JPH0689848B2

JPH0689848B2 - 液圧システム

Info

Publication number: JPH0689848B2
Application number: JP58008000A
Authority: JP
Inventors: ロバ−ト・ハ−リン・ブリ−デン
Original assignee: ヴイツカ−ズ・インコ−ポレ−テツド
Priority date: 1982-01-20
Filing date: 1983-01-20
Publication date: 1994-11-14
Anticipated expiration: 2009-11-14
Also published as: EP0084835A2; EP0084835A3; CA1191073A; EP0084835B1; DE3368966D1; JPS58137660A; US4480438A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、例えば掘削機やクレーンのような移動式機
械で見受けられる液圧装置における動力伝達装置に関す
る。

この発明はより詳細には、例えば、掘削機やクレーンに
見受けられる旋回駆動部を予め選定したブレーキ圧力で
自動的に制動するための液圧装置に関する。旋回駆動部
は通常、液圧ポンプ及び同モータを有する静液圧駆動部
と、掘削機やクレーン上で見受けられるブームの水平回
転を指揮する関連する伝動装置及び制御部とから成つて
いる。

旋回駆動装置は、出力トルクを制御するためにモータに
供給される流体の圧力の直接制御を利用してきた。出力
トルク制御装置を用いて操縦者はモータの出力トルクの
大きさと方向とを選定している。

かゝる装置では、旋回駆動部を制御する弁の運動の方向
と大きさの機械的又は電気的制御部を含むものが典型的
である。典型的な装置は米国特許第3,696,836号明細書
に示されている。

パイロツト操作制御弁を利用することによつて遠隔操作
することができる液圧装置を提供することが本発明の目
的の一つである。

典型的には、旋回駆動部のトルク制御によつてクレーン
上のブームを自由旋回又は惰力運転させることができ
る。即ち、液圧装置内にコマンド信号がない場合、ブー
ム又はブームと荷重は、ブームケーブル又は荷重が過度
に振動することなく摩擦力によつて停止点にまで惰性で
動くことになる。

掘削機は、通常流量制御部が備わつていてブームのブロ
ツクしたセンターブレーキングを行なう。即ち、コマン
ド信号が無い時はビーム又はブームと荷重は即座に停止
点にまで減速する。この場合、モータからの戻り流体
は、モータ作動ポートリリーフ弁の設定点において逃が
される。ブロツクされたセンターブレーキングによつて
ブームと荷重とが迅速に一列に並べられ、同様にまた傾
斜した面上で運転する掘削機と共にブームを静止状態に
維持することができる。

ある運転状況のもとでは、また旋回駆動部を予め選定し
た減少圧力、即ち、リリーフ弁の設定圧力より低い圧力
設定で制動するのが望ましい。

クレーン上の自由旋回ブレーキ装置で初期の訓練及び経
験をしてきた操縦者のある者は、ブロツクされたセンタ
ーブレーキ装置を備えた掘削機の操縦に遭遇した時は、
自由旋回特性を持つものゝ方が好ましいと述べているこ
とがわかつた。逆に、ブロツクされた装置を備えた掘削
機で初期の訓練を受けた何人かの操縦者では、自由旋回
ブレーキ装置を備えたクレーンを操縦することになつた
時に、ブロツクされたセンター装置を望む声が上つてい
る。

以上の観点からして、本発明の目的は、簡単な調節によ
つて、操縦者が、自由旋回ブレーキ装置、ブロツクされ
たセンターブレーキ装置、又は自由旋回とブロツクされ
たセンターブレーキ装置との間の任意の減圧ブレーキを
選択的に選ぶことができる、旋回駆動部を予め定めた圧
力で自動的に制動するための流体回路装置を提供するこ
とである。

従つて、こゝにはトルク制御液圧装置と速度制御液圧装
置の両方のための旋回駆動部の選択的自動ブレーキ装置
が開示されている。

本液圧システムは、逆転可能な可変容量型ポンプと、圧
力流体を供給する手段と、前記ポンプの容量を可変とす
る手段の変位方向と変位量とを制御するための液圧サー
ボモータ手段と、前記ポンプによって駆動されるべく連
結される流体モータと、導管により前記ポンプと並列に
連結されると共に、前記サーボモータ手段を作動制御す
るための圧力流体を供給・排出するストローク制御方向
切換弁と、前記ポンプの容量を可変とする手段の変位と
方向を検出する手段と、前記方向切換弁にパイロット圧
を供給する手動による液圧遠隔制御部と、該制御部から
前記方向切換弁に至る導管内のシャトル弁手段とから成
り、前記方向切換弁は、パイロット操作形であり、パイロット圧力（Pp）は、前記方向切換弁を一方向又は
他方向に移動させるように該方向切換弁に第一の力を供
給し、そして前記ポンプの容量を可変とする手段の変位と方向
を検出する手段は、パイロット圧力（Pp）による第一の
力に抗し前記方向切換弁に第二の力を印加するように備
り、前記方向切換弁は、前記第一及び第二の力により制御さ
れ、該方向切換弁は、前記第一及び第二の両方の力が作用す
るバルブ部材を有し、ポンプの容量を可変とする手段の変位と方向を検出する
前記手段は、パイロット圧力（Pp）による前記バルブ部
材の移動の方向に抗するために前記方向切換弁に液圧フ
イードバック信号を供給するフイードバック弁から成
り、前記フイードバック弁は、導管を介してシャトル弁手段
に接続され、パイロット圧力に対抗するようにフイード
バック圧力が前記導管のいずれか一方に供給されること
を特徴とする。

（作用）以下、本発明の液圧システムの作動について、その一実
施例を表す本願の第１図に基づき説明する。

（ａ）コマンド信号（パイロット圧力Pp）がない場合：このときは、方向切換弁23は、ばねで中央に付勢され、
従ってサーボモータ手段15に対し何の操作も及ぼしてい
ない。そのため、可変容量ポンプ10の吐出量はゼロとな
る。

このとき、前記手段21は、油圧閉回路50で発生した圧力
変化を打消すように作動する。

ブームと荷重が惰性で動いているとき、これらは摩擦力
により減速するが、導管12側をポンプ10の吐出側とする
と、このとき導管11に圧力が発生し、これが方向切換弁
のバルブ部材23aに作用してこれを右行させる。そのた
め、導管39とタンク43とが連通し、大面積ピストン15内
の圧油は、導管39を介してタンク43へドレンされる。こ
れは、ポンプ10の容量を可変とする手段の変位量の増
大、すなわちポンプ吐出量の増大（増速）をもたらし不
具合となる。このとき、手段21は、ポンプ10における前
記変位を検出し、バルブ部材23aの移動の方向に抗する
ために、方向切換弁23に導管30を介して液圧フイードバ
ック信号を供給する。これにより、導管39とタンク43間
が遮断され、ブームと荷重は摩擦力により停止するまで
惰性で動くことになる。

また、ブームと荷重が重力により動いているとき（例え
ば上昇位置にある荷重が下降するとき）、液圧モータ13
の排出側（導管12側を排出側とする）にはオーバーホー
ル圧が発生し、これが方向切換弁のバルブ部材23aに作
用してこれを左行させる。このとき、導管22と導管39と
が連通し、導管39を介して大面積ピストン15内に圧油が
導入される。このとき、ポンプ10の容量を可変とする手
段は、荷重の下降を助長するように左方向に変位する
が、手段21は、これを検出し、バルブ部材23aの移動の
方向に抗するために方向切換弁23に導管29を介して液圧
フイードバック信号を供給する。これにより、前記助長
が阻止され、不具合が解消される。

（ｂ）コマンド信号が存在する場合：このときは、前記手段21は、パイロット圧力（Pp）に抗
して前記方向切換弁23に力を印加するように作動する。

液圧モータ13によって荷重を旋回するために、遠隔制御
部24が中央位置から手動で偏位される。これにより、導
管25内にパイロット圧（Pp）が発生し、これが方向切換
弁のバルブ部材23aに作用してこれを右行させる。大面
積ピストン15内の圧油は、導管39を介してタンク43へド
レンされ、ポンプ10の容量を可変とする手段は、右方向
に変位する。該変位に伴い、手段21は、方向切換弁23に
導管30を介して液圧フイードバック信号を供給する。こ
れにより、導管39とタンク43間が遮断される。ポンプ10
は、可変容量手段の変位量に応じた吐出量を維持し、ブ
ームと荷重は等速で移行する（速度制御）。

増速するにはパイロット圧を増大させればよく、そのた
めには遠隔制御部24をさらに移動すればよい。この移動
に伴い、方向切換弁23の左側には導管25からのパイロッ
ト圧が作用し、その右側には導管30からのフイードバッ
ク圧力と導管12内のシステム圧力が作用し、これら圧力
がバランスしたところで方向切換弁23は停止する（トル
ク制御）。

以上の通り、本液圧システムは、操縦者がブームを操作
しているときに、またブームが重力により、あるいは惰
性で動いているときに、その駆動部を自動的に制動する
ことができるものである。

第１図を参照すると、本発明を具体化した液圧伝動装置
は、導管11,12によつて流体モータ13に接続された逆転
可能な可変容積型ポンプ10から成つている。ポンプ10の
容積は、小面積ピストン14と大面積ピストン15とから成
る差動面積型式のサーボモータシステムによつて変化さ
せることができる。可変容積型ポンプ10は、流体を導管
17及び低圧力リリーフ弁18を介して小断面積ピストン14
と、導管20を介してフイードバツク装置21へ伸びる可調
節減圧弁19へと配送する充填及び補助又は制御圧力用定
容積型ポンプ16を含んでいる。充填及び制御圧力ポンプ
16はまた導管22を介してストローク制御弁として機能す
るパイロツト操作方向切換弁に接続されているが、これ
については、程なく記述することにする。ストローク制
御弁23は、シヤトル27,28を介した導管25,26によつてス
トローク制御弁23の両端に対して手動作動による液圧遠
隔制御部24に接続されており、流体が送られると弁を一
方又は他方へとシフトさせることになる。フイードバツ
ク装置21は、ポンプ10の送出し容積を検知しそして液圧
遠隔制御部からの圧力に対抗して制御弁23へフイードバ
ツク圧力を加える働きをしている。より詳細には、弁21
は、フイードバツク流体を導管29,30を介して制御弁23
のシャトルの両端に位置するピストン31,32に向かわせ
る働きをしている。

中立位置では、液圧遠隔制御部24からの両方の導管にお
ける出口圧力はゼロである。液圧モータにオーバーホー
ル負荷が何ら存在しないのであれば、主システムの両支
路における圧力もまたゼロである。もしもオーバーホー
ル負荷が発生して主回路の右側支路に圧力が生じると、
まず最初の反作用としてストローク制御弁23が左へシフ
トされ、制御流体を大径のストロークシリンダ15へ吐出
し、それによつてポンプ10の送出し容積を変更して主回
路の右側支路からの流体を受け入れることになる。しか
しながら、斜板角度フイードバツク装置21は、ストロー
ク制御弁23の左端上の差動面積に連通するフイードバツ
ク圧力を発生するように構成されている。斜板角の関数
としての圧力特性が第２図の曲線で示されている。

ストローク制御弁23の力平衡は、遠隔制御部24が中央に
もたらされた時、ポンプがオーバーホール負荷によつて
中立位置から充分離れるようにシフトされる前に主シス
テム内の圧力がある予め選定された値を越えねばならな
いものとなつている。

液圧モータ13によつて負荷を旋回するために、遠隔制御
部24が中央位置から手動で偏位される。これによつてパ
イロツト圧力がパイロツト導管の一つ内で上昇する。も
し、第１図において、遠隔制御部24からの左側支路に圧
力上昇があると、シヤトル弁はシフトして圧力がストロ
ーク制御弁23の左側において差動面積に作用することが
できる。ストローク制御弁23は右側へシフトされ、大行
程シリンダ15はタンクへドレンされることになる。斜板
が僅かに移動した後、斜板角度フイードバツク装置21
は、右側シヤトルを介してストローク制御弁23の右側に
おける差動面積へ送り込まれる圧力を発生させる。これ
によつてストローク制御弁23は無効となり、パイロツト
コマンドを増大させるには遠隔制御部24をさらに移動さ
せることが必要である。減圧弁19の調節によつて選ばれ
たある予め設定されたレベルでは、コマンド圧力はフイ
ードバツク圧力との平衡を失ない、ストローク制御弁23
は右側へ移動し、そしてポンプ10の容積による押出しに
よつて主システムの右側支路内へ流れが生じるであろ
う。負荷と立ち向かうと、圧力がストローク制御弁23の
右側端部における小ピストンに作用する。ストローク制
御弁23の左側における差動面積に作用するパイロツト圧
力と、ストローク制御弁23の右側端部において差動面積
に作用するフイードバツク圧力とピストンに作用するシ
ステム圧力との和との間で力がバランスすることにな
る。それによつてポンプ吐出圧力、即ちモータ出力トル
クを制御することができる。

被駆動負荷が増大して設定トルクを越えようとすると、
ストローク制御弁23は左側へシフトして斜板角度を減少
させる。もしポンプが中立位置へ接近し、被駆動負荷が
減少しないのなら、フイードバツク圧力は第２図に示さ
れているように減少してゼロになる。帰するところの力
がストローク制御スプール23aの左側における差動面積
に作用するパイロツト圧力の結果として生じる力を越え
る点にまで圧力が上昇するまで、斜板は中立位置に保持
される。ストローク制御弁23がシフトして中心を横切つ
て斜板を移動しようとする時、フイードバツク圧力は上
昇してシヤトル弁に送られ始め、この圧力はストローク
制御スプール23aの左側における差動面積に至ることに
なる。この圧力がパイロツト圧力を越えない限り、何の
効果も生じない。

遠隔制御パイロツト圧力がフイードバツク最大圧力より
大きいと仮定すると、ストローク制御スプールは左側へ
移動し続けてポンプにストロークの運動をさせることに
なる。もしオーバーホール負荷が増大し続けると、ポン
プは全容積にまでストロークし切ることになる。

高慣性負荷の型が抵抗性のものであり、旋回が遠隔制御
部の左側支路内にパイロツト圧力を加えて、次に遠隔制
御弁ハンドルを中央に持つてくることによつてある速度
にまで加速された場合は、遠隔制御部24からの両導管内
のパイロツト圧力はゼロになるであろう。斜板はある角
度をなしてしまつているので、フイードバツク最大圧力
はストローク制御弁23の右側における差動面積に作用し
ている。これによつてストローク制御弁23は左側へシフ
トし、制御流体が大ストロークシリンダ15へ至るのを許
容してその結果変位が減少することになる。主システム
の左側支路で圧力の上昇があり、この圧力はストローク
制御弁の左側端部における小ピストンに作用する。力の
バランスが確立され、負荷は、ポンプが中立位置に到達
するまで予め選定された圧力レベルで減少される。

この装置は、オーバーホール圧力が予め選定された圧力
以下であれば何時でも旋回体を本質的に静止状態に維持
するものであることがわかるであろう。車両をいずれの
方向にも旋回させるトルクは操縦者が遠隔制御部24を手
動で制御することによつて変更可能である。

もし、操縦者が通常より迅速に減速しようと思えば、操
縦者は遠隔制御部を中立位置を横切つて移動することで
より高い減速圧力を生じさせることができる。最高減速
圧力は最大駆動圧力よりも高くなる。

このようにして、この流体装置は出力トルク制御の利点
を保持しつつ、付随する回路を利用することによつて自
動ブレーキを達成している。操縦者は液圧遠隔制御部24
を利用して旋回駆動部を制御する。遠隔制御部24を中立
位置から移動させることで所定の方向への旋回の指令が
与えられる。ポンプによつて流れが送り出される前に、
レバーのある程度の移動（例えば10％〜15％）が必要で
ある。初期行程の後本装置の出力トルクはレバーの行程
に比例するようになる。もし、ハンドルが全速旋回位置
から中央に戻されると、モータは、運動が止まるまで予
め選定されたブレーキ圧力になるまで減速される。より
高い減速度が望まれるのであれば、遠隔制御部を中央を
横切つて変位させて反対方向のトルクを指令することが
できる。

これによつてブレーキ圧力は最大圧力速度にまで上昇
し、その上レバーの移動量に比例することになる。最大
ブレーキ圧力は、中立ハンドル設定位置における予め選
定されたブレーキ圧力に等しい分だけ最大駆動圧力より
も高くなつている。

斜板角度フイードバツク装置21は第３図に示されている
が、図示されているように下部を切り落した中央部34を
備えたスプール33と中央位置に方向付けられた密封ラン
ド36,37とから成つている。スプール33はポンプストロ
ーク機構によつて軸線方向に位置付けられている。検知
孔が圧力を取り出して、これら圧力を導管29,30を介し
てストローク制御弁の差動面積へ送り込む。

スプール33が右へシフトされると、制御圧力は右側の検
知孔へ入いることになる。左側の検知孔での圧力は低い
値のまゝとなつている。

もし、正確な変位制御を望むのであれば、フイードバツ
クスプールは、ポンプ押出し容積に比例したフイードバ
ツク圧力を与えるように変更することができる。ストロ
ーク制御弁のいずれか一端における小ピストンと、それ
の連通経路を除去することによつて、本装置は、米国特
許第3,758,235号に含まれたのと類似したポンプ容積制
御として機能する。

ストローク制御弁23は、本質的には米国特許第3,758,23
5号のパイロツト作動弁に類似している。この構成は、
ゼロから全変位まで動かすには、米国特許第3,758,235
号で行なわれるような比較的大きな角度の1/2゜の斜板
角変位で間に合うようにするのが好ましい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を具体化した液圧装置の概略図であ
る。第２図は、可変容積型ポンプの容積に対するフイードバ
ツク圧力曲線である。第３図は、本装置に利用されるフイードバツク装置の部
分断面図である。 10……逆転可能な可変容積型ポンプ 11,12,17,20,22,25,26,29,30……導管 13……液圧モータ 14……小面積ピストン 15……大面積ピストン 16……定容積型ポンプ 18……リリーフ弁 19……可調節減圧弁 21……フイードバツク装置 23……ストローク制御弁 24……液圧遠隔制御部 27,28……シヤトル弁 31,32……ピストン 33……スプール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】逆転可能な可変容量型ポンプ（10）と、圧力流体を供給する手段（16）と、前記ポンプ（10）の容量を可変とする手段の変位方向と
変位量とを制御するための液圧サーボモータ手段（14,1
5）と、前記ポンプ（10）によって駆動されるべく連結される流
体モータ（13）と、導管（51,52）により前記ポンプ（10）と並列に連結さ
れると共に、前記サーボモータ手段（14,15）を作動制
御するための圧力流体を供給・排出するストローク制御
方向切換弁（23）と、前記ポンプ（10）の容量を可変とする手段の変位と方向
を検出する手段（21）と、前記方向切換弁（23）にパイロット圧を供給する手動に
よる液圧遠隔制御部（24）と、該制御部（24）から前記方向切換弁（23）に至る導管
（25,26）内のシャトル弁手段（27,28）とから成り、前記方向切換弁（23）は、パイロット操作形であり、パイロット圧力（Pp）は、前記方向切換弁（23）を一方
向又は他方向に移動させるように該方向切換弁に第一の
力を供給し、そして前記ポンプ（10）の容量を可変とする手段の変位
と方向を検出する手段（21）は、パイロット圧力（Pp）
による第一の力に抗し前記方向切換弁（23）に第二の力
を印加するように備り、前記方向切換弁（23）は、前記第一及び第二の力により
制御され、該方向切換弁（23）は、前記第一及び第二の両方の力が
作用するバルブ部材（23a）を有し、ポンプ（10）の容量を可変とする手段の変位と方向を検
出する前記手段（21）は、パイロット圧力（Pp）による
前記バルブ部材（23a）の移動の方向に抗するために前
記方向切換弁（23）に液圧フイードバック信号を供給す
るフイードバック弁から成り、前記フイードバック弁（21）は、導管（29,30）を介し
てシャトル弁手段（27,28）に接続され、パイロット圧
力に対抗するようにフイードバック圧力が前記導管（2
9,30）のいずれか一方に供給されることを特徴とする液
圧システム。
【請求項２】補助ポンプ（16）は、前記圧力流体を小面
積のピストン及びシリンダ（14）と、前記方向切換弁
（23）に供給する手段として備っており、前記方向切換
弁（23）は制御圧を大面積のピストン及びシリンダ（1
5）に給送し、前記ピストン及びシリンダ（14,15）はサ
ーボモータ手段を形成している、請求項１記載の液圧シ
ステム。
【請求項３】前記補助ポンプ（16）の出力側に接続され
た制御圧力リリーフ弁（18）を含む、請求項２記載の液
圧システム。
【請求項４】前記可変容量型ポンプ（10）は、前記サー
ボモータ手段（14,15）によりポンプ容積を変更するよ
うに操作可能な斜板を含み、該斜板の変位と方向を検出
する手段（21）は、斜板の角度運動を検出するためのも
のであり、そして前記方向切換弁（23）は、第一及び第
二の対向した大面積の環状部（41,42）と、第一及び第
二の対向した小面積の端部（31,32）とを有し、かつば
ねで中央に付勢された差動面積スプール（23a）を含
み、前記液圧モータ（13）の各ポートは、方向切換弁の
第一及び第二の対向した小面積の端部（31,32）の一つ
に接続されている、請求項１〜３の一に記載の液圧シス
テム。
【請求項５】圧力流体を供給する前記手段（16）の出力
側と、前記フイードバック弁（21）の入口側との間に接
続された制御圧力減少弁（19）を含んでいる、請求項１
〜４の一に記載の液圧システム。