JP5219880B2

JP5219880B2 - 油圧制御システム

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Publication number: JP5219880B2
Application number: JP2009037975A
Authority: JP
Inventors: 健一西海
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2009-02-20
Filing date: 2009-02-20
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2029-02-20
Also published as: JP2010190389A

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において、上記流量制御弁が作業機系回路に余剰流量を供給するためには、当該流量制御弁において上記スプリングのばね力に相当する圧力損失を発生す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るときには、ステアリング系回路に一定の制御流量を供給するとともに、ステアリング操作をしていないときには、圧力損失を最少にして作業機系回路に余剰流量を供給できるように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、上記ステアリング系回路に設けた制御オリフィスと、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ようにしている。

さらに、この発明は、上記油圧制御システムを前提にしつつ、サブポンプと、上記制御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に応じて切り換わる切換弁と、中立位置にあるとき上記パイロット流路をタンクに導き切換位置にあるときパイロット流路とタンクとの連通を遮断する作業機系回路に設けた切換制御弁と、アンロード位置にあるとき、メインポンプと流量制御弁を連通させるメイン流路をタンクに導き、閉位置にあるとき、上記メイン流路とタンクとの連通を遮断するアンロード弁とを備え、上記アンロード弁は、その一方にスプリングのばね力を作用させ、他方にパイロット室を設け、このパイロット室はステアリング系回路の負荷圧あるいはサブポンプの圧力のいずれか高い方の圧力を導く構成にし、アンロード位置において上記メイン流路をアンロードする一方、上記パイロット室にステアリング系回路の負荷圧あるいはサブポンプの圧力のいずれか高い方の圧力が作用したとき、当該アンロード弁は閉位置に切り換わりメイン流路とタンクとの連通を遮断し、上記切換弁は、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して制御スプリングのばね力を最少に保つ一方、上記ステアリング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上記制御ピストンに作用させるとともに制御スプリングのばね力を大きくして制御オリフィス前後の差圧を所定圧に保つ構成にしている。

この発明によれば、ステアリング操作をしているときには、切換弁が切り換って制御ピストンに圧力を作用させる。このように制御ピストンに圧力が作用すると、流量制御弁の一方のパイロット室に設けたスプリングをたわませ、ステアリング系回路に一定の制御流量を導く。
一方、ステアリング操作をしていないときには、上記制御ピストンに作用させる圧力をタンク圧にして上記スプリングのばね力を最少に保ちながら、作業機系回路にポンプからの吐出流量を供給する。
したがって、ステアリング操作をしていない状態では、作業機系回路に供給される流体には、スプリングのばね力分の圧力損失がほとんど発生せず、省エネルギーを実現できる。しかも、ステアリング操作をしていないときには、ポンプからの供給油はアンロード弁からアンロードされるので、より効果的な省エネルギーを実現できる。

また、ステアリング及び作業機系の切換制御弁を操作していないときには、ポンプからの供給油は流量制御弁の上流側からアンロードされるので、ポンプからタンクまでの流路の長さを最少に保つことができ、その分、圧力損失もさらに小さく抑えることができる。また、上記アンロード弁をポンプに直結することも可能になる。

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

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、その制御流ポート３を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５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６と、ロータリーバルブ７とからなるとともに、このロータリーバルブ７に制御オリフィス８を備えている。

そして、上記流量制御弁ＣＶは、その一方のパイロット室９を上記制御オリフィス８の下流側に接続し、他方のパイロット室１０を上記制御オリフィス８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９にはスプリング１１を設けるとともに、このスプリング１１にはピストン室１２に設けた制御ピストン１３を連係している。そして、ピストン室１２に圧力が作用していないときには、スプリング１１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１２に圧力が作用したときには、制御ピストン１３の推力でスプリング１１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１１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、上記した制御オリフィス８前後の差圧がこのスプリング１１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。

上記作業機系回路Ｗは、その上流側からリフトシリンダ１４を制御する切換制御弁１５、チルトシリンダ１６を制御する切換制御弁１７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１８を設けている。
そして、これら切換制御弁１５，１７，１８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１９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２０および切換弁２１を介して上記ピストン室１２に接続されるが、この切換弁２１は、その一方にパイロット室２２を設けるとともに、このパイロット室２２と対向する反対端にスプリング２３のばね力を作用させている。
そして、上記パイロット室２２は、上記制御オリフィス８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５を操作して、ステアリング系回路Ｓにステアリング信号であるステアリング負荷圧力が発生すると、そのステアリング負荷圧力が上記パイロット室２２に作用する。このようにパイロット室２２に圧力が作用すると、切換弁２１はスプリング２３のばね力に抗して切り換わる。

そして、上記切換弁２１がスプリング２３のばね力で図示のノーマル位置を保っているときには、上記ピストン室１２をタンクＴに連通する。また、パイロット室２２の圧力作用で切換位置に切り換わったとき、サブポンプＳＰの圧油を、パイロット流路２０を介してピストン室１２に導く。ピストン室１２に圧力が導入されると、このピストン室１２の圧力作用で制御ピストン１３が移動してスプリング１１をたわませる。

さらに、上記パイロット流路２０と連通する分岐路２０ａは、各切換制御弁１５，１７，１８が図示の中立位置にあるとき、これら切換制御弁１５，１７，１８を介してタンクＴに連通するとともに、切換制御弁１５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１７，１８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２０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２４はダンパオリフィス、２５は他方のパイロット室１０から圧力を抜くときに機能するチェック弁、２６はリリーフ弁、２７は上記分岐路２０ａに設けた絞りである。

さらに、メインポンプＭＰと流量制御弁ＣＶとを接続する上記メイン流路１には、アンロード弁２８を接続している。このアンロード弁２８は、その一方にパイロット室２９を設けるとともに、このパイロット室２９と対向する反対端にはスプリング３０を設けている。そして、上記パイロット室２９は高圧選択弁３１を介して、制御オリフィス８の下流側と分岐路２０ａとに連通している。したがって、このパイロット室２９には、制御オリフィス８の下流側の圧力と、分岐路２０ａの圧力のうち高い方の圧力が導かれる。

上記のようにしたアンロード弁２８は、パイロット室２９に圧力が導かれないかぎり、スプリング３０の作用で図示のノーマル位置であるアンロード位置を保つ。アンロード弁２８がアンロード位置にあるときには、流量制御弁ＣＶの上流側であるメイン流路１をアンロードさせて、メインポンプＭＰをほぼ無負荷の状態に保つ。
また、上記パイロット室２９に圧力が導かれると、アンロード弁２８はスプリング３０のばね力に抗して閉位置に切り換わり、メイン流路１とタンクＴとの連通を遮断する。

なお、図中符号３２は安全弁で、スプリング３３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には、分岐路２０ａをタンクＴに連通させる。また、上記スプリング３３とは反対側に設けたソレノイド３４が励磁されると、安全弁３２は上記スプリング３３のばね力に抗して切り換わり、分岐路２０ａとタンクＴとの連通を遮断する。そして、このソレノイド３４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３２を上記ノーマル位置に保つ。オペレータが運転席に着座していれば、ソレノイド３４が励磁して分岐路２０ａとタンクＴとの連通を遮断する。したがって、オペレータが運転席に着座しないで、切換弁１５，１７または１８を操作しても、リフトシリンダ１４、チルトシリンダ１６又はアタッチメント用のアクチュエータが作動しないために安全である。

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３２が図示のノーマル位置にあって、分岐路２０ａをタンクＴに連通させるので、絞り２７の下流側の圧力がアンロード弁２８のパイロット室２９に作用することはない。したがって、アンロード弁２８は図示のアンロード位置を保ち、メインポンプＭＰの吐出油はアンロードされることになる。
なお、オペレータが運転席に着座していないときでも、ステアリングホイール５を操作すれば、その操作圧力が高圧選択弁３１を介して、アンロード弁２８のパイロット室２９に導かれる。仮に、オペレータが運転席に着座しないまま走行したとしても、ステアリングホイール５を操作すれば、ステアリングは作動するので、ステアリング操作は通常通り可能になり、安全性を保つことができる。

オペレータが運転席に着座していたとしても、ステアリングホイール５を操作せず、かつ、作業機系回路Ｗの切換制御弁１５，１７，１８のそれぞれを中立位置に保っているときには、アンロード弁２８のパイロット室２９に圧力が導かれないので、アンロード弁２８はアンロード状態を保つ。
このように、流量制御弁ＣＶの上流側においてメインポンプＭＰがアンロード弁２８を介してタンクＴに連通されるので、メインポンプＭＰはほとんど無負荷の状態に保たれ、エネルギー損失がほとんどなく、きわめて効果的な省エネルギーを実現することができる。
また、アンロード弁２８を流量制御弁ＣＶの上流側すなわちメインポンプＭＰに近い位置に設けたので、このアンロード弁２８をメインポンプＭＰと一体化しやすくなる。

そして、フォークリフトが停止中にオペレータが切換制御弁１５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１７，１８のいずれかひとつでも切り換え操作すると、上記したように分岐路２０ａとタンクＴとの連通が遮断されるので、サブポンプＳＰの吐出圧が高圧選択弁３１を介してアンロード弁２８のパイロット室２９に導かれる。したがって、アンロード弁２８は閉位置に切り換わってメイン流路１とタンクＴとの連通を遮断し、メインポンプＭＰの吐出油を流量制御弁ＣＶの流入ポート２に導く。

ただし、このときには上記したようにフォークリフトが停止して、ステアリングホイール５を操作していないので、切換弁２１のパイロット室２２にはパイロット圧が導かれない。したがって、切換弁２１は図示のノーマル位置を保持し、ピストン室１２をタンクＴに連通させる。このようにピストン室１２がタンクＴに連通していれば、流量制御弁ＣＶのスプリング１１はほぼ自由長を維持し、そのばね力を最少に保つ。

上記の状態で、流量制御弁ＣＶの流入ポート２にメインポンプＭＰからの吐出油が流入すれば、流量制御弁ＣＶは、自由長を維持しているスプリング１１の小さなばね力に抗して切り換わり、流入ポート２と余剰流ポート４とをほぼ全開状態で連通させる。
上記のように流量制御弁ＣＶは、ほぼ自由長を保ったスプリング１１の非常に弱いばね力に抗して切り換わることができるので、流入ポート２から余剰流ポート４への流れに対して、圧力損失を最少に保つことができる。したがって、さらに効果的な省エネルギー効果を実現することができる。

また、ステアリングホイール５が操作されると、制御オリフィス８の上流側に圧力が発生するとともに、この上流側の圧力が、切換弁２１のパイロット室２２と、アンロード弁２８のパイロット室２９との両方に作用する。したがって、切換弁２１が切換位置に切り換わるとともに、アンロード弁２８が上記閉位置に切り換えられる。
なお、上記のようにステアリングホイール５と、作業機系回路Ｗの切換制御弁１５，１７，１８とを同時操作したときには、制御オリフィス８の下流側の圧力とサブポンプＳＰの吐出圧との高い方の圧力がアンロード弁２８のパイロット室２９に導かれるので、上記のように同時操作の場合にも、アンロード弁２８は必ず閉位置に切り換えられるものである。

上記のようにアンロード弁２８が閉位置を保つとともに、切換弁２１が切換位置を保てば、サブポンプＳＰの吐出圧が切換弁２１を介してピストン室１２に導かれるとともに、この圧力作用で制御ピストン１３はスプリング１１をたわませる。
したがって、流量制御弁ＣＶは、制御オリフィス８前後の差圧が、たわんだスプリング１１のばね力に相当するように制御流ポート３の開度を制御して、制御流量をステアリング系回路Ｓに導くとともに、余剰流量を余剰流ポート４、作業機系流路１９を介して作業系回路Ｗに導く。

上記のように第１実施形態によれば、ステアリングホイール５を操作せずに、作業機系回路Ｗの切換制御弁１５，１７，１８を切り換え操作したときに、流量制御弁ＣＶにおける圧力損失を最小限に抑えることができる。
そして、ステアリングホイール５を操作したときには、流量制御弁ＣＶは、たわんだスプリング１１で制御された制御流量を、必ず制御流ポート３から流出させる。

図２に示した第１参考例は、ステアリング系回路Ｓに、ステアリングホイール５の操作を電気的に検出するセンサー３５を設けるとともに、切換弁２１には、上記センサー３５の電気信号に応じて励磁するソレノイド３６を設けたものである。そして、ソレノイド３６が励磁すると、切換弁２１がスプリング２３のばね力に抗して、上記ノーマル位置から切換位置に切り換わる。
なお、上記以外の構成は、第１実施形態と同じである。

したがって、この第１参考例においても、ステアリングホイール５を操作すれば、センサー３５がその操作を感知して切換弁２１のソレノイド３６を励磁する。ソレノイド３６が励磁されれば、切換弁２１が切換位置に切り換わり、ピストン室１２にサブポンプＳＰの吐出圧を導く。これによって、流量制御弁ＣＶのスプリング１１のばね力を強くして、ステアリング系回路Ｓに制御流量を供給し、作業機系回路Ｗに余剰流量を供給することは、第１実施形態と同じである。

図３に示した第２参考例は、アンロード弁２８を流量制御弁ＣＶの下流側である作業機系流路１９に接続したもので、その他の構成は、第１参考例と同じである。
ただし、アンロード弁２８を流量制御弁ＣＶの下流側である作業機系流路１９に接続したので、第１実施形態のように高圧選択弁３１を必要としない。なぜなら、アンロード弁２８がアンロードするのは、作業機系流路１９に導かれる流量だけだからである。

そのためにアンロード弁２８のパイロット室２９は、作業機系回路Ｗの各切換制御弁１５，１７，１８を中立位置に保っているとき、タンクに連通し、切換制御弁１５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１７，１８のいずれかひとつでも切り換えたとき、分岐路２０aとタンクＴとの連通が遮断されるので、サブポンプＳＰの吐出圧がアンロード弁２８のパイロット室２９に導かれる。したがって、アンロード弁２８は閉位置に切り換わって作業機系流路１９とタンクＴとの連通を遮断し、流量制御弁ＣＶの余剰ポート４からの余剰流量を作業機系回路Ｗに供給する。
上記以外の構成は第１参考例と同じなので、その詳細な説明を省略する。

図４に示した第３参考例は、アンロード弁２８を流量制御弁ＣＶの下流側における作業機系流路１９に接続した点は、第２参考例と同じであるが、アンロード弁２８を、電磁パイロット操作弁とした点が第２参考例と異なる。
電磁パイロット操作弁タイプのアンロード弁２８は、その一端にスプリング３０を設けるとともに、このスプリング３０に対向する反対端にはソレノイド３７を設けている。このソレノイド３７は、図示していないシートスイッチに連動する電気スイッチ３８を介してコントローラＣに接続している。

また、上記コントローラＣは、切換制御弁１５，１７，１８に設けたリミットスイッチ３９〜４１のそれぞれに接続している。これらリミットスイッチ３９〜４１は、切換制御弁１５，１７，１８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１５，１７，１８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１４を制御する切換制御弁１５は、リフトシリンダ１４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３９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１５，１７，１８が中立位置にあってリミットスイッチ３９〜４１がオフのときには、コントローラＣはソレノイド３７を非励磁の状態に保つ。ソレノイド３７が非励磁の状態にあれば、アンロード弁２８はアンロード状態に保たれる。したがって、流量制御弁ＣＶの余剰流ポート４からの余剰流量のすべてが、アンロード弁２８を介してアンロードされることになる。

また、リフトシリンダ１４を制御する切換制御弁１５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１７，１８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３９〜４１のいずれかがオンになると、コントローラＣはソレノイド３７を励磁させる。ソレノイド３７が励磁すると、アンロード弁２８が閉位置に切り換わり、作業機系流路１９とタンクＴとの連通を遮断し、流量制御弁ＣＶの余剰流ポート４からの余剰流量を作業機系回路Ｗに供給する。

なお、この第３参考例のステアリング系回路Ｓと、このステアリング系回路Ｓのステアリング操作信号によって切り換わる切換弁２１とは第１実施形態と同様の構成にしている。

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
８制御オリフィス
９，１０パイロット室
１１スプリング
１２ピストン室
１３制御ピストン
１５切換制御弁
１７切換制御弁
１８切換制御弁
１９作業機系流路
２０パイロット流路
２１切換弁
２８アンロード弁
２９パイロット室
３０スプリング

Claims

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、
上記ステアリング系回路に設けた制御オリフィスと、
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、
上記制御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に応じて切り換わる切換弁と、
中立位置にあるとき上記パイロット流路をタンクに導き切換位置にあるときパイロット流路とタンクとの連通を遮断する作業機系回路に設けた切換制御弁と、
アンロード位置にあるとき、メインポンプと流量制御弁を連通させるメイン流路をタンクに導き、閉位置にあるとき、上記メイン流路とタンクとの連通を遮断するアンロード弁とを備え、
上記アンロード弁は、その一方にスプリングのばね力を作用させ、他方にパイロット室を設け、このパイロット室はステアリング系回路の負荷圧あるいはサブポンプの圧力のいずれか高い方の圧力を導く構成にし、アンロード位置において上記メイン流路をアンロードする一方、上記パイロット室にステアリング系回路の負荷圧あるいはサブポンプの圧力のいずれか高い方の圧力が作用したとき、当該アンロード弁は閉位置に切り換わりメイン流路とタンクとの連通を遮断し、
上記切換弁は、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して制御スプリングのばね力を最少に保つ一方、上記ステアリング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上記制御ピストンに作用させるとともに制御スプリングのばね力を大きくして制御オリフィス前後の差圧を所定圧に保つ油圧制御システム。