JP3653289B2

JP3653289B2 - Hydraulic control device

Info

Publication number: JP3653289B2
Application number: JP14480894A
Authority: JP
Inventors: 洋一生沼; 春樹生形
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1994-06-27
Filing date: 1994-06-27
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2020-05-25
Also published as: JPH0814207A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は油圧アクチュエータへの供給流量、圧力を制御する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば建設機械等の油圧アクチュエータの駆動制御としての、ロードセンシング制御方式では、負荷圧力と自己圧力に基づいてポンプレギュレータを制御し、ジョイスティックのストロークに応じて負荷圧力に関係なく、流量を制御できるようになっている。
【０００３】
また、ネガコン制御方式では、ポンプ吐出流量の一部をブリードすることにより、負荷圧力に応じてポンプ吐出流量を制御し、単一のジョイスティックのストロークに対応して流量制御と圧力制御とを同時に制御可能としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のうち前者は、ジョイスティックストロークに対して所定の特性で流量制御はできるが、負荷に対応しての圧力制御ができないため、建設機械等の操作性に劣るという問題があり、また後者では、流量制御と圧力制御ができるので、この問題は解決しうるものの、負荷圧力によりポンプ吐出流量が変動するので、とくに負荷圧力が大きいときの流量特性の勾配が急になり、わずかなジョイスティックの操作量に対して流量が大きく変動し、油圧アクチュエータの微妙な速度制御等ができなくなるという問題があった。
【０００５】
建設機械等にあっては、使用目的によって油圧アクチュエータへの供給流量に基づいて作動速度を制御したり、あるいは供給圧力を制御して負荷を保持したりすることが要求されるが、一般に、圧力制御時は供給流量の絶対量を多く要求されることは少ない。つまり流量と圧力制御が要求されるものの、圧力制御については供給流量の少ない範囲でのみ、微妙な圧力制御ができればよく、また、流量制御時には圧力と関係なく、ジョイスティックストロークに対して所定の特性で流量制御できることが望ましい。
【０００６】
そこでこの発明は、入力信号の比較的小さい範囲では圧力制御を、それ以上の範囲では流量制御を行える油圧制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、図１１に示すように、ポンプＰとアクチュエータＡとを結ぶ回路に挿入した弁手段５１と、弁手段５１の開度を検出する手段５２と、弁手段５１の上流と下流の圧力を検出する手段５３、５４と、弁手段５１とアクチュエータＡとの間に介装したオペレートチェック弁５５と、コントローラ５６からの入力信号と前記各検出手段からの信号に基づいて弁手段５１の開度を制御する手段５７とを備えた油圧制御装置において、前記検出した弁開度と同じく圧力差とから流量を算出する手段５８と、この算出流量を所定値と比較する手段５９と、比較結果が所定値以下のときは前記入力信号にもとづく圧力指令値と負荷側の検出圧力が一致するように弁開度を制御する圧力制御手段６０と、前記比較結果が所定値以上のときは前記入力信号にもとづく流量指令値と算出流量が一致するように弁開度を制御する流量制御手段６１とを備える。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、制御開始時に圧力指令値が負荷側圧力よりも低いときはオペレートチェック弁５５をオフに保持する。
【０００９】
第３の発明は、第１の発明において、制御開始時に圧力指令値が負荷側圧力よりも高いときにオペレートチェック弁５５をオンにする。
【００１０】
第４の発明は、第１〜第３の発明において、コントローラ５６からの入力信号は入力値に応じて変化する圧力指令値と、入力値に応じて変化する流量指令値となり、かつ圧力制御から流量制御に切換られるまでは圧力指令値、切換後は切換点の入力値から立ち上がる流量指令値となる。
【００１４】
【作用】
したがって第１の発明では、制御時の流量が所定値以下のときは、入力値に基づいて負荷に対する圧力制御が行われ、所定値以上のときは、圧力制御から流量制御に切り換えられ、負荷圧力のいかんにかかわらず入力値に基づいて流量制御が行われる。
【００１５】
第２の発明では、制御開始時の負荷側圧力が圧力指令値よりも高いときは、オペレートチェック弁がオフとなり、単なるチェック弁として機能するので、負荷側からの逆流を阻止し、制御を開始した瞬間における不意な負荷の変位を防止できる。
【００１６】
第３の発明では、制御開始時の負荷側圧力が圧力指令値よりも低いときは、オペレートチェック弁がオンとなり、減圧制御を含む圧力制御が可能となる。
【００１７】
第４の発明では、コントローラからの入力値は、圧力指令値と流量指令値となり、かつ圧力制御を優先させるので、一つのコントローラからの信号により、混乱を起こすことなく、圧力、流量制御が行える。
【００２１】
【実施例】
図１において、１０は油圧アクチュエータとしての油圧シリンダ、１１は例えばエンジンで駆動されるポンプ、１２はタンクで、油圧シリンダ１０の左右の油室１０ａ、１０ｂと、油圧ポンプ１１並びにタンク１２とを結ぶ並列な駆動回路２１ａ，２１ｂには、それぞれに三方向弁４ａ，４ｂと、オペレートチェック弁３ａ，３ｂが設けられる。
【００２２】
三方向弁４ａ，４ｂはパイロット圧に応じて油圧シリンダ１０の供給または排出圧力・流量を制御（メータインあるいはメータアウト制御）するもので、バルブハウジング内を摺動するスプール２３と、このスプール２３にパイロット圧を及ぼす大小受圧面積の異なるパイロット室２４，２５と、スプール２３をパイロット室２５の圧力に対抗するように付勢するスプリング２６とが設けられる。受圧面積の小さいパイロット室２５にはポンプ１１の吐出圧が導かれるが、受圧面積の大きいパイロット室２４には、電磁比例弁５ａ，５ｂを介して制御されたパイロット圧が導入され、これらのバランスに応じてスプール２３の位置が変位し、スプール２３の周囲に開口するシリンダポートに対するポンプポートおよびタンクポートとの連通度合（開度）を調整する。
【００２３】
パイロット圧力を制御する電磁比例弁５ａ，５ｂは、ポンプ１１の吐出圧をパイロット室２４に導く供給ポジションＡと、同じくタンク側に開放する排出ポジションＣと、回路を遮断する中立ポジションＢを備え、コントローラ８の出力に応じてパイロット圧力を制御する。
【００２４】
オペレートチェック弁３ａ，３ｂは、図２にも示すように、バルブハウジング２９にポペット２７がスプリング２８と共に収装され、２つの油室ＸとＹを形成している。このうち、油室Ｙには油圧シリンダ１０に接続する通路Ｃ₂が連通し、また、先端のシート面に三方向弁４ａまたは４ｂと接続する通路Ｃ₁が開口し、ポペット２７がシートに着座すると互いの連通が遮断される。ポペット２７には油室ＸとＹを常時連通するオリフィス３０が形成され、また、油室Ｘにはドレーン側の通路Ｃ₃が開口され、この通路Ｃ₃をドレーンバルブ１３が開閉することにより、オペレートチェック弁３ａ，３ｂがオンオフする。
【００２５】
このドレーンバルブ１３はコントローラ８により制御され、ドレーバルブ１３を開くと、オペレートチェック弁３ａ，３ｂがオンとなり、作動油の可逆的な流通を許容すると共に、一部をドレーンさせることで負荷圧力の減圧制御を可能とし、またドレーバルブ１３を閉じると、オペレートチェック弁３ａ，３ｂはオフとなり、負荷側からの逆流を阻止するチェック弁として機能する。
【００２６】
図１において、１４ａ，１４ｂは油圧シリンダ１０の最大負荷圧を規制するリリーフ弁を示す。
【００２７】
次に油圧シリンダ１０の負荷圧力を検出するためオペレートチェック弁３ａ，３ｂと油圧シリンダ１０との間に圧力センサ３１が、また、三方向弁４ａ，４ｂとポンプ１１並びにタンク２２との間の圧力を検出するために圧力センサ３２がそれぞれの回路２１ａ，２１ｂに介装される。
【００２８】
また、三方向弁４ａ，４ｂの開度を検出するためのストロークセンサ３３がそれぞれ設けられる。
【００２９】
そして、ジョイスティックなどのメインコントローラ９からの圧力指令値または流量指令値に基づいて、メータインあるいはメータアウト制御時の圧力または流量を制御するためのコントローラ８が備えられ、このコントローラ８からの信号により駆動回路７ａ，７ｂを介して三方向弁４ａ，４ｂの電磁比例弁５ａ，５ｂ、また駆動回路６ａ，６ｂを介してオペレートチェック弁３ａ，３ｂのドレーンバルブ１３がそれぞれ制御される。
【００３０】
この場合、コントローラ８には、前記圧力センサ３１，３２と、ストロークセンサ３３から信号がフィードバックされ、油圧シリンダ１０のメータイン制御（流入制御）とメータアウト制御（流出制御）において、実際の圧力や流量が指令値と一致するように三方向弁４ａ，４ｂの開度を電磁比例弁５ａ，５ｂを介して制御し、また、オペレートチェック弁３ａ，３ｂのドレーンバルブ１３を制御する。
【００３１】
ここで、油圧シリンダ１０の油室１０ａに対してポンプ１１からの作動油を供給し、いわゆるメータイン制御する場合のコントローラ８の動作を、図３のフローチャートを参照しながら説明する。
【００３２】
まず、メインコントローラ９から入力される指令値は、この指令値によって図４にも示すように、圧力と流量の制御を行えるように、圧力指令値（I）と流量指令値（II）が独立した特性に設定されていて、ステップ１では指令値が入力されると、図４にしたがって圧力指令値Ｐｘを読み込み、ステップ２で圧力センサ３１の検出値からそのときに油圧シリンダ１０にかかっている実際の負荷圧力Ｐａを読み込む。
【００３３】
ステップ３でこれらＰｘとＰａとの差（Ｐｘ−Ｐａ）を算出し、実際の負荷圧力Ｐａが指令値Ｐｘよりも大きいときは、そのまま油圧シリンダ１０が負荷を支持するできるように、ステップ１に戻り、オペレートチェック弁３ａをオフに保持し、その負荷圧力Ｐａを保持し、油圧シリンダ１０からの逆流を阻止する。
【００３４】
圧力指令値Ｐｘが実際の負荷圧力Ｐａよりも低いときに、指令値Ｐｘとなるようにに圧力制御すると、負荷により油圧シリンダ１０が収縮し、操作上の思わぬ混乱を招かないようにするためである。
【００３５】
これに対して、負荷が不意に変位する恐れの無いとき、つまりＰｘ≧Ｐａのときはステップ４に移り、オペレートチェック弁３ａをオンにする。この状態では、負荷側の圧力が制御可能となり、ステップ５では負荷圧力Ｐａが指令値Ｐｘと一致するように圧力のフィードバック制御を行う。この圧力制御は、圧力センサ３１の出力をみながら三方向弁４ａの開度を制御することにより行う。この場合、電磁弁５ａを介してパイロット圧力を制御し、三方向弁４ａのポンプポート開度を増加させると、制御圧力は上昇する。また、三方向弁４ａの開度を減少させると、オペレートチェック弁３ａからドレーンされる作動油に応じて、制御圧力は低下する。このようにして三方向弁４ａは圧力指令値Ｐｘと検出した圧力Ｐａが一致する開度に制御される。
【００３６】
さらに、ステップ６で指令値＝０かどうかが判断され、もし、０のときはステップ７でオペレートチェック弁３ａをオフにして、圧力制御を中止し、ステップ１に戻るが、０で無いときはステップ８に移行し、そのときの三方向弁４ａを通過する作動油の流量Ｑｘを算出する。
【００３７】
この流量Ｑｘの算出は、ストロークセンサ３３により検出した三方向弁４ａの開度と、その前後の圧力差、つまり、上流と下流の圧力センサ３１と３２の検出値に基づいて演算される。
【００３８】
そして、ステップ９において、この算出流量Ｑｘを設定値Ｑａと比較し、Ｑｘ≦Ｑａのときは、ステップ５に戻り、そのまま圧力制御を継続する。
【００３９】
しかし流量Ｑｘが設定値Ｑａよりも大きくなると、ステップ１０に移行し、圧力制御から流量制御に切り替える。
【００４０】
圧力制御は油圧シリンダ１０への供給流量が所定値以下の領域でのみ行い、要求流量が大きいときは、圧力制御よりも流量を制御を優先させる。建設機械等にあっては、操作目的によって油圧シリンダ１０への供給流量に基づいて作動速度を制御したり、あるいは供給圧力を制御して負荷を保持したりすることが要求されるが、一般に、圧力制御時は供給流量の絶対量を多く要求されることが少なく、つまり圧力制御については供給流量の少ない範囲でのみ微妙な制御ができればよく、また、流量制御時には圧力と関係なく、ジョイスティックストロークに対して所定の特性で流量制御できることが望ましいからである。
【００４１】
メインコントローラ９から入力される指令値は、図４のように、圧力指令値（I）と流量指令値（II）が独立した特性に設定されていて、流量制御に切換られると、この切換点を起点として入力値に対応して立ち上がる、流量指令値（II）を平行移動した値に相当する流量指令値Ｑｙが読み出される。
【００４２】
ステップ１０ではこの指令値Ｑｙと算出された流量Ｑｘが一致するように、三方向弁４ａの開度をフィードバック制御する。なお、流量の増加は原則的に三方向弁４ａの開度を拡大することで、また流量の減少は開度を縮小することにより行われる。このようにして、ジョイスティックの操作量から決まる目標とする流量、換言すると油圧シリンダ１０の作動速度が目標どおりに制御される。
【００４３】
このようにして、油圧シリンダ１０に対する供給流量が所定値以下のときは負荷側の圧力制御を行い、所定値を越えると、圧力制御から流量制御に切換えて油圧シリンダ１０の作動速度を制御することができ、ジョイスティックの操作量の比較的小さな領域では圧力制御、大きな領域では流量制御とすることにより、さらには制御状態において負荷圧力と負荷流量をモニタすることも可能で、建設機械の制御等において良好な操作性を確保できる。また、制御開始時に負荷側圧力が圧力指令値よりも高いときは負荷圧力を保持し、負荷の落下など、不意な負荷変位を確実に防止できる。
【００４４】
なお、圧力、流量の指令値はコントローラ内のテーブル化されたデータであって、制御切換時の設定流量値を含めて、その特性等を必要に応じて自由に変更することができる。
【００４５】
また、この実施例では三方向弁４ａの開度を制御し、油圧シリンダ１０の油室１０ａに流入させる作動油のメータイン制御を説明したが（なお、このとき三方向弁４ｂは油室１０ｂをタンク側に解放）、油圧シリンダ１０の油室１０ｂから排出される作動油を制御するメータアウトの制御は、他方の三方向弁４ｂを制御することにより、同様に行うことができる。ただし、この場合圧力制御は、油圧シリンダ１０と三方向弁４ｂとの間の圧力センサ３１の出力に基づいて行う。
【００４６】
次に図５、図６の実施例を説明すると、これは、制御開始時の圧力指令値が負荷圧力よりも高いときは流量制御に入り、負荷圧力よりも低いときはこの負荷圧力を圧力指令値として、これを保持するようにしたのものである。
【００４７】
図５のフローチャートにしたがって制御動作を説明すると、まず、ステップ２１おいて、コントローラからの入力指令値を読み込み、ステップ２２でに入力指令値＝０かどうかを判断し、もしゼロならばステップ３０に進みオペレートチェック弁をオフにするが、ゼロで無いときは、ステップ２３に移り、圧力指令値Ｐｘを図６の特性にしたがって算出し、さらにステップ２４で負荷圧力Ｐａを検出する。
【００４８】
そして、ステップ２５で圧力指令値Ｐｘと負荷圧力Ｐａの大小を比較し、圧力指令値Ｐｘが大きいときは、ステップ２６、２７に移行して、負荷圧力Ｐａに相当する入力指令値を流量値＝０として立ち上がる流量指令値Ｑｙを、図６の流量特性にしたがって算出し、実際の流量がこの流量指令値Ｑｙと一致するように、三方向弁４ａの開度を調整し、かつ上流と下流の検出圧力に基づいてフィードバック制御を行う。
【００４９】
一方、圧力指令値Ｐｘが負荷圧力Ｐａよりも低いときは、ステップ２８、２９に移行し、負荷圧力を圧力指令値として、この負荷圧力を維持するように圧力制御を行う。
【００５０】
つまり、オペレートチェック弁３ａをオンとし、圧力制御を可能な状態にし、検出した負荷圧力Ｐａを圧力指令値Ｐｘに切換えて、この圧力指令値Ｐｘを維持するように実際の圧力を検出しながらフィードバック制御を行う。
【００５１】
なお、圧力指令値Ｐｘが負荷圧力Ｐａよりも高い値に切換えられれば、ステップ２６、２７に移行して流量のフィードバック制御に入る。
【００５２】
したがって圧力指令値が負荷圧力よりも高いときは流量制御に移行し、逆に低くなると、流量制御から圧力制御に切換えて負荷を変位させることなく保持することができる。
【００５３】
次に図７〜図１０に示す第３の実施例を説明すると、この実施例も第２の実施例と同じように、圧力指令値が負荷圧力よりも低いときは、負荷を急激に落下させることなく、圧力指令値と一致するまで減圧制御できるようにし、また圧力指令値が負荷圧力よりも高いときは流量制御を行うようにしてある。
【００５４】
ただし、この実施例では、図７にも示すように、圧力センサ３１はオペレートチェック弁３ａ，３ｂと、三方向弁４ａ，４ｂとの間に介装され、オペレートチェック弁３ａ，３ｂをオンしたときにのみ負荷圧力が検出されオフのときは負荷圧力の検出が不能となるようになっている。なお、その他の構成については、図１と同一である。
【００５５】
図８のフローチャートにしたがって制御動作を説明すると（ただし、油圧シリンダ１０の油室１０ａへのメータイン制御を例にする）、ステップ３１でコントローラからの指令値を読み取り、ステップ３２で指令値＝０ならば、ステップ３３に移り、オペレートチェック弁３ａをオフのまま保持する。
【００５６】
指令値がゼロでないときは、ステップ３４でオペレートチェック弁３ａをオンにして、図９のようなテーブル特性図に基づいて、指令値から圧力指令値Ｐｃｏｎを換算する。同時に、オペレートチェック弁３ａを開くことにより圧力センサ３１が検出する油圧シリンダ１０の負荷圧力Ｐｌｏａｄを検出する（ステップ３５，３６）。
【００５７】
そして、ステップ３７でこれら圧力指令値Ｐｃｏｎと負荷圧力値Ｐｌｏａｄの大小を比較し、ＰｃｏｎがＰｌｏａｄよりも高いときは、ステップ３８〜３９に進んで直ちに流量制御を開始する。この場合、コントローラの指令値（入力電圧値）Ｖｉｎを流量指令値Ｑｃｏｎに換算するため、Ｐｌｏａｄから入力電圧値Ｖｉｎ’を逆算し、Ｖｉｎ−Ｖｉｎ’＝Ｖｔｅｎｐとして、このＶｔｅｎｐにより、図１０のテーブル特性図に基づいて、流量指令値Ｑｃｏｎを算出する（ステップ４１）。
【００５８】
このようにして流量指令値Ｑｃｏｎを算出することにより、指令値Ｑｃｏｎはそのときの負荷圧力により相対的に変化し、圧力指令値Ｐｃｏｎが負荷圧力値Ｐｌｏａｄと等しいときの指令値を、流量＝０とし、そこから図１０の特性にしたがって立ち上がるようになる。このようにすることにより、制御を開始するときの負荷圧力によって、ジョイスティックの操作量に対する流量制御の特性が相違し、負荷の大きさをオペレータに感覚的に認識させることができる。もし、負荷圧力が高ければ、同一のジョイスティック操作量（入力電圧）に対する制御流量は小さくなり、負荷圧力が低ければ、制御流量が大きく、油圧シリンダ１０の作動速度を相対的に大きくできる。
【００５９】
この流量指令値Ｑｃｏｎに基づいて三方向弁４ａの開度が調整され、かつその上流と下流の実際の圧力に基づいてフィードバック制御がかけられ、供給流量が目標とする指令値Ｑｃｏｎと一致するように制御される（ステップ４２）。ただし、この場合には、圧力センサ３１がオペレートチェック弁３ａの上流にあり、下流のオペレートチェック弁３ａからのドレーン流量を測定することができないため、微量ではあるが、ドレーン流量分だけ相対的に実際の供給流量は減少することになる。
【００６０】
他方、ステップ３７において、圧力指令値Ｐｃｏｎが負荷圧力値Ｐｌｏａｄよりも低いときは、ステップ４０から４１に移行し、流量指令値Ｑｃｏｎ＝０に設定され、三方向弁４ａが閉じる。しかしこの状態ではオペレートチェック弁３ａは開いているため一部がドレーンされ、負荷圧力は徐々に低下していく。
【００６１】
そして以上のルーチンが繰り返されることにより、ステップ３７で負荷圧力が圧力指令値と一致するまで、減圧制御が継続される。
【００６２】
このようにして負荷圧力が圧力指令値と一致するまで減圧制御され、一致した時点ではステップ３８に移行して流量制御に切換わるが、その時点での流量指令値Ｑｃｏｎは、前記したとおり、Ｑｃｏｎ−Ｑｌｏａｄ＝０で、流量＝０となるから、油圧シリンダ１０は圧力指令値を維持しつつ、その位置に保持されることになる。
【００６３】
したがって、負荷圧力が圧力指令値よりも高圧のときは、油圧シリンダ１０を保持したまま減圧制御を行い、圧力指令値よりも低圧のときは、そのときの圧力に応じた特性により流量制御を行うことができる。
【００６４】
なお、以上の実施例では三方向弁４ａ，４ｂを備えた場合を説明したが、二方向弁によっても、制御の方向性は限られるが、同じような制御を行うことができる。
【００６５】
【発明の効果】
以上のように第１の発明によれば、制御流量が所定値以下の小流量域では、入力値に基づいて精度のよい圧力制御が行われ、所定値以上の大流量域では圧力制御から流量制御に切り換えられ、負荷圧力のいかんにかかわらず入力値に基づいて精度よく流量制御を行うことができる。
【００６６】
第２の発明によれば、制御開始時の負荷側圧力が圧力指令値よりも高いときは、オペレートチェック弁がオフとなり、単なるチェック弁として機能するので、負荷側からの逆流を阻止し、制御を開始した瞬間における不意な負荷の変位を防止できる。
【００６７】
第３の発明によれば、制御開始時の負荷側圧力が圧力指令値よりも低いときは、オペレートチェック弁がオンとなり、直ちに減圧制御を含む圧力制御が可能となる。
【００６８】
第４の発明によれば、コントローラからの入力値は、圧力指令値と流量指令値となり、かつ圧力制御を優先させるので、一つのコントローラからの入力信号により、混乱を起こすことなく、圧力と流量の両方の制御が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例を示す回路構成図である。
【図２】同じくオペレートチェック弁の構成図である。
【図３】同じく制御内容を示すフローチャートである。
【図４】同じく流量と圧力の制御特性を示す特性図である。
【図５】他の実施例の制御内容を示すフローチャートである。
【図６】同じく流量と圧力の制御特性を示す特性図である。
【図７】他の実施例を示す回路構成図である。
【図８】同じく制御内容を示すフローチャートである。
【図９】同じく圧力の制御特性を示す特性図である。
【図１０】同じく流量の制御特性を示す特性図である。
【図１１】第１の発明を示す構成図である。
【図１２】第５の発明を示す構成図である。
【図１３】第７の発明を示す構成図である。
【符号の説明】
３ａオペレートチェック弁
３ｂオペレートチェック弁
４ａ三方向弁
４ｂ三方向弁
８コントローラ
９メインコントローラ
１０油圧シリンダ
１１ポンプ
３１圧力センサ
３２圧力センサ
３３ストロークセンサ[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an apparatus for controlling a supply flow rate and pressure to a hydraulic actuator.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in the load sensing control method as a drive control of a hydraulic actuator such as a construction machine, the pump regulator is controlled based on the load pressure and the self pressure, and the flow rate is controlled regardless of the load pressure according to the stroke of the joystick. It can be done.
[0003]
In the negative control system, part of the pump discharge flow rate is bleeded to control the pump discharge flow rate according to the load pressure, and the flow rate control and pressure control are controlled simultaneously in response to a single joystick stroke. It is possible.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, among the above, the former can control the flow rate with a predetermined characteristic with respect to the joystick stroke, but there is a problem that the operability of the construction machine etc. is inferior because the pressure control corresponding to the load cannot be performed, and the latter However, since flow control and pressure control are possible, this problem can be solved, but the pump discharge flow rate fluctuates depending on the load pressure, so the gradient of the flow rate characteristic becomes sharp, especially when the load pressure is high, and a slight joystick There was a problem that the flow rate fluctuated greatly with respect to the operation amount, and fine speed control of the hydraulic actuator could not be performed.
[0005]
In construction machinery, etc., it is required to control the operating speed based on the supply flow rate to the hydraulic actuator or to maintain the load by controlling the supply pressure depending on the purpose of use. At the time of control, a large amount of the supply flow rate is rarely required. In other words, although flow rate and pressure control are required, it is only necessary to be able to perform delicate pressure control only in a range where the supply flow rate is small, and at the time of flow rate control, the joystick stroke has predetermined characteristics regardless of the pressure. It is desirable that the flow rate can be controlled.
[0006]
Therefore, an object of the present invention is to provide a hydraulic control device capable of performing pressure control in a relatively small range of an input signal and performing flow rate control in a range beyond that.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
As shown in FIG. 11, the first invention is a valve means 51 inserted in a circuit connecting the pump P and the actuator A, a means 52 for detecting the opening degree of the valve means 51, and upstream and downstream of the valve means 51. Based on the input signals from the controller 56 and the signals from the detection means, the valve means 51 is provided on the basis of the means 53, 54 for detecting the pressure of the operation check valve 55, the operation check valve 55 interposed between the valve means 51 and the actuator A. In the hydraulic control apparatus comprising means 57 for controlling the opening degree, means 58 for calculating a flow rate from the pressure difference as well as the detected valve opening degree, means 59 for comparing the calculated flow rate with a predetermined value, A pressure control means 60 for controlling the valve opening so that the pressure command value based on the input signal and the detected pressure on the load side coincide with each other when the comparison result is a predetermined value or less, and when the comparison result is a predetermined value or more Above And a flow control means 61 for controlling the valve opening degree so as to calculate the flow rate and flow rate command value based on the force signal matches.
[0008]
In the second invention, in the first invention, when the pressure command value is lower than the load side pressure at the start of the control, the operation check valve 55 is held off.
[0009]
In a third aspect based on the first aspect, the operation check valve 55 is turned on when the pressure command value is higher than the load side pressure at the start of control.
[0010]
According to a fourth aspect, in the first to third aspects, the input signal from the controller 56 is a pressure command value that changes according to the input value, and a flow rate command value that changes according to the input value. The pressure command value is changed until the flow rate control is switched, and after the switching, the flow rate command value rises from the input value at the switching point.
[0014]
[Action]
Therefore, in the first invention, when the flow rate at the time of control is less than or equal to a predetermined value, the pressure control for the load is performed based on the input value, and when the flow rate is greater than or equal to the predetermined value, the pressure control is switched to the flow rate control. Regardless of the time, flow control is performed based on the input value.
[0015]
In the second aspect of the invention, when the load-side pressure at the start of control is higher than the pressure command value, the operation check valve is turned off and functions as a simple check valve, thus preventing back flow from the load side and starting control. It is possible to prevent unexpected load displacement at the moment.
[0016]
In the third invention, when the load side pressure at the start of control is lower than the pressure command value, the operation check valve is turned on, and pressure control including pressure reduction control is possible.
[0017]
In the fourth invention, the input value from the controller becomes the pressure command value and the flow rate command value, and the pressure control is prioritized, so that the pressure and flow rate control can be performed without causing confusion by the signal from one controller. .
[0021]
【Example】
In FIG. 1, 10 is a hydraulic cylinder as a hydraulic actuator, 11 is a pump driven by an engine, for example, 12 is a tank, and connects the hydraulic chambers 10 a and 10 b of the hydraulic cylinder 10 to the hydraulic pump 11 and the tank 12. The parallel drive circuits 21a and 21b are provided with three-way valves 4a and 4b and operation check valves 3a and 3b, respectively.
[0022]
The three-way valves 4a and 4b control the supply or discharge pressure / flow rate of the hydraulic cylinder 10 according to the pilot pressure (meter-in or meter-out control). The spool 23 slides in the valve housing, and the spool 23 Pilot chambers 24 and 25 having different pressure receiving areas for applying the pilot pressure and springs 26 for urging the spool 23 to oppose the pressure of the pilot chamber 25 are provided. The discharge pressure of the pump 11 is guided to the pilot chamber 25 having a small pressure receiving area, but the pilot pressure controlled via the electromagnetic proportional valves 5a and 5b is introduced into the pilot chamber 24 having a large pressure receiving area, and the balance between them is introduced. Accordingly, the position of the spool 23 is displaced, and the degree of communication (opening degree) between the pump port and the tank port with respect to the cylinder port opening around the spool 23 is adjusted.
[0023]
The electromagnetic proportional valves 5a and 5b for controlling the pilot pressure are provided with a supply position A for leading the discharge pressure of the pump 11 to the pilot chamber 24, a discharge position C for opening to the tank side, and a neutral position B for shutting off the circuit, The pilot pressure is controlled according to the output of the controller 8.
[0024]
As shown in FIG. 2, the operation check valves 3 a and 3 b include two oil chambers X and Y, in which a poppet 27 is housed in a valve housing 29 together with a spring 28. Among these, the passage C ₂ connected to the hydraulic cylinder 10 communicates with the oil chamber Y, and the passage C ₁ connected to the three-way valve 4a or 4b opens on the front seat surface, and the poppet 27 is seated on the seat. Then, mutual communication is blocked. The poppet 27 is formed with an orifice 30 that always communicates the oil chambers X and Y, and a drain side passage C ₃ is opened in the oil chamber X, and the drain valve 13 opens and closes the passage C ₃ . The operation check valves 3a and 3b are turned on and off.
[0025]
The drain valve 13 is controlled by the controller 8, and when the drain valve 13 is opened, the operation check valves 3a and 3b are turned on, allowing reversible flow of the hydraulic oil and reducing the load pressure by draining part of it. When the control is enabled and the drain valve 13 is closed, the operation check valves 3a and 3b are turned off and function as a check valve for preventing a back flow from the load side.
[0026]
In FIG. 1, reference numerals 14 a and 14 b denote relief valves that regulate the maximum load pressure of the hydraulic cylinder 10.
[0027]
Next, in order to detect the load pressure of the hydraulic cylinder 10, a pressure sensor 31 is provided between the operation check valves 3a, 3b and the hydraulic cylinder 10, and a pressure between the three-way valves 4a, 4b and the pump 11 and the tank 22 is detected. In order to detect this, a pressure sensor 32 is interposed in each circuit 21a, 21b.
[0028]
Further, stroke sensors 33 for detecting the opening degree of the three-way valves 4a and 4b are provided.
[0029]
A controller 8 is provided for controlling the pressure or flow rate during meter-in or meter-out control based on the pressure command value or flow rate command value from the main controller 9 such as a joystick, and is driven by a signal from the controller 8. The proportional valves 5a and 5b of the three-way valves 4a and 4b are controlled via the circuits 7a and 7b, and the drain valves 13 of the operate check valves 3a and 3b are controlled via the drive circuits 6a and 6b, respectively.
[0030]
In this case, signals are fed back to the controller 8 from the pressure sensors 31, 32 and the stroke sensor 33, and the actual pressure and flow rate are controlled in meter-in control (inflow control) and meter-out control (outflow control) of the hydraulic cylinder 10. Is controlled through the electromagnetic proportional valves 5a and 5b, and the drain valve 13 of the operation check valves 3a and 3b is controlled so that the value coincides with the command value.
[0031]
Here, the operation of the controller 8 when supplying hydraulic oil from the pump 11 to the oil chamber 10a of the hydraulic cylinder 10 and performing so-called meter-in control will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0032]
First, the command value input from the main controller 9 is independent of the pressure command value (I) and the flow rate command value (II) so that the pressure and flow rate can be controlled as shown in FIG. When the command value is input in step 1, the pressure command value Px is read according to FIG. 4 and is applied to the hydraulic cylinder 10 at that time from the detection value of the pressure sensor 31 in step 2. Read actual load pressure Pa.
[0033]
In step 3, the difference between Px and Pa (Px−Pa) is calculated. When the actual load pressure Pa is larger than the command value Px, step 1 is performed so that the hydraulic cylinder 10 can support the load as it is. Returning, the operation check valve 3a is kept off, the load pressure Pa is kept, and the backflow from the hydraulic cylinder 10 is prevented.
[0034]
When pressure control is performed so that the command value Px is equal to the command value Px when the pressure command value Px is lower than the actual load pressure Pa, the hydraulic cylinder 10 is contracted by the load so as not to cause unexpected confusion in operation. It is.
[0035]
On the other hand, when there is no possibility that the load is displaced unexpectedly, that is, when Px ≧ Pa, the routine proceeds to step 4 and the operation check valve 3a is turned on. In this state, the pressure on the load side can be controlled, and in step 5, pressure feedback control is performed so that the load pressure Pa matches the command value Px. This pressure control is performed by controlling the opening of the three-way valve 4a while observing the output of the pressure sensor 31. In this case, when the pilot pressure is controlled via the electromagnetic valve 5a and the opening degree of the pump port of the three-way valve 4a is increased, the control pressure increases. Further, when the opening degree of the three-way valve 4a is decreased, the control pressure is lowered according to the hydraulic oil drained from the operation check valve 3a. In this way, the three-way valve 4a is controlled to an opening degree at which the pressure command value Px and the detected pressure Pa coincide.
[0036]
Further, it is determined in step 6 whether or not the command value = 0. If it is 0, the operation check valve 3a is turned off in step 7 to stop the pressure control, and the process returns to step 1 but is not 0. The process proceeds to step 8, and the flow rate Qx of the hydraulic oil passing through the three-way valve 4a at that time is calculated.
[0037]
The calculation of the flow rate Qx is calculated based on the opening degree of the three-way valve 4a detected by the stroke sensor 33 and the pressure difference before and after that, that is, the detection values of the upstream and downstream pressure sensors 31 and 32.
[0038]
In step 9, the calculated flow rate Qx is compared with the set value Qa. When Qx ≦ Qa, the process returns to step 5 and pressure control is continued as it is.
[0039]
However, when the flow rate Qx becomes larger than the set value Qa, the process proceeds to step 10 to switch from pressure control to flow rate control.
[0040]
The pressure control is performed only in a region where the supply flow rate to the hydraulic cylinder 10 is equal to or less than a predetermined value. In a construction machine or the like, it is required to control the operating speed based on the flow rate supplied to the hydraulic cylinder 10 or to maintain the load by controlling the supply pressure depending on the operation purpose. During pressure control, it is rarely necessary to require a large absolute amount of the supply flow rate.In other words, it is only necessary to perform delicate control only in a range where the supply flow rate is small. This is because it is desirable that the flow rate can be controlled with predetermined characteristics.
[0041]
As shown in FIG. 4, the command value input from the main controller 9 is such that the pressure command value (I) and the flow rate command value (II) are set to have independent characteristics. A flow rate command value Qy corresponding to a value obtained by translating the flow rate command value (II) rising corresponding to the input value from the starting point is read out.
[0042]
In step 10, the opening degree of the three-way valve 4a is feedback-controlled so that the command value Qy and the calculated flow rate Qx coincide. In principle, the flow rate is increased by increasing the opening degree of the three-way valve 4a, and the flow rate is decreased by reducing the opening degree. In this way, the target flow rate determined from the operation amount of the joystick, in other words, the operating speed of the hydraulic cylinder 10 is controlled as desired.
[0043]
In this way, when the supply flow rate to the hydraulic cylinder 10 is less than or equal to a predetermined value, the pressure control on the load side is performed, and when it exceeds the predetermined value, the operation speed of the hydraulic cylinder 10 is controlled by switching from the pressure control to the flow rate control. It is possible to monitor the load pressure and load flow in the controlled state by controlling the pressure in the area where the joystick operation amount is relatively small, and controlling the flow rate in the large area. Good operability can be secured. Further, when the load side pressure is higher than the pressure command value at the start of control, the load pressure is maintained, and unexpected load displacement such as dropping of the load can be reliably prevented.
[0044]
The pressure and flow rate command values are tabulated data in the controller, and the characteristics and the like including the set flow rate value at the time of control switching can be freely changed as necessary.
[0045]
In this embodiment, the opening of the three-way valve 4a is controlled to explain the meter-in control of the hydraulic oil that flows into the oil chamber 10a of the hydraulic cylinder 10. (At this time, the three-way valve 4b The meter-out control for controlling the hydraulic oil discharged from the oil chamber 10b of the hydraulic cylinder 10 can be similarly performed by controlling the other three-way valve 4b. However, in this case, the pressure control is performed based on the output of the pressure sensor 31 between the hydraulic cylinder 10 and the three-way valve 4b.
[0046]
Next, the embodiment of FIGS. 5 and 6 will be described. This is when the pressure command value at the start of the control is higher than the load pressure, the flow control is started, and when the pressure command value is lower than the load pressure, the load pressure is changed to the pressure command. This value is retained.
[0047]
The control operation will be described with reference to the flowchart of FIG. 5. First, in step 21, the input command value from the controller is read. In step 22, it is determined whether or not the input command value = 0. The advance operation check valve is turned off, but when it is not zero, the routine proceeds to step 23, where the pressure command value Px is calculated according to the characteristics of FIG. 6, and the load pressure Pa is detected at step 24.
[0048]
In step 25, the pressure command value Px is compared with the load pressure Pa. If the pressure command value Px is large, the flow proceeds to steps 26 and 27, and the input command value corresponding to the load pressure Pa is set to the flow rate value = The flow rate command value Qy that rises as 0 is calculated according to the flow rate characteristics of FIG. 6, the opening degree of the three-way valve 4a is adjusted so that the actual flow rate matches the flow rate command value Qy, and the upstream and downstream Feedback control is performed based on the detected pressure.
[0049]
On the other hand, when the pressure command value Px is lower than the load pressure Pa, the process proceeds to steps 28 and 29, and pressure control is performed so as to maintain this load pressure with the load pressure as the pressure command value.
[0050]
That is, the operation check valve 3a is turned on, pressure control is enabled, the detected load pressure Pa is switched to the pressure command value Px, and feedback is performed while detecting the actual pressure so as to maintain the pressure command value Px. Take control.
[0051]
If the pressure command value Px is switched to a value higher than the load pressure Pa, the flow proceeds to steps 26 and 27 to enter flow rate feedback control.
[0052]
Therefore, when the pressure command value is higher than the load pressure, the flow shifts to the flow control. When the pressure command value becomes lower, the flow can be maintained without changing the load by switching from the flow control to the pressure control.
[0053]
Next, a third embodiment shown in FIGS. 7 to 10 will be described. In this embodiment, as in the second embodiment, when the pressure command value is lower than the load pressure, the load is suddenly dropped. Therefore, the pressure reduction control can be performed until the pressure command value matches, and the flow rate control is performed when the pressure command value is higher than the load pressure.
[0054]
However, in this embodiment, as shown in FIG. 7, the pressure sensor 31 is interposed between the operation check valves 3a and 3b and the three-way valves 4a and 4b, and the operation check valves 3a and 3b are turned on. Only when the load pressure is detected, the load pressure cannot be detected when the load pressure is off. Other configurations are the same as those in FIG.
[0055]
The control operation will be described with reference to the flowchart of FIG. 8 (however, meter-in control to the oil chamber 10a of the hydraulic cylinder 10 is taken as an example). In step 31, the command value from the controller is read. Then, the process proceeds to step 33, and the operation check valve 3a is kept off.
[0056]
When the command value is not zero, the operation check valve 3a is turned on in step 34, and the pressure command value Pcon is converted from the command value based on the table characteristic diagram as shown in FIG. At the same time, the load pressure Pload of the hydraulic cylinder 10 detected by the pressure sensor 31 is detected by opening the operation check valve 3a (steps 35 and 36).
[0057]
In step 37, the pressure command value Pcon and the load pressure value Pload are compared, and when Pcon is higher than Pload, the flow proceeds to steps 38 to 39 to immediately start the flow control. In this case, in order to convert the command value (input voltage value) Vin of the controller into the flow rate command value Qcon, the input voltage value Vin ′ is calculated backward from Pload, and Vin−Vin ′ = Vtenp is set as shown in FIG. Based on the characteristic diagram, a flow rate command value Qcon is calculated (step 41).
[0058]
By calculating the flow rate command value Qcon in this way, the command value Qcon changes relatively depending on the load pressure at that time, and the command value when the pressure command value Pcon is equal to the load pressure value Pload is set to flow rate = 0. From there, it starts up according to the characteristics of FIG. By doing so, the characteristics of the flow rate control with respect to the operation amount of the joystick differ depending on the load pressure at the start of control, and the operator can recognize the magnitude of the load sensibly. If the load pressure is high, the control flow rate for the same joystick operation amount (input voltage) is small. If the load pressure is low, the control flow rate is large and the operating speed of the hydraulic cylinder 10 can be relatively large.
[0059]
The opening degree of the three-way valve 4a is adjusted based on the flow rate command value Qcon, and feedback control is applied based on the actual pressure upstream and downstream so that the supplied flow rate matches the target command value Qcon. (Step 42). However, in this case, the pressure sensor 31 is upstream of the operation check valve 3a, and the drain flow rate from the downstream operation check valve 3a cannot be measured. The actual supply flow rate will decrease.
[0060]
On the other hand, when the pressure command value Pcon is lower than the load pressure value Pload in step 37, the routine proceeds from step 40 to 41, the flow command value Qcon = 0 is set, and the three-way valve 4a is closed. However, in this state, the operation check valve 3a is open, so that part of the operation check valve 3a is drained, and the load pressure gradually decreases.
[0061]
By repeating the above routine, the pressure reduction control is continued until the load pressure matches the pressure command value in step 37.
[0062]
In this way, the pressure reduction control is performed until the load pressure matches the pressure command value. When the load pressure matches, the process proceeds to step 38 to switch to the flow rate control, and the flow rate command value Qcon at that time is Qcon as described above. Since −Qload = 0 and the flow rate = 0, the hydraulic cylinder 10 is held at that position while maintaining the pressure command value.
[0063]
Therefore, when the load pressure is higher than the pressure command value, the pressure reduction control is performed while holding the hydraulic cylinder 10, and when the load pressure is lower than the pressure command value, the flow rate control is performed according to the characteristics corresponding to the pressure at that time. be able to.
[0064]
In addition, although the case where the three-way valves 4a and 4b were provided was described in the above embodiment, the two-way valve can perform the same control although the directionality of the control is limited.
[0065]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the invention, accurate pressure control is performed based on the input value in the small flow rate range where the control flow rate is equal to or less than the predetermined value. The flow control can be accurately performed based on the input value regardless of the load pressure.
[0066]
According to the second aspect of the invention, when the load side pressure at the start of control is higher than the pressure command value, the operation check valve is turned off and functions as a simple check valve. It is possible to prevent an unexpected load displacement at the moment of starting.
[0067]
According to the third invention, when the load-side pressure at the start of control is lower than the pressure command value, the operation check valve is turned on, and pressure control including pressure reduction control is immediately possible.
[0068]
According to the fourth aspect of the invention, the input value from the controller becomes the pressure command value and the flow rate command value, and the pressure control is prioritized. Both controls can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of the operate check valve.
FIG. 3 is a flowchart showing the same control content.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing similarly control characteristics of flow rate and pressure.
FIG. 5 is a flowchart showing the control content of another embodiment.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing control characteristics of flow rate and pressure in the same manner.
FIG. 7 is a circuit configuration diagram showing another embodiment.
FIG. 8 is a flowchart showing the same control content.
FIG. 9 is a characteristic diagram showing the pressure control characteristic in the same manner.
FIG. 10 is a characteristic diagram showing the control characteristic of the flow rate.
FIG. 11 is a block diagram showing the first invention.
FIG. 12 is a block diagram showing a fifth invention.
FIG. 13 is a block diagram showing a seventh invention.
[Explanation of symbols]
3a Operate check valve 3b Operate check valve 4a Three-way valve 4b Three-way valve 8 Controller 9 Main controller 10 Hydraulic cylinder 11 Pump 31 Pressure sensor 32 Pressure sensor 33 Stroke sensor

Claims

Valve means inserted in a circuit connecting the pump and the actuator;
Means for detecting the opening of the valve means;
Means for detecting pressure upstream and downstream of the valve means;
An operation check valve interposed between the valve means and the actuator;
In a hydraulic control device comprising an input signal from a controller and means for controlling the opening degree of the valve means based on the signal from each detection means,
Means for calculating the flow rate from the pressure difference as well as the detected valve opening;
Means for comparing the calculated flow rate with a predetermined value;
Pressure control means for controlling the valve opening so that the pressure command value based on the input signal matches the detected pressure on the load side when the comparison result is equal to or less than a predetermined value;
A hydraulic control device comprising: a flow rate control means for controlling a valve opening degree so that a calculated flow rate and a flow rate command value based on the input signal coincide with each other when the comparison result is a predetermined value or more.

2. The hydraulic control device according to claim 1, wherein the operation check valve is held off when the pressure command value is lower than the load side pressure at the start of control.

2. The hydraulic control device according to claim 1, wherein the operation check valve is turned on when the pressure command value is higher than the load side pressure at the start of control.

The input signal from the controller consists of a pressure command value that changes according to the input value and a flow rate command value that changes according to the input value, and the pressure command value until switching from pressure control to flow rate control. The hydraulic control device according to claim 1, wherein the hydraulic pressure control value rises from an input value at a switching point.