JPH06117408A

JPH06117408A - 建設機械の油圧回路

Info

Publication number: JPH06117408A
Application number: JP29390492A
Authority: JP
Inventors: Haruki Ubukata; 春樹生形; Haruhiko Kawasaki; 治彦川崎; Masahiko Ozeki; 雅彦大関; Yoneaki Takahashi; 米秋高橋; Atsushi Fujii; 篤藤井
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1992-10-07
Filing date: 1992-10-07
Publication date: 1994-04-26
Anticipated expiration: 2020-06-15
Also published as: JP3659654B2

Abstract

(57)【要約】【目的】パワーショベルのように、バケットを振り下
ろすときとそれを内側に掻き込むときで、負荷の方向が
反転するものにおいて、メータイン流量制御とメータア
ウト流量制御との両方ができるとともに、キャビテーシ
ョンを防止し、しかもエネルギーロスが少ない油圧回路
を提供することである。【構成】スプール弁１２の上流側に、サーボ弁機構を
備えた制御弁１１を設ける。そして、この制御弁１１の
ストロークを検出するストロークセンサー１７を設ける
とともに、制御弁１１の前後の圧力を検出する第１、２
圧力センサー１８、１９を設け、これら各センサーから
の信号及びメインコントローラ１４からの信号に基づい
てバルブコントローラ１６が動作するようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、建設車両であるパワ
ーショベルに用いるのに最適な油圧回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３に示した従来の油圧回路は、１つの
可変ポンプＰで複数のアクチュエータａ₁ 、ａ₂ を駆動
するもので、これらアクチュエータ回路ごとに圧力補償
付流量制御弁１と、図示していないスプール弁に機能的
に保持された可変絞り２とを備えている。上記可変ポン
プＰはレギュレータ３によってその傾転角すなわち吐出
量が制御される。このレギュレータ３は、ピストン３ａ
でボトム側室３ｂとロッド側室３ｃとに区画されるとと
もに、ロッド側室３ｃにスプリング３ｄを介在させてい
る。そして、このロッド側室３ｃはシャトル弁４に接続
されているが、このシャトル弁４は両アクチュエータａ
₁ 、ａ₂ の高い方の負荷圧を選択するようにしている。
したがって、上記ロッド側室３ｃには、各アクチュエー
タの最高圧が導かれる。また、ボトム側室３ｂは可変ポ
ンプＰと圧力補償付流量制御弁１との間の圧力である可
変ポンプＰの吐出圧が導かれるようにしている。このよ
うにしたレギュレータ３は、そのピストン３ａがスプリ
ング３ｄに抗して矢印５方向に移動したとき、可変ポン
プＰの吐出量を減少させ、ピストン３ａが矢印５とは反
対方向に移動したときには可変ポンプＰの吐出量を増大
させる。

【０００３】上記圧力補償付流量制御弁１は、その一方
のパイロット室１ａを上記可変絞り２の上流側に接続
し、他方のパイロット室１ｂを可変絞り２の下流側に接
続している。そして、この他方のパイロット室１ｂに
は、そこに作用する圧力以外にスプリング６のバネ力も
作用するようにしている。また、一方のパイロット室１
ａ側には、各アクチュエータの流量配分を制御する制御
機構からのパイロット圧が作用する制御パイロット室１
ｃも設けている。

【０００４】このようにした圧力補償付流量制御弁１
は、可変オリフィス２の開度に応じて、その前後の差圧
がスプリング６のバネ力に等しくなるように制御する。
いい換えれば、アクチュエータの負荷圧にかかわらず、
可変オリフィス２の開度に依存してその供給流量を一定
に保つようにする。また、可変ポンプＰの吐出圧は、レ
ギュレータ３のスプリング３ｄで決められた差圧分だ
け、負荷圧よりも高くなるように制御される。このこと
により、アクチュエータに流れる流量は、スプリング３
ｄによる差圧と可変絞り２の開度によって決まることに
なり、負荷の大小に影響されないことになり、いわゆる
ロードセンシング制御が可能になる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のようにした油圧
回路をパワーショベルに用いるときには次のような問題
がある。つまり、バケットを地上に下ろすために、アー
ムを鉛直姿勢まで振り下ろすときには、パワーショベル
のアームシリンダに自重落下によるカウンター負荷が作
用する。ところがこの鉛直姿勢からバケットを内側に掻
き込むときには、このアームシリンダに正方向の負荷が
作用する。そのために、このパワーショベルのアームシ
リンダは、上記のようにアームを鉛直姿勢まで振り下ろ
すときに、アームシリンダの戻り側の流量を絞るメータ
アウト流量制御が必要になる。そして、バケットを内側
に掻き込むときには、その供給流量を制御するメータイ
ン流量制御が必要になる。これに対応するために、上記
従来の油圧回路では、メータアウト側に絞りを設けると
ともに、可変絞り２の開度を小さくしてバケットが逸走
気味になるのを防止している。

【０００６】ところが、上記可変絞り２の開度が小さ過
ぎると、アームシリンダの伸長速度に対してその供給流
量が追いつかず、キャビテーションが発生するという問
題が発生する。そこで、上記可変絞り２の開度を大きく
すると、今度は、正方向負荷で、その負荷の小さいとき
に別の問題を発生する。つまり、メータアウト側の絞り
開度を同じにしながら、可変絞りの開度だけを大きくす
ると、負荷が小さいときに、供給量に対して戻り側の絞
り抵抗が大きくなり過ぎる。そのために、供給側からの
押し込み圧が大きくなり過ぎてエネルギーロスとなると
いう問題があった。この発明の目的は、負荷の大小にか
かわらず、メータアウト時のキャビテーションを防止す
るとともに、エネルギーロスも小さくできる油圧回路を
提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、レギュレー
タの出力で傾転角を制御して吐出量を可変にした可変ポ
ンプと、この可変ポンプとアクチュエータとの間に接続
したスプール弁と、このスプール弁のパイロット圧を制
御する操作弁とを備えた建設機械の油圧回路を前提にす
るものである。上記の油圧回路を前提にしつつ、この発
明は、可変ポンプとスプール弁との間に接続し、パイロ
ット信号に応じて絞り開度を制御するサーボ弁機構を備
えた制御弁と、この制御弁の切換えストロークを電気的
に検出するストロークセンサーと、この制御弁の上流側
の圧力を電気的に検出する第１圧力センサーと、制御弁
の下流側の圧力を電気的に検出する第２圧力センサー
と、これらストロークセンサー及び第１、２圧力センサ
ーからの信号に基づいて制御弁の開度を電気的に制御す
るためのバルブコントローラと、このバルブコントロー
ラに入力された信号及びスプール弁のパイロット圧信号
が入力するとともに、あらかじめ入力された指令信号
や、上記バルブコントローラからのこれら信号に基づい
て可変ポンプのレギュレータを電気的に制御するメイン
コントローラとを備えた点に特徴を有する。

【０００８】

【作用】この発明は、上記のように構成したので、第
１、２圧力センサー及びストロークセンサーからの信号
に応じて、制御弁の開度を自由に設定できる。例えば、
制御弁の下流側の圧力が設定圧以下になったことを第２
圧力センサーが感知したときには、アクチュエータにカ
ウンター負荷が作用していると判断して、当該制御弁の
開度を少し大きくできる。また、制御弁の前後の圧力差
を感知して、従来と同様の流量制御ができるし、レギュ
レータと制御弁とが相まって、従来と同様のロードセン
シング制御も可能である。

【０００９】

【発明の効果】この発明の油圧回路によれば、制御弁の
切換えストロークや、その前後の差圧を電気的に検出し
て、この制御弁の開度を自由に設定できるので、例えば
アクチュエータにカウンター負荷が作用しているとき
に、制御弁の開度を少し大きくして、キャビテーション
の発生を防止できる。しかも、負荷の小さいときには、
この制御弁の開度を十分に小さくして、アクチュエータ
に対する押し込み圧を低く保ち、そのエネルギーロスを
少なくできる。

【００１０】

【実施例】図１に示した第１実施例は、１つの可変ポン
プＰで複数のアクチュエータａ₁、ａ₂ を駆動すること
従来と同様である。そして、これら各アクチュエータ回
路には制御弁１１と、スプール弁１２とを備えている。
上記可変ポンプＰはレギュレータ１３によってその傾転
角すなわち吐出量が制御されるが、このレギュレータ１
３は、メインコントローラ１４で電気的にコントロール
される。また、制御弁１１は、サーボ弁機構とするとと
もに、その一方の側にスプリング１５を作用させ、他方
の側に電磁制御部１１ａを備えている。この電磁制御部
１１ａは、バルブコントローラ１６からの出力信号に比
例して、制御弁１１をスプリング１５に抗して作動さ
せ、その開度を制御する。ただし、この制御弁１１は、
図示のノーマル位置にあるときその開度が最大になるよ
うにしている。

【００１１】さらに、上記バルブコントローラ１６に
は、ストロークセンサー１７、第１圧力センサー１８及
び第２圧力センサー１９を接続している。ストロークセ
ンサー１７は、制御弁１１のストロークを検出するが、
そのストロークによって実質的には制御弁１１の開度を
検出している。また、第１圧力センサー１８は、制御弁
１１の上流側の圧力を検出し、第２圧力センサー１９は
その下流側の圧力を検出するものである。このようにセ
ンサー１７〜１９からの信号を受けるバルブコントロー
ラ１６は、上記したように制御弁１１の開度を制御する
とともに、それら各センサーからの信号をメインコント
ローラ１４にも伝達する。

【００１２】上記スプール弁１２は、その両側に設けた
パイロット室１２ａ、１２ｂを、パイロット操作弁２０
に接続し、このパイロット操作弁２０からの圧力信号に
応じて切換わるようにしている。そして、上記両パイロ
ット室１２ａ、１２ｂのそれぞれにはセンタリングスプ
リング１２ｃ、１２ｄを設け、通常は、図示の中立位置
を保つようにしている。このようにしたスプール弁１２
の戻り側通路には、メータアウト絞り１２ｅを設けてい
る。そして、上記パイロット室１２ａあるいは１２ｂの
うちのいずれか高い方の圧力がシャトル弁２１で選択さ
れるとともに、この選択された圧力は第３圧力センサー
２２で電気的に検出されてメインコントローラ１４に入
力される。

【００１３】次に、この実施例の作用を説明する。パイ
ロット操作弁２０のパイロット圧がメインコントローラ
１４に入力されるが、このパイロット圧の大きさは、ス
プール弁１２の切換え量すなわち当該アクチュエータの
要求流量に比例する。そして、メインコントローラ１４
は、各アクチュエータの要求流量の合計を演算し、その
合計流量に見合った流量を可変ポンプＰが吐出するよう
にレギュレータ１３を制御する。ただし、このときの合
計流量が、可変ポンプＰの最大吐出量を超えたときに
は、メインコントローラ１４が、可変ポンプＰの最大吐
出量の範囲内で、各アクチュエータに適正配分するため
のアンチサチュレーション演算をし、その信号をバルブ
コントローラ１６に出力する。適正配分の指令信号を受
けたバルブコントローラ１６は、制御弁１１の電磁制御
部１１ａを介して、当該制御弁１１の開度を制御する。

【００１４】いずれにしても、メインコントローラ１４
の指令信号に応じてバルブコントローラ１６が動作して
制御弁１１を制御するが、その具体的な制御形態は次の
とおりである。すなわち、バルブコントローラ１６は、
ストロークセンサー１７からの信号で制御弁１１の開度
を演算するとともに、第１、２圧力センサー１８、１９
で、この制御弁１１前後の差圧を検出する。そして、こ
の差圧信号と演算した上記開度値とをもとにして、この
制御弁１１を通過する流量を演算するとともに、その通
過流量とメインコントローラ１４からの指令流量値との
偏差を演算し、その偏差がゼロになるように制御弁１１
をサーボ制御する。つまり、そのときの演算流量が、指
令流量値よりも少なければ、制御弁１１の開度を大きく
し、逆の場合にはその開度を小さくする。

【００１５】上記のようにして通常はメータイン流量制
御されるが、バルブコントローラ１６は、第２圧力セン
サー１９からの信号をもとにして、制御弁１１の下流側
の圧力を常に監視している。そして、この下流側の圧力
が、設定圧以下になったときには、カウンター負荷が作
用したものと判断して、それ以上圧力が下がらないよう
に制御弁１１の開度を、メインコントローラ１４からの
指令値よりも大きくする。このように制御弁１１の開度
を大きくすれば、そのときの制御はメータアウト絞り１
２ｅによるメータアウト流量制御ということになる。つ
まり、この場合には、設定圧を基準にして、メータイン
流量制御とメータアウト流量制御とに自動的に切換わる
ことになる。

【００１６】また、この場合に、制御弁１１の実際の開
度面積は、メインコントローラ１４の流量制御指令値よ
りも大きくなり、当然のこととしてそこを通過する流量
も、指令値より多くなるので、バルブコントローラ１６
は、その開度面積による実際の通過流量をメインコント
ローラ１４にフィードバックし、メインコントローラ１
４の指令値の変更を促す。このときにアンチサチュレー
ション状態にあれば、開度面積を大きくした制御弁１１
への供給流量を優先させるために、メインコントローラ
１４が、他の制御弁１１に対する指令値の変更をする。

【００１７】このようにした第１実施例の油圧回路によ
れば、アクチュエータにカウンター負荷が作用したと
き、制御弁１１の開度を指令値よりも大きくして、メー
タアウト流量制御に自動的に切換わるので、キャビテー
ションなどの発生を確実に防止できる。また、このメー
タアウト流量制御時に、メインコントローラ１４が機能
して、その圧力制御に必要な流量を確保するとともに、
他のアクチュエータへの流量配分を適正にするアンチサ
チュレーション制御もできる。さらに、メータイン流量
制御時には、制御弁１１によって正確な制御ができると
ともに、その開度が適切に維持されるので、制御弁１１
の開度が大き過ぎて押し込み圧が高くなったりしない。
したがって、従来のように、無駄な押し込み圧のために
エネルギーロスが大きくなるというような問題も発生し
ない。

【００１８】図２に示した第２実施例は、第１実施例の
パイロット操作弁２０に代えて、電気的な操作器２３を
用いた点に特徴を有する。すなわち、この第２実施例で
は、操作器２３をメインコントローラ１４に直接接続
し、この操作器２３の操作量に応じた電気信号で、スプ
ール弁１２を切換えるようにしたものである。このよう
に操作器２３を用いることによって、信号系統をすべて
電気で制御できる。このように電気制御が可能になる
と、例えば、メータアウト流量制御時に、スプール弁１
２のメータアウト絞り１２ｅの開度を積極的に小さくし
て、アクチュエータの逸走を防止することも可能にな
る。いずれにしても、すべてを電気制御することによっ
て、その制御のバリエーションを増やすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の回路図である。

【図２】第２実施例の回路図である。

【図３】従来の回路図である。

【符号】

Ｐ可変ポンプａ₁ アクチュエータａ₂ アクチュエータ１１制御弁１２スプール弁１３レギュレータ１４メインコントローラ１６バルブコントローラ１７ストロークセンサー１８第１圧力センサー１９第２圧力センサー２０スプール弁の操作手段としてのパイロット操作弁２３同じくスプール弁の操作手段としての操作器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大関雅彦埼玉県浦和市辻８−７−24 カヤバ工業株式会社浦和工場内 (72)発明者高橋米秋埼玉県浦和市辻８−７−24 カヤバ工業株式会社浦和工場内 (72)発明者藤井篤埼玉県浦和市辻８−７−24 カヤバ工業株式会社浦和工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レギュレータの出力で傾転角を制御して
吐出量を可変にした可変ポンプと、この可変ポンプとア
クチュエータとの間に接続したスプール弁と、このスプ
ール弁の切換えを制御する操作手段とを備えた建設機械
の油圧回路において、上記可変ポンプとスプール弁との
間に接続し、パイロット信号に応じて絞り開度を制御す
るサーボ弁機構を備えた制御弁と、この制御弁の切換え
ストロークを電気的に検出するストロークセンサーと、
この制御弁の上流側の圧力を電気的に検出する第１圧力
センサーと、制御弁の下流側の圧力を電気的に検出する
第２圧力センサーと、これらストロークセンサー及び第
１、２圧力センサーからの信号に基づいて制御弁の開度
を電気的に制御するためのバルブコントローラと、この
バルブコントローラからの信号及びスプール弁の制御信
号が入力するとともに、あらかじめ入力された指令信号
や、上記バルブコントローラからの信号に基づいて可変
ポンプのレギュレータを電気的に制御するメインコント
ローラとを備えた建設機械の油圧回路。