JP3800573B2 - アンロード弁 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ショベルの油圧システム等に用いられて油圧ポンプの吐出圧油をアンロードするアンロード弁に関する。
【0002】
【従来の技術】
油圧ポンプの吐出圧油を操作弁でアクチュエータに供給する油圧システムにおいて、その操作弁が、ポンプポートが中立位置で遮断されるクローズドセンタ形式の操作弁を用いると操作弁が中立位置の時に油圧ポンプの吐出圧(以下ポンプ圧という)がリリーフ弁のセット圧まで上昇する。このために、油圧ポンプを駆動するエンジンの馬力を無駄に消費する。
【0003】
このことを解消するために、油圧ポンプの吐出路(以下ポンプ吐出路という)にアンロード弁を設け、操作弁が中立位置の時には油圧ポンプの吐出圧油(以下ポンプ吐出圧油という)をタンクに流出し、操作弁が圧油供給位置の時にはポンプ吐出圧油をタンクに流出しないようにしている。
【0004】
前述のアンロード弁は、弁本体にスプールを設け、このスプールをポンプ吐出圧で入口ポートをタンクポートに連通する位置に向けて移動し、アクチュエータの負荷圧(以下負荷圧という)とスプリングでスプールを入口ポートとタンクポートを遮断する位置に向けて移動し、入口ポートをポンプ吐出路に連通し、タンクポートをタンクに連通して、ポンプ圧と負荷圧の差圧(ポンプ圧−負荷圧)がスプリングで決まる所定圧力よりも大きくなるとポンプ吐出圧油をタンクに流出する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このアンロード弁であると、ポンプ吐出圧油をタンクに流出する時のポンプ圧と負荷圧の差圧、つまりアンロード開始圧力が一定である。このために、油圧ポンプの吐出量が変化してもアンロード開始圧力が同一となってしまう。差圧を△P、流量をQとすると、Q=k×A×平方根△P(kは定数、Aは開口面積)の関係にあるので、アンロード開始圧力が一定であると流量も一定になる。このことは、エンジン回転速度を変化させても流量が変化しない領域ができてしまうことである。したがって、作業機の速度も変化せず作業者の感覚と合わなくなってしまう。
【0006】
そこで、本発明は前述の課題を解決できるようにしたアンロード弁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及び作用・効果】
本発明は、エンジン35で駆動される第1油圧ポンプ1の吐出路に設けた第1のアンロード弁3と、
エンジン35で駆動される第2油圧ポンプ11の吐出路に設けた第2のアンロード弁13と、
前記第1油圧ポンプ1の吐出圧油と前記第2油圧ポンプ11の吐出圧油を合流、分離する合流弁30と、
前記第1油圧ポンプ1と第2油圧ポンプ8の最高ポンプ吐出圧を設定するリリーフ弁34と、
前記エンジン35で駆動される補助油圧ポンプ36の吐出路37に設けた絞り38を備え、
前記第1・第2のアンロード弁3,13は、スプリング40と第1受圧部41の圧力と第1補助受圧部42の圧力で流入ポート53とタンクポート54を遮断する遮断位置Eに向けて押され、第2受圧部43の圧力と第2補助受圧部44の圧力で流入ポート53とタンクポート5を連通するアンロード位置Fに向けて押され、
前記第1受圧部41に負荷圧が供給され、第2受圧部43にポンプ吐出圧が供給され、前記絞り38の上流側圧力が第1補助受圧部42に供給され、かつ下流側圧力が第2補助受圧部44に供給される構成とし、
前記合流弁30は、第1ポンプポート71と第2ポンプポート75を連通すると共に、第1出力ポート72と第2出力ポート74を連通する連通位置Cと、前記第1ポンプポート71と第2ポンプポート75を遮断すると共に、第1出力ポート72と第2出力ポート74を遮断する遮断位置Dを有し、
前記リリーフ弁34は高圧側室85と低圧側室86を連通、遮断し、
前記第1のアンロード弁3と、第2のアンロード弁13を弁本体の幅方向一側寄りで厚さ方向両側寄り位置にそれぞれ設け、
前記合流弁30を弁本体の幅方向他側寄りで厚さ方向一側寄り位置に設け、前記リリーフ弁34を前記弁本体の幅方向他側寄りで厚さ方向他側寄り位置に設け、
前記第1のアンロード弁3の流入ポート53、第1受圧部41に相当する第1受圧室64、第2補助受圧部44に相当する第2補助受圧室65は弁本体の厚さ方向一側面に開口し、第2受圧部43に相当する第2受圧室57は流入ポート53に連通し、第1補助受圧部42に相当する第1補助受圧室61は第2油孔83)に連通し、
前記第2のアンロード弁13の流入ポート53、第1受圧部41に相当する第1受圧室64は弁本体の厚さ方向他側面に開口し、第2補助受圧部44に相当する第2補助受圧部65は前記第1のアンロード弁3の第2補助受圧部65に連通し、第2受圧部43に相当する第2補助受圧部65は流入ポート53に連通し、第1補助受圧部42に相当する第1補助受圧室61は前記第2油孔83に連通し、
前記合流弁30の第1・第2ポンプポート71,75は弁本体の長さ方向の両端面にそれぞれ開口し、第1出力ポート72は第1アンロード弁3の流入ポート53に連通し、第2出力ポート74は第2のアンロード弁13の流入ポート53に連通し、第1のアンロード弁3の前記第2補助受圧室65は弁本体の幅方向一端面に開口し、
前記リリーフ弁34の高圧側室85が、弁本体内に設けた高圧優先弁33に相当するチェック弁33aを経て第1・第2ポンプポート71,75側に連通していることを特徴とするアンロード弁である。
【0008】
本発明によれば、補助油圧ポンプ36の吐出量はエンジン回転速度に比例し、その吐出路37に設けた絞り38の上流側圧力と下流側圧力の差圧はエンジン回転数の2乗に比例するし、アンロード弁は絞り38の上流側圧力と下流側圧力の差圧で遮断方向に押されるから、アンロード弁はエンジン回転速度の2乗に比例した力で遮断方向に押される。
【0009】
これによって、アンロード弁のアンロード開始圧力はエンジン回転速度が速い時に高く、遅い時に低くなるので、エンジン回転速度が変化して油圧ポンプの吐出量が変化した際に、その吐出量に対応したアンロード開始圧力とすることができる。
また、第1のアンロード弁3と第2のアンロード弁13が弁本体の幅方向一側寄りで厚さ方向両側寄り位置にそれぞれ設けてあり、この弁本体の幅方向他側寄りの厚さ方向一側寄りに合流弁30、厚さ方向他側寄りにリリーフ弁34がそれぞれ設けてあるので、2つのアンロード弁3,13と合流弁30、リリーフ弁34を1つの弁本体にコンパクトに設けることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1に示すように、第1油圧ポンプ1の吐出路2には第1のアンロード弁3、圧力補償弁4、左走行操作弁5(つまり、第1の操作弁)が設けてあり、その走行操作弁5を中立位置Nから第1位置A、第2位置Bに切換えることで左走行モータ6(つまり、第1の油圧アクチュエータ)に吐出路2の圧油を供給する。
【0015】
第2油圧ポンプ11の吐出路12には第2のアンロード弁13、圧力補償弁14を介して右走行操作弁15(つまり、第2の操作弁)が設けてあり、その右走行操作弁15を中立位置Nから第1位置A、第2位置Bに切換えると右走行モータ16(つまり、第2の油圧アクチュエータ)に吐出路12の圧油を供給する。
【0016】
前記第2油圧ポンプ11の吐出路12には作業機用回路18(つまり、第3の油圧アクチュエータ用回路)が接続してあり、この作業機用回路18には圧力補償弁19を介して複数の作業機操作弁20(つまり、第3の操作弁)がそれぞれ接続してある。
【0017】
作業機用操作弁20を中立位置Nから第1位置A、第2位置Bに切換えると作業機用回路18の圧油が作業機シリンダ21(つまり、第3の油圧アクチュエータ)に供給される。なお、図1においては作業機操作弁20、作業機シリンダ21は1つのみしか図示していないが、実際には複数備えている。
【0018】
前記左走行操作弁5、右走行操作弁15、作業機操作弁20は負荷圧検出ポート22を有し、第1位置A、第2位置Bとした時に負荷圧が負荷圧検出ポート22に検出される。
【0019】
前記圧力補償弁4はチェック弁部23と減圧弁部24を備え、減圧弁部24は負荷圧検出ポート22に検出した当該圧力補償弁4から圧油が供給される油圧アクチュエータの負荷圧(以下自己の負荷圧という)を第1負荷圧回路25へ出力するように作動し、この圧力補償弁4は自己の負荷圧と他の油圧アクチュエータの負荷圧(以下他の負荷圧という)における高い方の負荷圧でセットされる。
【0020】
具体的には、自己の負荷圧が高い時にはチェック弁部23の開口面積が大きく、その自己の負荷圧が第1負荷圧回路25に出力される。他の負荷圧が高い時にはチェック弁部23の開口面積が小さく、自己の負荷圧は第1負荷圧回路25に出力されない。
【0021】
前記圧力補償弁14と圧力補償弁19も同様にチェック弁部23と減圧弁部24を備え、減圧弁部24は負荷圧検出ポート22に検出した自己の負荷圧と第2負荷圧回路26へ出力するように作動し、この圧力補償弁4は自己の負荷圧と他の負荷圧における高い方の負荷圧でセットされる。
【0022】
前記吐出路2と吐出路12及び第1負荷圧回路25と第2負荷圧回路26は合流弁30で合流・分離される。この合流弁30はスプリング31で合流位置Cに保持され、受圧部32に圧油が作用すると分離位置Dに切換る。この受圧部32に作用する圧油は、任意に設定可であり、油圧回路中から特定の信号として導入しても良く、作業者のレバー操作による圧油の導入でも良い。
【0023】
前記吐出路2と吐出路12は高圧優先弁33でリリーフ弁34に接続し、その吐出路2、吐出路12の最高圧がリリーフ弁34のリリーフセット圧以上とならないようにしてある。
【0024】
前記第1・第2油圧ポンプ1,11を駆動するエンジン35で補助油圧ポンプ36を駆動する。補助油圧ポンプ36は固定容量型であり、その吐出圧油は、作業機操作弁20を切換えるパイロット圧等として利用される。その吐出路37に絞り38が設けてあり、この絞り38の上流側圧力と下流側圧力との差圧で補助油圧ポンプ36の吐出量、つまりエンジン35の回転速度を検出できるようにしてある。なお、ここで、補助油圧ポンプ36をパイロット圧発生とエンジン回転速度の検出に共用しているが、補助油圧ポンプ36はエンジン回転速度を検出するだけとしても良い。
【0025】
前記アンロード弁3,13はスプリング40と第1受圧部41に作用する負荷圧と第1補助受圧部42の圧力で遮断位置Eに押され、第2受圧部43に作用するポンプ吐出圧と第2補助受圧部44の圧力でアンロード位置Fに押される。
【0026】
前記アンロード弁3、アンロード弁13の第1補助受圧部42に前記絞り38の上流側圧力が作用し、その第2補助受圧部44に絞り38の下流側圧力が作用する。これによって、アンロード弁3,13を閉じ方向に押す力が作用し、その力はエンジン35の回転速度の2乗に比例する。
【0027】
次にアンロード弁3,13の動作を説明する。
アンロード弁3,13は各操作弁が中立位置Nで負荷圧ゼロの時に第1・第2油圧ポンプ1,11のポンプ吐出圧を低圧とする。つまり、第1・第2油圧ポンプン1,11は容量ゼロから容量増加すると応答性が悪くなるので、操作弁が中立位置の時に若干の容量としてあり、操作弁が中立位置Nの時にも圧油を吐出するので、ポンプ吐出圧が上昇する。ポンプ吐出圧が上昇するとアンロード弁3,13がスプリング40及び絞り38の差圧に抗してアンロード位置Fに押され、ポンプ吐出圧油はアンロードし、ポンプ吐出圧はアンロード弁3,13のアンロード開始圧力よりも高圧とならない。つまり、ポンプ吐出圧と負荷圧の差圧はエンジン回転数が一定であれば一定となる。
【0028】
また、エンジン35の回転速度(第1・第2油圧ポンプ1,11の回転数)が変化すると、前述のように絞り38前後の差圧が変化してアンロード弁3,13を閉じ方向に押す力がエンジン回転速度に比例して変化する。
【0029】
これにより、アンロード弁3、アンロード弁13のアンロード開始圧力はエンジン回転速度が速い時には高く、遅い時には低くなるので、エンジン回転速度が変化して第1・第2油圧ポンプ1,11の吐出量(単位時間当り吐出量)が変化した際に、その吐出量に対応したアンロード開始圧力とすることができる。
【0030】
次にアンロード弁3の具体形状を説明する。
図2に示すように、弁本体50に第1スプール孔51と第2スプール孔52が同心状に形成され、第1スプール孔51に入口ポート53とタンクポート54を連通・遮断する第1スプール55が嵌挿してある。第1スプール55には入口ポート53の圧力を第2受圧室56に供給する油孔57が形成してあり、この第2受圧室56の圧力で第1スプール55は入口ポート53とタンクポート54を連通する方向に押される。つまり、第2受圧室56が第1図における第2受圧部43に相当する。
【0031】
第2スプール孔52には第2スプール58が嵌挿してあり、この第2スプール58の小径部58aと前記第1スプール55の小径部55aが連通孔59に嵌挿してある。第2スプール58はスプリング60と第1補助受圧室61の圧力で図中左方に押されて前記第1スプール55を流入ポート53とタンクポート54を遮断する方向に押す。つまり、第1補助受圧室61が図1における第1補助受圧部42に相当し、スプリング60がスプリング40に相当する。
【0032】
前記第2スプール58の盲穴62にロードピストン63が嵌挿されて第1受圧室64を形成し、第2スプール孔52と第2スプール58で第2補助受圧室65を形成している。第1受圧室64の圧力で第2スプール58は左方に移動され、第2補助受圧室65の圧力で第2スプール58は右方に移動する。つまり、第1受圧室64、第2補助受圧室65が図1における第1受圧部41、第2補助受圧部44に相当する。
【0033】
このようであるから、流入ポート53に第1油圧ポンプ1の吐出圧油、第1受圧室64に負荷圧、第1補助受圧室61に絞り38の上流側圧力、第2補助受圧室65に絞り38の下流側圧力をそれぞれ供給することで、前述の第1アンロード弁3と同様にアンロードする。
【0034】
次に各弁の具体形状を説明する。
図3に示すように、第1弁本体66−1と第2弁本体66−2と第3弁本体66−3は所定の幅a−1,a−2,a−3と厚さb−1,b−2,b−3と長さc−1,c−2,c−3を有する直方体で、それらは厚さ方向に重ね合せ連結される。第1弁本体66−1の幅方向一側寄りに第1のアンロード弁3と第2のアンロード弁13が厚さ方向に間隔を置いて設けてあり、幅方向他側寄りに合流弁30とリリーフ弁34が設けてある。第2弁本体66−2の幅方向に間隔を置いて左走行操作弁4と圧力補償弁5が設けてある。第3弁本体66−3の幅方向に間隔を置いて右走行操作弁14と圧力補償弁15が設けてある。
【0035】
前記第1・第2のアンロード弁3,13は図2に示すアンロード弁と同一形状で、第1のアンロード弁3の流入ポート53、第2補助受圧室65、第1受圧室64は第1・第2・第3ポート67−1,67−2,67−3で第1弁本体66−1の厚さ方向一側面66−1a(下面)に開口している。第2のアンロード弁13の流入ポート53、第1受圧室64は第4・第5ポート67−4,67−5で第1弁本体66−1の厚さ方向他側面66−1b(上面)に開口している。第2補助受圧室65は第1油孔68で第2補助受圧室65に連通している。
【0036】
合流弁30は図5に示すように、第1弁本体66−1に形成したスプール孔70に第1ポンプポート71、第1出力ポート72、中間ポート73、第2出力ポート74、第2ポンプポート75、第1負荷圧ポート76、第2負荷圧ポート77を長さ方向に順次形成してあり、このスプール孔70にスプール78が嵌挿してある。
【0037】
前記スプール78はスプリング79で第1位置に押されて各ポートを連通し、合流弁30が連通位置Cとなる。スプール78は受圧室80の圧力で第2位置に押されて第1出力ポート72と中間ポート73及び中間ポート73と第2出力ポート74を遮断して合流弁30が遮断位置Eとなる。
【0038】
前記第1・第2ポンプポート71,75は第1弁本体66−1の長さ方向の両端面66−1c,66−1dに開口連通している。第1出力ポート72は第1のアンロード弁3の入口ポート53に連通している。第1のアンロード弁3の第2補助受圧室65は第1弁本体66−1の幅方向一端面66−1eに開口している。82は第1負荷圧導入油孔、83は第2油孔であり、第2油孔83が第1・第2のアンロード弁3,13の第1補助受圧室61にそれぞれ連通している。
【0039】
前記第2のアンロード弁13の入口ポート53は連通油孔84で合流弁30の第2出力ポート74に連通している。前記第1ポンプポート71と中間ポート73と連通油孔84は図1において高圧優先弁33に相当するチェック弁33aでリリーフ弁34の高圧側室85に連通し、そのリリーフ弁34の低圧側室86はタンク通路87に連通している。
【0040】
前記左走行操作弁5、右走行操作弁15は図7に示すように、第2・第3弁本体66−2,66−3のスプール孔90に第1タンクポート91、第1アクチュエータポート92、第1中間ポート93、入力ポート94、第2中間ポート95、第2アクチュエータポート96、第2タンクポート97を長さ方向に間隔を置いて順次形成し、そのスプール孔90にスプール98を嵌挿してある。
【0041】
圧力補償弁4,14は第2・第3弁本体4,14の第1スプール孔100に入口ポート101と出口ポート102を連通・遮断する第1スプール103を嵌挿してチェック弁部23とし、第2スプール孔104に第2スプール105を嵌挿して減圧弁24とした従来公知のものである。
【0042】
第2弁本体66−2に設けた左走行操作弁4の第1タンクポート91、圧力補償弁4の入口ポート101は厚さ方向他側面(上面)に開口し、第2弁本体66−2を第1弁本体66−1の厚さ方向一側面(下面)66−1aに重ね合せて連結すると第1タンクポート91がタンクポート54に連通し、入口ポート101が流入ポート53に連通する。
【0043】
第3弁本体66−3に設けた右走行操作弁5の第1タンクポート91、圧力補償弁14の入口ポート101は厚さ方向一側面(下面)に開口し、第3弁本体66−3を第1弁本体66−1の厚さ方向他側面(上面)66−1bに重ね合せて連結すると第1タンクポート91がタンクポート54に連通し、入口ポート101が流入ポート53に連通する。
【0044】
このようであるから、第1弁本体66−1に第1・第2のアンロード弁3,13と合流弁30とリリーフ弁13をコンパクトに設けることができるし、第1弁本体66−1に第2・第3弁本体66−2,66−3を重ね合せて連結することで図1に示す油圧回路となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のアンロード弁を用いた油圧システムの説明図である。
【図2】アンロード弁の具体形状を示す断面図である。
【図3】第1・第2・第3弁本体を分離した状態の概略斜視図である。
【図4】図3のd−d断面詳細図である。
【図5】図3のe−e断面詳細図である。
【図6】図3のf−f断面詳細図である。
【図7】図3のg−g断面詳細図である。
【符号の説明】
1…第1油圧ポンプ
2…吐出路
3…第1のアンロード弁
4…圧力補償弁
5…左走行操作弁
6…左走行モータ
11…第2油圧ポンプ
12…吐出路
13…第2のアンロード弁
14…圧力補償弁
15…右走行操作弁
16…右走行モータ
18…作業機用回路
19…圧力補償弁
20…作業機操作弁
21…作業機シリンダ
23…チェック弁部
24…減圧弁部
25…第1負荷圧回路
26…第2負荷圧回路
30…合流弁
33…高圧優先弁
33a…チェック弁
34…リリーフ弁
35…エンジン
36…補助油圧ポンプ
37…吐出路
38…絞り
40…スプリング
41…第1受圧部
42…第1補助受圧部
43…第2受圧部
44…第2補助受圧部
50…弁本体
51…第1スプール孔
52…第2スプール孔
53…流入ポート
54…タンクポート
55…第1スプール
56…第2受圧室
58…第2スプール
61…第1補助受圧室
64…第1受圧室
65…第2補助受圧室
66−1…第1弁本体
66−2…第2弁本体
66−3…第3弁本体
70…スプール孔
71…第1ポンプポート
72…第1出力ポート
74…第2出力ポート
75…第2ポンプポート
78…スプール
90…スプール孔
91…第1タンクポート
92…第1アクチュエータポート
96…第2アクチュエータポート
97…第2タンクポート
98…スプール
101…入口ポート
103…第1スプール
105…第2スプール。

Claims (1)

  1. エンジン(35)で駆動される第1油圧ポンプ(1)の吐出路に設けた第1のアンロード弁(3)と、
    エンジン(35)で駆動される第2油圧ポンプ(11)の吐出路に設けた第2のアンロード弁(13)と、
    前記第1油圧ポンプ(1)の吐出圧油と前記第2油圧ポンプ(11)の吐出圧油を合流、分離する合流弁(30)と、
    前記第1油圧ポンプ(1)と第2油圧ポンプ(8)の最高ポンプ吐出圧を設定するリリーフ弁(34)と、
    前記エンジン(35)で駆動される補助油圧ポンプ(36)の吐出路(37)に設けた絞り(38)を備え、
    前記第1・第2のアンロード弁(3),(13)は、スプリング(40)と第1受圧部(41)の圧力と第1補助受圧部(42)の圧力で流入ポート(53)とタンクポート(54)を遮断する遮断位置Eに向けて押され、第2受圧部(43)の圧力と第2補助受圧部44の圧力で流入ポート(53)とタンクポート(5)を連通するアンロード位置(F)に向けて押され、
    前記第1受圧部(41)に負荷圧が供給され、第2受圧部(43)にポンプ吐出圧が供給され、前記絞り(38)の上流側圧力が第1補助受圧部(42)に供給され、かつ下流側圧力が第2補助受圧部(44)に供給される構成とし、
    前記合流弁(30)は、第1ポンプポート(71)と第2ポンプポート(75)を連通すると共に、第1出力ポート(72)と第2出力ポート(74)を連通する連通位置(C)と、前記第1ポンプポート(71)と第2ポンプポート(75)を遮断すると共に、第1出力ポート(72)と第2出力ポート(74)を遮断する遮断位置(D)を有し、
    前記リリーフ弁(34)は高圧側室(85)と低圧側室(86)を連通、遮断し、
    前記第1のアンロード弁(3)と、第2のアンロード弁(13)を弁本体の幅方向一側寄りで厚さ方向両側寄り位置にそれぞれ設け、
    前記合流弁(30)を弁本体の幅方向他側寄りで厚さ方向一側寄り位置に設け、前記リリーフ弁(34)を前記弁本体の幅方向他側寄りで厚さ方向他側寄り位置に設け、
    前記第1のアンロード弁(3)の流入ポート(53)、第1受圧部(41)に相当する第1受圧室(64)、第2補助受圧部(44)に相当する第2補助受圧室(65)は弁本体の厚さ方向一側面に開口し、第2受圧部(43)に相当する第2受圧室(57)は流入ポート(53)に連通し、第1補助受圧部(42)に相当する第1補助受圧室(61)は第2油孔(83)に連通し、
    前記第2のアンロード弁(13)の流入ポート(53)、第1受圧部(41)に相当する第1受圧室(64)は弁本体の厚さ方向他側面に開口し、第2補助受圧部(44)に相当する第2補助受圧部(65)は前記第1のアンロード弁(3)の第2補助受圧部(65)に連通し、第2受圧部(43)に相当する第2補助受圧部(65)は流入ポート(53)に連通し、第1補助受圧部(42)に相当する第1補助受圧室(61)は前記第2油孔(83)に連通し、
    前記合流弁(30)の第1・第2ポンプポート(71),(75)は弁本体の長さ方向の両端面にそれぞれ開口し、第1出力ポート(72)は第1アンロード弁(3)の流入ポート(53)に連通し、第2出力ポート(74)は第2のアンロード弁(13)の流入ポート(53)に連通し、第1のアンロード弁(3)の前記第2補助受圧室(65)は弁本体の幅方向一端面に開口し、
    前記リリーフ弁(34)の高圧側室(85)が、弁本体内に設けた高圧優先弁(33)に相当するチェック弁(33a)を経て第1・第2ポンプポート(71),(75)側に連通していることを特徴とするアンロード弁。
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