ｖ７、Ｖ８に圧油を送ることによって、油圧モータ４４２、旋回モータ３３０及びスイングシリンダーにバランスよく圧油を配分することができる。

【0036】

分岐部５０３ａ及び分岐部５０３ｂの設置は、各アクチュエータに流入する圧油の設計流量に応じて何れか一つもしくはすべてをなくすことができる。

【0037】

方向切換弁Ｖ７は、油圧モータ４４３と方向切換弁Ｖ５を接続している油圧配管に接続することによって、方向切換弁Ｖ７は、油圧モータ４４３は接続している。

【0038】

この構成をとることにより、油圧モータ４４３は、油圧回路５０２中の他のアクチュエータの圧力に影響を受けることなく、油圧ポンプ５１２から必要な圧油を得ることができる。

【0039】

したがって油圧回路５０２中で、油圧モータ４４３を駆動させながら、方向切換弁Ｖ６に接続するアームシリンダー４３１のロッドを伸長させる圧力がそれほど高くならないアームクラウドを行っても、操作性を損なうことなく快適にアタッチメント４４０とアームクラウドを同時に行うことができる。

【0040】

また上記に記載された構成に限定されるものでなく、例えば方向切換弁Ｖ６にバケットシリンダー４００を接続させて、バケットシリンダー４００のロッドを伸長させる動作を行っても上記と同様な効果を得ることができる。

【0041】

油圧モータ４４２を操作するＰＴＯペダル６２２の踏み込み操作により、リモコン弁５１５から油圧ポンプ５１４のパイロット圧を減圧して出力させた圧力を分岐させ、方向切換弁Ｖ５，Ｖ７の入力ポートに入力させることができる。

【0042】

例えば、操作するＰＴＯペダル６２２を前方に踏み込むと方向切換弁Ｖ５ｂとＶ７ｂにパイロット圧が入力され油圧モータ４４３が回転する。

【0043】

又操作するＰＴＯペダル６２２を後方に踏み込むと方向切換弁Ｖ５aとＶ７aの入力ポートにパイロット圧が入力され油圧モータ４４３が反対方向に回転する。

【0044】

これらの構成によれば、方向切換弁Ｖ５，Ｖ７は、一体となって制御されることなり、油圧モータ４４３は、油圧回路５０２中のアクチュエータの圧力に影響を受けることなく、速やかに油圧ポンプ５１２から必要な圧油を得ることができる。

【0045】

したがって油圧回路５０２中で、油圧モータ４４３を駆動させながら、方向切換弁Ｖ６に接続するアームシリンダー４３１のロッドを伸長させる圧力がそれほど高くならないアームクラウドを行っても、操作性がよく快適に動かすことができる。

【0046】

合流弁５１６の入力ポート５１６aは、サイドレバー６２０の特定の操作がされるとパイロット圧が入力される。そして合流弁５１６は、ポンプ５１２からセンターバイパスを通ってタンク５１７に圧油が流れる流路を形成する中立位置から方向切換弁Ｖ２及び方向切換弁Ｖ5に圧油が流れる流路を形成する切換位置に切り替わる。

【0047】

サイドレバー６２０の特定の操作がされない場合、合流弁５１６は、切換位置から中立位置に切り替わる。

【0048】

方向切換弁Ｖ８は、旋回モータ３３０に接続し、方向切換弁Ｖ９は、スウイングシリンダー３２１に接続しそれぞれ、アクチュエータに流れる圧油の方向と流量を制御している。

【0049】

そして本発明は、油圧ショベルに限定されるものでなく、スキドステアローダ及びコンパクトトラックローダなどの建設機械に適用でき、本発明は、説明した上記実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更をすることができる。

【0050】

例えば、本実施例において、第１油圧ポンプ５５１が圧油を供給する第１回路５０２に油圧モータ４４３を制御する第１方向切換弁Ｖ５とアームシリンダー４３１を制御する第2方向切換弁Ｖ６を配置し、第２油圧ポンプ５１２が圧油を供給する第２回路５０３に第１方向切換弁Ｖ５と共に油圧モータ４４３を制御する第３方向切換弁Ｖ７を配置しているがこれに限定されるものでない。

【0051】

例えば、第2方向切換弁Ｖ６が制御するアクチュエータをバケットシリンダー４４２や超小旋回型の油圧ショベルのオフセットブームを駆動させるオフセットシリンダーに変更してもよい。

【0052】

また第１油圧ポンプ５５１と第２油圧ポンプ５５２をスプリットフロータイプの可変容量型ポンプとしてもよく、その場合スプリットフロータイプの可変容量型ポンプの第１ポートに第１油圧回路５０２を接続させ、第２ポートに第２油圧回路５０３を接続させることができる。

【0053】

さらに例えば、一体となって第１方向切換弁と第３方向切換弁を制御する手段は、油圧モータ４４２を操作するＰＴＯペダル６２２の踏み込み操作により、リモコン弁５１５から油圧ポンプ５１４のパイロット圧を減圧して出力させた圧力を分岐させ、方向切換弁Ｖ５，Ｖ７の入力ポートに入力させる方法に限定されるものでない。

【0054】

ＰＴＯペダル６２２の代わりにサイドレバー６２０の一方の把持部に電気スイッチを設け、その電気信号を、パイロットポンプ５１４を油圧源とする電磁比例弁に入力させ、電磁比例弁の出力ポートを分岐させ方向切換弁Ｖ５，Ｖ７の入力ポートにパイロット圧を入力させてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0055】

本発明は、アタッチメントが取り付けられた建設機械の作業機関するものであり産業上の利用可能性を有する。

【符号の説明】

【0056】

４３１ アームシリンダー（作業機用アクチュエータ）４４３ 油圧モータ（アタッチメント用アクチュエータ）５０２ 第１油圧回路５０３ 第２油圧回路５１１ 第１油圧ポンプ５１２ 第２油圧ポンプ
Ｖ７ 第３方向切換弁
Ｖ５ 第１方向切換弁
Ｖ６ 第２方向切換弁

【図1】

【図2】