【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建設現場等で使用される油圧ショベルの油圧回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
油圧ショベルの油圧回路においては、流量制御としてメータアウト制御が広く用いられている。このメータアウト制御は油圧シリンダの出口配管にメータアウト絞りを設け、これによりシリンダ流出流量を制御することでシリンダ動作の速度制御を行うものである。
【０００３】
このメータアウト制御において、例えば油圧シリンダのロッドが伸びるシリンダ動作方向に自重などの負荷が作用すると、そのシリンダ動作が増速されて油圧ポンプによる供給流量が不足し、その結果シリンダ供給側の配管内でキャビテーションを起こす問題があった。これに対し、メータアウト開口を絞ることにより、油圧シリンダ内のロッド室側に背圧を与えてそのシリンダ動作を減速させることがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２２０５４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、油圧ショベルの作業形態には、バケットを空中に上げた状態で作業を行ういわゆる空中作業と、バケットを地中に食い込ませた状態で作業を行う掘削作業とが含まれており、このうちの掘削作業においては、アーム引き操作およびブーム掘削操作に対して、負荷抵抗となる掘削抵抗が、上記シリンダ動作方向と逆方向のシリンダ制動方向に作用する。
【０００６】
ところが、この掘削作業においても、上記のようにメータアウト開口を絞ってシリンダ動作を減速させた場合には、上記負荷抵抗がシリンダ制動方向に作用する結果、油圧ポンプに対して負荷が大きくなり、ポンプ動力が増加しエネルギー効率が悪化するという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、作業形態のいかんを問わず、常にエネルギー効率のよい油圧ショベルの油圧回路を提供することである、
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、掘削装置の駆動源としての油圧シリンダのメータアウト流量を制御するメータアウト制御手段を設け、このメータアウト制御手段は、上記油圧シリンダの負荷がシリンダ減速方向に働く掘削作業時に、負荷がシリンダ増速方向に働く作業時と比較してメータアウト開口を増大させるように構成されたことを特徴とするものである。
【０００９】
この構成によれば、メータアウト制御手段により、油圧シリンダの負荷がシリンダ減速方向に働く掘削作業時に、負荷がシリンダ増速方向に働く作業時と比較してメータアウト開口が増大させられるので、掘削作業時のように、負荷が油圧シリンダを制動する方向に作用する場合でも、メータアウトの開度を大きくすることで、メータアウトの絞り抵抗を低減させることができる。その結果、ポンプ動力を低減させて、エネルギー効率を向上させることができる。
【００１０】
請求項２記載の発明のように、メータアウト制御手段は、油圧シリンダに対する油の給排を制御するコントロール弁のメータアウト通路と並列に設けられたバイパス弁と、このバイパス弁の開度を制御するバイパス制御部とによって構成されたこととすれば、掘削作業時のように、負荷が油圧シリンダを制動する方向に作用する場合には、上記バイパス弁の開度を大きくすることで、その絞り抵抗を低減させることができる。なお、上記バイパス弁には、開口面積を調整可能なバイパス絞り弁の他、オンオフ式の切換弁をも含む。
【００１１】
請求項３記載の発明のように、操作手段の操作に応じてコントロール弁の作動を制御するコントローラがバイパス制御部を兼ねることとすれば、構成がさらに簡単化されるとともに、操作性も向上される。
【００１２】
請求項４記載の発明のように、コントロール弁としてパイロット式コントロール弁を設けるとともに、そのパイロットラインに電磁弁を設け、コントローラは掘削作業時に上記コントロール弁のメータアウト開口を増大させるように上記電磁弁の開度を制御するパイロット制御部を備えたこととすれば、掘削作業時のように、負荷が油圧シリンダを制動する方向に作用する場合でも、上記コントロール弁のメータアウト開度を大きくすることで、その絞り抵抗を低減させることができる。なお、電磁弁を設けた場合には、例えば掘削判定の継続時間が設定時間以上となったときに、コントロール弁内のメータアウト開口の絞り面積を大きくするなどの制御を行うことが可能となり、軽い掘削を行う場合などに、掘削判定が頻繁に行われてその制御がハンチングするなどの問題が解消される。
【００１３】
ところで、掘削作業の場合、空中でバケットを抱え込んだ状態では、その空中操作においても、油圧シリンダの負荷圧が高くなる。したがって、例えばそのメータイン側が高圧となった場合に、メータアウトを絞るように制御したのでは、上記空中操作においてもメータアウトの開口面積が変化することとなる。この開口面積の変化に伴い、バケット及びアームの動きが変化し、オペレータの意思通りに動かなくなるため、操作性が悪化する。
【００１４】
これに対し、請求項５記載の発明のように、作業状態が掘削作業か否かを検出する作業状態検出手段を有し、バイパス制御部は、この作業状態検出手段によって掘削作業時であることが検出されたときにメータアウト開口を増大させるように構成されたこととすれば、掘削作業を自動的に検出され、この検出結果によりメータアウト開口面積を拡大することが可能となり、手動で切り換え操作を行うなどの手間をかけることなく、エネルギー効率を向上させることができる。
【００１５】
すなわち、上記のように、空中でバケットを抱え込んだ状態では、油圧シリンダの負荷圧が高くならないため、メータアウトの開口面積が変化することがない。したがって、この構成では、空中操作でメータアウトの開口面積が変化することがないため、上記のように空中操作においても操作性が悪化することはない。一方、掘削作業時には、メータアウトの開口面積が変化するが、掘削中は掘削抵抗が大きいため、掘削中にそのメータアウトの開口面積を変化させたとしても、バケット及びアームの動きはほとんど変化せず、かつ、メータアウトの絞り損失を低減させることが可能となる。
【００１６】
請求項６記載の発明のように、作業状態検出手段は、油圧シリンダの駆動回路中のポンプ吐出圧又は同油圧シリンダの前後圧の測定値に基づいて、作業状態が掘削作業か否かを検出することとすれば、簡単な構成で掘削作業を自動的に判別することができる。
【００１７】
請求項７記載の発明のように、油圧シリンダのメータイン流量を制御するメータイン制御手段をさらに設け、このメータイン制御手段は、上記油圧シリンダの負荷がシリンダ減速方向に働く掘削作業時に、負荷がシリンダ増速方向に働く作業時と比較してメータイン開口を増大させるように構成されたこととすれば、メータイン制御手段により、油圧シリンダの負荷がシリンダ減速方向に働く掘削作業時に、負荷がシリンダ増速方向に働く作業時と比較してメータイン開口が増大させられるので、掘削作業時のように、負荷が油圧シリンダを制動する方向に作用する場合でも、このメータインの開度を大きくすることで、メータインの絞り抵抗を低減させることができる。その結果、ポンプ動力をさらに低減させて、エネルギー効率をより一層向上させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１に係る油圧ショベルの油圧回路を示す図である。
【００１９】
図１において、１，２は可変容量タイプの油圧ポンプ、３，４は油圧ポンプ１，２から供給される作動油によってそれぞれ作動する油圧シリンダとしてのバケットシリンダ及びアームシリンダ、５，６はバケットシリンダ３及びアームシリンダ４に対する作動油の給排をそれぞれ制御するコントロール弁である（５がバケットシリンダ用コントロール弁、６がアームシリンダ用コントロール弁である）。７〜１２はリリーフ弁、１３〜１６はチェック弁である。油圧ポンプ１，２はエンジン駆動のものであってもよいし、モータ駆動のものであってもよい。
【００２０】
また、１７，１８は油圧ポンプ１，２の吐出圧（ポンプ圧）をそれぞれ検出する圧力センサ、１９，２０は操作レバー、２１，２２はレバー操作量に応じてパイロット圧をそれぞれ発生させるリモコン弁、２３〜２６はパイロット圧を検出する圧力センサである。２７は圧力センサ１７，１８により検出されたポンプ圧、及び圧力センサ２３〜２６により検出されたパイロット圧を入力し、これらの入力に基づいて油圧ポンプ１，２の吐出量を制御するための出力信号を同ポンプの図示しない流量調整部に発するコントローラである。
【００２１】
さらに、２８，２９はブリードオフ、３０，３１はメータイン、３２，３３はメータアウトである。３４は、メータアウト３２をバイパスするバイパス絞り弁（メータアウト制御手段、バイパス弁に相当する。）であり、このバイパス絞り弁３４の開度もコントローラ２７により制御されるようになっている。なお、圧力センサ１８等として、油圧ショベルに標準搭載されているエンジン停止検出用のセンサを使用することができる。
【００２２】
この本実施形態１の油圧回路を備えた油圧ショベルは、その作業形態として空中作業と掘削作業とを有する。以下、各作業について説明する。図２は本実施形態１の油圧回路を備えた油圧ショベルの空中作業時の状態を示す側面図、図３は同掘削作業時の状態を示す側面図である。なお、図２，３において、４１はアーム、４２はバケット、４４〜５４はアーム動作等の各方向を示す。
【００２３】
油圧ショベルの作業形態としての空中作業とは、図２に示すように、バケット４２を空中に上げた状態での作業をいうが、この空中作業では、アーム４１の自重は４４の方向に作用するため、この自重負荷はアームシリンダ４に対してはシリンダ伸び方向４５に作用する。また、バケット４２の自重は４６の方向に作用するため、この自重負荷はバケットシリンダ３に対してはシリンダ伸び方向４７の方向に作用する。
【００２４】
そして、この空中作業中での掘削作業に入るための操作では、アームシリンダ４を伸び方向に駆動するため、上記自重による負荷はアームシリンダ４の駆動方向４６と同一方向に作用する。また、バケットシリンダ３を伸び方向に駆動するため、上記自重による負荷はバケットシリンダ３の駆動方向４８と同一の方向に作用する。
【００２５】
一方、油圧ショベルの作業形態としての掘削作業とは、図３に示すように、バケット４２を地盤に食い込ませた状態でアーム４１を引き動作することによって、バケット４２で掘削動作をする作業をいうが、この掘削作業では、バケット４２は掘削反力４９を受けるため、バケットシリンダ３の負荷方向はシリンダ縮み方向５０となる。この掘削作業中での掘削動作を行うための操作では、バケットシリンダ３の駆動方向は伸び方向５１であるため、この場合負荷の方向はバケットシリンダ３の駆動方向と逆、すなわち制動方向となる。また、アーム４１も掘削反力５２を受けるため、アームシリンダ４の負荷方向はシリンダ縮み方向５３となる。この掘削作業中での掘削動作を行うための操作では、アームシリンダ４の駆動方向は伸び方向５４であるため、この場合負荷の方向はアームシリンダ４の駆動方向と逆、すなわち制動方向となる。
【００２６】
ついで、本実施形態１の油圧回路のバイパス絞り弁の動作等について説明する。図４，図５は空中作業時，掘削作業時でのレバー操作量とコントロール弁の開口面積との関係を示す図であって、それぞれ（ａ）はメータアウトの開口面積の変化を示す図、（ｂ）はバイパス絞り弁の開口面積の変化を示す図、（ｃ）はシリンダ排出側の合成開口面積の変化を示す図である。
【００２７】
まず空中作業においては、図４（ａ）に示すように、メータアウト３２はレバー操作量が大きくなるに従って開口面積が増大し最大値はＡ１となる。一方、図４（ｂ）に示すように、バイパス絞り弁３４の開口面積は、空中作業時には全閉となるようにコントローラ２７によって制御される。したがって、図４（ｃ）に示すように、空中作業時の排出側合成開口面積はＡ１となり絞られた状態になる。
【００２８】
これに対して、掘削作業時においては、図５（ａ）に示すように、メータアウト３２はレバー操作量が大きくなるに従って開口面積が増大し最大値はＡ１となる。一方、図５（ｂ）に示すように、バイパス絞り弁３４の開口面積はレバー操作量が大きくなるに従って開口面積が増大し最大値はＡ２となる。したがって、図５（ｃ）に示すように、掘削作業時の排出側合成開口面積はＡ１＋Ａ２となり開かれた状態となる。
【００２９】
ここで、空中作業時のバケット掘削操作においては、上記図２に示したように、負荷がシリンダ駆動方向と同一方向に作用する。この場合、本実施形態１では、メータアウト３２の開口面積が絞られた状態となるため、シリンダ排出側に高い背圧が発生し、これがバケットシリンダ３に対する制動力として作用する。したがって、シリンダ速度が増速しなくなるため、油圧ポンプ１の供給流量が不足しキャビテーションを起こす問題は解消される。
【００３０】
一方、掘削作業時においては、上記図３に示したように、負荷の方向はバケットシリンダ３の駆動方向と逆、すなわち制動方向となる。この場合、本実施形態１では、掘削作業時に排出側合成開口面積が大きくなるため、シリンダ排出側の絞り抵抗がきわめて小さくなり、エネルギー効率が低下する問題は解消される。
【００３１】
なお、バイパス弁として、上記バイパス絞り弁３４に代えて、オンオフ式の切換弁を用いることもできる。図６はその掘削作業時でのレバー操作量とコントロール弁の開口面積との関係を示す図であって、（ａ）はメータアウトの開口面積の変化を示す図、（ｂ）は切換弁の開口面積の変化を示す図、（ｃ）は排出側の合成開口面積の変化を示す図である。
【００３２】
この場合、掘削作業時においては、図６（ａ）に示すように、メータアウト３２はレバー操作量が大きくなるに従って開口面積が増大し最大値はＡ１となる。一方、図６（ｂ）に示すように、切換弁の開口面積はレバー操作量が大きくなると急に開口面積が増大し最大値はＡ２となる。したがって、図６（ｃ）に示すように、操作レバー１９を入れていくと排出側合成開口面積が急に開くが、掘削作業においては、微速での操作性はあまり要求されないため、このような構成としても操作性上の問題は少ない。このため、この方法によればバイパス弁の構造を簡易化できるとともに、操作レバー１９が浅い位置でも排出側合成開口面積が大きくなるため、エネルギー効率を向上する効果がさらに向上する。
【００３３】
引き続き、本実施形態１の油圧回路における掘削作業の判定及びバイパス弁の開度調整方法について説明する。図７，図８は掘削作業の判定方法を例示する図であって、（ａ）はレバー操作量の変化を示す図、（ｂ）はポンプ圧の変化を示す図、（ｃ）はバイパス弁の開度の変化を示す図である。
【００３４】
いま図７（ａ）に示すように、操作レバー２０の操作によりアーム引き操作を行ったとする。このときが空中作業時であるとすると、上記図２で示したように、アーム４１の自重４４はアームシリンダ４の伸び方向４５に作用する。アームシリンダ４の駆動方向は伸び方向４５であるので、このアーム引き操作では、自重の作用する方向はアームシリンダ４の駆動方向４６と一致する。このため、空中作業時においては、ポンプ負荷が小さくなり、図７（ｂ）中の破線で示すように、ポンプ圧６５は低圧になる。
【００３５】
一方、掘削作業時であるとすると、図３に示したように、掘削抵抗５２はシリンダ縮み方向５３に作用する。この場合には、負荷方向はシリンダ制動方向に作用するため、油圧ポンプ２に対する負荷が大きくなり、図７（ｂ）中の実線で示すように、ポンプ圧６６は高圧になる。
【００３６】
したがって、図１に示したように、アームシリンダ４に作動油を供給する油圧ポンプ２のポンプ圧を圧力センサ（作動状態検出手段に相当する。）１８により検出し、図７（ｂ）に示すように、そのポンプ圧Ｐｐがしきい値Ｐｐｓより大きくなった場合に、コントローラ２７が掘削作業時であると判定し（作業状態検出手段としての機能である）、バイパス絞り弁３４の開度を、図７（ｃ）中の６８のように、拡大することにより、メータアウト３２の開度を大きくする（メータアウト制御手段、バイパス制御部としての機能である）。
【００３７】
この方法を用いることにより、掘削作業時を自動的に判別し、上記方法によりメータアウト３２の開度を開くことが可能となり、手動で切り換え操作を行うなどの手間をかけることなく自動的にエネルギー効率を改善することができる。
【００３８】
また、下記のような方法を用いることとしてもよい。
【００３９】
いま、図８（ａ）に示すように、操作レバー２０の操作によりアーム引き操作を行ったとする。このときに、図８（ｂ）に示すように、ポンプ圧Ｐｐがしきい値Ｐｐｓを越えると、その超えた時点からポンプ圧が大きくなるに従って（図中６９，７０）、図８（ｃ）に示すように、バイパス絞り弁３４の開き方が大きくなるようにする（図中７１，７２）。
【００４０】
この方法によれば、掘削する土が軟らかい場合はメータアウト３２が絞られることで、過度に操作速度が速くなる問題を解消することができるとともに、掘削する土が硬い場合はメータアウト３２が開くことで、これらの絞り抵抗を低減しエネルギー効率を向上させることができる。
【００４１】
ところで、上記実施形態１では、メータアウト３２の開度調整のみを行っているが、さらにメータイン３０の開度調整を行うこととしてもよい。実施形態２は、このことに着目してなされたもので、以下に説明する。
【００４２】
（実施形態２）
図９は本発明の実施形態２に係る油圧ショベルの油圧回路を示す図である。なお、ここではバイパス絞り弁３４まわりについては上記実施形態１と同様の構成であるのでその記載を省略する。また、その他の上記実施形態１と共通する要素には同一番号を付して記載するが、その重複説明は省略する。
【００４３】
この実施形態２においては、図９に示すように、コントロール弁５のメータイン３０をバイパスするバイパス絞り弁（バイパス弁に相当する。）６０をさらに設け、空中作業時にはバイパス絞り弁６０が閉じるように動作するとともに、掘削判定時にはバイパス絞り弁６０の開度が大きくなるよう動作する。すなわち、メータイン３０とバイパス絞り弁６０とは、上記図４，図５に示すように上記実施形態１と同様な動作となる。
【００４４】
すなわち、この場合には、空中作業時には、上記図４（ａ）〜（ｃ）において、バイパス絞り弁６０が閉じることにより、メータイン３０の開度がレバー操作量が増大するに従って増加するため、レバー操作量に対してシリンダ速度を容易にコントロールすることが可能となるとともに、掘削作業時には、図５（ａ）〜（ｃ）において、シリンダ供給側の絞り抵抗を低減し、エネルギー効率を改善することができる。
【００４５】
本実施形態２における掘削作業の判定方法及びバイパス絞り弁６０の開度調整方法も、上記実施形態１と同様に行うことができる。したがって、図９に示したように、アームシリンダ４に作動油を供給する油圧ポンプ２のポンプ圧Ｐｐを圧力センサ１８により検出し、図７（ｂ）に示すように、そのポンプ圧Ｐｐがしきい値Ｐｐｓより大きくなった場合に掘削作業時であると判定し、バイパス絞り弁６０の開度を、図７（ｃ）中の６８のように、拡大することにより、メータイン３０の開度を大きくすることにより、上記実施形態１と同様に、掘削作業時を自動的に判別し、上記方法によりメータイン３０の開度を開くことが可能となり、手動で切り替え操作を行うなどの手間をかけることなく自動的にエネルギー効率を改善することができる。
【００４６】
また、バイパス絞り弁６０の代わりに、オンオフ式の切換弁を設けてもよい。その場合には、図８（ｂ）に示したように、ポンプ圧Ｐｐがしきい値Ｐｐｓを越えると、この超えた時点からポンプ圧Ｐｐが大きくなるに従って（図中６９，７０）、バイパス絞り弁６０の開き方が大きくなるようにすれば（図中７１，７２）、上記実施形態１と同様に、掘削する土が軟らかい場合はメータイン３０が絞られることで、過度に操作速度が速くなる問題を解消することができるとともに、掘削する土が硬い場合はメータイン３０が開くことで、これらの絞り抵抗を低減しエネルギー効率を向上することができる。
【００４７】
上記実施形態１，２の変形例として以下のような構成が考えられる。
【００４８】
（変形例１）
図１０は変形例１に係る油圧ショベルの油圧回路の一部を示す図である。なお、ここでは、バケットシリンダ３側の駆動回路は上記実施形態１，２と同様であるので、その回路の要素をすべて省略している。さらに、アームシリンダ４側の駆動回路においても上記実施形態１，２と共通する要素には同一番号を付してその重複説明を省略する。
【００４９】
この変形例１では、掘削作業時の判定方法として、図１０に示すように、アームシリンダ４の前後圧を圧力センサ（作業状態検出手段に相当する。）８０、８１により測定し、次式により、シリンダ負荷を求める方法を採用している。
【００５０】
Ｆ＝Ａｈ×Ｐｈ−Ａｒ×Ｐｒ （１）
ここで、Ｆ：負荷力、Ａｈ：アームシリンダヘッド側断面積、Ｐｈ：アームシリンダヘッド圧、Ａｒ：アームシリンダロッド側断面積、Ｐｒ：アームシリンダロッド圧である。
【００５１】
そして、コントローラ２７は、油圧ショベルの作業形態が掘削作業となっているか否かを、アームシリンダ４の駆動回路中のシリンダ前後圧の測定値に基づいて判定する（作業状態検出手段としての機能である）。
【００５２】
この変形例１によれば、圧力センサ８０，８１により、上記ポンプ圧よりも高い精度での差圧検出が可能となるので、精度良くアームシリンダ４の負荷を求めることができるようになり、掘削作業時の判定の判定精度が高まって、より効果的にエネルギー効率を低減することができる。
【００５３】
（変形例２）
図１１は変形例２に係る油圧ショベルの油圧回路の一部を示す図、図１２はその制御例を示す図である。なお、ここでは、アームシリンダ４側の油圧回路は上記実施形態１，２と同様であるので、その回路の要素を省略している。さらに、バケットシリンダ３側の油圧回路においても上記実施形態１，２と共通する要素には同一番号を付してその重複説明を省略する。
【００５４】
図１１において、８５はバケットシリンダ３を伸び方向に操作する場合のパイロットライン８６に設置された電磁切換弁（メータアウト制御手段、電磁弁に相当する。）であり、コントローラ２７はこの電磁切換弁８５の開度を制御することにより、コントロール弁（メータアウト制御手段に相当する。）５の開度を制御する（メータアウト制御手段、パイロット制御手段としての機能である）。
【００５５】
すなわち、コントローラ２７による電磁切換弁８５の制御動作では、図１２に示すように、空中作業時にはレバー操作量に対してコントロール弁５のストロークが０〜ｓｔ１となるようにパイロット圧を制御するとともに、掘削作業時にはコントロール弁５のストロークが０〜ｓｔ２となるようにパイロット圧を制御する。
【００５６】
そして、同図において、空中作業時のメータイン３０、メータアウト３２の開口面積▲１▼，▲２▼はそれぞれ最大でＡ２、Ａ１となるのに対し、掘削作業時にはメータイン３０、メータアウト３２の開口面積▲１▼，▲２▼はともに最大でＡ３となり、両開口面積▲１▼，▲２▼が拡大される。このことから、掘削作業時にはメータイン３０、メータアウト３２の絞り抵抗が低減され、エネルギー効率の高い運転が可能となる。ただし、同図中の▲３▼はブリードオフ２８の開口面積の変化を示す。
【００５７】
この変形例２によれば、掘削作業時のように、負荷がシリンダ制動方向に作用する場合でも、コントロール弁５の開度を大きくすることで、その絞り抵抗を低減してポンプ動力を低減させることができる。
【００５８】
なお、電磁切換弁８５を設けた場合には、例えば掘削判定の継続時間が設定時間以上となったときに、コントロール弁５内のメータアウト３２の絞り面積を開くなどの制御を行うことが可能となり、軽い掘削を行う場合などに、掘削判定が頻繁に行われてその制御がハンチングするなどの問題が解消される。
【００５９】
（変形例３）
上記実施形態１，２では、バケットシリンダ３の駆動回路中のコントロール弁５のバイパス絞り弁３４，６０の開度調整について説明したが、アームシリンダ４の駆動回路中のコントロール弁６についても、これと全く同様の構成とすることができる。
【００６０】
この変形例３では、アームシリンダ４側においても、空中作業時のバケット掘削操作では、上記図２に示したように、負荷がシリンダ駆動方向と同一方向に作用する。この場合に、メータアウト３３又はメータイン３１の開口面積が絞られた状態とすれば、シリンダ排出側に高い背圧が発生し、これがバケットシリンダ３に対する制動力として作用する。したがって、シリンダ速度が増速しなくなるため、油圧ポンプ２の供給流量が不足しキャビテーションを起こす問題は解消される。
【００６１】
また、その掘削作業時においても、上記図３に示したように、負荷の方向はバケットシリンダ３の駆動方向と逆、すなわち制動方向となる。この場合に、掘削作業時に排出側合成開口面積を大きくすれば、シリンダ排出側の絞り抵抗がきわめて小さくなり、エネルギー効率が低下する問題は解消される。
【００６２】
なお、上記実施形態１，２では、バイパス絞り弁３４，６０を設けているが、その代わりに、コントローラ２７でコントロール弁（メータアウト制御手段に相当する。）５のメータアウト３２，メータイン３０を直接絞るように制御してもよい（メータアウト制御手段としての機能である）。コントロール弁６についてもこれと同様の構成をとることができる。さらに、上記実施形態１，２では、アウト油圧ショベルの作業形態としての空中作業と掘削作業とについて説明しているが、他の作業があってもよく、その他の作業の場合には上記空中作業と同様に扱えば足りる。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、掘削作業時のように、負荷が油圧シリンダを制動する方向に作用する場合でも、メータアウトの開度を大きくすることで、メータアウトの絞り抵抗を低減させることができるので、ポンプ動力を低減させて、エネルギー効率を向上させることができる。その結果、作業形態のいかんにかかわらず、常にエネルギー効率のよい油圧回路が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る油圧ショベルの油圧回路を示す図である。
【図２】本実施形態１の油圧回路を搭載した油圧ショベルの空中作業時の状態を示す側面図である。
【図３】本実施形態１の油圧回路を搭載した油圧ショベルの掘削作業時の状態を示す側面図である。
【図４】空中作業時でのレバー操作量とコントロール弁の開口面積との関係を示す図であって、（ａ）はメータアウト（メータイン）の開口面積の変化を示す図、（ｂ）はバイパス弁の開口面積の変化を示す図、（ｃ）は排出側（供給側）の合成開口面積の変化を示す図である。
【図５】掘削作業時でのレバー操作量とコントロール弁の開口面積との関係を示す図であって、（ａ）はメータアウト（メータイン）の開口面積の変化を示す図、（ｂ）はバイパス弁の開口面積の変化を示す図、（ｃ）は排出側（供給側）の合成開口面積の変化を示す図である。
【図６】掘削作業時でのレバー操作量とコントロール弁の開口面積との関係を示す図であって、（ａ）はメータアウト（メータイン）の開口面積の変化を示す図、（ｂ）はバイパス弁の開口面積の変化を示す図、（ｃ）は排出側（供給側）の合成開口面積の変化を示す図である。
【図７】掘削作業の判定方法を一例を示す図であって、（ａ）はレバー操作量の変化を示す図、（ｂ）はポンプ圧の変化を示す図、（ｃ）はバイパス弁の開度の変化を示す図である。
【図８】掘削作業の判定方法を他の例を示す図であって、（ａ）はレバー操作量の変化を示す図、（ｂ）はポンプ圧の変化を示す図、（ｃ）はバイパス弁の開度の変化を示す図である。
【図９】本発明の実施形態２に係る油圧ショベルの油圧回路を示す図である。
【図１０】変形例１に係る油圧ショベルの油圧回路の一部を示す図である。
【図１１】変形例２に係る油圧ショベルの油圧回路の一部を示す図である。
【図１２】変形例２における制御例を示す図である。
【符号の説明】
１，２ 油圧ポンプ
３ バケットシリンダ（油圧シリンダに相当する。）
４ アームシリンダ（油圧シリンダに相当する。）
５，６ コントロール弁
１８ 圧力センサ（作業状態検出手段に相当する。）
２７ コントローラ（メータアウト制御手段、作業状態検出手段、バイパス制御部、パイロット制御部としての機能を有する。）
２８，２９ ブリードオフ
３０，３１ メータイン
３２，３３ メータアウト
３４ バイパス絞り弁（メータアウト制御手段、バイパス弁に相当する。）
６０ バイパス絞り弁（メータイン制御手段、バイパス弁に相当する。）
８０，８１ 圧力センサ（作業状態検出手段に相当する。）
８５ 電磁切換弁（メータアウト制御手段、電磁弁に相当する。）
８６ パイロットライン[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a hydraulic circuit of a hydraulic shovel used at a construction site or the like.
[0002]
[Prior art]
In a hydraulic circuit of a hydraulic shovel, meter-out control is widely used as flow control. In this meter-out control, a meter-out restrictor is provided at the outlet pipe of the hydraulic cylinder, and thereby the cylinder outflow rate is controlled to thereby control the speed of the cylinder operation.
[0003]
In this meter-out control, for example, when a load such as its own weight acts in the cylinder operation direction in which the rod of the hydraulic cylinder extends, the cylinder operation is accelerated, and the supply flow rate of the hydraulic pump becomes insufficient. Had the problem of causing cavitation. On the other hand, by narrowing the meter-out opening, back pressure may be applied to the rod chamber side in the hydraulic cylinder to decelerate the cylinder operation (for example, see Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-22054
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In general, the working form of a hydraulic excavator includes so-called aerial work in which the work is performed with the bucket raised in the air, and excavation work in which the work is performed with the bucket digging into the ground. In the excavating operation of (1), an excavating resistance serving as a load acts on the arm pulling operation and the boom excavating operation in a cylinder braking direction opposite to the cylinder operation direction.
[0006]
However, even in this excavation work, if the cylinder operation is decelerated by narrowing the meter-out opening as described above, the load resistance acts in the cylinder braking direction, resulting in a large load on the hydraulic pump, There is a problem that the pump power increases and energy efficiency deteriorates.
[0007]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a hydraulic circuit of an energy-efficient excavator that is always energy-efficient, regardless of a working mode.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides meter-out control means for controlling a meter-out flow rate of a hydraulic cylinder as a drive source of the excavator, and the meter-out control means performs load control during excavation work in which the load of the hydraulic cylinder acts in a cylinder deceleration direction. Is configured to increase the meter-out opening as compared with the time of work that works in the cylinder speed increasing direction.
[0009]
According to this configuration, the meter-out opening is increased by the meter-out control means during the excavation work in which the load of the hydraulic cylinder acts in the cylinder deceleration direction as compared with the work in which the load acts in the cylinder acceleration direction. Even when the load acts in the direction of braking the hydraulic cylinder, such as during work, the meter-out aperture resistance can be reduced by increasing the meter-out opening. As a result, the pump power can be reduced and the energy efficiency can be improved.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, the meter-out control means controls a bypass valve provided in parallel with a meter-out passage of a control valve for controlling supply and discharge of oil to and from the hydraulic cylinder, and controls an opening degree of the bypass valve. If the load acts in the direction of braking the hydraulic cylinder, such as during excavation work, by increasing the opening of the bypass valve, Resistance can be reduced. The bypass valve includes an on-off type switching valve in addition to a bypass throttle valve whose opening area can be adjusted.
[0011]
If the controller that controls the operation of the control valve according to the operation of the operating means also functions as the bypass control unit, the configuration is further simplified and the operability is improved. You.
[0012]
A pilot-type control valve is provided as a control valve, and an electromagnetic valve is provided on the pilot line. The controller increases the meter-out opening of the control valve during excavation work. If the pilot control unit for controlling the opening of the control valve is provided, the meter-out opening of the control valve should be increased even when the load acts in the direction of braking the hydraulic cylinder, such as during excavation work. Thus, the aperture resistance can be reduced. When the solenoid valve is provided, for example, when the duration of the excavation determination is equal to or longer than the set time, it is possible to perform control such as increasing the aperture area of the meter-out opening in the control valve, When light excavation is performed, problems such as frequent excavation determination and hunting of the control are eliminated.
[0013]
By the way, in the case of excavation work, when the bucket is held in the air, the load pressure of the hydraulic cylinder increases even in the air operation. Therefore, for example, if the meter-in side has a high pressure, if the meter-out is controlled to be narrowed, the opening area of the meter-out will change even in the air operation. With the change in the opening area, the movements of the bucket and the arm change, and the bucket and the arm do not move as intended by the operator.
[0014]
On the other hand, according to the invention as set forth in claim 5, there is provided a work state detecting means for detecting whether or not the work state is the excavation work, and the bypass control unit detects that the work state is the excavation work by the work state detection means. If it is configured to increase the meter-out opening when is detected, the excavation work is automatically detected, and the meter-out opening area can be enlarged based on the detection result, and the switching can be performed manually. Energy efficiency can be improved without any trouble such as performing operations.
[0015]
That is, as described above, when the bucket is held in the air, the load pressure of the hydraulic cylinder does not increase, and the opening area of the meter-out does not change. Therefore, in this configuration, since the opening area of the meter-out does not change in the air operation, the operability does not deteriorate even in the air operation as described above. On the other hand, during the excavation work, the opening area of the meter-out changes, but during excavation, the excavation resistance is large, so even if the opening area of the meter-out changes during the excavation, the movement of the bucket and arm hardly changes. In addition, it is possible to reduce the meter-out aperture loss.
[0016]
According to a sixth aspect of the present invention, the work state detecting means detects whether the work state is an excavation work based on a measured value of a pump discharge pressure in a drive circuit of the hydraulic cylinder or a measured value of a front-rear pressure of the hydraulic cylinder. Then, the excavation work can be automatically determined with a simple configuration.
[0017]
According to a seventh aspect of the present invention, there is further provided a meter-in control means for controlling a meter-in flow rate of the hydraulic cylinder, wherein the meter-in control means increases the load of the hydraulic cylinder during the excavation work in which the load of the hydraulic cylinder acts in the cylinder deceleration direction. If it is configured to increase the meter-in opening as compared with the work that works in the speed direction, the meter-in control means allows the load of the hydraulic cylinder to increase in the cylinder acceleration direction during the excavation work that works in the cylinder deceleration direction. The opening of the meter-in can be increased by increasing the opening of the meter-in even when the load acts in the direction of braking the hydraulic cylinder, such as during excavation work. The aperture resistance can be reduced. As a result, the pump power can be further reduced, and the energy efficiency can be further improved.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram showing a hydraulic circuit of a hydraulic shovel according to Embodiment 1 of the present invention.
[0019]
In FIG. 1, reference numerals 1 and 2 denote variable displacement hydraulic pumps, reference numerals 3 and 4 denote bucket cylinders and arm cylinders as hydraulic cylinders respectively operated by hydraulic oil supplied from the hydraulic pumps 1 and 2, and reference numerals 5 and 6 denote bucket cylinders. Reference numerals 3 and 5 denote control valves for controlling supply and discharge of hydraulic oil to and from the arm cylinder 4, respectively (5 is a control valve for the bucket cylinder, and 6 is a control valve for the arm cylinder). 7 to 12 are relief valves, and 13 to 16 are check valves. The hydraulic pumps 1 and 2 may be driven by an engine or may be driven by a motor.
[0020]
Reference numerals 17 and 18 denote pressure sensors for detecting the discharge pressures (pump pressures) of the hydraulic pumps 1 and 2, respectively. Reference numerals 19 and 20 denote operation levers, and reference numerals 22 and 22 denote remote control valves for generating pilot pressures in accordance with lever operation amounts. , 23 to 26 are pressure sensors for detecting the pilot pressure. An output 27 is for inputting the pump pressure detected by the pressure sensors 17 and 18 and the pilot pressure detected by the pressure sensors 23 to 26, and controlling the discharge amounts of the hydraulic pumps 1 and 2 based on these inputs. This is a controller that issues a signal to a flow rate adjustment unit (not shown) of the pump.
[0021]
Further, 28 and 29 are bleed-off, 30 and 31 are meter-in, and 32 and 33 are meter-out. Reference numeral 34 denotes a bypass throttle valve (corresponding to a meter-out control unit or a bypass valve) that bypasses the meter-out 32. The opening degree of the bypass throttle valve 34 is also controlled by the controller 27. Note that, as the pressure sensor 18 or the like, a sensor for detecting engine stop, which is standardly mounted on a hydraulic shovel, can be used.
[0022]
The hydraulic excavator provided with the hydraulic circuit according to the first embodiment has an aerial work and an excavation work as its work forms. Hereinafter, each operation will be described. FIG. 2 is a side view showing a state during aerial work of the hydraulic shovel including the hydraulic circuit of the first embodiment, and FIG. 3 is a side view showing a state during the excavation work. 2 and 3, reference numeral 41 denotes an arm, reference numeral 42 denotes a bucket, and reference numerals 44 to 54 denote respective directions of arm operation and the like.
[0023]
As shown in FIG. 2, the aerial work as a work form of the hydraulic shovel is a work in a state where the bucket 42 is raised in the air. In this aerial work, the weight of the arm 41 acts in the direction of 44. Therefore, this weight load acts on the arm cylinder 4 in the cylinder extension direction 45. Further, since the weight of the bucket 42 acts in the direction of 46, this load acts on the bucket cylinder 3 in the direction of the cylinder extension 47.
[0024]
In the operation for starting the excavation work during the aerial work, the load due to the own weight acts in the same direction as the drive direction 46 of the arm cylinder 4 because the arm cylinder 4 is driven in the extending direction. Further, since the bucket cylinder 3 is driven in the extending direction, the load due to the own weight acts in the same direction as the driving direction 48 of the bucket cylinder 3.
[0025]
On the other hand, the excavation work as a work form of the hydraulic shovel, as shown in FIG. 3, refers to an operation of performing an excavation operation with the bucket 42 by pulling the arm 41 with the bucket 42 digging into the ground. However, in this excavation work, since the bucket 42 receives the excavation reaction force 49, the load direction of the bucket cylinder 3 is the cylinder contraction direction 50. In the operation for performing the excavation operation during the excavation work, the driving direction of the bucket cylinder 3 is the extension direction 51, and in this case, the direction of the load is opposite to the driving direction of the bucket cylinder 3, that is, the braking direction. Since the arm 41 also receives the excavation reaction force 52, the load direction of the arm cylinder 4 is the cylinder contraction direction 53. In the operation for performing the excavation operation during the excavation work, the driving direction of the arm cylinder 4 is the extension direction 54, and in this case, the direction of the load is opposite to the driving direction of the arm cylinder 4, that is, the braking direction.
[0026]
Next, the operation of the bypass throttle valve of the hydraulic circuit according to the first embodiment will be described. 4 and 5 are diagrams showing the relationship between the lever operation amount and the opening area of the control valve during aerial work and excavation work, respectively (a) showing the change in the meter-out opening area, (B) is a diagram showing a change in the opening area of the bypass throttle valve, and (c) is a diagram showing a change in the combined opening area on the cylinder discharge side.
[0027]
First, in the aerial work, as shown in FIG. 4A, the opening area of the meter-out 32 increases as the lever operation amount increases, and the maximum value becomes A1. On the other hand, as shown in FIG. 4B, the opening area of the bypass throttle valve 34 is controlled by the controller 27 so as to be fully closed during aerial work. Therefore, as shown in FIG. 4 (c), the discharge-side combined opening area during the aerial work is A1, and the state is narrowed.
[0028]
On the other hand, during excavation work, as shown in FIG. 5A, the opening area of the meter-out 32 increases as the lever operation amount increases, and the maximum value becomes A1. On the other hand, as shown in FIG. 5B, the opening area of the bypass throttle valve 34 increases as the lever operation amount increases, and the maximum value becomes A2. Therefore, as shown in FIG. 5 (c), the discharge-side combined opening area at the time of the excavation work is A1 + A2, which is an open state.
[0029]
Here, in the bucket excavation operation during the aerial work, as shown in FIG. 2, the load acts in the same direction as the cylinder driving direction. In this case, in the first embodiment, since the opening area of the meter-out 32 is reduced, a high back pressure is generated on the cylinder discharge side, and this acts as a braking force on the bucket cylinder 3. Therefore, since the cylinder speed does not increase, the problem of insufficient cavitation due to insufficient supply flow rate of the hydraulic pump 1 is solved.
[0030]
On the other hand, during the excavation work, the direction of the load is opposite to the driving direction of the bucket cylinder 3, that is, the braking direction, as shown in FIG. In this case, in the first embodiment, since the combined opening area on the discharge side becomes large during the excavation work, the problem that the throttle resistance on the cylinder discharge side becomes extremely small and the energy efficiency is reduced is solved.
[0031]
As the bypass valve, an on / off switching valve may be used instead of the bypass throttle valve 34. 6A and 6B are diagrams showing the relationship between the lever operation amount and the opening area of the control valve during the excavation work, wherein FIG. 6A shows a change in the opening area of the meter-out, and FIG. FIG. 7C is a diagram showing a change in the opening area, and FIG. 7C is a diagram showing a change in the synthetic opening area on the discharge side.
[0032]
In this case, during excavation work, as shown in FIG. 6A, the opening area of the meter-out 32 increases as the lever operation amount increases, and the maximum value becomes A1. On the other hand, as shown in FIG. 6B, the opening area of the switching valve suddenly increases as the lever operation amount increases, and the maximum value becomes A2. Therefore, as shown in FIG. 6 (c), when the operation lever 19 is inserted, the discharge-side combined opening area suddenly opens. However, in excavation work, operability at a very low speed is not required. Even with the configuration, there are few problems in operability. Therefore, according to this method, the structure of the bypass valve can be simplified, and the discharge-side combined opening area increases even when the operation lever 19 is shallow, so that the effect of improving energy efficiency is further improved.
[0033]
Subsequently, a method of determining the excavation work and adjusting the opening degree of the bypass valve in the hydraulic circuit according to the first embodiment will be described. 7 and 8 are diagrams illustrating an excavation work determination method, in which (a) illustrates a change in lever operation amount, (b) illustrates a change in pump pressure, and (c) illustrates a bypass valve. FIG. 6 is a diagram showing a change in the opening degree of the first embodiment.
[0034]
Now, as shown in FIG. 7A, it is assumed that an arm pulling operation is performed by operating the operation lever 20. Assuming that this is an aerial work, the own weight 44 of the arm 41 acts in the extending direction 45 of the arm cylinder 4 as shown in FIG. Since the driving direction of the arm cylinder 4 is the extension direction 45, in this arm pulling operation, the direction in which the own weight acts is the same as the driving direction 46 of the arm cylinder 4. For this reason, during aerial work, the pump load is reduced, and the pump pressure 65 is reduced as shown by the broken line in FIG. 7B.
[0035]
On the other hand, if it is during the excavation work, the excavation resistance 52 acts in the cylinder contraction direction 53 as shown in FIG. In this case, since the load direction acts in the cylinder braking direction, the load on the hydraulic pump 2 increases, and the pump pressure 66 becomes high as shown by the solid line in FIG. 7B.
[0036]
Accordingly, as shown in FIG. 1, the pump pressure of the hydraulic pump 2 for supplying the working oil to the arm cylinder 4 is detected by the pressure sensor (corresponding to the operating state detecting means) 18 and shown in FIG. As described above, when the pump pressure Pp becomes larger than the threshold value Pps, the controller 27 determines that the digging operation is being performed (this function is a work state detecting means), and the opening degree of the bypass throttle valve 34 is changed. 7C, the degree of opening of the meter-out 32 is increased by enlarging it (functions as a meter-out control unit and a bypass control unit).
[0037]
By using this method, it is possible to automatically determine the time of excavation work, and to open the opening of the meter-out 32 by the above-described method, so that energy can be automatically saved without any trouble such as manual switching operation. Efficiency can be improved.
[0038]
Further, the following method may be used.
[0039]
Now, it is assumed that an arm pulling operation is performed by operating the operation lever 20 as shown in FIG. At this time, as shown in FIG. 8B, when the pump pressure Pp exceeds the threshold value Pps, as the pump pressure increases from the time when the pump pressure Pp exceeds the threshold value Pp (69, 70 in the figure), FIG. As shown in (1), the way of opening the bypass throttle valve 34 is increased (71 and 72 in the figure).
[0040]
According to this method, when the soil to be excavated is soft, the meter-out 32 is narrowed, so that the problem of excessively high operation speed can be solved, and when the soil to be excavated is hard, the meter-out 32 opens. Thereby, these throttle resistances can be reduced and energy efficiency can be improved.
[0041]
By the way, in the first embodiment, only the opening adjustment of the meter-out 32 is performed, but the opening adjustment of the meter-in 30 may be further performed. The second embodiment focuses on this point, and will be described below.
[0042]
(Embodiment 2)
FIG. 9 is a diagram illustrating a hydraulic circuit of a hydraulic shovel according to Embodiment 2 of the present invention. Here, the configuration around the bypass throttle valve 34 is the same as that of the first embodiment, and the description thereof is omitted. In addition, the other elements common to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
[0043]
In the second embodiment, as shown in FIG. 9, a bypass throttle valve (corresponding to a bypass valve) 60 that bypasses the meter-in 30 of the control valve 5 is further provided, and the bypass throttle valve 60 is closed during aerial work. In addition to the operation, when the excavation is determined, the opening of the bypass throttle valve 60 is increased. That is, the meter-in 30 and the bypass throttle valve 60 operate in the same manner as in the first embodiment as shown in FIGS.
[0044]
That is, in this case, in the aerial work, the opening degree of the meter-in 30 increases as the lever operation amount increases by closing the bypass throttle valve 60 in FIGS. It is possible to easily control the cylinder speed with respect to the operation amount, and at the time of excavation work, reduce the throttle resistance on the cylinder supply side and improve the energy efficiency in FIGS. 5A to 5C. Can be.
[0045]
The method of determining the excavation work and the method of adjusting the opening of the bypass throttle valve 60 in the second embodiment can be performed in the same manner as in the first embodiment. Therefore, as shown in FIG. 9, the pump pressure Pp of the hydraulic pump 2 for supplying the hydraulic oil to the arm cylinder 4 is detected by the pressure sensor 18, and the pump pressure Pp is reduced as shown in FIG. When the threshold value Pps is larger than the threshold value Pps, it is determined that the digging operation is being performed, and the opening degree of the meter-in 30 is increased by enlarging the opening degree of the bypass throttle valve 60 as indicated by 68 in FIG. By making it larger, it becomes possible to automatically determine the time of excavation work and open the meter-in 30 by the above-described method, as in the first embodiment, and to take the trouble of manually switching the operation. Energy efficiency can be improved automatically.
[0046]
Further, an on / off switching valve may be provided instead of the bypass throttle valve 60. In this case, as shown in FIG. 8B, when the pump pressure Pp exceeds the threshold value Pps, as the pump pressure Pp increases from the time when the pump pressure Pp exceeds the threshold value (69, 70 in the figure), the bypass throttle is reduced. If the opening of the valve 60 is increased (71 and 72 in the figure), the operation speed is excessively increased by narrowing the meter-in 30 when the soil to be excavated is soft, similarly to the first embodiment. In addition to solving the problem, when the soil to be excavated is hard, the meter-in 30 is opened, so that these restriction resistances can be reduced and the energy efficiency can be improved.
[0047]
The following configuration is considered as a modification of the first and second embodiments.
[0048]
(Modification 1)
FIG. 10 is a diagram illustrating a part of a hydraulic circuit of a hydraulic shovel according to a first modification. Here, since the drive circuit on the side of the bucket cylinder 3 is the same as in the first and second embodiments, all elements of the circuit are omitted. Further, also in the drive circuit on the arm cylinder 4 side, the same elements as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
[0049]
In the first modification, as a determination method during excavation work, as shown in FIG. 10, the front-rear pressure of the arm cylinder 4 is measured by pressure sensors (corresponding to work state detection means) 80 and 81, and is calculated by the following equation. And a method of calculating the cylinder load.
[0050]
F = Ah × Ph-Ar × Pr (1)
Here, F: load force, Ah: arm cylinder head side sectional area, Ph: arm cylinder head pressure, Ar: arm cylinder rod side sectional area, Pr: arm cylinder rod pressure.
[0051]
Then, the controller 27 determines whether or not the work mode of the hydraulic shovel is excavation work based on the measured value of the cylinder front-rear pressure in the drive circuit of the arm cylinder 4 (function as work state detection means). is there).
[0052]
According to the first modification, since the pressure sensors 80 and 81 can detect the differential pressure with higher accuracy than the pump pressure, the load of the arm cylinder 4 can be obtained with high accuracy, and the excavation can be performed. The accuracy of the determination at the time of work is increased, and the energy efficiency can be reduced more effectively.
[0053]
(Modification 2)
FIG. 11 is a diagram illustrating a part of a hydraulic circuit of a hydraulic shovel according to Modification 2, and FIG. 12 is a diagram illustrating a control example thereof. Here, the hydraulic circuit on the side of the arm cylinder 4 is the same as in the first and second embodiments, so that the components of the circuit are omitted. Further, also in the hydraulic circuit on the side of the bucket cylinder 3, the same elements as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.
[0054]
In FIG. 11, reference numeral 85 denotes an electromagnetic switching valve (corresponding to a meter-out control means, an electromagnetic valve) provided on the pilot line 86 when the bucket cylinder 3 is operated in the extension direction. By controlling the opening 85, the opening of the control valve (corresponding to meter-out control means) 5 is controlled (functions as meter-out control means and pilot control means).
[0055]
That is, in the control operation of the electromagnetic switching valve 85 by the controller 27, as shown in FIG. 12, the pilot pressure is controlled such that the stroke of the control valve 5 becomes 0 to st1 with respect to the lever operation amount during aerial work. During the excavation work, the pilot pressure is controlled so that the stroke of the control valve 5 becomes 0 to st2.
[0056]
In the same figure, the opening areas (1) and (2) of the meter-in 30 and the meter-out 32 during the aerial work are A2 and A1, respectively, while the opening of the meter-in 30 and the meter-out 32 during the excavation work. The areas {circle around (1)} and {circle around (2)} are A3 at the maximum, and both open areas {circle around (1)} and {circle around (2)} are enlarged. Thus, during excavation work, the throttle resistance of the meter-in 30 and the meter-out 32 is reduced, and operation with high energy efficiency becomes possible. However, (3) in the drawing indicates a change in the opening area of the bleed-off 28.
[0057]
According to the second modification, even when a load acts in the cylinder braking direction, such as during excavation work, the opening degree of the control valve 5 is increased to reduce the throttle resistance and reduce pump power. be able to.
[0058]
When the electromagnetic switching valve 85 is provided, for example, when the duration of the excavation determination is equal to or longer than the set time, control such as opening the throttle area of the meter-out 32 in the control valve 5 can be performed. When light excavation is performed, problems such as frequent excavation determination and hunting of the control are eliminated.
[0059]
(Modification 3)
In the first and second embodiments, the adjustment of the opening of the bypass throttle valves 34 and 60 of the control valve 5 in the drive circuit of the bucket cylinder 3 has been described. The configuration can be completely the same as the above.
[0060]
In the third modification, the load acts on the arm cylinder 4 side in the same direction as the cylinder driving direction in the bucket excavation operation during the aerial work, as shown in FIG. In this case, if the opening area of the meter-out 33 or the meter-in 31 is reduced, a high back pressure is generated on the cylinder discharge side, and this acts as a braking force on the bucket cylinder 3. Therefore, since the cylinder speed does not increase, the problem of insufficient supply flow rate of the hydraulic pump 2 and cavitation is solved.
[0061]
Also, during the excavation work, the direction of the load is opposite to the driving direction of the bucket cylinder 3, that is, the braking direction, as shown in FIG. In this case, if the discharge-side combined opening area is increased during excavation work, the throttle resistance on the cylinder discharge side becomes extremely small, and the problem of reduced energy efficiency is solved.
[0062]
In the first and second embodiments, the bypass throttle valves 34 and 60 are provided. Instead, the controller 27 controls the meter-out 32 and the meter-in 30 of the control valve (corresponding to meter-out control means) 5. Control may be performed so as to directly stop down (a function as meter-out control means). The control valve 6 can have the same configuration. Further, in the first and second embodiments, the aerial work and the excavation work as work forms of the out hydraulic excavator have been described. However, other work may be performed, and in the case of other work, the aerial work is performed. It suffices to treat it in the same way.
[0063]
【The invention's effect】
According to the present invention, even when a load acts in the direction of braking the hydraulic cylinder, such as during excavation work, the meter-out aperture resistance can be reduced by increasing the meter-out aperture. In addition, the pump power can be reduced and the energy efficiency can be improved. As a result, a hydraulic circuit that is always energy efficient can be realized regardless of the working mode.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a hydraulic circuit of a hydraulic shovel according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view showing a state of the hydraulic excavator equipped with the hydraulic circuit according to the first embodiment during aerial work.
FIG. 3 is a side view showing a state during excavation work of the hydraulic shovel equipped with the hydraulic circuit of the first embodiment.
4A and 4B are diagrams showing a relationship between a lever operation amount and an opening area of a control valve during aerial work, where FIG. 4A shows a change in a meter-out (meter-in) opening area, and FIG. FIG. 7C is a diagram showing a change in the opening area of the bypass valve, and FIG. 9C is a diagram showing a change in the combined opening area on the discharge side (supply side).
5A and 5B are diagrams showing a relationship between a lever operation amount and an opening area of a control valve during excavation work, wherein FIG. 5A shows a change in a meter-out (meter-in) opening area, and FIG. FIG. 7C is a diagram showing a change in the opening area of the bypass valve, and FIG. 9C is a diagram showing a change in the combined opening area on the discharge side (supply side).
6A and 6B are diagrams illustrating a relationship between a lever operation amount and an opening area of a control valve during excavation work, wherein FIG. 6A is a diagram illustrating a change in a meter-out (meter-in) opening area, and FIG. FIG. 7C is a diagram showing a change in the opening area of the bypass valve, and FIG. 9C is a diagram showing a change in the combined opening area on the discharge side (supply side).
7A and 7B are diagrams illustrating an example of a method of determining an excavation operation, in which FIG. 7A illustrates a change in lever operation amount, FIG. 7B illustrates a change in pump pressure, and FIG. It is a figure showing change of an opening.
8A and 8B are diagrams illustrating another example of a method of determining an excavation operation, in which FIG. 8A illustrates a change in lever operation amount, FIG. 8B illustrates a change in pump pressure, and FIG. It is a figure showing change of an opening of a valve.
FIG. 9 is a diagram illustrating a hydraulic circuit of a hydraulic shovel according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating a part of a hydraulic circuit of a hydraulic shovel according to a first modification.
FIG. 11 is a diagram illustrating a part of a hydraulic circuit of a hydraulic shovel according to a second modification.
FIG. 12 is a diagram illustrating a control example according to a second modification.
[Explanation of symbols]
1,2 hydraulic pump
3. Bucket cylinder (equivalent to hydraulic cylinder)
4. Arm cylinder (equivalent to hydraulic cylinder)
5,6 control valve
18. Pressure sensor (corresponding to work state detecting means)
27 Controller (has functions as a meter-out control unit, a work state detection unit, a bypass control unit, and a pilot control unit)
28, 29 Bleed off
30, 31 meter-in
32, 33 meter out
34 Bypass throttle valve (corresponding to meter-out control means, bypass valve)
60 Bypass throttle valve (corresponding to meter-in control means, bypass valve)
80, 81 Pressure sensors (corresponding to work state detecting means)
85 Solenoid switching valve (corresponding to meter-out control means, solenoid valve)
86 pilot line
