JP2004225868A - 作業機械の油圧制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】作動油を供給する可変容量形ポンプと、操作体によって操作されそのポンプから吐出された作動油を制御するコントロール弁と、このコントロール弁からの作動油によって作動するアクチュエータと、このアクチュエータに流入する作動油の一部をタンクに戻す流路に設けられ戻りの作動油流量を絞るブリードオフ手段と、可変容量形ポンプおよびブリードオフ手段を制御する制御手段とを備え、この制御手段は、操作体が操作されてアクチュエータ要求流量C1がポンプ最小流量L1を超えるときにブリードオフC2′を閉じ切るとともに、ポンプ最小流量L1を超えた後は可変容量形ポンプのポンプ流量C5を、操作体の操作量に応じて所定量減少させるように構成されていることを特徴とする。
【選択図】 図4
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ショベルやクレーンなどの油圧で制御される作業機械に関し、より詳しくはポンプ流量を節減することのできる油圧制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
油圧式作業機械の油圧回路においては、流量制御用としてブリードオフ回路が広く用いられている。このブリードオフ回路は、例えば、ポンプとタンクを連通するブリードオフ絞りをコントロール弁に設けたものでは、レバー操作量に応じてコントロール弁のスプールに形成されているブリードオフ絞りの開度が変化するように構成されている。
【0003】
これにより、レバー操作を行うと、ポンプからアクチュエータを介さずに直接タンクに流れる余剰流量がレバー操作に応じて変化するため、アクチュエータへの流入流量が変化し、その結果、アクチュエータ速度を制御することができる。しかしながら、このようなブリードオフ回路では、上記余剰流量によるブリードオフ損失が大きく、エネルギー効率が低いという問題がある。
【0004】
このブリードオフ流量を低減すれば、エネルギー効率を高めることができることは容易に考えられる。しかしながら、ブリードオフ回路は、回路内の圧力変動を低減し安定化させる機能を有しているため、単純にブリードオフ流量を減少させると、回路内の圧力変動が増大し安定性が損なわれることになる。
【0005】
この問題に対して、負荷圧を検出してポンプ流量制御を行うことで、ブリードオフ損失を低減できるようにした油圧システムが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【0006】
【特許文献1】
特公平3−64655号公報(第(13)頁、第6図)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の油圧システムでは、負荷圧が大きい場合、負荷圧を検出してポンプ流量を低減するようになっているため、負荷圧が大きくアクチュエータ速度が小さい場合には、ポンプ流量が低減されブリードオフにおける余剰流量および損失を低減することができる。
【0008】
しかしながら、負荷圧が低い場合にはポンプ流量が低減しないため、レバー操作量が小さくアクチュエータ速度が小さい領域ではブリードオフによって余剰流量が発生し、余剰流量およびエネルギー損失を十分に低減させることができないという問題がある。また、この油圧システムでは、負荷圧が高くなるとポンプ流量が急激にカットされるため、圧力変動が発生しやすく安定性が低いという問題もある。
【0009】
本発明は以上のような従来の油圧システムにおける課題を考慮してなされたものであり、安定した運転を維持しつつポンプ流量を節減することができる作業機械の油圧制御装置を提供するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、作動油を供給する可変容量形ポンプと、操作体によって操作されそのポンプから吐出された作動油を制御するコントロール弁と、このコントロール弁からの作動油によって作動するアクチュエータと、このアクチュエータに流入する作動油の一部をタンクに戻す流路に設けられ戻りの作動油流量を絞るブリードオフ手段と、可変容量形ポンプおよびブリードオフ手段を制御する制御手段とを備え、この制御手段は、操作体が操作されてアクチュエータ要求流量がポンプ最小流量を超えるときにブリードオフを閉じ切るとともに、ポンプ最小流量を超えた後は可変容量形ポンプのポンプ流量を、操作体の操作量に応じて所定量減少させるように構成されている作業機械の油圧制御装置である。
【0011】
本発明に従えば、例えば操作レバーなどの操作体が操作され、アクチュエータ要求流量がポンプ最小流量を超える位置に操作されると、まずブリードオフが閉じ切られて余剰流量がゼロとなりブリードオフ損失が抑制される。さらに深く操作されると、ポンプ圧およびレバー操作量に応じて所定の式により計算される流量だけポンプ流量が減少するように可変容量形ポンプが制御される。その結果、ブリードオフ損失を低減させるにあたりブリードオフを閉じ切っても圧力変動を発生することなく安定した運転を行うことができるようになる。
【0012】
また、本発明において、操作体の最大操作位置までブリードオフが開いていると仮定した場合の第一のブリードオフ流量計算式とポンプ最小流量を超えるときにブリードオフを閉じ切る第二のブリードオフ流量計算式とから求められるブリードオフ流量の差分を上記所定量とすれば、最大操作量までブリードオフが閉じられない従来のブリードオフ制御と等価なアクチュエータ供給流量を得ることができるようになる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示した実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【0014】
図1は、本発明に係る油圧制御装置の油圧回路を示したものである。
【0015】
1はアクチュエータとしての油圧シリンダ2に作動油を供給する可変容量形ポンプであり、モータ1aによって駆動する。
【0016】
3はその油圧シリンダ2への供給流量を制御するためのコントロール弁であり、4はそのコントロール弁3に内蔵され、ポンプ1とタンク5とを連通する油路上に設けられたブリードオフ絞り(ブリードオフ手段)である。
【0017】
6はポンプ1と油圧シリンダ2を連通する油路上に設けられたメータイン絞りであり、7は油圧シリンダ2とタンク5とを連通する油路上に設けられたメータアウト絞りである。
【0018】
操作レバー(操作体)8を操作すると、リモコン弁9から導出されるパイロット圧P1(またはP2)がパイロットライン10a(または10b)を通じてコントロール弁3のいずれか一方のパイロットポートに作用し、コントロール弁3が中立位置aからb位置、またはc位置に切り換わるようになっている。
【0019】
コントロール弁3がb位置に切り換わると、油圧ポンプ1からの作動油が給排路11の一方の給排路11aを通じて油圧シリンダ2に供給され、戻油は他方の給排路11bを通じてタンク5に戻る。
【0020】
また、c位置に切り換わると、作動油が給排路11bを通じて油圧シリンダ(アクチュエータ)2に供給され、戻油は給排路11aを通じてタンク5に戻る。
【0021】
12a,12bはポートリリーフ弁であり、13a,13bはメークアップ用チェック弁である。このメークアップ用チェック弁13a,13bは、アクチュエータ消費流量に対してポンプ流量が不足している場合に、給排路11内がキャビテーションを起こすことを防止するためのものであり、全体としてブレーキ弁を構成する。
【0022】
14は回路圧を一定に保つためのメインリリーフ弁であり、15はそのメインリリーフ弁14の上流側圧力としてのポンプ圧Ppを検出するための圧力センサである。
【0023】
16aおよび16bは、上記パイロットライン10aおよび10bのパイロット圧を検出する圧力センサであり、この圧力センサ16a,16bから出力される圧力信号と上記圧力センサ15から出力される圧力信号はそれぞれコントローラ(制御手段)17に与えられる。
【0024】
このコントローラ17の制御動作を以下に説明する。
【0025】
図2(a)は比較例として示した従来のブリードオフ制御であり、同図(b)は本実施形態によるブリードオフ制御を示している。なお、両図において、上段はブリードオフ開口特性を示し、下段はレバー操作量に対するアクチュエータ流量特性をそれぞれ示している。
【0026】
図2(a)において、C1はアクチュエータ要求流量の変化を示しており、従来のブリードオフ制御では、レバー操作量が大きくなるに従ってアクチュエータ要求流量が増加し、C2に示されるようにレバー操作量がLmaxとなった時に閉じ切るように構成されている。
【0027】
これに対し、本実施形態によるブリードオフ制御では、図2(b)に示すように、アクチュエータ要求流量が可変容量ポンプ1の最低吐出量Q1より大きくなるレバー操作量L1の位置において、C2′に示されるようにブリードオフ絞りが閉じきるように構成されている。
【0028】
このようにブリードオフを途中で閉じ切ると、流量制御ができなくなるが、本実施形態ではポンプの最低吐出量Q1以上についてはブリードオフ制御に代えてポンプ制御を行うようにしている。
【0029】
すなわち本実施形態は、最低吐出量Q1を下回るようなポンプ制御が行えない範囲についてはブリードオフ制御を行い、最低吐出量Q1以上の範囲についてはポンプ制御を行うことによってポンプ流量の節減を図るようになっている。
【0030】
次にその可変容量ポンプ1の流量制御について説明する。
【0031】
従来、一般的に用いられている油圧回路では、図3(a)に示したようにレバー操作量がフルレバーLmaxとなった時に閉じきる方式が用いられている。この場合、ブリードオフ流量Qrefは、次式(第一のブリードオフ流量計算式)により求められる。
【0032】
Qref = Cv・Aref・√P (1)
ここで、Cv:流量係数 Aref:従来のブリードオフ開口面積(図3)、P:ポンプ圧である。
【0033】
これに対して、本実施形態によるブリードオフ流量Qは次式(第二のブリードオフ流量計算式)により求められる。
【0034】
Q=Cv・A・√P (2)
ここで、A:本発明のブリードオフ開口面積(図2)である。
【0035】
本実施形態ではブリードオフを途中で閉じ切るため、A<Arefの関係が成り立つ。
【0036】
したがって、ポンプ流量は次式のように与えられる。
【0037】
Qp=Qpref − (Qref −Q)=Qpref −(Aref −A) ・Cv・√P (3)
ただし、Qprefは従来の方式によるポンプ流量である。
【0038】
次に本発明の効果について図3および図4を参照しながら説明する。
【0039】
図3はブリードオフ制御を説明するために図1の油圧回路を簡略化したものである。同図(a)において、アクチュエータへの流入流量Qmiは、従来の方法では次式のようになる。
【0040】
Qmi1=Qpref−Qref (4)
一方、本発明によるアクチュエータの流入流量は、同図(b)に示すように次式のようになる。
【0041】
Qmi2=Qp−Q (5)
ここで、Qpについては(3)式のように定義されるため、その(3)式を式(5)に代入すると次式が得られる。
【0042】
Qmi2=Qpref−(Qref−Q)−Q=Qpref−Qref (6)
すなわち、Qmi1=Qmi2となり、本実施形態のアクチュエータ流入流量は従来の方法と同等となる。このことより、本実施形態によれば、レバー操作に対してアクチュエータは従来と同等の動きが得られる。換言すれば、従来と同じ操作性が得られることになる。
【0043】
図4は、本実施形態によるブリードオフ制御(同図(b)参照)を従来のブリードオフ制御(同図(a)参照)と対比して示したものである。なお、各グラフにおいて図2と同じ要素については同一符号を付してその説明を省略する。
【0044】
図4(a)中段において、従来のブリードオフ損失については、C3に示すように、フルレバーLmaxとなるまでポンプ流量の方がアクチュエータ要求流量よりも大きく、このため図4下段に示すように、フルレバーLmaxとなるまでブリードオフ流量C4が0とならず、ブリードオフ損失が大きい(図中、斜線部分S1参照)。
【0045】
これに対して、本実施形態によれば、図4(b)中段に示すようにレバー操作量がL1以上の領域ではポンプ流量とアクチュエータ要求流量が一致するため(C1,C5参照)、図4(b)下段に示すようにブリードオフ流量C6が0となり、ブリードオフ損失を低減させることができる(図中、斜線部分S2参照)。
【0046】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、請求項1の本発明によれば、制御手段は、操作体が操作されてアクチュエータ要求流量がポンプ最小流量を超えるときにブリードオフを閉じ切るとともに、ポンプ最小流量を超えた後は可変容量形ポンプのポンプ流量を、操作体の操作量に応じて所定量減少させるように構成されているため、操作量の小さい範囲についてブリードオフを閉じ切ることにより余剰流量をゼロとすることができ、また、操作量が大きい範囲については可変容量形ポンプを制御してポンプ流量を節減することができる。その結果、ブリードオフを閉じ切っても圧力変動を発生することなく安定した運転を行うことができ、かつ余剰流量を減らしてエネルギー効率を向上させることができる。
【0047】
請求項2の本発明によれば、最大操作量までブリードオフが閉じられない従来のブリードオフ制御と等価なアクチュエータ供給流量を得ることができるため、従来のブリードオフ制御と同じ操作性を維持しながらエネルギー効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る油圧制御装置の構成を示す油圧回路図である。
【図2】(a)は比較例としての従来のブリードオフ開口特性図、(b)は本発明によるブリードオフ開口特性図である。
【図3】(a)は比較例としての従来のブリードオフ説明図、(b)は本発明によるブリードオフ説明図である。
【図4】ブリードオフ損失を比較したものであり、(a)は従来のブリードオフ流量グラフ、(b)は本発明によるブリードオフ流量グラフである。
【符号の説明】
1 可変容量形ポンプ
2 油圧シリンダ
3 コントロール弁
4 ブリードオフ絞り
5 タンク
6 メータイン絞り
7 メータアウト絞り
8 操作レバー
9 リモコン弁
10 パイロットライン
11 給排路
14 メインリリーフ弁
15 圧力センサ
17 コントローラ
Claims (2)
- 作動油を供給する可変容量形ポンプと、操作体によって操作されそのポンプから吐出された作動油を制御するコントロール弁と、このコントロール弁からの作動油によって作動するアクチュエータと、このアクチュエータに流入する作動油の一部をタンクに戻す流路に設けられ戻りの作動油流量を絞るブリードオフ手段と、上記可変容量形ポンプおよびブリードオフ手段を制御する制御手段とを備え、
上記制御手段は、上記操作体が操作されてアクチュエータ要求流量がポンプ最小流量を超えるときにブリードオフを閉じ切るとともに、ポンプ最小流量を超えた後は上記可変容量形ポンプのポンプ流量を、上記操作体の操作量に応じて所定量減少させるように構成されていることを特徴とする作業機械の油圧制御装置。 - 上記操作体の最大操作位置までブリードオフが開いていると仮定した場合の第一のブリードオフ流量計算式と上記ポンプ最小流量を超えるときにブリードオフを閉じ切る第二のブリードオフ流量計算式とから求められるブリードオフ流量の差分を、上記所定量とする請求項1記載の作業機械の油圧制御装置。
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JP2003017396A JP4003644B2 (ja) | 2003-01-27 | 2003-01-27 | 作業機械の油圧制御装置 |
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JP2013531206A (ja) * | 2010-06-28 | 2013-08-01 | ボルボ コンストラクション イクイップメント アーベー | 建設機械の油圧ポンプの流量制御システム |
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- 2003-01-27 JP JP2003017396A patent/JP4003644B2/ja not_active Expired - Fee Related
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