JP2007285329A - ロードセンシング式油圧制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】起動時のショックを簡単且つ確実に軽減しさらに、応答性の良いロードセンシング式油圧制御装置を提供する。
【解決手段】ロードセンシング式の油圧制御装置において、信号ラインＳＬ５の圧力が上昇すると、この圧力は絞り６０Ｃを経て背室６８Ａへ導入され、緩昇圧リリーフ弁６０は、先ず、ピストンＰＳが肩部６６に当接した位置、つまりバネ６２の比較的低圧な状態で作動し、背室６８Ａに圧油が導入されるに伴いバネが圧縮されるので、リリーフ作動圧も上昇し最終的には、バネの圧縮が、ピストン下端部６４Ａが弁体壁部の座６４に当接する位置で最終設定圧力が定まる。この場合、初期設定圧力と、最終設定圧力および絞り６０Ｃの絞り効果の調整により、ロードセンシング方式において、起動時のショックを軽減すると共に応答遅れのない昇圧特性を定めることが可能である。
【選択図】図３

Description

本発明は、ロードセンシング式油圧制御装置を搭載した建設機械例えば油圧ショベルの操作性向上に係り、特に油圧アクチュエータ起動時におけるショックの低減および応答性の改善に関する。

ロードセンシング式油圧制御装置の利点は油圧アクチュエータの負荷圧力すなわち、アキュムレータ駆動圧力が変化しても切換弁の操作量に比例して流量を供給し、又は新たな切換弁および油圧アクチュエータを追加した場合でも容易に流量配分が出来ることにある。その場合、ロードセンシング機能を有する切換弁群とロードセンシング機能を有しない切換弁群とを共通の可変容量ポンプに接続し、これら各々の切換弁群の切換弁に接続されたアクチュエータが慣性、負荷圧力が異なる場合でもかつ同時に駆動しても、極めて簡単な方法で、それぞれのアクチュエータの特性に応じて非常にスムースな起動特性、操作性を得ることが出来る油圧制御装置が開示されている。（特許文献１）

図５は、従来のロードセンシング式油圧制御装置の典型的な油圧回路構成の詳細を示す。

同図５において、参照符号１０は原動機１２により駆動される可変容量ポンプ、１０Ａは同ポンプ１０の斜板を示し、参照符号１４は斜板１０Ａの傾斜角を調整する油圧シリンダである。参照符号２０、及び３０は可変容量ポンプ１０からの圧油供給ラインＬ１に接続されたクローズセンタ型の切換弁でありこれら切換弁２０、３０には油圧シリンダからなる油圧アクチュエータＡＣＴ１、ＡＣＴ２がそれぞれ接続されている。

又、各切換弁２０、３０と各油圧アクチュエータＡＣＴ１、ＡＣＴ２との間には補償弁２２、３２が設けられている。これら補償弁２２、３２と切換弁２０、３０との間には負荷圧力検出ラインＳＬ１、ＳＬ２が設けられて、各負荷圧力が取出され、これら取出された負荷圧力は前記補償弁２２、３２に対して、それぞれバネ２６、３６と共にこれらを開方向に作用すると同時に高圧選択手段４０によって選択された負荷圧力検出ラインＳＬ１又はＳＬ２のいずれかの圧力が信号ラインＳＬ５へ取出され、前記補償弁２６及び３６に対してこれらを絞り方向に作用させている。同時にこの信号ラインＳＬ５の圧力はラインＳＬ７として可変容量ポンプ１０の容量調整装置１６に作用している。

又、可変容量ポンプ１０の圧油供給ラインＬ１にはアンロード弁１８が接続され、このアンロード弁１８は信号ラインＳＬ６の圧力と可変容量ポンプ１０の圧油供給ラインＬ１との圧力差が、当該アンロード弁１８に設けられたバネ１８Ａの力によって定まる所定圧力を超えると前記圧油供給ラインＬ１をアンロードするようになっている。

上記の構成において、例えば切換弁２０を図中２０Ｂの位置へ操作した場合を想定すると、可変容量ポンプ１０からの圧油は、ラインＬ０、Ｌ１、Ｌ２から切換弁２０内の供給通路２０Ｂ１を経て通路Ｌ４に至り、同通路Ｌ４から補償弁２６、逆止弁２４、ラインＬ５を経て再び切換弁２０に戻りラインＬＡ１を通って油圧アクチュエータＡＣＴ１に与えられ、その戻り側のラインＬＢ１から切換弁２０を経てタンクラインＬ８を介してタンクＴに戻されるようになっている。

その場合、油圧アクチュエータＡＣＴ１の駆動圧力すなわち、負荷圧に対応する通路Ｌ４の圧力は信号ラインＳＬ１を介して検出され、さらに高圧選択手段４０を経て信号ラインＳＬ５上の圧力として検出され、この検出圧力は信号ラインＳＬ６としてバネ１８Ａの力と共にアンロード弁１８に作用し、可変容量ポンプ１０の圧油供給ラインＬ１とタンクＴに通じるタンクラインＬ１１との導通を遮断するようになっている。

このとき、前記アンロード弁１８の開閉に係わる圧力は、一方が高圧選択された信号ラインＳＬ６上の圧力（最高負荷圧力）であり、他方は、前記圧油供給ラインＬ１上の圧力であるので、例えば油圧アクチュエータＡＴＣ１の負荷圧力が大きい場合には、これらの圧力は共に高圧であって、アンロード弁１８の開閉は一般に非常に速く、このアンロード弁１８のみによっては起動時のショックを軽減することは困難である。

同様な関係は、切換弁３０、油圧アクチュエータＡＣＴ２を駆動した場合にも該当するがその詳細説明は省略する。

図５に示した従来技術のロードセンシング式の油圧制御装置においては、可変容量ポンプ１０の圧油供給ラインＬ１はアンロード弁１８のみによってタンクラインＬ１１に接続されているので、切換弁２０、３０のいずれかが操作されたとき、その負荷圧力がアンロード弁１８を閉じてしまい、その結果、圧油供給ラインＬ１上のポンプ吐出圧力はアンロード弁１８が閉じた瞬間に負荷圧力まで上昇してしまう。この点をさらに具体的に説明する。

すなわち、上記のロードセンシング方式の油圧制御装置においては、停止している油圧アクチュエータを駆動すべく切換弁を操作し当該切換弁のシリンダーポ一トが前記ポンプ吐出ラインに開口した（瞬間）直後においては当該油圧アクチュエータの慣性が大きいためにポンプ吐出ラインから油圧アクチュエータヘの流れが無いか又は非常に少ない為にアクチュエータラインの圧力はポンプ吐出ラインの圧力とほぼ同等まで上昇する。

この過程では図５に示すアンロード弁１９は、アクチュエータラインつまり信号ラインＳＬ６の圧力とバネ１８Ａの力とにより、閉方向に動かされる。この閉鎖の過程では図中の絞り１８Ｂによりその閉鎖速度を或る程度は調整出来るので、結果としてポンプ吐出ラインの圧力上昇も或る程度は調整出来る。

しかし、切換弁の操作速度、操作量によっては起動時のショックを解消できてもポンプ吐出圧力が油圧アクチュエータを駆動できる圧力まで上昇するのに時間がかかる、つまり、応答遅れが発生するか、または、応答性は良いが起動時のショックを軽減できない等の問題があり、こうした起動時における応答性とショック軽減とを両立させるには非常に高度な調整を必要とする。

一方、各切換弁が操作されていない状態ではポンプラインがタンクラインへ開放された油圧制御方式、つまりオープンセンタ式の油圧制御装置は多数紹介されている。この場合には、油圧ショベル等の建設機械にも多用され、起動時のショックが非常に少なく、オープンセンタ式油圧制御装置の利点として評価されてはいる。しかし、このオープンセンタ式の場合には、例えば複数の切換弁を同時操作した場合の各アクチュエータへの流量配分が負荷圧力によって異なることや新たに切換弁および油圧アクチュエータを追加した場合のポンプ吐出油の配分調整が困難等の別の問題がある。

また、前記ロードセンシング式の油圧制御装置の起動時のショックを軽減する対策として、各切換弁の内部にブリードオフ回路を形成して当該切換弁の切り替え操作時のショックを回避するものもあるが、この場合各切換弁毎にブリードオフ等の回路を形成しなければならず、煩雑であるという問題がある。

特開２００２−２９５４０５号公報

本発明者等は、上記問題点を解決せんとして鋭意検討した結果、前記油圧アクチュエータ駆動圧力の信号ラインに緩昇圧リリーフ弁を接続することによって起動時の応答性を損なわずにショックを軽減することが可能であることを突き止めた。

従って、本発明の目的は、ロードセンシング式油圧制御装置の利点、つまり油圧アクチュエータの負荷圧が変化しても切換弁の操作量に比例して流量を供給し、又、新たな切換弁および油圧アクチュエータを追加した場合でも容易に流量配分を可能とすること等の利点を維持したまま、起動時の応答性を損なうことなくショックを簡単且つ確実に軽減することの出来るロードセンシング式油圧制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため本発明のロードセンシング式油圧制御装置は、クローズドセンタ型の複数の切換弁の各々に油圧アクチュエータを接続し、これら油圧アクチュエータに共通の可変容量型ポンプから圧油を供給し、前記各切換弁においては各油圧アクチュエータの駆動圧力を検出すると共に操作されていない状態では駆動圧力検出信号通路をタンクラインに接続するよう構成し、これら切換弁を同時操作した場合の最高負荷圧力を選択手段により選択し、当該最高負荷圧力と前記ポンプの吐出圧力との差圧が一定となるよう前記ポンプの吐出流量を制御すると共に、前記ポンプの吐出流量供給ラインからタンクラインにつながるバイパスラインにアンロード弁を配設してなるロードセンシング式の油圧制御装置において、前記検出された油圧アクチュエータの最高負荷圧力の信号ラインに緩昇圧リリーフ弁を接続し、当該緩昇圧リリーフ弁を介して前記信号ラインの圧力を昇圧させることを特徴とする。

その場合、前記緩昇圧リリーフ弁には、初期設定圧力と最終設定圧力とを設定可能であり、前記初期設定圧力は外部信号により調整可能であることが好ましい。

その場合、前記外部信号はポンプ駆動圧力を用いることができる。

また、その場合、前記外部信号はアクチュエータ駆動圧力を用いることができる。

さらにその場合、前記外部信号は前記切換弁のパイロット操作圧力を用いることができる。

本発明によるロードセンシング式の油圧制御装置によれば、油圧アクチュエータの最高負荷圧力の信号ラインに緩昇圧リリーフ弁を接続し、当該緩昇圧リリーフ弁を介して前記信号ラインの圧力を昇圧させるよう構成したので油圧アクチュエータ起動時の応答性を保ちながらショックを軽減することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態に基づく１実施例について添付図面の図１乃至図４を参照して詳細に説明する。

図１、図２は、本発明を適用したロードセンシング式油圧制御装置であって、同各図の一点鎖線で囲まれた部分を示す参照符号５０、６０は、それぞれ緩昇圧リリーフ弁である。図１、図２において、緩昇圧リリーフ弁５０、６０以外の油圧回路構成は図５と同一であり、それらの詳細の説明については、前述した図５の説明と重複するので省略し、主として、信号ラインＳＬ５に接続されている緩昇圧リリーフ弁５０、６０について説明する。

なお、図１に示される緩昇圧リリーフ弁５０と図２に示される緩昇圧リリーフ弁６０とは、機能的には、図２の緩昇圧リリーフ弁６０が緩昇圧リリーフ弁５０に対し破線部Ｚを備えている点で相違しているだけなので、以下では、図３に示した緩昇圧リリーフ弁６０について説明する中で緩昇圧リリーフ弁５０の説明も併せてなされる。

緩昇圧リリーフ弁６０は切換弁２０及び３０にかかわる油圧アクチュエータＡＣＴ１、ＡＣＴ２の負荷圧力が信号ラインＳＬ１及びＳＬ２によって検出され且つ高圧選択手段４０によって高圧選釈された信号ラインＳＬ５に接続されている。叉、当該緩昇圧リリーフ弁６０の詳細を図３に示す。

図２において、例えば、切換弁２０を図中２０Ｂの位置へ移動させると可変容量ポンプ１０の吐出ラインＬ１は切換弁２０内の通路２０Ｂ１を経てアクチュエータ用ラインＬ４へ接続される。当該ラインＬ４は補償弁２６、逆止弁２４、通路Ｌ５、通路ＬＡ１を経て油圧アクチュエータＡＣＴ１へ供給される。

油圧アクチュエータＡＣＴ１は図示してない建設機械等の構造物を動かすが、一般にはこれら構造物の重量すなわち、慣性が非常に大きく、従って、切絞弁２０を操作した後ポンプ吐出ラインＬ１は上述の通路を経て油圧アクチュエータＡＣＴ１へ接続されるが、操作後瞬時は構造物の起動までに僅かな時間を要する。

つまり、この僅かな時間の間は信号ラインＳＬ５の圧力は、ポンプ吐出ラインＬ１とほぼ同等になるまで上昇する。従ってこの起動までの時間に図２のアンロード弁１８においては、これを閉方向に操作する信号ラインＳＬ５の圧力とこれを開方向に操作するポンプ吐出ラインＬ１の圧力とがほぼ等しくなるのでバネ１８Ａの力によりアンロード弁１８は閉じる。

一方、緩昇圧リリーフ弁６０においては、次のような動作となるがこれを図３に基づき説明する。

図３には、緩昇圧リリーフ弁６０を模式的に示す。緩昇圧リリーフ弁６０は、油圧記号でリリーフ弁を示す本体６０Ｃからなる本体部分Ｘとその上部に配置される圧力調整部分Ｙとで構成される。

前述したように、緩昇圧リリーフ弁６０は信号ラインＳＬ５に接続されており、同信号ラインＳＬ５の圧力は絞り６０Ｃを介して、緩昇圧リリーフ弁６０の作動圧力を定めるバネ６２の背室６８Ａに与えられている。そのバネ６２は前室６８Ｂに配置されている。本体６０Ａには絞り６０Ｂを介して信号ラインＳＬ５の圧力が与えられている。なお、絞り６０Ｃは絞り６０Ｂに比鮫し、その絞り効果を大きく設定してある。

参照符号ＰＳはピストンであってその上面側周辺は、図示のように、バネ６２のバネ力により弁体に形成した肩部６６に当接している。参照符号６４は、ピストンＰＳの下側周辺部の上下方向位置を定めるための弁体壁部に形成された座部であり、したがって、ピストンＰＳは背室６８Ａに与えられる圧油によって距離Ｈだけ下方へ移動可能とされている。前記ピストンＰＳの上面にはロッドＲＤが形成され、上部に設けられたもう一つの背室７０内にその先端部が挿入され同背室７０内でピストンを形成している。なお、参照符号ｄ１、ｄ２は、前記背室６８Ａ、背室７０の内径である。背室７０には、外部信号、例えば、ポンプ吐出ラインＬ１の圧力、パイロット操作圧または油圧アクチュエータ駆動圧力を与えるようになっている。なお、参照符号Ｚで示すように、図１の緩昇圧リリーフ弁５０の場合は、ロッドＲＤおよび背室７０は形成されていない。

図３において、信号ラインＳＬ５の圧力が上昇すると、この圧力は絞り６０Ｃを経て背室６８Ａへ導入され、緩昇圧リリーフ弁６０は、先ず、ピストンＰＳが肩部６６に当接した（伸びた）位置つまりバネ６２の比較的低圧な状態で作動し、背室６８Ａに圧油が導入されるに伴いバネ６２が圧縮されるので、リリーフ作動圧も上昇し最終的には、バネ６２の圧縮が、ピストン下端部６４Ａが弁体壁部の座６４に当接する位置で最終設定圧力が定まる。このときの昇圧の特性を図４（ａ）に示す。この場合、初期設定圧力（図３のピストンＰＳが図示の位置に在るとき）と、最終設定圧力（図３でピストンＰＳの下端部６４Ａが座６４に当接する位置に達するとき）、および絞り６０Ｃの絞り効果の調整により、ロードセンシング方式において、起動時のショックを軽減すると共に応答遅れのない昇圧特性を定めることが可能である。

また、図３のＺ部すなわち、背室７０およびロッドＲＤを有する緩昇圧リリーフ弁６０において、背室６８Ａの内径ｄ１と背室７０の内径ｄ２を適切に設定し、前記背室７０へは例えば、ポンプ吐出ラインＬ１の圧力を導入することにより、ポンプ吐出圧つまり油圧アクチュエータの駆動圧力の高さに応じて初期設定圧力および油圧アクチュエータの当該駆動圧力までの昇圧時間を調整できる。

したがって、油圧アクチュエータの駆動圧力の高低にかかわらず最適な昇圧特性を設定することができる。その様子が図４（ｂ）に例示されている。

図４は、本発明による、ロードセンシング方式の油圧制御装置に組み込まれた緩昇圧リリーフ弁の昇圧特性を示す圧力波形であって、（ａ）は緩昇圧リリーフ弁５０の波形ＣＶ１を示し、（ｂ）は緩昇圧リリーフ弁６０の波形ＣＶ２を、横軸を時間ｔ、縦軸を信号ラインＳＬ５上の圧力Ｐとしてそれぞれ示す。

同図４（ａ）において、時刻ｔ０で、油圧アクチュエータＡＣＴ１が起動されその駆動圧力がＰ１とすると、信号ラインＳＬ５の圧力Ｐは、バネ６２の初期設定圧力Ｐｉ（図３のピストンＰＳが肩部６６に当接している状態に対応）まで達し、やや遅れて絞り６０Ｃを介して背室６８Ａに導入された圧油によりピストンＰＳはバネ６２を下方へ圧縮しつつ移動し、それによって遅くとも、時刻ｔ１までの時間Δｔの間には、ピストンＰＳは座６４まで移動し最終設定圧力Ｐｆをバネ６２に付与することとなる。したがって、信号ラインＳＬ５の圧力Ｐは時刻ｔ０からｔ１の間で傾斜しつつ上昇し当該油圧アクチュエータＡＣＴ１の駆動圧力Ｐ１に達する。

また、同図４（ｂ）において、時刻ｔ０で、油圧アクチュエータＡＣＴ２が起動されその駆動圧力がＰ２（Ｐ２＞Ｐ１）であるとする。この場合、背室７０にはポンプ吐出ラインＬ１の圧力が与えられているので、ピストンＰＳは直ちに下方へ移動してバネ６２を圧縮させ、このときの初期設定圧力は前述したＰｉよりもΔＰだけ大きいＰｉ’となっているので、信号ラインＳＬ５の圧力Ｐは、この状態におけるバネ６２の初期設定圧力Ｐｉ’まで達し、さらに、やや遅れて絞り６０Ｃを介して背室６８Ａに導入された圧油によりピストンＰＳはバネ６２を下方へ圧縮しつつ移動し、それによって遅くとも、時刻ｔ１までの時間Δｔの間には、ピストンＰＳは座６４まで移動し最終設定圧力Ｐｆをバネ６２に付与することとなる。したがって、信号ラインＳＬ５の圧力Ｐは時刻ｔ０からｔ１の間で圧力Ｐｉ’から傾斜しつつ上昇し当該油圧アクチュエータＡＣＴ２の駆動圧力Ｐ２に達する。

なお、鎖線ＣＶ１’は緩昇圧リリーフ弁５０の場合の昇圧波形を示しており、アクチュエータＡＣＴ２の駆動圧力Ｐ２に到達するまでの時間がΔｔよりさらにαだけ要することを示す。建設機械の操縦においては、同一アクチュエータあるいは異なるアクチュエータであってもその起動時の駆動圧力に達するまでの時間Δｔは０．２〜０．３秒程度であることが好ましい。したがって、前記αがあると起動時のショックは回避されるが、応答性の良好さという点では緩昇圧リリーフ弁６０の構成の方がより好ましい。

以上本発明の好適な実施例について図１乃至図４にて説明したが、本発明の精神は、これらに限定されるものではなく、当業者であれば種々の変形が可能である。

本発明による、ロードセンシング式油圧制御装置に緩昇圧リリーフ弁を組み込んだ油圧回路図である。 本発明による、ロードセンシング式油圧制御装置に他の緩昇圧リリーフ弁を組み込んだ油圧回路図である。 緩昇圧リリーフ弁の回路構成を模式的に示す図である。 本発明による、ロードセンシング方式の油圧制御装置に組み込まれた緩昇圧リリーフ弁の昇圧特性を示す圧力波形であって、（ａ）は、図２に示す緩昇圧リリーフ弁の昇圧波形を示し、（ｂ）は、図３に示す緩昇圧リリーフ弁の昇圧波形を示す。 従来のロードセンシング式油圧制御装置の油圧回路図である。

符号の説明

１０ 可変容量ポンプ
１２ 原動機
１４ シリンダ
１６ 容量調整装置
１６Ａ バネ
１８ アンロード弁
１８Ａ バネ
２０、３０ 切換弁
２２、３２ 補償弁
２４、３４ 逆止弁
２６、３６ バネ
４０ 高圧選択手段
５０、６０ 緩昇圧リリーフ弁
６０Ａ 本体部
６０Ｂ、６０Ｃ 絞り
６２ バネ
６４ 座部
６６ 肩部
６８Ａ、７０ 背室
ＡＣＴ１、ＡＣＴ２ 油圧アクチュエータ
ＣＶ１、ＣＶ２ 昇圧波形
Ｌ１ 圧油供給ライン
Ｌ１Ａ バイパスライン
Ｌ８、Ｌ９、Ｌ１０、Ｌ１１、Ｌ１２ タンクライン
ＰＳ ピストン
ＳＬ１、ＳＬ２ 負荷圧検出ライン
ＳＬ５ 最高負荷圧力の信号ライン

Claims (5)

1. クローズドセンタ型の複数の切換弁の各々に油圧アクチュエータを接続し、これら油圧アクチュエータに共通の可変容量型ポンプから圧油を供給し、前記各切換弁においては各油圧アクチュエータの駆動圧力を検出すると共に操作されていない状態では駆動圧力検出信号通路をタンクラインに接続するよう構成し、これら切換弁を同時操作した場合の最高負荷圧力を選択手段により選択し、当該最高負荷圧力と前記ポンプの吐出圧力との差圧が一定となるよう前記ポンプの吐出流量を制御すると共に、前記ポンプの吐出流量供給ラインからタンクラインにつながるバイパスラインにアンロード弁を配設してなるロードセンシング式の油圧制御装置において、
   前記検出された油圧アクチュエータの最高負荷圧力の信号ラインに緩昇圧リリーフ弁を接続し、当該緩昇圧リリーフ弁を介して前記信号ラインの圧力を昇圧させることを特徴とするロードセンシング式油圧制御装置。
2. 前記緩昇圧リリーフ弁には、初期設定圧力と最終設定圧力とを設定可能であり、前記初期設定圧力は外部信号により調整可能であることを特徴とする請求項１に記載されたロードセンシング式油圧制御装置。
3. 前記外部信号はポンプ駆動圧力であることを特徴とする請求項２に記載されたロードセンシング式油圧制御装置。
4. 前記外部信号はアクチュエータ駆動圧力であることを特徴とする請求項２に記載されたロードセンシング式油圧制御装置。
5. 前記外部信号は前記切換弁のパイロット操作圧力であることを特徴とする請求項２に記載されたロードセンシング式油圧制御装置。

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