JP2020183784A - Hydraulic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電磁弁の異常を検出する異常検出装置を備えた油圧装置に関し、特に電磁弁のスプールの位置を検出することができるスプール位置検出器付き電磁弁を備えた油圧装置に関する。 The present invention relates to a hydraulic device provided with an abnormality detecting device for detecting an abnormality of a solenoid valve, and more particularly to a hydraulic device provided with an electromagnetic valve having a spool position detector capable of detecting the position of a spool of the solenoid valve.
産業機械及び建設機械で使用される油圧装置は、シリンダや油圧モータ等のアクチュエータを有する加工母機に作動油を供給する装置である。ここで、油圧装置の方向制御弁には、弁体であるスプールの移動によって作動油の流れる方向を切り換えるスプール式の電磁弁が広く用いられている。この電磁弁では、電磁コイルの励磁による吸引力によって本体内部の可動鉄心を移動させ、この可動鉄心の移動をスプールに伝達することにより、スプールを移動させていた。可動鉄心とスプールとの間には、伝達手段として、ソレノイドガイドに保持されたロッドが介在していた。 A hydraulic device used in an industrial machine or a construction machine is a device that supplies hydraulic oil to a processing master machine having an actuator such as a cylinder or a hydraulic motor. Here, as the direction control valve of the hydraulic system, a spool-type solenoid valve that switches the direction in which hydraulic oil flows by moving the spool, which is a valve body, is widely used. In this solenoid valve, the movable iron core inside the main body is moved by the attractive force generated by the excitation of the electromagnetic coil, and the movement of the movable iron core is transmitted to the spool to move the spool. A rod held by a solenoid guide was interposed between the movable iron core and the spool as a transmission means.
さらに、従来の油圧装置には、作動油の汚染などの油圧装置の異常を早期に検出する異常検出装置が使用されていた。このような従来の油圧装置の異常検出に関する技術として、特許文献1には、油路にスプール位置検出器付き電磁弁を配置して、スプールの移動に関する応答時間を監視し、その応答時間としきい値とを比較判定することで異常の有無を検出する異常検出装置が開示されている。 Further, in the conventional hydraulic system, an abnormality detection device for early detection of an abnormality of the hydraulic system such as contamination of hydraulic oil has been used. As a technique for detecting an abnormality in such a conventional hydraulic system, Patent Document 1 describes a solenoid valve with a spool position detector in an oil passage, monitors a response time related to spool movement, and determines the response time. An abnormality detection device that detects the presence or absence of an abnormality by comparing and determining the value with the value is disclosed.
従来の油圧装置の異常検出装置において電磁弁の切り換えが行われる際には、可動鉄心が電磁弁の本体に対して摺動し、ロッドも電磁弁の本体に対して摺動するため、スプールの応答時間がこれらの摺動抵抗の影響を受け、油圧装置が正常な状態であっても応答時間のばらつきが大きくなることがあった。そのため、応答時間に基づく判定において、異常の誤検出または異常の看過が発生するおそれがあった。 When the solenoid valve is switched in the abnormality detection device of the conventional hydraulic system, the movable iron core slides with respect to the main body of the solenoid valve, and the rod also slides with respect to the main body of the solenoid valve. The response time was affected by these sliding resistances, and even when the hydraulic system was in a normal state, the response time sometimes varied widely. Therefore, in the determination based on the response time, there is a possibility that an abnormality may be erroneously detected or an abnormality may be overlooked.
本発明は前記の問題点を解決するためになされたものであり、スプール以外の部品の移動で生じる摺動抵抗を低減させ、異常の検出精度を向上させた油圧装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a hydraulic device that reduces sliding resistance caused by movement of parts other than spools and improves abnormality detection accuracy. To do.
本発明に係る油圧装置は、油路に配置されて作動油の流れる方向を切り換えるスプール位置検出器付き電磁弁と、前記電磁弁の異常を検出する異常検出装置とを備えた油圧装置であって、
前記電磁弁は、
電磁コイルと、
前記電磁コイルの励磁により前記電磁弁の本体に対して移動する可動鉄心と、
前記可動鉄心に一体的に固定されるロッドと、
前記ロッドに押圧されて移動することにより作動油の流れる方向を切り換えるスプールと、
前記本体に固定され、前記ロッドを摺動可能に支持するボールブッシュと、
前記スプールが所定の位置にあるか否かを検出する位置検出器とを備え、
前記異常検出装置は、
前記位置検出器に接続され、前記スプールが所定の区間を移動するためにかかる応答時間を取得する監視部と、
前記応答時間または前記応答時間に基づいて算出された所定の算出値が所定のしきい値を超えたか否かを判定する判定部とを備え、
前記ロッドおよび前記可動鉄心の移動方向に対する側面と前記本体との間に隙間が形成されることを特徴とする。
The hydraulic device according to the present invention is a hydraulic device including a solenoid valve with a spool position detector that is arranged in an oil passage and switches the flow direction of hydraulic oil, and an abnormality detection device that detects an abnormality in the solenoid valve. ,
The solenoid valve is
With an electromagnetic coil
A movable iron core that moves with respect to the main body of the solenoid valve by excitation of the solenoid coil,
A rod that is integrally fixed to the movable iron core,
A spool that switches the direction in which hydraulic oil flows by being pressed by the rod and moving.
A ball bush that is fixed to the main body and slidably supports the rod,
A position detector for detecting whether or not the spool is in a predetermined position is provided.
The abnormality detection device is
A monitoring unit that is connected to the position detector and acquires the response time required for the spool to move in a predetermined section.
A determination unit for determining whether or not a predetermined response time or a predetermined calculated value calculated based on the response time exceeds a predetermined threshold value is provided.
A gap is formed between the side surface of the rod and the movable iron core in the moving direction and the main body.
本発明の油圧装置によれば、可動鉄心およびロッドの移動で生じる摺動抵抗を低減させることにより、スプールの応答時間のばらつきを小さくして、異常検出の精度を向上させることができる。 According to the hydraulic system of the present invention, by reducing the sliding resistance generated by the movement of the movable iron core and the rod, the variation in the response time of the spool can be reduced and the accuracy of abnormality detection can be improved.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示または説明を省略する。 Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in such an embodiment are merely examples for facilitating the understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are designated by the same reference numerals to omit duplicate description, and elements not directly related to the present invention are illustrated or described. Is omitted.
図1は、本発明の第1実施形態に係る油圧装置100を示した概略的な構成図である。油圧装置100は、油路106を流れる作動油を媒体として外部の加工母機102に動力を伝達する装置である。油路106は、タンク120の作動油を送り出す油圧ポンプ等を含む油圧源108から出発して加工母機102に接続されていて、作動油の圧力によって加工母機102を駆動させる。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a
加工母機102は、油圧駆動のアクチュエータの例として、油圧シリンダ110を含んでいる。
The
油圧装置100において、油圧源108から加工母機102への経路に配置されたスプール位置検出器付き電磁弁である電磁弁118は、作動油の流れる方向を切り換える弁である。モータ112は、油圧源108を駆動させる。チェック弁114は、作動油の逆流を防止する弁である。リリーフ弁116は、油路106全体の最高圧を制御する弁である。フィルタ122は、作動油から異物を除去する。
In the
油圧装置100は、例えば作動油の汚染など、油圧装置の異常を検出する異常検出装置104を備えている。異常検出装置104は、電磁弁118に電気的に接続されていて、電磁弁118の動作を基にしてユーザに異常の発生を知らせる。以下では、異常検出装置104の具体的な動作の説明に先立って、電磁弁118の動作から詳しく説明する。
The
図2および図4は、スプール位置検出器付き電磁弁118を示した図である。電磁弁118は、一端付近に電磁コイル130を備えたスプール式の油浸形2位置電磁弁である。図2はスプール132がその可動範囲において図2中の紙面に向かって左側の位置にある状態を示していて、図4はスプール132が左側の位置から図4中の紙面に向かって右側の位置に移動した状態を示している。以下、スプール132が移動する際に動かない電磁弁118の構成部材を総称して、本体134というが、後述するボールブッシュ156a,156bは本体134に含まれない。
2 and 4 are views showing a
電磁弁118の本体134には、油路106(図1参照)の各所とつながっている複数のポート(供給ポート136、負荷ポート138a,138b、タンクポート140a,140b)が設けられている。中央の供給ポート136は油圧源108とつながっていて、その両脇の負荷ポート138a,138bは加工母機102とつながっている。さらに両端側にはタンク120とつながるタンクポート140a,140bが設けられている。スプール132には各ポートの接続を遮断するランド142a,142bが設けられていて、スプール132が図2中の紙面に向かって左側の位置および右側の位置の間を移動することで各ポートの接続が切り換えられ、作動油の流れる経路が切り換えられる。
The
スプール132の左方には、スプール132に近い側から順に、固定鉄心152と可動鉄心150とが並べて配置されている。
On the left side of the
可動鉄心150は略円筒形状に形成され、電磁コイル130の内部に、固定鉄心152に対して接近離間可能に配置されている。電磁コイル130に通電することで、可動鉄心150が固定鉄心152へ吸引され、電磁弁118の本体134に対して図2中の紙面に向かって右側へ移動する。図5に示すように、固定鉄心152における可動鉄心150側の端面にはリング状のスペーサ158が配置されているため、可動鉄心150が固定鉄心152に最も接近した状態でも、可動鉄心150と固定鉄心152との間には隙間が設けられる。
The
ロッド154は、可動鉄心150の内部を図2中の紙面に向かって左右方向に貫通する棒状の部材であり、可動鉄心150に一体的に固定されている。ロッド154のスプール132側の端部はスプール132に当接しており、電磁コイル130に通電した際には可動鉄心150とともに右方向に移動してスプール132を押圧する。
The
図2および図3に示すように、ロッド154は、可動鉄心150を左右で挟むように配置された一対のボールブッシュ156a,156bに挿入され、ボールブッシュ156a,156bによって摺動可能に支持されている。ボールブッシュ156a,156bは、略円筒形状の保持器の内部に多数のボールを有し、これらのボールでロッド154に接触し支持するとともに、ボールの転がりを利用し、わずかな摺動抵抗でロッド154を図2中の紙面に向かって左右方向に摺動させることができる。ボールブッシュ156a,156bは、電磁弁118の本体134に対して固定されている。可動鉄心150とスプール132との間に設けられたボールブッシュ156aは、固定鉄心152の内部に配置されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
図2および図4に示すように、ロッド154の移動方向に対する側面である外周面と、本体134との間には、隙間が設けられている。したがって、ロッド154はボールブッシュ156a,156bとのみ摺動し、電磁弁118の他の部材とは摺動しない。
As shown in FIGS. 2 and 4, a gap is provided between the outer peripheral surface, which is a side surface of the
また、図3および図5に示すように、可動鉄心150の移動方向に対する側面である外周面と、本体134との間にも、隙間Sが設けられている。したがって、可動鉄心150は電磁弁118の他の部材とは摺動しない。
Further, as shown in FIGS. 3 and 5, a gap S is also provided between the outer peripheral surface, which is a side surface of the
図2のようにスプール132が左側の位置にあるとき、電磁コイル130は通電されておらず、非励磁の状態になっている。このとき、スプール132は、右端付近に設けられたスプリング143に右から押されることで左側の位置に配置されている。このとき、供給ポート136と負荷ポート138aが接続されるとともに、負荷ポート138bとタンクポート140bが接続され、加工母機102へ作動油が供給される。
When the
図2の状態から電磁コイル130が励磁されると、電磁コイル130に挿入されている可動鉄心150が固定鉄心152に引き寄せられて右方向に移動し、可動鉄心150に一体的に固定されたロッド154がスプール132を押圧し、スプール132はスプリング143を圧縮しながら右方向に移動する。このとき、図3および図5に示すように、ロッド154および可動鉄心150がボールブッシュ156a,156b以外の部材と摺動しないため、摺動抵抗はごく小さいものとなる。図4に示すようにスプール132が右側の位置まで移動すると、供給ポート136と負荷ポート138bが接続されるとともに、負荷ポート138aとタンクポート140aが接続され、加工母機102へ作動油が供給される。
When the
本実施形態の電磁弁118は、スプール132の位置を検出する位置検出器の機能が付いており、スプール132の位置を外部から電気的に検出することができる。位置検出器は、構成要素としてリング144およびリテーナ146を含んでいる。
The
電磁弁118の位置検出器は、いわゆるスイッチ式の構造になっている。具体的には、本体134には固定接点であるリング144が設けられており、スプール132の外周には可動接点であるリテーナ146が設けられている。リテーナ146は図2の紙面に向かってリング144の右側に配置され、スプリング148によってリング144側に付勢されている。リテーナ146はスプール132に伴って移動するが、スプール132に完全には固定されていない。
The position detector of the
リング144は図示しないリング側電気端子と電気的につながっている。リテーナ146は筐体と電気的につながっていて、また図示しないリテーナ側電気端子も筐体に電気的につながっているため、リテーナ146はリテーナ側電気端子と電気的につながっている。図2に示すようにスプール132が左側の位置にあるとき、リング144とリテーナ146が接触しているため、リング側電気端子とリテーナ側電気端子とは互いに導通している。一方、図4に示すようにスプール132が右側の位置に移動した状態では、スプール132の移動に伴ってリテーナ146がリング144から離れているため、リング側電気端子とリテーナ側電気端子とは導通していない。
The
したがって、リング側電気端子とリテーナ側電気端子とが導通している場合には、図2のようにスプール132が左側の位置にあることがわかる。また、リング側電気端子とリテーナ側電気端子とが導通していない場合には、図4のようにスプール132が右側の位置に移動した状態にあることがわかる。
Therefore, when the ring-side electric terminal and the retainer-side electric terminal are conducting, it can be seen that the
図6は、油圧シリンダ110(図1参照)を駆動させたときの電磁弁118の応答波形を示した図である。図6において、「圧力」のグラフは、右方向に時間の経過を示し、上下方向に油圧シリンダ110の圧力の大小を示している。「モニタリングスイッチ信号の電圧」のグラフは、右方向に時間の経過を示し、上下方向に上述したリング側電気端子とリテーナ側電気端子との導通状態を示す信号の電圧の大小を示している。「ソレノイド通電信号の電圧」のグラフは、右方向に時間の経過を示し、上下方向に電磁コイル130に通電するときのる通電信号の電圧の大小を示している。
FIG. 6 is a diagram showing a response waveform of the
図6には、記号Tで示す各波形の変化の時間差も示している。これらの時間差は、電磁弁118や油圧シリンダ110の動作の応答時間を表している。例えば時間差T1は、電磁コイル130(図2参照)への通電のONからスプール132が切り換わり供給ポート136から負荷ポート138bに作動油が流れ始めるまでの応答時間である。時間差T2は、電磁コイル130への通電のOFFからスプール132が切り換わり供給ポート136から負荷ポート138aに作動油が流れ始めるまでの応答時間である。時間差T3は、電磁コイル130への通電のONからリング側電気端子とリテーナ側電気端子とがOFFになるまでの応答時間である。時間差T4は、電磁コイル130への通電のOFFからリング側電気端子とリテーナ側電気端子とが再びONになるまでの応答時間である。
FIG. 6 also shows the time difference of the change of each waveform represented by the symbol T. These time differences represent the response times of the operations of the
以上のように、スプール位置検出器付き電磁弁118では、スプール132の動作の応答時間を電気的に検出することができる。前述した異常検出装置104は、電磁弁118と電気的に接続することでスプール132を監視し、スプール132の応答時間を基にして油圧装置100や加工母機102を含めた油路機器の異常を検出する。
As described above, the
次に、異常検出装置104の内部構成について説明する。図7は異常検出装置104の内部構成を示すブロック図である。異常検出装置104は、設定部500、信号入力部502、監視部504、判定部506、および通知部508を備えている。
Next, the internal configuration of the
設定部500は、異常の判定を行うためのしきい値Tthを設定し、判定部506に送信する。このしきい値Tthは、技術者がプログラムに事前に設定または入力するデータであり、スプール132の応答時間の異常検出の基準となる。スプール132の応答時間は、例えば図6にて説明したソレノイド通電信号の変化(ON)からモニタリングスイッチ信号の変化(OFF)までの時間差T3を基準とする。ただし、時間差T3に代えて、時間差T4を用いてもよい。
The
信号入力部502は、電磁コイル130に通電するときのソレノイド通電信号を取得する。また、信号入力部502は、リング側電気端子とリテーナ側電気端子との導通状態を示すモニタリングスイッチ信号を取得する。ソレノイド通電信号およびモニタリングスイッチ信号は、監視部504へ送られる。
The
監視部504は、信号入力部502から受け取ったソレノイド通電信号およびモニタリングスイッチ信号から、スプール132の応答時間tを検出し、判定部506に送信する。この応答時間tとしては時間差T3を用いるが、時間差T4を用いてもよい。
The
判定部506は、監視部504から受け取った応答時間tが、設定部500から受け取ったしきい値Tthを超えているか否かを判定し、判定結果を通知部508へ送信する。
The
通知部508は、判定部506から受け取った判定結果に基づいて、ユーザへの通知を出力する。
The
以下で、異常検出装置104の処理の詳細を説明する。図8は異常検出装置104が行う処理を示すフローチャートである。
The details of the processing of the
まず、ステップS600にて、設定部500は、スプール132の応答時間の標準偏差を判定するためのしきい値Tthを設定する。
First, in step S600, the
次に、ステップS602にて、監視部504は、信号入力部502を通じてスプール132の応答時間tを取得する。
Next, in step S602, the
そして、ステップS604にて、判定部506は、応答時間tがしきい値Tth以下か否か判定する(t≦Tth)。応答時間tがしきい値Tth以下であった場合(ステップS604のYES)、油圧装置100等は正常であり、ステップS606に移行する。他方、応答時間tがしきい値Tthを超えていた場合(ステップS604のNO)、油圧装置100等の状態は異常であり、ステップS608に移行する。
Then, in step S604, the
ステップS606では、通知部508は緑色のランプを点灯させてユーザに正常であることを通知する。そして、ステップS602に移行して処理を続ける。
In step S606, the
一方、ステップS608では、通知部508は赤色のランプを点灯させてユーザに異常を通知し、処理を終了する。
On the other hand, in step S608, the
本実施形態の油圧装置100では、ロッド154がボールブッシュ156a,156bによって摺動可能に支持され、ロッド154および可動鉄心150の移動方向に対する側面と本体134との間に隙間が形成されることにより、可動鉄心150およびロッド154の摺動抵抗を低減させ、摺動抵抗によるスプール132の応答時間のばらつきを防止することができるので、異常検出の精度を向上させることができる。
In the
本実施形態の油圧装置100では、ボールブッシュ156a,156bによってロッド154を摺動可能に支持していたが、ボールブッシュに代えて、他の転動体を使用したガイドやメタルブッシュによってロッドを摺動可能に支持してもよい。この場合にも、ロッドおよび可動鉄心がガイドまたはメタルブッシュ以外の部材と摺動することがないため、摺動抵抗を低減して、異常検出の精度を向上させることができる。
In the
本実施形態の異常検出装置104は、応答時間tとしきい値Tthとを比較して異常の判定を行っているが、これに代えて、応答時間tに基づいて算出される所定の算出値と、この算出値に対応するしきい値とを比較して異常の判定を行ってもよい。算出値としては、たとえば複数の応答時間tの標準偏差や、測定時の油温に応じた補正値を応答時間tに加えた補正後応答時間を例示することができるが、これらに限定されない。この場合には、監視部504から応答時間tを受け取り、応答時間tに基づいて算出値を算出し、算出値を判定部506へ送信する演算部を設ける。このような算出値を用いて異常の判定を行うことにより、検出の精度をさらに向上させることができる。
The
また、本実施形態では、図2、図4で参照したスイッチ式のスプール位置検出器を設けたが、これに代えて他の位置検出器を用いることもできる。スプール位置検出器の他の例としては、差動トランス型や磁気スイッチ型を挙げることができる。差動トランス型では、スプールと連動した可動鉄心の周囲に3つのコイルが設置され、両端のコイルの誘起電圧の差を利用することで可動鉄心を介してスプールの位置や応答時間を電気的に検出することができる。磁気スイッチ型では、スプールと連動した磁石と、ボディに固定された磁気検出素子とを利用することで、スプールの位置や応答時間を電気的に検出することができる。可動鉄心150、ロッド154およびボールブッシュ156a,156bを用いた本実施形態の構成によれば、いずれの方式のスプール位置検出器と組み合わせても、摺動抵抗を低減して、異常検出の精度を向上させることができる。
Further, in the present embodiment, the switch-type spool position detectors referred to in FIGS. 2 and 4 are provided, but other position detectors can be used instead. Other examples of the spool position detector include a differential transformer type and a magnetic switch type. In the differential transformer type, three coils are installed around the movable iron core linked with the spool, and by utilizing the difference in the induced voltage of the coils at both ends, the position and response time of the spool are electrically determined via the movable iron core. Can be detected. In the magnetic switch type, the position and response time of the spool can be electrically detected by using a magnet linked to the spool and a magnetic detection element fixed to the body. According to the configuration of the present embodiment using the
100 油圧装置 102 加工母機
104 異常検出装置 106 油路
108 油圧源 110 油圧シリンダ
112 モータ 114 チェック弁
116 リリーフ弁 118 電磁弁
120 タンク 122 フィルタ
130 電磁コイル 132 スプール
134 本体 136 供給ポート
138a,138b 負荷ポート 140a,140b タンクポート
142a,142b ランド 143 スプリング
144 リング 146 リテーナ
148 スプリング 150 可動鉄心
152 固定鉄心 154 ロッド
156a,156b ボールブッシュ 158 スペーサ
500 設定部 502 信号入力部
504 監視部 506 判定部
508 通知部
100
Claims (1)
前記電磁弁は、
電磁コイルと、
前記電磁コイルの励磁により前記電磁弁の本体に対して移動する可動鉄心と、
前記可動鉄心に一体的に固定されるロッドと、
前記ロッドに押圧されて移動することにより作動油の流れる方向を切り換えるスプールと、
前記本体に固定され、前記ロッドを摺動可能に支持するボールブッシュと、
前記スプールが所定の位置にあるか否かを検出する位置検出器とを備え、
前記異常検出装置は、
前記位置検出器に接続され、前記スプールが所定の区間を移動するためにかかる応答時間を取得する監視部と、
前記応答時間または前記応答時間に基づいて算出された所定の算出値が所定のしきい値を超えたか否かを判定する判定部とを備え、
前記ロッドおよび前記可動鉄心の移動方向に対する側面と前記本体との間に隙間が形成されることを特徴とする油圧装置。 A hydraulic device including a solenoid valve with a spool position detector that is arranged in an oil passage and switches the flow direction of hydraulic oil, and an abnormality detection device that detects an abnormality in the solenoid valve.
The solenoid valve is
With an electromagnetic coil
A movable iron core that moves with respect to the main body of the solenoid valve by excitation of the solenoid coil,
A rod that is integrally fixed to the movable iron core,
A spool that switches the direction in which hydraulic oil flows by being pressed by the rod and moving.
A ball bush that is fixed to the main body and slidably supports the rod,
A position detector for detecting whether or not the spool is in a predetermined position is provided.
The abnormality detection device is
A monitoring unit that is connected to the position detector and acquires the response time required for the spool to move in a predetermined section.
A determination unit for determining whether or not a predetermined response time or a predetermined calculated value calculated based on the response time exceeds a predetermined threshold value is provided.
A hydraulic device characterized in that a gap is formed between a side surface of the rod and the movable iron core in a moving direction and the main body.
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