JPH0751947B2 - 液圧閉回路に介在された液圧ポンプの制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は液圧閉回路に介在された液圧ポンプの制御装置
に係り、詳しくは、液圧ポンプの吐出量を制御する電気
信号に異常が生じたとき、その信号による制御を解放で
きるようにした装置に関するものである。これは、例え
ば建設土木機械などのHSTシステムの分野で利用され
る。

〔従来の技術〕

建設土木機械例えば油圧ショベルなどにおいて、ショベ
ルを取り付けたアームを旋回させるために、従来からHS
Tシステムが採用されている。このシステムは、可変容
量の液圧ポンプとそれによって駆動される液圧モータ
が、液圧閉回路に設けられているものである。

液圧ポンプの吐出量が調整されると、それに応じた量の
作動液が閉回路を循環して液圧モータが駆動され、伝達
機構を介してショベルアームが旋回するようになってい
る。この制御は、例えば手動レバーにより液圧ポンプの
レギュレータにおけるサーボ圧回路の制御弁を切り換え
る簡単な操作によって行われるのが一般的である。

ところで、最近の油圧ショベルなどの土木機械では、そ
の大型化と使用場所の拡大が図られている。例えば、地
下資源を採掘するために使用される場合には、能力の増
大，寒冷地などの過酷な気候条件下での運転といった従
来余り要求されなかった性能，機能，作動などが必要と
される。

すなわち、そのような環境下での作業者の労力軽減，安
全性の向上，動力消費の低減などの種々の要求が付加さ
れる。そのため制御の高度化や多様化が望まれ、油圧な
どを用いた液圧回路においても、車両に搭載された他の
機器との連係や最適化などを図ることができるように、
電気的な信号による弁の切換制御が指向されるようにな
ってきている。

例えば、第２図のような液圧ポンプのレギュレータにお
いて、制御部１からの信号を受けてサーボモータ２が駆
動されると、中立位置にあった制御弁３が例えばＭポジ
ションに切り換わる。サーボ圧を有するサーボ液がサー
ボ圧回路４から制御弁３を通ってサーボ装置５のシリン
ダ室5Aに導入され、ピストン5Cが矢印６方向に移動する
と、吐出調整レバー７が液圧ポンプ８の液圧閉回路９へ
の作動液の吐出方向と吐出量とを調整するようになって
いる。

上述の制御部においては必要に応じて演算機能なども備
えられており、運転者のレバー操作による指令と他の搭
載機器などの作動状態との兼ね合いを図ることができる
ようになっている。その結果、電気的に作動する制御部
は、ショベルアームの作動速度や燃料消費などを考慮し
た最適な作動信号を、サーボモータに出力することがで
きる利点がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、液体ポンプの吐出量を調整する制御部には、
幾多の信号が入出力される。したがって、作業中に発生
する過大な振動や異常な温度条件の下では、時として制
御部における信号が混乱したり外乱が侵入して正常に作
動しなくなることある。制御部から誤信号が出力される
と、上述の例ではサーボモータが所望外に駆動され、液
圧ポンプの吐出量制御が乱されることになる。

これでは、ショベルアームの旋回作動の制御が不可能と
なって暴走状態に陥るといった事態が生じる。そのよう
な場合に早急に液圧ポンプの吐出を停止させる必要があ
るが、そのための対策が講じられていないと、油圧ショ
ベルの安全性が確保されないことになる。

例えば特公昭57−34472号公報には、可変吐出形ポンプ
に備わる吐出量制御用の第１サーボシリンダのピストン
ロッドを押し引きするために、液圧が電気油圧サーボ弁
を介して供給される回路に第１電磁切換弁を設けると共
に、電気油圧サーボ弁の上流側から第１サーボシリンダ
のピストンロッドに連結された第２サーボシリンダに直
接通じる並列回路に第２電磁切換弁を設けた液圧回路が
開示されている。

これによれば、電気油圧サーボ弁などの故障によって第
１サーボシリンダに本来的に液圧を作用させる回路が使
用できなくなったとき、その暴走状態を解消するために
第１電磁切換弁を閉止状態とする一方で第２電磁切換弁
を開口させ、操作レバーによって作動する並列回路に介
在させた手動バルブ手段を介したサーボ圧でピストンロ
ッドの変位を調整すれば、ピストンロッドを中立位置に
戻して可変吐出形ポンプによる吐出を停止させることが
できるようになっている。

しかし、操作レバーによって手動バルブ手段を作動させ
ても第２サーボシリンダの圧力室左右の供給液圧差をな
くすのみであり、ピストンロッドの中立復帰は第２サー
ボシリンダの両室に介在させた戻しばねに頼っているだ
けである。したがって、ピストンロッドの復帰力の大き
さには限界があり、中立復帰の応答性が低く緊急時には
間に合わなくなる虞れがあるといったように、寒冷地な
どでの安全装置としての機能が十分に発揮され難い欠点
がある。

また、第１サーボシリンダには第２サーボシリンダが併
設されているが、第１サーボシリンダは元来大きいもの
であり、それに第２サーボシリンダが取り付けれられる
ということはサーボシリンダ全体の大型化が余儀なぐさ
れるだけでなく、制御装置がコスト高にもなる難点があ
る。

さらには、安全対策としての二つの電磁切換弁の採用に
加えて、構造の複雑な手動バルブ手段を導入しなければ
ならず、部品点数の増加をきたして構成の複雑化，高騰
化，大型化がますます避けられなくなる問題がある。

本発明は上述の問題に鑑みなされたもので、その目的
は、HSTシステムが採用された建設土木機械の作動の安
全を図るために、制御部に異常が生じでもそれに基づく
誤作動を防止できるようにすること、その装置は可及的
に少ない部品点数で賄われ、故障率も著しく低く抑えら
れること、その信頼性の高い装置を簡素で安価な構成の
液圧回路の採用で建設土木機械に適合させるようにする
ことを実現した液圧閉回路に介在された液圧ポンプの制
御装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、液圧閉回路に介在された液圧ポンプの吐出方
向および吐出量をピストンの変位を介して制御するサー
ボ装置と、該サーボ装置へ通じるサーボ圧回路に介在さ
れ制御部からの電気信号を受けて切り換わる制御弁とを
備え、該制御弁を介してサーボ圧を前記サーボ装置に作
用させることにより、前記液圧閉回路に設けた液圧モー
タを前記液圧ポンプから吐出される作動液によって回転
させるようになっている液圧ポンプの制御装置に適用さ
れる。

その特徴とするところは、第１図を参照して、制御弁３
とサーボ装置５との間のサーボ圧回路４には、制御部１
に異常が発生するとそのサーボ圧回路４を遮断状態にす
る第１切換弁22が設けられ、そのサーボ圧回路４には、
制御弁３と第１切換弁22とを迂回してサーボ圧をサーボ
装置５に作用させるバイパス回路23が接続される。

そのバイパス回路23には、制御部１に異常が発生すると
バイパス回路23を連通状態にする第２切換弁24が設けら
れ、制御部１に異常が発生して第２切換弁24によりバイ
パス回路23が連通された後に、そのバイパス回路23を介
して作用するサーボ圧によってサーボ装置５のピストン
5Cを逆変位させ、その変位に連動してバイパス回路23を
遮断状態にする中立復帰弁25が、第２切換弁24とサーボ
装置５との間のバイパス回路23に設けられていることで
ある。

〔作用〕

制御部１に異常がない場合には、サーボ圧回路４に介在
された第１切換弁22がサーボ圧回路４を流通状態にする
一方、バイパス回路23に介在された第２切換弁24はバイ
パス回路23を遮断する。この状態では、制御部１からの
電気信号を受けて開度調整された制御弁３および第１切
換弁22を介してサーボ液がサーボ装置５に供給され、そ
のサーボ圧によってピストン5Cが移動される。

そのピストン5Cの変位量に応じて液圧ポンプ８からの作
動液の吐出方向と吐出量が調整され、その作動液が循環
する液圧閉回路９に設けた液圧モータ10が回転してショ
ベルアームなどを変位させる。

そのような状態において制御部１に異常が発生すると、
ショベルアームが所望外の速度で動いたり所望外に大き
く変位する。そのような事態が発生すると第１切換弁22
と第２切換弁24に切換指令が出され、第１切換弁22はサ
ーボ圧回路４を遮断する一方、第２切換弁24はバイパス
回路23を流通状態にする。

中立復帰弁25は正常運転時にすでにサーボ装置５のピス
トン5Cによって連通状態にあるので、制御弁３と第１切
換弁22とを迂回するバイパス回路23から作用するサーボ
圧によってピストン5Cが逆方向へ変位される。ピストン
5Cが中立位置に復帰すると、その変位に連動して中立復
帰弁25がバイパス回路23を遮断する。

これによってサーボ装置５へはサーボ液が供給されるこ
とがなくなり、すでに中立となっているピストン5Cによ
って液圧ポンプ８からの作動液の吐出がなくなる。液圧
モータ10の作動は停止し、ショベルアームは制御部１に
異常が発生して第１切換弁22および第２切換弁24を切り
換えた直後に停止され、その暴走は回避される。

〔発明の効果〕

本発明によれば、サーボ圧回路に並列なバイパス回路を
設け、それぞれに緊急時切り換えられる切換弁を介在さ
せているので、液圧ポンプを制御する電気的な制御部に
異常が発生しても、それによる制御を解放して直ちに液
圧ポンプの吐出を止め、液圧モータの回転を自動的に停
止させてショベルアームなどの暴走状態を回避し、作業
の安全が図られる。

そして、上記の安全対策のために導入される切換弁の数
は少なく、安全装置を含めた全体構成のコンパクト化が
図られる。それに伴に安価なシステムが実現され、建設
土木機械における故障発生率を極めて低くして制御の信
頼性を高めることができる。

〔実 施 例〕

以下に、本発明の液圧ポンプの制御装置とその実施例に
したがって詳細に説明する。

第１図は、液圧閉回路９に介在された液圧ポンプ８の吐
出方向および吐出量をピストン5Cの変位を介して制御す
るサーボ装置５と、そのサーボ装置５へ通じるサーボ圧
回路４に介在され制御部１からの電気信号を受けて切り
換わる制御弁３とを備えたレギュレータの液圧回路図で
ある。

これは、HSTなどの液圧閉回路９における液圧モータ10
を駆動する可変容量液圧ポンプ８を制御するために設け
られており、制御弁３を介してサーボ圧をサーボ装置５
に作用させることにより、液圧閉回路９に設けた液圧モ
ータ10を液圧ポンプ８から吐出される作動液によって回
転させることができる。

すなわち、その液圧回路には液圧ポンプ８の吐出方向や
吐出量を制御するための制御部１が設けられており、運
転者のレバー操作による指令や図示しない他の搭載機器
からの信号を受け、また必要に応じて演算をも行い、電
気的な信号を出力するようになっている。

この制御部１からの電気信号を受けて切り換わる制御弁
３が、サーボ圧回路４に設けられている。本例ではサー
ボモータ２が制御部１からの指令を受けて駆動され、そ
の動きにより制御弁３の給排方向や必要に応じてそのサ
ーボ液量の調整が行われるようになっている。

その制御弁３と液圧ポンプ８との間には、サーボ液が給
排されるサーボ装置５が介在され、サーボ装置５を構成
するピストン5Cの変位に応じて液圧ポンプ８の吐出量を
調整する吐出調整レバー７が設けられている。このサー
ボ装置５と制御弁３との間のサーボ圧回路４には、通常
時連通状態にあるが、制御部１で信号異常が発生すると
別途操作されるかまたは緊急信号を受けてサーボ圧回路
４を遮断状態に切り換える第１切換弁22が設けられる。

この第１切換弁22は手動で切り換えられるものであって
も、また、ソレノイドの励磁により作動する電磁切換弁
であってもよい。要は制御部１での異常が発生した後
に、サーボ圧回路４の連通状態を阻止できるものであれ
ばよい。

そのような第１切換弁22を有するサーボ圧回路４には、
制御弁３と第１切換弁22を迂回して、サーボ圧をサーボ
装置５に作用させるバイパス回路23が接続されている。
このバイパス回路23には、通常時遮断状態にあるが、制
御部１に異常が発生するとバイパス回路23を連通状態に
するよう切り換えられる第２切換弁24が設けられてい
る。この第２切換弁24も手動切換弁やパイロット圧切換
弁または電磁切換弁などであり、制御部１での異常が発
生した後に、バイパス回路23の遮断状態を解放するよう
機能するものであればよい。

この第２切換弁24とサーボ装置５との間のバイパス回路
23には、ピストン5Cの逆変位により切り換えられる中立
復帰弁25が設けられている。すなわち、この中立復帰弁
25は、制御部１に異常が発生して第２切換弁24によりバ
イパス回路23が連通された後に、そのバイパス回路23を
介して作用するサーボ圧によってサーボ装置５のピスト
ン5Cを正常時に変位していた方向とは逆の方向へ変位さ
せ、その変位に連動してバイパス回路23を遮断状態にす
るものである。

もう少し詳しく述べれば、ピストン5Cに一端が枢支され
ると共に、中間部位に位置する支点を越えた他端が中立
復帰弁25にスプールに接続される切換レバー26があり、
その切換レバー26は中立復帰弁25のスプールをピストン
5Cの動きと反対の方向へ移動させるようになっている。

通常状態では、その中立復帰弁25を両端いずれかの機能
位置におけるポートでもってバイパス回路23を連通状態
としている。すなわち、中立復帰弁25は、制御部１の異
常状態の発生に備えてサーボ装置５の高圧状態にある一
方のシリンダ室のサーボ液を、バイパス回路23を用いて
排出することができる状態で待機する。

このような構成のレギュレータによれば、次のようにし
て液圧ポンプ８を制御しまた制御部１における異常の発
生に対処することができる。

ショベルアームを所望の方向に旋回させる場合、運転者
が図示しない旋回レバーを操作すると、その指令が制御
部１へ入力される。制御部１では他の搭載機器などから
入力される信号に基づき適宜演算が行われ、液圧ポンプ
８の作動に適した駆動指令信号がサーボモータ２に出力
される。サーボモータ２により中立位置にある制御弁３
が例えばＭポジションに切り換えられ、サーボ圧回路４
にサーボ圧を有する作動液が導入される。

その回路に設けられた第１切換弁22は給排可能な連通状
態にあるので、サーボ液はサーボ装置５のシリンダ室5A
へ導入される。シリンダ室5Bは第１切換弁22および制御
弁３を介してタンク27に通じているので、ピストン5Cは
矢印６方向へ移動する。その移動に伴って吐出調整レバ
ー７が動き、液圧ポンプ８の吐出方向と吐出量が変えら
れる。

その液圧ポンプ８から吐出される作動液は液圧閉回路９
中を循環し、液圧モータ10がその作動液量に見合った速
度で回転され、伝達機構を介してショベルアームなどが
旋回される。なお、その吐出調整レバー７の動き量が検
出されて制御部１にフィードバックされ、所定の吐出量
制御がなされる。

このような作動と同時に、ピストン5Cの移動に伴って切
換レバー26が、中立復帰弁25を中立位置からＮポジショ
ンに切り換える。第２切換弁24は、バイパス回路23にお
けるサーボ液の流通を遮断しているので、サーボ液のシ
リンダ室5A,5Bへの給排は、サーボ回路４のみを介して
行われる。

すなわち、中立復帰弁25は、制御部１の異常状態の発生
に備えて、サーボ装置５の高圧状態にある一方のシリン
ダ室のサーボ液をバイパス回路23を用いて排出し、か
つ、低圧のシリンダ室にサーボ液を供給することができ
る状態で待機している。

上述した正常な作動が行われているときに、制御部１に
外乱が飛び込むなどして異常な信号が出力されるような
事態が発生すると、その異常が自動的に検知されたり、
また、ショベルアームの所望外の動きから運転者がその
異常に気づく。その場合に自動的に信号が発っせられた
り運転者の手動操作により、第１切換弁22と第２切換弁
24に切換指令が出される。

その信号や操作により、第１切換弁22および第２切換弁
24のそれぞれのスプールがスプリングの押付力によって
移動し、第１切換弁22はサーボ圧回路４を遮断状態に、
第２切換弁24はバイパス回路23を連通状態にするように
移行する。サーボ圧回路４の流通が断たれる一方、バイ
パス回路23が連通状態となるので、サーボ液が低圧のシ
リンダ室5Bへ導入され、高圧のシリンダ室5Aがタンク27
に通じ、ピストン5Cが矢印６の反対方向へ移動される。

その変位に伴って吐出調整レバー７と切換レバー26が従
前とは逆の方向へ移動する。バイパス回路23から供給さ
れるサーボ液によりサーボ装置５が中立位置に戻ると、
中立復帰弁25も中立位置になり、バイパス回路23の流通
が断たれる。

このとき、液圧ポンプ８の吐出量を調整している吐出調
整レバー７も中立に戻され、しかも、ピストン5Cのそれ
以上の移動がないので、液圧ポンプ８からの作動液の吐
出が停止される。したがって、液圧閉回路９の液圧モー
タ10の回転が停止され、異常状態にある制御部１から不
適切な信号が出力されていても、ショベルアームの旋回
が維持されるといった暴走状態は回避される。

なお、制御部１が正常な状態に復帰したときには、第１
切換弁22と第２切換弁24への切換指令を解除すれば、バ
イパス回路23の遮断とサーボ圧回路４の流通が回復され
る。

以上の説明から分かるように、サーボ圧回路に並列なバ
イパス回路を設け、それぞれに緊急時切り換えられる切
換弁を介在させたので、液圧ポンプを制御する電気的な
制御部に異常が発生しても、それによる制御を解放する
ことができる。そして、自ずと液圧ポンプの吐出を止め
て液圧モータの回転を停止させ、ショベルアームなどの
暴走状態を防止し、作業の安全が図られる。

このような液圧回路においては、切換弁の導入される数
が少なく装置のコンパクト化が図られ、安価なシステム
にすることができる。それと共に、部品点数がはなはだ
しく増加したり回路の複雑化きたすこともないので故障
の発生率は低く抑えられ、寒冷地などにおいても建設土
木機械が極めて高い信頼性を発揮して稼動することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る液圧閉回路に介在された液圧ポン
プの制御装置の液圧回路図、第２図は電気信号を用いた
液圧ポンプの制御装置の従来技術例を示す液圧回路図で
ある。 １……制御部、３……制御弁、４……サーボ圧回路、５
……サーボ装置、5C……ピストン、８……液圧ポンプ、
９……液圧閉回路、10……液圧モータ、22……第１切換
弁、23……バイパス回路、24……第２切換弁、25……中
立復帰弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液圧閉回路に介在された液圧ポンプの吐出
   方向および吐出量をピストンの変位を介して制御するサ
   ーボ装置と、該サーボ装置へ通じるサーボ圧回路に介在
   され制御部からの電気信号を受けて切り換わる制御弁と
   を備え、該制御弁を介してサーボ圧を前記サーボ装置に
   作用させることにより、前記液圧閉回路に設けた液圧モ
   ータを前記液圧ポンプから吐出される作動液によって回
   転させるようになっている液圧ポンプの制御装置におい
   て、 上記制御弁とサーボ装置とを間の前記サーボ圧回路に
   は、前記制御部に異常が発生すると該サーボ圧回路と遮
   断状態にする第１切換弁が設けられ、 前記サーボ圧回路には、前記制御弁と第１切換弁とを迂
   回してサーボ圧を前記サーボ装置に作用させるバイパス
   回路が接続され、 上記バイパス回路には、前記制御部に異常が発生すると
   該バイパス回路を連通状態にする第２切換弁が設けら
   れ、 前記制御部に異常が発生して前記第２切換弁により前記
   バイパス回路が連通された後に、該バイパス回路を介し
   て作用するサーボ圧によって前記サーボ装置のピストン
   を逆変位させ、その変位に連動して該バイパス回路を遮
   断状態にする中立復帰弁が、前記第２切換弁とサーボ装
   置との間の上記バイパス回路に設けられていることを特
   徴とする液圧閉回路に介在された液圧ポンプの制御装
   置。