JP4988237B2 - ロードセンシング式油圧制御装置 - Google Patents

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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、特に油圧アクチュエータ起動時におけるショックの低減および応答性の改善に関する。
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力すなわち、アキュムレータ駆動圧力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5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5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。
又、各切換弁20、30と各油圧アクチュエータACT1、ACT2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のいずれか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。
又、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の駆動圧力すなわち、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5に示した従来技術のロードセンシング式の油圧制御装置においては、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。この点をさらに具体的に説明する。
すなわち、上記のロードセンシング方式の油圧制御装置においては、停止している油圧アクチュエータを駆動すべく切換弁を操作し当該切換弁のシリンダーポ一トが前記ポンプ吐出ラインに開口した(瞬間)直後においては当該油圧アクチュエータの慣性が大きいためにポンプ吐出ラインから油圧アクチュエータヘの流れが無いか又は非常に少ない為にアクチュエータラインの圧力はポンプ吐出ラインの圧力とほぼ同等まで上昇する。
この過程では図5に示すアンロード弁19は、アクチュエータラインつまり信号ラインSL6の圧力とバネ18Aの力とにより、閉方向に動かされる。この閉鎖の過程では図中の絞り18Bによりその閉鎖速度を或る程度は調整出来るので、結果としてポンプ吐出ラインの圧力上昇も或る程度は調整出来る。
しかし、切換弁の操作速度、操作量によっては起動時のショックを解消できてもポンプ吐出圧力が油圧アクチュエータを駆動できる圧力まで上昇するのに時間がかかる、つまり、応答遅れが発生するか、または、応答性は良いが起動時のショックを軽減できない等の問題があり、こうした起動時における応答性とショック軽減とを両立させるには非常に高度な調整を必要とする。
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、煩雑であるという問題がある。
特開2002−295405号公報
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、前記油圧アクチュエータ駆動圧力の信号ラインに緩昇圧リリーフ弁を接続することによって起動時の応答性を損なわずにショックを軽減することが可能であ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、起動時の応答性を損なうことなく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の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駆動圧力を検出すると共に操作されていない状態では駆動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、前記検出された油圧アクチュエータの最高負荷圧力の信号ラインに緩昇圧リリーフ弁を接続し、当該緩昇圧リリーフ弁を介して前記信号ラインの圧力を昇圧させ、前記緩昇圧リリーフ弁は、本体と弁体とから形成され、前記最高負荷圧力の信号ラインに接続され、同信号ラインの圧力は第一の絞りを介して前記緩昇圧リリーフ弁の作動圧力を定める第一の背室に与えられ、本体には第二の絞りを介して前記最高負荷圧力の信号ラインの圧力が与えられ、前記第一の絞りは前記第二の絞りに比較して絞り効果を大きく設定され、バネのバネ力により弁体に形成した肩部に上面側周辺が当接しているピストンを有し、前記ピストンの下側周辺部の上下方向位置を定めるための弁体壁部に座部が形成され、前記ピストンは前記第一の背室に与えられる圧油によって距離Hだけ下方へ移動可能に形成され、前記ピストンの上面にはロッドが形成され、上部に設けられた第二の背室内に前記ロッドの先端部が挿入され前記第二の背室内でピストンを形成し、前記第二の背室には、ポンプ吐出ラインの圧力が与えられ、前記最高負荷圧力の信号ラインの圧力が上昇すると、この圧力は前記第一の絞りを経て前記第一の背室へ導入され、前記緩昇圧リリーフ弁は、先ず、前記ピストンが前記肩部に当接した位置において、前記バネの比較的低圧な状態で作動し、前記第一の背室に圧油が導入されるに伴い前記バネが圧縮されるので、リリーフ作動圧も上昇して、バネの圧縮が、ピストン下端部が弁体壁部の座に当接する位置で最終設定圧力が定まり、前記ピストンが前記肩部に当接した位置にあるときの初期設定圧力は、前記緩昇圧リリーフ弁における前記第一の背室の内径と前記第二の背室の内径を適切に設定し、前記第二の背室へ前記ポンプ吐出ラインの圧力による外部信号を導入することにより調整可能であることを特徴とする。
その場合、前記緩昇圧リリーフ弁には、初期設定圧力と最終設定圧力とを設定可能であり、前記初期設定圧力は外部信号により調整可能であることが好ましい。
その場合、前記外部信号はポンプ駆動圧力を用いることができる。
また、その場合、前記外部信号はアクチュエータ駆動圧力を用いることができる。
さらにその場合、前記外部信号は前記切換弁のパイロット操作圧力を用いることができる。
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、油圧アクチュエータの最高負荷圧力の信号ラインに緩昇圧リリーフ弁を接続し、当該緩昇圧リリーフ弁を介して前記信号ラインの圧力を昇圧させるよう構成したので油圧アクチュエータ起動時の応答性を保ちながらショックを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図面の図1乃至図4を参照して詳細に説明する。
図1、図2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、同各図の一点鎖線で囲まれた部分を示す参照符号50、60は、それぞれ緩昇圧リリーフ弁である。図1、図2において、緩昇圧リリーフ弁50、60以外の油圧回路構成は図5と同一であり、それらの詳細の説明については、前述した図5の説明と重複するので省略し、主として、信号ラインSL5に接続されている緩昇圧リリーフ弁50、60について説明する。
なお、図1に示される緩昇圧リリーフ弁50と図2に示される緩昇圧リリーフ弁60とは、機能的には、図2の緩昇圧リリーフ弁60が緩昇圧リリーフ弁50に対し破線部Zを備えている点で相違しているだけなので、以下では、図3に示した緩昇圧リリーフ弁60について説明する中で緩昇圧リリーフ弁50の説明も併せてなされる。
緩昇圧リリーフ弁60は切換弁20及び30にかかわる油圧アクチュエータACT1、ACT2の負荷圧力が信号ラインSL1及びSL2によって検出され且つ高圧選択手段40によって高圧選釈された信号ラインSL5に接続されている。叉、当該緩昇圧リリーフ弁60の詳細を図3に示す。
図2において、例えば、切換弁20を図中20Bの位置へ移動させると可変容量ポンプ10の吐出ラインL1は切換弁20内の通路20B1を経てアクチュエータ用ラインL4へ接続される。当該ラインL4は補償弁26、逆止弁24、通路L5、通路LA1を経て油圧アクチュエータACT1へ供給される。
油圧アクチュエータACT1は図示してない建設機械等の構造物を動かすが、一般にはこれら構造物の重量すなわち、慣性が非常に大きく、従って、切絞弁20を操作した後ポンプ吐出ラインL1は上述の通路を経て油圧アクチュエータACT1へ接続されるが、操作後瞬時は構造物の起動までに僅かな時間を要する。
つまり、この僅かな時間の間は信号ラインSL5の圧力は、ポンプ吐出ラインL1とほぼ同等になるまで上昇する。従ってこの起動までの時間に図2のアンロード弁18においては、これを閉方向に操作する信号ラインSL5の圧力とこれを開方向に操作するポンプ吐出ラインL1の圧力とがほぼ等しくなるのでバネ18Aの力によりアンロード弁18は閉じる。
一方、緩昇圧リリーフ弁60においては、次のような動作となるがこれを図3に基づき説明する。
図3には、緩昇圧リリーフ弁60を模式的に示す。緩昇圧リリーフ弁60は、油圧記号でリリーフ弁を示す本体60Cからなる本体部分Xとその上部に配置される圧力調整部分Yとで構成される。
前述したように、緩昇圧リリーフ弁60は信号ラインSL5に接続されており、同信号ラインSL5の圧力は絞り60Cを介して、緩昇圧リリーフ弁60の作動圧力を定めるバネ62の背室68Aに与えられている。そのバネ62は前室68Bに配置されている。本体60Aには絞り60Bを介して信号ラインSL5の圧力が与えられている。なお、絞り60Cは絞り60Bに比鮫し、その絞り効果を大きく設定してある。
参照符号PSはピストンであってその上面側周辺は、図示のように、バネ62のバネ力により弁体に形成した肩部66に当接している。参照符号64は、ピストンPSの下側周辺部の上下方向位置を定めるための弁体壁部に形成された座部であり、したがって、ピストンPSは背室68Aに与えられる圧油によって距離Hだけ下方へ移動可能とされている。前記ピストンPSの上面にはロッドRDが形成され、上部に設けられたもう一つの背室70内にその先端部が挿入され同背室70内でピストンを形成している。なお、参照符号d1、d2は、前記背室68A、背室70の内径である。背室70には、外部信号、例えば、ポンプ吐出ラインL1の圧力、パイロット操作圧または油圧アクチュエータ駆動圧力を与えるようになっている。なお、参照符号Zで示すように、図1の緩昇圧リリーフ弁50の場合は、ロッドRDおよび背室70は形成されていない。
図3において、信号ラインSL5の圧力が上昇すると、この圧力は絞り60Cを経て背室68Aへ導入され、緩昇圧リリーフ弁60は、先ず、ピストンPSが肩部66に当接した(伸びた)位置つまりバネ62の比較的低圧な状態で作動し、背室68Aに圧油が導入されるに伴いバネ62が圧縮されるので、リリーフ作動圧も上昇し最終的には、バネ62の圧縮が、ピストン下端部64Aが弁体壁部の座64に当接する位置で最終設定圧力が定まる。このときの昇圧の特性を図4(a)に示す。この場合、初期設定圧力(図3のピストンPSが図示の位置に在るとき)と、最終設定圧力(図3でピストンPSの下端部64Aが座64に当接する位置に達するとき)、および絞り60Cの絞り効果の調整により、ロードセンシング方式において、起動時のショックを軽減すると共に応答遅れのない昇圧特性を定めることが可能である。
また、図3のZ部すなわち、背室70およびロッドRDを有する緩昇圧リリーフ弁60において、背室68Aの内径d1と背室70の内径d2を適切に設定し、前記背室70へは例えば、ポンプ吐出ラインL1の圧力を導入することにより、ポンプ吐出圧つまり油圧アクチュエータの駆動圧力の高さに応じて初期設定圧力および油圧アクチュエータの当該駆動圧力までの昇圧時間を調整できる。
したがって、油圧アクチュエータの駆動圧力の高低にかかわらず最適な昇圧特性を設定することができる。その様子が図4(b)に例示されている。
図4は、本発明による、ロードセンシング方式の油圧制御装置に組み込まれた緩昇圧リリーフ弁の昇圧特性を示す圧力波形であって、(a)は緩昇圧リリーフ弁50の波形CV1を示し、(b)は緩昇圧リリーフ弁60の波形CV2を、横軸を時間t、縦軸を信号ラインSL5上の圧力Pとしてそれぞれ示す。
同図4(a)において、時刻t0で、油圧アクチュエータACT1が起動されその駆動圧力がP1とすると、信号ラインSL5の圧力Pは、バネ62の初期設定圧力Pi(図3のピストンPSが肩部66に当接している状態に対応)まで達し、やや遅れて絞り60Cを介して背室68Aに導入された圧油によりピストンPSはバネ62を下方へ圧縮しつつ移動し、それによって遅くとも、時刻t1までの時間Δtの間には、ピストンPSは座64まで移動し最終設定圧力Pfをバネ62に付与することとなる。したがって、信号ラインSL5の圧力Pは時刻t0からt1の間で傾斜しつつ上昇し当該油圧アクチュエータACT1の駆動圧力P1に達する。
また、同図4(b)において、時刻t0で、油圧アクチュエータACT2が起動されその駆動圧力がP2(P2>P1)であるとする。この場合、背室70にはポンプ吐出ラインL1の圧力が与えられているので、ピストンPSは直ちに下方へ移動してバネ62を圧縮させ、このときの初期設定圧力は前述したPiよりもΔPだけ大きいPi’となっているので、信号ラインSL5の圧力Pは、この状態におけるバネ62の初期設定圧力Pi’まで達し、さらに、やや遅れて絞り60Cを介して背室68Aに導入された圧油によりピストンPSはバネ62を下方へ圧縮しつつ移動し、それによって遅くとも、時刻t1までの時間Δtの間には、ピストンPSは座64まで移動し最終設定圧力Pfをバネ62に付与することとなる。したがって、信号ラインSL5の圧力Pは時刻t0からt1の間で圧力Pi’から傾斜しつつ上昇し当該油圧アクチュエータACT2の駆動圧力P2に達する。
なお、鎖線CV1’は緩昇圧リリーフ弁50の場合の昇圧波形を示しており、アクチュエータACT2の駆動圧力P2に到達するまでの時間がΔtよりさらにαだけ要することを示す。建設機械の操縦においては、同一アクチュエータあるいは異なるアクチュエータであってもその起動時の駆動圧力に達するまでの時間Δtは0.2〜0.3秒程度であることが好ましい。したがって、前記αがあると起動時のショックは回避されるが、応答性の良好さという点では緩昇圧リリーフ弁60の構成の方がより好ましい。
以上本発明の好適な実施例について図1乃至図4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。
本発明による、ロードセンシング式油圧制御装置に緩昇圧リリーフ弁を組み込んだ油圧回路図である。 本発明による、ロードセンシング式油圧制御装置に他の緩昇圧リリーフ弁を組み込んだ油圧回路図である。 緩昇圧リリーフ弁の回路構成を模式的に示す図である。 本発明による、ロードセンシング方式の油圧制御装置に組み込まれた緩昇圧リリーフ弁の昇圧特性を示す圧力波形であって、(a)は、図2に示す緩昇圧リリーフ弁の昇圧波形を示し、(b)は、図3に示す緩昇圧リリーフ弁の昇圧波形を示す。 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
40 高圧選択手段
50、60 緩昇圧リリーフ弁
60A 本体部
60B、60C 絞り
62 バネ
64 座部
66 肩部
68A、70 背室
ACT1、ACT2 油圧アクチュエータ
CV1、CV2 昇圧波形
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
PS ピストン
SL1、SL2 負荷圧検出ライン
SL5 最高負荷圧力の信号ライン

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駆動圧力を検出すると共に操作されていない状態では駆動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、
    前記検出された油圧アクチュエータの最高負荷圧力の信号ラインに緩昇圧リリーフ弁を接続し、当該緩昇圧リリーフ弁を介して前記信号ラインの圧力を昇圧させ、
    前記緩昇圧リリーフ弁は、本体と弁体とから形成され、
    前記最高負荷圧力の信号ラインに接続され、同信号ラインの圧力は第一の絞りを介して前記緩昇圧リリーフ弁の作動圧力を定める第一の背室に与えられ、
    本体には第二の絞りを介して前記最高負荷圧力の信号ラインの圧力が与えられ、
    前記第一の絞りは前記第二の絞りに比較して絞り効果を大きく設定され、
    バネのバネ力により弁体に形成した肩部に上面側周辺が当接しているピストンを有し、前記ピストンの下側周辺部の上下方向位置を定めるための弁体壁部に座部が形成され、前記ピストンは前記第一の背室に与えられる圧油によって距離Hだけ下方へ移動可能に形成され、
    前記ピストンの上面にはロッドが形成され、
    上部に設けられた第二の背室内に前記ロッドの先端部が挿入され前記第二の背室内でピストンを形成し、前記第二の背室には、ポンプ吐出ラインの圧力が与えられ、
    前記最高負荷圧力の信号ラインの圧力が上昇すると、この圧力は前記第一の絞りを経て前記第一の背室へ導入され、前記緩昇圧リリーフ弁は、先ず、前記ピストンが前記肩部に当接した位置において、前記バネの比較的低圧な状態で作動し、
    前記第一の背室に圧油が導入されるに伴い前記バネが圧縮されるので、リリーフ作動圧も上昇して、バネの圧縮が、ピストン下端部が弁体壁部の座に当接する位置で最終設定圧力が定まり、
    前記ピストンが前記肩部に当接した位置にあるときの初期設定圧力は、前記緩昇圧リリーフ弁における前記第一の背室の内径と前記第二の背室の内径を適切に設定し、前記第二の背室へ前記ポンプ吐出ラインの圧力による外部信号を導入することにより調整可能であ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. 前記外部信号はポンプ駆動圧力によるものであ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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