JP5457653B2 - 建設機械用流量制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、作動油の温度が高温を維持し、作業装置の高負荷作業条件で作業を行う場合、流量制御弁の性能を低下することなく、アクチュエータに作動油を一定に供給することができるようにした建設機械用流量制御装置に係る。
さらに詳細には、オプション装置と他のアクチュエータを同時に駆動し、複合作業を行う場合、アクチュエータの初期駆動時、設定された流量を超過するような過多な流量(ピーク流量をいう)に起因するアクチュエータの加速及び急操作を防止し、作業中、作動油の温度が高温(９０℃以上を超過する場合)に上昇することにより漏油が生じた時、流量制御弁の作動不能によりオプション装置への作動油の供給が断たれるのを防止することができるようにした建設機械用流量制御装置に係る。
図１に示したように、従来技術による建設機械用流量制御装置は、
油圧ポンプ１と、油圧ポンプ１につながっているオプション装置用アクチュエータ１３と、油圧ポンプ１とアクチュエータ１３との間の流路にパイロット信号圧により切換可能に設けられている可変制御スプール１２と、可変制御スプール１２の入口側通路５と出口側通路６との圧力差により切換可能に設けられている切換弁４と、油圧ポンプ１の高圧通路２側の圧力と切換弁４を通過する圧力との圧力差により高圧通路２を開閉し得るように設けられているロジックポペット１０とを含める。
前述した可変制御スプール１２がパイロット信号圧の供給により切り換えられると、入口側通路５の圧力が出口側通路６の圧力より相対的に高くなるので、切換弁４のスプールが、図において、右側方向に切り換えられる。
したがって、油圧ポンプ１から吐き出される高圧の作動油は、通路３−切換弁４−通路７を経由してピストンオリフィス８の入口に供給される。ピストンオリフィス８を通過した作動油はバックチェンバー９に圧力を形成した後、ロジックポペット１０のポペット通路１１−ロジックポペット出口通路３ａを経て可変制御スプール１２の入口側通路５に供給される。
この際、油圧ポンプ１から通路２を経てロジックポペット１０の入口側に供給された作動油の圧力が、油圧ポンプ１から通路３−切換弁４−通路７−ピストンオリフィス８を経由することで圧力損失が生じたバックチェンバー９に供給される圧力より相対的に高い。
したがって、高圧側通路２を通過し、ロジックポペット１０の入口側に供給された圧力とバックチェンバー９に供給された圧力との差だけ、ロジックポペット１０は、図において、下側方向に移動することになる。これにより、油圧ポンプ１からの作動油は、通路２−ロジックポペット１０−ロジックポペット出口通路３ａを経由して可変制御スプール１２の入口側に供給される。
この際、切換弁４の弁ばね１８を設定圧力(一例で１．９６Ｍｐａ)にセットさせることによって、油圧ポンプ１又はアクチュエータ１３の圧力変動が生じる場合でも、油圧ポンプ１側の圧力とアクチュエータ１３側の圧力との差を常時設定圧力に維持することができる。即ち、圧力差に該当する分だけの流量を供給し得るようにロジックポペット１０の移動量を決定し、アクチュエータ１３への供給流量を制御することができる。
したがって、切換弁４の一定の設定圧力条件で、ただ可変制御スプール１２の移動による断面積増加分に応じて流量が一定に増加する流量制御弁の役割を果たすようになる。
一方、図１に図示の建設機械用流量制御装置では、ロジックポペット１０のポペット通路１１に何らかのオリフィスも具備していないため、ロジックポペット１０が開放される場合、ダンピングの役割を奏し得ないから、急激に開放されてしまう問題点があった。
図４に示したように(オプション装置と他のアクチュエータを同時に駆動させる場合、圧力変化を示すグラフ)、油圧ポンプ１からの作動油圧力２１がアクチュエータ圧力２２を形成するように、駆動中、オプション装置用パイロット圧力２３を切り換えさせると、オプション装置側のピーク流量２４が同時に発生された後、制御された流量として安定化される。
即ち、アクチュエータ１３の初期駆動時、設定された流量より過多な流量が吐き出されることによってアクチュエータ１３の急操作が生じ、他のアクチュエータに供給される流量が相対的に減少されるので、アクチュエータに供給される流量を安定的に制御することができないという問題点があった。
図２に示したように、従来の他の技術による建設機械用流量制御装置は、油圧ポンプ１と、油圧ポンプ１につながっているオプション装置用アクチュエータ１３と、油圧ポンプ１とアクチュエータ１３との間の流路にパイロット信号圧により切換可能に設けられている可変制御スプール１２と、可変制御スプール１２の入口側通路５と出口側通路６との圧力差により切換可能に設けられる切換弁４と、油圧ポンプ１の高圧通路２側の圧力と切換弁４を通過する圧力との差により高圧通路２を開閉し得るように設けられているロジックポペット１０と、アクチュエータ１３の初期駆動時、ピーク流量の発生を抑制するようにポペット通路１１に設けられているポペットオリフィス１５と、可変制御スプール１２の入口側通路５からバックチェンバー９への作動油の移動(一方向への移動をいう)を許容するチェック弁１４とを含める。
この際、ポペット通路１１に設けられているダンピング用ポペットオリフィス１５とチェック弁１４を除いては、図１に示したものと実質的に同様に適用されるので、これらに対する詳しい構成及び作動の説明は省略し、同じ構成要素には同じ図面符号を付する。
したがって、前述したポペット通路１１に設けられているポペットオリフィス１５によりアクチュエータ１３の初期駆動時、ピーク流量の発生を抑制させることによって、アクチュエータ１３の加速及び急操作を防止することができる。
また、ロジックポペット１０によりアクチュエータ１３に供給される流量を制御した後、ロジックポペット１０内に設置のチェック弁１４により可変制御スプール１２のリターン時、ロジックポペット１０のリシート(reseat)機能を向上することができる。
図２に示した建設機械用流量制御装置では、掘削機のような建設機械を長時間に亘って使用することにより作動油の温度が高温に上昇する場合、作動油の粘度低下により過度の漏油を生じさせることになる。
即ち、高圧側通路２の圧力に対して相対的に低圧を維持しているロジックポペット１０のバックチェンバー９の圧力差によりロジックポペット１０の摺動面の環状の隙間を介して漏油が生じることになる。
これにより、図１ではポペットオリフィスが設けられていないため、高温時、漏油が生じても、漏油がポペット通路１１を通過するので、バックチェンバー９の圧力が簡単に落とされるが、図２では、ポペット通路１１に設けられているポペットオリフィス１５により、高温時、漏油が生じ、バックチェンバー９内の圧力が増加するので、ロジックポペット１０がシート(図において、上側方向にシートされる)され、これ以上作動しなくなる。
それ故、油圧ポンプ１からの作動油がオプション装置用アクチュエータ１３に供給されることが遮断される。即ち、作業中、作動油の温度が低温である場合は、アクチュエータ１３が作動するが、その反面、作動油の温度が高温である場合は、過多の漏油が生じることによりバックチェンバー９内の圧力が増加し、ロジックポペット１０がシートされ、作動油の供給が断たれることから、アクチュエータ１３が停止してしまうので、作業効率が劣るという問題点があった。
図５に示したように(オプション装置と他のアクチュエータを同時に駆動する場合、圧力変化を示すグラフ)、油圧ポンプ１からの作動油圧力２１がアクチュエータ圧力２２を形成するように、駆動中、オプション装置用パイロット圧力２２を切り換えさせると、オプション装置側流量２５の低下が同時に生じた後、アクチュエータ１３に流量が全く供給されないので、オプション装置の駆動が不可能となる場合が発生される。
そのため、作業が円滑に行われにくく、作業効率が劣化するなどの問題が生じる。
本発明の実施例は、オプション装置と他のアクチュエータを同時に駆動し、複合作業を行う場合、流量制御弁の制御応答性遅延に起因して発生するピーク流量により、アクチュエータの初期駆動時、設定された流量を超えるような過多の流量によるアクチュエータの加速及び急操作を防止することができるようにした建設機械用流量制御装置に係る。
本発明の実施例は、長時間の作業により、作業中、作動油の温度が高温(９０℃以上に超過する場合)に上昇し、粘度低下で漏油が生じる場合、流量制御弁のバックチェンバーに圧力が形成されることを防止し、オプション装置の方へ作動油を円滑に供給することができ、且つ、信頼性及び作業能率を向上することができるようにした建設機械用流量制御装置に係る。
本発明の実施例による建設機械用流量制御装置は、
油圧ポンプと、
油圧ポンプに連結されているオプション装置用アクチュエータと、
油圧ポンプとアクチュエータとの間の流路にパイロット信号圧により切換可能に設けられている可変制御スプールと、
可変制御スプールの入口側通路と出口側通路との圧力差により切換可能に設けられている切換弁と、
油圧ポンプの高圧通路側の圧力と、切換弁を通過する圧力との差により高圧通路を開閉し得るように設けられているロジックポペットと、
ロジックポペットの摺動面に形成されているグルーブと、
グルーブとロジックポペットの出口側通路とを相互連通させる通路とを包含し、
油圧ポンプからの吐出圧力が上昇したり、作動油の温度が高温に上昇し、ロジックポペットの摺動面の隙間を介して漏油が生じる場合、グルーブ及び通路によりロジックポペットの出口側通路とバックチェンバーとの相互連通を遮断することができる。
望ましい実施例によれば、前述したロジックポペットのバックチェンバーとロジックポペットの出口側通路を相互連通させる通路に設けられているダンピング(damping)用ポペットオリフィスをさらに包含する。
以上で述べたように、本発明の実施例による建設機械用流量制御装置は、次のような利点を有する。
作動油の温度が高温を保持し、高負荷の作業条件でも流量制御弁(ロジックポペットをいう)の劣化を伴うことなく、アクチュエータに流量を一定に供給することができ、アクチュエータの初期駆動時、ピーク流量発生に起因する過多な流量供給によりアクチュエータの過速及び急操作を防止し、安定性、信頼性及び作業性を向上することができる。
長時間の作業中、作動油の高温による粘度低下で漏油量が増加する場合、オプション装置用流量制御弁のバックチェンバーに背圧が形成されることを防止し、オプション装置に作動油を供給することによって円滑に駆動させることができるので、信頼性及び作業能率を向上することができる。
以下、本発明の望ましい実施例を添付図面に基づいて説明するが、これは本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者が発明を容易に実施しえる程度に詳細に説明するためのものであって、これにより本発明の技術的思想及び範疇が限定されることを意味するのではない。
図３に示したように、本発明の実施例による建設機械用流量制御装置は、
油圧ポンプ１と、油圧ポンプ１に連結されているオプション装置用アクチュエータ１３と、油圧ポンプ１とオプション装置用アクチュエータ１３との間の流路にパイロット信号圧により切換可能に設けられている可変制御スプール１２と、可変制御スプール１２の入口側通路５と出口側通路６との圧力差により切換可能に設けられている切換弁４と、油圧ポンプ１の高圧通路２側の圧力と切換弁４を通過する圧力との差圧により高圧通路２を開閉し得るように設けられているロジックポペット１０と、ロジックポペット１０の摺動面に環状に形成されているグルーブ１６と、グルーブ１６とロジックポペット１０の出口側通路３ａとを相互連通させる通路１７とを包含し、油圧ポンプ１からの吐出圧力が上昇したり、作動油の温度が高温に上昇し、ロジックポペット１０の摺動面の隙間を通じて漏油が生じた場合、グルーブ１６及び通路１７によりロジックポペット１０の出口側通路３ａとバックチェンバー９との相互連通を遮断させることができる。
前述したロジックポペット１０のバックチェンバー９と、ロジックポペット１０の出口側通路３ａとを相互連通させるポペット通路１１に設けられ、アクチュエータ１３の初期駆動時、ピーク流量の発生を抑制させるダンピング用ポペットオリフィス１５をさらに包含する。
以下、本発明の実施例による建設機械用流量制御装置の使用例を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図３に示したように、前述した可変制御スプール１２がパイロットポンプ(図示せず)から供給されるパイロット信号圧により切り換えられると、入口側通路５の圧力が出口側通路６の圧力より相対的に高くなるので、切換弁４のスプールが、図において、右側方向に切り換えられる。
したがって、油圧ポンプ１から吐き出される高圧の作動油は、通路３−切換弁４−通路７を経てピストンオリフィス８の入口に供給される。ピストンオリフィス８を通過する作動油は、ダンピング用オリフィス１５によりバックチェンバー９に圧力を形成した後、ロジックポペット１０のポペット通路１１−通路３ａを経て可変制御スプール１２の入口側通路１５に供給される。
この際、油圧ポンプ１から高圧通路２を経てロジックポペット１０の入口側に供給された作動油の圧力が、油圧ポンプ１から通路３−切換弁４−通路７−ピストンオリフィス８を経ることにより圧力損失が生じたバックチェンバー９に供給された作動油の圧力より相対的に高い。
それゆえ、油圧ポンプ１から高圧側通路２を通過し、ロジックポペット１０の入口側に供給された圧力と、バックチェンバー９に供給された圧力との差だけ、ロジックポペット１０は、図において、下側方向に移動することになる。これにより、油圧ポンプ１からの作動油は、通路２−ロジックポペット１０−通路３ａを経て可変制御スプール１２の入口側に供給される。
この際、切換弁４の弁ばね１８を設定圧力(一例で１．９６Ｍｐａ)にセットすることによって、油圧ポンプ１又はアクチュエータ１３の圧力変動が生じる場合も、油圧ポンプ１側の圧力とアクチュエータ１３側の圧力との圧力差を、常時、設定圧力に維持することができる。つまり、圧力差に該当する分だけの流量を供給することができるように、ロジックポペット１０の移動量を決定し、アクチュエータ１３に供給される流量を制御することができるようになる。
即ち、可変制御スプール１２の入口側通路５の圧力と出口側通路６の圧力との圧力差により切り換えられる切換弁４は、入口側通路５の圧力が設定圧力より低い場合、中立状態を維持する。油圧ポンプ１からの作動油は、高圧通路２を経てロジックポペット１０の入口側に供給され、切換弁４のスプールを、図において、右側方向に移動させる。
したがって、油圧ポンプ１からの作動油を、ロジックポペット１０−可変制御スプール１２を通過させ、オプション装置用アクチュエータ１３に供給することができる。
しかし、入口側通路５の圧力が設定圧力より高い場合、切換弁４のスプールが、図において、右側方向に切り換えられるので、油圧ポンプ１からの高圧の作動油が通路３−切換弁４−通路７を経てピストンオリフィス８の入口側に供給される。
したがって、ピストンオリフィス８を通過する作動油によりロジックポペット１０をシート方向(図において、上方にシートされる)に切り換えさせることによって、アクチュエータ１３に供給される流量を調節することができる。
前述したように、切換弁４の一定の設定圧力(１．９６Ｍｐａ)条件で、ただ可変制御スプール１２の移動による断面積増加分に応じて流量が一定に増加する流量制御弁の役割を果たすことになる。
一方、油圧ポンプ１の吐出圧力が相対的に高く形成され、作動油の温度が漸次上昇する場合、ロジックポペット１０の入口側圧力が上昇し、バックチャンバー９に供給された作動油の圧力より相対的に高くなる。これによりロジックポペット１０の摺動面の環状の隙間を通じて漏油が生じることもある。
この際、ロジックポペット１０の摺動面に環状に形成されたグルーブ１６が通路１７を介して可変制御スプール１２の入口側通路５に連通され、低圧を維持する通路３ａに連結される。これにより、作動油の温度が高温となりロジックポペット１０の摺動面の隙間を通じて漏油が生じる場合でも、バックチャンバー９に背圧が形成され、ロジックポペット１０が上側方向にシートされることを防止することができる。つまり、油圧ポンプ１の高圧通路２とバックチャンバー９がポペット通路１１で相互連通していても、バックチャンバー９に背圧が形成されることによりアクチュエータ１３が停止してしまうのを防止することができる。
したがって、作動油の温度が高温に上昇したり、アクチュエータ１３に高負荷が生じる作業条件の場合、ロジックポペット１０がシートされ、オプション装置用アクチュエータ１３側に供給される作動油が断たれるのを防止することができる。
そして、ロジックポペット１０のバックチャンバー９とロジックポペット１０の出口側通路３ａを相互連通させるポペット通路１１に設けられたダンピング用オリフィス１５は、アクチュエータ１３の初期駆動時、ピーク流量の発生を抑制させる役割と、ロジックポペット１０によりアクチュエータ１３に供給される流量を制御した後、可変制御スプール１２のリターン時にはロジックポペット１０のリシート(reseat)機能を向上することができる。
図６に示したように(オプション装置と他のアクチュエータを同時に駆動させる場合、圧力変化を示すグラフ)、前述したダンピング用ポペットオリフィス１５により油圧ポンプ１からの作動油圧力２１がアクチュエータ圧力２２を形成するように、駆動中、オプション装置用パイロット圧力２３を切り換えさせる場合、オプション装置側の正常流量２６が同時に形成される。これによりアクチュエータの初期駆動時、設定された流量を超過する過多な流量が生じないので、アクチュエータへの供給流量を安定的に制御することができる。
従来技術による建設機械用流量制御装置の油圧回路図である。 従来、他の技術による建設機械用流量制御装置の油圧回路図である。 本発明の実施例による建設機械用流量制御装置の油圧回路図である。 図１に図示の油圧回路による流量制御変化を示すグラフである。 図２に図示の油圧回路による流量制御変化を示すグラフである。 図３に図示の油圧回路による流量制御変化を示すグラフである。
符号の説明
１ 油圧ポンプ
２、３、３ａ、５、６、７ 通路
４ 切換弁
８ ピストンオリフィス
９ バックチェンバー
１０ ロジックポペット
１１ ポペット通路
１２ 可変制御スプール
１３ オプション装置用アクチュエータ
１４ チェック弁
１５ ポペットオリフィス
１６ グルーブ(ｇｒｏｏｖｅ)
１７ 通路
１８ 弁ばね
２１ ポンプ流量
２２ アクチュエータ圧力
２３ オプションパイロット圧力
２４ オプションピーク流量
２５ オプション側低下流量
２６ オプション側正常流量

Claims (2)

  1. 油圧ポンプと
    前記油圧ポンプに連結されているオプション装置用アクチュエータと、
    前記油圧ポンプと前記オプション装置用アクチュエータとの間の流路にパイロット信号圧により切換可能に設けられている可変制御スプールと、
    前記可変制御スプールの入口側通路と出口側通路との圧力差により切換可能に設けられている切換弁と、
    前記油圧ポンプの高圧通路側圧力と、前記切換弁を通過する圧力との圧力差により高圧通路を開閉し得るように設けられているロジックポペットと、
    前記ロジックポペットの摺動面に形成されているグルーブと、
    前記グルーブと前記ロジックポペットの前記出口側通路とを相互連通させる通路とを包含し、
    前記ロジックポペットのバックチェンバーと前記ロジックポペットの前記出口側通路とを相互連通させるポペット通路とが設けられ、
    前記油圧ポンプからの吐出圧力が上昇したり、作動油の温度が高温に上昇し、前記ロジックポペットの摺動面の隙間を通じて漏油が生じる場合、前記グルーブ及び前記通路により前記ロジックポペットの前記出口側通路と前記高圧通路との相互連通の遮断を防止させることを特徴とする建設機械用流量制御装置。
  2. 前記ロジックポペットの前記バックチェンバーと前記ロジックポペットの前記出口側通路とを相互連通させる前記ポペット通路に設けられているダンピング用ポペットオリフィスをさらに包含することを特徴とする請求項１に記載の建設機械用流量制御装置。
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