JP2678607B2 - 少なくとも2つのアクチュエータの流体圧駆動用制御装置 - Google Patents

少なくとも2つのアクチュエータの流体圧駆動用制御装置

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は可変容量型ポンプを備え、そのポンプの調整
装置がその押出量及び/または吐出圧の関数として作動
し得ると共に、該ポンプに各アクチュエータが接続さ
れ、その流体圧供給ラインに、制御バルブとその上流側
の圧力補償装置の形態を有する吐出量制御装置とを関連
配置されている少なくとも2つのアクチュエータの流体
圧駆動用制御装置に関する。
(従来の技術並に発明が解決しようとする課題) この型式の制御装置は、いわゆる「負荷検出」型制御
装置であって、各アクチュエータに到達する送給量の分
量は送給量制御装置により決定されるようになってお
り、この制御装置は関連制御バルブの開口面積の関数と
して加圧されるようになっている。したがって、ポンプ
の吐出量設定は、負荷圧力フィードバックラインにより
ポンプの調整装置に伝達されるアクチュエータ負荷に対
応して設定される。
この送給量制御装置は通常、いわゆる圧力補償装置を
備えており、この補償装置は約8〜20バールの一定の圧
力差を保証して、ΔP2送給量調整を行なうようになって
いる。この「負荷検出」原理においては、吐出量調整が
負荷圧力からの前記圧力差により行なわれるため、それ
により振動問題が生じることがある。
本発明の目的は、前述のこの種の制御装置を単純化す
ると共に、正確な制御を保証することである。
(課題を解決するための手段) 本発明は、上記目的を達成すべく、可変容量型ポンプ
を備え、そのポンプの調整装置がその吐出量及び/また
は吐出圧の関数として作動し得ると共に、該ポンプに各
アクチュエータが接続され、その流体圧供給ラインに、
制御バルブとその上流側の圧力補償装置の形態を有する
吐出量制御装置とを関連配置されている少なくとも2つ
のアクチュエータの流体圧駆動用制御装置において、こ
の制御装置が電子調整装置に接続され、この電子調整装
置は、圧力補償装置の開位置を検出する測定要素によ
り、また調整装置に連動する調整部材により、ポンプの
容量設定を制御すると共に、圧力補償装置の開度が大き
くなる場合はその設定を増大し、かつ前記開度が小さく
なる場合はその設定を減少させるようにしたことを特徴
とする。
この場合、前記測定要素がリミットスイッチを備える
ようにしてもよいし、位置ピックアップ装置を備えるよ
うにしてもよい。
また、制御過程における設定点での数値が、最大負荷
圧力におけるアクチュエータの圧力補償装置の特定の位
置に対応するようにしてもよい。
(作用) 本発明による装置においては、吐出量設定は自動調整
される単一または複数の圧力補償装置の関数として電子
制御される。流体圧フィードバックラインが不要になる
だけでなく、振動に対しては鈍感であって精度の高いあ
るいは安定した制御もまた達成され、これは振動の発生
が避けられない適用例に特に適し、特に車両およびクレ
ーン、ホイールローダ、ブルドーザおよび掘削機のよう
な建設機械に備える場合に適している。制御過程の間で
のアクチュエータに対するわずかな過剰または不足送給
量は意識的に許容される。
この発明は、ポンプがほとんど圧力を発生しない限
り、最大負荷におけるアクチュエータの圧力補償装置が
特定の状態、すなわち完全開放状態にあるという事実に
基づいている。ポンプが最大負荷を有するアクチュエー
タにより要求されるよりも高い圧力を送給する場合は、
流入圧力補償装置は完全開放状態から解除されて、中立
位置をとる。アクチュエータの要求条件が同一に維持さ
れる運転条件下においては、この発明の制御装置によ
り、ポンプはその開放状態が大きくなるに従い吐出量が
増大され、また開放状態が小さくなるに従い吐出量が減
少されるように常時調整される。
有利な結果が、たとえば請求項2に記載される実施態
様により達成され、そこでは計量要素はリミットスイッ
チを備えている。
この実施態様においてポンプは、限界停止部において
リミットスイッチが接触する場合(圧力補償装置が完全
開放)、より多い吐出量になるように調整され、また圧
力補償装置が中立(部分開放)位置にある場合は少ない
吐出量になるように、常時制御される。
複数のアクチュエータが設けられる場合、ポンプはス
イングアウトされ、あるいはすべての圧力補償装置がそ
の完全開放端部位置から中立位置へ切換わるまでスイン
グアウトされた状態に保持される。その後、ポンプは一
つの圧力補償装置がその完全開放端部位置に戻るまで、
スイングバックされるかスイングバックされた状態に保
持される。これはこの発明において、十分な圧力が存し
ないこと、そしてポンプがより多い吐出量に調整される
べきこと、等を示すものである。
また有用な結果が、たとえば請求項3または4に記載
の実施態様により達成できる。
請求項2に記載の2点制御原理は、位置ピックアップ
装置36により最大負荷圧力におけるアクチュエータの圧
力補償装置の偏移量を連続的に記憶し、それをポンプに
対し制御装置を介して比例的、積分的および/または微
分的に供給するようにする制御原理に置換することによ
り、実質的に改良された制御応答が達成される。そのた
めの適切な制御装置は通常のPID制御装置である。
請求項4に記載の実施態様において、特定の圧力補償
装置位置が圧力補償装置の可能最大幅開放状態(可能な
限り幅広に開口される)に対応するようにすることも有
用である。
(実施例) 図面に全体として1で示される流体圧駆動装置におい
て、ポンプ2および開放回路の一部のみ、すなわち主ラ
イン3が図示されている。そして簡略化のために、アク
チュエータは図示されていない。各アクチュエータに関
連して主ラインセクション5が設けられており、比例
(定比)方向制御バルブの形態を有する制御バルブ7が
そこに装着されている。これはそれぞれ5方向3位置方
向制御バルブで、中立遮断位置と、必要な場合に流体圧
モータ(アクチュエータ)の機能を逆転するための横切
替位置とを備えている。主ラインセクション5にはスロ
ットル10が配置されており、該スロットル10はこの例示
実施例においては、制御バルブ7に一体に構成されてい
る。
ポンプ2は可変吐出量型のもので、電気−流体圧調整
装置9により設定され得るようになっており、この調整
装置9は、流体圧ライン11によりポンプ2の主ライン3
に連結され、したがってポンプ2の供給圧力により調整
され得る。調整装置9は流体圧シリンダ12を備えてお
り、その調整ピストン13はスプリング14に抗して流体圧
的に調整自在であると共に、ポンプ2の吐出量設定部材
に連動するようになっている。
関連制御バルブ7に連通する各主ラインセクション5
には、圧力補償装置15の形態を有する流量制御バルブが
配設されている。圧力補償装置15は、各主ラインセクシ
ョン5内の優勢な供給圧力により、そして連結ライン18
の故に、制御バルブ7の背部における優勢な負荷圧力に
より、作動されるようになっている。圧力補償装置15に
おいて、数百バールまでの圧力降下ΔP1が生じうるのに
対して、測定スロットル10においては、体積流量制御に
より、約8〜9バールの定圧ΔP2が維持される。例外と
して、零吐出量の作動条件においては、圧力補償装置15
は完全閉位置の近くで微動を行なう。
調整装置9に連動して、全体として19で示される設定
部材が設けられており、この設定部材19は、圧力補償装
置15の位置からもたらされるパイロット流にしたがっ
て、吐出量に作用するようになっている。設定部材19は
電磁比例バルブ21を備えており、このバルブ21は、主ラ
イン3をシリンダ12の作動室22に連結するライン11に配
設されると共に、この作動室22へ、あるいは戻り流量23
への流路を制御する。この実施例において、シリンダ12
の他方の作動室24もまた、ラインセクション25を介して
負荷圧力の作用を受け得るようにしている。スプリング
14が、シリンダ12のピストンリング室により形成される
作動室24に配設されている。
補助圧力を伝達する制御ライン26はライン11に連結さ
れ、且つチェックバルブにより主ライン3に対して、そ
の連結点27の両側において安全保護されている。
この制御装置は電子制御装置31に関連して配置され、
この制御装置31は電気ライン32〜34を介して圧力補償装
置に接続されている。電子制御装置31は電気ライン35を
介して前記設定部材19または前記比例バルブ21に接続さ
れる。
各圧力補償装置15にはリミットスイッチ36が関連配置
されており、リミットスイッチ36は、圧力補償装置15が
完全開放状態にある時に作動され、したがって圧力補償
装置15が完全開位置にあることを報知することができ
る。
リミットスイッチ36の代りに、圧力補償装置15の中立
位置のみならず任意の開位置を記録するための計量要素
の形態を有する位置ピックアップ装置を設けることがで
きる。
番号38および39は制御バルブ7に通じる流体圧ライン
または電気ラインを示し、このライン38、39により制御
バルブ7は、各アクチュエータまたは種々のアクチュエ
ータのための選択流量を予備設定するために、任意に調
整または設定され得る。
制御装置の機能を更に詳細に説明する。
ポンプ2がほとんど圧力を発生していない限り、最大
負荷を有するアクチュエータの圧力補償装置15は特定の
状態(完全開放)を占めるものと仮定する。ポンプ2が
最大負荷を有するアクチュエータにより要求されるより
高い圧力を伝達するならば、圧力補償装置15はその完全
開状態から解除されて、中立位置をとることになる。こ
れら2つの考察により、最大負荷を有するアクチュエー
タの圧力補償装置15の位置と、ポンプ2において要求さ
れる調整信号との間に関係が存在し、そのため圧力補償
装置15が応答を開始し、かつその完全開位置から解除さ
れるまで、ポンプ2がより高い圧力と吐出量(傾転角度
を大きくする)とを供給しなければならない、というこ
とが示される。
最大負荷を有するアクチュエータの圧力補償装置15
が、完全開放端部位置または限界停止部から解除される
と同時に、ポンプ2において発生される圧力および流量
が、アクチュエータの要求に対して十分であることが確
認される。ポンプ2はそれ以上スイングアウトされる必
要はなく、圧力補償装置15がその開放状態に再び到達す
るまで、少しスイングバックされる。
アクチュエータに要求される条件が一定の静的運転状
態においては、ポンプ2は以下のように、すなわち圧力
補償装置がその端部位置、すなわちリミットスイッチ36
(圧力補償装置は完全開放状態)に位置する場合、より
多い吐出量を供給するように常に制御されると共に、圧
力補償装置15の中立位置においては、より少ない吐出量
を供給するように常に制御される。
複数のアクチュエータが設けられている場合は、ポン
プ2は、すべての圧力補償装置がその完全開放端部位置
から中立位置へ切替えられるまでスイングアウトされて
いなければならない。次いでポンプ2は、圧力補償装置
15の一つがその完全開放端部位置へ再に到達するまで、
スイングバックされ得る。これは制御システムにおい
て、十分な制御圧力が無く、再びポンプ2がより多い容
量に設定されなければならないこと、等を示すものであ
る。
要求されるポンプ設定と圧力補償装置15の前記状態と
の間に示す明白な関係は、電子論理回路31(アナログま
たはデジタル)、リミットスイッチ36(好ましくは非接
触性の誘導的または光学的なもの)および設定部材19を
用いて、負荷検出制御において極めて簡単に利用するこ
とができる。
可能な制御システムの変形例としては、電子回路(論
理回路31)がポンプをその時点で最大圧力負荷を有する
アクチュエータの圧力補償設定値にPID制御装置を介し
て再設定する形態をとることができる。
静的状態においてポンプは、小さな微分調節移動を行
なうだけであり、したがって、ΔP1は本質的にバイパス
される。このような電子制御は実施することが極めて簡
単であると共に、その時点で可能な制御システム(必要
な場合は、電子減衰)の動的挙動を簡易な調整により振
動工学的方法で容易に達成され得る。
ここで、電子制御の利点について説明する。
簡単な構成(流体圧および電気式)である。
最大流量条件下におけるアクチュエータにおいて、圧
力補償装置が完全に開放されると共に、これが関連測定
要素(リミットスイッチまたは位置ピックアップ装置)
により検出されるから、LS−フィードバック(負荷圧力
のフィードバック)が不要(LSライン無し)である。
実際の数値ピックアップ装置(測定要素)と調整装置
(簡単な電気比例調整装置)との間は簡易な機能的接続
である。
最大体積流量条件下のアクチュエータについて、圧力
差ΔP1が省略できる。
直接的な流体負荷圧力のフィードバックがもたらされ
ず測定要素により、かつ電気信号受信および評価により
検出される圧力補償装置の位置により提供されているこ
とから、振動に関する問題点はない。
電気減衰は容易に行なえる(必要ならば)。
最大作動圧力においてアクチュエータの動力損失がな
い。
アクチュエータでの要求がない場合は、待機圧力は0
バール域に低減できる。
待機運転における昇温はほとんどない。
ポンプの運転が調整され、したがってバルブおよびポ
ンプにおいて、切替えられた目標値−実測値群に対して
自動的に適応される。
最大負荷圧力のアクチュエータには必要な流量が供給
される。
簡単かつ経済的な構造のため、低動力グループに属す
る装置、特に建設機械(掘削機、等)にも有用である。
特殊な負荷検出用ポンプは不要であり、EPポンプ(電
子−比例調整)のみが要求される。
性能曲線調整がバルブおよびポンプにおいて確認さ
れ、制御されるから、制御応答が一定である。
【図面の簡単な説明】
図面は3つのアクチュエータ用流体圧駆動装置のために
この発明により設計された制御装置である。 1……流体圧駆動装置、2……ポンプ、3……主ライ
ン、5……主ラインセクション、7……制御バルブ、9
……電気−流体圧調整装置、11……流体圧ライン、15…
…圧力補償装置、19……設定部材、31……電子制御装
置。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】可変容量型ポンプを備え、そのポンプの調
    整装置がその吐出量及び/または吐出圧の関数として作
    動し得ると共に、該ポンプに各アクチュエータが接続さ
    れ、その流体圧供給ラインに、制御バルブとその上流側
    の圧力補償装置の形態を有する吐出量制御装置とを関連
    配置されている少なくとも2つのアクチュエータの流体
    圧駆動用制御装置において、この制御装置が電子調整装
    置に接続され、この電子調整装置は、圧力補償装置の開
    位置を検出する測定要素により、また調整装置に連動す
    る調整部材により、ポンプの容量設定を制御すると共
    に、圧力補償装置の開度が大きくなる場合はその設定を
    増大し、かつ前記開度が小さくなる場合はその設定を減
    少させるようにしたことを特徴とする少なくとも2つの
    アクチュエータの流体圧駆動用制御装置。
  2. 【請求項2】前記測定要素がリミットスイッチを備える
    ことを特徴とする請求項1に記載の少なくとも2つのア
    クチュエータの流体圧駆動用制御装置。
  3. 【請求項3】前記測定要素が位置ピックアップ装置を備
    えることを特徴とする請求項1に記載の少なくとも2つ
    のアクチュエータの流体圧駆動用制御装置。
  4. 【請求項4】制御過程における設定点での数値が、最大
    負荷圧力におけるアクチュエータの圧力補償装置の特定
    の位置に対応していることを特徴とする請求項1に記載
    の少なくとも2つのアクチュエータの流体圧駆動用制御
    装置。
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