JP3822156B2

JP3822156B2 - 建設重装備用油量制御装置

Info

Publication number: JP3822156B2
Application number: JP2002280457A
Authority: JP
Inventors: キュンジョウンハエ
Original assignee: ボルボコンストラクションイクイップメントアーベー
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2002-09-26
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2022-09-26
Also published as: GB2383383B; CN1285837C; FR2834018A1; GB0222644D0; US20030115878A1; GB2383383A; DE10250466A1; US6675904B2; FR2834018B1; DE10250466B4; CN1427186A; JP2003194006A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は掘削機等の建設重装備に取付けるアクチュエータの負荷圧力及び油圧ポンプの圧力変動が発生する場合にも、設定の油量を一定にアクチュエータへ供給してアクチュエータから逆流することが防止できるようにした建設重装備用油量制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１は従来技術による建設重装備用油量制御装置の油圧回路図である。図示したように、建設重装備用油量制御装置は、エンジンにつながる油圧ポンプ(Ｐ)と、油圧ポンプ(Ｐ)につながり作動油の供給の際、駆動するアクチュエータ(３００)と、油圧ポンプ(Ｐ)とアクチュエータ(３００)間の並列油路(１０３)に設けられ、アクチュエータ(３００)の起動、停止及び方向切替えを制御するコントロール弁(１００)と、コントロール弁(１００)の出口側ポート(１０１、１０２)とアクチュエータ(３００)間の油路に設けられ、アクチュエータ(３００)へ供給する油量を制限してこれの駆動速度を制御する油量制御弁(４００;４００Ａ, ４００Ｂ)を備える。
【０００３】
図面の中、説明符号のない１０５はセンターバイパス通路、１０６は油圧回路に設定の圧力を越える負荷発生の際、作動油を油圧タンク(Ｔ)へドレインさせるリリーフ弁である。
【０００４】
従って、図示なしの操作レバー(joy stick)の操作によるパイロット信号圧(Ｐｉ)がコントロール弁(１００)の右側端へ印加され内部スプールを図１の図面上、左側方向へ切替えさせることにより、油圧ポンプ(Ｐ)から吐出される作動油は並列油路(１０３)と位置切替えられた制御弁(１００)を経由してアクチュエータ(３００)のラージ室(３０２)へ供給されると同時に、アクチュエータ(３００)のスモール室(３０１)から帰還される作動油はチェック弁(４０５Ｂ)を経由して油圧タンク(Ｔ)へドレインされることによりアクチュエータ(３００)は駆動することになる。
【０００５】
この時、作業条件によってアクチュエータ(３００)の駆動速度を制御するために油量を制限しようとする場合、ラージ室(３０２)へ流込まれる油量をスロットル弁(４０１Ａ)の開き量によるスプール(４０２)の入口、出口油路(４０２、４０３Ａ)の圧力差によって設定された弁スプリング(４０４Ａ)との圧力差により油量調節弁(４００Ａ)が調節できるようになる。
【０００６】
しかし、前記のような油量制御装置においては、前記の油量制御弁(４００)をコントロール弁(１００)の出口側ポート(１０１、１０２)とアクチュエータ(３００)間の油路に設けるために、別のブロックが必要となるので当該部品数の増加により原価費用が上乗され、設計の際にレイアウト(LAY-OUT)上の干渉及びスペースが狭小な場所での使用が不可能な問題点を有する。
【０００７】
なお、前記のアクチュエータ(３００)側の負荷圧力が油圧ポンプ(Ｐ)側の吐出圧力より高くなる場合、必要なチェック機能が油量制御弁(４００)には備わらなくてチェック弁(１０４)をコントロール弁(１００)の入口側並列油路(１０３)に別に設けなければならないという問題点を有する。
【０００８】
図２は従来技術による他の油量制御装置の油圧回路図である。
【０００９】
図示したように、油量制御装置は、油圧ポンプ(Ｐ)と、油圧ポンプ(Ｐ)につながり作動油の供給際、駆動するアクチュエータ(Ａ, Ｂ, Ｃ)と、油圧ポンプ(Ｐ)とアクチュエータ(Ａ, Ｂ, Ｃ)間の油路に設けられ、アクチュエータ(Ａ, Ｂ, Ｃ)へ供給される作動油の流れ方向を制御する方向切替え弁(Ｄ, Ｅ, Ｆ)を備える。
【００１０】
この時、前記方向切替え弁(Ｅ)はアクチュエータ(Ｂ)につながりポンプ通路(５００)と、アクチュエータ(Ｂ)に連通される負荷ポート(５０１、５０２)を有する負荷通路(５０３、５０４)と、ポンプ通路(５００)から分岐され負荷通路(５０３、５０４)に接続される移動通路(５０５)と、センターバイパス通路(５１０)に設けられ、アクチュエータ(Ｂ)へ供給される作動油を制御する制御弁(５１２)と、シート弁(５１２)と制御弁(５１１)間に設けられるパイロットスプール弁(５１３)を備えることにより、油圧ポンプ(Ｐ)からポンプ通路(５００)、移動通路(５０５)を通して制御弁(５１１)の可変スロットル弁(５１５、５１６)へ供給される作動油の油量を制限して、アクチュエータ(Ｂ)の負荷通路(５０３、５０４)へ流込まれる作動油の油量を制御することができる。
【００１１】
この時、前記移動通路(５０５)はポンプ通路(５００)に連通される通路(５０６)と、この通路(５０６)の両側に位置する一対の通路(５０７、５０８)と、通路(５０６)と一対の通路(５０７、５０８)を連結する環状の通路(５０９)を備える。
【００１２】
従って、オペレータの操作によるパイロット信号圧が前記方向切替え弁(Ｄ)の制御弁(５１４)へ印加され油圧ポンプ(Ｐ)から吐出される作動圧が位置切替えられた制御弁(５１４)を経由してアクチュエータ(Ａ)へ供給され駆動させる時、パイロット信号圧の印加により切替えられる制御弁(５１１)を経由してアクチュエータ(Ｂ)へ供給される作動油の油量を比例的に制御できることになる。
【００１３】
しかし、前記パイロットスプール弁(５１３)が常に開放された初期状態を保持するので、油圧ポンプ(Ｐ)から吐出される作動油の圧力よりアクチュエータ(Ｂ)の負荷通路(５０３、５０４)に発生される負荷圧力がさらに高くなる場合、シート弁(５１２)を介して逆流が発生されアクチュエータ(Ｂ)に設定の作動圧が供給されないため、制御不能による安全事故が発生し得るという問題点を有する。
【００１４】
これに鑑みて、図示なしのシート弁内に逆流防止用チェック弁を設けて用いているが、これも逆流発生の際、応答性が劣り装備の信頼度が低下され、当該部品数の増加により製作コストが上乗する問題点を有する。
【００１５】
なお、アクチュエータ(Ｂ)の負荷圧力、又は油圧ポンプ(Ｐ)からの吐出圧力によってアクチュエータ(Ｂ)へ供給される油量が変動され安全事故が発生し得る問題点を有する。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、アクチュエータの駆動速度を制御する油量制御弁をアクチュエータへ供給される作動油の流れ方向を制御するコントロール弁の内部に設けられ、コンパックトな構造により設計する際、レイアウト上の干渉を防止して、狭小なスペースでも使用できるようにした建設重装備用油量制御装置を提供することにある。
【００１７】
本発明の他の目的は、アクチュエータの負荷圧力及び油圧ポンプの圧力変動によるハンチング及びショックを減少させ、当該部品の耐久性を向上できるようにした建設重装備用油量制御装置を提供することにある。
【００１８】
本発明の他の目的は、油圧ポンプの吐出圧力より作業装置の負荷圧力が高い時、チェック弁の機能を行って応答性を向上させることができるようにした建設重装備用油量制御装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、請求項１の発明は、油圧ポンプと、油圧ポンプにつながり作動油の供給の際、駆動するアクチュエータと、油圧ポンプとアクチュエータとの間の並列油路に設けられ、アクチュエータの起動、停止及び方向切替えを制御する制御弁を備える建設重装備用油量制御装置において、
圧力室にピストンが設けられ、前記ピストンを貫通する油路にオリフィスが設けられたロジックチェック弁と、
一側圧力室につながる前記供給側油路内の圧力に対する他側圧力室につながる前記アクチュエータ側油路内の圧力及び設定された弁バネの弾性力により切り替えられる時、前記並列油路と連通した入口側油路と前記ロジックチェック弁の圧力室につながった出口側油路を開閉するロジック制御弁と、を備えることを特徴としている。
【００２０】
請求項２の発明は、油圧ポンプと、油圧ポンプにつながり作動油の供給の際、駆動するアクチュエータと、油圧ポンプとアクチュエータとの間の並列油路に設けられ、アクチュエータの起動、停止及び方向切替えを制御する制御弁を備える建設重装備用油量制御装置において、
前記制御弁の供給側油路と圧力室とを連結する油路にチェック弁が設けられ、前記チェック弁の前後側から分岐された油路にオリフィスが設けられたロジックチェック弁と、
一側圧力室につながる前記供給側油路内の圧力に対する他側圧力室につながる前記アクチュエータ側油路内の圧力及び設定された弁バネの弾性力により切り替えられる時、前記並列油路と連通した入口側油路と前記ロジックチェック弁の圧力室につながった出口側油路を開閉するロジック制御弁と、を備えることを特徴としている。
【００２１】
請求項３の発明は、油圧ポンプと、油圧ポンプにつながり作動油の供給の際、駆動するアクチュエータと、油圧ポンプとアクチュエータとの間の並列油路に設けられ、アクチュエータの起動、停止及び方向切替えを制御する制御弁を備える建設重装備用油量制御装置において、
前記制御弁の供給側油路と圧力室とを連結する油路にオリフィスが設けられたロジックチェック弁と、
一側圧力室につながる前記供給側油路内の圧力に対する他側圧力室につながる前記アクチュエータ側油路内の圧力及び設定された弁バネの弾性力により切り替えられる時、前記並列油路と連通した入口側油路と前記ロジックチェック弁の圧力室につながった出口側油路を開閉するロジック制御弁と、を備えることを特徴としている。
【００２２】
請求項４の発明は、請求項第１、２又は３において、ロジック制御弁スプールの供給側通路に可変オリフィスが設けられていることを特徴としている。
【００２３】
請求項５の発明は、請求項第１、２又は３において、ロジックチェック弁は弁シートの移動量によって前記並列油路から供給通路に対する開口面積を変化させる制御可変スロットルをさらに備えることを特徴としている。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の望ましい一実施例による建設重装備用油量制御装置をさらに詳しく説明する。
【００２６】
図３は本発明の一実施例による建設重装備用油量制御装置の油圧回路図であり、図４はパイロット圧力とスプール開口面積との関係を示すグラフである。
【００２７】
図示したように、油圧ポンプ(Ｐ)と、油圧ポンプ(Ｐ)につながり作動油供給の際、駆動するアクチュエータ(３)と、油圧ポンプ(Ｐ)とアクチュエータ(３)間の並列油路(６)に設けられ、操作レバー(Ｌ)の操作によるパイロット信号圧印加の際に切替えられアクチュエータ(３)の起動、停止及び方向切替えを制御する制御弁(４)と、制御弁(４)の供給側油路(７)と並列油路間に開閉可能に設けられる逆流防止及び圧力補充形の油量調節弁(２２)を備える。
【００２８】
前記油量調節弁(２２)は、供給側油路(７)と圧力室(１２)を連結するチェック油路(１０)にオリフィス(９)が設けられ、予め設定された弁バネ(１１)の弾性力により並列油路(６)と供給側油路(７)を閉鎖したことを初期状態で弾性バイアスを行うロジックチェック弁(８)と、
一側の圧力室(１３ａ)にはロジックチェック弁(８)を通した供給側油路(７)内の圧力を検出する油路(１５)がつながっており、他側の圧力室(１３ｂ)には制御弁(４)のオリフィス(１９ａ,１９ｂ)を通したアクチュエータ(３)側の負荷圧力を検出する油路(１６)がつながり、油路(１５)と油路(１６)との圧力差及び予め設定された弁バネ(１４)の弾性力により切替えの際、並列油路(６)に連通された入口側油路(１７)とロジックチェック弁(８)の圧力室(１２)につながった出口側油路(１８)を開閉するロジック制御弁(１３)からなるものである。
【００２９】
この時、前記油路(１６)は制御弁(４)が中立位置である場合、油圧タンク(Ｔ)によりつながり、パイロット信号圧(Ｐｉ)印加により制御弁(４)のスプール(５)が左側、又は右側方向へ切替えられる場合にオリフィス(１９;１９ａ,１９ｂ)の下流側にて負荷圧力を感知するように形成される。
【００３０】
図面中に、説明符号のない２０はセンターバイパス通路、２１は油圧回路内に設定の作動圧を形成するリリーフ弁である。
【００３１】
以下、添付の図面を参照して本発明の望ましい一実施例による建設重装備用油量制御装置の作動をさらに詳しく説明する。
【００３２】
図４はパイロット圧力とスプール開口面積との関係を示すグラフである。
【００３３】
図示したように、オペレータによりパイロット操作レバー(Ｌ)を操作してパイロット信号圧の印加により制御弁(４)を左側、又は右側方向へ設定の圧力に切替えさせる場合、即ちスプール(５)開口部面積線図の“Ａ”パイロット圧力に切替えると制御弁(４)の開口面積は“Ａ”に設定される。
【００３４】
この時、センターバイパス通路(２０)が遮断されることにより、油圧ポンプ(Ｐ)から吐出される作動油は並列油路(６)−ロジックチェック弁(８)−供給側油路(７)−スプール(５)の開口面積を次第に通過してアクチュエータ(３)のラージ室へ供給されこれを延長駆動させることができることになる。
【００３５】
この時、作業の条件に応じてアクチュエータ(３)へ供給される油量を制限してこれの駆動速度を制御しようとする場合、制御弁(４)のパイロット圧力“Ａ”に切替え、油量が通過する面積を“Ａ”に設定すると、通過する油量(Ｑ)は、
Q=Cd ×A'×√ΔP
(ここで、Ｃｄ;油量係数、Ａ';オリフィス面積、 ΔＰ;オリフィス前後の圧力差である)
【００３６】
即ち、スプール(５)を通過する油量はオリフィス(１９)前後の圧力差を同一に保持すると、オリフィスの断面積に比例することになる。
【００３７】
この時、スプール(５)の開口面積を“Ａ'”に設定した時、オリフィス(１９)を通過する油量がオリフィス(１９)前後の圧力差〔制御弁(４)の入口の圧力ーアクチュエータ(３)の負荷圧力〕が設定値の以下である場合には、ロジック制御弁(１３)は制御されず、初期の中立状態を保持するので、油量が制御されずに流込まれる。
【００３８】
なお、油量が漸進的に増加してオリフィス(１９)の前後圧力差が設定値を越える場合、供給側油路(７)に発生する作動圧がロジック制御弁(１３)の弁バネ(１４)の弾性力より大きくなるので、ロジック制御弁(１３)が図面上、右側方向へ切替えられることにより、入口側油路(１７)と出口側油路(１８)が連通され、油圧ポンプ(Ｐ)から吐出され制御された作動油がロジックチェック弁(８)の圧力室(１２)に到達することになる。
【００３９】
圧力室(１２)に到達した制御の作動油はロジックチェック弁(８)のオリフィス(９)を経由して供給側の油路(７)へ流れ出される。ロジックチェック弁(８)のオリフィス(９)によりロジックチェック弁(８)の圧力室(１２)へ流込まれる油量はロジック制御弁(１３)の移動量によって増減され、油量の増減によってロジックチェック弁(８)の圧力室(１２)の圧力が制御される。
【００４０】
なお、ロジックチェック弁(８)の圧力室(１２)とシート部との断面積差によるロジックチェック弁(８)の圧力室(１２)の圧力によりロジックチェック弁(８)はシート方向へ移動するので、ロジックチェック弁(８)の通過面積が小さくなるので、油量が減ることになる。
【００４１】
従って、スプール(５)のオリフィス面積("Ａ'")を通過する油量はアクチュエータ(３)の負荷圧力及び油圧ポンプ(Ｐ)の圧力変動にかかわらず、常に一定な圧力差に通過することにより、一定の油量を保持するので、コンパックトな構造により設計の際、レイアウト上の干渉が防止できる。
【００４２】
なお、アクチュエータ(３)の負荷圧力変動、又は油圧ポンプ(Ｐ)の圧力が瞬間的に変動する場合にも、油量制御弁(２２)の移動に伴うロジックチェック弁(８)の圧力室(１２)の圧力が２次に制御されるので、ハンチング及びショックを減少して油圧システムの安定が確保できる。
【００４３】
なお、油圧ポンプ(Ｐ)の吐出圧力よりアクチュエータ(３)の負荷圧力が高い場合、ロジック制御弁(１３)が中立を保持して遮断され(図３に図示した状態)ロジックチェック弁(８)は一般的なチェック弁の機能を有するので、対応性に優れている装備の信頼度を向上させることができる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、ロジック制御弁(１３)の移動量によって油圧ポンプ(Ｐ)からの作動油がロジックチェック弁(８)の圧力室(１２)を通過する油量が制御され、圧力室(１２)を通過する油量によりロジックチェック弁(８)の圧力室(１２)圧力が制御されることにより、アクチュエータ(３)の負荷圧力及び油圧ポンプ(Ｐ)の圧力変動にかかわらず、一定な油量をアクチュエータ(３)へ供給でき、アクチュエータ(３)から逆流することが防止できる。更に油圧ポンプ ( Ｐ ) の吐出圧力よりアクチュエータ（３）の負荷圧力が高い場合、ロジックチェック弁 ( ８ ) の圧力室 ( １２ ) に作動油がオリフィス（２４ａ，２６）を介して迅速に補充されるので、逆流防止の機能が働く際の応答性が優れている。
【００４５】
図５乃至図７は本発明の望ましい他の実施例による油量制御装置の要部抜粋図である。
【００４６】
図示したように、油圧ポンプ(Ｐ)につながり駆動するアクチュエータ(３)と、油圧ポンプ(Ｐ)とアクチュエータ(３)間の油路に設けられるロジックチェック弁(８)と、ロジックチェック弁(８)の圧力室(１２)と油圧ポンプ(Ｐ)間の油路に設けられるロジック制御弁(１３)などは図２に示した本発明の一実施例による油量制御装置のものと実質的に同一なので、これらの説明は省略したものである。
【００４８】
図５示したように、本発明の望ましいさらに他の実施例による油量制御装置は、前記ロジックチェック弁(８)の圧力室(１２)にピストン(２４)を設け、ピストン(２４)を貫通する油路にオリフィス(２４ａ)を設けることにより、油圧ポンプ(Ｐ)の吐出圧力よりアクチュエータ(３)の負荷圧力が高い場合、ロジックチェック弁(８)の圧力室(１２)に作動油を迅速に補充できるので、逆流防止の機能を働く際の応答性に優れることになる。
【００４９】
図６に示したように、本発明の望ましいさらに他の実施例による油量制御装置は、ロジックチェック弁(８)の圧力室(１２)と供給側油路(７)を連結する油路にチェック弁(２５)を設け、チェック弁(２５)の前後側から分岐した油路にオリフィス(２６)を設けることにより、逆流防止の機能を働く際、作動油をチェック弁(２５)を介してロジックチェック弁(８)の圧力室(１２)に迅速に補充でき、油量をコントロールする際には、制御される作動油がオリフィス(２６)のみを通過できることになる。
【００５０】
図７に示したように、本発明の望ましいさらに他の実施例による建設重装備用の油量制御装置は、油圧ポンプ(Ｐ)につながり駆動するアクチュエータ(３)と、油圧ポンプ(Ｐ)とアクチュエータ(３)間の油路に設けられる制御弁(４)と、油圧ポンプ(Ｐ)と制御弁(４)間の油路に設けられるロジックチェック弁(８)と、ロジックチェック弁(８)の圧力室(１２)と油圧ポンプ(Ｐ)間の油路に設けられるロジック制御弁(１３)等を備え、これらは図３に示した本発明の一実施例による油量制御装置のものと実質的に同一ので、これらの説明は省略するが、重なる図面符号は同一に表したものである。
【００５１】
本発明のさらに他の実施例による建設重装備用の油量制御装置は、前記ロジックチェック弁(８)の弁シートはこれの移動量に応じて、前記油圧ポンプ(Ｐ)の並列通路(６)から供給通路(７)に対する開口面積を変化させる制御可変スロットル(８ａ)が外周縁に形成されることから、アクチュエータ(３)に供給される油量コントロールが容易になる。
【００５２】
本発明は特許請求の範囲において請求する旨を外れずに、当該分野における通常の知識を有する者により様々に変更実施できるので、本発明の技術保護範囲は前述した特定の望ましい実施例に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術による建設重装備用油量制御装置の油圧回路図。
【図２】従来技術による他の油量制御装置の油圧回路図。
【図３】本発明の望ましい位置実施例による建設重装備用油量制御装置の油圧回路図。
【図４】パイロット圧力とスプール開口面積との関係を示すグラフ。
【図５】本発明の望ましい他の実施例による油量制御装置の要部抜粋図。
【図６】本発明の望ましいさらに他の実施例による油量制御装置の要部抜粋図。
【図７】本発明の望ましいさらに他の実施例による油量制御装置の要部抜粋図である。

Claims

油圧ポンプと、油圧ポンプにつながり作動油の供給の際、駆動するアクチュエータと、油圧ポンプとアクチュエータとの間の並列油路に設けられ、アクチュエータの起動、停止及び方向切替えを制御する制御弁を備える建設重装備用油量制御装置において、
圧力室にピストンが設けられ、前記ピストンを貫通する油路にオリフィスが設けられたロジックチェック弁と、
一側圧力室につながる前記供給側油路内の圧力に対する他側圧力室につながる前記アクチュエータ側油路内の圧力及び設定された弁バネの弾性力により切り替えられる時、前記並列油路と連通した入口側油路と前記ロジックチェック弁の圧力室につながった出口側油路を開閉するロジック制御弁と、を備えることを特徴とする建設重装備用油量制御装置。
油圧ポンプと、油圧ポンプにつながり作動油の供給の際、駆動するアクチュエータと、油圧ポンプとアクチュエータとの間の並列油路に設けられ、アクチュエータの起動、停止及び方向切替えを制御する制御弁を備える建設重装備用油量制御装置において、
前記制御弁の供給側油路と圧力室とを連結する油路にチェック弁が設けられ、前記チェック弁の前後側から分岐された油路にオリフィスが設けられたロジックチェック弁と、
一側圧力室につながる前記供給側油路内の圧力に対する他側圧力室につながる前記アクチュエータ側油路内の圧力及び設定された弁バネの弾性力により切り替えられる時、前記並列油路と連通した入口側油路と前記ロジックチェック弁の圧力室につながった出口側油路を開閉するロジック制御弁と、を備えることを特徴とする建設重装備用油量制御装置。
油圧ポンプと、油圧ポンプにつながり作動油の供給の際、駆動するアクチュエータと、油圧ポンプとアクチュエータとの間の並列油路に設けられ、アクチュエータの起動、停止及び方向切替えを制御する制御弁を備える建設重装備用油量制御装置において、
前記制御弁の供給側油路と圧力室とを連結する油路にオリフィスが設けられたロジックチェック弁と、
一側圧力室につながる前記供給側油路内の圧力に対する他側圧力室につながる前記アクチュエータ側油路内の圧力及び設定された弁バネの弾性力により切り替えられる時、前記並列油路と連通した入口側油路と前記ロジックチェック弁の圧力室につながった出口側油路を開閉するロジック制御弁と、を備えることを特徴とする建設重装備用油量制御装置。
前記ロジック制御弁スプールの供給側通路に可変オリフィスが設けられていることを特徴とする請求項第１、２又は３に記載の建設重装備用油量制御装置。
前記ロジックチェック弁は弁シートの移動量によって前記並列油路から供給通路に対する開口面積を変化させる制御可変スロットルをさらに備えることを特徴とする請求項第１、２又は３に記載の建設重装備用油量制御装置。