JPS6272903A - 圧力補償付流量制御システム - 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】 ［発明の属する技術分野］ 本発明は圧力補償性ｙｉ賃制御システムに係り、特にア
クチュエータの動作中負荷方向が反転しても正常な圧力
補償が行なえると共に動力損失を低減したシステムにｍ
する。

流量制御弁を用いてアクチュエータを制御する回路はメ
ータイン方式Φブリードオフ方式に大別されるが、いず
れの方式も負荷圧力や供給圧力が変動するとその影響を
受けて制御流ｔは変動する。この圧力補償の基本は第７
図および第８図に示すように一定差圧形の減圧弁１１或
いはリリーフ弁１２を使用し、そのバイロントを制御絞
り弁１３の前後に接続することにより制御絞り、Ｉｐ１
３を通過する流量は圧力の影響を受けることなく開度に
比例する。ここで制御絞すゴｒ１３の前後の圧力をＰｌ
およびＰ２とすると、 ＰＬ−Ｐ２＝Ｆ／Ａ・・・・・・（１）ただしＦは減圧
弁１１およびリリーフブ「１２のスプリング力でありＡ
はそのプランジャ径である。

［従来技術］ 一定差圧形の減圧弁を使用した圧力補償システムの従来
の一例を第９図により述べる。図はアクチュエータが２
１および２１Ａとして２個ある形式を示しており、アク
チュエータの他の機器への接続は両名間−故−側のアク
チュエータ２１について述べる。

アクチュエータ２１の一側室は電磁比例方向流量制御弁
（以下中に制御弁という）２２とこれに直列の一定差圧
形減圧弁（以下単に減圧弁という）１１とを介してポン
プ２３に接続され、アクチュエータ２１の他側室は制御
弁２２を介してタンク２４に接続され、またポンプ２３
は一定差圧形リリーフ弁（以ド中にリリーフ弁という）
２５によりタンク２４に接続されている。制御弁２２の
出力ポートはそれぞれ逆止弁２６および２７により減圧
弁１１の外部パイロット回路に接続され、この外部パイ
ロット回路は逆止弁２８を介してリリーフ弁２５の外部
パイロット回路に接続されている。

前述した第９図の動作を述へる。図示の状態では２個の
制御弁２２はいずれも中立であるためポンプ２３の吐出
油はリリーフ弁２５を通ってタンク２４に戻されている
。ここで右側の制御弁２２を右室に切り苔えるとポンプ
２３の圧油は減圧弁１１から制御弁２２を通ってアクチ
ュエータ２１の右室に流入し、ピストン２１Ａは左進す
ると共にアクチュエータ２１の左室の油は制御弁２２か
らタンク２４に戻されている。このとき減圧弁１１の外
部パイロット回路には制御弁２２の出力ポートから逆止
弁２７を介して接続されており、これは前述した第７図
に巾に逆止弁を加えたものであり、従って第７図と同様
に第９図においても制御弁２２を通過する流量は圧力の
影響を受けることなくその開度に比例する。

２個のアクチュエータ２１および２１Ａに作用している
圧油は、その高圧側を逆止弁２８を介してリリーフ弁２
５の外部パイロット回路にフィードバックしており、ポ
ンプ２３の吐出圧力をリリーフ弁２５内のスプリング力
によって決まるアクチュエータ最高圧力よりや−高い圧
力に保持する。従ってアクチュエータ２１および２１Ａ
は常にメータイン方式の流量制御であって、減圧弁１１
の作用により制御ｊｐ２２の供給側通路で形成する絞り
前後の差圧を一定の保つことにより圧力補償を行ってい
る 第１０図は負荷が常に一定方向に加わるアクチュエータ
における圧力補償システムの一例であり、アクチェータ
３１および３１Ａは下向きの負荷３２および３２Ａを受
けている。９図と同様に一側のアクチュエータ３１につ
いて述べる。アクチュエータ３１の下側油室は一対の逆
ＩＦ弁３３および３４ｊこ接続され、逆１に弁３３およ
び３４の反接続側は直列に接続した一定差圧形減圧弁（
以下単に減圧弁という）１１と電磁比例流、′□１、調
整弁（以下単に調整ｊｒという）３５に接続されると共
に、逆止弁３６および３７を介して′重心切換弁３８の
−・側出力ポートに接続されている。なお減圧弁１１の
外部パイロット回路は制御弁３５の排出側に接続されて
いる。アクチュエータ３１の上側油室は電磁切換ブ「３
８の他側出力ポートに接続されている。

ポンプ２３の吸込管路はタンク２４に浸漬され、その吐
出管路は一定差圧形リリーフ弁（以下単にリリーフ弁と
いう）２５に接続されると共に電磁切換弁３８の入力ポ
ートに接続されている。

電磁切換弁３８の排出ポートはタンク２４に接続されそ
のパイロット回路は逆止弁３９を介してリリーフ弁２５
の外部パイロット回路に接続されている。

前述した第１０図の動作を述べる。図示の状態のとき電
磁切換弁３８はいずれも中立故ポンプ２３の吐出油は全
量がリリーフ弁２５によりリリーフされている。ここで
右側の電磁切換弁３８を左室に切換るとポンプ２３の圧
油は電磁切替弁３８から逆上弁３７・減圧弁１１・調整
弁３５・逆上弁３３を通ってアクチュエータ３１の下側
油室に流入して負荷３２を上昇させる。アクチェータ３
１の上側油室から排出した油は電磁切換弁３８を通っで
タンクｚ４に戻る。

電磁切換弁３８を右室に切換えると、ポンプ２３の圧油
は電磁切換弁３８から７クチユエータ３１の上側油室に
流入しアクチュエータ３１の下側油室から排出した油は
、逆上弁３４・減圧弁１１−調整弁３５・逆上弁３６会
電磁切換弁３８を通ってタンク２４に戻りこの結果負荷
３２は下降する。負荷３２の上昇および下降のいずれの
ときも油は減圧弁１１から絞り効果を有する調整ブｒ３
５を通りその関係は前述した第７図と同様であるため絞
り前後の差圧を一定に保つことにより圧力補償を行って
いる。

リリーフ弁２５の外部パイロット回路に２個の減圧弁１
１のうち高い方の圧油を電磁切換弁３８と逆上弁３９と
を介してフィードバックしているため、ポンプ２３の吐
出圧力は各アクチェータ３１および３１Ａの供給側圧油
のうち高圧側よりやや高い圧力に保持されている。なお
、このシステムは負荷３２の上昇時はメータイン方式で
あるが下降時はメータアウト方式である。

前述した２つのシステムでも圧力補償は可能であるが、
第９図の方式はメータアウト方式が可能であるにもかか
わらずメータイン方式になっているため、吐出圧力は高
くなり動力損失が大きい。

他方第１０図の方式は負荷３２の下降時はメータアウト
方式であるため、ポンプ吐出圧力は低圧を維持され動力
損失を低減する効果がある。しかしながら負荷３２の上
昇中に負荷方向が上向負荷に反転すると、調整弁３５は
適＋Ｈな圧力差を保てなくなり圧力補償ａ能がなくなる
。

さらに両システムともアクチュエータは個々に減圧弁を
必要とするため回路は構成部品が多く複雑である。

［発明の要点］ 本発明の圧力補償付流量制御システムは、アクチュエー
タの動作方向および流量を設定するため操作機に応じた
弁開度を有する比例弁と、比例弁の入口圧力を調整する
比例式バイパス弁と、比例弁の入力ポート圧力・排出ポ
ート圧力ならびにアクチュエータへの各出力ポート圧力
を検出する圧力センサと、圧力センサの信号およびアク
チュエータの流量指令から比例弁および比例式バイパス
弁の開度を計算すると共に比例弁および比例式／ヘイバ
ス弁の操作信号に変換するための電気制御回路とからな
ることを特徴にしている。

［発明の実施例］ 以下本発明の一実施例を示した第一図について説明する
。第１図、（ａ）もアクチュエータを２台制御する例で
ある。アクチュエータ５１および５２のそれぞれの油室
は比例弁５３および５４の出力ポートに接続され、かつ
その接続部の圧力Ｐｎ　ないしＰｏ　を検出するための
圧力センサ５５ないし５８が接続部に取付けである。な
お比例弁５３等は電気信号により操作されるセンタクロ
ーズド３位２７４ポート方向ｍ　着＋ｉｉＪ整弁であっ
て、一般のサーボ弁やディジタル構成るいはロジック複
合弁簿も利用可能である。

ポンプ２３の吸込管路はタンク２４に浸漬され、その吐
出管路は比例弁５３等の入口圧力調整機構である比例式
バイパス弁５９に接続されると共に回路圧力を制限する
安全弁６０が取付けである。比例式バイパス弁５９は電
気信号で操作される弁であり、操作量ゼロのとき中立状
態であって開度は最大になりポンプ２３の吐出油は全量
がほとんど無負荷でタンク２４に戻され、操作量の増加
にともない開度は減少し最大操作時は閉出状態になる。

またポンプ２３の吐出管路とタンク２４への戻り管路に
は、ポンプ２３の吐出圧力Ｐｏ戻り油路圧力ＰＲとを検
出する圧力センサー６１と６２が接続されている。

第１図（ｂ）は第１図（ａ）の′市気制御回路図である
。圧力センサー５５ないし５８ならびに６１−６２のア
ナグロ信号は制御回路６５内のＡ／Ｄ変換器６６により
ディジタル信号に変換された後マイコン６７により処理
される。マイコン６７からのディジタル信号はＤ／Ａ変
換６８によりアナグロ信号に変換され次いで増１［Ｊ蔦
６９により増［１」された後比例式バイパスｊｆ　５９
と比例弁５３・５４に供給される。

ここでマイコン６７が比例弁５３・５４の操作量を計算
する方法を説明する。

メータイン方式において、比例弁５３φ５４の供給側絞
り前後の圧力差は比例式バイパス弁５９により設定値に
維持されている。従って設定圧力差における比例弁５３
・５４の絞りの流量特性から操作量を計算する。

設定圧力差における操作ｆｍＱとの関係は第２図に示す
通りであって、ＮとＱとの間には次の（２）式が成立す
るためＱに指令流を代入すれば操作量Ｎは算出可能であ
る。

Ｎ＝　ａ　ＩＩＱ＋　ｂ・・−（２） ただしａｂは共に定数 ＮとＱとの関係は制御絞りの形状で決まり、直線近似か
ら２次曲線或はその組合せで近似されるもの７様々であ
るが本実施例では直線近似として説明する。

メータアウト方式において、まづ絞り前後の圧力差ΔＰ
と設定圧力差ΔＰＳとの比を求め指令流、１７）　ＱＲ
を設定圧力差ΔＰＳにおける流ｕＱに次の（３）式で換
算する。

Ｑ＝　　−ｈＰｓ／−ｈＰ　　−ＱＲ−−（３）ついで
に述した式（２）を使用して操作％Ｎを算出する。

続いて第３図に示すフローチャートに従って各要素の機
能を説明する。ステップｌでは各アクチュエータ５１・
５２の流量および通油方向の指令値をマイコン６７に読
み込む、指令を恨える方法としては上位のコンピュータ
から指令する方法やディジタルスイッチ成るいは操作レ
バーにより直接指令する方法がある。

ステップ２では各アクチュエータ５１−５２への指令の
有無を調べ全てゼロのとき比例弁５３・５４と比例式バ
イパス弁５９の操作量もゼロで、ポンプ２３の吐出油は
全て比例式バイパス弁５９を通ってタンク２４に戻され
ている。このときポンプ２３の吐出圧力Ｐｐ　　（比例
弁５３・５４人口圧力に等しい）は戻り油路圧力Ｐｔ＋
にほぼ等しくポンプ２３は殆ど無負荷で運転している。

また比例弁５３・５４は中立位置にあるためアクチュエ
ータ５１・５２は停止しておりその圧力ＰＡ　−ＰＢ　
・ｐｃ−ｐｏはそれぞれアクチュエータ５１−５２の保
持している負荷圧である。

指令がゼロでない場合はステップ３に進む。圧力Ｐｐ　
ＰｌｔならびにｉＲ，ｍ指令のケえられたアクチェータ
５１・５２の負荷圧を圧力センサ５５ないし５８により
計１！ＩＩＩする。次に通油方向と計測した負荷圧力と
からアクチュエータ５１・５２の供給側最高圧力を選択
する。ここで例えばアクチュエータ５１−５２の流量指
令は共に５０％であり、通油方向は比例弁５３・５４が
いずれも左室即ちアクチュエータ５１Φ５２のピストン
は右進、負荷圧力の大きさはＦＡ　＞　ＰＢ　＞　ＰＣ
＞ＦＤ　とすると供給側最高負荷圧力はアクチュエータ
５１のＰ八になる。

ステップ４では比例式バイパス弁５９の操作：ＩＹを計
算する。ポンプ２３の吐出圧力ＰＰ　と供給側最高負荷
圧力ＦＡ　との差をΔＰとし、１没定圧カΔＰＳ　との
差（ΔＰ−ΔＰＳ　）をマイコン６７により積分し比例
式バイパス弁５９の操作量にする。なお（ΔＰ−ΔＰｓ
　）がゼロになると比例式バイパス弁５９はその開度を
保持する。

ステップ５では供給側最高負荷圧になるアクチュエータ
５１の供給側と排出側との負荷圧を比較し、供給側の高
い時は前述したメータイン方式の計算法によりまた排出
側の高いときは前述したメータアウト方式の計算法によ
り比例弁５３の操作量を計算する。なおこのステップで
はアクチュエータの一側にのみ指令があるとする。

ステップ６では他のアクチュエータ５２への指令の有無
を調べ指令のないときは比例弁５３と比例式バイパス弁
５９への操作端を出力した後ステップｌに戻る。

他のアクチュエータ５２の指令のあるときはステップ７
に進む。ここではステップ５と同様にアクチュエータ５
２の供給側と排出側との負荷圧を比較し、メータイン方
式或いはメータアウト方式の計算法により比例弁５４の
操作量を計算しステップ６に進む０本実施例ではアクチ
ュエータは５１および５２の２台であるため他の指令は
なくそれぞれの比例弁に操作量を出力した後ステップ１
に戻る。

アクチュエータが３台以上の場合も同一フローチャート
であってアクチュエータの数だけステップ６と７とを繰
り返す。

第４図は比例弁５３等の入口圧力調整機構として可変ポ
ンプ７１を使用した例で、可変ポンプ７１は第１図（ｂ
）の増巾器６９に接続されまた比例式バイパス弁５９は
当然不要になる。また機構および動作は上記以外は第１
図（ａ）と同等であり、フローチャートは第３図と同−
故詳しい説明は省略する。

流量制御回路において油温の変化が激しいときは温度補
償が必要であって、前述した実施例では制御回路にマイ
コンを使用しているため温度センサを追加すれば温度補
償は容易に実現する。即ち第５図に示すように油温の代
表値としてタンク２４の油温を温度センサ７６により検
出する。

第６図は第５図に示した実施例のフローチャートである
。ステップ３においてアクチュエータ各部の負荷圧力と
同時に油温を検出する。そしてステップ５と７とにおけ
る比例弁操作量の計算は温度補正を考慮した次の（４）
式を使用する。

Ｎ＝ａｔ　＊Ｑ＋ｂ ここで ａｔ　＝　　（ｃ　　ｅ　　ｔ　／ｌ　　ｏ＋ｄ）−ａ
Ｏ−（４）ただしｔｏ　二基や温度 ｔ　　：タンク油温 ａｏ　　二基型温度における係数 ａｔ　　：温度補正後の係数 ｃ、ｄ：定数 従来温度変化の大きい場合は制御絞りに簿刃オリフィス
を使用したり、或いは熱膨張の異なる金属を組合せる等
の方法で対応していたが、前者の方式は補償精度が十分
でなく、後者の方式は構造が複雑でコストが高く、かつ
高圧弁には不向きである等の欠点を有していた０本発明
はマイコンで制御しているため充分な補償精度を得るこ
とが可能である。さ°らに精度を高めるには使用する流
体比例弁の温度特性を充分に把握すると共に温度センサ
を比例弁の制御絞りの近くに設首する等の対応をすれば
よい。

［発明の効果］ 本発明の圧力補償付流量制御システムは以上説明したよ
うに、アクチェータの供給側と排出側の負荷圧を圧力セ
ンサにより検出しこれをマイコンで比較計算することに
より、絞り機能を有する比例弁の操作量を算出してこの
比例弁によりアクチェータへ適量の圧油を供給すると共
に、ポンプ吐出圧力と供給側最高負荷圧力との差をマイ
コンで計算することにより、比例弁圧力調整機構である
比例式バイパス弁を調整するようにした。これにより本
発明は次の効果を有する。

（１）大きさや方向の変化する複数の負荷の１ｉ量制御
における圧力補償を実現すると共に、ポンプ吐出圧力を
制限することにより動力損失の低減も可で七になった。

（２）従来の比例弁を使用した流■制御システムに対し
圧力センサと比例弁入口圧力調整機構とを追加したのみ
大幅な回路変更なしに圧力補償と省エネを同時に実現し
た。

（３）従来の圧力補償システムおよび負荷圧検知ポンプ
吐出圧制御システムに比較して１本発明のシステムは簡
素になって製作を容易にしかつ回路の信頼性を向上した
。

（４）制御回路にマイコンを使用しているため温度セン
サとその信号を演算する若干のソフトを追加することに
より、容易に温度補償機能を付加することが可能になっ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示しくａ）は機構回路図（
ｂ）は電気回路図、第２図は本発明の比例弁のおける操
作量Ｎと１ｉ、埴Ｑとの関係を示す線図、第３図は第１
図の実施例のフローチャート、第４図は本発明の他の実
施例における機構回路図、第５図はさらに本発明の他の
実施例を示しくａ）は機構回路図（ｂ）は電気回路図、
第６図はｉ５図の実施例のフローチャート、第７図およ
び第８図は異る形状の圧力補償の基本的な機構回路図、
第９図および第１０図は従来例における異なる形状の減
圧弁を使用した圧力補償付流量制御システムの機構回路
図である。 ５１・５２・・・アクチェータ、５３・５４・・・比例
弁、５５・５６・５７会５８・６１・６２・・・圧力セ
ンサー、５９・・・比例式バイパス弁、６５・・・電気
制御回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　アクチュエータの動作方向および流量を設定するため
   操作量に応じた弁開度を有する比例弁と、同比例弁の入
   口圧力を調整する比例式バイパス弁と、前記比例弁の入
   口ポート圧力・排出ポート圧力ならびに前記アクチュエ
   ータへの各出力ポート圧力を検出する圧力センサと、同
   圧力センサの信号および前記アクチュエータの流量指令
   から前記比例弁および前記比例式バイパス弁の開度を計
   算すると共に前記比例弁および比例式バイパス弁の操作
   信号に変換するための電気制御回路とからなる圧力補償
   付流量制御システム。