JPH06213208A

JPH06213208A - 油圧制御装置

Info

Publication number: JPH06213208A
Application number: JP2379293A
Authority: JP
Inventors: Haruki Ubukata; 春樹生形; Yoichi Oinuma; 洋一生沼
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1993-01-19
Filing date: 1993-01-19
Publication date: 1994-08-02

Abstract

(57)【要約】【目的】負荷の方向が反転しても、システムが自動的
に対応できるようにして、カウンター負荷が発生したよ
うな場合にも、アクチュエータが逸走したり、あるいは
キャビテーションが発生したりしないようにする。【構成】自己圧センサー２９と負荷圧センサー３０、
３１とからの信号で、第１、２三方弁Ｖ₁ 、Ｖ₂ 前後の
差圧を判断しながらメータイン制御をする。また、メー
タアウト側では、メータイン側との圧力偏差を基準に、
その負荷方向を判断し、その負荷方向に応じて第１、２
三方弁Ｖ₁ 、Ｖ₂ の開度を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば、パワーショ
ベルのアームシリンダのように、そのスイング過程で負
荷が逆転するものに用いるのに最適な油圧制御装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】負荷圧に応じてアクチュエータを制御す
る油圧制御装置として、図７に示すものが従来から知ら
れている。この従来の装置は、レギュレータ１によって
吐出量を制御される可変容量形ポンプ２の下流側に、圧
力補償弁３、切換弁４及びシリンダ５を順に接続してい
る。上記切換弁４は、図示の中立位置にあるとき、ポン
プポート６、タンクポート７、シリンダ５のボトム側室
８に連通するシリンダポート９、及びシリンダ５のロッ
ド側室１０に連通するシリンダポート１１のそれぞれを
閉じるようにしている。そして、この切換弁４を左右い
ずれかに切換えたとき、いずれか一方のシリンダポート
９あるいは１１がポンプポート６に連通し、いずれか他
方のシリンダポート１１あるいは９がタンクポート７に
連通する。

【０００３】しかも、上記切換弁４には、その切換え量
に応じて開度が決まる絞り１２が形成されている。そし
て、切換弁４を切換えたときの絞り１２の下流側の圧
力、すなわち負荷圧Ｐ₂ は、負荷検出ポート１３を経由
してレギュレータ１に伝達される構成にしている。な
お、上記負荷検出ポート１３は、切換弁４が図示の中立
位置にあるとき、タンクポート７を経由してタンクＴに
連通するようにしている。上記レギュレータ１には、可
変容量形ポンプ２の自己圧Ｐ_S と負荷検出ポート１３か
らの負荷圧Ｐ₂ とが作用する。そして、レギュレータ１
は、これら両圧力信号Ｐ_S 及びＰ₂ をもとにして、上記
絞り１２の上流側の圧力Ｐ₁ と上記負荷圧Ｐ₂ との差圧
を一定に保つように、ポンプ吐出量を制御するものであ
る。

【０００４】いま、切換弁４を図面左側位置に切換える
と、その切換え量に応じて絞り１２の開度が決まるとと
もに、この絞り１２を介してシリンダ５のボトム側室８
に圧油が供給される。このときロッド側室１０の作動油
は、シリンダポート１１及びタンクポート７を経由して
タンクＴに戻される。したがって、シリンダ５はそのロ
ッドを伸長させる。切換弁４を、上記とは反対に、右側
位置に切換えると、その切換え量に応じて絞り１２の開
度が決まるとともに、シリンダ５のロッド側室１０に圧
油が供給され、ボトム側室８の作動油がタンクＴに戻さ
れる。したがって、この場合には、シリンダ５がそのロ
ッドを収縮させる。

【０００５】上記のようにシリンダ５を作動させている
ときに、その負荷圧が変化すると、そのときの負荷圧Ｐ
₂ がレギュレータ１に作用する。するとレギュレータ１
は、可変容量形ポンプ２の自己圧Ｐ_S を上昇させる。こ
のようにして、絞り１２の上流側の圧力Ｐ₁ と下流側の
圧力Ｐ₂ との差圧を一定に保ち、負荷圧の変化にかかわ
りなく、シリンダ５に対する供給流量を一定に保つよう
にしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のようにした従来
の装置では、シリンダ５に対する供給側の流量を制御す
るいわゆるメータイン制御だけで、戻り側の流量を制御
するメータアウト制御ができない。そのために、例え
ば、アームのスイング過程でシリンダの負荷方向が反転
するパワーショベルなどでは、次のような不都合があっ
た。すなわち、図６に示すように、パワーショベルのア
ーム１４をスイングさせるために用いたシリンダ５は、
アーム１４がＸ₁ からＸ₀ まではカウンター負荷が作用
し、Ｘ₀ からＸ₂ までは正負荷が作用する。そして、上
記カウンター負荷が作用するときには、戻り側の流量を
制御するいわゆるメータアウト制御をし、正負荷が作用
するときには、その供給側の流量を制御するメータイン
制御をするのが理想である。

【０００７】しかし、上記従来の装置では、常にメータ
イン制御しかできないために、アーム１４がＸ₁ からＸ
₀ に移動するときに必要とされるメータアウト制御がほ
とんどできず、そのためにシリンダ５にキャビテーショ
ンが発生したり、あるいはアーム１４が逸走したりする
という問題があった。この発明の目的は、負荷方向の変
化に対応して、メータイン制御とメータアウト制御を自
動的に切換えられるようにした装置を提供することであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、負荷を移
動させるためのアクチュエータと、このアクチュエータ
に圧油を供給するポンプと、アクチュエータからの戻り
油を受けるタンクと、上記アクチュエータとポンプ及び
タンクとの間に設けるとともに、アクチュエータの供給
側及び戻り側の開度を制御するバルブ機構とを備えた油
圧制御装置を前提にするものである。そして、この油圧
制御装置を前提にしつつ、第１の発明のバルブ機構は、
スプールと、このスプールの一端に設けたパイロット室
と、スプールの変位を検出する変位センサーとを備える
構成にしている。そして、このバルブ機構のパイロット
室を、電磁パイロット比例弁を介してパイロットポンプ
に接続するようにしている。

【０００９】しかも、これらの構成要素以外に、上記ポ
ンプの自己圧を検出する自己圧センサーと、バルブ機構
とアクチュエータとを接続する通路過程の圧力を検出す
る一対の負荷圧センサーと、指令値に応じて電磁パイロ
ット比例弁の開度を特定してバルブ機構のパイロット室
内の圧力を制御するとともに、上記各センサーからの信
号に応じて電磁パイロット比例弁を制御するコントロー
ラとを備えている。また、第２の発明のコントローラ
は、指令値を入力する入力部と、この入力部からの指令
値に応じてバルブ機構の供給側の開度を制御する出力部
と、自己圧センサーと負荷圧センサーとの圧力差で実際
の流量を換算するとともに、指令値と実際の流量との偏
差を演算し、この演算結果を出力部を介して電磁パイロ
ット弁に伝達する演算部と、供給側の負荷圧センサーと
戻り側の負荷圧センサーからの出力信号に応じて負荷の
正負を判定し、メータイン制御とメータアウト制御のた
めの信号を出力部から出力させる判定部とからなる。

【００１０】

【作用】第１の発明は、上記のように構成したので、コ
ントローラの出力信号で、電磁パイロット比例弁を動作
させながら、バルブ機構の開度を制御できる。しかも、
このコントローラには、各種のセンサーからの信号がフ
ィードバックされるようにしているので、コントローラ
は、それらの信号を総合的に判断して、メータイン制御
とメータアウト制御とを選択できる。第２の発明は、コ
ントローラに入力された指令値によって、その指令値と
実際の流量との偏差を考慮しながらメータイン制御がで
きる。しかも、負荷検出センサーからの信号に応じて、
イン側とアウト側との負荷の正負を判定するとともに、
その正負に応じて、電磁パイロット比例弁の開度を制御
できる。

【００１１】

【発明の効果】第１の発明によれば、コントローラが、
各種センサーの信号を総合的に判断して、メータイン制
御とメータアウト制御とを選択できるので、アクチュエ
ータの作動状況に応じた制御が可能になる。したがっ
て、アクチュエータにカウンター負荷が作用したとして
も、それが逸走したり、あるいはキャビテーションが発
生したりしない。第２の発明によれば、負荷検出センサ
ーからの信号に応じて、イン側とアウト側との負荷の正
負を判定するとともに、その正負に応じて、電磁パイロ
ット比例弁の開度を制御できるので、パワーショベルの
アームを作動させるシリンダのように、作動中に負荷方
向が逆転したとしても、それに対応できることになる。

【００１２】

【実施例】図１、図２に示した第１実施例は、ポンプＰ
に対して、第１三方弁Ｖ₁ と第２三方弁Ｖ₂ とをパラレ
ルに接続している。この第１、２三方弁Ｖ₁ 、Ｖ₂ は、
スプール１５、１６を主要素にして成り立っている。上
記スプール１５、１６の一端にはフランジ部１５ａ、１
６ａを形成するとともに、このフランジ部１５ａ、１６
ａをパイロット室１７、１８に臨ませ、このパイロット
室１７、１８を、小受圧面室１７ａ、１８ａと、スプリ
ング１９、２０を介在させた大受圧面室１７ｂ、１８ｂ
とに区画している。このようにした第１、２三方弁Ｖ
₁ 、Ｖ₂ のスプール１５、１６が、図示のノーマル位置
にあるときには、このスプールに形成した環状溝１５
ｂ、１６ｂを介して、シリンダポート２１、２２とタン
クポート２３、２４とが連通するとともに、シリンダポ
ート２１、２２とポンプポート２５、２６との連通が遮
断されるようにしている。

【００１３】上記一方のシリンダポート２１は、シリン
ダＳのボトム側室２７に接続し、他方のシリンダポート
２２はロッド側室２８に接続している。また、ポンプポ
ート２５、２６はポンプＰに接続し、タンクポート２
３、２４はタンクＴに接続している。そして、上記ポン
プＰとポンプポート２５、２６とを接続する通路過程に
は、当該ポンプＰの吐出圧である自己圧を検出する自己
圧センサー２９を設けている。また、シリンダポート２
１とボトム側室２７とを接続する通路過程及びシリンダ
ポート２２とロッド側室２８とを接続する通路過程のそ
れぞれには、負荷圧センサー３０、３１を設けている。

【００１４】さらに、第１、２三方弁Ｖ₁ 、Ｖ₂ のそれ
ぞれには、そのスプール１５、１６の切換え量を検出す
る変位センサー３２、３３を設けている。なお、図中符
号３４、３５は電磁オペレートチェック弁で、ポンプポ
ート２１、２２と上記シリンダＳの両室２７、２８とを
接続する通路過程に設けたものである。そして、この電
磁オペレートチェック弁３４、３５は、そのノーマル位
置で、ポンプポート２１、２２からシリンダＳへの流通
のみを許容し、切換え位置でそれらの流通を自由にする
ものである。したがって、この電磁オペレートチェック
弁３４、３５をノーマル位置に保っておけば、シリンダ
Ｓの負荷を確実に保持できる。

【００１５】上記第１、２三方弁Ｖ₁ 、Ｖ₂ の大受圧面
室１７ｂ、１８ｂのそれぞれは、電磁パイロット比例弁
３６、３７を介してポンプＰに接続している。この電磁
パイロット比例弁３６、３７は、その励磁電流に応じ
て、大受圧面室１７ｂ、１８ｂに作用するパイロット圧
を比例制御できるようにしている。つまり、電磁パイロ
ット比例弁３６、３７が図示のノーマル位置にあるとき
には、大受圧面室１７ｂ、１８ｂとポンプＰとの連通路
の開度を最大にし、励磁電流の増大にともなって、その
開度を徐々に小さくし、最大励磁電流で、大受圧面室１
７ｂ、１８ｂとタンクＴとの連通路の開度を最大に、ポ
ンプＰとの連通路を閉じる。これに対して、小受圧面室
１７ａ、１８ａは、ポンプＰに直接連通させている。

【００１６】したがって、電磁パイロット比例弁３６、
３７が、図示のノーマル位置にあると、小受圧面室１７
ａ、１８ａと大受圧面室１７ｂ、１８ｂとには、ともに
等しいポンプＰの吐出圧が作用するので、その受圧面積
差によって、第１、２三方弁Ｖ₁ 、Ｖ₂ が図示のノーマ
ル位置を保つ。そして、電磁パイロット比例弁３６、３
７がその励磁電流に応じて切換わると、大受圧面室１７
ｂ、１８ｂ側の圧力が、小受圧面室１７ａ、１８ａ側の
圧力よりも相対的に低くなる。したがって、第１、２三
方弁Ｖ₁ 、Ｖ₂ のスプール１５、１６は、スプリング１
９、２０に抗して移動するとともに、小受圧面室１７
ａ、１８ａの圧力作用と、大受圧面室１７ｂ、１８ｂの
圧力作用及びスプリング１９、２０のバネ力とがバラン
スする位置で停止する。このようにスプール１５、１６
が移動すると、その環状溝１５ｂ、１６ｂを介して、ポ
ンプポート２５、２６とシリンダポート２１、２２とが
連通するが、その連通路の開度は、スプール１５、１６
の移動量に比例する。

【００１７】なお、図中符号３８は吸込通路で、ボトム
側室２７側が吸込不足を生じたとき、タンクＴから作動
油を吸引するものである。そして、この通路３８には、
チェック弁３９を設けて、タンクＴからボトム側室２７
への流通のみを許容するようにしている。また、符号４
０は戻り側の圧力を検出する圧力センサーである。上記
のようにした自己圧センサー２９、負荷圧センサー３
０、３１、変位センサー３２、３３及び圧力センサー４
０のそれぞれは、コントローラＣに接続されている。

【００１８】さらに、上記コントローラＣは、電磁オペ
レートチェック弁３４、３５及び電磁パイロット比例弁
３６、３７に接続され、上記各センサーからの信号に応
じて、これら弁３４〜３７を制御するようにしている。
このようにしたコントローラＣは、指令値を入力する入
力部と、この入力部からの指令値に応じてバルブ機構の
供給側の開度を制御する出力部と、自己圧センサーと負
荷圧センサーとの圧力差で実際の流量を換算するととも
に、指令値と実際の流量との偏差を演算し、この演算結
果を出力部を介して電磁パイロット比例弁に伝達する演
算部と、供給側の負荷圧センサーと戻り側の負荷圧セン
サーからの出力信号に応じて負荷の正負を判定し、メー
タイン制御とメータアウト制御のための信号を出力部か
ら出力させる判定部とからなる。

【００１９】次に、この第１実施例の作用を、図３のフ
ローチャート図をもとにして説明する。シリンダＳを動
作させるときには、その作動方向と速度に応じた流量指
令値をコントローラＣの入力部に入力する (ステップ
(1)) 。次に、コントローラＣが、シリンダＳを伸長さ
せるのか、あるいはそれを収縮させるのかの作動方向を
判定する (ステップ(2))。いま、コントローラＣを伸長
させる信号が入力したとすると、その出力部から電磁パ
イロット比例弁３６に制御信号が出力され、この電磁パ
イロット比例弁３６を、そのときの入力信号に応じた開
度に制御する (ステップ(3))。このようにして電磁パイ
ロット比例弁３６の開度が決まると、それに応じたパイ
ロット圧が第１三方弁Ｖ₁ の大受圧面室１７ｂに作用す
る。したがって、コントローラＣへの指令値に応じて、
第１三方弁Ｖ₁ の開度が決められ、シリンダＳのボトム
側室２７に供給される流量が同定される (ステップ
(4))。

【００２０】このようにして第１三方弁Ｖ₁ の開度が特
定されると、その前後には、開度に比例した差圧が発生
する。そして、第１三方弁Ｖ₁ の上流側の圧力は自己圧
センサー２９で検出し、下流側の圧力は負荷圧センサー
３０で検出するとともに、それらの検出信号がコントロ
ーラＣにフィードバックされる。このフィードバック信
号によってコントローラＣの演算部が動作し、上記差圧
から実際の供給流量を演算する。さらに、この演算部で
は、上記指令供給流量と実際の供給流量との偏差を演算
する (ステップ(5))。そして、コントローラＣは、この
偏差がゼロになるように、電磁パイロット比例弁３６に
信号を出力して (ステップ(6))、第１三方弁Ｖ₁ の開度
を制御する (ステップ(7))。このようにしたステップ
(3) から(7) の過程は、メータイン制御である。

【００２１】また、メータアウト側では、上記のように
コントローラＣに指令値信号が入力すると、オペレート
チェック弁３５が開位置を保つとともに、第２三方弁Ｖ
₂ も、コントローラＣの入力信号に応じてその開度が制
御される (ステップ(8))。ただし、この第２三方弁Ｃの
制御形態は、第１三方弁Ｖ₁ の場合と同様である。すな
わち、コントローラＣからの出力信号に応じて電磁パイ
ロット比例弁３７が動作し、小受圧面室１８ａと大受圧
面室１８ｂとのパイロット圧を制御しながら、そのスプ
ール１６を移動させてシリンダポート２２とタンクポー
ト２４との連通過程の開度を制御する。この第２三方弁
Ｖ₂ の開度に応じて、メータアウト側の圧力が制御され
ることになる( ステップ(9))。

【００２２】上記のようにしてメータアウト側の圧力設
定がされたら、コントローラＣの判定部は、メータイン
側の負荷圧を負荷圧センサー３０からフィードバックす
るとともに（ステップ(10)）、このフィードバック信号
と、メータアウト側の設定圧力との偏差を判定する（ス
テップ(11)）。この判定結果で、メータイン側よりもメ
ータアウト側の圧力が高ければ、シリンダＳにカウンタ
ー負荷が作用していると判断し（ステップ(12)）、コン
トローラＣがパイロット電磁比例弁３７の励磁電流を少
なくする。これによって第２三方弁Ｖ₂ が動作し、シリ
ンダポート２２とタンクポート２４との連通過程の開度
を小さくして、メータイン側の負荷圧を高くする（ステ
ップ(13)）。

【００２３】上記とは反対に、メータイン側の圧力の方
がメータアウト側の圧力よりも高いければ、シリンダＳ
には正負荷が作用していると判断し（ステップ(14)）コ
ントローラＣがパイロット電磁比例弁３７の励磁電流を
多くする。これによって第２三方弁Ｖ₂ が動作し、シリ
ンダポート２２とタンクポート２４との連通過程の開度
を大きくして、メータイン側の負荷圧を低くする（ステ
ップ(15)）。なお、シリンダＳを収縮させる方向の信号
が入力されたときには、ステップ(16)〜(28)）に移行す
るが、その作動は、シリンダＳの伸び側と実質的には同
様である。

【００２４】この第１実施例によれば、例えば、図６に
示すように、負荷の方向が判定する場合にも、その反転
の状況をコントローラＣが自動的に判定し、それに対応
できる。したがって、従来のようにメータイン制御ある
いはメータアウト制御のいずれか一方の制御しかできな
い場合の種々の問題点をすべて解消できる。図４に示し
た第２実施例は、第１実施例のコントローラＣにメイン
コントローラMCを接続したもので、その他の構成は、第
１実施例と同様である。そして、このメインコントロー
ラMCは、図示していない他のアクチュエータに接続した
各コントローラに信号を出力するためのものである。つ
まり、このメインコントローラMCは、例えば、当該パワ
ーショベルなどを総合的に制御するためのものである。
なお、図中符号５３〜５６はドライバーである。

【００２５】図５に示した第３実施例は、シリンダＳの
ボトム側室２７とロッド側室２８のそれぞれに、第１、
２メータイン制御弁Ｖ₃ 、Ｖ₄ と第１、２メータアウト
制御弁Ｖ₅ 、Ｖ₆ とを接続したものである。そして、こ
れら制御弁Ｖ₃ 〜Ｖ₆ のそれぞれは、小受圧面室４１〜
４４と大受圧面室４５〜４８とを有する。小受圧面室４
１〜４４は、ポンプＰに直接連通し、大受圧面室４５〜
４８は、電磁パイロット比例弁４９〜５２を介してポン
プＰに接続している。上記電磁パイロット比例弁４９〜
５２の機能は、前記第１実施例の場合と同様であり、こ
の電磁パイロット比例弁４９〜５２で制御される制御弁
Ｖ₃ 〜Ｖ₆ の動作も、第１実施例と同様である。

【００２６】ただし、第１メータイン制御弁Ｖ₃ はポン
プＰからボトム側室２７に供給される流量だけを制御
し、第２メータイン制御弁Ｖ₄ はポンプＰからロッド側
室２８に供給される流量だけを制御する。また、第２メ
ータアウト制御弁Ｖ₅ はボトム側室２７からタンクＴに
戻される流量のみを制御し、第２メータアウト制御弁Ｖ
₆ はロッド側室２８からタンクＴに戻される流量のみを
制御する。上記以外の構成は前記第１実施例と同様であ
る。なお、第１〜３実施例のそれぞれにおける第１、２
三方弁Ｖ₁ 、Ｖ₂ 、第１、２メータイン制御弁Ｖ₃ 、Ｖ
₄ 及び第１、２メータアウト制御弁Ｖ₅ 、Ｖ₆ のそれぞ
れは、この発明のバルブ機構を構成するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の油圧回路図である。

【図２】第１実施例の電気的なブロック図である。

【図３】フローチャート図である。

【図４】第２実施例の油圧回路図である。

【図５】第２実施例の油圧回路図である。

【図６】パワーショベルのアームシリンダの負荷の発生
方向を示す説明図である。

【図７】従来の油圧制御装置に油圧回路図である。

【符号】

ＰポンプＴタンクＶ₁ バルブ機構としての第１三方弁Ｖ₂ バルブ機構としての第２三方弁Ｖ₃ バルブ機構としての第１メータイン制御弁Ｖ₄ バルブ機構としての第２メータイン制御弁Ｖ₅ バルブ機構としての第１メータアウト制御弁Ｖ₆ バルブ機構としての第２メータアウト制御弁Ｓシリンダ１７ａパイロット室の中の小受圧面室１８ａパイロット室の中の小受圧面室１７ｂパイロット室の中の大受圧面室１８ｂパイロット室の中の大受圧面室２９自己圧センサー３０負荷圧センサー３１〃３２変位センサー３３〃３６電磁パイロット比例弁３７〃４１小受圧面室４２〃４３〃４４〃４５大受圧面室４６大受圧面室４７大受圧面室４８大受圧面室４９電磁パイロット比例弁５０電磁パイロット比例弁５１電磁パイロット比例弁５２電磁パイロット比例弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】負荷を移動させるためのアクチュエータ
と、このアクチュエータに圧油を供給するポンプと、ア
クチュエータからの戻り油を受けるタンクと、上記アク
チュエータとポンプ及びタンクとの間に設けるととも
に、アクチュエータの供給側及び戻り側の開度を制御す
るバルブ機構とを備えた油圧制御装置において、上記バ
ルブ機構は、スプールと、このスプールの一端に設けた
パイロット室と、スプールの変位を検出する変位センサ
ーとを備えるとともに、このバルブ機構のパイロット室
を、電磁パイロット比例弁を介してパイロットポンプに
接続する一方、上記ポンプの自己圧を検出する自己圧セ
ンサーと、バルブ機構とアクチュエータとを接続する通
路過程の圧力を検出する一対の負荷圧センサーと、指令
値に応じて電磁パイロット比例弁の開度を特定してバル
ブ機構のパイロット室内の圧力を制御するとともに、上
記各センサーからの信号に応じて電磁パイロット比例弁
を制御するコントローラとからなる油圧制御装置。
【請求項２】上記コントローラは、指令値を入力する
入力部と、この入力部からの指令値に応じてバルブ機構
の供給側の開度を制御する出力部と、自己圧センサーと
負荷圧センサーとの圧力差で実際の流量を換算するとと
もに、指令値と実際の流量との偏差を演算し、この演算
結果を出力部を介して電磁パイロット弁に伝達する演算
部と、供給側の負荷圧センサーと戻り側の負荷圧センサ
ーからの出力信号に応じて負荷の正負を判定し、メータ
イン制御とメータアウト制御のための信号を出力部から
出力させる判定部とからなる請求項１記載の油圧制御装
置。