JPH1151004A - 油圧制御装置 - Google Patents

油圧制御装置

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JPH1151004A
JPH1151004A JP20808997A JP20808997A JPH1151004A JP H1151004 A JPH1151004 A JP H1151004A JP 20808997 A JP20808997 A JP 20808997A JP 20808997 A JP20808997 A JP 20808997A JP H1151004 A JPH1151004 A JP H1151004A
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 建設機械等の微操作性、安全性の向上を図る
ことのできる油圧制御装置を提供する。 【解決手段】 可変容量ポンプ20、アクチュエータ2
4、切換弁26A 、26B とバイパス通路28A 、28
B とを内蔵する制御弁50とから構成され、前記切換弁
が全操作位置にある時には前記可変容量ポンプからの圧
油を前記アクチュエータ24へ供給し、前記切換弁を中
間位置で操作する時にはその操作量に対応して前記可変
容量ポンプの吐出油量を増加させると共に、前記アクチ
ュエータへの供給開度を徐々に拡大しつつ前記バイパス
通路の開度を徐々に低減するように構成した油圧制御回
路において、前記制御弁50のバイパス通路28A 、2
8B の下流側に、前記切換弁の操作量の増加に応じて外
部信号52により通過油量の低減される圧力補償流量制
御弁54を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、建設機械等の油圧
装置に係り、特に微操作性の向上並びに人間の感覚に適
合した建設機械を提供することができる油圧制御装置に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の油圧制御装置として、例
えばアクチュエータの応答性ならびに操作性が良好で、
かつ種々の条件下でもキャビテーションの発生を効果的
に抑制することができ、しかも構造が簡単な負荷圧補償
ポンプ吐出流量制御回路が提案されている(特開平3−
213703号)。
【0003】すなわち、この提案に係る油圧制御回路
は、図7に示すように、可変容量ポンプ20と、この可
変容量ポンプ20の吐出油によりアクチュエータ24の
駆動方向を切換えるセンターバイパス形方向切換弁26
と、この方向切換弁26のセンターバイパス通路28の
下流側30′に設けられセンターバイパス流量を制御す
る流量調整弁32と、この流量調整弁32の下流側に設
けられ前記可変容量ポンプ20の吐出流量を制御するパ
イロット信号発生手段36とから構成される。そして、
前記流量調整弁32は、前記センターバイパス形方向切
換弁26のセンターバイパス通路28の開閉部開口面積
に対応して制御されるように設定すると共に、前記パイ
ロット信号発生手段36から取出されるパイロット信号
を、前記可変容量ポンプ20の吐出流量が前記センター
バイパス形方向切換弁26のスプール中立時において最
小となるよう設定する。
【0004】このように構成される油圧制御回路は、セ
ンターバイパス通路28を通過するバイパス流量は、方
向切換弁26のスプールストローク時には、このストロ
ーク位置に対応した一定流量に設定されるよう流量調整
弁32を介して制御される。従って、ポンプ吐出流量な
らびにアクチュエータ供給流量(ポンプ吐出流量−バイ
パス流量)は、アクチュエータの負荷圧に関係なく、ス
プールストローク位置に対応した一定流量が設定され
る。すなわち、負荷圧補償が達成される。
【0005】一方、方向切換弁26のスプール中立時に
は、前記バイパス流量すなわちポンプ吐出流量は、パイ
ロット信号発生手段36を介して所定の最小流量に設定
される。このように、前記油圧制御回路においては、ス
プール中立時においても所定のポンプ吐出流量が設定さ
れ、この最小流量がバイパス通路28を通過しているの
で、ポンプの応答遅れが抑制されると共に、回路内にサ
ージ圧が発生してもこのサージ圧はバイパス通路で吸収
される。
【0006】さらに、前記油圧制御回路においては、例
えば慣性負荷の大きい旋回用シリンダ等のアクチュエー
タにキャビテーションが発生しても、この時バイパス流
量が減少してパイロット信号圧力が低下し、これにより
ポンプ吐出流量が増大するので、アクチュエータへの供
給流量が十分に確保され、従って前記キャビテーション
を有効に抑制することができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記提
案に係る油圧制御回路においては、なお改善すべき問題
点があることが判明した。
【0008】すなわち、前記油圧制御回路においては、
センターバイパス通路28の出口に流量調整弁32とし
ての開閉弁を設け、この開閉弁32の上流側圧力とばね
34の弾力により、これを開方向に制御する一方、セン
ターバイパス形方向切換弁26の上流側圧力により、こ
の開閉弁32を閉方向に制御することにより、負荷圧力
の大小に拘らず、前記開閉弁32を通過する油量を、セ
ンターバイパス形方向切換弁26のセンターバイパス通
路28の開度(開口部に発生する差圧)に対応した一定
量とし、これによりアクチュエータ24へ流れる油量も
また一定量にしようとするものである。
【0009】しかるに、この従来技術においては、開閉
弁32を閉方向へ制御する圧力はポンプ吐出圧力と同圧
の高圧であり、一方開閉弁32を開方向へ制御する圧力
はセンターバイパス形方向切換弁26の下流側におい
て、開閉弁32は圧油供給ライン22の高圧と方向切換
弁26のセンターバイパス通路28の下流側ライン3
0′の比較的低圧とが常時対向して、この開閉弁32の
通過油量を制御しているので、特性が不安定になり易
い。
【0010】さらには、方向切換弁26を全操作した後
に中立状態へ戻すと、開閉弁32を閉方向に制御してい
る圧油供給ライン22の圧力は、もとより高圧である
が、これを開方向に制御している下流側ライン30′の
圧力は低圧である。このため、完全に閉じた開閉弁32
が再び開口するには、圧油供給ライン22の圧油が方向
切換弁26のセンターバイパス通路28を通過して下流
側ライン30′に至り、この後に初めて開閉弁32を開
くことになるので、この開閉弁の作動に遅れが生じ、可
変容量ポンプ20は、その間において排出通路が遮断さ
れた状態にあるため、異常な高圧が圧油供給ライン22
および下流側ライン30′に発生する惧れがある等の難
点がある。
【0011】また、前記従来技術においては、これを油
圧ショベル等の建設機械に使用した場合、アクチュエー
タ24の負荷の大小に拘らず方向切換弁26の操作量に
応じた油量が、アクチュエータ24へ供給される。すな
わち、負荷の大小に拘らず、方向切換弁26の操作量に
応じたアクチュエータ速度が得られる。このことは、例
えば機械の運転者にとっては、作業対象の負荷の大きさ
が感覚的に解り難く、一部安全性に問題が生じる惧れが
ある。また、人間の感覚としては、対象負荷が重ければ
重い程それなりに操作レバーの位置が多少深くなった方
が、操作し易いという要求に適応することができない。
【0012】そこで、本発明の目的は、応答性に優れ、
かつアクチュエータへの供給油量(切換弁の操作量)が
比較的少ない領域では、負荷の大小に拘らず切換弁の操
作量に対応した油量をアクチュエータへ供給して、その
微操作性を向上させると共に、アクチュエータへの供給
油量(切換弁の操作量)が比較的多い領域では、負荷の
大小によって切換弁の操作量が変化し、感覚的に機械の
運転者に負荷の大小を感知できるようにすることによ
り、建設機械等の微操作性、安全性の向上を図ることの
できる油圧制御装置を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明に係る油圧制御装置は、可変容量ポンプと、
アクチュエータと、少なくとも切換弁とバイパス通路と
を内蔵する制御弁とから構成され、前記切換弁が中立位
置にある時には前記可変容量ポンプの吐出油をタンクへ
排出し、前記切換弁が全操作位置にある時には前記可変
容量ポンプからの圧油を前記アクチュエータへ供給し、
前記切換弁を中間位置で操作する時にはその操作量に対
応して前記可変容量ポンプの吐出油量を増加させると共
に、前記アクチュエータへの供給開度を徐々に拡大しつ
つ前記バイパス通路の開度を徐々に低減するように構成
した油圧制御回路において、前記制御弁のバイパス通路
の下流側に、前記切換弁の操作量の増加に応じて外部信
号により通過油量の低減される圧力補償流量制御弁を設
け、前記圧力補償流量制御弁は前記外部信号が最大値に
達した状態においても所定の通過開度を維持するように
構成することを特徴とする。
【0014】この場合、前記圧力補償流量制御弁とタン
クとの間に圧力発生手段を設け、この圧力発生手段の上
流側圧力を可変容量ポンプの制御部へ導入して、ネガテ
ィブ流量制御式の可変容量ポンプとして構成することが
できる。
【0015】また、前記制御弁のバイパス通路の下流側
に設ける圧力補償流量制御弁は、流量調整弁の差圧設定
用ばねの荷重を外部信号によって調整するように構成す
ることができる。
【0016】一方、前記圧力補償流量制御弁は、絞り機
能を有するスプール弁と流量調整弁とから構成し、前記
スプール弁に対し切換弁の操作量の増加に応じて外部信
号により通過油量を低減するように制御する構成とする
ことができる。
【0017】この場合、前記圧力補償流量制御弁は、ス
プール弁を制御する外部信号を供給する外部信号ライン
に開閉弁を設けることができる。
【0018】さらに、前記制御弁のバイパス通路の下流
側に圧力補償流量制御弁を設け、パイロットバルブから
の切換弁操作用2次圧力により切換弁を操作すると共
に、このパイロット信号を可変容量ポンプの制御部に導
いて、可変容量ポンプをポジティブ流量制御式の可変容
量ポンプとして構成することもできる。
【0019】
【実施例】次に、本発明に係る油圧制御装置の実施例に
つき、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。な
お、説明の便宜上、図7に示す従来の油圧制御回路と同
一の構成部分については、同一の参照符号を付し、詳細
な説明は省略する。
【0020】図1は、本発明に係る油圧制御装置の一実
施例を示すものである。すなわち、図1において、参照
符号50は制御弁を示し、この制御弁50には、センタ
ーバイパス通路28A 、28B をそれぞれ有する方向切
換弁26A 、26B が設けられている。また、前記制御
弁50の最下流のセンターバイパス通路、すなわち方向
切換弁26B のセンターバイパス通路28B の下流側ラ
イン30′には、外部信号ライン52から導かれる外部
信号によって通過油量が調整される圧力補償流量制御弁
54およびパイロット信号発生手段としての圧力発生手
段36が設けられている。
【0021】なお、前記方向切換弁26A 、26B は、
それぞれパイロットバルブ56A 、56B から導出され
るパイロットラインa1 およびb1 、a2 およびb2 に
より得られる圧力によって操作される。また、可変容量
ポンプ20は、ネガティブ流量制御方式のものであり、
この可変容量ポンプ20の制御部へは、前記圧力補償流
量制御弁54の下流側圧力、すなわち前記圧力発生手段
36の上流側圧力が導かれる。さらに、外部信号ライン
52から導かれる外部信号としては、前記パイロットバ
ルブ56A 、56B からのパイロット圧力を高圧選択し
た信号が導かれている。
【0022】本実施例において、圧力補償流量制御弁5
4は、前記バイパス通路28B の下流側ライン30′の
通路開度を調整するスプール弁58と開閉弁からなる流
量調整弁32とから構成されている。この場合、前記ス
プール弁58は、最大変位位置においても通路を完全に
閉鎖することなく、所定の開度を有するように構成され
ている。そして、前記開閉弁32は、前記スプール弁5
8の上流側におけるバイパス通路28B の下流側ライン
30′の圧力により閉方向に、またスプール弁58の下
流側圧力および差圧設定用ばね34の荷重とにより、開
方向に制御されるように構成されている。
【0023】次に、前記構成からなる油圧制御装置の動
作について説明する。
【0024】図1において、パイロットバルブ56A 、
56B が、中立位置にある時には、方向切換弁26A 、
26B もまた中立位置にあり、可変容量ポンプ20から
の吐出油は、圧油供給ライン22、センターバイパス通
路28A 、28B およびその上流側ライン30並びに下
流側ライン30′、圧力補償流量制御弁54および圧力
発生手段36を経て、タンク40へ排出される。
【0025】ここで、パイロットバルブ56A 、56B
を操作して、例えばパイロットラインa2 に圧油を供給
すると、方向切換弁26B は供給される圧力に応じて図
中の右方へ移動する。これは、図2に示す中間位置M、
Rを経て全ストローク位置Eに至る。この中間位置Mに
おいては、可変容量ポンプ20からの吐出油の一部は、
バイパス通路28B およびその下流側ライン30′を経
てタンク40へ排出されると同時に、一部はアクチュエ
ータ24へ供給される。
【0026】この時、前記パイロットラインa2 のパイ
ロット圧力は、圧力補償流量制御弁54のスプール弁5
8にも供給されるので、スプール弁58も半ば閉じた位
置にあり、従って開閉弁32の開度は、アクチュエータ
24の負荷圧力に関係なく、スプール弁58を通過する
油量によって生じるスプール弁58の上流側ライン3
0′と下流側ライン60との差圧によって定まる。従っ
て、前記圧力補償流量制御弁54の通過油量と、圧力発
生手段36の上流側ライン60′に発生するネガティブ
流量制御式の可変容量ポンプ20の吐出流量を調整する
圧力とを、それぞれ適切に設定することにより、次のよ
うな効果が得られる。
【0027】すなわち、方向切換弁26A 、26B を中
立位置からやや移動させ、アクチュエータ24を比較的
微低速で操作する場合(例えば中間位置M)には、可変
容量ポンプ20の吐出油量は、方向切換弁26A 、26
B のセンターバイパス通路28A 、28B およびその下
流側ライン30′を通過する油量が比較的多い。このよ
うな状態で、パイロットバルブ56A 、56B からの信
号圧力によって、スプール弁58の開度が決定される
と、圧力補償流量制御弁54の通過油量は、アクチュエ
ータ24の負荷圧力の大小に拘らず、パイロットバルブ
56A 、56B からの信号圧力に対応した一定量とな
り、この結果可変容量ポンプ20の吐出量が一定とな
り、バイパス油量も一定となり、従ってアクチュエータ
24への供給油量が一定となる。このため、微操作領域
では、負荷圧力の大小に拘らず、一定のアクチュエータ
速度を得ることができる〔図3の(a)、(b)、
(c)参照〕。
【0028】この状態から、さらに方向切換弁26A 、
26B を操作して、図2に示す位置R、すなわちアクチ
ュエータ24を中高速で操作する場合(センターバイパ
ス通路28A 、28B が方向切換弁26A 、26B の中
間位置Mに比較して、さらに小さくなった位置)を想定
する。この場合、スプール弁58の通路開度(通路面積
S2 )は、そのストロークエンドにおいても方向切換弁
26B のセンターバイパス通路28B の開度(通路面積
S1 )より大きく設定してあるので、このセンターバイ
パス通路28B を通過する油量は、圧力補償流量制御弁
54で決定されるのではなく、方向切換弁26B のセン
ターバイパス通路28B の開度(通路面積S1 )で決定
される〔図3の(d)参照〕。
【0029】従って、方向切換弁26B のセンターバイ
パス通路28B を通過する油量は、アクチュエータ24
の負荷圧力の大小によって影響を受け、方向切換弁26
B の操作量は負荷圧力が大きい時にはやや深くなり、ま
た負荷圧力が小さい時にはやや浅くなるので、建設機械
の運転者は作業対象の負荷の大小を感覚的に感知でき、
安全な作業を行うことができる〔図3の(e)、(f)
参照〕。
【0030】なお、図1に示す実施例において、センタ
ーバイパス通路28B の下流側ライン30′に設けた圧
力補償流量制御弁54の通過油量は、差圧を発生させる
スプール弁58と開閉弁32との組み合わせで構成して
いるが、例えば図4に示すように、内部にばね62を介
してピストンロッド64を挿通した操作シリンダ66を
設けて、この操作シリンダ66に外部信号52を導入し
てピストンロッド64を変位させることにより、開閉弁
32の差圧設定用ばね34の荷重を調整するように構成
してもよい。
【0031】また、図1に示す実施例において、パイロ
ットバルブ56A 、56B の高圧選択された信号圧力が
導かれる外部信号ライン52とスプール弁58との間
に、図5に示すように、前記信号圧力をスプール弁58
に対して連通または遮断するための開閉弁68を設け、
この開閉弁68をそれぞれアクチュエータの特性や建設
機械の作業条件等に応じて開閉できるように構成すれ
ば、さらに操作性の向上を図ることができる。
【0032】前述した実施例は、可変容量ポンプ20と
して、ネガティブ流量制御方式の場合について説明した
が、図6に示すように、可変容量ポンプ20をポジティ
ブ流量制御方式とし、この可変容量ポンプ20の吐出流
量を、方向切換弁26C およびスプール弁58を制御す
るパイロット圧力によって制御する場合においても、前
述したネガティブ流量制御方式の場合と同様な効果を得
ることができる。
【0033】すなわち、図6において、パイロット信号
発生手段はパイロット信号圧力用ポンプ42からなり、
そのパイロット信号によりセンターバイパス形方向切換
弁26C を操作すると共に、パイロットバルブ44およ
びシャトル弁46を介してパイロット信号の最大ポンプ
吐出流量制御用パイロット信号を取出し、これにより可
変容量ポンプ20をポジティブ流量制御するように構成
されている。なお、図6において、参照符号48は低圧
リリーフ弁を示す。
【0034】以上、本発明の好適な実施例について説明
したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、そ
の精神を逸脱しない範囲内において多くの設計変更が可
能である。
【0035】
【発明の効果】前述した実施例から明らかなように、本
発明に係る油圧制御装置は、可変容量ポンプと、アクチ
ュエータと、少なくとも切換弁とバイパス通路とを内蔵
する制御弁とから構成され、前記切換弁が中立位置にあ
る時には前記可変容量ポンプの吐出油をタンクへ排出
し、前記切換弁が全操作位置にある時には前記可変容量
ポンプからの圧油を前記アクチュエータへ供給し、前記
切換弁を中間位置で操作する時にはその操作量に対応し
て前記可変容量ポンプの吐出油量を増加させると共に、
前記アクチュエータへの供給開度を徐々に拡大しつつ前
記バイパス通路の開度を徐々に低減するように構成した
油圧制御回路において、前記制御弁のバイパス通路の下
流側に、前記切換弁の操作量の増加に応じて外部信号に
より通過油量の低減される圧力補償流量制御弁を設け、
前記圧力補償流量制御弁は前記外部信号が最大値に達し
た状態においても所定の通過開度を維持する構成とした
ことにより、アクチュエータの速度が比較的遅い領域で
は、負荷の大小(ポンプ吐出圧力の高低)に拘らず、操
作レバーの操作量にほぼ比例した速度を得ることがで
き、例えば油圧ショベル等の建設機械に適用した場合
に、その微操作を容易に行うことができる。そして、ア
クチュエータ速度の中高速以上の領域では、負荷の大小
に応じて操作レバーの位置が変化するので、機械の運転
者は負荷の大小を感覚的に感知することが容易となり、
安全性にも優れ、より人間本来の感覚に適合した機械操
作を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る油圧制御装置の一実施例(ネガテ
ィブ流量制御方式)を示す系統図である。
【図2】図1に示す方向切換弁における中立位置からス
トロークエンドまでのストロークに応じた中間位置を示
す方向切換弁のシンボル図である。
【図3】(a)〜(f)は図1に示す油圧制御装置のそ
れぞれ制御特性を示すものであって、(a)はパイロッ
トバルブの操作量θとその出力信号圧Pp との関係を示
す特性線図、(b)は可変容量ポンプへの制御信号圧力
Pb とポンプ理論吐出量Qthとの関係を示す特性線図、
(c)は圧力発生手段のバイパス流量qb とその上流側
圧力Pb との関係を示す特性線図、(d)はパイロット
バルブの出力信号圧Pp と切換弁のセンターバイパス通
路面積S1 および圧力補償流量制御弁内のスプール弁の
開口面積S2 との関係を示す特性線図、(e)は切換弁
のストロークSt とセンターバイパス通過油量qb との
関係およびアクチュエータ負荷の大小による特性差を示
す特性線図、(f)は前記(e)の特性による結果とし
ての切換弁のストロークSt と可変容量ポンプからのア
クチュエータへのポンプ供給油量Qとの関係を示す特性
線図である。
【図4】図1に示す圧力補償流量制御弁の別の実施例を
示す要部拡大系統図である。
【図5】図1に示す圧力補償流量制御弁のさらに別の実
施例を示す要部拡大系統図である。
【図6】本発明に係る油圧制御装置の別の実施例(ポジ
ティブ流量制御方式)を示す系統図である。
【図7】従来における負荷圧補償ポンプ吐出流量制御回
路の構成を示す制御回路図である。
【符号の説明】
20 可変容量ポンプ 22 圧油供給ライン 24 アクチュエータ 26A 、26B 、26C センターバイパス形方向切換
弁 28A 、28B 、28C センターバイパス通路 30 上流側ライン(センターバイパス通路の) 30′ 下流側ライン(センターバイパス通路の) 32 流量調整弁(開閉弁) 34 差圧設定用ばね 36 パイロット信号発生手段(圧力発生手段) 38 メインリリーフ弁 40 タンク 42 パイロット信号圧力用ポンプ 44 パイロットバルブ 46 シャトル弁 48 低圧リリーフ弁 50 制御弁 52 外部信号ライン 54 圧力補償流量制御弁 56A 、56B パイロットバルブ 58 スプール弁 60 上流側ライン(開閉弁32の) 60′ 下流側ライン(開閉弁32の) 62 ばね 64 ピストンロッド 66 操作シリンダ 68 開閉弁 a1 、b1 、a2 、b2 パイロットライン

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 可変容量ポンプと、アクチュエータと、
    少なくとも切換弁とバイパス通路とを内蔵する制御弁と
    から構成され、前記切換弁が中立位置にある時には前記
    可変容量ポンプの吐出油をタンクへ排出し、前記切換弁
    が全操作位置にある時には前記可変容量ポンプからの圧
    油を前記アクチュエータへ供給し、前記切換弁を中間位
    置で操作する時にはその操作量に対応して前記可変容量
    ポンプの吐出油量を増加させると共に、前記アクチュエ
    ータへの供給開度を徐々に拡大しつつ前記バイパス通路
    の開度を徐々に低減するように構成した油圧制御装置に
    おいて、 前記制御弁のバイパス通路の下流側に、前記切換弁の操
    作量の増加に応じて外部信号により通過油量の低減され
    る圧力補償流量制御弁を設け、前記圧力補償流量制御弁
    は前記外部信号が最大値に達した状態においても所定の
    通過開度を維持するように構成することを特徴とする油
    圧制御装置。
  2. 【請求項2】 圧力補償流量制御弁とタンクとの間に圧
    力発生手段を設け、この圧力発生手段の上流側圧力を可
    変容量ポンプの制御部へ導入して、ネガティブ流量制御
    式の可変容量ポンプとして構成してなる請求項1記載の
    油圧制御装置。
  3. 【請求項3】 制御弁のバイパス通路の下流側に設ける
    圧力補償流量制御弁は、流量調整弁の差圧設定用ばねの
    荷重を外部信号によって調整するように構成してなる請
    求項1記載の油圧制御装置。
  4. 【請求項4】 圧力補償流量制御弁は、絞り機能を有す
    るスプール弁と流量調整弁とから構成し、前記スプール
    弁に対し切換弁の操作量の増加に応じて外部信号により
    通過油量を低減するように制御してなる請求項1記載の
    油圧制御装置。
  5. 【請求項5】 圧力補償流量制御弁は、スプール弁を制
    御する外部信号を供給する外部信号ラインに開閉弁を設
    けてなる請求項4記載の油圧制御装置。
  6. 【請求項6】 制御弁のバイパス通路の下流側に圧力補
    償流量制御弁を設け、パイロットバルブからの切換弁操
    作用2次圧力により切換弁を操作すると共に、このパイ
    ロット信号を可変容量ポンプの制御部に導いて、可変容
    量ポンプをポジティブ流量制御式の可変容量ポンプとし
    て構成してなる請求項1記載の油圧制御装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009013598A (ja) * 2007-06-30 2009-01-22 Toshiba Mach Co Ltd 建設機械における旋回駆動機構の潤滑方法および装置
CN109058195A (zh) * 2018-10-30 2018-12-21 徐工集团工程机械有限公司 抢险设备的液压控制系统和抢险设备

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