JP5166319B2 - 建設機械の油圧制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、建設機械の油圧制御装置に係り、特に、多連型の油圧制御弁を効率的に作動するための油圧制御装置に関する。

図５は、従来のロードセンシング制御方式の油圧回路図である。同図において、油圧アクチュエータＡＣＴ１、ＡＣＴ２用に設けられたセンタークローズ型の複数の切換弁１０２、１０４にはそれぞれ圧力補償弁１０２ａ、１０４ａが設けられており同各切換弁はメータインオリフィスＭｉｏを備えている。参照符号ＬＳは各負荷圧の最高圧力を検出するロードセンシングラインであって、ポンプユニット１００内のポンプ制御機構の弁１００ａに対し下側からバネｋと同方向に弁スプールに作用し、上側からのポンプ吐出圧と対向している。

また、参照符号１０６はアンロード弁である。前記バネｋのバネ力は所定のロードセンシング差圧に対応して設定されるものである。弁１００ａからの制御圧力ｃｐが小さくなると斜板ＳＢはポンプＰＭの吐出流量を増大させるよう作用する。したがって、各切換弁のメータインオリフィスＭｉｏに圧油が流れると圧力補償弁１０２ａ、１０４ａの入り口側の圧力の大きい方がロードセンシング圧となり弁１００ａを絞るように作用し、前述したように、ポンプ流量を増加させる。

一般にロードセンシング制御方式と称される流量制御の多連弁は１つのポンプで複教のアクチェータを制御する油圧制御装置において、複数のアクチュエータの最高負荷圧力を検出し、ポンプの吐出圧力が検出圧力より一定の高い圧力となるように制御する方式である。このポンプ圧力に対する負荷圧力の差はロードセンシング差圧と称される。複数のアクチェータを作動させた場合に，最高負荷圧力に対して作動する圧力補償弁と呼ばれる切換弁が各アクチュエータに配置され、この切換弁は低負荷側のアクチェータを最高負荷圧力にまで昇圧させ、更に、ポンプ吐出圧力は複数のアクチュエータの最高負荷圧より高い圧力に制御されるので各アクチュエータに所定値の圧油供給が可能となり、一般的に複合操作性がよいとされている。

又、必要な圧油のみを供給することで、近年、省エネルギ性向上の制御方式として注目されている。しがしながら、前記ロードセンシング差圧は通常２ＭＰａ程度の圧力を必要とし、更に、メータイン側に圧力補償弁を有しているのでこの圧力補償弁の圧力損失とロードセンシング差圧との和がポンプ圧力に常時計上され、更なる省エネルギ性向上を目指す際に障害となっている。

一方、図６は従来のポジティブコントロール制御方式の油圧回路図である。同図において、ポジティブコントロール制御方式のポンプＰ１にはオープンセンタ型の複数の切換弁２００が接続されている。各切換弁には操縦桿ユニット２０４〜操作圧信号が供給される。また、バルブシートＳＨＴを介してもう一対の同様な回路すなわち、ポンプＰ２および複数の切換弁２０２が接続されている。図の右方にはポジティブコントロール制御方式の特性を示す。この特性図から分かるように、ポンプＰ１（Ｐ２）の吐出流量は操作圧信号に比例して増大する。

ポジティブコントロール制御方式は、ポジティブコントロールの制御機構を有する複数のポンプ、例えば２ポンプ、３ポンプとオープンセンタと呼ばれるコントロールバルブで構成され、当該コントロールバルブは複数のポンプを繋ぐポンプポートを有するケーシングが互いにバルブシートを介して合体構造となっており、各ケーシングは複数のポンプを合流することが可能であり、合流又は、単流すなわち、合流無しで使用することができる。

その場合、アクチェータヘの圧油はポンプの最大押しのけ容積で決定され、ロードセンシング制御方式の場合と異なり、所定値とはならない。しかし、アクチュエータヘの圧油はポンプに入力される操作圧信号のみで決定される閉ループ制御系であり、メータインオリフィスが不要となり、圧力損失低減を可能にする方式である。

一般にポジティブコントロール制御方式では各スプールの操作信号を機械式ではシャトル弁、電気式では圧力センサを用いて検出し、その操作圧信号をプラス方向に増加させた場合プラス方向に圧油を増加させ供給するものである。

また、特許文献１の図１には、ロードセンシング機能を有する切換弁から構成される第一切換弁群に接続されたアクチュエータと、ロードセンシング機能を有しない切換弁から構成される第二切換弁群に接続されたアクチュエータとを、共通の可変容量ポンプで駆動し、第一切換弁群内の切換弁と第二切換弁群内の切換弁とを同時操作した場合にも確実なアクチュエータの同時操作が出来るとともに、第二切換弁群の切換弁はその必要に応じてオープンセンタ型又はクローズドセンタ型の切換弁を使用することにより非常に操作性に優れ、運転者の感覚に一致した油圧制御装置が開示されている。

ロードセンシング制御方式の複合操作性を維持しつつも、メータイン側の圧力補償弁の圧力損失および、ロードセンシング圧力とポンプ吐出圧力との差すなわち、ロードセンシング差圧の存在は省エネルギ性向上の視点からはマイナス要因であることに鑑み、本発明による油圧制御装置では、このマイナス要因を可及的に少なくせんとするものである。

したがって、本発明の目的は、ポジティブコントロール制御方式の御御機構を有するポンプとセンタークローズと称されるロードセンシング制御用のコントロールバルブにて油圧制御装置を構成し、メータイン側に圧力補償弁を配置し、さらに圧力補償弁の圧力損失とロードセンシング差圧を低減させ、省エネルギ性向上を実現し、良好な操作性が得られる建設機械の油圧制御装置を提供することにある。

前記目的を達成するための本発明による建設機械の油圧制御装置は、建設機械の各油圧アクチュエータへ圧油を供給するポジティブ制御式のポンプユニットと、前記ポンプユニットと各油圧アクチュエータの間に配置され、圧力補償弁にそれぞれ結合されたセンタークローズ型の複数の切換弁と、前記圧力補償弁とは別に設けられ、前記複数の切換弁の単独操作および複合操作に応答して開動作および閉動作される単一のバイパス通路開閉弁と、前記単独操作時には、前記ポンプユニットからの圧油が前記バイパス通路開閉弁を経由して前記切換弁からアクチュエータへ流れ、前記複合操作時には、前記ポンプユニットからの圧油が前記圧力補償弁を経由して前記切換弁からアクチュエータへ流れるように設けたバイパス路と、からなることを特徴とする。

その場合、前記複数の切換弁は第１および第２のグループに区分けして配置されており、前記ポンプユニットはそれぞれのグループを分担する第１および第２のポンプユニットからなり、前記第１および第２グループ内で１つまたは各グループで１つの切換弁が操作された場合に当該グループを分担する各ポンプユニットからの圧油が前記バイパス通路開閉弁を経由して前記各切換弁からアクチュエータへ流れ、前記第１および第２グループのいずれか一方の複数の切換弁が複合操作された場合は前記各ポンプユニットからの圧油が前記圧力補償弁を経由して前記切換弁からアクチュエータへ流れるように設けたバイパス路を設けることができる。

またその場合、前記ポンプユニットは少なくとも２つのポンプユニットからなり、それぞれのポンプユニットからの圧油を合流させる合流弁を備えて構成することができる。

請求項１記載の本発明によれば、建設機械の各油圧アクチュエータへ圧油を供給するポジティブ制御式のポンプユニットと、前記ポンプユニットと各油圧アクチュエータの間に配置され、圧力補償弁にそれぞれ結合されたセンタークローズ型の複数の切換弁と、前記圧力補償弁とは別に設けられ、前記複数の切換弁の単独操作および複合操作に応答して開動作および閉動作される単一のバイパス通路開閉弁と、前記単独操作時には、前記ポンプユニットからの圧油が前記バイパス通路開閉弁を経由して前記切換弁からアクチュエータへ流れ、前記複合操作時には、前記ポンプユニットからの圧油が前記圧力補償弁を経由して前記切換弁からアクチュエータへ流れるように設けたバイパス路と、を備えて構成されているので、ロードセンシング差圧を与える必要がなく、また、単独操作の際には、バイパス通路開閉弁の作用により圧力補償弁の圧力損失を発生させない。また複合操作時にはバイパス通路開閉弁に代わり圧力補償弁を作用させて、ロードセンシング制御的な作用を行わせることが可能である。

請求項２記載の本発明による建設機械の油圧制御装置によれば、前記複数の切換弁は第１および第２のグループに区分けして配置されており、前記ポンプユニットはそれぞれのグループを分担する第１および第２のポンプユニットからなり、前記第１および第２グループ内で１つまたは各グループで１つの切換弁が操作された場合に当該グループを分担する各ポンプユニットからの圧油が前記バイパス通路開閉弁を経由して前記各切換弁からアクチュエータへ流れ、前記第１および第２グループのいずれか一方の複数の切換弁が複合操作された場合は前記各ポンプユニットからの圧油が前記圧力補償弁を経由して前記切換弁からアクチュエータへ流れるように設けたバイパス路と、を備えて構成されているので、請求項１の効果に加えさらに、前記それぞれのグループごとに単独操作される場合、圧力補償弁を経由することなく、単一のバイパス通路開閉弁を通って圧油を供給可能である。

請求項３記載の本発明による建設機械の油圧制御装置によれば、前記ポンプユニットは少なくとも２つのポンプユニットからなり、それぞれのポンプユニットからの圧油を合流させる合流弁を備えているので、請求項１または２の効果に加えさらに、切換弁を介して与えられる油圧アクチュエータへの供給圧油を必要十分な量供給可能であり、複合操作時の圧油の供給不足を回避可能である。

本発明の実施例の油圧回路図である。 図１における単独操作時の作用を説明する関係部分の油圧回路図である。 図１における複合操作時の作用を説明する関係部分の油圧回路図である。 本発明の実施例における切換弁とバイパス通路開閉弁の内部構造の軸方向要部断面図である。 従来の一般的なロードセンシング制御式の油圧回路図である。 従来の一般的なポジティブ制御式の油圧回路図である。

以下、本発明の好適な実施例について、図１乃至４を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例の油圧回路図である。同図において、参照符号１０は回路中央部のラインＬ１、Ｌ２を導通させる合流弁であって、同合流弁１０の左側（以下本発明では第１のグループと称する）には、ポンプＰ１、アンロード弁１２、１つ以上のセンタークローズ型切換弁１４、１６および圧力補償弁１４ａ、１６ａが設けられている。同様にして、合流弁１０の右側（以下本発明では第２のグループと称する）には、ポンプＰ２、アンロード弁２２、１つ以上のセンタークローズ型切換弁１８、２０および圧力補償弁１８ａ、２０ａがそれぞれ設けられている。ポンプＰ１、Ｐ２はポジティブ制御方式の可変容量型ポンプである。参照符号２４は、バイパス通路開閉弁であって、図２、３で後述されるように、第１のグループの切換弁を単独操作する場合および、または第２のグループの切換弁を単独操作する場合に図示の導通状態となるようバイパス３０を介して制御されるものである。

鎖線ＤＬは上記の各弁が多連弁として形成されるときの外部との境界を表すもので油圧回路内の圧油信号の取り出し部および各弁への操作信号（ａ、ｂ等）および各油圧アクチュエータとの圧油の給排ポート（ＡＰ、ＢＰ等）を兼ねて示す。

参照符号ｐｐ１はポンプポートＰＴ１の圧力を検出する圧油信号である。同様に、ｐｐ２はポンプポートＰＴ２の圧力を検出する圧油信号である。参照符号ｐｌｓ１、ｐｌｓ２は、それぞれ第１のグループ、第２のグループ内のロードセンシングラインＬＳの圧力を検出する圧油信号である。参照符号Ｔはタンクポートライン、参照符号Ｙおよびｄｒは合流弁１０のＯＮ、ＯＦＦ切換信号およびドレンポートである。参照符号Ｘはバイパス通路開閉弁２４の導通を阻止する切換信号である。参照符号Ｚは第１、および第２のグループ内のロードセンシングラインＬＳの最高圧力をリリーフ弁を介してタンクラインにリリーフする場合のリリーフ設定圧信号である。

前記アンロード弁１２、２２には、それぞれポンプポートＰＴ１の圧力ｐｐ１、ポンプポートＰＴ２の圧力とロードセンシングラインＬＳの圧力ｐｌｓ１、ｐｌｓ２が与えられている。また、各圧力補償弁１４ａ、１６ａ等には、ロードセンシングラインＬＳのｐｒが絞りを介して上方から与えられ、下方からは最初に切換弁を通過したときの当該切換弁出口側の圧力が供給されている。

図２は、建設機械の油圧アクチュエータを単独操作する場合を説明する回路図であって、同図では、例えば油圧アクチュエータとしてブームシリンダＣＹＬ用の切換弁１４のみを操作している状態を示す。同図において、ポンプユニットＰＵ１は、ポジティブ制御式の可変ポンプＰ１とその斜板傾転角制御用のシリンダＳＢおよびポンプ信号発生弁ＰＳＶから構成されている。

ポンプ信号発生弁ＰＳＶには上方から圧油信号ｐｌｓ１およびバネｓの力が与えられ、下方からはポンプ吐出圧ｐｐ１が与えられている。参照符号４０は複数の操縦桿ユニットを模式的に示す。同ユニット４０から切換弁１４への操作信号ａがポンプ信号発生弁ＰＳＶに与えられている。ポンプＰ１からの圧油はラインＬ３とＬ６に分岐されており、太い矢視（イ）で示すように、ラインＬ６からの圧油は、バイパス通路開閉弁２４への信号ＸがＯＦＦの場合、図示のように導通状態となっているので矢視（ロ）のようにバイパス３０からラインＬ４、矢視（ハ）の如くシリンダＣＹＬへ供給される。一方、ラインＬ３からの圧油はメータインオリフィスＭｉｏを通って減圧され、圧力補償弁１４ａに流れようとするが、バイパス３０上の点ｃの圧力がラインＬ５の点ｄの圧力よりも高いので、結局その流れはほとんど生じない。

したがって、バイパス３０を介し、切換弁１４を通る圧油がシリンダＣＹＬへ供給されるようになっている。このことは、圧力補償弁１４ａでの圧力損失が実質的に回避できることを意味している。また、検出される圧力ｐｌｓ１は、メータインオリフィスＭｉｏにも圧油がほとんど流れないためその圧力降下分も少なく、したがって、圧力ｐｐ１と検出される圧力ｐｌｓ１との差は小さいので、ポンプ信号発生弁ＰＳＶのバネｓのばね力も通常のロードセンシング制御式の場合（図５のバネｋ）より小さくても、図示の操作状態が保持され、操作信号ａがそのままシリンダＳＢに供給することが可能である。

図３は、複合操作の例を示す。説明を簡単にするため、同図の参照符号Ｌ３〜Ｌ６、矢視（ハ）、（ニ）、（ホ）、点ｃ、ｄ、バイパス３０は図２と共通にしてある。また、複合操作として２つの切換弁１４と１６を同時に操作する場合として例示されている。操縦桿ユニット４０からは、破線で示すように、切換弁１４、１６に対し操作圧信号ａ１、ａ２がそれぞれ与えられる。シャトル弁４０ａからは、信号ａ１とａ２の各圧力のうち大きいほうが選択されポンプ信号発生弁ＰＳＶに与えられる。

一方、バイパス通路開閉弁２４の操作信号Ｘは、複合操作であることからＯＮとされており、図示のように、ラインＬ６とバイパス３０はブロックされている。したがって、ポンプＰ１からの圧油は、切換弁１４において、従来のロードセンシングと同様、メータインオリフィスＭｉｏを通り、矢視（ホ）で示すように、圧力補償弁１４ａを通り、さらに、点ｄからチェック弁を介して点ｃに到りさらにラインＬ４〜切換弁１４に戻って矢視（ハ）のようにシリンダＣＶＬ１へ与えられる。なお、切換弁１６に対しても、同様な圧油の経路により、シリンダＣＹＬ２へ圧油が供給される。
なお、ポンプ信号発生弁ＰＳＶは動作中の状態を示すため３つの切換え位置が示される。

複合操作時には油圧アクチュエータからの要求流量は一般にポンプ供給流量よりも多くなるのでロードセンシング差圧は単独操作の場合よりも低くなり、その分だけ圧力損失を低減することが可能となる。

図４は、切換弁１４とバイパス通路開閉弁２４との接続関係をそれらの内部構造として示す。同図において、切換弁１４の弁本体内には圧力補償弁１４ａが組み込まれており、ロードセンシング圧ＬＳが図示のチェック弁ＣＨＶのすぐ左方の横穴から中心部後方に到る。

同図では、切換弁１４の主スプールｓｐｒは、左側端部の圧油操作部に操作信号ａが入力された状態であり、出力ポートＡＰから油圧アクチュエータ（図示せず）へ圧油が供給される場合を想定している。戻り側のポートＢＰへ戻された圧油はリリーフ弁ＲＦを介してタンクラインＴＬへ戻される。なお、同図ではこのリリーフ弁ＲＦは説明の便宜のため主スプールｓｐｒと同一面上に記載されているが、実際には、紙面垂直方向の所定位置に設けられており、同様なリリーフ弁（図示せず）はポートＡＰ側にも設けられている。参照符号１４ｂは主スプールｓｐｒを中立位置に保持する。参照符号ＰＴａ、ＰＴｂは圧油ポートであり、各ｆ１〜ｆ８は圧油の流路である。

一方、下方のバイパス通路開閉弁２４にはアンロード弁１２が組み込まれており、ポンプＰ１からの圧油ポートＰＴ１が設けられている。バイパス通路開閉弁２４の主スプール２４ａは、図示の状態では圧油信号Ｘは与えられておらず、ＯＦＦであり、バネ２４ｂにより中立位置にある。図示の状態は第２図におけるバイパス通路開閉弁２４の導通状態に対応している。

この状態で、ポンプＰ１からの圧油は流路ｆ９を通ってそれぞれｆ１０、ｆ１１に到り、さらにそれぞれポンプポートＰＴである各ライン３０（バイパス３０）、３１を介して前記ポートＰＴａ、ＰＴｂに到る。バイパス３０を経た圧油はポートＰＴａから流路ｆ１、ｆ２、ｆ３を通り、さらにｆ４からポートＡＰに到る。一方、ライン３１からポートＰＴｂの圧油はメータインオリフィスＭｉｏでの切り欠きによる流路抵抗を経て流路ｆ５から圧力補償弁１４ａ内に入り流路ｆ６、ｆ７を通って流路ｆ３に到ろうとするが、前記流路抵抗のため、バイパス３０からの圧油の流路ｆ２からｆ３への流れの方が優先され、ほとんど流れない。したがって、実際にはポートＡＰからの圧油はバイパス３０を通る圧油となる。

一方、複合操作（図３に対応）によりバイパス通路開閉弁２４の主スプール２４ａに圧油信号Ｘが与えられると、主スプール２４ａは破線ＬＸで示した位置まで左行する。この場合は、ポートＰＴ１から流路ｆ９への圧油はバイパス３０には与えられず、流路ｆ１１からポートＰＴｂにのみ与えられる。したがって、この圧油はメータインオリフィスＭｉｏでの切り欠きによる流路抵抗を経て流路ｆ５から圧力補償弁１４ａ内に入り流路ｆ６、ｆ７を通って流路ｆ３に到り、さらに流路ｆ４からポートＡＰに到る。

本発明においては、ポジティブコントロール制御機構を有するポンプを複数（本実施例では２個のポンプ）とクローズドセンタと称されるロードセンシング制御用の切換弁にて構成され、各スプールの操作信号を機械的ではシャトル弁、電気式では圧力センサを用いて検出し、複数のポンプをつなぐポンプポートと、互いのポンプを合流可能とした合流弁を有し、ロードセンシング圧力とポンプ圧力によって作動するポンプ信号発生弁と中立すなわち、操作しない時に圧油をタンクポートに戻すアンロード弁を備え、最高負荷圧力に応じて作動する圧力補償弁が各油圧アクチュエータに配置され、この圧力補償弁は、低負荷側のアクチェータを最高負荷圧力にまで昇圧させることを可能とし、当該圧力補償弁の圧力損失を低減するために、ポンプポートとシリンダポートをバイパスする通路を設け、さらにパイパス通路開閉弁を配設し、この通路を圧油信号によって開閉可能に構成したものである。

また、各切換弁すなわち、油圧アクチュエータの単独操作の場合は、当該切換弁の主スプールの操作信号はスプール端に作用しスプールを作動させ、その信号圧力をポンプ信号発生弁に作用させる。当該信号発生弁においては、ロードセンシング圧力とポンプ圧力が作用し、ポンプ圧力とロードセンシング圧力の差、すなわち、ロードセンシング差圧に対しバネ力が対抗している。このバネ力がロードセンシング差圧を決定する。

ポンプポートとシリンダポート間には通常のロードセンシング制御方式とは異なりパイパス通路が設けられているので、ロードセンシング差圧が発生しない。

その場合、前記信号発生弁に作用するロードセンシング差圧は前記バネ力以下となり、前記信号発生弁は開位置を保持し、該信号発生弁の出力信号すなわち、ポンプヘの入力信号はスプール操作信号がそのまま入力され、ポンプは特性に沿った圧油を油圧アクチュエータに供給するものである。

以上本発明の好適な実施例について図１乃至４を参照して説明したが、本発明はこれら図面に示したものに限定されない。当業者であれば、これら図面に開示された好適実施例を種々変形することができる。例えば、合流弁を省略すること、ポンプユニットを２つ以上とすること、或はポンプユニットを１つに限定すること、また、２つのポンプユニットにそれぞれ配置される切換弁が、建設機械の油圧アクチュエータの中で頻繁にペアで使用されるもの、例えば走行用モータとバケットの対、旋回モータとブームシリンダの対などのような場合、これら２つの油圧アクチュエータに対応するそれぞれの切換弁が２つのポンプユニットに対応する第１、第２のグループにそれぞれ配置される切換弁として設けられ、これらはそれぞれ単独操作として扱われるようにすること、などは本発明の技術的思想の範囲である。

１０ 合流弁
１２、２２ アンロード弁
１４、１６、１８、２０ 切換弁
１４ａ、１６ａ、１８ａ、２０ａ 圧力補償弁
１４ｂ、２４ｂ バネ
２４ バイパス通路開閉弁
２４ａ スプール
３０ バイパス
３１ ライン
４０ 操縦桿ユニット
ＡＰ、ＢＰ ポート
ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５、ｆ６、ｆ７、ｆ８、ｆ９、ｆ１０、ｆ１１ 流路
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６ ライン
ＬＳ ロードセンシングライン
Ｍｉｏ メータインオリフィス
ＰＳＶ ポンプ信号発生弁
ＰＴ１、ＰＴ２ ポンプポート
ＰＵ１ ポンプユニット
ｓｐｒ 主スプール
Ｘ 圧油信号

特開２００２−２９５４０５号公報

Claims (3)

1. 建設機械の各油圧アクチュエータへ圧油を供給するポジティブ制御式のポンプユニットと、
   前記ポンプユニットと各油圧アクチュエータの間に配置され、圧力補償弁にそれぞれ結合されたセンタークローズ型の複数の切換弁と、
   前記圧力補償弁とは別に設けられ、前記複数の切換弁の単独操作および複合操作に応答して開動作および閉動作される単一のバイパス通路開閉弁と、
   前記単独操作時には、前記ポンプユニットからの圧油が前記バイパス通路開閉弁を経由して前記切換弁からアクチュエータへ流れ、前記複合操作時には、前記ポンプユニットからの圧油が前記圧力補償弁を経由して前記切換弁からアクチュエータへ流れるように設けたバイパス路と、
   からなることを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
2. 前記複数の切換弁は第１および第２のグループに区分けして配置されており、前記ポンプユニットはそれぞれのグループを分担する第１および第２のポンプユニットからなり、前記第１および第２グループ内で１つまたは各グループで１つの切換弁が操作された場合に当該グループを分担する各ポンプユニットからの圧油が前記バイパス通路開閉弁を経由して前記各切換弁からアクチュエータへ流れ、前記第１および第２グループのいずれか一方の複数の切換弁が複合操作された場合は前記各ポンプユニットからの圧油が前記圧力補償弁を経由して前記切換弁からアクチュエータへ流れるように設けたバイパス路と、からなる請求項１に記載された建設機械の油圧制御装置。
3. 前記ポンプユニットは少なくとも２つのポンプユニットからなり、それぞれのポンプユニットからの圧油を合流させる合流弁を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載された建設機械の油圧制御装置。

Images