JP2016089995A - ロードセンシングバルブ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 前記メインバルブV1に接続したアクチュエータの負荷圧が、他のアクチュエータの負荷圧よりも高くなって最高負荷圧に反転するとき、可変容量型ポンプの傾転角が、反転の初期段階では応答性よく変化し、その後は傾転角の変化のゲインを小さくして、傾転角の制御がスムーズにいくようにする。
【解決手段】 コンペスプールCSに選択弁30を組み込むとともに、この選択弁30に負荷圧を導く圧力導入ポート32は、コンペスプールCSの移動初期の段階で、前記流通路25に対して全開状態を維持し、コンペスプールCSの移動する過程で、前期流通路25に対する開度が小さくなるようにしている。
【選択図】 図1

Description

この発明は、複数のアクチュエータの負荷圧変動にかかわりなく、各メインバルブの開度に応じた分流比を一定に保つロードセンシングバルブ装置に関する。
この種のものとして図2に記載された装置が従来から知られている。
この従来の装置は、バルブボディBにメインバルブV1とコンペンセータバルブV2とを組み込んでいる。このようにメインバルブV1とコンペンセータバルブV2とを一組にしてなるバルブボディBは、図示していない複数のアクチュエータごとに設けられるとともに、通常は、これらバルブボディBはマニホールド化されている。
そして、前記バルブボディBには、図示していない可変容量型ポンプに接続したポンプポート1、このポンプポート1を基点にして二股状にした接続通路2及び前記アクチュエータに接続したアクチュエータポート3,4を形成している。
なお、図中符号5,6はリリーフ弁で、アクチュエータポート3,4の負荷圧が設定圧以上になったとき、アクチュエータポート3,4の作動流体を戻り通路7,8に戻すものである。
前記メインバルブV1は、バルブボディBに摺動自在に組み込んだメインスプールMSを摺動自在に設けている。そのメインスプールMSの中央に第1環状溝9を形成し、その第1環状溝9の両端に第2、3環状溝10,11を形成している。
また、前記メインスプールMSのスプール孔には、二股状にした前記接続通路2の中央に位置する第1環状凹部12、前記接続通路2の外側に位置する第2、3環状凹部13,14を形成している。
前記のようにしたメインバルブV1のメインスプールMSは、センタリングスプリング15のばね力の作用で、通常は、図示の中間位置を保つ構成にしている。
メインスプールMSが前記中間位置にあるときには、第1環状溝9が第1環状凹部12に正対し、第2,3環状溝10,11はアクチュエータポート3,4に対応している。
メインスプールMSが前記中立位置を保っている状態から、第1,2パイロット室16,17のいずれか一方にパイロット圧が導かれると、メインスプールMSは左右いずれかに切り換わる。例えば、メインスプールMSが図面右方向に切り換わると、第1環状凹部12と接続通路2とが第1環状溝9を介して連通するとともに、第2環状凹部13とアクチュエータポート3とは第2環状溝10を介して連通する。また、アクチュエータポート4は第3環状溝11を介して戻り通路8に連通する。
メインスプールMSが前記とは逆に図面左方向に切り換わると、第1環状凹部12と接続通路2とが、第1環状溝9を介して連通するとともに、第3環状凹部14とアクチュエータ4とが、第3環状溝11を介して連通する。また、アクチュエータポート3は第2環状溝10を介して戻り通路7に連通する。
なお、前記のように接続通路2が第1環状溝9を介して連通するとき、その連通部がメインバルブV1の可変絞り部を構成するものである。したがって、この可変絞り部の開度は、メインスプールMSの移動量に比例する。なお以下にはメインバルブV1の可変絞り部をメイン絞り部という。
前記コンペンセータバルブV2は、バルブボディBに摺動自在に組み込んだコンペスプールCSを主要素にしてなり、このコンペスプールCSには環状の第1溝18の両側に同じく環状の第2,3溝19,20を形成している。
なお、前記第2,3溝19,20は、メインバルブV1の第2,3環状凹部13,14に常時連通するものである。
このようにしたコンペスプールCSは、その一端を圧力室21に臨ませ、他端を最高負荷圧導入室22に臨ませている。
前記コンペスプールCSには、前記圧力室21に連通する通路23を形成するとともに、この通路23の開口部23aをバルブボディBに形成した中継ポート24に連通させている。このようにした開口部23aは、コンペスプールCSの移動位置にかかわりなく前記中継ポート24に常時開口する関係を保っている。そして、前記開口部23aと通路23との間にはダンパーオリフィス23bを形成している。
また、前記中継ポート24は、メインバルブV1の第1環状凹部12に常時連通し、メインスプールMSが図示の中立位置から左右いずれかに切り換わったとき、ポンプポート1から圧力流体が中継ポート24に流入するとともに、このときの中継ポート24の圧力が通路23を介して前記圧力室21に導かれることになる。
このようにしたコンペスプールCSは、中継ポート24から圧力室21に導かれた圧力と最高負荷圧導入室22側に導かれた最高負荷圧とがバランスする位置に保つ。そして、中継ポート24から前記第1溝18に流れる流路の開度、すなわちコンペ絞り部aの開度は、コンペスプールCSが図示の位置にあるときに最小を保ち、コンペスプールCSが図面右方向に移動するにしたがって、このコンペ絞り部aの開度が大きくなる構成にしている。
また、前記バブルボディBにはU字状にした流通路25を形成するとともに、この流通路25の一端をコンペスプールCSの第1溝18に常時連通させている。したがって、中継ポート24に流入した圧力流体は、前記コンペ絞り部aを経由して流通路25に流入する。流通路25に流入した圧力流体は、ロードチェック弁26あるいは27のいずれかを押し開いて、第2溝19あるいは第3溝20のいずれかを経由し、メインバルブV1の前記第2環状凹部13あるいは第3環状凹部14のいずれかに導かれる。
また、前記流通路25の他端は、コンペスプールCSの移動位置に応じて、第1圧力導入ポート28aと第2圧力導入ポート28bに連通する構成にしている。すなわち、前記第1圧力導入ポート28aは、コンペスプールCSが図示の位置にあるとき、流通路25に対して開口するとともに、コンペスプールCSが図面右方向に移動する過程で、前記第1圧力導入ポート28aが閉じるようにしている。
一方、第2圧力導入ポート28bは、図示の位置にあるときにはほぼ全閉状態にあり、コンペスプールCSが図面右方向に移動したとき、流通路25と連通する構成にしている。ただし、第2圧力導入ポート28bには図示のようにオリフィスを形成し、前記第1圧力導入ポート28aの開度よりも、第2圧力導入ポート28bの開度の方が小さくなるようにしている。
前記のようにした第1圧力導入ポート28a、第2圧力導入ポート28bのそれぞれは、コンペスプールCSに形成した圧力導入室29に連通している。
前記圧力導入室29には選択弁30の一端を臨ませるとともに、この選択弁30の他端は、前記最高負荷圧導入室22に連通する圧力中継室31に臨ませている。
したがって、選択弁30には、圧力導入室29の圧力すなわちメインバルブV1に接続された前記アクチュエータの負荷圧と、最高負荷圧導入室22に導かれた最高負荷圧が作用することになる。
このときに、図示のメインバルブV1に接続された前記アクチュエータの負荷圧が、最高負荷圧導入室22の圧力に打ち勝てば、言い換えると、前記アクチュエータの負荷圧が他のアクチュエータの負荷圧よりも高くなれば、その負荷圧が最高負荷圧導入室22の圧力に打ち勝つので、前記アクチュエータの負荷圧の作用で選択弁30を開弁させ、そのときの負荷圧を最高負荷圧導入室22に導くことになる。
反対に、前記アクチュエータの負荷圧が、最高負荷圧導入室22の圧力よりも低ければ、選択弁30は最高負荷圧導入室22の圧力作用で閉弁状態を維持する。
前記のようにして複数のメインバルブに接続したアクチュエータの負荷圧のうち、最高負荷圧が選択されて各メインバルブの最高負荷圧導入室22に導入されるとともに、この最高負荷圧が傾転角制御部に導かれることになる。
特開2009−204086号公報
従来の装置は、アクチュエータの負荷変動の初期段階では、レギュレータの応答性を良くし、初期段階を経過した後は、前記応答性を少し落とすために、第1圧力導入ポートに並列して第2圧力導入ポートを形成するとともに、第2圧力導入ポートにはオリフィスを形成していた。このようにオリフィスを形成することによって、それら圧力導入ポートの開口に差ができるようにしていた。
しかしながら、前記従来の装置では、第2圧力導入ポート内にオリフィスを形成しなければならないので、そのオリフィスの開口径を正確に保つことが難しく、加工コストも高くなる原因になっていた。
この発明の目的は、負荷変動の初期段階では、可変容量型ポンプの傾転角制御の応答性をよくし、初期段階を経過した後は応答性を落とすことができるとともに、加工コストを軽減し、加工を容易にしたロードセンシングバルブ装置を提供する。
この発明は、例えば、建設機械、特にパワーショベルのロードセンシングバルブ装置のように、複数のアクチュエータを備えるとともに、それらアクチュエータごとにメインバルブを接続した装置に関する。
そして、バルブボディにメインスプールとコンペスプールとを組み込むとともに、メインスプールに対してコンペスプールを並行にしている。
さらに、前記コンペスプールには、アクチュエータの負荷圧を最高負荷圧導入室に導く圧力導入ポートを形成している。この圧力導入ポートは、前記コンペスプールの外周面に形成される溝により、前記開口面積を小さくする構成にしている。
この発明のロードセンシングバルブ装置によれば、コンペスプールの外周面に溝を加工するだけなので、コンペスプールに第2圧力導入ポート形成し、開口径を正確に保つオリフィスを加工する必要もなくなる。そのため、コンペスプールの加工も容易になり、加工コストも少なくてすむ。
この発明における実施形態の断面図である。 この発明における従来例の断面図である。
図1で示した実施形態は、バルブボディBにメインバルブV1とコンペンセータバルブV2とを組み込んでいる。このようにメインバルブV1とコンペンセータバルブV2とを一組にしてなるバルブボディBは、図示していない複数のアクチュエータごとに設けられるとともに、通常は、これらバルブボディBはマニホールド化されている。
そして、前記バルブボディBには、図示していない可変容量型ポンプに接続したポンプポート1、このポンプポート1を基点にして二股状にした接続通路2及び前記アクチュエータに接続したアクチュエータポート3,4を形成している。
なお、図中符号5,6はリリーフ弁で、アクチュエータポート3,4の負荷圧が設定圧以上になったとき、アクチュエータポート3,4の作動流体を戻り通路7,8に戻すものである。
前記メインバルブV1は、バルブボディBに摺動自在に組み込んだメインスプールMSを摺動自在に設けている。そのメインスプールMSの中央に第1環状溝9を形成し、その第1環状溝9の両端に第2、3環状溝10,11を形成している。
また、前記メインスプールMSのスプール孔には、二股状にした前記接続通路2の中央に位置する第1環状凹部12、前記接続通路2の外側に位置する第2、3環状凹部13,14を形成している。
前記のようにしたメインバルブV1のメインスプールMSは、センタリングスプリング15のばね力の作用で、通常は、図示の中間位置を保つ構成にしている。
メインスプールMSが前記中間位置にあるときには、第1環状溝9が第1環状凹部12に正対し、第2,3環状溝10,11はアクチュエータポート3,4に対応している。
メインスプールMSが前記中立位置を保っている状態から、第1,2パイロット室16,17のいずれか一方にパイロット圧が導かれると、メインスプールMSは左右いずれかに切り換わる。例えば、メインスプールMSが図面右方向に切り換わると、第1環状凹部12と接続通路2とが第1環状溝9を介して連通するとともに、第2環状凹部13とアクチュエータポート3とは第2環状溝10を介して連通する。また、アクチュエータポート4は第3環状溝11を介して戻り通路8に連通する。
メインスプールMSが前記とは逆に図面左方向に切り換わると、第1環状凹部12と接続通路2とが、第1環状溝9を介して連通するとともに、第3環状凹部14とアクチュエータ4とが、第3環状溝11を介して連通する。また、アクチュエータポート3は第2環状溝10を介して戻り通路7に連通する。
なお、前記のように接続通路2が第1環状溝9を介して連通するとき、その連通部がメインバルブV1の可変絞り部を構成するものである。したがって、この可変絞り部の開度は、メインスプールMSの移動量に比例する。なお以下にはメインバルブV1の可変絞り部をメイン絞り部という。
前記コンペンセータバルブV2は、バルブボディBに摺動自在に組み込んだコンペスプールCSを主要素にしてなり、このコンペスプールCSには環状の第1溝18の両側に同じく環状の第2,3溝19,20を形成している。
なお、前記第2,3溝19,20は、メインバルブV1の第2,3環状凹部13,14に常時連通するものである。
このようにしたコンペスプールCSは、その一端を圧力室21に臨ませ、他端を最高負荷圧導入室22に臨ませている。
前記コンペスプールCSには、前記圧力室21に連通する通路23を形成するとともに、この通路23の開口部23aをバルブボディBに形成した中継ポート24に連通させている。このようにした開口部23aは、コンペスプールCSの移動位置にかかわりなく前記中継ポート24に常時開口する関係を保っている。そして、前記開口部23aと通路23との間にはダンパーオリフィス23bを形成している。
また、前記中継ポート24は、メインバルブV1の第1環状凹部12に常時連通し、メインスプールMSが図示の中立位置から左右いずれかに切り換わったとき、ポンプポート1から圧力流体が中継ポート24に流入するとともに、このときの中継ポート24の圧力が通路23を介して前記圧力室21に導かれることになる。
このようにしたコンペスプールCSは、中継ポート24から圧力室21に導かれた圧力と最高負荷圧導入室22側に導かれた最高負荷圧とがバランスする位置に保つ。そして、中継ポート24から前記第1溝18に流れる流路の開度、すなわちコンペ絞り部aの開度は、コンペスプールCSが図示の位置にあるときに最小を保ち、コンペスプールCSが図面右方向に移動するにしたがって、このコンペ絞り部aの開度が大きくなる構成にしている。
また、前記バブルボディBにはU字状にした流通路25を形成するとともに、この流通路25の一端をコンペスプールCSの第1溝18に常時連通させている。したがって、中継ポート24に流入した圧力流体は、前記コンペ絞り部aを経由して流通路25に流入する。流通路25に流入した圧力流体は、ロードチェック弁26あるいは27のいずれかを押し開いて、第2溝19あるいは第3溝20のいずれかを経由し、メインバルブV1の前記第2環状凹部13あるいは第3環状凹部14のいずれかに導かれる。
また、前記流通路25の他端は、コンペスプールCSの移動位置に応じて、圧力導入ポート32に連通する構成にしている。圧力導入ポート32は、大開口部32aと小開口部32bを一体的に設けたもので、コンペスプールCSが図示の位置にあるとき、流通路25に対して、前記大開口部32aが全開状態に保たれる。そして、コンペスプールCSが図面右方向に移動すると、流通路25に対して大開口部32aが閉じて、小開口部32bが開く。
小開口部32bは、コンペスプールCSの外周面に溝を加工するだけなので、加工も容易になり、加工コストも少なくてすむ。
前記のようにした圧力導入ポート32は、コンペスプールCSに形成した圧力導入室29に連通している。この圧力導入室29には選択弁30の一端を臨ませるとともに、この選択弁30の他端は、前記最高負荷圧導入室22に連通する圧力中継室31に臨ませている。
したがって、選択弁30には、圧力導入室29の圧力すなわちメインバルブV1に接続された前記アクチュエータの負荷圧と、最高負荷圧導入室22に導かれた最高負荷圧が作用することになる。
このときに、図示のメインバルブV1に接続された前記アクチュエータの負荷圧が、最高負荷圧導入室22の圧力に打ち勝てば、言い換えると、前記アクチュエータの負荷圧が他のアクチュエータの負荷圧よりも高くなれば、その負荷圧が最高負荷圧導入室22の圧力に打ち勝つので、前記アクチュエータの負荷圧の作用で選択弁30を開弁させ、そのときの負荷圧を最高負荷圧導入室22に導くことになる。
反対に、前記アクチュエータの負荷圧が、最高負荷圧導入室22の圧力よりも低ければ、選択弁30は最高負荷圧導入室22の圧力作用で閉弁状態を維持する。
前記のようにして複数のメインバルブに接続したアクチュエータの負荷圧のうち、最高負荷圧が選択されて各メインバルブの最高負荷圧導入室22に導入されるとともに、この最高負荷圧が傾転角制御部に導かれることになる。
次にこの実施形態の作用を説明する。
今、例えばメインスプールMSを図示の中立位置から右方向に切り換えたとすると、メインスプールMSの第2環状溝10を介して一方のアクチュエータポート3がメインバルブV1の第2環状凹部13に連通する。
また、他方のアクチュエータポート4は、メインスプールMSの第3環状溝11を介して戻り通路8に連通する。
このとき第1環状凹部12がメインスプールMSの第1環状溝9を介して接続通路2に連通する。したがって、ポンプポート1に流入した圧力流体は、中継ポート24に流入するが、この中継ポート24に流入した圧力流体は、前記メイン絞り部の開度に応じた圧力損失分だけポンプ吐出圧よりも低くなる。
前記のようにして、中継ポート24に流入した圧力流体の圧力は、前記開口部23a及びダンパーオリフィス23bを経由して圧力室21に導かれる。
圧力室21に中継ポート24側の圧力が導かれれば、コンペスプールCS一端には圧力室21の圧力が作用し、他端には最高負荷圧導入室22に導かれた最高負荷圧が作用する。そして、前記コンペ絞り部の開度は、コンペスプールCSの位置によって決まるが、このコンペスプールCSの位置は、圧力室21側に導かれる中継ポート24側の圧力と、最高負荷圧導入室22に導かれた最高負荷圧との圧力バランスによって決まる。
また、流通路25に導かれた圧力作動流体は、一方のロードチェック弁26を押し開いてメインバルブV1の第2環状凹部13に導かれるとともに、メインスプールMSの第2環状溝10を経由してアクチュエータポート3に供給される。したがって、流通路25内の圧力は、図示のメインバルブV1に接続された前記アクチュエータの負荷圧となる。
なお、前記アクチュエータの戻り流体は、アクチュエータポート4からメインスプールMSの第3環状溝11を経由して戻り通路8に戻される。
一方、流通路25の圧力すなわち前記アクチュエータの負荷圧は、圧力導入ポート32から圧力導入室29に導かれるので、選択弁30はこの圧力導入室29の圧力と、最高負荷圧導入室22に導かれた最高負荷圧とを比較する。そして、最高負荷圧導入室22に導かれた最高負荷圧の方が高いときには、選択弁30が閉弁状態を保ち、コンペスプールCSは、現状すなわち先のバランス位置を維持する。
また、前記のようにメインバルブV1を所定の切換位置に維持したままの状態で、このメインバルブV1に接続した前記アクチュエータの負荷圧が高くなったとすると、それにともなって圧力室21の圧力も上昇する。このときコンペスプールCSは、上昇した圧力室21の圧力作用と、最高負荷圧導入室22に導かれた最高負荷圧の圧力作用とにより図面右方向に移動し、前記コンペ絞り部aの開度を大きくする。
前記コンペ絞り部aの開度が大きくなれば、コンペ絞り部aの前後の圧力損失が小さくなるので、前記メイン絞り部の前後の差圧は一定に保たれる。このようにメイン絞り部の前後の差圧が一定に保たれれば、前記アクチュエータの負荷圧が高くなったとしても、前記メイン絞り部を通過する流量は変化しないことになる。言い換えると、複数のメインバルブの開度に応じた分流比は、それらメインバルブに接続されたアクチュエータの負荷圧に関係なく一定に保たれることになる。
また、前記のようにメインバルブV1を所定の切換位置に維持したままの状態で、このメインバルブV1に接続した前記アクチュエータの負荷圧が低くなったとすると、それにともなって圧力室21の圧力も低下する。このときコンペスプールCSは、低下した圧力室21の圧力作用と、最高負荷圧導入室22に導かれた最高負荷圧の圧力作用とにより図面左方向に移動し、前記コンペ絞り部aの開度を小さくする。
前記コンペ絞り部aの開度が小さくなれば、その分、コンペ絞り部aの前後の圧力損失が大きくなるので、前記メイン絞り部の前後の差圧は一定に保たれる。このようにメイン絞り部の前後の差圧が一定に保たれれば、前記メイン絞り部を通過する流量は変化せず、前記のように複数のメインバルブの開度に応じた分流比は、それらメインバルブV1に接続されたアクチュエータの負荷圧に関係なく一定に保たれる。
なお、前記最高負荷圧導入室22に導かれた最高負荷圧は、図示していない前記傾転角制御部に導かれるとともに、この傾転角制御部によって前記可変容量型ポンプを前記最高負荷圧に応じた傾転角に制御する。
また、この実施形態における圧力導入ポート32は、コンペスプールCSの移動位置に応じて、流通路25に対する開度を可変にしている。
そして、コンペスプールCSが図1の状態にあるときには、コンペスプールCSが圧力室21側にフルストロークしているので、このメインバルブV1に接続した前記アクチュエータの負荷圧は、他のアクチュエータの負荷圧よりも低いことになる。
前記の状態から前記アクチュエータの負荷圧が上昇して、圧力室21の圧力が、最高負荷圧導入室22に導かれた最高負荷圧に打ち勝つと、それにともなってコンペスプールCSが図1の右方向に移動する。このようにコンペスプールCSが移動する初期の段階では、圧力導入ポート32の大開口部32aが最大に開口している。したがって、最高負荷圧が反転する初期の段階では傾転角制御部が迅速に反応することになる。
そして、コンペスプールCSが所定量移動すると、前記流通路25に対して、圧力導入ポート32の大開口部32aの開度が小さくなり、大開口部32aから小開口部32bの開度に保たれる。つまり、コンペスプールCSが最高負荷圧導入室側に移動する過程で開口面積が小さくなるので、前記傾転角制御部の傾転角制御のゲインが小さくなり、その分、安定した制御が可能になる。
なお、前記実施形態では、圧力導入ポート32の周囲に溝を形成し、この溝が流通路25と相対移動する過程で、圧力導入ポート32の流通路25に対する実質的な開度が小さくなるようにしている。しかし、前記溝に変えて、複数の小孔を形成し、これら小孔の合計開度に応じて、圧力導入ポート32の開度が小さくなるようにしてもよい。
建設機械、特にパワーショベルのロードセンシングバルブ装置として最適である。
B バルブボディ、V1 メインバルブ、V2 コンペンセータバルブ、3,4 アクチュエータポート、MS メインスプール、CS コンペスプール、a コンペ絞り部、21 圧力室、22 最高負荷圧導入室、29 圧力導入室、30 選択弁、32 圧力導入ポート

Claims (1)

  1. 複数のアクチュエータに対応付けられ、前記アクチュエータに作動流体を導くアクチュエータポートを備える複数のバルブボディと、
    前記バルブボディにそれぞれ摺動自在に組み込まれるメインスプールと、
    前記メインスプールの軸方向に対してそれぞれ並行に組み込まれるコンペスプールとを備え、
    前記コンペスプールは、
    前記メインスプールの切り換えに応じて可変容量型ポンプからの作動流体が導かれる圧力室と、
    移動位置に応じて前記圧力室と前記アクチュエータポートとを連通させる開度を可変にするコンペ絞り部と、
    前記圧力室の下流側にあって、前記アクチュエータの負荷圧が導かれる圧力導入室と、
    前記圧力導入室と前記アクチュエータポートとを連通する圧力導入ポートと、
    各アクチュエータのうちの最高負荷圧が導かれる最高負荷圧導入室と、
    一端を前記圧力導入室に臨ませ、他端を前記最高負荷圧導入室に臨ませるとともに、前記圧力導入室と前記最高負荷圧導入室のうち高圧を選択する選択弁とを備え、
    前記圧力導入ポートは、その周囲に溝を形成し、前記コンペスプールが移動する過程で、前記溝がアクチュエータ側に連通する通路との間で相対移動して圧力導入ポートの前記開口面積を小さくする
    ことを特徴とするロードセンシングバルブ装置。
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