JP4960646B2 - ロードセンシング式油圧制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ロードセンシング式油圧制御装置を搭載した建設機械例えば油圧ショベルの操作性向上に係り、特に負荷起動時のショック軽減に関する。

ロードセンシング式油圧制御装置の利点は油圧アクチュエータの負荷圧が変化しても切換弁の操作量に比例して流量を供給し、又は新たな切換弁および油圧アクチュエータを追加した場合でも容易に流量配分が出来ることにある。その場合、ロードセンシング機能を有する切換弁群とロードセンシング機能を有しない切換弁群とを共通の可変容量ポンプに接続し、これら各々の切換弁群の切換弁に接続されたアクチュエータが慣性、負荷圧力が異なる場合でもかつ同時に駆動しても、極めて簡単な方法で、それぞれのアクチュエータの特性に応じて非常にスムースな起動特性、操作性を得ることが出来る油圧制御装置が開示されている（特許文献１）。

図４は、従来のロードセンシング式油圧制御装置の典型的な油圧回路構成の詳細を示す。

同図４において、参照符号１０は原動機１２により駆動される可変容量ポンプ、１０Ａは同ポンプ１０の斜板を示し、参照符号１４は斜板１０Ａの傾斜角を調整する油圧シリンダである。参照符号２０、及び３０は可変容量ポンプ１０からの圧油供給ラインＬ１に接続されたクローズセンタ型の切換弁でありこれら切換弁２０、３０には油圧シリンダからなる油圧アクチュエータＡＣＴ１、ＡＣＴ２がそれぞれ接続されている。

また、各切換弁２０、３０と各油圧アクチュエータとの間には補償弁２２、３２が設けられている。これら補償弁２２、３２と切換弁２０、３０との間には負荷圧力検出ラインＳＬ１、ＳＬ２が設けられて、各負荷圧力が取出され、これら取出された負荷圧力は前記補償弁２２、３２に対して、それぞれバネ２６、３６と共にこれらを開方向に作用すると同時に高圧選択手段４０によって選択された負荷圧力検出ラインＳＬ１又はＳＬ２の圧力が信号ラインＳＬ５へ取出され、前記補償弁２６及び３６に対してこれらを絞り方向に作用させている。同時にこの信号ラインＳＬ５の信号圧力はラインＳＬ７として可変容量ポンプ１０の容量調整装置１６に作用している。

また、可変容量ポンプ１０の圧油供給ラインＬ１にはアンロード弁１８が接続され、このアンロード弁１８は信号ラインＳＬ６の圧力と可変容量ポンプ１０の圧油供給ラインＬ１との圧力差が、当該アンロード弁１８に設けられたバネ１８Ａの力によって定まる所定圧力を超えると前記圧油供給ラインＬ１をアンロードするようになっている。

上記の構成において、例えば切換弁２０を図中２０Ｂの位置へ操作した場合を想定すると、可変容量ポンプ１０からの圧油は、ラインＬ０、Ｌ１、Ｌ２から切換弁２０内の供給通路２０Ｂ１を経て通路Ｌ４に至り、同通路Ｌ４から補償弁２６、逆止弁２４、ラインＬ５を経て再び切換弁２０に戻りラインＬＡ１を通って油圧アクチュエータＡＣＴ１に与えられ、その戻り側のラインＬＢ１から切換弁２０を経てタンクラインＬ８を介してタンクＴに戻されるようになっている。

その場合、油圧アクチュエータＡＣＴ１の負荷圧に対応する通路Ｌ４の圧力は信号ラインＳＬ１を介して検出され、さらに高圧選択手段４０を経て信号ラインＳＬ５上の圧力として検出され、この検出圧力は信号ラインＳＬ６としてバネ１８Ａの力と共にアンロード弁１８に作用し、可変容量ポンプ１０の圧油供給ラインＬ１とタンクＴに通じるタンクラインＬ１１との導通を遮断するようになっている。

このとき、前記アンロード弁１８の開閉に係わる圧力は、一方が高圧選択された信号ラインＳＬ６上の圧力（最高負荷圧力）であり、他方は、前記圧油供給ラインＬ１上の圧力であるので、例えば油圧アクチュエータＡＴＣ１の負荷圧力が大きい場合には、これらの圧力は共に高圧であって、アンロード弁１８の開閉は一般に非常に速く、このアンロード弁１８のみによっては起動時のショックを軽減することは困難である。

同様な関係は、切換弁３０、油圧アクチュエータＡＣＴ２を駆動した場合にも該当するがその詳細説明は省略する。

図４に示した従来技術においては、可変容量ポンプ１０の圧油供給ラインＬ１はアンロード弁１８のみによってタンクラインＬ１１に接続されているので、切換弁２０、３０のいずれかが操作されたとき、その負荷圧力がアンロード弁１８を閉じてしまい、その結果、圧油供給ラインＬ１上のポンプ吐出圧力はアンロード弁１８が閉じた瞬間に負荷圧力まで上昇してしまう。この結果、従来のロードセンシング式の油圧制御装置では起動時にショックが発生し操作に問題があった。

一方、各切換弁が操作されていない状態ではポンプラインがタンクラインへ開放された油圧制御方式、つまりオープンセンタ式の油圧制御装置は多数紹介されている。この場合には、油圧ショベル等の建設機械にも多用され、起動時のショックが非常に少なく、オープンセンタ式油圧制御装置の利点として評価されてはいる。しかし、このオープンセンタ式の場合には、例えば複数の切換弁を同時操作した場合の各アクチュエータへの流量配分が負荷圧力によって異なることや新たに切換弁および油圧アクチュエータを追加した場合のポンプ吐出油の配分調整が困難等の別の問題がある。

また、前記ロードセンシング式の油圧制御装置の起動時のショックを軽減する対策として、各切換弁の内部にブリードオフ回路を形成して当該切換弁の切り替え操作時のショックを回避するものもあるが、この場合各切換弁毎にブリードオフ等の回路を形成しなければならず、煩雑である。

特開２００２−２９５４０５号公報「発明の名称」油圧制御装置、建設機械および油圧ショベル

本発明者等は、上記問題点を解決せんとして鋭意検討した結果、前記アンロード弁と並列に開閉弁を設け、同開閉弁を通過する流量を、前記最高負荷圧力に応答する圧力補償流量調整手段により制御することによって前記問題点は基本的に解決できることを突き止めた。

従って、本発明の目的は、ロードセンシング式油圧制御装置の利点、つまり油圧アクチュエータの負荷圧が変化しても切換弁の操作量に比例して流量を供給し、又、新たな切換弁および油圧アクチュエータを追加した場合でも容易に流量配分を可能とすること、等の利点を維持したまま、起動時のショックを簡単且つ確実に軽減することの出来るロードセンシング式油圧制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明によるロードセンシング式油圧制御装置は、クローズドセンタ型の複数の切換弁の各々に油圧アクチュエータを接続し、これら油圧アクチュエータに共通の可変容量型ポンプから圧油を供給し、前記各切換弁においては各油圧アクチュエータの負荷圧力を検出すると共に操作されていない状態では負荷圧力検出信号通路をタンクラインに接続するよう構成し、これら切換弁を同時操作した場合の最高負荷圧力を選択手段により選択し、当該最高負荷圧力と前記ポンプの吐出圧力との差圧が一定となるよう前記ポンプの吐出流量を制御すると共に、前記ポンプの吐出流量供給ラインからタンクラインにつながるバイパスラインにアンロード弁を配設してなるロードセンシング式の油圧制御装置において、前記バイパスライン上に前記アンロード弁とパラレルに配設されてタンクラインにつながる開閉弁と、前記選択された最高負荷圧力ラインの圧油に対応して前記開閉弁を通過する流量を制御する圧力補償流量調整手段を前記開閉弁と前記最高負荷圧力ラインとの間に配設し、前記バイパスライン上の開閉弁は、バネ力により開放位置に維持され、前記圧力補償流量調整手段からの圧油の供給に伴い開放位置から閉方向へ調整され、前記圧力補償流量調整手段は負荷の起動時に前記開閉弁を通過する圧油流量を、前記最高負荷圧力用の第一の信号ラインにつながる第二の信号ラインを介し調整・制御することによって当該第一の信号ライン上の圧力すなわち、アンロード弁をアンロードする第三の信号ラインの圧力上昇を緩和する主要部油圧回路の機能を実現することを特徴とする。

さらに、その場合、前記圧力補償流量調整手段は、内部に油室が形成されその一側の第１油室が前記選択された最高負荷圧力ラインに連通するよう形成したスリーブと、同スリーブの油室内に摺動可能に収容されたピストンと、同ピストンにより画成された前記油室の他側の第２油室に配設され前記ピストンを前記第１油室の方へ付勢するばねとを備え、さらに、前記スリーブには前記油室と前記開閉弁の受圧室とを連通する開口部が形成されており、前記ピストンには、前記第１油室と第２油室とを連通する第１小孔および、該ピストンの位置に応じて前記スリーブの開口部と連通可能に形成された第２小孔を備えて構成することができる。

本発明によるロードセンシング式の油圧制御装置によれば、クローズドセンタ型の複数の切換弁の各々に油圧アクチュエータを接続し、これら油圧アクチュエータに共通の可変容量型ポンプから圧油を供給し、前記各切換弁においては各油圧アクチュエータの負荷圧力を検出すると共に操作されていない状態では負荷圧力検出信号通路をタンクラインに接続するよう構成し、これら切換弁を同時操作した場合の最高負荷圧力を選択手段により選択し、当該最高負荷圧力と前記ポンプの吐出圧力との差圧が一定となるよう前記ポンプの吐出流量を制御すると共に、前記ポンプの吐出流量供給ラインからタンクラインにつながるバイパスラインにアンロード弁を配設してなるロードセンシング式の油圧制御装置において、前記バイパスライン上に前記アンロード弁とパラレルに配設された開閉弁と、前記選択された最高負荷圧力ラインの圧油に対応して前記開閉弁を通過する流量を制御する圧力補償流量調整手段を前記開閉弁と前記最高負荷圧力ラインとの間に配設するよう構成したのでロードセンシング式の油圧制御装置におけるアンロード弁の動作に起因する起動時のショックを簡単な構造で大幅に軽減することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態に基づく１実施例について添付の図面の図１乃至図３を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明を適用したロードセンシング式油圧制御装置であって、同図の一点鎖線で囲まれた部分を示す参照符号５０は、本発明の適用される主要部油圧回路である。図１の主要部油圧回路５０以外の回路構成は図４と同一なのでそれらの詳細は、前述した図４の説明と重複するので省略し、以下では主として主要部油圧回路５０について説明する。

主要部油圧回路５０は、可変容量ポンプ１０の圧油供給ラインＬ１に接続されたアンロード弁１８とパラレルに、つまりタンクラインＬ１２につながるバイパスラインＬ１Ａに接続されている開閉弁５４と、最高負荷圧力を検出する信号ラインＳＬ５につながる信号ラインＳＬ５Ａと接続された圧力補償流量調整手段５２とを備えている。

ここで、前記主要部油圧回路５０の機能は、負荷の起動時に前記開閉弁５４を通過する圧油流量を、前記最高負荷圧力用の信号ラインＳＬ５につながる信号ラインＳＬ５Ａを介し調整・制御することによって当該信号ラインＳＬ５上の圧力すなわち、アンロード弁１８をアンロードする信号ラインＳＬ６の圧力上昇を緩和することにある。

図２は、前記主要部油圧回路５０の詳細図であって、同図の（ａ）に示すように、圧力補償流量調整手段５２は、内部に油室ＲＭが形成されその一側の第１油室ＲＭ１が前記最高負荷圧力用の信号ラインＳＬ５Ａに連通するよう形成したスリーブ５２Ｂと、同スリーブ５２Ｂの油室ＲＭ内に摺動可能に収容されたピストン５２Ｃと、同ピストン５２Ｃにより画成された前記油室ＲＭの他側の第２油室ＲＭ２に配設され、ピストン５２Ｃを第１油室ＲＭ１の方へ付勢するばね５２Ｄとを備えている。さらに、前記スリーブ５２Ｂには、油室ＲＭと開閉弁５４の受圧室ＲＣＶとを連通する開口部５２Ｆが形成されており、ピストン５２Ｃには、第１油室ＲＭ１と第２油室ＲＭ２とを連通する絞り機能を有する第１小孔５２Ｅおよび、該ピストンの摺動方向の位置に応じてスリーブ５２Ｂの開口部５２Ｆと連通可能に形成された横穴である第２小孔５２Ｇを備えている。なお参照符号５２Ａは第２油室ＲＭ２を形成する端部壁である。

前記開閉弁５４の左端部に設けた受圧室ＲＣＶには、流路ＳＬ５Ｂを経てスリーブ５２Ｂの開口部５２Ｆからの圧油が供給されるようになっている。前記受圧室ＲＣＶに圧油が供給されないとき開閉弁５４は右側開放位置の状態であり、図１に示すようにバイパスラインＬ１Ａからの圧油はタンクラインＬ１２を介してタンクＴへ流れるが、受圧室ＲＣＶに圧油が供給されると、バネＳＰＲの力に抗して開閉弁５４は右側開放位置から遷移状態を示す絞りの効いた中央位置５４ＴＲを経て左側閉鎖位置の状態に移行し、バイパスラインＬ１Ａからの圧油がタンクＴへ流れるのを阻止することとなる。

開閉弁５４の右側開放位置から左側閉鎖位置の状態に移行する速度は、当該弁体内に設けたスプールの移動速度すなわち、前記受圧室ＲＣＶに供給される圧油の単位時間当たりの供給量に依存する。この場合、圧力補償流量調整手段５２においては、絞り機能を有する第１小孔５２Ｅの径を小さくすると共に、ばね５２Ｄの力を非常に小さく設定することにより前記受圧室ＲＣＶへの単位時間当たりの供給油量を極めて微少に調整できるので、開閉弁５４を閉鎖する際の速度を遅くすることが可能となる。

この結果、図１に示す切換弁２０または３０を急操作しても圧油供給ラインＬ１の圧力は開閉弁５４の閉鎖速度に応じて上昇するので起動時のショックは大幅に軽減されることとなるのである。

図２の（ｃ）は前記スリーブ５２Ｂの開口部５２Ｆとピストン５２Ｃの第２小孔５２Ｇとがオーバーラップしている状態を示す。このオーバーラップ部ＯＶＲの大きさはピストン５２Ｃの油室ＲＭ内における位置によって定まる。この位置すなわち、オーバーラップ部ＯＶＲの大きさは、第１油室ＲＭ１と第２油室ＲＭ２との差圧とバランスするばね５２Ｄのバネ力にのみ依存するので、当該ばね力を前述のごとく非常に小さく設定することによりオーバーラップ部ＯＶＲの大きさ、面積を非常に小さくすることが可能となる。このことは第１小孔５２Ｅ側における孔径機械加工を、所望の絞り機能を得るため極端に小さくする必要がなく、第２小孔５２Ｇ側におけるオーバーラップ部ＯＶＲの大きさとして等価的に変換できることを意味している。

図２の（ｂ）は、開閉弁の変形例を示しており、受圧室ＲＣＶに圧油が供給されないとき開閉弁５４ＡはバネＳＰＲにより右端側閉鎖位置となる点が（ａ）の開閉弁５４と相違する。すなわち、油圧アクチュエータが駆動されていない場合でもロードセンシング機能を保持するためのバネ１６Ａの作用により可変容量ポンプ１０からは所定流量が圧油供給ラインＬ１に供給されており、開閉弁５４の場合には圧油が流れるが、開閉弁５４Ａでは阻止されるようになっている。

図３は、ポンプラインすなわち、圧油供給ラインＬ１上の圧力Ｐの上昇パターンに関して従来技術との比較を示す。同図に示されるように、本発明では昇圧の時間Δｔを上述のように適切に設定することが出来るので起動時のショックが大幅に軽減され且つ応答遅れの無い油圧制御装置を実現することが出来る。

以上本発明の好適な実施例について図１乃至図３にて説明したが、本発明の精神は、これらに限定されるものではなく、当業者であれば種々の変形が可能である。

本発明を適用した適用したロードセンシング式油圧制御装置の油圧回路図である。 図１の主要部油圧回路の詳細図であって、（ａ）は圧力補償調整手段および開閉弁の実施例を示す図、（ｂ）は開閉弁の他の例を示す図、（ｃ）は圧力補償調整手段のスリーブ開口部とピストン横穴のオーバーラップ部を説明する図である。 可変容量ポンプの圧油供給ライン上の圧力Ｐの上昇パターンに関する従来技術と本発明との対比を示すグラフである。 従来のロードセンシング式油圧制御装置の油圧回路図である。

符号の説明

１０ 可変容量ポンプ
１２ 原動機
１４ シリンダ
１６ 容量調整装置
１６Ａ バネ
１８ アンロード弁
１８Ａ バネ
２０、３０ 切換弁
２２、３２ 補償弁
２４、３４ 逆止弁
２６、３６ バネ
５０ 主要部油圧回路
５２ 圧力補償調整手段
５２Ａ 端部壁
５２Ｂ スリーブ
５２Ｃ ピストン
５２Ｄ ばね
５２Ｅ 第１小孔(絞り)
５２Ｆ 開口部
５２Ｇ 第２小孔(横穴)
５４ 開閉弁
５４ＴＲ 中央位置
ＡＣＴ１、ＡＣＴ２ 油圧アクチュエータ
Ｌ１ 圧油供給ライン
Ｌ１Ａ バイパスライン
Ｌ８、Ｌ９、Ｌ１０、Ｌ１１、Ｌ１２ タンクライン
ＯＶＲ オーバーラップ部
ＲＣＶ 受圧室
ＲＭ 油室
ＲＭ１ 第１油室
ＲＭ２ 第２油室
ＳＬ１、ＳＬ２ 負荷圧検出ライン
ＳＬ５ 最高負荷圧力の信号ライン
ＳＰＲ バネ
Ｔ タンク

Claims (2)

1. クローズドセンタ型の複数の切換弁の各々に油圧アクチュエータを接続し、これら油圧アクチュエータに共通の可変容量型ポンプから圧油を供給し、前記各切換弁においては各油圧アクチュエータの負荷圧力を検出すると共に操作されていない状態では負荷圧力検出信号通路をタンクラインに接続するよう構成し、これら切換弁を同時操作した場合の最高負荷圧力を選択手段により選択し、当該最高負荷圧力と前記ポンプの吐出圧力との差圧が一定となるよう前記ポンプの吐出流量を制御すると共に、前記ポンプの吐出流量供給ラインからタンクラインにつながるバイパスラインにアンロード弁を配設してなるロードセンシング式の油圧制御装置において、
   前記バイパスライン上に前記アンロード弁とパラレルに配設されてタンクラインにつながる開閉弁と、
   前記選択された最高負荷圧力ラインの圧油に対応して前記開閉弁を通過する流量を制御する圧力補償流量調整手段を前記開閉弁と前記最高負荷圧力ラインとの間に配設し、
   前記バイパスライン上の開閉弁は、バネ力により開放位置に維持され、前記圧力補償流量調整手段からの圧油の供給に伴い開放位置から閉方向へ調整され、
   前記圧力補償流量調整手段は負荷の起動時に前記開閉弁を通過する圧油流量を、前記最高負荷圧力用の第一の信号ラインにつながる第二の信号ラインを介し調整・制御することによって当該第一の信号ライン上の圧力すなわち、アンロード弁をアンロードする第三の信号ラインの圧力上昇を緩和する主要部油圧回路の機能を実現することを特徴とするロードセンシング式油圧制御装置。
2. 前記圧力補償流量調整手段は、内部に油室が形成されその一側の第１油室が前記選択された最高負荷圧力ラインに連通するよう形成したスリーブと、同スリーブの油室内に摺動可能に収容されたピストンと、同ピストンにより画成された前記油室の他側の第２油室に配設され前記ピストンを前記第１油室の方へ付勢するばねとを備え、さらに、前記スリーブには前記油室と前記開閉弁の受圧室とを連通する開口部が形成されており、前記ピストンには、前記第１油室と第２油室とを連通する第１小孔および、該ピストンの位置に応じて前記スリーブの開口部と連通可能に形成された第２小孔を備えていることを特徴とする、請求項１に記載されたロードセンシング式油圧制御装置。

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