JPH03272306A - 方向切換弁 - Google Patents

方向切換弁

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JPH03272306A
JPH03272306A JP6825890A JP6825890A JPH03272306A JP H03272306 A JPH03272306 A JP H03272306A JP 6825890 A JP6825890 A JP 6825890A JP 6825890 A JP6825890 A JP 6825890A JP H03272306 A JPH03272306 A JP H03272306A
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load
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玄六 杉山
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東一 平田
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秀明 田中
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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、油圧ショベルなどの油圧機械で、ロードセン
シングシステム等の圧力補償機能を有する圧油供給源を
具備する油圧機械に備えられる方向切換弁に関する。
〔従来の技術〕
第6図は、この種の従来の方向切換弁の構成を示す縦断
面図、第7図は第6図に示す方向切換弁が備えられるロ
ードセンシングシステムを具備する土木・建設機械の油
圧駆動装置を示す回路図である。
第7図に示す油圧駆動装置は、圧油供給源を構成する可
変容量油圧ポンプ1及びこの可変容量油圧ポンプ゛1の
押しのけ容積を制御するポンプ流量制御装置2と、ポン
プ1から吐出される圧油の圧力を規定するリリーフ弁3
と、ポンプ1から吐出される圧油によって駆動するアク
チュエータ、例えばカウンタバルブ付の旋回モータ4、
及び図示しない他のアクチュエータとを備えるとともに
、ポンプ1から旋回モータ4に供給される圧油の流れを
制御する方向切換弁5を備えている。
上記した方向切換弁5は、第6図に示すように、本体を
形成するブロック体6と、このブロック体6内を摺動す
るスプール7を有する流量制御弁8と、この流量制御弁
8の上流側に設けられ、該流量制御弁8の入口圧Pzと
出口圧PLとの差圧、すなわち前後差圧Pz−PLを制
御し、旋回モータ4に負荷圧力すなわち出口圧PLの変
動にかかわらず一定の流量を供給するための圧力制御手
段例えば圧力補償弁9と、流量制御弁8の下流に設けた
シャトル弁10とを備えている。
上記したブロック体6にはポンプ1に連節される2つの
圧油供給通路11a、llbと、これらの圧油供給通路
11a、llbとそれぞれ連絡可能で、旋回モータ4に
接続される負荷通路12a、12bと、これらの負荷通
路12a、12bに連絡可能なタンク通路13a、13
bとを設けである。また、上記したスプール7には、圧
油供給通路11. aと負荷通n 12 aとを接続し
、あるいは圧油供給通路11bと、負荷通路12bとを
接続し、それぞれ当該スプール7のストロークに応じて
開口するメータインの第1の可変絞り部14a、1、4
 bと、これらの第1の可変絞り部14a、14bの下
流に設けられ、第7図に示す旋回モータ4の負荷圧力P
Lを検出する検出ポート15a、1、5 bと、これら
の検出ポート15a、15bに連結される通路16a、
16b、これらの通路16a、16bに連結される通n
 17 a、17b、これらの通路17a、17bに連
絡可能な通2818とを備えている。上述した通路16
a、16b、17a、1.7 b、18は第7図に示ず
シャI・ル弁10に連結される通路19とともに、検出
ポート15a、15bで検出された旋回モータ4の負荷
圧力P1.を含む回路内の最大負荷圧力を制御圧力とし
て第7図に示すボン1流量制御装置2の一方の駆動部に
伝える伝達通路を構成している。なお、ポンプ流量制御
装置2の他方の駆動部には供給圧力すなわちポンプ吐出
圧Pdが導かれ、このポンプ流量制御装置2は、ポンプ
吐出圧pdと負荷圧力PLの差圧があらかじめ設定され
る圧力、すなわちばね2aの力に相当する圧力ΔPにバ
ランスするようにポンプ1の押しのけ容積を制御する。
すなわち、ポンプ吐出圧Pd−負荷圧力PL+ΔPを常
に保つようにポンプlの流量を制御する。
そして、上記した検出ボー)15a、15bは、スプー
ル7の中立位置付近の作動状態ではタンク1irl路1
3a、13bに開口し、上述の通路16a、16b、1
7a、17b、18を含む伝達通路をタンク通路13a
、13bに連絡する排出通路を構成している。
このように構成した方向切換弁5において、第1の可変
絞り部14a、14b、検出ポート15a、15b等の
流量制御弁8のスプールストロークに対する切換タイミ
ングを、旋回モータ4の単独駆動を意図してスプール7
を中立から第6図の右方向に移動させるものと仮定して
、第3図に示すスプール7のストロークと開口面積との
関係を示す図によって説明する。なお、第3図で特性線
20aは検出ポート15aとタンク通813aとの間の
開口面積を示し、特性線20bは通路18と通路17b
すなわちタンク通路13bとの間の開口面積を示し、特
性線20cは検出ポート15aと負荷通n12aとの間
の開口面積を示し、特性線20dは第1の可変絞り部1
4aの開口面積を示す。流量制御弁8のスプール7が第
6図に示す状態から右方に移動すると、第3図の特性線
20aで示すように、まず検出ポート15aとタンク通
n13 aとの間がしゃ断される。このとき、特性線2
0bで示すように、通路18は通路17b、16b、検
出ポート15bを介してタンク通路1.3 bに連通し
ている。さらに、スプール7が右方向に移動すると、通
路18と通路17bとの間がしゃ断され、それまで通路
18等を含む伝達通路とタンク通路13bとを連絡する
ように形成されていた排出通路は消滅する。さらに、ス
プール7が右方に移動すると、特性線20Cで示ずよう
に、検出ポート15 aが負荷通路12aに開口し、第
7図に示す旋回モータ4の負荷圧力P、は、検出ポート
t5a、通N16a、17a、18シャトル弁10、第
7図に示す通路19を介してポンプ流量制御装置2の一
方の駆動部に伝えられる。これにより、ポンプ1の吐出
圧Pdは、Pd−PL+ΔPなる圧力に昇圧する。そし
て、上述の状態からさらにスプール7が移動すると、第
3図の特性線20dい示すようにメータインの第1の可
変絞り部14aが開口し、第7図に示すポンプ1から圧
力補償弁9を介して供給された圧油が、第6図に示す圧
油供給通路11a、第1の可変絞り部14a、負荷通路
12aを介して旋回モータ4に導かれ、この旋回モータ
4が作動し、図示しない旋回体を駆動することができる
。また、このとき旋回モータ4から排出された戻り油は
、負荷通路12bからメータアウトの可変絞り部50b
を介してタンク通n13bに排出される。このとき、第
1の可変絞り部14aにおいて、当該第1の可変絞り部
14aの開口量に対してΔP〔今、圧力補償弁9は旋回
モータ4の単独駆動であるので圧力補償はおこなわれず
、ΔP−((Pz−Pd)  Ptlとなる。〕の差圧
を生じ、Cを定数、Aを第1の可変絞り部1.4 aの
開口面積とすると、旋回モータ4に供給される流量Qは
、 Qocc−ArT下     (1) となる。なお、圧力補償弁9は旋回モータ4の革独駆動
時には機能しないが、旋回モータ4と図示しない他のア
クチュエータとの複合駆動時には、これらのアクチュエ
ータの良好な複合駆動を実現させるために第1の可変絞
り部14a、あるいは14bの前後差圧Pz−PLが一
定となるように制御する。
〔発明か解決しようとする課題〕
上記のように構成される従来技術にあっては、アクチュ
エータの負荷が大きく差圧ΔPを発生するのに必要な流
1Qを供給し難い場合には、オペレータの意図に関係な
くポンプ1の吐出圧Pdが第12図に示すリリーフ弁3
の設定圧まで上昇してしまい、このため流量制御弁8の
レバー操作量に応じた当該ポンプ吐出圧Pdの制御を実
施することができず、操作性の悪化を生じる。また特に
、旋回体等の慣性負荷を駆動する場合に6、流量制御弁
8のレバー操作量、すなわちスプール7のストロークの
大小に関係なくポンプ1の吐出圧Pdはリリーフ弁3の
設定圧まで上昇してしまい、したがって常に慣性負荷の
加速度が最大となり、オペレータに与えるショックが大
きい。
本発明は、上記した従来技術における実情に鑑みてなさ
れたものて゛、その目口勺(ま、アクチュエータの駆動
に際し、流量制御弁のレバー操作量に応したポンプ圧力
制御及びポート圧力制御を実現させることのできる方向
切換弁を提供することにある。
(課題を解決するための手段〕 この目的を達成するために本発明は、圧油供給源からア
クチュエータに供給される圧油の流れを制御する流量制
御弁を有する方向切換弁であって、圧油供給源に連絡さ
れる圧油供給通路と、アクチュエータに連絡される負荷
通路を有するとともに、流量制御弁が、上記圧油供給通
路と負荷通路とを接続し該流量制御弁の操作量に応じて
開口するメ−タインの第1の可変絞り部と、この第1の
可変絞り部の下流に設けられアクチュエータの負荷圧力
を検出する検出ポートと、この検出ポートで検出された
負荷圧力を上記圧油供給源の制御圧力として伝える伝達
通路とを有し、該流量制御弁の中立位置付近の作動状態
で上記伝達通路と上記タンク通路とを連絡する排出通路
を具備する方向切換弁において、上記負荷通路とタンク
通路とを接続し、上記流量制御弁の操作量に応じてその
開口面積を変える第2の可変絞り部を設けた構成にしで
ある。
〔作用〕
本発明は、上記のように負荷通路とタンク通路間に第2
の可変絞り部を設けた構成にしであることから、アクチ
ュエータの単独駆動時にあっては、圧油供給源における
特性により、ポンプ吐出圧Pdと、アクチュエータの負
荷圧力PLと、差圧ΔPとの第1の関係は、 P d −= P L+△P であり、メータインの第1の可変絞り部の開口面積をA
、第2の可変絞り部の開口面積をTとすると、タンクに
連絡される第1の可変絞り部、及び第2の可変絞り部に
おける特性により、ポート圧力すなわち負荷圧力PLと
、流量制御弁の入口圧P z ノ第2 ノrIIJ(P
+は、PL = (A/ (A’+T) l Pzと表
すことができ、また、アクチュエータの単独駆動時にあ
っては、ポンプ吐出圧Pdと流量制御弁の入口圧Pzの
第3の関係は、 Pd=Pz であり、これらの第1〜第3の関係から、ポンプ吐出圧
Pdと差圧ΔI〕との関係を、 Pd−((A”+T)/Tl  ΔP また、負荷圧力PLと差圧ΔPとの関係を、PL −(
A2/T)ΔP とすることができ、すなわちポンプ吐出圧Pd及び負荷
圧力P、を一定値を収りうるΔPと、第1の可変絞り部
及び第2の可変絞り部の開口面積A、Tの関数とするこ
とができ、開口面T!tA、′Fは流量制御弁のレバー
操作量に応じて変化するので当該レバー操作量に応じた
ポンプ圧力制御及びポート圧力制御を実現できる。
なお、アクチュエータの複合駆動時は、流量制御弁の」
二流側の圧Pzと下流側の圧すなわち負荷圧力「〕1、
との差圧をΔP′とすれば、この差圧Δ■〕′は適宜の
圧力制御手段によって一定に保持しうろことから、負荷
圧力PLと上記差圧ΔP′との関係を、 P+、= (A/T)ΔP′ とすることができ、この場合も流量制御弁のレバー操作
量に応じたポンプ圧力制御及びポート圧力制御を実現で
・きる。
〔実施例〕
以下、本発明の方向切換弁の実施例を図に基づいて説明
する。
第1図は本発明の第1の実施例を示す縦断面図、第2図
は第1図に示す方向切換弁が備えられるロードセンシン
グシステムを具備する土木・建設機械の油圧駆動装置を
示す回路図である。
この第1図に示す実施例は、流量制御弁8のスプール7
の中立位置付近の作動状態で負荷通路12a、12bと
タンク通r813 a、1.3 bとを接続し、スプー
ル7のスl−ロークに応じて開口面積を変える第2の可
変絞り部21a、21bを、前述した第6図に示したス
プール7の円周上のメータアウトの可変絞り50a、5
0bに対してずらした位置に設けである。
これらの第2の可変絞り部21a、211)の形状、例
えば第2の可変絞り部21bの形状は流量制御弁8の操
作量すなわちストロークの増加時、第1の可変絞り部1
4bの開口面積の増加に伴って当該第2の可変絞り部2
1t)の開口面積を増加させ、その後当該第2の可変絞
り部21bの開l]面積を減少させる形状、例えば第5
図(am  (b)で示すように、流量制御弁8のスプ
ール7の外周の軸方向に一定幅に設けられ、切削具30
によって形成された深さ方向の変化でその開口面積を変
化させる形状にしである。もう一方の第2の可変絞り部
21aの形状も第2の可変絞り部21bと対祢にほぼ同
形状に設定しである。これらの第2の可変絞り部21a
、21b、例えば第2の可変絞り部21. aの特性は
第3図の符号22で示すように、スプール7のストロー
クの増加に伴って開口面積が徐々に増加し、その後減少
し、開口面積がOとなる特性であり、もう一方の第2の
可変絞り部21bの特性も同様である。
これらの第2の可変絞り部21a、21bのうちの可変
絞り部21bは第2図に示すようにスプール7が右位置
に、すなわち左方向に移動するときに絞りとして機能し
、また可変絞り部21aは同第2図に示ずようにスプー
ル7が左位置に、すなわち右方向に移動するときに絞り
として機能する。
なお、第2図に示す油圧駆動装置におけるアクチュエー
タは、カウンタバランスバルブ付の旋回モータ4であり
、この旋回モータ4を含むその他の構成は前述した第6
121及び第7図に示すものと同等である。
この実施例における第2の可変絞り部21a、21、 
b、第1の可変絞り部14a、1.4 bの流量制御弁
8のスプールストロークに対する切換えタイミングは、
旋回モータ4の駆動を意図してスプール7を中立位置か
ら第1図の右方向に移動させるものと仮定すると、例え
ば第3図の特性線22で示すように、第2の可変絞り部
21aの閉塞する前に、特性線20dで示すように第1
の可変絞り部14aが十分に開口するようになっている
(領域S1で示す)、これにより第1の可変絞り部14
aと、第2の可変絞り部21a、タンク通路13aを含
む排出通路とからなる油圧系統すなわち領域S1におい
て形成される油圧系統は模式的に第4図に示すように表
すことができる。
この第4図において、メータインの第1の可変絞り部1
4aの開口面積をA、第2の可変絞り部21aの開口面
積をTとすると、tず、圧油供給源すなわち可変容量油
圧ポンプ1とポンプ流量制御装置2における特性から、
前述したように、Pd=PL十ΔP(2) が成り立つ。一方、第1の可変絞り部14aを流れる流
量Q1は、 Q、−c、AfV「璽乙   (3) であり、この流量Q1が第2の可変絞り部2]aをン荒
れることから、 Q+=C・Tv’下71]■(PT  タンク圧)(4
) となり、(4)式はPアーOと考えて、q、=c−TV
下了     (5) となる。上記の(3) 、 (5)式からPLとPzの
関係は、 PL−iA2/ (A”+T ) l Pz   (6
)となる。
また、旋回モータ4の単独駆動時では圧力制御手段を構
成する圧力補償弁9は機能せず、開口状態にあることか
ら P d = P z         (7)である。
上記した(2) 、 (6) 、(7)の関係から、P
 d−f (A2+T’) /T IΔP  (♂)と
表され、上記した(6) 、 (7) 、(8)の関係
から、PL=(A/T)ΔP(9)と 表される。
また、旋回モータ4と図示しない他のアクチュエータの
複合駆動時では、図示しない他のアクチュエータの負荷
が高い場合には第2図の圧力補償fr9が動作し、メー
タインの第1の可変絞り部14a、14bの上流圧Pz
と信号圧力である負荷圧力PLとの差圧を、Pz−PL
−ΔP′  (ΔP′は圧力制御弁9のばねの力に相当
)するように制御するので、上述した(9〉式と同様に
、PL−(A/T)ΔP ′(10) となる。
したがって、この実施例にあっては、単独駆動、複合駆
動のいずれかの場合であっても、負荷圧力すなわちポー
ト圧力PLは、スプール7のス)・ローフによって決定
される面積AとTの関数とすることができる。
さらにこの実施例では、第3図に例示したように、メー
タインの第1の可変絞り部14a、14bの特性20d
に対して第2の可変絞り部21a、21bの特性を符号
22で示すようにしである。
すなわち、特性20dの上昇に対して、第2の可変絞り
部21. a、21bの特性22は、−旦開口面積を増
加させてから減少するようにしである。
このように第2の可変絞り部21a、21bの特性をス
トロークの増加に対して単調に減少させるのではなく、
増加→減少の特性とすることにより、式(9) 、 (
10)で示される p L−(A”/T”)△P (≦リリーフ圧力)P 
L −(A2/ T2)ΔP’  (≦リリーフ圧力)
の関係を有し、油圧ショベル等の土木・建設機械で一般
に使用されるリリーフ圧力が300 kg / c m
2、差圧Δ1〕、ΔP′が15 kg / c m2と
いう条件下においては、スプールストロークの十分に広
い範囲で、ポート圧力PLと流量Qの制御が可能である
したがって、油圧ショベルにおける掘削作業などのよう
に、高いポート圧力P、と大きな流量Qとを組合わせる
制御や、地ならし作業などのように、低いポート圧力P
Lと大きな流量Qとを組合わせる制御の他、種々の大き
さのポート圧力PLと流量Qの組合わせの制御を行うこ
とができる。
このように精成した実施例にあっては、上記各式に示し
たようにスプール7を中立位置から左右いずれかに移動
させる際、ポンプlの吐出圧Pd及び負荷圧力PLは負
荷状態に依存することなく、一定に設定しうる差圧ΔP
あるいは差圧ΔP′と、第1の可変絞り部1.4 a、
14bの開口面IAと、スプール7のストロークに応じ
て増減する第2の可変絞り部21a、21bの開口面積
Tによって決定され、また開口面積A、Tはスプールス
トロークによって決まる。それ故、流量制御弁8のレバ
ー操作量に応じたポンプlの吐出圧Pd及び負荷圧力P
Lの制御を実現させることができる。また、スプールス
トロークに対するポート圧力P。
と流量Qの制御領域を十分に大きくとることができる。
これにより、オペレータの意図する操作を実行でき操作
性が向上するとともに、旋回モータ4によって駆動され
る慣性負荷の加速度及び速度を十分に広いスプールスト
ローク領域で制御でき、オペレータに与えるショックを
軽減することができるとともに、作業の種類に対応した
高精度な負荷体の駆動制御を実現させることができる。
なお、大流量及び高い圧力が必要なスプール7のストロ
ークエンド近辺(第3図の領域S2>では第2の可変絞
り部21a、21bは完全にj力しられているので、こ
の第2の可変絞り部21a、21bからの圧油のもれに
よるエネルギロスがない 〔発明の効果〕 本発明の方向切換弁は、以上のように精成したことから
、アクチュエータの単独駆動、複合駆動いずれの場合で
も流量制御弁を中立位置から1駆動させたとき、第1の
可変絞り部と第2の可変絞り部を含む油圧系統を形成さ
せることができ、したがって、これらの第1の可変絞り
部及び第2の可変絞り部の開口面積の関数であるポンプ
圧力及び負荷圧力であるポート圧力を流量制御弁のレバ
ー操作量に応じて制御することができ、従来のように意
図しないにもかかわらずリリーフ弁の設定圧まで上昇し
てしまう事態を生じることがない。これにより優れた操
作性が得られ、またアクチュエータによって慣性負荷を
駆動する場合にはその加速度及び速度を制御することが
でき、オペレータに与えるショックを従来に比べて軽減
することができ、また広いスプールストローク領域で負
荷圧力と流量の種々の大きさの異なる組合わせの制御を
おこなうことができ、作業の種類に対応した高精度の負
荷体の駆動制御を実現させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方向切換弁の実施例を示す縦断面図、
第2図は第1図に示す方向切換弁が(Iiえられるロー
ドセンシングシステムを具備する上水建設機械の油圧駆
動装置を示す回路図、第3[Aは本発明で得られる流量
制御弁のスプールのストロークと第1の可変絞り部、第
2の可変絞り部の開口面積との関係を示した特性図、第
4図は第1図に示す実施例において形成されるut出通
昂を含む油圧系統を模式的に示した図、第5[K(a>
、(b)は第1図に示す実施例に備えられるスプールに
形成される第2の可変絞り部を示す平面図、側面図、第
6図は従来の方向切換弁の構成を示す縦断面図、第7図
は第6図に示す方向切換弁が備えられるロードセンシン
グシステムを具備する土木 建設機械の油圧駆動装置を
示す回路図である。 ■・・・・可変容量油圧ポンプ、2・・・・・・ポンプ
流量制御装置、3・・・・・・リリーフ弁、4・・・・
・・旋回モータ、5・・・・・・方向切換弁、6・・・
・・・ブロック体、7・・・・・・スプール、8・・・
・・・流量制御弁、9・・・・・圧力補償弁(圧力制御
手段)、10・・・・・・シャトル弁、lla、11b
・・・・・圧油供給通路、12a、12b・・・・・負
荷通路、13a、1.3 b・・・・・・タンク通路、
14a、14b・・第1の可変絞り部、15a、15b
・・・・検出ポート、16a、16b、17a、17b
、18.19・・・・・通路、21a、21b・・・・
・第2の可変絞り部。 第2図 4□阪1石−7 jI3 図 入シー」し7Qスト0−7 第4 図 jI5図 16σ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)圧油供給源からアクチュエータに供給される圧油
    の流れを制御する流量制御弁を有する方向切換弁であつ
    て、圧油供給源に連絡される圧油供給通路と、アクチュ
    エータに連絡される負荷通路を有するとともに、上記流
    量制御弁が、上記圧油供給通路と負荷通路とを接続し該
    流量制御弁の操作量に応じて開口するメータインの第1
    の可変絞り部と、この第1の可変絞り部の下流に設けら
    れアクチュエータの負荷圧力を検出する検出ポートと、
    この検出ポートで検出された負荷圧力を上記圧油供給源
    の制御圧力として伝える伝達通路とを有し、該流量制御
    弁の中立位置付近の作動状態で上記伝達通路と上記タン
    ク通路とを連絡する排出通路を具備する方向切換弁にお
    いて、上記負荷通路とタンク通路とを接続し、上記流量
    制御弁の操作量に応じてその開口面積を変える第2の可
    変絞り部を設けたことを特徴とする方向切換弁。
  2. (2)第2の可変絞り部の形状を、流量制御弁の操作量
    の増加時、第1の可変絞り部の開口面積の増加に伴つて
    当該第2の可変絞り部の開口面積を増加させ、その後当
    該第2の可変絞り部の開口面積を減少させる形状に設定
    してあることを特徴とする請求項(1)記載の方向切換
    弁。
  3. (3)第2の可変絞り部の形状を、流量制御弁のスプー
    ルの外周の軸方向に一定幅に設けられ、深さ方向の変化
    でその開口面積を変化させる形状に設定してあることを
    特徴とする請求項(1)または(2)記載の方向切換弁
  4. (4)回路内の最大負荷圧力を制御圧力とし、該制御圧
    力と供給圧力との差圧を略一定に保つように制御される
    圧油供給源に接続されることを特徴とする請求項(1)
    〜(3)のいずれかに記載の方向切換弁。
  5. (5)第1の可変絞り部の上流の圧力と下流の圧力の差
    圧を規定する圧力制御手段を具備することを特徴とする
    請求項(1)〜(4)のいずれかに記載の方向切換弁。
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WO2022131195A1 (ja) * 2020-12-18 2022-06-23 川崎重工業株式会社 弁ユニットおよび弁装置

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