JP3626590B2

JP3626590B2 - Actuator bleed-off control device

Info

Publication number: JP3626590B2
Application number: JP03869498A
Authority: JP
Inventors: 朋彦浅蔭; 英昭吉松; 昭筒井; 茂樹北川; 宰一錦野; 宙士木村
Original assignee: Kobelco Cranes Co Ltd
Current assignee: Kobelco Cranes Co Ltd
Priority date: 1998-02-20
Filing date: 1998-02-20
Publication date: 2005-03-09
Anticipated expiration: 2018-02-20
Also published as: JPH11230108A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、作業船その他の油圧クレーンや油圧ショベル等に用いられるアクチュエータのブリードオフ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、作動流体の供給を受けて作動するアクチュエータの速度制御方式として、当該アクチュエータを経由せずにポンプからタンクに戻る流体の流量を制御するブリードオフ制御が良く知られている。例えば、特公平７−６５２５号公報には、内部にブリードオフ通路をもつ方向流量制御弁を油圧モータと油圧ポンプとの間に設け、作業者により操作されるレバーの操作量に対応して上記方向流量制御弁のパイロット圧を変化させて、ブリードオフ流路の開口面積を制御するようにしたものが開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報にかかる装置では、レバー操作とブリードオフ流路の開口面積とが一対一で対応づけられているため、同じレバー操作量でも、ポンプ吐出流量によって当該操作量に対応するブリードオフ圧（ブリードオフ流路の前後の差圧）が異なることになる。換言すれば、レバー操作とブリードオフ流路の開口面積との関係が一定しておらず、このため、適切な操作を行いにくい不都合がある。
【０００４】
なお、上記公報では、操作レバーの操作量に応じ、加速時にはポンプ吐出圧力、減速時にはモータ排出側流路の圧力をそれぞれ制御する圧力制御を実行し、スムーズな減速停止や荷振れ防止の実現を図ったものが開示されているが、このような圧力制御においても、ポンプ吐出流量によって圧力関係が変動するため、操作者が同じ操作をしたつもりであっても加速感、減速感が変わってしまうおそれがある。
【０００５】
また、この公報に示される装置では、パイロット圧とバネ反力との関係で流量特性・圧力特性が決まってしまうので、その特性の設定自由度が低い。従って、多種の特性を設定するためにはその数だけ油圧機器を追加しなければならず、コスト高となる不都合が生じる。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑み、安定した操作フィーリングが得られ、しかもその制御特性の設定の自由度が高いアクチュエータのブリードオフ制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、本発明は、アクチュエータと、このアクチュエータに作動流体を供給するポンプと、このポンプから上記アクチュエータを経由せずに作動流体をタンクに戻すためのブリードオフ流路の開口面積を変化させるブリードオフ絞り手段と、上記アクチュエータを作動させるために操作される操作手段と、上記ポンプの吐出流量を検出する吐出流量検出手段と、この吐出流量検出手段により検出された吐出流量と上記操作手段の操作量とに基づき、上記操作手段の操作量と上記ブリードオフ絞り手段の前後の差圧との関係が予め定められた関係となるように上記ブリードオフ絞り手段を作動させる制御手段とを備えたものである。
【０００８】
この構成では、上記操作手段の操作量と上記ブリードオフ絞り手段の前後の差圧との関係が予め定められており、この関係を保つようにポンプ吐出流量に応じてブリードオフ流路の開口面積が決定されるので、従来のようにポンプ吐出流量の変化に伴って操作量−ブリードオフ圧の特性が大きく変動するといったことがなく、安定した操作フィーリングを得ることができるとともに、高い自由度で上記特性の設定ができる。
【０００９】
なお、ここでいう「ブリードオフ絞り手段の前後の差圧」とは、ポンプ吐出全量が通過すると仮定した場合の差圧を意味し、アクチュエータが動き出した後も、実際のつうか流量と関係なくポンプ吐出全量がブリードオフ絞り手段を通過したと仮定して演算した差圧とするものである。
【００１０】
このブリードオフ絞り手段としては、上記アクチュエータとポンプとの間に、内部にブリードオフ流路をもつ方向流量制御弁を設けるようにしてもよいし、この方向流路制御弁とは別に、このポンプから上記アクチュエータを経由せずにタンクに戻る作動流体の流量を変化させるブリードオフ制御弁を設けるようにしてもよい。
【００１１】
前者のように方向流量制御弁の内部にブリードオフ通路を設けるものとしては、上記方向流量制御弁をパイロット圧に応じてブリードオフ流路の開口面積が変化するパイロット切換弁とするとともに、上記吐出流量検出手段により検出された吐出流量と上記操作手段の操作量とに基づいて上記方向流量制御弁のパイロット圧を変化させるように上記制御手段を構成したものが好適である。後者のように方向流量制御弁とは別にブリードオフ制御弁を設ければ、方向流量制御弁の作動とは独立してブリードオフ制御ができるため、当該ブリードオフ制御の特性の設定自由度がさらに高くなる。また、方向流量制御弁の作動方向によってブリードオフ流量がばらつくといった不都合も回避できる。
【００１２】
上記吐出流量を直接検出することは非常に難しいが、その検出手段として、上記ポンプの駆動源の作動速度に相当する値とポンプ容量に相当する値とに基づいてポンプの吐出流量を演算するものを備えれば、容易にポンプ吐出流量を割り出すことができる。
【００１３】
上述のように、本発明では操作手段の操作量とブリードオフ絞り手段の前後の差圧との特性を自由に設定できるため、例えばその特性が互いに異なる複数種の制御パターンを記憶し、このうち選択された制御パターンに基づいてブリードオフ絞り手段の作動を制御するといったことも可能になる。このような構成によれば、運転状況等に応じて適当な制御パターンを選択することにより、さらに適正なアクチュエータ制御が可能になる。
【００１４】
例えば、操作手段の操作量の増加に対応して上記ブリードオフ絞り手段の前後の差圧を増大させる流量制御パターンと、ブリードオフ絞り手段の前後の差圧を十分に高く維持しながら制御手段の操作量の増加に対応してリリーフ圧（例えばブリードオフ絞り手段と並列に設置されるリリーフ弁の設定圧）を増大させる圧力制御パターンとを用意すれば、速度重視の操作と、作動力重視の操作のいずれをも行うことが可能になる。また、上記流量制御パターンには、操作手段の操作量の増加に対応して上記ブリードオフ絞り手段の前後の差圧とリリーフ圧の双方を増大させる複合制御パターンを含めるようにしてもよい。
【００１５】
上記アクチュエータとしては、例えば作業機械における旋回モータが好適である。この場合、上記圧力制御パターンとして、リリーフ圧立上り時の当該リリーフ圧の増加率が高い第１の圧力制御パターンと、リリーフ圧立上り時の当該リリーフ圧の増加率が低い第２の圧力制御パターンとを記憶し、操作手段の操作方向に対応する旋回方向が現在の旋回方向と同じ方向である場合には上記第１の圧力制御パターンを実行し、操作手段の操作方向に対応する旋回方向が現在の旋回方向と逆の方向である場合には上記第２の圧力制御パターンを実行するように制御手段を構成すれば、前者の場合には加速性を高めて早い段階でトップスピードに到達するのを可能にしながら、後者の場合には減速ショックを緩和して当該ショックに起因する荷振れ等の不都合を回避することが可能になる。
【００１６】
この作用効果は、上記流量制御パターンとして、ブリードオフ絞り手段の前後の差圧の立上り時の当該差圧の増加率が高い第１の流量制御パターンと、ブリードオフ絞り手段の前後の差圧の立上り時の当該差圧の増加率が低い第２の流量制御パターンとを記憶し、操作手段の操作方向に対応する旋回方向が現在の旋回方向と同じ方向である場合には上記第１の流量制御パターンを実行し、操作手段の操作方向に対応する旋回方向が現在の旋回方向と逆の方向である場合には上記第２の流量制御パターンを実行するようにしても、同様に得ることが可能である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態を図１〜図５に基づいて説明する。
【００１８】
図１に示す油圧回路は、タンク１０と、油圧ポンプ１２と、旋回モータ１４とを備えている。油圧ポンプ１２は、その駆動源として、作業機械等に搭載されているエンジン１６に連結されており、旋回モータ１４の出力軸は、上記作業機械等に設けられた旋回体１８に連結されている。
【００１９】
なお、本発明において作動制御の対象となるアクチュエータは旋回モータ１４に限らず、例えば油圧シリンダの速度制御にも本発明を適用することが可能である。
【００２０】
上記油圧ポンプ１２と旋回モータ１４との間には、方向流量制御弁２０が設けられている。図例では、この方向流量制御弁２０として、左旋回用のパイロット部２１と右旋回用のパイロット部２２とをもつ３位置パイロット切換弁が用いられている。この方向流量制御弁２０は、入口ポートとして、２つのＰポート（ポンプポート）と１つのＴポート（タンクポート）を有し、出口ポートとして、ＴポートとＡポートとＢポートとを有しており、Ａポートが上記旋回モータ１４のＭＡポートに、Ｂポートが同モータ１４のＭＢポートにそれぞれ接続されている。
【００２１】
この方向流量制御弁２０は、図の中立位置の他、右旋回位置（ＰポートとＡポートとを主に連通する位置）や左旋回位置（ＰポートとＢポートとを主に連通する位置）でも一部の作動油を旋回モータ１４を経由せずにタンク１０に戻すブリードオフ流路を有しており、このブリードオフ流路も含めた各流路の開口面積とスプールストローク（中立位置からのスプール移動量）との関係は図２のように設定されている。すなわち、スプールストロークが一定未満の中立範囲（Ｐ→Ａ流路もＰ→Ｂ流路も完全に開いていない範囲）では、Ｐ→Ｔ流路の開口面積が大きく、スプールストロークが一定以上の旋回範囲（Ｐ→Ａ流路またはＰ→Ｂ流路が完全に開いている範囲）では、Ｐ→Ｔ流路（ブリードオフ流路）の開口面積が小さく、かつ当該開口面積がスプールストロークの増大に伴って減少するように、方向流量制御弁２０のスプール及びスリーブの形状が設定されている。
【００２２】
この方向流量制御弁２０の両パイロット部２１，２２には、共通のパイロット油圧源３０が接続されており、このパイロット油圧源３０と各パイロット部２１，２２との間にそれぞれ電磁比例減圧弁３１，３２が設けられている。従って、これら電磁比例減圧弁３１，３２に入力されるソレノイド励磁電流によって、各パイロット部２１，２２に入力されるパイロット圧が調節可能となっている。
【００２３】
油圧ポンプ１２の吐出側とタンク戻り油路との間には、リリーフ圧を可変にするための電磁比例リリーフ弁４０が設けられている。また、方向流量制御弁２０のＡポート、Ｂポートと旋回モータ１４のＭＡポート、ＭＢポートとをそれぞれつなぐ流路は、当該流路が負圧となるのを防ぐため、逆止弁４２を介してタンクに接続されている。
【００２４】
この油圧回路が搭載される作業機械の運転室には、運転者等により操作される電気レバー（操作手段）４４が設けられている。この電気レバー４４は、その操作量に応じた電気信号を出力するように構成されている。また、この装置には、旋回モータ１４の旋回方向を検出する旋回方向検出センサ４６や、エンジン１６の回転数を検出するエンジン回転数センサ４８等のセンサ類が設けられ、これらセンサの出力する検出信号や、上記電気レバー４４の出力する電気信号が、コントローラ５０に入力されるようになっている。
【００２５】
このコントローラ５０は、上記各入力信号に基づき、上記電磁比例減圧弁３１，３２及び電磁比例リリーフ弁４０のソレノイドに制御信号を出力するように構成されている。具体的に、このコントローラ５０は、図３に示すような差圧算出手段５１、吐出流量算出手段５２、パイロット圧制御手段５３、及びリリーフ圧制御手段５４を備えている。
【００２６】
差圧算出手段５１は、レバー入力信号（レバー操作量に対応する信号）Ｖｉｎと、上記ブリードオフ流路の前後差圧の目標値（目標差圧）Ｐｂとの関係について、２種類のパターン、すなわち、流量制御用のパターン▲１▼と圧力制御用のパターン▲２▼とを記憶しており、これらパターン▲１▼，▲２▼のうち選択されたパターンと前記レバー入力信号Ｖｉｎとに基づいて、当該レバー入力信号Ｖｉｎに対応する目標差圧Ｐｂを算出するものである。
【００２７】
上記流量制御用のパターン▲１▼（図４（ａ）に示すパターン）は、図４（ｄ）に示すように、ポンプ吐出流量Ｑｐの大小にかかわらず、レバー入力信号Ｖｉｎにほぼ比例して定常旋回速度を増減させるように設定されたパターンである。これに対して圧力制御用のパターン▲２▼（同図（ｂ）に示すパターン）は、レバー入力信号Ｖｉｎが一定以上となった時点で上記目標差圧Ｐｂをリリーフ圧の最高値よりも十分高い圧力まで立ち上げるように設定されたパターンであり、この範囲において、図５（ｄ）に示すように定常旋回速度はレバー入力信号Ｖｉｎにかかわらず一定となる。
【００２８】
なお、上記パターンの選択は、運転者が備付けのスイッチを操作することにより行うようにしてもよいし、コントローラ５０が運転状態に応じて自動的に判断して行うようにしてもよい。例えば、加速度、減速度が低い定常運転時には流量制御パターン▲１▼を選択し、加速度、減速度が大きい作業時には圧力制御パターン▲２▼を選択するようにコントローラ５０を構成してもよい。
【００２９】
吐出流量算出手段５２は、エンジン回転数センサ４８により検出されたエンジン回転数Ｎｅと、次式とに基づき、ポンプ１２の吐出流量Ｑｐを算出するものである。
【００３０】
【数１】
Ｑｐ＝η_ｖ・ｑ_ｐ・Ｎｅ
ただし、η_ｖ：容積効率ｑ_ｐ：ポンプ容積
ここで、ポンプ容積ｑ_ｐには、使用するポンプ１２の固有の値を用いる。容積効率η_ｖの求め方は吐出流量Ｑｐの算出に要求される精度によって定められばよい。例えば、高い精度が要求される場合には、ポンプ回転数に対応するエンジン回転数Ｎｅとポンプ吐出圧とを時々刻々センサによって検出し、これをコントローラ５０に取り込んでポンプの容積効率特性に基づいて容積効率η_ｖを算出するようにすればよい。さほど高い精度が要求されない場合には、エンジン回転数Ｎｅとポンプ吐出圧とのいずれか一方のみを検出してこれをパラメータとし、他方を固定値として容積効率η_ｖを算出するようにしてもよいし、容積効率η_ｖそのものを固定値として取扱ってもよい。
【００３１】
パイロット圧制御手段５３は、上記設定圧力Ｐｂとポンプ吐出流量Ｑｐとに対応するブリードオフ流路の開口面積Ａｂを演算し、この開口面積Ａｂが得られるスプールストロークを割り出し、このスプールストロークに対応するパイロット圧が得られるように電磁比例減圧弁３１もしくは３２に制御信号を出力するものである。
【００３２】
ここで、上記ブリードオフ流路の開口面積Ａｂは、次式により求められる。
【００３３】
【数２】
Ａｂ＝Ｑｐ／（Ｃ√Ｐｂ）
ただし、Ｃはオリフィスの式にかかる係数である。この式により演算される開口面積Ａｂと電気レバー入力Ｖｉｎとの関係は、流量制御パターン▲１▼の場合には図４（ｅ）のように、圧力制御パターン▲２▼の場合には図５（ｅ）のようになる。すなわち、この装置では、従来装置と違い、電気レバー入力Ｖｉｎとブリードオフ流路開口面積Ａｂとの関係はポンプ吐出流量Ｑｐによって異なることになる。
【００３４】
リリーフ圧制御手段５４は、レバー入力信号Ｖｉｎに対応する目標リリーフ圧Ｐｒを算出し、この目標リリーフ圧Ｐｒが得られるように電磁比例リリーフ弁４０に制御信号を出力するものである。具体的に、このリリーフ圧制御手段５４は、上記制御パターンのうち流量制御パターン▲１▼が選択された場合には、図４（ｂ）に示すように電気レバー入力Ｖｉｎに関わらず目標リリーフ圧Ｐｒを最高値に設定する。これに対し、圧力制御パターン▲２▼が選択された場合には、図３に示すような３つのパターンａ，ｂ，ｃのうち選択されたパターンを採用し、このパターンとレバー入力信号Ｖｉｎとに基づいて目標リリーフ圧Ｐｒの算出を行う。ここに示すパターンａ，ｂ，ｃのうち、パターンａは、レバー入力信号Ｖｉｎが一定以上の範囲で、このレバー入力信号Ｖｉｎと目標リリーフ圧Ｐｒとが比例するパターンである。パターンｂは、レバー入力信号Ｖｉｎが比較的小さい領域（リリーフ圧立上り時）での当該レバー入力信号Ｖｉｎの増加に対する目標リリーフ圧Ｐｒの増加率が比較的高いパターン（第１の圧力制御パターン）であり、パターンｃは、レバー入力信号Ｖｉｎが比較的小さい領域での当該レバー入力信号Ｖｉｎの増加に対する目標リリーフ圧Ｐｒの増加率が第１の圧力制御パターンよりも低いパターン（第２の圧力制御パターン）である。
【００３５】
これらのパターンａ〜ｃも、運転者が備付けのスイッチを操作することにより行うようにしてもよいし、コントローラ５０が運転状態に応じて自動的に判断して行うようにしてもよい。例えば、旋回方向検出センサ４６により検出される旋回方向と、電気レバー４４の操作方向に対応する旋回方向（指令旋回方向）とが同じである場合には、レバー操作開始時から比較的早い段階で最高速度に近い速度が得られるようにパターンｂを自動的に選択し、旋回方向検出センサ４６により検出される旋回方向と、電気レバー４４の操作方向に対応する旋回方向（指令旋回方向）とが逆である場合には、急激な減速によるショックで荷振れが起こるのを防ぐためにパターンｃを自動的に選択するように、コントローラ５０を構成するようにしてもよい。
【００３６】
このことは、例えば流量制御パターンについても同様にいえる。すなわち、流量制御パターンにおいて、レバー入力信号Ｖｉｎが比較的小さい領域での当該レバー入力信号Ｖｉｎの増加に対する目標差圧Ｐｂの増加率が比較的高いパターン（第１の流量制御パターン）と、レバー入力信号Ｖｉｎが比較的小さい領域での当該レバー入力信号Ｖｉｎの増加に対する目標差圧Ｐｂの増加率が第１の流量制御パターンよりも低いパターン（第２の流量制御パターン）とを用意し、旋回方向検出センサ４６により検出される旋回方向と、電気レバー４４の操作方向に対応する旋回方向（指令旋回方向）とが同じである場合には、第１の流量制御パターンを選択することにより、レバー操作開始時から比較的早い段階で最高速度に近い速度を得ることが可能になり、電気レバー４４の操作方向に対応する旋回方向（指令旋回方向）とが逆である場合には、第２の流量制御パターンを選択することにより、急激な減速によるショックで荷振れが起こるのを防ぐことが可能になる。
【００３７】
次に、この装置の作用を説明する。
【００３８】
電気レバー４４が操作されると、その操作方向及び操作量に応じたレバー入力信号Ｖｉｎがコントローラ５０に入力される。この信号を受け、コントローラ５０は、電磁比例減圧弁３１，３２に制御信号を出力して方向流量制御弁２０のパイロット圧を制御するとともに、電磁比例リリーフ弁４０に制御信号を出力してリリーフ圧の制御を行う。
【００３９】
ここで、流量制御パターン▲１▼が選択されている場合には、図４（ａ）に示す関係に基づいて目標差圧（ブリードオフ流路の前後差圧の目標値）Ｐｂが演算され、この演算値に基づいて同図（ｅ）に示されるブリードオフ流路の開口面積Ａｂが演算され、この開口面積Ａｂに対応するスプールストロークが得られるように方向流量制御弁２０のパイロット圧が制御される。
【００４０】
一方、同図（ｂ）に示すように、目標リリーフ圧Ｐｒはレバー入力信号Ｖｉｎにかかわらず最高値に設定される。旋回モータ１４の作動圧力、すなわち、実際の加速力、減速力は、上記ブリードオフ流路の前後差圧と目標リリーフ圧のうちの低い方の圧力に支配されるので、結局、上記加速力及び減速力の特性は、同図（ｃ）に示すように、ほとんどの領域においてブリードオフ流路前後差圧Ｐｂの特性と等しくなる。従って、この流量制御時には、同図（ｄ）に示すように、ポンプ吐出流量Ｑｐに対応した割合でレバー入力信号Ｖｉｎにほぼ比例して定常旋回速度が増減することになる。
【００４１】
圧力制御パターン▲２▼が選択されている場合には、図５（ａ）に示す関係に基づいて目標差圧Ｐｂが演算され、この演算値に基づいて同図（ｅ）に示されるブリードオフ流路の開口面積Ａｂが演算され、この開口面積Ａｂに対応するスプールストロークが得られるように方向流量制御弁２０のパイロット圧が制御される。
【００４２】
一方、同図（ｂ）に示すように、目標リリーフ圧Ｐｒはレバー入力信号Ｖｉｎにほぼ比例した値に設定される。前記と同様、実際の加速力及び減速力は、上記ブリードオフ流路の前後差圧と目標リリーフ圧のうちの低い方の圧力に支配されるので、当該加速力及び減速力の特性は、同図（ｃ）に示すように、ほとんどの領域においてリリーフ圧Ｐｒの特性と等しくなる。すなわち、この圧力制御時には、レバー入力信号Ｖｉｎにほぼ比例する加速力・減速力が得られることになる。
【００４３】
以上のように、この実施の形態にかかる装置では、予めレバー入力信号Ｖｉｎとブリードオフ流路前後差圧Ｐｂとの関係を定めておき、この関係を維持するようにポンプ吐出流量Ｑｐに応じてブリードオフ流路開口面積Ａｂを調節するようにしているので、従来のようにポンプ吐出流量Ｑｐによってレバー入力信号Ｖｉｎとブリードオフ流路前後差圧Ｐｂとの関係が大きく変化してしまうといったことがない。よって、常に安定した操作フィーリングを得ることができる効果が得られる。
【００４４】
さらに、この実施の形態では、レバー入力信号Ｖｉｎとブリードオフ流路前後差圧Ｐｂとの関係として流量制御用のパターンと圧力制御用のパターンの２種を用意しておき、これらのパターンを適宜選択できるようにしているので、より運転状態に見合ったブリードオフ制御を行うことが可能となっている。
【００４５】
なお、このように複数種のパターンを用意する場合、その種類数は２種に限らず、３種以上に設定してもよい。また、流量制御用のパターンについて複数種設定するようにしてもよいし、リリーフ圧の特性の設定によっては、流量制御用のパターン及び圧力制御用のパターン以外のパターンを設定することも可能である。例えば、図６（ａ）に示すようにレバー入力信号Ｖｉｎと目標差圧Ｐｂとの関係は前記図４（ａ）に示したものと同様に設定し、図６（ｂ）に示すようにレバー入力信号Ｖｉｎと目標リリーフ圧Ｐｒとの関係は前記図５（ｂ）に示した圧力制御パターンと同様に設定すれば、最終的に得られる加速力及び減速力は、図６（ｃ）に示されるように流量制御と圧力制御とを複合した特性を有することになる。このような複合制御パターンも流量制御パターンに含めるようにすれば、より多彩な制御が可能になる。
【００４６】
次に、第２の実施の形態を図７及び図８に基づいて説明する。
【００４７】
図７（ａ）に示すように、スリーブ２６内にスプール２５が装填されてなる方向流量制御弁２０において、例えばスプール２５の表面に左旋回用切欠２５ａ及び右旋回用切欠２５ｂが加工され、左旋回用切欠２５ａによって左旋回時のブリードオフ通路が確保され、右旋回用切欠２５ｂによって右旋回時のブリードオフ通路が確保されるような場合、両旋回用切欠２５ａ，２５ｂの加工には必ず誤差があるので、両切欠２５ａ，２５ｂの形状を全く同一にすることはきわめて困難であり、実際には、例えば同図二点鎖線に示すように左旋回用切欠２５ａの方が右旋回用切欠２５ｂよりも大きくなったりすることが生じ得る。このような場合、同じスプールストロークであっても、左旋回時と右旋回時とではブリードオフ流路の開口面積に差が生じることになり、図例では、左旋回時の方が当該開口面積が増えてブリードオフ流路前後差圧は低くなることになる。
【００４８】
一方、図７（ｂ）に示すように、旋回範囲でのレバーストロークをＳｏ、ポンプ吐出流量Ｑｐが比較的大きい時の旋回範囲におけるスプールストロークをＳ_１、ポンプ吐出流量Ｑｐが比較的小さい時の旋回範囲におけるスプールストロークをＳ_２（＜Ｓ_１）とすると、スプールストロークに対するレバーストロークの拡大率Ｒは、大吐出流量時でＲ_１＝Ｓｏ／Ｓ_１、小吐出流量時でＲ_２＝Ｓｏ／Ｓ_２（＞Ｒ_１）となる。従って、レバーストロークでみた場合、上記ブリードオフ流路の開口面積の差までも上記拡大率Ｒだけ拡大されてしまうことになり、特に小吐出流量時には、大きい比率で拡大されてしまうことになる。このような不都合は、スプール２５の外面にブリードオフ流路を形成する場合に限らず、スリーブ２６の内面にブリードオフ流路を形成する場合にも同様に生じ得る。
【００４９】
そこで、この実施の形態では、前記実施の形態のように方向流量制御弁２０の内部にブリードオフ流路を形成するのに代え、もしくはこれに加え、図８に示すように、方向流量制御弁２０の外部にこれとは別のブリードオフ制御弁６０を電磁比例リリーフ弁４０と並列に設け、このブリードオフ制御弁６０によってブリードオフ制御を方向流量制御弁２０とは独立して行うようにしている。このようにすれば、左旋回時と右旋回時とでブリードオフ流量に差が生じるといった不都合を防止し、もしくは抑制することができる。
【００５０】
しかも、図示のように、上記ブリードオフ制御弁６０として、パイロット部６３に入力されるパイロット圧によって流路開口面積が変わる流量可変のパイロット切換弁を用いるとともに、電磁比例減圧弁３１，３２の二次側のパイロット回路にシャトル弁６３を設け、パイロット部２１，２２に入力されるパイロット圧のうち高い側の圧力を選択してパイロット部６３に入力するようにすれば、方向流量制御弁２０を作動させるためのパイロット回路をそのまま利用してブリードオフ制御も実行できる効果が得られる。
【００５１】
勿論、ブリードオフ制御については方向流量制御弁２０のパイロット圧以外の手段を用いて行うことも自由である。例えば、第３の実施の形態として図９に示すように、ブリードオフ制御専用の電磁比例減圧弁３３を前記電磁比例減圧弁３１，３２と並列に共通のパイロット油圧源３０に接続し、この電磁比例減圧弁３３にコントローラ５０から制御信号を入力することにより、ブリードオフ制御弁６０のパイロット圧を制御するようにしてもよい。この構成では、メータイン・メータアウトの絞り開度に影響されずにブリードオフ絞りを独立して制御できるので、当該制御の自由度がさらに高くなる利点も得られる。
【００５２】
第４の実施の形態を図１０に示す。この実施の形態では、操作手段として、前記電気レバー４４に代え、操作量に応じて二次圧が変化するリモコン弁６４が装備されており、その二次側圧力が圧力センサ６６，６８により検出され、その検出信号すなわちリモコン弁６４の操作量に対応する信号がコントローラ５０に入力されるようになっている。
【００５３】
一方、各パイロット部２１，２２と電磁比例減圧弁３１，３２との間には、それぞれ電磁切換弁７１，７２が設けられており、これら電磁切換弁７１，７２にコントローラ５０から制御信号が入力される時には、電磁比例減圧弁３１，３２とパイロット部２１，２２とを結ぶパイロット油路が確保され、電磁切換弁７１，７２にコントローラ５０から制御信号が入力されない時には、リモコン弁６４の二次圧をそのままパイロット圧としてパイロット部２１，２２に入力するパイロット油路が確保されるようになっている。
【００５４】
このような装置によれば、コントローラ５０が正常に作動して電磁切換弁７１，７２に制御信号を入力している時には、前記第１の実施の形態と同様の制御を実行できる一方、例えばコントローラ５０が故障して作動しなくなった非常時には、電磁切換弁７１，７２への制御信号の入力が停止して自動的にリモコン弁６４がパイロット部２１，２２に接続されるため、コントローラ５０を経由することなく油圧回路のみで最低限の操縦を行うことができる。従って、コントローラ５０の異常時に全く機械が作動しなくなるといった不都合を回避することができ、とりあえず安全な場所へ避難するといった緊急の安全処理を迅速に行うことが可能になる。
【００５５】
なお、以上の各実施形態では、中立位置で方向流量制御弁２０が旋回モータ１４の両ポートＭＡ，ＭＢとポンプポート及びタンクポートを連通する、いわゆる中立フリー式のものを用いたが、本発明は、例えば第５の実施の形態として図１１に示すように、中立位置で両ポートＭＡ，ＭＢをブロックする中立ブロック式のものにも有効に適用できる（ただし、同図では便宜上オーバーロードリリーフ弁を省略している。）。
【００５６】
これを具体的に説明すると、まず従来の装置では、ポンプ吐出流量に関係なく、電気レバー入力Ｖｉｎに対応するブリードオフ流路の開口面積Ａｂ（図１２（ａ）の実線Ｌ１）及びメータイン及びメータアウトの流路の開口面積（同図（ａ）の実線Ｌ２）が固定されていたため、同図（ｂ）に示すように、同じ電気レバー入力Ｖｉｎでも、ポンプ吐出流量が低いときの前後差圧（曲線Ｃ_Ｌ）よりも、ポンプ吐出流量が高いときの前後差圧（曲線Ｃ_Ｈ）とが高くなってしまい、特に後者の場合、メータインあるいはメータアウトの流路が開き始める時点でのブリードオフ差圧は、アクチュエータの起動抵抗よりも必要以上に高い圧力となって、その分だけ余計にエネルギーを消費してしまう不都合が生じる。また、このエネルギー消費を抑えるため、ポンプ吐出流量が高いときの前後差圧を低く設定すると、逆にポンプ吐出流量が低いときの前後差圧が足りなくなってしまい、所定の操作位置までレバー操作してもアクチュエータが立ち上がらなくなるおそれがある。
【００５７】
これに対して本発明では、ポンプ吐出流量が高い場合、ポンプ吐出流量が低い場合よりもブリードオフ流路の開口面積Ａｂを大きくし（図１２（ａ）の二点鎖線Ｌ１´）、ポンプ吐出流量にかかわらず電気レバー入力Ｖｉｎとブリードオ前後差圧Ｐｂとの関係が予め定められた関係となるようにしているので（同図（ｃ）の曲線Ｃ）、良好なアクチュエータの始動を確保しながら、無駄なエネルギーの消費を防ぐことが可能になる。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように本発明は、ポンプの吐出流量を検出し、この吐出流量検出手段により検出された吐出流量と上記操作手段の操作量とに基づき、上記操作手段の操作量と上記ブリードオフ絞り手段の前後の差圧との関係が予め定められた関係となるように上記ブリードオフ絞り手段を作動させるようにしたものであるので、従来のようにポンプ吐出流量の変化に伴って操作量−ブリードオフ圧の特性が大きく変動するといった不都合を防ぎ、安定した操作フィーリングを得ることができるとともに、高い自由度で上記特性の設定ができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す油圧回路図である。
【図２】図１に示される方向流量制御弁のスプールストロークと各流路の開口面積との関係を示すグラフである。
【図３】図１に示されるコントローラの機能構成を示すブロック図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）は上記コントローラにおいて流量制御パターンが選択された時の各パラメータの特性を示すグラフである。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は上記コントローラにおいて圧力制御パターンが選択された時の各パラメータの特性を示すグラフである。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は上記コントローラにおいて複合制御パターンが選択された時の各パラメータの特性を示すグラフである。
【図７】（ａ）は方向流量制御弁のスプールにブリードオフ流路用の切欠が設けられた例を示す正面図、（ｂ）は当該方向流量制御弁のレバーストロークとスプールストロークとの関係を示すグラフである。
【図８】本発明の第２の実施の形態を示す油圧回路図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態を示す油圧回路図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態を示す油圧回路図である。
【図１１】本発明の第５の実施の形態を示す油圧回路図である。
【図１２】（ａ）は第５の実施の形態において設定される電気レバー入力とブリードオフ流路開口面積との関係を示すグラフ、（ｂ）は従来の装置において得られる電気レバー入力と実際のブリードオフ前後差圧との関係を示すグラフ、（ｃ）は第５の実施の形態において設定される電気レバー入力とブリードオフ前後差圧との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０タンク
１２油圧ポンプ
１４旋回モータ
１６エンジン（ポンプ駆動源）
１８旋回体
２０方向流量制御弁
２１，２２パイロット部
３０パイロット油圧源
３１，３２電磁比例減圧弁
４０電磁比例リリーフ弁
４４電気レバー（操作手段）
４８エンジン回転数センサ
５０コントローラ（制御手段）
６０ブリードオフ制御弁
６２シャトル弁（パイロット圧入力手段）
６３パイロット部
６４リモコン弁（操作手段）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a bleed-off control device for an actuator used in a work ship, other hydraulic cranes, excavators and the like.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, bleed-off control for controlling the flow rate of fluid returning from a pump to a tank without passing through the actuator is well known as a speed control method for an actuator that operates by receiving supply of a working fluid. For example, in Japanese Patent Publication No. 7-6525, a directional flow control valve having a bleed-off passage is provided between a hydraulic motor and a hydraulic pump, and the above-described operation is performed in accordance with the amount of operation of a lever operated by an operator. A valve in which the pilot pressure of the directional flow control valve is changed to control the opening area of the bleed-off flow path is disclosed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the device according to the above publication, the lever operation and the opening area of the bleed-off flow path are associated one-to-one, so that even with the same lever operation amount, the bleed-off pressure (bleed-off pressure) corresponding to the operation amount depending on the pump discharge flow rate. The differential pressure before and after the off flow path will be different. In other words, the relationship between the lever operation and the opening area of the bleed-off flow path is not constant, and there is a disadvantage that it is difficult to perform an appropriate operation.
[0004]
In the above publication, pressure control is performed to control the pump discharge pressure during acceleration and the pressure in the motor discharge-side flow path during acceleration according to the amount of operation of the operation lever, thereby realizing smooth deceleration stop and prevention of load shake. Although what is shown is disclosed, even in such pressure control, the pressure relationship varies depending on the pump discharge flow rate, so even if the operator intends to perform the same operation, the feeling of acceleration and deceleration changes. There is a fear.
[0005]
Further, in the apparatus disclosed in this publication, since the flow rate characteristic and the pressure characteristic are determined by the relationship between the pilot pressure and the spring reaction force, the degree of freedom in setting the characteristic is low. Therefore, in order to set various characteristics, it is necessary to add as many hydraulic devices as the number of the characteristics, resulting in a disadvantage of high cost.
[0006]
In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide a bleed-off control device for an actuator that provides a stable operation feeling and has a high degree of freedom in setting its control characteristics.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
As means for solving the above-mentioned problems, the present invention relates to an actuator, a pump for supplying a working fluid to the actuator, and a bleed-off flow path for returning the working fluid from the pump to the tank without passing through the actuator. A bleed-off restricting means for changing the opening area, an operating means operated for operating the actuator, a discharge flow rate detecting means for detecting a discharge flow rate of the pump, and a discharge detected by the discharge flow rate detecting means Based on the flow rate and the operation amount of the operation means, the bleed-off throttle means is operated so that the relationship between the operation amount of the operation means and the differential pressure before and after the bleed-off throttle means becomes a predetermined relationship. And a control means.
[0008]
In this configuration, the relationship between the operation amount of the operating means and the differential pressure before and after the bleed-off throttling means is determined in advance, and the opening area of the bleed-off flow path according to the pump discharge flow rate so as to maintain this relationship Therefore, the characteristic of the operation amount-bleed-off pressure does not fluctuate greatly with the change in the pump discharge flow rate as in the conventional case, and a stable operation feeling can be obtained and the degree of freedom is high. You can set the above characteristics.
[0009]
The "differential pressure before and after the bleed-off throttling means" here means the differential pressure when it is assumed that the entire pump discharge amount passes, and it does not depend on the actual flow rate after the actuator starts to move. This is a differential pressure calculated on the assumption that the entire pump discharge amount has passed through the bleed-off throttling means.
[0010]
As the bleed-off throttle means, a directional flow control valve having a bleed-off flow path may be provided between the actuator and the pump. In addition to the directional flow control valve, the pump A bleed-off control valve that changes the flow rate of the working fluid that returns to the tank without passing through the actuator may be provided.
[0011]
For providing the bleed-off passage inside the directional flow control valve as in the former, the directional flow control valve is a pilot switching valve in which the opening area of the bleed-off flow path changes according to the pilot pressure, and the discharge It is preferable that the control unit is configured to change the pilot pressure of the directional flow control valve based on the discharge flow rate detected by the flow rate detection unit and the operation amount of the operation unit. If a bleed-off control valve is provided separately from the directional flow control valve as in the latter case, bleed-off control can be performed independently of the operation of the directional flow control valve, so that the degree of freedom in setting the characteristics of the bleed-off control is further increased. Get higher. Further, it is possible to avoid the disadvantage that the bleed-off flow rate varies depending on the operating direction of the directional flow control valve.
[0012]
Although it is very difficult to directly detect the discharge flow rate, the detection means calculates the pump discharge flow rate based on the value corresponding to the operating speed of the pump drive source and the value corresponding to the pump capacity. The pump discharge flow rate can be easily determined.
[0013]
As described above, in the present invention, since the characteristics of the operation amount of the operating means and the differential pressure before and after the bleed-off throttling means can be freely set, for example, a plurality of types of control patterns having different characteristics are stored. It is also possible to control the operation of the bleed-off throttling means based on the selected control pattern. According to such a configuration, more appropriate actuator control can be performed by selecting an appropriate control pattern according to the driving situation or the like.
[0014]
For example, a flow rate control pattern for increasing the differential pressure before and after the bleed-off throttling means in response to an increase in the operation amount of the operating means, and the control means while maintaining the differential pressure before and after the bleed-off throttling means sufficiently high. By preparing a pressure control pattern that increases the relief pressure (for example, the set pressure of a relief valve installed in parallel with the bleed-off throttle means) in response to an increase in the operation amount, speed-oriented operations and operating force-oriented Any of the operations can be performed. The flow rate control pattern may include a composite control pattern that increases both the differential pressure before and after the bleed-off throttling means and the relief pressure in response to an increase in the operation amount of the operating means.
[0015]
As the actuator, for example, a turning motor in a work machine is suitable. In this case, as the pressure control pattern, a first pressure control pattern with a high increase rate of the relief pressure when the relief pressure rises, and a second pressure control pattern with a low increase rate of the relief pressure when the relief pressure rises And when the turning direction corresponding to the operation direction of the operation means is the same direction as the current turning direction, the first pressure control pattern is executed, and the turning direction corresponding to the operation direction of the operation means is If the control means is configured to execute the second pressure control pattern when the direction is the direction opposite to the turning direction, in the former case, the acceleration is increased and the top speed is reached at an early stage. In the latter case, it is possible to alleviate the deceleration shock and avoid inconveniences such as load swings caused by the shock.
[0016]
This effect is obtained by using the first flow rate control pattern having a high rate of increase of the differential pressure at the time of rising of the differential pressure before and after the bleed-off throttling means as the flow rate control pattern and the differential pressure before and after the bleed-off throttling means. The second flow rate control pattern having a low rate of increase in the differential pressure at the time of rising is stored, and when the turning direction corresponding to the operation direction of the operating means is the same direction as the current turning direction, the first flow rate is set. Even if the second flow rate control pattern is executed when the control pattern is executed and the turning direction corresponding to the operation direction of the operation means is the direction opposite to the current turning direction, the same can be obtained. Is possible.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0018]
The hydraulic circuit shown in FIG. 1 includes a tank 10, a hydraulic pump 12, and a turning motor 14. The hydraulic pump 12 is connected to an engine 16 mounted on a work machine or the like as a drive source, and an output shaft of the swing motor 14 is connected to a swing body 18 provided on the work machine or the like. .
[0019]
In the present invention, the actuator that is the target of the operation control is not limited to the swing motor 14, and the present invention can be applied to, for example, speed control of a hydraulic cylinder.
[0020]
A directional flow control valve 20 is provided between the hydraulic pump 12 and the turning motor 14. In the illustrated example, a three-position pilot switching valve having a left turn pilot portion 21 and a right turn pilot portion 22 is used as the directional flow control valve 20. This directional flow control valve 20 has two P ports (pump ports) and one T port (tank port) as inlet ports, and has T ports, A ports, and B ports as outlet ports. The A port is connected to the MA port of the turning motor 14, and the B port is connected to the MB port of the motor 14.
[0021]
In addition to the neutral position in the figure, this directional flow control valve 20 has a right turn position (a position where the P port and the A port mainly communicate) and a left turn position (a position where the P port and the B port mainly communicate). However, it has a bleed-off flow path for returning a part of hydraulic oil to the tank 10 without going through the turning motor 14, and the opening area of each flow path including this bleed-off flow path and the spool stroke (neutral position) 2 is set as shown in FIG. In other words, in the neutral range where the spool stroke is less than a certain range (the range where neither the P → A flow path nor the P → B flow path is completely open), the opening area of the P → T flow path is large and the spool stroke turns more than a certain level. In the range (the range where the P → A flow path or the P → B flow path is completely open), the opening area of the P → T flow path (bleed-off flow path) is small, and the opening area increases the spool stroke. The shape of the spool and sleeve of the directional flow control valve 20 is set so as to decrease with the increase.
[0022]
A common pilot hydraulic power source 30 is connected to both pilot parts 21 and 22 of the directional flow control valve 20. An electromagnetic proportional pressure reducing valve 31 is provided between the pilot hydraulic power source 30 and each pilot part 21 and 22. , 32 are provided. Therefore, the pilot pressure input to the pilot portions 21 and 22 can be adjusted by the solenoid exciting current input to the electromagnetic proportional pressure reducing valves 31 and 32.
[0023]
An electromagnetic proportional relief valve 40 for changing the relief pressure is provided between the discharge side of the hydraulic pump 12 and the tank return oil passage. In addition, the flow path connecting the A port and B port of the directional flow control valve 20 to the MA port and MB port of the turning motor 14 is connected via a check valve 42 to prevent the flow path from becoming negative pressure. Connected to the tank.
[0024]
An electric lever (operation means) 44 that is operated by a driver or the like is provided in a cab of a work machine on which the hydraulic circuit is mounted. The electric lever 44 is configured to output an electric signal corresponding to the operation amount. In addition, this device is provided with sensors such as a turning direction detection sensor 46 for detecting the turning direction of the turning motor 14 and an engine speed sensor 48 for detecting the speed of the engine 16, and detections output from these sensors. A signal and an electric signal output from the electric lever 44 are input to the controller 50.
[0025]
The controller 50 is configured to output control signals to the solenoids of the electromagnetic proportional pressure reducing valves 31 and 32 and the electromagnetic proportional relief valve 40 based on the input signals. Specifically, the controller 50 includes differential pressure calculation means 51, discharge flow rate calculation means 52, pilot pressure control means 53, and relief pressure control means 54 as shown in FIG.
[0026]
The differential pressure calculating means 51 has two types of patterns regarding the relationship between the lever input signal (signal corresponding to the lever operation amount) Vin and the target value (target differential pressure) Pb of the differential pressure across the bleed-off channel. That is, the flow control pattern (1) and the pressure control pattern (2) are stored, and based on the pattern selected from the patterns (1) and (2) and the lever input signal Vin. Thus, the target differential pressure Pb corresponding to the lever input signal Vin is calculated.
[0027]
The flow rate control pattern {circle around (1)} (pattern shown in FIG. 4A) is almost proportional to the lever input signal Vin regardless of the pump discharge flow rate Qp, as shown in FIG. 4D. This pattern is set to increase or decrease the steady turning speed. On the other hand, the pressure control pattern (2) (the pattern shown in FIG. 2B) is such that the target differential pressure Pb is sufficiently higher than the maximum value of the relief pressure when the lever input signal Vin exceeds a certain level. In this range, the steady turning speed is constant regardless of the lever input signal Vin, as shown in FIG. 5 (d).
[0028]
Note that the selection of the pattern may be performed by the driver operating an equipped switch, or may be performed by the controller 50 automatically determining according to the driving state. For example, the controller 50 may be configured to select the flow rate control pattern (1) during steady operation with low acceleration and deceleration and to select the pressure control pattern (2) during work with large acceleration and deceleration.
[0029]
The discharge flow rate calculation means 52 calculates the discharge flow rate Qp of the pump 12 based on the engine speed Ne detected by the engine speed sensor 48 and the following equation.
[0030]
[Expression 1]
Qp = η _v ・ Q _p ・ Ne
Where η _v : Volumetric efficiency q _p : Pump volume
Where pump volume q _p Is a specific value of the pump 12 to be used. Volumetric efficiency η _v Is determined by the accuracy required for calculating the discharge flow rate Qp. For example, when high accuracy is required, the engine rotational speed Ne and the pump discharge pressure corresponding to the pump rotational speed are detected by a sensor from time to time, and this is taken into the controller 50 and based on the volumetric efficiency characteristics of the pump. Volumetric efficiency η _v May be calculated. If high accuracy is not required, only one of the engine speed Ne and the pump discharge pressure is detected and used as a parameter, and the other is set as a fixed value. _v Or volumetric efficiency η _v It may be handled as a fixed value.
[0031]
The pilot pressure control means 53 calculates the opening area Ab of the bleed-off flow path corresponding to the set pressure Pb and the pump discharge flow rate Qp, determines the spool stroke from which this opening area Ab is obtained, and corresponds to this spool stroke. A control signal is output to the electromagnetic proportional pressure reducing valve 31 or 32 so as to obtain a pilot pressure.
[0032]
Here, the opening area Ab of the bleed-off channel is obtained by the following equation.
[0033]
[Expression 2]
Ab = Qp / (C√Pb)
However, C is a coefficient concerning an orifice formula. The relationship between the opening area Ab calculated by this equation and the electric lever input Vin is as shown in FIG. 4 (e) in the case of the flow rate control pattern (1) and as shown in FIG. 5 in the case of the pressure control pattern (2). As shown in (e). That is, in this apparatus, unlike the conventional apparatus, the relationship between the electric lever input Vin and the bleed-off flow path opening area Ab differs depending on the pump discharge flow rate Qp.
[0034]
The relief pressure control means 54 calculates a target relief pressure Pr corresponding to the lever input signal Vin, and outputs a control signal to the electromagnetic proportional relief valve 40 so as to obtain this target relief pressure Pr. Specifically, when the flow rate control pattern {circle over (1)} is selected from the above control patterns, the relief pressure control means 54 sets the target relief pressure regardless of the electric lever input Vin as shown in FIG. Set Pr to the highest value. On the other hand, when the pressure control pattern (2) is selected, a pattern selected from the three patterns a, b, and c as shown in FIG. 3 is adopted, and this pattern and the lever input signal Vin are selected. Based on this, the target relief pressure Pr is calculated. Of the patterns a, b, and c shown here, the pattern a is a pattern in which the lever input signal Vin is proportional to the target relief pressure Pr in a range where the lever input signal Vin is equal to or greater than a certain value. The pattern b is a pattern (first pressure control pattern) in which the increase rate of the target relief pressure Pr with respect to the increase of the lever input signal Vin in a region where the lever input signal Vin is relatively small (at the time of relief pressure rising). The pattern c is a pattern in which the increase rate of the target relief pressure Pr with respect to the increase of the lever input signal Vin in a region where the lever input signal Vin is relatively small is lower than the first pressure control pattern (second pressure control pattern). ).
[0035]
These patterns a to c may also be performed by the driver operating an equipped switch, or may be performed by the controller 50 automatically determining according to the driving state. For example, when the turning direction detected by the turning direction detection sensor 46 is the same as the turning direction (command turning direction) corresponding to the operation direction of the electric lever 44, the lever operation is started at a relatively early stage. The pattern b is automatically selected so that a speed close to the maximum speed is obtained, and the turning direction detected by the turning direction detection sensor 46 and the turning direction (command turning direction) corresponding to the operation direction of the electric lever 44 are determined. In the opposite case, the controller 50 may be configured to automatically select the pattern c in order to prevent load fluctuation from occurring due to a shock due to rapid deceleration.
[0036]
This is also true for the flow rate control pattern, for example. That is, in the flow rate control pattern, a pattern in which the increase rate of the target differential pressure Pb with respect to the increase in the lever input signal Vin in the region where the lever input signal Vin is relatively small (first flow rate control pattern), and the lever input A pattern (second flow rate control pattern) in which the increase rate of the target differential pressure Pb with respect to the increase of the lever input signal Vin in a region where the signal Vin is relatively small is lower than the first flow rate control pattern (second flow rate control pattern) is prepared. When the turning direction detected by the detection sensor 46 is the same as the turning direction (command turning direction) corresponding to the operation direction of the electric lever 44, the lever operation is performed by selecting the first flow rate control pattern. A speed close to the maximum speed can be obtained at a relatively early stage from the start, and the turning direction corresponding to the operating direction of the electric lever 44 (finger If the turning direction) and is reversed, by selecting the second flow rate control pattern, it is possible to prevent the load pendulum from occurring in shock due to rapid deceleration.
[0037]
Next, the operation of this apparatus will be described.
[0038]
When the electric lever 44 is operated, a lever input signal Vin corresponding to the operation direction and operation amount is input to the controller 50. In response to this signal, the controller 50 outputs a control signal to the electromagnetic proportional pressure reducing valves 31 and 32 to control the pilot pressure of the directional flow control valve 20 and outputs a control signal to the electromagnetic proportional relief valve 40 to release the relief pressure. Control.
[0039]
Here, when the flow rate control pattern (1) is selected, the target differential pressure (target value of the differential pressure before and after the bleed-off flow path) Pb is calculated based on the relationship shown in FIG. Based on this calculated value, the opening area Ab of the bleed-off flow path shown in FIG. 5E is calculated, and the pilot pressure of the directional flow control valve 20 is controlled so that a spool stroke corresponding to this opening area Ab is obtained. Is done.
[0040]
On the other hand, as shown in FIG. 5B, the target relief pressure Pr is set to the maximum value regardless of the lever input signal Vin. The operating pressure of the swing motor 14, that is, the actual acceleration force and deceleration force, is dominated by the lower one of the differential pressure before and after the bleed-off flow path and the target relief pressure. The characteristics of the deceleration force are equal to the characteristics of the bleed-off flow path differential pressure Pb in most regions, as shown in FIG. Therefore, at the time of this flow rate control, as shown in FIG. 4D, the steady turning speed increases or decreases in proportion to the pump discharge flow rate Qp substantially in proportion to the lever input signal Vin.
[0041]
When the pressure control pattern (2) is selected, the target differential pressure Pb is calculated based on the relationship shown in FIG. 5A, and the bleed-off shown in FIG. 5E is calculated based on the calculated value. The opening area Ab of the flow path is calculated, and the pilot pressure of the directional flow control valve 20 is controlled so that a spool stroke corresponding to the opening area Ab is obtained.
[0042]
On the other hand, as shown in FIG. 5B, the target relief pressure Pr is set to a value substantially proportional to the lever input signal Vin. As described above, the actual acceleration force and deceleration force are governed by the lower pressure between the front-rear differential pressure and the target relief pressure in the bleed-off flow path, so the characteristics of the acceleration force and deceleration force are the same. As shown in FIG. 3C, the characteristics of the relief pressure Pr are almost the same in most regions. That is, at the time of this pressure control, acceleration force / deceleration force substantially proportional to the lever input signal Vin is obtained.
[0043]
As described above, in the apparatus according to this embodiment, the relationship between the lever input signal Vin and the differential pressure Pb before and after the bleed-off flow path is determined in advance, and the pump discharge flow rate Qp is maintained so as to maintain this relationship. Since the bleed-off channel opening area Ab is adjusted, the relationship between the lever input signal Vin and the bleed-off channel front-rear differential pressure Pb greatly changes depending on the pump discharge flow rate Qp as in the prior art. Absent. Therefore, the effect which can always obtain the stable operation feeling is acquired.
[0044]
Furthermore, in this embodiment, two types of patterns for flow control and pressure control are prepared as the relationship between the lever input signal Vin and the differential pressure Pb before and after the bleed-off flow path, and these patterns are appropriately set. Since selection can be made, it is possible to perform bleed-off control more appropriately in accordance with the operating state.
[0045]
When a plurality of types of patterns are prepared in this way, the number of types is not limited to two, and may be set to three or more types. In addition, a plurality of types of flow control patterns may be set. Depending on the relief pressure characteristics, it is possible to set a pattern other than the flow control pattern and the pressure control pattern. . For example, as shown in FIG. 6 (a), the relationship between the lever input signal Vin and the target differential pressure Pb is set in the same manner as that shown in FIG. 4 (a), and the lever as shown in FIG. 6 (b). If the relationship between the input signal Vin and the target relief pressure Pr is set in the same way as the pressure control pattern shown in FIG. 5B, the finally obtained acceleration force and deceleration force are shown in FIG. 6C. As described above, the flow rate control and the pressure control are combined. If such a composite control pattern is also included in the flow rate control pattern, more diverse control becomes possible.
[0046]
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS.
[0047]
As shown in FIG. 7A, in the directional flow control valve 20 in which the spool 25 is loaded in the sleeve 26, for example, a left turning notch 25a and a right turning notch 25b are processed on the surface of the spool 25, When the left turning notch 25a secures a bleed-off passage when turning left, and the right turning notch 25b secures a bleed-off passage when turning right, the machining of both turning notches 25a and 25b Since there is always an error, it is extremely difficult to make the shapes of both notches 25a and 25b exactly the same. Actually, for example, as shown in the two-dot chain line in FIG. It may occur that the size becomes larger than the turning notch 25b. In such a case, even if the spool stroke is the same, there will be a difference in the opening area of the bleed-off flow path between the left turn and the right turn. As the area increases, the differential pressure across the bleed-off channel decreases.
[0048]
On the other hand, as shown in FIG. 7B, the lever stroke in the turning range is So, and the spool stroke in the turning range when the pump discharge flow rate Qp is relatively large is S. ₁ The spool stroke in the turning range when the pump discharge flow rate Qp is relatively small is S ₂ (<S ₁ ), The expansion rate R of the lever stroke relative to the spool stroke is R at a large discharge flow rate. ₁ = So / S ₁ R at small discharge flow rate ₂ = So / S ₂ (> R ₁ ) Therefore, when viewed from the lever stroke, even the difference in the opening area of the bleed-off flow path is enlarged by the enlargement ratio R, and particularly at a small discharge flow rate, it is enlarged at a large ratio. Such inconvenience may occur not only when the bleed-off flow path is formed on the outer surface of the spool 25 but also when the bleed-off flow path is formed on the inner surface of the sleeve 26.
[0049]
Therefore, in this embodiment, instead of or in addition to forming the bleed-off flow path inside the directional flow control valve 20 as in the previous embodiment, as shown in FIG. A bleed-off control valve 60 separate from this is provided in parallel with the electromagnetic proportional relief valve 40, and the bleed-off control is performed independently of the directional flow control valve 20 by the bleed-off control valve 60. Yes. In this way, it is possible to prevent or suppress inconvenience such as a difference in the bleed-off flow rate between the left turn and the right turn.
[0050]
Moreover, as shown in the figure, as the bleed-off control valve 60, a variable flow rate pilot switching valve whose flow path opening area is changed by the pilot pressure input to the pilot section 63 is used, and two electromagnetic proportional pressure reducing valves 31, 32 are used. If the shuttle valve 63 is provided in the pilot circuit on the next side, and the pressure on the higher side of the pilot pressures input to the pilot parts 21 and 22 is selected and input to the pilot part 63, the directional flow control valve 20 is The effect that the bleed-off control can be executed by using the pilot circuit for operating as it is can be obtained.
[0051]
Of course, the bleed-off control can be performed using means other than the pilot pressure of the directional flow control valve 20. For example, as shown in FIG. 9 as a third embodiment, an electromagnetic proportional pressure reducing valve 33 dedicated to bleed-off control is connected to a common pilot hydraulic power source 30 in parallel with the electromagnetic proportional pressure reducing valves 31 and 32. The pilot pressure of the bleed-off control valve 60 may be controlled by inputting a control signal from the controller 50 to the proportional pressure reducing valve 33. In this configuration, since the bleed-off aperture can be controlled independently without being affected by the meter-in / meter-out aperture, there is an advantage that the degree of freedom of the control is further increased.
[0052]
A fourth embodiment is shown in FIG. In this embodiment, instead of the electric lever 44, a remote control valve 64 whose secondary pressure changes according to the operation amount is provided as an operation means, and the secondary pressure is detected by pressure sensors 66 and 68. The detection signal, that is, a signal corresponding to the operation amount of the remote control valve 64 is input to the controller 50.
[0053]
On the other hand, electromagnetic switching valves 71 and 72 are provided between the pilot units 21 and 22 and the electromagnetic proportional pressure reducing valves 31 and 32, respectively, and control signals are input to the electromagnetic switching valves 71 and 72 from the controller 50. When a pilot oil passage connecting the electromagnetic proportional pressure reducing valves 31 and 32 and the pilot parts 21 and 22 is secured, and when no control signal is input from the controller 50 to the electromagnetic switching valves 71 and 72, the secondary of the remote control valve 64 A pilot oil passage is provided for inputting the pressure directly to the pilot sections 21 and 22 as the pilot pressure.
[0054]
According to such an apparatus, when the controller 50 is normally operated and a control signal is input to the electromagnetic switching valves 71 and 72, the same control as that in the first embodiment can be performed. In the event of an emergency when the engine 50 fails and no longer operates, the control signal input to the electromagnetic switching valves 71 and 72 is stopped and the remote control valve 64 is automatically connected to the pilot units 21 and 22. The minimum maneuvering can be performed only with the hydraulic circuit without doing so. Accordingly, it is possible to avoid the inconvenience that the machine does not operate at all when the controller 50 is abnormal, and it is possible to quickly perform emergency safety processing such as evacuating to a safe place for the time being.
[0055]
In each of the above embodiments, a so-called neutral-free type in which the directional flow control valve 20 communicates with both ports MA and MB of the swing motor 14 and the pump port and the tank port at the neutral position is used. As shown in FIG. 11 as a fifth embodiment, for example, the present invention can also be effectively applied to a neutral block type that blocks both ports MA and MB in a neutral position (however, in FIG. Is omitted.)
[0056]
Specifically, in the conventional apparatus, the opening area Ab of the bleed-off flow path corresponding to the electric lever input Vin (solid line L1 in FIG. 12A), meter-in and meter, regardless of the pump discharge flow rate. Since the opening area of the outlet channel (solid line L2 in FIG. 5A) is fixed, as shown in FIG. 5B, the differential pressure before and after the pump discharge flow rate is low even with the same electric lever input Vin. (Curve C _L ) Before and after the pump discharge flow rate is higher (curve C _H In particular, in the latter case, the bleed-off differential pressure at the point when the meter-in or meter-out flow path begins to open becomes a pressure higher than necessary than the actuator starting resistance. The inconvenience of extra energy consumption occurs. In order to reduce this energy consumption, if the front / rear differential pressure when the pump discharge flow rate is high is set low, the front / rear differential pressure when the pump discharge flow rate is low will be insufficient, and the lever will be operated to the specified operating position. However, the actuator may not stand up.
[0057]
On the other hand, in the present invention, when the pump discharge flow rate is high, the opening area Ab of the bleed-off flow path is made larger than when the pump discharge flow rate is low (two-dot chain line L1 ′ in FIG. 12 (a)). Regardless of the flow rate, the relationship between the electric lever input Vin and the bleed-back differential pressure Pb is set in a predetermined relationship (curve C in FIG. 3C), while ensuring good actuator start-up. It becomes possible to prevent useless energy consumption.
[0058]
【The invention's effect】
As described above, the present invention detects the discharge flow rate of the pump, and based on the discharge flow rate detected by the discharge flow rate detection means and the operation amount of the operation means, the operation amount of the operation means and the bleed-off throttle means The bleed-off throttling means is operated so that the relationship with the differential pressure before and after becomes a predetermined relationship. In addition to preventing inconvenience that the characteristics of the off pressure fluctuate greatly, it is possible to obtain a stable operation feeling and to set the above characteristics with a high degree of freedom.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a hydraulic circuit diagram showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the spool stroke of the directional flow control valve shown in FIG. 1 and the opening area of each flow path.
FIG. 3 is a block diagram showing a functional configuration of the controller shown in FIG. 1;
4A to 4E are graphs showing characteristics of parameters when a flow rate control pattern is selected in the controller. FIG.
FIGS. 5A to 5E are graphs showing characteristics of parameters when a pressure control pattern is selected in the controller.
6A to 6C are graphs showing characteristics of parameters when a composite control pattern is selected in the controller. FIG.
7A is a front view showing an example in which a bleed-off channel notch is provided in the spool of the directional flow control valve, and FIG. 7B is a relationship between the lever stroke and the spool stroke of the directional flow control valve. It is a graph which shows.
FIG. 8 is a hydraulic circuit diagram showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a hydraulic circuit diagram showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a hydraulic circuit diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a hydraulic circuit diagram showing a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 12A is a graph showing the relationship between the electric lever input and the bleed-off flow path opening area set in the fifth embodiment, and FIG. 12B is the electric lever input obtained in the conventional apparatus and the actual state. (C) is a graph which shows the relationship between the electric lever input set in 5th Embodiment, and the bleed-off differential pressure before and after bleed-off.
[Explanation of symbols]
10 tanks
12 Hydraulic pump
14 Rotating motor
16 Engine (pump drive source)
18 Revolving body
20-way flow control valve
21,22 Pilot part
30 Pilot hydraulic power source
31, 32 Proportional pressure reducing valve
40 Solenoid proportional relief valve
44 Electric lever (operating means)
48 Engine speed sensor
50 controller (control means)
60 Bleed-off control valve
62 Shuttle valve (pilot pressure input means)
63 Pilot club
64 Remote control valve (operating means)

Claims

アクチュエータと、このアクチュエータに作動流体を供給するポンプと、このポンプから上記アクチュエータを経由せずに作動流体をタンクに戻すためのブリードオフ流路の開口面積を変化させるブリードオフ絞り手段と、上記アクチュエータを作動させるために操作される操作手段と、上記ポンプの吐出流量を検出する吐出流量検出手段と、この吐出流量検出手段により検出された吐出流量と上記操作手段の操作量とに基づき、上記操作手段の操作量と上記ブリードオフ絞り手段の前後の差圧との関係が予め定められた関係となるように上記ブリードオフ絞り手段を作動させる制御手段とを備えたことを特徴とするアクチュエータのブリードオフ制御装置。An actuator, a pump for supplying a working fluid to the actuator, a bleed-off throttle means for changing an opening area of a bleed-off passage for returning the working fluid from the pump to the tank without passing through the actuator, and the actuator Based on the operation means operated to operate the pump, the discharge flow rate detection means for detecting the discharge flow rate of the pump, the discharge flow rate detected by the discharge flow rate detection means and the operation amount of the operation means. And a control means for operating the bleed-off throttling means so that the relationship between the operation amount of the means and the differential pressure before and after the bleed-off throttling means becomes a predetermined relation. Off control device.

請求項１記載のブリードオフ制御装置において、上記アクチュエータとポンプとの間に、内部にブリードオフ流路をもつ方向流量制御弁を設けたことを特徴とするアクチュエータのブリードオフ制御装置。2. The bleed-off control device according to claim 1, wherein a directional flow control valve having a bleed-off flow path is provided between the actuator and the pump.

請求項２記載のブリードオフ制御装置において、上記方向流量制御弁をパイロット圧に応じてブリードオフ流路の開口面積が変化するパイロット切換弁とするとともに、上記吐出流量検出手段により検出された吐出流量と上記操作手段の操作量とに基づいて上記方向流量制御弁のパイロット圧を変化させるように上記制御手段を構成したことを特徴とするアクチュエータのブリードオフ制御装置。3. The bleed-off control device according to claim 2, wherein the directional flow control valve is a pilot switching valve whose opening area of the bleed-off flow path changes according to the pilot pressure, and the discharge flow rate detected by the discharge flow rate detecting means. A bleed-off control device for an actuator, wherein the control means is configured to change a pilot pressure of the directional flow control valve based on the operation amount of the operation means.

請求項１記載のブリードオフ制御装置において、上記アクチュエータとポンプとの間に方向流路制御弁を設けるとともに、この方向流路制御弁とは別に、このポンプから上記アクチュエータを経由せずにタンクに戻る作動流体の流量を変化させるブリードオフ制御弁を設けたことを特徴とするアクチュエータのブリードオフ制御装置。2. The bleed-off control device according to claim 1, wherein a directional flow control valve is provided between the actuator and the pump, and separately from the directional flow control valve, the pump is connected to the tank without passing through the actuator. A bleed-off control device for an actuator, comprising a bleed-off control valve for changing the flow rate of the returning working fluid.

請求項１〜４のいずれかに記載のアクチュエータのブリードオフ制御装置において、上記吐出流量検出手段は、上記ポンプの駆動源の作動速度に相当する値とポンプ容量に相当する値とに基づいてポンプの吐出流量を演算するものであることを特徴とするアクチュエータのブリードオフ制御装置。The bleed-off control device for an actuator according to any one of claims 1 to 4, wherein the discharge flow rate detecting means is a pump based on a value corresponding to an operating speed of a driving source of the pump and a value corresponding to a pump capacity. A bleed-off control device for an actuator, which calculates a discharge flow rate of the actuator.

請求項１〜５のいずれかに記載のアクチュエータのブリードオフ制御装置において、上記制御手段は、操作手段の操作量と上記ブリードオフ絞り手段の前後の差圧との関係が異なる複数種の制御パターンを記憶し、このうち選択された制御パターンに基づいてブリードオフ絞り手段の作動を制御することを特徴とするアクチュエータのブリードオフ制御装置。6. The bleed-off control device for an actuator according to claim 1, wherein the control means includes a plurality of control patterns in which the relationship between the operation amount of the operation means and the differential pressure before and after the bleed-off throttle means is different. And controlling the operation of the bleed-off throttling means based on the control pattern selected among them.

請求項６記載のアクチュエータのブリードオフ制御装置において、上記制御手段は、操作手段の操作量の増加に対応して上記ブリードオフ絞り手段の前後の差圧を増大させる流量制御パターンと、ブリードオフ絞り手段の前後の差圧を十分に高く維持しながら制御手段の操作量の増加に対応してリリーフ圧を増大させる圧力制御パターンとを記憶することを特徴とするアクチュエータのブリードオフ制御装置。7. The bleed-off control device for an actuator according to claim 6, wherein the control means includes a flow rate control pattern for increasing a differential pressure before and after the bleed-off throttle means in response to an increase in an operation amount of the operating means, and a bleed-off throttle. A bleed-off control device for an actuator which stores a pressure control pattern for increasing a relief pressure corresponding to an increase in an operation amount of the control means while maintaining a sufficiently high differential pressure before and after the means.

請求項１〜６のいずれかに記載のアクチュエータのブリードオフ制御装置において、上記アクチュエータが作業機械における旋回モータであることを特徴とするアクチュエータのブリードオフ制御装置。7. The bleed-off control device for an actuator according to claim 1, wherein the actuator is a turning motor in a work machine.

請求項７記載のアクチュエータのブリードオフ制御装置において、上記アクチュエータが作業機械における旋回モータであり、上記操作手段が中立位置に操作された状態で旋回モータの両ポート同士とポンプポート及びタンクポートを連通するように構成されるとともに、上記制御手段は、上記圧力制御パターンとして、リリーフ圧立上り時の当該リリーフ圧の増加率が高い第１の圧力制御パターンと、リリーフ圧立上り時の当該リリーフ圧の増加率が低い第２の圧力制御パターンとを記憶し、操作手段の操作方向に対応する旋回方向が現在の旋回方向と同じ方向である場合には上記第１の圧力制御パターンを実行し、操作手段の操作方向に対応する旋回方向が現在の旋回方向と逆の方向である場合には上記第２の圧力制御パターンを実行することを特徴とするアクチュエータのブリードオフ制御装置。8. The bleed-off control device for an actuator according to claim 7, wherein the actuator is a turning motor in a work machine, and the ports of the turning motor communicate with each other with the pump port and the tank port in a state where the operating means is operated to a neutral position. And the control means includes, as the pressure control pattern, a first pressure control pattern having a high increase rate of the relief pressure when the relief pressure rises, and an increase of the relief pressure when the relief pressure rises A second pressure control pattern having a low rate is stored, and when the turning direction corresponding to the operation direction of the operating means is the same direction as the current turning direction, the first pressure control pattern is executed, and the operating means If the turning direction corresponding to the operation direction is the direction opposite to the current turning direction, the second pressure control pattern is executed. Bleed-off control apparatus of the actuator, characterized in that.

請求項７記載のアクチュエータのブリードオフ制御装置において、上記アクチュエータが作業機械における旋回モータであり、上記操作手段が中立位置に操作された状態で旋回モータの両ポート同士とポンプポート及びタンクポートを連通するように構成されるとともに、上記制御手段は、上記流量制御パターンとして、ブリードオフ絞り手段の前後の差圧の立上り時の当該差圧の増加率が高い第１の流量制御パターンと、ブリードオフ絞り手段の前後の差圧の立上り時の当該差圧の増加率が低い第２の流量制御パターンとを記憶し、操作手段の操作方向に対応する旋回方向が現在の旋回方向と同じ方向である場合には上記第１の流量制御パターンを実行し、操作手段の操作方向に対応する旋回方向が現在の旋回方向と逆の方向である場合には上記第２の流量制御パターンを実行することを特徴とするアクチュエータのブリードオフ制御装置。8. The bleed-off control device for an actuator according to claim 7, wherein the actuator is a turning motor in a work machine, and the ports of the turning motor communicate with each other with the pump port and the tank port in a state where the operating means is operated to a neutral position. And the control means includes, as the flow rate control pattern, a first flow rate control pattern having a high rate of increase in the differential pressure at the time of rising of the differential pressure before and after the bleed-off throttle means, and a bleed-off A second flow rate control pattern having a low increase rate of the differential pressure at the time of rising of the differential pressure before and after the throttle means is stored, and the turning direction corresponding to the operation direction of the operating means is the same direction as the current turning direction. In this case, when the first flow rate control pattern is executed and the turning direction corresponding to the operation direction of the operating means is the direction opposite to the current turning direction. Bleed-off control apparatus of the actuator, characterized in that to perform said second flow rate control pattern.