JP4703418B2 - Control circuit for hydraulic actuator - Google Patents
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Description
この発明は、パワーショベルのブームや、アーム、バケットなどの油圧アクチュエータを制御する制御回路に関する。 The present invention relates to a control circuit that controls hydraulic actuators such as a boom, an arm, and a bucket of a power shovel.
油圧ショベルなどの建設機械の油圧アクチュエータを制御する回路として、特許文献1に示すような回路がある。このような回路では、メインの油圧ポンプとアクチュエータとの間に制御弁を設け、この制御弁の切り換え位置によって、メインポンプからアクチュエータへ供給する圧油の供給量や方向を制御するようにしている。
また、上記メインポンプからアクチュエータヘ作動油を供給する供給通路とは別に、パイロット通路を設け、パイロット通路中に設けた操作レバーの操作量に応じて、パイロット通路に発生するパイロット圧をパイロット室へ導いて、上記制御弁を切り換えるようにしている。
そして、上記パイロット通路には、制御弁のパイロット室へ導くパイロット圧力源として、アクチュエータへ作動流体を供給するメインのポンプとは別のパイロット用ポンプを接続している
A pilot passage is provided separately from the supply passage for supplying hydraulic oil from the main pump to the actuator, and the pilot pressure generated in the pilot passage is supplied to the pilot chamber according to the amount of operation of the operation lever provided in the pilot passage. The control valve is switched.
The pilot passage is connected with a pilot pump different from the main pump that supplies the working fluid to the actuator as a pilot pressure source that leads to the pilot chamber of the control valve.
上記回路では、制御弁を切り換えるためのパイロット圧力源として、アクチュエータへ作動流体を供給するための作動流体用のメインポンプとは別の、パイロット用ポンプを用いている。
このように2台のポンプを用いるため、2台のポンプを駆動する駆動源が必要であり、その分のエネルギーが必要である。
In the above circuit, a pilot pump, which is different from the main pump for working fluid for supplying the working fluid to the actuator, is used as a pilot pressure source for switching the control valve.
Since two pumps are used in this way, a drive source for driving the two pumps is required, and energy corresponding to that is required.
この発明の目的は、省エネルギー化を実現するために、パイロット圧力源用として専用のポンプを不要にした油圧アクチュエータ用制御回路を提供することである。 An object of the present invention is to provide a hydraulic actuator control circuit that eliminates the need for a dedicated pump for a pilot pressure source in order to realize energy saving.
第1の発明は、ポンプと、このポンプに接続した供給通路と、この供給通路に接続し、アクチュエータに供給する作動流体の方向および量を制御する制御弁とを備え、全ての制御弁が中立位置を保っているとき、ポンプからの吐出流体が、各制御弁およびそれらを接続する中立通路を経由してタンクへ導かれ、いずれかの制御弁を中立位置以外の位置に切り換えたとき、上記中立通路が遮断されるとともに、切り換えた制御弁に接続されたアクチュエータへ作動流体が供給される構成にした油圧アクチュエータ用制御回路において、各制御弁を直列に接続し、各制御弁へパイロット一次圧を導くためのパイロット一次圧通路と、各制御弁に接続したアクチュエータの負荷圧のうち最高負荷圧を選択する高圧選択回路と、上記中立通路であって上記制御弁の下流側と上記高圧選択回路とを接続する接続路とを備え、上記接続路の中間には上記パイロット一次圧通路を接続するとともに、上記各制御弁において中立通路が連通状態のときには、中立通路に圧力を発生させ、その圧力を上記接続路を介してパイロット一次圧通路へ導くパイロット圧力源とする一方、制御弁の切り換えによって上記中立通路が遮断された状態では、上記高圧選択回路の圧力を上記接続路を介してパイロット一次圧通路へ導くパイロット圧力源とする構成にした点に特徴を有する。 The first invention includes a pump, a supply passage connected to the pump, and a control valve connected to the supply passage and controlling the direction and amount of the working fluid supplied to the actuator, and all the control valves are neutral. When the position is maintained, the fluid discharged from the pump is guided to the tank via each control valve and the neutral passage connecting them, and when any of the control valves is switched to a position other than the neutral position, In the control circuit for a hydraulic actuator configured so that the neutral passage is blocked and the working fluid is supplied to the actuator connected to the switched control valve, the control valves are connected in series, and the pilot primary pressure is connected to each control valve. A pilot primary pressure passage, a high pressure selection circuit for selecting the highest load pressure among the load pressures of the actuators connected to each control valve, and the neutral passage. A connection path connecting the downstream side of the control valve and the high pressure selection circuit, and the pilot primary pressure passage is connected between the connection paths, and when the neutral passage is in communication with each control valve In the state where the neutral passage is generated by generating a pressure in the neutral passage and the pressure is led to the pilot primary pressure passage through the connection passage, and the neutral passage is shut off by switching the control valve, the high pressure selection circuit This is characterized in that it is configured as a pilot pressure source that guides the pressure to the pilot primary pressure passage through the connection path.
第2の発明は、第1の発明を前提とし、
上記中立通路であって上記パイロット一次圧通路の接続点より下流側にリリーフ弁を設けるとともに、このリリーフ弁を迂回してタンクへ連通する迂回路と、この迂回路を開閉する第1開閉弁と、上記接続路と上記高圧選択回路との間に設けた第2開閉弁とを備え、上記各制御弁の中立通路が連通状態であってアクチュエータの動作準備時からアクチュエータの操作中は、上記第1開閉弁を閉位置に保つことよって迂回路を閉じ、上記中立通路に上記リリーフ弁の設定圧に基づく圧力を発生させ、その圧力をパイロット圧力源とする一方、上記制御弁の切り換えによって中立通路が完全に遮断されるまでの所定のタイミングで、上記第2開閉弁を開位置にして上記接続路を介して上記高圧選択回路とパイロット一次圧通路とを連通させ、高圧選択回路の圧力を、減圧弁を介して減圧してパイロット圧力源とする構成にした点に特徴を有する。
The second invention is based on the first invention,
A relief valve provided in the neutral passage downstream of the connection point of the pilot primary pressure passage; a bypass route that bypasses the relief valve and communicates with the tank; and a first open / close valve that opens and closes the bypass route; A second on-off valve provided between the connection path and the high-pressure selection circuit, and the neutral passages of the control valves are in communication with each other and the actuator is in operation after the actuator is prepared for operation. 1 By keeping the on-off valve in the closed position, the bypass is closed and a pressure based on the set pressure of the relief valve is generated in the neutral passage, and the pressure is used as a pilot pressure source, while the neutral passage is switched by switching the control valve. At a predetermined timing until the valve is completely shut off, the high pressure selection circuit and the pilot primary pressure passage are communicated with each other through the connection path by opening the second on-off valve. The pressure of 択回 path has a feature in that a configuration of the pilot pressure source and vacuum through the vacuum valve.
第1、第2の発明では、アクチュエータ用の制御弁を制御するためのパイロット圧力源として、中立時には、中立通路を流れる流量を利用して発生させた圧力を利用し、中立通路が遮断された場合には、アクチュエータの負荷圧を利用するようにしているので、パイロット圧力源として専用のポンプを設ける必要がない。
そのため、パイロット用ポンプの駆動源を必要とせず、従来のように2台のポンプを用いる場合と比べて、省エネルギー化ができる。
特に、パイロット圧力源としてアクチュエータ負荷圧を利用することができるため、エネルギーの有効利用ができる。
In the first and second inventions, as the pilot pressure source for controlling the control valve for the actuator, the pressure generated by using the flow rate flowing through the neutral passage is used at the neutral time, and the neutral passage is blocked. In this case, since the load pressure of the actuator is used, it is not necessary to provide a dedicated pump as a pilot pressure source.
Therefore, a driving source for the pilot pump is not required, and energy can be saved as compared with the case where two pumps are used as in the prior art.
In particular, since the actuator load pressure can be used as a pilot pressure source, energy can be used effectively.
図1は、この発明の一実施形態である油圧ショベル用の制御回路である。
この制御回路Cは、図1に示すようにモーターMで駆動するポンプPに、ポンプ通路1を接続するとともに、このポンプ通路1の下流には、走行用モーター2、バケットシリンダ3、ブームシリンダ4を設けている。なお、上記走行用モーター2、バケットシリンダ3およびブームシリンダ4が、この発明の油圧アクチュエータに相当する。
また、ポンプ通路1を、中立通路5と供給通路6とに分岐させている。このようにした中立通路5および供給通路6には、上記走行用モーター2を制御するモーター用の制御弁7、バケットシリンダ3を制御するバケット用の制御弁8、ブームシリンダ4を制御するブーム用の制御弁9を接続している。
なお、各制御弁7,8,9には、供給通路6から分岐する各通路6a,6bおよび6を接続している。
FIG. 1 is a control circuit for a hydraulic excavator according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the control circuit C connects a
Further, the
The
また、上記制御弁7は、通路12a,12bによってモーター2のポート2a,2bに接続し、制御弁8は、通路13a,13bによってバケットシリンダ3のポート3a,3bと接続し、制御弁9は、通路14a、14bによってブームシリンダ4のポート4a,4bと接続している。
そこで、上記各制御弁7,8,9のそれぞれを、図示の中立位置から、左右の切り換え位置に切り換えたとき、切り換わる制御弁に接続されたアクチュエータが、駆動制御されるようにしている。
The
Therefore, when each of the
また、上記各制御弁7,8,9は、それぞれ電磁油圧パイロット切り換え式のスプール弁であり、パイロット一次圧通路10また11に発生する一次圧を、電磁弁7c、8c、9cで制御し、制御したパイロット圧をそれぞれのパイロット室7a,7b、8a,8b、9a,9bへ導いてスプール位置を切り換えるようにしている。
なお、上記パイロット一次圧通路10、11にパイロット圧力源となる一次圧を発生させる作用については、後で詳しく説明する。
また、上記制御弁7,8,9を制御するためには、図示しない操作レバーなどの操作手段を介して電磁弁7c,8c,9cを制御するようにしている。
Each of the
The operation of generating a primary pressure serving as a pilot pressure source in the pilot
Further, in order to control the
例えば、制御弁7の一方のパイロット室7aにパイロット圧を導いて、この制御弁7を図示の状態から左側の切り換え位置に切り換える場合には、パイロット一次圧通路10に発生した一次圧を、電磁弁7cで制御し、そのパイロット圧をパイロット室7aに導くようにする。このパイロット圧が、他方のパイロット室7b側からの押圧力に打ち勝てば、左側の切り換え位置に切り換わる。反対に、パイロット一次圧通路11の一次圧を電磁弁7cで制御してパイロット室7bへ導いて、制御弁7を図示の右側の切り換え位置に切り換えることができる。要するに、各制御弁は、スプールの両側に作用するスプリング力およびパイロット圧による両方向の押圧力がバランスする位置に切り換わることになる。
For example, when pilot pressure is introduced into one pilot chamber 7a of the
そして、この制御弁7が、図示の中立位置から、左右の切り換え位置に切り換わると、ポンプPの吐出流体が、供給通路6の分岐路6aから制御弁7を介して、アクチュエータである走行用モーター2へ供給される。そして、モーター2からの戻り流体が制御弁7を介して戻り通路15へ戻され、モーター2を駆動することができる。
When the
同様に他の制御弁8,9も、切り換えることができる。
そして、制御弁8を切り換えた場合には、供給通路6の分岐路6bから、制御弁8を介した作動流体が、バケットシリンダ3へ供給され、バケットシリンダ3からの戻り流体が、制御弁8を介して戻り通路15を経由し、タンクTへ戻される。
また、制御弁9を制御すれば、それに接続されたブームシリンダ4を制御することができる。
Similarly, the other control valves 8 and 9 can be switched.
When the control valve 8 is switched, the working fluid via the control valve 8 is supplied to the
Further, if the control valve 9 is controlled, the boom cylinder 4 connected thereto can be controlled.
さらに、上記中立通路5であって、上記制御弁7,8,9の下流側には、分岐点Aから迂回路5aを設け、迂回路5aにはこの発明の第1開閉弁16を設け、この迂回路5aと並列な中立通路部分にはリリーフ弁17を設けている。そして、このリリーフ弁17の設定圧をPrとする。
また、上記モーター2、バケットシリンダ3、ブームシリンダ4に接続された全ての流体通路12a,12b、13a,13b、14a,14bには、これら全通路中の最高圧を選択する高圧選択回路18を接続している。この高圧選択回路18では、各アクチュエータに接続された一対の通路から負荷圧が選択されるので、結果として、全アクチュエータの最高負荷圧を選択することになる。
Further, in the
Further, all the fluid passages 12a, 12b, 13a, 13b, 14a, 14b connected to the
上記高圧選択回路18と、上記中立通路5の分岐点Aとを接続する接続路19を設け、その中間の接続点Bに上記パイロット一次圧通路10,11を接続している。また、接続路19と上記高圧選択回路18との間に、この発明の第2開閉弁20と、減圧弁21、チェック弁22を図示の順に接続し、上記減圧弁21の設定圧をPdとする。
また、上記第1開閉弁16および第2開閉弁20は、それぞれ、外部信号によって切り換わるようにしている。
A
The first on-off
具体的には、走行用モーター2を駆動させる前に、作業者が、ブレーキ解除したときに、その解除信号や、他の制御弁8,9を切り換えるために操作レバーの操作を開始したときの操作信号に連動して、第1開閉弁16を開位置に切り換えるための制御信号が出力されるようにする。
また、制御弁7,8,9のいずれかが、中立位置以外の位置に完全に切り換わったことを検出したら、その検出信号に連動して上記第2開閉弁20を開位置に切り換えるための制御信号を出力するようにする。
Specifically, before driving the
Further, when it is detected that any one of the
反対に、制御状態から、全ての制御弁7,8,9が中立位置になり、しかも、ブレーキが掛かった状態で、制御弁8,9も操作開始状態でなくなったときには、上記第1開閉弁16には、図示の開位置に切り換えるための制御信号を入力し、第2開閉弁20には、閉位置に切り換える制御信号を入力するようにしている。
On the other hand, when all the
また、この実施形態では、上記リリーフ弁17の設定値Pr>減圧弁21の設定値Pdとする。
さらに、上記通路14aには、ロック弁23を設けている。このロック弁23は、ブーム位置を保持したい場合に、ポート4aから流体が漏れることを防止するためのもので、制御弁9からポート4aへの流れのみを許容し、逆流を制限する弁であるが、ブームを収縮させる際など、必要な場合には、外部信号によって開き、逆流を許容できるようにしたものである。
なお、図中、符号24は、フィルターである。また、符号25はメインリリーフ弁であり、ポンプ通路1がその設定圧を超えるような高圧にならないようにしている。
In this embodiment, the set value Pr of the
Further, a
In the figure,
以下に、この実施形態の作用を説明する。
いずれのアクチュエータも、動作させる必要がないときには、図1に示すように、上記各制御弁7,8,9のそれぞれを、図示の中立位置に保ち、第1開閉弁16を開位置、第2開閉弁20を閉位置に保つようにする。このように、全ての制御弁7,8,9が、中立位置にあるとき、ポンプPが吐出したスタンバイ流量を、中立通路5から第1開閉弁16を介してタンクTに還流させる。この状態では、中立通路5内の圧力は、ほぼタンク圧である。
The operation of this embodiment will be described below.
When it is not necessary to operate any of the actuators, as shown in FIG. 1, each of the
この状態から、上記制御弁7,8,9のいずれかを切り換える必要があるとき、すなわち、モーター2、バケットシリンダ3およびブームシリンダ4のいずれか1または複数を制御したいときには、上記制御弁7,8,9を切り換えるためのパイロット圧が必要である。
例えば、制御弁7を切り換えて走行モーター2を駆動させようとした場合、作業者は、ブレーキを解除するので、このブレーキ解除信号に連動して、上記第1開閉弁16が図示の状態から閉位置に切り換わる。その結果、中立通路5とタンクTとの接続が、一端遮断される。
When it is necessary to switch any one of the
For example, when switching the
中立通路5が、タンクTへの接続を遮断された状態になると、中立通路5内の圧力が高くなる。その圧力がリリーフ弁17の設定圧Prを超えた場合には、このリリーフ弁17が開いて、中立通路5を上記設定圧力Prに保つ。
一方、上記中立通路5の圧力は、上記接続路19を介してパイロット一次圧通路10,11に作用する。従って、上記リリーフ弁17によって制御された圧力をパイロット一次圧、すなわち、パイロット圧力源として利用できる。そして、上記第1開閉弁16を閉位置に保ち、中立通路5内の圧力をパイロット圧力源として、制御弁7,8,9を切り換えることができる。
When the
On the other hand, the pressure in the
上記のようにして、中立通路5の圧力をパイロット圧力源として制御弁7,8,9を切り換えて、いずれかの制御弁が、中立位置以外の位置に完全に切り換わると、上記中立通路5が、切り換わった制御弁によって遮断される。
いずれかの制御弁が完全に切り換わったら、そのことを図示しないセンサが検出し、上記したように、この検出信号に連動して高圧選択回路18と接続路19との間に設けた第2開閉弁20を、図示の閉位置から開位置へ切り換える。
As described above, when the
When any one of the control valves is completely switched, this is detected by a sensor (not shown). As described above, the second valve provided between the high
このように、第2開閉弁20を開位置に切り換えたときには、その前に、制御弁7,8,9のうち少なくとも1つは、完全に中立位置以外に切り換わっている。つまり、走行モーター2、バケットシリンダ3、ブームシリンダ4のいずれかを制御していることになり、負荷圧が発生しているはずである。
従って、上記高圧選択回路18は、各アクチュエータであるモーター2、バケットシリンダ3、ブームシリンダ4に接続した通路12a,12b、13a,13b、14a,14bから最高負荷圧を選択する。その負荷圧は、第2開閉弁20を介して接続路19に作用する。
As described above, when the second on-off
Therefore, the high
接続路19では、減圧弁21により、上記負荷圧が設定圧Pdまで下げられ、この設定圧Pdが、接続点Bに接続したパイロット一次圧通路10,11のパイロット圧力源として機能する。
なお、この実施形態では、リリーフ弁17と減圧弁21の設定圧Pr、Pdの関係をPr>Pdとしているため、第2開閉弁20を開位置に切り換えているときに、リリーフ弁17が開いて、流体をタンクTへ戻すことはない。つまり、アクチュエータ側の流体が、高圧選択回路18、接続路19およびリリーフ弁17を介してタンクTへ流れてしまう心配はない。
In the
In this embodiment, since the relationship between the set pressures Pr and Pd of the
ただし、上記接続路19において、接続点Bと分岐点Aとの間に、分岐点Aから接続点B方向の流れのみを許容するチェック弁を設ければ、上記リリーフ弁17と、減圧弁21の設定圧の関係は、上記のようにしなくても、アクチュエータから、上記リリーフ弁17を介してタンクTへ流体が流れることはない。
However, if a check valve that allows only the flow from the branch point A to the connection point B is provided between the connection point B and the branch point A in the
以上のように、この実施形態の回路では、スタンバイ状態では、中立通路5を通過する流体を利用して発生させた圧力をパイロット圧力源とし、中立通路5の流れが遮断されたときには、アクチュエータの負荷圧をパイロット圧力源とするようにしている。
そのため、従来例の回路のように、制御弁を制御するためのパイロット圧力源を、流体供給源と別に設ける必要がない。しかも、負荷圧をパイロット圧力源として有効利用できるので、省エネルギー化を実現できる。
As described above, in the circuit of this embodiment, in the standby state, the pressure generated using the fluid passing through the
Therefore, unlike the conventional circuit, there is no need to provide a pilot pressure source for controlling the control valve separately from the fluid supply source. Moreover, since the load pressure can be effectively used as a pilot pressure source, energy saving can be realized.
なお、上記実施形態では、パイロット圧力源を、中立通路5の圧力から負荷圧に切り換えるタイミングを、制御弁によって中立通路5が遮断されたときとしているが、切り換えタイミングはこれに限らない。中立通路5が完全に遮断されたときには、負荷圧を利用できるように切り換わっていなければならないが、例えば、中立通路5が完全に遮断されていなくても、アクチュエータの制御中であって、負荷圧がパイロット圧として必要な圧力以上である状態なら、どのタイミングで切り換えてもかまわない。
In the above embodiment, the timing for switching the pilot pressure source from the pressure of the
また、図1において、中立通路5と迂回路5aに設けたリリーフ弁17と、第1開閉弁16に替えて、図2に示す電磁式リリーフ弁26を用いるようにすれば、迂回路5aを設ける必要はない。
この電磁式リリーフ弁26は、リリーフ設定圧を電磁ソレノイドによって、調整できる弁である。中立時には、その設定圧をほぼゼロに設定すれば、この電磁式リリーフ弁26を低い圧力で開き、図1の第1開閉弁16が開位置にあるときと同様に作用する。
また、パイロット圧力源が必要な状況では、上記電磁ソレノイドによって設定圧をPrに設定すれば、中立通路5にパイロット圧力源として圧力Prを発生させることができる。
従って、図1に示す回路と同様に機能させることができる。
In FIG. 1, if the
The
In a situation where a pilot pressure source is required, if the set pressure is set to Pr by the electromagnetic solenoid, the pressure Pr can be generated as a pilot pressure source in the
Therefore, it can function in the same manner as the circuit shown in FIG.
P ポンプ
T タンク
1 ポンプ通路
2 モーター
3 バケットシリンダ
4 ブームシリンダ
5 中立通路
5a 迂回路
6 供給通路
7 制御弁
7a,7b パイロット室
8 制御弁
8a,8b パイロット室
9 制御弁
9a,9b パイロット室
10,11 パイロット一次圧通路
15 戻り通路
16 第1開閉弁
17 リリーフ弁
18 高圧選択回路
19 接続路
20 第2開閉弁
21 減圧弁
26 電磁式リリーフ弁
P
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