JP3752326B2 - 油圧駆動機械の制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、建設機械や農業機械など油圧駆動機械の制御装置に係り、特に、寒冷地での使用に最適なものに関する。
【0002】
【従来の技術】
図5に、従来例の油圧駆動機械の制御装置を示す。
可変容量ポンプPに、高圧通路1を介して、複数の制御弁2〜5をパラレルに接続している。そして、これら制御弁2〜5をそれぞれ図示しないアクチュエータに接続し、その切換量に応じて供給側の可変絞り2a〜5aの開度を制御するようにしている。
これら制御弁2〜5に流入するポンプ吐出油は、可変絞り2a〜5aを通過してから、いったん制御弁2〜5の外に流出する。そして、圧力補償弁6を通過してから再び制御弁2〜5に流入し、それから図示しないアクチュエータに供給される。
【0003】
また、アクチュエータからの戻り油は、これら制御弁2〜5を通過し、タンク通路7を介してタンクTに戻される。
さらに、これら制御弁2〜5には、負荷検出ポート2b〜5bを設け、制御弁2〜5を切換えたとき、アクチュエータヘの供給側通路に連通するようにしている。そして、これら負荷検出ポート2b〜5bで検出された負荷圧のうち、その最高負荷圧が、シャトル弁10により選択されることになる。
ただし、制御弁2〜5を図5の中立位置に保っているとき、負荷検出ポート2b〜5bは、タンクポート2c〜5cを介してタンク通路7に連通している。
【0004】
上記可変容量ポンプPは、その傾転角に応じて吐出容量が決められる。そして、この傾転角を制御する制御シリンダ8には、レギュレータバルブ9によって生成された制御圧力が導かれる。
レギュレータバルブ9は、その一方のパイロット室9aに、ポンプ圧が導かれ、他方のパイロット室9bに、上記シャトル弁10によって選択されたアクチュエータの最高負荷圧が導かれている。そして、パイロット室9b側には、スプリング11を設けている。
【0005】
このようにしたレギュレータバルブ9は、ポンプ圧と最高負荷圧との差によって切換わり、その差圧がスプリング11の押付力とバランスした切換位置で、ポンプ圧から制御圧力を生成する。なお、この制御圧力は、ポンプ圧ではなく、その他の外部圧力から生成してもかまわない。
そして、この制御圧力が制御シリンダ8に導かれると、この制御シリンダ8は、可変容量ポンプPの傾転角を制御し、ポンプ圧を、最高負荷圧よりもスプリング11の押付力に相当する分だけ高く保つことになる。
【0006】
このように、ポンプ圧を最高負荷圧よりも所定圧だけ高く保つロードセンシング制御をおこなうので、上記制御弁2〜5の可変絞り2a〜5a前後の差圧を一定に保つことができる。したがって、アクチュエータ側の負荷変動にかかわらず、その供給流量を一定に保ち、アクチュエータスピードを一定にすることができる。
ただし、このようなロードセンシング制御を、図6の馬力一定制御特性を超えない範囲でのみ行い、可変容量ポンプPのオーバーロードを防止している。
【0007】
例えば、アクチュエータが、可変容量ポンプPの容量を超えるような高圧・大流量を要求したようなとき、負荷圧とポンプ圧との差は小さくなる。したがって、レギュレータバルブ9は、スプリング11によってノーマル状態に近い状態となり、制御圧力はタンク圧に近くなる。
したがって、このとき、可変容量ポンプPの傾転角は馬力制御シリンダ12によって決められ、図6に示す馬力一定制御がおこなわれることになる。
【0008】
さらに、可変容量ポンプPには、制御弁2〜5と並列にしたアンロード弁13を接続している。
このアンロード弁13は、その一方のパイロット室13aに、ポンプ圧が導かれ、他方のパイロット室13bに、シャトル弁10によって選択されたアクチュエータの最高負荷圧が導かれている。そして、パイロット室13b側には、スプリング14を設けている。ただし、このスプリング14の押付力を、上記レギュレータバルブ9の制御時におけるポンプ圧とアクチュエータの最高負荷圧との差よりも高くなるようにセットしている。
【0009】
このようにしたアンロード弁13は、可変容量ポンプPがスタンバイ流量を吐出したときなどに、その余剰流量をタンクTに戻す役割を果たすものである。
つまり、この種の制御装置では、すべての制御弁2〜5が中立位置にあるときにも、可変容量ポンプPにスタンバイ流量を吐出させ、制御弁2〜5を切換えたときの応答性を高めようとしている。
【0010】
すべての制御弁2〜5が中立位置にあれば、アンロード弁13の一方のパイロット室13aにはポンプ圧が導かれるが、他方のパイロット室13bはタンクTに連通することになる。したがって、アンロード弁13は開位置に切換わり、スタンバイ流量のすべてをタンクTに戻すことになる。
また、ある制御弁2〜5を切換えたが、その切換量がわずかで、アクチュエータの要求流量がスタンバイ流量よりも少ないようなときにも、その流量に基づく可変絞り2a〜5a前後の差圧に応じて、アンロード弁13は開位置にあり、余剰流量をタンクTに戻すことになる。
【0011】
なお、アクチュエータの要求流量がスタンバイ流量を超えてからは、前述したように、可変容量ポンプPがロードセンシング制御される。
このとき、アンロード弁13には、その一方のパイロット室13aにポンプ圧が導かれ、他方のパイロット室13bにシャトル弁によって選択されたアクチュエータの最高負荷圧が導かれる。そして、このスプリング14の押付力を、上記レギュレータバルブ9の制御時におけるポンプ圧とアクチュエータの最高負荷圧との差よりも高くなるようにセットしたので、アンロード弁13は、図5の閉位置を維持することになる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
油圧駆動機械を寒冷地で使用したような場合、特にその始動時には油温が低いため、油の粘度が高くなってしまう。そして、油の粘度が高くなると、ある可変絞り2a〜5aにおいて、その開度及び前後の差圧が同じであっても、そこを流れる流量は粘度の低いときに比べて少なくなってしまう。
このように、可変絞り2a〜5aを流れる流量が少なくなると、アクチュエータスピードが通常時より遅くなってしまい、オペレータは違和感を抱いてしまうことになる。
この発明の目的は、油温が低いときに、アクチュエータスピードが遅くなるのを防止・軽減し、オペレータが違和感を抱くのを避けることができる油圧駆動機械の制御装置を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
この発明は、可変絞りを有する制御弁と、この制御弁を介してアクチュエータに接続する可変容量ポンプと、一方のパイロット室にポンプ圧を導き、かつ、他方のパイロット室にアクチュエータの最高負荷圧を導き、これら差圧に応じてポンプ圧から制御圧を生成するレギュレータバルブと、この制御圧に応じて可変容量ポンプの傾転角を制御し、ポンプ圧を、アクチュエータの最高負荷圧よりも上記レギュレータバルブのスプリングの押付力に相当する分だけ高く保つ制御シリンダと、ポンプ圧が導かれ、馬力一定制御をおこなう馬力一定制御シリンダと、可変容量ポンプに制御弁と並列に接続するとともに、一方のパイロット室にポンプ圧を導き、かつ、他方のパイロット室にアクチュエータの最高負荷圧を導き、その差圧がスプリングの押付力よりも大きくなったとき、開位置に切換わるアンロード弁とを備え、アンロード弁のスプリングの押付力を、上記レギュレータバルブの制御時におけるポンプ圧とアクチュエータの最高負荷圧との差よりも高くなるようにセットしてなる油圧駆動機械の制御装置を前提とする。
【0014】
そして、第1の発明は、切換手段によって切換わる切換弁を設けるとともに、この切換弁は、レギュレータバルブの他方のパイロット室にアクチュエータの最高負荷圧を導く第1切換位置と、レギュレータバルブの他方のパイロット室にポンプ圧を導く第2切換位置とを有し、かつ、上記アンロード弁は、そのスプリングの押付力を、上記レギュレータバルブの制御時におけるポンプ圧とアクチュエータの最高負荷圧との差よりも高くし、制御弁の可変絞り前後の差圧を大きくする点に特徴を有する。
第2の発明は、第1の発明において、切換手段は、切換弁を第1切換位置に保つスプリングと、このスプリングに抗して切換弁を第2切換位置に切り換える手動操作機構とを備えた点に特徴を有する。
【0015】
第3の発明は、第1の発明において、切換手段は、切換弁を第1切換位置に保つスプリングと、油温を検出するとともに、油温が所定温度に達するまで、切換弁をスプリングに抗して第2切換位置に維持するよう信号を出力するコントローラーとを備えた点に特徴を有する。
第4の発明は、第1の発明において、切換手段は、温度により長さや体積が変化する感熱物体を備え、油温が所定温度に達するまで、切換弁を第2切換位置に維持し、油温が所定温度に達すると、この感熱物体の長さや体積が変化して、切換弁を第1切換位置に切換える構成にした点に特徴を有する。
第5の発明は、第3又は4の発明において、タンクとポンプの吸込み口とを連通する通路途中で油温を検出あるいは感熱する構成にした点に特徴を有する。
【0016】
【発明の実施の形態】
図1に、この発明の第1実施例における油圧駆動機械の制御装置を示す。ただし、基本的な回路構成については上記従来例とまったく同じなので、以下では、その相違点を中心として説明するとともに、従来例と同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
レギュレータバルブ9の他方のパイロット室9bには、3ポート2位置切換弁15を介して、シャトル弁10によって選択されたアクチュエータの最高負荷圧が導かれている。
【0017】
3ポート2位置切換弁15は、通常、スプリング16によって図1の第1切換位置15aにあり、レギュレータバルブ9の他方のパイロット室9bに、シャトル弁10によって選択されたアクチュエータの最高負荷圧を導いている。
それに対して、レバー17を操作すると、3ポート2位置切換弁15はスプリング16に抗して第2切換位置15bに切換わることになる。そして、第2切換位置15bに切換わると、レギュレータバルブ9の他方のパイロット室9bには、高圧通路1のポンプ圧が導かれることになる。
なお、この第1実施例では、スプリング16とレバー17とが相まって、この発明の切換手段を構成しているものとする。また、手動操作機構としてレバー17を用いているが、それ以外の構成にしてもかまわない。
【0018】
次に、この第1実施例における油圧駆動機械の制御装置の作用を説明する。
例えば、油圧駆動機械を寒冷地で使用したような場合、急な作動時などに、レバー17を操作して、3ポート2位置切換弁15を第2切換位置15bに切り換える。
3ポート2位置切換弁15が第2切換位置15bにあれば、レギュレータ9の両パイロット室9a、bにポンプ圧が導かれることになり、レギュレータ9はスプリング11によって、図1の切換位置を保つことになる。
したがって、このときは、可変容量ポンプPの傾転角は馬力制御シリンダ12によって決められ、図6に示す馬力一定制御がおこなわれることになる。
【0019】
このように馬力一定制御がおこなわれると、ポンプ圧は、レギュレータ制御されているときよりも高くなる。
したがって、このポンプ圧がアンロード弁13の一方のパイロット室13aに導かれ、このアンロード弁13は、ポンプ圧を、他方のパイロット室13bのアクチュエータの最高負荷圧よりもスプリング14の押付力に相当する分だけ高くするよう開位置に切換わることになる。
そして、スプリング14の押付力は、上記レギュレータバルブ9の制御時におけるポンプ圧とアクチュエータの最高負荷圧との差よりも高くなるようにセットしてあるので、それだけポンプ圧とアクチュエータの最高負荷圧との差圧、言い換えれば、制御弁2〜5の可変絞り2a〜5a前後の差圧が大きくなる。
【0020】
以上述べたように、3ポート2位置切換弁15を第2切換位置15bにすれば、ポンプ圧とアクチュエータの最高負荷圧との差圧、言い換えれば、制御弁2〜5の可変絞り2a〜5a前後の差圧を大きくしてやることができる。
したがって、例えば、油温が低いときに、3ポート2位置切換弁15を第2切換位置15bにしておけば、可変絞り2a〜5a前後の差圧を大きくした分だけ、そこを流れる流量を多く確保することができる。そして、油温が低いため少なくなってしまう流量を、可変絞り2a〜5a前後の差圧を大きくすることで補うようにすれば、アクチュエータスピードが遅くなってしまうのを防止・軽減することができ、オペレータが違和感を抱くのを避けることができる。
【0021】
しかも、可変容量ポンプPを馬力一定制御すれば、その吐出流量もロードセンシング制御の場合より多くなるので、油の循環量が多くなり、油温上昇時間を短縮させることもできる。
なお、油温が適当に上昇したら、3ポート2位置切換弁15を第1切換位置15aに戻してやればよい。このときは、上記従来例で既に説明したように、ロードセンシング制御をおこなうことになる。
また、この第1実施例の場合は、手動操作により任意に3ポート2位置切換弁15を切り換えることができるので、寒冷地での使用時はもちろん、通常作業時であっても、アクチュエータスピードを二速化することができる。
【0022】
図2に、この発明の第2実施例における油圧駆動機械の制御装置を示す。ただし、この第2実施例は、上記第1実施例の操作手段を変更しただけである。
3ポート2位置切換弁15には、コントローラーCを接続している。そして、このコントローラーCから出力された信号が導かれると、3ポート2位置切換弁15が、スプリング16に抗して第2切換位置15bに切換わるようにしている。
このコントローラーCには、油温計18を接続している。そして、コントローラーCは、油温が所定温度に達するまで、第2切換位置15bを維持するよう信号を出力する構成となっている。
なお、信号としては、圧力信号であっても、電気的な信号であってもかまわない。
【0023】
図3に、この発明の第3実施例における油圧駆動機械の制御装置を示す。ただし、この第3実施例も、上記第1実施例の操作手段を変更しただけである。
3ポート2位置切換弁15には、ロッド19を当接させるとともに、このロッド19に形状記憶スプリング20を連係させている。
この形状記憶スプリング20は、油温が所定温度に達するまで、その取り付け長さが短く、3ポート2位置切換弁15が、スプリング16によって第2切換位置15bに保たれている。ただし、油温が所定温度に達すると、その取り付け長さが長くなり、3ポート2位置切換弁15は第1切換位置15aに切換わる。
【0024】
図4に、この発明の第4実施例における油圧駆動機械の制御装置を示す。ただし、この第4実施例も、上記第1実施例の操作手段を変更しただけである。
3ポート2位置切換弁15には、ロッド19を当接させている。そして、このロッド19を組み込んだシリンダ21のボトム側室には、温度によって体積の変化するワックス22を充填している。
このワックス22は、油温が所定温度に達するまでは、その体積が小さく、3ポート2位置切換弁15が、スプリング16によって第2切換位置15bに保たれている。ただし、油温が所定温度に達すると、その体積が大きくなり、3ポート2位置切換弁15は第1切換位置15aに切換わることになる。
【0025】
なお、これら第3、4実施例では、シリンダ20、21に、タンクTと可変容量ポンプPの吸込み口とを連通する通路途中の油を導き、その温度を形状記憶スプリング20やワックス22に感熱させている。したがって、タンクT内の油温の不均一な状態を考慮しなくてもよく、より正確な油温により制御することができる。
もちろん、第2実施例においても、コントローラーCが、タンクTではなく、タンクTと可変容量ポンプPの吸込み口とを連通する通路途中から油温を検出するようにすれば、同様に、より正確な油温による制御が可能となる。
また、感熱物質としては、第3、4実施例の形状記憶スプリング20やワックス22に限らず、膨張率の高い材質ならば何を用いてもかまわない。
【0026】
【発明の効果】
第1の発明によれば、切換弁を第2切換位置にすると、ポンプ圧とアクチュエータの最高負荷圧との差圧、言い換えれば、制御弁の可変絞り前後の差圧を大きくしてやることができる。
したがって、例えば、油温が低いとき、位置切換弁を第2切換位置にしておけば、可変絞り前後の差圧を大きくした分だけ、そこを流れる流量を多く確保することができる。そして、油温が低いため少なくなってしまう流量を、可変絞り前後の差圧を大きくすることで補うようにすれば、アクチュエータスピードが遅くなってしまうのを防止・軽減し、オペレータに違和感を抱かせない。
しかも、切換弁を第2切換位置に切り換えたとき、可変容量ポンプが馬力一定制御されるので、その吐出流量は多くなる。したがって、油の循環量が多くなり、油温上昇時間を短縮させることができる。
さらに、この第1の発明では、アンロード弁と切換弁とを組み合わせたので、上記のように切換弁を第2切換位置に切り換えた場合にも、通常のロードセンシング制御よりもポンプ吐出圧を高く保った状態で、ロードセンシング制御に近い制御が可能になる。
【0027】
第2の発明によれば、第1の発明において、レバーによって任意に切換弁を切り換えることができる。したがって、寒冷地での使用時はもちろん、通常作業時にも、切換弁を切換えることで、アクチュエータスピードを二速化することができる。
第3、4の発明によれば、第1の発明において、油温が低いときに、切換弁が第2切換位置を維持するとともに、油温が所定温度に達すると、自動的に切換弁を第1切換位置に切り換えることができる。
特に、第4の発明によれば、コントローラーなどが不要なので、コストもかからない。
第5の発明によれば、第3、4の発明において、タンクと可変容量ポンプの吸込み口とを連通する通路途中から油温を検出するので、タンク内の油温の不均一な状態を考慮しなくてもよく、より正確な油温により制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例の油圧駆動機械の制御装置を示す回路図である。
【図2】第2実施例の油圧駆動機械の制御装置を示す回路図である。
【図3】第3実施例の油圧駆動機械の制御装置を示す回路図である。
【図4】第4実施例の油圧駆動機械の制御装置を示す回路図である。
【図5】従来例の油圧駆動機械の制御装置を示す回路図である。
【図6】馬力一定制御特性を示す図である。
【符号の説明】
P 可変容量ポンプ
2〜5 制御弁
2a〜5a 可変絞り
8 制御シリンダ
9 レギュレータバルブ
9a、9b パイロット室
11 スプリング
12 馬力制御シリンダ
13 アンロード弁
13a、13b パイロット室
14 スプリング
15 3ポート2位置切換弁
15a 第1切換位置
15b 第2切換位置
16 スプリング
17 レバー
C コントローラー
20 スプリング
22 ワックス
Claims (5)
- 可変絞りを有する制御弁と、この制御弁を介してアクチュエータに接続する可変容量ポンプと、一方のパイロット室にポンプ圧を導き、かつ、他方のパイロット室にアクチュエータの最高負荷圧を導き、これら差圧に応じて制御圧を生成するレギュレータバルブと、この制御圧に応じて可変容量ポンプの傾転角を制御し、ポンプ圧を、アクチュエータの最高負荷圧よりも上記レギュレータバルブのスプリングの押付力に相当する分だけ高く保つ制御シリンダと、ポンプ圧が導かれ、馬力一定制御をおこなう馬力一定制御シリンダと、可変容量ポンプに制御弁と並列に接続するとともに、一方のパイロット室にポンプ圧を導き、かつ、他方のパイロット室にアクチュエータの最高負荷圧を導き、その差圧がスプリングの押付力よりも大きくなったとき、開位置に切換わるアンロード弁とを備えた油圧駆動機械の制御装置において、切換手段によって切換わる切換弁を設けるとともに、この切換弁は、レギュレータバルブの他方のパイロット室にアクチュエータの最高負荷圧を導く第1切換位置と、レギュレータバルブの他方のパイロット室にポンプ圧を導く第2切換位置とを有し、かつ、上記アンロード弁は、そのスプリングの押付力を、上記レギュレータバルブの制御時におけるポンプ圧とアクチュエータの最高負荷圧との差よりも高くし、制御弁の可変絞り前後の差圧を大きくすることを特徴とする油圧駆動機械の制御装置。
- 切換手段は、切換弁を第1切換位置に保つスプリングと、このスプリングに抗して切換弁を第2切換位置に切り換える手動操作機構とを備えたことを特徴とする請求項1記載の油圧駆動機械の制御装置。
- 切換手段は、切換弁を第1切換位置に保つスプリングと、油温を検出するとともに、油温が所定温度に達するまで、切換弁をスプリングに抗して第2切換位置に維持するよう信号を出力するコントローラーとを備えたことを特徴とする請求項1記載の油圧駆動機械の制御装置。
- 切換手段は、温度により長さや体積が変化する感熱物体を備え、油温が所定温度に達するまで、切換弁を第2切換位置に維持し、油温が所定温度に達すると、この感熱物体の長さや体積が変化して、切換弁を第1切換位置に切換える構成にしたことを特徴とする請求項1記載の油圧駆動機械の制御装置。
- タンクとポンプの吸込み口とを連通する通路途中で油温を検出あるいは感熱する構成にしたことを特徴とする請求項3又は4記載の油圧駆動機械の制御装置。
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