WO2017130404A1 - 油圧シリンダ用スプール弁装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a spool valve device for a hydraulic cylinder capable of adjusting a dead band at the time of mutual switching between an extension direction operation and a shortening direction operation of a cylinder rod of a hydraulic cylinder.
- a working machine such as a hydraulic excavator or a bulldozer is equipped with GPS (Global Positioning System), etc., detects its own position, compares its position information with construction information indicating the topography of the construction site, It has been proposed to obtain a posture by performing arithmetic processing, automatically control the movement of the work machine, or display a guidance on a monitor apparatus on a monitor device by comparing the posture or position of the work machine with construction information.
- Construction using a work machine utilizing such ICT (Information and Communication Technologies) is called computerized construction. According to the computerized construction, even an unskilled operator in the operation of the work machine can perform construction with high accuracy. In addition, according to the computerized construction, the surveying work and the tightening work that have been conventionally required can be greatly reduced.
- the dead band be variable corresponding to the operation content such as manual operation and automatic operation.
- the present invention has been made in view of the above, and provides a spool valve device for a hydraulic cylinder capable of adjusting a dead band at the time of mutual switching between an extension direction operation and a shortening direction operation of a cylinder rod of a hydraulic cylinder. For the purpose.
- a spool valve device for a hydraulic cylinder moves a spool in accordance with an operation command value and controls the flow direction and flow rate of hydraulic oil to control the hydraulic cylinder.
- a hydraulic cylinder spool valve device for extending or shortening a cylinder rod, having a first dead band, and an opening area of hydraulic oil supplied in a direction in which the cylinder rod is extended as the first spool moves
- the first spool valve having a first opening characteristic that increases the pressure and the opening of hydraulic oil that has a second dead band and is supplied in a direction to shorten the cylinder rod as the second spool moves
- the hydraulic serial valve is used by using the first spool valve.
- the second spool valve When the second spool of the second spool valve is in the position of the second dead band and hydraulic oil is supplied with the second opening characteristic, the second spool valve is At the time of switching between the first opening characteristic and the second opening characteristic by using the first spool of the first spool valve as the position of the first dead band. And a control unit for adjusting a switching dead band between the first opening characteristic and the second opening characteristic.
- the first spool valve further shortens the cylinder rod as the first spool moves from the first dead band.
- a third opening characteristic that increases an opening area of the hydraulic fluid supplied in the direction
- the second spool valve further moves the cylinder rod along with the movement of the second spool from the second dead band.
- the first spool is further provided with a fourth opening characteristic that increases an opening area of the hydraulic oil supplied in the extending direction.
- a hydraulic valve is connected to the hydraulic cylinder, and the second spool of the second spool valve is set to the position of the second dead band, and hydraulic oil is supplied with the fourth opening characteristic.
- the second spool valve is used for communication with the hydraulic cylinder, and the first spool of the first spool valve is set to the position of the first dead band, and the third opening characteristic and the A switching dead band between the third opening characteristic and the fourth opening characteristic is adjusted at the time of switching to the fourth opening characteristic.
- the hydraulic cylinder spool valve device is characterized in that the control unit adjusts the switching dead band to zero.
- the control unit when the control unit adjusts the switching dead band to zero, the other first spool after switching or the other after switching.
- the opening of the second spool is zero, and control is performed so that the other first spool or the other second spool waits at a position immediately before opening.
- the spool valve device for a hydraulic cylinder according to the present invention further comprises a selection switch for selecting an automatic operation mode and a manual operation mode in the above invention, and the control unit, when the automatic operation mode is selected,
- the switching dead band is set to zero and spool control is performed to generate an opening characteristic combining the first opening characteristic and the second opening characteristic, and the manual operation mode is selected
- the switching dead band is Spool control for generating an opening characteristic that is a predetermined value and is a combination of the third opening characteristic and the fourth opening characteristic is performed.
- the hydraulic cylinder spool valve device is characterized in that, in the above-described invention, a changeover switch for selectively switching between the opening characteristic for the automatic operation mode and the opening characteristic for the manual operation mode is provided.
- the first opening characteristic and the third opening characteristic of the first spool valve are defined as a neutral position of the first spool.
- the fourth opening characteristic and the second opening characteristic of the second spool valve are asymmetric with respect to the neutral position of the second spool.
- the hydraulic cylinder spool valve device is characterized in that, in the above invention, a first stroke detection sensor for detecting a stroke of the first spool and a second stroke for detecting a stroke of the second spool.
- a stroke detection sensor wherein the control unit adjusts the switching dead band based on strokes detected by the first stroke detection sensor and the second stroke detection sensor.
- the first dead band has the first opening characteristic that has the first dead band and increases the opening area of the hydraulic oil supplied in the direction in which the cylinder rod extends in accordance with the movement of the first spool.
- 1 spool valve and a second dead band and has a second opening characteristic that increases the opening area of hydraulic oil supplied in the direction of shortening the cylinder rod as the second spool moves.
- a second spool valve and adjusts a switching dead band between the first opening characteristic and the second opening characteristic when switching between the first opening characteristic and the second opening characteristic. I am doing so.
- the dead band As a result, it is possible to adjust the dead band at the time of mutual switching between the extension direction operation and the shortening direction operation of the cylinder rod of the hydraulic cylinder, and the desired dead band corresponding to the operation content such as manual operation or automatic operation is provided.
- the first opening characteristic and the second opening characteristic can be obtained.
- FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a spool valve device for a hydraulic cylinder according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 shows an opening characteristic in which the switching dead band is adjusted by combining the extended opening characteristic of the first spool valve and the shortened opening characteristic of the second spool valve, the shortened opening characteristic of the first spool valve, and the second It is a figure which shows the opening characteristic which adjusted the switching dead band combining the expansion
- FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a spool valve device for a hydraulic cylinder according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 shows an opening characteristic in which the switching dead band is adjusted by combining the extended opening characteristic of the first spool valve and the shortened opening characteristic of the second spool valve, the shortened opening characteristic of the first spool valve, and the second It is a figure which shows the opening characteristic which adjusted the switching dead band combining the expansion
- FIG. 3 shows an electromagnetic proportional control signal, the spool strokes of the first and second spools, the opening areas of the first and second spool valves, the first and second, according to the blade raising / lowering operation by the automatic operation flow rate signal in the automatic operation mode.
- It is a time chart which shows the relationship between the actual hydraulic oil flow volume from a 2nd spool valve to a hydraulic cylinder, and the cylinder stroke of a cylinder rod.
- FIG. 4 is a diagram illustrating initial positions of the first spool and the second spool in the automatic operation mode in which the switching dead band is zero.
- FIG. 5 is a diagram illustrating the positions of the first spool and the second spool when the cylinder rod is shortened from the state of FIG.
- FIG. 6 is a diagram illustrating positions of the first spool and the second spool when the cylinder rod is shifted from the state shown in FIG. 4 to a state where the cylinder rod is extended.
- FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a hydraulic cylinder spool valve device 1 according to an embodiment of the present invention.
- the hydraulic cylinder spool valve device 1 includes a first spool valve 10, a second spool valve 20, and a control unit 30.
- the hydraulic cylinder 2 controlled by the first spool valve 10 and the second spool valve 20 is, for example, a bulldozer lift cylinder.
- the hydraulic cylinder 2 When hydraulic oil is supplied to the cylinder head side oil chamber EA via the head side port A, the hydraulic cylinder 2 shortens the cylinder rod 4 connected to the piston 3 and the blade connected to the tip of the cylinder rod 4. Raise 5 Further, when hydraulic oil is supplied to the cylinder bottom side oil chamber EB via the bottom side port B, the hydraulic cylinder 2 extends the cylinder rod 4 and lowers the blade 5.
- the first spool valve 10 has a first spool 12 that slides in the valve body 11 and a first stroke detection sensor SS1 that detects the stroke of the first spool 12.
- the first spool 12 is slid by the pilot pressures PP11 and PP12 applied to both ends from the electromagnetic proportional control valves 15 and 16.
- the first spool valve 10 has a pump port P1, a tank port T1, a head side port A1, and a bottom side port B1.
- the pump port P1 is connected to the hydraulic pump P via the oil passage LP.
- the tank port T1 is connected to the tank T via the oil passage LT1.
- the head side port A1 is connected to the head side port A of the hydraulic cylinder 2 via the oil passage LA.
- the bottom side port B1 is connected to the bottom side port B of the hydraulic cylinder 2 via the oil passage LB.
- the 1st spool 12 shown in FIG. 1 is a neutral position.
- the second spool valve 20 includes a second spool 22 that slides in the valve body 21 and a second stroke detection sensor SS2 that detects the stroke of the second spool 22.
- the second spool 22 is slid by pilot pressures PP21 and PP22 applied to both ends from the electromagnetic proportional control valves 25 and 26.
- the second spool valve 20 has a pump port P2, a tank port T2, a head side port A2, and a bottom side port B2.
- the pump port P2 is connected to the hydraulic pump P via the oil passage LP.
- the tank port T2 is connected to the tank T via the oil passage LT2.
- the head side port A2 is connected to the head side port A of the hydraulic cylinder 2 via the oil passage LA.
- the bottom side port B2 is connected to the bottom side port B of the hydraulic cylinder 2 via the oil passage LB.
- the second spool 22 shown in FIG. 1 is in the neutral position.
- the oil passage LA is branched into two from the head side port A to the head side ports A1 and A2.
- the oil passage LB is branched into two from the bottom port B to the bottom ports B1 and B2.
- the oil passage LP is branched into two from the hydraulic pump P to the pump ports P1 and P2.
- springs are provided between both end portions of the valve body 11 and both end portions of the first spool 12, respectively, so that reaction forces are applied to the pilot pressures PP11 and PP12 from the both applied ends.
- springs are provided between both end portions of the valve body 21 and both end portions of the second spool 22, respectively, so that reaction forces are respectively applied to the pilot pressures PP21 and PP22 from the applied both ends. .
- the pilot pressures PP11, PP12, PP21, and PP22 are not applied to the first spool valve 10 and the second spool valve 20
- the first spool 12 and the second spool 22 are positioned at the neutral point N. To do.
- the control unit 30 includes electromagnetic proportional control valves 15 and 16 that generate pilot pressures PP11 and PP12, electromagnetic proportional control valves 25 and 26 that generate pilot pressures PP21 and PP22, and a spool control unit C.
- the spool control unit C includes a switching timing adjustment unit C1. The switching timing control by the switching timing adjustment unit C1 will be described later.
- the spool controller C includes an automatic operation flow rate signal D11 during automatic control, an operation lever stroke signal D12 generated by operating the operation lever 31 during manual operation, and a selection switch 32 for selecting an automatic operation mode and a manual operation mode.
- a selection switch signal DS is input.
- the stroke amount detected by the first stroke detection sensor SS1 and the stroke amount detected by the second stroke detection sensor SS2 are input to the spool control unit C.
- the spool control unit C performs electromagnetic proportional control on the spool stroke of the first spool 12 based on the automatic operation flow rate signal D11 and the stroke amount detected by the first stroke detection sensor SS1.
- the spool stroke of the second spool 22 is accurately controlled via the valves 15 and 16, and the electromagnetic proportional control valve 25, the spool stroke of the second spool 22 based on the stroke amount detected by the automatic operation flow signal D11 and the second stroke detection sensor SS2. 26 is controlled with high accuracy.
- the spool control unit C When the manual operation mode is selected, the spool control unit C performs electromagnetic proportional control on the spool stroke of the first spool 12 based on the operation lever stroke signal D12 and the stroke amount detected by the first stroke detection sensor SS1.
- the spool stroke of the second spool 22 is controlled with high accuracy via the valves 15 and 16 based on the stroke amount detected by the operation lever stroke signal D12 and the second stroke detection sensor SS2, and the electromagnetic proportional control valve 25, 26 is controlled with high accuracy.
- the first spool valve 10 has a first opening characteristic (extension opening characteristic 10D) and a third opening characteristic (shortening opening characteristic 10U) indicating the relationship of the opening area to the spool stroke shown in FIG. .
- the extension opening characteristic 10D moves the first spool 12 in the direction D1, and the oil port formed by the pump port P1, the small diameter portion 12b, the oil passage through the bottom side port B1, the head side port A1, and the small diameter portion 12a. Are formed, and an oil passage through the tank port T1 is formed, and the opening area is increased with the movement in the direction D1. As a result, the cylinder rod 4 extends in the extension direction AD and the blade 5 is lowered.
- the shortened opening characteristic 10U is such that the first spool 12 is moved in the direction U1, the oil port formed by the pump port P1, the small diameter portion 12b, the oil passage through the head side port A1, the bottom side port B1, and the small diameter.
- An oil chamber formed by the portion 12c and an oil passage through the tank port T1 are formed, and the opening area is increased with the movement in the direction U1.
- the cylinder rod 4 is contracted in the shortening direction AU and the blade 5 is raised.
- a first dead band DB 10 straddling the neutral point N is formed between the elongated opening characteristic 10D and the shortened opening characteristic 10U.
- This first dead band DB10 includes, for example, the width ⁇ U1 shown in FIG. 1 (the oil chamber and the head side port A1 formed by the small diameter portion 12b through the notch 13b when the first spool 12 moves in the direction U1). ) And the width ⁇ D1 (the width until the first spool 12 moves in the direction D1 and the oil chamber formed by the small diameter portion 12b and the bottom port B1 open) is added to the spool stroke. It corresponds to.
- the second spool valve 20 has a fourth opening characteristic (extension opening characteristic 20D) and a second opening characteristic (shortening opening characteristic 20U) showing the relationship of the opening area to the spool stroke shown in FIG. It has.
- the extension opening characteristic 20D is such that the second spool 12 is moved in the direction D2, the oil port formed by the pump port P2, the small diameter portion 22b, the oil passage through the bottom side port B2, the head side port A2, the small diameter portion 22a. Are formed, and an oil passage through the tank port T2 is formed, and the opening area is increased with the movement in the direction D2. As a result, the cylinder rod 4 extends in the extension direction AD and the blade 5 is lowered.
- the shortened opening characteristic 20U moves the second spool 22 in the direction U2, and the oil passage formed by the pump port P2, the small diameter portion 22b, the oil passage through the head side port A2, the bottom side port B2, and the small diameter.
- An oil chamber formed by the portion 22c and an oil passage through the tank port T2 are formed, and the opening area is increased with the movement in the direction U2.
- the cylinder rod 4 is contracted in the shortening direction AU and the blade 5 is raised.
- a second dead band DB 20 straddling the neutral point N is formed between the extended opening characteristic 20D and the shortened opening characteristic 20U.
- This second dead band DB20 has, for example, the width ⁇ U2 shown in FIG. 1 (until the second spool 22 moves in the direction U2 and the oil chamber formed by the small diameter portion 22b and the head side port A2 open. Width) and width ⁇ D2 (width until the second spool 22 moves in the direction D2 and the oil chamber formed by the small diameter portion 22b and the bottom side port B2 open through the notch 23b) is added to the spool stroke. It corresponds to.
- This opening characteristic is a combination of the extended opening characteristic 20D, the shortened opening characteristic 10U, and the switching dead band DB1 adjusted by the switching timing adjustment unit C1.
- the extension opening characteristic 20D is obtained by placing the first spool 12 in the region of the first dead band DB 10 and moving the second spool 22 from the position of the second dead band DB 20 in the direction D2.
- the shortened opening characteristic 10U is obtained by placing the second spool 22 in the region of the second dead band DB 20 and moving the first spool 12 from the position of the first dead band DB 10 in the direction U1.
- the switching dead band DB1 is transferred to the first spool after the second spool 22 is moved in the direction U2 from the region of the extension opening characteristic 20D and placed at the position of the second dead band DB 20 by the switching timing adjustment unit C1. 12 is set by adjusting the timing (time) of moving in the direction U1 from the position of the first dead band DB10 and entering the region of the shortened aperture characteristic 10U.
- the switching dead band DB1 is moved to the second dead band DB 10 after the first spool 12 is moved in the direction D1 from the area of the shortened opening characteristic 10U by the switching timing adjusting unit C1 and placed at the position of the first dead band DB10. This is set by adjusting the timing (time) when the spool 22 moves in the direction D2 from the position of the second dead band DB20 and enters the region of the extended opening characteristic 20D.
- the spool control unit C uses the first spool valve 10 and the second spool valve 20 to generate the opening characteristic shown in FIG. To do.
- This opening characteristic is a combination of the extended opening characteristic 10D, the shortened opening characteristic 20U, and the switching dead band DB2 adjusted by the switching timing adjustment unit C1.
- the switching dead band DB2 is set to zero, and the switching responsiveness between the extended opening characteristic 10D and the shortened opening characteristic 20U is increased.
- the extended opening characteristic 10D is obtained by placing the second spool 22 in the area of the second dead band DB 20 in a standby state and moving the first spool 12 from the position of the first dead band DB 10 in the direction D1. .
- the shortened opening characteristic 20U is obtained by placing the first spool 12 waiting in the area of the first dead band DB 10 and moving the second spool 22 from the position of the second dead band DB 20 in the direction U2. .
- the switching dead band DB2 is moved to the second spool after the first spool 12 is moved in the direction U1 from the region of the expansion opening characteristic 10D and placed at the position of the first dead band DB10 by the switching timing adjustment unit C1. 22 is set by adjusting the timing (time) of moving in the direction U2 from the position of the second dead band DB 20 and entering the region of the shortened aperture characteristic 20U.
- the switching dead band DB2 is moved to the first position after the second spool 22 is moved in the direction D2 from the area of the shortened opening characteristic 20U by the switching timing adjustment unit C1 and is placed at the position of the second dead band DB20.
- This is set by adjusting the timing (time) when the spool 12 moves from the position of the first dead band DB10 in the direction D1 and enters the region of the extended opening characteristic 10D.
- the switching timing adjustment in the automatic operation mode is performed so that the switching timings coincide.
- the horizontal axis represents one spool valve.
- the virtual spool stroke is regarded as 2C corresponds to the operation lever stroke signal D12, and the horizontal axis in FIG. 2D corresponds to the automatic operation flow rate signal D11.
- the opening characteristic of the first spool valve 10 and the opening characteristic of the second spool valve 20 are asymmetrical characteristics at the neutral point N, respectively.
- the obtained opening characteristics of FIGS. 2C and 2D are symmetrical with respect to the origin 0 (neutral point).
- FIG. 3 shows an electromagnetic proportional control signal, spool strokes of the first and second spools 12 and 22, and the first and second spool valves 10 and 20, accompanying the blade raising / lowering operation by the automatic operation flow rate signal D 11 in the automatic operation mode.
- 4 is a time chart showing the relationship among the opening area, the actual hydraulic oil flow rate from the first and second spool valves 10, 20 to the hydraulic cylinder 2, and the cylinder stroke of the cylinder rod 4.
- FIG. 4 is a diagram illustrating initial positions of the first spool 12 and the second spool 22 in the automatic operation mode in which the switching dead band DB2 is set to zero.
- FIG. 5 is a diagram showing the positions of the first spool 12 and the second spool 22 when the cylinder rod 4 is shifted from the state shown in FIG. 4 to a state where the cylinder rod 4 is shortened.
- FIG. 6 is a diagram showing the positions of the first spool 12 and the second spool 22 when the cylinder rod 4 is shifted from the state shown in FIG.
- the switching timing adjustment unit C1 instructs the electromagnetic proportional control valve 25 to cause the standby current I2s to flow, and as shown in FIG. 3C.
- the second spool 22 is moved in the direction U2, and as shown in FIG. 4, it is in a state of waiting at a position immediately before the second spool valve 20 is opened.
- the position immediately before the opening of the first spool valve 10 means that the end portions 41a and 42a of the large diameter portions 41 and 42 of the first spool 12 are positioned at the position PT1 of the valve body 11, respectively. It is located at PT2. Further, the position immediately before the opening of the second spool valve 20 means that the end portions 51a and 52a of the large diameter portions 51 and 52 of the second spool 22 are positioned at the positions PT3 and PT4 of the valve body 21, respectively. It is.
- the switching timing adjustment unit C1 applies the automatic operation flow rate to the electromagnetic proportional control valve 25 as shown in FIG. An instruction to flow a current I2 corresponding to the signal D11 is issued.
- the first spool 12 maintains the current stroke position.
- the second spool 22 further moves in the direction U2, and as shown in FIG. 3D, the second spool valve 20 opens.
- the hydraulic oil flows from the second spool valve 20 to the hydraulic cylinder 2 side, and the cylinder rod 4 is contracted in the shortening direction AU.
- the cylinder rod 4 is contracted in the shortening direction AU and the blade 5 is raised as the amount of hydraulic oil to the hydraulic cylinder 4 increases.
- the switching timing adjustment unit C1 is shown in FIG.
- the electromagnetic proportional control valve 16 is instructed to flow the current I1 corresponding to the automatic operation flow rate signal D11, the current to the electromagnetic proportional control valve 25 is once set to zero, and then the current I2s is flown.
- the first spool 12 further moves in the direction D1 from the standby position, and as shown in FIG. 3D, the first spool valve 10 opens.
- the second spool 22 moves in the direction D2 and returns to the standby position.
- a current I2s which is a standby current is applied.
- FIGS. 3E and 6 the hydraulic oil flows from the first spool valve 10 to the hydraulic cylinder 2 side, and the cylinder rod 4 extends in the extending direction AD.
- the cylinder rod 4 extends in the extending direction AD and the blade 5 is lowered in accordance with an increase in the amount of hydraulic oil applied to the hydraulic cylinder 4.
- the switching timing adjustment unit C1 is shown in FIG. In this way, the electromagnetic proportional control valve 25 is instructed to flow the current I2 corresponding to the automatic operation flow rate signal D11 from the current Is that is the standby current, and the current to the electromagnetic proportional control valve 16 is once set to zero. Thereafter, an instruction to flow the current I1s is issued.
- the second spool 22 further moves in the direction U2 from the standby position, and as shown in FIG. 3D, the second spool valve 20 opens.
- the first spool 12 moves in the direction U1 and returns to the standby position.
- a current I1s which is a standby current is applied.
- the hydraulic oil flows from the second spool valve 10 to the hydraulic cylinder 2 side, and the cylinder rod 4 is contracted in the shortening direction AU.
- the cylinder rod 4 extends in the shortening direction AU and the blade 5 goes up in accordance with an increase in the amount of hydraulic oil applied to the hydraulic cylinder 4.
- the switching timing adjustment unit C1 applies to the electromagnetic proportional control valve 25 as shown in FIG.
- An instruction is given to once set the current to zero and then flow the current I2s.
- the first spool 12 and the second spool 22 are positioned at the standby positions, respectively.
- the opening area of the 1st spool valve 10 and the 2nd spool valve 20 becomes zero, hydraulic fluid is not supplied to the hydraulic cylinder 2 side, and the cylinder rod 4 maintains the shortened state in the time t4.
- the standby position in the neutral state without the extension / shortening command signal is as shown in FIG.
- the first spool 12 is moved in the direction D1 as shown in FIG.
- a shortening command signal is input, the second spool 22 is moved in the U2 direction as shown in FIG.
- the dead band DB2 can be adjusted to zero.
- the end portions 41a, 42a of the large diameter portions 41, 42 of the first spool 12 are respectively connected to the end portions 51b of the large diameter portions 51, 52 of the second spool 22 from the positions PT1, PT2 of the valve body 11, respectively.
- the length (virtual spool stroke) of the dead band DB2 can be adjusted by adjusting the time at which the 52b starts moving from the positions PT3 and PT4.
- the timing of the first spool 12 is set so that the timing at which the positions PT1 and PT2 immediately before the opening of the first spool 12 and the timing at which the positions PT3 and PT4 immediately before the opening of the second spool 22 are performed simultaneously.
- the second spool 22 may be moved to stand by in response to the movement.
- the movement of the second spool 22 is controlled in the dead band DB 20, and the first spool
- the switching dead band DB2 may be set to zero so that the time when 12 enters the area of the dead band DB 10 coincides with the time when the second spool 22 exits the area of the dead band DB 20.
- the first spool valve 10 has the extended opening characteristic 10D and the shortened opening characteristic 10U
- the second spool valve 20 has the extended opening characteristic 20D and the shortened opening characteristic 20U
- the first spool valve 10 may have only the extended opening characteristic 10D
- the second spool valve 20 may have only the shortened opening characteristic 20U
- the first spool valve 10 may be shortened. Only the opening characteristic 10U may be provided, and the second spool valve 20 may have only the extended opening characteristic 20D.
- the switching dead band DB1 and the switching dead band DB2 can be adjusted.
- the switching dead band is set to zero. Opening characteristics can be obtained.
- the neutral point N of the first spool valve 10 is in the first dead band DB 10 and the neutral point N of the second spool valve 20 is also in the second dead band DB 20, the cylinder rod 4 is It is possible to suppress the occurrence of hydraulic oil leakage due to the natural descent of the cylinder rod 4 when stopped.
- the bulldozer blade has been described in the present embodiment, it can also be applied to a hydraulic cylinder spool valve device of a working machine such as a hydraulic excavator or a wheel loader.
- Spool valve apparatus for hydraulic cylinders 2 Hydraulic cylinder 3 Piston 4 Cylinder rod 5 Blade 10, 20 Spool valve 10D, 20D Elongation opening characteristic 10U, 20U Short opening characteristic 11, 21 Valve body 12, 22 Spool 12a, 12b, 12c, 22a , 22b, 22c Small diameter portion 13b, 13c, 23a, 23b Notch 15, 25 Electromagnetic proportional control valve 30 Control portion 31 Operation lever 32 Selection switch 41, 42, 51, 52 Large diameter portion 41a, 42a, 51a, 52a End A , A1, A2 Head side ports B, B1, B2 Bottom side port C Spool controller C1 Switching timing adjuster D11 Automatic operation flow rate signal D12 Operation lever stroke signal DB1, DB2, DB3 Switching dead band DB10 First dead band DB20 First 2 dead band DS selection switch Catch signal EA Cylinder head side oil chamber EB Cylinder bottom side oil chamber LA, LB, LP, LT1, LT2 Oil passage N
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Abstract
油圧シリンダのシリンダロッドの伸長方向動作と短縮方向動作との相互切替時のデッドバンドの調整が可能な油圧シリンダ用スプール弁装置を提供することを目的とする。 このため、第1のデッドバンドDB10を有し、第1のスプールの移動に伴ってシリンダロッドを伸長させる方向に供給する作動油の開口面積を大きくする第1の開口特性である伸長開口特性10Dを有した第1のスプール弁10と、第2のデッドバンドDB20を有し、第2のスプールの移動に伴ってシリンダロッドを短縮させる方向に供給する作動油の開口面積を大きくする第2の開口特性である短縮開口特性20Uを有した第2のスプール弁20と、を備え、制御部は、第1のスプール弁10の伸長開口特性10Dと第2のスプール弁20の短縮開口特性20Uとを組み合わせ、かつ、第1のスプール弁10と第2のスプール弁20との間の切替タイミングを調整し、切替デッドバンドDB2をゼロにする。
Description
本発明は、油圧シリンダのシリンダロッドの伸長方向動作と短縮方向動作との相互切替時のデッドバンドの調整が可能な油圧シリンダ用スプール弁装置に関する。
近年、油圧ショベル又はブルドーザ等の作業機械において、GPS(Global Positioning System)等を搭載して自身の位置を検出し、その位置情報と施工現場の地形を示す施工情報とを比較し、作業機の姿勢を演算処理して求め、作業機の動きを自動制御したり、作業機の姿勢又は位置と施工情報とを対比して施工状況をモニタ装置にガイダンス表示したりするものが提案されている。このようなICT(Information and Communications Technology:情報通信技術)を活用した作業機械による施工を、情報化施工という。情報化施工によれば、作業機械の操作に未熟なオペレータでも高精度な施工を行うことができる。また、情報化施工によれば、従来必要であった測量作業及び丁張り作業を大幅に削減できる。
ところで、従来、オペレータが操作レバーの手動操作によってブルドーザのブレードによる整地作業を行う場合、例えばリフトシリンダのシリンダロッドを伸長してブレードを下げるブレード下げ動作とシリンダロッドを短縮してブレードを上げるブレード上げ動作との切替を行う。ここで、スプール弁のスプールストロークに対するレバーのブレード上げ動作とブレード下げ動作との切替位置に、ある程度のデッドバンドが設けられている。これは、デッドバンドが設けられていないと、急な作業機のブレード上げ動作とブレード下げ動作との切替に、通常の操作に慣れたオペレータが違和感を覚えるためである。
一方、情報化施工による自動制御を行う場合、ブレードの上げ下げ切替制御時にデッドバンドが存在すると、ブレードの応答性が悪くなる。すなわち、情報化施工による自動操作を行う場合、スプール弁のスプールストロークに対する短縮開口特性と伸長開口特性との間にデッドバンドを設けるとブレードの応答性が悪くなるため、デッドバンドを持たずに中立点で切り替わることが好ましい。
したがって、手動操作や自動操作などの操作内容に対応してデッドバンドが可変となることが望ましい。
なお、特許文献1に記載されたように、短縮開口特性と伸長開口特性とがデッドバンドを持たずに中立点で切り替わるスプール弁を用いると短縮開口特性と伸長開口特性との切替の応答性は高くなるが、デッドバンドがないため、操作性が悪い。また、スプールストロークに対するデッドバンドがないため、スプールストロークを中立点で保持しようとしても、スプール弁内の作動油の漏れによってシリンダロッドが自然降下し、あるいは慣性力により、シリンダロッドの停止状態を保持できなくなる。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、油圧シリンダのシリンダロッドの伸長方向動作と短縮方向動作との相互切替時のデッドバンドの調整が可能な油圧シリンダ用スプール弁装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる油圧シリンダ用スプール弁装置は、操作指令値に応じてスプールを移動し作動油の流れ方向および流量を制御して油圧シリンダのシリンダロッドを伸長または短縮する油圧シリンダ用スプール弁装置であって、第1のデッドバンドを有し、第1のスプールの移動に伴って前記シリンダロッドを伸長させる方向に供給する作動油の開口面積を大きくする第1の開口特性を有した第1のスプール弁と、第2のデッドバンドを有し、第2のスプールの移動に伴って前記シリンダロッドを短縮させる方向に供給する作動油の開口面積を大きくする第2の開口特性を有した第2のスプール弁と、前記第1の開口特性で作動油を供給する場合、前記第1のスプール弁を用いて前記油圧シリンダに連通させ、かつ前記第2のスプール弁の前記第2のスプールを前記第2のデッドバンドの位置とし、前記第2の開口特性で作動油を供給する場合、前記第2のスプール弁を用いて前記油圧シリンダに連通させ、かつ前記第1のスプール弁の前記第1のスプールを前記第1のデッドバンドの位置とし、前記第1の開口特性と前記第2の開口特性との切替時に前記第1の開口特性と前記第2の開口特性との間の切替デッドバンドを調整する制御部と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明にかかる油圧シリンダ用スプール弁装置は、上記の発明において、前記第1のスプール弁は、さらに、第1のデッドバンドから第1のスプールの移動に伴って前記シリンダロッドを短縮させる方向に供給する作動油の開口面積を大きくする第3の開口特性を有し、前記第2のスプール弁は、さらに、第2のデッドバンドから第2のスプールの移動に伴って前記シリンダロッドを伸長させる方向に供給する作動油の開口面積を大きくする第4の開口特性をさらに有し、前記制御部は、さらに、前記第3の開口特性で作動油を供給する場合、前記第1のスプール弁を用いて前記油圧シリンダに連通させ、かつ前記第2のスプール弁の前記第2のスプールを前記第2のデッドバンドの位置とし、前記第4の開口特性で作動油を供給する場合、前記第2のスプール弁を用いて前記油圧シリンダに連通させ、かつ前記第1のスプール弁の前記第1のスプールを前記第1のデッドバンドの位置とし、前記第3の開口特性と前記第4の開口特性との切替時に前記第3の開口特性と前記第4の開口特性との間の切替デッドバンドを調整することを特徴とする。
また、本発明にかかる油圧シリンダ用スプール弁装置は、上記の発明において、前記制御部は、前記切替デッドバンドをゼロに調整することを特徴とする。
また、本発明にかかる油圧シリンダ用スプール弁装置は、上記の発明において、前記制御部は、前記切替デッドバンドをゼロに調整する場合、切替後の他の前記第1のスプールまたは切替後の他の前記第2のスプールの開口がゼロで、かつ、開口する直前の位置に他の前記第1のスプールまたは他の前記第2のスプールを待機させる制御を行うことを特徴とする。
また、本発明にかかる油圧シリンダ用スプール弁装置は、上記の発明において、自動操作モードと手動操作モードとを選択する選択スイッチを備え、前記制御部は、前記自動操作モードが選択された場合、前記切替デッドバンドをゼロとし、前記第1の開口特性と前記第2の開口特性とを組み合わせた開口特性を生成するスプール制御を行い、前記手動操作モードが選択された場合、前記切替デッドバンドを所定値とし、前記第3の開口特性と前記第4の開口特性との組み合わせた開口特性を生成するスプール制御を行うことを特徴とする。
また、本発明にかかる油圧シリンダ用スプール弁装置は、上記の発明において、前記自動操作モード用の開口特性と前記手動操作モード用の開口特性とを選択的に切り替える切替スイッチを備えたことを特徴とする。
また、本発明にかかる油圧シリンダ用スプール弁装置は、上記の発明において、前記第1のスプール弁の前記第1の開口特性と前記第3の開口特性とは、前記第1のスプールの中立位置に対して非対称であり、前記第2のスプール弁の前記第4の開口特性と前記第2の開口特性とは、前記第2のスプールの中立位置に対して非対称であることを特徴とする。
また、本発明にかかる油圧シリンダ用スプール弁装置は、上記の発明において、前記第1のスプールのストロークを検出する第1のストローク検出センサと、前記第2のスプールのストロークを検出する第2のストローク検出センサと、を備え、前記制御部は、前記第1ストローク検出センサおよび前記第2ストローク検出センサが検出したストロークをもとに前記切替デッドバンドを調整することを特徴とする。
本発明によれば、第1のデッドバンドを有し、第1のスプールの移動に伴ってシリンダロッドを伸長させる方向に供給する作動油の開口面積を大きくする第1の開口特性を有した第1のスプール弁と、第2のデッドバンドを有し、第2のスプールの移動に伴って前記シリンダロッドを短縮させる方向に供給する作動油の開口面積を大きくする第2の開口特性を有した第2のスプール弁と、を備え、前記第1の開口特性と前記第2の開口特性との切替時に前記第1の開口特性と前記第2の開口特性との間の切替デッドバンドを調整するようにしている。これにより、油圧シリンダのシリンダロッドの伸長方向動作と短縮方向動作との相互切替時のデッドバンドの調整が可能となり、手動操作や自動操作などの操作内容に対応した所望のデッドバンドを有した前記第1の開口特性と前記第2の開口特性とを得ることができる。
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態である油圧シリンダ用スプール弁装置について説明する。
(全体構成)
図1は、本発明の実施の形態にかかる油圧シリンダ用スプール弁装置1の構成を示す模式図である。図1に示すように、油圧シリンダ用スプール弁装置1は、第1のスプール弁10、第2のスプール弁20、および、制御部30を有する。第1のスプール弁10および第2のスプール弁20によって制御される油圧シリンダ2は、例えば、ブルドーザのリフトシリンダである。油圧シリンダ2は、シリンダヘッド側油室EAにヘッド側ポートAを介して作動油が供給されると、ピストン3に接続されるシリンダロッド4を短縮させ、シリンダロッド4の先端に接続されたブレード5を上げる。また、油圧シリンダ2は、シリンダボトム側油室EBにボトム側ポートBを介して作動油が供給されると、シリンダロッド4を伸長してブレード5を下げる。
図1は、本発明の実施の形態にかかる油圧シリンダ用スプール弁装置1の構成を示す模式図である。図1に示すように、油圧シリンダ用スプール弁装置1は、第1のスプール弁10、第2のスプール弁20、および、制御部30を有する。第1のスプール弁10および第2のスプール弁20によって制御される油圧シリンダ2は、例えば、ブルドーザのリフトシリンダである。油圧シリンダ2は、シリンダヘッド側油室EAにヘッド側ポートAを介して作動油が供給されると、ピストン3に接続されるシリンダロッド4を短縮させ、シリンダロッド4の先端に接続されたブレード5を上げる。また、油圧シリンダ2は、シリンダボトム側油室EBにボトム側ポートBを介して作動油が供給されると、シリンダロッド4を伸長してブレード5を下げる。
第1のスプール弁10は、弁体11内を摺動する第1のスプール12および第1のスプール12のストロークを検出する第1のストローク検出センサSS1を有する。第1のスプール12は、電磁比例制御弁15、16から両端に加えられるパイロット圧PP11、PP12によって摺動する。第1のスプール弁10は、ポンプポートP1、タンクポートT1、ヘッド側ポートA1、ボトム側ポートB1を有する。ポンプポートP1は、油路LPを介して油圧ポンプPに接続される。タンクポートT1は、油路LT1を介してタンクTに接続される。ヘッド側ポートA1は、油路LAを介して油圧シリンダ2のヘッド側ポートAに接続される。ボトム側ポートB1は、油路LBを介して油圧シリンダ2のボトム側ポートBに接続される。なお、図1に示した第1のスプール12は、中立位置である。
第2のスプール弁20は、弁体21内を摺動する第2のスプール22および第2のスプール22のストロークを検出する第2のストローク検出センサSS2を有する。第2のスプール22は、電磁比例制御弁25、26から両端に加えられるパイロット圧PP21、PP22によって摺動する。第2のスプール弁20は、ポンプポートP2、タンクポートT2、ヘッド側ポートA2、ボトム側ポートB2を有する。ポンプポートP2は、油路LPを介して油圧ポンプPに接続される。タンクポートT2は、油路LT2を介してタンクTに接続される。ヘッド側ポートA2は、油路LAを介して油圧シリンダ2のヘッド側ポートAに接続される。ボトム側ポートB2は、油路LBを介して油圧シリンダ2のボトム側ポートBに接続される。なお、図1に示した第2のスプール22は、中立位置である。
なお、油路LAは、ヘッド側ポートAからヘッド側ポートA1、A2に2分岐されている。また、油路LBは、ボトム側ポートBからボトム側ポートB1、B2に2分岐されている。さらに、油路LPは、油圧ポンプPからポンプポートP1、P2に2分岐されている。
また、弁体11の両端部と第1のスプール12の両端部との間にそれぞれバネを設け、加えられた両端からのパイロット圧PP11、PP12に対してそれぞれ反力を与えるようにしている。同様に、弁体21の両端部と第2のスプール22の両端部との間にそれぞれバネを設け、加えられた両端からのパイロット圧PP21、PP22に対してそれぞれ反力を与えるようにしている。そして、第1のスプール弁10および第2のスプール弁20では、パイロット圧PP11、PP12、PP21、PP22が加えられない場合、第1のスプール12および第2のスプール22は、中立点Nに位置する。
制御部30は、パイロット圧PP11、PP12を生成する電磁比例制御弁15、16、パイロット圧PP21、PP22を生成する電磁比例制御弁25、26、および、スプール制御部Cを有する。スプール制御部Cは、切替タイミング調整部C1を有する。切替タイミング調整部C1による切替タイミング制御については後述する。スプール制御部Cには、自動制御時における自動操作流量信号D11、手動操作時における操作レバー31の操作による操作レバーストローク信号D12、および、自動操作モードと手動操作モードとを選択する選択スイッチ32から選択スイッチ信号DSが入力される。また、スプール制御部Cには、第1のストローク検出センサSS1が検出したストローク量および第2のストローク検出センサSS2が検出したストローク量が入力される。スプール制御部Cは、自動操作モードが選択された場合、自動操作流量信号D11および第1のストローク検出センサSS1が検出したストローク量をもとに第1のスプール12のスプールストロークを、電磁比例制御弁15、16を介して精度良く制御し、自動操作流量信号D11および第2のストローク検出センサSS2が検出したストローク量をもとに第2のスプール22のスプールストロークを、電磁比例制御弁25、26を介して精度高く制御する。スプール制御部Cは、手動操作モードが選択された場合、操作レバーストローク信号D12および第1のストローク検出センサSS1が検出したストローク量をもとに第1のスプール12のスプールストロークを、電磁比例制御弁15、16を介して精度良く制御し、操作レバーストローク信号D12および第2のストローク検出センサSS2が検出したストローク量をもとに第2のスプール22のスプールストロークを、電磁比例制御弁25、26を介して精度高く制御する。
(第1のスプール弁10の開口特性)
第1のスプール弁10は、図2(a)に示したスプールストロークに対する開口面積の関係を示す第1の開口特性(伸長開口特性10D)および第3の開口特性(短縮開口特性10U)をもつ。
第1のスプール弁10は、図2(a)に示したスプールストロークに対する開口面積の関係を示す第1の開口特性(伸長開口特性10D)および第3の開口特性(短縮開口特性10U)をもつ。
伸長開口特性10Dは、第1のスプール12を方向D1に移動し、ポンプポートP1、小径部12bが形成する油室、ボトム側ポートB1を介した油路と、ヘッド側ポートA1、小径部12aが形成する油室、タンクポートT1を介した油路とを形成し、方向D1への移動に伴って開口面積を大きくする。これによって、シリンダロッド4は伸長方向ADに伸びてブレード5が下がる。
また、短縮開口特性10Uは、第1のスプール12を方向U1に移動し、ポンプポートP1、小径部12bが形成する油室、ヘッド側ポートA1を介した油路と、ボトム側ポートB1、小径部12cが形成する油室、タンクポートT1を介した油路とを形成し、方向U1への移動に伴って開口面積を大きくする。これによって、シリンダロッド4は短縮方向AUに縮んでブレード5が上がる。
伸長開口特性10Dと短縮開口特性10Uとの間には、中立点Nを跨いだ第1のデッドバンドDB10が形成される。この第1のデッドバンドDB10は、例えば、図1に示した幅ΔU1(第1のスプール12が方向U1に移動し、ノッチ13bを介して小径部12bが形成する油室とヘッド側ポートA1とが開口するまでの幅)と幅ΔD1(第1のスプール12が方向D1に移動し、小径部12bが形成する油室とボトム側ポートB1とが開口するまでの幅)とを加算したスプールストロークに相当する。第1のデッドバンドDB10の領域では、第1のスプール弁10内に油路は形成されず、作動油が流れないため、シリンダロッド4の位置が保持される。なお、短縮開口特性10Uのスプールストロークの小さい領域では、スプールストロークの増大に対する開口面積の増大が小さい部分短縮開口特性10U´を有する。部分短縮開口特性10U´では、大きなスプールストロークの変化で開口変化の小さい制御が可能であるため、ブレード上げ量の高精度制御が可能になる。この部分短縮開口特性10U´は、第1のスプール12に形成されたノッチ13b、13cによって生成される。
(第2のスプール弁20の開口特性)
一方、第2のスプール弁20は、図2(b)に示したスプールストロークに対する開口面積の関係を示す第4の開口特性(伸長開口特性20D)および第2の開口特性(短縮開口特性20U)をもつ。
一方、第2のスプール弁20は、図2(b)に示したスプールストロークに対する開口面積の関係を示す第4の開口特性(伸長開口特性20D)および第2の開口特性(短縮開口特性20U)をもつ。
伸長開口特性20Dは、第2のスプール12を方向D2に移動し、ポンプポートP2、小径部22bが形成する油室、ボトム側ポートB2を介した油路と、ヘッド側ポートA2、小径部22aが形成する油室、タンクポートT2を介した油路とを形成し、方向D2への移動に伴って開口面積を大きくする。これによって、シリンダロッド4は伸長方向ADに伸びてブレード5が下がる。
また、短縮開口特性20Uは、第2のスプール22を方向U2に移動し、ポンプポートP2、小径部22bが形成する油室、ヘッド側ポートA2を介した油路と、ボトム側ポートB2、小径部22cが形成する油室、タンクポートT2を介した油路とを形成し、方向U2への移動に伴って開口面積を大きくする。これによって、シリンダロッド4は短縮方向AUに縮んでブレード5が上がる。
伸長開口特性20Dと短縮開口特性20Uとの間には、中立点Nを跨いだ第2のデッドバンドDB20が形成される。この第2のデッドバンドDB20は、例えば、図1に示した幅ΔU2(第2のスプール22が方向U2に移動し、小径部22bが形成する油室とヘッド側ポートA2とが開口するまでの幅)と幅ΔD2(第2のスプール22が方向D2に移動し、ノッチ23bを介して小径部22bが形成する油室とボトム側ポートB2とが開口するまでの幅)とを加算したスプールストロークに相当する。第2のデッドバンドDB20の領域では、第2のスプール弁20内に油路は形成されず、作動油が流れないため、シリンダロッド4の位置が保持される。なお、伸長開口特性20Dのスプールストロークの小さい領域では、スプールストロークの増大に対する開口面積の増大が小さい部分伸長開口特性20D´を有する。部分伸長開口特性20D´では、大きなスプールストロークの変化で開口変化の小さい制御が可能であるため、ブレード下げ量の高精度制御が可能になる。この部分伸長開口特性20D´は、第2のスプール22に形成されたノッチ23a、23bによって生成される。
(スプール制御部Cによるスプール制御)
スプール制御部Cは、手動操作モードが選択された場合、第1のスプール弁10および第2のスプール弁20を用いて図2(c)に示した開口特性を生成するようにスプール制御する。この開口特性は、伸長開口特性20Dと短縮開口特性10Uと切替タイミング調整部C1によって調整された切替デッドバンドDB1とを組み合わせたものである。
スプール制御部Cは、手動操作モードが選択された場合、第1のスプール弁10および第2のスプール弁20を用いて図2(c)に示した開口特性を生成するようにスプール制御する。この開口特性は、伸長開口特性20Dと短縮開口特性10Uと切替タイミング調整部C1によって調整された切替デッドバンドDB1とを組み合わせたものである。
伸長開口特性20Dは、第1のスプール12を第1のデッドバンドDB10の領域に置き、第2のスプール22を第2のデッドバンドDB20の位置から方向D2に移動させることによって得られる。
短縮開口特性10Uは、第2のスプール22を第2のデッドバンドDB20の領域に置き、第1のスプール12を第1のデッドバンドDB10の位置から方向U1に移動させることによって得られる。
切替デッドバンドDB1は、切替タイミング調整部C1によって、第2のスプール22が伸長開口特性20Dの領域から方向U2に移動して第2のデッドバンドDB20の位置に置かれてから、第1のスプール12が第1のデッドバンドDB10の位置から方向U1に移動して短縮開口特性10Uの領域に入るタイミング(時間)を調整することによって設定される。
また、切替デッドバンドDB1は、切替タイミング調整部C1によって、第1のスプール12が短縮開口特性10Uの領域から方向D1に移動して第1のデッドバンドDB10の位置に置かれてから、第2のスプール22が第2のデッドバンドDB20の位置から方向D2に移動して伸長開口特性20Dの領域に入るタイミング(時間)を調整することによって設定される。
一方、スプール制御部Cは、自動操作モードが選択された場合、第1のスプール弁10および第2のスプール弁20を用いて図2(d)に示した開口特性を生成するようにスプール制御する。この開口特性は、伸長開口特性10Dと短縮開口特性20Uと切替タイミング調整部C1によって調整された切替デッドバンドDB2とを組み合わせたものである。この自動操作モードでは、切替デッドバンドDB2をゼロとして、伸長開口特性10Dと短縮開口特性20Uと切替の応答性を高くしている。
伸長開口特性10Dは、第2のスプール22を第2のデッドバンドDB20の領域に待機させて置き、第1のスプール12を第1のデッドバンドDB10の位置から方向D1に移動させることによって得られる。
短縮開口特性20Uは、第1のスプール12を第1のデッドバンドDB10の領域に待機させて置き、第2のスプール22を第2のデッドバンドDB20の位置から方向U2に移動させることによって得られる。
切替デッドバンドDB2は、切替タイミング調整部C1によって、第1のスプール12が伸長開口特性10Dの領域から方向U1に移動して第1のデッドバンドDB10の位置に置かれてから、第2のスプール22が第2のデッドバンドDB20の位置から方向U2に移動して短縮開口特性20Uの領域に入るタイミング(時間)を調整することによって設定される。
また、切替デッドバンドDB2は、切替タイミング調整部C1によって、第2のスプール22が短縮開口特性20Uの領域から方向D2に移動して第2のデッドバンドDB20の位置に置かれてから、第1のスプール12が第1のデッドバンドDB10の位置から方向D1に移動して伸長開口特性10Dの領域に入るタイミング(時間)を調整することによって設定される。自動操作モードでの切替タイミング調整は、切替タイミングが一致するように行われる。
図2(c)および図2(d)に示した開口特性は、第1のスプール弁10および第2のスプール弁20の2つのスプール弁を用いているため、横軸は、1つのスプール弁とみなした仮想スプールストロークとなる。そして、図2(c)の横軸は、操作レバーストローク信号D12に対応し、図2(d)の横軸は、自動操作流量信号D11に対応する。
また、図2(a)および図2(b)に示すように、第1のスプール弁10の開口特性および第2のスプール弁20の開口特性は、それぞれ、中立点Nに非対称な特性である。そして、得られた図2(c)および図2(d)の開口特性は、原点0(中立点)に対して対称な特性となっている。
(自動操作モードにおける切替タイミングのゼロ調整)
スプール制御部Cは、切替デッドバンドDB2をゼロに調整する場合、切替後の他の第1のスプール12または切替後の他の第2のスプール22のスプールの開口がゼロで、かつ、開口する直前の位置で、他の第1のスプール12または他の第2のスプール22を待機させる。すなわち、スプール制御部Cは、スプールを介して作動油が流通しない位置に待機させる制御を行う。
スプール制御部Cは、切替デッドバンドDB2をゼロに調整する場合、切替後の他の第1のスプール12または切替後の他の第2のスプール22のスプールの開口がゼロで、かつ、開口する直前の位置で、他の第1のスプール12または他の第2のスプール22を待機させる。すなわち、スプール制御部Cは、スプールを介して作動油が流通しない位置に待機させる制御を行う。
図3~図6を参照して具体的な切替タイミングのゼロ調整について説明する。図3は、自動操作モードにおける自動操作流量信号D11によるブレード上げ下げ操作に伴う、電磁比例制御信号、第1及び第2のスプール12、22のスプールストローク、第1及び第2のスプール弁10、20の開口面積、第1及び第2のスプール弁10、20から油圧シリンダ2への実作動油流量、シリンダロッド4のシリンダストロークの関係を示すタイムチャートである。図4は、切替デッドバンドDB2をゼロとした自動操作モードにおける第1のスプール12と第2のスプール22との初期位置を示す図である。図5は、図4の状態からシリンダロッド4を短縮する状態に移行したときの第1のスプール12と第2のスプール22との位置を示す図である。図6は、図4の状態からシリンダロッド4を伸長する状態に移行したときの第1のスプール12と第2のスプール22との位置を示す図である。
図3において、ブレード上げ操作(シリンダロッド4の短縮)を開始する時点t1までの間、図3(a)に示すように、自動操作流量信号D11によるブレード上げ下げ操作量はゼロである。このとき、切替タイミング調整部C1は、図3(b)に示すように、電磁比例制御弁16に対してスタンバイ電流である電流I1sを流させる指示を行い、図3(c)に示すように、第1のスプール12が方向D1に移動して、図4に示すように、第1のスプール弁10が開口する直前の位置で待機させる状態にしている。同様に、切替タイミング調整部C1は、図3(b)に示すように、電磁比例制御弁25に対してスタンバイ電流である電流I2sを流させる指示を行い、図3(c)に示すように、第2のスプール22が方向U2に移動して、図4に示すように、第2のスプール弁20が開口する直前の位置で待機させる状態にしている。
図4に示すように、第1のスプール弁10が開口する直前の位置とは、第1のスプール12の大径部41、42の端部41a、42aが、それぞれ弁体11の位置PT1、PT2に位置することである。また、第2のスプール弁20が開口する直前の位置とは、第2のスプール22の大径部51、52の端部51a、52aが、それぞれ弁体21の位置PT3、PT4に位置することである。
その後、時点t1~t2でブレード上げ操作の自動操作流量信号D11が入力されると、切替タイミング調整部C1は、図3(b)に示すように、電磁比例制御弁25に対して自動操作流量信号D11に対応した電流I2を流させる指示を行う。一方、第1のスプール12は、現在のストローク位置を維持する。すると、第2のスプール22は、図3(c)に示すように、方向U2にさらに移動し、図3(d)に示すように、第2のスプール弁20は開口する。これによって、図3(e)及び図5に示すように、第2のスプール弁20から油圧シリンダ2側に作動油が流れ、シリンダロッド4が短縮方向AUに縮まる。そして、油圧シリンダ4への作動油量の増大に応じて、図3(f)に示すように、シリンダロッド4は、短縮方向AUに縮まり、ブレード5が上がる。
その後、時点t2でブレード上げ操作からブレード下げ操作への切替、すなわち、時点t2でブレード下げ操作の自動操作流量信号D11が入力されると、切替タイミング調整部C1は、図3(b)に示すように、電磁比例制御弁16に対して自動操作流量信号D11に対応した電流I1を流させる指示を行うとともに、電磁比例制御弁25に対する電流を一旦、ゼロにし、その後電流I2sを流させる指示を行う。
すると、第1のスプール12は、図3(c)に示すように、待機位置から方向D1にさらに移動し、図3(d)に示すように、第1のスプール弁10は開口する。一方、第2のスプール22は、図3(c)に示すように、方向D2に移動し、待機位置に戻る。この待機位置に戻るためにスタンバイ電流である電流I2sが加えられる。これによって、図3(e)及び図6に示すように、第1のスプール弁10から油圧シリンダ2側に作動油が流れ、シリンダロッド4が伸長方向ADに伸びる。そして、油圧シリンダ4への作動油量の増大に応じて、図3(f)に示すように、シリンダロッド4は、伸長方向ADに伸び、ブレード5が下がる。
その後、時点t3でブレード下げ操作からブレード上げ操作への切替、すなわち、時点t3でブレード上げ操作の自動操作流量信号D11が入力されると、切替タイミング調整部C1は、図3(b)に示すように、電磁比例制御弁25に対して、スタンバイ電流である電流Isから、自動操作流量信号D11に対応した電流I2を流させる指示を行うとともに、電磁比例制御弁16に対する電流を一旦、ゼロにし、その後電流I1sを流させる指示を行う。
すると、第2のスプール22は、図3(c)に示すように、待機位置から方向U2にさらに移動し、図3(d)に示すように、第2のスプール弁20は開口する。一方、第1のスプール12は、図3(c)に示すように、方向U1に移動し、待機位置に戻る。この待機位置に戻るためにスタンバイ電流である電流I1sが加えられる。これによって、再び、図3(e)及び図5に示すように、第2のスプール弁10から油圧シリンダ2側に作動油が流れ、シリンダロッド4が短縮方向AUに縮まる。そして、油圧シリンダ4への作動油量の増大に応じて、図3(f)に示すように、シリンダロッド4は、短縮方向AUに伸び、ブレード5が上がる。
その後、時点t4でブレード上げ操作をゼロ(中立位置)にする自動操作流量信号D11が入力されると、切替タイミング調整部C1は、図3(b)に示すように、電磁比例制御弁25に対する電流を一旦、ゼロにし、その後電流I2sを流させる指示を行う。これによって、図3(c)及び図4に示すように、第1のスプール12及び第2のスプール22は、それぞれ待機位置に位置する。そして、第1のスプール弁10及び第2のスプール弁20の開口面積は、ゼロとなり、作動油は油圧シリンダ2側に供給されず、シリンダロッド4は、時点t4における短縮状態を維持する。
ここで、第1のスプール12、第2のスプール22がそれぞれ開口直前の待機位置に配置されているため、中立位置からブレード上げ操作を行った時点t1から実作動油が流れるまでの間のタイムラグΔt1、ブレード上げ操作からブレード下げ操作への切替を行った時点t2からから実作動油の流れが切り替わるまでの間のライムラグΔt2、ブレード下げ操作からブレード上げ操作への切替を行った時点t3からから実作動油の流れが切り替わるまでの間のライムラグΔt3は、小さなものとなる。
上述したように、自動操作モード時、伸長・短縮の指令信号のない中立状態の待機位置は、図4となるようにする。伸長の指令信号が入った場合、図6のように第1のスプール12をD1方向に移動させる。短縮の指令信号が入った場合、図5のように第2のスプール22をU2方向に移動させる。上記のように瞬時に切り替えることで、デッドバンドDB2をゼロに調整することができる。
なお、上述した図3~図6を用いた説明では、説明の便宜上、電磁比例制御弁16,25による制御のみについて説明したが、電磁比例制御弁16によるスプール制御を行う場合、電磁比例制御弁15による制御を協働させている。また、電磁比例制御弁25によるスプール制御を行う場合、電磁比例制御弁26による制御を協働させている。
また、第1のスプール12の大径部41、42の各端部41a、42aがそれぞれ弁体11の位置PT1、PT2から、第2のスプール22の大径部51、52の端部51b、52bがそれぞれ位置PT3、PT4から動き出す時間調整を行うことによって、デッドバンドDB2の長さ(仮想スプールストローク)を調整することができる。
さらに、第1のスプール12が開口する直前の位置PT1、PT2になるタイミングと第2のスプール22が開口する直前の位置PT3、PT4になるタイミンングとが同時になるように、第1のスプール12の移動に対応して第2のスプール22を移動させるようにして待機させてもよい。あるいは、第1のスプール12の移動状態から第1のスプール12がデッドバンドDB10の領域に入る時点を予測して、デッドバンドDB20内で第2のスプール22の移動を制御し、第1のスプール12がデッドバンドDB10の領域に入る時点と第2のスプール22がデッドバンドDB20の領域から出る時点とが一致するようにして切替デッドバンドDB2をゼロにしてもよい。
なお、上述した実施の形態では、第1のスプール弁10が伸長開口特性10Dと短縮開口特性10Uとを有し、第2のスプール弁20が伸長開口特性20Dと短縮開口特性20Uとを有していたが、第1のスプール弁10が伸長開口特性10Dのみを有し、第2のスプール弁20が短縮開口特性20Uのみを有するものであってもよいし、第1のスプール弁10が短縮開口特性10Uのみを有し、第2のスプール弁20が伸長開口特性20Dのみを有するものであってもよい。この場合にも、切替デッドバンドDB1や切替デッドバンドDB2を調整することができる。
上述した実施の形態では、第1のスプール弁10と第2のスプール弁20とに対して独立したスプール制御を行うことによって、任意の切替デッドバンドに調整でき、特に、切替デッドバンドをゼロとする開口特性を得ることができる。この場合、第1のスプール弁10の中立点Nは第1のデッドバンドDB10内にあり、第2のスプール弁20の中立点Nも第2のデッドバンドDB20内にあるため、シリンダロッド4を停止した場合におけるシリンダロッド4の自然降下による作動油漏れが生じることを抑えることができる。
なお、本実施の形態ではブルドーザのブレードについて説明したが、油圧ショベルやホイールローダ等の作業機の油圧シリンダ用スプール弁装置に適用することもできる。
1 油圧シリンダ用スプール弁装置
2 油圧シリンダ
3 ピストン
4 シリンダロッド
5 ブレード
10、20 スプール弁
10D、20D 伸長開口特性
10U、20U 短縮開口特性
11、21 弁体
12、22 スプール
12a、12b、12c、22a、22b、22c 小径部
13b、13c、23a、23b ノッチ
15、25 電磁比例制御弁
30 制御部
31 操作レバー
32 選択スイッチ
41、42、51、52 大径部
41a、42a、51a、52a 端部
A、A1、A2 ヘッド側ポート
B、B1、B2 ボトム側ポート
C スプール制御部
C1 切替タイミング調整部
D11 自動操作流量信号
D12 操作レバーストローク信号
DB1、DB2、DB3 切替デッドバンド
DB10 第1のデッドバンド
DB20 第2のデッドバンド
DS 選択スイッチ信号
EA シリンダヘッド側油室
EB シリンダボトム側油室
LA、LB、LP、LT1、LT2 油路
N 中立点
P 油圧ポンプ
P1、P2 ポンプポート
PP11、PP12、PP21、PP22 パイロット圧
SS1、SS2 ストローク検出センサ
T タンク
T1、T2 タンクポート
2 油圧シリンダ
3 ピストン
4 シリンダロッド
5 ブレード
10、20 スプール弁
10D、20D 伸長開口特性
10U、20U 短縮開口特性
11、21 弁体
12、22 スプール
12a、12b、12c、22a、22b、22c 小径部
13b、13c、23a、23b ノッチ
15、25 電磁比例制御弁
30 制御部
31 操作レバー
32 選択スイッチ
41、42、51、52 大径部
41a、42a、51a、52a 端部
A、A1、A2 ヘッド側ポート
B、B1、B2 ボトム側ポート
C スプール制御部
C1 切替タイミング調整部
D11 自動操作流量信号
D12 操作レバーストローク信号
DB1、DB2、DB3 切替デッドバンド
DB10 第1のデッドバンド
DB20 第2のデッドバンド
DS 選択スイッチ信号
EA シリンダヘッド側油室
EB シリンダボトム側油室
LA、LB、LP、LT1、LT2 油路
N 中立点
P 油圧ポンプ
P1、P2 ポンプポート
PP11、PP12、PP21、PP22 パイロット圧
SS1、SS2 ストローク検出センサ
T タンク
T1、T2 タンクポート
Claims (8)
- 操作指令値に応じてスプールを移動し作動油の流れ方向および流量を制御して油圧シリンダのシリンダロッドを伸長または短縮する油圧シリンダ用スプール弁装置であって、
第1のデッドバンドを有し、第1のスプールの移動に伴って前記シリンダロッドを伸長させる方向に供給する作動油の開口面積を大きくする第1の開口特性を有した第1のスプール弁と、
第2のデッドバンドを有し、第2のスプールの移動に伴って前記シリンダロッドを短縮させる方向に供給する作動油の開口面積を大きくする第2の開口特性を有した第2のスプール弁と、
前記第1の開口特性で作動油を供給する場合、前記第1のスプール弁を用いて前記油圧シリンダに連通させ、かつ前記第2のスプール弁の前記第2のスプールを前記第2のデッドバンドの位置とし、前記第2の開口特性で作動油を供給する場合、前記第2のスプール弁を用いて前記油圧シリンダに連通させ、かつ前記第1のスプール弁の前記第1のスプールを前記第1のデッドバンドの位置とし、前記第1の開口特性と前記第2の開口特性との切替時に前記第1の開口特性と前記第2の開口特性との間の切替デッドバンドを調整する制御部と、
を備えたことを特徴とする油圧シリンダ用スプール弁装置。 - 前記第1のスプール弁は、さらに、第1のデッドバンドから第1のスプールの移動に伴って前記シリンダロッドを短縮させる方向に供給する作動油の開口面積を大きくする第3の開口特性を有し、
前記第2のスプール弁は、さらに、第2のデッドバンドから第2のスプールの移動に伴って前記シリンダロッドを伸長させる方向に供給する作動油の開口面積を大きくする第4の開口特性をさらに有し、
前記制御部は、さらに、前記第3の開口特性で作動油を供給する場合、前記第1のスプール弁を用いて前記油圧シリンダに連通させ、かつ前記第2のスプール弁の前記第2のスプールを前記第2のデッドバンドの位置とし、前記第4の開口特性で作動油を供給する場合、前記第2のスプール弁を用いて前記油圧シリンダに連通させ、かつ前記第1のスプール弁の前記第1のスプールを前記第1のデッドバンドの位置とし、前記第3の開口特性と前記第4の開口特性との切替時に前記第3の開口特性と前記第4の開口特性との間の切替デッドバンドを調整することを特徴とする請求項1に記載の油圧シリンダ用スプール弁装置。 - 前記制御部は、前記切替デッドバンドをゼロに調整することを特徴とする請求項1または2に記載の油圧シリンダ用スプール弁装置。
- 前記制御部は、前記切替デッドバンドをゼロに調整する場合、切替後の他の前記第1のスプールまたは切替後の他の前記第2のスプールの開口がゼロで、かつ、開口する直前の位置に他の前記第1のスプールまたは他の前記第2のスプールを待機させる制御を行うことを特徴とする請求項3に記載の油圧シリンダ用スプール弁装置。
- 自動操作モードと手動操作モードとを選択する選択スイッチを備え、
前記制御部は、前記自動操作モードが選択された場合、前記切替デッドバンドをゼロとし、前記第1の開口特性と前記第2の開口特性とを組み合わせた開口特性を生成するスプール制御を行い、前記手動操作モードが選択された場合、前記切替デッドバンドを所定値とし、前記第3の開口特性と前記第4の開口特性との組み合わせた開口特性を生成するスプール制御を行うことを特徴とする請求項2~4のいずれか一つに記載の油圧シリンダ用スプール弁装置。 - 前記自動操作モード用の開口特性と前記手動操作モード用の開口特性とを選択的に切り替える切替スイッチを備えたことを特徴とする請求項5に記載の油圧シリンダ用スプール弁装置。
- 前記第1のスプール弁の前記第1の開口特性と前記第3の開口特性とは、前記第1のスプールの中立位置に対して非対称であり、
前記第2のスプール弁の前記第4の開口特性と前記第2の開口特性とは、前記第2のスプールの中立位置に対して非対称であることを特徴とする請求項2~6のいずれか一つに記載の油圧シリンダ用スプール弁装置。 - 前記第1のスプールのストロークを検出する第1のストローク検出センサと、
前記第2のスプールのストロークを検出する第2のストローク検出センサと、
を備え、
前記制御部は、前記第1ストローク検出センサおよび前記第2ストローク検出センサが検出したストロークをもとに前記切替デッドバンドを調整することを特徴とする請求項1~7のいずれか一つに記載の油圧シリンダ用スプール弁装置。
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