JP2008082539A - 圧力補償方向性スプールバルブ及び調整シャントバルブを含む油圧バルブアセンブリ - Google Patents

圧力補償方向性スプールバルブ及び調整シャントバルブを含む油圧バルブアセンブリ Download PDF

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Abstract

【課題】 流量制御のための油圧回路に関する。
【解決手段】 油圧回路は供給導管及びタンク戻り導管の各々とシリンダ/ピストン構成のような油圧アクチュエータの第1及び第2ポート間の流量を制御する。油圧回路は標準駆動動作モードと駆動及び非駆動再生モードで動作する。駆動動作モードにおいて、通常の圧力補償スプールバルブは油圧アクチュエータの速度を決定する。ワークポートブロックバルブはスプールバルブの一方を第1ワークポートに接続し、他方のワークポートは第2ポートに接続する。再生シャントバルブは油圧アクチュエータの第1及び第2ポート間に直接接続される。再生動作モード又は駆動再生混合モードにおいて、スプールバルブ、ワークポートブロックバルブ及び再生シャントバルブの組合せが油圧アクチュエータの速度を決定する。
【選択図】 図2

Description

本発明はシリンダ/ピストン構成のようなアクチュエータを動作させる油圧システムに関し、特に、駆動及び再生モードでアクチュエータを動作させる油圧システムに関する。
広範囲の機械類は機械の一つのコンポーネント(部品)に接続されたシリンダとロッドにより他のコンポーネントに接続されたピストンのような複数の油圧アクチュエータを有する油圧システムにより駆動される。ピストンはシリンダの内部を2つの内部チャンバーに分割し、加圧流体を各チャンバーに交互に加えることによりピストンを反対方向に動かし、2つのコンポーネントを互いに対して動かす。
普通の油圧システムにおいて、シリンダに対する作動液の流量は、米国特許第5,579,643号に示されるように、人間オペレータがバルブのボア内でスプールに機械的に接続されたレバーを動かす手動動作型バルブにより制御される。レバーの動きはスプールを、ポンプ、流体タンクへの戻り導管、及び付随のシリンダのチャンバーに対する導管から供給導管と連通するボア内のキャビティ(空洞部)に対して、種々の位置に設定する。スプールを一方向に動かすとポンプから一方のシリンダチャンバーに流れる加圧流体の流量を制御し、他方のチャンバー内の流体がタンクに流れるのを可能にする。これによりピストン及びピストンに接続されたロッドを一方向に駆動する。スプールを反対方向に動かすとシリンダチャンバーに対して流動を逆転させ、反対方向の動きを発生させる。スプールが適切な方向に動く量を変化させると計量オリフィスのサイズ、したがって、流体が付随のシリンダチャンバーに流れる速度を変化させ、ピストンを比例的に異なる速度で駆動する。圧力補償機構は多くの場合計量オリフィス間にほぼ一定の圧力降下を与えるためにスプールバルブアセンブリ内に組み込まれる。
手動動作型油圧バルブから電気制御ソレノイドバルブに移行する傾向がある。米国特許第6,637,461号はバルブスプールの双方向運動を制御するため一対の電磁油圧バルブによりパイロット動作されるスプールバルブを開示している。
手動及び電気動作型バルブに関して、バルブ区画として一般に参照される、分離された本体内に組み込まれ、複数の機械機能のためのバルブ区画は機械のオペレータのワークステーションでバルブアセンブリを形成するために並んでボルト止めされる。各バルブ区画は各シリンダのチャンバーに接続するためのワークポートを有する。各バルブ区画は供給導管、タンク戻り導管、及び負荷検出回路のための貫通通路を有し、これらの通路はバルブアセンブリ全体を貫流する流体を運ぶため近接のバルブ区画内の同様な通路と整合している。バルブアセンブリの各区画は供給導管とタンク導管及び圧力リリーフバルブを取り付けるための開口部を接続するためにポートを有する。
スプールバルブに対する代案は各々が四辺形2つの異なるコーナー間に接続されている4個の比例電磁油圧バルブのホイートストンブリッジ構成からなる。2つの反対側のコーナーは2つのシリンダチャンバーのためのワークポートに接続されている。ブリッジの残りの1つのコーナーは供給導管に結合され、最後のコーナーはタンク戻り導管に接続されている。油圧シリンダを動作させる駆動伸長及び後退モード期間中、ブリッジの反対側の2個のバルブは開くので、供給導管からの流体は一方のシリンダチャンバーに流入し、他方のシリンダチャンバーから排出する全ての流体はタンク戻り導管に流入する。
オーバーライド負荷条件において、機械に作用する外部負荷又は他の力は供給導管から大きな圧力を要求することなく油圧アクチュエータの伸張又は後退を生じさせる。この力は一方のシリンダチャンバーから流体を排出し、他方のチャンバーの伸張で供給導管から流体を引き出す。この条件中に、流体は比較的高圧下でシリンダから流出するので、流体がタンクに放出される場合に失われるエネルギーを含んでいる。
ホイートストンブリッジ構成は排出流体のエネルギーを、使用されずにタンクに戻す代わりに、再利用する再生モードでの動作を可能にするスプールバルブに優れる利点を有する。自己再生モードにおいて、タンク戻り導管コーナーのブリッジの供給導管コーナーに接続された2つの近傍のバルブが開き、その間、他のバルブは閉じられたままである。一方のシリンダチャンバーから排出する流体は比例電磁油圧バルブの2つにより伸長中の他のシリンダチャンバーに送られる。結果として、後退するシリンダチャンバーを出る流体は流入し、拡張シリンダを満たすために使用され、供給導管から要求される流量を減少させ又は排除する。このことは再生流量を正確に計量するため2つの比例電磁油圧バルブを正確に制御しなければならないことを要求している。これにより、電流は両バルブを正確で一致した位置に開くために与えられる。さらに、再生流体は2個のバルブの各々においてエネルギー損失を受ける。エネルギー損失の大きさを減らす試みはバルブブリッジの2個のワークポート間に第5の電磁油圧バルブを直接接続することを伴う。それでもなお、バルブアセンブリとシリンダ間のホースでエネルギー損失は再生モードの効率に影響を与える。
スプールバルブをオペレータワークステーションで採用する油圧システムで低エネルギー損失再生モードを提供することが望まれる。これは既存の機械設計を再生動作モードで更新することを可能にする。
油圧回路が油圧アクチュエータの第1ポートと第2ポート、加圧流体を運ぶ供給導管とタンク戻り導管の各々間に流れる流量を制御するために提供される。この油圧回路は供給導管に接続された流入部を有するスプールバルブと、タンク戻り導管に接続された流出部と、第1ワークポートと、第2ワークポートからなる。スプールバルブは流体を流入部から第1及び第2ワークポートの一方へ選択的に方向付け、且つ流体を第1及び第2ワークポートの他方から流出部へ方向付ける。
ワークポートブロックバルブ(締め切りバルブ)は第1ワークポートを油圧アクチュエータの第1ポートに接続する。再生シャントバルブは流体が第1ポートと第2ポート間に貫流する油圧アクチュエータに接続する。
油圧回路の一実施例において、ワークポートブロックバルブ及び再生シャントバルブはスプールから遠隔で且つ油圧アクチュエータの近傍に配置される。他の実施例において、再生シャントバルブはスプールバルブから遠隔で且つ油圧アクチュエータの近傍に配置され、ワークポートブロックバルブはスプールバルブの近傍に配置される。
好ましい実施例において、油圧回路はスプールバルブに接続され且つ流入部と第1及び第2ワークポートの選択されたポート間をほぼ一定の圧力降下に維持する圧力補償バルブを含む。本実施例の一つの形態において、負荷検出回路が油圧アクチュエータを動作させるため供給ラインに所望の圧力レベルを示す信号を与えるためにスプールバルブに接続される。この負荷検出回路は圧力補償バルブを適切に制御するために接続される。
まず、図1Aと図1Bを参照すると、機械に搭載された油圧システム10はシリンダピストン構成のような5個の油圧アクチュエータ11、12、13、14、15の動作を制御する。各油圧アクチュエータ11−15はロッド17に接続された可動ピストン18を有する油圧シリンダ16からなる。ピストン18はシリンダ内でヘッドチャンバー19とロッドチャンバー20を形成し、第1及び第2ポートがこれらのチャンバーに対してそれぞれ油圧接続のために設けられている。本発明は例えば回転モータのような他の型の油圧アクチュエータと共に使用できることを理解すべきである。
油圧システム10はタンク22から流体を排出し加圧流体を供給導管24に供給する可変容量式ポンプ21を含んでいる。供給導管は油圧アクチュエータ11−15に出入りする流量を制御する制御バルブアセンブリ26に接続されている。油圧アクチュエータから戻る流体はタンク戻り導管28を介してタンク22に戻る。センサー23及び27はそれぞれ供給導管24及びタンク戻り導管28の圧力を計量する。
制御バルブアセンブリ26は制御プログラムを実行する通常のマイクロコンピュータに基づく装置であるシステム制御装置30により動作する。システム制御装置30は機械のコンポーネントの所望動作を指定するため機械オペレータにより操作されるジョイスティック29のようなオペレータ入力装置からの信号を受信する。制御プログラムは制御バルブアセンブリ26内のバルブを開くため電流を発生することにより信号に対して応答し、各機械コンポーネントに取り付けられた油圧アクチュエータ11−15に作動液を供給する。
制御バルブアセンブリ26は並んで接続され且つ第1及び第2端部区画36及び37間に挟まれた5個のバルブ区画31、32、33、34、及び35からなる。各制御バルブ区画31−35は図2の第1制御バルブ区画31のために例示されたものと同一基本構造を有するが、第3、第4、第5制御バルブ区画33、34、35は後述のようにわずかに異なっている。第1制御バルブ区画31は2個の電磁油圧バルブ80及び81によりパイロット動作するスプールバルブ40からなる。制御バルブアセンブリは米国特許第6,637,461号(ここでは、参照のために掲載される)に記載されたものと類似しているが、本発明は他の型のスプールバルブと共に使用できる。スプールバルブ40は流体通路とポートが開く主要ボア43を有するバルブブロック42に形成される。バルブスプール44は一対のワークポート46及び48に出入りする作動液を制御するため主要ボア43内で縦方向に往復運動する。複動ばねアセンブリ50は主要ボア43内の例示された中央閉鎖位置にスプールを戻すためバルブスプール44の第1端部に接続される。バルブスプール44は、後述するように、異なるキャビティと主要ボア内の通路開口部間の作動液流量を制御するため主要ボア43と協働するランド間に配置された複数の軸方向に離間された周辺溝部を有する。
第1及び第2ワークポート46及び48はそれぞれ第1及び第2ワークポート通路52及び54により主要ボア43の周辺に伸びるキャビティに接続される。図1を参照すると、ワークポート46及び48はホース55及び56により関連する第1油圧アクチュエータ11に接続される。具体的には、第1ワークポート46をシリンダ16のヘッドチャンバー19に接続され、第2ワークポート48はシリンダのロッドチャンバー20に接続される。
バルブブロック42は図2の断面の面に直交して伸び且つ近傍の区画32−35内の同一共通通路に接続された複数の共通通路を有する。このような一対の通路58及び59は主要ボア43の周囲に伸びる異なるキャビティに開き、タンク戻り導管28(図1)により油圧システムのタンク22に接続される。バルブブロック42は主要ボア43に開く供給通路60を有し、供給導管24によりポンプ21の出力部に接続される。供給通路60は通常の圧力補償バルブ64を含むバルブブロック42内の他のボア62と通じている。圧力補償バルブ64は供給通路からブリッジ通路68に接続された主要ボア43の周囲の一対の供給通路キャビティ65及び66に流れる作動液流量を制御する。この圧力補償機構は米国特許第4,693,272号に記載されており、代案として、米国特許第5,579,642号に記載された圧力補償機構が使用できる。
図2は流体がワークポート46及び48に出入りするのを阻止する中立又は中央位置でのバルブスプール44を示している。図においてバルブスプール44の右側への動きで最初に第1スプールノッチ61を介して第2ワークポート48とタンク通路58間の一つの通路を開く。バルブスプール44が更に右側に動くとブリッジ通路68の一端部で第1ワークポート通路52と供給通路キャビティ66間の計量オリフィスを開口し、圧力補償バルブ64、供給通路キャビティ65、ブリッジ通路68、及び第2スプールノッチ63を介して供給通路60と第1ワークポート46間に他の通路を形成する。中央位置から、第2スプールノッチ63がブリッジ通路68に開く前に、第1スプールノッチ61がタンク通路58に開くことに留意すべきである。このように、ポンプ21からの加圧作動液が第1ワークポート46に加えられる前に、流体が第2ワークポート48からタンク22に排出される。油圧アクチュエータの動作に関するこの構成の重要さは次に説明される。
図2の左方向へのバルブスプール44の動きで、第1ワークポート46を第2スプールノッチ63を介してタンク戻り通路59のキャビティ53に接続する。この方向の動きを継続すると、圧力補償バルブ64、供給通路キャビティ65及び第1スプールノッチ61を介して通路内の供給通路60と第2ワークポート48間の他の計量オリフィスを開口する。中央位置からのこのような左方向運動は第1スプールノッチ61が供給通路キャビティ65に開く前に第2スプールノッチ63をタンク戻り通路59に開口する。結果として、ポンプ21からの加圧作動液が第2ワークポート48に加えられる前に、流体が第1ワークポート46からタンク22に排出する。
バルブスプール44の動きはバネアセンブリ50からのバルブスプールの反対側の端部に配置された力帰還アクチュエータ70により発生する。力帰還アクチュエータ70はバルブブロック42の片側に取り付けられた端部ブロック78を有するので、端部ブロック内のピストンボア72は主要ボア43と整合される。ピストンボア72はバルブスプール44の第2端部に取り付けられたバルブ駆動ピストン44を有する。代案として、バルブスプール44とバルブ駆動ピストン74が単一部品として形成できる。どちらの構成も、バルブ駆動ピストン74とバルブスプール44は共通ユニットして相互的に動く。バルブ駆動ピストン74は中央凹部で合致する切頭円錐形先細端部区画を有する一般的に砂時計形状を有する。第1及び第2ピストン制御チャンバー75及び76はバルブ駆動ピストン74の反対側のピストンボア72内に形成される。端部ブロック78はバルブブロック42から分離されているが、2つのコンポーネントが単一部品として形成でき、総称的にここでは本体73として参照される。単一本体において、主要ボア43とピストンボア72は共通ボアからなる。
第1電磁油圧バルブ80は端部ブロック78内に伸びる第1制御ボア82に搭載され、ピストンボア72と直角に交差する。第1電磁油圧バルブ80は電気的に活性化されると第1バルブ素子88と選択的に係合する電機子86の動きを発生させる第1ソレノイド84を有する。後述されるように、第1ソレノイド84による電機子86の動作は第1バルブ素子88を動かし、第1及び第2ピストン制御チャンバー75及び76に流入する流量を比例制御する。帰還ピン90は第1バルブ素子88内でバネアセンブリ92と係合する一端部とバルブ駆動ピストン74と係合する他端部を有する。
パイロット圧力通路94は、後述するように、第1制御ボア82と連通し、バルブ駆動ピストン74を動作させるための制限された一定パイロット圧力で流体を運ぶ。端部ブロック78はバルブブロック42内のタンク戻り通路59から第1制御ボア82の部分に伸びているパイロットタンク通路93を有する。第1横断通路96は第1制御ボア82を第2制御ボア104に接続する。ブランチ通路100はバルブ駆動ピストン74のスプール側の第1ピストン制御チャンバー75から第1制御ボア82に通じており、第2横断通路102は第2制御ボア104に連続するブランチ通路100を形成する。第2制御ボア104の端部はバルブスプール44からバルブ駆動ピストン74の遠方側に配置された第2ピストン制御チャンバー76に開口している。
続いて図2を参照すると、第2電磁油圧バルブ81は第2ソレノイド106が第2バルブ素子に接続された電機子110を駆動する場合第2制御ボア104内で滑動する第2バルブ素子108を有する。第2電磁油圧バルブ81は2状態、即ち、通電及び非通電、を有するオン/オフ型バルブである。第2電磁油圧バルブ81が非通電であると、第2バルブ素子108が第2横断通路102を第2ピストン制御チャンバー76に接続するように位置決めされる。第2電磁油圧バルブ81が通電されると、タンク戻り導管58及び59と連通する第1断面通路96は第2ピストン制御チャンバー76に接続される。
第1電磁油圧バルブ81はバルブスプール44の位置と流体がワークポート46及び48に供給される速度を制御するためにパイロット圧力通路94からの流体を計量する比例装置である。第2電磁油圧バルブ81の2状態はバルブ駆動ピストン74及びバルブスプール44の動きの方向を決定する。バルブスプール44の動きの方向はピストンロッド17が第1油圧アクチュエータ11から伸長するか又は内に後退するかどうかを決定する。2つの電磁油圧バルブ80及び81によるスプールバルブ40の動作の詳細は米国特許第6,637,461号に記載されている。
図1Aを再度参照すると、第1制御バルブ区画31は第1アンチキャビテーションバルブ112を有し、第1ワークポート圧力リリーフバルブ114は第1ワークポート46とタンク戻り導管28に通じるタンク戻り通路59間で並列に接続される。第1ワークポート圧力リリーフバルブ114は第1ワークポート46で生じる過度な高圧を解放する。第2アンチキャビテーションバルブ116と第2ワークポート圧力リリーフバルブ118の同一構成が第2ワークポート48に接続される。第2制御バルブ区画32もそのワークポートに接続されたアンチキャビテーション及びワークポート圧力リリーフバルブの構成を有する。
制御バルブアセンブリ26は更に5個のバルブ区画31、32、33、34、35の各々内に通常のシャトルバルブ121からなる負荷検出回路120を含んでいる。各シャトルバルブに対する1つの流入部は同一バルブ区画内のスプールバルブ40から負荷圧力を受け、他の流入部は通路122により近傍のバルブ区画内のシャトルバルブの流出部124に接続される。例えば、第1バルブ区画31内のシャトルバルブ121の流入部は通路122により第2バルブ区画32内のシャトルバルブ121の流出部124に接続される。このバルブ区画32は通路122により図1B等内の第3バルブ区画33内のシャトルバルブ121の流出部124に接続された流入部を有する。各シャトルバルブ121はその流入部の2つの圧力の大きいほうを選択しその流出部124に送る。複数のシャトルバルブ121の連鎖からの最終流出部125、即ち、第1バルブ区画31内のシャトルバルブ121の流出部は第1端部区画36で負荷検出通路95に接続される。負荷検出通路95はポンプ21の制御出力部及びバルブ区画31−33内の圧力補償バルブ64に伸びている。各圧力補償バルブ64は付随するスプールバルブ40の計量オリフィス間でほぼ一定の圧力降下を維持する通常の方法で負荷検出通路95内の圧力に応答する。第1端部区画36内の圧力リリーフバルブ152は負荷検出通路95内の圧力が最大許容レベルを超えるのを防止する。
代案として、各バルブ区画31−33内の負荷検出回路120と圧力補償バルブ64が除去される場合、電子負荷検出が採用できる。代わりに、圧力センサー57は各油圧アクチュエータに作用する負荷圧力を示すシステム制御装置30に信号を送る。システム制御装置30により実行されるソフトウエアはセンサー類により要求される最大供給圧力を選択し、各スプールバルブ40を制御する2つの電磁油圧バルブ80及び81の動作を制限して、圧力補償を実行する。
第1バルブ区画31の2つのワークポート46及び48は一対のホース55及び56により第1油圧アクチュエータ11の近傍の第1遠隔バルブアセンブリ127に接続される。例えば、第1遠隔バルブアセンブリ127は第1油圧アクチュエータ11に物理的に取り付けられる。一対の圧力センサー57は各シリンダチャンバー19及び20を示すシステム制御装置に信号を送る。遠隔バルブアセンブリ127は第1再生シャントバルブ126と第1ワークポートブロックバルブ128からなる。電気動作型比例第1再生シャントバルブ126は第1油圧アクチュエータ11のヘッドチャンバー19とロッドチャンバー20のポート間に直接接続される。ここで使用される用語“直接接続”とは関連するコンポーネントが、導管の固有制限を越える流量を制限し又は制御するバルブ、オリフィス又は他の装置のような介在素子を設けることなく、導管により共に接続されることを意味する。非通電状態において、第1再生シャントバルブ126は第1油圧アクチュエータ11の2個のチャンバーのためのポート間の流量を阻止し、通電すると、内部チェックバルブは流体がヘッドチャンバー19からロッドチャンバーにのみ流れるのを可能にする。代案として、双方向再生バルブと直列に接続された外部チェックバルブが使用できる。第1油圧アクチュエータ11の近くに再生シャントバルブ126を配置することにより、再生モードでの流量エネルギー損失が最小化される。
遠隔バルブアセンブリ127はヘッドチャンバー19の第1ポートと第1ワークポート46に接続されたホース55との間に第1ワークポートブロックバルブ128を設けている。第1ワークポートブロックバルブ128はシステム制御装置30により電気的に動作し、流体が第1油圧アクチュエータ11内のヘッドチャンバー19から第1制御バルブ区画31に流れる場合に開口する。そうでなければ、バルブ128は内部負荷チェックバルブが流体を第1制御バルブ区画31からヘッドチャンバー19にのみ流れるのを可能にする閉状態にある。第1ワークポートブロックバルブ128は米国特許第6,745,992号(例えば、ここでは参照のために記載する)のものと同様な電磁油圧比例制御バルブでもよい。ワークポートブロックバルブ128は標準駆動計量モードで動作し、後述するように、スプール型方向性バルブを有する油圧回路が再生モードで動作するのを可能にする。
第1油圧アクチュエータ11に作用する負荷はピストンロッド17を後退させる傾向にあり、ヘッドチャンバー19内の圧力を発生させる。第1ワークポート46に接続されたホース55が破裂する重負荷条件下で、その圧力は解放され、もしワークポートブロックバルブ128がなければ、負荷を急激に降下させる。閉状態において、第1ワークポートブロックバルブ128は負荷がホースの事故の場合降下するのを防止する。しかしながら、第1遠隔バルブアセンブリ127内の圧力リリーフバルブ129はヘッドチャンバー内の圧力が危険なレベルに到達するのを防止する。バルブスプール44の中立、又は中央位置において、過大な圧力はタンク戻り導管28に送られる。
第2バルブ区画32はピストンロッド17を伸ばす傾向にある負荷のための第2油圧アクチュエータ12に接続される。第2バルブ区画32のワークポート46及び48は第2油圧アクチュエータ12の近傍の同様な遠隔バルブアセンブリ130に接続される。この第2遠隔バルブアセンブリは第2油圧アクチュエータ12のチャンバー間の第2再生シャントバルブ132とチェックバルブ133を含む。チェックバルブ133は、再生シャントバルブ132が開く場合、流体がロッドチャンバー20からヘッドチャンバー19への方向のみに流れるのを保証する。代案として、第2再生シャントバルブ132とチェックバルブ133は第1再生シャントバルブ126のような適切な配向バルブにより置換できる。第2圧力リリーフバルブ135は危険なレベルに到達することからロッドチャンバーの圧力を放出するため第2油圧アクチュエータ12のチャンバー間に直接接続される。第2ワークポートブロックバルブ134も設けられる。しかしながら、第2油圧アクチュエータ12に作用する負荷は付随するシリンダ16からピストンロッド17を伸張する傾向にあり、ロッドチャンバー20内で圧力を発生するので、ワークポートブロックバルブ134はロッドチャンバー20に接続され、アクチュエータが非活性であると負荷圧力をホース56から分離する。
図1Bの第3バルブ区画33のワークポートに付随する油圧回路は第3油圧アクチュエータ13のヘッド及びロッドチャンバーのためのポート間のチェックバルブ144と直列に接続された第3再生シャントバルブ142のみを含む遠隔バルブアセンブリ140を有する。第3ワークポートブロックバルブ146は第3バルブ区画33に近接しており、スプールバルブ40と第1ワークポート46間の流体を制御する。例えば、第3ワークポートブロックバルブは第3バルブ区画33の本体73に取り付けられる。このように、第3ワークポートブロックバルブ146はオペレータワークステーション及びシステム制御装置30の近くにある。圧力センサー57は、遠隔のバルブアセンブリ140に配置される代わりに、第3バルブ区画33のワークポート46及び48に接続される。この構成は第3油圧アクチュエータ13の近傍にある遠隔バルブアセンブリ140に配線するために必要な電線の数を減少させる。しかしながら、第3バルブ区画33に第3ワークポートブロックバルブ146を配置することにより、他のバルブ区画で利用されるホース破裂防止が提供されるわけではない。
第4バルブ区画34は他のバルブ区画のものと異なる油圧回路を有する。第4バルブ区画のスプールバルブ40の中央位置は第1ワークポート46とタンク戻り導管28に通じるタンク戻り通路59間に通路を形成する。これは図2のスプール144を変更することにより達成されるので、第1ワークポート通路52に付随するノッチはタンク戻り通路59と連通するキャビティ53内に伸張している。したがって、中央位置で、第1ワークポート46に取り付けられたホース55はタンク22に接続される。圧力補償バルブ64は流体がバルブを介して供給通路60に戻るのを防止する標準負荷チェックバルブ115と置換された。第4バルブ区画34もアンチキャビテーションバルブ160とその第2ワークポート48用のみのワークポート圧力リリーフバルブ162の構成を有し、第1ワークポート46に接続された同様な構成を持たない。
関連する第4遠隔バルブアセンブリ170は第4油圧アクチュエータ14のヘッドチャンバー19とロッドチャンバー20のためのポート間の第4チェックバルブ174と直列に接続された第4再生シャントバルブ172からなる。第4チェックバルブ174は再生シャントバルブ177が開く場合に流体がヘッドチャンバー19からロッドチャンバー20への方向のみに流れるのを保証する。第4ワークポートブロックバルブ176はヘッドチャンバーのためのポートと第4バルブ区画34の第5ワークポート46に接続されたホース55間に設けられる。圧力リリーフバルブ178は第4ワークポートブロックバルブ176と並列に接続され、過大な高圧がヘッドチャンバー19に生じると開口する。第4バルブ区画34内のスプールバルブ40が中央位置にあると、過大な高圧が第1ホース55を介して解放され、スプールバルブを介してタンク戻り通路59への接続はタンク戻り導管28に通じる。
第5バルブ区画35はそのピストンロッド17を伸張させる傾向にある負荷のための第5油圧アクチュエータ12を制御する。この第5バルブ区画35は第4バルブ区画34に類似している。ただし、第1ワークポート46に接続されたアンチキャビテーションバルブ164とワークポート圧力リリーフバルブ166を有し、中立位置タンク戻り導管接続を欠いている。付随する第5遠隔バルブアセンブリ180は第2遠隔バルブアセンブリ130と同一であり、同一の機能性を有する。結果として、第5バルブ区画35と第5遠隔バルブアセンブリ180の同一コンポーネントは制御バルブアセンブリ26の他の部分の番号と同じ参照番号を割り当てている。
例示の制御バルブアセンブリ26において、第2端部区画37は単にバルブ区画31−35を介して伸びている異なる通路58/59、60、94、95、及び122の終端部を含んでいる。
図1Aを再度参照すると、第1端部区画36はポンプ及びタンク導管24及び28が制御バルブアセンブリ26に接続されるポートを有する。この第1端部区画36も制御バルブアセンブリの種々の通路内の圧力を制限するためのいくつかの圧力応答バルブを含んでいる。具体的には、第1圧力リリーフバルブ150は供給導管内の圧力が所定の第1しきい値を超えると供給導管24をタンク32のためのタンク戻り導管に接続する。第2圧力リリーフバルブ152は負荷検出通路95内の圧力が第2しきい値レベルを超えるとタンク戻り導管28への通路を提供する。第1端部区画30は負荷検出通路95がポンプ21の制御入力部に接続されるポートを提供する。圧力調整バルブ154は供給導管24を5個のバルブ区画31−35内のパイロット圧力通路94に接続し、これらの通路をバルブ駆動ピストン74を動作させるためのほぼ一定のパイロット圧力に維持する。
制御バルブアセンブリ26は同様な方法で機械の各油圧アクチュエータ11−15を動作させる。例えば、第1油圧アクチュエータ11の動作は所望の動作に相当する方向に関連するジョイスティック29を動かす機械オペレータにより指示される。これにより第1バルブ区画31内のバルブ及び第1遠隔バルブアセンブリ127に電流を流すことにより応答し関連するピストンロッド17の動きを発生させるシステム制御装置30に信号を出力する。他のアクチュエータ12−14と同様に第1油圧アクチュエータ11のための流体回路はジョイスティック信号及び既存の条件に応答して制御装置により選択されるように、駆動伸張モード、駆動後退モード、非駆動自己再生モード、及び駆動再生モードを含む異なる計量モードで動作可能である。個別の計量モードでの機能に加えて、油圧アクチュエータ回路は関連するアクチュエータの円滑連続制御を実施するため計量モードの組合せで動作可能である。
第1油圧アクチュエータ11のための駆動伸張モードにおいて、システム制御装置30はパイロット圧力通路94から図2の第2ピストン制御チャンバー76へ加圧流体を流すため第1バルブ区画31内の第1及び第2電磁油圧バルブ80及び81を活性化し、第1ピストン制御チャンバー75内の圧力をタンク22に解放する。これにより、バルブスプール44を、供給導管24からの加圧流体が第1ワークポート46に加えられ且つ第2ワークポート48がタンク戻り導管に接続される位置に、動かすバルブ駆動ピストン74に力を作用させる。具体的には、バルブスプール44は流体が、圧力補償バルブ64、ブリッジ通路68及び第1ワークポート通路52を介して、供給導管24と供給通路60から第1ワークポート46に流れるように位置決めされる。スプールバルブの位置は第2ワークポート通路54及びタンク通路58を介して第2ワークポート48からタンク戻り導管28への他の通路を形成する。この通路が生じている間に、図1の第1遠隔バルブアセンブリ127内のワークポートブロックバルブ128は通電されて開口する。この構成は加圧流体を第1ワークポート46から第1シリンダ16のヘッドチャンバー19に供給し、その間、流体をロッドチャンバー20から排出し、ピストンロッド17をシリンダ16から更に遠くに伸張させる。
機械オペレータが第1油圧アクチュエータ11のシリンダ16内へのシリンダロッド17の後退を命令すると、油圧システム10は駆動後退モード又は非駆動再生後退モードを利用する選択肢を持つ。駆動後退モードにおいて、システム制御装置30はバルブ駆動ピストン74を推し進めるように加圧流体を第1ピストン制御チャンバー75に加えるため第1及び第2電磁油圧バルブ80及び81を活性化して、バルブスプール44を位置決めし、供給導管24からの流体が第1バルブ区画31の第2ワークポート48に搬送され、同時に第1ワークポート46はタンク戻り通路59を介してタンク戻り導管28に結合される。この駆動後退モードにおいて、第1ワークポートブロックバルブ128は開口状態に通電される。この構成において、加圧流体はロッドチャンバー20に加えられ、ヘッドチャンバーの流体はタンク22に放出される。この作用がピストンロッド17のシリンダ16内への後退になる。
前述のように、第1油圧アクチュエータ11に取り付けられた機械コンポーネントに働く負荷はピストンロッド17をシリンダ16内に後退させる、重力のような、力を作用させる。ピストンロッドの後退が要求される場合、この外部から作用する力は供給導管からシリンダに加圧流体を加えることによる力を置換するか又は増大させるために利用できる。
第1油圧アクチュエータ11を後退させるための駆動モードと逆であるように、この外力を利用すること及び非駆動自己再生後退モードを使用することは、シリンダチャンバー19及び20に接続された供給及び戻り導管センサー25、27及びセンサー57からの圧力測定値に応答して、システム制御装置30により決定される。これらの圧力測定値が流体がロッドチャンバー20に流れ込むことを示す場合、システム制御装置30は第1遠隔バルブアセンブリ127内の第1ワークポートブロックバルブ128と再生シャントバルブ126を開く。この作用はヘッドチャンバー19内の流体がロッドチャンバー20内に直接的に流れ、ピストン18がピストンロッド17を後退させる方向に動かすのを可能にする。供給導管24からの流体はこの動作のために要求されず、これを非駆動モードという。
しかしながら、ヘッドチャンバー19は後者のチャンバー内にピストンロッド17の一部があるためロッドチャンバー20より大きい容量を持っている。結果として、ヘッドチャンバー19に存在する過剰流量は中央中立位置で第1ワークポート46を戻り通路58と59及び戻り導管28に接続する方向性スプールバルブ40を貫通して排出されなければならない。第1ワークポートブロックバルブ128は方向性スプールバルブ40を介してタンク22に流れる過剰流量を計量するために制御される。
遠隔バルブアセンブリ127は中央位置で排出通路を形成しないスプールバルブと共に使用できる。しかしながら、油圧回路は今説明された回路と異なる再生動作モードで動作する。システム制御装置30は第1遠隔バルブアセンブリ127内の再生シャントバルブ126のみを開き、第1ワークポートブロックバルブ128を閉鎖状態に維持する。方向性スプールバルブ40は第2ワークポート48とタンク22につながるタンク戻り導管28間の1つの流路と、圧力補償バルブ64を貫通する第1ワークポート46と供給導管24間の他の通路を形成するために作用する。したがって、ロッドチャンバー20を満たすために必要としないヘッドチャンバー19を流出する流量は第2ワークポート48に流れ且つスプールバルブ40及びタンク戻り導管28を貫通してタンク22に流れる。供給導管24からの加圧流体は第1ワークポート46に送られるので、閉鎖した第1ワークポートブロックバルブ128は供給流体がシリンダ16に到達するのを防止する。
同様な動作モードは第2遠隔バルブアセンブリ130と第2バルブ区画32に接続される第2油圧アクチュエータ12を動作させるために利用される。しかしながら、この油圧アクチュエータに作用する負荷はシリンダ15からそのピストンロッド17を伸張させる。結果として、第2ワークポートブロックバルブ134は第2ワークポート48からロッドチャンバー20に這うホース56に接続される。駆動伸張及び後退モードは第1バルブ区画31に関して説明されたものと同様な方法で動作する。しかしながら、駆動自己再生モードはロッドチャンバー20の圧力がヘッドチャンバー圧力を超えると負荷からの力を利用することによりロッドチャンバー20を伸張させるために使用できる。このモードにおいて、再生シャントバルブ132はシリンダ16のロッドチャンバー20からヘッドチャンバー19に直接流れる流体を送るために開口される。ロッドチャンバー20がヘッドチャンバー19より小さいので、追加の流体が後者のチャンバーを満たすために要求され、その流体が供給導管24から到来する。したがって、駆動自己再生伸張モードにおいて、第2バルブ区画32内の方向性スプールバルブ40は第1ワークポート46が供給通路60を介して供給導管24に接続される位置に配置される。これが生じている期間に、第2ワークポートブロックバルブ134は第2遠隔バルブアセンブリ130内の流体が方向性スプールバルブ40を介してタンク戻り導管28に流れるのを防止するため閉鎖状態に保持される。このモードは供給導管24からのある量の流体が消費されるので駆動自己再生モードと称される。
第3バルブ区画33は負荷力がピストンロッドを後退させる傾向にあるので第1バルブ区画31に関して記述されたような方法で動作する。しかしながら、第3バルブ区画33は構造的に異なり、第3ワークポートブロックバルブ146が、第3遠隔バルブアセンブリ140に配置される代わりに、第3バルブ区画33の近傍であり、例えば、第3バルブ区画33上に搭載されている。第3バルブ区画33の近くに第3ワークポートブロックバルブ146を配置することによりホースのアクチュエータ端部に配置されたバルブにより得られるホース破裂防止を提供しないことに留意すべきである。
第3バルブ区画に対する他の相違は中央位置にあるそのスプールバルブ40が第1ワークポート46からタンク戻り導管28への通路を提供していないことである。非駆動自己再生後退モードにおけるヘッドチャンバーを出る過剰流体を排出するため、スプールバルブ40は第3ワークポートブロックバルブ146に追加して活性化されなければならない。スプールバルブ40の活性化は加圧流体を第2ピストン制御チャンバー76に加えるため第1及び第2電磁油圧バルブ80及び81に通電することにより達成される。この作用はバルブスプール44を位置決めするため図2においてバルブ駆動ピストン74を少量左方向に動かすので、流路は第2スプールノッチ63及びキャビティを介して第1ワークポート46とタンク戻り通路59間に形成される。バルブスプール44は例えば第1スプールノッチ61が圧力補償バルブ64の流出部に接続された供給通路キャビティ65にまだ開口していない小距離を移動する。したがって、第3油圧アクチュエータ13のヘッドチャンバー19の過剰流体は、供給導管24からの加圧流体が油圧アクチュエータに加えられることなく、タンク22に排出される。この方法で、再生動作モードは方向性計量バルブとしてスプールバルブを有する油圧回路に利用できる。
第4油圧アクチュエータ14に加えられる力はピストンロッド17を後退させる傾向にある力を作用させる。したがって、第4バルブ区画34は第1油圧アクチュエータ11に関して前述されたものと同じ方法で駆動伸張モード、駆動後退モード、及び再生計量モードで動作可能である。しかしながら、第4油圧アクチュエータ40のための油圧回路はスプールバルブ40が図示されたような中央位置にある非活性状態で異なった状態で機能する。このスプール位置は第2ワークポート48を閉じ、第1ワークポート46とタンク戻り導管28に通じるタンク戻り通路59間に設定され、それにより第1ワークポートホース55からタンク22への通路を形成する。しかしながら、現時点で、第4遠隔バルブアセンブリ170内のバルブ172、176、及び178の閉状態は第4油圧アクチュエータ14のヘッドチャンバーに出入りする流体を阻止する。ヘッドチャンバー19内の圧力が圧力リリーフバルブ178のしきい値設定を超過し、第4バルブ区画34内のスプールバルブ40が中央に位置決めされる場合に、圧力リリーフバルブは開口し、スプールバルブを介して流体を戻り通路及び導管59/60及び28からタンク22に放出する。
前述の記載は主として本発明の好ましい実施例に向けられた。本発明の範囲内で種々の代案に注目したが、当業者が本発明の実施例の開示から明らかである追加の代案を実現するであろうことが予期される。例えば、特有のバルブアセンブリはここで開示された5つの型31−35と同一又は異なる組合せである異なる数のバルブ区画を持つことができる。熟達した技術者も本発明の概念を採用している他のバルブ区画を開発することができる。したがって、本発明の範囲は特許請求の範囲から決定されるべきであり、上記開示により限定されるべきではない。
図1は付属図1A及び図1Bからなる図である。 図1Aは本発明を組み込んだ油圧システムを示す概略図である。 図1Bは本発明を組み込んだ油圧システムを示す概略図である。 図2は油圧システムで使用されるソレノイド動作型スプールバルブを示す断面図である。
符号の説明
11、12、13、14、15 油圧アクチュエータ
17 ロッド
18 ピストン
19 ヘッドチャンバー
20 ロッドチャンバー
21 可変容量型ポンプ
22 タンク
23、27 センサー
24 供給導管
26 制御バルブアセンブリ
28 タンク戻り導管
29 ジョイスティック
30 システム制御装置
31、32、33、34、35 バルブ区画
40 スプールバルブ
43 ボア
44 バルブスプール
46、48 ワークポート
50 複動ばねアセンブリ
64 圧力補償バルブ
80、81 電磁油圧バルブ
106 ソレノイド
110 電機子
112 アンチキャビテーションバルブ
114、118 ワークポート圧力リリーフバルブ
121 シャトルバルブ

Claims (30)

  1. 第1ポートと第2ポートを有する油圧アクチュエータと、供給導管とタンク戻り導管の各々間の流量を制御する油圧回路において、
    前記供給導管に接続された流入部と、前記タンク戻り導管に接続された流出部と、第1ワークポートと、第2ワークポートを有するスプールバルブであり、前記スプールバルブが流体を前記流入部から前記第1及び第2ワークポートの一方へ選択的に方向付け、且つ流体を前記第1及び第2ワークポートの他方から前記流出部へ選択的に方向付けるスプールバルブと;
    前記第1ワークポートを前記油圧アクチュエータの前記第1ポートに接続するワークポートブロックバルブと;
    前記油圧アクチュエータに接続され、流体が前記第1ポートと前記第2ポート間に流れる再生シャントバルブと;
    を具備することを特徴とする油圧回路。
  2. 前記第1ポートと前記第2ポート間の前記再生シャントバルブと直列であるチェックバルブを更に具備することを特徴とする請求項1記載の油圧回路。
  3. 前記第1ポートと前記第2ポート間の再生シャントバルブを介して流体を一方向のみに流れるのを可能にする機構を更に具備することを特徴とする請求項1記載の油圧回路。
  4. 前記ワークポートブロックバルブと再生シャントバルブが前記スプールバルブから遠隔に且つ前記油圧アクチュエータの近傍に配置されることを特徴とする請求項1記載の油圧回路。
  5. 前記再生シャントバルブが前記スプールバルブから遠隔に且つ前記油圧アクチュエータの近傍に配置され、前記ワークポートブロックバルブが前記スプールバルブの近傍に配置されることを特徴とする請求項1記載の油圧回路。
  6. 前記ワークポートブロックバルブと前記再生シャントバルブの両方が電磁油圧バルブであることを特徴とする請求項1記載の油圧回路。
  7. 前記ワークポートブロックバルブがパイロット動作型バルブであることを特徴とする請求項1記載の油圧回路。
  8. 前記第1ワークポートと前記タンク戻り導管間に接続され、且つ前記第1ワークポートの圧力が所定のレベルを超える場合に開く圧力リリーフバルブを更に具備することを特徴とする請求項1記載の油圧回路。
  9. 前記油圧アクチュエータの前記第1ポートと第2ポート間に接続され、且つ前記第1ポートの圧力が所定のレベルを超える場合に開く圧力リリーフバルブを更に具備することを特徴とする請求項1記載の油圧回路。
  10. 前記第1ワークポートと前記タンク戻り導管間に接続され、且つ前記油圧アクチュエータ内のキャビテーションに応答して開くアンチキャビテーションバルブを更に具備することを特徴とする請求項1記載の油圧回路。
  11. 前記第1ワークポートと前記タンク戻り導管間に接続され、且つ前記第1ワークポートの圧力が所定のレベルを超えると開く第1圧力リリーフバルブと;
    前記第1ワークポートと前記タンク戻り導管間に接続され、且つ前記油圧アクチュエータ内のキャビテーションに応答して開く第1アンチキャビテーションバルブと;
    前記第2ワークポートと前記タンク戻り導管間に接続され、且つ前記第2ワークポートの圧力が所定のレベルを超えると開く第2圧力リリーフバルブと;
    前記第2ワークポートと前記タンク戻り導管間に接続され、且つ前記油圧アクチュエータ内のキャビテーションに応答して開く第2アンチキャビテーションバルブと;
    を更に具備することを特徴とする請求項1記載の油圧回路。
  12. 前記スプールバルブに接続され且つ前記流入部と前記第1及び第2ワークポートの選択されたポート間でほぼ一定の圧力降下を維持する圧力補償バルブを更に具備することを特徴とする請求項1記載の油圧回路。
  13. 前記スプールバルブに接続され且つ前記供給導管での所望圧力レベルを示す信号を提供する負荷検出回路を更に具備し、前記負荷検出回路は前記圧力補償バルブに動作可能に接続されていることを特徴とする請求項12記載の油圧回路。
  14. 前記ワークポートブロックバルブと平行に接続され且つ前記油圧アクチュエータの前記第1ポートの圧力が所定レベルを超えると開く圧力リリーフバルブを更に具備し、前記スプールバルブは前記第1ワークポートが前記流出部に接続され、流体が前記第2ワークポートを還流するのを阻止する状態を有することを特徴とする請求項1記載の油圧回路。
  15. 前記第2ワークポートを前記供給導管に同時接続する前に、前記スプールバルブが前記第1ワークポートを前記タンク戻り導管に接続することを特徴とする請求項1記載の油圧回路。
  16. 油圧アクチュエータの第1ポート及び第2ポートと加圧流体を運ぶ供給導管とタンク戻り導管の各々間の流量を制御する油圧回路において、
    前記供給導管に接続された流入部と、前記タンク戻り導管に接続された流出部と、第1ワークポート、及び第2ワークポートを有し、流体が計量オリフィスを介して流入部から前記第1ワークポートに且つ前記第2ワークポートから前記流出部に流れる第1位置を有し、流体が計量オリフィスを介して流入部から前記第2ワークポートに且つ前記第1ワークポートから前記流出部に流れる第2位置を有するスプールバルブと;
    前記スプールバルブに接続され、前記計量オリフィス間でほぼ一定の圧力降下を維持する圧力補償バルブと;
    前記第1ワークポートを前記油圧アクチュエータの前記第1ポートに接続し且つその間の流量を制御するワークポートブロックバルブと;
    前記油圧アクチュエータに接続され且つ流体が前記第1ポートと前記第2ポート間に流れる再生シャントバルブと;
    を具備することを特徴とする油圧回路。
  17. 前記スプールバルブは流体が前記第1ワークポートと前記第2ワークポートを還流するのを阻止する第3位置を有することを特徴とする請求項16記載の油圧回路。
  18. 前記ワークポートブロックバルブと平行に接続され、前記油圧アクチュエータの前記第1ポートの圧力が所定レベルを超えると開く圧力リリーフバルブを更に具備し、前記スプールバルブは前記第1ワークポートが前記流出部に接続され、流体が前記第2ワークポートを還流するのを阻止する第3位置を有することを特徴とする請求項16記載の油圧回路。
  19. 前記第1ポートと前記第2ポート間で前記再生シャントバルブと直列であるチェックバルブを更に具備することを特徴とする請求項16記載の油圧回路。
  20. 流体が前記第1ポートと前記第2ポート間の前記再生シャントバルブを介して一方向のみに流れるのを可能にする機構を更に具備することを特徴とする請求項16記載の油圧回路。
  21. 前記ワークポートブロックバルブと前記再生シャントバルブが前記スプールバルブから遠隔に且つ前記油圧アクチュエータに近接して配置されることを特徴とする請求項16記載の油圧回路。
  22. 前記再生シャントバルブが前記スプールバルブから遠隔して且つ前記油圧アクチュエータに近接して配置され、前記作用ポートブロックバルブが前記スプールバルブに近接して配置されることを特徴とする請求項16記載の油圧回路。
  23. 前記ワークポートブロックバルブと前記再生シャントバルブの両方が電磁油圧バルブであることを特徴とする請求項16記載の油圧回路。
  24. 前記ワークポートブロックバルブがパイロット動作型バルブであることを特徴とする請求項16記載の油圧回路。
  25. 前記第1ワークポートと前記タンク戻り導管間に接続され且つ前記第1ワークポートの圧力が所定レベルを超えると開く圧力リリーフバルブを更に具備することを特徴とする請求項16記載の油圧回路。
  26. 前記油圧アクチュエータの前記第1ポートと第2ポート間に接続され且つ前記第1ポートの圧力が所定レベルを超えると開く圧力リリーフバルブを更に具備することを特徴とする請求項16記載の油圧回路。
  27. 前記第1ワークポートと前記タンク戻り導管間に接続され且つ油圧アクチュエータ内のキャビテーションに応答して開くアンチキャビテーションバルブを更に具備することを特徴とする請求項16記載の油圧回路。
  28. 前記第1ワークポートと前記タンク戻り導管間に接続され且つ前記第1ワークポートの圧力が所定レベルを超えると開く第1圧力リリーフバルブと;
    前記第1ワークポートと前記タンク戻り導管間に接続され且つ前記油圧アクチュエータ内のキャビテーションに応答して開く第1アンチキャビテーションバルブと;
    前記第2ワークポートと前記タンク戻り導管間に接続され且つ前記第2ワークポートの圧力が所定レベルを超えると開く第2圧力リリーフバルブと;
    前記第2ワークポートと前記タンク戻り導管間に接続され且つ前記油圧アクチュエータ内のキャビテーションに応答して開く第2アンチキャビテーションバルブと;
    を更に具備することを特徴とする請求項16記載の油圧回路。
  29. 前記スプールバルブに接続され且つ前記供給導管に要求される圧力レベルを示す信号を提供し、前記圧力補償バルブを制御する負荷検出回路を更に具備することを特徴とする請求項16記載の油圧回路。
  30. 前記スプールバルブが、前記第2ワークポートを前記供給導管に同時接続する前に、前記第1ワークポートを前記タンク戻り導管に接続することを特徴とする請求項16記載の油圧回路。
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