JPS6131704A - カウンタ−バランス弁の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、パワーショベルやウィンチ等の負荷の移動
装置に用いたカウンターバランス弁の制御装置であって
、当該負荷の逸走を防止したものである。

（従来の技術） 第３図は、従来装置の制御回路で、負荷Ｗを昇降させる
シリンダＳのロッド側室１を、通路２を介して切換弁Ｖ
に接続する一方、ボトム側室３は、通路４を介して切換
弁Ｖに接続している。

そして、上記通路４にカウンターバランス弁Ｃは、制御
弁部５とチェック弁部６とを主要素としている。

上記制御弁部５は、そのパイロット室５ａを設けるとと
もに、このパイロット、室５ａは、ダンピングオリフィ
ス５ｂを介して前記通路２に連通させている。そして、
この制御弁部５は、上記パイロット室５ａとは反対側に
設けたスプリング７の作用で、通常は閉弁状態を維持す
るが、上記パイロット室５ａに作用するパイロット圧が
設定圧以上になったとき、そのパイロット圧に応じてそ
の開度を制御されるようにしている。

また、上記チェック弁部６は、切換弁Ｖがらボトム側室
３への油の流れのみを許容する構成にしている。

しかして、切換弁Ｖを図面右側位置に切換えると、ポン
プＰの吐出油が、通路４及びチェック弁部６を経由して
ボトム側室３に供給されるとともに、ロッド側室ｌの油
はタンクＴに戻るので、シリンダＳが動作して当該負荷
Ｗを上昇させる。

また、切換弁Ｖを図面左側位置に切換えると、ポンプＰ
の吐出油はロッド側室１に供給されるとともに、この通
路２内の圧力がパイロット圧としてパイロット室５ａに
作用する。

そして、このパイロット圧が設定圧以上になれば、制御
弁部５が開弁して、上記ボトム側室３内の油をタンクＴ
に戻すので、シリンダＳが動作して当該負荷Ｗを下降さ
せる。このように制御弁部５が開弁ずれば、負荷Ｗが下
降するどともに、そのときの下降速度は制御弁部５の開
度に比例する。

結局、上記パイロット圧の大きさに応じて、制御弁部５
の開度を制御し、ボトム側室３からの戻り流量を規制し
て、当該負荷の自走を防止している。

（本発明が解決しようとする問題点） この従来の装置では、通路２側からパイロット圧を導い
て、制御弁部５の開度を制御す゛るようにしているので
、ハンチング現象を生じる問題があった。

例えば、上記パイロット圧で制御弁部５を開弁させると
、その瞬間に当該負荷Ｗが急降下するので、ロッド側室
１への油の供給が追従できず、そのために通路２側の圧
力が低下する。通路２側の圧力低下にとなって、パイロ
ット圧が低くなり、その瞬間に当該制御弁部５が閉弁作
用をする。

このような開弁作用と閉弁作用とを繰り返すことによっ
て、制御弁部５がハンチングを起すが、当該制御弁部が
パイロット圧の変化に対して敏感に反応すればするほど
、また、負荷Ｗが大きければ大きいほど、上記ハンチン
グが激しくなる。

そこで、上記ダンピングオリフィス５ｂの開口面積を小
さくして、パイロット圧の変化に対する制御弁部５の応
答性を悪くすれば、上記ハンチングをある程度防止でき
るが、このダンピングオリフィス５ｂを小さくすると、
そこにごみがつまりやすくなる。もし、このオリフィス
５ｂにごみがつまると、バルブ機能が損なわれるので、
このオリフィス５ｂを小さくするにも限界があり、゛そ
のために上記ハンチング現象を完全に防止すること礒Ｃ
−却　か１．上　　しＬ）ち閤銀西礒（飢−につまり、
この従来のカウンターバランス弁は、供給通路２側の圧
力すなわちパイロット圧Ｐ１を、制御弁部５のクラッキ
ング圧力Ｐｃｒと等しくするような制御方式を採用して
いるために、当該制御弁部５の開度を間接的にしか制御
できない。

しかも、上記パイロット圧Ｐ１の圧力変動が非常に大き
いので、このパイロット圧Ｐ１の変動につられて、制御
弁部５の開度が変動しやすくなる。

したがって、上記ダンピングオリフィス５ｂをよほど小
さくしないと、そのハンチングを防止できないが、ダン
ピングオリフィス５ｂを小さくするにも、上記したよう
に限界があり、結局、従来のカウンターバランス弁の制
御方式では、ハンチングを防止できなかった。

この発明は、カウンター負荷が作用するときに供給通路
となる側の圧力とは無関係に、当該カウンターバランス
弁の開度を調整して、ハンチングを防止するとともに、
急操作時のショックを緩和−キス自１ｍＭ署め塩化か日
菌じナス−（問題点を解決するための手段） この発明は、上記の目的を達成するために、制御スプー
ルの移動量に応じて制御部の開度を調整するとともに、
この制御部の開度を調整すること′によって、カウンタ
ー負荷が作用したときの戻り側の流量を制御して負荷の
逸走を防止したカウンターバランス弁において、上記制
御スプールは比例ソレノイドの励磁電流に応じて、その
移動量が制御される構成にするとともに、上記カウンタ
ー負荷が作用する状況のときに供給通路となる側の流量
と、そのとき戻り通路となる側の圧力とを検出し、それ
ら流量信号及び圧力信号を演算部に入力させ、それらの
信号を基にして当該カウンターバランス弁の制御部の目
標開度を演算するとともに、この目標開度信号を目標信
号発生部に入力させ、この目標開度信号を基にして制御
スプールの目標変位を演算し、この目標変位信号を安定
性補償部に入力し、この安定性補償部において上記目標
変位信号に係数を乗じて制御スプールの移動速度を検出
するとともに、この移動速度を積分して再びバルブ変位
を演算し、比例ソレノイドに対する励磁電流に変換して
出力する一方、このバルブ変位信号をフィードバックし
゛て、上記目標バルブ変位信号と対比して調整するルー
プを構成にしている。

（本発明の作用） 上記のように構成したので、カウンター負荷が作用する
ときの供給流量と、戻り側の圧力とを検出して、当該カ
ウンターバランス弁の制御部の目標開度を求め、それを
基にして制御スプールの目標変位を求める。そして、こ
の目標変位に応じた励磁電流を比例ソレノイドに供給し
、当該比例ソレノイドの作用で、制御スプールの移動量
を制御する。

したがって、カウンター負荷が作用するとき、供給通路
となる側の圧力とは無関係に、上記制御部の開度を調整
できる。

また、上記目標バルブ変位を移動速度に変換し、それを
積分して再びバルブ変位信号とし、当該バルブ変位信号
を上記目標バルブ変位信号と対比するループを構成した
ので、切換弁を急激に操作した場合にも、そのショック
を緩和できる。

（本発明の実施例） 第１図はこの発明の回路図であり、負荷Ｗを昇降させる
シリンダＳのロッド側室１０を、通路ｌ！を介して切換
弁Ｖに接続する一方、ボトム側室１２には通路１３を接
続するとともに、この通路１３にオペレートチェック弁
１４及びカウンターバランス弁Ｃを接続している。

そして、上記オペレートチェック弁１４は、通常、カウ
ンターバランス弁Ｃからボトム側室１２への流通のみを
許容し、その逆の流れを阻止するが、通路１１側の圧力
がこのオペレートチェック弁１４に作用したときに開弁
し、上記逆の流れも許容する構成にしいてる。

また、上記カウンターバランス弁Ｃは、その本体１５に
第１〜４ポート１６〜１８を形成している。

そして、上記第１ポート１８は、通路２０を介して、上
記切換弁Ｖに接続し、第２ボート１７は上記通路１３に
接続するとともに、第３ポート１ＢはタンクＴに接続し
ている。さらに、第４ポート１９は、・くイロットポン
プＰＰに接続している。

この本体１５には、ざらに弁孔２１を形成するとともに
、この弁孔２１の一端を閉塞部材２２でふさぐ一方、他
端には、励磁電流に応じてブツシュロッド２３ａのスト
ローク量を制御する比例ソレノイド２３を設けている。

そして、上記弁孔２１には、制御スプールＣ８を内装す
るとともに、この制御スプールＣ８にはノくイロットス
プールＰＳを相対移動自在に内装している。上記制御ス
プールＣ８は、上記閉塞部材２２側に設けたばね受け２
４との間にスプリング２５を介在させ、通常は、このス
プリング２５の作用で、比例ソレノイド２３に隣接して
設けたスペーサ２６の端面に接触させている。

さらに、上記パイロ−／　）スプールＰＳは、ばね受け
２４のロッド部２４ａ先端面との間にスプリング２７を
介在させ、通常は、このパイロットスプールＰＳが、Ｌ
記スペーサ２８の内径に形成した段部２ｅａＬこ接触す
るようにしている。

そして、上記パイロットスプールＰＳの先端、すなわち
、上記スプリング２７とは反対端に、比例ソレノイド２
３のブツシュロッド２３ａが作用する関係にしているが
、これら両スプールＰＳ及びＣ８の具体的な構成は次の
とおりである。

すなわち、上記制御スプールＣ８は、上記第１ボート１
６と対応する第１環状凹部２８を形成するとともに、こ
の第１環状凹部２８側に向って先細りとなる制御部２９
を形成している。そして、制御スプールＣ８がスプリン
グ２５に抗して移動したとき、その移動位置に応じて制
御部２９が機能し、第１ボート１６と第２ボート１７と
の連通時の開度を制御するようにしている。

また、上記第１環状凹部２８以外に、第２環状凹部３０
．第３環状凹部３１を形成するとともに、スペーサ２８
側のパイロット室３８に開放された環状通路３２を形成
している。

上記第２環状四部３０は、制御スプールＣ８の移動位置
に関係なく、常に、第３ポート１８に連通するとともに
、この環状凹部３０の底部に形成した孔３３を介して、
制御スプールＣ８の中空部３４に連通する関係にしてい
る。

また、第３環状凹部３１は、同じく制御スプールＣ３の
移動位置に関係なく、常に、第４ボート１８に連通ずる
が、この環状凹部３１の底部に形成した孔３５は、上記
パイロットスプールＰＳの移動位置に応じて開閉するよ
うにしている。つまり、両スプールｃｓ、　ｐｓが図示
のノーマル位置にあるとき、上記孔３５がパイロットス
プールＰＳでふさがれるが、パイロットスプールＰＳが
スプリング２７に抗して移動すると、この孔３５とパイ
ロットスプールＰＳに形成した環状溝３６とが連通ずる
。

さらに、上記環状通路３２は、制御スプールＣ９に形成
の孔３７を介して、上記環状溝３６に常時連通する関係
にしている。

そして、パイロットスプールＰＳには、連通孔３８を形
成しているが、両スプールＣ９，ＰＳが図示の位置関係
にある状態から制御スプールＣ８のみがスプリング２５
に抗して移動したとき、上記連通孔３８がパイロット室
３θ側に開口するようにしている。

しかして、上記比例ソレノイド２３を励磁すると、その
励磁電流に応じてブツシュロッド２３ａのストロークす
るとともに、そのストローク量に応じてパイロットスプ
ールＰＳを、スプリング２７に抗して移動させる。

このようにパイロットスプールＰＳが移動すると、第３
環状凹部３１と環状溝３８とが連通ずるので、パイロッ
トポンプＰＰからの圧油は、第４ポート１９→第３環状
凹部３１→孔３５→環状溝３６→孔３７→環状通路３２
を経由して、パイロット室３８に流入し、その圧力が制
御スプールＣ５の端面に作用する。

このパイロット圧が作用すると、制御スプールＣ８がス
プリング２５に抗して移動するとともに、制御スプール
Ｃ９の孔３５がパイロットスプールＰＳでふさがれる位
置で停止する。このようにして制御スプールＣＳが停止
した位置に応じて、第１ポート１Ｂと第２ボート１７と
の開度が決まるが、それは結局比例ソレノイド２３の励
磁電流に比例する。

つまり、上記制御スプールＣ８は、パイロットスプール
ＰＳに追随して移動するとともに、制御スプールＣ８が
パイロットスプールＰＳに追いついて、両スプールｃｓ
、　ｐｓが図示の相始関係を維持したときに、当該制御
スプールＣ８が停止するので、この制御スプールＣ３の
移動量は、パイロットスプールｐＳの移動量と比例する
。そして、このパイロットスプールＰＳの移動量は、上
記のようにブツシュロッド２３ａのストロークに比例す
るが、このブツシュロッド２３ａのストロークは、比例
ソレノイド２３の励磁電流に比例するので、当該制御ス
プールＣ８の移動量は、比例ソレノイド２３の励磁電流
に比例することになる。

いま、切換弁Ｖを図示の中立位置から左側位置に切換え
るとともに、比例ソレノイド２３の励磁電流を最大にし
て、上記制御部２８における開度を最大にすれば、第１
ボート１６と第２ボート１７間は。

フリーフローの状態になる。

したがって、ポンプＰの吐出油は、通路２０→第１ポ一
ト１６→第１環状凹部２８→全開状態の制御部２９−４
−第２ポー）１７＋オペレートチエツク弁１４を経由し
て、ボトム側室１２に供給されるとともに、ロッド側室
ｌＯの油が通路！！を経由からタンクに戻るので、当該
負荷Ｗが上昇する。

また、切換弁■を図面右側位置に切換えると、ポンプＰ
からの圧油がロッド側室１０に供給されるとともに、そ
の供給圧がオペレートチェック弁１４に作用してそれを
開弁させる。

これと同時に、前記比例ソレノイド２３を励磁させて、
上記制御部２８の開度を定めておけば、その開度に応じ
て、ボトム側室１２からの戻り油がタンクＴに戻るので
、上記負荷Ｗが下降する。

そして、この負荷Ｗの下降速度は、制御部２８の開度に
応じて定まるが、その開度は、比例ソレノイド２３の励
磁電流によって制御される。

この制御部２９の開度を定めるための上記励磁電流を制
御するのが、第１図に示した制御機構りである。

この制御機構りは、目標信号発生部４０と安定性補償部
４１とを主要素にし、この安定性補償部４１からの信号
をアンプ４２を介して前記比例ソレノイド２３に伝達し
、当該信号に応じた励磁電流が得られるようにしいてる
。

そして、前記通路１１には流量検出器４３を接続し、こ
の流量検出器４３で検出した流量信号Ｑ１を、上記目標
信号発生Ｍ４０に入力するようにしている。また、前記
通路１３には圧力検出器４４を接続し、この圧力検出器
４４で検出した圧力信号Ｐ２も、上記目標信号発生部４
０に入力するようにしている。

このようにして流量信号Ｑ１と圧力信号Ｐ２とが目標信
号発生部４０に入力されると、この目標信号発生部４０
の第１演算部４０ａで、ボトム側室１２からの戻り油の
目標流量Ｇを算出し、この目標流量Ｇを基準として前記
制御部２９の目標開度ｉを演算するが、その演算式は次
のとおりである。

り２　＝　（Ａ２　／ＡＩ　）　Ｑｌ ｉ＝ぐ２　／ｃｒ丁丁「７Ｔ 上記式において、Ａ□はロッド側室１０の受圧面積、Ａ
２はボトム側室１２の受圧面積、ａは制御部２８の開度
、Ｃはオリフィス流量係数、ρは作動油密度を示してい
る。

上記通路１３側の供給流量Ｑｌと、ボトム側室１２の戻
り側の圧力Ｐ２とを基準にして演算された制御部２９の
目標開度信号ｉは、第２演算部４０ｂに入力される。こ
の第２演算部４０ｂでは、上記目標開度信号百にもとづ
いて、制御スプールＣ９の目標変位Ｔを演算して出力す
る。

このようにして出力された目標変位Ｖは、安定性補償部
４１に入力される。この安定性補償部４１では、上記目
標変位ｙに係数βを乗じてバルブ移動速度シを検出する
とともに、このバルブ移動速度シを積分してバルブ変位
ｙを算出して出力する。

このようにして出力された目標信号は、比例ソレノイド
２３に対する入力電流として、この比例ソレノイド２３
に伝達される。

したがって、前記したように、制御スプールＣ５は、上
記励磁電流に応じてその移動量を制御され、制御部２８
の開度を調整する。

また、上記安定性補償部４１では、そのバルブ変位信号
ｙをフィードバックして、上記目標バルブ変位信号ｙと
対比し、 バルブ移動速度；ｔ＝　（ｙ−ｙ）β を算出するとともに、再びこのバルブ 移動速度量を積分してバルブ変位ｙを算出するというル
ープを構成している。

このようにループを構成しているので、当該制御スプー
ルＣ８が急激に変位することがなく、したがって、切換
弁Ｖを急激に操作してもショックが発生しない。

上記のようにこの実施例では、制御スプールＣ５の変位
ｙを直接制御するようにしたので、カウンター負荷が作
用するときに供給通路となる通路１３側の圧力Ｐ１に関
係なく制御スプールＣ９を制御できる。

したがって、上記圧力Ｐ１が変動しても、当該制御スプ
ールＣＳの変位が変動することがないので、従来のよう
なハンチングを起す問題もなくなった。

なお、上記係数βを＃御してその値を変化させれば、上
記バルブ移動速度をさらに調整できる。

（本発明の効果） この発明は、制御スプールの変位の目標値を割り出し、
その目標変位からバルブ移動速度を演算し、その移動速
度をもとにして算出したバルブ変位信号で、制御部の開
度を謔整し、カウンター負荷が作用したとき供給通路と
なる側の圧力左は無関係に制御が可能なので、たとえ、
上記供給通路側の圧力の変動が激しくても、ハンチング
を防止できる。

しかも、上記変位信号をフィードバックして目標変位信
号と対比して、再びバルブ移動速度を検出してそれを積
分するループを構成したので、切換弁を急操作した場合
にもシ覆ツクが発生しない。

また、電気的な制御にしたので、従来のようなダンピン
グオリフィスが不要になり、したがって、ダンピングオ
リフィスの目詰まりを考慮した管理がいらなくなる。

【図面の簡単な説明】

図面第１図及び第２図は、この発明の実施例を示すもの
で、第１図は回路図、第２図はカウンターバランス弁の
断面図、第３図は従来の装置の回路図である。 １１．１３・・・通路、２３・・・比例ンレノイド、Ｃ
５・・・制御スプール、２８・・・制御部、４０・・・
目標信号発生部、４１・・・安定性補償部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 制御スプールの移動量に応じて制御部の開度を調整する
   とともに、この制御部の開度を調整することによって、
   カウンター負荷が作用したときの戻り側の流量を制御し
   て負荷の逸走を防止したカウンターバランス弁において
   、上記制御スプールは比例ソレノイドの励磁電流に応じ
   て、その移動量が制御される構成にするとともに、上記
   カウンター負荷が作用する状況のときに供給通路となる
   側の流量と、そのとき戻り通路となる側の圧力とを検出
   し、それら流量信号及び圧力信号を演算部に入力させ、
   それらの信号を基にして当該カウンターバランス弁の制
   御部の目標開度を演算するとともに、この目標開度信号
   を目標信号発生部に入力させ、この目標開度信号を基に
   して制御スプールの目標変位を演算し、この目標変位信
   号を安定性補償部に入力し、この安定性補償部において
   上記目標変位信号に係数を乗じて制御スプールの移動速
   度を検出するとともに、この移動速度を積分して再びバ
   ルブ変位を演算し、比例ソレノイドに対する励磁電流に
   変換して出力する一方、このバルブ変位信号をフィード
   バックして、上記目標バルブ変位信号と対比して調整す
   るループを構成するカウンターバランス弁の制御装置。