JP3534567B2 - 流量調整弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、ブルドーザやモー
タグレーダなどのブレード昇降制御に適用される油圧制
御のための流量調整弁に関する。 【０００２】 【従来の技術】グレーダ等のブレード昇降制御は、作業
条件によってその昇降をさまざまに制御し、整地等の作
業を行うものであり、これが作業精度や効率に大きく影
響するものである。従って、この制御を油圧で行う場合
は、流量制御性のすぐれた制御弁が要求される。このた
め、一般に図４に示す流量調整弁５０が油圧源７０を有
する油圧回路中に設けられ、作業機５１の負荷変動があ
ったとしても等差圧力制御弁１にて流量制御用絞り弁２
の前後の圧力差が常に一定に制御され、絞り弁２の通過
流量が常に一定に制御されて圧力補償を行なっている。
このようにして流量制御精度は高いものの、絞り弁２の
開度に対する制御流量は図５に示す特性Ｑの如く固定し
た特性となっている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】図５に示す特性Ｑが決
定することは、作業の種類やオペレータの技量や好み等
の種々の条件にかかわらず単調な制御しかできず、作業
機の制御に直接関係する油圧の流量制御特性を上記条件
に沿って都合良くマッチングさせることは、不可能であ
る。 【０００４】また、流量制御特性を条件に沿ってマッチ
ングさせるにしてもチェック弁を設ける等新たな油圧回
路を形成するなど高いコストにて形成するのでは実用性
に乏しい。 【０００５】本発明は、上述の問題を解決するため、条
件に沿って流量制御特性をマッチングさせるべく選択で
きるようにすると共に低コストにて行なえるようにした
流量制御弁の提供を目的とする。 【０００６】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は、次の点を特徴とする。主流路に設置されこの主流
路を開閉するポペット弁と、このポペット弁を閉方向に
付勢する第１のスプリングと、第１のスプリングを介し
て摺動可能に前記ポペット弁を支持するスプール弁と、
このスプール弁を介して前記ポペット弁を閉方向に付勢
する第２のスプリングと、前記主流路と油路で連通して
前記ポペット弁を閉方向に、且つスプール弁をその反対
方向に移動させる圧を発生させる第１の圧力室と、この
第１の圧力室とオリフィスを介して連通し、前記スプー
ル弁を前記ポペット弁の閉方向に付勢する圧を発生させ
る第２の圧力室と、この第２の圧力室をタンクに連通す
る戻り流路と、この戻り流路に設置されて戻り流路を開
閉することにより前記主流路の流量を切換える切換え弁
とを有すること。 【０００７】 【発明の実施の形態】ここで、図１〜図３を参照して本
発明の実施の形態の一例を説明する。図１は、高低速切
換機能付流量調整弁の低速時の例６０を示している。図
１において、７０は油圧源、１は等差圧力制御弁、２は
等差圧力制御弁１の作動によりＰ₂ −Ｐ₁ の定差圧力が
加えられ得る可変絞り弁、５１は負荷である作業機であ
る。 【０００８】等差圧力制御弁１と可変絞り弁２との間に
は、抵抗弁１６が介在されている。この抵抗弁１６は等
差圧力制御弁１と可変絞り弁２とを連通する主流路を有
し、この主流路を閉じるようなポペット弁１２が備えら
れる。このポペット弁１２はその摺動部分がスプール弁
１３に出し入れ自在にはめ合わされ、ポペット弁１２と
スプール弁１３との間に介在されたスプリング１５によ
って主流路を閉じるようにポペット弁１２にばね力を付
与する。また、スプール弁１３はスプリング１４によっ
てポペット弁１２による主流路を閉じる方向へばね力を
付与する。また、ポペット弁１２の摺動部分の後方（図
中右側）にあってスプール弁１３内部は、主流路と油路
２１にて連通する第１圧力室２２と第２圧力室１８とが
オリフィス１１にて連通された構造となっており、オリ
フィス１１の後方の第２圧力室１８は、タンク１９に切
換弁１７を介して連通される構成となっている。 【０００９】かかる図１に示す構成に基づき、まず流量
調整弁の制御流量Ｑについて述べる に、流量調整弁の
制御流量Ｑは、絞り弁２の開口面積をＡ、絞り弁２の前
後の圧 力差をＰ₁ −Ｐ₂ ＝ΔＰ、流量係数をＣとする
と、Ｑ＝Ｃ・Ａ・（ΔＰ）^1/2 で 求めることが出来
る。ここではΔＰを制御する等差圧力制御弁１と絞り弁
２の間 に抵抗弁１６を配置し、この弁をきかせる時は
抵抗値Ｐ_L がかかるとし、解放さ せる時は抵抗値をな
くする様に設定する。すなわち、図５に示す制御流量を
Ｑに 対して少な目に制御する場合のＱ₁ は、抵抗をき
かせてＱ₁ ＝Ｃ・Ａ・（ΔＰ− Ｐ_L ）^1/2 とし、流量
特性Ｑ₁ はＱに比べて小さいものとする。ここで、抵抗
弁 の抵抗値Ｐ_L は、ポペット弁１２の受圧面積をａ、
スプール弁１３とポペット弁 １２に作用するスプリン
グ１４の荷重Ｗとすると、Ｐ_L ＝Ｗ／ａとなり抵抗弁１
６の抵抗値の有無の切換えは、このＷをポペット弁１
２に作用させるか、否かで 行なっている。すなわちス
プール１３のスプリング１４側第２圧力室１８を切換
弁１７にて、タンク１９へ解放させると、スプール弁１
３は、主回路圧力を受圧 しスプリング１４に対向し
て、図中、右端に押し付けられる。これにより、抵抗
弁１６のスプール弁１３に保持されたポペット弁１２に
は、スプリング１４のば ね力Ｗが作用せず、抵抗値は
ほとんどなくなる。つまり、切換弁１７をタンク１ ９
へ開放すると、オリフィス１１に作動油の流れが発生す
る。このとき、オリフ ィス１１の上流側の圧力＞下流
側の圧力となりこの圧力差がスプール弁１３にス プリ
ング１４に対抗して作用し、スプールを第２圧力室１８
側に作動させる。こ こで、オリフィス１１は、圧力差
を十分に発生させるに必要で、この大きさは、 スプリ
ング１４の設定力と関連して都合良く設定されている。 【００１０】一方、抵抗をきかせて制御流量を下げた
り、図５の少量特性Ｑ₁ とする場合は、切換弁１７をタ
ンク１９に対して閉じると第１圧力室２２及び第２圧力
室１８に圧油が入り込み、ポペット弁１２の受圧部分及
びスプール弁内部での圧油によってスプリング１４の荷
重Ｗがポペット弁１２に作用し、油圧抵抗値Ｐ_L が発生
する。 【００１１】この様に流量特性の高低速切換は、切換弁
１７をタンク１９へ閉じるか、開くかにより、抵抗弁１
６をきかせたり、解放させたりしており、絞り弁２の前
後の圧力差をきかせる場合は、ΔＰ−Ｐ_L とし、解放さ
せる場合はΔＰとさせ、これにより流量特性の高低切換
えが行なわれる。 【００１２】なお、抵抗弁１６は圧油の逆流防止機能も
あり、高低速切換で、ポペット弁１２を閉じる方向の低
速切換時は当然負荷からの逆流油圧とスプリング１５に
より、スプール弁１３及び、この弁１３に保持されたポ
ペット弁１２が弁口２０側にもどされ弁シート部を閉じ
るため逆流を防ぐことが出来る。一方高速時は（図３参
照）、前述の通り、スプール弁１３が弁口２０と反対側
に回路圧により押し付けられている。この時、負荷５１
側からの逆流が発生しようとした場合、該圧力は、スプ
ール弁１３の油路２１を通り、ポペット弁１２の端部１
２ａに作用し、又、スプリング１５（荷重はポペット弁
の摺動抵抗程度）の力も加算され、ポペット弁１２のみ
が弁口２０側にもどされ弁口２０を閉じる。このため逆
流が止められる。 【００１３】図１〜図３に基づき動作を述べるに、油圧
源７０からの圧油は、等差圧力制御１の作動でその下流
側圧力Ｐ₁ を、負荷圧力Ｐ₂ に対して、Ｐ₁ ＝Ｐ₂ ＋定
着圧力となるように制御され、抵抗弁１６に流れ込み、
スプリング１４のばね力を受けるポペット弁１２を押し
開き（この時当然開弁抵抗Ｐ_L が発生する）、流量制御
用可変絞り弁２に及ぶ。可変絞り弁２を通過する流量Ｑ
₁ はＱ₁ ＝Ｃ・Ａ√（Ｐ₁ −Ｐ_L −Ｐ₂ ）で制御され、
作業機５１を作動させている。この時、抵抗弁１６のス
プール弁１３のスプリング１４側第２圧力室１８の圧力
は、切換弁１７が閉じられ、さらにオリフィス１１が設
けられているため、スプール弁１３のスプリング１５側
の第１圧力室２２の圧力と同一なので、スプール弁１３
に作用する力は次の様になる。ポペット弁１２が閉じる
方向の力はスプリング１４の荷重Ｗであり、ポペット弁
１２が開く方の力は、ポペット弁１２の受圧面積をａ、
差圧抵抗Ｐ_L とすると、ａ×Ｐ_L であり、Ｗ＝ａ×Ｐ_L
でバランスしている。この場合、スプリング１５の力は
スプリング１４に比べ微小なので無視できる。 【００１４】図１の低速状態から、切換弁１７をタンク
１９に開放すると、スプール弁１３のスプリング１４側
の第２圧力室１８内の圧力が低圧になるため、スプール
弁１３がスプリング１４側へ移動され、このため、ポペ
ット弁１２へスプリング１４の力は作用せず、微小なス
プリング１５のみとなる。この結果、スプール弁１３が
スプリング１４を縮めて後方へ移動し抵抗弁１６の抵抗
をなくし、あっても抵抗弁１６の開弁抵抗Ｐ_L は、無視
出来る小さい値であるため、図２のような状態になり可
変絞り弁２を通過する流量Ｑは、Ｑ＝Ｃ・Ａ・（Ｐ₁ −
Ｐ₂ ）^1/2 であり、Ｑ＞Ｑ₁ なので高速制御されている
ことがわかる。 【００１５】以上の様に、切換弁１７を、タンク１９に
開放したり閉じたりすることにより、抵抗弁１６を解放
したりきかせたりし、このことにより、流量制御用可変
絞り弁２の前・後の圧力差を変え、結果的に図５に示
す、２通りの特性を選択出来る。 【００１６】図３は、図２の高速時に、作業機５１の大
きな負荷により、作動油が逆流しようとするときの図で
ある。この時ポペット弁１２は、逆流圧力を受けてもど
され、弁開口部２０を閉じる。この様に抵抗弁１６内の
ポペット弁１２には、前述の如く逆流防止の機能を有す
る。 【００１７】 【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、流
量調整弁中等差圧力制御弁と可変絞り弁との間にきかせ
たり解放させたりする抵抗弁を配置し、この抵抗弁とし
ては、主流路に設置され主流路を開閉する弁体と、弁体
を閉方向に付勢する第１のスプリングと、第１のスプリ
ングを介して摺動可能に弁体と連結されるスプール弁
と、弁体が閉方向となるようスプール弁に付勢する第２
のスプリングと、流路と連通し弁体を閉方向にスプール
弁を弁体開方向に付勢する圧を発生させる第１の圧力室
と、第１の圧力室とオリフィスを介して連通しスプール
弁を弁体閉方向に付勢する圧を発生させる第２の圧力室
と、第２の圧力室をタンクに連通する戻り流路と、戻り
流路に設置され戻り流路を開閉することにより主流路の
流量を切換える切換え弁とを有することにより、流量調
整弁の流量特性を例えば図５の如く切換選択可能とな
り、作業機の速度制御を作業の種類やオペレータの技量
や好みにマッチさせて自由に選択制御でき、効率良くか
つ精度良く作業ができる。また、負荷側からの逆流防止
機能を同時に持たせることができて、特別にチェック弁
の設置等は必要なくなり機器をコンパクトかつ安価にで
きる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施の形態の一例で、低速制御時の断
面構成図。 【図２】高速制御時の断面構成図。 【図３】逆流防止時の断面構成図。 【図４】従来の流量調整弁の構成図。 【図５】流量制御特性線図。 【符号の説明】 １ 等差圧力制御弁 ２ 可変絞り弁 １１ オリフィス １２ ポペット弁 １３ スプール弁 １４，１５ スプリング １６ 抵抗弁 １７ 切換弁 １８ 第２圧力室 １９ タンク ２０ 弁口 ２１ 油路 ２２ 第２圧力室

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 主流路に設置されこの主流路を開閉する
   ポペット弁と、このポペット弁 を閉方向に付勢する第１のスプリング
   と、 第１のスプリングを介して摺動可能に前記ポペット弁を
   支持するスプール弁と、 このスプール弁を介して前記ポペット弁を閉方向に付勢
   する第２のスプリングと、前記主 流路と油路で連通して前記ポペット弁を閉方向
   に、且つスプール弁をその反対方向に移動させる圧を発
   生させる第１の圧力室と、 この第１の圧力室とオリフィスを介して連通し、前記ス
   プール弁を前記ポペット弁の閉方向に付勢する圧を発生
   させる第２の圧力室と、 この第２の圧力室をタンクに連通する戻り流路と、 この戻り流路に設置されて戻り流路を開閉することによ
   り前記主流路の流量を切換える切換え弁とを有すること
   を特徴とした流量調整弁。