JP2019128008A - 油圧システム - Google Patents

Abstract

【課題】双方向に作動する油圧アクチュエータに対して単一の電磁比例弁を用いた場合の制御性に優れた油圧システムを提供する。【解決手段】油圧システムは、油圧アクチュエータを第１方向に作動させるための第１パイロットポートおよび油圧アクチュエータを第２方向に作動させるための第２パイロットポートを有する制御弁と、二次圧ラインにより前記第１パイロットポートと接続されるとともに、一次圧ラインにより圧力源と接続された電磁比例弁と、一次圧ラインと第２パイロットポートとを接続する中継ラインに設けられた、出力圧が一定の減圧弁と、操作部に対する操作量に応じた操作信号を出力する操作装置と、操作部が中立状態のときには電磁比例弁が減圧弁の出力圧と等しい二次圧を出力し、操作部が操作されたときには操作装置から出力される操作信号に応じて電磁比例弁の二次圧が変化するように電磁比例弁へ指令電流を送給する制御装置と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、双方向に作動する油圧アクチュエータを含む油圧システムに関する。

一般的に、双方向に作動する油圧アクチュエータを電気的に制御する油圧システムでは、油圧アクチュエータと接続された、第１および第２パイロットポートを有する制御弁と、それらの第１および第２パイロットポートへ二次圧を出力する一対の電磁比例弁とが用いられる。

近年では、双方向に作動する油圧アクチュエータを単一の電磁比例弁を用いて電気的に制御することが可能な油圧システムが提案されている。例えば、特許文献１には、図４に示すような油圧システム１００が開示されている。

この油圧システム１００では、制御弁１１０の第１パイロットポート１１１が二次圧ライン１２２により電磁比例弁１３０と接続されており、電磁比例弁１３０が一次圧ライン１２１により圧力源１４０と接続されている。また、一次圧ライン１２１が第１中継ライン１５１により切換弁１６０と接続されており、切換弁１６０が第２中継ライン１５２により制御弁１１０の第２パイロットポート１１２と接続されている。

切換弁１６０は、中立位置では第１中継ライン１５１をブロックするとともに、第２中継ライン１５２をタンクライン１５３と連通する。このため、制御弁１１０は、電磁比例弁１３０の二次圧に応じて中立位置から図４の右方向へシフトする。

一方、電磁比例弁１３０の二次圧が切換弁１６０の設定値を上回ったときは、切換弁１６０が作動位置に切り換えられる。作動位置では、切換弁１６０は、第１中継ライン１５１を第２中継ライン１５２と連通する。これにより、制御弁１１０の第２パイロットポート１１２には圧力源１４０の圧力（一次圧）が導かれ、制御弁１１０は、電磁比例弁１３０の二次圧に応じて中立位置から図４の左方向へシフトする。

特開２０１６−１６９８１４号公報

図４に示す油圧システム１００に対しては、さらなる制御性の向上が望まれる。

そこで、本発明は、双方向に作動する油圧アクチュエータに対して単一の電磁比例弁を用いた場合の制御性に優れた油圧システムを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の油圧システムは、油圧アクチュエータを第１方向に作動させるための第１パイロットポートおよび前記油圧アクチュエータを第２方向に作動させるための第２パイロットポートを有する制御弁と、二次圧ラインにより前記第１パイロットポートと接続されるとともに、一次圧ラインにより圧力源と接続された電磁比例弁と、前記一次圧ラインと前記第２パイロットポートとを接続する中継ラインに設けられた、出力圧が一定の減圧弁と、操作部に対する操作量に応じた操作信号を出力する操作装置と、前記操作部が中立状態のときには前記電磁比例弁が前記減圧弁の出力圧と等しい二次圧を出力し、前記操作部が操作されたときには前記操作装置から出力される操作信号に応じて前記電磁比例弁の二次圧が変化するように前記電磁比例弁へ指令電流を送給する制御装置と、を備える、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、中立状態の操作部が操作されると、第１パイロットポートに導入される電磁比例弁の二次圧が、第２パイロットポートに導入される減圧弁の出力圧と等しい状態から徐々に大きくなったり徐々に小さくなったりする。すなわち、操作信号の出力範囲においては、制御弁に作用するパイロット圧が連続的に変化する。このため、制御性に優れた油圧システムを得ることができる。

前記電磁比例弁は、正比例型であり、上記の油圧システムは、前記中継ラインを前記一次圧ライン側の第１中継ラインと前記第２パイロットポート側の第２中継ラインとに分断するように前記減圧弁と前記第２パイロットポートとの間に設けられた切換弁であって、中立位置では前記第１中継ラインをブロックするとともに前記第２中継ラインをタンクラインと連通し、前記電磁比例弁の二次圧が設定値を上回ったときに、当該二次圧によって、前記第１中継ラインを前記第２中継ラインと連通する作動位置に切り換えられる切換弁をさらに備え、前記減圧弁の出力圧は、前記設定値よりも大きく設定されてもよい。この構成によれば、電気機器または電磁比例弁自身の故障等により電磁比例弁の二次圧がゼロとなった場合には、切換弁が中立位置に切り換わって第２中継ラインがタンクラインと連通する。これにより、制御弁が中立位置に維持されるため、フェイルセーフを図ることができる。

前記減圧弁の出力圧は、前記電磁比例弁の二次圧の最大値と前記設定値の平均値の±１０％の範囲内に設定されていてもよい。この構成によれば、減圧弁の出力圧を中心とする制御弁の動作特性を調整することができる。

本発明によれば、双方向に作動する油圧アクチュエータに対して単一の電磁比例弁を用いた場合の制御性を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る油圧システムの概略構成図である。 前記実施形態における電磁比例弁の二次圧と制御弁のシフト量との関係を示すグラフである。 油圧アクチュエータが複数ある場合の信号圧回路図である。 従来の油圧システムの概略構成図である。

図１に、本発明の一実施形態に係る油圧システム１Ａを示す。この油圧システム１Ａは、双方向（第１方向Ａおよび第２方向Ｂ）に作動する油圧アクチュエータ４と、一対の給排ライン４１，４２により油圧アクチュエータ４と接続された制御弁３と、操縦者により操作される操作装置９を含む。

図例では、油圧アクチュエータ４が油圧シリンダであり、第１方向Ａが伸長方向、第２方向が短縮方向である。ただし、第１方向Ａが短縮方向、第２方向Ｂが伸長方向であってもよい。あるいは、油圧アクチュエータ４は、例えば時計回り（第１方向）および反時計回り（第２方向）に回転する油圧モータであってもよい。

制御弁３は、供給ライン１２により第１圧力源１１と接続されるとともに、タンクライン１３によりタンクと接続されている。制御弁３は、当該制御弁３につながる全てのライン１２，１３，４１，４２をブロックする中立位置と、一対の給排ライン４１，４２の一方を供給ライン１２と連通し、他方をタンクライン１３と連通する第１位置（図１の左側位置）および第２位置（図１の右側位置）との間でシフトする。なお、油圧アクチュエータ４の用途によっては、制御弁３は、中立位置で給排ライン４１，４２をタンクライン１３と連通してもよい。

より詳しくは、制御弁３は、当該制御弁３を中立位置から第１位置にシフトさせて油圧アクチュエータ４を第１方向Ａに作動させるための第１パイロットポート３１と、当該制御弁３を中立位置から第２位置にシフトさせて油圧アクチュエータ４を第２方向Ｂに作動させるための第２パイロットポート３２を含む。また、制御弁３は、当該制御弁３を中立位置に維持するための一対のスプリング３３，３４を含む。

第１パイロットポート３１は、二次圧ライン５２により電磁比例弁５と接続されている。電磁比例弁５は、一次圧ライン５１により第２圧力源１４と接続されている。本実施形態では、電磁比例弁５が、当該電磁比例弁５に送給される指令電流と当該電磁比例弁５が出力する二次圧Ｐ２が正の相関を示す正比例型である。

一次圧ライン５１は、中継ライン６０により第２パイロットポート３２と接続されている。中継ライン６０には、出力圧Ｐｂが一定の減圧弁７が設けられている。一次圧ライン５１の圧力と中継ライン６０における減圧弁７の上流側の圧力は、第２圧力源１４の圧力（一次圧）Ｐ１である。

本実施形態では、中継ライン６０における減圧弁７と第２パイロットポート３２との間に切換弁６が設けられている。切換弁６は、中継ライン６０を一次圧ライン５１側の第１中継ライン６１（減圧弁７を経由するもの）と第２パイロットポート３２側の第２中継ライン６２とに分断するように設けられている。また、切換弁６は、タンクライン６３によりタンクと接続されている。

切換弁６は、電磁比例弁５の二次圧Ｐ２に応じて作動するパイロット式である。切換弁６は、中立位置（図２の右側位置）では、第１中継ライン６１をブロックするとともに、第２中継ライン６２をタンクライン６３と連通する。

切換弁６は、電磁比例弁５の二次圧Ｐ２が設定値Ｐａを上回ったときに、当該二次圧Ｐ２によって作動位置（図２の左側位置）に切り換えられる。作動位置では、切換弁６は、第１中継ライン６１を第２中継ライン６２と連通する。

減圧弁７の出力圧Ｐｂは、切換弁６が中立位置から作動位置に切り換わる設定値Ｐａよりも大きく設定されている。本実施形態では、減圧弁７の出力圧Ｐｂが、電磁比例弁５の二次圧の最大値Ｐ２maxと設定値Ｐａの平均値（（Ｐ２max＋Ｐａ）／２）の±１０％の範囲内に設定されている。なお、電磁比例弁５の二次圧の最大値Ｐ２maxは、第２圧力源１４の圧力Ｐ１と等しい。

上述した操作装置９は、操作部９１を有し、操作部９１に対する操作量に応じた操作信号を出力する。つまり、操作装置９から出力される操作信号は、操作量が大きくなるほど大きくなる。操作部９１は、例えば操作レバーであるが、フットペダルなどであってもよい。例えば、操作装置９は、操作信号として電気信号を出力する電気ジョイスティックである。

操作装置９から出力される操作信号は、制御装置８へ入力される。制御装置８は、操作信号に基づいて電磁比例弁５を制御する。例えば、制御装置８は、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリとＣＰＵを有するコンピュータであり、ＲＯＭに格納されたプログラムがＣＰＵにより実行される。

より詳しくは、制御装置８は、操作装置９の操作部９１が中立状態のとき（操作装置９から出力される操作信号がゼロのとき）には、電磁比例弁５が減圧弁７の出力圧Ｐｂと等しい二次圧Ｐ２を出力するように電磁比例弁５へ指令電流を送給する。一方、操作部９１が操作されたとき（操作装置９から出力される操作信号がゼロより大きいとき）には、制御装置８は、操作装置９から出力される操作信号に応じて電磁比例弁５の二次圧Ｐ２が、減圧弁７の出力圧Ｐｂを基準として変化するように、電磁比例弁５へ指令電流を送給する。

つまり、操作信号の出力範囲に対応する電磁比例弁５の二次圧Ｐ２の使用範囲は、図２に示すように減圧弁７の出力圧Ｐｂを中心とする、設定値Ｐａと最大値Ｐ２maxの間の範囲である。なお、図２における「第１方向作動側」とは図１の右方向（制御弁３が中立位置から左側位置にシフトする方向）であり、図２における「第２方向作動側」とは図１の左方向（制御弁３が中立位置から右側位置にシフトする方向）である。

以上説明したように、本実施形態の油圧システム１Ａでは、中立状態の操作部９１が操作されると、第１パイロットポート３１に導入される電磁比例弁５の二次圧Ｐ２が、第２パイロットポート３２に導入される減圧弁７の出力圧Ｐｂと等しい状態から徐々に大きくなったり徐々に小さくなったりする。すなわち、操作信号の出力範囲においては、制御弁３に作用するパイロット圧が連続的に変化する。このため、制御性に優れた油圧システム１Ａを得ることができる。

また、本実施形態では、電磁比例弁５が正比例型であり、中継ライン６０にパイロット式の切換弁６が設けられているので、電気機器または電磁比例弁５自身の故障等により電磁比例弁５の二次圧Ｐ２がゼロとなった場合には、切換弁６が中立位置に切り換わって第２中継ライン６２がタンクライン６３と連通する。これにより、制御弁３が中立位置に維持されるため、フェイルセーフを図ることができる。

さらに、本実施形態では、減圧弁７の出力圧Ｐｂが、電磁比例弁５の二次圧の最大値Ｐ２maxと設定値Ｐａの平均値の±１０％の範囲内に設定されているので、減圧弁７の出力圧を中心とする制御弁３の動作特性を調整することができる。

＜変形例＞
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

例えば、図１では、油圧アクチュエータ４と制御弁３のセットの数が１つであったが、そのセットの数が複数である場合には、図３に示すように、各制御弁３に対して電磁比例弁５および切換弁６を設けるとともに、全ての制御弁３に対して１つの減圧弁７が共通に使用されてもよい。

また、切換弁６は省略されてもよい。

１Ａ、１Ｂ 油圧システム
３ 制御弁
３１ 第１パイロットポート
３２ 第２パイロットポート
４ 油圧アクチュエータ
５ 電磁比例弁
５１ 一次圧ライン
５２ 二次圧ライン
６ 切換弁
６０ 中継ライン
６１ 第１中継ライン
６２ 第２中継ライン
６３ タンクライン
７ 減圧弁
８ 制御装置
９ 操作装置
９１ 操作部

Claims (3)

1. 油圧アクチュエータを第１方向に作動させるための第１パイロットポートおよび前記油圧アクチュエータを第２方向に作動させるための第２パイロットポートを有する制御弁と、
   二次圧ラインにより前記第１パイロットポートと接続されるとともに、一次圧ラインにより圧力源と接続された電磁比例弁と、
   前記一次圧ラインと前記第２パイロットポートとを接続する中継ラインに設けられた、出力圧が一定の減圧弁と、
   操作部に対する操作量に応じた操作信号を出力する操作装置と、
   前記操作部が中立状態のときには前記電磁比例弁が前記減圧弁の出力圧と等しい二次圧を出力し、前記操作部が操作されたときには前記操作装置から出力される操作信号に応じて前記電磁比例弁の二次圧が変化するように前記電磁比例弁へ指令電流を送給する制御装置と、
   を備える、油圧システム。
2. 前記電磁比例弁は、正比例型であり、
   前記中継ラインを前記一次圧ライン側の第１中継ラインと前記第２パイロットポート側の第２中継ラインとに分断するように前記減圧弁と前記第２パイロットポートとの間に設けられた切換弁であって、中立位置では前記第１中継ラインをブロックするとともに前記第２中継ラインをタンクラインと連通し、前記電磁比例弁の二次圧が設定値を上回ったときに、当該二次圧によって、前記第１中継ラインを前記第２中継ラインと連通する作動位置に切り換えられる切換弁をさらに備え、
   前記減圧弁の出力圧は、前記設定値よりも大きく設定されている、油圧システム。
3. 前記減圧弁の出力圧は、前記電磁比例弁の二次圧の最大値と前記設定値の平均値の±１０％の範囲内に設定されている、請求項２に記載の油圧システム。
   

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