JP4839928B2 - 建設機械の油圧制御装置 - Google Patents

Description

本発明は油圧ショベル等の建設機械において、ポンプ圧と負荷圧の差が一定となるように流量を制御するロードセンシング制御を行う油圧制御装置に関するものである。

ロードセンシング制御方式においては、アクチュエータ負荷の大きさを負荷圧として検出し、ポンプ圧とこの負荷圧の差であるロードセンシング差圧が一定となるようにポンプ流量及びアンロード流量を制御することにより、アクチュエータに必要な流量を供給して無駄が発生しないようにする（たとえば特許文献１参照）。

このロードセンシング制御方式をとる従来の油圧制御装置の回路構成を図９に示す。なお、建設機械においては、一般に複数の油圧アクチュエータを備え、この油圧アクチュエータごとに操作手段、コントロールバルブが設けられるが、ここでは説明を分かり易くするために油圧アクチュエータ、操作手段、コントロールバルブについてそれぞれ一つだけ図示している。

１は可変容量型の油圧ポンプ、２はこの油圧ポンプ１からの吐出油によって駆動される油圧アクチュエータ(図例では油圧シリンダ)で、この油圧ポンプ１と油圧アクチュエータ２との間に、油圧アクチュエータ２に対する圧油の給排を制御する油圧パイロット式のコントロールバルブ(簡略化して示す)３が設けられている。

このコントロールバルブ３は、メータイン及びメータアウト両開口３ａ,３ｂを備え、操作手段としてのリモコン弁４によりこの両開口３ａ,３ｂの開口面積が制御される。

なお、このコントロールバルブ３のメータイン側には、メータイン開口面積（バルブストローク）に応じた流量を流すメータイン型圧力補償弁が設けられるが、ここでは図示省略する。

６は油圧ポンプ１とコントロールバルブ３とを結ぶポンプライン５とタンクＴとの間に設けられた油圧パイロット式のアンロード弁で、コントロールバルブ３のメータイン開口３ａの上流側圧力(ポンプ圧)と下流側圧力(負荷圧)とがこのアンロード弁６の両側ポートに加えられ、この両圧力の差(ロードセンシング差圧)によってアンロード弁６の開口面積、すなわちアンロード流量が制御される。

一方、リモコン弁４の操作量(指令信号)に比例するリモコン圧が圧力センサ７により検出されてコントローラ８に取り込まれ、このコントローラ８によりレギュレータ９を介して油圧ポンプ１の容量(ポンプ流量)が制御される。

こうして、ロードセンシング差圧が一定となるようにポンプ流量及びアンロード流量を制御するロードセンシング制御が行われ、この制御により、負荷の変動に関係なく、リモコン弁操作量に対するアクチュエータ動作の速度がほぼ一定に保たれる。

図９中、１０は回路の最高圧力を設定するリリーフ弁、１１はメータイン下流側圧力をアンロード弁６に導く圧力検出ライン、１２は同ライン１１に設けられたチェック弁である。
特開平８−９３７０５号公報

このようなロードセンシング制御を行う油圧制御装置においては、アンロード弁６のチューニング次第で同弁６の圧力に対する応答性が変わる。

とくに、油圧ポンプ１のスタンバイ流量以下で油圧アクチュエータ２が微速・低速で作動する範囲では、アンロード弁６の動きによってアクチュエータ速度が殆ど決まるため、この微速・低速の範囲においてアンロード弁６が急閉した場合にアクチュエータが急起動する所謂飛び出し現象が起こる。かといって、アンロード弁６の応答を緩くすると、アクチュエータ流量の増加が遅くなって起動遅れが生じ、いずれの場合も操作性が悪くなる。

また、図９の回路構成において、このような急起動や起動遅れが生じない中立点を見出すことは、建設機械ではアタッチメントの重さ等によって負荷条件が変わること、及び複数のアクチュエータごとに中立点が異なることから現実には困難であり、上記起動の安定性が悪いという問題が残されていた。

そこで本発明は、ロードセンシング制御方式をとりながら、油圧アクチュエータの急起動や起動遅れを防止し、起動の安定性を改善することができる建設機械の油圧制御装置を提供するものである。

請求項１の発明は、可変容量型の油圧ポンプと油圧アクチュエータとの間に、メータイン及びメータアウト両開口を備えたコントロールバルブを設け、操作手段からの指令信号により上記コントロールバルブを作動させてメータイン及びメータアウトの開口面積を変化させ、かつ、上記油圧ポンプの吐出ラインとタンクとの間にアンロード弁を設け、上記コントロールバルブのメータイン開口の上流側圧力と下流側圧力の差であるロードセンシング差圧が一定となるようにポンプ流量及び上記アンロード弁の開口面積を変化させるロードセンシング制御を行うように構成された建設機械の油圧制御装置において、上記アンロード弁とパラレルにアンロード制御弁を設け、上記操作手段の操作時に、アンロード制御弁の開口面積を制御して、アンロード弁とこのアンロード制御弁とによってアンロード作用が分担されるように構成したものである。

請求項２の発明は、請求項１の構成において、アンロード制御弁の開口面積が、操作手段からの指令信号の増加に応じて減少するように構成したものである。

請求項３の発明は、請求項１の構成において、アンロード制御弁の開口面積が、操作手段からの指令信号の増加に応じて、指令信号が最大値に達する前に０となるように構成したものである。

請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかの構成において、ポンプ流量を、操作手段からの指令信号に基づいて制御するように構成したものである。

請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかの構成において、アンロード制御弁を、パイロット圧によって開口面積が変化する油圧パイロット弁として構成するとともに、複数の油圧アクチュエータについて共通のパイロット圧制御弁を油圧源とタンクとの間に設け、このパイロット圧制御弁は、コントロールバルブの上流側圧力と下流側圧力の差によって作動する油圧パイロット弁として構成し、このパイロット圧制御弁の出力によってアンロード制御弁の開口面積を制御するように構成したものである。

請求項６の発明は、請求項１乃至３のいずれかの構成において、アンロード制御弁を、パイロット圧によって開口面積が変化する油圧パイロット弁として構成するとともに、複数の油圧アクチュエータごとに、各操作手段からの指令信号に応じて開口面積が変化するパイロット圧制御弁を設け、この各パイロット圧制御弁を油圧源とタンクとの間で直列に接続するとともに、この直列回路の最下流側に絞りを設け、この絞りの上流側圧力によってアンロード制御弁の開口面積を制御するように構成したものである。

請求項７の発明は、請求項６の構成において、パイロット圧制御弁を、各コントロールバルブと連動して開口面積が変化するサイドバイパス弁として構成したものである。

請求項８の発明は、請求項１乃至４のいずれかの構成において、アンロード制御弁を、コントロールバルブに同バルブの一部として組み込んだものである。

本発明によると、ロードセンシング差圧によって開口面積が変化するアンロード弁とは別のアンロード制御弁をアンロード弁とパラレルに設け、操作手段の操作時に、このアンロード制御弁の開口面積を制御して、アンロード弁とこのアンロード制御弁とによってアンロード作用が分担されるように構成したから、アンロード弁の応答性の高低によるアンロード流量の変化を抑え、安定したアンロード作用が確保される。従って、スタンバイ流量以下での起動時に、急起動や起動遅れを防止し、起動の安定性を改善することができる。

この場合、請求項２,３の発明によると、アンロード制御弁によるアンロード作用が指令信号(操作量)の増加に応じて低下するため、起動後は本来のロードセンシング制御を生かすことができる。とくに請求項３の発明によると、この点の効果が高くなる。

請求項４の発明によると、ポンプ流量をアンロード制御弁と共通の信号に基づいて制御するため、それぞれ専用の信号発生手段を設ける場合と比較して構成が簡単で部品点数が少なくてすみ、信頼性も高くなる。

また、複数の油圧アクチュエータと操作手段を備えた一般的な建設機械において、請求項５の発明では一つのパイロット圧制御弁の二次圧によってアンロード制御弁を制御し、請求項６,７の発明ではアクチュエータごとに設けたパイロット制御弁の直列回路に絞りを設け、この絞りの上流側圧力によってアンロード制御弁の開口面積を制御する構成としたから、たとえば操作手段ごとに指令信号をセンサで検出し、合算した信号によってアンロード制御弁を制御する構成をとった場合と比較して、構成が簡単で部品点数が少なく、コストが安くてすむ。

とくに、請求項５の発明によると、パイロット圧制御弁が一つですむため、さらに部品点数が少なくてすむ。

一方、請求項８の発明によると、アンロード制御弁をコントロールバルブに同バルブの一部として組み込むため、アンロード制御弁を独立した弁として設ける場合と比較して、弁本体及び専用通路が不要となる。このため、回路構成を簡略化して部品点数を削減し、スペースの点でも有利となる。

本発明の実施形態を図１〜図８によって説明する。

第１実施形態(図１〜図３参照)
第１実施形態は各実施形態の中で最も基本的な回路構成をとっている。なお、ここでは図８と同様、油圧アクチュエータ、操作手段、コントロールバルブについて一つだけを図示している。

２１は可変容量型の油圧ポンプ、２２はこの油圧ポンプ２１からの吐出油によって駆動される油圧アクチュエータ(図例では油圧シリンダ)で、この油圧ポンプ２１と油圧アクチュエータ２２との間に、油圧アクチュエータ２２に対する圧油の給排を制御する油圧パイロット式のコントロールバルブ(簡略化して示す)２３が設けられている。

２３ａはこのコントロールバルブ２３のメータイン開口、２３ｂは同メータアウト開口で、操作手段としてのリモコン弁２４によりこの両開口２３ａ,２３ｂの開口面積が制御される。

２６はポンプライン２５とタンクＴとの間に設けられた油圧パイロット式のアンロード弁で、コントロールバルブ２３のメータイン開口２３ａの上流側圧力(ポンプ圧)と下流側圧力(負荷圧)とがこのアンロード弁２６の両側ポートに加えられ、この両圧力の差(ロードセンシング差圧)によってアンロード弁２６の開口面積が制御される。

２７は回路の最高圧力を設定するリリーフ弁、２８はメータイン下流側圧力をアンロード弁２６に導く圧力検出ライン、２９は同ライン１１に設けられたチェック弁である。

一方、リモコン弁４の操作量に比例するリモコン圧(指令信号)が圧力センサ３０により検出されてコントローラ３１に取り込まれ、このコントローラ３１によりレギュレータ３２を介して油圧ポンプ２１の容量(ポンプ流量)が制御される。

こうして、ロードセンシング差圧が一定となるようにポンプ流量及びアンロード流量を制御するロードセンシング制御が行われる。

この装置においては、上記構成に加えて、油圧パイロット式のアンロード制御弁３３がアンロード弁２６とパラレルに設けられている。

このアンロード制御弁３３のパイロットポートには、リモコン弁２４からのリモコン圧(指令信号)がリモコン圧圧検出ライン３４を介して接続され、リモコン圧に応じてアンロード制御弁３３の開口面積が制御される。すなわち、リモコン弁２４の操作量に応じてアンロード制御弁３３の開口面積が減少し、同制御弁３３によるアンロード流量が減少するようになっている。

この構成によると、ロードセンシング制御時のアンロード作用がアンロード弁２６とアンロード制御弁３３とによって分担されるため、アンロード弁２６のアンロード作用によるアクチュエータ流量の変化が従来よりも低くなる。

いいかえれば、アンロード弁の応答性の高低によるアンロード流量の変化が抑えられ、安定したアンロード作用が確保される。従って、スタンバイ流量以下での起動時に、急起動や起動遅れを防止し、起動の安定性を改善することができる。

また、アンロード制御弁３３の開口特性の選択によって所望の流量特性を得ることができる。

図２はリモコン圧とポンプ流量、アクチュエータ流量、アンロード弁２６のアンロード流量、アンロード制御弁３３のアンロード流量の関係を示す。図中、斜線で表した部分がアンロード制御弁流量、公差線で表した部分がアンロード弁流量である。

図２に示すように、アンロード制御弁３３の開口面積(アンロード制御弁流量)は、リモコン圧の増加に応じて減少するが、この場合、アンロード制御弁流量が、図２及び図３の実線で示すようにリモコン圧の増加に応じて最後まで一定の傾きで減少するように設定してもよいし、図２及び図３の破線で示すようにリモコン圧(指令信号)が最大に達する前に０となるように設定してもよい。

後者によると、アンロード制御弁３３のアンロード流量がコントロールバルブ２３のストローク前半で０となるため、本来のロードセンシング制御を十分に確保することができる。

また、この実施形態によると、リモコン圧という共通の信号に基づいてアンロード制御弁３３の開口面積とポンプ流量を制御するため、これらを別々の信号によって制御する(別々の信号発生手段を設ける)場合と比較して構成が簡単で部品点数が少なくてすみ、信頼性も高くなる。

第２実施形態(図４参照)
以下の実施形態において、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して示し、その重複説明を省略する。

第２実施形態は、第１実施形態の構成を、複数の油圧アクチュエータを備えた一般的な建設機械に適用した場合を示す。ここでは、油圧アクチュエータ２２、コントロールバルブ２３、リモコン弁２４をそれぞれ二つずつ図示している。

この場合、アクチュエータごとに圧力検出ライン２８,２８が設けられ、これらが合流してアンロード弁２６のパイロットポートに接続される。

一方、リモコン弁２４ごとに圧力センサ３０…が設けられ、この圧力センサ３０…によって検出されたリモコン圧信号がコントローラ３１に取り込まれる。

コントローラ３１は、この複数のリモコン圧信号の和に基づいてポンプ流量及びアンロード流量を割り出し、ポンプ流量指令をポンプ制御弁(電磁比例弁)３５を介してレギュレータ３２に、アンロード流量指令をアンロード指令弁(電磁比例弁)３６を介してアンロード制御弁３３にそれぞれ送る。３７はポンプ制御弁３５及びアンロード指令弁３６の油圧源である。

これにより、リモコン弁２４…の単独あるいは複合操作時に、リモコン圧の合算値に基づいてポンプ流量及びアンロード制御弁３３のアンロード流量が制御され、第１実施形態と同様に急起動や起動遅れを防止し、起動の安定性を改善することができる。

第３実施形態(図５参照)
第３実施形態においては、コントロールバルブ２３…ごとに、リモコン弁２４…からのリモコン圧によりコントロールバルブ２３…と連動して開口面積が変化するサイドバイパス弁(パイロット圧制御弁)３８…が設けられるとともに、このサイドバイパス弁３８…が固定容量型の補助油圧ポンプ３９とタンクＴとの間で直列に接続されている。４０はこの直列回路である。

なお、サイドバイパス弁３８…は、各コントロールバルブ２３…にサブスプール形式で組み込まれ、コントロールバルブ２３…と一体に作動するように構成されている。

また、直列回路４０の最下流側に固定型の絞り４１が設けられ、この絞り４１の上流側の圧力によってアンロード制御弁３３の開口面積が制御されるように構成されている。４２はこの絞り上流側とアンロード制御弁３３とを結ぶパイロット圧ラインである。

この構成によっても、基本的に第２実施形態と同様に起動の安定性を改善することができる。

また、この第３実施形態によると、リモコン弁２４…の単独または複合操作時に、絞り４１の上流側圧力が変化することによってアンロード制御弁３３の開口面積(アンロード流量)が変化する構成、つまり、各リモコン弁２４…からの指令が一つの絞り４１の上流側圧力に集約されて検出されるため、第２実施形態のようにリモコン弁２４ごとに圧力センサ３０…を設けてリモコン圧を検出する場合と比較して、検出のための構成が簡略化され、コストが安くてすむ。

なお、第３実施形態の変形形態として、レイアウトの制約等の都合に応じてサイドバイパス弁３８…をコントロールバルブ２３…とは独立して設けてもよい。また、制御の融通性を高めるために、絞り４１の上流側圧力を圧力センサで検出して図示しないコントローラに取り込み、電磁比例式のパイロット圧制御弁を介してアンロード制御弁３３を制御するようにしてもよい。

一方、この実施形態においては、ポンプ流量を制御する手段として、各コントロールバルブ２３…のメータイン下流側圧力(負荷圧)を圧力検出ライン２８…及び圧力検出ライン４３を介してレギュレータ３２に導き、この負荷圧とポンプ圧とによってポンプ流量を制御する構成がとられている。

第４、第５実施形態(図６,７参照)
第３実施形態の構成によると、コントロールバルブ２３…ごとにサイドバイパス弁３８…が必要となるため、弁の数が多くなる。

これに対し第４実施形態においては、図６に示すように、複数の油圧アクチュエータ２２…(コントロールバルブ２３…)について共通のパイロット圧制御弁４４が油圧源４５とタンクＴとの間に設けられている。

このパイロット圧制御弁４４は、メータイン上流側圧力と下流側圧力の差によって二次圧が変化する油圧パイロット式の比例弁として構成され、このパイロット圧制御弁４４の二次圧によってアンロード制御弁３３の開口面積を制御するように構成されている。

図６中、４６,４７はパイロット圧制御弁４４のポンプ圧導入側及び負荷圧導入側に設けられた絞り、４８はパイロット圧制御弁４４の二次圧をアンロード制御弁３３のパイロットポートに導くパイロット圧ラインである。

また、この実施形態では、パイロット圧ライン４８とレギュレータ３２とがポンプ制御ライン４９によって接続され、アンロード制御弁３３と同じパイロット圧によってポンプ流量を制御するように構成されている。

この構成によると、第３実施形態の構成と比較して、一つのパイロット圧制御弁４４によってアンロード制御弁３３を制御することができるため、弁数が少なくてすみ、コスト及び作用の信頼性の点で有利となる。

第４実施形態においては、パイロット圧制御弁４４について、油圧源ポートと二次圧ポートをつなぐ流路と、タンクポートと二次圧ポートをつなぐ流路の双方を同時に制御して二次圧を変化させる構成のものを用いているが、第５実施形態においては、これの変形形態として、図７に示すように油圧源ポートとタンクポートをつなぐ流路のみを制御するパイロット圧制御弁５０が用いられている。５１は同制御弁５０のタンク通路に設けた絞りである。

第６実施形態(図８参照)
第６実施形態においては、アンロード制御弁(図中、絞りの記号で表している)３３が各コントロールバルブ２３に同バルブ２３の一部として組み込まれている。具体的にいうと、コントロールバルブ２３のスプールにアンロード通路が形成され、リモコン弁２４の操作に応じてこのアンロード通路の開口面積がメータイン、メータアウト両通路と同様に変化するように構成されている。

この構成によると、アンロード制御弁３３を独立した弁として設ける他の実施形態と比較して、弁本体及び専用通路が不要となる。このため、回路構成を簡略化して部品点数を削減し、スペースの点でも有利となる。

本発明の第１実施形態を示す回路構成図である。 第１実施形態によるリモコン圧とポンプ流量、アンロード流量、アクチュエータ流量の関係を示す図である。 同実施形態によるリモコン圧とアンロード制御弁の開口面積の関係を示す図である。 本発明の第２実施形態を示す回路構成図である。 本発明の第３実施形態を示す回路構成図である。 本発明の第４実施形態を示す回路構成図である。 本発明の第５実施形態を示す回路構成図である。 本発明の第６実施形態を示す回路構成図である。 従来の回路構成図である。

符号の説明

２１ 油圧ポンプ
２２ 油圧アクチュエータ
２３ コントロールバルブ
２３ａ メータイン開口
２３ｂ メータアウト開口
２４ リモコン弁
２６ アンロード弁
２８ 圧力検出ライン
３０ 圧力センサ
３１ コントローラ
３２ レギュレータ
３３ アンロード制御弁
３４ パイロット圧検出ライン
３５ ポンプ制御弁
３６ アンロード指令弁
３８ サイドバイパス弁(パイロット圧制御弁)
３９ 補助油圧ポンプ
４０ サイドバイパス弁の直列回路
４３ 圧力検出ライン
４４ パイロット圧制御弁
４５ 油圧源
４８ パイロット圧ライン
４９ ポンプ制御ライン
５０ パイロット圧制御弁

Claims (8)

1. 可変容量型の油圧ポンプと油圧アクチュエータとの間に、メータイン及びメータアウト両開口を備えたコントロールバルブを設け、操作手段からの指令信号により上記コントロールバルブを作動させてメータイン及びメータアウトの開口面積を変化させ、かつ、上記油圧ポンプの吐出ラインとタンクとの間にアンロード弁を設け、上記コントロールバルブのメータイン開口の上流側圧力と下流側圧力の差であるロードセンシング差圧が一定となるようにポンプ流量及び上記アンロード弁の開口面積を変化させるロードセンシング制御を行うように構成された建設機械の油圧制御装置において、上記アンロード弁とパラレルにアンロード制御弁を設け、上記操作手段の操作時に、アンロード制御弁の開口面積を制御して、アンロード弁とこのアンロード制御弁とによってアンロード作用が分担されるように構成したことを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
2. アンロード制御弁の開口面積が、操作手段からの指令信号の増加に応じて減少するように構成したことを特徴とする請求項１記載の建設機械の油圧制御装置。
3. アンロード制御弁の開口面積が、操作手段からの指令信号の増加に応じて、指令信号が最大値に達する前に０となるように構成したことを特徴とする請求項２記載の建設機械の油圧制御装置。
4. ポンプ流量を、操作手段からの指令信号に基づいて制御するように構成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の建設機械の油圧制御装置。
5. アンロード制御弁を、パイロット圧によって開口面積が変化する油圧パイロット弁として構成するとともに、複数の油圧アクチュエータについて共通のパイロット圧制御弁を油圧源とタンクとの間に設け、このパイロット圧制御弁は、コントロールバルブの上流側圧力と下流側圧力の差によって作動する油圧パイロット弁として構成し、このパイロット圧制御弁の出力によってアンロード制御弁の開口面積を制御するように構成したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の建設機械の油圧制御装置。
6. アンロード制御弁を、パイロット圧によって開口面積が変化する油圧パイロット弁として構成するとともに、複数の油圧アクチュエータごとに、各操作手段からの指令信号に応じて開口面積が変化するパイロット圧制御弁を設け、この各パイロット圧制御弁を油圧源とタンクとの間で直列に接続するとともに、この直列回路の最下流側に絞りを設け、この絞りの上流側圧力によってアンロード制御弁の開口面積を制御するように構成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の建設機械の油圧制御装置。
7. パイロット圧制御弁を、各コントロールバルブと連動して開口面積が変化するサイドバイパス弁として構成したことを特徴とする請求項６記載の建設機械の油圧制御装置。
8. アンロード制御弁を、コントロールバルブに同バルブの一部として組み込んだことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の建設機械の油圧制御装置。

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