JPH03129105A - 油圧駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は流量制御弁を有する油圧駆動制御装置の改良に
関する。

〈従来の技術〉 第６図は従来の一般的な油圧駆動制御装置を示す油圧回
路図で、原動機２によって運転される可変容量ポンプ１
の主回路５には圧力補償弁、１０．１１を介して流量制
御弁８．９が接続されている。

この流量制御弁８．９に負荷を駆動するアクチュエータ
６．７が接続されており、この流量制御弁８．９はパイ
ロット弁装置１２．１３によって作動させられる。アク
チュエータ６．７の負荷検出回路１４．１５の回路圧の
高圧側圧力はシャトル弁１６によって取り出され、この
取り出された高圧側圧力は最高負荷圧検出回路ｔ７によ
って傾転制御装置４に導かれる。この傾転制御装置４は
、原動機２の吐出圧力を複数のアクチュエータ６．７の
最大負荷圧力よりも所定値だけ高く保持するロードセン
シング制御器を含んでいる。この傾転制御装置４には馬
力制御器が設けられ、可変容量ポンプ１を駆動する原動
ａ１２が失速しそうになったとき、ロードセンシング制
御器に優先して、その馬力制御器が機能し原動機１の吐
出量を減少させる。

流量制御弁８．９はアクチュエータ６．７に供給される
圧油の流量をパイロット弁装置１２．１３の指令に応じ
て制御し、圧力補償弁１０．１１は流量制御弁８．９の
入口圧力および出口圧力を対向するパイロット室のそれ
ぞれに導き、アクチュエータ６．７の負荷圧力の変動に
対して流量制御弁８．９の前後の差圧を一定に保持して
流量の変動を補償している。

しかしながら、この油圧駆動制御装置においては、馬力
制御器が機能し、可変容量ポンプ１の吐出量を減少させ
る場合や、パイロット弁装置１２．１３により指令され
た複数のアクチュエータ６．７の要求消費量が可変容量
ポンプ１の容量（最大吐出量）を越えた場合などのよう
に、複数のアクチュエータの消費流量の合計が可変容量
ポンプ１の吐出流量よりも大きくなるような運転状態に
なったときには、ロードセンシング制御器が機能しなく
なり、可変容量ポンプ■の吐出圧力を最大負荷圧力より
も高く維持できなくなる。しがるに低圧側のアクチュエ
ータにポンプ吐出流量の大部分が流れ、高圧側のアクチ
ュエータに圧油が供給されなくなり、作業要素を所望の
能様で制御できなくなる。

そこで、特開昭６３−１７６８０３号公報に示されるよ
うに、流量制御弁の変位あるいはパイロット圧力を検出
し、その変換電圧の総和を基にポンプ限界流量との比較
により、パイロット圧力を制限する方式が提案されてい
る。また米国特許第４７１２３７６号明細書では、原動
機の実回転数と操作装置の操作量に応じた要求信号から
ポンプの吐出可能流量と要求流量を決定して両者を比較
し、その比較に応じた流量制御弁の位置決めを行う方式
が提案されており、アクチュエータの要求流量をポンプ
の吐出可能流量以内に制限しようとしている。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら従来の前者の構成によれば、流量制御弁の
流量特性は、流量制御弁と圧力補償の特性を含めたもの
となる。例えばこの様な流量制御弁の特性は一般的に、
第７図のようになる。同図のΔＰに依存するＱの変化は
、流量制御弁および圧力補償弁のフローフォース等の影
響である。図から知れる様に流量制御流量は、流量制御
弁操作量（パイロット圧力又は流量制御変位）および負
荷圧ΔＰの関数となっている。以上の理由により、流量
制御操作量のみの検出では実流量との誤差が大きく、サ
チュレーションを回避するためには、比較演算するポン
プ可能吐出量を実際のポンプ可能吐出流量よりかなり少
なく設定しなければならない。

また後者の構成においても、操作装置の操作量の要求信
号から要求流量を算出しているため、前者の場合と同様
の課題があった。

本発明の目的とするところは、ポンプ吐出量を有効に活
用しつつノンサチュレーション制御をおこなうことがで
きる油圧駆動制御装置を提供するにある。

く課題を解決するための手段〉 本発明は上記目的を遠戚するために、流量制御弁を構成
するポペット弁に、圧力補償機能を与えるために設けた
差圧発生手段の変位に基づいて複数のアクチュエータの
実流量の総和を算出する手段と、ポンプ吐出圧とポンプ
回転数とがらポンプ可能吐出流量を算出する手段と、上
記実流量の総和と上記ポンプ可能吐出量を比較して上記
流量制御弁の通過流量をポンプ可能吐出流量内に制御す
る手段とを有する制御装置を設けたことを特徴とする。

く作用〉 本発明による油圧駆動制御装置は上述の如き構成である
ため、差圧発生手段の変位と実流量の総和はほぼ比例関
係にあるので精度良い検出ができ、この総実流量がポン
プ可能吐出流量を超えないように制御し、ポンプ可能吐
出流量を生がしながらサチュレーション状態を回避する
ことができる９〈実施例〉 第１図は本発明の一実施例による油圧駆動装置のシステ
ム図である。

原動機１９によって運転される可変容量ポンプ１８には
主回路２１に流量制御弁２４．２５を介してアクチュエ
ータ２２．２３が接続されている。

この流量制御弁２４の構成図を第２図に示している。

この流量制御弁２４は４ケのシート弁であるポペット弁
４６−４９で構成されており、制御信号ライン３５の制
御信号によりポペット弁４６．４９は開状態となり、主
回路２１の圧力流体はポペット弁４６、流体管路５０、
流体回路３９を経てアクチュエータ２２に流入する。一
方、アクチュエータ２２の戻り油は、流体回路３８、ポ
ペット弁４９、戻り管路５２を経てタンクに戻される。

また制御信号ライン３４に制御信号を与えると、ポペッ
ト弁４７．４８が開状態となり、主回路２１の圧力流体
はポペット弁４７、流体管路５１、流体回路３８を経て
アクチュエータ２２に流入し、アクチュエータ２２から
の戻り油は流体回路３９、ポペット弁４８を経てタンク
に戻される。

次に、アクチュエータ２２への供給流量を制御するポペ
ット弁４６−４９の具体的な構成について説明する。

第３図はポペット弁４９を示す縦断面図である。

制御信号ライン３５から、制御電流を受けると、１ラン
ジヤ６９は圧縮ばね７３のばね力に打ち勝って図示の上
方に移動し、これによって可動弁座６５は開放され、主
流本通ｌｌｉ＋８５９の流体は絞り部６２および背圧室
６１を通り、弁体５７の中心部に形成した貫通孔５８を
経て戻り管Ｆｔ１１５２に流出する。このとき絞り部６
２によって背圧室６１内の圧力が低下する。このため弁
体５７は主流体通路５９から上向きに受ける受圧力によ
って上方に移動し、弁座６４を開放し、主流体通路５９
と戻り管路５２間を直接連通して流体回路３８の流体を
戻り管路に流出させる。弁体５７は、それ自身の形状と
絞り部６２とによって決まる背圧室６１の所定圧力を保
ように弁体７１と弁座６５間に所定間隙を保ちながら静
定する。このようにしてプランジャ６９の変位、すなわ
ち制御信号ライン３５の電流値に比例した弁体５７の変
位が得られる。

第４図はポペット弁４６を示す縦断面図である。

制御信号ライン３５の信号が無いとき、弁体７１は圧縮
ばね７３によって弁座６５を密封している。

このため主回路２１と背圧室６１間を連通ずる絞り部６
２に流体の流れは発生しておらず、背圧室６１と主回路
２１は同一圧力となっている。これにより弁体５７の背
圧室６１側の端面５７Ａの受圧面積と、主流体通路５９
側の環状端面５７Ｂの受圧面積との差により、弁体５７
は下方に閉弁方向に付勢され、弁体５７が弁座６４を密
封した閉弁位置にある。

この状態で、制御信号ライン３５からコイル７０に電流
が流れると、プランジャ６９には上向きの力Ｆｃが与え
られる。これにより弁体７１は弁座６５を開き、貫通孔
５８を介して背圧室６１と通路６７間を連通し、背圧室
６１と同じ高圧流体が通路６７に作用し、逆止弁として
働いていた変位体５４を下方に押し下げる。これにより
主回路２■内の流体が絞り６２、背圧室６１、貫通孔５
８、通路６７を経て流出管路５０へと流れるパイロット
流が形成される。このとき主回路２１から背圧室６１に
流れる流体は絞り６２によって絞られるため、主回路２
１と背圧室６１との間に圧力差が生じ背圧室６１内の流
体圧力は主回路２１内の流体圧力に比較して低下する。

この背圧室６１の圧力低下により、弁体５７の端面５７
Ａに作用する下向きの力よりも環状端面５７Ｂおよび弁
体５７の頭部端面５７Ｃに作用する上向きの力が大きく
なり、弁体５７は上方に移動して開弁する。

これにより主回路２１と通路６７は連通し、主回路２１
の流体は主流体通路５つを通って通路６７に流出する。

通路６７に流れ込んだ流体は、・ばね７３の力に抗して
変位体５４を下方に押し下げ流出管路５０に流出する。

これにより主流体通路５つを通る流量は差圧発生手段５
３により差圧として検出される。すなわち変位体５４の
上流側および下流側には、壁面６６の形状によって定ま
る差圧が発生すると同時に、変位体５４はその差圧に応
じた変位位置に移動する。変位体５４のこの移動により
圧縮ばね７３は圧縮され、パイロット弁装置６８には変
位体５４の変位に応じたばね力が付与される。その結果
、パイロット弁装置６８は弁座６５に近づくように牽引
されてパイロット弁装置６８の操作力Ｆｃは圧縮ばね７
３のばね力の分だけ小さくなるように調整され、パイロ
ット弁装置６８はその調整された操作力に応じた開度と
なる。これにより背圧室６１から貫通孔５８へ流れる流
体が絞られ、この結果として背圧室６１の圧力が上昇し
、弁体５７を開弁方向に移動させて開度を減少させ、主
流本通＃Ｉ５９を流れる流量増加を抑制する。

このようにしてパイロット弁装置６８に与えられる操作
力Ｆｃと圧縮ばね７３のばね力とのバランスにより弁体
５７の開度が定まり、操作力Ｆｃに応じた流量が得られ
る。

ここで流体管路５０の壁面６６の形状は、変位体５４と
の間の開口面積が変位体５４の移動ストロークに対して
ルート関数またはルート関数に近似する関数となるよう
な壁面形状に設定されており、これにより流量に対する
変位体５４の変位との関数はほぼ一次比例関係となり、
後述するようにパイロット弁装置６８の操作力Ｆｃに対
する流量の関係がほぼ直線的な比例関係になる流量特性
を得ることができる。

このような状態において、例えば主回路２１の流体圧力
が上昇し、主回路２１と流出管路５０間の差圧が増加す
ると、主流体通路５９を通る流量は過渡的に増加するが
、その流量の増加は差圧発生手段５３に差圧の増加とし
て検出され、変位体５４の上下間の差圧が増加すると共
に、変位体５４の変位が増加する。これによりパイロッ
ト弁装置６８の操作力Ｆｃは圧縮ばね７３のばね力の分
だけ小さくなるように調整され、パイロット弁装置６８
はその調整された操作力に応じた開度となる。これによ
り背圧室６１の圧力が上昇し、弁体５７の開度を減少さ
せ、主流体通路５９を流れる流量増加を抑制する。この
ようにして主回路２１と流出管路５０間の差圧の増加に
係わらず、パイロット弁装置６８の操作力Ｆｃに応じた
所定の流量を確保することができ、圧力補償機能が果た
されている。

以上の動作を式で表すと次のようになる。まず、各状態
量、面積、定数を次のシンボルで表わす。

Ｆｃ二制御信号ライン３５によりパイロット弁装置６８
に発生する操作力 Ｘ：ハウジング６０に対する変位体５４の変位ｙ：ハウ
ジング６０に対するパイロット弁装置６８の変位 ｙｏ　：弁体５７に対するパイロット弁装置６８の変位 ２：ハウジング６０に対する弁体５７の変位ΔＰ：主回
路２１と通路６７との間の差圧ΔＰｃ：通路６７と流出
管路５０との間の差圧Ｑ１：主回路２１から主流通体通
路５９を通って通路６７に流れる流麗 Ｑ２二通路６７から流出管路５０に流れる流量Ａ（ｘ）
：変位体５４と通路壁面６６との間の流体通路面積 ＡＦＭ：変位体５４の受圧面積 ρ・流体密度 Ｃ１，Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５：それぞれ形状１４り決
まる定数 ｑ：絞り６２を通過する流量即ちパイロット流量 ｋｆ：圧縮ばね７３のばね定数 パイロット弁装置６８に作用する操作力Ｆｃと圧縮ばね
７３のばね力とが釣り合うので、Ｆｃ＝ｋｆ（ｘ＋３’
）　　・・＋＋＋＋　　（１）となる。また流量Ｑｌお
よびＱ２はそれぞれ次の式で表される。

Ｑ１＝Ｃ１・Ｚｆ□７フ「扁℃・・・・・・　（２）Ｑ
２＝Ｃ２・Ａ（ｘ）　　（２／？＞ＩＡＰｃ（３） パイロット流量ｑと流量Ｑ１をｑ＜Ｑｌとすれば、Ｑ１
＝Ｑ２である。従って（２）　、（３）式から、ｚ＝Ｃ
３−Ａ　（ｘ）　　ＡＰｃ／ＡＰ−＝１４）また変位２
と変位３’、’ｌｏとは、 ｚ＝ｙ−ｙＯ・・・・・・（５） の関係にある。ここで、ｙｏ／ｙ（１なので、２ξｙと
なり上記（４）式は ｙ＝Ｃ３−Ａ　（ｘ）　　ＡＰｃ／Ａ下　　・・・・・
・（６）となり（１）式と＜６〉式より Ｆｃ＝ｋｆ　　（ｘ ＋Ｃ３・Ａ（ｘ）　　ＡＰｃ／ＡＰＪ （７） となる。ここで、ΔＰ）ΔＰｃとすれば、（７）式％式
％ となる。また変位体５４に作用する差圧ΔＰｃと操作力
Ｆｃとの釣り合いにより ＦＣ−ＡＦ「ΔＰｃ　　　　　　　　　・・・・・・（
９）が得られる。また、通路壁面６６の形状は、前述し
たように変位体５４との間の開口面積が変位体５４の移
動ストロークに対してルート関数となるような壁面形状
になっているので、 Ａ（ｘ）＝Ｃ４ψマ＝Ｃ４Ｆｃ／ｋｆ−＝ｉＩＯ）とな
り、従って（３）　、（９）　、（１０）式から、＝ｃ
５ｆ丁石璽１ゴＴ７序・Ｆｃ （１１〉 が得られる。この（１１）式より、流量Ｑ２が操作力Ｆ
ｃに一次比例関係にあることが分かり、従ってパイロッ
ト弁装置６８の操作力Ｆｃに対して直線的に比例した流
量特性を得ることができる。また（１１）式より流量Ｑ
２は差圧ΔＰには影響されないことが分かり、差圧ΔＰ
が増加しても流量Ｑ２を一定に保つことができ、圧力補
償機能が果たされる。

更に第４図に示す変位計７５は棒体７４の変位すなわち
変位体５４の変位に比例した出力信号が流量検出信号ラ
イン３７に得られるように組成されている。前述したよ
うに変位体５４の変位と主回路２１から主流体通路５９
を介して流出管路５０へと流れる流量は、（８）　、（
１１）式に示すようにほぼ比例関係にあることから、変
位体５４の変位を検出することによって主回路２１から
主流体通路５９を介して流出管路へと流れる通過流量を
精度良く知ることができる。

このような構造のポペット弁４６〜４つを用いた油圧回
路の例を第１図によって説明する。先ず操作レバー２６
を作動させ、この操作信号を制御装置２７に送信し、こ
の操作信号をもとに制御装置ｉ２７から制御信号を制御
信号ライン３５．４１を介して流量制御弁２４．２５に
入力する。第２図〜第４図で説明したごとく制御装置２
７からの制御信号によりポペット弁が作動し、主回路２
１の圧力流体は流量制御弁２４．２５を経てアクチュエ
ータ２２．２３に供給されこれを作動する。

アクチュエータ２２．２３に負荷変動が生じた場合にお
いても、第２図〜第４図で説明したようにポペット弁の
圧力補償機能により、操作信号に応じた各アクチュエー
タ流量が確保される。

次に、このような動作状態におけるノンサチュレーショ
ン制御について第５図のフローチャートを用いて説明す
る。

まず、制御装置２７には原動機１つの出力特性がつまり
トルクＴと回転数Ｎの関係があらかじめ記憶されている
。回転数検出器２９により回転数Ｎの信号を受けとるこ
とにより、原動機１９の出力トルクＴが決定される。こ
の出力トルクと、あらかじめ制御装置２７に記憶されて
いる可変容量ポンプ１８のポンプ効率を基に、回転数Ｎ
に対応した可変容量ポンプ１８の出力馬力線図、すなわ
ち圧力（Ｐ）−流量（Ｑ）の出力特性が設定される。こ
の出力馬力線図と圧力検出器２８により得られる吐出圧
力Ｐとで、ポンプ可能吐出流Ｎ　Ｑ　ｒが設定される。

−弁流量検出信号ライン３６．３７および流量検出信号
ライン４２．４３により、各々の変位体５４の変位信号
Ｘｌ　、Ｘ２・・・・・・ｘｉが制御装置２７に入力さ
れる。このｘｉと、各流量制御弁を通過する流量ｑｉと
の関係は、前述したごとく非常に高精度で既知であり、
制御装置２７にあらかじめ記憶されている。このことに
より、各アクチュエータの実流量ｑｉが決定され、この
ｑｉの総和、すなわちアクチュエータの総実流量Σｑｉ
が設定される。また各アクチュエータに対応したレバー
操作量指令値Ｓｉが制御装置２７に入力されている。次
に求められたポンプ可能吐出流量Ｑｒと、アクチュエー
タの総実流量Σｑｉとを比較し、総実流量Σｑｉがポン
プ可能吐出流量Ｑｒ以内の場合には、そのままのレバー
操作量指令値Ｓｉに対応した制御信号に変換する。総実
流量Σｑｉがポンプ可能吐出流量Ｑｒを超える場合には
、ポンプ可能吐出流ｉＱｒと総実流量Σｑｉの比を算出
し、この比に応じて、レバー操作量指令値Ｓｉを減少さ
せた値を新たな操作量指令値Ｓｉ−として、この操作量
指令値Ｓｉに対応した制御信号に変換する。このように
して得られた制御信号は、制御装置２７から出力され各
流量制御弁を制御する。

以上述べたように、各アクチュエータの実流量を正確に
検出でき、この総実流量Σｑｉとポンプ可能吐出流量Ｑ
ｒを常に比較し、総実流量Σｑｉがポンプ可能吐出流量
Ｑｒを超えないように制御装置で制御しているので、ポ
ンプ吐出流量を最大限に生かしながら、サチュレーショ
ン状態を回避することができる。

尚、ポペット弁のパイロット駆動を電気式がら油圧式に
変更しても同様の効果が得られる。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、差圧発生手段の変
位から実流量を精度良く検出してアクチュエータの総実
流量を算出しているので、ポンプ可能吐出流量を有効に
利用しつつ、ノンサチュレーション制御を行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による油圧駆動装置のシステ
ム回路図、第２図は第１図の要部詳細を示す回路図、第
３図および第４図は第２図のそれぞれ異なる要部の具体
構成を示す縦断面図、第５図は第１図に示す制御装置の
フローチャート、第６図は従来例の油圧駆動装置のシス
テム回路図、第７図は従来の流量制御弁の特性を示す図
である。 １８・・・・・・可変容量ポンプ、２１・・・・・・主
回路、２２．２３・・・・・・アクチュエータ、２４．
２５・・・・・・流量制御弁、２７・・・・・・制御装
置、２８・・・・・・圧力検出器、２９・・・・・・回
転数検出器、４６〜４９・・・・・・ポペット弁、５３
・・・・・・差圧発生手段、５７・・・・・・弁体、６
１・・・・・・背圧室、６８・・・・・・パイロット弁
装置。 第 図 ２１！！□鈴 ９ 田郵猷碌＝矛 第２図 ７４３ｖＡ 第４図 、第５図 ｆｉ囁’１２坪茫へ 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）可変容量ポンプの主回路に、ポペット弁から成る
   流量制御弁を介して複数のアクチュエータを接続して成
   る油圧駆動制御装置において、上記ポペット弁に圧力補
   償機能を与えるために設けた差圧発生手段の変位に基づ
   いて上記アクチュエータの実流量の総和を算出する手段
   と、上記可変容量ポンプのポンプ吐出圧とポンプ回転数
   とからポンプ可能吐出流量を算出する手段と、上記実流
   量の総和と上記ポンプ可能吐出流量を比較して上記流量
   制御弁の通過流量を上記ポンプ可能吐出流量内に制御す
   る手段とを有する制御装置を設けたことを特徴とする油
   圧駆動制御装置。