JP2004353859A

JP2004353859A - 建設重装備用アクチュエータ油量可変制御装置

Info

Publication number: JP2004353859A
Application number: JP2003380867A
Authority: JP
Inventors: Jin Wook Kim; ウックキムジン
Original assignee: Volvo Construction Equipment AB
Current assignee: Volvo Construction Equipment AB
Priority date: 2003-05-28
Filing date: 2003-11-11
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2023-11-11
Also published as: GB2402173A; GB0327183D0; DE10356972B4; US6915729B2; CN1573631A; FR2855622A1; GB2402173B; US20040237772A1; KR100518767B1; FR2855622B1; JP3864155B2; KR20040102596A; DE10356972A1; ITMI20032438A1; CN1307498C

Abstract

【課題】油圧ポンプの吐出油量に開閉可能に設けられるシートバルブを駆動させるよう加わる信号圧が一定圧力以上である場合にも、油圧ポンプからの一定した油量がアクチュエータへ円滑に供給できるようにした。
【解決手段】方向切換バルブ１００と、ポンプの通路に開閉可能に設けられ負荷通路に流込まれる油量を制御するシートバルブ体５００の移動量を制御するパイロット油量制御バルブ２とを備える油量制御装置において、ハウジングに対し移動可能に設けられ、移動量に応じて可変されるパイロット圧制御可変スロットル５１２を有する第２シートバルブ５０２に対して移動可能に弾設され、油圧ポンプからの作動油が一方向に制御する第３シートバルブ５０３と、パイロットスプール４１を切換させながら下流側通路からの圧力が一定圧力以上に上昇時、第２シートバルブを上側方向へ移動させ絞縮された通路の断面積を拡張させる補助ピストン６０４とを備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、ブームシリンダー等のアクチュエータに供給される油量を信号圧により可変的に制御できるようにした、建設重装備用アクチュエータ油量可変制御装置に関する。

更に詳細には、油圧ポンプに吐出油量に開閉可能に設置されるシートバルブを駆動させるよう加わる油量制御信号圧が、一定圧力以上である場合においても、油圧ポンプからの一定した油量がアクチュエータへ流れるようにしてアクチュエータが円滑に作動できるようにした、建設重装備用アクチュエータ油量可変制御装置に関する。

図１に示されたように、従来技術による建設重装備用アクチュエータ油量制御装置は、パイロット信号圧印加時スプール（３）の切換により油圧アクチュエータ（ブームシリンダー等をいう）の起動、停止及び方向転換を制御する方向切換バルブ（１００）と、油圧ポンプより移動通路（７Ｃ）（７Ａ、７Ｂ）を通して一対の主可変スロットル（１６Ａ，１６Ｂ）に供給油量を制限し、一対の負荷通路（６Ａ，６Ｂ）に流込まれる油量を補助的に制限するため、移動通路（７Ｃ）（７Ａ，７Ｂ）に開閉可能に設置されるシートバルブ体（５００）と、パイロット信号圧（Ｐｉ）印加時パイロットスプール（４１）の切換によりシートバルブ体（５００）の移動量を制御するパイロット油量制御バルブ（２）とを備える。

このとき、一対の負荷通路（６Ａ，６Ｂ）における圧力と上流側通路（７Ｃ）との間での圧力差により移動されるシートバルブ体（５００）は、ハウジング（１）内を移動しながら移動量に応じて開口面積を変化させるパイロット制御可変スロットル（５１２）を有する第１シートバルブ（５０１）と、第１シートバルブ（５０１）に対し移動しながら移動量に応じて油圧ポンプの上流側通路（７Ｃ）から下流側通路（７Ａ，７Ｂ）への開口面積を変化させる補助可変スロットル（５１１）を有する第２シートバルブ（５０２）とからなる。

更に詳細に説明すると、第２シートバルブ（５０２）は、油圧ポンプの作動油移動通路（７Ｃ）（７Ａ，７Ｂ）の補助可変スロットル（５１１）より上流側通路（７Ｃ）を補助可変スロットル（５１１）によって下流側通路（７Ａ，７Ｂ）に連結され、パイロット圧制御可変スロットル（５１２）によってパイロット油量制御バルブ（２）のパイロットライン（５２１）と連結される。このとき、パイロットライン（５２１）は中立状態のパイロットスプール（４１）により油圧ポンプのパイロットライン（５２２）と塞がれた状態を維持することになる。

図面中の１は、スプール（３）が切換可能に設けられシートバルブ体（５００）が内設されるハウジングであって、５２５はパイロットスプール（４１）外周縁に形成されパイロットスプール（４１）の移動に応じて可変される可変スロットルであり、Ｃは方向切換バルブ（１００）一側端に装着され油圧ポンプの作動油が負荷通路（６Ａ，６Ｂ）に供給されないように、スプール（３）を弾性固定させる弾性部材（Ｄ）とが内設されるスプールキャップである。

従って、パイロット油量制御バルブ（２）パイロット信号圧（Ｐｉ）が印加されていない場合、第２シートバルブ（５０２）は負荷通路（６Ａ，６Ｂ）における圧力と油圧ポンプの上流側通路（７Ｃ）との間での圧力差により自然と動くようになるので、負荷通路（６Ａ，６Ｂ）における圧力が油圧ポンプの圧力より高い場合においても、時間遅延なく上流側通路（７Ｃ）と下流側通路（７Ａ，７Ｂ）との間を閉鎖することになるので、油圧シリンダーを制御できなくなる危険の防止となる。

一方、図示しない油圧モータ駆動時または負荷の大きい他の油圧シリンダーを駆動させるため、油圧シリンダーに供給される油量を制限しようとする場合、パイロット油量制御バルブ（２）に印加されるパイロット信号圧（Ｐｉ）の大きさに比例してパイロットスプール（４１）が図１の図面の左側へ切換えられる。

これにより、塞がれていたパイロット（５２２、５２１）がパイロットスプール（４１）の可変スロットル（５２５）を経由して開かれることになり、油圧ポンプの作動油圧力がパイロット通路（５２２、５２１）を通過して第１シートバルブ（５０１）の圧力室（５２４）に供給される。

このとき、パイロットスプール（４１）の可変スロットル（５２５）の開き量とパイロット圧制御可変スロットル（５１２）の開き量との条件において相互比例するよう、第１シートバルブ（５０１）が図１図面上の下側方向へ移動し第２シートバルブ（５０２）の上方向への動きを制限することになる。第２シートバルブ（５０２）の移動量を制限することによって、油圧ポンプの上流側通路（７Ｃ）から下流側通路（７Ａ，７Ｂ）へ流込まれる油量を調節することになる。

しかし、従来技術油量制御装置においては、前記パイロット油量制御バルブ（２）に印加されるパイロット信号圧（Ｐｉ）が一定圧力以上である場合、第１シートバルブ（５０１）が図１図面上の下側方向へ最大限移動することになるので、第２シートバルブ（５０２）は閉鎖されてしまう。

これにより、油圧ポンプの上流側通路（７Ｃ）から下流側通路（７Ａ、７Ｂ）へ移動される油量を制限して、他の油圧シリンダーの優先機能は可能である反面、複合作動の際、一定圧力以上においては多すぎる通過面積の絞縮による圧力損失が発生されるという問題点を有した。

本発明の目的は、シートバルブを駆動させるパイロット信号圧が一定圧力以上に作用してシートバルブが最大に絞縮される場合においても、アクチュエータの負荷圧力が一定圧力以上である時、シートバルブを開放させ圧力損失を減らし作動油を効率的に活用できるようにした、建設重装備用アクチュエータ油量可変制御装置を提供することにある。

前述した本発明の他の目的は、油圧ポンプに連結されるアクチュエータと、油圧ポンプとアクチュエータとの間に設けられパイロット信号圧印加時スプールの切換によりアクチュエータの起動、停止及び方向転換を制御する方向切換バルブと、ポンプ通路より移動通路を通した一対の主可変スロットルに供給される油量を制限し、一対の負荷通路に流込まれる油量を補助的に制限するため移動通路に開閉可能に設けられるシートバルブ体と、パイロット信号圧印加時パイロットスプールの切換によりシートバルブ体の移動量を制御するパイロット油量制御バルブとを備える、建設重装備用アクチュエータ油量制御装置において、前記シートバルブ体が設置されるハウジングに対し移動可能に設けられ、移動量に応じて可変されるパイロット圧制御可変スロットルを有する第１シートバルブと、油圧ポンプのポンプ通路と移動通路との間に開閉可能に設けられ、第１シートバルブに対し移動時ポンプ通路から移動通路への開口面積を変化させる制御可変スロットルを有する第２シートバルブと、第２シートバルブに対し移動可能に弾設され、油圧ポンプより吐出される作動油を一方向へ流れるよう制御する第３シートバルブと、パイロットスプール内部にスライディング移動可能に設けられ、下流側通路からの作動圧によりフィードバックされパイロットスプールを切換させ、下流側通路の圧力が一定圧力以上に上昇した際、第２シートバルブを上側方向へ移動させ絞縮された通路の断面積を拡張させる補助ピストンとを備えることを特徴とする、建設重装備用アクチュエータ油量可変制御装置を提供することによって達成される。

望ましい実施例によれば、前記補助ピストンを加圧するようパイロット圧を供給する流路は；入口側が下流側通路に連通されるようハウジングに形成される第１パイロット流路と、入口側が第１パイロット流路の出口側に連通されるようパイロット油量制御バルブに形成される第２パイロット流路と、入口側が第２パイロット流路の出口側に連通されるようパイロット油量制御バルブに形成される第３パイロット流路と、補助ピストンが結合されるようパイロットスプールに形成された結合溝に連通され第３パイロット流路の出口側に連通されるオリフィスとを備える。

なお、前記第３シートバルブは第２シートバルブを加圧して油圧ポンプの上流側通路と油圧ポンプの下流側通路とを遮断するのを初期状態として弾性バイアスするように、第２シートバルブ内部にスライディング移動可能に弾設される。

本発明による建設重装備用アクチュエータ油量可変制御装置は次のような利点を持つ。
油圧ポンプ側作動油の圧力が一定した圧力以上に到達した場合、アクチュエータに供給される作動油を制限するシートバルブの絞縮された通路断面積を拡張することによって絞縮された通路から発生される圧力損失を最小化しかつ油圧エネルギーを制約することができる。

次に、本発明の望ましい実施例を、添付図面を参照して詳細に説明するが、これは、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が発明を容易に実施され得る程度で詳細に説明するものであって、これにより、本発明の技術的思想及び範疇が限定されることを意味するものではない。

図２乃至図４に示されたように、本発明は油圧ポンプ（７００）と、油圧ポンプ（７００）に連結され駆動する油圧シリンダー（７０２）と、油圧ポンプ（７００）と油圧シリンダー（７０２）との間の流路に設けられパイロット信号圧印加時スプール（３）が切換され油圧シリンダー（７０２）の起動、停止及び方向転換を制御する方向切換バルブ（１００）と、油圧ポンプ（７００）より移動通路（７Ｃ）（７Ａ，７Ｂ）によって一対の主可変スロットル（１６Ａ，１６Ｂ）に供給される油量を制限し、一対の負荷通路（６Ａ，６Ｂ）に流込まれる油量を補助的に制限するために移動通路（７Ｃ）（７Ａ，７Ｂ）に開閉可能に設けられるシートバルブ体（５００）と、シートバルブ体（５００）を加圧するパイロット信号圧（Ｐｉ）を制御するパイロット油量制御バルブ（２）と、を備える建設重装備用アクチュエータ油量制御装置に適用されるものであって、

これらは図１に示された従来技術と実施的同一のため、これらの構成及び作動の詳細な説明は省略し、重複される図面符号は同様に表記する。

従って、本発明による建設重装備用アクチュエータ油量制御装置は、図２及び図３に示されたように、前記シートバルブ体（５００）が設置されるハウジング（１）に対して移動可能に設けられ移動量に応じて可変されるパイロット圧制御可変スロットル（５１２）を有する第１シートバルブ（５０１）と、油圧ポンプ（７００）のポンプ通路（５）と移動通路（７Ａ，７Ｂ）との間に開閉可能に設けられ、第１シートバルブ（５０１）に対し移動時ポンプ通路（５）から移動通路（７Ａ，７Ｂ）への開口面積を変化させる制御可変スロットル（５１１）を有する第２シートバルブ（５０２）と、

前記第２シートバルブ（５０２）を加圧して油圧ポンプ（７００）の上流側通路（７Ｃ）と油圧ポンプ（７００）の下流側通路（７Ａ，７Ｂ）とを遮断することを初期状態として弾性バイアスするよう第２シートバルブ（５０２）内部にスライディング移動可能に弾設され、油圧ポンプ（７００）より吐出される作動油が一方向へ流れるよう制御する第３シートバルブ（５０３）と、

パイロットスプール（４１）内部にスライディング移動可能に設けられ、下流側通路（７Ｂ）の作動圧によりフィードバックされパイロットスプール（４１）を切換させ、下流側通路（７Ｂ）からの圧力が一定圧力以上に上昇した際、第２シートバルブ（５０２）を上側方向へ移動させ絞縮された通路の断面積を拡張させる補助ピストン（６０４）と、を備える。

このとき、補助ピストン（６０４）を加圧するようパイロット圧を供給する流路は、入口側が下流側通路（７Ｂ）に連通されるようハウジング（１）に形成される第１パイロット流路（６００）と、入口側が第１パイロット流路（６００）の出口側に連通されるようパイロット油量制御バルブ（２）に形成される第２パイロット流路（６０１）と、入口側が第２パイロット流路（６０１）の出口側に連通されるようパイロット油量制御バルブ（２）に形成される第３パイロット流路（６０２）と、補助ピストン（６０４）が結合されるようパイロットスプール（４１）に形成された結合溝（４１ａ）に連通され第３パイロット流路（６０２）の出口側に連通されるオリフィス（６０３）とを備える。

図面中、Ｔ１，Ｔ２は油圧タンクに連結される通路である。

次に、本発明による建設重装備用アクチュエータ油量可変制御装置の作動を添付された図面を参照して更に詳細に説明する。

ａ）パイロット油量制御バルブ（２）にパイロット信号圧（Ｐｉ）として作動圧が印加されない場合を説明する。

図２乃至図４に図示されたように、前記第２シートバルブ（５０２）と第３シートバルブ（５０３）は負荷通路（６Ａ，６Ｂ）における圧力と油圧ポンプ（７００）の上流側通路（７Ｃ）との間での圧力差により自然と動くようになるので、負荷通路（６Ａ，６Ｂ）における圧力が油圧ポンプ（７００）の圧力より高い場合においても、時間遅延なく上流側通路（７Ｃ）と下流側通路（７Ａ，７Ｂ）との間を塞ぐことにより、油圧シリンダー（７０２）を制御できなくなる危険を防止することができる。

一方、油圧モータの駆動または負荷の大きい他のアクチュエータを駆動させるため、油圧シリンダー（７０２）へ供給される作動油の油量を制限しようとする場合、パイロット油量制御バルブ（２）に印加される信号圧（Ｐｉ）に比例してパイロットスプール（４１）が図３図面上の左側方向へ移動するようになる。

従って、塞がれていたパイロット通路（５２２、５２１）が、切換えられるパイロットスプール（４１）の可変スロットル（５２５）により開かれ、油圧ポンプ（７００）の作動油圧力がパイロット流路（５２３、５２２ａ，５２２、５２１）を順に通過して第１シートバルブ（５０１）の圧力室（５２４）に供給される。

このとき、パイロットスプール（４１）の可変スロットル（５２５）の開き量とパイロット圧制御可変スロットル（５１２）の開き量との条件において相互に比例するように、第１シートバルブ（５０１）が図３図面上の下側方向へ移動されるので、第２シートバルブ（５０２）の上方向への動きが制限される。すなわち、第２シートバルブ（５０２）の移動量を制限することにより、油圧ポンプ（７００）の上流側通路（７Ｃ）から下流側通路（７Ａ，７Ｂ）へ流込まれる作動油の油量を調節できるようになる。

ｂ）パイロット油量制御バルブ（２）にパイロット信号圧（Ｐｉ）として作動圧が一定圧力以上に加わる場合を説明する。

図３に示されたように、パイロット信号圧（Ｐｉ）がパイロット油量制御バルブ（２）に印加され、パイロットスプール（４１）が図３図面上の左側方向へ切換えられることによって、パイロット流路（５２２、５２１）が可変スロットル（５２５）により開放されるので、油圧ポンプ（７００）の作動圧が第１シートバルブ（５０１）の圧力室（５２４）に作用する。

これにより、第１シートバルブ（５０１）が図３図面上の下側方向へ最大限移動することになり、第１シートバルブ（５０１）に沿って移動される第２シートバルブ（５０２）の閉鎖により補助可変スロットル（５１１）を通過する油量の流れは遮断される。

そして、第３シートバルブ（５０３）を図３図面上の上側方向へ押し上げ、第２シートバルブ（５０２）下側に形成された貫通孔（５１３）を介して油圧ポンプ（７００）のポンプ通路（５）より下流側通路（７Ａ、７Ｂ）に必要な一定油量を供給できるようになる。

一方、下流側通路（７Ｂ）の作動油は、油圧ポンプ（７００）のポンプ通路（５）と負荷通路（６Ａ，６Ｂ）の中間圧力として、前記第１、２、３パイロット流路（６００、６０１、６０２）とオリフィス（６０３）とを順に通過した後（図３に矢印方向で表記される）、パイロットスプール（４１）の内部からスライディング移動する補助ピストン（６０４）を図３図面上の左側方向へ加圧してフィードバックさせる場合、これの反力によりパイロットスプール（４１）を図３図面上の右側方向へ移動させる。

このとき、パイロットスプール（４１）を移動させる力の平衡は、補助ピストン（６０４）の受圧部に作用された下流側通路（７Ａ，７Ｂ）の圧力と、パイロットスプール（４１）の受圧部に作用された油量制御バルブ（２）に供給されるパイロット信号圧との力の比較に応じて、下流側通路（７Ａ，７Ｂ）の圧力が充分大きい場合、パイロットスプール（４１）を図３図面上の右側方向へ移動させるので、パイロットスプール（４１）の可変スロットル（５２５）によって第１シートバルブ（５０１）の圧力室（５２４）を加圧する油量が制限される。

これにより、第１シートバルブ（５０１）を図３図面上の下側方向へ充分に押し出すことができなくなり、第２シートバルブ（５０２）もまた図面上、下側方向へ移動が制限された状態のまま図面上の上側方向へ徐々に移動することになるので、上流側通路（７Ｃ）から移動通路（７Ａ，７Ｂ）へ流込まれる通路断面積を漸進的に拡張することになる。

これにより、通路の抵抗を減らしかつ圧力損失を最小化できるため、油圧エネルギーを節減することができる。

油圧ポンプの移動通路に開閉可能に設置される複数個からなるシートバルブが、パイロット信号圧の供給により最大に絞縮される場合、アクチュエータの負荷圧力が一定圧力以上である時、補助ピストンの移動により一部シートバルブが移動され移動通路を開放させることによって、絞縮された移動通路の断面積を拡張させる。

これにより、複数個からなるシートバルブのうち、一部シートバルブが一定以上の信号圧が加わり塞がれている場合においても、アクチュエータ負荷圧により一部シートバルブが開放されるので、アクチュエータに一定油量を供給できるようになる。

従来技術による油量制御装置の断面図。本発明による建設重装備用アクチュエータ油量可変制御装置の断面図。図２に示されたシートバルブの要部抜粋拡大図。本発明による建設重装備用アクチュエータ油量可変制御装置の油圧回路図。

符号の説明

１ハウジング
２パイロット油量制御バルブ
３スプール
５ポンプ通路
７Ａ，７Ｂ，７Ｃ移動通路
４１パイロットスプール
５００シートバルブ体
５０１第１シートバルブ
５０２第２シートバルブ
５０３第３シートバルブ
５１１補助制御可変スロットル
５１２パイロット制御可変スロットル
５２４圧力室
６０４補助ピストン
７００油圧ポンプ
７０２油圧シリンダー

Claims

油圧ポンプに連結されるアクチュエータと、油圧ポンプとアクチュエータとの間に設けられ信号圧印加時スプールの切換によりアクチュエータの起動、停止及び方向転換を制御する方向切換バルブと、ポンプ通路より移動通路を通して一対の主可変スロットルに供給される油量を制限し、一対の負荷通路に流入される油量を補助的に制限するため移動通路に開閉可能に設けられるシートバルブ体と、信号圧印加時パイロットスプールの切換によりシートバルブ体の移動量を制御するパイロット油量制御バルブとを備える、建設重装備用アクチュエータ油量制御装置において：
前記シートバルブ体が設置されるハウジングに対し移動可能に設けられ、移動量に応じて可変されるパイロット圧制御可変スロットルを有する第１シートバルブ；
前記油圧ポンプのポンプ通路と移動通路との間に開閉可能に設けられ、前記第１シートバルブに対し移動時、前記ポンプ通路から移動通路への開口面積を変化させる制御可変スロットルを有する第２シートバルブ；
前記第２シートバルブに対し移動可能に弾設され、油圧ポンプより吐出される作動油が一方向へ流れるよう制御する第３シートバルブ；及び
前記パイロットスプール内部にスライディング移動可能に設けられ、下流側通路からの作動圧によりフィードバックされ前記パイロットスプールを切換させ、下流側通路の圧力が一定圧力以上に上昇時第２シートバルブを上側方向へ移動させ絞縮された通路の断面積を拡張させる補助ピストンとを備えることを特徴とする、建設重装備用アクチュエータ油量可変制御装置。
第一項において、前記補助ピストンを加圧するようパイロット圧を供給する流路は、入口側が前記下流側通路に連通されるよう前記ハウジングに形成される第１パイロット流路；
入口側が前記第１パイロット流路の出口側に連通されるよう前記パイロット油量制御バルブに形成される第２パイロット流路；
入口側が前記第２パイロット流路の出口側に連通されるよう前記パイロット油量制御バルブに形成される第３パイロット流路；及び
前記補助ピストンが結合されるよう前記パイロットスプールに形成された結合溝に連通され、前記第３パイロット流路の出口側に連通されるオリフィスとを備えることを特徴とする、建設重装備用アクチュエータ油量可変制御装置。
第１項において、前記第3シートバルブは前記第２シートバルブを加圧して前記油圧ポンプの上流側通路と前記油圧ポンプの下流側通路とを遮断したのを、初期状態として弾性バイアスするよう前記第２シートバルブ内部にスライディング移動可に弾設されることを特徴とする、建設重装備用アクチュエータ油量可変制御装置。