JPS6131705A

JPS6131705A - カウンタ−バランス弁の制御装置

Info

Publication number: JPS6131705A
Application number: JP15101484A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Doi; 敏明土井
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1984-07-20
Filing date: 1984-07-20
Publication date: 1986-02-14
Also published as: JPH0456886B2

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、症来装置の制御回路〒、負′１ｒ？Ｗル里降
させるシリンダＳのロッド側室ｌ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を接続し
ているが、この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からボトム側室
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１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が開弁すれば、負荷Ｗが下
降するとともに、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
ができないという問題があった。

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Ｐａｒ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ｐｔ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の開度が変動しゃすくなる。

′　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、急操作時のシ璽ツクを緩和し、
しかも、目標信号発生部における演算誤差をも修正でき
るようできる制御装置の提供を目的にする。

（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
構成する一方、上記供給通路側の圧力を検出し、その圧
力信号をもとにしてバルブ移動速度を演算するとともに
、そのバルブ移動速度信号を、上記安定性補償部のバル
ブ移動速度信号にプラスする修正信号発生部を設けてい
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。

また、上記目標信号発生部に演算誤差があっても、修正
信号発生部から出力される信号によって、上記演算誤差
を修正できる。

（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のロー２ド側室１ｏを、通路１１をは通路１
３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！４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ｌｌ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
じ、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ボート１６〜１９を形成している。

そして、上記第１ボート１θは、通路２ｏを介して、上
記切換弁Ｖに接続し、第２ボー［７は上記通路１３に接
続するとともに、第３ボーＨ８はタンクＴに接続してい
る。さらに、第４ボート１８は、パイロットポンプ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、励磁電流に応じてプッシュロッドを設けている
。

ノ　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にはパイロット
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
２４との間にスプリング２５を介在させ１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２８の端面に接触させている。

さらに、上記パイロットスプール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、上記ス
ペーサ２Ｂの内径に形成した段部２８ａに接触するよう
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Ｏ５は、上記第１ボートｌ
ｅ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２８
を、構成している。そして、制御スプールＣ５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２８が機能し、第１ボート１Ｂと第２ポート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環状凹部３０は、制御スプールＣ８の移動位置
に関係なく、常に、第３ボート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Ｃ６の中空部３４に連通ずる関係にしてい
る。

また、第３環状凹部３１は、同じく制御スプールＣ５の
移動位置に関係なく、常に、第４ボート１９に連通する
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３Ｂとが連通す
る。

さらに、上記環状通路３２は、制御スプールｃｓ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ａｓ、　ｐｓが図示の位置
関係にある状態から制御スプールＣ５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３８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ー２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。

と、第３環状凹部３１と環状溝３Ｂとが連通するので、
パイロットポンプＰｐからの圧油は、第４ボート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ｃｓ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
Ｃ８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ＯＳが停止
した位置に応じて、第１ボート１６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が図示の相対関係を維持したときに、当該制御
スプールＣＦ３が停止するので、この制御スプールＣ５
の移動量は、パイロットスプールスプール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２９における開度を最大にすれば、第１
ボーＨＢ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ボ一
ト１６→第１環状凹部２８→全開状態の制御部２９→第
２ボー）１７→オペレートチェック弁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ＩＯ
の油が通路１１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Ｖ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、ポートム側室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、安定性補償部
４１及び修正信号発生部４２を主要素にし、この安定性
補償部４１かもの信号をアンプ４３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４４を接続し、こ
の流量検出器４４で検出した流量信号Ｑ１を、上記目標
信号発生部４０の第１演算部４０ａに入力するようにし
ている。また、前記通路１３には第１圧力検出器４５を
接続し、この第１圧力検出器４５で検出した圧力信号Ｐ
２も、上記第１演算部４Ｃ１ａに入力するようにしてい
る。

このように流量信号Ｑ１と圧力信号Ｐ２とが第１演算部
４０ａに入力されると、この第１演算部４０ａで、ボト
ム側室１２からの戻り油の目標流量信を算出し、この目
標流量Ｑ２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。

酊＝　（Ａ２　／ＡＩ　）　Ｑｔ１１　＝　Ｑ　２　／　ＣＪＩ下丁７フー上記式におい
て、Ａ、はロッド側室１０の受圧面積、Ａ２はボトム側
室１２の受圧面積、ｉ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Ｑ１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、上記目標開位ｙ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■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■に係数βを乗じて！（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÷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Ｉ（ルブ変位信
号ｙをフィードバックして、上記目標／＜ルブ変位信号
ｙと対比し、バルブ移動速度９＝　（ｙ−ｙ）β を算出するとともに、再びこのバルブ移動速度すを積分してバルブ変位ｙを算出するとい−）
Ｊｌ／−プをＩａｔｆ、シている。

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Ｃ８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Ｃ５を制御できる。

したがって、上記圧力ＰＩが変動しても、当該制御スプ
ールＣ９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Ｍｌｆ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。

さらに、上記修正信号発生部４２には、通路１１に設け
た第２圧力検出器４６からの圧力信号Ｐ１が入力される
。

このように入力した圧力信号をもとにして、バルブ移動
速度量＝α（Ｐｔ−Ｐａｒ）を算出する。

なお、上記式において、αは移動速度に対する係数、Ｐ
ｃｒは目標圧力信号である。

上記３’　＝　ａ　（Ｐｌ−Ｐｃｒ）は、安定性補償部
４１のシ＝β（ｙ−ｙ）の信号にプラスされ、ナ＝β（
ｙ−ｙ）＋α（ＰＩ−Ｐｃｒ）を算出する。

なお、符号４７は比較器で、バルブ変位ｙがｙ≦０ａｎ
ｄ（Ｐｘ≦Ｐｃｒ）ノ関係になったとき、修正信号発生
部４２と安定性補償部４１との連絡を遮断する機能を保
持している。

つまり、上記ｙ≦０ａｎｄ（Ｐ１≦Ｐｃｒ）の関係は、
当該制御スプールＣ５が中立位置にあるときであって、
信号としては０かマイナス信号となる。

もし、上記信号がマイナスのときには、バルブ移動速度
÷がマイナスになることも考えられるが、このようにバ
ルブ移動速度量がマイナスになると、当該制御スプール
Ｃ８が移動しなくなる。そこで、中立時における当該制
御スプールＣＳがスムーズに移動しうるようにするため
に、上記比較器４７を設けたものである。

しかして、上記したように供給流量Ｑ１及び戻り通路１
３側の圧力Ｐ２によって、目標バルブ変位ｙが演算され
る。そして、この目標バルブ変位ｙをもとにしてバルブ
移動速度量がす＝β（ｙ−ｙ）として演算される。

これと同時に、通路１１側の供給圧力Ｐ１の上昇により
、α（Ｐｌ−Ｐｅｒ）の分だけバルブ移動速度が加算さ
れるので、夛；β（ｙ−ｙ）＋α（Ｐｌ　−Ｐｃｒ）という式に則
って制御され、当該制御スプールＣ８はゆっくりと移動
して目標値に達する。

そして、切換弁Ｖを急激に操作し、仮に、流量検出器４
４による流量Ｑ１を十分に計測できない場合に、当然の
こととして目標信号発生部４０から出力される目標バル
ブ変位ｙに誤差がでる。

このように目標バルブ変位ｙに誤差が生じたままだと、
通路１１側の圧力にも変化を生じるが、このときの圧力
変化に応じて修正信号発生部４２が機能するので、当該
制御スプールＣ９は安定的に作動する。

そして、この実施例では、上記α及びβを電気的に調整
すれば、その安定性を向上させることも簡単になる。

（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
度を調整し、カウンター負荷が作用したとき供給通路と
なる側の圧力と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
にもショックが発生しない。

さらに、上記目標信号発生部での演算誤差があっても、
修正信号発生部でそれを修正できるので、例えば、切換
弁を急操作しても、当該制御スプールを安定して作動さ
せられる。

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・・・比例ソレノイド、Ｃ
８・・・制御スプール、２９・・・制御部、４０・・・
目標信号発生部、４１・・・安定性補償部。

Claims

【特許請求の範囲】

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一方、上記供給通路側の圧力を検出
し、その圧力信号をもとにしてバルブ移動速度を演算す
るとともに、そのバルブ移動速度信号を、上記安定性補
償部のバルブ移動速度信号にプラスする修正信号発生部
を設けたカウンターバランス弁の制御装置。