JP2014522953A

JP2014522953A - 建設機械の圧力制御システム

Info

Publication number: JP2014522953A
Application number: JP2014524911A
Authority: JP
Inventors: チュンハンイ
Original assignee: ボルボコンストラクションイクイップメントアーベー
Priority date: 2011-08-09
Filing date: 2011-08-09
Publication date: 2014-09-08
Also published as: US20140174071A1; CN103717913B; KR20140050031A; CN103717913A; EP2743516A1; WO2013022132A1; US9765503B2; EP2743516A4

Abstract

【課題】建設機械の圧力制御システムを提供する。
【解決手段】本発明は、油圧ポンプ１と、油圧アクチュエータ２と、ジョイステック３の操作に応じた制御信号によって切り換えられて油圧アクチュエータ２の駆動を制御する流量制御弁４と、油圧ポンプ１の上流側吐出流路５と油圧タンクＴとの間の流路１０に配設され、システムに設定圧力を超える高負荷発生時に作動油を油圧タンクＴに戻すメインリリーフ弁６と、メインリリーフ弁６の設定圧力を連続的にまたは段階別に調節する圧力調節手段７と、油圧ポンプ１の吐出側圧力を検出する圧力検出手段８と、ジョイステック３の操作に応じた入力値と、圧力検出手段８により検出されるシステム圧力とによって要求されるメインリリーフ弁６の設定圧力を決定し、決定された設定圧力でメインリリーフ弁６の設定圧力を可変調整できるように圧力調節手段７に制御信号を出力する制御器９と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、建設機械の圧力制御システムに係り、より詳細には油圧システムの設定圧力を制限するリリーフ弁の設定圧力を、油圧システムの圧力やジョイステックの操作による入力値に応じて可変調整できるようにした建設機械の圧力制御システムに関する。

一般に、掘削機などに適用される油圧システムおいて、油圧アクチュエータなどを駆動させるために油圧システムの圧力を一定水準に保持できるように、１段または２段の設定圧力を持つリリーフ弁を取り付けて用いることになる。作業条件に応じて運転者による選択時にリリーフ弁の設定圧力を一時的に高める昇圧機能として用いることになる。つまり、運転者によりリリーフ弁の設定圧力を一時的に高めることによって、油圧アクチュエータ(ブームシリンダなどをいう)のトルクまたは力を増加させることができる。

一方、掘削機は、作業中に高負荷が発生して油圧ポンプから吐出される流量がリリーフされることが頻繁に起こり、この際、リリーフ弁の設定圧力を高くすると流量がリリーフされないので、リリーフによる流量損失を減らすことが可能となる。しかし、作業中に運転者が作業条件に合わせて昇圧機能を作動させることは非常に困難であるため、現実的に機器に採用することは難しいというのが現状である。

本発明の課題は、油圧システムの圧力やジョイステック操作による入力値に応じてリリーフ弁の設定圧力を自動に昇圧させて、高負荷の作業条件でリリーフされる流量の損失を低減し、リリーフ弁の設定圧力を最適の水準に保持して油圧部品を保護できるようにした建設機械の圧力制御システムを提供することにある。

本発明の第一実施形態による建設機械の圧力制御システムは、
可変容量型の油圧ポンプと、
前記油圧ポンプに接続される複数の油圧アクチュエータと、
操作量に応じた制御信号をそれぞれ出力する複数のジョイステックと、
前記油圧ポンプと前記油圧アクチュエータとの間の流路に配設され、前記ジョイステックの操作に応じた制御信号によって切り換えられて前記油圧アクチュエータの駆動を制御する流量制御弁と、
前記油圧ポンプの上流側吐出流路と油圧タンクとの間の流路に配設され、システムに設定圧力を超える高負荷発生時に作動油を前記油圧タンクに戻すメインリリーフ弁と、
前記メインリリーフ弁の設定圧力を連続的にまたは段階別に調節する圧力調節手段と、
前記油圧ポンプの吐出側圧力を検出する圧力検出手段と、
前記ジョイステックの操作に応じた入力値と、前記圧力検出手段により検出されるシステム圧力とによって要求される前記メインリリーフ弁の設定圧力を決定し、決定された設定圧力で前記メインリリーフ弁の設定圧力を可変調整できるように前記圧力調節手段に制御信号を出力する制御器と、を備える。

本発明の第一実施形態による建設機械の圧力制御システムは、
可変容量型の油圧ポンプと、前記油圧ポンプに連結される複数の油圧アクチュエータと、複数のジョイステックと、前記油圧アクチュエータの駆動を制御する流量制御弁と、システムに設定圧力を超える高負荷発生時に作動油を油圧タンクにリターンさせるメインリリーフ弁と、前記メインリリーフ弁の設定圧力を連続的にまたは段階別に調節する圧力調節手段と、前記油圧ポンプの吐出側圧力を検出する圧力検出手段と、前記ジョイステックの入力値とシステム圧力により前記メインリリーフ弁の設定圧力を調整するために制御する制御器と、を備える建設機械の圧力制御システムにおいて、
前記ジョイステックの操作に応じた入力値と前記圧力検出手段によるシステム圧力とを検出する第１ステップと、
前記ジョイステック入力値と前記システム圧力により前記メインリリーフ弁の設定圧力をそれぞれ決定するか、前記ジョイステック入力値と前記システム圧力の両方を用いて前記メインリリーフ弁の設定圧力を決定する第２ステップと、
前記第２ステップで決定される前記メインリリーフ弁の設定圧力のうち、前記メインリリーフ弁の最終的な設定圧力を決定する第３ステップと、
前記第３ステップで決定された最終設定圧力で前記メインリリーフ弁の圧力を設定するために前記圧力調節手段に制御信号を出力する第５ステップと、を含む。

好ましい実施形態によると、前記圧力検出手段は、前記油圧ポンプの吐出側圧力を検出し、検出信号を前記制御器に伝送する圧力センサが用いられる。

前記圧力検出手段は、前記油圧ポンプの吐出側圧力が設定値に到達する場合、オンまたはオフされて信号を発生させる圧力スイッチが用いられる。

前記圧力調節手段は、前記制御器から電気的信号入力により切り換えられて前記メインリリーフ弁に制御信号を出力するソレノイド弁が用いられる。

前記圧力調節手段は、前記制御器から電気的信号入力により駆動されて２次信号圧力を出力する電磁比例弁が用いられる。

前記ジョイステックの操作に応じた制御信号の入力値はパイロット圧力を検出する圧力センサによる入力信号である。

前記ジョイステックの操作に応じた制御信号の入力値はパイロット圧力を検出する圧力スイッチによる入力信号である。

前記ジョイステックの操作に応じた制御信号の入力値は電気式ジョイステックによる入力信号である。

前記メインリリーフ弁の設定圧力は、軽負荷によって操作されるパターンの前記ジョイステックの制御値が前記制御器に入力されるとき、前記メインリリーフ弁の前の設定圧力よりも相対的に低圧力に設定する。

前記メインリリーフ弁の設定圧力は、高負荷によって操作されるパターンの前記ジョイステックの制御値が前記制御器に入力されるか、前記システム圧力が前記メインリリーフ弁の前の設定圧力に近接して検出されると、前記メインリリーフ弁の前の設定圧力より高圧力に設定される。

前記メインリリーフ弁の設定圧力は、前記メインリリーフ弁の前の設定圧力よりも高く設定されているが、予め定められた時間以上持続するか、または再設定された高圧力に近接してリリーフ損失が予想されると、前記メインリリーフ弁の設定圧力を再び低圧力に設定する

また、本発明の第一実施形態による建設機械の圧力制御システムは、さらに、ユーザ設定手段の選択によって、前記メインリリーフ弁の設定圧力を前記ジョイステックの入力値と前記システム圧力によって自動に可変調整する機能を活性化するか否かを判断する第４ステップを含む。

前述した構成を有する本発明による建設機械の圧力制御システムは、以下のメリットを有する。

油圧システムの圧力やユーザによるジョイステックの入力値に応じてメインリリーフ弁の設定圧力を自動的に昇圧させ、高負荷の作業条件でリリーフされる流量損失を抑制し、作業性を向上させると共に、メインリリーフ弁の設定圧力を最適水準に保持して油圧部品の使用寿命を延長させることができる。

本発明の一実施形態による建設機械の圧力制御システムの油圧回路図である。本発明の一実施形態による建設機械の圧力制御システムのフローチャートである。

以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施形態について詳述するが、これは本発明が属する技術分野において、通常の知識を有する者が発明を容易に実施できる程度に詳細に説明するためのものであり、これにより本発明の技術的な思想及び範疇が限定されるものではない。

図１に示すように、本発明の一実施形態による建設機械の圧力制御システムは、
可変容量型の油圧ポンプ（以下、「油圧ポンプ」という）１と、
油圧ポンプ１に接続される複数の油圧アクチュエータ（ブームシリンダなど）２と、
操作量に応じた制御信号をそれぞれ出力する複数のジョイステック３と、
油圧ポンプ１と油圧アクチュエータ２との間の流路に配設され、ジョイステック３の操作に応じた制御信号によって切り換えられて油圧アクチュエータ２の駆動を制御する流量制御弁４（ＭＣＶ；ＭａｉｎＣｏｎｔｒｏｌｖａｌｖｅ）と、
油圧ポンプ１の上流側吐出流路５と油圧タンクＴとの間の流路１０に配設され、システムに設定圧力を超える高負荷発生時に作動油を油圧タンクＴに戻すメインリリーフ弁（ＭａｉｎＲｅｌｉｅｆＶａｌｖｅ）(以下、「リリーフ弁」という)６と、
リリーフ弁６の設定圧力を連続的にまたは段階的に調節する圧力調節手段７と、
油圧ポンプ１の吐出側圧力を検出する圧力検出手段８と、
ジョイステック３の操作に応じた入力値と、圧力検出手段８により検出されるシステム圧力により要求されるリリーフ弁６の設定圧力を決定して、決定された設定圧力でリリーフ弁６の設定圧力を可変調整できるように圧力調節手段７に制御信号を出力する制御器９と、を備える。

図１及び図２に示すように、本発明の一実施形態による建設機械の圧力制御システムは、
可変容量型の油圧ポンプ１と、油圧ポンプ１に接続される複数の油圧アクチュエータ（ブームシリンダなど）２と、複数のジョイステック３と、アクチュエータ２の駆動を制御する流量制御弁４と、システムに設定圧力を超える高負荷発生時に作動油を油圧タンクＴに戻すリリーフ弁６と、リリーフ弁６の設定圧力を連続的にまたは段階別に調節する圧力調節手段７と、油圧ポンプ１の吐出側圧力を検出する圧力検出手段８と、ジョイステック３の入力値とシステム圧力によりリリーフ弁６の設定圧力を調整するために制御する制御器９と、を備える建設機械の圧力制御システムにおいて、
ジョイステック３の操作に応じた入力値と圧力検出手段８によるシステム圧力を検出する第１ステップ（Ｓ１００Ａ、Ｓ１００Ｂ）と、
ジョイステック３の入力値とシステム圧力によってリリーフ弁６の設定圧力をそれぞれ決定するか（Ｓ２００Ａ、Ｓ２００Ｂ）、またはジョイステック３の入力値とシステム圧力の両方を用いてリリーフ弁６の設定圧力を決定する第２ステップ（Ｓ２００Ｃ）と、
第２ステップ（Ｓ２００Ａ、Ｓ２００Ｂ、Ｓ２００Ｃ）で決定されるリリーフ弁６の設定圧力のうち、リリーフ弁６の最終的な設定圧力を決定する第３ステップ（Ｓ３００）と、
前記ユーザ設定手段１１の選択によって、リリーフ弁６の設定圧力をジョイステック３の入力値とシステム圧力によって自動に可変調整する機能を活性化するか否かを判断する第４ステップ（Ｓ４００）と、
第３ステップ（Ｓ３００）で決定された最終設定圧力でリリーフ弁６の圧力を設定するために圧力調節手段７に制御信号を出力する第５ステップ（Ｓ５００Ａ、Ｓ５００Ｂ）と、を含む。

この際、圧力検出手段８は、油圧ポンプ１の吐出側圧力を検出して検出信号を制御器９に伝送する圧力センサが用いられる。

また、圧力検出手段８は、油圧ポンプ１の吐出側圧力が設定値に到達する場合、オンまたはオフされて信号を発生させる圧力スイッチが用いられる。

圧力調節手段７は、制御器９から電気的信号の入力により切り換えられてリリーフ弁６に制御信号を出力するソレノイド弁が用いられる。

また、圧力調節手段７は、制御器９から電気的信号の入力により駆動されて２次信号圧力を出力する電磁比例弁が用いられる。

ジョイステック３の操作に応じた制御信号の入力値はパイロット圧力を検出する圧力センサによる入力信号である。

また、ジョイステック３の操作に応じた制御信号の入力値はパイロット圧力を検出する圧力スイッチによる入力信号である。

また、ジョイステック３の操作に応じた制御信号の入力値は電気式ジョイステックによる入力信号である。

リリーフ弁６の設定圧力は、軽負荷によって操作されるパターンのジョイステック３の制御値が制御器９に入力されるとき、リリーフ弁６の前の設定圧力よりも相対的に低圧力に設定する。

また、リリーフ弁６の設定圧力は、高負荷によって操作されるパターンのジョイステック３の制御値が制御器９に入力されるか、システム圧力がリリーフ弁６の前の設定圧力に近接して検出されるとき、リリーフ弁６の前の設定圧力よりも高圧力に設定される。

また、リリーフ弁６の設定圧力は、リリーフ弁６の前の設定圧力よりも高く設定されているが、予め定められた時間以上持続するか、または再設定された高圧力に近接してリリーフ損失が予想されると、リリーフ弁６の設定圧力を再び低圧力に設定する。

以下、本発明の一実施形態による建設機械の圧力制御システムの使用例について添付図を参照として詳細に説明する。

図１に示すように、運転者によりジョイステック３を操作することによって操作信号が流量制御弁４の信号圧ポートに入力されてスプールが切り換えられる時、油圧ポンプ１からの作動油は吐出流路５に沿って流量制御弁４を経由してアクチュエータ２に供給され、これを駆動させる(例えば、ブームシリンダの大チャンバに供給されて伸張駆動させる)。この時、アクチュエータ２から戻される作動油は、流量制御弁４を経て油圧タンクＴに戻る（例えば、ブームシリンダの小チャンバから戻る）。

この時、油圧ポンプ１の吐出流路５側に設置された圧力検出手段８により検出されるシステム圧力の検出信号と、ジョイステック３の操作に応じた制御値の検出信号が制御器９にそれぞれ電送される。これにより、制御器９ではジョイステック３の操作に応じた入力値とシステム圧力に応じてリリーフ弁６の設定圧力を調整できるように圧力調節手段７に制御信号を出力することになる。

前述したようにシステム圧力とジョイステック３の操作による入力値に応じてリリーフ弁６の設定圧力を調整することについて、図２のフローチャートを参照して詳細に説明する。

図２に示すように、ジョイステック３の操作に応じた入力値（Ｓ１００Ａ）と、圧力検出手段８によるシステム圧力（Ｓ１００Ｂ）とをそれぞれ検出して検出信号を制御器９に伝送する。

ステップＳ２００Ａのように、ジョイステック３の入力値（命令値をいう）に応じてリリーフ弁６の設定圧力を決定する。ステップＳ２００Ｂのようにシステム圧力に応じてリリーフ弁６の設定圧力を決定する。ステップＳ２００Ｃのようにジョイステック３の入力値とシステム圧力の両方を用いてリリーフ弁６の設定圧力を決定する。

ステップＳ３００のように、第２ステップ（Ｓ２００Ａ、Ｓ２００Ｂ、Ｓ２００Ｃ）で決定されるリリーフ弁６の設定圧力のうち、リリーフ弁６の最終的な設定圧力を決定する。

ステップＳ４００のように、ユーザ設定手段１１の選択によって、ジョイステック３の入力値とシステム圧力によってリリーフ弁６の設定圧力を自動に可変調整する機能を選択するとき、ステップＳ５００Ａに進む。

しかし、ユーザ設定手段１１の選択によって、ジョイステック３の入力値とシステム圧力によってリリーフ弁６の設定圧力を特定値に設定すると、ステップＳ５００Ｂに進む。

ステップＳ５００Ａのように、ジョイステック３の入力値とシステム圧力に応じてリリーフ弁６の設定圧力を自動に可変調整することができる。

この時、軽負荷によって操作されるパターンのジョイステック３の制御値が制御器９に入力される場合、リリーフ弁６の設定圧力を前の設定圧力より相対的に低圧力に設定することによって、瞬間的な衝突や外部圧力から部品を保護することができる。

一方、高負荷によって操作されるパターンのジョイステック３の制御値が制御器９に入力されるか、またはシステム圧力がリリーフ弁６の前の設定圧力に近接して検出される場合には、リリーフ弁６の設定圧力を前の設定圧力よりも高圧力に設定することによって、リリーフによる損失を最小限に抑制することができる。

しかし、リリーフ弁６の設定圧力が前の設定圧力よりも高圧に設定されているが、予め定めされた時間以上持続するか、または再設定された高圧力に近接してリリーフ損失が予想されると、リリーフ弁６の設定圧力を再び低圧力に設定する。

ステップＳ５００Ｂのように、前記リリーフ弁６の設定圧力を作業条件によって要求される特定値に設定することができる（つまり、リリーフ弁６の設定圧力がシステム圧力やジョイステック３の入力値によって変わることなく選択された値に固定される）。

以上述べたように、本発明の一実施形態による建設機械の圧力制御システムによると、油圧システムの圧力やユーザによるジョイステックの入力値によってリリーフ弁の設定圧力を自動に昇圧させることによって高負荷の作業条件でリリーフされる流量損失を抑え、リリーフ弁の設定圧力を最適に維持することによって、油圧部品を保護することができる。

本発明の実施形態による圧力制御システムは、掘削機やローダーなどのような建設機械の油圧システムを制御するのに有利であり、建設機械の作動時に油圧システムの圧力やユーザによるジョイステックの入力値に応じてリリーフ弁の設定圧力を自動に昇圧させて、高負荷作業条件でリリーフされる流量損失を抑え、作業性を向上させると共にリリーフ弁の設定圧力を最適に維持して油圧部品の使用寿命を延ばすことができる。

１油圧ポンプ（可変容量型の油圧ポンプ）
２油圧アクチュエータ（アームシリンダ、ブームシリンダ）
３ジョイステック
４流量制御弁
５上流側吐出流路（吐出流路）
６メインリリーフ弁（リリーフ弁）
７圧力調節手段
８圧力検出手段
９制御器
１０流路
１１ユーザ設定手段
Ｔ油圧タンク

Claims

可変容量型の油圧ポンプと、
前記油圧ポンプに接続される複数の油圧アクチュエータと、
操作量に応じた制御信号をそれぞれ出力する複数のジョイステックと、
前記油圧ポンプと前記油圧アクチュエータとの間の流路に配設され、前記ジョイステックの操作に応じた制御信号によって切り換えられて前記油圧アクチュエータの駆動を制御する流量制御弁と、
前記油圧ポンプの上流側吐出流路と油圧タンクとの間の流路に配設され、システムに設定圧力を超える高負荷発生時に作動油を前記油圧タンクに戻すメインリリーフ弁と、
前記メインリリーフ弁の設定圧力を連続的にまたは段階別に調節する圧力調節手段と、
前記油圧ポンプの吐出側圧力を検出する圧力検出手段と、
前記ジョイステックの操作に応じた入力値と、前記圧力検出手段により検出されるシステム圧力とによって要求される前記メインリリーフ弁の設定圧力を決定し、決定された設定圧力で前記メインリリーフ弁の設定圧力を可変調整できるように前記圧力調節手段に制御信号を出力する制御器と、を備えることを特徴とする建設機械の圧力制御システム。
可変容量型の油圧ポンプと、前記油圧ポンプに連結される複数の油圧アクチュエータと、複数のジョイステックと、前記油圧アクチュエータの駆動を制御する流量制御弁と、システムに設定圧力を超える高負荷発生時に作動油を油圧タンクにリターンさせるメインリリーフ弁と、前記メインリリーフ弁の設定圧力を連続的にまたは段階別に調節する圧力調節手段と、前記油圧ポンプの吐出側圧力を検出する圧力検出手段と、前記ジョイステックの入力値とシステム圧力により前記メインリリーフ弁の設定圧力を調整するために制御する制御器と、を備える建設機械の圧力制御システムにおいて、
前記ジョイステックの操作に応じた入力値と前記圧力検出手段によるシステム圧力とを検出する第１ステップと、
前記ジョイステック入力値と前記システム圧力により前記メインリリーフ弁の設定圧力をそれぞれ決定するか、前記ジョイステック入力値と前記システム圧力の両方を用いて前記メインリリーフ弁の設定圧力を決定する第２ステップと、
前記第２ステップで決定される前記メインリリーフ弁の設定圧力のうち、前記メインリリーフ弁の最終的な設定圧力を決定する第３ステップと、
前記第３ステップで決定された最終設定圧力で前記メインリリーフ弁の圧力を設定するために前記圧力調節手段に制御信号を出力する第５ステップと、を含むことを特徴とする建設機械の圧力制御システム。
前記圧力検出手段は、前記油圧ポンプの吐出側圧力を検出して検出信号を前記制御器に伝送する圧力センサが用いられることを特徴とする請求項２に記載の建設機械の圧力制御システム。
前記圧力検出手段は、前記油圧ポンプの吐出側圧力が設定値に到達する場合、オンまたはオフされて信号を発生させる圧力スイッチが用いられることを特徴とする請求項２に記載の建設機械の圧力制御システム。
前記圧力調節手段は、前記制御器から電気的信号入力により切り換えられて前記メインリリーフ弁に制御信号を出力するソレノイド弁が用いられることを特徴とする請求項２に記載の建設機械の圧力制御システム。
前記圧力調節手段は、前記制御器から電気的信号入力により駆動されて２次信号圧力を出力する電磁比例弁が用いられることを特徴とする請求項２に記載の建設機械の圧力制御システム。
前記ジョイステックの操作に応じた制御信号の入力値は、パイロット圧力を検出する圧力センサによる入力信号であることを特徴とする請求項２に記載の建設機械の圧力制御システム。
前記ジョイステックの操作に応じた制御信号の入力値は、パイロット圧力を検出する圧力スイッチによる入力信号であることを特徴とする請求項２に記載の建設機械の圧力制御システム。
前記メインリリーフ弁の設定圧力は、軽負荷によって操作されるパターンの前記ジョイステックの制御値が前記制御器に入力されるとき、前記メインリリーフ弁の前の設定圧力よりも相対的に低圧力に設定することを特徴とする請求項２に記載の建設機械の圧力制御システム。
前記メインリリーフ弁の設定圧力は、高負荷によって操作されるパターンの前記ジョイステックの制御値が前記制御器に入力されるとき、前記メインリリーフ弁の前の設定圧力よりも相対的に低圧力に設定することを特徴とする請求項２に記載の建設機械の圧力制御システム。
前記メインリリーフ弁の設定圧力は、高負荷によって操作されるパターンの前記ジョイステックの制御値が前記制御器に入力されるか、前記システム圧力が前記メインリリーフ弁の前の設定圧力に近接して検出されると、前記メインリリーフ弁の前の設定圧力より高圧力に設定されることを特徴とする請求項２に記載の建設機械の圧力制御システム。
前記メインリリーフ弁の設定圧力は、前記メインリリーフ弁の前の設定圧力よりも高く設定されているが、予め定められた時間以上持続するか、または再設定された高圧力に近接してリリーフ損失が予想されると、前記メインリリーフ弁の設定圧力を再び低圧力に設定することを特徴とする請求項２に記載の建設機械の圧力制御システム。
ユーザ設定手段の選択によって、前記メインリリーフ弁の設定圧力を前記ジョイステックの入力値と前記システム圧力によって自動に可変調整する機能を活性化するか否かを判断する第４ステップを含むことを特徴とする請求項２に記載の建設機械の圧力制御システム。