JP5164883B2 - 油圧制御システム - Google Patents

Description

この発明は、例えば、ステアリング機構を備えた作業機などに用いる油圧制御システムに関する。

この種のものとして、特許文献１に示す油圧制御システムが従来から知られている。この従来の油圧制御システムは、流量制御弁を、ステアリング系回路と作業機系回路とに接続している。そして、流量制御弁には、その一方のパイロット室に図示されていないがスプリングを設け、上記ステアリング系回路に連通する過程に設けた制御オリフィス前後の差圧を、上記スプリングのばね力に等しくなるようにして、一定の制御流量をステアリング回路系に供給し、制御流量以外の余剰流量を作業機系回路に供給するものである。

特開２００４−３５２４６６号公報

上記のようにした従来の油圧制御システムは、ステアリング操作もせず、作業機系回路のアクチュエータも使用していないときでも、少なくともステアリング系回路に一定の制御流量が供給されてしまうので、それだけエネルギー損失が大きくなるという問題があった。
この発明の目的は、ステアリング操作をしていない状態で、作業機系のアクチュエータも使用をしていないときには、流量制御弁にアンロード機能を発揮させて、メインポンプからの作動油をアンロードし、エネルギー損失を小さくした油圧制御システムを提供することである。

この発明は、メインポンプと、流入ポートをメインポンプに接続した流量制御弁と、この流量制御弁の制御流ポートに接続したステアリング系回路と、上記流量制御弁の余剰流ポートに接続した作業機系回路とを備え、かつ、上記流量制御弁には一対のパイロット室を設けている。そして、一方のパイロット室には、上記ステアリング系回路あるいは制御流ポートとステアリング系回路との連通過程に設けた制御オリフィスの下流側の圧力を導き、他方のパイロット室には、上記制御オリフィスの上流側の圧力を導くようにしている。しかも、上記一方のパイロット室にはスプリングを設けている。このようにした流量制御弁は、上記制御オリフィス前後の差圧が上記スプリングのばね力に等しくなるように制御して、一定の制御流量をステアリング系回路に優先的に導き、余剰流量を作業機系回路に導くようにしている。

さらに、この発明は、サブポンプと、上記流量制御弁のスプリングのばね力を制御する制御ピストンと、制御ピストンとサブポンプとを接続するパイロット流路と、このパイロット流路に設けるとともにステアリング系回路のステアリング操作信号あるいは作業機系回路の操作信号のいずれか一方の操作信号に応じて切り換わる切換弁とを備え、上記流量制御弁は、上記流入ポートと制御流ポートとを連通する第１位置と、流入ポートと余剰流ポートとを連通する第２位置と、流入ポートをアンロードポートに連通させる第３位置を有している。そして、上記切換弁がノーマル位置にあるとき、上記制御ピストンに作用する圧力をタンク圧にするとともにスプリングのばね力を最少にして流量制御弁を第３位置に保つ一方、上記ステアリング操作信号あるいは作業機系回路の操作信号のいずれか一方の操作信号に応じて切換弁が切り換わったとき、上記サブポンプの圧力を流量制御弁の上記制御ピストンに作用させるとともにスプリングのばね力を大きくして、流量制御弁を第１位置と第２位置との間でバランスさせ、制御流ポートからの一定の制御流量をステアリング系回路に導く一方、余剰流ポートからの余剰流量を作業機系回路に導く構成にしている。

ステアリング操作をしていない状態で、しかも、作業機系回路のアクチュエータも操作していないときには、流量制御弁がアンロード弁として機能するので、エネルギー損失を最小限に抑えることができる。
また、上記のように流量制御弁がアンロード機能を有するので、アンロード弁を特別に設ける必要がなく、その分、全体のコストダウンを図ることができる。

第１実施形態の回路図である。 第２実施形態の回路図である。 第３実施形態の回路図である。

図１に示した第１実施形態は、フォークリフトに適用した油圧制御システムで、エンジンＥにメインポンプＭＰとサブポンプＳＰとを連係している。したがって、エンジンＥが駆動すると、それにともなってメインポンプＭＰとサブポンプＳＰとが回転する。
なお、この実施形態におけるサブポンプＳＰは、図示していないブレーキシステム等に圧油を供給するためのものである。

上記メインポンプＭＰはメイン流路１を介して流量制御弁ＣＶの流入ポート２に接続しているが、この流量制御弁ＣＶは、流入ポート２を制御流ポート３に連通する第１位置（ａ）と、流入ポート２を余剰流ポート４に連通する第２位置（ｂ）と、流入ポート２をアンロードポート５に連通する第３位置（ｃ）とに切り換え可能にしている。

上記のようにした制御流ポート３はステアリング系回路Ｓに接続し、余剰流ポート４を作業機系回路Ｗに接続するとともに、アンロードポート５をタンクＴに接続している。
上記ステアリング系回路Ｓは、ステアリングホイール６の回転速度に比例して油量を制御するメータリングユニット７と、ロータリーバルブ８とからなるとともに、このロータリーバルブ８に制御オリフィス９を備えている。
なお、流量制御弁ＣＶの上記制御流ポート３は、流路ｒを介して上記ロータリーバルブ８のポート８ａに連通している。そして、このポート８ａは、ステアリングを操作していない状態では閉じる構成にしている。

そして、上記流量制御弁ＣＶは、その一方のパイロット室１０を上記制御オリフィス９の下流側に接続し、他方のパイロット室１１を上記制御オリフィス９の上流側に接続している。さらに、上記一方のパイロット室１０にはスプリング１２を設けるとともに、このスプリング１２にはピストン室１３に設けた制御ピストン１４を連係している。そして、ピストン室１３に圧力が作用していないときには、スプリング１２はほぼ自由長を維持してそのばね力がほとんどゼロとなるようにしている。また、ピストン室１３に圧力が作用したときには、制御ピストン１４の推力でスプリング１２がたわんで所定のばね力を発揮するようにしている。

上記のようにスプリング１２がたわんで所定のばね力を発揮しているときには、流量制御弁ＣＶは、上記第１位置（ａ）と第２位置（ｂ）との間でバランスし、上記制御オリフィス９前後の差圧がこのスプリング１２のばね力に等しくなるように、制御流量を一定に制御する。そして、制御流量以上の余剰流量は、余剰流ポート４から作業機系回路Ｗに供給されることになる。

また、上記スプリング１２が自由長を維持しているときには、ステアリング系回路Ｓは操作しておらず、供給流路ｒの下流側はロータリーバルブ８のポート８ａにより閉じられている。したがって、流量制御弁ＣＶのスプールの切り換え圧力がパイロット室１１に作用する。
パイロット室１１に圧力が作用すると、上記したようにスプリング１２が自由長を維持しているので、流量制御弁ＣＶは、第３位置（ｃ）に切り換わり、メインポンプＭＰの吐出量のほぼ全量がアンロードポート５からアンロードされることになる。
なお、流量制御弁ＣＶが上記第３位置（ｃ）にあるとき、アンロードポート５は全開状態を保つが、制御流ポート３はわずかに開口して、他方のパイロット室１１の圧力を保つようにしている。

一方、上記作業機系回路Ｗは、その上流側からリフトシリンダ１５を制御する切換制御弁１６、チルトシリンダ１７を制御する切換制御弁１８および図示していないアタッチメント用アクチュエータを制御する切換制御弁１９を設けている。
そして、これら切換制御弁１６，１８，１９は、図示の中立位置にあるとき、余剰流ポート４から作業機系回路Ｗに接続した作業機系流路２０をタンクＴに導く構成にしている。

また、上記サブポンプＳＰは、パイロット流路２１および切換弁２２を介して上記流量制御弁ＣＶのピストン室１３に接続されるが、この切換弁２２は、その一方にソレノイド２３を設けるとともに、このソレノイド２３と対向する反対端にスプリング２４のばね力を作用させている。したがって、ソレノイド２３が非励磁の状態にあれば、切換弁２２はスプリング２４の作用で図示のノーマル位置を保つ。また、ソレノイド２３が励磁されると、切換弁２２はスプリング２４のばね力に抗して、図面右側位置である切換位置に切り換わる。

切換弁２２が図示のノーマル位置にあるときには、ピストン室１３をタンクＴに連通し、流量制御弁ＣＶのスプリング１２を自由長に保つ。また、切換弁２２が上記切換位置にあるときには、パイロット流路２１を介してピストン室１３とサブポンプＳＰとを連通させる。ピストン室１３にサブポンプＳＰの圧力が導かれると、ピストン１４の推力でスプリング１２がたわむことになる。

さらに、上記切換弁２２のソレノイド２３は、ステアリングホイール６の操作を電気的に検出するセンサー２５と、圧力を電気信号に変換する圧電変換器２６とに接続している。
そして、上記センサー２５が、ステアリング操作信号である電気信号を出力したときには、上記ソレノイド２３を励磁させる。また、圧電変換器２６は、パイロット流路２１から分岐した分岐路２１ａの圧力を検出するもので、この圧電変換器２６がパイロット流路２１の圧力を検出したときにも、電気信号を出力してソレノイド２３を励磁させる。

さらに、上記パイロット流路２１と連通する分岐路２１ａは、各切換制御弁１６，１８，１９が図示の中立位置にあるとき、これら切換制御弁１６，１８，１９を介してタンクＴに連通するとともに、切換制御弁１６を図面右側であるリフト位置に切り換えるかあるいは切換制御弁１８，１９を中立位置から切換位置に切り換えることによって、パイロット流路２１とタンクＴとの連通を遮断する構成にしている。

なお、図中符号２７は分岐路２１ａに設けた絞りで、切換制御弁１６，１８，１９を中立位置に保って、分岐路２１ａをタンクＴに連通させているときにも、この絞り２７の上流側の圧力を保つためのものである。
また、符号２８はダンパオリフィス、２９は他方のパイロット室１１から圧力を抜くときに機能するチェック弁、３０はリリーフ弁である。

さらに、上記分岐路２１ａの絞り２７の下流側には安全弁３１を接続しているが、この安全弁３１は、スプリング３２のばね力の作用で図示のノーマル位置を保っているとき、分岐路２１ａをタンクＴに連通させる。また、上記スプリング３２とは反対側にソレノイド３３を設けているが、このソレノイド３３が励磁されると、安全弁３１は上記スプリング３２のばね力に抗して閉位置に切り換わり、分岐路２１ａとタンクＴとの連通を遮断する。そして、このソレノイド３３は、図示していない運転席のシートスイッチに接続し、運転席にオペレータが着座していないときには非励磁状態を保って、当該安全弁３１をノーマル位置に保つ。したがって、オペレータが運転席に着座しないで切換弁１６，１８又は１９を操作しても、リフトシリンダ１５、チルトシリンダ１７又はアタッチメント用のアクチュエータは作動せず、安全性が保たれる。
オペレータが運転席に着座していれば、ソレノイド３３が励磁して分岐路２１ａとタンクＴとの連通を遮断するので、上記各アクチュエータは作動が可能になる。

次に、この第１実施形態の作用を説明する。
今、オペレータが運転席に着座していなければ、安全弁３１が図示のノーマル位置にあって、分岐路２１ａをタンクＴに連通させるので、絞り２７の下流側の圧力がタンク圧になる。絞り２７の下流側の圧力がタンク圧になれば、圧電変換器２６が動作しないので、この圧電変換器２６からの信号でソレノイド２３が動作することはない。
したがって、オペレータが運転席に着座せずに安全弁３１がノーマル位置を保っているかぎり、切換弁２２が切り換えられることはない。
また、オペレータが運転席に着座せずにステアリングホイール６を操作した場合には、ステアリング操作が通常通り可能なので、安全性が保たれることになる。

上記のように切換弁２２が切り換えられずにノーマル位置を保っていれば、流量制御弁ＣＶのピストン室１３がタンクＴに連通するので、スプリング１２が自由長を維持する。
したがって、前記したようにメインポンプＭＰの吐出油のほぼ全量がアンロードポート５からアンロードされることになる。

また、オペレータが運転席に着座して安全弁３１が閉位置に切り換わっているとき、切換制御弁１６を図面右側のリフト位置に切り換えるか、あるいは切換制御弁１８，１９のいずれかひとつでも切り換え操作すると、分岐路２１ａとタンクＴとの連通が遮断されるので、絞り２７の下流側にパイロット圧が発生する。このパイロット圧は圧電変換器２６に作用するので、圧電変換器２６はソレノイド２３を励磁させるとともに、切換弁２２を切換位置に切り換える。

切換弁２２が切換位置に切り換われば、上記絞り２７の上流側の圧力すなわちサブポンプＳＰの吐出圧が流量制御弁ＣＶのピストン室１３に導かれる。したがって、制御ピストン１４が移動してスプリング１２をたわませ、流量制御弁ＣＶのアンロード機能を停止させる。
このようにアンロード機能を停止された流量制御弁ＣＶは、第１位置（ａ）と第２位置（ｂ）との間でバランスし、制御流ポート３から一定の制御流量をステアリング系回路Ｓに供給し、余剰流ポート４から余剰流量を作業機系回路Ｗに供給する。

さらに、切換制御弁１６，１８，１９の操作とは関係なく、ステアリングホイール６を操作すれば、それをセンサー２５が検出するとともに、センサー２５から出力されるステアリング操作信号によって切換弁２２のソレノイド２３を励磁し、切換弁２２を切換位置に切り換え、流量制御弁ＣＶのアンロード機能を停止させる。したがって、上記したと同様に、流量制御弁ＣＶは、第１位置（ａ）と第２位置（ｂ）との間でバランスし、制御流ポート３から一定の制御流量をステアリング系回路Ｓに供給し、余剰流ポート４から余剰流量を作業機系回路Ｗに供給する。

いずれにしても、この第１実施形態では、ステアリング操作をしていず、かつ、切換制御弁１６，１８，１９を中立位置に保っている限り、流量制御弁ＣＶは第３位置（ｃ）を保って、アンロード機能を発揮するので、メインポンプＭＰの負荷を小さくしてエネルギー損失を最少に押えることができる。

図２に示した第２実施形態は、メインポンプＭＰとサブポンプＳＰとを備えるとともに、メインポンプＭＰを、メイン流路１を介して流量制御弁ＣＶの流入ポート２に接続しているが、これらメインポンプＭＰ、サブポンプＳＰおよび流量制御弁ＣＶは第１実施形態とまったく同じである。また、流量制御弁ＣＶのピストン室１３に、ソレノイド２３およびスプリング２４を備えた切換弁２２を接続していることも第１実施形態と同様である。そして、ステアリング系回路Ｓにセンサー２５を設け、このセンサー２５を上記ソレノイド２３に接続している点も第１実施形態と同様である。

そして、この第２実施形態は、安全弁３１を作業機系流路２０に接続した点と、切換制御弁１６，１８，１９の切り換え操作を電気的に検出して、その電気信号を切換弁２２のソレノイド２３に入力するようにした点とが、第１実施形態と相違する。

上記のように切換制御弁１６，１８，１９の切り換え操作を電気的に検出するために、この第２実施形態では、上記切換弁２２に設けたソレノイド２３に、コントローラＣを接続している。
上記コントローラＣは、切換制御弁１６，１８，１９に設けたリミットスイッチ３４〜３６のそれぞれに接続している。これらリミットスイッチ３４〜３６は、切換制御弁１６，１８，１９を中立位置に保っているときには、オフの状態を保ち、切換制御弁１６，１８，１９を上記中立位置から切換位置に切換動作したときそれに関連してオンになるものである。
なお、リフトシリンダ１５を制御する切換制御弁１６は、リフトシリンダ１５を下降させるために図面左側位置に切り換えたときには、リミットスイッチ３４はオフの状態を保つようにしている。

そして、上記のように各切換制御弁１６，１８，１９が中立位置にあってリミットスイッチ３４〜３６がオフのときには、コントローラＣは、切換弁２２のソレノイド２３に信号を出力しない。したがって、切換弁２２は、コントローラＣからの信号では切換位置に切り換わらず、ノーマル位置を保持する。
切換弁２２がノーマル位置を保持しているときに流量制御弁ＣＶがアンロード機能を発揮することは、第１実施形態と同じである。

また、リフトシリンダ１５を制御する切換制御弁１６を図面右側のリフト位置に切り換えるか、あるいは切換制御弁１８，１９のいずれかひとつでも切り換え操作して、リミットスイッチ３４〜３６のいずれかがオンになると、コントローラＣは、切換弁２２のソレノイド２３に電気信号を出力して、ソレノイド２３を励磁させる。このようにソレノイド２３が励磁すれば、切換弁２２が切換位置に切り換わって、サブポンプＳＰの吐出圧をピストン室１３に導き、スプリング１２をたわませるが、スプリング１２がたわんだときの流量制御弁ＣＶの機能も第１実施形態と同じである。

図３に示した第３実施形態は、切換弁２２をパイロット圧で切り換わるようにしたものである。つまり、切換弁２２は、上記スプリング２４とは反対端にパイロット室３７を設けている。
そして、上記パイロット室３７は、高圧選択弁３８を介して、流量制御弁ＣＶのパイロット室１０と同様に制御オリフィス９の下流側に接続している。したがって、ステアリングホイール６を操作して負荷圧力が発生すれば、その圧力がステアリング操作信号として上記パイロット室１０および３７に作用する。このようにパイロット室３７に圧力が作用すれば、切換弁２２がノーマル位置から切換位置に切り換わることになる。
さらに、上記高圧選択弁３８は、絞り２７の下流側における分岐路２１ａに接続しているが、その他の構成は、第１実施形態と同様である。

したがって、ステアリングホイール６を操作したり、あるいは切換制御弁１６，１８，１９を切り換えたりしたときには、切換弁２２が切り換わって、流量制御弁ＣＶが一定の制御流量をステアリング系回路Ｓに供給し、余剰流量を作業機系回路Ｗに供給することになる。

上記のようにした油圧制御システムは、フォークリフトなどに用いると、大きな省エネルギー効果を期待できる。

ＭＰ メインポンプ
ＳＰ サブポンプ
ＣＶ 流量制御弁
１ メイン流路
２ 流入ポート
３ 制御流ポート
４ 余剰流ポート
Ｓ ステアリング系回路
Ｗ 作業機系回路
９ 制御オリフィス
１０，１１ パイロット室
１２ スプリング
１４ 制御ピストン
１６ 切換制御弁
１８ 切換制御弁
１９ 切換制御弁
２１ パイロット流路
２２ 切換弁

Claims (1)

1. メインポンプと、流入ポートをメインポンプに接続した流量制御弁と、この流量制御弁の制御流ポートに接続したステアリング系回路と、上記流量制御弁の余剰流ポートに接続した作業機系回路とを備え、かつ、上記流量制御弁には一対のパイロット室を設け、一方のパイロット室には、上記ステアリング系回路あるいは制御流ポートとステアリング系回路との連通過程に設けた制御オリフィスの下流側の圧力を導き、他方のパイロット室には、上記制御オリフィスの上流側の圧力を導き、しかも、上記一方のパイロット室にはスプリングを設けるとともに、当該流量制御弁は、上記制御オリフィス前後の差圧が上記スプリングのばね力に等しくなるように制御して、一定の制御流量をステアリング系回路に優先的に導き、余剰流量を作業機系回路に導く構成にした油圧制御システムにおいて、サブポンプと、上記流量制御弁のスプリングのばね力を制御する制御ピストンと、制御ピストンとサブポンプとを接続するパイロット流路と、このパイロット流路に設けるとともにステアリング系回路のステアリング操作信号あるいは作業機系回路の操作信号のいずれか一方の操作信号に応じて切り換わる切換弁とを備えるとともに、上記流量制御弁は、上記流入ポートと制御流ポートとを連通する第１位置と、流入ポートと余剰流ポートとを連通する第２位置と、流入ポートをアンロードポートに連通させる第３位置を有し、上記切換弁がノーマル位置にあるとき、上記制御ピストンに作用する圧力をタンク圧にするとともにスプリングのばね力を最少にして流量制御弁を第３位置に保つ一方、上記ステアリング操作信号あるいは作業機系回路の操作信号のいずれか一方の操作信号に応じて切換弁が切り換わったとき、上記サブポンプの圧力を流量制御弁の上記制御ピストンに作用させるとともにスプリングのばね力を大きくして、流量制御弁を第１位置と第２位置との間でバランスさせ、制御流ポートからの一定の制御流量をステアリング系回路に導く一方、余剰流ポートからの余剰流量を作業機系回路に導く構成にした油圧制御システム。

Images