JP3360310B2 - 脈動除去装置 - Google Patents

脈動除去装置

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JP3360310B2 JP11421192A JP11421192A JP3360310B2 JP 3360310 B2 JP3360310 B2 JP 3360310B2 JP 11421192 A JP11421192 A JP 11421192A JP 11421192 A JP11421192 A JP 11421192A JP 3360310 B2 JP3360310 B2 JP 3360310B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば油圧ショベルそ
の他の建設機械等に設けられ、油圧ポンプと、この油圧
ポンプから供給される圧油により駆動されるアクチュエ
ータとを備えた油圧作動装置において、油圧ポンプから
吐出される圧油の脈動を吸収除去するための脈動除去装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図4に従来技術の油圧作動装置の一例を
示す。同図において、1はエンジン、2は油圧ポンプ、
3はコントロールバルブ、4はアクチュエータである。
油圧ポンプ2はエンジン1により駆動されて、タンク5
から供給される作動油を加圧して吐出するようになって
おり、油圧ポンプ2から供給される圧油によってアクチ
ュエータ4を作動させる。ところで、油圧ポンプ2とし
て、斜軸ポンプや斜板ポンプ等のピストン式のポンプを
用いる場合、周知のように、シリンダブロックを弁板に
摺接させるが、このシリンダブロックに形設したシリン
ダが弁板の吸引ポートに開口したときに作動油を吸引
し、吐出ポートに切り換わると、シリンダ内の作動油が
加圧されて、この吐出ポートから圧油が吐出される。
【0003】ここで、図5にシリンダブロックに形設し
たシリンダSと弁板Tに設けた吸引ポートA及び吐出ポ
ートBとの位置関係を示す。なお、シリンダSは5個設
けられているとする。シリンダブロックが回転すると、
吐出ポートBには、2個のシリンダが開口する状態(図
5に実線で示した状態)と、3個のシリンダが開口する
状態(図5に仮想線で示した状態)とがあり、かつ吸引
ポートAから死点位置を越えて吐出ポートBに開口が開
始してから完全に吐出ポートBに開口するまでの間、及
び吐出ポートBから死点位置に変位する間には、シリン
ダのこの吐出ポートBへの開口面積が変化すること等か
ら、吐出ポートBからの吐出圧油に脈動が発生し、これ
が騒音の発生源となり、また圧油供給経路に介在する各
種の機器を破損させる原因ともなる。このために、油圧
作動装置における油圧ポンプ2からの配管6の途中にア
キュムレータ7を設けることにより脈動除去機能を発揮
させる構成としたものも知られている。
【0004】図6にアキュムレータ7を示す。この図か
ら明らかなように、アキュムレータ7は油室7aを備
え、この油室7aと配管6との間は所定の長さを有する
ポート7bにより連通している。また、油室7b内には
ブラダ7cが設けられており、このブラダ7c内には所
定の圧力で窒素ガスが封入されている。従って、配管6
内に脈動が発生すると、この脈動が油室7b内にも伝達
されて、この油室7b内で反射してポート7bから配管
6内に戻る際に、脈動周波数に遅れが生じるが、この周
波数の遅れを制御することによって、配管6内の脈動を
打ち消すように作用させるように構成する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ここで、アキュムレー
タ7によって吸収可能な脈動周波数(fn )は、
【0006】
【数1】
【0007】で与えられる。ただし、n:ポリトローブ
指数、Pn :ポート入口部圧力(Kgf/cm2 )、An :ポ
ート部断面積(cm2 )、ρ:油密度(Kgf・cm-4・s2 )、
n :ポート部の長さ(cm)、V:アキュムレータのガ
ス体積(cm3 )である。
【0008】従って、油圧ポンプが一定の状態で作動す
る際に発生する脈動周波数を吸収除去するには、この数
1を満足するようにアキュムレータを構成とする。
【0009】ところで、建設機械等の油圧作動装置は油
圧ポンプはエンジンにより駆動されるが、脈動周波数f
n は、油圧ポンプの回転数により変化する。油圧ポンプ
のシリンダ及びシリンダ本数を5本として、油圧ポンプ
をNn rpm で回転させたときの脈動周波数fn は、fn
=5・Nn /60(Hz)となる。従って、油圧ポンプ
の回転数に応じて発生する脈動周波数が変化する。
【0010】油圧ポンプはエンジンにより駆動される
が、エンジンが常に一定の回転数で作動しておれば、油
圧ポンプによる脈動周波数も一定になるから、アキュム
レータにより良好な脈動吸収作用を発揮する。しかしな
がら、省エネルギの観点等から、作業状況等に応じてエ
ンジン回転数を変化させることができるようになってい
る。油圧ポンプをある回転数Na で最適な脈動吸収作用
を発揮するようにアキュムレータの構造が設計されてい
る場合に、回転数がNb に変化したときには、このアキ
ュムレータでは脈動の吸収作用を発揮しないか、また場
合によっては共振作用によって騒音が増大してしまう等
の不都合が発生する。
【0011】本発明は、以上のような従来技術の課題を
解決するためになされたものであって、その目的とする
ところは、エンジン回転数を変化させて、油圧ポンプの
回転数を変化させても、この油圧ポンプから吐出される
圧油の脈動を確実に吸収除去できるようにした脈動除去
装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、第1の発明は、油圧ポンプと、この油圧ポンプ
から供給される圧油により作動するアクチュエータとを
備えた油圧作動装置において、油圧ポンプからアクチュ
エータに至る配管の途中に脈動吸収用のアキュムレータ
を接続して、このアキュムレータのポート部にその通路
断面積を変化させるために、電磁比例弁からなる可変絞
り手段を設け、脈動周波数に応じてこの可変絞り手段に
よるポート部の通路断面積を変化させる構成としたこと
をその特徴とするものである。また、第2の発明は、エ
ンジンにより駆動される油圧ポンプと、この油圧ポンプ
から供給される圧油を供給することにより作動する油圧
アクチュエータと、この油圧アクチュエータに圧油の給
排制御を行うコントロールバルブと、前記油圧ポンプと
コントロールバルブとの間の配管に設けられ、ガス圧の
作用によりこの配管内で生じる脈動を吸収するためのア
キュムレータと、回路の最高圧を設定するリリーフ弁と
を備えた油圧ショベルの油圧回路において、前記アキュ
ムレータのポート部に設けられ、このポート部の通路断
面積を変化させるための可変絞り手段と、前記油圧ポン
プの回転数が変化した時に、前記可変絞り手段の絞り量
を変化するように制御する絞り制御手段とを備え、前記
絞り制御手段は前記リリーフ弁により定まる油圧回路の
最高圧時の脈動を吸収するのに最適な通路断面積となる
ように制御するものであることをその特徴とするもので
ある。
【0013】
【作用】既に説明したように、吸収可能な脈動周波数と
脈動吸収機構としてのアキュムレータの構造との間に数
1の関係が成立する。従って、この数1の右辺の値を変
化させれば、吸収可能な脈動周波数を換えることは可能
である。
【0014】ここで、ポリトローブ指数nは定数であ
り、油密度ρは使用する作動油により定まるものであ
る。また、油圧作動装置には、通常、その回路を構成す
る各部の保護を図るためにリリーフ弁8が設けられてお
り、このリリーフ弁8の設定開放圧力が回路の最高圧力
となる。そして、この最高圧力で作動している時が脈動
エネルギによる騒音の問題が最も顕著になるから、アキ
ュムレータ7はこの最高圧力時における脈動周波数の吸
収作用を発揮させるように設定するのが一般的であり、
このためにPn 及びVはリリーフ弁8の設定圧力により
定まる。しかしながら、エンジン回転数が変わって脈動
周波数の変化したときに、これに応じてポート7bにお
ける通路断面積とその長さを変えることにより、回路内
に最高圧力が作用している状態で変化した脈動周波数の
吸収除去作用を発揮する。
【0015】そこで、本願発明においては、ポート部に
その通路断面積を可変ならしめる可変絞り手段を介装
し、運転状況に応じてポート部の断面積を変化させるよ
うに構成した。そして、脈動周波数が変化した時に、可
変絞り手段を作動させて、数1から、この脈動周波数を
吸収除去するのに最適な通路断面積となるように調整す
る。これによって、装置の運転状況に応じて適切な脈動
吸収作用を発揮し、騒音低減及び回路構成機器の保護が
図られる。
【0016】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。まず、図1に油圧回路の全体構成を、図2
に脈動吸収機構として用いられるアキュムレータを、ま
た図3に絞り制御機構の構成をそれぞれ示す。なお、こ
れらの図において、前述した従来技術のものと同一また
は均一な構成部材については同じ符号を付してその説明
を省略する。
【0017】油圧ポンプ2からの配管6の途中に設けら
れるアキュムレータ10としては、油室10aを有し、
この油室10aと配管6との間はポート10bにより連
通しており、また油室10b内には窒素ガスを封入した
ブラダ10cが設けられている点については、前述した
従来技術のものと格別差異はない。然るに、ポート10
bには可変絞り弁11が介装されている。この可変絞り
弁11は、円錐形状の弁本体11aを有し、この弁本体
11aの一端側にばね12を作用させ、このばね12の
作用側とは反対側にはプランジャ13を延在させ、この
プランジャ13を囲繞するようにソレノイド14が設け
られている。ソレノイド14は弁本体11aを供給信号
に比例した量だけばね12に抗する方向に変位する電磁
比例弁となっている。そして、弁本体11aの位置に応
じてポート10bの通路断面積が変化する。ソレノイド
14に対する制御信号は制御回路15から供給されるよ
うになっており、この制御回路15はエンジン1に設け
た周知の回転数検出手段によりその回転数を検出して、
このエンジン1の回転数から、その時に発生する脈動周
波数を割り出し、この脈動周波数を吸収するのに最適な
通路断面積となるように可変絞り弁11を作動させるよ
うになされている。
【0018】而して、前述した数1において、ポリトロ
ーブ指数n及び油密度ρは一定であり、ポート入口部圧
力Pn とガス圧力Vとはリリーフ弁の設定圧力により定
まることから、またポート10bのポート部の長さは変
化させないことから、
【0019】
【数2】
【0020】と置くことができ、この数2は
【0021】
【数3】
【0022】に置き変えることができる。
【0023】ここで、油圧ポンプ2の回転数をNa とし
たときのアキュムレータ10により吸収できる脈動周波
数から、下記数4が成立する。
【0024】
【数4】
【0025】これを変形すると、
【0026】
【数5】
【0027】となる。そして、油圧ポンプ2の回転数を
a からNb に変化させると、
【0028】
【数6】
【0029】となる。
【0030】数5と数6とから、油圧ポンプ2の回転数
がNa からNb に変化すると、Ab=(Nb /Na2
・Aa なる値を求めて、この値に相当する開口面積Ab
となるように、可変絞り弁11を作動させる。ここで、
建設機械等にあっては、油圧ポンプ2を作動させる際に
は、エンジン1は、通常、所定の定格回転で運転される
ようになっており、この定格回転時の油圧ポンプ2の回
転数をNa とし、またこの回転数Na で作動している際
に発生する脈動を除去できるアキュムレータ10に装着
した可変絞り弁11の通路断面積Aa を予め制御回路1
5に設定しておく。そして、油圧ポンプ2の回転数がN
n がNa からNb に変化したときに、この回転数Nb
制御回路15に入力して、(Nb /Na2 ・Aa の演
算を実行することによって、この回転数Nb での運転時
に脈動を吸収するのに好適な通路断面積Ab を求め、可
変絞り弁11のソレノイド13に信号を送り、弁本体1
1aを変位させて、ポート10bの通路断面積を変え
る。これによって、エンジン1の回転数が変わることに
よって、脈動周波数が変化しても、それに応じてアキュ
ムレータ10による脈動吸収機能を最大限に発揮させる
ことができる。従って、作業の態様や状況等に応じて油
圧ポンプ2の回転数を変化させた時に、これに応じてア
キュムレータ10のポート10bにおける通路断面積を
変化させることによって、アキュムレータ10を常に脈
動吸収除去作用を発揮させることができる。
【0031】しかも、油圧ポンプ2の回転数が変わった
時に、これに追従して変化する周波数の脈動を吸収除去
するに当って、ポート10bに電磁比例弁からなる可変
絞り弁11を装着するだけの極めて簡単な構成を用いて
いるので、構成が極めて簡単で、応答性も良好となる。
【0032】
【発明の効果】本発明は以上のように構成することによ
って、油圧ポンプの回転数が変化しても、確実に脈動を
吸収除去できて、騒音の低減及び油圧回路を構成する部
材の保護を図ることができ、しかもそのための構成が極
めて簡単で、制御性を著しく良好となり、また応答性も
良好となる等の諸効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す油圧作動装置の構成説
明図である。
【図2】図1のアキュムレータの構成説明図である。
【図3】可変絞り弁の制御機構の構成説明図である。
【図4】従来技術における油圧作動装置の構成説明図で
ある。
【図5】油圧ポンプの作用説明図である。
【図6】図4のアキュムレータの構成説明図である。
【符号の説明】
1 エンジン 2 油圧ポンプ 4 アクチュエータ 6 配管 10 アキュムレータ 10b ポート 11 可変絞り弁 12 ばね 13 プランジャ 14 ソレノイド 15 制御回路
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−85702(JP,A) 特開 平5−272463(JP,A) 特開 昭63−253193(JP,A) 特開 昭61−165004(JP,A) 特開 平4−295193(JP,A) 特開 平5−106777(JP,A) 実開 昭61−132160(JP,U) 実開 平3−35394(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F04B 49/00 - 49/10 F15B 11/00

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 油圧ポンプと、この油圧ポンプから供給
    される圧油により作動するアクチュエータとを備えた油
    圧作動装置において、油圧ポンプからアクチュエータに
    至る配管の途中に脈動吸収用のアキュムレータを接続し
    て、このアキュムレータのポート部にその通路断面積を
    変化させるために、電磁比例弁からなる可変絞り手段を
    設け、脈動周波数に応じてこの可変絞り手段によるポー
    ト部の通路断面積を変化させる構成としたことを特徴と
    する脈動除去装置。
  2. 【請求項2】 前記脈動周波数の検出は前記油圧ポンプ
    の回転数を検出する手段により行う構成となし、この油
    圧ポンプの回転数に関する信号を制御手段に取り込ん
    で、この制御手段からの信号に基づいて前記可変絞り手
    段によるポート部の通路断面積を変化させる構成とした
    ことを特徴とする請求項1記載の脈動除去装置。
  3. 【請求項3】 前記油圧ポンプは回転数検出手段を備え
    たエンジンにより駆動されるものであり、この回転数検
    出手段で前記エンジンの回転数を検出することによっ
    て、前記脈動周波数を検出する構成としたことを特徴と
    する請求項2記載の脈動除去装置。
  4. 【請求項4】 前記制御手段は、前記エンジン回転数と
    前記ポート部の最適な通路断面積との積を予め記憶し、
    前記エンジンの回転数検出手段からの信号を取り込ん
    で、この予め記憶した関係から前記可変絞り手段への駆
    動信号を出力する構成としたことを特徴とする請求項3
    記載の脈動除去装置。
  5. 【請求項5】 エンジンにより駆動される油圧ポンプ
    と、この油圧ポンプから供給される圧油を供給すること
    により作動する油圧アクチュエータと、この油圧アクチ
    ュエータに圧油の給排制御を行うコントロールバルブ
    と、前記油圧ポンプとコントロールバルブとの間の配管
    に設けられ、ガス圧の作用によりこの配管内で生じる脈
    動を吸収するためのアキュムレータと、回路の最高圧を
    設定するリリーフ弁とを備えた油圧ショベルの油圧回路
    において、 前記アキュムレータのポート部に設けられ、このポート
    部の通路断面積を変化させるための可変絞り手段と、 前記油圧ポンプの回転数が変化した時に、前記可変絞り
    手段の絞り量を変化す るように制御する絞り制御手段と
    を備え、 前記絞り制御手段は前記リリーフ弁により定まる油圧回
    路の最高圧時の脈動を吸収するのに最適な通路断面積と
    なるように前記可変絞り手段を制御するものであること
    を特徴とする脈動除去装置。
  6. 【請求項6】 前記絞り制御手段は前記エンジンの定格
    回転時に定まる前記ポート部の通路断面積を基準とし、
    このエンジンの回転数が変化した時に、前記ポート部の
    最適な通路断面積を演算するものであることを特徴とす
    る請求項5記載の脈動防止装置。
  7. 【請求項7】 前記可変絞り手段を電磁比例弁で構成
    し、また前記絞り制御手段は、前記エンジンの定格回転
    時の前記油圧ポンプの回転数をN a とし、その時の最適
    な通路断面積をA a としたときに、前記エンジンの回転
    数が変化して、前記油圧ンプ2の回転数がN a からN b
    に変化したときに、(N b /N a 2 ・A a の演算する
    ことを特徴とする請求項6記載の脈動防止装置。
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