JP2004278746A - Hydraulic operating device of construction machinery - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は建設機械の油圧操作装置に関するものであり、特に、操作レバーの操作量と機械の動きとの関係がエンジン回転数の影響を受けることを防止できるように構成した建設機械の油圧操作装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
この種の建設機械の油圧操作装置として、特許文献1のようなものがある。
【0003】
【特許文献1】特開平8−282978号公報
【0004】
この特許文献1中の油圧操作装置に関する部分を概略記載したものを図4に示す。油圧操作装置は、図4に示すように、エンジン1と、エンジン1によって駆動される油圧ポンプ2と、油圧ポンプ2の吐出油を流量制御してアクチュエータへ供給する流量制御弁3と、操作レバー4の操作にて2次圧を発生し、この2次圧にて前記流量制御弁3を制御する比例減圧弁5とから構成されたものが知られている。なお、特許文献1中には記載されていないが、油圧ポンプ2は、通常、回転数を可変できる動力源であるエンジンによって駆動されるので、図4中にはエンジン1を記載している。
【0005】
前記流量制御弁3のPポートには、油圧ポンプ2から吐出された圧油が1次流量として供給される。また、比例減圧弁5のPポートにはパイロット油圧ポンプ15からの吐出油が供給され、操作レバー4の操作に応じて減圧されたパイロット2次圧がa2またはb2ポートに発生する。例えば、流量制御弁3の油室a1に操作圧Piが入ると、スプールの移動により油圧ポンプ2から供給される圧油が1次流量として流量制御弁3のAポートとTポートに分流されてAポートに2次流量が流れる。図5に模式的に示すように、流量制御弁3の内部にはスプールの移動量により変化する絞り6,7,8が形成されている。(絞り6は、PポートからTポートへの油路に、絞り7は、PポートからAポートへの油路に、絞り8は、BポートからTポートへの油路にそれぞれ形成されている。)
【0006】
次に、図6及び図7にて流量制御弁3の作動原理について説明する。流量制御弁3は、中立位置ではP→Tへの油路の絞り6が開放され、P→A(又はB)への油路の絞り7及びB(又はA)→Tへの油路の絞り8は閉止している。流量制御弁3のスプールを移動させていくと、図6▲1▼に示すように、スプールの移動量(増加)に応じてP→Tへの油路の絞り6開口面積が減少していく。これと同時に、P→A(又はB)への油路の絞り7及びB(又はA)→Tへの油路の絞り8は、同図▲2▼に示すように、開口面積が増加していく。この結果、流量制御弁3のPポートに流入する1次流量は、中立位置では全量Tポートに流れるが、スプールの移動に伴いP→Tへの油路の絞り6が絞られていき、Pポートには絞り量に応じ圧力Pp(以下、ポンプ吐出圧という)が発生する。このポンプ吐出圧Ppが、A(又はB)ポートに接続した負荷が必要とする圧力Pa(以下、負荷圧という)を超えると、PポートからA(又はB)ポートへ油が流れ始め、流量制御弁3に接続される不図示のアクチュエータが動作を開始する。
【0007】
このA(又はB)ポートへの圧油の流れ始め(アクチュエータの動き始め)時点(A又はBポートへの流量は未だ0)のとき、発生する力と流量の関係は、次式のようになる。
Q=α・F√(2g・p/γ)
Q;流量、α;流量係数、F;絞り開口面積、γ;油の比重量、g;重力加速度、p;差圧。
即ち、ポンプ吐出圧Ppは1次流量Qpの二乗に比例することが分かる。従って、1次流量Qpが変化すると、同じスプール位置で発生する圧力Ppが大きく変化することになり、負荷側が要求する圧力Paを圧力Ppが超えるときの絞り6の面積が、1次流量Qpの関数として決まる。即ち、アクチュエータが動き始めるときのスプールの移動量は1次流量Qpの関数として決定されることを意味する。PポートからAポートへ油が流れると、絞り7による圧損が前述した式のように発生するため、Pp=Paでは実際には油は流れない。流れる油の量は、前述したように差庄p(Pp−Pa)と絞り7の面積の関数となるが、Ppが1次流量Qpの影響を強く受けるために、この流量もQpの影響を強く受ける。
【0008】
以上の原理により、流量制御弁3のスプール移動量とアクチュエータの速度の関係を模式的に表すと、図7のようになり、流量制御弁3の1次流量Qpが少ないときの特性は破線、1次流量Qpが多いときの特性は実線で示すように、
(1)アクチュエータが動き出すときのスプール位置が1次流量Qpの変化で大きく変動する。
(2)速度制御に使える範囲が少ない。(破線、実線の状態とも、スプール移動量の半分程度)
といった欠点がある。従って、操作レバー4の操作量と流量制御弁3のスプール移動量が略比例するため、上記の欠点は、
(1)アクチュエータが動き始めるときの操作レバー4の位置が、1次流量の変化で大きく変動する。とりわけ、Qpが小流量の時に操作レバー4を大きく動かさないと動作しないという不具合がある。
(2)速度制御に使える操作レバーの範囲が少ない。
ということになり、操作性が悪かった。
【0009】
流量制御弁3の1次流量Qpは、油圧ポンプ2の吐出量に依存し、油圧ポンプ2の吐出量は、油圧ポンプ2を駆動するエンジン1の回転数に依存する。
そこで、操作レバー4の操作量とアクチュエータの動きとがエンジン1の回転数の影響を受けないようにするために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の建設機械の油圧操作装置は、上記目的を達成するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、回転数を可変できる動力源にて駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプから吐出される圧油を流量制御してアクチュエータへ供給する流量制御弁と、操作レバーの操作にて2次圧を発生し、この2次圧にて前記流量制御弁を制御する比例減圧弁とからなる建設機械の油圧操作装置に適用され、前記比例減圧弁と並列に介装され、制御信号に基づいて所定の2次圧を発生する電磁比例減圧弁と、前記比例減圧弁の2次圧と前記電磁比例減圧弁の2次圧を高圧選択して前記流量制御弁に導く手段と、前記比例減圧弁の2次圧を検出する圧力検出手段と、前記動力源の回転数を検出する回転数検出手段とを設け、前記検出される動力源の回転数と前記比例減圧弁の2次圧とに基づいて、前記電磁比例減圧弁を制御する演算装置を備えたことを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、前記流量制御弁の1次流量が最大のときは、前記比例減圧弁の2次圧と電磁比例減圧弁の2次圧とが略等しくなるように制御し、前記流量制御弁の1次流量が最小のときは、前記比例減圧弁の2次圧をパラメータにした所定の関数に従って前記電磁比例減圧弁に2次圧を発生させるように制御する演算装置を備えたことを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に従って詳述する。尚、説明の都合上、従来技術と同一構成部分には同一符号を付してその説明を省略する。図1は建設機械の油圧操作装置を示す。比例減圧弁5のa2ポートと流量制御弁3の油室a1とは管路50により接続され、管路50には比例減圧弁5と並列に電磁比例減圧弁11が管路51により接続される。この電磁比例減圧弁11は、油圧源16から供給される圧油を所定の圧力に減圧し2次圧として流量制御弁3の油室a1に出力する。管路50と管路51との間には、比例減圧弁5の2次圧と電磁比例減圧弁11の2次圧とを高圧選択して流量制御弁3の油室a1に供給するシャトル弁12が設けられる。また、管路50には、比例減圧弁5の2次圧を検出する手段として圧力センサ10が設けられる。
【0012】
これと同様に、比例減圧弁5のb2ポートと流量制御弁3の油室b1とは管路60により接続され、管路60には比例減圧弁5と並列に電磁比例減圧弁21が管路61により接続される。この電磁比例減圧弁21は、油圧源16から供給される圧油を所定の圧力に減圧し2次圧として流量制御弁3の油室b1に出力する。管路60と管路61との間には、比例減圧弁5の2次圧と電磁比例減圧弁21の2次圧とを高圧選択して流量制御弁3の油室b1に供給するシャトル弁22が設けられる。また、管路60には、比例減圧弁5の2次圧を検出する手段として圧力センサ20が設けられる。
【0013】
尚、30は油圧ポンプ2を駆動する動力源であるエンジン1の回転数を検出する手段としての回転センサであり、エンジン1の回転数を検出することにより、このエンジン1によって駆動される油圧ポンプ2の吐出流量(1次流量)を検出できる。そしてこのエンジン回転数に基づいて、1次流量の最大流量、最小流量を予め設定する。
【0014】
また、圧力センサ10,20並びに回転センサ30の検出信号に基づいて電磁比例減圧弁11,21の制御信号を演算する演算装置を備えたコントローラ40が設けられ、該コントローラ40は、圧力センサ10,20が検出した圧力信号と、回転センサ30が検出した回転数信号を入力し、後述する制御特性(関数)に基づいて電磁比例減圧弁11及び21へ制御信号を出力する。
【0015】
次に、図2にてコントローラ40にて演算される電磁比例減圧弁11,21の制御信号について説明する。図2は、比例減圧弁5の2次圧と電磁比例減圧弁11,21の2次圧との関係を示している。回転センサ30にてエンジン1の回転数を検出し、その回転数により流量制御弁3の1次流量が最大とされるときには、電磁比例減圧弁11,21は、比例減圧弁5の2次圧と略同圧の2次圧を発生するように制御される。即ち、コントローラ40は、回転センサ30で検出されたエンジン1の回転数が所定値以上であると油圧ポンプ2による1次流量が最大であることを判断する。そして、圧力センサ10,20で検出される比例減圧弁5の2次圧(検出信号)に基づいて、図2の実線で示すように、電磁比例減圧弁11,21が比例減圧弁5の2次圧と略同圧の2次圧を出力するように電磁比例減圧弁11,21に制御信号を出力する。これにより、流量制御弁3の油室a1、b1には、高圧選択弁12,22を介して比例減圧弁5の2次圧と略同圧の2次圧が作用し、流量制御弁3は操作レバー4の操作により比例制御弁5が出力する2次圧によって制御される。
【0016】
なお、上記の場合、流量制御弁3の油室a1、b1には比例減圧弁5の2次圧と略同圧が作用することになるため、電磁比例減圧弁11,21は、2次圧を出力しないか、もしくは比例減圧弁5の出力する2次圧より小さい2次圧を出力するようにしても高圧選択弁12,22により比例減圧弁5の2次圧が選択されて上記と同等の作用を実現できる。
【0017】
一方、回転センサ30にてエンジン1の回転数を検出し、その回転数により流量制御弁3の1次流量が最小とされるときには、電磁比例減圧弁11,21は、1次流量が最大のときに発生する2次圧よりも大きい2次圧(比例減圧弁5の2次圧より大)を図2の破線で示すような特性で出力するように制御される。即ち、コントローラ40には、比例減圧弁5の2次圧をパラメータとし、下記条件を満たすように予め設定される特性(関数)により演算される2次圧を出力するように電磁比例減圧弁11,21に制御信号を出力する。これにより、流量制御弁3の油室a1,b1には、高圧選択弁12,22を介して比例減圧弁5の2次圧に応じて上記特性に基づいて電磁比例減圧弁11,21が出力する2次圧が作用し、流量制御弁3は、操作レバー4の操作により、その2次圧によって制御される。なお、上記設定される特性は、
(1)アクチュエータの動き出し位置が1次流量の影響を受けずに最大流量時と略同位置となる。
(2)速度制御範囲が1次流量の影響を受けずに最大流量時と略同一となる。
の条件を満たすものであり、予め数種類の1次流量に関して実験を行って上記所定の関数を決定する。また、最小流量と最大流量との間の1次流量については、上記2つの条件を満たすように決定した所定の関数を補完して使用(図2中、「流量をパラメータに可変」として表す部分に対応。)することで、1次流量が最小流量から最大流量までの全流範囲で操作レバーの操作に対して上記条件のようにアクチュエータを駆動することができる。
【0018】
以上により、図7に示すように従来の油圧操作装置では、流量制御弁3の1次流量が最小のときは、スプール移動量の前半(〜L0)に不感帯があり、1次流量が最大の時は後半(L1〜)に不感帯がある。スプール移動量は比例減圧弁の操作角度に略比例するため1次流量が少ない時は操作レバーの操作量が大きくなる欠点があったが、本発明によれば、流量制御弁3の1次流量が最大流量のときよりも少ない場合は、上記特性に基づいて最大流量時よりも大きな2次圧で流量制御弁3を制御することで、操作レバーの同操作位置に対する流量制御弁3のスプールの移動量を最大流量時よりも大きくして、図3に示すように操作レバーの操作によるアクチュエータの動き出し位置を1次流量に関わりなく略同一とすることができ、また、比例減圧弁5の2次圧はスプール移動量L1相当で良いため、操作レバーの無駄な操作量を無くすことができる。
【0019】
尚、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が改変されたものに及ぶことは当然である。
【0020】
【発明の効果】
本発明の建設機械の油圧操作装置は、操作レバーの操作量と機械の動きとが動力源であるエンジン等の回転数の影響を受けることを防止できるとともに、速度制御に無効な操作レバーの操作範囲を無くすことが可能となり、また、アクチュエータの動き出し位置が1次流量の影響を受けずに略同位置となるとともに、速度制御範囲が1次流量の影響を受けずに略同一となって、操作性を大幅に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態を示し、建設機械の油圧操作装置の回路図。
【図2】本発明の一実施の形態を示し、比例減圧弁の2次圧と電磁比例減圧弁の2次圧指令の関係を示すグラフ。
【図3】本発明の一実施の形態を示し、比例減圧弁の操作角とアクチュエータ速度の変化との関係を示すグラフ。
【図4】従来技術を示し、建設機械の油圧操作装置の回路図。
【図5】従来技術を示し、流量制御弁の内部絞りの説明図。
【図6】従来技術を示し、流量制御弁のスプールの移動量と開口面積の変化との関係を示すグラフ。
【図7】従来技術を示し、流量制御弁のスプールの移動量とアクチュエータ速度の変化との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
1;エンジン、2;油圧ポンプ、3;流量制御弁、4;操作レバー、5;比例減圧弁、10,20;圧力センサ(2次圧検出手段)、11,21;電磁比例減圧弁、12,22;シャトル弁、30;回転センサ、40;コントローラ(演算装置)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a hydraulic operating device for a construction machine, and more particularly to a hydraulic operating device for a construction machine configured to prevent a relationship between an operation amount of an operation lever and a movement of the machine from being affected by an engine speed. It is about.
[0002]
Problems to be solved by the prior art and the invention
As a hydraulic operating device for a construction machine of this type, there is one as disclosed in Patent Document 1.
[0003]
[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-2829778
FIG. 4 schematically shows a portion related to a hydraulic operating device in Patent Document 1. As shown in FIG. 4, the hydraulic operating device includes an engine 1, a hydraulic pump 2 driven by the engine 1, a
[0005]
The pressure oil discharged from the hydraulic pump 2 is supplied to the P port of the
[0006]
Next, the operating principle of the
[0007]
At the time when the flow of the pressure oil to the A (or B) port starts (the movement of the actuator starts) (the flow rate to the A or B port is still 0), the relation between the generated force and the flow rate is as follows: Become.
Q = α · F√ (2g · p / γ)
Q: flow rate, α: flow coefficient, F: throttle opening area, γ: specific weight of oil, g: gravitational acceleration, p: differential pressure.
That is, it is understood that the pump discharge pressure Pp is proportional to the square of the primary flow rate Qp. Therefore, when the primary flow rate Qp changes, the pressure Pp generated at the same spool position greatly changes, and the area of the throttle 6 when the pressure Pp exceeds the pressure Pa required by the load side becomes equal to the primary flow rate Qp. Determined as a function. That is, the amount of movement of the spool when the actuator starts to move is determined as a function of the primary flow rate Qp. When oil flows from the P port to the A port, pressure loss due to the throttle 7 occurs as in the above-described equation, and therefore, when Pp = Pa, the oil does not actually flow. As described above, the amount of flowing oil is a function of the difference p (Pp−Pa) and the area of the throttle 7, but since Pp is strongly affected by the primary flow rate Qp, this flow rate is also affected by Qp. Receive strongly.
[0008]
FIG. 7 schematically shows the relationship between the amount of movement of the spool of the
(1) The spool position when the actuator starts to move greatly fluctuates due to a change in the primary flow rate Qp.
(2) The range that can be used for speed control is small. (Both the broken line and the solid line indicate about half the amount of spool movement.)
There are drawbacks. Therefore, since the operation amount of the operation lever 4 and the spool movement amount of the
(1) The position of the operation lever 4 when the actuator starts to move greatly fluctuates due to a change in the primary flow rate. In particular, there is a problem that the operation is not performed unless the
(2) The range of operation levers that can be used for speed control is small.
Therefore, the operability was poor.
[0009]
The primary flow rate Qp of the
Therefore, there arises a technical problem to be solved so that the operation amount of the
[0010]
[Means for Solving the Problems]
A hydraulic operating device for a construction machine according to the present invention has been made to achieve the above object, and the invention according to claim 1 has a hydraulic pump driven by a power source capable of varying the number of revolutions and the hydraulic pump. A flow control valve for controlling the flow rate of the pressure oil discharged from the pump and supplying it to the actuator; and a proportional pressure reducing valve for generating a secondary pressure by operating an operation lever and controlling the flow control valve with the secondary pressure. An electromagnetic proportional pressure reducing valve that is applied in parallel to the proportional pressure reducing valve and generates a predetermined secondary pressure based on a control signal; Means for selecting a high pressure between the pressure and the secondary pressure of the electromagnetic proportional pressure reducing valve and guiding the selected pressure to the flow control valve; pressure detecting means for detecting the secondary pressure of the proportional pressure reducing valve; and detecting the rotational speed of the power source. Rotation speed detection means, and the detected power source Based on the secondary pressure of the rolling speed and the proportional pressure reducing valve, characterized by comprising an arithmetic unit for controlling the solenoid proportional pressure reducing valves.
The invention according to claim 2 controls the secondary pressure of the proportional pressure reducing valve and the secondary pressure of the electromagnetic proportional pressure reducing valve to be substantially equal when the primary flow rate of the flow rate control valve is maximum, When the primary flow rate of the flow rate control valve is minimum, an arithmetic unit is provided for controlling the electromagnetic proportional pressure reducing valve to generate a secondary pressure according to a predetermined function using the secondary pressure of the proportional pressure reducing valve as a parameter. It is characterized by having.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. For convenience of explanation, the same components as those of the conventional art are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. FIG. 1 shows a hydraulic operating device of a construction machine. The port a2 of the proportional
[0012]
Similarly, the b2 port of the proportional
[0013]
[0014]
Further, a
[0015]
Next, control signals for the electromagnetic proportional
[0016]
In the above case, since the same pressure as the secondary pressure of the proportional
[0017]
On the other hand, when the rotation speed of the engine 1 is detected by the
(1) The movement start position of the actuator is substantially the same as the position at the maximum flow rate without being affected by the primary flow rate.
(2) The speed control range is substantially the same as at the maximum flow rate without being affected by the primary flow rate.
The above condition is satisfied, and the predetermined function is determined by conducting experiments on several types of primary flow rates in advance. For the primary flow rate between the minimum flow rate and the maximum flow rate, a predetermined function determined so as to satisfy the above two conditions is complemented and used (in FIG. 2, a part expressing “flow rate as a parameter”). In this case, the actuator can be driven under the above conditions for the operation of the operation lever in the entire range of the primary flow rate from the minimum flow rate to the maximum flow rate.
[0018]
As described above, in the conventional hydraulic operating device, as shown in FIG. 7, when the primary flow rate of the
[0019]
The present invention can be variously modified without departing from the spirit of the present invention, and it goes without saying that the present invention extends to modified ones.
[0020]
【The invention's effect】
The hydraulic operating device for a construction machine according to the present invention can prevent the operation amount of the operating lever and the movement of the machine from being affected by the rotation speed of the engine or the like that is the power source, and operate the operating lever invalid for speed control. It is possible to eliminate the range, and the movement start position of the actuator becomes substantially the same position without being affected by the primary flow rate, and the speed control range becomes substantially the same without being affected by the primary flow rate, Operability can be greatly improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a hydraulic operating device of a construction machine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing one embodiment of the present invention and showing a relationship between a secondary pressure of a proportional pressure reducing valve and a secondary pressure command of an electromagnetic proportional pressure reducing valve.
FIG. 3 is a graph showing an embodiment of the present invention and showing a relationship between an operation angle of a proportional pressure reducing valve and a change in actuator speed.
FIG. 4 is a circuit diagram of a hydraulic operating device of a construction machine, showing a conventional technique.
FIG. 5 is a view showing a conventional technique, and is an explanatory view of an internal throttle of a flow control valve.
FIG. 6 is a graph showing the prior art and showing the relationship between the amount of movement of the spool of the flow control valve and the change in the opening area.
FIG. 7 is a graph showing a related art, and showing a relationship between a movement amount of a spool of a flow control valve and a change in an actuator speed.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1; Engine 2;
Claims (2)
前記油圧ポンプから吐出される圧油を流量制御してアクチュエータへ供給する流量制御弁と、
操作レバーの操作にて2次圧を発生し、この2次圧にて前記流量制御弁を制御する比例減圧弁とからなる建設機械の油圧操作装置において、
前記比例減圧弁と並列に介装され、制御信号に基づいて所定の2次圧を発生する電磁比例減圧弁と、
前記比例減圧弁の2次圧と前記電磁比例減圧弁の2次圧とを高圧選択して前記流量制御弁に導く手段と、
前記比例減圧弁の2次圧を検出する圧力検出手段と、
前記動力源の回転数を検出する回転数検出手段とを設け、
前記検出される動力源の回転数と前記比例減圧弁の2次圧とに基づいて、前記電磁比例減圧弁を制御する演算装置を備えたことを特徴とする建設機械の油圧操作装置。A hydraulic pump driven by a power source capable of varying the rotation speed,
A flow rate control valve for controlling the flow rate of the pressure oil discharged from the hydraulic pump and supplying it to the actuator,
A hydraulic pressure control device for a construction machine comprising: a secondary pressure generated by operation of an operation lever; and a proportional pressure reducing valve that controls the flow rate control valve with the secondary pressure.
An electromagnetic proportional pressure reducing valve interposed in parallel with the proportional pressure reducing valve and generating a predetermined secondary pressure based on a control signal;
Means for selecting a high pressure between the secondary pressure of the proportional pressure reducing valve and the secondary pressure of the electromagnetic proportional pressure reducing valve and guiding the selected pressure to the flow control valve;
Pressure detecting means for detecting a secondary pressure of the proportional pressure reducing valve;
A rotation speed detection means for detecting the rotation speed of the power source,
A hydraulic operating device for a construction machine, comprising: a calculating device that controls the electromagnetic proportional pressure reducing valve based on the detected rotation speed of the power source and a secondary pressure of the proportional pressure reducing valve.
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