JP2008298184A

JP2008298184A - 油圧駆動装置

Info

Publication number: JP2008298184A
Application number: JP2007145064A
Authority: JP
Inventors: Koji Okazaki; 康治岡崎
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2007-05-31
Filing date: 2007-05-31
Publication date: 2008-12-11

Abstract

【課題】電磁比例減圧弁等のバルブを追加することなく、実機操作レバーの操作に対してアクチュエータの応答性を高めるため、予め可変ポンプの吐出圧を設定するアンローダ弁を提供。
【解決手段】油圧駆動装置１０は、パイロットポンプ１２の下流に第一の固定絞り１６とは別に第二の固定絞り２９を設け、第二の固定絞り２９の前後の差圧Ｐｒを検出する差圧減圧弁３０を設け、前後の差圧Ｐｒを第一の固定絞り１６へ供給し、該第一の固定絞り１６の下流が操作切換弁１９によって連通・遮断することで、制御される制御圧Ｐｕがアンロード弁１４の第三受圧部２３に作用することで、遮断方向に作動することを特徴するアンロード弁１４を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、可変容形量形油圧ポンプ（以下、可変ポンプとする）の吐出圧と複数のアクチュエータの最高負荷圧との差圧に応じて作動し、可変ポンプの吐出圧油をタンクに連通・遮断するアンロード弁を有する油圧駆動装置に関する。

従来技術、この種のアンロード弁にはポンプ圧と、複数のアクチュエータの最高負荷圧力を導くとともに、電磁比例減圧弁で制御する制御圧力を導いている。実機において、操作レバー（操作用バルブ）の操作に対しアクチュエータの応答性をよくするため、この電磁比例減圧弁の制御圧力によって予めアンロード開始圧を設定することができるようにしている。アンロード開始圧を希望の値に設定することで、予め可変ポンプの吐出流量を多くして、アクチュエータの応答性を高めている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−３１５８０５号公報

しかしながら、特許文献１ではアンロード開始圧を設定するために、電磁比例減圧弁を余分に使用しており、該電磁比例減圧弁を制御するコントローラも必要であるのでコスト高になってしまう。
本発明は、電磁比例減圧弁等のバルブを追加することなく、実機操作レバーの操作に対してアクチュエータの応答性を高めるため、予め可変ポンプの吐出圧を設定するアンロード弁を有する油圧駆動装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、可変ポンプの吐出圧と少なくとも１つのアクチュエータの最高負荷圧との差圧に応じて可変ポンプの吐出圧油をタンクに導くアンロード弁を有する油圧駆動装置において、
前記アンロード弁は、第一受圧部に作用する可変ポンプの吐出圧によって連通方向に作動し、第二受圧部に受ける最高負荷圧によって遮断方向に作動するように構成され、さらにパイロットポンプの下流に第一の固定絞りを設け、かつ前記パイロットポンプの下流に前記第一の固定絞りとは別に第二の固定絞りを設け、該第二の固定絞りの前後差圧を検出する減圧弁を設け、前後差圧を第一の固定絞りへ供給し、該第一の固定絞りの下流が操作切換弁の作動によってタンクへ連通・遮断されたりすることで、制御される制御圧が第三受圧部に作用することにより可変ポンプの吐出圧の高さの度合が原動機の回転数に応じて変化することを特徴とする。
本発明によれば、パイロットポンプの吐出流量が原動機の回転に比例して変わるので、第二の固定絞りの前後差圧も原動機の回転数に応じて変化することになる。よって、原動機の回転数が低い場合は、回転数が高い場合に比べ、可変ポンプの吐出圧を低めに設定することができる。これによって、アクチュエータの応答性や、スピードが必要な場合は、エンジン回転数を高くし、可変ポンプ吐出圧を予め高く設定できる上に、アクチュエータの応答性や、スピードが必要ない場合は、エンジン回転数を低くし、無駄に可変ポンプの吐出圧を高くせず、無駄なエネルギー損失を抑制するとともに、アクチュエータの振動ショックを防止することができる。

本発明では、パイロットポンプの吐出流量が原動機の回転に比例して変わるので、第二の固定絞りの前後差圧も原動機の回転数に応じて変化することになる。よって、原動機の回転数が低い場合は、回転数が高い場合に比べ、可変ポンプの吐出圧を低めに設定することができる。これによって、アクチュエータの応答性や、スピードが必要な場合は、エンジン回転数を高くし、可変ポンプの吐出圧を予め高く設定できる上に、アクチュエータの応答性や、スピードが必要ない場合は、エンジン回転数を低くし、無駄に可変ポンプの吐出圧を高くせず、無駄なエネルギー損失を抑制するとともに、アクチュエータの振動ショックを防止することができる。

以下、本発明に係る油圧駆動装置につき好適の実施の形態を挙げ、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第一の実施の形態に係る油圧駆動装置１０の油圧回路図である。図１に示す油圧駆動装置１０は、可変ポンプ１１の吐出圧Ｐと１つのシリンダ（アクチュエータ）１７の最高負荷圧との差圧に応じ可変ポンプ１１の吐出圧油をタンク１８に導くアンロード弁１４を有する。
前記アンロード弁１４は、第一受圧部２１に作用する可変ポンプ１１の吐出圧Ｐが吐出ライン１３を経て連通方向（図１で左位置）に作動し、第二受圧部２２に受ける最高負荷圧ＰＬｍａｘによって遮断方向（図１で右位置）に作動するように構成されている。図１中、参照符号１５はアンロード弁１４のドレンラインであり、参照符号２４はリリーフ弁を示す。さらに、参照符号２６は圧力補償弁を示し、操作切換弁１９の前後の差圧を補償する機能を有する。

さらに、シリンダ（アクチュエータ）１７を作動する操作切換弁１９の上流に第一の固定絞り１６を設け、該第一の固定絞り１６の下流が操作切換弁１９によってタンク１８へ連通・遮断して、制御される制御圧Ｐｕが第三受圧部２３に作用することで遮断方向に作動することを特徴としている。
また、図１においてパイロットポンプ１２の下流に第一の固定絞り１６とは別に第二の固定絞り２９を設け、第二の固定絞り２９の前後の差圧Ｐｒを検出する差圧減圧弁３０を設け、前後の差圧Ｐｒを第一の固定絞り１６へ供給し、該第一の固定絞り１６の下流が操作切換弁１９によって連通・遮断することで、制御される制御圧Ｐｕがアンロード弁１４の第三受圧部２３に作用することで遮断方向に作動することを特徴する。但し、原動機の回転数で差圧Ｐｆが変化するので可変ポンプ１１のポンプ圧Ｐも原動機の回転数に応じて変わる。なお、参照符号３１は第二の固定絞り２９の上流側の圧力ラインを示す。

図２は、操作切換弁１９の拡大回路図を示す。図２において、操作切換弁１９はスプール（図示しない）の切換位置、例えば左位置１９ａ，右位置１９ｂでは、第一の固定絞り１６の下流とタンク１８を遮断する回路２７ｂとなっており、中立位置では第一の固定絞り１６の下流とタンク１８を連通する回路２７ａとなっている。これによって、操作切換弁１９が中立のとき第一の固定絞り１６の上流側の圧力２０が一定ならアンロード弁１４の第三受圧部２３に作用する制御圧Ｐｕが操作切換弁１９の切換位置１９ａ，１９ｂと中立位置で変わることになる。
よって、シリンダ１７を作動させる操作切換弁１９の切換位置１９ａ，１９ｂのときは第三受圧部２３に作用する制御圧Ｐｕが高くなり、可変ポンプ１１の吐出圧が予め高く設定できシリンダ１７の応答性を高めることができる。

図３は、アンロード弁１４を模写的に示した構造図である。図３においてアンロード弁１４は弁本体３２にスプール３３が摺動自在に嵌挿され、弁本体３２の両端は栓３４，３５によって液密的に封止されている。スプール３３の一側（図３で左側）には、接触子３６がばね部材３７を介して当接している。前記ばね部材３７は栓３４と接触子３６との間に設けられている。スプール３３の他側（図３で右側）にはピストン３８が摺動自在に嵌挿されている。

図３において、ピストン３８の断面積、すなわちアンロード弁１４の第一受圧部２１の断面積をＡ１、スプール３３の第二受圧部２２の断面積をＡ２，第三受圧部２３の断面積をＡ３、ばね部材３７の弾発力Ｗｓｐとすると、
アンロード弁１４の可変ポンプ１１の吐出圧ライン１３とタンクポート２８とを連通させる方向に作用する力は、Ｐ×Ａ１・・・式１で表わせる。
また、アンロード弁１４の圧力ポート１３とタンクポート２８とを遮断させる方向に作用する力は、（Ｐｕ×Ａ３）＋（ＰＬ×Ａ２）＋Ｗｓｐ・・・式２で表わせる。
従って、アンロード弁１４のスプール３３における圧力バランスは、
Ｗｓｐ＋（Ｐｕ×Ａ３）＋（ＰＬ×Ａ２）＝Ｐ×Ａ１・・・式３となるように、アンロード弁１４が制御される。なお、ＰＬは負荷圧力、Ｐｕは制御圧を表わす。
ここで、Ａ１＝Ａ２＝Ａ３とすると、
操作切換弁１９が中立時（シリンダ１７に圧油の供給がない）は、ＰＬ＝０であることより、式３は、Ｐ＝Ｐｕ＋Ｗｓｐ／Ａ１・・・式４となる。
よって、アンロード状態の可変ポンプ１１の吐出圧Ｐは、制御圧Ｐｕによって、変化することがわかる。

次に制御圧Ｐｕの設定方法を図２にて説明する。第一の固定絞り１６の上流側の圧力２０は、差圧減圧弁３０で検出する差圧Ｐｒであり、第一の固定絞り１６の面積をａ１、操作切換弁１９における該第一の固定絞り１６側の下流とタンク１８間の回路２７ａ，２７ｂの面積をａ２、タンク１８の圧力をＰｔとすると、面積ａ１，ａ２の流量はオリフィスの式より、
Ｑ＝ｃ×ａ１×√（Ｐｒ−Ｐｕ）・・・式５
Ｑ＝ｃ×ａ２×√（Ｐｕ−Ｐｔ）・・・式６で表わせる。
Ｐｔ＝０とすると、ａ１×√（Ｐｒ−Ｐｕ）＝ａ２×√（Ｐｕ）
整理すると、Ｐｕ＝（ａ１^２）／（ａ１^２＋ａ２^２）Ｐｒ・・・式７で表わせる。
よって、第一の固定絞り１６の上流側の圧力２０のＰｒの値と第一の固定絞り１６の面積ａ１と操作切換弁１９のタンク１８間の回路２７ａ，２７ｂの面積の関係で、
制御圧Ｐｕは決まる。

図４は操作切換弁１９（図１参照）の構造を示す要部拡大縦断面図で、該操作切換弁１９は弁本体３９にスプール４０が摺動自在に嵌挿されている。前記スプール４０には、第一の固定絞り１６側の下流とタンク１８（図１参照）の間の回路２７ａ、２７ｂの形状が例えば、図５乃至図７のように形成されている。
図５では、第一の固定絞り１６側，タンク１８側の連通孔４１、４２が弁本体３９に対向して設けられ、該弁本体３９に嵌挿されているスプール４０には軸心方向にアンダーラップ量Ｘ１となる環状溝４３が形成されている。よって、連通孔４１、４２は環状溝４３を介して連通している。
図６は、連通孔４１、４２が間隔をおいて設けられ、これらの連通孔４１、４２に連通する内部環状溝４４、４５がスプール４０の外周面に臨んで弁本体３９に設けられている。スプール４０の軸心方向には内部環状溝４４、４５の幅の一側端面（図６で内部環状溝４４の右側及び内部環状溝４５の左側を指す）に対してアンダーラップ量Ｘ１を有する段付面４６、４７が形成されている。これにより、連通孔４１、４２は間隔を設けて環状溝４８により連通している。
図７では、スプール４０の軸方向に指向するノッチ４９を外周部に複数個設け、該ノッチ４９の両端面と内部環状溝４４、４５の一側端面（図７で内部環状溝４４の右側及び内部環状溝４５の左側を指す）に対してアンダーラップ量Ｘ１を有する。この場合、連通孔４１、４２は間隔を設けてノッチ４９により連通している。

図４に示す操作切換弁１９のスプール４０に設けた回路２７ａ、２７ｂにおいて、第一の固定絞り１６の下流とタンク１８への流路が閉じるまでのアンダーラップ量Ｘ１とする。さらに、圧力ポートＰからシリンダ１７（図１参照）のポート（図示しない）への開口面積が開き始めるまでのストロークをＸ２とする。
ここで、Ｘ１＜Ｘ２の関係に設定すると、図８に示すように負荷圧力ＰＬが低い場合、該負荷圧力ＰＬに対しエンジンの回転数が高い場合は必要以上に可変ポンプ１１のポンプ圧Ｐが高くなっている。エンジンの回転数が低い場合でも負荷圧力ＰＬに対し予めポンプ圧Ｐを高く設定でき、かつ無駄に可変ポンプ１１のポンプ圧Ｐが高くなることもない。

図９は、従前の操作切換弁の開口面積と可変ポンプの吐出圧との関係を示す説明図である。図９では、操作切換弁のスプール（図示しない）が開き始めるまでのストロークＸ２してから負荷圧力ＰＬが上昇し、それに伴い、可変ポンプのポンプ圧Ｐが遅れて上昇するので、Ｐ＜ＰＬの関係にあるストロークＸ３の間は、アクチュエータ（図示しない）は作動しない。

図１０は、本発明の第二の実施の形態に係る油圧駆動装置５０の油圧回路図である。図１０中、図１の構成要素と同一の構成要素については同一を付して詳細な説明を省略する。
以下、同様とする。
図１０の油圧駆動装置５０の特徴は、アクチュエータとして油圧モータ５１を付加し、該油圧モータ５１の操作を行う操作切換弁５２、圧力補償弁５３を設けている。
この油圧駆動装置５０では、操作切換弁１９及び５２の切換ストロークに応じて、予め可変ポンプの吐出圧を高め、シリンダ１７及び油圧モータ５１の応答性を向上させることができる。また、アクチュエータの応答性やスピードが必要ない場合は、エンジン回転数を低くし、無駄に可変ポンプの吐出圧を高くせず、無駄なエネルギー損失を抑制するとともに、アクチュエータの振動ショックを防止することができる。
なお、図１及び図１０の示す油圧駆動装置１０及び５０では、アクチュエータ１つないし２つしか記載していないが、アクチュエータ数を３個以上設けても勿論良い。

図１及び図１０に示す油圧駆動装置１０及び５０によれば、パイロットポンプ１２の吐出流量が原動機Ｅの回転に比例し変わるので、第二の固定絞り２９の前後差圧Ｐｒも原動機Ｅの回転数に応じて変化することになる。よって、原動機Ｅの回転数が低い場合は、転数が高い場合に比べ、可変ポンプの吐出圧を低めに設定することができる。これによって、アクチュエータ１７及び油圧モータ５１の応答性や、スピードが必要な場合は、エンジン回転数を高くし、可変ポンプ吐出圧を予め高く設定できる上に、アクチュエータの応答性や、スピードが必要ない場合は、エンジン回転数を低くし、無駄に可変ポンプの吐出圧を高くせず、無駄なエネルギー損失を抑制するとともに、アクチュエータの振動ショックを防止することができる。

本発明の第一の実施の形態に係る油圧駆動装置の油圧回路図である。図１に示す操作切換弁の拡大油圧回路図である。図１のアンロード弁の概略構造図である。図１の操作切換弁の要部拡大縦断面図である。図４のスプールの拡大詳細図である。図６のスプールの変形例を示す拡大詳細図である。図４のスプールの他の変形例を示す拡大詳細図である。図１に示す操作切換弁の開口面積と可変ポンプの吐出圧との関係を示す説明図である。従前の操作切換弁の開口面積と可変ポンプの吐出圧との関係を示す説明図である。本発明の第二の実施の形態に係る油圧駆動装置の油圧回路図である。

符号の説明

１０、５０油圧駆動装置１１可変ポンプ
１４アンロード弁１６第一の固定絞り
１９、５２操作切換弁２１、２２、２３受圧部
２４リリーフ弁２５差圧減圧弁
２６、５３圧力補償弁２９第二の固定絞り

Claims

可変ポンプの吐出圧と少なくとも１つのアクチュエータの最高負荷圧との差圧に応じて可変ポンプの吐出圧油をタンクに導くアンロード弁を有する油圧駆動装置において、
前記アンロード弁は、第一受圧部に作用する可変ポンプの吐出圧によって連通方向に作動し、第二受圧部に受ける最高負荷圧によって遮断方向に作動するように構成され、さらにパイロットポンプの下流に第一の固定絞りを設け、かつ前記パイロットポンプの下流に前記第一の固定絞りとは別に第二の固定絞りを設け、該第二の固定絞りの前後差圧を検出する減圧弁を設け、前後差圧を第一の固定絞りへ供給し、該第一の固定絞りの下流が操作切換弁の作動によってタンクへ連通・遮断されたりすることで、制御される制御圧が第三受圧部に作用することにより可変ポンプの吐出圧の高さの度合が原動機の回転数に応じて変化することを特徴とする油圧駆動装置。