JP2013160289A - 流体圧制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】流体圧作業機器を制御する流体圧制御装置の構成を簡素化する。
【解決手段】ポンプ１０から供給される作動油によってシリンダ３を伸縮させて作業機２を駆動可能な油圧制御装置１００であって、シリンダ３は作動油の給排が遮断された状態で作業機２による負荷圧が作用するピストン側圧力室７を有し、ピストン側圧力室７に作動油が供給されるように切り換わってシリンダ３の伸長動作を制御する第一制御弁１１と、ピストン側圧力室７の作動油が排出されるように切り換わってシリンダ３の収縮動作を制御する第二制御弁２１と、ピストン側圧力室７と第二制御弁２１との間に介装され閉状態に切り換えられた場合にピストン側圧力室７からの作動油の排出を遮断するオペレートチェック弁３０と、第二制御弁２１をパイロット圧によってパイロット操作し当該パイロット圧によってオペレートチェック弁３０を開状態に切り換える第二パイロット弁２２とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、トラクタ等の流体圧作業機器を制御する流体圧制御装置に関するものである。
従来から、トラクタ等の流体圧作業機器には、流体圧ポンプから吐出された作動流体を用いてアクチュエータを駆動する流体圧制御装置が用いられている。
特許文献１には、農用トラクタのリフトシリンダの昇降を制御する油圧制御装置が開示されている。この油圧制御装置は、油圧ポンプとリフトシリンダとの間に設けられ調整弁によって制御される上昇用弁と、リフトシリンダとタンクとの間に設けられる下降用比例ソレノイド弁と、リフトシリンダと下降用比例ソレノイド弁との間に設けられパイロット弁によって開閉制御される逆止弁とを備える。
特開平８−２６１２０６号公報
特許文献１に記載の油圧制御装置では、調整弁と下降用比例ソレノイド弁とパイロット弁との三個の電磁弁が設けられている。このように、リフトシリンダの伸縮に用いられる一対の電磁弁とは別に、逆止弁を切り換えるための電磁弁が設けられるため、油圧制御装置の構成が複雑であった。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、流体圧作業機器を制御する流体圧制御装置の構成を簡素化することを目的とする。
本発明は、ポンプから供給される作動流体によってシリンダを伸縮させて負荷を駆動可能な流体圧制御装置であって、前記シリンダは、作動流体の給排が遮断された状態で前記負荷による負荷圧が作用する圧力室を有し、前記圧力室に作動流体が供給されるように切り換わって前記シリンダの伸長動作を制御する第一制御弁と、前記圧力室の作動流体が排出されるように切り換わって前記シリンダの収縮動作を制御する第二制御弁と、前記圧力室と前記第二制御弁との間に介装され、閉状態に切り換えられた場合に前記圧力室からの作動流体の排出を遮断するオペレートチェック弁と、前記第二制御弁をパイロット圧によってパイロット操作するとともに、当該パイロット圧によって前記オペレートチェック弁を開状態に切り換えるパイロット弁と、を備えることを特徴とする。
本発明では、第二制御弁をパイロット操作するパイロット弁のパイロット圧によってオペレートチェック弁を開弁する。そのため、オペレートチェック弁を開弁するための電磁弁を別途設ける必要はない。したがって、流体圧作業機器を制御する流体圧制御装置の構成を簡素化することができる。
本発明の実施の形態に係る流体圧制御装置が適用されるトラクタの構成図である。 本発明の実施の形態に係る流体圧制御装置の流体圧回路図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る流体圧制御装置としての油圧制御装置１００について説明する。
油圧制御装置１００は、トラクタ等の流体圧作業機器の動作を制御するものである。油圧制御装置１００では、作動流体として作動油が用いられる。
まず、図１及び図２を参照して、油圧制御装置１００が適用されるトラクタ１の全体構成について説明する。
図１に示すように、トラクタ１は、作動油が溜められるタンク９と、タンク９から吸い込んだ作動油を吐出するポンプ１０と、ポンプ１０からの作動油によって伸縮動作するシリンダ３と、シリンダ３の伸縮に応じて上下動する負荷としての作業機２と、シリンダ３の伸縮動作を制御する油圧制御装置１００とを備える。
作業機２は、トラクタ１の後部に付け替え可能に設けられる。作業機２は、シリンダ３の伸縮動作がリンク機構２ａを介して伝達されることによって上下動する。図１に示すような耕運用の複数の爪が取り付けられたロータリに代えて、地面を整地するレベラなどを作業機２として取り付けてもよい。
ポンプ１０は、エンジン８によって回転駆動されるギヤポンプである。ポンプ１０を駆動するエンジン８は、トラクタ１の車輪を駆動するエンジンと共通である。ポンプ１０は、エンジン８が運転状態にあるときには常に回転駆動されている。
シリンダ３は、トラクタ１の本体に固定されるラムシリンダである。シリンダ３は、リンク機構２ａを介して作業機２に連結されて作業機２を上下に昇降させるピストンロッド４を備える。
シリンダ３内には、図２に示すように、ピストンロッド４に連結されるピストン５によって、ピストンロッド４が挿通するロッド側圧力室６と、ピストン５を挟んでロッド側圧力室６と対向するピストン側圧力室７とが画成される。シリンダ３はラムシリンダであるため、作動油の給排が遮断された状態では、作業機２による負荷圧は、ロッド側圧力室６とピストン側圧力室７との双方に作用する。よって、シリンダ３では、ロッド側圧力室６とピストン側圧力室７とがともに圧力室に該当する。シリンダ３は、本実施の形態では一対設けられるが、負荷が比較的小さい場合には単一であってもよい。
次に、図２を参照して、油圧制御装置１００の油圧回路について説明する。
油圧制御装置１００は、ポンプ１０から供給される作動油によってシリンダ３を伸縮制御して作業機２を昇降駆動するものである。
油圧制御装置１００は、シリンダ３を伸長させる場合にポンプ１０から吐出される作動油をピストン側圧力室７に導く供給通路４１と、シリンダ３を収縮させる場合にピストン側圧力室７から排出される作動油をタンク９に導く排出通路４２とを備える。
油圧制御装置１００は、ピストン側圧力室７に作動油が供給されるように切り換わってシリンダ３の伸長動作を制御する第一制御弁１１と、第一制御弁１１をパイロット圧によってパイロット操作する第一パイロット弁１２と、ポンプ１０からピストン側圧力室７に供給される作動油の通過のみを許容するチェック弁１３と、第一制御弁１１の前後差圧が設定圧力まで上昇した場合にポンプ１０から吐出した作動油をタンク９に導くアンロード弁１４とを備える。第一制御弁１１とチェック弁１３とアンロード弁１４とは、供給通路４１に介装される。
第一制御弁１１は、ポンプ１０からの作動油が通過可能な供給位置１１ａと、ポンプ１０からの作動油を遮断して下流の作動油をタンク９に導く遮断位置１１ｂとを有する。また、第一制御弁１１は、付勢力を調整可能な調整ばね１１ｃと、第一パイロット弁１２からのパイロット圧が導かれるパイロット部１１ｄとを備える。
第一制御弁１１は、第一パイロット弁１２からパイロット圧がパイロット部１１ｄに導かれていない状態では、調整ばね１１ｃの付勢力によって遮断位置１１ｂに切り換えられる（図示の状態）。
第一制御弁１１は、第一パイロット弁１２からのパイロット圧がパイロット部１１ｄに導かれると、パイロット部１１ｄの圧力が調整ばね１１ｃの付勢力に打ち勝って、供給位置１１ａに切り換えられる。第一制御弁１１は、パイロット部１１ｄに導かれるパイロット圧の大きさに応じて供給通路４１の開度を無段階に調整可能な比例弁である。
第一パイロット弁１２は、使用者による操作レバー（図示省略）の操作に基づいて切り換えられる電磁弁である。第一パイロット弁１２は、供給通路４１から分岐してポンプ１０の吐出圧が導かれる高圧通路４４の作動油を第一制御弁１１のパイロット部１１ｄに導く供給位置１２ａと、高圧通路４４の作動油を遮断するとともにパイロット部１１ｄに導かれていた作動油をタンク９に導く遮断位置１２ｂとを有する。
第一パイロット弁１２は、使用者によって操作レバーが操作されていない状態では、ばね１２ｃの付勢力によって遮断位置１２ｂに切り換えられている（図示の状態）。第一パイロット弁１２は、使用者による操作レバーの操作量に応じてパイロット部１１ｄに導かれるパイロット圧の大きさを無段階に調整可能である。
チェック弁１３は、第一制御弁１１とピストン側圧力室７との間に介装されるロードチェック弁である。チェック弁１３は、第一制御弁１１が遮断位置１１ｂにある場合には、上流の作動油がタンク９に導かれるため、ばね１３ａの付勢力によって閉状態となる。一方、チェック弁１３は、第一制御弁１１が供給位置１１ａにある場合には、ポンプ１０から吐出された高圧の作動油によって押し開かれて開状態となる。
アンロード弁１４は、ポンプ１０と第一制御弁１１との間に介装される。アンロード弁１４は、第一制御弁１１が供給位置１１ａにある場合には、第一制御弁１１とチェック弁１３との間の作動油の圧力がパイロット圧として導かれ、ポンプ１０からの作動油がシリンダ３に導かれるように切り換えられる。
アンロード弁１４は、第一制御弁１１が遮断位置１１ｂにある場合には、ポンプ１０から吐出された作動油をタンク９にアンロードするように切り換えられる。アンロード弁１４には、一方に第一制御弁１１の上流の供給通路４１における作動油の圧力がパイロット圧として導かれ、他方に第一制御弁１１の下流の供給通路４１における作動油の圧力がオリフィス１４ａを通じてパイロット圧として導かれる。アンロード弁１４は、第一制御弁１１の上流と下流との差圧が設定された圧力を超えた場合に、ポンプ１０からの作動油をタンク９にアンロードする圧力補償弁である。
油圧制御装置１００は、ポンプ１０から供給される作動油の圧力と、シリンダ３のピストン側圧力室７の作動油の圧力とのうちいずれか高圧の方を選択して第二パイロット弁２２に導くように切り換えるシャトル弁４５を備える。
シャトル弁４５の一方の入力ポートには、供給通路４１から分岐する高圧通路４３を介してシリンダ３の作動油が導かれる。シャトル弁４５の他方の入力ポートには、高圧通路４４からパイロット通路４６を通じて作動油が導かれる。シャトル弁４５が設けられることによって、ポンプ１０が停止して高圧通路４４からの作動油が供給されない状態であっても、供給通路４１と高圧通路４３とを通じて導かれたシリンダ３のピストン側圧力室７の作動油を第二パイロット弁２２に導くことができる。
油圧制御装置１００は、ピストン側圧力室７の作動油が排出されるように切り換わってシリンダ３の収縮動作を制御する第二制御弁２１と、第二制御弁２１をパイロット圧によってパイロット操作する第二パイロット弁２２と、ピストン側圧力室７と第二制御弁２１との間に介装され閉状態に切り換えられた場合にピストン側圧力室７からの作動油の排出を遮断するオペレートチェック弁３０とを備える。第二制御弁２１とオペレートチェック弁３０とは、排出通路４２に介装される。
第二制御弁２１は、ピストン側圧力室７からの作動油が通過可能な排出位置２１ａと、ピストン側圧力室７からの作動油が通過不能な遮断位置２１ｂとを有する。また、第二制御弁２１は、付勢力を調整可能な調整ばね２１ｃと、第二パイロット弁２２からのパイロット圧が導かれるパイロット部２１ｄとを備える。
第二制御弁２１は、第二パイロット弁２２からパイロット圧がパイロット部２１ｄに導かれていない状態では、調整ばね２１ｃの付勢力によって遮断位置２１ｂに切り換えられる（図示の状態）。
第二制御弁２１は、第二パイロット弁２２からのパイロット圧がパイロット部２１ｄに導かれると、パイロット部２１ｄの圧力が調整ばね２１ｃの付勢力に打ち勝って、排出位置２１ａに切り換えられる。第二制御弁２１は、パイロット部２１ｄに導かれるパイロット圧の大きさに応じて排出通路４２の開度を無段階に調整可能な比例弁である。
第二制御弁２１は、スプール（図示省略）が移動することによって開閉されるスプール弁である。そのため、第二制御弁２１が遮断位置２１ｂに切り換えられた状態でも、排出通路４２の作動油がパイロット部２１ｄから漏出することがある。そこで、第二制御弁２１の上流にオペレートチェック弁３０を設け、排出通路４２の作動油を完全に遮断するようにしている。
第二パイロット弁２２は、使用者による操作レバー（図示省略）の操作に基づいて切り換えられる電磁弁である。第二パイロット弁２２は、シャトル弁４５から導かれる作動油を第二制御弁２１のパイロット部２１ｄに導く供給位置２２ａと、シャトル弁４５から導かれる作動油を遮断するとともに下流の作動油をタンク９に導く遮断位置２２ｂとを有する。
第二パイロット弁２２は、使用者によって操作レバーが操作されていない状態では、ばね２２ｃの付勢力によって遮断位置２２ｂに切り換えられている（図示の状態）。第二パイロット弁２２は、操作レバーの操作量に応じてパイロット部２１ｄに導かれるパイロット圧の大きさを無段階に調整可能である。
第二パイロット弁２２を介して導かれるパイロット圧は、ポンプ１０から供給される作動油の圧力と、シリンダ３のピストン側圧力室７の作動油の圧力とのうち、シャトル弁４５によって選択された高圧の方の圧力である。
オペレートチェック弁３０は、第二制御弁２１をパイロット操作する第二パイロット弁２２からのパイロット圧によって開弁される逆止弁である。オペレートチェック弁３０は、シリンダ３のピストン側圧力室７のすぐ下流に設けられる。これにより、オペレートチェック弁３０は、閉状態に切り換えられた場合にピストン側圧力室７からの作動油の排出を遮断できる。
オペレートチェック弁３０は、閉状態に切り換えられた場合にピストン側圧力室７からの作動油の排出を遮断する弁体３１と、弁体３１の背面に臨んで設けられるスプール３２と、スプール３２の一端と弁体３１の背面との間に画成される背圧室３３と、スプール３２の他端に臨んで画成され、第二パイロット弁２２を介してパイロット圧が導かれる切換圧力室３４とを備える。
弁体３１の前面には、排出通路４２の作動油の圧力が作用する。弁体３１には、排出通路４２の作動油を背圧室３３へと常時導く絞りとしてのオリフィス３１ａが形成される。これにより、弁体３１の背面には、排出通路４２からオリフィス３１ａを通じて導かれた作動油の圧力が作用する。
背圧室３３には、ピストン側圧力室７からの作動流体がオリフィス３１ａを通じて流入する。背圧室３３には、弁体３１を閉弁方向に付勢するばね３３ａが収装される。これらの背圧室３３の圧力とばね３３ａの付勢力とは、弁体３１を弁座に着座させるように作用する。
弁体３１が弁座に着座した状態では、オペレートチェック弁３０は、ピストン側圧力室７からタンク９への作動油の流れを遮断する逆止弁としての機能を発揮している。これにより、ピストン側圧力室７の作動油の漏れを防止して負荷圧が保持される。したがって、ピストンロッド４及び作業機２の停止状態が保持される。
スプール３２は、第二パイロット弁２２を介して切換圧力室３４に導かれるパイロット圧によって移動可能である。スプール３２は、弁座に着座した状態で背圧室３３を密閉するポペット弁３２ａを有する。スプール３２は、背圧室３３の作動油の圧力によってポペット弁３２ａを閉弁する方向に移動する。スプール３２は、切換圧力室３４の圧力によってポペット弁３２ａを開弁する方向に移動する。
スプール３２は、切換圧力室３４に臨む面の受圧面積が、背圧室３３に臨む面の受圧面積と比較して大きく形成される。そのため、スプール３２は、背圧室３３と切換圧力室３４との作動油の圧力が同じである場合、受圧面積の差によってポペット弁３２ａを開弁する方向に移動することとなる。
切換圧力室３４は、第二パイロット弁２２を介してパイロット圧が導かれる。切換圧力室３４に導かれるパイロット圧が設定圧力を超えた場合には、弁体３１は、スプール３２が移動してポペット弁３２ａが開弁し、背圧室３３の作動油がタンク９に排出されることで開状態に切り換えられる。この設定圧力は、第二制御弁２１のパイロット操作が開始される圧力と比較して低圧に設定される。
これにより、第二パイロット弁２２が供給位置２２ａに切り換えられると、まずオペレートチェック弁３０が開弁され、その後に第二制御弁２１が排出位置２１ａに切り換えられてピストン側圧力室７の作動油がタンク９に排出されることとなる。
以下、油圧制御装置１００の作用について説明する。
まず、油圧制御装置１００がシリンダ３を伸長させて作業機２を上昇させる場合について説明する。
作業機２を上昇させる場合、使用者は、操作レバーを操作して第一パイロット弁１２を供給位置１２ａに切り換える。これにより、第一制御弁１１のパイロット部１１ｄにパイロット圧が導かれる。
第一制御弁１１は、パイロット部１１ｄに導かれたパイロット圧が調整ばね１１ｃの付勢力に打ち勝つと、供給位置１１ａに切り換えられる。このとき、第一パイロット弁１２の開度及び第一制御弁１１の開度は、使用者による操作レバーの操作量に基づいて無段階に調整される。
第一制御弁１１を通過した作動油は、チェック弁１３のばね１３ａの付勢力に打ち勝って、供給通路４１を通じてシリンダ３のピストン側圧力室７に供給される。これにより、ロッド側圧力室６とピストン側圧力室７との受圧面積差によってピストンロッド４が退出する方向にピストン５が移動する。したがって、シリンダ３が伸長して、作業機２が上昇することとなる。
このとき、第二パイロット弁２２は使用者によって操作されておらず、オペレートチェック弁３０は閉状態に維持される。そのため、供給通路４１から供給される作動油がタンク９に排出されることはない。
次に、油圧制御装置１００が作業機２を一定の高さに維持する場合について説明する。
作業機２を一定の高さに維持する場合、使用者は操作レバーを操作しない。これにより、第一制御弁１１は調整ばね１１ｃの付勢力によって遮断位置１１ｂに切り換えられ、第二制御弁２１もまた調整ばね２１ｃの付勢力によって遮断位置２１ｂに切り換えられる（図示の状態）。
このとき、ポンプ１０からの作動油は第一制御弁１１を通過しないため、チェック弁１３は閉状態である。また、第二パイロット弁２２が使用者によって操作されていないため、オペレートチェック弁３０も閉状態である。よって、シリンダ３のピストン側圧力室７の作動油はどこからも排出されることがない。したがって、シリンダ３は一定の長さを維持し、作業機２が一定の高さに維持されることとなる。
なお、ポンプ１０から吐出された作動油は第一制御弁１１を通過しないため、ポンプ１０と第一制御弁１１との間の供給通路４１における作動油の圧力が上昇する。すると、オリフィス１４ａを通じて導かれるパイロット圧によって、アンロード弁１４が作動油をアンロードするように切り換えられる。よって、ポンプ１０から吐出された作動油によって供給通路４１の作動油の圧力が必要以上に上昇することが防止される。
次に、油圧制御装置１００がシリンダ３を収縮させて作業機２を下降させる場合について説明する。
作業機２を下降させる場合、使用者は、操作レバーを操作して第二パイロット弁２２を供給位置２２ａに切り換える。これにより、オペレートチェック弁３０の切換圧力室３４と第二制御弁２１のパイロット部２１ｄとにパイロット圧が導かれる。
オペレートチェック弁３０は、切換圧力室３４に導かれたパイロット圧が設定圧力を超えると、スプール３２を移動させてポペット弁３２ａを開弁し、背圧室３３の作動油を排出して弁体３１を開状態に切り換える。これにより、シリンダ３のピストン側圧力室７の作動油は、オペレートチェック弁３０を通過し、第二制御弁２１に導かれることとなる。
第二制御弁２１は、パイロット部２１ｄに導かれたパイロット圧が調整ばね２１ｃの付勢力に打ち勝つと、排出位置２１ａに切り換えられる。第二制御弁２１は、オペレートチェック弁３０が開状態になった後に、排出位置２１ａに切り換えられる。このとき、第二パイロット弁２２の開度及び第二制御弁２１の開度は、使用者による操作レバーの操作量に基づいて無段階に調整される。
このように、作業機２を下降させる場合には、まずオペレートチェック弁３０を開状態として排出通路４２の遮断を解除し、作業機２を下降可能な状態とする。そして、第二制御弁２１で排出通路４２の開度を調整することによって、下降速度を調整しながら作業機２を下降させる。
以上のように、第二制御弁２１をパイロット操作する第二パイロット弁２２のパイロット圧によってオペレートチェック弁３０が開弁される。そのため、オペレートチェック弁３０を開弁するための電磁弁を別途設ける必要はない。したがって、トラクタ１を制御する油圧制御装置１００の構成を簡素化することができ、油圧制御装置１００のコストダウンが可能である。
このとき、作業機２を一定の高さに維持する場合と同様に、アンロード弁１４が作動油をアンロードするように切り換えられる。よって、ポンプ１０から吐出された作動油によって供給通路４１の作動油の圧力が必要以上に上昇することが防止される。
以上の実施の形態によれば、以下に示す効果を奏する。
第二制御弁２１をパイロット操作する第二パイロット弁２２のパイロット圧によってオペレートチェック弁３０が開弁されるため、オペレートチェック弁３０を開弁するための電磁弁を別途設ける必要はない。したがって、トラクタ１を制御する油圧制御装置１００の構成を簡素化することができ、油圧制御装置１００のコストダウンが可能である。
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
１００ 油圧制御装置
１ トラクタ
２ 作業機
３ シリンダ
６ ロッド側圧力室（圧力室）
７ ピストン側圧力室（圧力室）
１０ ポンプ
１１ 第一制御弁
１２ 第一パイロット弁
１３ チェック弁
２１ 第二制御弁
２２ 第二パイロット弁
３０ オペレートチェック弁
３１ 弁体
３１ｂ オリフィス
３２ スプール
３３ 背圧室
３４ 切換圧力室
４１ 供給通路
４２ 排出通路

Claims (5)

  1. ポンプから供給される作動流体によってシリンダを伸縮させて負荷を駆動可能な流体圧制御装置であって、
    前記シリンダは、作動流体の給排が遮断された状態で前記負荷による負荷圧が作用する圧力室を有し、
    前記圧力室に作動流体が供給されるように切り換わって前記シリンダの伸長動作を制御する第一制御弁と、
    前記圧力室の作動流体が排出されるように切り換わって前記シリンダの収縮動作を制御する第二制御弁と、
    前記圧力室と前記第二制御弁との間に介装され、閉状態に切り換えられた場合に前記圧力室からの作動流体の排出を遮断するオペレートチェック弁と、
    前記第二制御弁をパイロット圧によってパイロット操作するとともに、当該パイロット圧によって前記オペレートチェック弁を開状態に切り換えるパイロット弁と、を備えることを特徴とする流体圧制御装置。
  2. 前記第一制御弁と前記圧力室との間に介装され、前記ポンプから前記圧力室に供給される作動流体の通過のみを許容するチェック弁を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の流体圧制御装置。
  3. 前記オペレートチェック弁は、
    閉状態に切り換えられた場合に前記圧力室からの作動流体の排出を遮断する弁体と、
    前記弁体の背面に臨んで設けられ、前記パイロット弁を介して導かれるパイロット圧によって移動可能なスプールと、
    前記スプールの一端と前記弁体の背面との間に画成され、前記圧力室からの作動流体が前記弁体に形成された絞りを通じて導かれる背圧室と、
    前記スプールの他端に臨んで画成され、前記パイロット弁を介してパイロット圧が導かれる切換圧力室と、を備え、
    前記弁体は、前記切換圧力室に導かれたパイロット圧が設定圧力を超えた場合に、前記スプールが移動して前記背圧室の作動流体が排出されることで開状態に切り換えられることを特徴とする請求項１又は２に記載の流体圧制御装置。
  4. 前記設定圧力は、前記第二制御弁のパイロット操作が開始される圧力と比較して低圧に設定されることを特徴とする請求項３に記載の流体圧制御装置。
  5. 前記パイロット弁を介して導かれるパイロット圧として、前記ポンプから供給される作動流体の圧力と、前記圧力室の作動油の圧力とのうちいずれか高圧の方を選択するシャトル弁を更に備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の流体圧制御装置。
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