JPH09509243A - 油圧流れ優先システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 油圧流れ制御システム(10)には、第一及び第二油圧バルブ(26,27,28,29)と、バルブスプール位置センサー(50,52)と、第一及び第二作動信号を発信する第一及び第二入力装置(46,47,48,49)とを有する油圧回路の制御システム(10)が設けられている。コントローラ(44)は、バルブスプール位置センサー(50,52)からの信号と第二の作動信号とを受信し、第二スプール位置信号に応答して第二作動信号の値を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】 油圧流れ優先システム 技術分野 本発明は、一般的に流体システムに関する。より詳細には、本発明は、建設用 機械等のための油圧優先システムに関する。背景技術 油圧システムは、油圧式掘削機、バックホーローダ、およびエンドローダのよ うな様々な形態の建設用装置に用いられる。この装置は、一般的にホイールまた はトラックのいずれかを有する自動車であり、油圧シリンダ及びモーターのよう な複数の油圧作動型装置を含む。多くの場合、油圧回路は、平行に配列されたバ ルブによって制御されており、油圧ポンプは、それぞれが油圧シリンダ、または モーターに組み合わされている複数の油圧バルブに加圧流体を供給している。オ ペレータがオペレータ室内に配置された制御用レバーを扱うと、油圧バルブは制 御可能に開閉されて加圧流体が制御可能に所望のシリンダすなわちモータに送ら れるようになる。 平列接続された２つの油圧式バルブが同時に開くと、各バルブを流れる流体の 量は、各流体回路における相対的な圧力と各バルブの開口の相対的な大きさによ って決まる。しかしながら、多くの場合、別の低圧回路と同時に作動されると、 通常は高流量を受け取ることができないような一つの特定のシリンダすなわちモ ータを優先させるのが好ましい。 例えば、スティックシリンダが作動されるときと同時に掘削機上のスイングモ ータの制御バルブが付勢される場合には、スイングモータを優先させるのが好ま しい。これは、オペレータが、大抵の場合トレンチの側壁上で作業しており、こ のために側壁に作用する大きい力が必要とされるからである。所望の効果を達成 するために、スティックシリンダに送られる流れを減少させることによってスイ ングモータを優先して油圧の流れを自動的に与えることが好ましい。同様にトラ ベルモータとブームの双方が作動される場合には、トラベルモータを優先させる のが好ましい。 本発明は、上述の１つか２つ以上の問題を解決する。発明の開示 本発明の一態様において、第１及び第２油圧バルブ、バルブスプール位置セン サー、及び第１及び第２作動信号を発信するための第１及び第２入力装置を有す る油圧回路の制御システムが設けられている。コントローラは、バルブスプール 位置センサーからの信号と、作動信号の一つを受信し、これに応答してバルブス プール位置センサー信号に応答して受信した作動信号の値を調整する。 本発明の第２の態様において、第１及び第２油圧バルブを有する油圧回路を制 御する方法を提供する。この方法は、バルブスプール位置信号を形成し、第１及 び第２油圧式バルブを付勢するための第１及び第２作動信号をそれぞれ発信し、 バルブスプール位置信号と作動信号の一つを受信し、バルブスプール位置信号に 応答して受信した作動信号の値を調整する段階を含む。図面の簡単な説明 本発明をより理解するために添付の図面を参照する。 図１は、好ましい１実施例を表す油圧システムの概略図である。 図２は、本発明の１実施例に用いられた制御を表す線図である。 図３は、図２に示された制御の１部を表す線図である。 図４は、本発明の第２の実施例に用いられた制御を表す線図である。 図５は、本発明の他の実施例に用いられた制御を表す線図である。本発明を実施するのに最良の形態 図１に示されているように、油圧システム１０は、流体リザーバ１４から供給 ライン１５に加圧流体を供給するための可変容量形油圧ポンプ１２と、４つの油 圧式アクチュエータ１６―１９を含む。４つの可変、即ち無段位置決め方向制御 バルブ２６―２９がブランチライン１５ａを介して供給ライン１５に接続されて おり、アクチュエータ１６―１９のそれぞれへの油圧流体の流れを制御するよう に作用する。第５の制御バルブ３０は以下に記載の目的のためにクロスオーババ ルブとして作用する。制御バルブ２６―３０のそれぞれは、クローズドセンター タイプのものであり、マイクロプロセッサを含むコントローラ４４によって発せ られる電気信号に応答してソレノイドで付勢されるのが好ましい。好ましい実施 例において制御バルブ２６―３０は、音声コイル型アクチュエータのような、本 分野において公知の装置によって付勢される。しかしながら、本分野の当業者で あれば、実質的に、いかなる電気油圧式アクチュエータも比例制御バルブの機能 を含んで作用することがわかる。ポテンショメータ、パルス幅変調装置または他 の適当な制御入力である手動作動式制御装置４６―４９は、コントローラ４４へ の入力である制御信号を発信して、制御バルブ２６―３０をそれぞれ付勢する。 制御装置４６―４９は電子ジョイスティックまたはペダルであればよい。制御装 置４６―４９は、複数の制御アルゴリズムを含むコントローラ４４に、好ましく はハードワイヤリングにより接続されている。 バイパスライン１５ｂが、流体をリザーバ１４に戻すように設けられている。 無段位置決め用バイパスバルブ６０がバイパスライン１５ｂ内に配置されており 、コントローラ４４の制御を受けて、無段位置決め用パイロットバルブ６２によ って付勢される。 作動時において、システム１０がアイドリング状態のとき（即ち油圧アクチュ エータ１６―１９を殆どまたは全く使用しない）、バイパスバルブ６０は、大き く開いて、流れをバイパスライン１５ｂに通す。１又は２以上の制御バルブ２６ ―３０が開いたとき、バイパスバルブ６０は閉鎖し、ライン１５ｂの圧力を上昇 させる。圧力が上昇することによってポンプからの流れによりロードチェック８ ０―８３が開き、流れを制御バルブ２６―３０に供給できる。バイパスバルブ６ ０は、コントローラ４４の制御を受けて調整されて、システムがオープンセンタ ーバルブを有しているかのようにクローズドセンターバルブ２６―３０の作動を 行なう。好ましいことには、ポンプ１２からの流れは入力レバー４６―４９から 制御信号が発信されることに応答して増大する。制御信号に応答してコントロー ラ４４はポンプアクチュエータ１３に信号を送信し、制御信号によって示されて るように所望のポンプ出力によって所望のシステム作動を行なう。コントローラ ４４は、適当な出力信号をパイロットバルブ６２に送信し、バイパスバルブ６０ のスプールの位置を制御（即ち調整）する。同様に、スプール位置を制御する制 御バルブに備えられたソレノイドに、出力信号が送信される。出力信号はまたク ロスオーババルブ３０も制御する。さらにコントローラ４４はポンプコントロー ラ１３に信号を送り、可変容量形ポンプ１２を制御する。 図２を参照すると、平列配置のバルブを備える油圧回路においてバルブ優先を 与えるための制御装置が示されている。本実施例においては、簡潔にするために 制御装置４６―４９からの２つの入力のみを示す。しかしながら、この好ましい 実施例においては、別の２つの制御信号もコントローラ４４に送信される。入力 信号のいかなる組合せも、異なる優先装置を提供するために本発明から逸脱する ことなく用いることができる。バルブ１とバルブ２に組み合わされた特定の油圧 回路、例えば、油圧式掘削機のスイング及びスティック回路が、機械の所望の機 能的な特性に応じて選択される。 コントローラ４４は、制御装置４６―４９のうち２つの装置から制御信号入力 Ｃ１、Ｃ２を受信し、アクチュエータ信号Ｓ１、Ｓ２を制御バルブ２６―３０に 送信する。好ましくは、各制御信号Ｃ１、Ｃ２がストローク制御マップ４６、４ ７と優先制御マップ４８に送信される。ストローク制御マップ及び優先制御マッ プ４６、４７、４８は本分野の当業者に公知の種類のルックアップ表であるのが 好ましい。好ましい実施例において、オペレータのレバーがわずかな程度だけ動 く場合には、いかなる信号もマップからの出力ではないように、デッドバンドが ストローク制御マップと優先制御マップに存在する。好ましい実施例において、 最高か最低になるまでいずれかの方向に制御装置が偏位するにつれて、マップ出 力の大きさが増大する。 正の方向として任意的に選択された方向に制御装置が動くとき、ストローク制 御マップ４６、４７が正の信号を発し、反対の方向に動くとき負の信号を発する のが好ましい。一方、優先制御マップ４８は、制御装置のいずれかの方向の動き に応じて正の信号を発する。或いは、優先制御マップ４８は、制御装置が負の方 向に動くことに応じていかなる信号も発しないように設計されていてもよい。き わ立って大きな油圧力が回路に要求されないような方法でバルブ１に組み合わさ れた回路が作動するときには、優先機能が作動することを車両の設計者が望まな い場合には、後者の装置の方が適切である。例えば、車両の設計者は、ブームが 上昇すると優先機能が作用し、ブームが下降すると優先機能が作用しないような 優先機能を望むことがある。優先制御マップ４８の出力ｍは、以下に述べるよう にバルブ２のストロークを制限するのに用いられる。好ましい実施例において“ ｍ”の値は、ルックアップ表に送信される信号Ｃ１に応じて選択される。 コントローラ４４は、アクチュエータ信号を発するために所望のバルブスプー ル位置を検出された実際のバルブスプール位置と比較する電子閉ループ位置制御 を含む。この閉ループ位置制御を達成するために、位置センサー５０、５２はパ ルブ１とバルブ２のスプールに接続されている。好ましい実施例において位置セ ンサー５０、５２は、線形可変トランスジューサ（ＬＶＤＴ）型の位置センサー である。しかしながら許容可能な精密さを与えるものであれば如何なる種類のス プール可変センサーも用いることができる。 コントローラ４４は、バルブ１がバルブ２よりもポンプの流れに対して優先性 が高いように、バルブ２の検出されたバルブスプール位置を調整する。このよう にして、バルブ１のストロークが大きくなり、効率的にバルブ１に流れを優先さ せるときに、バルブ優先制御によってバルブ２のストロークが減少する。バルブ スプールの位置を下降させ、バルブ２によって要求される流れを減少させるよう に制御信号Ｃ１が増えるとき閉ループ制御が制御信号Ｓ２を減らすように、調整 手段５４は、検出されたバルブスプール位置Ｘ２の値を増大させる適当な数学的 方法を用いる。 調整手段５４と閉ループ位置制御５５の実施例を図３に示す。ブロック５４に 記載するように、調整位置信号Ｘ２’がｘ２に等しいように設定される。しかし ながら、制御信号ｐ２がゼロよりも大きく、また優先制御マップ４８からの出力 よりも大きい場合には、調整された位置信号Ｘ２’は、〔位置信号ｘ２＋制御信 号ｐ２−優先制御マップ４８からの出力〕に等しいように設定される。あるいは 制御信号ｐ２がゼロよりも小さく、また優先制御マップ４８からの負の出力より も小さい場合には、調整された位置信号Ｘ２’は、〔位置信号ｘ２＋制御信号ｐ ２＋優先制御マップ４８からの出力〕に等しいように設定される。 好ましい閉ループ制御が図示されており、比例―積分比較器を含み、制御の動 的力を調整する。本分野における公知の手段により、比例―積分比較器に含まれ たゲインと機能は、システムの数学的モデルを展開し、テストを通してシステム の応答を確かめることによって導かれる。バルブ２の作動のために出力がソレノ イドアクチュエータに増幅されて送られる前に、比例―積分比較器の出力にゲイ ン定数が掛けられて、アナログ信号に変換される。 調整手段５４と閉ループ位置制御５５の別の実施例が図４に示されている。こ の実施例において、優先制御マップ４８の出力ｍは、制御信号ｐ２の値に対する 制限として利用される。次いで、調整された制御信号ｐ２’が閉ループ位置制御 ５５の入力として用いられて、調整されていない位置信号ｘ２がフィードバック に用いられる。 図５を参照すると、平行なバルブ配列を備えた油圧回路においてバルブを優先 させる電子制御の別の実施例が示されている。コントローラ４４は、オペレータ レバーからの入力を受け入れ、制御信号を送信し、主バルブスプールの位置を制 御するようになっている。油圧バルブは、平行な油圧回路の一部分であり、全て のバルブは、主ポンプから得られる流れが等しく流れ込んでくる、即ち優先性を 有している。ポンプの流れに対してより高い優先性をバルブに与えるためにコン トローラは、アクチュエータ信号を調整する。位置センサー５０、好ましくはバ ルブ１上においてスプールに接続されたＬＶＤＴが実際のバルブスプール位置Ｘ Ｓを求め、コントローラ４４に送られて、乗定数“ｍ”を求めるのに用いられ、 バルブ２によって必要とされる流れを減少させるのに用いられる。好ましい実施 例において、“ｍ”に対する値が、ルックアップ表に送られる位置信号ＸＳに応 じて選択される。“ｍ”の値は、１から、ゼロよりも大きいが比較的ゼロに近い 最低値までの範囲であるのが好ましい。実際の“ｍ”の最低値は、設計の選択事 項として選択されており、ゼロに等しくてもよい。 さらに別の実施例において、“ｍ”の値が位置信号ＸＳからだけではなく圧力 信号にも応答して選択されるように、圧力センサー（図示せず）がバルブ１に対 応する油圧回路に配置されていてもよい。このようにこの装置によって、検出さ れたバルブ位置にかかる圧力の影響を補償する。実際、圧力修正は、油圧回路圧 力に応じてルックアプ表から得られる。次いで、位置信号ＸＳがルックアップ表 に送信されるか、または圧力修正に応答して位置を修正するマルチプライヤに送 信されるかのいずれかである。或いは、“ｍ”の値は、ルックアップ表、または マルチプライヤに送られて、圧力修正に応じて“ｍ”を修正するようになってい る。 “ｍ”の値は、位置信号ＸＳがゼロか、比較的ゼロに近いときに１のままであ るのが好ましい。位置信号ＸＳが増大するにつれて、“ｍ”の値は所定の最低値 にまで漸進的に小さくなる。次いで、“ｍ”の値に、バルブ２に組み合わされた ストローク制御マップからの信号Ｓ２が掛けられる。この積は、ディジタルアナ ログ変換器に送られて、バルブ２に接続されたソレノイドアクチュエータに送信 される前に増幅される。この制御は、バルブ１のストロークが増大するときにバ ルブ２のストロークを減少させ、バルブ１に流れを効率的に優先させるようにな っている。スプール変位センサーからの信号は、スプールに命令されたものと閉 ループ制御によって実際に計測されたものとの間の誤差を修正するのにも用いて もよい。産業上の利用分野 油圧システム１０が、油圧掘削器、バックホーローダ及びエンドローダのよう な建設用設備に有効に用いられる。油圧アクチュエータ１７が、アタッチメント 装置を作動させることができ、アタッチメント装置に導く油圧ラインはクイック ディスコネクトを有することが便利である。油圧アクチュエータ１８と１９は、 油圧ラムの形態でそれぞれバケットシリンダとブームシリンダとすることができ る。図１に概略的に示すように、油圧式ラムのそれぞれは、中で往復運動するよ うにシリンダＣに取り付けられたピストンＰと、ピストンＰに接続されて該シリ ンダＣから延びる少なくとも一つのピストンロッドＲとを含んでいる。バケット シリンダ１８に導く油圧ラインは、一般的にキャビテーションを制限するための 補給バルブとして用いる、１方向性即ちチェックバルブと並列なリリーフバルブ を有している。同様に、ブームシリンダ１９からの油圧ラインはリリーフバルブ と１方向バルブを備えている。制御バルブ２９の最上端位置２９ａ（図１に示す ように）は、ブームシリンダ１９が下降するとブームシリンダ１９の両端部に流 体を供給するようになっている絞り弁とチェックバルブとを有しており、流れを 再生しエネルギーを節約するようになっている。所望であれば、チェックバルブ を分離したバルブとできる。 第２の同様な油圧システムは、ポンプを備えており、方向性制御バルブは、コ ントローラ４４に制御され、流体を第２移動用モータ、スイングモータ及びステ ィックシリンダに供給する。この目的のために、制御バルブ３０は、ポンプの流 れをライン１５ｃを介して別のバルブ（図示せず）に向けるクロスオーババルブ として機能する。この別のバルブは、スティックシリンダの制御バルブとするこ とができる。これによって、作動のためにポンプの流れを組み合わせることがで き、より大きい流れを用いることができる。 作動時において、本発明は第２の油圧バルブと同時に付勢される油圧バルブに 流れの優先を与える。コントローラ４４は第１バルブのストロークが増大すると き第２のバルブのストロークを減少させて、第１バルブに対して流れを優先させ る。実際のスプール位置に基づいて優先性を制御することは、流れの力等によっ て発生したスプール位置の変化を補償するための能力を提供することになる。油 圧シリンダ、またはモータを制御する複数のバルブに制御が行なわれる。 別の態様、特徴及び利点は添付の請求の範囲とともにこの詳細な記載を研究す ることによってわかる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ランツマン スティーヴン ヴィー アメリカ合衆国 イリノイ州 61523 チ ラコシ イースト カーティス ドライヴ 206

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第１および第２スプールをそれぞれ含む少なくとも第１及び第２油圧バルブ (26,27,28,29)を有する油圧回路の制御システム(10)において、 第１および第２スプールの一つに接続され、バルブスプール位置センサー信号 を発信するようになっているバルブスプール位置センサー(50,52)と、 前記第１および第２油圧バルブ(26,27,28,29)をそれぞれ付勢するための第１ および第２作動信号を形成する第１および第２アクチュエータ手段(46,47,48,49 )と、 前記バルブスプール位置センサー(50,52)からの信号と、前記第１および第２ 作動信号の一つを受信し、前記バルブスプール位置センサー信号に応答して前記 受信した作動信号の前記値を調整するための優先手段(44)と、 が設けられている制御システム(10)。 ２．前記バルブスプール位置センサー(50)は前記第１スプール(26,28)に接続さ れていることを特徴とする請求項１に記載の制御システム(10)。 ３．前記第２油圧バルブ(27,29)は、前記調整された作動信号に応答して作動す ることを特徴とする請求項２に記載の制御システム(10)。 ４．前記バルブスプール位置信号はLVDT(線形可変トランジューサ)であることを 特徴とする請求項２に記載の制御システム(10)。 ５．前記優先手段(44)は、前記バルブスプール位置センサー信号が増大するにつ れて前記第２作動信号の前記値を減少させることを特徴とする請求項３に記載の 制御システム(10)。 ６．前記バルブスプール位置センサー(52)は、前記第２スプール(27,29)に接続 されていることを特徴とする請求項１に記載の制御システム(10)。 ７．前記優先手段(44)は、閉ループ制御(55)と、前記第１作動信号に応答して前 記閉ループ制御の応答を調整する手段(54)を含むことを特徴とする請求項６に記 載の制御システム(10)。 ８．前記優先手段(44)は、閉ループ制御(55)と、前記第１作動信号に応答して前 記第２作動信号を制限する手段(48)を含むことを特徴とする請求項６に記載の制 御システム(10)。 ９．前記優先手段(44)は、前記バルブスプール位置センサー(50,52)からの信号 と前記第１および第２作動信号を受信し、前記バルブスプール位置センサー信号 と前記第１作動信号に応答して前記第２作動信号の前記値を調整することを特徴 とする請求項１に記載の制御システム(10)。 10．第１および第２スプールをそれぞれ有する少なくとも第１および第２油圧バ ルブ(26,27,28,29)を有する油圧回路の制御システム(10)において、 第１および第２バルブスプール位置センサー(50,52)と、 第１および第２作動信号を発信して前記第１および第２油圧バルブ(26,27,28, 29)をそれぞれ付勢するための第１および第２アクチュエータ手段(46,47,48,49) と、 該第１および第２アクチュエータ手段(46,47,48,49)および前記第１および第 ２バルブスプール位置センサー(50,52)からそれぞれ入力を受信する第１および 第２閉ループ制御(55)と、 前記第１作動信号に応じて前記第２油圧バルブ(27,29)の前記制御を調整する ための優先手段(44)と、 が設けられていることを特徴とする制御システム(10)。 11．前記優先手段(44)は、前記第１作動信号に応答して前記第２作動信号を制限 する手段(48)を含むことを特徴とする請求項１０に記載の制御システム(10)。 12．前記第１作動信号を調整して、該調整された第１作動信号を前記優先手段(4 4)に送信する手段(54)を含むことを特徴とする請求項１０に記載の制御システム (10)。 13．第１および第２スプールをそれぞれが有する第１および第２油圧バルブ(26, 27,28,29)を有する油圧回路を制御する方法において、 バルブスプール位置信号を発信し、 第１および第２油圧バルブ(26,27,28,29)をそれぞれ付勢するように第１およ び第２作動信号を発信し、 前記バルブスプール位置信号と前記作動信号の一つを受信し、前記バルブスプ ール位置信号に応答して、前記受信した作動信号の値を調整する、 段階からなる方法。 14．前記バルブスプール位置信号は前記第１スプールの位置を表すことを特徴と する請求項１３に記載の方法。 15．前記第１油圧バルブ(26,28)に組み合わされた前記油圧回路内の圧力を表す 圧力信号に応答して前記バルブスプール位置信号を補償する段階を含むことを特 徴とする請求項１４に記載の方法。 16．前記調整された作動信号に応答して前記第２油圧バルブ(27,29)を付勢する 段階を含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。 17．前記第２作動信号の前記値を調整する前記段階は、前記バルブスプール位置 センサー信号が増大するにつれて前記第２作動信号の前記値を減少させる段階を 含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。 18．前記バルブスプール位置信号は前記第２スプールの位置を表すことを特徴と する請求項１３に記載の方法。 19．前記第１作動信号に応答して、閉ループ制御(55)の前記応答を調整する段階 を含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。 20．前記第１作動信号に応答して前記第２作動信号の前記値を制限する段階を含 むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。 21．前記受信した作動信号の前記値を調整する前記段階は、前記バルブスプール 位置信号と前記第１および第２作動信号を受信し、前記バルブスプール位置信号 と前記第１作動信号に応答して前記第２作動信号の前記値を調整する段階を含む ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。