JP2000310201A

JP2000310201A - 油圧作業機械のアクチュエータ制御回路

Info

Publication number: JP2000310201A
Application number: JP11118319A
Authority: JP
Inventors: Akira Tsutsui; 昭筒井
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1999-04-26
Filing date: 1999-04-26
Publication date: 2000-11-07
Anticipated expiration: 2019-04-26
Also published as: JP3968911B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ハンチングを防止しながら応答性を良くす
る。【解決手段】ウィンチ巻下時のメータアウト側管路９
にカウンタバランス弁１１を設けるとともに、メータア
ウト側、メータイン側両管路９，１０間にメータイン圧
力Ｐ１によって開く連通弁１５を設け、この連通弁１５
を通じて両側管路９，１０間で油をやり取りさせること
によってハンチングを防止する。また、モータ４が過速
状態とならないように連通弁１５の開口面積を小さくし
ながら、ハンチング防止機能を維持するために流量調整
弁１８を設け、差圧に応じてポンプ吐出油の一部をコン
トロールバルブ６をバイパスしてメータイン側管路１０
に流入させるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は油圧クレーン、油圧
ショベル等の油圧作業機械のアクチュエータ制御回路に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本発明の好適例である油圧クレーンのウ
ィンチモータ制御回路を例にとって従来の技術を説明す
る。

【０００３】図３に油圧クレーンの全体概略構成を示し
ている。Ｍは下部走行体、Ｕは上部旋回体で、この上部
旋回体Ｕに伸縮自在なブームＢが起伏シリンダＣによっ
て起伏自在に設けられ、図４に示すウィンチドラム１か
ら繰り出されたロープ２によって吊荷Ｗが巻上・巻下駆
動される。

【０００４】ウィンチドラム１は、図４に示すように減
速機３を介してウィンチモータ（油圧モータ）４に連結
され、このウィンチモータ４が油圧ポンプ５からの圧油
によって回転駆動される。

【０００５】油圧ポンプ５とウィンチモータ４との間に
は油圧パイロット式のコントロールバルブ６が設けら
れ、リモコン弁７のレバー操作により、このレバー操作
量に応じたパイロット圧がコントロールバルブ６に送ら
れて同バルブ６が巻下、巻上、中立の各位置ａ，ｂ，ｃ
間で切換わり作動する。

【０００６】８はリモコン弁７とコントロールバルブ６
とを結ぶパイロットラインで、ここでは巻下側パイロッ
トラインのみを示している。

【０００７】コントロールバルブ６とウィンチモータ４
とを結ぶ巻上側、巻下側両管路９，１０のうち、ウィン
チ巻下時（ウィンチモータ４の巻下回転時）のモータ出
口側となる巻上側管路（メータアウト側管路）９に、モ
ータ入口側となる巻下側管路（メータイン側管路１０）
の圧力Ｐ１を外部パイロット圧として作動するブレーキ
弁としてのカウンタバランス弁１１が設けられ、このカ
ウンタバランス弁１１により巻下速度が制御されて、吊
荷Ｗの落下が防止されるとともに、メータイン側管路１
０が負圧になることによるキャビテーションの発生が防
止される。

【０００８】１２はウィンチ巻上時にカウンタバランス
弁１１をバイパスするためのチェック弁、１３はポンプ
圧を設定するリリーフ弁、Ｔはタンクである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
巻下時に、メータイン側意管路１０の圧力（メータイン
圧力）Ｐ１によって出口側のカウンタバランス弁１１を
作動させる従来の外部パイロット式カウンタバランス回
路によると、とくに大負荷時に慣性の影響によって操作
時期とカウンタバランス弁１１の作動時期にずれが生じ
て所謂ハンチングが発生し易く、回路としての安定性が
悪くなるという問題がある。

【００１０】そこで、この外部パイロット式カウンタバ
ランス回路においては、ハンチング防止策として、カウ
ンタバランス弁１１に絞りによる減衰を与える手段が取
られている。

【００１１】この場合、減衰度は、ハンチングが起こり
易い大負荷を基準にして設定される。

【００１２】しかし、こうすると小負荷時に減衰過多と
なり、応答性が悪くなるという弊害が生じていた。

【００１３】なお、別のカウンタバランス回路として、
図５に示すように、ウィンチ巻下時に、メータアウト側
管路９の圧力（メータアウト圧力）Ｐ２によってカウン
タバランス弁１１を作動させる内部パイロット式カウン
タバランス弁回路がある。

【００１４】しかし、この内部パイロット式カウンタバ
ランス回路によると、吊荷重量が小さい時等の小負荷時に、メータアウト
圧力Ｐ２が小さくなってカウンタバランス弁１１が開き
にくくなり、対策としてパイロット圧に対抗するバネ１１ａの力
を小さくすると、カウンタバランス弁１１が無闇に開い
て吊荷Ｗの落下等が起こり、一方、メータイン圧力Ｐ１を高めることによってメ
ータアウト圧力Ｐ２を高くすることでカウンタバランス
弁１１を開き易くする方法をとると、エネルギー効率が
悪くなる等の弊害が生じる。

【００１５】また、カウンタバランス回路ではないが、
ハンチング対策として、特開平６−１７４４８号、特開
平９−２５００４号両公報に示されているように、メー
タイン側、メータアウト側両管路間に連通弁を設け、こ
の連通弁の開度を電子制御することにより両側管路間で
油をやり取りさせてハンチングを速やかに減衰させる技
術が公知となっている。

【００１６】ところが、この公知の連通弁方式による
と、両側管路９，１０を連通させた状態で、アクチュエ
ータにはコントロールバルブ通過流量と連通弁通過流量
の和の流量が流れるため、連通弁の開口面積が大きい場
合に、アクチュエータにポンプ吐出量よりもかなり多い
流量が流れる。このため、アクチュエータが定格速度以
上の高速で作動する過速状態が発生する。

【００１７】しかし、この過速防止のために連通弁の開
口面積を小さくすると、連通弁を通過する流量が減少す
る結果、本来の目的である油のやり取りによるハンチン
グ防止作用が低下する。

【００１８】すなわち、連通弁を設けるだけでは、過速
防止とハンチング防止の両立は困難となる。

【００１９】そこで本発明は、外部パイロット式カウン
タバランス回路の構成をとりながらハンチング防止と応
答性を両立させることができ、しかも連通弁方式をとり
ながら過速状態の発生を防止することができる油圧作業
機械のアクチュエータ制御回路を提供するものである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、油圧
ポンプにより駆動されて負荷を上げ下げする方向に作動
する油圧アクチュエータと、この油圧アクチュエータの
作動を制御するコントロールバルブとを結ぶ両側管路の
うち、負荷下げ時のメータアウト側管路に、メータイン
側管路の圧力をパイロット圧として作動するカウンタバ
ランス弁が設けられた油圧作業機械のアクチュエータ制
御回路において、上記メータイン、メータアウト両側管
路間に、負荷下げ時に両側管路を連通させる連通弁が設
けられるとともに、メータイン側およびメータアウト側
両管路の圧力の差に応じてこの差圧が小さくなる方向に
メータイン流量を制御する流量調整弁が設けられてなる
ものである。

【００２１】請求項２の発明は、請求項１の構成におい
て、油圧ポンプの吐出管路と負荷下げ時のメータイン側
管路との間に、コントロールバルブを迂回するバイパス
管路が設けられ、このバイパス管路に流量調整弁が設け
られたものである。

【００２２】請求項３の発明は、請求項１または２の構
成において、連通弁として、メータイン側管路の圧力を
パイロットとして導入される油圧パイロット弁、流量調
整弁として、メータイン側およびメータアウト側両管路
の圧力を相対抗して導入される油圧パイロット弁がそれ
ぞれ用いられたものである。

【００２３】請求項４の発明は、請求項１乃至３のいず
れかの構成において、カウンタバランス弁に、同弁の開
き時にメータアウト側管路をメータイン側管路に連通さ
せる連通路が設けられることにより、カウンタバランス
弁が連通弁を兼ねるように構成されたものである。

【００２４】上記構成によると、基本的には外部パイロ
ット式カウンタバランス回路であるため、良好な応答性
を確保することができる。

【００２５】また、負荷下げ時に、連通弁が開くことに
よって両側管路間で油のやり取りが行われるため、十分
なメータイン流量が確保されてカウンタバランス弁を開
き状態に保持するのに必要なメータイン圧力が確保され
る。このため、ハンチングが生じない。

【００２６】この場合、過速防止のために連通弁の開口
面積を小さくすると、従来の連通弁方式の回路構成では
ハンチング防止機能が低下するが、この回路によると、
流量調整弁によって差圧に応じた流量調整が行われ、差
圧が小さいとき（メータイン流量が少ないとき）に、流
量調整弁が開き側に作動して必要なメータイン流量が確
保される（請求項２の構成によると、コントロールバル
ブを迂回したポンプ吐出油が流量調整弁を介してメータ
イン側に流入することによって流量が確保される）。

【００２７】このように、負荷下げ時にメータイン圧力
をパイロット圧として取り込む外部パイロット式の回路
構成をとりながら、安定性（ハンチング防止）と応答性
を両立させることができ、しかも両側管路間に連通弁を
設ける連通弁方式をとりながら、流量調整弁によって過
速状態の発生を防止することができる。

【００２８】また、請求項３の構成によると、連通弁お
よび流量調整弁が回路圧力によって作動するため、つま
り圧力をセンサで検出してコントローラで電子制御する
構成でないため、全体構成が簡単でコスト安となる。

【００２９】また、請求項４の構成によると、カウンタ
バランス弁が連通弁を兼ねるため、回路構成がより簡略
化、コンパクト化される。

【００３０】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図１，２によ
って説明する。

【００３１】以下の実施形態においては、従来技術の説
明に合せてウィンチモータの制御回路を適用対象として
例にとり、基本的には外部パイロット式のカウンタバラ
ンス回路の構成をとっている。

【００３２】なお、以下の実施形態において、図４に示
す従来の外部パイロット式カウンタバランス回路と同一
部分には同一符号を付して示し、その重複説明を省略す
る。

【００３３】第１実施形態（図１参照）負荷巻下時のメータアウト側、メータイン側両管路９，
１０が連通管路１４によって接続され、この連通管路１
４に、カウンタバランス弁１１と同様にメータイン圧力
Ｐ１をパイロット圧として作動する油圧パイロット式の
連通弁１５が設けられている。

【００３４】この連通弁１５は、カウンタバランス弁１
１と連動して開度が変化し、巻下時に、その開度に応じ
てメータアウト流量の一部をメータイン側管路９に戻す
作用を行う。

【００３５】また、ポンプ吐出管路１６とメータイン側
管路１０との間に、コントロールバルブ６を迂回するバ
イパス管路１７が設けられ、このバイパス管路１７に油
圧パイロット式の流量調整弁１８が設けられている。

【００３６】この流量調整弁１８は、閉じ側のパイロッ
トポート１８ａがメータイン側管路１０に、開き側のパ
イロットポート１８ｂがメータアウト側管路９にそれぞ
れ接続され、メータイン、メータアウト両圧力Ｐ１，Ｐ
２の差（差圧）ΔＰに応じて開度が制御される。

【００３７】次に、この回路の作用を説明する。

【００３８】コントロールバルブ６が巻下操作される
と、メータイン圧力Ｐ１に応じた開度でカウンタバラン
ス弁１１が開き、モータ４が回転する。

【００３９】このとき、カウンタバランス弁１１ととも
に連通弁１５が開き、モータ４を通過したメータアウト
流量の一部がこの連通弁１５を通ってメータアウト側管
路１０に戻される。

【００４０】この作用により、メータイン側管路１０
に、コントロールバルブ６を通った油と上記戻り油の和
の流量が流れるため、十分な量のメータイン流量が確保
されて、カウンタバランス弁１１を開き状態に保持する
のに必要なメータイン圧力Ｐ１が確保される。

【００４１】これにより、とくに大負荷時のハンチング
の発生が防止される。

【００４２】ここで、メータイン流量が過大であるとモ
ータ４の速度が定格速度を超える過速現象が生じるた
め、連通弁１５の開度はこの過速現象が生じないような
小さい値に設定される。

【００４３】この場合、特開平６−１７４４８号、特開
平９−２５００４号両公報に示された連通弁方式の公知
技術では、上記戻り油量の不足によって所期のハンチン
グ防止作用が低下するおそれがある。

【００４４】これに対し、この回路においては、流量調
整弁１８が差圧ΔＰに応じた開度で開き、ポンプ吐出油
の一部がこの流量調整弁１８を通ってメータイン側管路
１０に合流するため、差圧ΔＰが小さいとき（メータイ
ン流量が少ないとき）は流量調整弁１８が開き側に作動
して合流油が増え、逆に差圧ΔＰが大きいとき（メータ
イン流量が多いとき）は流量調整弁１８が閉じ側に作動
して合流油が減少する。

【００４５】この差圧ΔＰ、すなわちメータイン流量の
多少に応じた流量調整作用により、メータイン流量が過
不足のない値に自動的に調整され、過速現象とハンチン
グの発生がともに防止される。

【００４６】第２実施形態（図２参照）第１実施形態との相違点のみを説明する。

【００４７】第２実施形態においては、カウンタバラン
ス弁１１と連通弁１５が一体化されている。

【００４８】図２において、１９は図１のカウンタバラ
ンス弁１１と連通弁１５を兼ねるバルブユニット、２０
はこのバルブユニット１９のケーシングで、このケーシ
ング２０に、メータアウト側管路９に接続されるメータ
アウト側接続ポート２１，２１と、パイロットラインを
兼ねる連通管路１４に接続されるメータイン側接続ポー
ト２２と、両メータアウト側接続ポート２１，２１間を
結ぶメータアウト通路２３と、チェック弁１２、それに
スプール２４が設けられている。

【００４９】スプール２４には、メータアウト通路２５
と連通路２６が相連通して設けられ、連通管路１４を通
じてメータイン側接続ポート２２に所定のメータイン圧
力Ｐ１が導入されたときに、このスプール２４がバネ１
１ａに抗して図右側の開き位置に移動する。

【００５０】この開き位置で、ケーシング２０の両メー
タアウト側接続ポート２１，２１とスプール２４のメー
タアウト通路２５が連通してカウンタバランス弁開き状
態となる。

【００５１】また、このとき連通路２６がメータイン側
接続ポート２２に連通して連通弁開き状態となり、メー
タアウト流量の一部がメータアウト通路２５から連通路
２６、メータイン側接続ポート２２、連通管路１４を通
ってメータイン側管路１０に流入する。

【００５２】このような一体式の弁構成をとることによ
り、回路構成が簡略化、コンパクト化される。

【００５３】ところで、差圧ΔＰをモータ４の実際速度
とみなし、コントロールバルブ６からの流入流量をモー
タ４の目標速度とみなし、これらの差に応じた比例積分
制御を実現するために、流量調整弁１８におけるスプー
ルのメータイン側とメータアウト側の受圧面積に差をも
たせ、機械的に比例積分制御を行うようにしてもよい。

【００５４】こうすれば目標速度に対する追従性を向上
させることができる。

【００５５】また、上記実施形態では、適用対象として
吊荷を上げ下げするウィンチモータの制御回路を例にと
ったが、本発明は他に、ブームを起伏させるためのウィ
ンチモータまたはブーム起伏シリンダ等、負荷を上げ下
げするアクチュエータの制御回路として広く適用するこ
とができる。

【００５６】

【発明の効果】上記のように本発明によるときは、基本
的には外部パイロット式のカウンタバランス回路である
ため、良好な応答性を確保することができる。

【００５７】また、負荷下げ時に、連通弁が開くことに
よって両側管路間で油のやり取りが行われるため、十分
なメータイン流量を確保してカウンタバランス弁を開き
状態に保持するのに必要なメータイン圧力を確保するこ
とができる。このため、ハンチングを防止して回路の安
定性を保つことができる。

【００５８】しかも、流量調整弁によって差圧に応じた
流量調整が行われ、差圧が小さいとき（メータイン流量
が少ないとき）に、流量調整弁が開き側に作動して必要
なメータイン流量が確保される（請求項２の発明よる
と、コントロールバルブを迂回したポンプ吐出油が流量
調整弁を介してメータイン側に流入することによって流
量が確保される）。

【００５９】すなわち、本発明によるときは、負荷下げ
時にメータイン圧力をパイロット圧として取り込む外部
パイロット式カウンタバランス回路の構成をとりなが
ら、安定性（ハンチング防止）と応答性を両立させるこ
とができ、しかも両側管路間に連通弁を設ける連通弁方
式をとりながら過速状態の発生を防止することができ
る。

【００６０】また、請求項３の発明によると、連通弁お
よび流量調整弁が回路圧力によって作動するため、つま
り圧力をセンサで検出してコントローラで電子制御する
構成でないため、全体構成が簡単でコスト安となる。

【００６１】また、請求項４の発明によると、カウンタ
バランス弁が連通弁を兼ねるため、回路構成をより簡略
化、コンパクト化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態にかかるウィンチモータ
の制御回路の回路構成図である。

【図２】本発明の第２実施形態にかかるウィンチモータ
の制御回路の回路構成図である。

【図３】本発明の適用対象例であるクレーンの概略構成
図である。

【図４】従来の外部パイロット式カウンタバランス回路
の回路構成図である。

【図５】従来の内部パイロット式カウンタバランス回路
の回路構成図である。

【符号の説明】

４アクチュエータとしてのウィンチモータ５油圧ポンプ６コントロールバルブ９巻上側管路（負荷下げ時のメータアウト側管路）１０巻下側管路（負荷下げ時のメータイン側管路）Ｐ１メータイン圧力Ｐ２メータアウト圧力１１カウンタバランス弁１５連通弁１４連通管路１８流量調整弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】油圧ポンプにより駆動されて負荷を上げ
下げする方向に作動する油圧アクチュエータと、この油
圧アクチュエータの作動を制御するコントロールバルブ
とを結ぶ両側管路のうち、負荷下げ時のメータアウト側
管路に、メータイン側管路の圧力をパイロット圧として
作動するカウンタバランス弁が設けられた油圧作業機械
のアクチュエータ制御回路において、上記メータイン、
メータアウト両側管路間に、負荷下げ時に両側管路を連
通させる連通弁が設けられるとともに、メータイン側お
よびメータアウト側両管路の圧力の差に応じてこの差圧
が小さくなる方向にメータイン流量を制御する流量調整
弁が設けられてなることを特徴とする油圧作業機械のア
クチュエータ制御回路。
【請求項２】請求項１記載の油圧作業機械のアクチュ
エータ制御回路において、油圧ポンプの吐出管路と負荷
下げ時のメータイン側管路との間に、コントロールバル
ブを迂回するバイパス管路が設けられ、このバイパス管
路に流量調整弁が設けられたことを特徴とする油圧作業
機械のアクチュエータ制御回路。
【請求項３】請求項１または２記載の油圧作業機械の
アクチュエータ制御回路において、連通弁として、メー
タイン側管路の圧力をパイロットとして導入される油圧
パイロット弁、流量調整弁として、メータイン側および
メータアウト側両管路の圧力を相対抗して導入される油
圧パイロット弁がそれぞれ用いられたことを特徴とする
油圧作業機械のアクチュエータ制御回路。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれかに記載の油圧
作業機械のアクチュエータ制御回路において、カウンタ
バランス弁に、同弁の開き時にメータアウト側管路をメ
ータイン側管路に連通させる連通路が設けられることに
より、カウンタバランス弁が連通弁を兼ねるように構成
されたことを特徴とする油圧作業機械のアクチュエータ
制御回路。