JP2007205414A - 油圧アクチュエータ用制御回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 パイロット圧力源用として専用のポンプを不要にして、省エネルギー化を実現すること。
【解決手段】 ポンプＰと、このポンプに接続した供給通路６と、この供給通路６に接続し、アクチュエータ２，３，４に供給する作動流体の方向および量を制御する制御弁７，８，９とを備え、各制御弁に接続したパイロット一次圧通路１０，１１と、アクチュエータの負荷圧のうち最高負荷圧を選択する高圧選択回路１８と、中立通路５であって上記制御弁の下流側Ａと上記高圧選択回路とを接続する接続路１９とを備え、この接続路１９の中間に上記パイロット一次圧通路を接続し、上記中立通路５が連通状態のときには、中立通路に発生させた圧力を上記パイロット一次圧通路へ導くパイロット圧力源とする一方、制御弁の切り換えによって中立通路５が遮断された状態では、上記高圧選択回路１９の圧力をパイロット圧力源とする構成にした。
【選択図】 図１

Description

この発明は、パワーショベルのブームや、アーム、バケットなどの油圧アクチュエータを制御する制御回路に関する。

油圧ショベルなどの建設機械の油圧アクチュエータを制御する回路として、特許文献１に示すような回路がある。このような回路では、メインの油圧ポンプとアクチュエータとの間に制御弁を設け、この制御弁の切り換え位置によって、メインポンプからアクチュエータへ供給する圧油の供給量や方向を制御するようにしている。
また、上記メインポンプからアクチュエータヘ作動油を供給する供給通路とは別に、パイロット通路を設け、パイロット通路中に設けた操作レバーの操作量に応じて、パイロット通路に発生するパイロット圧をパイロット室へ導いて、上記制御弁を切り換えるようにしている。
そして、上記パイロット通路には、制御弁のパイロット室へ導くパイロット圧力源として、アクチュエータへ作動流体を供給するメインのポンプとは別のパイロット用ポンプを接続している
特開２００３−４９８１０号公報

上記回路では、制御弁を切り換えるためのパイロット圧力源として、アクチュエータへ作動流体を供給するための作動流体用のメインポンプとは別の、パイロット用ポンプを用いている。
このように２台のポンプを用いるため、２台のポンプを駆動する駆動源が必要であり、その分のエネルギーが必要である。

この発明の目的は、省エネルギー化を実現するために、パイロット圧力源用として専用のポンプを不要にした油圧アクチュエータ用制御回路を提供することである。

第１の発明は、ポンプと、このポンプに接続した供給通路と、この供給通路に接続し、アクチュエータに供給する作動流体の方向および量を制御する制御弁とを備え、全ての制御弁が中立位置を保っているとき、ポンプからの吐出流体が、各制御弁およびそれらを接続する中立通路を経由してタンクへ導かれ、いずれかの制御弁を中立位置以外の位置に切り換えたとき、上記中立通路が遮断されるとともに、切り換えた制御弁に接続されたアクチュエータへ作動流体が供給される構成にした油圧アクチュエータ用制御回路において、各制御弁を直列に接続し、各制御弁へパイロット一次圧を導くためのパイロット一次圧通路と、各制御弁に接続したアクチュエータの負荷圧のうち最高負荷圧を選択する高圧選択回路と、上記中立通路であって上記制御弁の下流側と上記高圧選択回路とを接続する接続路とを備え、上記接続路の中間には上記パイロット一次圧通路を接続するとともに、上記各制御弁において中立通路が連通状態のときには、中立通路に圧力を発生させ、その圧力を上記接続路を介してパイロット一次圧通路へ導くパイロット圧力源とする一方、制御弁の切り換えによって上記中立通路が遮断された状態では、上記高圧選択回路の圧力を上記接続路を介してパイロット一次圧通路へ導くパイロット圧力源とする構成にした点に特徴を有する。

第２の発明は、第１の発明を前提とし、
上記中立通路であって上記パイロット一次圧通路の接続点より下流側にリリーフ弁を設けるとともに、このリリーフ弁を迂回してタンクへ連通する迂回路と、この迂回路を開閉する第１開閉弁と、上記接続路と上記高圧選択回路との間に設けた第２開閉弁とを備え、上記各制御弁の中立通路が連通状態であってアクチュエータの動作準備時からアクチュエータの操作中は、上記第１開閉弁を閉位置に保つことよって迂回路を閉じ、上記中立通路に上記リリーフ弁の設定圧に基づく圧力を発生させ、その圧力をパイロット圧力源とする一方、上記制御弁の切り換えによって中立通路が完全に遮断されるまでの所定のタイミングで、上記第２開閉弁を開位置にして上記接続路を介して上記高圧選択回路とパイロット一次圧通路とを連通させ、高圧選択回路の圧力を、減圧弁を介して減圧してパイロット圧力源とする構成にした点に特徴を有する。

第１、第２の発明では、アクチュエータ用の制御弁を制御するためのパイロット圧力源として、中立時には、中立通路を流れる流量を利用して発生させた圧力を利用し、中立通路が遮断された場合には、アクチュエータの負荷圧を利用するようにしているので、パイロット圧力源として専用のポンプを設ける必要がない。
そのため、パイロット用ポンプの駆動源を必要とせず、従来のように２台のポンプを用いる場合と比べて、省エネルギー化ができる。
特に、パイロット圧力源としてアクチュエータ負荷圧を利用することができるため、エネルギーの有効利用ができる。

図１は、この発明の一実施形態である油圧ショベル用の制御回路である。
この制御回路Ｃは、図１に示すようにモーターＭで駆動するポンプＰに、ポンプ通路１を接続するとともに、このポンプ通路１の下流には、走行用モーター２、バケットシリンダ３、ブームシリンダ４を設けている。なお、上記走行用モーター２、バケットシリンダ３およびブームシリンダ４が、この発明の油圧アクチュエータに相当する。
また、ポンプ通路１を、中立通路５と供給通路６とに分岐させている。このようにした中立通路５および供給通路６には、上記走行用モーター２を制御するモーター用の制御弁７、バケットシリンダ３を制御するバケット用の制御弁８、ブームシリンダ４を制御するブーム用の制御弁９を接続している。
なお、各制御弁７，８，９には、供給通路６から分岐する各通路６ａ，６ｂおよび６を接続している。

また、上記制御弁７は、通路１２ａ，１２ｂによってモーター２のポート２ａ，２ｂに接続し、制御弁８は、通路１３ａ，１３ｂによってバケットシリンダ３のポート３ａ，３ｂと接続し、制御弁９は、通路１４ａ、１４ｂによってブームシリンダ４のポート４ａ，４ｂと接続している。
そこで、上記各制御弁７，８，９のそれぞれを、図示の中立位置から、左右の切り換え位置に切り換えたとき、切り換わる制御弁に接続されたアクチュエータが、駆動制御されるようにしている。

また、上記各制御弁７，８，９は、それぞれ電磁油圧パイロット切り換え式のスプール弁であり、パイロット一次圧通路１０また１１に発生する一次圧を、電磁弁７ｃ、８ｃ、９ｃで制御し、制御したパイロット圧をそれぞれのパイロット室７ａ，７ｂ、８ａ，８ｂ、９ａ，９ｂへ導いてスプール位置を切り換えるようにしている。
なお、上記パイロット一次圧通路１０、１１にパイロット圧力源となる一次圧を発生させる作用については、後で詳しく説明する。
また、上記制御弁７，８，９を制御するためには、図示しない操作レバーなどの操作手段を介して電磁弁７ｃ，８ｃ，９ｃを制御するようにしている。

例えば、制御弁７の一方のパイロット室７ａにパイロット圧を導いて、この制御弁７を図示の状態から左側の切り換え位置に切り換える場合には、パイロット一次圧通路１０に発生した一次圧を、電磁弁７ｃで制御し、そのパイロット圧をパイロット室７ａに導くようにする。このパイロット圧が、他方のパイロット室７ｂ側からの押圧力に打ち勝てば、左側の切り換え位置に切り換わる。反対に、パイロット一次圧通路１１の一次圧を電磁弁７ｃで制御してパイロット室７ｂへ導いて、制御弁７を図示の右側の切り換え位置に切り換えることができる。要するに、各制御弁は、スプールの両側に作用するスプリング力およびパイロット圧による両方向の押圧力がバランスする位置に切り換わることになる。

そして、この制御弁７が、図示の中立位置から、左右の切り換え位置に切り換わると、ポンプＰの吐出流体が、供給通路６の分岐路６ａから制御弁７を介して、アクチュエータである走行用モーター２へ供給される。そして、モーター２からの戻り流体が制御弁７を介して戻り通路１５へ戻され、モーター２を駆動することができる。

同様に他の制御弁８，９も、切り換えることができる。
そして、制御弁８を切り換えた場合には、供給通路６の分岐路６ｂから、制御弁８を介した作動流体が、バケットシリンダ３へ供給され、バケットシリンダ３からの戻り流体が、制御弁８を介して戻り通路１５を経由し、タンクＴへ戻される。
また、制御弁９を制御すれば、それに接続されたブームシリンダ４を制御することができる。

さらに、上記中立通路５であって、上記制御弁７，８，９の下流側には、分岐点Ａから迂回路５ａを設け、迂回路５ａにはこの発明の第１開閉弁１６を設け、この迂回路５ａと並列な中立通路部分にはリリーフ弁１７を設けている。そして、このリリーフ弁１７の設定圧をＰｒとする。
また、上記モーター２、バケットシリンダ３、ブームシリンダ４に接続された全ての流体通路１２ａ，１２ｂ、１３ａ，１３ｂ、１４ａ，１４ｂには、これら全通路中の最高圧を選択する高圧選択回路１８を接続している。この高圧選択回路１８では、各アクチュエータに接続された一対の通路から負荷圧が選択されるので、結果として、全アクチュエータの最高負荷圧を選択することになる。

上記高圧選択回路１８と、上記中立通路５の分岐点Ａとを接続する接続路１９を設け、その中間の接続点Ｂに上記パイロット一次圧通路１０，１１を接続している。また、接続路１９と上記高圧選択回路１８との間に、この発明の第２開閉弁２０と、減圧弁２１、チェック弁２２を図示の順に接続し、上記減圧弁２１の設定圧をＰｄとする。
また、上記第１開閉弁１６および第２開閉弁２０は、それぞれ、外部信号によって切り換わるようにしている。

具体的には、走行用モーター２を駆動させる前に、作業者が、ブレーキ解除したときに、その解除信号や、他の制御弁８，９を切り換えるために操作レバーの操作を開始したときの操作信号に連動して、第１開閉弁１６を開位置に切り換えるための制御信号が出力されるようにする。
また、制御弁７，８，９のいずれかが、中立位置以外の位置に完全に切り換わったことを検出したら、その検出信号に連動して上記第２開閉弁２０を開位置に切り換えるための制御信号を出力するようにする。

反対に、制御状態から、全ての制御弁７，８，９が中立位置になり、しかも、ブレーキが掛かった状態で、制御弁８，９も操作開始状態でなくなったときには、上記第１開閉弁１６には、図示の開位置に切り換えるための制御信号を入力し、第２開閉弁２０には、閉位置に切り換える制御信号を入力するようにしている。

また、この実施形態では、上記リリーフ弁１７の設定値Ｐｒ＞減圧弁２１の設定値Ｐｄとする。
さらに、上記通路１４ａには、ロック弁２３を設けている。このロック弁２３は、ブーム位置を保持したい場合に、ポート４ａから流体が漏れることを防止するためのもので、制御弁９からポート４ａへの流れのみを許容し、逆流を制限する弁であるが、ブームを収縮させる際など、必要な場合には、外部信号によって開き、逆流を許容できるようにしたものである。
なお、図中、符号２４は、フィルターである。また、符号２５はメインリリーフ弁であり、ポンプ通路１がその設定圧を超えるような高圧にならないようにしている。

以下に、この実施形態の作用を説明する。
いずれのアクチュエータも、動作させる必要がないときには、図１に示すように、上記各制御弁７，８，９のそれぞれを、図示の中立位置に保ち、第１開閉弁１６を開位置、第２開閉弁２０を閉位置に保つようにする。このように、全ての制御弁７，８，９が、中立位置にあるとき、ポンプＰが吐出したスタンバイ流量を、中立通路５から第１開閉弁１６を介してタンクＴに還流させる。この状態では、中立通路５内の圧力は、ほぼタンク圧である。

この状態から、上記制御弁７，８，９のいずれかを切り換える必要があるとき、すなわち、モーター２、バケットシリンダ３およびブームシリンダ４のいずれか１または複数を制御したいときには、上記制御弁７，８，９を切り換えるためのパイロット圧が必要である。
例えば、制御弁７を切り換えて走行モーター２を駆動させようとした場合、作業者は、ブレーキを解除するので、このブレーキ解除信号に連動して、上記第１開閉弁１６が図示の状態から閉位置に切り換わる。その結果、中立通路５とタンクＴとの接続が、一端遮断される。

中立通路５が、タンクＴへの接続を遮断された状態になると、中立通路５内の圧力が高くなる。その圧力がリリーフ弁１７の設定圧Ｐｒを超えた場合には、このリリーフ弁１７が開いて、中立通路５を上記設定圧力Ｐｒに保つ。
一方、上記中立通路５の圧力は、上記接続路１９を介してパイロット一次圧通路１０，１１に作用する。従って、上記リリーフ弁１７によって制御された圧力をパイロット一次圧、すなわち、パイロット圧力源として利用できる。そして、上記第１開閉弁１６を閉位置に保ち、中立通路５内の圧力をパイロット圧力源として、制御弁７，８，９を切り換えることができる。

上記のようにして、中立通路５の圧力をパイロット圧力源として制御弁７，８，９を切り換えて、いずれかの制御弁が、中立位置以外の位置に完全に切り換わると、上記中立通路５が、切り換わった制御弁によって遮断される。
いずれかの制御弁が完全に切り換わったら、そのことを図示しないセンサが検出し、上記したように、この検出信号に連動して高圧選択回路１８と接続路１９との間に設けた第２開閉弁２０を、図示の閉位置から開位置へ切り換える。

このように、第２開閉弁２０を開位置に切り換えたときには、その前に、制御弁７，８，９のうち少なくとも１つは、完全に中立位置以外に切り換わっている。つまり、走行モーター２、バケットシリンダ３、ブームシリンダ４のいずれかを制御していることになり、負荷圧が発生しているはずである。
従って、上記高圧選択回路１８は、各アクチュエータであるモーター２、バケットシリンダ３、ブームシリンダ４に接続した通路１２ａ，１２ｂ、１３ａ，１３ｂ、１４ａ，１４ｂから最高負荷圧を選択する。その負荷圧は、第２開閉弁２０を介して接続路１９に作用する。

接続路１９では、減圧弁２１により、上記負荷圧が設定圧Ｐｄまで下げられ、この設定圧Ｐｄが、接続点Ｂに接続したパイロット一次圧通路１０，１１のパイロット圧力源として機能する。
なお、この実施形態では、リリーフ弁１７と減圧弁２１の設定圧Ｐｒ、Ｐｄの関係をＰｒ＞Ｐｄとしているため、第２開閉弁２０を開位置に切り換えているときに、リリーフ弁１７が開いて、流体をタンクＴへ戻すことはない。つまり、アクチュエータ側の流体が、高圧選択回路１８、接続路１９およびリリーフ弁１７を介してタンクＴへ流れてしまう心配はない。

ただし、上記接続路１９において、接続点Ｂと分岐点Ａとの間に、分岐点Ａから接続点Ｂ方向の流れのみを許容するチェック弁を設ければ、上記リリーフ弁１７と、減圧弁２１の設定圧の関係は、上記のようにしなくても、アクチュエータから、上記リリーフ弁１７を介してタンクＴへ流体が流れることはない。

以上のように、この実施形態の回路では、スタンバイ状態では、中立通路５を通過する流体を利用して発生させた圧力をパイロット圧力源とし、中立通路５の流れが遮断されたときには、アクチュエータの負荷圧をパイロット圧力源とするようにしている。
そのため、従来例の回路のように、制御弁を制御するためのパイロット圧力源を、流体供給源と別に設ける必要がない。しかも、負荷圧をパイロット圧力源として有効利用できるので、省エネルギー化を実現できる。

なお、上記実施形態では、パイロット圧力源を、中立通路５の圧力から負荷圧に切り換えるタイミングを、制御弁によって中立通路５が遮断されたときとしているが、切り換えタイミングはこれに限らない。中立通路５が完全に遮断されたときには、負荷圧を利用できるように切り換わっていなければならないが、例えば、中立通路５が完全に遮断されていなくても、アクチュエータの制御中であって、負荷圧がパイロット圧として必要な圧力以上である状態なら、どのタイミングで切り換えてもかまわない。

また、図１において、中立通路５と迂回路５ａに設けたリリーフ弁１７と、第１開閉弁１６に替えて、図２に示す電磁式リリーフ弁２６を用いるようにすれば、迂回路５ａを設ける必要はない。
この電磁式リリーフ弁２６は、リリーフ設定圧を電磁ソレノイドによって、調整できる弁である。中立時には、その設定圧をほぼゼロに設定すれば、この電磁式リリーフ弁２６を低い圧力で開き、図１の第１開閉弁１６が開位置にあるときと同様に作用する。
また、パイロット圧力源が必要な状況では、上記電磁ソレノイドによって設定圧をＰｒに設定すれば、中立通路５にパイロット圧力源として圧力Ｐｒを発生させることができる。
従って、図１に示す回路と同様に機能させることができる。

この発明の実施形態を示す回路図である。 図１の変更例である。

符号の説明

Ｐ ポンプ
Ｔ タンク
１ ポンプ通路
２ モーター
３ バケットシリンダ
４ ブームシリンダ
５ 中立通路
５ａ 迂回路
６ 供給通路
７ 制御弁
７ａ，７ｂ パイロット室
８ 制御弁
８ａ，８ｂ パイロット室
９ 制御弁
９ａ，９ｂ パイロット室
１０，１１ パイロット一次圧通路
１５ 戻り通路
１６ 第１開閉弁
１７ リリーフ弁
１８ 高圧選択回路
１９ 接続路
２０ 第２開閉弁
２１ 減圧弁
２６ 電磁式リリーフ弁

Claims (2)

1. ポンプと、このポンプに接続した供給通路と、この供給通路に接続し、アクチュエータに供給する作動流体の方向および量を制御する制御弁とを備え、全ての制御弁が中立位置を保っているとき、ポンプからの吐出流体が、各制御弁およびそれらを接続する中立通路を経由してタンクへ導かれ、いずれかの制御弁を中立位置以外の位置に切り換えたとき、上記中立通路が遮断されるとともに、切り換えた制御弁に接続されたアクチュエータへ作動流体が供給される構成にした油圧アクチュエータ用制御回路において、各制御弁を直列に接続し、各制御弁へパイロット一次圧を導くためのパイロット一次圧通路と、各制御弁に接続したアクチュエータの負荷圧のうち最高負荷圧を選択する高圧選択回路と、上記中立通路であって上記制御弁の下流側と上記高圧選択回路とを接続する接続路とを備え、上記接続路の中間には上記パイロット一次圧通路を接続するとともに、上記各制御弁において中立通路が連通状態のときには、中立通路に圧力を発生させ、その圧力を上記接続路を介してパイロット一次圧通路へ導くパイロット圧力源とする一方、制御弁の切り換えによって上記中立通路が遮断された状態では、上記高圧選択回路の圧力を上記接続路を介してパイロット一次圧通路へ導くパイロット圧力源とする構成にした油圧アクチュエータ用制御回路。
2. 上記中立通路であって上記パイロット一次圧通路の接続点より下流側にリリーフ弁を設けるとともに、このリリーフ弁を迂回してタンクへ連通する迂回路と、この迂回路を開閉する第１開閉弁と、上記接続路と上記高圧選択回路との間に設けた第２開閉弁とを備え、上記各制御弁の中立通路が連通状態であってアクチュエータの動作準備時からアクチュエータの操作中は、上記第１開閉弁を閉位置に保つことよって迂回路を閉じ、上記中立通路に上記リリーフ弁の設定圧に基づく圧力を発生させ、その圧力をパイロット圧力源とする一方、上記制御弁の切り換えによって中立通路が完全に遮断されるまでの所定のタイミングで、上記第２開閉弁を開位置にして上記接続路を介して上記高圧選択回路とパイロット一次圧通路とを連通させ、高圧選択回路の圧力を、減圧弁を介して減圧してパイロット圧力源とする構成にした請求項１に記載の油圧アクチュエータ用制御回路。

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