JPS6137469B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、原動機によつて駆動される複数個の
可変変位ポンプの変位を自動的に調整するための
制御装置に関するものである。

本発明の説明に入る前に従来の技術に対する説
明を以下に行う。

原動機が供給出来る以上の馬力を要求し且つ使
用する複数個の可変変位ポンプを駆動することは
原動機にとつては普通であり得ることである。単
一の原動機に複数個の可変変位ポンプを接いだ場
合、すべてを全負荷で用いようとすると原動機の
供給し得るより多くの動力が要求されることが多
い。このような状態は建設用車両で起ることが多
く、かかる車両は、１個の原動機で２個の可変変
位（VD）ポンプを駆動し、このポンプが車両の
右側と左側を駆動し、１個のVDポンプが車両の
方向を制御し、１個のVDポンプが横桁を上げ下
げし、１個のポンプが容器を操作する等に用いら
れている。このような建設用車両の場合、原動機
が過負荷になるのですべてのVDポンプの負荷設
定を同じ割合で減少することが望ましい。このよ
うにするとポンプで制御する作用を低減するが、
どの動作も中断することがなくなる。

大部分のVDポンプでは、その可変量を一方向
にばねで押圧された制御ピストンで設定している
が、従来技術において、原動機が過負荷になり複
数個の可変変位ポンプの変位量を変えたい時に
は、制御ピストン若くはスプールに液体を送る、
これでポンプの変位量を減少させていた。しかし
すべての変位制御量が同じ設定値でない限り、制
御ピストンに働らくばねの力は一様でなく、従つ
て制御装置から加圧液体を送ると、ばねの力が最
も弱い制御ピストンが最も早く動くことにより、
その結果ポンプの変位量が異なることとなる。

本発明の目的に手動の制御入力装置と各可変変
位ポンプ中の制御スプールの間に比例変化装置を
介在させて、原動機が過負荷になると各比例変化
装置に流体圧力をかける装置と制御ピストンの間
にある比例運動量がすべてのポンプで一様な割合
で変化し、従つてすべてのポンプの変位量が同じ
割合で変化するようにした可変変位ポンプ用の制
御機構を提供することである。

本発明に係る可変変位ポンプは、原動機に接続
されたポンプの負荷に比例した圧力信号を出す該
負荷検知手断と、該圧力信号がラインを介して伝
えられ且つポンプの変位量を選択的に設定する入
力装置とから成り、該入力装置は、前記圧力信号
が原動機の過負荷を示す設定値に達した時その圧
力信号に応答して移動するピストンを有し且つ位
置制御流体モータを制御するサーボ制御弁と接続
し、該サーボ制御弁に設けらればねにより附勢さ
れた移動可能なスプールは前記ピストンに設けた
シヤフトの端部と係合し、該シヤフトに直交する
方向に設けられ手で回動しうる回転入力シヤフト
の端面に設けた直径方向のスロツトに前記シヤフ
トの端部のピンを前記ポンプの負荷に比例して移
動する前記ピストンによるピンの変位量に基づ
き、ポンプの変位量を変化させることを要旨と
し、従つて、ばねでスプールをシヤフトの上端に
下向きに押しつけ、手動入力ハンドルを回してこ
のハンドルに接続されたシヤフトを回転すると、
スプールと係合したシヤフトが動きスプールに作
用してポンプの変位量が変化し、従つてスプール
に働らくばねの力はスプールの位置が変化するに
つれ変化するようにしたものである。

次に本発明の好適実施例に基づいて詳細な説明
を行う。

第１図に示された本発明例の制御システムは一
定速度で運転されている発動機１２によつて駆動
される複数個の手動調整可能な可変変位ポンプ１
０と定容積ポンプ１１全てから成る。可変変位ポ
ンプ１０の各々は貯水槽Ｒから流体を引き出しそ
してそれを図示されていないが、水力モータのよ
うな消費機器に供給する。

本例の制御装置では、ポンプ１１は貯水槽Ｒか
ら流体を引き出し、且つ線１３および１４を介し
て並列接続された圧力補償用流量制御弁１５およ
び可調整オリフイス１６に圧力流体を通過させ
る。流量制御弁１５はポンプ１１によつて排水さ
れた固定容積の流体を設定最小量より上にある、
全てのポンプ容量に対して貯水槽Ｒに流し込むよ
うに設定されている。ポンプ１１からの圧力流体
の残部は可調整オリフイスの１６を通過して流れ
またオリフイス１６の上流に圧力信号を発生す
る。発動機１２の速度が過負荷のために低下した
時、その結果としてのポンプ１１の出力の低下は
信号としての圧力を減少させるオリフイス１６に
供給される流体の体積を減少する。同様に、過負
荷が原動機１２から除去された時、その速度の増
加はポンプ１１の出力を回復させ且つ圧力信号を
増加させる。

入力装置１７は、以下に述べるようにライン１
４を介して検知された圧力信号の変化に対応して
各ポンプ１０の変位量を変化させるためにサーボ
制御弁に効果的に接続されている。弁１５の大き
さは、ポンプ１１から吐出される大部分の流体が
弁１５を通り管路１６には小さな割合の流体しか
流れないようになつているが、その結果ポンプ出
力の変化が比較的小さくとも弁１６を通る圧力変
化が大きく装置１７に大きい圧力変化信号を生ず
る。

第２から４図までを参照すると、ポンプ１０は
容器２０を有する軸ピストン型である。容器２０
は容器肩部２６に押し突けられた外部レース２５
を有する軸受け２４のローラ２３に設置された可
回転円筒状バレル（筒部）２２を受容するキヤビ
テイ２１を有する。図示されてはいないが、容器
２０の左側の軸受け内で回転出来るように支持さ
れている駆動シヤフト２７は、容器から突出する
片端部を有し且つ原動機１２に接続されている。
駆動シヤフト２７の他端部２８はバレル２２内の
中心口径２９にスプライン結合されている。

バレル２２は各々ピストン３１を含む複数個の
平行口径３０を有する。各々のピストン３１はシ
ユー３４のソケツト３３内に受容されるボール型
ヘツド３２を有する。

シユー３４は、シユー保持アセンブリ３７によ
つて可動ロツカー・カム（揺れカム）３６に設置
された平面クリープ即ちスラスト板３５に対して
維持される。ロツカー・カム３６は、ポンプ変位
量を変化させるためのピストン制御流体モータに
よつてカム・クレードル３８上のバレル２２の回
転軸に垂直な固定軸の回りにピボツト軸受けされ
ている。ロツカー・カム３６がバレル２２の軸に
垂直な中立位置から傾斜され且つバレルが回転さ
れた時、ピストン３１は公知の方法で流体をポン
プで吸い出すために、口径３０内で往復運動す
る。

位置制御流体モータは容器２０の片端に置かれ
ており且つ両端同形のピストン４０を受容するシ
リンダ３９を含む。Ｏリング４１はピストン４０
の各端に設けられている。シリンダ３９の両端は
図示されていないが、ボルトによつて容器２０に
接合されているヘツド４２，４３によつて密閉さ
れている。

シリンダ３９、ピストン４０およびヘツド４
２，４３は流体受容室４４，４５を形成する。ピ
ストン制御流体モータは、同時に加圧流体を室４
４，４５の片方に供給しそしてシリンダ３９内の
ピストン４０を動作させるために他の室から流体
を排出することによつて動作される。

流体モータは制御アーム４７を介してロツカ
ー・カム（揺れカム）３６に接続されている。ロ
ツカー・カム３６の肩部にある口径４９はスナツ
プリング５０によつて留められている制御アーム
４７の台部（ベース）を受容するソケツトを形成
する。ピストン４０は、アーム４７のふた股状端
部５２を受容する中央の、アーチ状、切り取り断
面部５１を有する。端部５２は、ロツカー・カム
３６およびピストン４０を効果的に接続するため
のアーチ状断面部５１に近接する口径５３内に置
かれたピン４８によつて取り込まれている。

位置制御流体モータの操作は流体受容室４４，
４５への加圧流体の供給を調節するサーボ即ち追
値制御弁１８によつて制御される。第３図から６
図までを参照すると、サーボ制御弁１８はロツカ
ー・カム３６に近接して容器２０に設置された本
体５４を有する。本体５４は頂部カバー５５およ
び側板５６によつて閉鎖されている。本体５４内
にある口径５７は往復運動する従節スリーブ５８
を受容する。中空スプール５９はスリーブ５８内
の軸方向口径６０内に位置している。スプール５
９はスリーブ５８に相対して口径６０内で自由に
動作可能であり且つスリーブ５８はスプール５９
に相対して口径５７内で自由に移動可能である。

第５図に見られるように、複数個の流体室は本
体５４内に形成されている。室６１，６２は、第
２図に示されている流体通路６５，６６によつて
位置制御流体モータの流体受容室４４，４５にそ
れぞれ接続されている。室６３は水源Ｐから圧力
流体を受容する通路６７と流体が連絡しており、
また室６４は貯水槽Ｒと流体が連絡している。室
６８，６９はスリープ５８とスプール５９の相対
する端部に流体平衡力を与えるために口径７０，
７１のそれぞれを介して低圧室６４と連絡してい
る。

スリーブ５８は、室６１−６４と連絡し且つプ
ライム符号付の番号で識別される複数個の入口部
を有する。スプール５９は入口部６１′−６４′を
交互に閉塞あるいは接続する１組のランドを有す
る。

サーボ制御弁１８は、第５図に示されるように
スプール５９がスリーブ５８に相対して下方に移
動された時、第２図に見られるように、位置制御
流体モータを下方に動作させる。この位置では、
ランド７２，７３は、入口部６１′−６４′の全て
が開放され、圧力流体室６３が室６１に接続さ
れ、室６１内の圧力流体がピストン４０を下方に
移動させるためにモータ室４４に流れ込み且つ貯
水槽室５４がモータ室４５から排出される流体を
受容する室６２に接続されるような場所に置かれ
ている。

サーボ制御弁１８は、スプール５９がスリーブ
５８に相対して上方に移動された時、第２図に見
られるように、位置制御流体モータを上方に動作
させる。この位置では、ランド７２，７３は入口
部６１′−６４′の全てが開放され、圧力流体室６
３が入口部７４、口径７５および入口部７６、即
ちスプール５９内の全てを介して室６２に接続さ
れ室６２内の圧力流体がピストン４０を上方に移
動させるためにモータ室４５に流れ込み且つ貯水
槽室６４はモータ室４４から排出された流体を受
容する室６１に接続されるような場所に置かれて
いる。

サーボ制御弁１８は、ランド７２，７３が室６
１，６２およびモータ室４４，４５へのおよびそ
れらからの流体の流れを防ぐために入口部６
１′，６２′を閉塞する中立位置にスプール５９お
よびスリーブ９２がある時には不動作状態にあ
る。

ロツカー・カム３６は、スプール５９が口径６
０内のその最上部位置にある時の１方向で、ポン
プの最大変位量に対する１方向に最大傾斜されて
おり、またスプール５９が口径６０のその最下部
位置にある時の他方向で、ポンプの最大変位量に
対する他方向に最大傾斜されている。ロツカー・
カム３６は、スプール５９が口径６０の中央に置
かれている時には、垂直（ポンプ変位はない）位
置にある。

第３および４図を参照すると、サーボ弁１８は
カム３６がスプール５９による設定位置に到達す
るとスプール５９に関して中立位置にスリーブ５
８を移動するフイードバツク・リンク装置を有す
る。だぼピン７８は片端がカムに接続され且つそ
の他端はピン８１によつて制御シヤフト８０に緊
く接続されているフイードバツク・レバー７９に
ピボツト状に接続されている。シヤフト８０は軸
受け８２内に設置され且つ弁７５の本体５４に伸
長している。ヨーク８３はキー部８４によつてシ
ヤフト８０の他端に緊く接続されている。ヨーク
８３の二股に分れた部分は従節スリーブ５８の中
央部をまたいでおり、またその中の円周溝部８５
に装着されている。この配列では、カム３６のア
ーチ状の動作はスリーブ５８の軸方向の移動を与
えるためにピン７８、レバー７９、制御シヤフト
８０およびヨーク８３を介して伝達される。この
結果カム３６がスプール５９による設定位置に到
達した時、フイードバツク・リンク装置７７は、
入口部６１′，６２′が閉塞され且つモータが停止
される中立位置にスリーブ５８を移動させた。

第５から８図までは、ピストン４０およびロツ
カー・カム３６の位置を設定するためのスプール
５９の変位を上方および下方に制御し且つ原動機
１２が過負荷になつた時、ポンプ１０の変位量を
自動調整する手動操作可能な可変比率回転入力装
置１７を示している。入力装置１７は軸受け８８
に設置された回転入力シヤフト８７に接続された
手動入力ハンドル８６を含む。横方向ピストン９
１の口径９０内に設置されている垂直シヤフト８
９は片端にシヤフト８７内でスロツト９３に契合
するピン９２を有する。シヤフト８９の対向端部
９４は、スプール５９の中央口径７５内にねじ切
り装着され且つそこから突出している調整ネジ９
５と契合する。調整ネジ９５はロツク・ナツト９
６によつて適所に保持されている。

スプリング９７はスプール５９を下方にバイア
ス移動させ且つシヤフト８９の端部９４と接触し
てネジ９５を保持する。

原動機１０が過負荷になつていない通常時、ハ
ンドル８６およびシヤフト８７が回転される時、
スロツト９３の角度が変化され且つピン９２およ
びシヤフト８９は上述のように、流体モータを動
作させるスプール５９を変位させるために垂直に
移動される。ロツカー・カム３６は、スロツト９
３が水平であり且つスプール５９が口径６０内の
中央に置かれている時には、垂直（変位がない）
装置にある。

通常運転時、カム３６は、ハンドル８６および
シヤフト８７が反時計回りにピボツト軸受けされ
且つピン９２によつて契合されたスロツト９３の
端部が下向きに曲げられそれによつて第５図に示
された中央位置から下向きにスプール５９を移動
する時、一方向に変位される。

カム３６は、ハンドル８６およびシヤフト８７
が時計回りにピボツト軸受けされ且つピン９２に
よつて契合されたスロツト９３の端部が上方に曲
げられそれによつてスプール５９を中央位置から
上方に移動させる時には、他方向に変位される。

ピストン９１の水平移動によりハンドル８６の
回転移動とシヤフト８９およびスプール５９の垂
直即ち線状移動との比率が変化する。通常運転中
ピストン９１は第５図に示されるように、ストツ
プ９８に対して直角位置にあり、またピン９２は
スロツト９３の中心から出来るだけ離れた位置に
変位されている。入力ハンドル８６の移動および
シヤフト８７の対応する回転により、第５図およ
び第６図に見られるように、両方向へのシヤフト
８９およびスプール５９の垂直方向の最大変位が
生じるであろう。それ故、この位置でスプール５
９は両方の最大ポンプ変位位置に移動されること
が出来る。

原動機１０が過負荷になつた時、ピストン９１
はストツプ９８から離れた左手の位置に変位さら
れる。もし過負荷状態が継続すれば、ピストン９
１が移送され、ストツプ９８とピストン９１の片
端との間で動作するスプリング１００によつてス
トツプ９９と接触する。ピストン９１のこの位置
では、ピン９２はスロツト９３の中央に置かれま
たシヤフト８７の軸と同心になつている。この結
果入力ハンドル８６の移動およびシヤフト８７の
対応する回転があつてもシヤフト８９および５９
の変位は何ら生じないであろう。

ピストン９１がストツプ９８および９９の間に
変位された時、入力ハンドル８６およびシヤフト
８７の回転によつて、ピン９２がスロツト９３の
中心からどの程度変位されているかに従つて、最
大値より小さい範囲でシヤフト８９およびスプー
ル５９の比例状の線型変位が生じるであろう。

通常運転状態における１組の可変比率回転入力
装置の運転は第８Ａおよび８Ｂ図を参照すること
によつて理解される。

第８Ａ図は可変変位ポンプ１０Ａを全変位量に
設定した場合の装置１７のピン９２とスロツト９
３の位置１を示しまた第８Ｂ図は可変容量ポンプ
１０Ｂを半容量に設定した場合の他の装置１７の
同一のピン９２′とスロツト９３′の位置１を示
す。

通常運転状態では、ライン１９からの圧力流体
信号は入口部１０２に入ると同時に、第５図に示
されるように、スプリング１００に対向して右方
向に等距離バイアス移動させる。それ故、ピン９
２はシヤフト８７の中心Caから水平に最大距離
ａ変位され、またピン９２′はシヤフト８７′の中
心Cbから等距離変位される。ポンプ１０Ａが全
変位量1.0にまたポンプ１０Ｂが半変位量0.5にあ
る場合、ピン９２は、ピン９２′が中心Ｃ_bから変
位される。距離ｄの２倍である距離ｃだけ中心Ｃ
_aから垂直に変位される。

原動機１２が過負荷にされた時、ポンプ１０Ａ
および１０Ｂの変位量を比例状に変化するための
１組の可変比率回転入力装置１７は第８A′およ
び８B′図を参照することによつて理解される。原
動機１２が過負荷にされた時、各装置１７におけ
るピストン９１に作用する圧力流体信号はスプリ
ング１００を押えるには不充分である。

この結果、スプリング１００はポンプ変位量を
減少させるために各ピストン９１を左方に移動す
る。各ピストン９１は同一の圧力出力信号を受け
るから、それらは全て同一距離移動する。第８
A′および８B′図を参照すると、ピストン９１が
ポンプ１０Ａおよび１０Ｂの各々の中のシヤフト
８９およびピン９２，９２′を距離ｂが距離ａの
半分であるように、左側に移動したことが考察さ
れる。

ピストン９１が動作してシヤフト８９が左側に
距離ｂだけ、即ち、距離ａの半分だけ移動する
と、ピン９２は位置Caまでスロツト９３を移動
しまたピン９２′は位置Cbまでスロツト９３′を
移動する。ポンプ１０Ａの新しい変位量ｅは以下
のように計算される。

ｃ／ａ＝ｅ／ｂ；ｂ＝ａ／２，換算すると１．０／ａ
＝ｅ／ａ／２ 従つて、ｅ＝0.5 又ポンプ１０Ｂの新しい変位量ｆは同様に、 ｄ／ａ＝ｆ／ｂ；ｂ＝ａ／２，換算すると０．５／ａ
＝ｆ／ａ／２ 従つて、ｆ＝0.25 上記から、ポンプ１０Ａの変位量は1.0から0.5
に減少されまたポンプ１０Ｂの変位量は0.5から
0.25に減少されたことが理解された。

このように、ポンプ１０Ａおよび１０Ｂ両者の
変位量は0.5が1.0の50％でありまた0.25が0.5の50
％であるから、比例状に（即ち同一パーセンテイ
ジで）減少された。

上記の事から、本例の制御システムにおいて各
各の可変変位ポンプ１０の変位量は変位量の手動
設定とは関係ない同一のパーセンテイジで減少さ
れる。

これは、各可変変位ポンプ１０がサーボ制御弁
１８に接続される可変比率回転入力装置１７を有
するためである。各装置１７、原動機１２が過負
荷にされた時、同一の圧力信号を受ける。それ故
各ピストン９１は、入力装置１７の手動設定に関
係なく同一パーセンテイジによつて各ポンプ１０
の変位量を減少するのと同一量移動される。

さらに、本発明の機構ではどんなポンプ１０の
変位も何時でも手動で変更でき、また原動機１２
が過負荷になつたりあるいは過負荷が解消した場
合には全てのポンプ１０の変位量を制御システム
で自動的に調整できる。

このようにして、ポンプ変位量、即ち、動作圧
力に関係なく装置内での全てのポンプ１０に原動
機には100％有効に動作できる。

また本発明の制御機構において全てのポンプ１
０は、ポンプ１０の変位量のみが変化するので、
あらゆる時にそれらのピーク動作圧力で動作可能
である。

これにより、原動機１２が過負荷がかかつた
時、ポンプ１０は重い仕事を続行することが可能
となり、仕事をする比率のみが変更される。

即ち、本発明に係る制御機構では、特定の作業
をしているポンプの能力を害することなく、ポン
プを駆動する原動機が過負荷となつても複数個の
ポンプの変位量を同じ割合で変化させ、変位量を
一定にできるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を組み込んだ調水装置の概念図
第２図は変位量変化機構の詳細を示す第１図に示
された手動調整可能な可変変位ポンプの１つの部
分断面図、第３図は第２図の３−３線上の断面図
第４図は第２図に示された変位量変化機構を示す
図、第５図はサーボ弁を接続するサーボ弁フイー
ドバツクリンク装置の拡大断面図、第６図は第５
図の６−６線上の部分断面図、第７図は第５と６
図の可変比率回転式入力装置の１部の拡大斜視図
第８Ａから８B′図までは可変比率回転式入力装置
の操作を示す図である。 １０……可変変位ポンプ、１１……定容積ポン
プ、１２……発動機、１５……流量制御弁、１６
……可調整オリフイス、１７……入力装置、１８
……追値制御弁、２０……容器、２１……キヤビ
テイ、２２……可回転バレル、２３……ローラ、
２４……軸受け、２５……外部レース、２７……
駆動シヤフト、２９……中心口径、３０……平行
口径、３１……ピストン、３２……ボール型ヘツ
ド、３３……ソケツト、３４……シユー、３５…
…スラスト板、３６……ロツカー・カム、３７…
…シユー保持アセンブリ、３８……カム・クレー
ドル、３９……シリンダ、４０……ピストン、４
１……Ｏ・リング、４２，４３……ヘツド、４
４，４５……流体受容室、４７……制御アーム、
５０……スナツプ・リング、５４……本体、５５
……頂部カバー、５８……従節スリーブ、５９…
…中空スプール、６５，６６……流体通路、７
２，７３……ランド、７８……だぼピン、７９…
…フイード・バツク・レバー、８０……制御シヤ
フト、８１……ピン、８３……ヨーク、８４……
キー部、８５……円周溝部、８６……手動入力ハ
ンドル、８７……回転入力シヤフト、８９……垂
直シヤフト、９２……ピン、９３……スロツト、
９５……調整ネジ、９６……ロツク・ナツト、９
８……ストツプ、１００……スプリング。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 原動機、該原動機によつて駆動される複数個
   の独立した可調整可変変位ポンプ、各ポンプの変
   位量を選択的に変える独立した制御装置とを含む
   可変変位ポンプ用の制御機構において、原動機１
   ２に接続されたポンプ１１の負荷に比例した圧力
   信号を出す負荷検知手段１６と、該圧力信号がラ
   イン１４，１９を介して伝えられ且つポンプ１０
   の変位量を選択的に設定する入力装置１７とから
   成り、該入力装置１７は前記圧力信号が原動機の
   過負荷を示す設定値に達した時その圧力信号に応
   答して移動するピストン９１を有し、且つ位置制
   御流体モータを制御するサーボ制御弁１８と接続
   し、該サーボ制御弁内に設けらればね９７により
   附勢された移動可能なスプール５９は前記ピスト
   ンに設けたシヤフト８９の端部９４と係合し、該
   シヤフト８９に直交する方向に設けられ手で回動
   しうる回転入力シヤフト８７の端面に設けた直径
   方向のスロツト９３に前記シヤフトの端部のピン
   ９２を嵌合させ、前記ポンプ１１の負荷に比例し
   て移動する前記ピストン９１によるピン９２の変
   位量に基づき、ポンプの変位量を変化させること
   を特徴とする可変変位ポンプ用制御機構。