JPS6213543B2

JPS6213543B2 -

Info

Publication number: JPS6213543B2
Application number: JP2118582A
Authority: JP
Inventors: Michio Suzuki
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1982-02-15
Filing date: 1982-02-15
Publication date: 1987-03-27
Also published as: JPS58142063A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、可変ポンプと可変モータを閉回路で
結合して外部からの指令を並列にポンプとモータ
のレギユレータに伝え、その指令の大きさと負荷
の大きさに応じてモータの出力が一定となるよう
にモータの回転速度を制御する液圧駆動制御装置
に関するもので、舶用デツキクレーン、ジブクレ
ーン、クローラクレーン等の巻上および旋回駆
動、リクレーマ等のバケツトホイール駆動、油圧
シヨベル、トラクタ、運搬台車、自動車等の走行
駆動、その他、多くの分野で利用することができ
るものである。

従来の巻上用液圧回路は、たとえば、第１図な
いし第３図に示すようなものである。

第１図に示す方式は、固定ポンプ６１と固定モ
ータ６２を開回路で結合し、発信部６３の操作レ
バー６４からの指令により受信部６５を経て切換
弁６６を絞り制御して巻上げおよび巻下げの速度
制御を行なうバルブコントロール方式であるが、
最大の欠点は荷重６８を吊下げているドラム６９
の巻下時のエネルギーを圧力制御弁６７の絞り制
御により全て熱エネルギーに変換してしまうこと
である。

第２図のは第１図の方式の欠点を除去するた
め、可変ポンプ７０と固定モータ６２を閉回路で
結合し、操作レバー６４による外部からの指令に
よりポンプレギユレータからなる受信部７１を経
て可変ポンプ７０の傾転角を変えてポンプ７０の
吐出量を変化させ、巻上げおよび巻下げの速度制
御を行なうポンプコントロール方式であるが、固
定モータ６２を使用しているため、可変モータ方
式に比較して２倍以上のポンプ容量が必要とな
り、そのために油圧システムが高価となる。

第３図は可変ポンプ７０と可変モータ７２を閉
回路で結合し、可変ポンプ７０は外部指令により
第２図の方式と同様に傾転角制御を行なうが、可
変モータ７２の傾転角は外部指令に関係なく、作
動圧力（モータレギユレータ７３へのパイロツト
配管７４内の圧力は自己圧力）に比例して自動的
に変化するため、実際の荷役作業で発生する荷重
宙吊停止のような場合には、荷重６８はブレーキ
でホールドされているため、荷重６８に対応する
作動圧力が発生せず、したがつて、モータ７２の
傾転角は作動圧力の低下によつて自動的に減少し
てしまう。このような状態からブレーキを開放
し、荷重６８を巻上げ始めようとすると、モータ
７２の傾転角は前述のとおり荷重６８に対応した
傾転角、換言すれば、荷重６８に対応した出力ト
ルクとなつていないため、急激に作動圧力が上昇
し、これに応答しようとする。そのために荷重６
８にシヨツクを与え、危険である。このように、
作動圧力の低下による不具合現象を未然に防止す
る目的で、この種の回路では、アキユームレータ
を高圧側に設けて置き、荷重巻上時に発生する作
動圧力を一時的にチヤージしておく方法が講じら
れうるが、長時間にわたつて荷重を宙吊停止する
場合などは、アキユームレータ容量に限度がある
ので、本質的に安全でない。また前述のように、
モータ７２の傾転角はオペレータのレバー操作な
どにより発せられる外部指令に関係なく、作動圧
力に比例して自動的に変化するため、負荷状態に
よつては、ポンプ７０とモータ７２の傾転が重な
る場合があり、このために制御が不安定となり易
い。

本発明は、前述のような欠点を解消するために
なされたもので、負荷にシヨツクを与えることな
く、安定した作業ができ、しかも、能率が向上
し、かつ、自動化が容易で、省エネルギー化およ
び小型化を図れる液圧駆動制御装置を提供するこ
とを目的とするものである。

このため、本発明は、可変ポンプと可変モータ
を閉回路で結合し、外部からの指令により可変ポ
ンプと可変モータの傾転角を並列に制御する制御
回路を有する液圧回路において、その指令の大き
さに比例して傾転が常に最大位置から変位するよ
うにする可変モータのレギユレータバルブと、常
に零位置から変位するようにする可変ポンプのレ
ギユレータバルブとを備え、可変モータを常に低
速大トルクの状態から起動するようにし、かつ、
可変ポンプと可変モータの傾転をそれぞれ互いに
一方が最大のときに他方が行なうように、レギユ
レータバルブにより、指令の大きさと傾転角の間
の特性を定め、さらに、負荷の大きさに応じて可
変モータへの指令の大きさを制限するリミツタを
設けることにより、可変モータの出力が一定とな
るように回転速度の大きさを制限することを可能
とし、外部指令の大きさにより制御することを特
徴としている。

以下、本発明の一実施例について、第４図ない
し第６図を参照しながら説明する。

第４図は本発明の一実施例の構成を示した説明
図である。

第４図にみられる１は可変ポンプ、２は可変モ
ータで、該ポンプ１とモータ２を配管３および４
で閉回路を構成している。そして、可変モータ２
の出力軸６に巻上ドラム５が連結されており、ワ
イヤ１６を介して荷重１７が負荷されている。２
０は前記モータ２の傾転角αを制御するレギユレ
ータで、後述する発信部であるリモートコントロ
ールバルブ３０からのパイロツト圧力（指令）を
入力するポート２１と、シヤトル弁７および配管
８を通つて作動圧力を入力するポート２２と、該
モータ２のレギユレータバルブ２３とを有し、こ
のバルブ２３はポート２１からのパイロツト圧力
がp₁以上に高められると作動するように、ばね２
４で調整されている。４０は前記ポンプ１の傾転
角βを制御するレギユレータで、前記レギユレー
タ２０と同様に、パイロツト圧力（指令）を入力
するポート４１と、これと対向状に作用するポー
ト４２と、該ポンプ１のレギユレータバルブ４３
とを有し、このバルブ４３は両例のばね４４によ
りバランスし、同図のように、中央位置にある
が、ポート４１あるいは４２からのパイロツト圧
力がp₀（p₀＜p₁）以上になると、作動するように
調整されている。なお４５はヘツド側室、４６は
ロツド側室である。前記バルブ３０は操作レバー
３５の操作（巻上方向３６あるいは巻下方向３７
への操作）により減圧弁３３あるいは３４を作動
させ、操作角に比例してパイロツト圧（指令）を
高め、ポート３１あるいは３２から出力する。９
はパイロツトポンプ、１０はリリーフ弁で、最大
パイロツト圧力ｐ_Lを設定する。５０は前記モー
タ２のレギユレータバルブ２３を制御するパイロ
ツト圧力の大きさを制限するリミツタで、パイロ
ツト圧の入力ポート５１と、作動圧力の入力ポー
ト５２と、リミツタバルブ５３と、バルブばね５
４とを有している。その他、１１，１２，１３は
パイロツト配管、１４はシヤトル弁、１５はタン
ク、１８は前記ポンプ９の吐出管である。

第４図に示すように構成された液圧駆動制御装
置においては、次のような作用をする。

(1) 停止時操作レバー３５を図示のごとく中立位置にお
くと、減圧弁３３と３４によつてパイロツトポ
ンプ９からの吐出管１８がブロツクされている
ため、吐出管１８の油圧はリリーフ弁１０の設
定圧力ｐ_Lとなつている。またパイロツト配管
１１と１２はタンク１５に通じているため、各
パイロツト配管１１と１２と１３はタンク圧力
となつている。したがつて、可変ポンプ１のレ
ギユレータバルブ４３は、ばねバランスによ
り、図示のごとく中央位置（これをＡ位置とい
う）でシリンダポートをブロツクし、該ポンプ
１の傾転角βを零位置に保つているので、該ポ
ンプ１は原動機（図示せず）によつて回転され
ているが吐出量は零である。一方、前記モータ
２のレギユレータバルブ２３は、ばね２４の反
力によつてＡ位置でシリンダのヘツド側室をタ
ンク１５に通じさせているため、ピストンはば
ね２４の反力で右方向に押され、該モータ２の
傾転角αを最大位置にしている。図示されてい
ないが、一般に閉回路の場合は、作動油のフラ
ツシングとブースト圧力をかける目的で、別途
に小容量のブーストポンプを設け、主回路を構
成している配管３と４に予圧を与えながら作動
油の循環を行なつているため、この予圧がシヤ
トル弁７と配管８を通つてシリンダのピストン
ロツド側に作用し、ばね２４の反力に加算して
ピストンを右方向に押し、可変モータ２の傾転
角αを最大位置に保持している。また該モータ
２の停止時は主回路を構成している配管３と４
の圧力は低く、パイロツト配管１３の圧力もタ
ンク圧となつているので、リミツタバルブ５３
は、ばね５４によつて上方向に押され、パイロ
ツト配管１３から分岐してタンク１５に通じる
回路を図示のごとくブロツクしている。なお荷
重１７を宙吊状態でブレーキをかけて停止して
いる場合も前述と同様である。

(2) 起動時操作レバー３５を巻上方向（図では右方向）
に操作すると、吐出管１８とパイロツト配管１
２が減圧弁３３の作動によつて絞られて連通
し、パイロツト配管１２にパイロツト圧力が発
生し、可変ポンプ１のレギユレータ４０のポー
ト４２とシヤトル弁１４を経て可変モータ２の
レギユレータ２０のポート２１とリミツタ５０
のポート５１へ同時に並列に伝えられる。パイ
ロツト配管１１の圧力はタンク圧である。パイ
ロツト配管１２のパイロツト圧力は操作レバー
３５の操作角に比例して昇圧され、圧力がp₀以
上になると、その分だけレギユレータバルブ４
３を右方向に変位させ、サーボ圧力（この実施
例ではパイロツトポンプ９はサーボポンプも兼
ねている）をシリンダヘツド側室４５とシリン
ダロツド側室４６に導き、ピストンを左方向に
バルブ４３の変位に比例した分だけストローク
させ、可変ポンプ１を傾転させ、油を配管３に
吐出し、可変モータ２を巻上方向に回転させ
る。一方、可変モータ２の傾転角はパイロツト
圧力がp₁（p₀＜p₁）に高まるまで最大傾転を保
つているので、この間の該モータ２の回転速度
は該ポンプ１の傾転角変位による流量の大きさ
によつて決まる。ただし、これはポンプの回転
数が一定の場合である。以上のように、可変モ
ータ２の起動は低速大トルクで常に行なわれる
ので、シヨツクがなく、安全である。また操作
レバー３５を巻下方向（図では左方向）に操作
した場合は、減圧弁３４の作動によつて、同様
にパイロツト配管１１にパイロツト圧力が発生
し、可変ポンプ１は逆の方向に傾転し、油を配
管４に吐出し、可変モータ２を巻下方向に回転
させる。

(3) 巻上時操作レバー３５の操作角を巻上方向に更に大
きくしてパイロツト圧力を高め、p₁に到達する
と、可変ポンプ１は最大傾転に達し、最大油量
を吐出し、可変モータ２は最大傾転から傾転角
αを減少し始める。パイロツト圧力がp₁からｐ
_Lに昇圧する間は、該ポンプ１は最大傾転と最
大吐出量を維持し、該モータ２の傾転角のみが
最大から最小に変化して高速回転となる。この
過程で荷重１７の大きさに応じてリミツタ５０
が作動してパイロツト圧力を制限し、後述する
第５図に示すように、可変モータ２の傾転角変
位による回転速度の大きさを制限する。すなわ
ち、第５図において、パイロツト圧力の変化
（p₀＜p₁＜p₂＜p₃＜ｐ_L）に対する可変モータ２
の傾転角の変化は、重荷重の場合はａ→ｂ→
b′、中荷重の場合はａ→ｂ→ｃ→c′、軽荷重の
場合はａ→ｂ→ｃ→ｄ→d′のごとくなり、荷重
１７の大きさに応じて可変モータ２の出力が一
定となるように回転速度の大きさを制御（後述
する第６図参照）する。これは荷重１７の大き
さに対応した作動圧力がシヤトル弁７と配管８
を経てリミツタバルブ５３に作用し、作動圧力
が大きい場合（重荷重の場合）はばね５４を弱
めてリミツタ５０のセツト圧力を下げる方向に
働き、反対に作動圧力が小さい場合（軽荷重の
場合）はばね５４を強め、リミツタ５０のセツ
ト圧力を上げる方向に働くためである。

(4) 巻下時操作レバー３５を巻下方向に操作すると、パ
イロツト配管１１にパイロツト圧力が発生し、
可変ポンプ１を巻上時と逆の方向に傾転させ、
油を配管４に吐出するが、荷重１７を巻下げる
場合は、荷重１７によつて可変モータ２は回転
させられることにより、ポンピング作用で荷重
１７に対応した圧力が配管３側に発生し、これ
によつて可変ポンプ１がモータのごとく回転さ
せられるため、該ポンプ１を電動機で駆動して
いる場合は、その電動機が発電機となつて巻下
エネルギーを有効に動力として回収してくれる
ことになる。これ以外は巻上時とほぼ同じよう
に作用する。

第５図は横軸にパイロツト圧力をとり、縦軸
に可変モータの傾転角αと可変ポンプの傾転角
βをとつたもので、このうち、傾転角αの最大
と最小は可変モータの型式および仕様によつて
決まる値であるが、その間の傾転角αは負荷の
大きさによつて決まるもので、任意である。ま
た第６図は横軸に可変モータ２で巻上げまたは
巻下げられる荷重１７の大きさをとり、縦軸に
その速度をとつて、出力一定限度のカーブを示
したものであり、この出力範囲内で操作指令の
大きさに応じて、任意の速度制御ができる。な
お第５図のａ，ｂ，ｃ，ｄと第６図のそれらは
対応している。

なお上記実施例では、細部にわたる制御回路
についても、すべて液圧制御方式によるものを
説明したが、前記可変ポンプ１のレギユレータ
バルブ４３と可変モータ２のレギユレータバル
ブ２３を電気・液圧制御弁に、シヤトル弁７を
圧力センサなどの電気・液圧変換器に、リミツ
タ５０を電子演算部に、発信部のリモートコン
トロールバルブ３０をポテンシヨメータあるい
はパルスゼネレータなどの電気信号発信部に、
パイロツト配管１１，１２，１３を電気信号回
路とすることにより、電気・液圧制御方式で駆
動させるようにしてもよい。

以上の説明で明らかなように、本発明によれ
ば、負荷の大きさに関係なく、常に可変モータは
最大傾転から、可変ポンプは零位置から起動する
ので、低速大トルクからスタートが可能であり、
負荷にシヨツクを与えないので、安定した作業が
でき、しかも、可変モータの出力が一定となるよ
うに負荷の大きさに対応した可変モータの回転数
に外部指令の大きさを制限して制御するため、軽
負荷の場合などに原動機出力を有効に利用して高
速化ができ、能率の向上を図ることができ、また
外部指令による可変モータと可変ポンプの両傾転
角制御を電子方式か、あるいは電子と油圧の併用
方式への変換が容易であるため、自動化が容易で
あるうえ、可変ポンプと可変モータの閉回路構成
により、巻下エネルギーを有効に動力回収するこ
とも可能である。また可変モータの有効利用によ
り、可変ポンプの小型化とシステムの軽量化を図
ることができ、しかも、１つの操作レバーからの
指令により、可変ポンプの傾転角と可変モータの
傾転角をそれぞれ互いに一方が最大のときに他方
が行なう方法で制御することにより、制御系が安
定する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の巻上用液圧回路の１つの例を示
した説明図、第２図は同じくもう１つの例を示し
た説明図、第３図は同じくさらにもう１つの例を
示した説明図、第４図は本発明の一実施例を示し
た説明図、第５図はパイロツト圧力と傾転角の関
係を示した説明図、第６図は荷重と速度の関係を
示した説明図である。１……可変ポンプ、２……可変モータ、１７…
…荷重、２０……可変モータの傾転角を制御する
レギユレータ、２３……レギユレータバルブ、３
０……リモートコントロールバルブ、３５……操
作レバー、４０……可変ポンプの傾転角を制御す
るレギユレータ、４３……レギユレータバルブ、
５０……リミツタ。

Claims

【特許請求の範囲】

１可変ポンプと可変モータを閉回路で結合し、
外部からの指令により可変ポンプの傾転角と可変
モータの傾転角とを並列に制御する制御回路を有
する液圧回路において、前記閉回路の高圧力を導
入して可変モータを常に低速大トルクの状態から
起動可能にするとともに前記指令の大きさに比例
して可変モータの傾転を常に最大位置から変位さ
せるレギユレータバルブを有する可変モータレギ
ユレータと、可変モータの傾転と可変ポンプの傾
転をそれぞれ互いに一方が最大のときに他方が行
なうようにするとともに可変ポンプを常に零の位
置から変位させるレギユレータバルブを有する可
変ポンプレギユレータと、負荷の大きさに応じて
可変モータへの指令の大きさを制限するとともに
可変モータの回転速度を制限させて可変モータの
出力を一定にさせるリミツタとを備えていること
を特徴とする、液圧駆動制御装置。